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과학

복사 수명

복사 수명과학
영문명
Radiative lifetime
기호
τ
차원
시간
계산 관계
τ = 1 / ΣA
복사 수명은 들뜬 원자 상태가 빛을 방출하며 낮은 에너지 상태로 전이하는 과정을 기준으로 정한 평균적인 수명이다. 가능한 모든 복사 전이의 확률률을 더한 값의 역수로 계산한다.

원자의 소멸과 다른 뜻

들뜬 상태가 끝난다는 것은 원자 자체가 사라진다는 뜻이 아니다. 원자가 낮은 에너지 상태로 바뀌면서 광자를 방출하는 과정을 다룬다. 복사 수명은 특정 원소가 언제까지 존재하는지 또는 원자핵이 언제 붕괴하는지를 나타내는 값과 구별해야 한다.

모든 경로의 확률을 더하기

하나의 들뜬 상태에서 여러 낮은 상태로 전이할 수 있다면 각 경로의 확률률을 모두 더한다. 이 합이 클수록 상태가 더 빨리 끝날 가능성이 크고 평균 수명은 짧아진다. 눈에 잘 보이는 선 한 개의 값만 선택하여 전체 수명을 정할 수는 없다.

두 경로의 계산 예

어떤 상태에서 두 경로의 전이 확률률이 각각 초당 2000만과 3000만이라고 가정하자. 합은 초당 5000만이므로 복사 수명은 2000만분의 1초가 아니라 5000만분의 1초인 20나노초다. 경로별 수명을 먼저 더하는 계산과 결과가 다르다.

분기비와 연결하기

특정 경로의 전이 확률률을 전체 합으로 나누면 그 경로의 분기비가 된다. 앞의 예에서는 두 경로가 각각 0.4와 0.6이다. 전체 수명은 얼마나 빨리 상태를 떠나는지를, 분기비는 어느 경로로 갈 비중이 큰지를 설명한다.

관련 문서

에너지 준위 / 원자 / 광자 / 확률 / 원자시계 / 스펙트럼선 넓어짐 / 분광학 / 반감기