Пленение излучения (ПИ) - задержка выхода
фотонов из
оптически толстой системы, обусловленная многократностью актов их поглощения и последующего переизлучения атомами среды.ПИ относится прежде всего к так называемым
резонансным фотонам, частота которых совпадает с частотой фотонов, испускаемых при излучательных переходах
возбуждённых атомов на наиболее населённый (часто низший) энергетический уровень. С другой стороны, многократное поглощение и переизлучение «одного и того же» фотона (более строго -
радиационный перенос возбуждения) может реализоваться лишь при слабом тушении переносимых возбуждении, что ограничивает сверху допустимую концентрацию
«тушащих» частиц (например, в плазменной системе электронов). В этом предельном случае ПИ играет определяющую роль в
переносе излучения.Для ПИ обычно характерно длительное по сравнению с пролётным временем «
застревание фотона» в атоме, грубо выражаемое неравенством
>>1/(x00c). Здесь

–
радиационное время жизни атома,
x00~
n0
2 максимальный коэффициент поглощения
резонансного излучения с длиной волны

в среде невозбуждённых атомов с плотностью n
0, с скорость света. В этих же обозначениях условие большой
оптической толщины системы имеет вид
x00L>>1, где
L характерный размер системы.Основной количественной характеристикой ПИ служит среднее время выхода фотона из системы на её поверхность

, где
N(L) – среднее число актов
поглощения-переизлучения фотона в ходе его миграции па расстояние
L.Конкретный вид зависимости
N(L) определяется двумя физическими факторами: а) уширением спектральной линии, прежде всего линии поглощения [коэффициента поглощения
x(w)]; б) степенью перераспределения частоты фотона
w →w’ в акте его переизлучения возбуждённым атомом.В формальном пределе неуширенной, монохроматической линии ПИ приводит к обычной диффузии фотонов, описываемой зависимостью
N~ (х00L)2. Эта диффузионная картина может иметь место и в случае пленения реальной, уширенной линии, когда переизлучающий атом не успевает "забыть детали своего предшествующего радиационного возбуждения" и благодаря этому поддерживает приближённую монохроматичность (
w'≈w) «рассеяния» фотона.Более типична, однако, противоположная ситуация, когда уширение линии [зависимость
x(w), содержащая и далёкие крылья] сочетается с практически полным перераспределением по частоте в акте переизлучения (полное «забывание» возбуждённым атомом своей предыстории). Анализ
ПИ для этого важнейшего случая впервые был дан в 1947 независимо Л. М. Биберманом и Т. Холстейном (Th. Holstein).И уширение, и перераспределение частоты приводят к существованию уменьшению значения N(L) и ослаблению эффекта
ПИ по сравнению с монохроматическим, чисто диффузионным, пределом.Так, уширение спектральной линии, например за счёт появления сторонней (
доплеровской или столкновительной) ширины Г линии поглощения, обычно значительно превосходящей естественную ширину

, снижает в Г/

>>1 раз остроту резонанса в поглощении, приводя к замене величины x0 значением коэффициента поглощения в центре w=w0 уширенной линии:
x(w0)=х0 ~ х00(
/Г)<<x00.Переизлучение в условиях полного перераспределения по частоте, приводящее к практически одинаковости профилей линий
поглощения и переизлучения, создаёт такую ситуацию, когда в результирующем потоке фотонов, выходящих в единицу времени за пределы системы, преобладают не наиболее многочисленные (но и наиболее сильно поглощаемые)
фотоны из центра линиии
(|w-w0| < или = Г), а относительно малочисленные
фотоны из далёких крыльев линии (
|w-w0|>>Г), такие, свободный пробег которых
1/x(w) сравним по порядку величины с размером системы
L.Статистически типичному «центральному» фотону
|w w0| < или = Г после его
поглощения атомом внутри системы для быстрейшего выхода на поверхность более выгодно не сохранять свою частоту для последующей длительной диффузии, а «промигрировать» по w в такой участок далёкого крыла линии,
x(w)L~1, откуда он сможет достичь поверхности «одним прыжком».В итоге реальная зависимость
N(L) оказывается существенно слабее, чем в монохроматическом, диффузионном, случае: для
доплеровского профиля обеих ли
При этом в полном потоке выходящих фотонов вклады центрального, «диффузионного», диапазона линии, x(w)L > или = 1, и «прострельной» области её далёких крыльев, x(w)L < или = 1, относятся соответственно как 1:1 в доплеровском и 1:3 в лоренцевском случаях. Таким образом, уже в доплеровском случае ПИ носит существенно недиффузионный, а в лоренцевском и вовсе «антидиффузионный» характер. Это соответствует и характеру спада интенсивности линии в её крыльях крутому в доплеровском случае и более пологому в лоренцевском.
В условиях ПИ поток выходящих фотонов, несмотря на большую оптическую толщину системы x0>>1, остаётся пропорциональным её объёму (а не поверхности) вплоть до столь больших значений x0L, которым соответствует время выхода tL) порядка среднего времени между двумя тушащими столкновениями (в рассматриваемом случае очень редкими).