Внутренний фотоэффект.

Некоторые вещества при их облучении (видимым, ультрафиолетовым, рентгеновским или гамма-излучением) начинают испускать собственное излучение, спектральный состав которого отличается от спектрального состава падающего излучения и определяется только химическим составом и молекулярной структурой этих веществ.

Этот вид свечения называется люминесцентным излучением, или люминесценцией. Оно имеет следующие особенности:

1) при одной и той же температуре люминесцентное свечение имеет большую интенсивность по сравнению с тепловым (для того же спектрального интервала). Например, многие люминесцирующие вещества дают видимое и ультрафиолетовое излучение при комнатной температуре,

тогда как тепловое излучение тел при этой температуре практически не содержит ни ультрафиолетовых, ни видимых лучей.

Таким образом, если спектральная плотность излучения какого-либо тела превышает на отдельных участках спектра спектральную плотность излучения абсолютно черного тела, то на этом участке излучение не тепловое, а люминесцентное (рис.);

2) люминесцентное свечение вещества продолжается некоторое время после прекращения облучения.

Длительность люминесценции (или послесвечения) меняется для различных веществ в зависимости от условий (например, температуры) в широких пределах. При других видах нетеплового излучения тел свечение прекращается сразу после устранения вызвавшей его причины;

3) люминесценция есть собственное излучение тел; каждое вещество обладает определенным характерным для него спектром люминесценции.

Объединяя все эти признаки, С.И. Вавилов дал следующее определение люминесценции:

люминесценция есть оптическое излучение тела, являющееся избытком над тепловым излучением того же тела в данной спектральной области при той же температуре, имеющее длительность свечения более 10^-10 с, т.е. не прекращающееся сразу после устранения вызвавшей его причины.

По способу возбуждения различают несколько видов люминесценции:

1) свечение, возникающее под действием светового излучения как видимого, так и более коротковолнового (фотолюминесценция). Сюда относится свечение специальных красок — фосфоров или люминофоров, при облучении их видимыми или ультрафиолетовыми лучами и т. д.;

2) свечение, возникающее при электрических разрядах (электролюминесценция); например, свечение газов в газосветных трубках, свечение некоторых веществ при помещении их в переменное электрическое поле;

3) свечение, возбуждаемое ударами электронов (катодолюминесценция). Таково свечение экрана осциллографа и телевизора, свечение минералов и т. д.;

4) свечение, вызванное химическими превращениями внутри тела, называется хемилюминесценцией. Ннапример, свечение фосфора, гниющего дерева, свечение морских животных, светляков, световые явления при некоторых химических реакциях.

Остановимся подробнее на фотолюминесценции, получившей в последнее время широкое применение в различных областях.

Спектры фотолюминесценции отличаются от спектров возбуждающего излучения. Согласно правилу Стокса, спектр люминесценции в целом и его максимум всегда оказываются в области более длинных волн по сравнению

правило Стокса

со спектром поглощенного излучения, способного вызвать эту люминесценцию. Это правило можно объяснить при помощи квантовой теории. Энергия падающего фотона hν₀ частично расходуется на какие-то процессы внутри вещества, не приводящие к излучению; остальная часть расходуется на возбуждение молекулы или атома, после которого происходит излучение фотона с энергией hν. Если часть энергии падающего фотона, не приводящую к излучению, обозначить через А, то hν₀ = hν₁+А, откуда следует, что ν₁< ν₀ или λ₁ > λ₀, т.е. испускаемый при люминесценции свет должен иметь более длинные волны, чем поглощаемый. Если А = 0, то λ₁ = λ₀; в этом предельном случае испускаемый свет будет иметь ту же длину волны, что и поглощаемый.

В редких случаях, когда фотон поглощается уже возбужденной молекулой, и испускаемый фотон уносит с собой часть энергии молекулы. При этом испускаемый люминесценцией свет будет иметь большую частоту (меньшую длину волны); в этом случае нарушается правило Стокса («антистоксова область»).

Рассмотрим соотношение между поглощенной и испускаемой энергией при люминесценции. Энергия, затраченная на возбуждение вещества, превращается в энергию излучения; при этом часть энергии рассеивается в веществе, не вызывая излучения. Процессы, приводящие к рассеиванию энергии, называются тушением люминесценции.

Полнота преобразования поглощенной энергии в энергию излучения характеризуется так называемым «выходом люминесценции».

1) энергетическим, выходом В_Э люминесценции называется отношение энергии люминесценции W_Л к поглощенной энергии W_П: В_Э = W_Л/W_П

2) квантовым выходом В_К называется отношение числа квантов N_Л, излученных веществом, к числу N_П поглощенных квантов: В_К = N_Л/N_П

В большинстве случаев выход люминесценции оказывается значительно меньшим единицы.

Практическими применениями люминесценции являются:

1)Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, наполненную парами ртути и аргоном, стенки лампы покрыты изнутри тонким слоем люминесцирующего состава — люминофором. Изменяя состав люминофоров, можно подобрать спектральный состав излучения люминесцентных ламп в соответствии с требованиями эксплуатации.

2)Применение люминесценции для создания слабых освещенностей (аварийное и маскировочное освещение).

3)Люминесцентный анализ и дефектоскопия. Так как люминесцентное излучение имеет спектр, характерный для каждого вещества, то можно обнаружить и исследовать различные объекты с помощью люминесценции.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: