Беседы о физике и технике - [48]

СНАЧАЛА ВСЕ ЖЕ НАДО ВЫЯСНИТЬ, ЧТО ТАКОЕ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ…

В результате длительных исследований С. И. Вавилов дал определение люминесценции, которое теперь является общепринятым: люминесценцией называют избыток свечения тела над тепловым излучением того же тела в данной спектральной области и при данной температуре, если этот избыток имеет конечную длительность свечения, т. е. не прекращается сразу же после устранения вызвавшей его причины.

Это определение позволяет отделить люминесценцию от теплового излучения, рассеянного света и других световых процессов.

Следовательно, люминесценция возникает при преобразовании в свет энергии, поглощенной атомами, молекулами или ионами некоторых веществ.

Элементарный акт люминесценции состоит из трех частей:

1) поглощения энергии центром свечения (атомом, молекулой, группой атомов или молекул);

2) пребывания частиц люминесцентного вещества в возбужденном состоянии;

3) испускания люминофором кванта энергии при переходе излучателя из возбужденного состояния в нормальное.

Длительность возбужденных состояний в зависимости от механизма люминесценции находится в пределах от 1∙10^-9 с до нескольких месяцев и даже лет, т. е. значительно превосходит период одного светового колебания (10^-15 с).

Необходимую для возбуждения свечения энергию частицам люминесцентного вещества можно сообщить разными путями: можно направить на люминофор поток электромагнитного излучения (видимого или ультрафиолетового), достигнуть возбуждения ударами электронов (пропусканием через газы электрического тока), вызвать химическую реакцию и т. д.

КЛАССИФИКАЦИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ПРОВОДИТСЯ ИМЕННО ПО СПОСОБУ ВОЗБУЖДЕНИЯ АТОМОВ ЛЮМИНОФОРА?

Из многочисленных видов люминесценции нас будут интересовать лишь некоторые, а именно те, которые имеют наибольшее техническое применение (фотолюминесценция и катодолюминесценция). Напомним, что фотолюминесценцией называют свечение, возникающее под действием электромагнитного излучения (света), а катодолюминесценцией — свечение твердых тел, в частности специальных кристаллических порошков в разрядных трубках под действием потока быстрых электронов.

Искусственно приготовленные синтетические неорганические вещества, имеющие кристаллическую структуру и способные светиться под действием внешнего источника возбуждения, называют кристаллофосфорами. Их свечение столь своеобразно, а значение для техники так велико, что его следует рассмотреть более подробно.

КОГДА ПОЯВИЛИСЬ ПЕРВЫЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ?

В конце XIX в. В это время в Англии для освещения жилищ пытались применять газоразрядные трубки. В трубки были впаяны металлические электроды, воздух из них откачивали, а перед запайкой в них впускали небольшое количество какого-либо газа: кислорода, оксидов азота, углекислого газа, неона, аргона и т. д.

Однако такие осветители для бытовых нужд не годились, потому что требовали высокого напряжения (до 30 тыс. В), они не безопасны для жизни, сильно мерцали, имели свет, непривычный для глаз.

Подобные газоразрядные трубки используют и до настоящего времени для рекламы или сигнализации. Если трубку заполнить неоном, то она светится красным светом, аргоном — голубым.

При смешении газов в разных пропорциях и при разных давлениях можно получать самые разнообразные цвета. Хотя газоразрядные трубки весьма экономичны по сравнению с обычными лампами накаливания, но их мерцающий свет неудобен для освещения.

Примерно 50 лет назад появились новые источники «холодного» света — ртутные лампы, в которых излучение газов заменялось излучением паров ртути. Они не требовали высокого напряжения — достаточно было напряжения городских электростанций (127 или 220 В).

Волосок в ртутной лампе в отличие от волоска обычной электролампочки покрыт тонким слоем бария, который при небольшом нагревании легко теряет электроны. Вылетевшие электроны возбуждают атомы ртути и они начинают испускать синевато-зеленый свет. Однако свет их непривычен: лица людей при этом свете кажутся зелеными, а губы — черными. Эти лампы испускают сильное ультрафиолетовое излучение, под действием которого начинают светиться окружающие тела, а также зубы, волосы, хрусталик глаза, ногти и даже кожа человека, а помещение кажется наполненным голубоватым туманом.

Несмотря на указанные недостатки ртутных ламп, не позволяющие применять их для бытового освещения, они помогли разрешить главную проблему освещения: создать источники света, дающие излучение, близкое по спектральному составу к лучам Солнца, т. е. люминесцентные лампы.

Обилие ультрафиолетового излучения, даваемого ртутными лампами, делают последние незаменимыми в медицине. Изготовленные не в стеклянном, а в кварцевом баллоне, они именуются кварцевыми лампами (сокращенно просто «кварцем») или «горным солнцем».

А ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЮТ ЛАМПЫ ДНЕВНОГО СВЕТА.

В настоящее время наша промышленность выпускает лампы «дневного», «белого» и «тепло-белого» света.

Лампы дневного света испускают свет, по составу близкий к тому, который мы наблюдаем на открытом месте в облачный день, лампы «тепло-белого» света дают более мягкий, близкий к свету в вечернее время.