Люминесценция

Люминесценция, свечение, вызванное каким-либо процессом, за исключением повышение температуры (температурное излучение см. излучение). Смотря по роду процессов, вызвавших люминесценцию, различают различные ее виды: a) фотолюминесценция — свечение, вызванное светом; b) хемилюминесценция — свечение, вызванное химическими процессами; c) триболюминесценция — свечение, вызываемое механическими воздействиями, например, свечение сахара при разламывании; наконец d) электролюминесценция — свечение при электрическом разряде.

а) Явления фотолюминесценции распадаются на два класса, правда, не резко разграниченные: флуоресценция и фосфоресценция. Флуоресцирующие вещества перестают светиться моментально после прекращения действия возбуждающего фактора — света; фосфоресцирующие же вещества продолжают светиться еще некоторое время в темноте, причем продолжительность свечения колеблется у различных веществ от нескольких часов до малых долей секунды, так что между двумя классами явлений существует непрерывный переход. По своему составу свет флуоресцирующего вещества отличается от поглощенного, возбуждающего; в этом отношении флуоресценция резко отличается от температурного излучения, где испускание и поглощение идут параллельно — закон Кирхгофа (см. излучение). Стокс, тщательно исследовавший явления флуоресценции, установил общее правило: область спектра флуоресценции смещена в сторону красной части (менее преломляемой) сравнительно с областью поглощаемого света. Позднейшие исследования Никольса и Меритта показали, что в некоторых случаях обе области спектра отчасти налегают друг на друга, то есть вызываться может свечение с более короткой длиной волны (более преломляемой); так что в настоящее время правило Стокса должно быть сформулировано несколько иначе, именно: максимум флуоресценции всегда сдвинут относительно максимума поглощения к красному концу спектра. Широкие полосы флуоресценции дают растворы целого ряда тел (эскулин — голубую, сернокислый хинин — синюю, хлорофилл — красную). Газы (в настоящее время профессором Вудом подробно исследованы пары ртути, натрия и йода) дают спектр флуоресценции, состоящий из огромного числа отдельных линий, причем положение этих линий, то есть самый спектр, как оказывается, меняется в зависимости от состава возбуждающего света. Весьма интересно, что в органических соединениях, способных флуоресцировать, встречаются определенные химические группы, что указывает на связь рассматриваемого явления с химическим строением. Как уже было указано, трудно резко разграничить явления флуоресценции от явлений фосфоресценции, хотя определенно можно сказать, что ни жидкости, ни газы не фосфоресцируют. Целым рядом исследований Ленара и Клатта было установлено, что искусственно приготовленные фосфоресцирующие вещества состоят из следующих частей: 1) сернистого соединения кальция, стронция или бария (в чистом виде эти соединения, как показал Ленар, не фосфоресцируют); 2) ничтожной примеси «активного» металла (медь, железо, свинец, цинк, никель, сюрьма, серебро, марганец) и, наконец 3) легкоплавкой соли, играющей роль растворителя. Подобно флуоресценции, максимум фосфоресценции смещен по отношению к максимуму поглощения возбуждающего света к красному концу спектра. Обыкновенно в спектре фосфоресцирующего тела замечается несколько отдельных полос, причем они могут быть возбуждены отдельно и обладают различной продолжительностью свечения: так называемые «мгновенные» и «долгосветящиеся» полосы, причем последние требуют, как показал Ленар, и более продолжительного возбуждения. Явление фосфоресценции в сильной степени зависит от температуры, причем влияние температуры сказывается как на яркости, так и на продолжительности свечения. Это влияние температуры было использовано для исследования невидимых глазу лучей инфракрасных: в спектре эти лучи примыкают к красной его части. Если светящийся экран, покрытый препаратом сернистого цинка (краска Бальмена), поместить в том месте, где располагается инфракрасная часть спектра, то благодаря нагреванию этими лучами фосфоресценция на короткое время усиливается, а затем быстро гаснет, так что на экране получается негативное изображение спектра (темное), пересеченное светлыми линиями, соответствующими линиям поглощения (Фраунгофера). Ультрафиолетовые лучи вызывают яркое свечение платиново-синеродистого бария, что дает возможность получать позитивное изображение невидимого глазу ультрафиолетового конца спектра; кроме того, тот же экран платиново-синеродистого бария употребляется при работах с лучами Рентгена, следовательно, опять дает возможность открывать явления, невидимые глазу. Разработанной теории флуоресценции и фосфоресценции еще пока нет, более всего имеют успех попытки электронной теории, устанавливающей связь между этим видом явлений люминесценции и явлениями актиноэлектрическими (см.); эта точка зрения подтверждается еще наблюдавшимся Никольсом и Мериттом увеличением электропроводности раствора во время его флуоресценции, а также влиянием диэлектрической постоянной (см. электричество) среды, в которой находится данный фосфоресцирующий препарат.

b) К явлениям хемилюминесценции относится явление свечения, связанное с химическим процессом, — чаще окислением, например, свечение фосфора. Процессы в накаленных газах, по-видимому, также сопровождаются химическими процессами и не могут быть объяснены одним «температурным излучением» (см. излучение).

с) К явлениям триболюминесценции, кроме свечения при разламывании кристаллов и при кристаллизации, некоторые исследователи относят свечение, вызываемое бомбардировкой катодными лучами (потоки электронов, частиц, заряженных отрицательным электричеством) в разрядных трубках, а также отдельные вспышки, производимые на экране, покрытом слоем сернистого цинка α-частицами радия. Последнее явление, открытое Круксом и детально изученное Рутерфордом, особенно интересно с тех пор, как было окончательно установлено, что α-частицы - заряженные положительным электричеством атомы гелия и что, следовательно, каждая вспышка — действие одного атома, а подсчет вспышек приводит к подсчету атомов. Этим путем непосредственного подсчета получены наиболее точные данные относительно числа атомов в единице объема и массы атома какого угодно вещества, причем полученные числа хорошо согласуются с результатами многих других приемов, основанных на косвенных измерениях.

d) Свечение в так называемых гейслеровых трубках (трубки, наполненные разреженным газом, через который пропускается электрический разряд), по-видимому, также обусловлено потоками катодных частиц.

Весьма интересны недавние опытные исследования Фабри и Бюссона, доказывающие, что, несмотря на яркое свечение гейслеровой трубки, носители, света — атомы разреженного газа двигаются со скоростями (см. газы), соответствующими температуре окружающей приборы среды, и, следовательно, температура светящегося газа заметно не повышается. Это указывает, что процесс возбуждения света — процесс внутриатомный.

Литература: Хвольсон, «Курс физики» (т. II); Эдвин Эдсер, «Оптика» (перевод под редакцией Боргмана, 1914); R. Wood, «Physical Optics» (1911); «Новые идеи в физике» (№4. Действие света, статья «Фотолюминесценция» Б. Швецова).

А. Тимирязев.