Студопедия — ПРИЛОЖЕНИЕ О. Люминесценция в молекулах и кристаллах
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ПРИЛОЖЕНИЕ О. Люминесценция в молекулах и кристаллах






 

Поглощение энергии веществом и ее последующее испускание в виде видимого или ультрафиолетового излучения носит название люминесценции. Способностью люминесцировать обладает большая группа твердых, жидких и газообразных веществ. В зависимости от источника энергии, превращаемой в веществе в энергию испускаемого света, различают термолюминесценцию (термическое возбуждение), фотолюминесценцию (возбуждение светом), хемилюминесценцию (возбуждение под действием энергии, выделяющейся при химической реакции), радиолюминесценцию (возбуждение ионизирующим излучением), и т.д.

При возникновении люминесценции под действием ионизирующего излучения можно выделить три основных стадии: поглощение энергии излучения и переход тела в неравновесное состояние; трансформация энергии, полученной телом; испускание света и переход тела в равновесное состояние. Последняя стадия может быть как самопроизвольной, так и стимулированной (путем нагревания, освещения, механического воздействия и т.п.).

Люминесценция в газах, жидкостях и органических кристаллах – это молекулярный процесс, который можно упрощенно рассмотреть при помощи схемы энергетических уровней двухатомной молекулы (рис. О.1). Кривые на схеме изображают зависимость потенциальной энергии молекулы люминофора от межатомного расстояния: нижняя кривая относится к основному, а верхняя – к возбужденному электронному состоянию. В каждом состоянии имеется набор колебательно-вращательных уровней (изображены горизонтальными линиями).

Прохождение излучения через вещество может привести к переходу молекул из основного электронного состояния в возбужденное (линия АА ’). Согласно принципу Франка-Кондона, этот переход имеет место при определенном межатомном расстоянии, поэтому точка А’ будет соответствовать сильно возбужденному колебательному состоянию. Избыточная энергия быстро передается колебаниям решетки кристалла или молекулам растворителя. В результате молекула оказывается на одном из нижних колебательных уровней возбужденного электронного состояния (точка В ’). В основное электронное состояние молекула может возвратиться по пути ВВ в результате флуоресценции [217] – испускания фотона. Среднее время жизни возбужденной молекулы относительно флуоресценции (~10–8 с) велико по сравнению с периодом внутримолекулярных колебаний (~10–13 с). Из рис. О.1 следует, что люминофор в значительной степени прозрачен для собственного излучения, так как его спектр испускания (путь ВВ) сдвинут относительно спектра поглощения (путь АА ’) в сторону меньших энергий фотонов.

Конкурирующими процессами по отношению к флуоресценции служат: а) безызлучательный переход из возбужденного электронного состояния в основное (особенно, когда обе кривые потенциальной энергии подходят близко одна к другой, т.е. вблизи уровня С на рис. О.1); б) диссоциация молекулы, когда уровень А ’ расположен выше последнего дискретного уровня D, отвечающего связанному состоянию. При безызлучательном переходе энергия возбуждения перходит в энергию теплового движения, т.е. происходит тушение флуоресценции. Чем выше температура, тем больше амплитуда колебаний решетки и тем больше вероятность тушения.

В сложных многоатомных молекулах процессы поглощения энергии и испускания света происходят более сложным образом, но приведенные качественные рассуждения остаются справедливыми и для сложных молекул.

Поскольку связи между молекулами в кристаллах органических веществ почти не нарушают структуры самих молекул, то процесс высвечивания энергии можно рассматривать на примере отдельной молекулы. Механизм высвечивания в неорганических кристаллах лучше всего может быть описан с помощью зонной теории твердого тела (ПРИЛОЖЕНИЕ Н). В соответствии с этой теорией в чистом кристалле диэлектрика существует валентная зона, заполненная электронами, и пустая зона проводимости. Последняя лежит над первой и отделена от нее запрещенной зоной, в которой электроны не могут находиться (рис О.2). Однако любые дефекты в кристалле (атомы примесей, вакансии и т.п.) могут создавать разрешенные уровни энергии в запрещенной зоне. Электроны, находящиеся на уровнях, связанных с дефектами, сильно локализованы вблизи этих дефектов.

При прохождении ионизирующего излучения через кристалл электрон может перейти из валентной зоны в зону проводимости (путь АА ’) и перемещаться внутри кристалла до тех пор, пока не вернется в валентную зону или не будет захвачен дефектом. В последнем случае электрон переходит на энергетический уровень, связанный с дефектом (путь АВ’), а избыток энергии передается колебаниям кристаллической решетки. С этого нового уровня электрон путем флуоресценции может перейти в валентную зону (ВВ ’). Потерять свою энергию электрон может и без излучения, например, в результате полного перехода ее в энергию колебаний, однако такой процесс маловероятен, поскольку ширина запрещенной зоны (порядка 7 эВ) много больше энергии теплового движения. Прозрачность кристалла по отношению к флуоресценции обеспечивается тем, что энергия высвечиваемых фотонов меньше разности энергий электрона в валентной зоне и в зоне проводимости, а оптическое поглощение кристалла заключается, главным образом, в переходах между этими двумя зонами. Создание в кристаллах центров флуоресценции часто осуществляется искусственно, путем введения в них небольших количеств соответствующих примесей, носящих название активаторов. Обычно активаторами служат атомы металлов (Ag, Tl и др.).

На основе нестимулированной радиолюминесценции разработаны сцинтилляционные методы регистрации ионизирующих излучений. В дозиметрии широко применяются термолюминесцентные дозиметры. Их действие основано на испускании света при нагревании облученного неорганического вещества, называемого термолюминофором. Механизм термолюминесценции можно объяснить, рассматривая существование в запрещенной зоне термолюминофора дискретных уровней двух типов, связанных с ловушками и активаторами. При поглощении энергии излучения активатором (например, Ag) и основным веществом люминофора появляются свободные электроны, захватываемые ловушками; атомы активатора при этом ионизируются. Этот процесс называется запасанием светосуммы (рис. О.3). Освобождение электронов из ловушек при нагревании приводит к их рекомбинации с ионами активатора. Энергия, выделяющаяся в результате рекомбинации, переводит активатор в возбужденное состояние, которое впоследствии испускает фотон (высвечивается).

Термолюминофоры характеризуются кривой термовысвечивания I (T) с максимальным пиком при определенной температуре. Максимум появляется вследствие одновременного протекания двух процессов: освобождения электронов при нагревании и опустошения ловушек. С ростом температуры количество освобожденных электронов, переходящих в зону проводимости, возрастает, и интенсивность люминесценции I увеличивается. Однако при этом запас электронов в ловушках снижается. В результате, несмотря на дальнейший рост температуры, количество электронов в зоне проводимости постепенно уменьшается, что приводит к уменьшению интенсивности люминесценции.

Мерой поглощенной дозы ионизирующего излучения служит амплитуда максимума на кривой термовысвечивания (пиковый метод определения дозы) или общее количество высвеченной энергии (интегральный метод).








Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 434. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Понятие о синдроме нарушения бронхиальной проходимости и его клинические проявления Синдром нарушения бронхиальной проходимости (бронхообструктивный синдром) – это патологическое состояние...

Опухоли яичников в детском и подростковом возрасте Опухоли яичников занимают первое место в структуре опухолей половой системы у девочек и встречаются в возрасте 10 – 16 лет и в период полового созревания...

Способы тактических действий при проведении специальных операций Специальные операции проводятся с применением следующих основных тактических способов действий: охрана...

Постинъекционные осложнения, оказать необходимую помощь пациенту I.ОСЛОЖНЕНИЕ: Инфильтрат (уплотнение). II.ПРИЗНАКИ ОСЛОЖНЕНИЯ: Уплотнение...

Приготовление дезинфицирующего рабочего раствора хлорамина Задача: рассчитать необходимое количество порошка хлорамина для приготовления 5-ти литров 3% раствора...

Дезинфекция предметов ухода, инструментов однократного и многократного использования   Дезинфекция изделий медицинского назначения проводится с целью уничтожения патогенных и условно-патогенных микроорганизмов - вирусов (в т...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия