 |
Классификация люминесценции по способу возбуждения и длительности послесвечения
|
|
|
|
Семинар по дисциплине «Медицинская и биологическая физика» для специальности «Стоматология»
Тема: Люминесценция. Лазеры и их применение в медицине.
1. Люминесценция. Классификация люминесценции по способу возбуждения и длительности послесвечения.
2. Характеристики и законы люминесценции.
3. Люминесцентные методы исследования в стоматологии.
4. Спонтанное и вынужденное излучение атомных систем.
5. Активная среда (среда с инверсной заселенностью энергетических уровней).
6. Используя систему энергетических уровней ионов хрома в рубине, объясните механизм инверсной заселенности в этой среде.
7. Общая схема лазера, назначение его основных компонентов: активного элемента, системы накачки и резонатора.
8. Виды лазеров и основные свойства лазерного излучения.
9. Применение лазеров в стоматологии.
10. Определение длины волны лазерного излучения с помощью дифракционной решетки.
Люминесценция. Классификация люминесценции по способу возбуждения и длительности послесвечения
Люминесценция
При поглощении энергии частицы вещества переходят в возбужденное состояние, в котором они могут находиться в течении определенного времени (в зависимости от рода вещества от 10 -9 с до нескольких часов). Возбужденные атомы и молекулы стремятся к состоянию с наименьшей энергией. Поэтому происходят спонтанные (самопроизвольные) переходы частиц, находящихся на верхних энергетических уровнях, т.е. в возбужденных состояниях, на более низкие уровни энергии. Такие переходы могут быть безизлучательными (энергия передается окружающим атомам при столкновениях, вызывая нагрев тела) или излучательными с испусканием квантов света, энергия которых выражается формулой
|
|
|
E=hn (1)
Спонтанные излучательные переходы обуславливают свечение вещества – люминесценцию.
Согласно определению С.И. Вавилова, люминесценция – излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела и имеющее длительность, существенно превышающую период световых волн (~10-15с).
Первая часть определения отделяет люминесценцию от равновесного теплового излучения. Люминесценция наблюдается в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Тепловое излучение в этой области наблюдается только при температуре в несколько сотен или тысяч градусов, тогда как люминесценция наблюдается при любых температурах. Поэтому люминесценцию часто называют холодным свечением.
Признак длительности в этом определении был предложен С.И. Вавиловым для того, чтобы отличить люминесценцию от некоторых других явлений вторичного свечения, например отражения и рассеяния света.
Классификация люминесценции по способу возбуждения и длительности послесвечения
Для того, чтобы вещество люминесцировало его молекулы нужно перевести в возбужденное состояние. По способу возбуждения частиц вещества различают следующие основные виды люминесценции:
1. Фотолюминесценция – возбуждение происходит в результате поглощения электромагнитной энергии (обычно видимого или ультрафиолетового диапазонов).
2. Катодолюминесценция – возбуждение производится электронным ударом по атому или молекуле вещества (наблюдается в кинескопах, электронно-лучевых трубках и т.п.).
3. Рентгенолюминесценция – возбуждение производится рентгеновскими лучами (наблюдается на рентгенолюминесцентных экранах).
4.Хемилюминесценция – возбуждение происходит за счет энергии, выделяющейся в результате химической реакции.
5. Биолюминесценция - возбуждение молекул происходит в результате биохимических реакций, происходящих в живом организме.
|
|
|
Существуют и другие разновидности люминесценции по способу возбуждения.
Если возбуждение молекулы или атома происходит непрерывно, то и люминесценция тоже будет непрерывной с некоторой интенсивностью I0 и в этом случае ее называют стационарной люминесценцией.
Рис. 1. Затухание интенсивности люминесценции во времени
Если же возбуждение молекулы или атома внезапно прекратить, то интенсивность люминесценции начнет экспоненциально затухать (рис. 1) по закону:
, (2)
где параметр τ называется длительностью люминесценции [1] иявляется важнейшей характеристикой люминесцирующего вещества. Он определяет время, за которое интенсивность люминесценции уменьшается в е = 2,7 раз. Это время обычно находят из графика, полученного опытным путем (рис. 1).
По длительности послесвечения t люминесценция делится на два вида:
- флуоресценцию, если t < 10 – 7 с, т.е. затухание люминесценции происходит очень быстро (для глаза – мгновенно),
- фосфоресценцию, если t > 10 – 4 с, – в этом случае затухание идет сравнительно медленно и часто хорошо наблюдается невооруженным глазом.
|
|
|
