Примером какого вида люминесценции является свечение экранов телевизоров

Обновлено: 28.06.2024

Свечение вещества (т. е. испускание видимого света), обусловленное переходами атомов и молекул вещества с высших энергетических уровней на низшие, называется люминесценцией, или холодным

Свечение, обусловленное тепловым движением атомов и молекул (т. е. тепловое излучение), не относится к люминесценции. К ней не относятся также отражение и рассеяние света и некоторые другие виды свечения тела, прекращающиеся одновременно с устранением причины, вызвавшей их.

Чтобы отличить люминесценцию от этих видов свечения, ей можно дать следующее определение: люминесценция есть свечение вещества, являющееся избытком над тепловым излучением этого вещества при данной температуре и имеющее конечную длительность (т. е. не прекращающееся одновременно с устранением вызвавшей его причины).

Вещества, обладающие ярко выраженной способностью люминесцировать, называются люминофорами.

В зависимости от способа возбуждения люминесценции различают несколько ее видов.

1. Фотолюминесценция возбуждается видимым и ультрафиолетовым излучением. Примером фотолюминесценции может служить свечение часового циферблата и стрелок, окрашенных соответствующим люминофором.

2. Рентгенолюминесценция возбуждается рентгеновскими лучами; ее можно наблюдать, например, на экране рентгеновского аппарата.

3. Радиолюминесценция возбуждается радиоактивным излучением (см. § 139); наблюдается, например, на экране сцинтилляционных счетчиков (см. § 140).

4. Катодолюминесценция возбуждается электронным лучом; наблюдается на экранах осциллографа, телевизора, радиолокатора и других электроннолучевых приборов. В качестве люминофора, покрывающего экран, используются главным образом сульфиды и селениды цинка и кадмия.

5. Электролюминесценция возбуждается электрическим полем; имеет место, например, в газоразрядных трубках.

6. Хемилюминесценция возбуждается химическими процессами в веществе. Таковы, например, свечение белого фосфора, гниющей древесины, а также свечения некоторых споровых растений, насекомых, морских животных и бактерий.

Таким образом, люминесценция является своеобразным генератором (квантовым генератором), непосредственно преобразующим энергию электромагнитных волн различной длины, а также механическую, электрическую и химическую энергию в энергию видимого света.

Степень преобразования поглощаемой энергии в энергию люминесценции характеризуется энергетическим выходом люминесценции:

Спектр люминесценции зависит от природы люминесцирующего вещества и вида люминесценции.

Из всех перечисленных видов люминесценции рассмотрим подробнее только фотолюминесценцию, имеющую большое практическое применение.

Экспериментальное изучение спектров фотолюминесценции показало, что они, как правило, отличаются от спектров возбуждающего излучения.

Спектр люминесценции и его максимум сдвинуты в сторону более длинных волн относительно спектра, использованного для возбуждения.

Эту закономерность, называемую правилом Стокса, легко объяснить на основе квантовой теории. Энергия поглощаемого кванта частично переходит в другие виды энергии, например в теплоту. Поэтому энергия кванта люминесценции должна быть меньше Следовательно, где длины волн, соответствующие излученному и поглощенному квантам.

Иногда может иметь место так называемая антистоксовская люминесценция, при которой Это бывает в случае, когда квант поглощался уже возбужденной молекулой. Тогда в квант люминесценции входит не только часть энергии поглощенного кванта, но и энергия возбуждения молекулы. Понятно, что в этом случае

Существенной особенностью жидких и твердых люминофоров является независимость их спектра люминесценции от длины волны возбуждающего света. Благодаря этому по спектру фотолюминесценции можно судить о природе вещества жидких и твердых люминофоров.

Энергетический выход люминесценции может при некоторых условиях быть очень большим, достигающим 0,8; у жидких и твердых тел он зависит от длины волны возбуждающего света. Согласно закону Вавилова,

энергетический выход люминесценции сначала растет пропорционально длине волны возбуждающего света а затем (достигнув максимума) резко падает до нуля.

На рис. 365 приведен график зависимости от полученный Вавиловым для раствора флуоресцеина.

Как и правило Стокса, закон Вавилова объясняется квантовыми свойствами света. Действительно, представим себе наиболее благоприятный случай, когда каждый квант возбуждающего света приводит к образованию кванта люминесценции Тогда

энергетический выход люминесценции, очевидно, равен отношению этих квантов:

Но X не зависит от (у жидких и твердых люминофоров). Следовательно, в последней формуле при изменении будет изменяться только т. е. энергетический выход будет пропорционален Срыв кривой энергетического выхода происходит при больших длинах волн которым соответствуют слишком малые кванты уже не способные возбуждать люминесценцию.

Люминесценция находит широкое применение в осветительной технике: на ней, например, основана люминесцентная лампа. Люминесцентная лампа состоит из стеклянной трубки, у которой внутренняя поверхность стенок покрыта тонким слоем люминофора (рис. 366). В торцы трубки впаяны электроды. Трубка наполнена парами ртути и аргоном; парциальное давление паров ртути составляет около 1 Па, парциальное давление аргона — 400 Па.

Люминесцентная лампа включается в электросеть последовательно с дросселем и стартером (служащим для предварительного разогрева электродов).

Возникающий в лампе газовый разряд вызывает электролюминесценцию паров ртути. В спектре этой люминесценции наряду с видимым светом имеется ультрафиолетовое излучение (длиной волны оно возбуждает фотолюминесценцию люминофора, нанесенного на стенки лампы. Таким образом, в люминесцентной лампе совершается двойное преобразование энергии: электрическая энергия превращается в энергию ультрафиолетового излучения паров ртути, которая в свою очередь превращается в энергию видимого излучения люминофора.

Изменяя состав люминофора, можно изготовлять лампы требуемым спектром фотолюминесценции. Таким путем изготовляются люминесцентные лампы белого света, тепло-белого света, холодно-белого сгета и дневного света.

Спектральный состав излучения ламп дневного света близок к рассеянному евету северной части небосвода; лампа холодно-белого света имеет спектр, подобный спектру прямой солнечной радиации.

Распределение энергии в спектре излучения лампы дневного света показано на рис. 367.

Люминесцентные лампы экономичны (их световой коэффициент полезного действия в 10—20 раз больше, чем у ламп накаливания) и весьма долговечны (срок службы доходит до 10 000 часов).

Другим важным применением люминесценции является люминесцентный анализ — метод определения состава вещества по спектру его фотолюминесценции, возбуждаемой ультрафиолетовыми лучами. Будучи очень чувствительным, люминесцентный анализ позволяет обнаружить малейшие изменения в химическом составе вещества и тем самым выявлять различие между объектами, кажущимися совершенно одинаковыми. Этим методом можно, например, выявлять самые начальные стадии загнивания пищевых продуктов (люминесцентный контроль свежести продуктов), обнаруживать следы нефти в пробах почвы, извлеченных из буровых скважин (люминесцентная разведка нефти), и т. п.

С помощью фотолюминесценции можно обнаружить тончайшие трещины на поверхности деталей машин и других изделий (люминесцентная дефектоскопия). Для этого поверхность исследуемого изделия смазывают жидким люминофором. Через 15—20 мин поверхность обмывают и вытирают. Однако в трещинах поверхности люминофор остается. Свечение этого люминофора (при ультрафиолетовом облучении изделия) отчетливо обрисует конфигурацию трещин.

Укажем, наконец, на использование фотолюминесценции для маскировочного освещения и декоративных целей (применение флуоресцирующих и фосфоресцирующих красок).

При фотолюминесценции атомы люминесцирующего вещества излучают совершенно несогласованно (беспорядочно): их излучения разновременны, имеют различные частоты и разности фаз, распространяются по всевозможным направлениям. Поэтому яркость фотолюминесценции оказывается незначительной. Однако в последние годы удалось найти способ искусственно вызывать когерентное одинаково направленное излучение множества атомов, создающее узкий пучок монохроматического света, превосходящего по яркости обычную люминесценцию в миллионы раз. Прибор, в котором осуществляется такое излучение, назван оптическим квантовым генератором, или лазером.

Чтобы лазер начал действовать, необходимо перевести большое число атомов его рабочего вещества в одинаковые возбужденные состояния, так называемые метастабильные состояния, в которых атом пребывает сравнительно долгое

Лазер дает световой пучок очень малой расходимости. Будучи, например, направлен на Луну, такой пучок создает на ее поверхности световое пятно диаметром всего лишь в (луч обычного прожектора создал бы на таком же расстоянии световое пятно диаметром в Плотность энергии в луче лазера исключительно велика — тысячи и десятки тысяч ; причем расчеты показывают, что это еще далеко не предельные значения возможных плотностей. С помощью линзы можно сфокусировать свет лазера так, что он мгновенно расплавит и испарит освещенный участок любого материала.

Все это делает лазер исключительно перспективным прибором, уже сейчас широко используемым во многих областях науки и техники. Сварка микрообъектов, сверление и резка сверхтвердых материалов, ускорение хода химических реакций, передача световых сигналов на сверхдальние расстояния (космическая связь), глазная хирургия (разрушение опухолей на сетчатке) — таков далеко не полный перечень применений лазера.

Отметим, что наряду с оптическими квантовыми генераторами созданы квантовые генераторы в диапазоне коротких радиоволн — мазеры

Бывая вечером в лесу, вы, наверное, обращали внимание на возникший вдруг перед вами зеленоватый свет. Это. свет гнилушки. Полугнилой осиновый или березовый пень излучает зеленовато-голубоватое слабое свечение. Подойдите поближе, толкните пень ногой. Он рассыпается множеством мелких осколков, светящихся в траве. Звезды на Земле!

Это свечение носит название хемилюминесценции. Оно вызвано химическими реакциями окисления фосфора в клетках растений. Хемилюминесценция — один из видов люминесценции — холодного свечения.

Сухие листья березы и дуба, полежавшие толстым слоем и полусгнившие, также излучают свет.

Излучают холодный свет и некоторые насекомые. Их так и называют—светлячками.

В средней полосе России распространен большой светляк; его бескрылую самку обычно называют Ивановым червяком. На юге встречается мелкий светлячок, а на Черноморском побережье Кавказа — южный светляк, у которого светится летающий самец (см. рисунок). Свет излучают последние два сегмента брюшка вследствие хемилюминесценции.

После жаркого дня в летние вечера можно видеть великолепное свечение моря. Виновниками свечения являются миллионы ночесветок — простейших существ, принадлежащих к классу жгутиковых и имеющих размеры около 0,2 мм.

Однако светятся не только микроорганизмы и одноклеточные. Светящиеся органы имеют многие более высокоорганизованные животные, особенно морские: рыбы, моллюски, черви, рачки. Одним свет служит для защиты, другим — для нападения, третьи пользуются им в брачную пору для привлечения или опознания представителей своего биологического вида. Некоторые организмы светятся круглосуточно, некоторые только ночью, у иных яркие вспышки свечения происходят через определенные промежутки времени и сменяются или полным отсутствием свечения, или очень слабым свечением.

На на верхнем рисунке изображены светящиеся одноклеточные и морские животные и рыбы, имеющие органы свечения. Рисунок 51 показывает в разрезе светящийся орган зрения рыбы. Он содержит все части совершенного излучателя: источник света, рефлектор, линзу.

Живой свет всегда является результатом окисления. При этом возбуждаются молекулы. Электроны в них переходят с более высоких энергетических уровней на более низкие уровни, излучают фотоны — порции света. Окисляется сложное белковое вещество — люциферин под воздействием тоже белкового вещества — люциферазы.

Для окисления должен подаваться кислород. У некоторых организмов окисление происходит за счет связанного кислорода, однако большинство видов светится за счет свободного кислорода. Люцифераза является не только ускорителем реакции, но и поставщиком молекул, которые могут возбудиться энергией, освобожденной при окислении люциферина.

Надо отметить, что свет биолюминесценции очень хорошо воспринимается глазом, так как длина волны его близка к длине волны, к которой глаз наиболее чувствителен (λ≈ 550 мкм).

Установлено, что живые организмы излучают не только видимый свет, но и ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.

Живые источники света имеют очень высокую световую отдачу, достигающую 90%.

Наряду с явлением хемилюминесценции встречаются явления турболюминесценции (свечение от удара) и электролюминесценции .

Турболюминесценцию можно наблюдать при раскалывании кусков сахара молотком или тупой стороной ножа, при разрывании изоляционной ленты.

Электролюминесценция знакома нам по ярким лампам цветной рекламы, по освещающим улицы городов ртутным лампам высокого давления, дающим яркий зеленоватый свет, по свечению экрана телевизора.

Необходимо отметить интересный факт. Свет сам может вызывать свечение ряда веществ. Это явление называют фотолюминесценцией. Оно используется в лампах дневного света. Ртутный разряд в лампе излучает плохо видимый свет, богатый фиолетовыми и ультрафиолетовыми лучами, сам по себе непригодный для освещения. Но он возбуждает свечение порошка люминофора (фосфора), которым покрыты изнутри стенки лампы. Фосфоры подбирают так, чтобы они давали спектральный состав света, близкий к дневному.

При освещении белым светом раствор флуоресцина, часто применяемый для физических опытов, дает зеленое свечение. При освещении светом ртутно-кварцевой лампы ярко люминесцируют: стрептоцид и его эмульсия — оранжевым, тетрациклин — ярко-оранжевым, хлорацицин — ярко-желтым, анестезин — сиреневатым, диуретин — ярко-фиолетовым светом.

Белки глаз и зубы ярко светятся в темноте белым, чуть-чуть голубоватым светом.

В последнее время все больше стали применять светящиеся краски. Это краски с примесью люминофоров, излучающие цвета соответствующей окраски при облучении ультрафиолетом.

При дневном или искусственном свете видны обыкновенные краски. Если картину подсветить ртутно-кварцевой лампой, затененной увиолевым стеклом, то ультрафиолетовое излучение вызовет свечение люминофоров, картина начинает сиять насыщенным светом люминесценции. Эти краски очень эффектны в театральных декорациях.

Свечение люминофоров возникает также при облучении их частицами, выделяющимися при распаде радиоактивных веществ (а, β и ϒ-лучами), а также протонами, нейтронами и т. п. На этом свойстве люминофоров основано устройство целого ряда контрольных, измерительных и обнаруживающих приборов в радиологии .

ОБЪЯСНЕНИЕ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

Рассмотренные выше примеры показывают, что люминесценция по своей природе существенно отличается от теплового излучения. Первое отличие состоят в том, что она происходит при низкой температуре. Если бы излучение люминесценции было тепловым, то для испускания, например, зеленого света температура тела должна была бы быть порядка 5700° К. Люминофоры же обладают температурой окружающих тел (порядка 300° К). При этом они излучают, конечно, как нагретые тела соответствующей (низкой) температуры, невидимые инфракрасные лучи (максимум излучения приходится на λ_m ≈ 9700 нм . Следовательно, излучение люминесценции является избыточным, происходящим сверх температурного. Его спектр в большинстве случаев линейчатый или полосатый, откуда можно сделать вывод, что это излучение отдельных атомов или молекул. Возбудители люминесценции возбуждают отдельные атомы или молекулы, передавая им запас энергии, которая переводит некоторые электроны атомов на более высокие энергетические уровни. Переходя затем на более низкие, устойчивые уровни, атомы излучают избыточную энергию в виде света.

Вторая особенность излучения люминесценции состоит в его инертности. Высвечивание люминофоров после прекращения действия возбудителя происходит в течение некоторого, иногда продолжительного времени.

Третьей особенностью является его локальность. Высвечивают те точки люминофора, которые оказались возбужденными, возбуждение не распространяется на соседние частицы и тела, как это происходит при тепловом излучении.

Все эти особенности свойственны и фотолюминесценции, но основная особенность фотолюминесценции состоит в том, что ее излучение смещено в красную сторону спектра и имеет более длинную волну по сравнению со светом, ее возбуждающим (закон Стокса). Это явление легко объясняется на основе квантовой теории излучения света.

Напомним, что квант (порция) энергии фотона (частицы света)

Отсюда видно, что

Отсюда следует, что λ₃ ГЛАЗА ЖИВОТНЫХ НОЧЬЮ

Все мы видели свечение кошачьих глаз в полутемноте. Ярко светят ночью глаза собак, волков, овец, лошадей, но глаз человека не обладает этим свойством. В полной темноте свечение глаз не видно.

Многие думают, что это явление вызвано особым светящимся веществом, покрывающим радужную оболочку глаз.

Это неверно. Глаза кошки не излучают, а направленно отражают свет. Во мраке щелевидные зрачки глаза животного расширяются для пропускания внутрь возможно большего потока света. Свет проникает сквозь роговицу и хрусталик, создавая на дне глаза четкое изображение источника. Свет, отраженный от сетчатки, по выходе из глаза распространяется узким пучком. Если указанный пучок попадает в глаз наблюдателя, ему кажется, что свет излучается из глаза животного. Чтобы явление выступало более отчетливо, оптические оси глаз животного и наблюдателя должны совпадать. Этого можно достигнуть, держа лампу на уровне глаз наблюдателя: свечение кошачьих глаз заметно тогда на расстоянии до 80 м.

Люминесценция есть свечение вещества, являющееся избытком над тепловым излучением этого вещества при данной температуре и имеющее длительность, значительно превышающую период (10 -15 сек) излучаемых световых волн ( то есть не прекращающееся сразу после устранения причины, вызвавшей её). Это определение дано С.И.Вавиловым.

В зависимости от способа возбуждения люминесценции различают несколько её видов:

1. Люминесценция, вызванная заряженными частицами:

а) ионолюминесценция - ионами;

б) катодолюминесценция - электронами;

в) радиолюминесценция - ядерным излучением.

2. Люминесценция под воздействием рентгеновского и y-излучения - рентгенолюминесценция; фотонов - фотолюминесценция.

3. Электрическим полем - электролюминесценция (свечение газового разряда).

4. Люминесценция, сопровождающая экзотермическую химическую реакцию, называется хемилюминесценцией. К ней относится биолюминесценция - видимое свечение организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности.

По внутриатомным процессам различают люминесценцию:

При спонтанной люминесценции излучение происходит непосредственно вслед за возбуждением. Переход с возбужденного уровня на основной момент может быть как единым - в этом случае излучение называется резонансным, так и ступенчатым. Энергия hn как бы

"разменивается" и излучаются фотоны с меньшими частотами. В последнем случае некоторые ступени могут не сопровождаться излучением, то есть быть безызлучательными.

У определенных веществ имеются уровни энергетические, переход с которых на основной путем излучения фотонов имеет малую вероятность, то есть происходит медленно и постепенно, поэтому возбужденные атомы могут задерживаться на них достаточно долго.

Такие уровни называются метастабильными. В процессе возбуждения на таком уровне может происходить значительное накопление атомов.

Переход с метастабильного на основной уровень может быть ускорен путем какого-либо энергетического воздействия на атомы, например, воздействия квантами излучения такой же длины волны.

Вызванное при этом излучение называется вынужденным (индуцированным или стимулированным), а само явление вынужденной люминесценцией.

Рекомбинационной называется люминесценция, происходящая в результате рекомбинационных процессов, например, при рекомбинации электронов и ионов в газах, электронов и дырок в полупроводниках и так далее.

Фотолюминесценция. Правило Стокса.

Фотолюминесценция делится на флуоресценцию (кратковременное послесвечение) и фосфоресценцию (сравнительно длительное послесвечение) (не менее 10 -3 сек).

Фотолюминесценцию жидкостей и твердых тел можно наблюдать при освещении их видимым или УФ светом. Примером может служить свечение обыкновенного керосина, серной кислоты, раствора флуоресцеина, зеленое свечение стекол с примесью солей урана, красное свечение стекол с примесью солей марганца, синей - с примесью солей церия. Светятся также различные краски и особые неорганические составы и минералы, которые называют фосфорами (люминофорами).

Опытное исследование спектров фотолюминесценции показало, что они отличаются от спектров возбуждающего излучения. При этом обычно соблюдается правило, установленное Стоксом (1852

Люминесценция это и злучение света которое может происходить не только в результате нагревания тел, но и при других явлениях, например при электрическом разряде в глазах, некоторых химических процессах (гни ение, окисление фосфора) и т. д.

Наблюдается свечение светляков и морских микроорганизмов. Можно вызвать вторичное свечение веществ, действуя на них ультрафиолетовым излучением и т. п. Все эти виды излучения называют холодным свечением или люминесценцией.

Что такое люминесценция

Люминесценцией называют все виды излучения света, кроме излучения света нагретыми телами.

Люминесценцию подразделяют в соответствии с явлениями, которые ее вызывают. Виды люминесценции: биолюминесценцией называют свечение, наблюдаемое в живых организмах (грибы, бактерии, насекомые); электролюминесценцией — свечение газов при электрическом разряде; фотолюминесценцией — свечение, возбуждаемое посторонним излучением; катодолюминесценцией — свечение вещества под ударами электронов и т. п.

Элементарный механизм теплового излучения и люминесценции одинаков. Однако тепловое излучение является универсальным свойством всех тел и при соответствующих условиях принимает равновесный характер.

Люминесценция же является избирательным свойством тел, хотя и весьма распространенным, а излучение при ней является односторонним. Оно связано с непосредственным преобразованием различных видов энергии в энергию света и прекращается как только израсходуется энергия, обусловливающая излучение.

При люминесценции тело высвечивает фотоны.

Люминесценция не зависит от теплового излучения и может происходить одновременно с ним. С. И. Вавилов дал следующее определение: люминесценция это избыток излучения тела над его тепловым излучением при данной температуре.

Явление фотолюминесценции

Явление фотолюминесценции (в дальнейшем приставка фото опускается), т. е. свечения тел при поглощении излучения от постороннего источника. При этом атомы и молекулы вещества поглощают падающие на них фотоны с одной длиной волны (λ₁), возбуждаются и излучают фотоны с другой длиной волны (λ₂). Явление показано схематически на рис. 2 .

Фотолюминесценция свойственна большинству твердых и жидких тел. Простейший опыт по наблюдению фотолюминесценции: стакан С с раствором флуоресцина освещается светом дуги через фиолетовое стекло Ф, задерживающее голубое и все более длинноволновое излучение.

При этом в освещенной части жидкость ярко светится зелено-желтым светом.

Излучение при фотолюминесценции имеет преимущественно полосатые спектры. Как спектр излучения, так и спектр поглощения при люминесценции характерны для данного вещества. При этом в большинстве случа ев свет люминесценции имеет большую длину волны, чем свет, ее вызывающий.

Это отражено правилом Стокса: при спектр люминесценции излучения и его максимум сдвинуты по отношению к спектру поглощения и его максимуму в сторону более длинных волн.

Свечение, продолжающееся после прекращения действия излучения, возбуждающего люминесценцию, называется послесвечением. Послесвечение может быть весьма различным от 10 -8 сек до нескольких часов и даже суток.

Свечение, которое по зрительному ощущению прекращается одновременно с прекращением возбуждения, называется флуоресценцией. Свечение, имеющее заметное на глаз послесвечение, называется фосфоресценцией. Вещества с особенно длительным послесвечением называются фосфорами.

Фотолюминесценция веществ

Фотолюминесценция наблюдается у многих жидких и твердых тел как неорганической, так и органической природы. В настоящее время изготовляется большое количество веществ, дающих сильную фотолюминесценцию и называемых люминофорами.

Обычно основное вещество люминофора (окиси и сернистые соединения кальция, стронция и цинка, различные соли кремниевой, борной и вольфрамовой кислот) смешивается с незначительным количеством другого вещества, называемого активатором (марганец, кобальт, медь), которое значительно усиливает люминесценцию.

Большая часть люминофоров возбуждается ультрафиолетовым излучением с длиной волны 250—285 ммк и дает видимое излучение различного спектрального состава.

Люминофоры широко используются при устройстве люминесцентных ламп, светящихся экранов в электроннолучевых трубках, для изготовления светящихся красок и т. д.

Определение природы и состава вещества по характеру или точнее спектру его люминесцентного излучения называется люминесцентным анализом. При этом обычно наблюдается свечение тел под действием ультрафиолетового излучения.

При соответствующих условиях при этом можно обнаруживать наличие ничтожных количеств вещества (до 10 -9 г). Люминесцентный анализ делится на макроанализ, когда наблюдение производится невооруженным лазом, и микроанализ, когда оно производится при помощи микроскоп.

Люминесцентность применение

Люминесцентный макроанализ имеет большое значение в промышленности, гигиене и медицине. Большая часть органических соединений (кислоты, эфиры, жиры, алкалоиды, красители и т. д.) дает при поглощении ультрафиолетового излучения характерное свечение.

На этом основана, например, проверка качества и сортировка пищевых продуктов, фармакологических средств, растительного волокна (тканей), кожи и т. п., обнаружение в них суррогатов или фальсификаций и т. д. Используемый при этом прибор называется флуорометром.

Основную часть его составляет ртутная лампа , снабженная светофильтром. Цвет и интенсивность свечения наблюдаются глазом или измеряются с помощью фотоэлемента.

Фотолюминесценцию дают почти все ткани организма, особенно ногти, зубы непигментированные (седые), волосы, роговая оболочка, хрусталик глаза и т. д. Кожные заболевания с люминесценцией применяют при диагностике болезней кожи.

Во многих случаях в качестве диагностического приема пользуются введением в организм специальных красок, которые абсорбируются в определенных тканях. Эти ткани затем исследуются на люминесценцию.

При люминесцентной микроскопии исследуются естественные препараты или препараты, окрашенные флуоресцирующими красками.

Установка для микроскопии (рис. 3) состоит из специального осветителя О, состоящего из ртутной лампы со светофильтром Ф, пропускающим только ультрафиолетовое излучение с длиной волны 320—400 ммк (стекло Вуда), теплового фильтра Г, кварцевой призмы П и конденсора K, с кварцевыми линзами.

Препарат фиксируется в нефлуоресцирующей среде и располагается на кварцевом или увиолевом предметном стекле. Оптика микроскопа может быть из обычного стекла, так как через нее проходит видимый свет, возникший на препарате в результате флуоресценции.

Люминесцентные источники оптического излучения

Лампы, в которых используется свечение газа при электрическом разряде, называется газосветными и представляют стеклянные трубки, наполненные тем или иным газом под различным давлением. На концах трубки имеются электроды, к которым подводится переменное напряжение.

Излучение имеет линейчатый спектр преимущественно в видимой области. Спектр зависит от природы газа, заполняющего трубку. Например, неон светится оранжево-красным светом, азот — фиолетовым, аргон — синевато-зеленым и т. д.

Газосветные лампы являются экономичным источником излучения. Однако его спектральный состав мало соответствует спектру белого цвета, поэтому эти лампы применяются преимущественно для декоративного освещения.

Неоновая лампа, часто применяемую в качестве индикатора высокочастотных колебаний. Лампа (рис. 3) заполнена разреженным неоном и имеет два плоских близко расположенных электрода А и Б. Лампа может светиться также под действием высокочастотного переменного электрического поля, в которое она помещена.

В этом случае поле, действуя на первично ионизированные частицы газа, приводит их в интенсивное колебательное движение, которое поддерживает вторичную ионизацию. Такой разряд называется безэлектродным.

Люминесцентные ртутные лампы

Основной интерес для нас представляют лампы, в которых электрический разряд происходит в атмосфере ртутных паров. При этом возбужденные атомы ртути дают интенсивное излучение в ультрафиолетовой области спектра.

Ртутные лампы разделяются на лампы низкого (0,01 — 1 ,0 мм рт. ст.), высокого (150—400 мм рт. ст.) и сверхвысокого (несколько атмосфер) давления. Из них в медицине используются лампы низкого и высокого давления.

Медицинская ртутная лампа высокого давления, или как ее называют, аргоно-ртутно-кварцевая лампа состоит из прямой трубки К из кварцевого стекла, из которой удален воздух. Трубка наполнена аргоном под невысоким давлением. Кроме того, она содержит небольшое количество ртути.

Впаянные по концам металлические электроды Э для улучшения эмиссии электронов покрыты окислами щелочных металлов. При включении питающего напряжения между электродами горелки возникает тлеющий разряд в аргоне.

Разряд начинается за счет тех единичных ионов и электронов, которые имеются в естественном газе, и поддержи вается за счет вторичной ионизации. При этом электроды за счет бомбардировки их ионами газа и электронами нагреваются и с их поверхности происходит эмиссия электронов. Нагревается вся лампа, и имеющаяся в ней ртуть испаряется.

Возникает дуговой разряд в ртутных парах, давление которых при этом повышается до необходимого предела: устанавливается рабочий режим лампы. При этом лампа дает излучение с линейчатым спектром в ультрафиолетовой области (максимум излучения при длине волны 365 ммк, а также в сине-фиолетовой части видимого спектра.

Это излучение и видно глазом при работе лампы.

Лампу включают в сеть переменного тока. Параллельно лампе через кнопку К включают конденсатор С, разряд которого облегчает зажигание лампы. Последовательно с лампой включается индук тивное сопротивление (дроссель) Д .

Дроссель необходим для стабилизации тока в цепи лампы. Как указывалось, при разряде в газе незначительное изменение напряжения между электродами может вызвать непропорционально большое изменение количества вторично образующихся ионов и электронов и соответственное изменение тока, которое может нарушить работу лампы.

При изменении тока в дросселе возникает электродвижущая сила самоиндукции, противодействующая этому изменению, и таким образом сила тока автоматически поддерживается на постоянном уровне.

Лампа помещается в рефлекторе, который укреплен на штативе того или иного устройства, в зависимости от назначения лампы.

Применение ртутных ламп

Облучение ультрафиолетовым излучением применяют не только как средство лечения, но и как средство укрепления, закаливания организма. Это особенно важно для людей, которые в силу климатических условий (например, на Крайнем Севере ) или условий работы под землей лишены солнечного света.

Профилактическое облучение одновременно целой группы людей производится при помощи специального облучателя. Облучаемые располагаются на определенном расстоянии вокруг лампы и в течение определенного промежутка времени медленно поворачиваются так, чтобы обеспечить равномерное облучение всего тела.

Ртутная лампа низкого давления

Ртутная лампа низкого давления, называемая в медицине бактерицидной лампой (рис. 4, а), представляет собой трубку Т из увиолевого стекла (стекло с примесью кварца), по концам которой имеется два электрода Э в форме спиралей накала. Трубка заполнена аргоном под давлением в несколько миллиметров ртутного столба и содержит каплю металлической ртути.

Лампа Л включается в осветительную сеть последовательно с дросселем Д. Параллельно электродам лампы включен стартер С (рис. 4, б). Он состоит из неоновой лампочки с биметаллическим электродом, который вначале замыкает цепь тока для накала спиралей электродов. Как только электроды лампы нагреваются и в них возникает электронная эмиссия, биметаллическая пластинка стартера размыкает цепь.

При этом между электродами в лампе возникает тлеющий разряд первоначально в атмосфере легко ионизирующегося аргона. Постепенно ртуть испаряется и заполняет трубку.

Лампа переходит на рабочий ре жим, при котором тлеющий разряд происходит уже в атмосфере ртутных паров и между холодными электродами. Давление ртутных паров в лам пе составляет около 6•10 -3 мм рт. ст.

Лампа дает излучение с линей чатым спектром преимущественно в ультрафиолетовой области, максимум которого (до 70% всего излучения) падает на длину волны 253,7 ммк.

Бактерицидные лампы применяются для дезинфекции воздуха в oперационных, перевязочных, инфекционных отделениях больниц, а также в местах большого скопления людей (школы, театры и т. п.), особенно во время гриппозных эпидемий. Подвесной бактерицидный облучатель состоит из корпуса К, рефлектора Р и лампы Л.

Л юминесцентные лампы

В настоящее время для целей освещения применяются лампы, которые и называют собственно люминесцентными. Они устроены подобно ртутной лампе низкого давления, но делаются из простого стекла, внутренняя сторона которого покрыта люминофором.

Люминофор преобразует ультрафиолетовое излучение, возникающее в парах ртути внутри лампы, в видимое излучение определенного спектрального состава. Лампа является экономичным и гигиеничным источником искусственного света.

В зависимости от состава люминофора, лампы дают свечение разно го цвета (фиолетовый, голубой, зеленый, оранжевый, красный и т. п.). Путем комбинирования люминофоров можно получить свет любого оттенка. Соответственно имеются лампы дневного света, холодного белого света, теплого белого света и т. д.

В спектре люминесцентной лампы (рис. 5) сочетается сплошной спектр излучения люминофора с линейчатым спектром, частично проходящего через него излучения ртутных паров. Способ зажигания и схема включения в сеть люминесцентных ламп такие же, как и у бактерицидной лампы (см. рис. 4, б).

Имеется специальный тип люминесцентной лампы, которая дает ультрафиолетовое излучение с длиной волны в пределах 285—380 ммк (максимум излучения с длиной волны 310—320 ммк), недостающее в солнечном излучении в зимний период.

Лампа называется эритемной и в общем светильнике с группой ламп дневного света применяется для освещения в школах, яслях, больницах и т. п. в зимние периоды, особенно в северных районах страны.