ЛЮМЕН

ЛЮМЕН (латынша «лумен – жарық») (лм, lm) – жарық ағынының Халықара- лық бірліктер жүйесіндегі бірлігі. лм (орысша) не lm. 1 люмен – жарық күші 1 канделаға тең нүктелік жарық көзінің 1 стерадиан денелік бұрыш ішінде тарататын жарық ағыны.

ЛЮМИНЕСЦЕНТТІК ТАЛДАУ (латынша «лумен (луминис) – жарық» +

«ескент – әлсіз») – әртүрлі нысандарды (объектілерді) олардың люминесценция- сын бақылай отырып зерттеу әдісі. Люминесценттік талдау кезінде зерттелетін нысандардың меншікті жарқырауы (мысалы, зерттелетін газдың буы) не зертте- летін нысанды өңдейтін арнайы люминофорлардың жарқырауы бақыланады. Көбінесе нысанның фотолюминесценциясы қоздырылады, бірақ кейбір жағдай- ларда люминесценттік талдау үшін катодтық люминесценция, радиолюминесценция және хемилюминесценция қолданылады. Фотоқоздыру әдетте кварцты-сынапты, ксенонды шамдар, электрлік ұшқындар, лазерлік сәулелер арқылы жүзеге асырылады. Люминесценция әдетте визуальды түрде не фотоэлектрондық аспаптар арқылы тіркеледі.

Сан жүзіндегі және сапалық химиялық талдау кезінде, көбінесе заттың дербес жарқырауы тіркеледі. Сан жүзіндегі талдаудың сезгіштігі өте жоғары болады, 10^–10 г/см³-ге дейін жетеді. Осы жайт бұл талдауды заттардың тазалығын бақылауға мүмкіндік береді. Газды лазердің сәулесімен жекелеген изотоптардың люминесценциясын қоздырып изотоптық люминесценциялық талдау жасауға болады.

Сорттылық (сұрыптылық) люминесценциялық талдау люминесценциялық сипаты бойынша бірдей болып көрінетін заттарды ажырата алады. Бұл талдау ауру түрлеріне диагноз қоюға (айғақтауға) (мысалы, адам ағзасының ұлпасы бойынша, микроспоруммен зақымдалуды ультракүлгін сәуленің жарқырау әсері бойынша

 

айғақтайды), т.б. мақсаттарға қолданылады.

Люминесценциялық талдау криминалистикада (құжаттардың түпнұсқалығын анықтау, улы заттардың іздерін табуға, т.т.с.), қайта қалпына келтіру жұмыстарда, дефектоскопияда және гигиенада (азық-түліктердің, ауыз судың, ауадағы қауіпті заттардың қоспаларын, сапасын анықтауда) қолдау тапқан.

ЛЮМИНЕСЦЕНТТІК ШАМ – доғалық разрядтың ультракүлгін сәулесін люминофорлар арқылы ұзын толқында (көрінетін) сәулеге түрлендірілетін төменгі қысымды газ-разрядтық жарық көзі. Разряд пайда болған кезде буланатын біраз мөлшерлі сынапты және оның атомдарын қоздыруды жақсартатын инертті газ (мысалы, аргон) қосылған люминесценттік шам көп таралған. Бұл шамдар көбінесе цилиндр пішінді әйнек қабатпен қоршалып жасалады. Әйнек қабаттың ішкі бетіне люминофор қабаты жалатылған. Ұзын әйнек қоршама қабаттың ішкі жағындағы

 

екі ұшына вольфрам электродтар дәнекерленген. Шамды айнымалы ток көзіне қосқанда электродтар аралығында сынап атомдарын қоздырып сәуле шығаратын электр разряды (ток күші А-дің ондық үлесіндей шамада болады) пайда болады.

ЛЮМИНЕСЦЕНТТІК ЭКРАН (французша «экран – керме, шымылдық, қалқа») – люминофорлар пайдаланылған, электрмагниттік сәулелерді немесе корпускулалық шоқтарды көрінетін кескінге түрлендіретін, соңынан оны тіркеп (жазып) (әдетте 10^–3 – 10³ секунд) алуға арналған құрылғы. 10²–10⁵ эВ энергиялы электрондық шоқтармен қоздырылатын люминесценттік экрандар жарық көздерінде, индикаторлық, осциллографиялық, жадқа сақтауыш, т.б. электрондықсәулелік аспаптарда (мұнымен қатар электрондық-сәулелік аспаптардың экрандары ретінде де) қолданылады. Бұл экрандар қабатталған конденсатор түрінде жасалған, жиілігі 50–10⁴ Гц тұрақты немесе айнымалы электр тогының әсері арқылы сәуле шығарады және қатты денелі индикаторлық құрылғы (рентгендік және гамма-сәулелік индикаторлық құрылғы) болып табылады. Рентгендік және гамма-сәулемен сәулелендіру кезінде кескіннің айқындылығын арттыру үшін күшейткіш рентгендік люминесценттік экран пайдаланылады. Инфрақызыл және асажоғары жиілікті өрістерді тіркеу үшін термосезгіштік люминесценттік экран қолданылады.

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ (латынша «лумен, луминис – жарық» + «есцент – әлсіз әсер») – дененің жылулық сәуле шығаруынан артық болып табылатын және жарық тербелістерінің периодынан едәуір ұзақ уақытқа созылатын сәуле шығару. Анықтаманың алғашқы бөлігі люминесценцияны жылулық тепе-теңдік сәуле шығарудан ажыратқан және «люминесценция» ұғымының тек тепе-теңдік күйдің маңындағы атомдар (молекулалар) жиынтығына ғана қолданылады, себебі тепе-теңдіктен едәуір ауытқыған күйде жылулық сәуле шығару туралы, яғни люминесценция туралы сөз етудің мағынасы болмайды. Спектрдің көрінетін аймағындағы жылулық сәуле шығару дененің температурасы бірнеше жүз немесе мыңдаған градусқа жеткенде ғана байқалады, ал дене кез келген температурада люминесценттік сәуле шығара алады, сондықтан люминесценцияны көбіне салқын (суық) сәуле шығару деп атайды.

Анықтаманың екінші бөлігін (ұзақтық белгісін) кеңес физигі Сергей Вавилов (1891 – 1951) енгізген. Ондағы мақсат люминесценцияны өзгедей жарықтың шашырауынан, жарықтың шағылысуынан, жарықтың параметрлік түрлендірулерінен, тежеулік сәуле шығару және Черенков-Вавилов сәуле шығаруынан ажырату болған. Люминесценцияның өзгедей шашыратылулардан айырмашылығы онда сәуленің жұтылуы мен сәуле шығаруының арасында аралық үрдістер (процестер) өтеді, бұлардың ұзақтығы жарық толқынының периодынан артық. Осының нәтижесінде люминесценция кезінде жарықтың жұтылу және шығарылу тербелістерінің фазаларының арасындағы корреляция (өзара байланыс) жойылады. Люминесценциялық сәуле шығару жақын, ультракүлгін және инфрақызыл сәулелер диапазондарында жатады. Табиғи люминесценциялық құбылыстар – поляр шұғыласы, кейбір жәндіктердің, минералдардың, ағаш шіріктерінің ж а р қ ы р а у ы ежелден-ақ белгілі болған, бұл құбылысты жүйелі түрде зерттеу ХІХ ғасырдан басталған.

(электр өрісімен қоздыру), электрлюминесценция, триболюминесценция (механикалық әдіспен қоздыру), хемилюминесценцияларға (химиялық реакция кезінде пайда болады) жатады] ажыратылған. Жарқырау ұзақтығы бойынша флуоресценцияға (тез сөнетін люминесцен-

1-сызба. Қарапайым люминес- ценция кезіндегі кванттық ауы- сулардың сұлбасы: 1 – энергия- ның негізгі деңгейі; 2 – сәуле шығару деңгейі; 3 – қоздыру дең- гейі. Үзік сызықпен резо- нанстық люминесценцияға сәй- кес келетін кваттық ауысу көр- сетілген.

Люминесценцияны қоздырылу типіне, энергияны түрлендіру әдісіне, жарқыраудың уақытша сипаты бойынша топтауға болады. Қоздырылу түрі бойынша люминесценция фотолюминесценцияға (жарықпен қоздырылу), радиолюминесценцияға [өтімді радиациямен қоздыруға [бұған рентген-люминесценция, катодтық люминесценция, ионлюминесценция, α—люминесценция ция) және фо сфоре сценцияға (ұзақ уақыт жарқырайтын люминесценция) топталған. Пайда болу ерекшелігі бойынша резонанстық, өздік, еріксіз және рекомбинациялық люминесценцияға бөлінген. Осы топтау шартты түрдегі топтау, себебі қатаң түрде белгілі бір уақытша шекараны көрсетуге болмайды. Ол тіркеуші аспаптардың ажыратқыштық қасиетіне тәуелді.

Люминесценцияның қарапайым актісі атомның (молекуланың) негізгі энергия деңгейінен (1) (1-сызба) қозған деңгейге (3) ауысуына байланысты энергияның жұтылуынан, сәуле шығарусыз ауысудан 3→2 және сәуле шығару 2→1 ауысуынан түзілген. Атомдық жұптарда (Hg, Cg, Na т.б.) люминесценциялық сәуленің тікелей 3→1 ауысуы кезінде (резонанстық, люминесценция) шығуы мүмкін. 3→2 ауысу ықтималдығы тура ауысумен 3→1 салыстырғанда жиірек болады. 2-деңгей әдетте жұту деңгейінен (3) төмен орналасады, қоздыру энергиясының бір бөлігі атомдар тербелісінің энергиясына (жылуға ауысады) жұмсалып кемиді және люминесценцияның жарық кванты стокстық люминесценцияның жарықты қоздырушы квантымен салыстырғанда аз энергиялы болады. Бірақ та көптеген жағдайларда антистокстық люминесценция сырттан молекуланың тербелмелі энергиясын жұту есебінен сәуле шығарушы (2) деңгейден салыстырмалы едәуір жоғары деңгейге (3) ауысады. Антистокстық люминесценция кезіндегі квант шығаратын энергия квантты қоздыратын энергиядан артық, оның қарқындылығы аз.

2-деңгей қоздыру энергиясын жұтқан атомға (молекулаға) да өзге атомға да жатады, тиесілі

	2-сызба. Метатұрақты люминес-
болуы мүмкін (мұндай атом люминесценцияның орталығы, ал ауысу орталық ішілік ауысуы	ценция кезіндегі кванттық-ауысу- лар сұлбасы: 1, 2, 3 – деңгейлер; 4 – метатұрақты деңгей

деп аталған). Алғашқы жағдайда люминесценция өздік люминесценция деп аталған.

Люминесценцияның осы түрі резонанстық люминесценция ретінде будың және ерітінділердің атомдары мен молекулалары, сондай-ақ кристалдардағы қоспаланған атомдар үшін тән сипат. Кейбір жағдайларда атом (молекула) сәуле шығарудың 2-деңгейіне ауысудың алдында аралық метатұрақты деңгейде (4) және 2-деңгейге ауысу үшін оған қосымша энергия, мысалы, жылулық қозғалыстың немесе жарықтың энергиясын беру керек. Осындай үрдіс (процесс) кезінде пайда болатын люминесценция – метатұрақты люминесценция деп аталған.

Әртүрлі заттардағы люминесценциялар бірінен-бірі бөлшектердің жұту деңгейінен (3) сәуле шығару деңгейіне (2) ауысу ерекшеліктері бойынша өзгешеленген. Энергияның өзге атомдарға (молекулаларға) берілуі электрондардың электрондық-иондық соқтығысулары кезінде, қоздырылған атомның қоздырылмаған атомға тікелей соқтығысулары, иондалу үрдістері (процестері) кезіндегі рекомбинация немесе алмасу тәсілімен жүзеге асырылады. Газдардағы атомдардың шоғырлануының (концентрациясының) аз болуы себепті энергияның резонанстық және алмасу арқылы берілуінің маңызы аз. Қоздыру энергиясы ядролардың тербелістері арқылы берілуі мүмкін конденсацияланған орталарда болады. Ең соңында, кристалдағы энергияның өткізгіштік электрондар, кемтік пен электрондық-кемтіктік жұптар (экситондар) арқылы берілуінің маңызы зор. Егер энергияның берілуінің соңғы актісі рекомбинация (бөлшектердің қалпына келуі, мысалы, электрондар мен иондардың немесе электрондар мен кемтіктердің) болса, онда осы үрдісті сүйемелдеуші люминесценция – рекомбинациялық люминесценция деп аталған.

Люминесценциялық сәуле шығару қасиеті бар заттар люминофорлар деп аталған, бұлардың дискретті энергетикалық спектрлері болуы қажет. Үздіксіз энергетикалық спектрі болатын (мысалы, металдар) заттар люминесценцияланбайды: оларды қоздыру энергиясы үздіксіз түрде жылуға айналатын болады

Люминесценцияның екінші қажетті шарты – сәуле шығару ауысуының ықтималдығы сәуле шығарусыз ауысу ықтималдығынан артық болуы керек. Сәуле шығарусыз ауысу ықтималдығының артуы л ю м и н е с ц е н ц и я н ы с ө н д і р у г е әкеп соқтырады. Осы ықтималдық көптеген факторларға тәуелді мысалы, температура жоғарылаған кезде (температуралық сөндіру), люминесценцияланушы молекулалардың

(концентрациялық сөндіру) немесе қоспалардың (қоспалық сөндіру шоғырлануларының концентрациялары) артқанда байқалады. Сонымен, люминесценцияның сөндірілуі люминесценцияланатын заттың табиғатына және оның фазалық күйіне, сыртқы жағдайларға тәуелді. Төменгі қысым кезінде жарықтың газ-разрядтық көздерінде, люминесценциялық шамдарда және газдық лазерлерде пайдаланылатын металдардың

 

және газдардың булары люминесценцияланады. Сұйық орталардағы люминесценция негізінен органикалық заттардың ерітінділеріне тән.

Люминесценцияланатын кристалдар – кристаллфосфорлар деп аталған, бұлардың люминесценциясының жарықтылығы олардың құрамындағы қоспаларға (активаторлар деп аталған), жұтылу деңгейлері болатын энергия деңгейлеріне, аралық немесе сәуле шығару деңгейлеріне тәуелді. Осы деңгейлер ретінде валенттік зона мен өткізгіштік зона пайдаланылған.

Кристаллфосфорлардағы жүйелерді жарықпен, электр тогымен немесе бөлшектер шоқтарымен қоздыру еркін электрондарды, кемтіктер мен экситондарды тудыра алады (3-сызба). Электрондар торлар бойынша орын ауыстыра жүріп «қақпанға» (4) шөгеді. Кемтігі бар еркін электрондардың рекомбинациясы (қайта комбинациясы) кезінде пайда болатын люминесценция – зонааралық немесе шеткері люминесценция деп аталған (3-сызба, а-жағдай). Егер жарықталу орталығы ұстаған (қоспа атомымен немесе торлар ақауымен) кемтігі бар электрон рекомбинацияланатын болса, орталық люминесценцияланады (3-сызба, б-жағдай). Экситондардың рекомбинациясы кезінде экситондық люминесценция пайда болады (3-сызба, в-жағдай). Полярлану люминесценциясы сәуле шығарушылық және жұтушылық атомдық жүйелердің бағдарлануына және мультиполдігіне байланысты.

Люминесценцияның физикалық параметрлерін зерттей отырып заттардың энергетикалық күйлері, молекулалардың кеңістіктік құрылымы, энергиялардың орын ауыстыру үрдістері (процестері) туралы мәліметтер алынады. Люминесценциялық әдістер қатты денелер физикасының маңызды әдістерінің бірі болып табылады. Люминесценция лазерлердің әсерлерінің негізіне алынған. Биолюминесценция аз деңгейлі клеткаларда өтетін үрдістер туралы ақпараттар алуға мүмкіндік туғызды. Катодлюминесценция осциллографтардың, теледидарлардың, локаторлардың т.б. экрандарының жарықталуының негізіне жатады. Радиолюминесценцияның ядролық физикада маңызы бар (сцинтилляциялық санауыш). Люминесценция дефектоскопияда, люминесценциялық сырлар өндіруде, жол белгілерін бояу үшін пайдаланылады.

Адамдарға  өте ерте кездерден кейбір жәндіктердің, шіріген ағаштардың және минералдардың жарқырайтыны белгілі болған. Бұл құбылыстар ұзақ уақыт құпия болып келді. Осы құбылыстың люминесценция екендігі белгілі болды. Люминесценциялық сәулені заттардың атомдары, молекулалары және иондары белгілі бір сыртқы ықпалдардың себептерінен өздерінің негізгі энергетикалық төменгі (ВВ) күйлерінен қозып (яғни, қосымша энергия алып) жоғарғы күйге (АА) ауысып, 10⁸ секунд уақытта қайтадан бастапқы энергетикалық төменгі күйіне ауысқанда жарық көзі – фотондар шығарады.

Осы люминесценциялық құбылысты сырттай кәдімгі селге ұқсатуға болады. Таулы аймақтағы қар мен мұздықтардың еруінен пайда болатын шағын көл болатынын білеміз. Жаз айларындағы аптап ыстық кезінде (немесе қатты нөсерлі жаңбыр жауғанда) әлгі көлдер суға толып бөгеттерді бұзып төмен қарай лап беріп ағатыны белгілі. Осы мысалдағы көлдің қар мен мұздықтың кенеттен көп еруіне дейінгі су деңгейін атомдардың, молекулалардың энергетикалық негізгі деңгейі, ал көлдің бөгеттің ернеуіне дейін су толған деңгейін атомның, т.б. қозған жоғары деңгей деп қарастыруға болмақ.

ЛЮМИНОФОРЛАР (латынша «лумен – жарық» және грек. «форос – тасушы») – әртүрлі қоздыру әсерлерінің салдарынан люминесценцияланатын қатты және сұйық заттар. Люминофорлар – жұтқан энергиясын жарық энергиясына түрлендіретін (люминесценциялайтын) қасиеті болатын заттар. Қоздыру типі бойынша люминофорлар фотолюминофор, рентгенлюминофор, катодлюминофор, электрлюминофорларға ажыратылады; Химиялық табиғаты бойынша люминофорлар органикалық люминофорлар (органлюминофорлар) және анорганикалық (бейорганикалық) люминофорлар (фосфорлар) болып бөлінеді. Кристалдық құрылымы болатын фосфорлар кристаллфосфорлар деп аталған. Люминофордың жарқырауы оның негізгі затының қасиетіне, сондай-ақ қоспасына (активаторға) да байланысты болады. Активатор негізгі затта (негізде) жарқырау орталықтарын түзеді.

Люминофорлар әртүрлі энергия түрлерін жарыққа түрлендіру үшін қолданылады. Қолданылу шарттарына тәуелді люминофорлардың параметрлеріне, қоздыру типіне, қоздыру спектріне (фотолюминофорлар үшін), сәуле шығару спектріне, сәуленің энергетикалық шығуына, уақыттық сипаттамасына (қоздыру уақытына және соңыра шығатын сәуленің бірден сөнбей біраз уақыттан соң сөну ұзақтығына белгілі бір талаптар қойылады. Кристаллфосфорларда әр алуан параметрлі люминофор алуға болады.

Әртүрлі фотолюминофордың қозу спектрлері ультракүлгін сәуле толқынынан бастап инфрақызыл сәуле толқынына дейінгі аралықты қамтиды. Сәуле шығару спектрі көрінетін, инфрақызыл және ультракүлгін сәуле аймақтарында жатады. Жекеленген люминофорлардың шығаратын сәулесінің спектрлік жолағының ені мыңдаған ангстремнен бірнеше ангстремге дейін өзгереді және ол люминофорлар мен активаторлардың шоғырлануына, температураға тәуелді болады.

Люминофорлар сәулесінің шығымы (сәуленің шығуының қоздырылуға қатынасы) қоздыру түріне, оның спектріне (фотолюминесценция кезінде) энергияның жарық энергиясына түрлену тетігіне тәуелді. Ол люминофорлар мен активаторлардың шоғырлануы мен температурасы жоғарылаған кезде күрт төмендейді (люминесценцияның өшуі). Әртүрлі люминофорлар сөндірілген соң жарқырауын кенет тоқтатпай белгілі бір уақыт өткенде сөнуі (яғни соңыра өшуі) 10^–9 секундтан бірнеше сағатқа дейінгі аралығына созылады. Соңыра жарқырауы ең қысқа болатын люминофорлар органикалық люминофорлар, ал ең ұзақ жарқырайтын кристаллфосфорлар. Қолданылатын люминофорлардың арасындағы негізгі типтері: кристаллфосфорлар, органикалық люминофорлар, люминесценцияланатын әйнектер. Мұның ішінде бәрінен көп таралғаны – кристаллфосфорлар. Люминесценттік шамдарда кристаллфосфорлардың қос- пасы немесе бір компоненті ғана қолданылады. Люминофорлар құрамындағы заттардың жарқырауы күндізгі жарықтың құрамына жақындау болып таңдалады. Катодлюминофорлар электрондықсәулелік түтіктердің, осциллографтың, ақ-қара жай және түрлі түсті кинескоптардың, т.б. экрандарын жасау үшін қолданылады.

Органикалық люминофорлар ерітінділерде (флуоресцин, родамин) және қатты күйдегі (пластикалық масса, антрацен, стильбен, т.б.) денелерде люминесценцияланады яғни жарық шығарады. Олар өте күшті жарқырайды әрі шапшаң іске қосылады. Олардың шығаратын люминесценциялық сәулесінің түсі жарықтың көрінетін аймағының бүкіл түстерін шығара алатындай дәрежеде  таңдалады. Органикалық люминофорлар сұйық лазерлердің активті бөлігі ретінде де пайдаланылады. Органикалық люминофорлар кристалдары γ-сәулесі мен шапшаң бөлшектерді тіркейтін сцинтилляторлар ретінде қолданылады.

Люминесценцияланушы әйнек әртүрлі құрамды әйнек матрицалар негізінде дайындалады. Әйнекті қайнату кезінде шихтағы (қоспаға) активатор көбінесе сирек кездесетін химиялық элементтердің немесе актиноид қатарының элементтерінің тұздары араластырылады. Бұл әйнектердің мөлдірлігі жоғары, сол себепті олар лазерлік материалдар ретінде де және ультракүлгін сәулелер арқылы алынған кескіндерді көрінетін кескінге айналдыруда пайдаланылады.

ЛЮММЕР—ГЕРКЕ ПЛАСТИНКАСЫ (орысша «пластина – қатты денеден жасалған ені тар жұқа жолақ») – өте жоғары дәрежеде өңделген әйнектен немесе кварцтен жазық-параллель пластина түрінде жасалған көп сәулелі оптикалық интерферометр. Пластинканың бетінен тізбектеліп шағылған кезде сәуленің бір бөлігі одан сыртқа шығып кетеді (сызбаға қараңыз). Сол себепті параллель сәулелердің шоғының жолына қойылған жинақтаушы линзаның фокустық (тоғысу) жазықтығында интерференцияланатын, біріне-бірі қатысты жүріс айырмашылығы тұрақты болатын әлгі параллель сәулелер шоғы пайда болады. Мұны неміс физиктері О.Люммер және Э.Герке ойлап тапқан.