Определение люминесценции и критерий длительности. Несмотря на чрезвычайное разнообразие в значениях времени, показывающего длительность люминесценции (от с до с), для всех процессов люминесценции характерно, что оно значительно превосходит период собственного колебания светящейся молекулы ( T= c). На это обратил внимание Сергей Иванович Вавилов, показавший, что данный критерий длительности является единственным характерный критерием, позволяющим отделить люминесценцию от всех других видов свечения.
К числу неравновесных свечений, интенсивность которых может превышать при данной температуре тепловое излучение, принадлежат разнообразные типы свечения.
Сюда относятся, конечно, и люминесценция, но и рассеянный свет и свет, отраженный точно также отличаются от теплового излучения. Однако, все эти виды свечения, кроме люминесценции, можно охарактеризовать как вынужденные световые колебания, длящиеся лишь постольку, поскольку есть вынуждающее свечение, и исчезающие практически за время, соизмеримое с периодом вынуждающих световых колебаний, т.е. примерно за время с. Для люминесценции характерна несравненно большая длительность послесвечения.
В соответствии с этим С.И. Вавилов предложил определят люминесценцию как свечение, представляющие избыток над температурным излучением при условии, что такое избыточное излучение обладает длительностью, значительно превышающей период световых колебаний. Данное определение однозначно отличает люминесценцию от всех других видов свечения и дает возможность надежного экспериментального установления люминесцентного характера свечения. Для этой цели не требуется производить сложные определения времени свечения.
Достаточно убедиться, что оно не слишком мало. А для этого можно провести опыты по тушению предлагаемой люминесценции, подходящим тушителем. Для тушения необходимо, чтобы длительность возбужденного состояния была заведомо больше среднего времени между соударениями с молекулами тушителя. Время это при не слишком малых концентрациях возбужденных молекул и тушащего вещества не меньше с. Поэтому нелюминесцентные, т.е. чрезвычайно быстро прекращающиеся виды свечения не успевают испытать тушение.
Признак длительности имеет большое практическое значение и дает возможность отличить люминесценцию от других неравновесных процессов. В частности он сыграл важную роль в истории открытия явления Вавилова- Черенкова, позволив установить, что наблюдавшееся свечения нельзя отнести к люминесценции. Излучение Вавилова-Черенкова Особенно важное значение имеет случай специального свечения, наблюдаемого под действие радиоактивных излучения ( - и -лучи). Как показал Павел Алексеевич Черенков, работавший под руководством С.И.Вавилова, свечение такого рода возникает у весьма разнообразных веществ, в том числе у чистых жидкостей, причём яркость мало зависит от их химического состава.
Данное излучение имеет поляризацию и направленность вдоль направления движения частицы. Обнаружив, что свечение не испытывает тушения Вавилов пришел к выводу, что оно не является люминесценцией, как считалось ранее, и связал его происхождение с движением электронов через вещество.
Полное разъяснение явления было дано в теоретическом исследовании Игоря Евгеньевича Тамма и Илья Михайлович Франка, которые показали, что свечение должно иметь место, если скорость электрона превосходит фазовую скорость света в данном веществе. Пусть электрон движется равномерно со скоростью вдоль линии ОL (рис. 1) сквозь какое-нибудь вещество, например воду. При движении электрона сквозь вещество имеется, конечно, взаимодействие электрона с атомами вещества, в результате, которого часть энергии электрона может предаваться атомам, вызывая их ионизацию или возбуждение.
Однако в данном вопросе нас не эти виды потерь энергии электроном. Как показывает детальное рассмотрение электрического поля, создаваемого движущимся электроном, могут иметь место и иные формы растраты энергии электроном. Рассмотрим случай. Пусть электрон со значительной скоростью движется по оси пустотелого канала, проделанного в веществе, так что он не испытывает непосредственных столкновений с атомами вещества.
Оказывается, однако, что если диаметр канала значительно меньше длины волны света, то все же электрон теряет энергию в виде световой радиации сквозь поверхность, охватывающую ось цилиндрического канала. При этом мы можем для простоты считать среду вполне прозрачной, так что поток радиации беспрепятственно проходит через нее. Излучаемая энергия, конечно, заимствуется из энергии движущегося электрона, скорость которого должна уменьшиться вследствие торможения электрона в собственном поле. Именно это излучение представляет собой в чистом виде излучение Вавилова-Черенкова.
Расчет показывает, что рассматриваемое излучение и связанное с ним торможение возникают только в том случае, когда скорость электрона больше фазовой скорости света в среде с, и прекращается когда скорость электрона уменьшается до этой скорости. Рассчитав электрическое и магнитное поля движущегося электрона со «сверхсветовой» скоростью электрона и образовав вектор Пойнтинга, можно вычислить поток радиации, излучаемой элктроном. При этом обнаруживается своеобразное распределение излучения в пространстве в идее узкого конического слоя, образующая которого составляет с осью движения угол, так что где - фазовая скорость света; излучение оказывается поляризованным так, что его электрический вектор лежит в плоскости, проходящей через направление движения электрона.
Все эти