Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
Вещества, в которых возбуждается люминесценция, называются люминофорами. По методу возбуждения свечения различают:
1) фотолюминесценцию — люминесценцию, возникающую при освещении люминофора видимым или ультрафиолетовым светом;
2) рентгенолюминесценцию — свечение люминофора при облучении его рентгеновскими или у-лучами;
3) катодолюминесценцию — свечение люминофора при бомбардировке его электронами (катодными лучами);
4) радиолюминесценцию — свечение под действием ядерных излучений: а-частиц, р-частиц, у-лучей, протонов и т. д.;
5) электролюминесценцию — свечение люминофора, например газонаполненной вакуумной трубки, в электрическом поле;
6) хемилюминесценцию—свечение тел при химических реакциях;
7) триболюминесценцию — свечение, возникающее при растирании, раздавливании или раскалывании некоторых кристаллов (например, сахара);
8) кандолюминесценцию — свечение (но не температурное), возникающее при помещении некоторых веществ в пламя, например в пламя газовой горелки.
5. Оставляем в стороне вопрос о полноте и обоснованности этого списка. Вопросам люминесценции, и даже ее отдельным видам, посвящена обширная специальная литература, и мы не можем входить в их обсуждение. Существенно только отметить квантовый характер люминесценции. Как и всякое излучение, люминесценция возникает в результате квантовых переходов излучающей системы с каких-то возбужденных энергетических уровней на уровни более низкие. С этой точки зрения становится понятным один из характерных признаков люминесценции — длительность свечения, — ибо многие тела могут находиться в возбужденных состояниях длительное время. Характер люминесценции определяется структурой энергетического спектра тела, средним временем его пребывания в возбужденных состояниях, правилами отбора при поглощении и излучении света и т. д.
Для фотолюминесценции Стоксом (1819—1903) в 1852 г. было установлено правило, согласно которому длина волны к' света люминесценции больше длины волны % возбуждающего света. Это правило указывает на квантовый характер фотолюминесценции. Действительно, если квант возбуждающего света переводит систему с нормального уровня Sі на возбужденный уровень S г, то ^ <$\ + hv. При обратном возвращении системы на прежний уровень частота излучаемого света будет v' = (S2 — S’і)/h, а потому v' ^ v. Система может вернуться с уровня Sг не на прежний уровень S], но на уровень, ле* жащий несколько выше. Тогда тем более v' < v.
Однако правило Стокса допускает исключения. Допустим, что световой квант переводит систему с какого-то возбужденного уровня S{ на вышележащий уровень s'2. Тогда, конечно, <?'% ^ + hv. Но так как !SX > S{, то
может случиться, что ^2 > + hv. В этом случае при возвращении системы
на невозмущенный уровень §\ будет испускаться квант с частотой v' > v.
ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ НЕДОСТАТКИ ТЕОРИИ БОРА
91
§ 16. Принципиальные недостатки теории Бора
Теория Бора — важный этап в понимании внутриатомных явлений. Классическая физика, созданная при изучении макроскопических явлений, столкнулась с принципиальными трудностями, когда ее стали применять к атомам, молекулам и вообще к явлениям микромира. Теория Бора подготовила почву для уяснения того важнейшего факта, что для понимания явлений микромира классических понятий и классических законов недостаточно. В области микромира нужны принципиально новые понятия и законы. Здесь первенствующая роль должна принадлежать кванту действия, открытому Планком. Теория Бора послужила мощным стимулом для постановки многих экспериментальных исследований, принесших важные результаты. Даже в тех случаях (а таких случаев было большинство), когда теория была не в состоянии дать количественного объяснения многих явлений, два постулата Бора служили руководящей нитью при классификации и качественной интерпретации этих явлений. На их основе, например, был классифицирован громадный эмпирический материал атомной и молекулярной спектроскопии.
Но двух постулатов Бора, конечно, недостаточно для построения полной теории. Они должны быть дополнены прежде всего правилами квантования, с помощью которых могут быть вычислены уровни энергии атома. Бор предложил правило квантования круговых орбит электронов в одноэлектронных атомах. Оно выражается формулой (13.6). При получении этой формулы Бор, как он сам признается, исходил из требования подогнать теоретическую формулу для уровней энергии под эмпирически установленную формулу Бальмера для спектральных термов водорода. Несколько позже Зоммерфельд обобщил правило квантования Бора на случай движения электрона по эллиптическим орбитам. Но и после этого правило квантования относилось только к атому с одним электроном. Не удалось распространить правила квантования на многоэлектронные атомы, даже на простейший после водорода атом гелия, состоящий из ядра и двух электронов. От теории, конечно, нельзя требовать, чтобы она давала аналитическое решение задачи трех тел. Такое решение может оказаться невозможным. Но теория должна указать принципиальный метод численного решения с точностью, достаточной для сравнения с экспериментом1). Этого теория
