Dərslik respublikanın universitetlərinin fizika fakültələrinin tələbələri üçün "Atom fizikası"
Download 18.1 Mb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- Ё49. Rezonans şüalanması və lüminessensiya
- Ё50. Spontan şüalanma
|
Cədvəl 48.2. İon Cs
+ Cs 2+ Cs 3+ Cs 4+ Cs 5+ Cs 7+ Cs 6+ İonla
potensial şma
ı, eV 3,9 27,4 62 113 171 275 410
Əgər nəzəri doğrudurs ner
4,9 ard
dilmiş civə buxarı d uğu 2520 Å olan yalnız bir dənə ultrabənövşəyi xətdən ibarət olan şüalanma s ir. Ə ə,
la nı m
id ək üçün iç də civə uxarı və dig lan şüşə balon yaramır, çünki şüşə ultrabənövşəyi şüalar üçün ey n yyə a, e
jisi eV olan elektronlarla bomb man e alğa uzunl pektri verməlid ər vasitələr o lbətt bu şüa nma üşah ə etm ərisin b
üçün şüşədən düzəldilmiş optik cihazlar da yaramır. Bu məqsədlə, uyğun olaraq, 1800 və 1200 Å dalğa uzunluğuna qədər şəffaf olan kvars və flüorit materiallardan istifadə edilir. Uyğun təcrübələr göstərdi ki, doğrudan da dalğa uzunluğu λ ≈2537 Å olan bir dənə ultrabənövşəyi xətt müşahidə olunur. Bu xəttin doğrudan da birinci həyəcanlanmış haldan normal hala keçid nəticəsində yarandığına, həmin xətti optik yolla həyəcanlandırmaqla təcrübədə inanmaq olar. Belə ki, seyrəldilmiş civə buxarını dalğa uzunluğu λ ≈2537 Å olan monoxromatik şüa dəstəsi ilə işıqlandırsaq, onda yuxarıda deyilənlərə uyğun olaraq, bu şüa ı udan atomlar enerjisi 4,9 eV olan hala keçməli və E 1 və E 2 arasında başqa enerji səviyyələri yoxdursa, normal hala tərs keçid zamanı həmin dalğa uzunluğuna malik yalnız bir dənə xətt şüalandırmalıdır. Təcrübələr bu mülahizəni də tam təsdiq edir. Belə spektral xətlər rezonans xətləri adlanır. Çünki bu xətlərin dalğa uzunluğu optik həyəcanlanma zamanı udulan işığın dalğa uzunluğuna dəqiq bərabərdir. Aydındır ki, rezonans xətlərin dalğa uzunluğunu təyin edərək, böhran potensiallarını hesablamaq olar. özü də bu zaman Frank- Hers təcrübələrində alınmış J=J(u) qrafikindəki maksimumlara görə tapılmış qiymətə nisbətən daha dəqiq nəticə alınır. Bu məqsədlə (48.5) düsturuna əsasən alınmış aşağıdakı ifadədən istifadə edirlər:
259
) ( 124 B u eu hc = = λ Å (48.6)
Məsələn, civə atomunun rezonans xətti üçün λ =2537 Å olduğunu (48.6)-da nəzərə alsaq, onun birinci böhran potensialı üçün u=4,887 V tapırıq ki, bu da Frank-Hers təcrübələrində tapılmış 4,9 V qiyməti ilə yaxşı uyğun gəlir. Frank-Hers təcrübələrinin metodikasını bir qədər təkmilləşdirməklə civə atomları 05 V böhran potensialı uyğun gəlir ki, bu da təcr ında sürətləndirici u gərginliyi yaradılır. gərginliyində natriumun yaln sarı D – xətti şüalanmağa başlayır. Deməli, nat rezona
ır. (48.6) qiymətini dəqiqləşdirmək ola n maqneziumun rezo
üçün ikinci böhran potensialın 6,7 V olduğunu müşahidə etmişlər. Bu həyəcanlanmış haldan əsas hala tərs keçid zamanı dalğa uzunluğu λ =1849 Å olan şüalanma baş verir. Bu spektral xəttə isə (48.6) düsturuna görə u=6,7 übi qiymətlə çox yaxşı uzlaşır. Civənin üçüncü böhran potensialı 10,4 V artıq ionlaşma potensialıdır. Deməli, u>10,4 V olduqda rabitəsiz hallardan aşağıda yerləşən bütün enerji səviyyələrinə keçidlər baş verməlidir. Doğrudan da, təcrübə göstərir ki, bu zaman civə atomunun tam spektri həyəcanlanır. Qazın elektron zərbələri ilə işıqlanmasının həyəcanlaşdırılmasını və bu işıqlanmanı müşahidə etmək üçün prinsipial sxemi 48.6 şəklində göstərilmiş qurğudan isğifadə edilir. Bu qurğuda qızdırılmış K katodu ilə onu əhatə edən silindr formalı s toru aras
olunmuşdur. K katodu ilə s toru arasında məsafə kiçik olmalıdır ki, burada toqquşmalar az olsun. Əksinə, S toru və A anodu arasındakı fəza nisbətən böyük olmalıdır ki, toqquşmaların demək olar ki, hamısı məhz burada baş vermiş olsun. Bu fəzada sahə olmamalıdır. Ona görə də A anodu və S toru birləşdirilir. Beləliklə, sürətləndirici aralıq elektronların qaz atomları ilə toqquşaraq onların həyəcanlandırdığı fəzadan ayrılmış olur. Məsələn, fərz edək ki, lampa natrium buxarı ilə doldurulmuşdur. Təcrübə göstərir ki, u gərginliyi 2,1 V- dan kiçik olduqda natrium buxarı işıqlanmır. u=2,1 V ız λ
S S A A K u u S S A A K u u Шякил 48.6. rium üçün sarı D – xətti rezonans xəttidir, u=2,1 V isə düsturunda λ =5896 Å yazaraq bu rezonans potensialının r: u=2,103 V. Sürətləndirici gərginliyin sonrakı artırılması zamanı natriumun şüalanma (buraxma) spektrinin digər xətləri də alınır. Digər biratomlu qazlar və buxarlar üçün də analoji mənzərə müşahidə olunur. Məsələn, maqnezium buxarını sürətləndirici potensialın u=3,2 V qiymətində elektron zərbələri ilə həyəcanlandırdıqda, şüalanma spektri yalnız bir dənə λ =4571 Å olan xətdən (rezonans xətti) ibarət olur. λ -nın bu qiymətinə əsasən (48.6) düsturunda ns potensialıd nans potensialı üçün 2,65 V qiyməti alınır. u=6,5 V sürətləndirici gərginlikdə həyəcanlaşma zamanı maqneziumun şüalanma spektri iki xətdən ibarət olur: λ 1 =4571 Å dalğa uzunluğuna malik olan əvvəlki xətt və λ 2
gərginliyin daha böyük qiymətində (10 V) maqnezium buxarının tam şüalanma spektrini almaq mümkün olur.
260 ələri (Ё48) Bor postulatlarının doğruluğunu inandırıcı şəkildə sübut ir. Ona görə də Bor postulatlarına əsaslanaraq təcrübədə müşahidə olunan bir sıra hadisələri, o cümləd la izah etmək olar
Frank-Hers təcrüb ed ən rezonans şüalanmasını və lüminessensiyanı inam . Əvvəlcə rezonans şüalanmasını nəzərdən keçirək. 1904–1905-ci illərdə Vud həyəcanlaşdırılmış qazların şüalanmasının tədqiqinə həsr olunmuş təcrübələr aparmışdı. O, havası çıxarılmış şüşə balonun içərisində metal natriumun bir parçasını yerləşdirmişdi. Qızdırma nəticəsində balonun içərisi natrium buxarı ilə dolmuş olur. Kondensor linza, alovuna xörək duzu daxil edilmiş şamdan gələn işığı toplayaraq natrium buxarına doğru yönəldir. Belə işıq mənbəyi natriumun dalğa uzunluqları λ
=5896 Å və λ
=5890 Å olan iki sarı D 1 və D 2 xətlərini bolluqla şüalandırır. Düşən işıq dəstəsinin yolunda natrium buxarı, yalnız düşən işıq istiqamətində deyil, həm də bütün istiqamətlərdə parlaq sarı işıq saçmağa başlayır. Spektroskopik tədqiqatlar göstərdi ki, bu işıqlanma natriumun həmin D 1 və D 2 sarı xətlərindən ibarətdir. Həm də müəyyən edildi ki, D 1 və D 2 xətləri natrium buxarı tərəfindən güclü udulur. Buxarın temperaturu və deməli, sıxlığı artdıqca udulma da artır və düşən işığın buxara nüfuzetmə dərinliyi azalır. Bunun nəticəsində işıqlanan oblastın uzununa ölçüləri kiçilir. Buxarın kifayət qədər müəyyən sıxlığında işıqlanma, düşən işıq dəstəsinin daxil olduğu yerdə nazik səth qatında baş verir. Bu zaman D 1 və D 2
xətlərinin hər ikisi genişlənir və nəhayət, bir-birinə qovuşurlar. Buna bənzər hadisəni Vud civə buxarında da müşahidə etmişdir. Bu halda həyəcanlaşdırıcı işıq kimi civənin buraxdığı λ =2537 Å dalğa uzunluğuna malik ultrabənövşəyi şüalanmadan istifadə olunmuşdu. Güclü udulmanın qarşısını almaq üçün içində civə buxarı olan qab kvarsdan hazırlanmış, işıq mənbəyi olaraq isə civəli kvars lampadan istifadə edilmişdir. Müəyyən edildi ki, civə buxarı dalğa uzunluğu məhz λ =2537 Å olan işığı güclü udur və sonra isə həmin dalğa uzunluğuna malik işığı bütün istiqamətlərdə yenidən şüalandırır. Civə buxarını civənin λ =1850 Å dalğa uzunluğuna malik ikinci xətti ilə də şüalandırdıqda həmin hadisə müşahidə olunur. Lakin bu dalğa uzunluğu daha güclü udulduğu üçün müşahidə aparmaq xeyli çətinləşir. Sonralar bu cür müşahidələr digər kimyəvi elementlər üçün də aparıldı və belə nəticə çıxarıldı ki, yuxarıda təsvir olunan hadisə bütün maddələr üçün mövcuddur. Lakin güclü udulmanın və uyğun işıq mənbəyinin tapılması ilə əlaqədar çətinliklərin olması həmin hadisənin təcrübədə praktik olaraq müşahidə olunmasını mürəkkəbləşdirir. Vud yuxarıda təsvir olunan hadisələri müşahidə etdiyi dövrdə onları, əlbəttə ki, klassik fizika təsəvvürlərinə əsasən izah edirdilər. Belə güman edilirdi ki, atoma müəyyən məxsusi tezliklər xasdır və o, məhz bu tezliklərə uyğun spektral xətlər şüalandırır. Atomu müəyyən tezliyə malik olan monoxromatik şüa ilə işıqlandırdıqda, atomda məcburi rəqslər həyəcanlanır və atom həmin tezlikli işığı yenidən şüalandırmağa başlayır. Düşən işığın tezliyi atomun məxsusi tezliklərindən birinə bərabər olduqda, yəni rezonans zamanı bu effekt xüsusilə güclü surətdə özünü göstərməlidir. Buna görə də həmin hadisə rezonans şüalanması və ya işıqlanma adlandırılmışdır. Aydındır ki, düşən işığın təsiri ilə rəqsə gələn atom aldığı enerjini yenidən şüalandırmayaraq, ətrafdakı atomlara şüalanmasız da verə bilər. Bu halda enerjinin həmin hissəsi son nəticədə istilik kimi ayrılır. Bu effekt rezonans işıqlanmanın zəifləməsi və ya sönməsinə səbəb olur. Baxılan qazın atomları arasında qarşılıqlı təsir güclü olduqda bu effekt də güclü olur. Xüsusi halda, bu, qazın sıxlığını artırdıqda və ya bu qaza digər maddənin atomlarını əlavə etdikdə baş verir. Məsələn, civə buxarının 10 -3 mm c.st. 261
təzyiqində rezonans işıqlanması yaxşı müşahidə edilir. Lakin 0,2 mm c.st. təzyiqinə malik olan hidrogen qazı əlavə etdikdə işıqlanmanın intensivliyi iki dəfə, hidrogenin sonrakı artımında isə daha çox azalır. Digər qazların əlavə edilməsi də buna oxşar təsir yaradır. Rezonans şüalanmasının yuxarıda verilmiş klassik izahı ilk baxışdan çox inandırıcı və yeganə mümkün izah kimi görünür. Lakin tənqidi yanaşdıqda məlum olur ki, bu, heç də belə deyildir. Doğrudan da, rezonans şüalanması ayrıca götürülmüş bir hadisə olmayıb, daha ümumi bir hadisənin, yəni spektral xətlərin şüalanmasının xüsusi halıdır. Ona görə də
vantı atomu həy
ətdir.
a kənar aşqarlar daxil etdikdə bu effekt güclənir. ən başa
düş cisimlər müxtəlif xarici həyəcanlaşdırıcı təsirlər nəti hər iki hadisəni eyni bir mexanizm əsasında izah etmək lazımdır. Spektral xətlərin və spektral seriyaların mənşəyini klassik fizika izah edə bilmirdi. Yalnız kvant nəzəriyyəsi buna imkan verir. Deməli, rezonans şüalanması da bu nəzəriyyəyə əsasən izah edilməlidir. Doğrudan da belə izahat mümkündür və o, aşağıdakı kimidir. Düşən işığın h ν enerjili kvantı atomu həyəcanlandırmalıdır, yəni onu E 1 normal enerji səviyyəsindən daha yuxarıda yerləşən səviyyəyə keçirməlidir. Fərz edək ki, E 1 -dən yuxarıda yerləşən ən yaxın səviyyə E 2 -dir. Onda h ν <E 2 -E 1 olduqda, düşən işıq kvantının h ν enerjisi atomu E 2 səviyyəsinə keçirmək üçün kifayət etmir və bu işıq k əcanlaşdıra bilməz. Atomun həyəcanlaşaraq E 2 enerjili hala keçməsi üçün h ν ≥E 2 -E 1
olması tələb olunur. h ν =E 2 -E 1 olduqda kvantın enerjisi tamamilə həyəcanlaşmaya sərf olunur və maksimum həyəcanlaşma baş verir. Qısa müddətdən sonra atom E 2
səviyyəsindən ən yaxın aşağı səviyyəyə, yəni E 1 səviyyəsinə qayıdır və bu zaman enerjisi h ν ′=E 2 -E 1 olan kvant şüalanır. Beləliklə, ν ′= ν olur, yəni həyəcanlaşdıran və yenidən şüalanan işıqların tezliyi eynidir. Kvant nəzəriyyəsi baxımından rezonans şüalanması məhz bundan ibarətdir. Natrium buxarında bir xəttin deyil, bir-birinə yaxın yerləşmiş iki D 1 və D 2 xətlərinin şüalanması faktı isə kvant nəzəriyyəsinə əsasən belə izah oluna bilər ki, natrium atomunun həyəcanlaşmış E 2 enerji səviyyəsi əslində bir-birinə çox yaxın yerləşmiş iki enerji səviyyəsindən ibar Qazın konsentrasiyası artdıqda işıqlanmanın sönməsi hədisəsi həm klassik fizika, həm də kvant nəzəriyyəsi baxımından başa düşülür. Doğrudan da, həyəcanlaşmış E 2
səviyyəsində yerləşən atom şüalanmadan öz enerjisini ətrafdakı atomlara verə bilər. Qazın sıxlığı artdıqda və ya qaz Yuxarıda şərh olunanlar hadisənin yalnız əsas sxemini göstərir və onun bütün cəhətlərini (məsələn, enerji səviyyələrinin və spektral xətlərin enlənməsini) əhatə etmir. Bor postulatları lüminessensiya hadisələrini də başa düşməyə imkan verir. Qeyd edək ki, Bor postulatları irəli sürülənə qədər bu hadisələrin mahiyyəti qətiyy ülmürdü. Əvvəlcə lüminessensiya nədir? sualına cavab verməyə çalışaq. Bu məsələyə Ё2-də müəyyən qədər toxunulmuşdur. Bütün cisimlər, intensivliyi və polyarizasiya dərəcəsi spektrin müxtəlif hissələrində cismin temperaturu və Kirxhof qanununa uyğun olaraq bu cismin udma qabiliyyəti ilə təyin olunan elektromaqnit dalğaları buraxırlar. Belə şüalanma temperatur (istilik) və ya tarazlıq şüalanması adlanır. Bir çox cəsində, istilik şüalanması ilə yanaşı cismin temperaturundan asılı olmayan əlavə şüalanma da verir. Məsələn, televizor ekranının, qaz boşalması borusundan elektrik cərəyanı keçərkən bu borudakı qazın, doğranərkən qəndin, bəzi canlı orqanizmlərin (işıldaquş), çürümüş ağacın işıqlanması və s. Bütün bunlar soyuq işıqlanmaya misaldır. İstilik şüalanmasından əlavə baş verən belə şüalanma, əgər xarici təsirlər kəsildikdən sonra onun davam etmə müddəti işıq rəqslərinin periodundan xeyli böyükdürsə,
262
lüminessensiya adlanır. Bu tərifin birinci hissəsi və "lüminessensiya" anlayışının özü ilk dəfə Y. Videman tərəfindən təklif olunmuşdur. Lüminessensiyanın tərifinin ikinci hissəsi, yəni davam etmə müddəti üçün meyar isə S. İ. Vavilov tərəfindən daxil edilmişdir ki, bu da lüminessensiyanı işığın qayıtması və səpilməsi, yüklü hissəciklərin tormozlanma şüa .
tem iya hadisəsinin ən mühüm cəh lanması, Vavilov-Çerenkov şüalanması və s. kimi daha qısa müddətli ikinci şüalanma hadisələrindən fərqləndirməyə imkan verir. Əlbəttə, bu meyar heç də mütləq sərt olmayıb, yalnız ümumi xarakter daşıyır Belə ki, bir çox hallarda bu meyar lüminessensiya ilə qeyri-lüminessensiya arasında kəskin sərhəddi təyin etməyə imkan vermir. Əvvəllər lüminessensiyanı flüoressensiya və fosforessensiya olmaqla iki yerə bölürdülər. Flüoressensiya dedikdə, xarici həyəcanlaşdırıcının təsiri kəsildikdən dərhal sonra kəsilən şüalanma başa düşülürdü. Xarici həyəcanlaşdırıcının təsiri kəsildikdən sonra müəyyən zaman müddəti ərzində davam edən şüalanma isə fosforessensiya adlandırılırdı. Lakin sonralar aparılmış tədqiqatlar nəticəsində aydın oldu ki, flüoressensiya və fosforessensiya arasında heç bir prinsipial fərq yoxdur. Onlar bir- birindən xarici təsir kəsildikdən sonra yalnız davametmə müddəti ilə fərqlənirlər. Ona görə bölgü öz mənasını itirmiş oldu. Lakin işıqlanmanın qısa müddətli olduğunu yalnız keyfiyyətcə qeyd etmək üçün bəzən yenə də "flüoressensiya" anlayışından istifadə edilir. Məsələn, xüsusi ölçmələr göstərir ki, seyrəldilmiş qazların rezonans işıqlanmasının davam etmə müddəti 10 -8 -10
-9 saniyədir. Lüminessensiyanın yuxarıda verilmiş tərifi ilə əlaqədar olaraq bəzi məsələləri də qeyd etmək lazımdır. Temperatur makroskopik anlayış olduğundan tam şüalanmanı ayrı-ayrı molekullar və atomlar üçün temperatur şüalanmasına və lüminessensiyaya bölmək heç bir məna kəsb etmir. Belə bölgü yalnız peratura malik olan cisimlər üçün doğrudur. Əgər cisim qeyri-tarazlıq halındadırsa, yəni onun müəyyən temperatura malik olduğunu demək mümkün deyildirsə, onda bu halda nə temperatur şüalanması, nə də ki, lüminessensiya haqqında danışmaq olmaz. Bu müddəa ayrı-ayrı atom və molekulların şüalanmasına da aiddir. Bu səbəbdən də qazların Vud tərəfindən tədqiq olunan işıqlanması üçün tez-tez işlənən "rezonans flüoressensiyası" əvəzinə "rezonans şüalanması" kimi neytral anlayışdan istifadə edilməsi daha məqsədəuyğundur. Doğrudan da, "rezonans flüoressensiyası" anlayışı özünü yalnız nisbətən böyük sıxlığa malik olan qazların işıqlanmasına baxarkən doğruldur. Rezonans şüalanması isə həm də seyrəldilmiş qazlarda müşahidə olunur. Lüminessensiya müşahidə olunan maddələr lüminoforlar adlanır. Həyəcanlaşdırma üsulundan asılı olaraq lüminessensiyanı çoxlu sayda müxtəlif növlərə bölürlər (bax: Ё2). Lüminessensiya məsələləri, hətta onun ayrı-ayrı növləri elmi ədəbiyyatda geniş tədqiq və müzakirə olunmuşdur. Bu proses hələ davam edir. Lüminessens əti onun kvant xarakterli olmasıdır. Hər bir şüalanma kimi, lüminessensiya da şüalanan sistemin müəyyən həyəcanlaşmış enerji səviyyələrindən daha aşağı səviyyələrə kvant keçidləri nəticəsində yaranır. Lüminessensiyanın xarakterik əlamətlərindən biri, yəni işıqlanmanın müəyyən müddət davam etməsi bu baxımdan dərhal başa düşülür. Çünki çoxlu sayda cisimlər həyəcanlanmış hallarda uzun müddət qala bilir. Lüminessensiyanın xarakteri cismin enerji spektrinin quruluşu, həyəcanlanmış hallarda onun qala bildiyi orta zaman müddəti, işığın udulması və buraxılması üçün seçmə qaydaları və s. ilə təyin olunur. 1852-ci ildə Stoks fotolüminessensiya üçün aşağıdakı qaydanı müəyyən etmişdi:
263
lüminessensiya işığının λ ′ dalğa uzunluğu həyəcanlaşdırıcı işığın λ dalğa uzunluğundan böyükdür: λ ′> λ . Bu qayda lüminessensiyanın kvant xarakterli olmasını göstərir. Doğ t
′ səv
Bundan əvvəlki paraqraflarda biz atomların stasionar hallarının, enerji səviyyələrinin övcud olmasını isbat edən və məyə imkan verən təcrübələri nəzərdən keçirdik və müxtəlif e ı keçidlərin mümkün olmasına əsas
asına uyğun olaraq 1,2,…,i,… kimi nöm
nerjisinin qiymətinin atom xüs
xluğundan E 1 və E 2 enerjili yal Şüalanma keçidləri aşağıdakı kimi iki növə böl rudan da, həyəcanlaşdırıcı işığın kvantı sistemi normal E 1 enerji səviyyəsindən həyəcanlaşmış E 2 səviyyəsinə keçirirsə, E 2 ≤E 1 +h ν şərti ödənməlidir. Sistemin əvvəlki E 1
ν ′=(E 2 -E 1 )/h olduğundan ν ′≤
alınır. Sistem E 2 səviyyəsindən əvvəlki E 1 səviyyəsinə deyil, ondan bir qədər yuxarıda yerləşən səviyyəyə də qayıda bilər ki, bu halda ν ′< ν ( λ ′> λ ) olur. Lakin Stoks qaydasının pozulması da müşahidə oluna bilər. Fərz edək ki, işıq kvantı sistemi hər hansı həyəcanlaşmış E 1 ′ səviyyəsindən E 2 ′>E 1 ′ şərtini ödəyən E 2 ′ yuxarı səviyyəsinə keçirir. Onda E 2 ′≤E 1 ′+h ν yaza bilərik. Lakin 1 iyyəsinə deyil, E 1
1 ′ şərtini ödəyən E 1 səviyyəsinə də keçə bilər və bu zaman şüalanan işığın tezliyi ν ′=(E 2 ′-E 1 )/h >(E 2 ′-E 1 ′)h və ya ν ′>
( λ ′< λ ) olar.
Ё50. Spontan şüalanma Download 18.1 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|