Особенности разработки автоматизированной системы коммерческого учёта электроэнергии и виды люминесценции

Известны следующие виды свечения вещества: температурное излучение, люминесценция, отражение и рассеяние света, излучение Черенкова.

Люминесценцией называют избыточное свечение над температурным излучением тела, если длительность этого свечения превышает длительность световых колебаний.

Многие люминесцирующие вещества дают видимое или ультрафиолетовое излучение при комнатной температуре, когда температурное излучение отсутствует.

Такие виды излучения как излучение Черенкова, отражение и рассеяние света чрезвычайно кратковременны и прекращаются вместе с прекращением возбуждения. Длительность этих процессов определяется периодом световых колебаний, т.е. меньше 10^-10 с. Люминесценция в результате задержки вещества в возбужденном состоянии обладает определенной длительностью, которая изменяется от 10^-10 с до 10⁶ с.

Люминесцировать могут твёрдые, жидкие и газообразные вещества. Однако во всех случаях происходят следующие процессы:

• поглощение возбуждающей энергии и переход тела в неравновесное состояние;
• преобразование энергии возбуждения внутри тела;
• испускание света и переход тела в равновесное состояние.

Кристаллофосфоры или просто фосфоры представляют собой неорганические кристаллические вещества, в которые при кристаллизации введены примеси в виде ионов или атомов посторонних элементов. Люминесценция, вызванная такими нарушениями, получила название активированной, а активирующие примеси - активаторов. Активаторы вместе с деформированными ими местами основной решётки образуют центры люминесценции этих веществ.

В случае люминесценции кристаллов энергия возбуждения мигрирует от места поглощения к месту испускания, и в процессе люминесценции принимает участие весь кристалл.

Виды люминесценции.

По способу возбуждения люминесценцию можно классифицировать следующим образом:

o фотолюминесценция, когда возбуждение осуществляется ультрафиолетовым, видимым или инфракрасным излучением;

o рентгенолюминесценция - при возбуждении рентгеновскими лучами;

o катодолюминесценция, когда свечение возникает при облучении люминесцирующего вещества ускоренными в электрическом поле электронами;

o радиолюминесценция - при возбуждении радиоактивным излучением;

o электролюминесценция возникает при воздействии на люминесцирующее вещество электрического поля;

o хемилюминесценция, когда свечение возникает за счёт энергии, освобождаемой в люминесцирующем веществе при химических реакциях;

o биолюминесценция - это хемилюминесценция в живых организмах;

o триболюминесценция, когда возбуждение возникает при раздроблении вещества.

По длительности свечения люминесценцию можно разделить на два вида:

• флуоресценция, когда свечение исчезает практически сразу после прекращения возбуждения;
• фосфоресценция, когда свечение наблюдается в течение длительного времени после прекращения возбуждения.

Условно свечение с длительностью 10^-8 с 10^-10 с можно отнести к флуоресценции, а с длительностью порядка 1 с к фосфоресценции.

По механизму свечения люминесценцию можно разделить на три класса.

-I- Спонтанная люминесценция, когда возбуждённый атом, ион или молекула возвращаются в основное состояние самостоятельно, спонтанно под действием внутренних полей системы. Такой переход сопровождается испусканием кванта света и не зависит от внешних условий.

-I- Метастабильная или триплетная люминесценция, когда после возбуждения электрон центра свечения оказывается на метастабильном уровне, который называется ловушкой. Переход с этого уровня в основное состояние запрещён. Для возникновения люминесценции электрон необходимо вывести из метастабильного состояния тепловой или световой энергией. Энергия активации этого процесса называется глубиной ловушки. Оба рассмотренных типа люминесценции являются внутрицентровым свечением или свечением дискретных центров.

-I- Рекомбинационное свечение – это такое свечение, при котором в процессе возбуждения происходит ионизация центра свечения. Излучение появляется только после рекомбинации ионизованного центра свечения со свободным электроном. Рекомбинационное свечение наблюдается в газах и кристаллофосфорах.

Основные характеристики люминесцирующих веществ.

Важнейшими характеристиками вещества при фотолюминесценции являются: спектры поглощения, возбуждения, излучения, яркость или интенсивность свечения, выход свечения, длительность послесвечения, степень поляризации.

Спектры поглощения и отражения.

Спектром поглощения вещества называется зависимость коэффициента поглощения от длины волны падающего излучения.

Спектр поглощения можно измерить для монокристаллов, жидкостей, газов. В случае порошкообразных, поликристаллических веществ обычно измеряется спектральный ход коэффициента отражения (рисунок 1). В этом случае коэффициент отражения будет иметь следующий вид:

_вд

⁷¹ £¢Â)

Спектры поглощения дают сведения о поглощающих центрах вещества. Поглощение может быть активным, т.е. приводящим к свечению вещества, и неактивным, т.е. не сопровождающимся свечением. Поглощённая энергия переходит в последнем случае в тепло или другие формы энергии.

Спектры возбуждения.

Границы активного поглощения можно определить с помощью спектров возбуждения.

Спектром возбуждения (рисунок 2В) называется зависимость интенсивности люминесценции (1_люм), приходящейся на единицу падающей энергии (Е0), от длины волны падающего излучения (λ):

17

Спектры излучения люминесценции.

Спектром излучения называется функция распределения излучаемой веществом энергии по длинам волн. На практике интенсивность излучения часто измеряют в относительных единицах (рисунок ЗВ).

Согласно правилу Стокса-Ломмеля, максимум спектра излучения смещён по отношению к максимуму спектра поглощения в сторону длинных волн. Это обусловлено тем, что часть поглощённой энергии рассеивается в решётке люминофора, переходя в тепло, так называемые стоксовские потери. Особое место занимают «антистоксовы» люминофоры, которые при возбуждении в инфракрасной области спектра излучают в видимой области.

Спектр излучения газов состоит из узких линий. У люминофоров с активаторами из редкоземельных металлов спектры люминесценции состоят из характерных узких полос. Спектры излучения жидкостей и твёрдых тел чаще всего имеют широкие полосы. Расширение полосы обусловлено воздействием ионов основной решётки на энергетическое состояние ионов активатора.

Спектр излучения люминофоров зависит от химической природы активатора и основы люминофора, их взаимодействия, а в случае люминофора с несколькими активаторами и от взаимодействия активаторов между собой. Спектры люминесценции центров свечения одного сорта имеют форму близкую к гауссовой. Одновременное присутствие многих центров свечения существенно усложняет спектр люминесценции.

18

Спектры излучения могут зависеть от интенсивности и длины волны возбуждающего излучения, а также от температуры. Зависимость спектра излучения от температуры для многополосных люминофоров объясняется температурным тушением люминесценции, которое различно для разных полос. Путём исследования спектров поглощения и излучения можно установить структуру энергетических уровней поглощающих и излучающих центров и влияние окружающей среды.

Яркость и интенсивность люминесценции.

Яркостью люминесценции называется поверхностная плотность света в заданном направлении. Она равна отношению силы света (I) в выбранном направлении к проекции светящейся поверхности (S) на плоскость, перпендикулярную к этому направлению:

Выход люминесценции.

Выход люминесценции характеризует эффективность или коэффициент полезного действия люминесцирующего вещества. Используются понятия энергетического и квантового выхода.

Энергетический выход определяется как отношение энергии полного потока люминесценции (Елюм) к количеству поглощенной в люминофоре возбуждающей энергии (Епогл):

Понятие квантового выхода используется только в случае оптического возбуждения. Квантовый выход есть отношение полного числа испущенных квантов люминесценции (Млюм) к числу поглощённых квантов (N∏oγji) возбуждающего излучения в единицу времени:

Многочисленные измерения энергетического выхода показали, что всегда ńэн<1.

Поляризация люминесценции.

Люминесценция газов, жидкостей и кристаллов поляризована. Поляризованной люминесценцией называется свечение, у которого амплитуды колебаний светового вектора по двум взаимно перпендикулярным направлениям и перпендикулярным к направлению распространения лучей неодинаковы.

19

Степень поляризации есть отношение максимальной разности взаимно перпендикулярно поляризованных световых потоков I) и Ь, заменяющих световой поток люминесценции, к величине полного потока люминесценции:

Длительность свечения.

Остановимся на понятиях мономолекулярной и бимолекулярной люминесценции.

Мономолекулярная люминесценция есть такое свечение, при котором испускание светового кванта происходит в том же центре, где происходит поглощение возбуждающего кванта. Интенсивность свечения (I) дискретных центров затухает по экспоненциальному закону:

В полулогарифмических координатах зависимость интенсивности моно- молекулярного свечения от времени описывается прямой. Наклон этой прямой пропорционален р.

Бимолекулярная люминесценция - это свечение, при которой любой из ионизованных центров свечения может рекомбинировать с любым из свободных электронов, попавших в сферу действия центров свечения.

Закон затухания рекомбинационной люминесценции выражается уравнением гиперболы второго порядка:

где n0 - начальное число возбуждённых центров свечения при t = 0.

Послесвечение бимолекулярного характера описывается прямой в двойных логарифмических координатах.

Световая сумма.

После включения возбуждающего света интенсивность люминесценции растёт до своего максимального равновесного значения не моментально, а в течение определённого промежутка времени. За это

20

время происходит запасание в люминофоре определённого количества энергии, которая после прекращения возбуждения во время послесвечения освобождается в виде светового излучения люминофора. Эта энергия называется световой суммой люминофора.

Шалдыкова Б.А. г. Рудный

Граничные задачи для нагруженных параболических операторов с произвольной скоростью нагрузки

21

22

23

24

Литература

1. М.Т. Дженалиев, М.И. Рамазанов, Б.А. Шалдыкова К решению сингулярного интегрального уравнения Вольтерра // Вестн. КарГУ, Сер. Математика. 2009, № 1(53), С.21-29.
2. М.Т.Дженалиев, Б.А. Шалдыкова, Б.С. Кусайынова Жылуөтгізштік спектралды-жүктелген операторы үшін шекаралық есебі.1 // Вестн. КарГУ. Сер. Математика.2010, № 1 (57), C.12-19.
3. Шалдыкова Б.А. Жылуөтгізштік спектралды-жүктелген операторы үшін шекаралық есебі. 2 //Вестн. КарГУ. Сер. Математика. 2010, № 2 (58), C.75-82.