Техника - молодёжи 1975-06, страница 6

денной частице как можно быстрее выс ве^тит1 срою избыточную энергию. Другое дего кооперативная люминесценция. Между стадией во^уж-дения д_,х соседних ионов эрбия инфрокр^сным светом и стадией излучения одним из них зеленого света вжснулся лромежуто ныи этап суммиров >ния их энергий всзбужде-ния. В результате иыгвечи |ание поглощенной световой энергии затягивается в сотни раз.

Тек была впервые обнаружена на опыте кооперативная люминесце н-иия, предскизанн >я сначала чисто теоретически. Пользуясь уже разработанной методикой, другие исследователи доказал* кооперативный характер люминесценции некоторых кристьллоь с примесями гадолиния, неодима и иттербия.

Свершилось наконец задуманное: инфракрасное излучение непосредственно преобразуется люмино-фо «ми в .удимый свет. Как по заказу, можно получать красный, зеленый и доже синий цвета свечения. Ведь в различных люминофорах и при различном возбуждении кооперативная люминесценция протекает неодинаково. Например, освещая кристалл с примесью эрбия инфракрасным светом ~ широком диапазоне длин волн, П Феофилов и В. Овсянкин наблюдали не зеленое, а красное свечение (рис. 3 — второй слева). Оказывается, при этом суммируется энергия двух неодинаково возбужденных ионов, поглотивших различные по величине инфракрасны! кванты. Встречается и более широкая кооперация ионов эрбия. Сразу три возбужденных иона складывают с в >ю избыточную энергию воедино и препоручают высветить ее одном у из них. Так происходит, когда кристалл с примесью эрбия освещается слишком маломощными инфракрасными квантами, соответствующими длине волны 1550 миллимикрон, а высвечивается зеленый свет (рис. 3 — третий слева).

Кооперативная люминесценция не знает ведомственных границ. Бывает так, что суммир< ванная энергия двух возбужденных ионов передается третьему иону совершенно иного вида, Причем в отличие от до сих пор рассмотренных случаев этот ион-при-емник не возбужден. Когда П. Феофилов и В. Овсянкин осветили кристалл с примесями иттербия и туллия инфракрасным светом как раз в области поглощения иттербия, то обнаружили люминесценцию, характерную для ионов туллия. Два возбужденных иона иттербия, не скупясь, отдавали свою энергию расположенному поблизости иону туллия, который высвечивал ее квантом видимого света (рис. 3 — справа). То же самое происходило в кристаллах с приме

сями иттербия и гольмия, а также иттерби , и эрбия.

Разнообразие механизмов кооперативной люминесценции позволяет создавать антистоксовые люминофоры если не на любой вкус, то почти на любой цвет. Арсенал тепловидения пополнился еще одним мощным средством получения изображений в инфракрасных лучах. Вместе с тем прояснились механизмы и некоторых старых способо! термофото! рафии.

Чтобы сдела1ь фотопластинку чув-стаитель юи к длинноволновому и инфракрасному излучению, в галои-днссьребряьую эму >ьсию добьс .„ют специальное е цег во — краситель, Тогда счеточуЕ ствительнось ее, ограниченная 1.рожде длинами в >лн меньше 500 милпимикрон, распространяется на 6o.iee широкую асть спектра — вплоть до К00 миллимикрон. Широко используй на практике этот способ, специалисты не представляли себе, чем вызвано стопь благотворное влияние красителя на галоидное серебрп инертное к инфракрасному свету, Почему в присутствии красителя обргзование атома металлического серебра, являющегося центром скрытого изображения, требует меньше энергии, чем при прямом поглощении света галоидным серебром? Оставалось лишь гадать и строить предположения, ни одно из которых не находило сколько-нибудь полного экспериментального подт- ержде ия.

А не происходит ли и здесь кооперативное укрупнение инфракрасных кванто» поглощенных молекулами крагителя? Выдвинув такую гипо-е_у, П. Феофилов и В. С :янкин пр. о до жили свои опыты на но dm объекте. Освещая кристаллы галоидного серебра, на поверхность которых был нанесен слои красителя, инфракрасным светом, они обнаружили люминесценцию в видимой области спектра. Когда кристаллы охладили до температуры жидкого азота, люминесценция не только не ослабла, а наоборот, разгорелась еще ярче. Стало ясно, что антистоксовый характер свечения обеспечивается вовсе не энергией теплового движения атомов или молекул. Тщательное и кропотливое изучение характеригтик люминесце> ции подтвердило ее кооперативный характер. Укрупненная порция энергии передается затем астицам галоидного серебра и либо высвечивается квантом видимого света, либо... расходуется на их фо-толитическое разложение.

ffo отосинтез в зеленых растениях, ^ играющий основополагающую роль для всего живого на нашей планете, до сих лор еще неясен в деталях своего механизма. Энергия, необходимая для выделения кислорода — отщепления водорода от мо

лекулы воды и присоединения его к молекуле углекислоты, по меньшей мере в три раза превышает энергию квантов красного света, поглощаемого хлорофиллом. Как удается растению обходиться столь ма^пой подпиткой? Даже элементарный расчет показывает, что энергетический баланс не сходится.

Немало споров и дискуссий вызывает это несоответствие. Но напрасно было бы ссылаться на таинственную «жизненную силу». Лучше обратить внимание на сходстго процессов фотолиза серебра в фотографической эмульсии и фотохимического разложения воды в зеленом листе. Именно это побудило П. Феофилова и в. Очсянкина приступить к поискам кооперативной люминесценции в различных растениях. Если разработанный ими метод позволит обнаружить антистоксовое свечение в растительных клетках, освещаемых красным светом, значит, энергия возбуждения двух и более молекул хлорофилла суммируется в кооперативных процессах. Тогда восстановится недостающее звено ажнейшего из механизмов жизнедеятельности растений.

Заранее можно предполагать, что ожидаемая люминесценция должна быть чрезвычайно слабой. Ведь в процессе эволюции растения приспособились очень эффективно использовать поглощенную световую энергию, не растрачивая ее понапрасну на высвечивание. Лишь жалкие крохи с обильного «стола фотосинстеза» могли попасть в прибор исследователя. Это накладывало жесткие условия на чувствительность аппаратуры. Но все усилия были вознаграждены сторицей. Первые же опыты показали, что при освещении растений в длинноволновой полосе поглощения хлорофилла действительно возникает более коротковолновое антистоксовое свечение.

Целый цикл исследований был проведен с зеленой водорослью, хлореллой, — классическим объектом для изучения фотосинтеза. При температуре, всего на четыре градуса отстоящей от абсолютного нуля, люминесценция не только не затухала, а наоборот, десятикратно усиливалась. Это значит, что ее причина таится не в тепловых колебаниях молекул. Ни при чем здесь оказалась и предполагавшаяся подпитка квантов за счет энергии, запасенной в химических связях. Неумолимая логика экспериментальных результатов указывала на кооперативный характер суммирования энергии возбуждения молекул хлорофилла. Антистоксовый промышленный люминофор, работающий в инфракрасной области, оказался ближайшим родственником зеленого листа. Люминесценция пролила свет на одно из сокровенных таинств живой природы.

4