Люмінесценція - випромінювання, що представляє собою надлишок над тепловим випромінюванням тіла при даній температурі і має тривалість, що значно перевищує період світлових хвиль. Перша частина цього визначення запропонована Е. Відоманом і відокремлює люмінесценцію від рівноважного теплового випромінювання.
Друга частина - ознака тривалості - введена С.І. Вавілов для того, щоб відокремити люмінесценцію від інших явищ вторинного світіння - відображення і розсіювання світла, а також від вимушеного випускання, гальмівного випромінювання заряджених частинок.
Для виникнення люмінесценції потрібно, отже, будь-якої джерело енергії, відмінний від рівноважної внутрішньої енергії даного тіла, що відповідає його температурі. Для підтримки стаціонарної люмінесценції це джерело повинен бути зовнішнім. Нестационарная люмінесценція може відбуватися під час переходу тіла в рівноважний стан після попереднього збудження (затухання люмінесценції). Як випливає з самого визначення, поняття люмінесценції відноситься не до окремих випромінюючих атомів або молекул, а й до їх совокупностям - тіл.
Елементарні акти збудження молекул і випускання світла можуть бути однаковими в разі теплового випромінювання та люмінесценції. Різниця полягає лише у відносному числі тих чи інших енергетичних переходів. З визначення люмінесценції слід, також, що це поняття застосовується лише до тіл мають певну температуру. У разі сильного відхилення від теплового рівноваги говорити про температурний рівновазі або люмінесценції не має сенсу.
Ознака тривалості має велике практичне значення і дає можливість відрізнити люмінесценцію від інших нерівноважних процесів. Зокрема він зіграв важливу роль в історії відкриття явища Вавилова-Черенкова, дозволивши встановити, що спостерігалося світіння не можна віднести до люмінесценції. Питання про теоретичне обгрунтування критерію Вавилова розглядався Б.І. Степановим і Б.А. Афанасевічем. Згідно з ними, для класифікації вторинного світіння велике значення має існування або відсутність проміжних процесів між поглинанням енергії, збудливою люмінесценцію, і випромінюванням вторинного світіння (наприклад, переходів між електронними рівнями, змін коливальної енергії тощо). Такі проміжні процеси характерні для люмінесценції (зокрема вони мають місце при неоптичні порушення люмінесценції).
Одним з дуже важливих в практичному відношенні властивостей алмазів є люмінесценція. Під дією видимого світла і особливо катодних, ультрафіолетових і рентгенівських променів, - а також при опроміненні ядерними частинками, що утворюються, при розпаді радіоактивних ізотопів, алмази починають люминесцировать, тобто світитися різними кольорами.
Встановлено, що під дією катодних і рентгенівських променів світяться всі різновиди алмазів, а ультрафіолетових - тільки деякі. Колір люмінесценції алмазів різний і залежить від способу збудження. Так, при порушенні ультрафіолетовими променями одні кристали світяться блакитним, інші жовтим або зеленим кольором. Зустрічається також світіння червоних, помаранчевих і білястих тонів.
Алмази, люмінесцирующие по-різному в ультрафіолетових променях (наприклад, блакитним і зеленим світлом), можуть світитися однаково (блакитним) під дією рентгенівських променів. Колір рентгенолюмінесценції природних алмазів разюче одноманітний - це як правило, белесо-блакитне світіння. Відзначено лише окремі, поодинокі випадки зеленої і синьо-фіолетового рентгенолюмінесценції. У 1939 р М.Г. Богомольскім було запропоновано використовувати рентгенолюмінесценції алмазів для їх виявлення і вилучення. Оскільки рентгенівські промені дають стовідсоткове світіння алмазів і забезпечують їх високу селективність, З тих пір цей метод використовується як при розвідці алмазних родовищ, так і в промисловості для вилучення алмазів з роздробленою гірської породи.
На практиці витяг алмазів за допомогою рентгенолюмінесценції відбувається наступним чином: расклассифицировать за певною крупності матеріал з невеликого бункера подається на транспортерну стрічку, що пересувається в закритому апараті. На цю стрічку направляють рентгенівські промені, які викликають люмінесцирування алмазів і деяких інших мінералів. Однак люмінесценція алмазів в рентгенівських променях настільки своєрідна, що звичайно відрізняється від світіння інших мінералів, оператор, спостерігаючи за ходом процесу через захисне скло, зупиняє транспортер і вставленим в закритий апарат пінцетом знімає зерно алмаза в спеціальний ящик, звідки алмази дістають вже після зупинки всього процесу і відключення рентгенівського апарату. Так надходять з малими пробами, при великих обсягах матеріалу цей процес зазвичай автоматизований Вивченню люмінесцентних властивостей алмазів і їх рентгенолюмінесценції, зокрема алмазів якутських родовищ, присвячено багато робіт.
Великий інтерес в цьому відношенні представляють роботи Г.О. Гомону. Він вперше показав, що оптичні властивості природних алмазів і їх люмінесценція набагато різноманітніше, ніж це було прийнято вважати раніше. Вивченням рентгенолюмінесценції займалися також і інші дослідники.
В результаті досліджень було встановлено, як вже зазначалося вище, досить важливий в практичному відношенні факт, що при достатньому порушення під дією рентгенівських променів здатність до світіння мають всі алмази, інтенсивність їх свічення змінюється від 1 до 100 ум. од. Було показано, що спектр рентгенолюмінесценції значно ширше, ніж спектр блакитний фотолюмінесценції, і лежить в області 360-700 нм. Відзначено також, що між окремими ділянками в спектрі рентгенолюмінесценції для різних кристалів є відмінності. Найбільш інтенсивна для більшості кристалів синьо-блакитна смуга. У всіх спектрах присутній також жовто-оранжева смуга. Великий інтерес представляє намічається зв'язок фотолюмінесценції алмазу з одним з його найважливіших в практичному відношенні властивостей - абразивної здатністю. За даними А.А. Гумілевського, абразивна здатність алмазів з блакитною та жовтою люмінесценцією (в ультрафіолетових променях), а також алмазів, що не проявляють в тих же умовах видимої люмінесценції, різко різна. Найбільш твердими виявляються не світяться алмази, а найменш твердими - алмази з блакитним світінням. Алмази з жовтим світінням займають проміжне положення. Припускають, що існує залежність між деякими особливостями люмінесценції алмазу і таким його властивістю, як здатність до рахунку ядерних частинок, яка заснована на можливості деяких видів алмазів змінювати свою провідність при порушенні частинками з високою енергією. Таким чином, знання особливостей люмінесценції алмазу становить великий інтерес як з теоретичної, так і з практичної точки зору.
1) Резонансна люмінесценція (частіше називається резонансною флуоресценцией) спостерігається в атомних парах (ртуті, натрію та ін.) У деяких простих молекул і, іноді, в більш складних системах. Випромінювання має спонтанний характер і відбувається з того ж енергетичного рівня, які досягаються при поглинанні енергії збуджуючого світла. При підвищенні щільності парів резонансна люмінесценція переходить в резонансне розсіювання.
Цей вид світіння по всіх випадках не повинен ставитися до люмінесценції і повинен називатися резонансним розсіюванням.
2) Спонтанна люмінесценція включає перехід (радіаційний або, частіше, безізлучательний) на енергетичний рівень, з якого відбувається випромінювання. Цей вид люмінесценції характерний для складних молекул в парах і розчинах, і для домішкових центрів в твердих тілах. Особливий випадок являє люмінесценція, зумовлена переходами з екситонних станів.
3) Метастабільна або вимушена люмінесценція характеризується тим, що відбувається після поглинання енергії переходом на метастабільний рівень і подальшим переходом на рівень випромінювання в результаті повідомлення коливальної енергії (за рахунок внутрішньої енергії тіла) або додаткового кванта світла, наприклад інфрачервоного. Приклад цього виду люмінесценції - фосфоресценція органічних речовин, при якій метастабілен нижній триплетний рівень органічних молекул. При цьому, у багатьох випадках спостерігається дві смуги тривалості люмінесценції: довгохвильова, відповідна спонтанного переходу T-S0 і потім (повільна флюоресценція або? - смуга), і короткохвильова, що збігається за спектром з флуоресценції і відповідна вимушеного переходу T-S1 і потім спонтанного переходу s1-s0 (фосфоресценція або смуга).
4) рекомбінаційних люмінесценція відбувається в результаті возз'єднання частинок, що розділилися при поглинанні збудливою енергії. У газах може відбуватися рекомбінація радикалів або іонів, в результаті якої виникає молекула у збудженому стані. Подальший перехід в основний стан може супроводжуватися люмінесценції. У твердих кристалічних тілах рекомбінаційна люмінесценція виникає в результаті появи нерівноважних носіїв заряду (електронів або дірок) під дією якого-небудь джерела енергії. Розрізняють рекомбінаційну люмінесценцію при переходах «зона - зона» і люмінесценцію дефектних або домішкових центрів (т. Н. Центрів люмінесценції). У всіх випадках процес люмінесценції може включати захоплення носіїв на пастках з їх подальшим звільненням тепловим або оптичним шляхом, тобто включати елементарний процес, характерний для метастабільній люмінесценції. У разі люмінесценції центрів, рекомбінація полягає в захопленні дірок на основний рівень центру і електронів на збуджений рівень. Випромінювання відбувається в результаті переходу центру із збудженого стану в основний. Рекомбінаційна люмінесценція спостерігається в крісталлофосфоров і типових напівпровідниках, наприклад германии і кремнії. Незалежно від механізму елементарного процесу, що веде до люмінесценції, випромінювання, в кінцевому випадку, відбувається при спонтанному переході з одного енергетичного стану в інший. Якщо цей перехід дозволений, то має місце дипольному випромінювання.
У разі заборонених переходів випромінювання може відповідати як електричному, так і магнітного диполя, електричному квадруполів, і т.д.
Всі матеріали в розділі "Геологія"