Владимир Келер - Сергей Вавилов
На свечении кристаллических люминофоров в наши дни основано телевидение, работа радиолокационных установок, действие электронно-лучевых преобразователей, дающих возможность видеть в темноте — в инфракрасных лучах, — и многое другое.
…Людям «ночных» профессий — штурманам самолетов, машинистам тепловозов, шахтерам, астрономам, сотрудникам физических лабораторий и т. д. — приходится вести наблюдения в темноте. Их зрение должно быть приспособлено к таким условиям. Но включение, хотя бы на мгновение, обычных источников света по меньшей мере на 15–20 минут лишает их возможности хорошо ориентироваться в обстановке. И вот на помощь им приходят светящиеся полетные (штурманские) карты, справочники и шкалы. Ультрафиолетовые и другие холодносветные лампы применяются для освещения кабин рабочих помещений и темных проходов в шахтах. Светящимися красками, основную часть которых составляет обычно сернистый цинк, активированный медью, наносят указатели и подписи на улицах.
Освещение — очень важная, но не единственная область применения холодного свечения.
Как показали исследования, каждое люминесцентное вещество светится при облучении особым цветом. По спектру люминесценции можно поэтому производить количественный и качественный анализ. Сейчас этот метод, впервые разработанный ученицей Вавилова М. А. Константиновой-Шлезингер, получил чрезвычайно широкое распространение. Люминесцентный анализ — исключительно чувствительное средство для определения чистоты продуктов, контроля качества, выявления всевозможных дефектов продукции и фальсификации.
В ряде случаев этот метод позволяет химикам обнаруживать примеси в концентрации, равной миллиардной доли процента. Его применяют геологи при поисках полезных ископаемых: нефти, редкоземельных элементов и др. Используется люминесцентный анализ и для проверки качества продовольственных и сельскохозяйственных продуктов.
Люминесцентная дефектоскопия нашла себе широкое применение для обнаружения невидимых глазу пор и трещин в изделиях из металлов, стекла, пластмасс, керамики.
Нет ничего проще этого способа контроля. Проверяемая деталь окунается в жидкую смесь, состоящую из люминофора и органического растворителя. Если деталь велика, жидкость наносят на ее поверхность при помощи щетки или пульверизатора. Раствор проникает в самые тонкие трещины и поры и заполняет их. Люминесцирующее вещество после этого устраняется с поверхности детали, а изделие в темноте подвергается ультрафиолетовому облучению. Брак обнаруживается моментально: люминофор, оставшийся в местах пороков, превращает невидимые лучи в видимые, и трещины начинают светиться, отчетливо выдавая места изъянов, невидимые даже при помощи микроскопа.
Все более широкое применение и в самых разнообразных областях находят себе экраны из люминофоров для обнаружения всевозможных электромагнитных радиации: гамма-лучей, лучей Рентгена, ультрафиолетовых и инфракрасных, а также для так называемой корпускулярной радиации — лучей, состоящих из мельчайших частиц вещества: электронов, нейтронов, протонов и так далее.
Несколько лет назад химические заводы начали вырабатывать органические люминофоры-отбеливатели для нужд текстильной и бумажной промышленности. Здесь использован эффект «оптического отбеливания» не вполне белых материалов: волокон, тканей, бумаги, фотобумаги и т. п. Материал красят люминесцентным красителем; под действием ультрафиолетовых лучей, находящихся в составе дневного света, материал начинает люминесцировать, и мы видим идеально белую окраску.
Многообещающим является способ защиты многих органических материалов — пластмасс, искусственного и синтетического волокна, лаков, красок и т. д. — от старения под влиянием ультрафиолетовых лучей, входящих в состав дневного света. Внутрь материала вводится — или наносится на его поверхность — люминофор, назначение которого — «смягчать» жесткие ультрафиолетовые лучи и отсылать, «высвечивать» их обратно.
Люминесцентные кристаллы сейчас широко применяются для исследования ядерных излучений. Частицы вещества и кванты, возникающие при ядерных реакциях, способны вызывать в кристаллофорах вспышки свечения — так называемые сцинтилляции. По числу подобных вспышек можно хорошо судить об интенсивности излучения. Сцинтилляционные счетчики ядерного излучения обладают рядом преимуществ перед счетчиками многих систем: первые значительно чувствительнее и позволяют определять не только число частиц, но и их энергию. Недавно член-корреспондент АН СССР Евгений Константинович Завойский разработал люминесцентную камеру, которая позволяет наблюдать процессы преобразования элементарных частиц.
Успешно применяется люминесценция в различных областях сельского хозяйства, например при семенном отборе. Свечение здоровых семян отличается от свечения семян, пораженных различными заболеваниями. По характерной для различных заболеваний люминесценции можно обнаружить начало процесса гниения корнеплодов.
Врачи применяют люминесцентные методы в диагностике рака и при других заболеваниях.
Самые неожиданные, самые сложнейшие задачи решают в наши дни иногда с помощью люминесценции.
Любопытный случай произошел в одном из советских портов. Дно моря постоянно засорялось песком. Для поддержания необходимой глубины его ежегодно очищали, и песок в огромных количествах вывозили в море и выбрасывали. Но ничего не помогало: порт засорялся снова. Возник вопрос: «Не тот ли же самый песок под влиянием течения возвращается с места морской свалки обратно?» Моряки обратились к физикам, и те применили люминесцентный способ. Ученые «выкрасили» песок люминофором и выбросили его на место свалки. Некоторое время спустя взяли пробу со дна порта и рассмотрели ее в темноте под ультрафиолетовым осветителем. Проба засветилась: в ней был обнаружен меченый песок. Свалка была перенесена на другое место, и порт уже больше не засорялся. Так методом холодного свечения для государства были сэкономлены миллионы рублей.
Замечательной областью применения люминесценции является изобразительное искусство. С. И. Вавилов здесь предсказывал «целый переворот».
— До сего времени, — говорил он, — изобразительные искусства — живопись, скульптура, театральные декорации — были вынуждены применять лишь рассеянный свет — дневной или искусственный вечерний. Люминесцирующие вещества дают художнику совершенно новую возможность создавать самосветящиеся изображения. Можно, например, нарисовать картину различными люминесцирующими веществами и осветить ее при помощи ртутной лампы, закрытой специальным черным стеклом, пропускающим только ультрафиолетовые лучи, безвредные для глаза. Картина будет светиться сама.
