Uchafuzi unaochangamshwa ni mchakato ambao fotoni inayoingia ya masafa fulani inaweza kuingiliana na elektroni ya atomiki iliyosisimka (au hali nyingine ya molekuli ya msisimko), na kuifanya kushuka hadi kiwango cha chini cha nishati. Nishati iliyotolewa huhamishiwa kwenye uwanja wa sumakuumeme, na kuunda fotoni mpya yenye awamu, mzunguko, ubaguzi na mwelekeo wa mwendo unaofanana na fotoni za wimbi la tukio. Na hii hutokea kinyume na mionzi ya hiari, ambayo hufanya kazi kwa vipindi nasibu, bila kuzingatia uga unaozunguka wa sumakuumeme.
Masharti ya kupata utoaji uliochochewa
Mchakato huo unafanana katika umbo na ufyonzwaji wa atomiki, ambapo nishati ya fotoni iliyofyonzwa husababisha mpito sawa lakini ulio kinyume wa atomiki: kutoka chini hadi chini.kiwango cha juu cha nishati. Katika mazingira ya kawaida katika msawazo wa joto, ufyonzwaji huzidi utoaji unaochangamshwa kwa sababu kuna elektroni nyingi katika hali ya chini ya nishati kuliko katika hali za juu za nishati.
Hata hivyo, wakati mabadiliko ya idadi ya watu yanapo, kasi ya utokaji unaochochewa huzidi kiwango cha unyonyaji na ukuzaji wa macho safi unaweza kuafikiwa. Njia kama hiyo ya kukuza, pamoja na resonator ya macho, huunda msingi wa laser au maser. Kwa kukosa utaratibu wa kutoa maoni, vikuza vya leza na vyanzo vya chembechembe nyingi pia hufanya kazi kwa msingi wa utokaji uliochochewa.
Je, ni sharti kuu gani la kupata utoaji unaochangamshwa?
Elektroni na mwingiliano wao na sehemu za sumakuumeme ni muhimu katika ufahamu wetu wa kemia na fizikia. Katika mwonekano wa kitamaduni, nishati ya elektroni inayozunguka kiini cha atomiki ni kubwa zaidi kwa mizunguko iliyo mbali na kiini cha atomiki.
Elektroni inapofyonza nishati ya mwanga (fotoni) au nishati ya joto (fonini), hupokea kiasi hiki cha nishati. Lakini mabadiliko yanaruhusiwa kati ya viwango tofauti vya nishati, kama vile viwili vilivyoonyeshwa hapa chini. Hii inasababisha utoaji na njia za kunyonya.
Kipengele cha nishati
Ifuatayo, tutazungumza kuhusu sharti kuu la kupata mionzi iliyosababishwa. Wakati elektroni inasisimua kutoka kwa kiwango cha chini hadi cha juu cha nishati, hakuna uwezekano wa kukaa hivyo milele. Elektroni katika hali ya msisimko inaweza kuoza hadi chinihali ya nishati ambayo haijakaliwa, kwa mujibu wa wakati fulani usiobadilika unaoonyesha mabadiliko haya.
Elektroni kama hiyo inapooza bila ushawishi wa nje, ikitoa fotoni, hii inaitwa utoaji wa moja kwa moja. Awamu na mwelekeo unaohusishwa na fotoni iliyotolewa ni nasibu. Kwa hivyo, nyenzo zilizo na atomi nyingi katika hali ya msisimko kama huo zinaweza kusababisha mionzi ambayo ina wigo nyembamba (iliyowekwa katikati ya urefu wa wimbi moja la mwanga), lakini fotoni za kibinafsi hazitakuwa na uhusiano wa awamu ya kawaida na pia zitatolewa kwa mwelekeo wa nasibu. Huu ndio utaratibu wa uzalishaji wa umeme na joto.
Sehemu ya sumakuumeme ya nje katika masafa yanayohusishwa na mpito inaweza kuathiri hali ya kimitambo ya quantum ya atomi bila kufyonzwa. Wakati elektroni katika atomi inapofanya mpito kati ya hali mbili zisizosimama (ambazo zote hazionyeshi uga wa dipole), huingia katika hali ya mpito ambayo ina sehemu ya dipole na kutenda kama dipole ndogo ya umeme ambayo huzunguka kwa masafa maalum.
Kwa kukabiliana na uga wa umeme wa nje katika masafa haya, uwezekano wa mpito wa elektroni hadi hali kama hiyo huongezeka sana. Kwa hivyo, kiwango cha mpito kati ya majimbo mawili yaliyosimama huzidi ukubwa wa utoaji wa papo hapo. Mpito kutoka kwa hali ya juu hadi ya chini ya nishati huunda fotoni ya ziada yenye awamu na mwelekeo sawa na fotoni ya tukio. Huu ndio mchakato wa kulazimishwa wa utoaji.
Inafunguliwa
Utoaji uliochochewa ulikuwa ugunduzi wa kinadharia wa Einstein chini ya nadharia ya zamani ya quantum, ambapo mionzi inafafanuliwa kulingana na fotoni, ambazo ni quanta ya uwanja wa sumakuumeme. Mionzi kama hiyo inaweza pia kutokea katika miundo ya kitambo bila kurejelea fotoni au mekanika ya quantum.
Utoaji hewa uliochochewa unaweza kuigwa kihisabati kutokana na atomu inayoweza kuwa katika mojawapo ya hali mbili za nishati ya kielektroniki, hali ya kiwango cha chini (labda ya ardhini) na hali ya msisimko, yenye nishati E1 na E2 mtawalia.
Iwapo chembe iko katika hali ya msisimko, inaweza kuoza hadi katika hali ya chini kupitia mchakato wa utoaji wa moja kwa moja, ikitoa tofauti ya nishati kati ya majimbo haya mawili kama fotoni.
Vinginevyo, ikiwa chembe ya hali ya msisimko inatatizwa na uga wa umeme wa masafa ν0, inaweza kutoa fotoni ya ziada ya masafa sawa na kwa awamu, na hivyo kuongeza uga wa nje, na kuacha atomi katika hali ya chini ya nishati.. Mchakato huu unajulikana kama utoaji unaochangamshwa.
Uwiano
Kiwango kisichobadilika cha uwiano B21 kinachotumika katika milinganyo ya kubainisha utoaji wa papo hapo na unaosababishwa hujulikana kama mgawo wa Einstein B kwa mpito huo mahususi, na ρ(ν) ni msongamano wa mnururisho wa eneo la tukio mara kwa mara ν. Kwa hivyo, kiwango cha utoaji ni sawia na idadi ya atomi katika hali ya msisimko N2 na msongamano wa fotoni za tukio. Hivyo ndivyo asilimatukio ya kuchochewa utoaji.
Wakati huo huo, mchakato wa kunyonya atomiki utafanyika, ambao huondoa nishati kutoka kwa shamba, kuinua elektroni kutoka hali ya chini hadi ya juu. Kasi yake inabainishwa na mlinganyo unaofanana kimsingi.
Kwa hivyo, nishati ya wavu hutolewa kwenye uwanja wa umeme sawa na nishati ya fotoni mara hii ya mpito wa jumla. Ili hii iwe nambari chanya, inayoonyesha jumla ya uchafu unaojitokeza na unaosababishwa, lazima kuwe na atomi nyingi katika hali ya msisimko kuliko katika kiwango cha chini.
Tofauti
Sifa za utoaji unaochangamshwa ikilinganishwa na vyanzo vya mwanga vya kawaida (vinavyotegemea utoaji wa moja kwa moja) ni kwamba fotoni zinazotolewa zina mzunguko, awamu, utengano na mwelekeo sawa wa uenezi kama fotoni za tukio. Kwa hivyo, fotoni zinazohusika zinashikamana. Kwa hivyo, wakati wa ubadilishaji, ukuzaji wa macho wa mionzi ya tukio hutokea.
Mabadiliko ya Nishati
Ingawa nishati inayotokana na utoaji unaochangamshwa huwa katika marudio kamili ya sehemu iliyoichangamsha, maelezo ya hapo juu ya hesabu ya kasi yanatumika tu kwa msisimko katika masafa mahususi ya macho, nguvu ya kuchochewa (au moja kwa moja) chafu itapungua kulingana na inayoitwa umbo la mstari. Kwa kuzingatia upanuzi sare pekee unaoathiri mwako wa atomiki au molekuli, utendaji wa umbo la mstari wa spectral unafafanuliwa kama usambazaji wa Lorentz.
Kwa hivyo, utoaji unaochochewa hupunguzwa na hiimgawo. Katika mazoezi, upanuzi wa mstari kwa sababu ya upanuzi usio na usawa unaweza pia kufanyika, hasa kutokana na athari ya Doppler inayotokana na usambazaji wa kasi katika gesi kwa joto fulani. Hii ina umbo la Gaussian na inapunguza kilele cha utendakazi wa umbo la mstari. Katika tatizo la kiutendaji, kitendakazi kamili cha umbo la mstari kinaweza kukokotwa kwa kuhusisha vitendakazi vya umbo la mstari vinavyohusika.
Uchafuzi unaochochewa unaweza kutoa utaratibu halisi wa ukuzaji wa macho. Iwapo chanzo cha nje cha nishati kitachochea zaidi ya 50% ya atomi katika hali ya chini hadi kwenye hali ya msisimko, basi kile kinachoitwa mabadiliko ya idadi ya watu kinaundwa.
Mwangaza wa masafa ufaayo unapopitia katikati iliyogeuzwa, fotoni humezwa na atomi zilizosalia chini au kuchochea atomi zinazosisimka kutoa fotoni za ziada za marudio, awamu na mwelekeo sawa. Kwa kuwa kuna atomi nyingi zaidi katika hali ya msisimko kuliko hali ya ardhini, matokeo yake ni kuongezeka kwa nguvu ya uingizaji.
kunyonya kwa mionzi
Katika fizikia, ufyonzwaji wa mionzi ya sumakuumeme ni njia ambayo nishati ya fotoni humezwa na mada, kwa kawaida elektroni za atomi. Kwa hivyo, nishati ya sumakuumeme inabadilishwa kuwa nishati ya ndani ya kinyonyaji, kama vile joto. Kupungua kwa nguvu ya wimbi la mwanga linaloenea katikati kutokana na kufyonzwa kwa baadhi ya fotoni zake mara nyingi huitwa attenuation.
Kwa kawaida ufyonzaji wa mawimbihaitegemei ukubwa wao (unyonyaji wa mstari), ingawa chini ya hali fulani (kwa kawaida katika optics) wa kati hubadilisha uwazi kulingana na ukubwa wa mawimbi yanayopitishwa na ufyonzwaji wa kushiba.
Kuna njia kadhaa za kukadiria jinsi mionzi inavyofyonzwa kwa haraka na kwa ufanisi katika mazingira fulani, kama vile mgawo wa ufyonzaji na baadhi ya viwango vinavyohusiana kwa karibu.
Attenuation factor
Vipengele kadhaa vya upunguzaji:
- Attenuation factor, ambayo wakati mwingine, lakini si mara zote, ni sawa na kipengele cha ufyonzaji.
- Uwezo wa kufyonza kwa molar unaitwa mgawo wa kutoweka kwa molar. Ni kinyonyaji kilichogawanywa na molarity.
- Kigezo cha kupunguza wingi ni kipengele cha ufyonzaji kilichogawanywa na msongamano.
- Sehemu za unyonyaji na mtawanyiko zinahusiana kwa karibu na viambajengo (unyonyaji na upunguzaji, mtawalia).
- Kutoweka katika unajimu ni sawa na kipengele cha unyevu.
Mara kwa mara kwa milinganyo
Hatua zingine za ufyonzaji wa mionzi ni kina cha kupenya na athari ya ngozi, uenezi usiobadilika, uthabiti wa kupunguza, nambari ya wimbi lisilobadilika na changamano, faharasa changamano ya kuakisi na mgawo wa kuzimia, kuruhusu kibali changamano, uwezo wa kustahimili umeme na mshikamano.
Kunyonya
Kunyonya (pia huitwa msongamano wa macho) na machokina (pia huitwa unene wa macho) ni vipimo viwili vinavyohusiana.
Viwango hivi vyote hupima, angalau kwa kiasi fulani, ni kiasi gani kati hufyonza mionzi. Hata hivyo, wataalamu wa nyanja na mbinu tofauti kwa kawaida hutumia thamani tofauti zilizochukuliwa kutoka kwenye orodha iliyo hapo juu.
Kufyonzwa kwa kitu huthibitisha ni kiasi gani mwanga wa tukio humezwa nacho (badala ya kuakisi au kuakisi). Hii inaweza kuhusiana na sifa zingine za kitu kupitia sheria ya Beer-Lambert.
Vipimo sahihi vya kunyonya katika urefu wa mawimbi mengi hurahisisha kutambua dutu kwa kutumia skrini ya ufyonzaji, ambapo sampuli inamulikwa kutoka upande mmoja. Mifano michache ya ufyonzwaji ni uchunguzi wa urujuanimno unaoonekana, kioo cha infrared, na uchunguzi wa ufyonzaji wa X-ray.
Maombi
Kuelewa na kupima ufyonzwaji wa mionzi ya sumakuumeme na inayoletwa kuna matumizi mengi.
Inaposambazwa, kwa mfano, na redio, inawasilishwa bila kuonekana.
Utoaji uliochochewa wa leza pia unajulikana vyema.
Katika hali ya hewa na hali ya hewa, halijoto ya kimataifa na ya ndani hutegemea kwa kiasi fulani ufyonzwaji wa mionzi na gesi za angahewa (kwa mfano, athari ya chafu), pamoja na nyuso za nchi kavu na baharini.
Katika dawa, mionzi ya eksirei hufyonzwa kwa viwango tofauti na tishu tofauti (haswa mfupa), ambayo ndiyo msingi wa radiography.
Pia hutumika katika kemia na sayansi ya nyenzo, kama tofautinyenzo na molekuli zitachukua mionzi kwa digrii tofauti katika masafa tofauti, na hivyo kuruhusu nyenzo kutambuliwa.
Katika optics, miwani ya jua, vichujio vya rangi, rangi na nyenzo zingine zinazofanana zimeundwa mahususi kuzingatia urefu wa mawimbi unaoonekana zinachukua na kwa uwiano gani. Muundo wa miwani inategemea hali ambayo utoaji wa msukumo huonekana.
Katika biolojia, viumbe vya usanisinuru huhitaji mwanga wa urefu wa mawimbi unaofaa ili kufyonzwa katika eneo amilifu la kloroplast. Hii ni muhimu ili nishati ya mwanga iweze kubadilishwa kuwa nishati ya kemikali ndani ya sukari na molekuli nyinginezo.
Inajulikana katika fizikia kuwa eneo la D la ionosphere ya Dunia hufyonza kwa kiasi kikubwa mawimbi ya redio ambayo huanguka kwenye wigo wa sumakuumeme ya masafa ya juu na kuhusishwa na mionzi iliyosababishwa.
Katika fizikia ya nyuklia, ufyonzaji wa mionzi ya nyuklia unaweza kutumika kupima viwango vya kioevu, densitometry au vipimo vya unene.
Matumizi makuu ya mionzi inayoletwa ni jenereta za quantum, leza, vifaa vya macho.
