emisja

Emisja — Emisja – wysyłanie przez wzbudzony układ fizyczny (jądro, atom lub ciało makroskopowe) promieniowania elektromagnetycznego (fotonów) bądź promieniowania korpuskularnego (elektronów, cząstek α, neutronów), w wyniku którego następuje zmniejszenie energii tego układu.

Emisja promieniowania elektromagnetycznego

Promieniowanie elektromagnetyczne (fotonowe) emitowane jest przez wzbudzony układ fizyczny (jądro atomowe, atom lub ciało makroskopowe) w postaci fali elektromagnetycznej o określonej długości i amplitudzie (promieniowanie monochromatyczne) bądź mieszaniny fal o różnych długościach (promieniowanie polichromatyczne).

Promieniowanie elektromagnetyczne w opisie kwantowym definiowane jest jako strumień nie posiadających masy, ładunku elektrycznego oraz momentu magnetycznego cząstek elementarnych, zwanych fotonami. Fotony posiadają równocześnie właściwości cząstki i fali elektromagnetycznej (wykazują dualizm korpuskularno-falowy). Energia fotonu jest więc odwrotnie proporcjonalna do długości fali – krótsza fala niesie większą ilość energii, dłuższa fala niesie mniejszą ilość energii.

Zależnie od energii promieniowania elektromagnetycznego i sposobu jego powstawania rozróżnia się fotony (rozpoczynając od najwyższej energii fotonu):

• promieniowania gamma (γ),
• promieni X (rentgenowskich),
• nadfioletu,
• światła widzialnego,
• podczerwieni,
• mikrofali,
• promieniowania radiowego (fale radiowe).

Emisja promieniowania elektromagnetycznego w postaci strumienia fotonów może być wywoływana przez:

• zmiany w stanie jądra atomowego i powłok elektronowych atomów lub cząsteczek podczas przejścia atomu lub cząsteczki ze stanu wzbudzonego do stanu o niższej energii, np. wskutek wzbudzenia termicznego (silnego ogrzania), naświetlania (luminescencja);
• zmiany stanu oscylacyjnego i rotacyjnego cząsteczek; oscylacja cząsteczki (gwałtowne zwiększenie bądź zmniejszenie długości wiązania) wywołuje zmianę prędkości jej obrotu;
• zmiany pędu cząstki naładowanej (promieniowanie hamowania, promieniowanie synchrotronowe, promieniowanie Czerenkowa);
• anihilację par elektron-pozyton – oddziaływanie cząstki z odpowiadającą jej antycząstką, podczas którego cząstka i antycząstka zostają zamienione w dwa fotony o energii równoważnej ich masom (proces zamiany materii na promieniowanie elektromagnetyczne).

Emisja fotonów przez wzbudzone układy fizyczne (atomy, cząsteczki, jony) podczas przejścia ze stanu wzbudzonego do stanu o niższej energii, zachodząca niezależnie od zewnętrznych oddziaływań, określana jest jako emisja spontaniczna (emisja samorzutna). Zjawisko emisji spontanicznej zachodzi po średnim czasie rzędu 10⁻⁸ s; odpowiada m.in. za świecenie rozgrzanych gazów, wzbudzonych atomów, ciał ciekłych i stałych i urządzeń elektronicznych (np. diody LED).

Emisja fotonów przez wzbudzone układy fizyczne pod wpływem działającego na nie promieniowania elektromagnetycznego o odpowiedniej częstości (fotonu o energii równej energii wzbudzenia atomu) określana jest jako emisja wymuszona (emisja stymulowana). Zjawisko emisji wymuszonej zachodzi natychmiast; wykorzystywane jest m.in. w laserach (ang. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania).

Obrazem promieniowania elektromagnetycznego jest widmo emisyjne, które powstaje podczas przechodzenia wzbudzonych elektronów, atomów i cząstek ze stanu o wyższej energii do stanu o niższej energii, czemu towarzyszy emisja fotonu (kwantu promieniowania elektromagnetycznego) o energii równej różnicy energii pomiędzy tymi stanami.

Emisja promieniowania korpuskularnego

Promieniowanie korpuskularne (cząsteczkowe) emitowane jest przez wzbudzony układ fizyczny (jądro atomowe, atom lub ciało makroskopowe) w postaci strumienia cząstek elementarnych lub złożonych o różnej budowie, ładunku, masie oraz odpowiednio dużej prędkości (zbliżonej do prędkości światła w próżni), nie będących kwantami promieniowania elektromagnetycznego.

Promieniowanie korpuskularne ze względu na źródło pochodzenia można podzielić na:

• promieniowanie kosmiczne – promieniowanie docierające do powierzchni Ziemi z przestrzeni kosmicznej, składające się z cząstek kosmicznych (promieniowanie kosmiczne pierwotne) oraz cząsteczek atmosfery zjonizowanych pod wpływem pierwotnego promieniowania kosmicznego (promieniowanie kosmiczne wtórne);
• promieniowanie jądrowe – wysokoenergetyczne promieniowanie emitowane podczas przemian jądrowych (rozpad promieniotwórczy, reakcje jądrowe), składające się z cząstek elementarnych (protonów, elektronów, neutronów) oraz fragmentów jąder pochodzących z rozpadu.
• promieniowanie wytwarzane w akceleratorach – urządzeniach wykorzystujących pole elektryczne do przyspieszania naładowanych cząstek elementarnych do prędkości bliskich prędkości światła w próżni.

Promieniowanie korpuskularne w  zależności od rodzaju emitowanych cząstek dzieli się na:

• promieniowanie alfa (α) – strumień dodatnio naładowanych cząstek α (jąder atomów helu) emitowany w wyniku rozpadu jąder niektórych izotopów promieniotwórczych (uranu, radu);
• promieniowanie beta (β) – strumień ujemnie lub dodatnio naładowanych cząstek (elektronów lub pozytonów) emitowany przez jądra niektórych izotopów promieniotwórczych podczas reakcji jądrowych (przemian jąder atomowych wywołanych ich wzajemnym oddziaływaniem bądź oddziaływaniem z cząstkami elementarnymi lub fotonami);
• promieniowanie neutronowe – strumień wolnych neutronów emitowany w wyniku rozszczepienia jądra atomowego oraz reakcji rozpadu i syntezy jądrowej.