Definicja pojęcia:

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.
  1. Emisja promieniowania elektromagnetycznego
  2. Emisja promieniowania korpuskularnego

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):
Fala elektromagnetyczna, fot. shutterstock
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 fotonu (hν) w wyniku przejścia atomu ze stanu wzbudzonego do stanu o niższej energii. A – atom w stanie wzbudzonym (elektron na poziomie o energii E2); B – emisja fotonu; C – atom w niskim stanie energii (elektron na poziomie E1

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.
Przenikliwość promieniowania korpuskularnego (cząstek α i β oraz neutronów) oraz promieniowania elektromagnetycznego (promieniowania γ), fot. shutterstock

Bibliografia

  1. “Nowa Encyklopedia Powszechna PWN”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997.;
  2. Jonathan Law, Richard Rennie; “Oxford Dictionary of Physics”; Oxford University Press, Oxford 2015.;
  3. David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker; “Podstawy fizyki T. 4”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015.;
  4. Lambert M. Surhone, Miriam T. Timpledon, Susan F. Marseken,; “Radiation”; Betascript Publishers 2009.;
  5. Igor W. Sawieliew, ; “Wykłady z fizyki, tom 2. Elektryczność i magnetyzm, fale, optyka, ”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.;
  6. Igor W. Sawieliew, ; “Wykłady z fizyki, tom 3. Optyka kwantowa, fizyka atomu, fizyka ciała stałego, fizyka jądra atomowego i cząstek elementarnych, ”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.;
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 5.0
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź
Pasaż zakupowy