2.3 Teknisiä sovelluksia ja luonnonilmiöitä
FY08 Aine, säteily ja kvantittuminen
Sironta
- Elastisessa sironnassa atomiin osuvan ja siitä poistuvan fotonin aallonpituudet ovat samat
- Atomin elektroni pysyy samalla viritystilallaan
- Röntgendiffraktiossa fotoni heijastuu hilarakenteesta eli siroaa elastisesti
- Röntgendiffraktion avulla saadaan tietoa atomitason järjestyksestä, kiderakenteesta
2d \sin \theta = n \lambda
Braggin laki:
Valosähköinen ilmiö
- Fotoni irrottaa elektronin atomista (useimmiten) ylimmältä kuorelta
- Osa energiasta menee elektronin irrottamiseen ja loppuosa energiasta muuttuu elektronin liike-energiaksi
hf = E_k + W_0
Comptonin sironta
- Fotoni törmää vapaaseen elektroniin (ei irrotustyötä)
- Fotonin energiasta osa muuttuu elektronin liike-energiaksi
- Loppuenergian suuruus on sama kuin törmäyksessä syntyneen uuden fotonin energia
- Uuden fotonin aallonpituus on pidempi kuin elektroniin törmänneen fotonin aallonpituus
- Uudella fotonilla pienempi energia kuin elektroniin törmänneellä fotonilla
E = hf = \frac{hc}{\lambda}
1
2
E_{\gamma_1} = E_k + E_{\gamma_2}
Luminesenssi
- Fotoni virittää atomin
- Viritystila purkautuu asteittain
- Siirryttäessä tilalta toiselle emittoituu fotoni
- Fluoresenssissa viritystila purkautuu nopeasti (nanosekuntien kuluessa), fosforenssissa viiveellä (μs...ms)
- Luminesenssia käytetään esim.
- Loisteputkissa (elohopean emittoima UV-säteily muutetaan putken sisäpinnan fluoresoivalla pinnoitteella näkyväksi valoksi)
- Hätäpoistumisteiden opasteissa, kellotaulujen viisareissa
- Lääketieteessä leikkausten kuvantamistekniikkana
1
2
3
Stimuloitu emissio eli laser
- Elektroneja on viritetty samaan viritystilaan
- Metastabiili tila, viritystila purkautuu hitaasti (μs...ms)
- Viritystilan purkautuessa syntyy fotoneja
- Virittyneen atomin "ohittava" fotonin purkaa viritystilan
- Syntyvän uuden fotonin vaihe, energia ja aallonpituus ovat samoja kuin viritystilan purkaneella fotonilla
- Fotonit heijastuvat peilien avulla putkessa ja yhä uusia viritystiloja purkaantuu
- Syntynyt säteily lasketaan läpi yhdestä aukosta, joka on lasersäde (laser eli Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation)
- Laser on monokromaattista (vain yhtä aallonpituutta) sekä koherenttia (samassa vaiheessa olevaa) valoa
Tehtävä 259 (YO K08)
a) Esittele laserin toimintaperiaate ja laserin valon tärkeimmät ominaisuudet.
b) Oheisessa kuvassa on esitetty argonlaserin yksinkertaistettu energiatasokaavio. Kuvaan on merkitty lasersiirtymät a ja b. Laske siirtymiä vastaavat aallonpituudet. Minkä väristä on näissä siirtymissä syntyvä valo?
