Katodluminiscence

Katodluminiscence ir luminiscences veids, kas rodas, ja vielu apstaro ar elektronu kūli (katodstariem), kur elektronu enerģija ir 102 — 105 eV. Katodstaru jēdziens radās 19. gadsimta vidū vēl pirms elektronu atklāšanas. Kā fizikālu parādību katodstarus pirmais pētīja angļu fiziķis un ķīmiķis Viljams Krukss. Viņš parādīja, ka elektriskajai izlādei vakuumā pamatā ir lādētu daļiņu plūsma, kas nāk no katoda, - katodstari. Viņš pētīja katodstarus tā sauktajās „Kruksa caurulēs”, kurām bija dažāda forma, un atklāja virkni šo staru īpašību: · novēroja vakuumcaurules stikla, uz kuru krīt stari, spīdēšanu; · 1879. gadā pierādīja, ka katodstari pārnes enerģiju un impulsu; · 1886. gadā novēroja dažādu oksīdu un sāļu mirdzēšanu katodstaru iespaidā. Katodluminiscences spēja UV, redzamā un IS spektra daļā piemīt daudzām dabas un speciāli sintezētām vielām: tīrām vielām, leģētiem pusvadītājiem un dielektriķiem, stikliem, molekulāriem kristāliem, šķīdumiem un pat inertām gāzēm cietā stāvoklī. Katodluminiscencei piemīt pēcspīdēšanas inerce, temperatūras atkarība u. c. īpašības, kas raksturīgas konkrētai vielai. Lielākā elektronu kinētiskās enerģijas pārveidošanas efektivitāte starojumā (20 - 25%) ir katodluminiforiem (polikristāliskiem kristālfosforiem) ar pēcspīdēšanas rekombinācijas mehānismu.

Izmantošana

Katodluminiforus izmanto vakuumelektronikā katodluminiscentos ekrānos, kur tos 5 — 10 ms plānos slānīšos izgulsnē uz metāla vai stikla pamatnes. Rūpnieciski izgatavo luminiforus ar dažādas krāsas un inerces starojumu. Melnbalto un krāsu televizoru ekrānos izmanto luminoforus, kam ir palielināta izturība pret elektronu iedarbību. Mainot pamatsastāvu un sintēzes apstākļus, var iegūt kristālfosforus, kuru starojums aptver visu spektra diapozonu un kuru pēcspīdēšanas ilgums ir ar acs gaismas uztveres inerci. Šādus luminoforus izmanto televizoru ekrānos. Lai iegūtu baltu ekrāna mirdzumu izmanto zilo, zaļo (Zn2SiO4:Mn vai ZnSe:Ag) un sarkano [Zn3(PO4)2:Mn vai YVO4:Eu] luminoforu. Rentgenoskopijā izmanto luminoforus ZnS, CdS:Ag un CaWO4, kas luminiscē acs jūtības maksimumā. Tas nenogurdina acis un ļauj samazināt starojuma jaudu.

Jau aplūkojām krāsu fotogrāfiju iegūšanu, tagad pakavēsimies pie krāsu televīzijas darbības principiem. Arī šeit izmanto krāsu teorijas secinājumu, ka jebkuru krāsu var iegūt no trim pamatkrāsām: sarkanas, zaļas un zilas. Katram krāsu televīzijas raidītājam ir trīs pārraidāmā objekta uztverošās ierīces. Katra no šīm ierīcēm reģistrē objektu caur sarkanu, zilu un zaļu gaismas filtru. Iegūtos krāsdalītos attēlus var noraidīt, izmantojot atšķirīgus viļņa garumus. Uztvertos signālus pastiprina trīs atsevišķos kanālos. Pastiprinātie signāli, kuri satur trīs krāsdalītus attēlus, jāsavieto tādā veidā, lai iegūtu krāsainu attēlu. Šim nolūkam kalpo speciāls kineskops, kas izmanto mūsu acs īpašību saskatīt krāsas. Uz kineskopa ekrāna veidojas trīs krāsdalīti attēli, ks gandrīz sakrīt pēc sava novietojuma. To panāk ar luminafora palīdzību, kas uzklāts atsevišķos punktos uz ekrāna. Melnbaltā televizora ekrānā šie punkti, kuros izvietots zilais un dzeltenais luminofors, ir izkaisīti haotiski. Krāsu televizora ekrānā tie veido mozaīku no regulariem trīsstūriem. Trīsstūru virsotnēs (triādēs) izvietotie luminofori ir atšķirīgi. Ierosinot ar elektronu kūli, tie izstaro atbilstoši sarkanu, zaļu un zilu gaismu. Luminoforu izmēri ir ap 0,3 mm, un tie izvietoti 0,3 mm atstatus viens no otra. Katras krāsas luminofors uz ekrāna jāuzklāj apmēram 600000 punktos. Kopējais punktu skaits sasniedz 2 miljonus, kas izvietoti stingri noteiktā kārtībā.

Lai ierosinātu luminoforus, kineskopa kaklā ir iemontētas trīs elektronoptiskās sistēmas elektronu kūļu formēšanai. Krāsaina attēla iegūšanai nepieciešams, lai katras elektronoptiskās sistēmas kūlis nokļūtu tikai uz vienu krāsu izstarojošu luminaforu. Piemēram, elektronu kūlim, kuru modulē „sarkanais” signāls, jāierosina tikai sarkani starojošais luminofors. Lai to realizētu, izmanto metāla masku, kas ievietota kineskopā dažu milimetru attālumā no ekrāna. Maskā ir tik daudz caurumu, cik triāžu ekrānā. Katra cauruma diametrs ir ap 1/3.., un tas atrodas iepretī triādes centram. Šķērsojot caurumu, katrs elektronoptiskās sistēmas elektronu kūlis nokļūst uz „savas” krāsas luminofora. Ekrāna struktūru var labi novērot, aplūkojot to caur lupu.