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小小的石头,迸发大大的“能量”
来源: 陕西省地质调查院实验中心 | 作者:张雯 | 时间:2023-08-29 08:53:08 | 人气:

  荧光是矿物中一种有趣的现象,有些矿物可在受到外界能量激发时发光,激光撤除后,发光即刻停止,这种发光现象称之为荧光。有些荧光矿物在紫外线等不可见光源的照射下能发出绚丽的荧光,矿物学家将这种有荧光性的矿物称为荧光矿物。它们的世界生动神秘,这是一个在可见光下很难看到的多彩缤纷世界。

  天然矿物的发光现象很早就引起了人们的兴趣,但直到1955年以后,矿物发光的近代概念才得以确立,简单地说,荧光矿物的发光原理,就是在矿物吸收外界能量后,将其以可见光的形式发射出来,中国古代传说中的“夜明珠”,其发光原理就与荧光矿物相似,两者的最大区别是,当外来能量停止激发时,荧光矿物的发光现象立即消失,而“夜明珠”的发光现象仍能保持一段时间,这在矿物发光现象的研究中,分别被称为矿物的“荧光性”和“磷光性”,目前为止,全世界已经发现5000多种矿物,但仅200种左右具有荧光性。
  荧光产生的具体原理为:在紫外线等光源的照射下,矿物晶体结构中原子或离子的外层电子,吸收能量后从基态激发到能量较高的激发态,发生电位变化而产生的光。矿物内部的被激发发光的电子称之为激子。矿物中的激子不同,所发出的荧光颜色也会不同,例如方解石发出红色荧光,硅锌矿发出绿色荧光,萤石发出蓝紫色荧光。

  那又是什么决定了荧光的色彩和亮度呢?荧光矿物的荧光差异大多是矿物中含有的杂质元素所决定的,此类元素被称为“激活剂”,它们大多数为过渡金属元素,而稀土元素(镧、铈、镨、钕等)和某些锕系元素(比如铀)尤其重要。紫外线下发出红色荧光和粉色荧光的,通常含有的杂质是铅和锰;发绿色荧光的,则很可能含有铀杂质,但有的发光又与杂质无关,而是源于晶体本身,比如世界各地的白钨矿通常在短波紫外线下,都发蓝白色荧光。
  所有的可见光、不可见光都是一种不同形式的电磁波,它们的差别在于波长的长短。人类的肉眼只能看到所有光谱中的一小部分,主要是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫或它们的不同组合。红外线的波长比红色光的电磁波长,而紫外线的波长比紫色光的电磁波短,可见紫色光的波长为380~450 µm。紫外线通常分为长波、中波、短波。长波紫外线波长为350~380 µm;中波紫外线为300~350 µm;短波紫外线为200~300 µm。
  长波紫外线可使大约15%的荧光矿物产生荧光。中波紫外线也能使一部分矿物发出荧光,但是由于中波紫外线灯管较难制得,直到近些年才有所好转,因此中波紫外线的荧光现象被关注不太多。短波紫外线可使大约90%的荧光矿物产生荧光。短波紫外线光源对人的眼睛有伤害(可能致盲),未成年的使用者应在成年人的监护下使用。波长更短的不可见光,例如X-射线和γ射线等也会使荧光矿物产生荧光,但X-射线和γ射线的使用比较危险。