ما هي شروط الانبعاث المحفز ؟ “

تعريف الانبعاث المحفز

الانبعاث المحفز مصطلح يسمعه طلاب العلم بكثرة، والمعنى الخاص بالانبعاث أنه عبارة عن قوة نسبية خاصة بنوع معين من الموجات وهي الموجات الكهرومغناطيسية لتردد كل عنصر عند التسخين، ويتردد سؤال ما هي شروط الانبعاث المحفز؟ كثيرا،  والانبعاث له أنواع كثيرة منها الانبعاث المحفز والانبعاث الحراري والانبعاث العفوي، وبالتأكيد كل نوع منهم يختلف عن الآخر في بعض الأشياء.

يعرف الانبعاث المحفز عموما بأنه عملية يحدث فيها انبعاث ذرة من ذرات الفوتون بمساعدة تأثير خارجي، وذلك بفضل مجموعة من الخصائص المناسبة التي تحفز الذرة على الانتقال إلى أدنى حالة كمية. هذا السؤال يعد أحد الأسئلة الشائعة التي يسعى طلاب العلم لمعرفتها، ويتطلب الانبعاث المحفز الامتثال لعدد من الشروط الهامة .

من شروط الانبعاث المحفز

• الشرط الأول: كل فوتون من الفوتون الثاني والفوتون المؤثر يشتركان في نفس الخصائص، ولا ينبغي أن تختلف أو تتغير بين الفوتونين، وذلك لإكمال عملية الانبعاث المحفز.
• الشرط الثاني: يتطلب الأمر أن يتم إكمال كل من الفوتون الثاني والفوتون المحفز بنفس سعة التردد.
• الشرط الثالث: يتطلب امتلاك الفوتون الثاني والفوتون المؤثر نفس الطور الموجي، ويجب أن يكون لكل منهما نفس معدل الاستقطاب، وهذا هو الشرط الرابع والأخير.

يجب أن نعلم أن عدم توافر أي شرط من الشروط السابقة، فلن تتم عملية الانبعاث المستحدث وبذلك تفشل عملية الانبعاث المحفز، وتتضمن الشروط السابقة للانبعاث المحفز أن خصائص الفوتون الخارجي المختلفة والفوتون الفعال يجب أن تكون متطابقة، سواء كان ذلك في الطور الموجي أو سعة التردد أو الاستقطاب أو الاتجاه.

أنواع الانبعاث المختلفة

• الانبعاث الحفزي
• الانبعاث التلقائي
• الانبعاث الكيميائي
• الانبعاث الحراري

تتنوع عملية الانبعاث بطبيعتها، وتختلف كل نوع عن الآخر بطريقة معينة. يحدد ذلك طبيعة عملية الانبعاث، وهناك أربعة أنواع من الانبعاثات وهي الانبعاث الحفزي والانبعاث التلقائي والانبعاث الكيميائي والانبعاث الحراري.

الانبعاث الحفزي : ذكرنا سابقا أن عملية إطلاق ذرة فوتون تتم بالتأثير الخارجي، وتتأثر ببعض الخصائص التي تؤدي إلى الانحدار إلى الحد الأدنى من الكمية.

الانبعاث التلقائي : الانبعاث هو نوع من الانبعاثات يتم فيه إطلاق فوتون بسبب حركة الإلكترون أو نقله من ذرة مثارة، ويتم تحويل الفوتون بعد ذلك إلى حالة ثابتة بعد أن كان مثارا، ويمكن تقدير طاقة الفوتون عن طريق حساب الفرق بين طاقات المستويين.

الانبعاث الكيميائي : يحدث الانبعاث لعنصر كيميائي أو مركب كيميائي عندما تنتقل بعض الذرات من الحالة العالية للطاقة إلى الحالة المنخفضة للطاقة.

الانبعاث الحراري : الانبعاث الحراري هو عملية تحدث عند تدفق بعض الجسيمات ذات شحنة معينة، مسببة بذلك تأثيرا حراريا عبر سطح أو حاجز جهد، ويمكن أن تكون هذه الجسيمات أيونات أو إلكترونات مشحونة.

نبذة عن الانبعاث التلقائي

يمكن تعريف الانبعاث التلقائي على أنه ظاهرة تحدث بشكل تلقائي، حيث تنبعث من بعض الذرات أو الجزيئات أو حتى نواة الذرة نفسها، ويحدث ذلك عندما تكون تلك الذرة مثارة وتعود بعد ذلك إلى طاقتها الكمومية التي كانت عليها قبل الاستثارة.

في الانبعاث التلقائي الإشعاع يكون عبارة عن فوتون أو شعاع كهرومغناطيسي، وتلك الظاهرة تحدث بصورة مستمرة يوميا في الطبيعة، وعلى سبيل المثال، الأشعة المنبعثة من الشمس هي انبعاث تلقائي، وضوء النجوم والإضاءة التي يصدرها المصباح والإضاءة التي تصدرها شاشات التلفزيون. يختلف الانبعاث التلقائي عن الانبعاث المحفز في نقطة التأثير على الذرات أو الجزيئات، لأن الانبعاث المحفز يتم تحفيز الذرات باستخدام بعض المؤثرات الخارجية مثل الأشعة السينية أو الليزر.

الليزر وخصائصه وصفاته

يعتبر الليزر واحدًا من التطبيقات الخاصة للاشعاع المحفز، وهو شعاع ضوئي يتكون من موجات مستمرة، ويتميز ببعض الخصائص التي تميزه عن أنواع الضوء الأخرى التي تصدر من الشمس والمصابيح.

ومن أهم صفات الليزر وخصائصه شدة الشعاع والاتجاهية وترابط الفوتونات وتماسكها وأحادية اللون وإمكانية التحكم به.

خاصية الاتجاهية هي الخاصية الرئيسية التي تميز الليزر، ومن المعروفأن زاوية انفراج شعاع الليزر صغيرة إلى حد كبير، وهذا يساعد في الحفاظ على طاقته واتجاهه خلال الانتقال عبر المسافات الكبيرة.

تستخدم خاصية الاتجاهية في العديد من الأشياء والتطبيقات التي تستخدم لقياس المسافات، سواء كانت كبيرة أو صغيرة، على سبيل المثال أنظمة المساحة.

: “الليزر هو أحادي اللون، حيث يتكون من حزمة ترددات ضيقة مقارنة بالأضواء الأخرى، ويتميز بنقاء كبير ولون واحد فقط، بالتباين مع الأضواء الأخرى التي تتكون من ألوان الطيف المرئي. وهذه الخاصية تستخدم في أنظمة الاتصالات.

تتميز شدة شعاع الليزر بأن المقطع العرضي للإشعاع صغير إلى حد كبير، وتتواجد كل طاقة الضوء الصادرة عن الليزر في هذا القطاع الصغير، مما يجعل الإضاءة شديدة.

تتميز ترددات أشعة الليزر بالترابط والتماسك، حيث يتم ترابط الفوتونات وتماسكها نظرًا لامتلاكها نفس حجم الاستقطاب ونفس الكور البنائي.

تلك الخواص التي لا تجد في أي نوع ضوء آخر غير ضوء الليزر، وتستخدم هذه الخاصية في عملية التصوير ثلاثي الأبعاد والتداخل الضوئي وقياس المسافة والسرعة وتركيب المواد.

يتم التحكم في جهاز الليزر عن طريق خاصية التحكم في نبضات الليزر، ويمكن تحديد عرض تلك النبضات بطريقة تناسب عددًا كبيرًا من التطبيقات.

من المعروف أن تزداد النبضات كلما قل عرضها، وكلما زادت شدة الضوء، وتستخدم هذه الخاصية في تطبيقات تذيع المعادن وتبخرها، وفي تطبيقات تقطع المواد الصعبة قطعًا.

استخدامات شعاع الليزر

يستخدم الليزر في مجالات متعددة، على سبيل المثال في قياس المسافات بدقة وصناعة الأقراص المدمجة والإلكترونيات، وكذلك في الاتصالات. ويتم استخدام أشعة الليزر في علاج بعض الأمراض التي تصيب العين، حيث يتم توجيه شعاع ليزر ذو طاقة عالية إلى منطقة محددة من العين لفترة قصيرة جدا تقريبا أقل من ثانية. يمكن علاج حوالي 9 أمراض تصيب العين باستخدام الليزر، بما في ذلك الأمراض التالية

• انسداد أو تخثر الوريد الشبكي.
• انسداد القنوات الدمعية.
• بعض الأورام داخل العين.
• اعتلال الشبكية السكري.
• عمليات التجميل حول العين.
• ثقوب الشبكية
• عيوب الانكسار الضوئي في العين.
• الزرق.
• ارتفاع ضغط العين.
• حالات اندثار البقعة الصفراء.
• يستخدم شعاع الليزر في العديد من عمليات الجراحة المختلفة، بما في ذلك جراحة الأوعية الدموية وجراحة القلب وجراحة المخ وإزالة الشعر.
• يجب الإشارة إلى أن جهاز الليزر تم اختراعه، ويعمل على إطلاق أشعة موحدة اللون والاتجاه، وذلك في عام 1960.

كيف يتم إنتاج طيف الانبعاث

يتم إنتاج طيف الانبعاث عندما يتم تسخين العنصر الكيميائي وذلك بامتصاص الذرة لكمية من الطاقة الحرارية، وتستخدم هذه الطاقة في توفير الحركية للإلكترونات، وعندما يتم تنشيط الإلكترونات وإثارتها نتيجة اكتساب الطاقة داخل العنصر، ينتقلون إلى مدارات طاقة أعلى.

عندما تعود الإلكترونيات إلى مستواها الأول في البداية، ستفقد الطاقة المكتسبة بشكل شعاع ضوئي بتردد محدد، ويحدث ذلك لأن إلكترونات الذرة تميل إلى الوجود في ترتيب محدد.