સ્ફૂર સંદીપ્તિ : ઊર્જાવાન વિકિરણો(અલ્ટ્રાવાયોલેટ, X કિરણો વ.)ના પ્રભાવ નીચે કેટલાક પદાર્થો દ્વારા થતા દૃશ્ય પ્રકાશના ઉત્સર્જનની ઘટના. બાહ્ય વિકિરણોના પ્રભાવથી સ્ફુરિત થતી હોવાથી તે સ્ફૂર સંદીપ્તિ કહેવાય છે. ગૅમા કિરણો, X કિરણો તેમજ અલ્ટ્રાવાયોલેટ જેવા ઊર્જાવાન પ્રકાશકણો (photons) ધરાવતાં વીજચુંબકીય વિકિરણો ઉપરાંત ઇલેક્ટ્રૉન, પ્રોટૉન જેવા નાભિકીય (nuclear) કણોનો પ્રપાત પણ આ પ્રકારની સંદીપ્તિ સર્જે છે. આ ઉપરાંત કેટલાક પ્રવાહીઓ, રાસાયણિક પ્રક્રિયા દ્વારા પણ આ પ્રકારની સંદીપ્તિનું ઉત્સર્જન કરે છે, જે રાસાયણિક સંદીપ્તિ (chemi-luminescence) કહેવાય છે. જૈવિક સૃષ્ટિમાં પણ આ પ્રકારની ઘટના જોવા મળે છે (જેમ કે આગિયા, સામુદ્રિક શેવાળ, ઊંડા સમુદ્રમાં રહેતી માછલીઓ ઇત્યાદિ). આ સંદીપ્તિ પણ મૂળભૂત રીતે તો રાસાયણિક જ છે. પરંતુ સજીવ સૃષ્ટિ સાથે સંબંધિત હોવાથી તે જૈવ સંદીપ્તિ (bio-luminescence કે bio-phosphorescence) નામે ઓળખાય છે. ઊંડા સમુદ્રની સૃષ્ટિમાં આ પ્રકારની ‘જૈવિક સ્ફૂર સંદીપ્તિ’ ઘણી વ્યાપક ઘટના છે.
વિકિરણોના પ્રભાવ નીચે ઉત્સર્જિત સંદીપ્તિના બે પ્રકારો વચ્ચે ભેદ પાડવામાં આવે છે. જો વિકિરણોનો મારો બંધ કરી દેતાં તત્કાલ સંદીપ્તિ બંધ થતી જણાય તો તે ઘટના પ્રસ્ફુરણ (પ્રતિદીપ્તિ) (fluorescence) કહેવાય છે, પરંતુ વિકિરણોનો મારો બંધ થયા પછી પણ થોડા સમય માટે પદાર્થ પ્રકાશનું ઉત્સર્જન દર્શાવતો રહે તો તે ઘટનાને સ્ફૂર સંદીપ્તિ (phosphorescence) કહેવાય છે. મૂળભૂત રીતે તો આ બંને પ્રકારો લગભગ સરખા પ્રકારની જ ઘટનાઓ છે તે આ સંદીપ્તિનું વૈજ્ઞાનિક કારણ જાણવાથી સ્પષ્ટ થશે.
સ્ફૂર સંદીપ્તિ પ્રક્રિયાની સરળ આકૃતિ
ઘન અને પ્રવાહી સ્વરૂપમાં પદાર્થના અણુઓ ઘણા નજીક નજીક રહેલ હોવાથી તે પરસ્પર ઘનિષ્ઠ આંતરક્રિયાઓ (interactions) કરતા હોય છે અને આ કારણથી તેમની સાથે સંકળાયેલ કક્ષા-ઇલેક્ટ્રૉનના ઊર્જા-સ્તરો એકમેક સાથે સંકળાઈને ઊર્જા-સ્તરોનો વિસ્તૃત પટ્ટો સર્જે છે, જેને ઊર્જા-પટ (energy-band) કહેવાય છે. (વાયુના પરમાણુના ઇલેક્ટ્રૉન પોતપોતાના સ્વતંત્ર સ્તરો ધરાવતા હોય છે.) જ્યારે પદાર્થ પર ઊર્જાવાન વિકિરણોનો પ્રપાત થાય ત્યારે પદાર્થના ભૂમિસ્તરમાંથી અણુના ઇલેક્ટ્રૉન ઉત્તેજિત થઈને ઉપરના ઊર્જા સ્તરોના પટ્ટામાં પહોંચે છે અને ત્યાર બાદ અણુઓ વચ્ચેની પરસ્પર આંતરક્રિયાઓને કારણે આ પટ્ટાની નીચે નજીક આવેલ એક ઉત્તેજિત સ્તરમાં પહોંચે છે. સ્ફૂર સંદીપ્તિ દર્શાવતા પદાર્થોના સ્ફટિકોમાં આવા સ્તરનું અસ્તિત્વ એક વિશિષ્ટતા છે અને તે મહદ્અંશે પદાર્થમાં અલ્પમાત્રામાં રહેલ ‘અશુદ્ધિઓ’ને કારણે હોય છે. (જોકે ઘણી વાર આ અશુદ્ધિઓ સ્ફટિકના સર્જન સમયે હેતુસર ઉમેરવામાં આવેલ હોય છે.) આ સ્તરને અશુદ્ધિ પટ (impurity band) કહેવાય અને આ સ્તરમાં પ્રવેશેલ ઇલેક્ટ્રૉન પ્રકાશ-ઉત્સર્જન કરીને ભૂમિસ્તર પર પાછું ફરે ત્યારે ઉત્સર્જતો પ્રકાશ, તે સ્ફૂર સંદીપ્તિ.
સ્ફૂર સંદીપ્તિ માટે કારણરૂપ ઉત્તેજિત સ્તરમાં ઇલેક્ટ્રૉનનો નિવાસ ઘણો અસ્થાયી હોય તો સેકંડના આશરે કરોડમા ભાગ જેવા સમયગાળા સાથે જ તે પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરીને ભૂમિસ્તરમાં આવી જાય. આવા પદાર્થો પ્રસ્ફુરણ પ્રકારની ‘તત્કાલ સ્ફૂર સંદીપ્તિ’ દર્શાવે; પરંતુ કેટલાક પદાર્થોમાં, આ સ્તરમાં ઇલેક્ટ્રૉન, સેકંડ જેવા
સમયથી માંડીને કલાકો જેવા સમય માટે નિવાસ કરીને પછી ભૂમિસ્તર પર પાછા ફરે. આવા પદાર્થો ‘વિલંબિત સ્ફૂર સંદીપ્તિ’ (phosphorescence) દર્શાવશે અને આવા ઊર્જાસ્તરો ‘અર્ધસ્થાયી’ (metastable) કહેવાય છે.
આકૃતિ દ્વારા એ પણ સ્પષ્ટ થશે કે, પદાર્થના અણુઓને ઉત્તેજિત કરતા ઊર્જાકણ (quanta) કરતાં પ્રકાશ રૂપે ઉત્સર્જિત ઊર્જાકણ હંમેશાં ઓછી ઊર્જા ધરાવતો હોય. વીજચુંબકીય વિકિરણોના તરંગોની તરંગલંબાઈ તેની સાથે સંકળાયેલ ઊર્જાકણ(quanta)ની ઊર્જાના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોવાથી, અલ્ટ્રાવાયોલેટ અને X વિકિરણો જેવી ટૂંકી તરંગલંબાઈનાં વિકિરણો દ્વારા ઉત્તેજિત પદાર્થ સ્ફૂર સંદીપ્તિનું ઉત્સર્જન વધુ તરંગલંબાઈના પ્રકાશતરંગોને પ્રકારે કરે છે. આ નિયમ સંદીપ્તિ ઉત્તેજિત કરતા તરંગો કરતા ઉત્સર્જિત સંદીપ્તિ હંમેશાં વધુ તરંગલંબાઈની હોય તે થયો સ્ટોક્સ(stokes)નો નિયમ. (રામન અસર પ્રકારની સંદીપ્તિમાં કેટલાંક કારણોસર આ નિયમ જળવાતો નથી અને પ્રતિસ્ટોક્સ (Anti stokes) વિકિરણો પણ ઉત્સર્જિત થાય છે. વાયુ સ્વરૂપમાં ફૉસ્ફરસ તત્વના અણુઓ હવામાંના ઑક્સિજન સાથે સંયોજિત થતાં, પ્રકાશનું ઉત્સર્જન થતું જોવા મળે છે. ફૉસ્ફરસ (phosphorus) શબ્દ મૂળ ગ્રીક ભાષાનો છે અને શુક્રના તેજસ્વી ગ્રહને તેના પરોઢિયે થતા દર્શન માટે વપરાતો હતો. આ કારણે, અંધારામાં ઉપર વર્ણવેલ પ્રક્રિયા દ્વારા ચમકતા તત્વ માટે phosphorus નામ અપાયું અને આ દીપ્તિ સ્ફૂર-દીપ્તિ નામે ઓળખાઈ ! [આ જ પ્રમાણે Fluorite-CaF2–ના સ્ફટિક અલ્ટ્રાવાયોલેટ વિકિરણોમાં ભૂરા રંગની સંદીપ્તિ દર્શાવે છે એટલે એ પ્રકારની ઘટનાને Fluorescence નામ મળ્યું છે.]
ઘટનામાં જો ઉત્તેજના માટેની જરૂરી ઊર્જા રાસાયણિક પ્રક્રિયા દ્વારા પ્રાપ્ત થતી હોય તો તે સંદીપ્તિ રાસાયણિક સંદીપ્તિ (chemi-luminescence) કહેવાય છે, જે આપણે શરૂઆતમાં જ જોયું.
સ્ફૂર સંદીપ્તિ ધરાવતા પદાર્થને દીપ્તિ માટે ઉત્તેજિત કરવા તેજ ગતિ ધરાવતા નાભિકણો(ઇલેક્ટ્રૉન, પ્રોટૉન જેવા)ની ગતિ ઊર્જા પણ પર્યાપ્ત છે. આ હકીકતનો ઇલેક્ટ્રૉનિક ઉપકરણોના ક્ષેત્રે વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. કૅથોડ કિરણની ટ્યૂબ(cathode ray tube)ના પડદા પર થતો ઇલેક્ટ્રૉન કિરણનો મારો, ઇલેક્ટ્રૉન કિરણનું સ્થાન દૃશ્યમાન કરે છે. આ માટે ટ્યૂબના પડદાની અંદરની તરફ ઝિંક સલ્ફાઇડ જેવા સ્ફૂર સંદીપ્તિ ધરાવતા પદાર્થનું આવરણ લગાડેલ હોય છે. રંગીન ટેલિવિઝનના પડદા પરના આવરણ માટે ઇલેક્ટ્રૉન કિરણના પ્રપાતની અસર નીચે ત્રણ જુદા જુદા રંગો(ભૂરો, લીલો અને લાલ)નું ઉત્સર્જન કરતી ‘ડાઇ’ (dye) વપરાય છે. (જોકે ટેલિવિઝન ટ્યૂબમાં આ આવરણ ચડાવવાની પ્રક્રિયા જટિલ હોય છે.)
સ્ફટિકો (crystals) દ્વારા દર્શાવાતી સ્ફૂર સંદીપ્તિનો અભ્યાસ મૂલ્યવાન રત્નોની ચકાસણીમાં ઘણો વ્યાપક છે. એકાદ બે ઉદાહરણ લઈએ. ‘માણેક’ના સ્ફટિક (જે કુદરતી રીતે મળતાં Al2O3ના સ્ફટિકો છે, જેમાં અલ્પ માત્રામાં ક્રોમિયમના પરમાણુનો અશુદ્ધિ રૂપે સમાવેશ થયો હોય) તે સ્ફટિકો X વિકિરણોમાં રાતા રંગની સંદીપ્તિનું ઉત્સર્જન કરે છે. પ્રયોગશાળામાં પણ આ સ્ફટિકો બનાવી શકાય છે; પરંતુ પ્રયોગશાળામાં સર્જિત માણેકના સ્ફટિકો તત્કાલ સંદીપ્તિ (fluorescence) ઉપરાંત વિલંબિત સંદીપ્તિ (phosphorescence) પણ દર્શાવે છે, જ્યારે માણેકના કુદરતી રીતે મળતા સ્ફટિકો માત્ર તત્કાલ સંદીપ્તિ જ દર્શાવે છે ! મૂલ્યવાન નીલવર્ણી હીરા અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોમાં ભૂરા રંગની તત્કાલ સંદીપ્તિ ઉપરાંત પીળાશ પડતા રંગની વિલંબિત સંદીપ્તિ પણ દર્શાવે છે. વિવિધ રત્નો દ્વારા દર્શાવાતી સ્ફૂર સંદીપ્તિ તેમનાં મૂલ્ય આંકવામાં મહત્વની છે અને આ સંદીપ્તિઓનો અભ્યાસ તેમની ચકાસણીમાં પણ ઘણો મહત્વનો છે.
પ્રકાશના સ્રોત તરીકે વ્યાપક રીતે પ્રચલિત એવી ‘ટ્યૂબલાઇટ’માં પણ મૂળ ઉત્સર્જન તો તેની અંદરના મર્ક્યુરી (પારાના) વાયુને કારણે ઘણી ટૂંકી તરંગલંબાઈના ભૂરા તેમજ અલ્ટ્રાવાયોલેટ તરંગોના વિસ્તારમાં થતું હોય છે; પરંતુ ટ્યૂબની અંદર યોગ્ય પ્રકારની સ્ફૂર સંદીપ્તિ ધરાવતા આવરણ વડે આ તરંગોને, પ્રકાશની દૃષ્ટિ માટે વધુ અનુકૂળ એવા તરંગવિસ્તારમાં રૂપાંતરિત કરાય છે.
જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ