Scintillatie (fysica)
in organische moleculen is scintillatie een product van π-orbitalen. Organische materialen vormen moleculaire kristallen waarbij de moleculen losjes gebonden zijn door Van der Waals krachten. De grondtoestand van 12C is 1s2 2s2 2p2. In de valentiebindingstheorie, wanneer koolstof samenstellingen vormt, wordt een van de 2S-elektronen opgewekt in de 2P-toestand, wat resulteert in een configuratie van 1s2 2s1 2p3. Om de verschillende valenties van koolstof te beschrijven, worden de vier valentie elektronen orbitalen, één 2s en drie 2p, beschouwd als gemengd of gehybridiseerd in verschillende alternatieve configuraties. Bijvoorbeeld, in een tetraëder configuratie combineren de s en p3 orbitalen om vier hybride orbitalen te produceren. In een andere configuratie, bekend als trigonale configuratie, blijft een van de p-orbitalen (zeg pz) onveranderd en worden drie hybride orbitalen geproduceerd door de S, px en py orbitalen te mengen. De orbitalen die symmetrisch zijn over de bindingsassen en het vlak van het molecuul (sp2) staan bekend als σ-elektronen en de bindingen worden σ-bindingen genoemd. De PZ-orbitaal wordt een π-orbitaal genoemd. Een π-binding treedt op wanneer twee π-orbitalen interageren. Dit gebeurt wanneer hun knoopvlakken coplanair zijn.
in bepaalde organische moleculen interageren π-orbitalen om een gemeenschappelijk knooppuntvlak te produceren. Deze vormen gedelokaliseerde π-elektronen die door straling kunnen worden opgewekt. De de-excitatie van de gedelokaliseerde π-elektronen resulteert in luminescentie.
de opgewekte toestanden van π-elektronsystemen kunnen worden verklaard door het perimeter vrij-elektronenmodel (Platt 1949). Dit model wordt gebruikt voor de beschrijving van polycyclische koolwaterstoffen bestaande uit gecondenseerde systemen van benzeenringen waarin geen C-atoom tot meer dan twee ringen behoort en elk C-atoom zich aan de rand bevindt.
de ring kan worden benaderd als een cirkel met omtrek l. De golffunctie van de elektronenbaan moet voldoen aan de conditie van een vlakrotator:
ψ ( x) = ψ ( x + l) {\displaystyle \psi (x)=\psi (x+l)\,}
de overeenkomstige oplossingen voor de Schrödinger-golfvergelijking zijn:
ψ 0 = ( 1 l ) 1 2 ψ q 1 = ( 2 l ) 1 2 cos ( 2 π q x l ) ψ q 2 = ( 2 l ) 1 2 sin ( 2 π q x l ) En q = q 2 ℏ 2 2 m 0 l 2 {\displaystyle {\begin{aligned}\psi _{0}&=\left({\frac {1}{l}}\right)^{\frac {1}{2}}\\\psi _{q1}&=\left({\frac {2}{l}}\right)^{\frac {1}{2}}\cos {\left({\frac {2\pi \ qx}{l}}\right)}\\\psi _{v2}&=\left({\frac {2}{l}}\right)^{\frac {1}{2}}\sin {\left({\frac {2\pi \ qx}{l}}\right)}\\E_{q}&={\frac {q^{2}\hbar ^{2}}{2m_{0}l^{2}}}\end{aligned}}}
waar is q de excentrische ring quantum aantal; het aantal knooppunten van de wave-functie. Aangezien het elektron omhoog en omlaag kan draaien en rond de cirkel in beide richtingen kan draaien, zijn alle energieniveaus behalve de laagste dubbel gedegenereerd.
het bovenstaande toont de π-elektronische energieniveaus van een organisch molecuul. De absorptie van straling wordt gevolgd door moleculaire trillingen in de S1-toestand. Dit wordt gevolgd door een de-opwinding aan de staat S0 genoemd fluorescentie. De bevolking van triplet Staten is ook mogelijk op andere manieren. De triplet Staten verval met een veel langere vervaltijd dan singlet Staten, wat resulteert in wat de langzame component van het vervalproces wordt genoemd (het fluorescentieproces wordt genoemd de snelle component). Afhankelijk van het specifieke energieverlies van een bepaald deeltje (dE/dx), worden de “snelle” en “langzame” toestanden in verschillende verhoudingen bezet. De relatieve intensiteit van de lichtopbrengst van deze toestanden verschilt dus voor verschillende dE/dx. Deze eigenschap van scintillators maakt pulsvormdiscriminatie mogelijk: het is mogelijk om te identificeren welk deeltje werd gedetecteerd door te kijken naar de pulsvorm. Natuurlijk is het verschil in vorm zichtbaar in de achterste zijde van de puls, omdat het te wijten is aan het verval van de opgewonden toestanden.