Сергей Вавилов

Так родилась великая цель: изучить энергетику люминесценции с количественной стороны, иначе говоря, найти ее к.п.д. — коэффициент полезного действия. К.п.д люминесценции — это отношение энергии люминесцентного излучения (как говорят: вторичного излучения) к той поглощенной веществом энергии, которая вызывает люминесценцию.

Сергей Иванович называл сперва эту величину «удельной люминесценцией», однако после стал применять более точное выражение: «энергетический выход люминесценции».

В. Л. Левшин — в воспоминаниях о С. И. Вавилове: В 1924 году Вавилов ввел понятие «выход люминесценции». Эта величина характеризует эффективность превращения энергии возбуждения в свет, и, что особенно важно, Вавилов доказал, что такое преобразование может быть весьма эффективным. Этот вывод открыл люминесценции широкую дорогу в практику».

Большинство исследователей не имело раньше ни малейшего представления о численном значении этой величины. О холодном свете говорили просто: «яркий», «очень яркий», «слабый» и так далее. Те же, кто пытался получить численные значения, приходили к выводам, не располагавшим к оптимизму. Например, по Г. Гельмгольцу, к.п.д. люминесценции, образованный отношением энергии холодного свечения к той энергии ультрафиолетового света, которая его вызывала (при падении на водный раствор хинина), составляет всего ¹/₁₂₀₀! Видеман нашел много более высокий к.п.д. для фосфоресцирующей бальменовой светящейся краски: ¹/₂₂. Но и это не свидетельствовало об экономичности люминесценции (4,5 процента!).

Сергей Иванович разработал метод экспериментального определения энергетического выхода люминесценции. Это был тепловой метод.

Ученый предложил сравнивать между собою нагревание люминесцирующих и нелюминесцирующих растворов под влиянием одного и того же количества поглощенной ими световой энергии. Естественно, что в нелюмине-сцирующем растворе, где нет вторичного излучения (то есть люминесценции), вся световая энергия превращается в тепло. Не то в люминесцирующем растворе. Здесь некая доля первичной световой энергии превращается во вторичное излучение, расходуется на возбуждение люминесценции.

Теоретически рассуждая, светящийся раствор должен нагреваться при облучении меньше несветящегося. Сравнивая нагревания обоих веществ между собою, можно подсчитать энергетический выход люминесценции, то есть коэффициент полезного действия данного изучаемого явления.

Все казалось простым и осуществимым. Увы, простота была лишь в самой идее. Едва Вавилов попытался проверить новый метод на практике, он убедился, что это невероятно сложно. Температура облучаемых растворов поднималась незначительно. Тепловые же потери в окружающее пространство оказались весьма большими. При тех более чем скромных лабораторных возможностях, которыми в те времена располагали экспериментаторы, не могло быть и речи о точных измерениях.

Что же оставалось делать? Отказаться от намеченной цели? Подождать, пока лабораторная техника подтянется до требуемого уровня?

На это, разумеется, Сергей Иванович пойти не мог. Неудачи лишь раззадоривали его, порождали утроенное рвение в решении проблемы.

В борьбе с обстоятельствами, мешающими исследованиям, ученый всегда выходил победителем. И не было у Вавилова неудач, которые в конечном счете не стали бы ступенью к открытию, ценному для науки. Порой при этом рождался новый метод исследования, порой добывались ранее неизвестные важные сведения.

Если пока нет прямого пути к раскрытию энергетики люминесценции, значит, надо поискать путей окольных. Не может быть, чтобы разница в выходе люминесценции не проявила себя в чем-нибудь еще, кроме разницы в нагреве светящихся и несветящихся растворов. Наряду с абсолютным, тепловым методом определения к.п.д. люминесценции должен существовать и какой-то другой — косвенный, относительный метод. Какой же именно?

Может быть, Сергей Иванович думал и не так, как здесь написано. Но смысл его рассуждений, когда он искал доступных способов количественной оценки холодного свечения, вероятно, сводился к этому. Во всяком случае, одновременно с тепловым методом Вавилов разрабатывал другой остроумный метод, где абсолютные измерения были заменены относительными.

Уже в 1924 году он смог опубликовать работу под названием «Выход флуоресценции растворов красителей», где впервые привел опытные данные о к.п.д. люминесценции различных веществ.

В чем же суть относительного спектрофотометрического метода Вавилова по определению энергетического выхода люминесценции?

Сердцем экспериментальной установки был чрезвычайно распространенный в те годы спектрофотометр Кёнига — Мартенса — прибор для измерения силы света, световых потоков и некоторых других свойств света. Экспериментатор располагал друг подле друга две поверхности: одну — белую, матовую, рассеивающую почти весь свет, падающий на нее, и другую — поверхность прозрачной плоской кюветы, в которую наливалась исследуемая флуоресцирующая жидкость. Затем они обе подвергались одинаковому облучению.