螢光礦物

文．圖／莊文星

　原子為未失去元素本性的最小組成粒子，通常由質子和中子組成原子核並由若干軌道電子圍繞運轉而構成。而組成岩石的礦物，其基本的組成成份乃是由不同的元素組合而成。有些礦物之組成元素，其圍繞特定原子運轉的電子，如果外加賦與能量，可能就會提高能階，擴大其運轉軌道，紫外光就是能量供給的來源之一。當紫外光照射到螢光礦物時，它將改變部分電子繞行的軌道。而後這些受激發的電子又將由高能階軌道落回原先的軌道上運轉，而將其吸收的能量以可見光（紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫）的形式釋出，產生耀眼的螢光（圖1~5）。

圖1. 矽鋅礦--方解石標本	圖2.矽鋅礦--方解石短波紫外光下之螢光效應。方解石受到短波紫外光（254NM）照射時，由原來的白色呈現紅色，而矽鋅礦則由褐色變為綠色。	圖3.矽鋅礦--方解石中波紫外光（302NM）下之螢光效應	圖4.矽鋅礦--方解石長波紫外光 （365NM）下之螢光效應	圖5.矽鋅礦--方解石X-光照射下之 螢光效應

　礦物受外加能量激發，能發出可見光的性質稱為礦物的發光性。具有激發光現象者稱為發光體。根據激發光源的不同，可將激發光分為(1)光致發光：由可見光、紅外光和紫外線等激發；(2)陰極射線發光：由電子束激發，如電視映像管；(3)輻射發光：由X-射線、γ-射線等激發（圖6）；(4)熱致發光：由熱能激發。此外，尚有電致發光、摩擦發光、化學發光等。根據發光時間持續的長短又分為螢光與磷光兩型。如果發光體一旦停止激發，發光現象立即消失，稱為螢光；如果激發停止後仍持續發光，則稱為磷光。

　由紫外光產生螢光之研究發展歷史潮流中，法國貝克（Becquerel）祖孫三代：安東尼貝克（Antoine Becquerel, 1788-1878)、愛德蒙貝克（Edmond Becquerel, 1920-1991），亨利貝克（Becquerel, 1852-1908）有卓越貢獻。

●安東尼與愛德蒙：研究多種螢光礦物對不同波長光激發反應，及其所發射螢光之光譜度量；

●愛德蒙：發現紅色螢光之方解石（圖1～5；方解石中含2.7％錳），為最早確定螢光礦物為含有致螢活化劑者。愛德蒙亦研發磷光鏡以觀測磷光現象，該儀器可辨識度量短暫至萬分之一秒剎那間之螢光或磷光。

●亨利：螢光礦物除發射可見光外，是否同時也有其他輻射現象？在他的研究中偶然發現，含鈾螢光礦物可致使軟片感光（原非關螢光或磷光反應，放射與螢光原為二獨立事件）。經由螢光與磷光之實驗發現放射性，開啟了原子時代的先端。

圖6.具放射性之水鈉鈣鈾礦	圖7.水鈉鈣鈾礦短波紫外光下之 螢光效應

　螢光、磷光與放射性實質上並無直接關聯，僅僅有些含鈾的礦物兼具螢光與放射性（圖6與圖7）。大部分的螢光礦物無放射性也不會造成輻射傷害。然而可見光、紅外線、紫外線、X-光、γ-射線等皆為能量的一種，具有不同的能量、波長與穿透性。放射性物質所放出之輻射線能量大、波長短具有極強的穿透力。高能量短波長的光波有激發礦物產生較長波長、較低能量的光波之潛能。因此，有些礦物經由γ-射線的照射可能產生X-光；而由X-光或紫外光照射將產生螢光。