Rayleigh Saçılması Raman Saçılması Deniz OKATAN Bora CANBULA

John Strutt Rayleigh John William Strutt, 3. Baron Rayleigh (12 Kasım 1842 Essex – 30 Haziran 1919) İngiliz fizikçi. William Ramsay'le birlikte argon elementini keşfetmiş ve 1904 yılında Nobel Fizik Ödülünü kazanmıştır. Rayleigh saçılımı olarak bilinen kavramın da kaşifidir.

John Strutt Rayleigh 1879'da, deneysel fizik profesörü ve Cavendish Laboratuvarı başkanı James Clerk Maxwell'in asistanı olarak atandı. 1884'te Essex'de deneysel çalışmalarını sürdürmek için Cambridge'den ayrıldı. 1887'den 1905'e kadar Royal Institution of Great Britain'de felsefe profesörü olarak çalıştı. Daha sonra altı yıl Government Committee on Explosives'e başkanlık yaptı.

John Strutt Rayleigh John William Strutt Rayleigh'in ilk bilimsel çalışmaları optikle ilgi matematik konuları üzerineydi. Fakat daha sonraki çalışmaları fiziğin bütün alanlarını kapsadı. Bunlar arasında ses, dalga teorisi, renk görünümü, elektrodynamik, elektromagnetism, ışığın yayılımı, sıvı akışkanlığı, hydrodynamik, gazların yoğunluğu, viscosity, esneklik ve fotoğrafçılık sayılabilir. Sabırlı ve duyarlı deneyleri ile direnç akım ve elektromotive kuvveti'nin standartlarını belirledi. Sonraki çalışmalarını ise elektrik ve manyetizma üzerine yoğunlaştırdı.

John Strutt Rayleigh Rayleigh çok iyi bir eğitmendi. Etkili danışmanlığı ile Cambridge'de deneysel fiziğin sistematik kuralları geliştirildi. "Theory of Sound" adlı yayımı 1877-1878 yıllarında iki cilt olarak yayımlandı. Diğer çalışmaları 1889-1920 yıllarında basılan altı ciltlik bilimsel yayımlarda basıldı. Ayrıca Britannica Ansiklopedisi'ne katkıda bulundu. Yayımlarında anlaşılması güç konularda bile akıcı bir dili vardı. Tellafuzuyla yalınlık ve sadelik te bir model olarak gösterilir.

Chandrasekhara Venkata Raman C.V.Raman 7 Kasım 1888'de Iyer ailesinin ikinci çocuğu olarak Tiruchirapalli'de dünyaya geldi. Babası matematik ve fizik alanlarında öğretim görevlisi olduğu için evlerinde akademik bir atmosfer hakimdi. Ayrıca yeğeni Subramanyan Chandrasekhar da 1983 yılında Nobel Fizik Ödülünü kazanmıştır. 28 Şubat 1928'de fotonların inelastik saçılması olayını keşfetti. Hindistan 28 Şubat günü bu olayın anısına Bilim Günü olarak kutlanmaktadır. 1930'da Fizik alanında Nobel Ödülü'ne layık görüldü. C.V.Raman 21 Kasım 1970'de 82 yaşındayken Hindistan'ın Bangalore kentinde vefat etmiştir.

Rayleigh Saçılması Gaz, sıvı ve katı haldeki saydam ortamlar üzerlerine düşürülen ışığın büyük bir kısmını doğrudan geçirmekle beraber küçük bir kısmınıda saçılmaya uğratırlar. ışınımın atomik bir sistemden saçılması en azından ikinci mertebeden bir süreç olmalıdır. Birinci adımda enerjisi hf olan bir foton soğurulur. Ve bu atomu yada molekülü bir a durumundan bir n durumuna uyartır. İkinci adımda atomik sistem enerjisi hf' olan foton yayınlar ve uyarılmış n durumundan son b durumuna döner. Bu iki adım ters sırada da olabilir. Eğer sistemin son b durumu başlangıçtaki a durumunun aynı ise yaynlanan ışınımın frekansı gelen ışınımın frekansı ile aynıdır. Bu süreç Rayleigh Saçılması olarak adlandırılır. İlk kez 1871 yılında Lord Rayleigh arafından gözlenmiştir. Bütün maddeler, içlerinden geçirilen ışıma enerjisini, yalnız kendileri için karakteristik, belirli dalgaboylarındaki fotonları soğurmak ve bir kısmınıda saçılmaya uğramak suretiyle zayıflatırlar. Atmosfer içinden geçen Güneş ışınları buradaki gaz molekülleri ve toz par- çacıkları tarafından saçılmaya uğratılır.

Meydana gelen saçılmanın şiddeti madde üzerine gelen ışığın dalgaboyunun dördüncü kuvveti ile ters orantılıdır. Dolayısıyla küçük dalgaboylarında çok daha etkindir. Örneğin güneş ışığının atmosferdeki bağıl saçılma şiddeti kırmızı ışık için 1 olarak kabul edilirse sarı ışık için 3 mor ışık için bu değer 10 dur. Kırmızı=1 Turuncu=2 Sarı=3 Yeşil=5 Mavi=7 Mor=10 Bulutsuz açık bir günde gökyüzü neden mavi görünür?

Atmosfere hemen hemen başucundan dik olarak giren güneş ışınları önlerine çıkan molekül veya diğer tanecik sayısı bağıl olarak daha az sayıda olduğundan mor ve mavi renkteki küçük dalgaboylu bileşenleri daha az saçılmaya uğrar. Bunun sonucunda da Güneş; parlak beyaz ve sarı renkte gökyüzüde mavi renkte görünür.

Gün batımında Güneş neden kırmızı-turuncu görünür? Gün batımına yakın atmosfere çok daha eğik açılar altında giren ve buradaki yolları daha da uzadığı için daha fazla saçılmaya maruz kalan güneş ışını bileşenleri içinde en fazla saçılmaya uğrayan mavi ve mor renkteki bileşenlerdir. Gün batımında güneşin kırmızı- turuncu görünmesi işe bu kısa dalgaboylu bileşenlerin ortadan kalkmasından ileri gelir. Bu tür saçılma olayları Rayleigh türü saçılmalardır.

Raman Saçılması Bir numunenin GB veya yakın-IR monokromatik ışından oluşan güçlü bir lazer kaynağıyla ışınlanmasıyla saçılan ışının belirli bir açıdan ölçümüne dayanır. Moleküllerin şiddetli bir monokromatik ışın demeti ile etkileşmesi sırasında ışık absorpsiyonu olayı gerçekleşmiyorsa ışık saçılması olayı meydana gelir. Işık saçılması sırasında saçılan ışığın büyük bir kısmının enerjisi madde ile etkileşen ışığın enerjisine eşit olur ve bu tür elastik saçılma olayına Rayleigh saçılması denir. Elastik saçılma olayının yanı sıra saçılan ışığın çok az bir kısmı elastik olmayan saçılma olayı ise Raman saçılması adını alır. Rayleigh saçılması olayında Raman saçılmasına göre 104 - 105 kez daha şiddetli bir saçılmış ışık oluşur.Ancak Rayleigh saçılması tek bir pik verir ve, titreşim geçişleri hakkında bilgi vermez. Raman saçılması sırasında saçılan ışığın enerjisinde molekül ile etkileşen ışığınkine göre oluşan fazlalık veya azlık ışıkla etkileşen molekülün titreşim enerji düzeyleri arasındaki enerji farkları kadardır. Bu nedenle Raman saçılmasının spektroskopik incelenmesi ile de moleküllerin titreşim enerji düzeyleri hakkında bilgi edinilebilir. Bu tür bir spektroskopik yöntem Raman spektroskopisi adını alır. Bu yöntemde molekül ile etkileşen ışığın dalgaboyuna göre saçılan ışığın dalgaboyunda oluşan farklar ölçülür. Bu farklar Raman kayması olarak adlandırılır. Moleküller ile etkileştirilen ışığın kaynağı olarak özellikle son yıllarda genellikle lazer türü kaynaklar kullanıldığından bu yönteme Lazer Raman Spektroskopisi adı da verilir.

Şekilde Raman saçılması olayının ortaya çıkışının molekülün titreşim enerji düzeyleri ile ilişkisi görülmektedir. ho enerjili ve molekülün absorplamadığı bir foton molekül ile etkileştiğinde saçılmadan önce çok az sayıda foton enerjilerinin bir kısmını moleküllere aktarır veya moleküllerden çok az sayıda fotona bir miktar enerji aktarılır. Bu enerji aktarımı olayı sonucu moleküller fotonla etkileştikten sonra farklı titreşim enerji düzeylerinde bulunurlar.

Bir molekülün bir fotonla Raman türü saçılma etkileşmesine girebilmesi için molekülün titreşimi sırasında etkileştiği fotonun elektrik alanı tarafından periyodik ve fotonun frekansına eşit frekanslı olarak polarlanabilmesi yani periyodik ve geçici bir dipol momentinin oluşması gereklidir. Raman hatlarının şiddeti, titreşen molekülün fotonla etkileşirken oluşan polarlanabilme değişim hızının karesi ile orantılıdır. Şekilde doğrusal CO2 molekülünün simetrik ve asimetrik gerilme ve eğilme titreşimleri sırasında molekülün dipol momentinde () ve polarlanabilmesinde () oluşan değişmeler görülmektedir. Normal bir Raman pikinin şiddeti veya gücü, molekülün polarizlenebilirliğine, kaynağın şiddetine, aktif grubun derişimine ve bir dizi diğer faktöre karmaşık şekilde bağlıdır. Absorpsiyonun yokluğunda, Raman emisyonunun gücü kaynağın frekansının dördüncü kuvvetiyle artar, ancak UV ışınlamasının ışınla bozunmaya yol açtığından bu bağıntıdan pek yararlanılmaz.