ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Характеристическое излучение возникает в результате вырывания электронов с одной из близких к ядру оболочек атома (т. е. электронов, находящихся во внутренних слоях), которое осуществляется при ионизации быстрыми электронами атомов вещества анода. В атомах тяжелых элементов (например, платина, Z_Pt = 78), оболочки K, L, M, N заполнены. Электроны, находящиеся во внутренних слоях, испытывают сильное притяжение, обусловленное большой величиной заряда ядра, и вследствие этого оказываются сильносвязанными. Поэтому для удаления электронов из внутренних слоев необходимо затрачивать большую энергию. Например, для удаления электрона из K - оболочки платины требуется затратить энергию, равную 78×10³ эВ. Вот почему характеристические лучи возникают в результате бомбардировки веществ электронами большой энергии порядка 10⁴ эВ, а значит, возбуждение характеристического излучения происходит при вполне определенном для данного вещества напряжении на трубке U_о, которое называется потенциалом возбуждения. При всех напряжениях U > U_о на фоне сплошного спектра тормозного излучения будут присутствовать характеристические максимумы (рис. 4).

Рис.4.

Повышение напряжения на трубке увеличивает интенсивность сплошного и характеристического излучений, но положение характеристических максимумов и соотношение их интенсивностей остаются неизменными.

Итак, характеристическое рентгеновское излучение образуется в результате взаимодействия падающих электронов с электронами внутренних оболочек атомов в веществе. Атом возвращается в обычное состояние в результате перехода электрона с наружной оболочки на вакансию во внутренней, теряя энергию на генерацию кванта рентгеновского излучения.

Как известно, электроны атома находятся на дискретных энергетических уровнях, описываемых квантовыми числами атома. Ограничения, накладываемые на эти квантовые числа, допускают наличие одного энергетического уровня для K-оболочки (n=1), трех энергетических уровней для L-оболочки (n = 2), пяти энергетических уровней для M - оболочки (n=3) и т.д., где n - главное квантовое число. Поскольку электроны находятся на дискретных энергетических уровнях, излучаемый рентгеновский квант будет также иметь дискретную величину энергий, равную разности энергии между начальным и конечным состояниями атома.

Рис.5.

Таким образом, в процессе перестройки возбужденного атома он переходит в невозбужденное состояние путем заполнения электроном вакансии оболочки с меньшей энергией связи и в результате этого перехода выделяется энергия (рис. 5). Однако эта энергия может быть реализована не только в виде энергии рентгеновских квантов, некоторая часть может затрачиваться на то, чтобы удалить другие электроны атома, например, из L-оболочки (оже-эффект^[2]).

Схема процесса возбуждения электронов, приводящего к образованию рентгеновского характеристического излучения или оже-электрона, приведена на рис. 6.

Рис.6.

Подобно оптическим спектрам, рентгеновское характеристическое излучение состоит из нескольких серий, резко отличающихся по длине волны. Для тяжелых элементов найдено 5 таких серий линий, они обозначаются K, L, M, N, O. K-серия образована из волн, наиболее коротких, L-серия из более длинных, и т. д.

Название серий отражает их связь с соответствующими электронными оболочками атома.

K-серия характеристического рентгеновского излучения возникает в результате удаления из атома одного из K-электронов. Освободившиеся место занимает один из электронов, находящийся на более высоких уровнях энергии. В одних атомах это место занимает электрон, находящийся в L оболочке, в других атомах электроны M и N оболочек, так что вся K-серия возникает вся сразу.

Важно отметить, что если электрон имеет достаточную энергию для того, чтобы выбить электрон с оболочки K, то он может также выбить любые электроны с оболочки L или M. Следовательно, одновременно появляются все спектральные линии, которые возникают в результате электронных переходов на самые глубокие оболочки атома и на более удаленные. Обычно одновременно появляются все линии серий K, L, M.

Различные переходы осуществляются с различной вероятностью. Поэтому интенсивность различных линий в характеристическом спектре различна. Наиболее интенсивными оказываются переходы между стационарными состояниями, для которых изменение орбитального квантового числаDl= ±1. Из всех линий K-серии наиболее интенсивной оказывается линия называемая K_a, возникающая в результате переходов электронов с L-оболочки на K-оболочку (рис. 5).

Отметим, что для K-серии разность уровней намного больше, чем для других серий, следовательно, образующиеся кванты имеют большую частоту, а следовательно меньшую длину волны.

Таким образом, несмотря на то, что оболочки L, M, K имеют больше одного энергетического уровня, правило отбора ограничивают число возможных переходов электронов, и вид спектра получается довольно простым с содержанием только несколько важных линий для каждого элемента.

Поиск по сайту: