Рентгеновские спектры. Закон Мозли

Переходы между уровнями атома образуют спект излучения. Количество энергетических уровней атомов растет с увеличением количества электронов (или Z). При возбуждении атомов с достаточно большим количеством Электронов наряду с оптическим излучением (переходы внешних электронов) присутствует излучение с более короткими длинами волн, которые лежат за пределами видимого диапазона. Излучение с длиной волны ~10^{-8 м и менее называют рентгеновским. Источник – переходы электронов внутренних оболочек..}

Обычно рентгеновское излучение получают в рентгеновской трубке (см.рис), в которой сильно ускоренные электрическим полем электроны бомбардируют анод, испытывая на нем резкое торможение. При этом возникает рентгеновское излучение, представляющее собой электромагнитные волны с длиной волны примерно 10^-12-10^-8м.

Спектр рентгеновского излучения имеет сложную структуру и зависит как от энергии электронов, так и от материала анода и представляет собой наложение:

сплошного спектра, ограниченного со стороны коротких длин волн некоторой границей l_min (границей сплошного спектра), и

линейчатого спектра - совокупности отдельных линий, появляющихся на фоне сплошного спектра.

Сплошной спектр не зависит от материала анода, а определяется только энергией бомбардирующих анод электронов. Сплошной рентгеновский спектр называют тормозным спектром.

При достаточно большой энергии бомбардирующих анод электронов на фоне сплошного спектра появляются отдельные резкие линии—линейчатый спектр, определяемый материалом анода и называемый потому характеристическим линейчатым спектром (излучением).

Существование границы сплошного рентгеновского спектра объясняется тем, что максимальная энер­гия hν _макс рентгеновского фотона, возникшего за счет энергии элек­трона, не может превышать кинетической энергии электрона.

Непрерывность спектра – частичная потеря энергии электрона, который пролетает рядом с атомом.

Линейчатый рентгеновский спектр зависит исключительно от элементного состава вещества. Атомы каждого химического элемента незави­симо от того, в каких химических соединениях они находятся, обла­дают собственным линейчатым спектром характери­стического рентгеновского излучения.

Формирование характеристического рентгеновского излучения

В порядке возрастания длин волн серии характеристического рент­геновского излучения называются соответственно К-, L-, М-, N-ceриями.

Переходу электрона с L-оболочки на К-оболочку соответствует самая длинновол­новая линия К_α К-серии характеристического излучения. Линия К_βсоответствует переходу электрона из М -оболочки на К-оболочку, линия Кγ – переходу из N-оболочки на К-оболочку и т.д.

Особенности рентгеновского спектра

- Частоты линий возрастают при переходе со все более удаленных от ядра оболочек. Это связано с уве­личением энергии, высвобождающейся при переходе электрона на К-оболочку со все более удаленных оболочек.

- Наоборот, интенсивности линий убывают при переходе от линии К_а к линиям К_βи Кγ, так как вероятность переходов на К-оболочку с L-оболочки больше, чем с М-, N- и др.оболочек.

Все переходы, заканчивающиеся на L- оболочке, соответствуют линиям L -серии ха-

рактеристического рентгеновского излучения и т.д.

Закон Мозли

Исследуя рентгеновские спектры элементов, английский физик Г. Мозли установил в 1913 г. соотношение, называемое законом Мозли:

,

где n -частота, соответствующая данной линии характеристического рентгеновского излучения, R - постоянная Ридберга, s -постоянная экранирования, число m=1,2,3,…(определяет рентгеновскую серию), n принимает целочисленные значения, n> m+1 (определяет отдельную линию соответствующей серии).

Смысл постоянной экранирования:

электрон испытывает действие не всего заряда ядра, Ze, а заряда (Z-s)е, ослабленного экранирующим действием других электронов.

В общем виде закон Мозли обычно записывают следующим образом:

где ν - частота, с^-1; а - постоянная для данной серии линий, с^-1, b - постоянная экранирования.

На рис. приведена ди­аграмма Мозли, иллюстрирующая для линий Ка линейную зависимость ν 1/2от атомного номера Z. Применение формулы Мозли к эле­ментам периодической системы Менделеева подтвердило закономерное возрастание на единицу заряда ядра при переходе от одного элемента к последующему. Это имело большое значение для подтверждения справедливости ядерной модели атома и периодиче­ского закона Менделеева.

Поиск по сайту: