Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 1 - Вест А.
ISBN 5-03-000056-9
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 5.1. Возникновение Си/Са-рентгеновско- Рис. 5.2. Спектр испускания го излучения. 2р-электрои переходит на не- рентгеновских лучей металла занятую 1$-орбиталь (обозначена прямо- (например, меди),
угольиичком). Освободившаяся при этом энергия испускается в виде рентгеновских лучей.
тическая энергия первичного пучка заряженных частиц превращается в энергию рентгеновских лучей.
Практически во всех дифракционных экспериментах используется монохроматическое рентгеновское излучение. Для его получения поток электронов, ускоренных в поле напряжением, например 30 кВ, бомбардирует металлическую мишень — анод рентгеновской трубки. (Часто в качестве анода используют металлическую медь.) Энергия первичных электронов достаточна для выбивания ^-электронов (/(-оболочка) меди (рис. 5.1). Электроны с внешних орбиталей (2р или Зр) немедленно переходят на освободившиеся внутренние ^-уровни. Выделяющаяся при этом энергия испускается в виде рентгеновского излучения. Энергия такого перехода — строго фиксированная величина. Отвечающий этим переходам спектр называется характеристическим (линейчатым) спектром испускания рентгеновских лучей (рис. 5.2), Для меди возможны два типа переходов: 2р—^ 1я (/(а-излучение, длина волны 1,5418 А) и Зр—>• 15 (Др-излучение, длина волны 1,3922 А). Переходы первого типа происходят гораздо чаще, чем переходы второго типа, поэтому Да-из
150
5. Дифракция рентгеновских лучей.
Таблица 5.1. Длины волн рентгеновского излучения для наиболее распространенных анодных материалов
Анод а Фильтр
Сг 2,2896 2,2935 2,2909 V
Ре 1,9360 1,9399 1,9373 Мо
Си 1,5405 1,5443 1,5418 N1
Мо 0,7093 0,7135 0,7107 ыь
АК 0,5594 0,5638 0,5608 Рс1
гК—
а средневзвешенная по интенсивности длина волны.
лучение более интенсивно, чем /Ср-излучение. По этой причине именно /Са-излучение используют в практической рентгенографии. /С«-линия спектра фактически.представляет собой дублет: Ках— 1,54051 А, Ка2 = 1,54433 А. Дело в том, что различные переходы типа 2р—из характеризуются несколько различными значениями энергии, так как 2/?-электроны, участвующие в этом процессе, имеют два возможных спиновых состояния. В некоторых рентгеновских экспериментах рассеяние Ка1- и /Соя-излучения трудно разделить, и вместо ожидаемого дублета наблюдается единственная линия. В других экспериментах дублет хорошо разрешен. При желании проблемы, связанные с возникновением более слабой (Кал) составляющей дублета, могут быть решены путем удаления этого типа излучения из. пучка рентгеновских лучей (разд. 5.6.1 и 5.6.2).
Длины волн, отвечающие /Св-линиям материалов анодов, используемых в рентгеновских трубках, приведены в табл. 5.1. Согласно закону Мозли, длина волны испускаемых рентгеновских лучей связана с атомным номером элемента 1
^=(с/Х)^аг (5.1)
где / — частота 7(а-излучения. Следовательно, длина волны Ха-излучения уменьшается с ростом атомного номера.
Спектр испускания таких элементов, как медь (рис. 5.2),. имеет две главные особенности. Интенсивные линии, отвечающие электронным переходам в атомах, находятся при строго-фиксированных значениях длин волн и являются характеристическими для данного элемента (в нашем случае меди). Фоном-для этих линий служит уже упоминавшийся сплошной (белый) спектр, который отвечает взаимодействию летящих с большой' скоростью первичных электронов с материалом анода. Чтобы возникло монохроматическое характеристическое рентгеновское излучение, необходимо достаточно сильно ускорить электроны
5.1. Рентгеновское излучение
151
в электрическом поле напряжением ^10 кВ. Лишь в этом случае можно выбить ^-электроны металлов.
На схеме устройства для генерации рентгеновских лучей, приведенной на рис. 5.3, показано, что электронный пучок, испускаемый при нагревании вольфрамовой нити, ускоряется в направлении анода в электрическом поле напряжением ~30 кВ. Электроны бомбардируют анод, сделанный из медных пластин. При этом возникает рентгеновское излучение, спектр которого, приведен на рис. 5.2. Чтобы избежать столкновений первичных электронов и рентгенов-
окошко из бериллиевой фольги
V
анод
рентгеновские лучи
Рис. 5.3. Схема устройства рентгеновской трубки с вольфрамовым катодом.
ских лучей с молекулами газов воздуха, камера, называемая рентгеновской трубкой, вакуумируется. Рентгеновские лучи выпускаются из трубки через «окошки» из бериллиевой фольги. Известно, что поглощение рентгеновских лучей при их прохождении через различные материалы пропорционально третьей степени порядкового номера элементов, присутствующих в них. Атомный номер бериллия — 4, поэтому бериллий — один из наиболее подходящих материалов для пропускания рентгеновских лучей. По той же причине свинец очень эффективно «гасит» (поглощает) рентгеновские лучи и применяется для изготовления защитных экранов вокруг рентгеновских трубок. В процессе эксплуатации рентгеновской трубки необходимо охлаждать ее анод. Лишь небольшая часть энергии первичного пучка электронов превращается в рентгеновское излучение. Большая часть энергии превращается в тепло, и если бы не специальное охлаждение, анод бы быстро расплавился.
