Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
Итак, частота линии характеристического рентгеновского излучения определяется разностью энергий энергетических уровней атома, найденной в предположении, что из каждого из них удален один электрон. При таком удалении атом переходит в возбужденное состояние — его энергия увеличивается на соответствующую энергию ионизации. Последняя тем больше, чем глубже лежит уровень невозбужденного атома. Из изложенного ясно, почему при рассмотрении рентгеновского излучения пользуются схемой уровней возбужденного атома, полученной в предположении, что с рассматриваемого уровня удален один электрон, тогда как число электронов на всех остальных уровнях остается неизменным. Из сказанного выше также следует, что схема уровней так возбужденного атома является обращенной по отношению к схеме энергетических уровней невозбужденного атома. Это значит, что в обращенной схеме энергетический уровень расположен тем выше, чем глубже он лежал до удаления с него электрона.
302
АТОМНЫЕ СИСТЕМЫ СО МНОГИМИ ЭЛЕКТРОНАМИ [ГЛ. VI
Обращенная схема энергетических уровней атома приведена на рис. 88. Электронные слои невозбужденного атома, соответствующие главным квантовым числам п— 1, 2, 3, 4, как известно, обозначаются соответственно через К, L, М, ... Такие
/(-еевия
сс.
Mr
н,-
Рг
I-серия
'М-серия «__________
'Ф
1/2
¦2dP„
t/г
гР
з!2
-3 %
'//*
5/2
¦ * % ¦4 %
• к Дз/2 гВ512 -4 %/г
Рие. 88
г7/г
же обозначения применяются и к атому, возбужденному в указанном выше смысле. Точно так же к возбужденному атому применяют спектроскопические обозначения типа 22Si/2, 22P\/i, ... Целесообразность этого мотивируется тем, что внутренние оболочки атома замкнуты; их момейт количества движения равен нулю, а при удалении электрона уносимый им момент количества движения передается с противоположным знаком электронной оболочке, с которой он был удален.
В отсутствие магнитного поля энергия не может зависеть от магнитного квантового числа. Она практически зависит только
РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ
303
от квантовых чисел п и j. Слой К состоит из одного энергетического уровня 12Si/2 {п= 1, / — 0, j — 1/2). Слой L (я = 2) распадается на три подслоя, обозначаемые через Li, Ln, Lui- Подслой Li состоит из одной 25-оболочки. Два остальных подслоя представляют 2Р-оболочку, расщепляющуюся на две подобо-лочки 22Р1/2 и 22Рз/2. Их энергии различаются из-за спин-орби-тального взаимодействия. Аналогично слой М (п = 3) состоит из пяти подслоев, слой N (п ==4)—из семи подслоев, обозначенных на рис. 88, и т. д.
4. Недостаток электрона в замкнутой оболочке атома можно рассматривать как «дырку» в этой оболочке. Формально можно считать, что дырка может находиться в различных квантовых состояниях и переходить из одного состояния в другое. Когда в электронной оболочке атома есть дырка, эта оболочка не замкнута. При переходе дырки на другую замкнутую оболочку последняя перестает быть замкнутой, а исходная оболочка восстанавливается до замкнутой. С этой точки зрения обращенная схема рентгеновских уровней атома аналогична обычной схеме энергетических уровней атома с одним наружным (валентным) электроном. Понятно, что сохраняют силу и все правила отбора при излучении, когда атом (дырка) переходит из одного квантового состояния в другое. Такими правилами отбора являются
д/ = _ 1, о, + 1; Д?=±1. <48.2)
Все переходы, удовлетворяющие этим правилам отбора, изображены стрелками на рис. 88. Стрелки означают переходы возбужденного атома с высших энергетических уровней на более низкие, или, что то же самое, переходы дырки с уровня на уровень. В целях сокращения мы ограничились наличием в атоме только слоев К, L, М, N. Рисунок нетрудно дополнить переходами на подуровни слоев О (п = 5) и Р (п = 6), если таковые имеются.
Характеристический спектр рентгеновского излучения состоит из серий линий, которые обозначаются буквами К, L, М, N, О. Серия К возникает при переходах возбужденного атома с уровня К на лежащие ниже подуровни слоев L, М, N, ... ; серия L — при аналогичных переходах с подуровней слоя L; серия М — при переходах с подуровней слоя М и т. д. Как видно из рисунка, линии серии к имеют дублетную структуру. Компоненты дублетов обозначаются соответственно через осі, а2; (Зі, IV, 71, 72, как видно из рис. 88. Серии L, М, N имеют более сложную муль-типлетную структуру. Для линий этих мультиплетов применяются также обозначения греческими буквами с индексами. Буква а указывает, что переход совершился с ближайшего слоя, буква р — со следующего после ближайшего и т. д. Цифровые ин дексы при буквах а, р, у нумеруют линии в порядке убывания длин волн.
304
АТОМНЫЕ СИСТЕМЫ СО МНОГИМИ ЭЛЕКТРОНАМИ
[ГЛ. VI
Из приведенного объяснения возникновения характеристического рентгеновского излучения следует, что при возбуждении наиболее глубоко лежащего слоя К возникает не только серия К, но и весь рентгеновский спектр. Вообще, при возбуждении какой-либо серии или линии рентгеновского излучения появляются и все серии и линии рентгеновского излучения с большими длинами волн.
При освобождении электрона из какой-либо внутренней оболочки электрон за пределами атома может обладать каким угодно запасом кинетической энергии. В этом случае его энергия в конечном состоянии не квантуется. При переходе из этого неквантованного состояния на одно из свободных мест в оболочках атома возникает сплошное рентгеновское излучение.
