Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
Такое же рассуждение, хотя и менее четкое, применимо и в том случае, когда образовалась дырка в слое L, заполняемая в дальнейшем одним из электронов слоя М с излучением Lrx-ЛИ-нии. В этом случае по-прежнему надо интересоваться поведением такого электрона, пока он не заполнит дырку в слое L. Теперь экранирование производится сначала двумя электронами слоя К и семью электронами слоя L. Однако в дальнейшем, пока рассматриваемый электрон не заполнил дырку в слое L, экранирующее действие некоторых электронов слоя L постепенно выпадает. Можно приближенно принять, что в экранирующем действии принимает участие как бы половина из оставшихся семи электронов из слоя L. Это значит, что эффективный заряд ядра можно считать равным (Z — а)е, где постоянная а называется постоянной экранирования. Можно ожидать, что для
РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ
307
?а-линии а « 5,5, что не так плохо согласуется с тем, что дает опыт. Впрочем, на приведенное обоснование значения а « 5,5 следует смотреть как на грубую оценку. В частности, в наших рассуждениях не учтено, что уровень L состоит из трех подуровней. Точные значения постоянных экранирования следует определять экспериментально.
В обоих случаях задача свелась к одноэлектронной, подобно тому, как это имело место при объяснении спектральных серий щелочных металлов. Частоты излучаемых линий будут определяться формулой
v — cR (Z — а)2 ( -----~2"^ > (48.4)
V «і ч)
где ^ — постоянная Ридберга (см. § 13). Отсюда и получается формула (48.3), так как для рассматриваемой линии квантовые
числа п\ и fi2 фиксированы. Для /Са-линии m=l, п2 = 2, a
а = 1, как это было обосновано выше. Поэтому
v„ =aUcR(Z — Vf. (48.5)
Аа
Для La-линии т = 2, пг — 3, так что
= 5/,бcR [Z — az.a)2, где сиа *= 5,5. (48.6)
7. Рентгеновские спектры поглощения отличаются той характерной особенностью, что в них нет обращения линий. Если через слой какого-либо элемента пропустить пучок тормозного рентгеновского излучения (т. е. излучения, разлагающегося в сплошной спектр), то на месте характеристических линий не появятся темные линии, как это было бы в случае оптических спектров. Это объясняется тем, что в веществе, через которое проходит рентгеновский пучок, нет атомов в возбужденных состояниях. Все внутренние электронные оболочки заполнены, в них нет дырок, в которые при облучении рентгеновскими лучами могли бы перейти электроны из более глубоких энергетических уровней.
Поглощение рентгеновских лучей веществом совершенно не зависит от его оптических свойств. Например, белое прозрачное свинцовое стекло толщиной в несколько миллиметров практически полностью поглощает рентгеновские лучи, а потому и применяется для защиты персонала, обслуживающего рентгеновские установки. Тонкий же лист алюминия, абсолютно непрозрачный для видимого света, хорошо пропускает рентгеновские лучи; для рентгеновских лучей, получаемых в технических рентгеновских трубках (при напряжениях ~ 100 кВ), он почти совершенно прозрачен.
8. Параллельный пучок рентгеновских лучей при прохождении через вещество испытывает ослабление. Оно вызывается двумя причинами. Во-первых, рассеянием, когда часть лучей Отклоняется в сторону и поэтому выходит из первоначального
308
АТОМНЫЕ СИСТЕМЫ СО МНОГИМИ ЭЛЕКТРОНАМИ
[ГЛ. VI
пучка. Это явление аналогично рассеянию видимого света в мутных средах. Но в случае видимого света мутность среды вызывается либо наличием в среде посторонних частиц с другим показателем преломления, либо (при отсутствии таких частиц) флуктуациями плотности самого вещества (см. т. IV, § 98). Рассеяние на флуктуациях плотности называется молекулярным или релеевским. Для рентгеновских же лучей ввиду малости их длин волн всякая среда является сильно мутной. Здесь роль неоднородностей, вызывающих рассеяние, играют не малые макроскопические кусочки вещества, а отдельные атомы и даже электроны в атомах. В случае мягкого рентгеновского излучения, когда длина волны больше или сравнима с размерами атома, электроны в атоме ведут себя как связанные — атом рассеивает как целое, а потому волны, рассеиваемые отдельными электронами атома, когерентны. В противоположном случае очень жестких рентгеновских лучей длина волны мала по сравнению с размерами атома. Тогда на электронах атома происходит некогерентное комптоновское рассеяние.
Количественное различие в рассеянии видимого света и рентгеновского излучения можно иллюстрировать следующим примером. Параллельный пучок видимого света вследствие молекулярного рассеяния ослабевает в е раз в слое совершенно чистой воды толщиной да 1 км, тогда как рентгеновский луч испытывает такое же относительное ослабление всего на расстоянии да 5 см.
Во-вторых, ослабление пучка рентгеновских лучей происходит из-за истинного поглощения или абсорбции, когда часть энергии пучка в конце концов переходит в тепло.
Если параллельный пучок рентгеновских лучей монохрома-
тичен = const), то ослабление его интенсивности I на отрезке
dx однородного вещества определяется соотношением dl = = —\xl dx, где постоянная ц называется коэффициентом ослабления рентгеновских лучей. Отсюда следует
