Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
/(*) = /0е~^, (48.7)
т. е. при прохождении расстояния х=1/ц интенсивность убывает в е раз. Ослабление интенсивности пучка происходит как за счет истинного поглощения, так и за счет рассеяния рентгеновских лучей, так что можно написать
ц. = т + сг, (48.8)
где -с называется коэффициентом истинного поглощения, а ст —¦ коэффициентом рассеяния рентгеновских лучей.
Все коэффициенты (і, а, т пропорциональны плотности вещества р, а потому удобнее пользоваться так называемыми массовыми коэффициентами, т. е. величинами
!*«=--и/р. = от = а/р. (48.9)
I 18]
РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ
309
Введя (іт в формулу (48.7), запишем ее в виде
I (х) = 10е
,,46.1и)
Если S — площадь поперечного сечения пучка, то величина Spx означает массу вещества, проходимого рентгеновским пучком на расстоянии х. Следовательно, рх есть масса вещества, проходимого пучком на расстоянии х, если площадь поперечного сечения пучка равна единице.
В теоретических расчетах еще удобнее пользоваться так называемыми атомными коэффициентами:
где m — масса атома, равная m = A/N\, А— масса моля, Na — постоянная Авогадро. Эти коэффициенты имеют размерность площади, а потому могут быть истолкованы как поперечные сечения атома по отношению к ослаблению, поглощению и рассеянию рентгеновских лучей. Например, характеризует ослабление интенсивности рентгеновского пучка в слое, содержащем один атом на единице площади поперечного сечения пучка. Если в формулах (48.11) m означает массу не атома, а молекулы, то величины, определяемые этими формулами, следует назвать молекулярными коэффициентами.
9. Коэффициент поглощения рентгеновских лучей вообще возрастает с увеличением длины волны. Однако при некоторых значениях длины волны он резко падает, а затем начинает снова плавно возрастать. Такая особенность поглощения рентгеновских лучей имеет простое физическое объяснение. Пусть длина волны рентгеновских лучей настолько мала, что возбуждаются все рентгеновские уровни, включая /(-уровень. На это возбуждение затрачивается энергия рентгеновских лучей. При увеличении длины волны, начиная с некоторого значения X, энергии рентгеновского кванта становится недостаточно, чтобы возбудить /(-уровень. Это и сказывается на резком уменьшении поглощения, — появляется так называемый край поглощения. При дальнейшем увеличении длины волны перестают последовательно возбуждаться Lr, Lu-, Lm-уровни (см. схему уровней на рис. 88), что ведет к появлению новых краев поглощения и т.д.
Довольно точно соблюдается эмпирически установленное соотношение
Р
т
т А
Р ~nZ’
(48.11)
т0 = CZ* А,3,
(48.12)
где постоянная С испытывает всякий раз скачкообразное уменьшение при переходе через край поглощения. Из формулы
310
атомные системы со МНОГИМИ ЭЛЕКТРОНАМИ
[ГЛ. VI
(48.12), конечно, следует
°т = С' - (48.13)
где С = CNа — новая скачкообразно меняющаяся постоянная.
На схематическом рис. 90 изображен (в произвольных единицах) ход массового коэффициента поглощения для серебра
и меди в зависимости от длины волны А. На вертикальной оси отложена величина т'/3. Зависимость всю-
ТП
ду линейная, но при длинах волн % = 0,0485 нм для серебра и % = = 0,13785 нм для меди наблюдается край поглощения, связанный с прекращением возбуждения /(-уровня. Если бы кривую поглощения для серебра продолжить в сторону более длинных волн, то на ней появились бы три зубца при длинах волн U,3245, 0,3bUt>, 1),ЗУУЗ нм, соответствующие новым краям поглощения (уровень L тройной, как видно из рис. 88).
Особенность поглощения рентгеновских лучей состоит в том, что оно является чисто атомным свойством. Молекулярный коэффициент поглощения аддитивно складывается из атомных коэффициентов элементов, входящих в состав молекулы. Пользуясь этим, молекулярные коэффициенты поглощения бесчисленного множества химических соединений можно вычислить, зная атомные коэффициенты поглощения элементов. Далее, как видно из формулы (48.12), атомные коэффициенты поглощения быстро возрастают с увеличением порядкового номера элемента — пропорционально Z4. На этих особенностях поглощения рентгеновских лучей основано их применение для целей просвечивания (см. задачу 1 к этому параграфу).
10. В заключение этого параграфа рассмотрим еще одно явление, происходящее в электронной оболочке атома и вызывающее также поглощение рентгеновских лучей. Оно называется эффектом Оже (р. 1899) или автоионизацией возбужденного атома. Это явление связано с перераспределением энергии внутри возбужденного атома. В отличие от обычной фотоионизации, когда поглощенный рентгеновский квант приводит непосредственно к вылету электрона за пределы атома, эффект Оже происходит в две стадии. На первой стадии происходит поглощение рентгеновского кванта, сопровождающееся возбуждением атома, а именно освобождением электрона из К-слоя, т. е. образованием дырки в этом слое. На второй стадии происходит заполнение этой дырки электроном, перескакивающим из L-слоя. Избыток энергии <?ГК — либо выделяется в виде кванта ха-
РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ
311
рактерисгического излучения, что было рассмотрено выше, либо приводит к выбрасыванию одного электрона из вышележащих оболочек атома. Этот процесс и называется эффектом Оже, а выброшенный электрон — электроном Оже. Таким образом, дырка в L-слое сохраняется, но возникает вторая дырка в одном из вышележащих слоев. Иными словами, атом становится дважды ионизованным.
