Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
7. РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
1°. В зависимости от вида спектра различают два типа рентгеновского излучения — характеристическое излучение, имеющее линейчатый спектр, и белое излучение, имеющее сплошной спектр. Белое излучение является тормозным, так как возникает при торможении быстрых электронов в веществе. Характеристическое рентгеновское излучение связано с электронными переходами в средних и тяжелых атомах, возникающими в результате удаления (например, путем ударной ионизации) электрона из какого-либо внутреннего электронного слоя атома (например, из К- или L-слоя). Набор возможных частот характеристического излучения различен для атомов разных химических элементов, чем и объясняется название этого рентгеновского излучения.
VI.3.7. РЕНТГЕНОРСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
827
2°. Если атомный электрон удален из К-слоя атома (n = 1), то становится возможным квантовый переход в освободившееся состояние электрона, например, из і-слоя (п = 2), M-слоя (п = 3) и т. д. с последующими электронными переходами на освобождающиеся места в этих слоях, пока этот процесс не закончится полным перераспределением электронов по состояниям в атоме. Возникающие при этих переходах фотоны и образуют характеристическое рентгеновское излучение. На рис. VI.3.3 показана общая схема этих переходов, удовлетворяющих следующим правилам отбора: | Al \ — I, | Aj | = 0, 1 для дипольного излучения, I Al I = 0, 2, | Ду | = 0, 1, 2 для значительно более слабого квадрупольного излучения. Здесь п, Iuj — главное, орбитальное и внутреннее квантовые числа, характеризующие состояние в атоме удаляемого из него электрона. В рентгеновской спектроскопии приняты показанные на рис. VI.3.4 обозначения уровней энергии однократно ионизованного атома в зависимости от состояния удаляемого атома.
cH ctI Рз Pi Ps Pz Р4
-M
к
Щ
Mll M1 j M1,
Mv
NI -Nn -"ш -Wiv-Nv -Nvi-Nv и-
п I j -10 1/2
Р4 Р3Р10Р9Ї2ЇЗ Р1Ї5Ї1 2«1/
Its
Im
-201/2 -211/2 -2 1 3/2
«2«!
у -р;еі
з
ЗО ¦З 1 ¦З 1
1/2
1/2
3/2
З 2 3/2 ¦З 2 5/2
Tv-серия
L-серия Рис. VI.3.4
ЛГ-серия
¦4 0 1/2 -4 1 1/2 -4 1 3/2 -4 2 3/2 -4 2 5/2 -4 3 5/2 -4 3 7/2
828
VI.3. ATOM
Спектральные линии, обусловленные переходами электронов в K-, L- и т. д. слои атома, образуют K-, L- и т. д. серии характеристического спектра. Линии каждой серии обычно обозначают греческими буквами с подстрочными индексами (например, Ka , K^ , La^ и т. п.).
3°. Частоты сходственных линий характеристического рентгеновского излучения атомов различных химических элементов удовлетворяют закону Мозли:
где R — постоянная Ридберга, Z — атомный номер химического элемента, о — постоянная экранирования, которая учитывает влияние на электрон, переходящий из одного слоя в другой, остальных атомных электронов, а — постоянная, зависящая от выбора рассматриваемой спектральной линии: для линии Ka постоянная экрани-
О К
рования о ~ 1 и а ~ ^ , для линии La о ~ 5,5 и а ~ ^ .
4°. Непрерывный рентгеновский спектр тормозного излучения ограничен со стороны малых длин вочн некоторой наименьшей длиной волны Хмин, называемой границей сплошного спектра. Появление границы связано с тем, что максимальная энергия Лумйкс рентгеновского кванта, возникшего за счет кинетической энергии тормозящегося электрона VTk, не может превышать этой энергии:
где <р0 — разность потенциалов, за счет которой электрону сообщена энергия Wr.,
5°. Рентгеновские спектры поглощения, в отличие от оптических, не содержат отдельных линий поглощения. Коэффициент поглощения рентгеновских лучей веществом убывает с увеличением их частоты. Эта монотонная зависимость скачкообразно нарушается (скачки поглощения) в областях частот, при которых энергия рентгеновских квантов становится достаточной для освобождения электрона с K-, L-, M-, ... слоя атома.
6°. При поглощении атомом рентгеновского кванта может происходить автоионизация возбужденного ато-
wK = «PO = hv,
he
макс
'мин
К
“мин
V1
макс
С
ch _ ch_
VI.4.1. ИОННЫЕ МОЛЕКУЛЫ
829
ма — эффект Оже, вызванный внутренним перераспределением энергии возбуждения. Эффект Оже является двухстадийным. Вначале при поглощении рентгеновского кванта происходит возбуждение атома, при котором освобождается электрон с одного из глубоких слоев (обычно из К). Далее на освободившееся место переходит электрон из менее глубокого слоя (Lr, M- или N-слоя). Однако выделяющаяся при этом переходе энергия не излучается в виде нового рентгеновского фотона, а передается еще одному (третьему) из атомных электронов, который в результате вылетает из атома. Эффект Оже, не сопровождающийся излучением, является примером без-радиационного или безызлучательного перехода.
Глава 4 МОЛЕКУЛА
1. ИОННЫЕ МОЛЕКУЛЫ
1°. Молекулой называют наименьшую устойчивую частицу данного вещества, обладающуюся его основными химическими свойствами и состоящую из одинаковых или различных атомов, соединенных в одно целое химическими связями (химическими силами). Химические силы имеют в своей основе различные взаимодействия внешних электронов атомов.