Н.Ф. Лосев, А.Н. Смагунова - Основы рентеноспектрального флуоресцентного анализа, страница 3

Возбуждение рентгеновских лучей бомбардировкой твердого тела протонами и более тяжелыми ионами возможно при ускорении этих частиц до очень высоких энергий (порядка нескольких МэВ), для чего в качестве ускорителей применяют электростатические генераторы или циклотроны. Очень удобными источниками рентгеновского излучения являются некоторые радиоактивные изотопы, которые либо сами испускают рентгеновское излучение (например, ззРе, 'езСд), либо выбрасывают электроны (тритий, '«тРгп) или и-частицы ("'Ро)„бомбардируя которыми различные твердые мишени, можно получить рентгеновское излучение. ' достаточно иолиое изложение физики рентгеновского излучении читатель найдет в книге М. А. Блохина «Физика рентгеновских лучейз, М Гос" технздат, 1957.

11 ТЛ. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ При бомбардировке мишени электронами они тормозятся и при этом испускают рентгеновское излучение, непрерывно распределенное по длинам волн и называемое тормозным или непрерывным излучением. Кроме того, бомбардирующие электроны могут выбрасывать из атомов мишени внутренние элек. троны, после чего эти атомы испускают линейчатое рентгеновское излучение, называемое характеристическим.

Тормозное излучение поляризовано, а характеристическое — не полярнзовано. Флуоресцентное излучение состоит только из характеристического излучения и не содержит тормозного. При вхождении рентгеновского излучения из вакуума (или воздуха) в твердое тело происходит преломление лучей и они отклоняются от первоначального направления. Однако показатель преломления чрезвычайно близок к единице и отклонение ничтожно мало. Прохождение рентгеновского излучения через вещество сопровождается его рассеянием и поглощением. При рассеянии фотоны не исчезают, а лишь изменяют направление движения. При поглощении фотоны отдают атому свою энергию и полностью исчезают, За счет этой энергии из атома выбрасывается внутренний электрон (фотоэлектрон) и атом превращается в положительный нон, отличающийся от нейтрального атома наличием внутренней вакансии ~«дыркиъ) в электронной оболочке.

Ионизированный атом неустойчив и через очень короткий промежуток времени (!О-м — 10-" с) уменьшает свою энергию путем заполнения внутренней вакансии более удаленным от ядра атома электроном. За счет освободившейся при этом энергии атом испускает фотон рентгеновского характеристического излучения. Таким образом, поглощение фотона, фотоэффект н ионизация атома — разные стороны одного общего процесса. Этот процесс сопровождается последующей рентгеновской флуоресценцией. При рассеянии рентгеновского излучения на атомах кри.

сталлического вещества возникает интерференция волн, рассеянных разными атомами. Результатом этого является резкое усиление рассеянного излучения в одних направлениях и его исчезновение в других. Это явление называют дифракцией рентгеновского излучения на кристаллическом веществе. В случае дифракции на монокристалле направление, в котором достигается максимум интенсивности дифрагированного излучения, зависит от его длины волны, что позволяет разложить рентгеновское излучение в спектр.

С2. СПЕКТРАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИИ ИНТЕНСИВНОСТИ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Электроны атома располагаются по нескольким оболочкам. Самая внутренняя из них †-оболочка, далее следуют Е, М, йг, () и Р-оболочкн. Они в свою очередь делятся на подоболочки, из которых самую внутреннюю отмечают индексом 1 (например, с.ь %), а следующие — индексами П, Ш, 11г и т. д.

(например, Ьш, Мо, Фсп). Диаграмма уровней атома показана на рис. 2, где энергия уровней возрастает сверху вниз. Если образовавшаяся в атоме вакансия заполняется электроном одной 'рйни Йй Ия Им Ии Ие Ие Ме ми Мн Мя Мг Рис. 2. Диаграмма рентгеновских уровней и переходов между ными. К-серия из более удаленных от ядра оболочек, то атом переходит в дру.

гое состояние с вакансией в менее глубокой оболочке. Этому соответствует переход атома с уровня болыпей энергии Е1 начального состояния на уровень меньшей энергии Еа конечного состояния с одновременным излучением фотона с энергией еел. е| е= Е~ — Ее (к2) При разложении рентгеновского излучения в спектр такие фотоны образуют одну из линий этого спектра. Вакансия, возникшая в одной из оболочек, может быть заполнена электронами различных подоболочек атома. Все линии спектра, появляющиеся при таких переходах, образуют одну серию линий, обозначаемую так же, как и оболочка начального состояния. Линии К-серии — наиболее коротковолновые, далее в порядке возрастания длин волн расположены линии 1., М, еу-серий. В пределах одной серии отдельные линии обозначаются греческими буквами с цифровыми индексами. Самые интенсивные линии серии обозначают а, затем в порядке убывания интенсивности идут р- и у-линии.

С возрастанием индекса линии !3 интенсивность ее убывает. Здесь, однако, нет строгой законо мерности (например, Е;линия слабее Еа,-линии). Относительная интенсивность линий определяется вероятно. стями соответствующих переходов, которые могут быть вычис. лены методами квантовой механики. Если вероятность перехода[ равна нулю, этот переход не происходит и соответствующей! линии в спектре нет. Такие расчеты позволили установить за ' кономерности, при которых линии спектра могут возникать. Эти закономерности называют правилами отбора.

Если все линни одной серии расположить в порядке возра. стания энергии еь, их фотонов, то в этом ряду энергии Ез ко-! печных состояний атома будут убывать. Линия, возникающая! при Ез =О, может появиться, если вакансия начального состояния будет заполнена находившимся вблизи атома свободным, электроном, В этом случае аь з = Еь Соответствующую точку! спектра (такой линии в действительности нет) называют границей серии. Известно, что граница поглощения, называемая краем поглощения, совпадает с границей серии. На диаграмме уровней (см. рис. 2) можно заметить два' типа уровней: одиночные К, Еь Мь 51~ и близкие пары Еи и Епь Мш и Мч и т.

д. Такие близкие пары называют дублетными уровнями. Переходы атома с начального одиночного уровня на конечные дублетныс уровни или переходы с начальных дублетных уровней на общий конечный уровень дают в спектре две близкие линии, также называемые дублет- ными линиями или просто дублетом. Характерными дублетами рентгеновского спектра являются, например, Киихз-, Крьрз-, Еа~аз-, Еафглинии. Относительные интенсивности линий одной серии обычно вы..

ражают в долях самой интенсивной линии аь интенсивность которой принимают за 100. Относительные интенсивности линий одной серии разных элементов не одинаковы, но с изменением атомного номера изменяются не очень значительно. Приблизи. тельно можно указать, что в К-серии интенсивности 1 основных линий равны: 7(аз) = 50, l(~~) = 20, У(рз) = !О, остальные линии значительно слабее. В Е-серии Р(аз) = !2, 1ф~) 50, ~62) = 20 ~(0з) = 8, 1(у~) = 10, остальные линии слабее [14[.

Для возбуждения линий одной серии некоторого элемента ' нужно, чтобы энергия е$' бомбардирующих электронов (е— заряд электрона, Р— напряжение на рентгеновской трубке) была не меньше уровня энергии Е~ начального состояния. Если еУ ( Еь линий этой серии нет; если еУ ) Еь линии появ- ~ ляются. Напряжение Ум при котором еУ = Еь определяет потенциал )га возбуждения данной серии линий.

С возрастанием атомного номера Я элемента потенциалы возбуждения одной и той же серии быстро возрастают. Так, потенциал возбуждения; К-серии элемента с 2 =12 равен !,3 кВ, при 2 = 50 этот потенциал равен 29 кВ, а при Е = 90 он равен 110 кВ [14!. 14 Если напряжение У на рентгеновской трубке превышает Уо, интенсивность этих линий возрастает по формуле 1= (У У,)з ().з) до У им 3Уо, а затем скорость возрастания интенсивности с ростом напряжения замедляется.

С возрастанием тока рентгеновской трубки интенсивность спектральных линий растет пропорционально этому току. Взаимное расположение линий одной серии и их относительные интенсивности у разных элементов мало различаются. Однако с возрастанием Я эти линии систематически сдвигаются по спектру в сторону возрастания энергий в фотонов. Для разных элементов положение спектральных линий определяется законом Мозли: Ч1ЕК з = аз — Ь (1.4) где а н Ь вЂ” некоторые постоянные, нмеюгнне одинаковые значения для одно.