Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 71
Текст из файла (страница 71)
На рис. 87 для напряжения на трубке Ъ' = 35 кВ приведены экспериментальные кривые спектрального распределения энергии рентгеновского излучения в случае антикатодов из вольфрама, молибдена и хрома. За меру интенсивности ИИ 18,2 37,2 л о е к е ~ 2 излучения принят ток в ионизационной камере.
В случае молибдена, о>оз ОДЭ е>иг Л ем наряду со сплошным излучением, Рис. 87 возбуждаются две линии характеристического иш1учения с длинами волн примерно Л = 0,063 и Л = = 0,071 нм. Характеристическое излучение появляется и для хрома, но при более длинных волнах, не укладывающихся на рисунке. Но в случае вольфрама напряжения 35 кВ недостаточно для возбуждения характеристического излучения в диапазоне волн, приведенном на рисунке, получается только сплошной спектр. 3. Каждая линия рентгеновского характеристического излучения, конечно, возникает в результате перехода атома с одного энерге гического уровня на другой.
Ее частота определяется правилом частот Бора: (48. 1) Поскольку рентгеновское излучение коротковолновое, разность энергий в начальном и конечном состояниях атома очень велика и в случае тяжелых элементов превосходит в тысячи, десятки и сотни тысяч рвз соответствующую разность в оптической области спектра. Это указывает на то, что квантовые переходы совершаются анутренн ми, а не наружными (валентными) электронами атома.
Но для того, чтобы такие переходы были возможны, необходимо, чтобы внутри электронной излучения от материала анода не зависит. Последний влияет только на интегральную интенсивность излучения. Харакгперистическое излучение, напротив, имеет линейчатый спектр., т. е. состоит из закономерно расположенных достаточно узких спектральных линий. Их длины волн зависят исключительно от материала анода. В этом отношении характеристическое излучение напоминает линейчатый спектр газов в оптической области. Электронная бомбардировка возбуждает как сплошное, так и характеристическое излучение, гогда как бомбардировка о-частицами или протонами возбуждает только характеристическое излучение. Рентгеновские лучи, испускаемые веществом при действии других рентгеновских лучей, состоят частично из рассеянного первичного пучка, частично из характеристического излучения са- [Гл.
Ъ'! Атомные системы со многими электронами 288 оболочки атома были свободные места, не заполненные электронами, на которые могут переходить электроны из других квантовых состояний атома. Такие свободные места образуются при воздействии на атом быстрых электронов, фотонов высоких энергий или других быстрых частиц. Допустим, например, что с наиболее глубокого слоя К атома удален электрон. В результате этого энергия атома возрастает на энергию ионизации из К-слоя. Обозначим через !м энергию атома после такого удаления электрона из К-слоя наружу. На освободившееся место перейдет электрон из соседнего Ь-слоя.
К-слой окажется заполненным, а в Ь-слое не будет доставать одного электрона. Иными словами, получится атом, у которого из слоя Ь удален один электрон. Его энергия бз меньше исходной энергии !ы. Если в результате излучится рентгеновский квант, то его частота определится соотношением (48.!). На освободившееся место в слое 1 перейдет элекгрон из слоя М с излучением рентгеновского кванта более низкой частоты. То же произойдет с электроном из слоя Х, и т, д, Конечно, переходы могуг происходить не только между соседними слоями, но, например, между слоями М и К, Д! и К и т.д. Они возбуждают более жесткое излучение, чем переходы ! — г К. В резулыате всех этих процессов возникнет весь спеюпр рентгеновского характеристического излучения атома. Итак, частота линии характеристического рентгеновского излучения определяется разностью энергий энергетических уровней атома, найденной в предположении,что из каждого из них удален один злентрон.
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 схема энергетический уровень расположен тем выше, чем глубже он лежал до удаления с него электрона.
Обращенная схема энергетических уровней атома приведена на рис. 88. Электронные слои невозбуждснного атома, соответствующие главным квантовым числам п = 1, 2, 3, 4,..., как известно, обозначаются соответственно через К, !, М,.... '!акие же обозначения применяюгся и к атому., возбужденному в указанном выше смысле, '!очно так же к возбужденному атому применяют спектроскопические обозначения типа 22Яг~а, 22Р,~а,... Целесообразность этого мотивируется тем, что внутренние оболочки атома замкнуты:, их момент количества движения равен нулю, а при удалении электрона уносимый им момент количества движения передается с противоположным знаком электронной оболочке, с которой он был удален.
3 48] Рентгеновские лучи 289 В отсутствие магнитного поля энергия не может зависеть от магнитного квантового числа. Она практически зависит только от квантовых чисел и и 11 Слой К состоит из одного энергетического уровня 12.2112 К-ссряя 3 281~2 2 Р112 тц 22Рзуг М1 Мц Мцг Рнс. 88 (и = 1, 1 = О, 1 = 1112).
Слой Е (и = 2) распадается на три подслоя, обозначаемые через Ь|, Ьц, 1чц. Педелей Ь| состоит из одной 2Я- оболочки. Два остальных водопоя представляют 2Р-обола гку, расщепляющуюся на две подоболочки 2 Р112 и 2 Рьгг. Их энергии различаются из-за спин-орбитального взаимодействия. Аналогично слой М (и = 8) состоит из пяти подслоев, слой Х (и = 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 пе- 10 Д.В. Си»укян. Т.ч' %1 лп гчш гцпг гчу ц114 ЛЪп 3'81,2 3 Р1~2 3 г Ргег ОЬ1'2 4 ~112 42Р1~2 Рзцг 4 Рзуг 4 Оь~г 4 Рьуг 4 Ргуг [Гл. Ъ'1 Атомные системы со многими электронами 290 реходить из одного состояния в другое. Когда в электронной оболочке атома есть дырка, эта оболочка пе 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 (48.2) Ьо'= — 1, О, +1; ЬЛ=к1. Все переходы, удовлетворяющие этим правилам отбора, изображены стрелками на рис.
88. Стрелки означаюэ 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, Ь, М, й'. Рисунок нетрудно дополнить переходами на подуровни слоев О (и = 5) и Р (и = 6), если таковые имеются. Характеристический спектр рентгеновского излучения состоит из серий линий, которые обозначаются буквами К, 1, М, Х, О. Серия К возникает при переходах возбужденного атома с уровня К на лежащие ниже подуровни слоев Л, М, Де,...; серия Л вЂ” при аналогичных переходах с подуровней слоя 18 серия М вЂ” при переходах с подуровней слоя М и т, д, Как видно из рисунка, линии серии К имеют дублетную структуру.
Компоненты дублетов обозначаются соответственно через аэ, сгг, Д, Рг, -см уг, как видно из рис.88. Серии Л, М, Ж имеют более сложную мультиплетную структуру. Для линий этих мультиплетов применяются также обозначения греческими буквами с индексами. Буква се указывает, что переход совершился с ближайшего слоя, буква 13 — со следующего после ближайшего и т.д.
Цифровые индексы при буквах се, ~3., у нумеруют линии в порядке убывания длин волн. Из приведенного обьяснения возникновения характеристического рентгеновского излучения следует, что при возбуждении наиболее глубоко лежащего слоя К возникает не только серия К, но и весь рентгеновский спекгпр. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
