Atomnaya_fizika_Lektsii_Milantyev_chast2 (846373), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Например, термы 1 D, 1S , 3 P соответствуют конфигурациям p 2и p4 .Мультиплетное расщепление термов подчиняется правилу интервалов Ланде (1923):E J , J −1  E J − E J −1 = A J ,т.е. расщепление уровней J и J – 1 пропорционально квантовому числу полного момента J.Постоянная мультиплетного расщепления А различна для разных термов. При А > 0 наименьшеезначение энергии соответствует компоненту мультиплета с минимальным возможным значениемчисла J = L − S . В этом случае уровень энергии мультиплета растет с увеличением полногомомента J. Такие мультиплеты называются нормальными. При А < 0 наименьшее значениеэнергии у компонента мультиплета с наибольшим возможным значением числа J = L + S .

В этомслучае при увеличении числа J уровень энергии уменьшается. Такие мультиплеты называютсяобращенными. Из экспериментальных данных следует, что если оболочка заполнена менее чемнаполовину (число эквивалентных электронов N  2 + 1 ), то этой электронной конфигурациисоответствуют нормальные мультиплеты, а если оболочка заполнена более чем наполовину (N  2 + 1 ), то мультиплеты являются обращенными.

Таким образом, для основного(нормального) состояния квантовое число J = L − S , если оболочка заполнена менее, чемнаполовину, и J = L + S в остальных случаях.Рентгеновское излучение атомов.Рентгеновское излучение (Х–лучи, Рентген, 1895) возникает при бомбардировкебыстрыми электронами металлической мишени –анода (антикатод). В технических рентгеновскихтрубках ускоряющее напряжение около 100 кВ.Опыты Баркла (1905) - излучение поперечнополяризовано. Опыты Брэгга, Лауэ, Фридриха,Книппинга, Дебая и Шерера по дифракциирентгеновскогоизлучениявкристаллахэлектромагнитное происхождение, но с гораздоменьшими длинами волн.

Рентгеновское излучение:между гамма и ультрафиолетовым излучением вдиапазоне длин волн от 10 −12 до 10 −5 см.Источники рентгеновского излучения - рентгеновские трубки, некоторые радиоактивныеизотопы, ускорители заряженных частиц, лазеры рентгеновского диапазона, Солнце идругие космические объекты.Два типа рентгеновского излучения:тормозное и характеристическое.Тормозное излучение- призамедлении электронов в мишени, независит от вещества мишени. Спектртормозного излучения сплошной. Сувеличением длины волны интенсивностьпосле максимума монотонно ослабевает.Состороныкороткихдлинволнинтенсивностьрезкообрывается–коротковолновая граница (квантовыйпредел). Энергия кванта излучения h максимальна, если вся энергия тормозящегося вмишени электрона eV тратится на излучение:hc(3.48)h max == eV .minПо коротковолновой границе - очень точное значение комбинации постоянных hc/e .С увеличением ускоряющего напряжения на фоне сплошного спектра, начиная снекоторого критического значения, возникают резкие максимумы.

Их положение зависитот вещества мишени (рис. 3.17б). Эти максимумы связывают с характеристическимрентгеновским излучением. Линейчатый, дискретный спектр, аналогично оптическомуизлучению атомов. Характеристическое излучение также группируется в спектральныесерии.

Их обозначение: К–серия, L–серия, М–серия и т.д. (Баркла, 1911). Свойствахарактеристического излучения существенно отличаются от свойств оптическогоизлучения:Характеристическое излучение имеет небольшоечисло линийII. Отсутствует периодичность в рентгеновскихспектрахприпоследовательномпрохождениипериодической системы.

Наблюдается монотонноесмещение в коротковолновую часть спектра;III. Характеристическое излучение является чистоатомным свойством вещества. Оно не зависит от того,находится ли вещество в чистом виде или в каком-либохимическом соединении. Это позволяет проводить анализсостава сложных химических соединений;IV. Отсутствует обращение спектральных линий.В оптическом диапазоне спектры испускания и спектрыпоглощения данного атома взаимно обращаемы. Онихарактеризуются одними и теми же длинами волн, испектры поглощения получаются при пропускании сплошного света сквозь холодныепары атомов. Если пропускать сплошное рентгеновское излучение через вещество, тонаблюдаются не линии характеристического излучения, а полосы поглощения.Механизмвозникновенияхарактеристического излучения связан свнутренними электронами атома. Поинтерпретации Косселя (1917) - дваэтапа:1) бомбардирующий мишень электронвыбивает из атома электрон с какой-товнутренней оболочки.

В результате этогоатом становится возбужденным, а воболочке образуется «дырка»;2) электроны атома с верхних уровнейпереходят на уровень с «дыркой».Избыток энергии освобождается в видерентгеновского излучения - возникаютK–, L–, M–, N– серии.Отдельные линии каждой спектральнойсерии  ,  ,  ,... в порядке уменьшениядлины волны: K , K  , K  ,...; L , L , L ,... .I.К–серия самая коротковолновая: K  L  M     .

Все линии имеют тонкую структуру.Линии К–серии - дублеты:K → K  , K  ; K  → K   , K   ;... .С увеличением энергии электронов, сталкивающихся с мишенью, появляютсялинии длинноволновых серий, и в последнюю очередь возникают линии К–серии.Наименьшее значение ускоряющей разности потенциалов, при котором вхарактеристическом спектре появляются линии некоторой серии - критическийпотенциал возбуждения этой серии для данного элемента. М– серия имеет 5 критическихпотенциалов возбуждения, L–серия – 3, К–серия – 1 (рис.

3.19). Потенциал возбужденияК–серии - потенциал ионизации атома. Если возбуждается К–серия, то одновременновозникают все остальные серии данного элемента.Рентгеновские спектры позволяют точно определить заряд ядра (порядковый номерэлемента в периодической системе Менделеева). Мозли (1913): частота линийрентгеновского излучения определяется формулой бальмеровского типа.

В частности,частота линии K :11 (3.49) . 12 2 2 Z – 1 эффективный заряд ядра, который экранирован одним из электронов К–слоя.Аналогичная приближенная формула - для линии L , эффективный заряд ядра Z – a, где a– постоянная экранирования. Закон Мозли (рис.3.20): = a1Z + a2 ,(3.49a)a1 , a2 – постоянные. K = cR( Z − 1)2 −Рис.3.20Рассеяние и поглощение рентгеновского излучения.При прохождении слоя вещества толщиной х интенсивность:I ( x) = I (0) exp( −x) ,(3.50) – коэффициент ослабления. Ослабление излучения: из-за рассеяния, в результатекоторого часть лучей изменяет свое первоначальное направление; из-за поглощения(абсорбции), в результате которого часть энергии излучения в конце концов переходит втепло:(3.50а) =  + , – коэффициент истинного поглощения,  – коэффициент рассеяния рентгеновскихлучей.Массовые коэффициенты:m =  / ,  m =  / ,  m =  /  ,(3.50б) – плотность вещества.также атомные коэффициенты:AAA,(3.50в) a =  m ma =  m, a =m, a = mNANANAma = A / N A – масса атома, А – масса моля вещества, N A – число Авогадро.Рассеяние излучения вызывается неоднородностями cреды и флуктуациями ееплотности.

В рентгеновском диапазоне неоднородности - атомы и электроны в атомах. Вслучае мягкого рентгеновского излучения (его длина волны достаточно велика ипревосходит размеры атома) атом рассеивает как целое падающее излучение. Рассеяниекогерентно - падающее и рассеянное излучения характеризуются одной и той жечастотой (длиной волны). Томсоновское рассеяние, сечение которого определяетсяклассическим радиусом электрона.В случае жесткого рентгеновского излучения (энергия более 10 кэВ) рассеяниенекогерентно (Комптон, 1923). Схема установки Комптона. Источник рентгеновскогоизлучения трубка Т с молибденовым антикатодом. С помощью диафрагм и фильтровoвыделялось излучение с длиной волны 0,71 A (линия K ), которое падало на образец R(из графита). Анализ рассеянного излучения - с помощьюдифракционного спектрометра (кристалл КифотопластинкаР).ЭкспериментыКомптона - наряду со смещенной линиейрассеяния наблюдается несмещенная линия.Ее возникновение связано с когерентнымрассеянием излучения атомом как целого.При этом, чем более жестким является рентгеновское излучение, т.е.

Характеристики

Список файлов лекций