Рентгеновские спектры

Рентгеновское излучение было открыто в 1895 г немецким физиком В.Рентгеном. Оно представляет собой электромагнитные волны с длиной волны » 10^-12-10^{-8 м. Волновая природа рентгеновского излучения подтверждается опытами по дифракции. Для получения рентгеновского излучения электроны , ускоренные электрическим полем до значительных энергий, бомбардируют металлический анод, испытывая на нем резкое торможение.}

Рентгеновский спектр представляет собой наложение двух спектров – сплошного, ограниченного со стороны коротких волн некоторой границей λ_min, называемой границей сплошного спектра и линейчатого спектра – отдельных линий, появляющихся на фоне сплошного спектра. Характер сплошного спектра не зависит от материала анода, а определяется только энергией бомбардирующих электронов. Оно испускается при торможении электронов при взаимодействии с атомами мишени. Поэтому его называют тормозным спектром. Наличие коротковолновой границы объясняется квантовой теорией. Если вся кинетическая энергия электрона переходит в энергию кванта, то

Е_max = hn_max = eU, (243)

где U – разность потенциалов, пройденная электроном, n_max – частота, соответствующая границе сплошного спектра.

λ_min = c/n_max = ch/(eU) = ch/E_max. (244)

При достаточно большой энергии бомбардирующих электронов на фоне сплошного спектра появляется линейчатый спектр, определяемый материалом анода и называемый характеристическим рентгеновским спектром (излучением).

Характеристические рентгеновские спектры однотипны и состоят из нескольких серий, обозначаемых K, L, M, N и О. Каждая серия содержит небольшой набор отдельных линий, обозначаемых в порядке убывания длины волны индексами α, β, γ… (K_α, K_β, K_γ)

При переходе к более тяжелым элементам весь спектр смещается в сторону более коротких длин волн. Возникновение характеристического спектра связано с переходами электронов между внутренними оболочками атомов, имеющими сходное строение.

Если под влиянием внешнего электрона или фотона с высокой энергией вырывается один из двух электронов К-оболочки, то при переходе на его место электронов с оболочек L, M, N, … возникают спектральные линии К-серии. (К_α- L®K, K_β М®K,…). Самой длинноволновой линией К–серии является серия К_α. При переходе к следующим линиям серии частоты возрастают, т.к. энергии высвобождаемые при переходе электрона с более удаленных оболочек возрастают. Интенсивности линий в ряду К_α ® K_β ® K_γ убывают, так как вероятность переходов с более отдаленных оболочек уменьшается.

К-серия обязательно сопровождается другими сериями, так как при испускании ее линий появляются вакансии на оболочках L, M, N.

Английский физик Г. Мозли в 1913 г. установил соотношение для частот испускаемых линий

ν = R(Z-s)²( ) (245)

где R – постоянная Ридберга, s - постоянная экранирования, m = 1,2,3… определяет рентгеновскую серию, n – принимает целочисленные значения начиная с m+1. Коэффициент s учитывает влияние экранирующих электронов на заряд ядра.