Характеристическое рентгеновское излучение

Возникновение квантов характеристического рентгеновского излучения можно описать следующим образом. С атомом, находящимся в стационарном состоянии взаимодействует (испытывает соударение) внешний электрон с большей энергией и передает часть этой энергии (или всю) одному из электронов, расположенных на внутренних оболочках атома. Получив эту избыточную энергию, внутренний электрон покидает свою оболочку, в результате чего на ней образуется вакансия. Так как атом стремится занять наиболее устойчивое положение из всех возможных (при котором должно быть заполнено максимальное число внутренних оболочек), то электроны с внешних оболочек начинают переходить на внутренние оболочки. В результате этого часть собственной энергии электрона выделяется из атома в виде кванта излучения hν (рис. 1.3).

Рис. 1.3. К формированию характеристического

рентгеновского излучения

Характеристическим возникающее излучение называется потому, что энергия образующихся квантов однозначно определяется «расстоянием» между энергетическими оболочками. Спектр характеристического рентгеновского излучения имеет сложную форму, состоящую из отдельных пиков или линий излучения. Такую форму можно объяснить следующим образом. В атоме – несколько электронных оболочек (K, L, M, N, O), разделенных на подуровни, энергия которых определяется наборов квантовых чисел. Если выбит электрон с K-оболочки, возможно возникновение любой серии излучения (правда, с различными вероятностями).

Рис. 1.4. Формирование линий характеристического излучения

Существует общепринятая номенклатура для линий характеристического спектра:

Энергия образующегося кванта характеристического рентгеновского излучения определяется разницей в энергии электрона на двух уровнях (1.7) – того, с которого осуществляется переход электрона и того, на который этот электрон переходит. Например? для излучения серии K_a энергия будет определяться как:

                                                           EK _a = ЕL – ЕK,.                                                    (1.7)

где EK _a - энергия образующегося кванта, ЕK – энергия электрона на К-уровне, ЕL – энергия электрона на L-уровне.

На практике частоту линии характеристического излучения можно определить, пользуясь эмпирическим законом Мозли (1.8):

                                               ,                                        (1.9)

где R = 109737 см^–1 – постоянная Ридберга; S – экранирующая постоянная (обычно выбирается близкой к единице); Z – атомный номер элемента, в атоме которого происходит переход; n – главные квантовые числа уровней, участвующих в переходе.

Линии характеристического излучения узкие (в спектральном спектре), но не чрезвычайно. Причина их «уширения» заключается в том, что разность энергий между уровнями постоянно слегка меняется, уровни «размыты» из-за того, что внутренняя энергия атома не бывает равной нулю.