Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение. Особенности рентгеновских спектров

Характеристическое рентгеновское излучение – электромагнитное излучение, испускаемое при переходах

электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние (характеристический спектр). Длина волны характеристического рентгеновского излучения, испускаемого химическими элементами, зависит от атомного номера элемента. Кривая соответствует закону Мозли: чем больше атомный номер элемента, тем меньше длина волны характеристической линии. Закон Мозли – линейная зависимость квадратного корня

из частоты характеристического рентгеновского излучения от атомного номера химического элемента.

Тормозное рентгеновское излучение (рентгеновские лучи) с непрерывным энергетическим спектром - коротковолновое электромагнитное (фотонное) излучение. Образуется при уменьшении кинетической энергии (торможении, рассеянии)

быстрых заряженных частиц, например, при торможении в кулоновском поле ускоренных электронов.

Существенно для легких частиц электронов и позитронов. Спектр тормозного излучения непрерывен,

максимальная энергия равна начальной энергии частицы.

Рентгеновские спектры, спектры испускания и поглощения рентгеновских лучей. Характеристические рентгеновские спектры испускают атомы мишени, у которых при столкновении с заряженной частицей высокой энергии или фотоном первичного рентгеновского излучения с одной из внутренних оболочек (K-, L-, M-, … оболочек) вылетает электрон. Состояние атома с вакансией во внутренней оболочке (его начальное состояние) неустойчиво. Электрон одной из внешних оболочек может заполнить эту вакансию, и атом при этом переходит в конечное состояние с меньшей энергией.Избыток энергии атом может испустить в виде фотона характеристического излучения. Поскольку энергия Е₁ начального и Е₂ конечного состояний атома квантованы, возникает линия рентгеновского спектра с частотой v=(Е₁- Е₂)/h, где h - постоянная Планка. Другой весьма важной особенностью характеристических спектров рентгеновских лучей является то обстоятельство, что каждый элемент даёт свой спектр независимо от того, возбуждается ли этот элемент к испусканию рентгеновских лучей в свободном состоянии или в химическом соединении. Эта особенность характеристического спектра рентгеновских лучей используется для идентификации различных элементов в сложных соединениях и является основой рентгеноспектрального анализа.

20. Орбитальный, спиновой и полный механические моменты электрона в атоме, их физический смысл и возможные значения.Механический момент атома складывается из орбитальных и спиновыхмоментов электронов. Магнетизм ядра из-за его малости можно не учитывать. При сложениимоментов в полный момент атома возможны два случая:1) Орбитальные моменты электронов Ml взаимодействуют между собой сильнее, чем соспиновыми моментами Ms. В свою очередь спиновые моменты электронов связаны междусобой сильнее, чем с орбитальными моментами. В этом случае сначала складываютсяотдельно орбитальные моменты электронов Ml в полный орбитальный момент атома ML испиновые моменты электронов Ms в полный спиновой момент атома MS, а затемполучившиеся моменты складываются в полный момент атома MJ. Такой случай сложениямоментов называется LS – связью. Такая связь наблюдается у большинства атомов.2) Связь между орбитальным Ml и спиновым Ms моментом электрона сильнее, чемвзаимодействие его с другими электронами. В этом случае сначала складываются спиновойMs и орбитальный Ml моменты для каждого электрона в полный момент электрона Mj, а затемуже эти электронные моменты складываются в полный момент атома MJ. Такая связьназывается jj – связью. jj – связь наблюдается в основном у тяжелых атомов.Рассмотрим подробнее случай LS – связи. В этом случае сначала формируется полныйорбитальный момент атома ML. Его величина определяется формулойML = h L(L +1).Рассмотрим, как получаются возможные значения L для атома с двумя электронами. В этомслучае орбитальное квантовое число L может иметь значенияL = l1 + l 2;l1 + l 2 −1;..., l1 − l 2,где l1 и l2 – орбитальные числа, соответствующие орбитальному движению каждогоэлектрона. Всего в этом случае получается 2lmin+1 значение L (lmin - меньшее из чисел l1 и l2).В случае атома, имеющего более чем два электрона, максимальное значение L равно суммечисел l всех электронов. Чтобы найти минимальное значение L, нужно сложить сначала числаl любых двух электронов. Затем каждый из полученных результатов складывается с lтретьего электрона и т. д. Наименьшее из получившихся при этом чисел будет представлятьсобой минимальное возможное значение квантового числа L. Значения орбитального момента импульса всегда целые или ноль.Проекция результирующего орбитального момента на ось z определяется по стандартнойформуле:MLz = mLh, mL = −L,....,0,......,L.Все вычисления необходимо повторить дли получения аналогичных формул для спиновогомеханического момента электронов:

MS = h S(S +1)

MSz = mSh, mS = −S,....,0,......,S.

Значения квантового числа спинового механического момента получаются так же, как и значения L. Результирующий орбитальный и спиновой механические моменты атома образуют в сумме полный момент импульса атома MJ = h J(J + 1). При данных значениях ML и MS квантовое число J имеет следующие значения J = L + S,L + S −1,......, L − S. Следовательно, J – целое, если значение S – целое (четное число электронов), и J – полуцелое, если значения S – полуцелые (нечетное число электронов). Проекция полного механического момента атома на направление z

MJz = mJh, mJ = −J,....,0,......,J.

Ясно, что состояние атома определяется квантовыми числами L, S и J. Для упрощения записи удобно пользоваться символической формой вида J 2S+1L. Под буквой L понимают величину, обозначающую значение полного орбитального момента импульса. Для электронов с L = 0 это S, L = 1 это P, L = 2 это D, L = 3 это F и так далее. Нижний индекс дает значение квантового числа полного момента импульса атома. Значение верхнего индекса равно мультиплетности энергетического уровня.