Основы физики рентгеновского излучения, страница 3

При достаточно большой энергии электронов, бомбардирующих мишень, могут быть выбиты электроны из любой оболочки атомов мишени, включая К-оболочку. В результате в атоме будет наблюдаться целый ряд переходов электронов между выше и. нижележащими уровнями энергии. Часть из этих переходов показана на рис.1.4. В результате переходов электронов из более высоких уровней энергии на более низкие возникают фотоны, которые и образуют характеристическое рентгеновское излучение. Все переходы, заканчивающиеся на К-уровне, приводят к испусканию линий К-серии; переходы, заканчивающиеся на уровнях L_I – L_III – к испусканию линий L – серии и т.д.

Вероятность различных переходов неодинакова. Для некоторых из них она равна нулю. Вследствие этого, интенсивность различных характеристических линий различна. Наиболее яркие линии возникают при переходах, для которых изменения квантовых чисел n, l и j составляют: |∆n|≠0; |∆l|=1; |∆j|=0;1.

Эти соотношения называются "правилами отбора", а соответствующие линии – "электрическими дипольными линиями".

Величина энергии электронов   Е в атоме в сильной степени зависит от значения главного квантового числа n и сравнительно слабо – от значений чисел l и j. Поэтому, при анализе характеристических спектров часто пользуются упрощенной схемой уровней энергии, учитывающей зависимости Е только от n. Такая схема показана на рис.1.5. Соотношение между энергиями уровней К, L, М , ... и т.д. определяется выражением

Характеристические спектры различных элементов сходны по строению. Это обусловлено одинаковой структурой внутренних электронных оболочек различных атомов. При увеличении порядкового номера элемента спектры смещаются в сторону коротких длин волн, т.е. более высоких частот (закон Мозли)

                                (1.3)

Здесь R=109737 см^-1 – постоянная Ридберга; S – экранирующая постоянная; n₁ и n₂ – целые числа (они имеют смысл главных квантовых чисел электронных оболочек, между которыми осуществляется переход, приводящий к испусканию линии с данной частотой). Частота линии К–серии могут быть вычислены по эмпирической формуле (1.3) при подстановке следующих значений величин: S = 1; n₁=1; n₂= 2, 3, 4, ... .

Экранирующая постоянная S учитывает в какой мере притяжение к атомному ядру данного электрона ослаблено отталкивающим действием других электронов.

Рентгеновские лучи, испускаемые атомами данного элемента при переходах электронов с одной оболочки на другую, на являются строго монохроматическими, как это следует из (1.3), т.е. линии характеристического спектра имеют «тонкую структуру». Имеет тонную структуру и линия К_a, при достаточном разрешении спектрометра регистрируемая как дублет a₁-a₂.

Существование дублета в К_a-линии объясняется тем, что энергия электрона в атоме определяется не одним только главным квантовым числом n - на нее влияют также орбитальное квантовое число l и спин электрона.

Поскольку наличие пары линий a₁ и a₂ связано с разными знаками спина, т.е. с разными внутренними квантовыми числами j для уровней L_II и L_III (см. рис. 1.4), то эту пару (и аналогично ей в других спектральных сериях) называют спин-дублетом.

Междублетное расстояние (a_Кa2-a_Кa1) – величина, которая, за единичным исключением, слабо возрастает с увеличением атомного номера элемента.