Рентгеновские спектры. Закон Мозли

Август 9, 2022

Главная
Физика
Рентгеновские спектры. Закон Мозли

Содержание

2. В 1895г. немецкий физик В.К.Рентген (Roentgen W.), работая с катодной трубкой, обнаружил проника-ющие лучи, возникавшие в
3. В природе источниками рентгеновского излучения являются многие небесные тела: солнце, звезды, плазма, а также другие космические
4. Обычным источником рентгеновских лу-чей в лаборатории является рентге-новская трубка. В простейшем случае это двухэлектродный электровакуум-ный прибор
5. Рассмотрим сначала тормоз- ное излучения. Оно возникает, если энергия электронов, испы- тывающих торможение на ано- де,
6. Пример спектра тормозного рентгенов-ского излучения
7. Максимальную энергию излучаемый квант имеет в том случае, если вся кинетическая энергия электрона ушла на его
8. Распределение интенсивности в тормозном спект-ре, как видно из рисунка, имеет максимум, в сторону коротких волн кривая
9. Характеристическое излучение Как уже сказано, сплошной спектр возникает в тех слу- чаях, когда энергия бомбар- дирующих
10. Каждый элемент дает определенный, только ему присущий линейчатый спектр; линии в спектре расположе-ны закономерно, образуя регуляр-ные
11. Пример характеристического рентгеновского спектра BaF2. Углерод обусловлен поверхностным загрязнением образца.
12. К-серия характерис- тического излучения родия и рутения
13. Закон Мозли В 1913г. английский физик Генри Мозли (Moseley H.) эмпирически установил закон, связывающий волновое число
14. Формула (22.3) отличается от обобщенной форму-лы Бальмера для спектров водородоподобных атомов тем, что вместо Z2 в
15. На образовав- шуюся вакан- сию переходит один из элект- ронов с более удаленных слоев. Раз- ность
16. Условия, в которых находятся электроны в L, M, N – слоях при наличии вакансии в K
17. Эффект Оже Эффект обнаружен французским физиком Пьером Оже (P.V. Auger) в 1925г и заключается в следую-щем.
19. Скачать презентацию

Слайд 2

В 1895г. немецкий физик В.К.Рентген (Roentgen W.), работая с катодной трубкой,

обнаружил проника-ющие лучи, возникавшие в участках трубки, где катодные лучи (электроны) ударялись о стеклян-ную стенку трубки. Так были открыты рентгеновс-кие лучи (сначала они были названы X-лучами, это название иногда применяется и сейчас). За это открытие В.К.Рентген получил в 1901г нобеле-вскую премию. Рентгеновские лучи невидимы гла-зом, но действуют на фотопластинку, ионизируют газы, производят ряд других эффектов, которые мы рассмотрим позднее. По своей природе рент-геновские лучи представляют собой кванты элект-ромагнитного излучения (фотоны, гамма-кванты), т.е. имеют ту же природу, что и свет. Их длина волны ~1Å.

Слайд 3

В природе источниками рентгеновского излучения являются многие небесные тела: солнце, звезды,

плазма, а также другие космические объекты, на-пример, Луна, поверхность которой бомбардируют частицы высокой энергии, испущенные Солнцем.
В лабораториях в качестве источников рентгеновско-го излучения используются рентгеновские трубки, а также естественные и искусственные радиоакти-вные элементы. Для генерации рентгеновских лу-чей большой мощности используются пучки быст-рых электронов и других частиц (протонов, альфа-частиц), полученные на ускорителях. Рентгеновс-кое излучение, выделенное из синхротронного из-лучения, на несколько порядков по интенсивности превосходит излучение рентгеновской трубки.

Слайд 4

Обычным источником рентгеновских лу-чей в лаборатории является рентге-новская трубка. В простейшем

случае это двухэлектродный электровакуум-ный прибор с нагреваемым катодом. Между анодом и катодом приложена высокая разность потенциалов (десят-ки тысяч вольт). Рентгеновские лучи возникают при бомбардировке поверх-ности анода быстрыми электронами.
Различают два типа рентгеновского излучения:
1) тормозное;
2) характеристическое.

Слайд 5

Рассмотрим сначала тормоз-
ное излучения. Оно возникает,
если энергия электронов, испы-
тывающих торможение на

ано-
де, не превышает определен-
ной, характерной для вещест-
ва анода величины. Тормозное излучение имеет
сплошной спектр, примерный вид которого изобра-
жен на рисунке. Пучок электронов, ударяясь об
анод, резко тормозится электрическим полем ато-
мов. При движении заряженной частицы с ускоре-
нием, излучается энергия в виде электромагнит-
ных волн. Величина излучаемой энергии hν зави-
сит от энергии электрона и условий торможения.

Слайд 6

Пример спектра тормозного рентгенов-ского излучения

Слайд 7

Максимальную энергию излучаемый квант имеет в том случае, если вся кинетическая

энергия электрона ушла на его образование:
Отсюда получаем формулу для коротковолновой границы тормозного спектра:
(22.1)
Эта формула точно совпадает с эксперименталь-ной. Коротковолновая граница тормозного спек-тра не зависит от вещества анода и определя-ется только ускоряющим потенциалом U.

Слайд 8

Распределение интенсивности в тормозном спект-ре, как видно из рисунка, имеет максимум,

в сторону коротких волн кривая падает круто и резко обрывается при λ=λk, а в сторону длинных волн интенсивность уменьшается медленно, асимптотически приближаясь к нулю при увели-чении λ. Зависимость интенсивности I (λ) приб-лиженно описывается эмпирической формулой:
(22.2)
а максимум энергии в спектре приходится на дли-ну волны, равную ≈ 1,5 λk.

Слайд 9

Характеристическое излучение
Как уже сказано, сплошной
спектр возникает в тех слу-
чаях, когда энергия

бомбар-
дирующих анод электронов
не превосходит некоторой
определенной величины.
Если же увеличивать напря-
жение в рентгеновской труб-
ке, то при некотором его значении на фоне сплош-
ного тормозного спектра появляется излучение в
виде ряда резких отдельных линий. Это излучение
называется характеристическим, т.к. оно зависит
только от вещества анода и не зависит ни от вели-
чины ускоряющего напряжения, ни от химического
соединения, в котором находится элемент (ме-
талл), из которого изготовлен анод.

Слайд 10

Каждый элемент дает определенный, только ему присущий линейчатый спектр; линии в

спектре расположе-ны закономерно, образуя регуляр-ные последовательности, или серии, находящиеся в различных участках спектра. Самая коротковолновая серия обозначается буквой K, затем по мере увеличения λ – буквами L, M и т.д.

Слайд 11

Пример характеристического рентгеновского спектра BaF2. Углерод обусловлен поверхностным загрязнением образца.

Слайд 12

К-серия характерис- тического излучения родия и рутения

Слайд 13

Закон Мозли
В 1913г. английский физик Генри Мозли (Moseley H.) эмпирически установил

закон, связывающий волновое число спектраль-ной линии характеристического излучения с атомным номером Z:
(22.3)
где σn – некоторая константа (“константа эк-
ранирования”); для K – серии (n=1) → σ ≈ 1,
для L – серии (n=2) → σ ≈ 7,4 и т.д.

Слайд 14

Формула (22.3) отличается от обобщенной форму-лы Бальмера для спектров водородоподобных атомов

тем, что вместо Z2 в закон Мозли входит величина
что можно объяснить “экранированием” полного заряда ядра.
Возникновение характеристического спектра объ-ясняется следующим образом. Первичный (бом-бардирующий) электрон, если его энергия доста-точно велика, может выбить электрон с одной из внутренних оболочек атома. В результате атом окажется в ионизированном состоянии, причем вакансия (дырка) находится в одном из нижних слоев.

Слайд 15

На образовав-
шуюся вакан-
сию переходит
один из элект-
ронов с более
удаленных
слоев. Раз-
ность энергии
начального и

конечного состояний переходя-
щего электрона излучается в виде фотона од-
ной из линий характеристического рентгенов-
ского спектра.

Слайд 16

Условия, в которых находятся электроны в L,
M, N – слоях при

наличии вакансии в K – слое
подобны тем, в которых находится электрон в
водородоподобных атомах (ионах), т.к. внеш-
ние электроны влияния практически не оказы-
вают (поле внутри заряженной полой сферы
равно нулю). Различие состоит в том, что по-
ле ядра с зарядом +Ze ослаблено оставшим-
ся в K-слое вторым электроном (если речь
идет о K-серии), или вообще оставшимися
внутренними электронами, что и объясняет
появление и величину константы экранирова-
ния σn в формуле (22.3).

Слайд 17

Эффект Оже
Эффект обнаружен французским физиком Пьером Оже (P.V. Auger) в 1925г

и заключается в следую-щем. Рентгеновское излучение, быстрый электрон или ион могут выбить электрон с одной из внутрен-них оболочек атома, например, из К-слоя. Тогда на освободившееся место переходит один из электро-нов с какой-либо внешней оболочки, например, из L-слоя. Выделяющаяся при этом энергия может быть унесена квантом характеристического рентге-новского излучения, но может быть передана како-му-либо другому атомному электрону из вышеле-жащих оболочек (например, M или N), который в результате этого вылетает из атома.