III.Рентгеновские лучи.
В 1895 году немецким физиком Рентгеном были открыты сильно проникающие лучи, которые им были названы Х – лучами. Рентген заметил,
что при встрече потока быстролетящих электронов с каким-либо металлом, при их торможении, возникают эти лучи. В настоящее время их называют рентгеновскими лучами.
|
Рентгеновские лучи |
Электромагнитное излучение, с диапазоном длин волн 8·10-8 ÷ 8·10-14м. |
Существуют два типа рентгеновского излучения:
а) белое – вызывается торможением быстрых электронов при их движении в веществе;
б) характеристическое– связано с электронными переходами во внутренних оболочках средних и тяжелых атомов.
|
|
Рентгеновские лучи получают с помощью приборов – рентгеновских трубок. При ударе электрона об антикатод часть его энергии превращается в теплоту EQ(нагревание антикатода), другая часть энергии Еррасходуется на возбуждение рентгеновского излучения. |
Соотношение между ЕQ и Ерне постоянно, носит вероятностный характер, поэтому спектр рентгеновского излучения сплошной (белый), непрерывный:
при больших vc:
,
где 
|
|
Сплошной спектр обладает следующими свойствами:
|
(11)
из графика и формулы (11) видно, что с ростом U0границаmin смещается в сторону более коротких длин волн. Рентгеновские лучи коротких длин волн называютжесткими, обладающими большой проникающей способностью;
интенсивность Iрастет с увеличениемU.
|
|
Характеристическое излучение связано с электронными переходами во внутренних оболочках средних и тяжелых атомов. Для этих оболочек разности энергий (Еm– Еn) значительно больше, чем разности энергий для внешних оболочек. Поэтому частоты характеристических рентгеновских спектров на несколько порядков больше частот оптических спектров: молибден4,3·1018Гц;Na5,1·1014Гц Характеристическое излучение возникает в результате вырывания электрона с одной из близких к ядру оболочек атома. |
На освободившееся место переходит электрон из более удаленных от ядра оболочек (с большим n). Это приводит к возникновению рентгеновского фотона с частотойр:
Ионизация атомов (выров электронов) может идти двумя путями:
а) ионизация при соударении быстрых электронов с атомами – первичное рентгеновское излучение;
б) ионизация за счет захвата электронами атома рентгеновских фотонов – вторичное рентгеновское излучение(эффект Оже).
|
|
При выбивании электрона Kойоболочки возможны переходы изL,M… оболочек с последующими электронными переходами на освобождающиеся места в этих оболочках и т.д. до полного перераспределения электронов по состояниям в атоме. Возникающие при этих переходах фотоны и образуют характеристическое рентгеновское. Переход из соседней оболочки наиболее вероятен, поэтому первые линии любой серии K,L,M… наиболее яркие, интенсивные линии излучение. Теория Бора объясняет возникновение как оптических, так и характеристических рентгеновских спектров. |
В случае рентгеновского излучения эмпирическая формула (сериальная формула), описывающая линии спектра легких атомов, имеет вид:
, (12)
где S–коэффициент экранирования, учитывает экранирующее действие соседних электронов, то есть учитывает, что на электрон, совершающий переход, действует сила не всего заряда ядра, а заряда ядра, ослабленного экранирующим действием оставшегося на данной оболочке электрона.Sзависит от номера оболочки.
Энергия электрона на оболочке (K,Z,M…) выражается формулой:
(13)
–спектральный терм
|
Закон Мозли (англичанин, 1913 год) |
|
Закон Мозли позволяет:
1. Определить характеристические частоты (или волновые числа) спектра.
2. По экспериментальным данным характеристических спектров определять квантовые числа электронных оболочек, расшифровывать структуру атома.
Свойства рентгеновских лучей:
1. Засвечивают фотопластинку;
2. Вызывают конизацию газа;
3. Обладают большой проникающей способностью (легко проходят через непрозрачные тела);
4. Вызывают свечение некоторых тел (люминесценцию).
Применение рентгеновских лучей:
1. В медицине:
а) рентгенодиагностика;
б) рентгенотерапия.
2. В металлургии:
а) для анализа однородности литья;
б) обнаружении раковин.
3. В науке– изучение внутреннего строения твердых тел.