§ 7.9. Характеристичне рентгенівське випромінювання

З попереднього є очевидним, що переходи між енергетичними рівнями повністю заповнених шарів і оболонок є неможливими. Але ситуація змінюється, якщо певним чином вибити електрон з глибокого шару, наприклад, при бомбардуванні металічного анода (антикатода) рентгенівської трубки швидкими електронами (§ 6.15). Після вибивання електрона з внутрішнього шару на вакантне місце може перейти електрон з вищого шару, при цьому випромінюється квант , у відповідності з енергетичною діаграмою, зображеною на рис. 7.16. Таке випромінювання називається рентгенівським характеристичним; воно володіє лінійчатим спектром, характерним для матеріалу антикатода. Лінії характеристичного випромінювання накладаються на суцільний спектр гальмівного випромінювання (рис. 6.33).

В

	n	L	J	терми
	
	4
	3	2	5/2	2D5/2
		2	3/2	2D3/2
		1	3/2	2P3/2
		1	1/2	2P1/2
		0	1/2	2S1/2
	2	1	3/2	2P3/2
		1	1/2	2P1/2
		0	1/2	2S1/2
	1	0	1/2	2S1/2

Рис.7.16

ідмітимо, що на енергетичній діаграмі (мал. 7.16) зображені терми оболонок з вакансіями , бо лише в такому атомі можливі переходи між шарами. При цьому можливі не усякі переходи, а лише ті, при яких виконуються наступні правила відбору: а для обмежень немає.

Спектральні лінії характеристичного рентгенівського випромінювання групуються в серії K, L, M, N ... Зрозуміло, що К-серія формується при переході електронів на вакантні місця в К-шарі (n₁ = 1) з вищих шарів L, M, N, … (n₂ = 2,3,4,…), при цьому випромінюються відповідно K_α, K_β, K_γ, … лінії. Аналогічно L-серія формується при переході електронів на вакансії L-шару (n₁=2) з вищих шарів (n₂ = 3,4, …). Для М-серії n₁ = 3, а для N-серії n₁ = 4.

Важливо зауважити, що енергетична відстань між термами різних шарів значно перевищує відстань між термами одного шару (якщо б на мал. 7.16 був дотриманий масштаб, то терми одного шару практично зливалися б). І тому в першому наближенні дискретністю термів в межах одного шару можна знехтувати і вважати, що енергія визначається лише квантовим числом n. Це дозволяє розраховувати довжини хвиль спектральних ліній в серіях за допомогою формули Мозлі

(7.62)

де R – введена раніше постійна Рідберга (§ 7.1), а  - постійна екранування. Фізичний зміст цієї постійної стає зрозумілим, якщо врахувати, що електрон, який здійснює перехід, перебуває в полі не тільки ядра з зарядом +Ze, як у випадку воднеподібних атомів, але і в полі електронів шару, на який відбувається перехід. Поле цих електронів послаблює (екранує) поле ядра. Зокрема, в К-шарі лише один електрон (другий попередньо вибитий) і тому для К-серії  = 1. Для інших серій  > 1; наприклад, для L-серії  =7,5.

Відмітимо, що поява ліній К-серії супроводжується завжди випромінюванням інших серій, бо заповнення вакансії в К-шарі приводить до виникнення вакансій у вищих шарах. Зрозуміло, що формула Мозлі є наближеною. При точних вимірюваннях виявляється, що кожна спектральна лінія розщеплена на декілька, дуже близьких. Наприклад, К_–лінія – це дублет з двох ліній: К_α1 і К_α2 (мал. 7.16).