Рентгеновские спектры

Сплошное и характеристическое рентгеновское излучение. Коротковолновая граница. Закон Мозли.

В зависимости от разности энергий атома в двух состояниях, между которыми совершается переход, испускаемый квант электромагнитного излучения может принадлежать диапазону радиоволн, инфракрас­ного излучения, видимого света, ультрафиолетового или рентге­новского излучения.

В атомах с порядковым номером Z>>1 возможны переходы не только внешних, валентных, электронов. При достаточно большой энергии возбуждения в результате столкновения атома с заряженной частицей или поглощения кванта электромагнит­ного излучения может происходить освобождение электронов с внутренних оболочек атомов. Если с внутренней К-оболочки атома удален один электрон, то на освободившееся место пере­ходит один из электронов с соседней оболочки L (рис. 12.1). На освободившееся место в свою очередь переходит один электрон с М-оболочки и т. д. Эти переходы совершаются в соответствии с принципом минимума энергии системы и сопровождаются испусканием дискретного спектра электромагнитного излучения (рис. 12.2).

При больших значениях зарядового числа Z это излучение принадлежит рентгеновскому диапазону и называется характе­ристическим рентгеновским излучением. На внутренние обо­лочки электронов пренебрежимо мало влияют взаимодействия атомов при вступлении их в химические взаимодействия. По­этому характеристические рентгеновские спектры практически не изменяются при вступлении химических элементов в соединения с другими элементами. По характеристическим рентгеновским спектрам можно определить присутствие отдельных химических элементов в любых сложных соединениях, в любом агрегатном состоянии вещества.

Рис. 12.1

Рис. 12.2

Рентгеновские спектры — спектры испускания и поглощения рентгеновского излучения (электромагнитного излучения с дли­ной волны в пределах от 10-12 до 10-9 м). Самым распространенным источником рентгеновского излучения является рент­геновская трубка. Спектр излучения рентгеновской трубки пред­ставляет собой наложение тормозного и характеристического рентгеновских спектров.

При торможении бомбардирующих анод рентгеновской трубки электронов, энергия которых не превышает определенной характерной для вещества анода величины, возникает сплошной рентгеновский спектр, не зависящий от материала анода, а определяемый только энергией бомбардирующих анод электронов и называемый тормозным спектром.

Характеристические спектры имеют следующие особенности

Закон Мозли записывают также в виде

Молекулы: химические связи, понятие об энергетических уровнях. Молекулярные спектры.

Полная энергия молекулы без учета энергии поступательного движения (она не квантуется, поэтому ее изменения не приводят к возникновению дискретного спектра) и энергии ядер (она обусловливает только сверхтонкую структуру спектральных линий)

Молекулярные спектры — спектры излучения (поглощения), возникающие при квантовых переходах между уровнями энергии молекул. Спектр излучения (поглощения) молекулы определяется: 1) структурой ее энергетических уровней; 2) правилами от­бора (например, изменение квантовых чисел, отвечающих как колебательному, так и вращательному движению, равно +1).

Молекулы. Химическая связь. При сближении двух атомов, на внешней орбитали каждого из которых находится по одному электрону, потенциальная энергия внешнего электрона в такой системе будет меняться примерно так, как показано на рис. 13.2.

Спонтанное и вынужденное излучение. Инверсия населённостей. Оптические квантовые генераторы (лазеры).

Оба фотона (вторичный и первичный), двигаясь в направлении первичного фотона и встречая на своем пути другие возбужденные атомы, стимулируют дальнейшие индуцированные переходы, в результате чего должна возникнуть лавина фотонов.

Для практического получения когерентного излучения в результате вынужденного испускания необходимо: 1) наличие ин­версии заселенностей (число атомов в более высоком состоянии должно превышать число атомов в более низком состоянии), в результате чего излучение фотонов будет преобладать над поглощением; 2) наличие метастабильного состояния — возбужденного энергетического состояния атомной системы, в котором она может существовать длительное время, в результате чего переход в более низкое состояние происходит благодаря вынужденному, а не спонтанному излучению.

При интенсивном облучении рубина светом мощной импульсной лампы атомы хрома переходят с нижнего уровня 1 на уровни широкой полосы 3

Высшая математика Лекции, конспекты, курсовые, примеры решения задач