19. Рентгеновские лучи, их природа. Закон Мозли

Х-лучи=рентгеновские лучи- электромагнитное излучение с длиной волны в пределах от 10-5 до 102 нм.

Рентгеновская трубка: эвакуированный баллон с несколькими электродами. В нем: нагреваемый током катод –источник свободных электронов(испускаемые вследствие термоядерной эмиссии). Цилиндр электрод-для фокусировки электронного пучка. Анод-мишень(антикатод), его делают из тяжелых металлов. ускорение е осущ-ся высоким напряжением(между К и А). почти вся энергия е выделяется на А в виде тепла(в излучение превращается лишь 1-3% эн-ии). Поэтому в мощных трубках А надо интенсивно охлаждать(циркулируют вода или масло)

Если между А и К приложено напряжение U, е разгоняются до эн-ии eU. Попав в вещ-во А, е испытывают сильное торможение и становятся источником электромагнитных волн(тормозное излучение, те изл-е, обусловленное торможением е). А еще при больших скоростях возбуждается характеристическое излучение(вызванное возбуждением внутренних электронных оболочек атомов А).

По классической электродинамике при торможении е должны возникать волны всех длин-от 0 до бесконечности. Длина волны, на которую приходится max мощности излучения, должна уменьшаться по мере увеличения скорости е, те напряжения U на трубке. Рис- кривые распр-я мощности тормозного рентгеновского изл-я по длинам волн, полученные для разных значений U.

Однако! Отступление от классич э-ки:кривые распр-я мощности не идут к началу координат, а обрываются при конечных значениях длины волны λ min .

λ min =1239/U, U-ускор напр-е, λ min –коротковолн-я граница тормозного рентгеновского спектра.

Существование энной границы явл одним из подтверждений представления об испускании электром-ного изл-я порциями ћω:если изл-е возникает за счет эн-ии , теряемой е при торможении , то величина кванта не может превысить эн-ю е eU(ћω<или равно eU).

Отсюда: ωmax= eU/ћ( не может превысить), а, сл-но длина волны не может быть меньше значения

λ min=2πс/ ωmax=2πсћ/е/U.

2πсћ/е=1239*10-9(от нм к м). отсюда ћ=1,053*10-34 Дж*с.

Когда энг-я бомбардирующих е становится достаточной для вырывания е из внутренних оболочек атома, на фоне тормозного излучения появл линии характеристического изл-я. Частоты онных зависят от природы самого вещ-ва, из кот-го изготовлен А.

Рентгеновские спектры просты: они состоят из нескольких серий(K L M N O). Каждая серия насчитывает небольшое число линий, обозначаемых в порядке возрастания частоты индексами альфа, бета, и тд( Kα Kβ KγKδKεLαLβLγ и тд). Спектры разных элементов имеют разный сходный характер. При увеличении атомного Z весь рентгеновский спектр лишь смещается в коротковолновую часть , не меняя своей структуры( рентгеновские спектры возникают при переходе е во внутренних частях атомов, котор имеют сходное строение).

Возбуждение атома состоит в удалении одного из двух е. если вырывается один из двух е К-слоя, то освободившееся место может быть занято одним из какого-л внешнего слоя(L M N и тд). При этом возникает К-Серия. аналогично возникают и другие серии. Серия К обязательно сопровождается остальными, тк при испускании её линий освобождаются уровни в слоях L M N и тд, кот будут в свою очередь заполняться е из более высоких слоев.

Закон Мозли: √ω=С(Z-σ): корень квадратный из частоты является линейной функцией атомного номера Z. Ω=С(Z-σ)2(1/n12- 1/n22).

Закон Мозли позволяет по измеренной длине волны рентгеновских линий точно установить атомный номер данного эл-та. Линии с частотами, опред последней формулой, совпадают с линиями, испускаемыми при переходе е, наход в поле заряда (Z-σ)е с уровня с номером n2 на уровень n1. Σ смысл: е, совершающие переходы при испускании рентгеновских лучей, находятся под воздействием ядра, притяжение кот несколько ослаблено действием остальных окружающих его е. постоянная экранирования σ для обоих уровней имеет одинаковое значение, но на самом деле экранирование для К будет слабее, чем для L уровня, тк е, наход в L оболочке, экранируют оба е К оболочки и, кроме того, частичное участие в экранировании принимают остальные е L оболочки, в то время как для К оболочки экраниров 1 е.