1. Основы физики рентгеновского излучения

1. Характеристическое излучение

Рентгеновское излучение возникает при облучении вещества потоком

электронов или фотонов высокой

энергии. При облучении вещества электронами возникает рентгеновское

излучение двух видов: характеристическое и тормозное.

Характеристическое рентгеновское излучение появляется в том

случае, когда из внутренних оболочек атома удаляются электроны

(ионизация внутренних уровней), а затем оболочки с электронными

вакансиями вновь заполняются за счет электронов внешних оболочек. Для

ионизации внутренних оболочек необходимо, чтобы электроны,

бомбардирующие анод рентгеновской трубки, обладали достаточной

кинетической энергией. Происхождение характеристического рентгеновского

излучения и все его основные особенности могут быть поняты в рамках про-

стой модели атома Бора. Согласно Бору , электроны в атоме находятся на K-,L-

, M и т.д. оболочках. Ближайшей к ядру является K-оболочка, последующие

оболочки расположены дальше от ядра. Каждая оболочка может содержать

только определенное число электронов: K-оболочка 2 электрона, L — 8, M —

10 и т.д. Если в оболочке содержится меньшее число электронов, говорят,

что она не заполнена или в оболочке имеются электронные вакансии —

дырки. Дырка может быть заполнена, если один из внешних электронов

перейдет на оболочку с дыркой. При таком переходе испускается квант

энергии. Характеристическое рентгеновское излучение обусловлено

переходами электронов между внутренними оболочками атома. Дырка во

внутренней оболочке может быть создана за счет соударений

электронов, находящихся на этой оболочке, с электронами падающего

первичного электронного пучка. В результате происходит выбивание

электрона с какого-либо внутреннего слоя, например, K или L, а на

освободившееся место переходит электрон с внешней оболочки атома.

Переход электронов из L-слоя в K-слой (L→K-переход) соответствует излучению самой мягкой, т.е. наиболее длинноволновой линии — Kα. Пере-

ход M→K соответствует более жесткой линии — Kβ, далее следует ли-

ния Kγ (N→K-переход) и т.д. Все эти линии появляются благодаря то-

му, что в первоначальном состоянии атом имел дырку в K-оболочке.

Принято все линии (Kα, Kβ, Kγ и т.д.) объединять в так называемую K-

серию. Аналогично, если первоначальная дырка образована в L-

оболочке, то переходы электронов с внешних оболочек также дадут

линии Lα (М→L-переход), Lβ (N→L-переход) и т.д., которые образуют

L-серию. У атомов с заполненными M-, N-, O- и т.д. оболочками возможно

появление М-, N-серий линий. Таким образом, для возникновения серии

рентгеновских линий необходимо удалить электроны с соответствующей

внутренней оболочки. Освободившееся место может быть заполнено

электронами с любой внешней оболочки, т.е. возможно появление

любой спектральной линии серии. Обычно в процессах излучения

рентгеновских квантов принимает участие множество атомов вещества, так

как электроны падающего первичного электронного пучка, взаимодействуя

с атомами исследуемого вещества, могут создать, например, K-дырки

во многих атомах одновременно. Некоторые из атомов излучают одну,

другие — другую линию K-серии, следовательно, появляется сразу вся

K-серия линий. Ясно, что наряду с K-серией излучаются линии и более

мягких серий — L, M и т.д., так как электроны, бомбардирующие анод

рентгеновской трубки, могут создать дырки не только в K-оболочке, но

и в L-, M- и т.д. оболочках. Кроме того, необходимо учитывать, что по-

сле перехода электрона на K-оболочку с L-оболочки на последней,

в свою очередь, появляется вакансия, которая может закрываться пере-

ходом электронов с более внешней оболочки М или N. Таким образом,

в рент-геновском спектре вся серия линий возникает одновременно, для

этого необходимо, чтобы энергия электронов в пучке была достаточной

для выбивания электронов, соответственно, с K-, L- или M-оболочек.