УПРАЖНЕНИЕ 10. ХАРАКТЕРИСТИЧНИ РЕНТГЕНОВИ СПЕКТРИ ПРОВЕРКА НА ЗАКОНА НА МОЗЛИ

Цел на упражнението е запознаване с опитна постановка за получаване на характеристични рентгенови спектри, измерването на тези спектри за няколко метала и експериментална проверка на закона на Мозли.

Теоретични бележки

Рентгеновите лъчи възникват при облъчване на вещество с ускорени електрони (5 100 kеV). Това фотонно лъчение с дължина на вълната от 10³ до 100 nm е два вида: спирачно и характеристично. Спирачното лъчение не зависи от материала на облъчваното тяло, а само от енергията на електроните. Неговият спектър е непрекъснат. То възниква при спирането на електроните във веществото. Характеристичното лъчение възниква над определена прагова енергия на електроните, зависеща от материала на антикатода (анода), и се проявява като дискретни интензивни линии върху непрекъснатия спектър. Честотите на тези линии са характерни за всеки елемент и отразяват структурата на атома му. Характеристичното лъчение възниква при наличие на ваканция (дупка) в дълбоките електронни слоеве. Ваканцията се запълва от електрон от по-високо разположен слой, разликата в енергиите на свързване се излъчва (с определена вероятност) във вид на електромагнитен квант, а ваканцията се премества в по-горен слой. Процесът на запълване на дупката с електрон се повтаря, така тя се придвижва все по-нагоре по нивата на атома и се излъчва целият характеристичен спектър на елемента. Така че изследването на характеристичното рентгеново лъчение дава пряка информация за вътрешната структура на атома.

На фиг. .13 са показани нивата на ваканцията, които представляват инвертни състояния, тъй като в запълнения слой, или ниво, има само един липсващ електрон. Състоянието на атома се определя от нивата на дупката, които са еквивалентни на нивата на атом с един електрон над запълнени слоеве. Тази аналогия със спектрите на алкалните метали се проявява в дублетния характер на линиите, която възниква поради силното спин-орбитално взаимодействие, водещо да разцепване на всички нива (освен S-нивата) на две за двете стойности на j: 1/2 и +1/2. Според приетите означения К-рентгеновите линии възникват при запълване на ваканция в К-слоя, L-линиите при запълване на ваканция в L-слоя и т. н. С се означават линиите, възникнали при