39. Рентгеновские спектры. Закон Мози.

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.

Экспериментальное исследование тормозного спектра показало: 1) существование максимума интенсивности, смещающегося с повышением напряжения в сторону коротких волн; 2) существование минимальной длины волны λ_min – границы сплошного спектра, – не зависящей от вещества анода, а определяемой только кинетической энергией электронов, вызывающих тормозное рентгеновское излучение (чем больше энергия, тем меньше λ_min).

Существование коротковолновой границы сплошного спектра не согласуется с выводами классической электродинамики, но вытекает из квантовых представлений: энергия рентгеновских фотонов hv, возникающих при торможении электронов, не может превышать кинетическую энергию eU этих электронов, т. е. .

Следовательно, частота излучения не может быть больше , а длина волны – меньше значения ,

что полностью соответствует экспериментальным данным (рис. 80). Так как λ_min может быть точно определена (резкая граница), то по рентгеновскому спектру можно вычислить постоянную Планка h (это один из наиболее точных методов ее определения).

Когда энергия бомбардирующих анод электронов оказывается достаточной для выбивания электронов с внутренних оболочек атомов вещества, то на фоне сплошного спектра появляются отдельные резкие линии (рис. 81) – линейчатый спектр, определяемый материалом анода и называемый поэтому характеристическим рентгеновским спектром (излучением).

Частоты v линий характеристического рентгеновского излучения подчиняются закону Мозли (167)

который, как следует из записи, подобен обобщенной формуле Бальмера. В формуле (167) R – постоянная Ридберга, Z – порядковый номер в Периодической системе элементов, σ – постоянная экранирования, в пределах каждой серии одинаковая для всех элементов (например, для К-серии σ = 1, L-серии σ = 7,5 и т. д.), т= 1, 2, 3, ... (определяет рентгеновскую серию), п = т + 1, т + 2, ... (определяет линию соответствующей серии). Смысл постоянной экранирования заключается в том, что на электрон, совершающий переход, действует не весь заряд ядра Ze, а заряд (Z - σ)e, ослабленный экранирующим действием других электронов.

Закон Мозли записывают также в виде , (168)

где а – постоянная, имеющая определенное значение для каждой линии.