46.Характеристичне рентгенiвське випромiнювання

Характеристичне рентгенівське випромінювання - лінійчаста складова спектру рентгенівського випромінювання, характерна для кожного хімічного елемента, основа для рентгенофлуоресцентного аналізу.

Природа виниккнення.

Характеристичне рентгенівське випромінювання виникає при вибиванні електрона із внутрішньої електронної оболонки атома. На наступному етапі один із електронів зовнішніх оболонок переходить на внутрішню із випромінюванням кванта світла. Частота цього кванта лежить у рентгенівському діапазоні електромагнітного спектру.

Слово характеристичне в назві пояснюється тим, що для кожного хімічного елемента властиві свої частоти випромінювання. Ці частоти не залежать або дуже слабо залежать від того, до складу якої хімічної сполуки входить елемент, і, таким чином, можуть служити основою для ідентифікації хімічних елементів, визначення хімічного складу сплавів, мінералів, порід тощо.

Характеристичне випромінювання має пороговий характер і з'являється на тлі суцільного спектру, зумовленого гальмівним випромінюванням. Для появи характеристичного випромінювання електрон, що налітає на анод в рентгенівській трубці, повинен мати енергію, вищу від деякого порогового значення, залежного від матеріалу анода. Фізично це зумовлене тим, що енергія електрона повинна бути достатньою для вибивання електрона із внутрішньої оболонки.

Спектр випромінювання розбивається на серії. Найбільш короткохвильова з цих серій позначається літерою K, а окремі лінії в цій серії грецькими літерами.

47.Спонтаннi та вимушенi переходи електронiв в атомi

Згідно законам класичної електродинаміки джерелом випромінювання світла може бути заряд, який рухається з прискоренням, причому величина випромінюваної енергії дорівнює:    (2.1)  де - прискорення частинки.  Якщо джерелом випромінювання є одномірний гармонічний осцилятор  то частота випромінювання буде співпадати з механічною частотою коливання осцилятора, а інтенсивність випромінювання пропорційна квадрату амплітуди.  У квантовій механіці підхід до процесу випромінювання інший, оскільки саме випромінювання по квантовій теорії має місце тоді, коли частинка (система) переходить із одного квантового стану в інший, енергетично більш низький, тобто «зверху вниз».  Основні ідеї квантової теорії випромінювання полягають у наступному. Нехай один із електронів якої-небудь атомної системи знаходиться в збудженому стані m з енергією Е_m. Тоді для такого електрона існує певна ймовірність A_mn спонтанного переходу у більш низький енергетичний стан n з енергією E_n. При цьому відбувається випромінювання фотона з енергією  Якщо число подібних збуджених атомів дорівнює N_m, то енергія випромінювання за одиницю часу за рахунок спонтанних переходів дорівнюватиме:         (2.2)  Якщо атоми зазнаватимуть дії зовнішнього електромагнітного випромінювання, то виникатимуть вимушені переходи зверху вниз, і знизу вгору, причому переходи знизу вгору будуть відбуватися з поглинанням фотонів.  Позначимо імовірність вимушеного (індукованого) переходу з стану m в стан n через B_mn, а з стану n в стан m через B_nm. Оскільки число вимушених переходів пропорційне спектральній густині  падаючого випромінювання, знайдемо значення енергії випромінювання і поглинання:      (2.3)       (2.4)   де N_m – число станів у стані n. Розглянемо випадок термодинамічної рівноваги між нагрітими атомами і випромінюваним ними світлом (чорне випромінювання). Тоді:  .   (2.5)   Покладемо, що розподіл електронів по станам задаються розподілом Максвелла. Тоді маємо:       (2.6)    У результаті математичних перетворень одержимо:     (2.7)   Тоді з порівняння знаходимо:     (2.8)  Звідси видно, що імовірності вимушених переходів як зверху вниз, так і знизу вгору виявляються рівними і пропорційними коефіцієнту спонтанного переходу A_mn. Тому для описання випромінювання атомів або молекул достатньо визначити лише один із цих коефіцієнтів.  У загальних рисах квантова теорія випромінювання зводиться до наступного. В рамках теорії Шредінгера можна пояснити лише вимушені переходи, що відбуваються у результаті взаємодії електронів атома із зовнішньою електромагнітною хвилею. Спонтанні переходи із збуджених енергетичних станів у більш низькі залишаються у цьому випадку фактично не поясненими, оскільки відсутня зовнішня дія, яка б могла привести до цих переходів.