Рентгеновские спектры

Рентгеновское излучение, появляющееся при облучении анода пучком электронов, связано с двумя механизмами возникновения.

Одно излучение - тормозное - образуется при торможении быстрых электронов при их движении в веществе анода и представляет собой сплошной (непрерывный) спектр следующих друг за другом различных по длине и интенсивности волн.

Другое - характеристическое – возникает, когда напряжение на трубке превышает определенное значение, зависящее от материала анода. В этом случае ускоренные в трубке электроны могут выбить электрон с близких к ядру электронных орбит атомов анода. Образование электронной вакансии переводит атом в возбужденное состояние со временем жизни около 10^-8 с. При переходе атома в невозбужденное состояние путем самопроизвольного заполнения вакансии электроном с более далекого от ядра уровня избыток энергии выделяется в виде кванта рентгеновского излучения. Энергия испускаемого кванта равна разности энергий электрона на внешнем и вакантном уровнях.

Схема возникновения характеристического излучения приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема возникновения характеристического спектра рентгеновских лучей (модель Бора, радиусы орбит даны не в масштабе).

Распределение интенсивности сплошного (тормозного) спектра по длинам волн и линии характеристического спектра молибденового анода показаны на рисунке 3.

Рис. 3. Непрерывный спектр тормозного излучения и линии K-серии характеристического спектра для молибденового (Мо) анода.

Сспектр длин волн тормозного излучения определяется напряжением, приложенным к трубке, и от вещества анода зависит только его интенсивность. Характерной особенностью спектра тормозного излучения является наличие резкой границы со стороны коротких длин волн (l₀). Значение коротковолновой границы сплошного спектра l₀ можно определить, используя квантово - механическое уравнение Эйнштейна для отдельного электрона. При условии, что вся энергия электрона, прошедшего в электрическом поле разность потенциалов V, превращается в квант тормозного излучения, уравнение Эйнштейна имеет вид:

.

При измерении напряжения на трубке V в киловольтах длину волны в ангстремах (Å) можно найти как

(Å).

Если при торможении электрона часть энергии идет на возбуждение различных процессов в веществе анода, то энергия кванта излучения будет меньше и, следовательно, длина волны больше. Так возникает совокупность различных длин волн в спектре.

Возбуждение характеристического излучения происходит при вполне определенном для данного вещества анода напряжении на трубке V₀, которое называется потенциалом возбуждения. На фоне сплошного спектра тормозного излучения данного анода линии характеристического будут присутствовать при всех напряжениях V > V₀ (рис. 3). Повышение напряжения на трубке увеличивает интенсивность и сплошного, и характеристического излучений, но длины волн характеристических максимумов и соотношение их интенсивностей остаются неизменными.

Наиболее интенсивными линиями характеристического спектра являются линии K - серии: К_a и К_b (длины волн l_a и l_b). На рисунке 4 показана схема электронных переходов, ответственных за испускание a и b рентгеновского излучения К - серии характеристического спектра.

Рис. 4. Схема электронных переходов, ответственных за испускание линий К - серии характеристического спектра.

Абсолютная интенсивность (I) характеристических максимумов определяется величиной тока (i), проходящего через трубку, и разностью между рабочим напряжением на трубке (V) и потенциалом возбуждения (V₀).

Эмпирически установлено, что для лучей К - серии интенсивность определяется уравнением:

I = c × i × (V - V₀)^m

где c - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц измерения; показатель степени m = (1.6 ¸ 2).

Дата добавления: 2017-01-13