Большая Советская Энциклопедия (РЕ)

Рентгеновские спектры

Рентге'новские спе'ктры, спектры испускания и поглощения рентгеновских лучей, т. е. электромагнитного излучения в области длин волн от 10^-4 до 10³ . Для исследования спектров рентгеновского излучения, получаемого, например, в рентгеновской трубке, применяют спектрометры с кристаллом-анализатором (или дифракционной решёткой) либо бескристальную аппаратуру, состоящую из детектора (сцинтилляционного, газового пропорционального или полупроводникового счётчика) и амплитудного анализатора импульсов (см. Спектральная аппаратура рентгеновская). Для регистрации Р. с. применяют рентгенофотоплёнку и различные детекторы ионизирующих излучений.

Спектр излучения рентгеновской трубки представляет собой наложение тормозного и характеристического Р. с. Тормозной Р. с. возникает при торможении заряженных частиц, бомбардирующих мишень (см. Тормозное излучение). Интенсивность тормозного спектра быстро растет с уменьшением массы бомбардирующих частиц и достигает значительной величины при возбуждении электронами. Тормозной Р. с. — сплошной, так как частица может потерять при тормозном излучении любую часть своей энергии. Он непрерывно распределён по всем длинам волн l, вплоть до коротковолновой границы l₀ = hc/eV (h — Планка постоянная, с — скорость света, е — заряд бомбардирующей частицы, V — пройденная ею разность потенциалов). С возрастанием энергии частиц интенсивность тормозного Р. с. I растет, а l₀ смещается в сторону коротких волн (рис. 1). С увеличением порядкового номера Z атомов мишени I также растет.

Характеристические Р. с. испускают атомы мишени, у которых при столкновении с заряженной частицей высокой энергии или фотоном первичного рентгеновского излучения с одной из внутренних оболочек (К-, L-, М-... оболочек) вылетает электрон. Состояние атома с вакансией во внутренней оболочке (его начальное состояние) неустойчиво. Электрон одной из внешних оболочек может заполнить эту вакансию, и атом при этом переходит в конечное состояние с меньшей энергией (состояние с вакансией во внешней оболочке). Избыток энергии атом может испустить в виде фотона характеристического излучения. Поскольку энергии E₁ начального и E₂ конечного состояний атома квантованы, возникает линия Р. с. с частотой n = (E₁ — E₂)/h. Все возможные излучательные квантовые переходы атома из начального К-состояния образуют наиболее жёсткую (коротковолновую) К-серию. Аналогично образуются L-, М-, N-серии (рис. 2). Положение линий характеристического Р. с. зависит от атомного номера элемента, составляющего мишень (см. Мозли закон).

Каждая серия характеристического Р. с. возбуждается при прохождении бомбардирующими частицами определённой разности потенциалов — потенциала возбуждения V_q (q — индекс возбуждаемой серии). При дальнейшем росте V интенсивность / линий этого спектра растет пропорционально (V — V_q)² затем рост интенсивности замедляется и при V » 11 V_q начинает падать.

Относительные интенсивности линий одной серии определяются вероятностями квантовых переходов и, следовательно, соответствующими отбора правилами. Кроме наиболее ярких линий дипольного электрического излучения, в характеристические Р. с. могут быть обнаружены линии квадрупольного и октупольного электрических излучений и линии дипольного и квадрупольного магнитных излучений.

Р. с. поглощения получают, пропуская первичное рентгеновское излучение непрерывного спектра через тонкий поглотитель. При этом распределение интенсивности по спектру изменяется — наблюдаются скачки и флуктуации поглощения, которые и представляют собой Р. с. поглощения. Для каждого уровня Р. с. поглощения имеют резкую низкочастотную (длинноволновую) Границу n_q (hn_q = eV_q), при которой наблюдается первый скачок поглощения (рис. 3).

Р. с. нашли применение в рентгеновской спектроскопии, спектральном анализе рентгеновском, рентгеновском структурном анализе.

Лит. см. при ст. Рентгеновские лучи.

М. А. Блохин

Рис. 2. Схема К-, L-, М-уровней атома и основные линии К- и L-cepий.

Рис.1. Распределение интенсивности I тормозного излучения W по длинам волн l при различных напряжениях V на рентгеновской трубке.

Рис. 3. Зависимость интенсивности I тормозного рентгеновского спектра от частоты n вблизи n_q: 1 — без поглотителя; 2 — после прохождения поглотителя.