Xarakteristik rentgen nurlari

X-nurlari tashqi qobiq elektronlari atomning ichki qobigʻidagi boʻsh joyni toʻldirganda, har bir element uchun „xarakterli“ boʻlgan rentgen nurlarini chiqaradi. X-nurlari 1909 yilda Charlz Glover Barkla tomonidan kashf etilgan^[1], keyinchalik u 1917 yilda kashfiyoti uchun fizika boʻyicha Nobel mukofotiga sazovor boʻlgan.

Tushunchalar

Xarakterli rentgen nurlari elementni fotonlar, elektronlar yoki ionlar (masalan, protonlar) boʻlishi mumkin boʻlgan yuqori energiyali zarralar bilan bombardimon qilinganda hosil boʻladi. Voqea sodir boʻlgan zarracha atomdagi bogʻlangan elektronga (maqsadli elektron) urilganda, nishon elektron atomning ichki qobigʻidan chiqariladi. Elektron chiqarilgandan soʻng, atomda yadro teshigi deb ham ataladigan boʻsh energiya darajasi qoladi. Keyin tashqi qobiq elektronlari ichki qobiqqa tushib, yuqori va pastki holatlar oʻrtasidagi energiya farqiga ekvivalent energiya darajasiga ega kvantlangan fotonlarni chiqaradi. Har bir element energiya darajalarining oʻziga xos toʻplamiga ega va shuning uchun yuqoridan pastroq energiya darajasiga oʻtish har bir elementga xos boʻlgan chastotali rentgen nurlarini hosil qiladi.^[2]

Rentgen nurlari kashf qilingach, ularning tabiatini uzok, vaqtgacha aniqlash qiyin boʻlgan. Chunki Rentgen nurlari elektr yoki magnit maydoni taʼsirida oʻz yoʻnalishini oʻzgartirmaydi, toʻlqin uzunligi kisqaligidan toʻlqin xususiyatini (Mas, difraksiyasini) oʻrganish, isbotlash qiyin boʻlgan. 1912-yilda nemis fizigi M. Laue va uning shogirdlari kristalldan Rentgen nurlari oʻtganida rentgen nurlari difraksiyasi sodir boʻlishini kashf qildilar. Elektron anod moddasiga kelib urilganda, oʻz energiyasining maʼlum qismini Rentgen nurlarini hosil boʻlishiga sarflaydi. Potensiallar ayirmasi U boʻlgan elektr maydonidan oʻtgan elektronning kinetik energiyasi eU = ^S— boʻladi, bunda e – elektron zaryadi, V – uning erishgan tezligi. Agar urilish jarayonida elektron qattiq tormozlanib oʻz tezligini nolgacha kamaytirsa, uning tuda kinetik energiyasi Rentgen nurlarining energiyasiga aylanadi, yaʼni = hv yoki max hc/eU; bunda X—Rentgen nurlarining toʻlqin uzunligi, v – nurlanayotgan elektromagnit toʻlqin chastotasi, h— Plank doimiysi, c – yorugʻlik tezligi. Demak, potensiallar ayirmasi qancha katta boʻlsa, Rentgen nurlarining toʻlqin uzunligi shuncha qisqa boʻladi. Toʻlqin uzunligi juda qisqa Rentgen nurlari qattiq R. n,. deyiladi. Odatda, rentgen trubkalariga 50 kV gacha kuchlanish beriladi. Bunday potensiallar farqidan oʻtgan elektron 0,4 c ga yaqin tezlikka erishadi. Betatronda elektronlarga juda katta tezlik berilishi mumkin. Betatronda tezlatilgan elektronlar dastasini biror qattiq nishonga yuborib, juda qisqa toʻlqin uzunlikli Rentgen nurlari hosil qilinadi. Toʻlqin uzunligi qanchalik qisqa boʻlsa, nurlar moddada shunchalik kam yutiladi. Shuning uchun betatronda yuzaga kelgan Rentgen nurlari, ayniqsa, katta oʻtuvchanlik qobiliyatiga ega boʻladi.

Biroq, baʼzan, energiyani rentgen nurlari shaklida chiqarish oʻrniga, energiya boshqa elektronga oʻtkazilishi mumkin, keyinchalik u atomdan chiqariladi. Bu Auger effekti deb ataladi, u Auger elektron spektroskopiyasida sirtlarning elementar tarkibini tahlil qilish uchun ishlatiladi.

Belgilash

Atomda mavjud boʻlgan turli xil elektron holatlari, odatda, kimyo va umumiy fizikada qoʻllanadigan atom orbital belgilari bilan tavsiflanadi. Biroq, rentgen elektronlarning yuqori energiya darajasidan pastki energiya darajasiga oʻtishini tavsiflovchi maxsus terminologiya mavjud: anʼanaviy Siegbahn yozuvi yoki muqobil ravishda soddalashtirilgan rentgen yozuvi .

Siegbahn yozuvida elektron L qobiqdan K qavatga tushganda, chiqarilgan rentgen nurlanishi K-alfa (Ka) emissiya deb ataladi. Xuddi shunday, elektron M qobiqdan K qobiqqa tushganda, chiqarilgan rentgen nurlanishi K-beta (Kb) emissiya deb ataladi.^[3]

Rentgen nurlari 1895 yilda taniqli nemis fizigi Vilgelm Rentgen tomonidan tasodifan kashf etilgan. U elektrodlari orasida yuqori kuchlanish boʻlgan past bosimli gaz chiqarish trubkasidagi katod nurlarini oʻrgandi. Naycha qora qutida boʻlishiga qaramay, Rentgen trubka har gal ishlayotganida yaqin atrofda boʻlgan lyuminestsent ekran porlashini payqadi. Naycha qogʻoz, yogʻoch, shisha va hatto yarim santimetr qalinlikdagi alyuminiy plastinkaga ham kira oladigan nurlanish manbai boʻlib chiqdi.

Rentgen nurlari gaz chiqarish trubkasi yuqori penetratsion quvvatga ega yangi turdagi koʻrinmas nurlanish manbai ekanligini aniqladi. Olim bu nurlanish zarralar oqimi yoki toʻlqinlar oqimi ekanligini aniqlay olmadi va unga rentgen nurlari nomini berishga qaror qildi. Keyinchalik ular rentgen nurlari deb ataldi.

Koʻzga koʻringan oʻtishlar

K-alfa

Qobiqlar orasidagi elektron oʻtishning Siegbahn yozuvi.

K-alfa emissiya chiziqlari elektron eng ichki „K“ qobigʻidagi boʻsh joyga (asosiy kvant soni n = 1) ikkinchi „L“ qobigʻining p orbitalidan (n = 2) oʻtib, u yerda boʻsh joy qoldiradi. .

Dastlab K qobigʻida bitta boʻsh joy mavjudligini (va demak, bitta elektron allaqachon mavjud), shuningdek L qobigʻi oʻtishning yakuniy holatida toʻliq boʻsh emasligini koʻrsatib, bu taʼrif minimal chegarani cheklaydi. atomdagi elektronlar soni uchtaga, yaʼni litiyga (yoki litiyga oʻxshash ionga).^[4] Ikki yoki bitta elektronli atomlar boʻlsa, uning oʻrniga mos ravishda He -alfa va Liman-alfa haqida gapiriladi. Keyinchalik rasmiy taʼrifda L qobigʻi dastlab toʻliq ishgʻol qilinadi. Bunday holda, K-alfa bilan engilroq turlar neondir .^[5] Bu tanlov, shuningdek, K-alfa rentgen energiya diapazoniga mustahkam joylashtiradi.

Lyman-alpha singari, K-alfa emissiyasi ikkita spektral chiziqdan, K-alfa ₁ (Ka ₁) va K-alfa ₂ (Ka ₂) dan iborat.^[6] K-alfa ₁ emissiyasi energiya jihatidan K-alfa ₂ emissiyasiga qaraganda bir oz yuqoriroq (va shuning uchun toʻlqin uzunligi pastroq). Barcha elementlar uchun K-alfa ₁ va K-alfa ₂ intensivliklarining nisbati 2: 1 ga juda yaqin.^[7]

Hozirgi vaqtda rentgen nurlari shaklga ega ekanligi maʼlum elektromagnit nurlanish, ultrabinafsha elektromagnit toʻlqinlarga qaraganda qisqaroq toʻlqin uzunligiga ega.

K-alfa chiziqlariga misol qilib, temir atomlari galaktika markazidagi qora tuynuk ichiga aylanayotganda chiqadigan Fe K-alfadir.^[8] Misdagi K-alfa chizigʻi koʻpincha laboratoriyaga asoslangan rentgen nurlanish spektrometriyasi (XRD) asboblarida rentgen nurlanishining asosiy manbai sifatida ishlatiladi.

K-beta

K-alfa emissiyasiga oʻxshash K-beta emissiyasi elektron uchinchi yoki „M“ qobiqning 3p orbitalidan (asosiy kvant raqami 3) eng ichki „K“ qobigʻiga (asosiy kvant raqami 1) oʻtganda yuzaga keladi.

Oʻtish energiyalari

Oʻtish energiyasini taxminan Moseley qonuni yordamida hisoblash mumkin. Masalan, $E_{K\alpha }={\frac {3}{4}}(Z-1)^{2}Ry\approx 10.2(Z-1)^{2}~\mathrm {eV}$ , bu yerda Z – atom raqami va Ry – Rydberg energiyasi . Temirning energiyasi (Z = 26) K-alfa, shu tarzda hisoblangan, 6985102138751046249♠6.375 keV teng.6985102138751046249♠6.375 keV, 1% ichida aniq. Biroq, yuqori Z' uchun xato tez oʻsadi.

Turli elementlar uchun Ka, Kb, La, Lb va boshqalarning oʻtish energiyalarining aniq qiymatlarini atom maʼlumotlar bazalarida topish mumkin.^[5]^[9]

Tez elektronlar yoki katod nurlari past bosimli tushirish trubasining devorlari yoki anodlari bilan toʻqnashganda rentgen nurlari hosil boʻladi. Zamonaviy rentgen trubkasi evakuatsiya qilingan shisha idish boʻlib, unda katod va anod joylashgan. Katod va anod (antikatod) oʻrtasidagi potentsial farq bir necha yuz kilovoltga etadi. Katod elektr toki bilan isitiladigan volfram filamentidir. Bu termion emissiya natijasida katod tomonidan elektronlarning chiqarilishiga olib keladi. Elektronlar rentgen trubkasidagi elektr maydon taʼsirida tezlashadi. Naychada juda oz miqdordagi gaz molekulalari mavjud boʻlgani sababli, elektronlar anodga borishda deyarli oʻz energiyasini yoʻqotmaydi. Ular anodga juda yuqori tezlikda etib boradilar.

Ilovalar

Xarakterli rentgen nurlari ular chiqaradigan muayyan elementni aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Bu xususiyat turli usullarda, jumladan rentgen-fluoresans spektroskopiyasida, zarrachalardan kelib chiqqan rentgen nurlanishida, energiya-dispersiv rentgen-spektroskopiyada va toʻlqin uzunligi-dispersiv rentgen spektroskopiyada qoʻllanadi.

Yana qarang

Spektral chiziq
Elektron ushlash
Ichki konversiya

Manbalar

↑ Wittke. „The Origin of Characteristic X-rays“. 2013-yil 9-iyulda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2013-yil 18-iyun.
↑ „X-Ray Fluorescence (XRF): Understanding Characteristic X-Rays“. 2013-yil 28-dekabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2013-yil 18-iyun.
↑ Nave. „Characteristic X-Rays“. HyperPhysics. Qaraldi: 2013-yil 18-iyun.
↑ Bearden, J. A. (1967). "X-Ray Wavelengths". Reviews of Modern Physics 39 (1): 78–124. doi:10.1103/RevModPhys.39.78. http://link.aps.org/abstract/RMP/v39/p78. Qaraldi: 2021-07-01. Xarakteristik rentgen nurlari]]
↑ ^5,0 ^5,1 NIST X-Ray Transition Energies Database
↑ Clark. „Single-crystal X-ray Diffraction“. Geochemical Instrumentation and Analysis. Carleton College. Qaraldi: 2019-yil 22-aprel.
↑ Klug, H. P.. X-Ray diffraction procedures: for polycrystalline and amorphous materials, 2nd, John Wiley and Sons, Inc, 1974 — 86-bet. ISBN 978-0-471-49369-3.
↑ Fukumura, Keigo; Tsuruta, Sachiko (2004-10-01). "Iron Kα Fluorescent Line Profiles from Spiral Accretion Flows in Active Galactic Nuclei" (en). The Astrophysical Journal 613 (2): 700–709. doi:10.1086/423312. http://stacks.iop.org/0004-637X/613/i=2/a=700.
↑ Spectr-W3 database

Ushbu maqola Mirzo Ulugʻbek nomidagi Oʻzbekiston Milliy universitieti Fizika fakulteti talabasi Abbos Jonishev tomonidan Wikitaʼlim loyihasi doirasida ingliz tilidan tarjima qilindi.

[1] Wittke. „The Origin of Characteristic X-rays“. 2013-yil 9-iyulda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2013-yil 18-iyun.

[2] „X-Ray Fluorescence (XRF): Understanding Characteristic X-Rays“. 2013-yil 28-dekabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2013-yil 18-iyun.

[3] Nave. „Characteristic X-Rays“. HyperPhysics. Qaraldi: 2013-yil 18-iyun.

[4] Bearden, J. A. (1967). "X-Ray Wavelengths". Reviews of Modern Physics 39 (1): 78–124. doi:10.1103/RevModPhys.39.78. http://link.aps.org/abstract/RMP/v39/p78. Qaraldi: 2021-07-01. Xarakteristik rentgen nurlari]]

[NIST-XrayTrans-5] 5,0 ^5,1 NIST X-Ray Transition Energies Database

[6] Clark. „Single-crystal X-ray Diffraction“. Geochemical Instrumentation and Analysis. Carleton College. Qaraldi: 2019-yil 22-aprel.

[7] Klug, H. P.. X-Ray diffraction procedures: for polycrystalline and amorphous materials, 2nd, John Wiley and Sons, Inc, 1974 — 86-bet. ISBN 978-0-471-49369-3.

[8] Fukumura, Keigo; Tsuruta, Sachiko (2004-10-01). "Iron Kα Fluorescent Line Profiles from Spiral Accretion Flows in Active Galactic Nuclei" (en). The Astrophysical Journal 613 (2): 700–709. doi:10.1086/423312. http://stacks.iop.org/0004-637X/613/i=2/a=700.

[9] Spectr-W3 database

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]