Характеристичне випромінювання

При збільшені напруги між катодом і анодом спектр буде зміщуватись в сторону коротких хвиль але якісно змінюватись не буде до певної величини напруги для даної речовини анода. Починаючи з певної величини напруги спектр змінюється. На фоні суцільного спектру з’являється лінійчастий, який відповідає характеристичному рентгенівському випромінюванню. Спектр складається з двох частин: суцільного і лінійчастого. Подальше підвищення напруги приведе до зміщення суцільного спектру в область коротких хвиль і до збільшення інтенсивності як суцільного так і лінійчастого (характеристичного) спектру випромінювання.

Суцільний спектр залежить тільки від енергії електронів (напруги між катодом і анодом) і не залежить від речовини анода, а розміщення ліній лінійчатого спектру характерно тільки для даного матеріалу анода.

Довжини хвиль лінійчастого спектру для кожного елементу аноду постійні і індивідуальні. Це свідчить про те, що характеристичне випромінювання виникає в результаті якихось специфічних процесів, що протікають всередині атома речовини анода. Лінійчастий спектр виникає внаслідок того, що прискорені електрони проникають в глибину атома і вибирають електрони із внутрішніх шарів. На вільні місця переходять електрони з верхніх рівнів, в результаті чого випромінюються фотони рентгенівського променя. Як відомо, електрони в атомі розподіляються на орбіталях, кожна з яких характеризується головним квантовим числом n. Якщо в атомі вибити електрон із К орбіти (або L) за допомогою -частинки чи електронів великої орбіта лі, то атом перейде у збуджений нестійкий стан з більшою енергією. При переході цього атома в нормальний стан електрон із L – орбіти переходить на К – орбіту і випромінює квант енергії. Може перескочити на К – орбіту і електрон із М – орбіти і інших орбіт. Кожний такий перехід супроводжується зменшенням енергії атома і виділенням її у вигляді одного кванта рентгенівського випромінювання. Характеристичне випромінювання складається із серії К, L, M, N, і т.д., у відповідності з назвою шарів з яких здійснюється перехід. Експериментально Мозлі показав, що:

де а і b – сталі величини, v – частота спектральної лінії, Z –атомний номер елемента. Квадратний корінь із частоти відповідних ліній спектра різних атомів знаходиться в лінійній залежності від порядкового номера елемента. Так формується закон Мозлі.

При переходах будь—якого електрона на К – орбіту виникають рентгенівські промені К – серії. При переході на одну із L – орбіт L – серії. Якщо електрон переходить з найближчої орбіти (з L на К або з М наL), то з’являється -лінія відповідної серії, якщо з другої (з М на К або з N на К) -лінія.

Характеристичні рентгенівські спектри мають багато спільного з оптичними спектрами, але й багато відмінностей. Оптичні спектри змінюються при переході від одного елемента до іншого за періодичним законом, довжини хвиль рентгенівських спектри залишаються однотипними. Це обумовлено тим, що внутрішні шари у різних атомів одинакові і відрізняються лише енергією електронів, які знаходяться на них, що і відображено в законі Мозлі.

Рентгенівський характеристичний спектр атомів в сполуках і вільному стані однаковий, а оптичний дуже сильно відрізняється. Так наприклад рентгенівський спектр атому кисню однаковий для О, О₂, Н₂ О,Fe₂ О₃. ця особливість рентгенівського спектру послужила основою і для назви характеристичне.