Порядок выполнения работы

Включив компьютер и активизировав программу, моделирующую рентгеновские спектры, сначала следует провести измерения длин волн в спектрах поглощения. В первую очередь выполняют измерения K-краев полос поглощения для всех 10-ти элементов списка, а результаты измерений заносят в табл. 8.2

Таблица 8.2

Элемент	Ca	Fe	Kr	Pd	Sn	Ba	Er	Pt	Ra	U
Z
, Ǻ
, кэВ

Затем выполняют измерения длин волн K-, L-и M-краев полос поглощения для платины (Pt) и урана (U), занося результаты измерений в табл. 8.3.

Таблица 8.3

Край полосы	K	L1	L2	L3	M1	M2	M3	M4	M5
Pt	, Ǻ
, кэВ
U	, Ǻ
, кэВ

Используя результаты измерений длин волн, вычисляют энергию связи 1s-электрона и соответствующую постоянную экранирования для всех элементов, содержащихся в табл. 8.2. Строят график зависимости от порядкового номера элемента Z и дают физическое объяснение хода этого графика.

По данным таблицы 8.3 находят значение 9-ти верхних рентгеновских подуровней для Pt и U и строят две диаграммы в рекомендуемом масштабе 1 мм/кэВ.

Дальнейшие измерения выполняются в спектрах испускания. В первую очередь для проверки закона Мозли измеряют длину волны самой коротковолновой характеристической линии K-серии. Она является крайней в группе из трех линий, расположенных возле коротковолновой границы тормозного спектра. Измерения выполняют при максимальном напряжении 115 кВ для всех 10-ти элементов списка, а также для одного из неизвестных элементов. Результаты заносят в табл. 8.4.

По данным табл. 8.4 строят диаграмму Мозли и с ее помощью определяют неизвестный элемент. Эта диаграмма представляет собой график, по оси ординат которого откладывают , а по оси абсцисс – порядковый номер элемента Z. В соответствии с законом Мозли (8.11), построенный график должен быть практически прямолинейным.

Таблица 8.4

Элемент	Ca	Fe	Kr	Pd	Sn	Ba	Er	Pt	Ra	U
Z
, Ǻ
, Ǻ-2

В спектрах испускания платины (Pt) и урана (U) измеряют длины волн всех семи моделируемых характеристических линий: трех в K-серии и четырех – в L-серии. Результаты заносят в табл. 8.5.

Таблица 8.5

Линия	K-серия	L-серия
K-M3	K-L3	K-L2	L2-M4	L2-M1	L3–M5	L3-M1
Pt	, Å
, кэВ
Энергия перехода
U	, Å
, кэВ
Энергия перехода

Полученные длины волн используют для вычисления энергии фотонов (в килоэлектронвольтах) и сравнивают с энергиями соответствующих переходов, рассчитанными по данным табл. 8.3.

На построенных диаграммах рентгеновских уровней энергии Pt и U вертикальными стрелками изображают переходы, отвечающие наблюдавшимся линиям характеристического спектра.

Задание

1. Выполнить измерения длин волн K-краев полосы поглощения для 10-ти элементов (Cu, Fe, Kr, Pd, Sn, Ba, Er, Pt, Ra, U).

2. Выполнить измерения длин волн K-, L- и M-краев полос поглощения для платины Pt и урана U.

3. Вычислить энергию связи 1s-электрона и соответствующую постоянную экранирования для всех 10-ти элементов списка.

4. Построить график функции – зависимости энергии связи 1s-электрона от порядкового номера элемента Z , а также график функции – зависимости постоянной экранирования от Z ; дать физическое объяснение хода этих графиков.

5. Найти значения энергий 9-ти верхних рентгеновских подуровней для Pt и U и построить диаграммы уровней этих элементов в рекомендуемом масштабе.

6. Выполнить измерения длин волн самой коротковолновой линии спектра испускания для 10-ти перечисленных в задании 1 элементов, а также для одного неизвестного элемента.

7. Построить диаграмму Мозли в виде графика зависимости от порядкового номера элемента Z и с ее помощью определить неизвестный элемент.

8. В спектрах испускания Pt и U измерить длины волн всех семи моделируемых характеристических линий.

9. По измеренным длинам волн вычислить энергии соответствующих фотонов и сравнить их с энергиями переходов, используя значения энергии рентгеновских подуровней, найденные в задании 5.

10. На диаграммах рентгеновских уровней Pt и U изобразить эти переходы вертикальными стрелками.

8.9. Контрольные вопросы

1. Каков наиболее распространенный способ получения рентгеновского излучения?

2. В чем принципиальное различие тормозного и характеристического рентгеновских спектров?

3. Каковы физические механизмы образования тормозного и характеристического рентгеновского излучения?

4. В чем состоит смысл понятия «одночастичное приближение» в квантовомеханической задаче о многоэлектронном атоме?

5. Что такое эффективная потенциальная энергия электрона в сложном атоме? Из каких частей она состоит?

6. На чем основана применимость приближения центрального поля для сложных атомов? Что такое кулоновское поле?

7. Какие квантовые числа вводятся для описания состояния отдельного электрона в атоме в приближении центрального поля?

8. Что такое электронная конфигурация? Как пользоваться правилом Клечковского?

9. Каково содержание принципа Паули? Как формулируется этот принцип применительно к электронам в атоме?

10. Что такое электронные оболочки и слои? Как найти выражения для максимального количества электронов в оболочке и в слое?

11. Какие факты указывают на то, что образование характеристического рентгеновского излучения происходит во внутренних электронных слоях атома?

12. Какие процессы в атоме приводят к испусканию характеристического рентгеновского излучения?

13. Как соотносятся между собой рентгеновские и оптические уровни энергии? Пояснить с помощью диаграммы уровней.

14. От каких квантовых чисел и как зависит энергия рентгеновского подуровня?

15. Какие физические взаимодействия в атоме вносят вклад в энергию рентгеновского подуровня?

16. Чем различаются диаграммы рентгеновских уровней тяжелых и легких элементов? Чем различаются их характеристические спектры?

17. Между какими рентгеновскими подуровнями возможны излучательные переходы?

18. Каково содержание закона Мозли? Дайте вывод этого закона.

19. Какие процессы приводят к ослаблению рентгеновского излучения при его прохождении через вещество?

20. Что такое фотоионизация атома? От чего и как зависит коэффициент фотоионизационного поглощения?

21. Какова структура рентгеновского спектра поглощения? Чем различаются рентгеновские спектры поглощения для разных элементов?