Характеристическое рентгеновское излучение

Если в результате процесса возбуждения орбитальные электроны заняли в атоме положение не соответствующее их нормальной конфигурации, атом

перейдет в возбужденное состояние на непродолжительный период времени.

Для электронов существует естественная тенденция, они перераспределяются, чтобы вернуть атом в состояние с самой низкой энергией или в основное состояние за время порядка наносекунды или менее в твердых веществах. Энергия при переходе из возбужденного состояния в основное выделяется в виде кванта характеристического рентгеновского излучения. Энергия кванта рассчитывается как разность энергий первоначального и конечного состояния. Например, если вакансия временно образуется в К-оболочке атома, то характеристическое рентгеновское излучение возникает при заполнении этой вакансии электронами с вышележащих уровней. Если электрон приходит с L-оболочки, то образуется квант Кα, его энергия эквивалентна разнице энергий связи электрона на К- и L-оболочках. Если электрон спускается с М-оболочки, образуется фотон К_β со слегка большей энергией и т.д. Наиболее высокоэнергетический фотон К-серии возникает, когда вакансия заполняется свободным несвязанным электроном, энергия фотона тогда равна энергии связи электрона в К-оболочке. При заполненной К-оболочке, вакансии, созданные во внешних оболочках, впоследствии заполняются с излучением характеристического рентгеновского излучения L-, М-серий.

Т.к. энергия излучения К-серии является наибольшей, то оно имеет высокую практическую значимость. Его энергия постоянно возрастает с увеличением атомного номера элемента, и составляет примерно 1 КэВ для натрия с Z=11, 10 КэВ для галлия с Z=31, 100КэВ для радия с Z=88. Излучение L-серии не достигает 1 КэВ пока Z<28 и 10 КэВ пока Z не достигнет 74. Подробные таблицы точного характеристического рентгеновского излучения можно найти в приложении 1. Т.к энергия характеристического рентгеновского излучения единственна для каждого индивидуального элемента, то оно часто используется для элементного анализа неизвестных образцов. (см. рис. 13.17).

Если атом находится в возбужденном состоянии, то испускание Оже-электронов является конкурирующим процессом для излучения характеристического рентгеновского излучения. Флуоресцентный выход определяется как доля всех случаев, при которых возбужденный атом излучает кванты характеристического рентгеновского излучение при его релаксации. Значения флуоресцентного выхода часто сведены в таблицу, которая является частью данных спектрометрического анализа.

Большое число разных физических процессов могут приводить к заполнению возбужденных состояний, при переходе с которых происходит характеристическое рентгеновское излучение. В общем случае, относительный выход излучения K-L- и последующих серий будет зависеть от способа возбуждения, но энергия характеристических квантов фиксирована значениями основных энергий связи в атоме. Ниже мы перечислили те механизмы возбуждения, которые имеют наибольшую практическую значимость для компактных лабораторных источников характеристического рентгеновского излучения.