Structura fina a radiatiei cu raze X caracteristice a unui anod de wolfram

Structura fina a radiatiei cu raze X caracteristice a unui anod de wolfram

Experimentul Structura fina a radiatiei cu raze X caracteristice a unui anod de wolfram demonstreaza structura fina a liniilor L ale wolframului. Datorita divizarii nivelurilor de energie, sunt vizibile aproximativ 11 tranzitii (Lα1-2, Lβ1-4, Lγ1-3, Ll, Lν), care pot fi folosite pentru evaluarea pozitiei nivelelor de energie si pentru a evidentia tranzitiile permise si interzise.

Obiectivele experimentului:

• Inregistrarea spectrului unei anode de wolfram.
• Investigarea structurii seriei L.
• Determinarea diviziunii stratului L.

Informatii de baza:

In timpul functionarii unui tub de raze X, pe langa spectrul continuu de bremsstrahlung, este emisa si radiatia caracteristica (vezi, de exemplu, brosura LD Physics P6.3.3.2). In contrast cu bremsstrahlung-ul, radiatia caracteristica nu prezinta o distributie continua a intensitatii radiatiei in spectru; spectrul sau consta din linii distincte.

Radiatia caracteristica apare atunci cand electronii accelerati in tubul de raze X catre anod ciocnesc alti electroni din stratul intern al atomilor materialului anodei, acestia avand o energie de legatura mai mica decat electronii care lovesc. Atomul ionizat astfel are apoi o golire (gaura de electron) intr-un substrat anterior complet al invelisului. Acest stat cu o gaura in invelisul atomic altfel complet este, cu exceptia semnului, foarte similar cu un atom cu un singur electron, motiv pentru care identificarea precisa a starii poate fi facuta recurgand la numarul atomic cunoscut din fizica nucleara, cum ar fi 1S1/2, 2P3/2 sau general nLj. Alternativ, in spectroscopia cu raza X, invelisurile sunt denumite si ele prin literele K, L, M, etc., impreuna cu diviziunea lor in substraturi precum L1, L2, L3.

Fiecare dintre aceste goluri de electroni este umplut cu un electron dintr-un strat superior al atomului, legat mai slab: de exemplu, stratul L poate fi astfel umplut daca un electron din stratul M trece peste. Un astfel de transfer este asociat cu emiterea unui foton. Radiatia prezinta doar anumite energii discrete ale fotonilor, care corespund diferentei de energie a nivelelor in cauza si este specifica fiecarui element chimic.

O rezolutie mai mare a spectrului de raze X releva o diviziune a tuturor invelisurilor (cu exceptia invelisului K) in substraturi individuale. Responsabilitatea pentru aceasta sta, pe de o parte, in cuplajul spin-orbita, de exemplu, divizarea intre orbitali precum L2 (2P1/2) si L3 (2P3/2), si, pe de alta parte, la modificarea impamantarii sarcinii nucleare de catre electronii care raman inca in orbitali cu o alta distributie a probabilitatii golului de electron, cum ar fi L1 (2S1/2). Diviziunea prin cuplaj spin-orbita este cunoscuta si din spectroscopia optica, de exemplu, liniile galbene D1, D2 ale sodiului.

Exista doua sisteme de nomenclatura diferite pentru liniile de raze X folosite astazi; unul este istoric, provenit de la fizicianul suedez M. Siegbahn (de exemplu, Lα1), iar celalalt este un sistem mai sistematic si recomandat de IUPAC (de exemplu, L3-M5).

Denumirile istorice ale liniilor de raze X caracteristice sunt compuse din simbolul invelisului de electroni (K, L, M, etc.) si literele grecesti mici (α, β, γ, etc.) sau o litera mica latina. Astfel, denumirea liniei Kα pentru trecerile de la straturile L la stratul K. O rezolutie mai mare releva divizarea liniilor individuale si eticheteaza aceste diviziuni de structura fina cu numere corespunzatoare intensitatii.