Radiación característica de rayos X

La radiación de rayos X característica es un espectro lineal de radiación de rayos X que surge en las transiciones entre los niveles de energía de la capa interna de electrones y es característica del elemento respectivo . Fue descubierto por Charles Glover Barkla , quien recibió el Premio Nobel de Física por ello en 1917 .

Aparición

Las líneas características del espectro de rayos X ( , , ...) creados en la imagen de modelo de capas como sigue: ${\ Displaystyle K _ {\ alpha}}$${\ Displaystyle K _ {\ beta}}$

1. Uno de los electrones libres de alta energía del haz de electrones golpea un electrón que está ligado de acuerdo con la configuración electrónica en la capa interna de su átomo. Al hacerlo, se debe transferir al electrón impactado al menos tanta energía como sea necesaria para saltar a una capa aún desocupada. Por lo general, la energía de impacto es mayor que la energía de enlace anterior del electrón y el átomo está ionizado .
2. La brecha resultante se cierra con un electrón de una capa más alejada. Para hacer esto, el electrón de mayor energía del caparazón ubicado más afuera tiene que renunciar a la diferencia de energía cuando cambia a un caparazón ubicado más adentro. Emite un fotón (radiación cuántica).

La energía del fotón es típicamente del orden de magnitud 1-100  keV correspondiente a la diferencia de energía de la capa de electrones en los dos estados (electrón faltante en la capa interna y en la capa externa) y, por lo tanto, está en el espectro electromagnético en la X -Rango de rayos. Por tanto, los cuantos de radiación tienen la diferencia de energía entre la capa superior (por ejemplo, L-) y la inferior (por ejemplo, K-). Dado que esta diferencia de energía es específica del elemento, esta radiación de rayos X se denomina radiación de rayos X característica .

La longitud de onda y, por tanto, la energía de la radiación emitida se pueden calcular utilizando la ley de Moseley .

Designación de las líneas espectrales

Las primeras tres líneas K y los niveles de energía asociados

Las primeras tres K líneas de cobre

Para designar las líneas de rayos X, primero especifique la capa interna a la que pasó el electrón durante la emisión, p. Ej. B. K, L, M, etc. Una letra griega como índice indica la diferencia con el  número cuántico principal n de la capa exterior de la que procede el electrón. Por ejemplo, corresponde a

• un índice uno de 1, es decir H. la siguiente capa superior (para la serie K, esta es la capa L)${\ Displaystyle \ alpha}$${\ Displaystyle \ Delta n}$
• un índice uno de 2 (para la serie K, este es el caparazón M), etc.${\ Displaystyle \ beta}$${\ Displaystyle \ Delta n}$

En las series L y M y en el caso de átomos de mayor número atómico , esta asignación ya no es tan clara. La división de la estructura fina juega un papel aquí. Además del índice griego, se utiliza un índice numérico para distinguir las líneas.

Aparición de varias líneas espectrales después de una excitación electrónica.

Los átomos con un número atómico más alto tienen varias capas externas que pueden suministrar un electrón para llenar el agujero en la capa interna. El agujero también puede surgir en diferentes conchas interiores. En consecuencia, estos átomos también pueden emitir rayos X de diferentes energías.

• Después de un electrón z. B. ha caído de la carcasa L a la K, la carcasa L vuelve a tener poco personal. Otro electrón de una capa aún más alta cae y emite otro fotón . Este segundo fotón es de menor energía y contribuye a la línea L en este ejemplo.
• Además de la emisión de rayos X, especialmente en el caso de átomos ligeros con números atómicos , la transferencia de energía a los electrones más alejados es otra forma de compensar la diferencia de energía (ver Efecto Auger ).${\ Displaystyle Z <30}$

Generación en el tubo de rayos X

Líneas espectrales de rayos X de un ánodo de cobre. El eje horizontal muestra el ángulo de deflexión después de la reflexión de Bragg en un cristal LiF

En un tubo de rayos X , los electrones de alta energía golpean un ánodo y generan tanto rayos X característicos como bremsstrahlung . En el espectro representado gráficamente, las líneas de los rayos X característicos aparecen como elevaciones altas ( picos ) en el fondo continuo de la bremsstrahlung.

solicitud

La radiación característica de rayos X se observa con detectores que determinan la energía o la longitud de onda de los cuantos de rayos X. El espectro permite sacar conclusiones cualitativas sobre la composición elemental de la muestra, y una corrección ZAF también permite el análisis cuantitativo. Este principio se utiliza en el análisis de fluorescencia de rayos X , de dispersión de energía (EDX / EDS) y la espectroscopia de rayos X dispersiva de longitud de onda (WDX / WDS).

enlaces web

• Base de datos (Base de datos de energías de transición de rayos X) para las energías de los rayos X característicos (teóricos y experimentales) de diversas sustancias.
• LP: Radiación característica , Georg-August-Universität Göttingen. Notas, especialmente en la notación.

Ver también

• Borde de absorción