Cтраница 2
К явлениям, подтверждающим сложное строение атома, относится возникновение линейчатых спектров рентгеновских лучей. Соответствующие им характеристические рентгеновские лучи возникают при выбивании быстрыми частицами электронов из оболочек К, L и М тяжелых элементов. Освободившийся электрон переходит на одну из более удаленных от ядра орбит. Для вырывания / ( -, - L -, или М - электрона требуется очень большая порция энергии, так как эти электроны крепко связаны с ядром, имеющим большой положительный заряд, и защищены от внешних воздействий электронами наружных оболочек. Например, чтобы удалить электрон из / С-оболочки на N-оболочку атома молибдена, нужно затратить энергию, приблизительно равную 20 тыс. эв. [16]
Известно, что любой элемент, помещенный на анод рентгеновской трубки, к которой приложена разность потенциалов выше критической, становится источником рентгеновских характеристических лучей. Те же лучи возникнут как вторичные характеристические рентгеновские лучи, если этот элемент будет облучен рентгеновскими лучами, имеющими меньшую длину волны. [17]
При неупругом взаимодействии с ядрами вещества электроны теряют энергию в кулоновском поле ядер и вызывают эмиссию рентгеновского излучения со сплошным спектром. Неупругие столкновения могут вызвать ионизацию атомов, в результате чего возникают характеристические рентгеновские лучи или Оже-электроны. Если неупругие взаимодействия происходят между первичным пучком электронов зонда и слабо связанными внешними электронами вещества, испускаются вторичные электроны, имеющие энергию не выше нескольких десятков электрон-вольт. Кроме процессов, связанных с возбуждением внутренних и валентных оболочек атома, существуют плазменное и фононное возбуждения. Первый тип возбуждения характеризуется осцилляцией свободных электронов объекта в месте прохождения первичного пучка за счет энергии последнего. Фононное возбуждение является результатом взаимодействия зонда с кристаллической решеткой, что приводит к колебаниям атомов в решетке, испусканию световых квантов и в конечном счете к локальному разогреву вещества. [18]
Вторым типом рентгеновских лучей являются характеристические рентгеновские лучи. Такое название они получили потому, что эти лучи характеризуют вещество антикатода ( анода) рентгеновской трубки. Характеристические рентгеновские лучи имеют линейчатые спектры. Особенность этих спектров состоит в том, что атомы каждого химического элемента, независимо от того, в каких химических соединениях они находятся, имеют свой, вполне определенный линейчатый спектр характеристических рентгеновских лучей. Этим рентгеновские характеристические спектры атомов существенно отличаются от оптических электронных спектров тех же атомов. Оптические спектры атомов зависят от того, находятся ли атомы в свободном состоянии или в химических соединениях. [19]
Баркла обнаружил, что металлы способны рассеивать рентгеновские лучи, проникающая способность которых ( жесткость) четко определяется для каждого металла. Другими словами, каждый элемент производит свои характеристические рентгеновские лучи. За это открытие Баркла был удостоен Нобелевской премии по физике за 1917 год. [20]
При использовании кристалла известной структуры ( с известным расстоянием d) формула Вульфа-Брэггов дает возможность определять длины волн, входящих в состав рентгеновского излучения. На этом основан метод определения химического состава вещества, называемый рентгеноспектральным анализом. Исследуемое вещество бомбардируют быстрыми электронами ( поместив его, например, на анод разборной рентгеновской трубки), в результате чего оно испускает характеристические рентгеновские лучи, падающие на кристалл известной структуры. [21]
При использовании кристалла известной структуры ( с известным расстоянием d) формула Вульфа - Брэггов дает возможность определять длины волн, входящих в состав рентгеновского излучения. На этом основан метод определения химического состава вещества, называемый рентгеноспектральным анализом. Исследуемое вещество бомбардируют быстрыми электронами ( поместив его, например, на анод разборной рентгеновской трубки), в результате чего оно испускает характеристические рентгеновские лучи, падающие на кристалл известной структуры. Сфотографировав возникающую при этом дифракционную картину, измеряют углы ф и рассчитывают по формуле ( 10) соответствующие длины волн. [22]
В случае, когда энергия электрона достигает некоторого критического значения, характерного для материала антикатода, или превышает его, на фоне сплошного спектра возникают интенсивные максимумы с дискретными значениями энергии. Поскольку рентгеновские лучи такого рода зависят от материала антикатода, то они обычно называются характеристическими рентгеновскими лучами. Характеристические рентгеновские лучи обладают отличительными свойствами. [23]
Падающие пучки электронов могут возбуждать электроны внутренних оболочек атомов. Именно так получаются рентгеновские лучи в рентгеновских трубках. Кроме характеристических рентгеновских лучей или белого тормозного излучения, такое возбуждение может привести к эмиссии оже-электронов, которые имеют энергии, характерные для данного сорта атомов. В то время как характеристические рентгеновские лучи и оже-электроны являются важным средством исследования химического состава материалов, ни одно из этих излучений не дает заметного вклада в фон электро-нограмм или в коэффициенты поглощения электронов в твердых телах. В этом смысле значительно более важную роль играет возбуждение электронов внешних оболочек, или валентных электронов. [24]
Сущность этого метода заключается в том, что пучок быстрых электронов направляется на исследуемый участок шлифа. Под воздействием пучка электронов атомы металла излучают характеристические рентгеновские лучи, которые затем разлагаются в спектор. Счетчик, установленный под углом Брегга, определяет интенсивность характеристических лучей, которая пропорциональна количеству атомов исследуемого элемента. По интенсивности путем сравнения с эталоном устанавливается концентрация элемента в данном участке шлифа. [25]
Было установлено, что тщательно очищенная фракция теллура оказалась неактивной. Если излучение I125 направить через бериллиевое окошко в пропорциональный счетчик, заполненный криптоном, то окажется, что амплитудное распределение, наблюдаемое с помощью одноканаль-ного амплитудного анализатора, включает пики у-лучей с энергией 35 кэв и характеристические рентгеновские лучи ЛГ-оболочки теллура. [26]
Известно, что оптический спектр изолированного атома состоит из отдельных линий. При образовании молекулы оптический спектр усложняется - возникает полосатый спектр. При переходе вещества в твердое состояние изменяется характер спектра: он может стать сплошным. В отличие от этого линейчатый рентгеновский спектр атома не изменяется; он не зависит от того, к какому веществу относится. По-видимому, характеристические рентгеновские лучи порождаются не слабо связанными с ядром валентными ( оптическими) электронами, а электронами, расположенными близко к ядру. [27]
Нетрудно понять причину изменения оптических спектров в различных химических соединениях атомов. Оптические линейчатые спектры атомов определяются поведением внешних валентных электронов. Когда образуются химические связи, состояния валентных электронов изменяются, и это сказывается на оптическом спектре. Тот факт, что рентгеновские линейчатые спектры являются индивидуальной характеристикой атома, не изменяющейся при вступлении его в химические соединения, указывает на природу характеристических рентгеновских лучей. Очевидно, характеристические рентгеновские лучи возникают при процессах, происходящих в глубинных, застроенных электронных оболочках атомов, которые не изменяются, когда атом вступает в химические соединения. [28]
Приготовленный таким образом препарат изучают под оптическим микроскопом ( МИМ-7), выбирая наиболее характерные участки, не содержащие крупных пор. Затем образец зажимают в одном из гнезд специального держателя, который позволяет отмечать координаты выбранных для анализа участков, и вводят вместе с держателем через шлюз в камеру объекта микроанализатора. Держатель имеет девять гнезд для образцов и механизм для перемещения препарата в двух взаимно перпендикулярных направлениях и в вертикальном - для наводки на резкость. При проведении локального химического анализа вдоль выбранного направления предусмотрено автоматическое перемещение образца со скоростями 10, 20, 50 и 100 мкм / мин. С помощью оптического микроскопа по известным координатам находят на препарате участки, предназначенные для анализа. Микроскопом фокусируют электронный зонд в нужной точке на поверхности образца. Образец в этой своего рода рентгеновской трубке становится антикатодом и испускает характеристические рентгеновские лучи, которые попадают в спектрометры. Спектрометры устанавливаются в положение, обеспечивающее выделение из общего рентгеновского спектра характеристических лучей той длины волны, которые характеризуют определяемый элемент. Далее эти лучи попадают в счетчик квантов Гейгера - Мюллера, сигналы от которого пбдают-ся на регистрирующее устройство и записываются в виде диаграммы. Микроанализаторы имеют два идентичных и симметрично расположенных относительно точки падения зонда спектрометра, что позволяет одновременно определять два элемента. [29]