Cтраница 3
Целью издания настоящего справочника является по крайней мере частичное восполнение указанного пробела в литературе по рентгеновской спектроскопии. Для большего удобства пользования справочником было решено распределить имеющийся материал в двух томах, каждый из которых представлял бы самостоятельный интерес. Настоящая книга, являющаяся первым томом справочника, содержит достаточно полную сводку длин волн известных в настоящее время линий рентгеновских спектров элементов, данные об относительных интенсивностях этих линий, общие сведения о коэффициентах ослабления и рассеяния рентгеновских лучей, а также некоторые данные из теории строения атома, используемые в рентгеновской спектроскопии. [31]
Ридберга, почти точно совпавшая с экспериментальным значением. Оказалось, что между квадратным корнем из волнового числа v ( величина, обратная длине волны, измеряется в см-1) соответствующих линий рентгеновского спектра элемента и атомным номером Z существует простая линейная зависимость V T К. Значения Z, удовлетворяющие этому уравнению, превосходно согласуются с порядковыми номерами элементов в системе, благодаря чему появилась возможность убедиться в истинности отнесения величины Z. Таким образом были получены доказательства, что перестановка Менделеевым некоторых пар элементов ( Аг и К, Со и Ni, Те и I), нарушающая последовательность атомных весов, была совершенно правильной. [32]
Менделеева об определяющем характере места элемента в периодической системе. Экспериментальное открытие в рентгеновском спектре численного значения порядкового номера элемента, сделанное Мозели в 1913 г., явилось в конечном счете прямым уточнением с количественной стороны представления о месте элемента в системе Менделеева: это место получило теперь порядковое число, значение которого могло быть выведено непосредственно из анализа рентгеновского спектра элемента. Точно также открытие Фаянсом, Содди и Ресселом в том же 1913 г. закона сдвига явилось в конечном счете опять-таки развитием и углублением представлений Менделеева о месте элемента в периодической системе. На этот раз место выступило как ступень, проходимая элементом в процессе своего радиоактивного распада. Самое слово сдвиг выражает собою ту мысль, что при радиоактивном превращении элементы как - бы сдвигаются с одного места на другое по системе Менделеева: направо, на соседнее место - при р-распаде; налево, через одно место - при а-распаде. [33]
Относительная интенсивность рентгеновских спектральных линий для большого числа элементов в настоящее время хорошо известна. Она не зависит от условий получения спектров, химического состава пробы и содержания в ней анализируемого элемента. В принципе это позволяет использовать рентгеновские спектральные линии в качестве марок интенсивности для построения характеристической кривой эмульсии. Для этого, конечно, необходимо, чтобы спектральная чувствительность используемого для получения спектра прибора не зависела от угла отражения, иными словами, чтобы пространственная разобщенность линий рентгеновского спектра элемента на спектрограмме не приводила к искажению истинного соотношения их интенсивностей. Этому условию не удовлетворяют, например, спектрографы типа Иоганна с постоянным по величине протяженным фокусом рентгеновской трубки при равномерном качании кассеты спектрографа. По некоторым причинам здесь наблюдается систематическое искажение величины интенсивности рентгеновских спектральных линий элемента, приводящее к относительному возрастанию интенсивности коротковолновых линий. Это делает нерациональным использование описываемого метода построения характеристической кривой при работе с такими приборами. [34]
В 1912 г. Генри Мозли ( 1887 - 1915) обнаружил, что частота рентгеновского излучения, испускаемого элементами при бомбардировке электронным пучком, лучше коррелирует с их порядковыми номерами, чем с атомными массами. Закономерная взаимосвязь между порядковым номером элемента и частотой ( или энергией) рентгеновских лучей, испускаемых элементом, определяется внутриатомным строением элементов. Когда элемент бомбардируется мощным пучком электронов, атомные электроны, находящиеся на самых глубоких энергетических уровнях, или, иначе, электроны из самых внутренних оболочек ( ближайших к ядру), могут вырываться из атомов. Когда внешние электроны переходят со своих оболочек на образовавшиеся вакансии, атомы излучают энергию в форме рентгеновских лучей. Рентгеновский спектр элемента ( набор частот испускаемого рентгеновского излучения) содержит в себе информацию об электронных энергетических уровнях его атомов. В настоящий момент для нас важно то, что эта энергия зависит от заряда ядра атома. Чем больше заряд атомного ядра, тем прочнее связаны с ним самые внутренние электроны атома. Тем большая энергия требуется для выбивания из атомов этих электронов и, следовательно, тем большая энергия испускается, когда внешний электрон переходит на вакансию во внутренней электронной оболочке. [35]
Если бы не было так трудно уменьшить разбросы амплитуд, появилась бы возможность замены кристаллов амплитудными селекторами при разложении ( рентгеновских лучей в спектр с целью определения состава образца. Однако удовлетворительные измерения такого рода требуют значительно более тщательной стабилизации источника питания детектора, чем это необходимо в других случаях. В настоящее время невозможно предсказать, насколько широко в дальнейшем будет проводиться замена кристаллов амплитудными селекторами, так как в этом направлении сделаны лишь первые шаги. Во всяком случае такая замена будет возможна не всегда. Она может быть перспективной, если рентгеновский спектр образца состодт из сравнительно небольшого числа линий, далеко отстоящих друг от друга. Чем больше расстояние между линиями, тем лучше, но всегда эти расстояния должны быть не меньше, чем для линий одной серии рентгеновских спектров элементов, отличающихся на несколько атомных номеров. Метод амплитудной селекции прежде всего может быть применен для контроля производственных процессов и в ряде других простых задач, требующих быстрого реагирования или высокой интенсив ности. [36]
Эта глава будет закончена рассмотрением некоторых процессов, частично уже упоминавшихся, с участием орбитальных электронов атома. Испускание атомом характеристических рентгеновских лучей также объясняется электронными переходами, однако между оптическим и рентгеновским спектром существует большая разница. Рентгеновские лучи возникают в результате движения электронов между уровнями, занятыми электронами в атоме в его нормальном состоянии, тогда как оптический спектр обусловлен возвращением электронов, вначале перешедших на внешние обычно незаполненные уровни при процессе, называемом возбуждением, обратно на орбиты с низшей энергией. Так как энергия внешних электронов изменяется от элемента к элементу, то лишь атомы с одинаковым расположением внешних электронов имеют оптические спектры одного типа. Так, оптические спектры элементов одной группы периодической системы во многих случаях похожи друг на друга. Например, все спектры щелочных металлов принадлежат к одному типу, но отличаются от спектров щелочных земель. Рентгеновские спектры элементов не проявляют таких периодических свойств, так как внутренние электроны расположены одинаково ва всех элементах, кроме самых легких. [37]