Xarakteristik rentgen nurlari

X-nurlari tashqi qobiq elektronlari atomning ichki qobig'idagi bo'sh joyni to'ldirganda, har bir element uchun "xarakterli" bo'lgan rentgen nurlarini chiqaradi. X-nurlari 1909 yilda Charlz Glover Barkla tomonidan kashf etilgan^[1], keyinchalik u 1917 yilda kashfiyoti uchun fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan.

Tushunchalar[tahrir | manbasini tahrirlash]

Xarakterli rentgen nurlari elementni fotonlar, elektronlar yoki ionlar (masalan, protonlar) bo'lishi mumkin bo'lgan yuqori energiyali zarralar bilan bombardimon qilinganda hosil bo'ladi. Voqea sodir bo'lgan zarracha atomdagi bog'langan elektronga (maqsadli elektron) urilganda, nishon elektron atomning ichki qobig'idan chiqariladi. Elektron chiqarilgandan so'ng, atomda yadro teshigi deb ham ataladigan bo'sh energiya darajasi qoladi. Keyin tashqi qobiq elektronlari ichki qobiqqa tushib, yuqori va pastki holatlar o'rtasidagi energiya farqiga ekvivalent energiya darajasiga ega kvantlangan fotonlarni chiqaradi. Har bir element energiya darajalarining o'ziga xos to'plamiga ega va shuning uchun yuqoridan pastroq energiya darajasiga o'tish har bir elementga xos bo'lgan chastotali rentgen nurlarini hosil qiladi.^[2]

Rentgen nurlari kashf qilingach, ularning tabiatini uzok, vaqtgacha aniqlash qiyin boʻlgan. Chunki Rentgen nurlari elektr yoki magnit maydoni taʼsirida oʻz yoʻnalishini oʻzgartirmaydi, toʻlqin uzunligi kisqaligidan toʻlqin xususiyatini (Mas, difraksiyasini) oʻrganish, isbotlash qiyin boʻlgan. 1912-yilda nemis fizigi M. Laue va uning shogirdlari kristalldan Rentgen nurlari oʻtganida rentgen nurlari difraksiyasi sodir boʻlishini kashf qildilar. Elektron anod moddasiga kelib urilganda, oʻz energiyasining maʼlum qismini Rentgen nurlarini hosil boʻlishiga sarflaydi. Potensiallar ayirmasi U boʻlgan elektr maydonidan oʻtgan elektronning kinetik energiyasi eU = ^S— boʻladi, bunda e — elektron zaryadi, V — uning erishgan tezligi. Agar urilish jarayonida elektron qattiq tormozlanib oʻz tezligini nolgacha kamaytirsa, uning tuda kinetik energiyasi Rentgen nurlarining energiyasiga aylanadi, yaʼni = hv yoki max hc/eU; bunda X—Rentgen nurlarining toʻlqin uzunligi, v — nurlanayotgan elektromagnit toʻlqin chastotasi, h— Plank doimiysi, c — yorugʻlik tezligi. Demak, potensiallar ayirmasi qancha katta boʻlsa, Rentgen nurlarining toʻlqin uzunligi shuncha qisqa boʻladi. Toʻlqin uzunligi juda qisqa Rentgen nurlari qattiq R. n,. deyiladi. Odatda, rentgen trubkalariga 50 kV gacha kuchlanish beriladi. Bunday potensiallar farqidan oʻtgan elektron 0,4 c ga yaqin tezlikka erishadi. Betatronda elektronlarga juda katta tezlik berilishi mumkin. Betatronda tezlatilgan elektronlar dastasini biror qattiq nishonga yuborib, juda qisqa toʻlqin uzunlikli Rentgen nurlari hosil qilinadi. Toʻlqin uzunligi qanchalik qisqa boʻlsa, nurlar moddada shunchalik kam yutiladi. Shuning uchun betatronda yuzaga kelgan Rentgen nurlari, ayniqsa, katta oʻtuvchanlik qobiliyatiga ega boʻladi.

Biroq, ba'zan, energiyani rentgen nurlari shaklida chiqarish o'rniga, energiya boshqa elektronga o'tkazilishi mumkin, keyinchalik u atomdan chiqariladi. Bu Auger effekti deb ataladi, u Auger elektron spektroskopiyasida sirtlarning elementar tarkibini tahlil qilish uchun ishlatiladi.

Belgilash[tahrir | manbasini tahrirlash]

Atomda mavjud bo'lgan turli xil elektron holatlari, odatda, kimyo va umumiy fizikada qo'llaniladigan atom orbital belgilari bilan tavsiflanadi. Biroq, rentgen elektronlarning yuqori energiya darajasidan pastki energiya darajasiga o'tishini tavsiflovchi maxsus terminologiya mavjud: an'anaviy Siegbahn yozuvi yoki muqobil ravishda soddalashtirilgan rentgen yozuvi .

Siegbahn yozuvida elektron L qobiqdan K qavatga tushganda, chiqarilgan rentgen nurlanishi K-alfa (Ka) emissiya deb ataladi. Xuddi shunday, elektron M qobiqdan K qobiqqa tushganda, chiqarilgan rentgen nurlanishi K-beta (Kb) emissiya deb ataladi.^[3]

Rentgen nurlari 1895 yilda taniqli nemis fizigi Vilgelm Rentgen tomonidan tasodifan kashf etilgan. U elektrodlari orasida yuqori kuchlanish bo'lgan past bosimli gaz chiqarish trubkasidagi katod nurlarini o'rgandi. Naycha qora qutida bo'lishiga qaramay, Rentgen trubka har gal ishlayotganida yaqin atrofda bo'lgan lyuminestsent ekran porlashini payqadi. Naycha qog'oz, yog'och, shisha va hatto yarim santimetr qalinlikdagi alyuminiy plastinkaga ham kira oladigan nurlanish manbai bo'lib chiqdi.

Rentgen nurlari gaz chiqarish trubkasi yuqori penetratsion quvvatga ega yangi turdagi ko'rinmas nurlanish manbai ekanligini aniqladi. Olim bu nurlanish zarralar oqimi yoki to‘lqinlar oqimi ekanligini aniqlay olmadi va unga rentgen nurlari nomini berishga qaror qildi. Keyinchalik ular rentgen nurlari deb ataldi.

Ko'zga ko'ringan o'tishlar[tahrir | manbasini tahrirlash]

K-alfa[tahrir | manbasini tahrirlash]

Qobiqlar orasidagi elektron o'tishning Siegbahn yozuvi.

K-alfa emissiya chiziqlari elektron eng ichki "K" qobig'idagi bo'sh joyga ( asosiy kvant soni n = 1) ikkinchi "L" qobig'ining p orbitalidan ( n = 2) o'tib, u erda bo'sh joy qoldiradi. .

Dastlab K qobig'ida bitta bo'sh joy mavjudligini (va demak, bitta elektron allaqachon mavjud), shuningdek L qobig'i o'tishning yakuniy holatida to'liq bo'sh emasligini ko'rsatib, bu ta'rif minimal chegarani cheklaydi. atomdagi elektronlar soni uchtaga, ya'ni litiyga (yoki litiyga o'xshash ionga).^[4] Ikki yoki bitta elektronli atomlar bo'lsa, uning o'rniga mos ravishda He -alfa va Liman-alfa haqida gapiriladi. Keyinchalik rasmiy ta'rifda L qobig'i dastlab to'liq ishg'ol qilinadi. Bunday holda, K-alfa bilan engilroq turlar neondir .^[5] Bu tanlov, shuningdek, K-alfa rentgen energiya diapazoniga mustahkam joylashtiradi.

Lyman-alpha singari, K-alfa emissiyasi ikkita spektral chiziqdan, K-alfa ₁ (Ka ₁ ) va K-alfa ₂ (Ka ₂ ) dan iborat.^[6] K-alfa ₁ emissiyasi energiya jihatidan K-alfa ₂ emissiyasiga qaraganda bir oz yuqoriroq (va shuning uchun to'lqin uzunligi pastroq). Barcha elementlar uchun K-alfa ₁ va K-alfa ₂ intensivliklarining nisbati 2: 1 ga juda yaqin.^[7]

Hozirgi vaqtda rentgen nurlari shaklga ega ekanligi ma'lum elektromagnit nurlanish, ultrabinafsha elektromagnit to'lqinlarga qaraganda qisqaroq to'lqin uzunligiga ega.

K-alfa chiziqlariga misol qilib, temir atomlari galaktika markazidagi qora tuynuk ichiga aylanayotganda chiqadigan Fe K-alfadir.^[8] Misdagi K-alfa chizig'i ko'pincha laboratoriyaga asoslangan rentgen nurlanish spektrometriyasi (XRD) asboblarida rentgen nurlanishining asosiy manbai sifatida ishlatiladi.

K-beta[tahrir | manbasini tahrirlash]

K-alfa emissiyasiga o'xshash K-beta emissiyasi elektron uchinchi yoki "M" qobiqning 3p orbitalidan (asosiy kvant raqami 3) eng ichki "K" qobig'iga (asosiy kvant raqami 1) o'tganda yuzaga keladi.

O'tish energiyalari[tahrir | manbasini tahrirlash]

O'tish energiyasini taxminan Moseley qonuni yordamida hisoblash mumkin. Masalan, $E_{K\alpha }={\frac {3}{4}}(Z-1)^{2}Ry\approx 10.2(Z-1)^{2}~\mathrm {eV}$ , bu erda Z - atom raqami va Ry - Rydberg energiyasi . Temirning energiyasi ( Z = 26 ) K-alfa, shu tarzda hisoblangan, 6985102138751046249♠6.375 keV teng.6985102138751046249♠6.375 keV, 1% ichida aniq. Biroq, yuqori Z' uchun xato tez o'sadi.

Turli elementlar uchun Ka, Kb, La, Lb va boshqalarning o'tish energiyalarining aniq qiymatlarini atom ma'lumotlar bazalarida topish mumkin.^[5]^[9]

Tez elektronlar yoki katod nurlari past bosimli tushirish trubasining devorlari yoki anodlari bilan to'qnashganda rentgen nurlari hosil bo'ladi. Zamonaviy rentgen trubkasi evakuatsiya qilingan shisha idish bo'lib, unda katod va anod joylashgan. Katod va anod (antikatod) o'rtasidagi potentsial farq bir necha yuz kilovoltga etadi. Katod elektr toki bilan isitiladigan volfram filamentidir. Bu termion emissiya natijasida katod tomonidan elektronlarning chiqarilishiga olib keladi. Elektronlar rentgen trubkasidagi elektr maydon ta'sirida tezlashadi. Naychada juda oz miqdordagi gaz molekulalari mavjud bo'lganligi sababli, elektronlar anodga borishda deyarli o'z energiyasini yo'qotmaydi. Ular anodga juda yuqori tezlikda etib boradilar.

Ilovalar[tahrir | manbasini tahrirlash]

Xarakterli rentgen nurlari ular chiqaradigan muayyan elementni aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Bu xususiyat turli usullarda, jumladan rentgen-fluoresans spektroskopiyasida, zarrachalardan kelib chiqqan rentgen nurlanishida, energiya-dispersiv rentgen-spektroskopiyada va to'lqin uzunligi-dispersiv rentgen spektroskopiyada qo'llaniladi.

Yana qarang[tahrir | manbasini tahrirlash]

Spektral chiziq
Elektron ushlash
Ichki konversiya

Manbalar[tahrir | manbasini tahrirlash]

↑ Wittke. „The Origin of Characteristic X-rays“. 2013-yil 9-iyulda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2013-yil 18-iyun.
↑ „X-Ray Fluorescence (XRF): Understanding Characteristic X-Rays“. 2013-yil 28-dekabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2013-yil 18-iyun.
↑ Nave. „Characteristic X-Rays“. HyperPhysics. Qaraldi: 2013-yil 18-iyun.
↑ Bearden, J. A. (1967). "X-Ray Wavelengths". Reviews of Modern Physics 39 (1): 78–124. doi:10.1103/RevModPhys.39.78. http://link.aps.org/abstract/RMP/v39/p78. Qaraldi: 2021-07-01. Xarakteristik rentgen nurlari]]
↑ ^5,0 ^5,1 NIST X-Ray Transition Energies Database
↑ Clark. „Single-crystal X-ray Diffraction“. Geochemical Instrumentation and Analysis. Carleton College. Qaraldi: 2019-yil 22-aprel.
↑ Klug, H. P.. X-Ray diffraction procedures: for polycrystalline and amorphous materials, 2nd, John Wiley and Sons, Inc, 1974 — 86 bet. ISBN 978-0-471-49369-3.
↑ Fukumura, Keigo; Tsuruta, Sachiko (2004-10-01). "Iron Kα Fluorescent Line Profiles from Spiral Accretion Flows in Active Galactic Nuclei" (en). The Astrophysical Journal 613 (2): 700–709. doi:10.1086/423312. http://stacks.iop.org/0004-637X/613/i=2/a=700.
↑ Spectr-W3 database

Ushbu maqola Mirzo Ulug'bek nomidagi O'zbekiston Milliy universitieti Fizika fakulteti talabasi Abbos Jonishev tomonidan Wikita'lim loyihasi doirasida ingliz tilidan tarjima qilindi.

[1] Wittke. „The Origin of Characteristic X-rays“. 2013-yil 9-iyulda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2013-yil 18-iyun.

[2] „X-Ray Fluorescence (XRF): Understanding Characteristic X-Rays“. 2013-yil 28-dekabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2013-yil 18-iyun.

[3] Nave. „Characteristic X-Rays“. HyperPhysics. Qaraldi: 2013-yil 18-iyun.

[4] Bearden, J. A. (1967). "X-Ray Wavelengths". Reviews of Modern Physics 39 (1): 78–124. doi:10.1103/RevModPhys.39.78. http://link.aps.org/abstract/RMP/v39/p78. Qaraldi: 2021-07-01. Xarakteristik rentgen nurlari]]

[NIST-XrayTrans-5] 5,0 ^5,1 NIST X-Ray Transition Energies Database

[6] Clark. „Single-crystal X-ray Diffraction“. Geochemical Instrumentation and Analysis. Carleton College. Qaraldi: 2019-yil 22-aprel.

[7] Klug, H. P.. X-Ray diffraction procedures: for polycrystalline and amorphous materials, 2nd, John Wiley and Sons, Inc, 1974 — 86 bet. ISBN 978-0-471-49369-3.

[8] Fukumura, Keigo; Tsuruta, Sachiko (2004-10-01). "Iron Kα Fluorescent Line Profiles from Spiral Accretion Flows in Active Galactic Nuclei" (en). The Astrophysical Journal 613 (2): 700–709. doi:10.1086/423312. http://stacks.iop.org/0004-637X/613/i=2/a=700.

[9] Spectr-W3 database

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]