Зміст
Вступ
1. Рентгенівськевипромінювання
1.1 Природата одержання рентгенівського випромінювання
1.2 Гальмівнета характеристичне рентгенівське випромінювання та його спектри
2. Рентгенівськіспектри атомів
3. Поглинанняі розсіяння рентгенівського випромінювання
4. Застосуваннярентгенівського випромінювання
Висновок
Література
Вступ
У мірупоглиблення і розширення знань про структуру хімічних сполук, металів і сплавівінтерес хіміків і металознавців до проблеми хімічного зв’язку усе більшпідвищується. Це знаходить|находить| своєвираження в інтенсивній розробці багатьох питань теорії і в ще більшій мірі — врозвитку багаточисельних|численних| новихекспериментальних методів дослідження. Важливого|поважного|значення набувають фізичні методи дослідження, що дозволяють більш меншбезпосередньо встановлювати зв’язок хімічних і фізичних властивостей речовини зйого будовою і з особливостями розподілу по енергіях електронів в металі або вз’єднанні|сполуці|. До таких методівналежать, в першу чергу, вивчення магнітних характеристик речовини,рентгенівські і деякі оптичні методи.
Зараз немаєнеобхідності пропагувати вживання рентгенографічних і электроннографічнихметодів дослідження в хімії. Їх роль в хімії взагалі, і головним чином встереохімії і металознавстві, загальновідома і загальнопризнана. Навпаки, доречнішевказати на властивих цим методам недоліки. Рентгенографічний іэлектроннографічний методи, як правило, не є «прямими» методами вивченняпросторового розташування атомів в молекулах і кристалах, що дозволяють«бачити» основні структурні складові з’єднання. Найбільш достовірним зазвичай єтой варіант структури, в якому що найкраще узгоджуються обчислена іспостережена картини інтерференції рентгенівських або електронних хвиль вречовині. При цьому фіксованими виявляють лише центри тяжіння атомів, створюючиструктуру. Думка ж про типа сі;: хімічному зв’язку, що обумовлюють стійкістьз’єднання, робиться з різною мірою достовірності, на підставі непрямихміркувань і напівемпіричних узагальнень. Фур’є-аналіз, за допомогою якого можнавивчати розподіл електронної щільності в з’єднання і таким чином кількіснооцінювати характер хімічного зв’язку між складовими їх атомами, широкоговживання ще не отримав: він використовується лише для кристалів із заздалегідьдобре вивченою кристалічною структурою. Таким чином, здається виправданимзалучення до сфери физико-хімічних досліджень нових фізичних методів вивченнямікроскопічної структури твердих і рідких тіл; ці методи чутливіші до зміниелектронної будови атомів, чим сучасний структурний аналіз.
1. Рентгенівське випромінювання
Рентгенівськевипромінювання було відкрите у 1895 р. видатним німецьким вченим В. Рентгеном(1845-1923), яке він назвав λ-променями. Пізніше воно було названо на йогочесть. Якщо основні властивості рентгенівського випромінювання були вивчені вдосить короткий час після їх відкриття, то їх природа довгий час залишаласьнез’ясованою.
1.1 Природа та одержання рентгенівськоговипромінювання
В1912 р. М. Лауе одержав дифракцію рентгенівського випромінювання намонокристалах, що довело їх хвильову природу. Оскільки воно сильно іонізуєповітря, не зазнає відхилення в електричному і магнітному полях, викликаєпочорніння фотоемульсій, то було зроблено висновок про його електромагнітнуприроду.
У1907 р. В. Він (1864-1928), вимірюючи енергію фотоелектронів, які звільнялисяпід дією рентгенівського випромінювання, визначив довжину його хвилі. Буловстановлено, що довжина хвилі />’=7*10-5 мкм. Таким чином було доведено, що рентгенівське випромінюваннямає ту саму природу, що й світло, і відрізняється від нього лише досить малимидовжинами хвиль. Рентгенівські хвилі охоплюють широкий інтервал довжин: від0,01 до 10-8 мкм.
/>
Джереламирентгенівського випромінювання є рентгенівські трубки, які в простіших випадкахявляють собою двоелектродні вакуумні прилади різних конструкцій і розмірів. Нарис. 1.1 наведена схема рентгенівської трубки. У скляну трубку введено електроди:К (катод) і А (анод). Катод розжарення є джерелом електронів. Між катодом іанодом підтримується різниця потенціалів U в десятки і сотні кіловольтів.Електрони, які набули високих енергій у прискорювальному електричному полі,бомбардують анод А, площина якого утворює з напрямом руху електронів кут 45°.Внаслідок цього рентгенівське випромінювання, що виникає при гальмуванніелектронів анодом, виходить із трубки через отвір захисного свинцевого екрану.Оскільки напруга на трубці досить висока, то вона завжди працює в режимі струмунасичення. Щоб змінити інтенсивність рентгенівського випромінювання, змінюютьструм розжарення катода. Коефіцієнт корисної дії рентгенівських трубок близько1 %, тобто 99 % кінетичної енергії електронів перетворюється в тепло. Запринципом одержання електронних пучків рентгенівські трубки поділяють на тритипи: іонні, електронні та індукційні. Джерелами рентгенівського випромінюванняможуть бути природні та штучні радіоактивні елементи, а також ряд небесних тіл.Так, сонячна корона дає потужне рентгенівське випромінювання в інтервалі хвиль10 3-10-2 мкм, а Місяць під впливом потоку протонів(особливов роки активного Сонця) дає інтенсивне рентгенівське випромінювання.
1.2 Гальмівне та характеристичнерентгенівське випромінювання та його спектри
/>
Дослідженняпоказали, що за порівняно низьких напруг рентгенівське випромінювання утворюєсуцільний спектр. Електрони, що вилітають з катода, під дією зовнішньогоелектричного поля набувають високих енергій і при досягненні анода гальмуються,внаслідок чого виникає рентгенівське випромінювання. Суцільний спектр рентгенівськоговипромінювання пояснюється гальмуванням електронів у момент досягнення нимианода. Таке випромінювання називають гальмівним. На рис. 1.2 показано експериментальнікриві розподілу інтенсивності рентгенівського випромінювання за довжинамихвиль. Криві одержали за допомогою трубок, які працюють при однакових напругахз різними матеріалами анода (вольфрам, молібден, хром). Характерною особливістюсуцільних рентгенівських спектрів є наявність чіткої короткохвильової межіλтіп та її незалежність від речовини анода. Із підвищеннямнапруги інтенсивність випромінювання збільшується, а короткохвильова межазміщується в бік коротких хвиль. Між прискорювальною напругою U і частотою γmахіснує лінійна залежність (рис. 1.3).
Виникненнясуцільного рентгенівського спектра в класичній електродинаміці пояснюєтьсягальмуванням електронів у полі кристалічної ґратки анода. Існуваннякороткохвильової межі λтіn класична теорія пояснити не може.
Наоснові фотонної теорії кожний електрон при гальмуванні породжує один фотон. Уразі повного переходу енергії електрона в енергію випромінювання виникає фотоніз максимальним значенням енергії, тобто
/> mах/> min (1.1)
/>
Рис.1.3
Призіткненнях електронів з анодом частина енергії витрачається переважно нанагрівання анода. У цьому разі народжуються фотони з частотами γ
Увипадку підвищення напруги на рентгенівській трубці до величини, більшої задеяке критичне значення, що залежить від речовини анода, на фоні суцільногоспектра виникають лінійчасті, інтенсивність яких у тисячі разів перевищуєінтенсивність суцільного спектра. Оскільки лінійчастий рентгенівський спектрвизначається природою речовини, з якої виготовлено анод, то його називаютьхарактеристичним. З рис. 1.2 видно, що для напруги, при якій рентгенівськатрубка з анодом із вольфраму і хрому випромінює суцільний спектр, трубка змолібденовим анодом, крім суцільного, випромінює ще лінійчастий спектр.Виникнення характеристичного рентгенівського випромінювання фотонна теоріяпояснює вибиванням електронів із внутрішніх електронних шарів атомів анодашвидкими електронами або фотонами високих енергій. Перехід електронів з вищихшарів на шар, з якого вибито електрон, супроводжується випромінюваннямрентгенівського кванта. Існування характеристичного випромінювання підтверджуєнаявність дискретних рівнів енергії атомів.
2. Рентгенівські спектри атомів
/>
Після виявленнярентгенівських променів, було викликало інтерес у багатьох дослідників.Важливий крок вперед зробив англієць Чарлз Баркла, що довів експериментально,що рентгенівське випромінювання це електромагнітні хвилі, довжина яких менша,ніж у видимого світла і ультрафіолетових променів.
Рентгендосліджував так зване гальмівне рентгенівське випромінювання. Воно виникає вкатодній трубці при зіткненні електронів з анодом і має безперервний спектр(широкий діапазон довжин хвиль). Але Баркла виявив, що якщо впливати на атомиелементу рентгенівськими променями, то атоми самі починають випускати такі жпромені певних довжин хвиль. Кожному елементу властивий свій, індивідуальнийспектр характеристичного рентгенівського випромінювання, подібний до оптичнихлінійчатих спектрів, але розташований в іншому діапазоні довжин хвиль.
Цим спектрамтакож дала пояснення квантова теорія. Якщо рентгенівський фотон вибиває за межіатома електрон з якого-небудь з нижніх електронних шарів, то один з електронів,що знаходиться у вищих шарах (що має велику енергію), перескакує на місце, щозвільнилося, і відповідно до постулатів Бору випускає новий фотон з довжиноюхвилі рентгенівського діапазону, — це і є характеристичне рентгенівськевипромінювання. Від того, який саме з електронів впаде на місце вибитого,залежить довжина хвилі фотона; тому видалення одного і того ж електронанаводить до появи цілої спектральної серії характеристичного випромінювання.
Окрімгальмівного і характеристичного існує ще один різновид рентгенівськоговипромінювання. Якщо пучок дуже швидких електронів потрапляє в сильне магнітнеполе, траєкторії часток круто завертаються. В той же час, як і при будь-якомурусі зарядів, з’являється синхротроннеелектромагнітне випромінювання (вперше його спостерігали в синхротроні — одномуз типів прискорювачів заряджених часток). Довжини хвиль синхротронноговипромінювання можуть бути різними залежно від напруженості магнітного поля.Нерідко вони знаходяться в межах рентгенівського діапазону, але ближче доультрафіолетового. Таке випромінювання називається м’яким рентгенівським.
3. Поглинання та розсіяння рентгенівськоговипромінювання
Рентгенівськевипромінювання має велику проникну здатність. При взаємодії рентгенівськихфотонів з електронами атомів речовини енергія випромінювання витрачається натакі процеси утворення: когерентного випромінювання, при якому довжина хвилі таенергія розсіяного фотона не змінюються, а змінюється тільки напрям імпульсу;некогерентного випромінювання, при якому змінюються напрям і величина імпульсуфотона та його енергія (комптонівське розсіяння); фотоелектронів, які маютьпевні значення кінетичної енергії, та іонізованих атомів (внутрішнійфотоефект); двічі іонізованих атомів та на ін. Внаслідок цього інтенсивністьрентгенівського випромінювання при проходженні крізь речовини зменшується,тобто воно поглинається. Поглинання рентгенівського випромінювання в загальномувипадку зумовлене справжнім поглинанням та розсіянням і відбувається заекспоненціальним законом
/>kd (1.2)
де/>-початкова інтенсивність рентгенівського випромінювання; /> -інтенсивність випромінювання, що проходить шар речовини завтовшки d; k — коефіцієнтпоглинання. Оскільки поглинання випромінювання зумовлене справжнім поглинаннямі розсіянням, то коефіцієнт поглинання можна записати як суму двох коефіцієнтів
/>п+ />р (1.3)
де/>пі />р — відповідно коефіцієнти справжнього поглинання ірозсіяння. Дослідним шляхом встановлено, що коефіцієнт справжнього поглинаннязалежить від густини речовини, атомного номера 7. в періодичній системіелементів Менделєєва, атомної маси та довжини хвилі, тобто
/>п~ρ/>