О природе минералов 1 Введение

4.2 Свойства рентгеновских лучей
Рентгеновские лучи представляют собой электро-
магнитное излучение с длинами волн от 0,002 до
~ 10 HM, или от 0,02 до 100 А (о волновой при-
роде электромагнитного излучения подробнее см.
в гл. 7). Рентгеновское излучение с более корот-
кими длинами волн называется жестким. Такие
лучи обладают наибольшей проникающей способ-
ностью, и поскольку они могут проходить через
ткани, не причиняя им вреда, то используются в
медицине. Более длинноволновое излучение лег-
че поглощается биологической тканью и поэтому
может вызывать серьезные ожоги. Для дифрак-
ционных исследований минералов обычно исполь-
зуются длины волн между 0,07 и 0,23 HM.
Рентгеновские лучи возникают под действием
потока ионизирующего излучения, представлен-
ного пучком электронов или других рентгенов-
ских лучей, бомбардирующих атомы в веществе.
Этим веществом может быть просто чистый ме-
талл, как в рентгеновских трубках, используемых
для дифракционных исследований или в медицин-
ских радиографах. При электронно-зондовом ми-
кроанализе (см. гл. 5) рентгеновские лучи воз-
буждаются атомами в анализируемых объектах —
кристалле или стекле.
4.2.1 Рентгеновский спектр
Когда электроны бомбардируют атомы метал-
лической мишени, находящейся в рентгеновской
трубке, часть их энергии рассеивается в виде те-
пла, а часть тратится на образование рентгенов-
ских лучей. Последние содержат непрерывную
область длин волн, называемую
 тормозным
излу-
чением (по-немецки — bremsstrahlung от Bremse —
тормоз и Strahlung — излучение). Область длин
волн зависит от энергии, затраченной на их воз-
буждение. Если вся энергия электрона превраща-
ется в один квант рентгеновской энергии, то дли-
на волны
λ
возникающих лучей определяется из
формулы
eV
=
 hс/
λ
,
где
 е —
заряд электрона,
 V —
напряжение,
 h —
по-
стоянная Планка и с — скорость света. Подставляя
числовые значения для
 е, h
и
 с
и выражая напря-
жение в киловольтах (кВ), имеем
λ
(нм) = 1,24/V(кB).
Рис. 4.1 Влияние потенциала возбуждения на
минимальное значение длины волны.
Эта формула определяет минимальную длину
волны рентгеновских лучей, источником которых
может служить электронный пучок при данном
ускоряющем потенциале (в киловольтах).
Большинство электронов может быть затор-
можено в результате нескольких столкновений,
каждое из которых забирает часть их энергии и
образует рентгеновские лучи с большей длиной
волны, чем минимальное значение, определяемое
приведенной выше формулой. Следовательно, в
результате бомбардировки образуется непрерыв-
ный спектр рентгеновских лучей с резким спадом
на уровне самой короткой длины волны, возмож-
ной для приложенного напряжения (рис. 4.1). По
аналогии со светом непрерывный спектр рентге-
новских лучей называется
 белым излучением.
4.2.2 Характеристические рентгеновские
спектры химических элементов
Рентгеновские лучи образуются также в тех слу-
чаях, когда электрон внутренней оболочки ато-
ма выбивается ударом ионизирующего пучка элек-
тронов или других рентгеновских лучей. Вакан-
сия на внутренней оболочке вынуждает электро-
ны в атоме перестраиваться, и при этом в процес-
се заполнения вакансий происходит перемещение
электронов с внешней оболочки на внутреннюю
Поскольку орбитальные уровни внутренней элек-

---

Рис 4.2 (а) Схема перехода электрона с внешней
оболочки на внутреннюю (б) Рентгеновский
спектр меди, (в) Диаграмма уровней энергии для
электронных переходов в меди
тронной оболочки обладают более низкими энер-
гиями, чем внешние, замещение вакансий электро-
нами должно приводить к выделению избыточной
энергии. Это обусловливает эмиссию кванта рент-
геновского излучения. Примеры возможных пере-
ходов электронов с внешней оболочки на внутрен-
нюю показаны на рис. 4.2.
Возбужденное таким образом рентгеновское
излучение имеет длины волн, соответствующие
изменению энергии, которое происходит при кон-
кретном переходе. Поскольку эти изменения энер-
гии различны у разных химических элементов,
то наблюдаемые спектральные линии с соответ-
ствующими длинами волн называются характери-
стическими линиями элемента. Они проявляются
в виде пиков интенсивности излучения, которые
возникают в непрерывном спектре рентгеновских
лучей (рис. 4.2,
 б).
Если электронные вакансии находятся на K-
оболочке, то электрон может перейти в них из
оболочек L, M или N. В действительности, вслед-
ствие различных квантовых правил отбора пере-
ходящий электрон может поступить с одной из
пяти возможных орбиталей: L
3
, L
2
, M
2
, Мз, N
2
.
Переход электрона с орбитали L
3
на орбиталь К
является наиболее вероятным, и соответствующая
ему линия в спектре рентгеновского излучения
обозначается
Κα
1
.
Другие электроны могут по-
ступать с орбитали L
2
, и их рентгеновская ли-
ния обозначается Ka
2
- Длины волн и энергии рас-
сматриваемых лучей несколько различны, так как
немного различаются энергии орбиталей L
3
и L
2
(рис. 4.2, в). Переход электронов с оболочки M или
N на оболочку К осуществляется гораздо реже, и
в характеристическом рентгеновском спектре ему
соответствуют линии
 Κβ.
Подобно числу электронов в атоме, количество
возможных характеристических линий возрастает
с увеличением атомного номера Z. По мере уве-
личения