課件原子物理第八章8

1、8.3 同X 射線有關(guān)的原子能級(jí)1、X 射線標(biāo)識(shí)譜的形成條件 X 射線標(biāo)識(shí)譜來源于原子內(nèi)層電子的躍遷，但內(nèi)層電子是填滿的，根據(jù)泡里不相容原理，不可能再加電子。例如：第一層最多只能有兩個(gè)電子，不可能有第三個(gè)。要有躍遷必須先有電子空位，由此可知：產(chǎn)生K 線系的條件是最內(nèi)層(n=1)有空位；產(chǎn)生L 線系的條件是第二層(n=2)有空位。產(chǎn)生電子空位 高速電子對(duì)原子進(jìn)行非彈性碰撞； 原子吸收能量足夠高的光子。產(chǎn)生電子空位的方法： (1)、把研究的材料裝在X 射線管的靶上，使它發(fā)出射線； (2)、把研究的材料放在從另一個(gè)射線管發(fā)出的射線的路徑上，使它吸收射線而發(fā)射次級(jí)射線。2、X 射線標(biāo)識(shí)譜的能級(jí)及其標(biāo)記

2、 要產(chǎn)生X 射線的標(biāo)識(shí)譜，就需要把原子內(nèi)層電子電離出去，使原子處于電離狀態(tài)。 把各層電子電離出去所需要的能量不同，由于原子中最內(nèi)層(n=1)的電子的能量較低，第二層的電子的能量高一些，第三層的能量更高一些，依此類推。所以，要使最內(nèi)層的電子電離，需要供給原子的能量最大，其次是第二層，再次是第三層， 則最內(nèi)層一個(gè)電子電離后的電離態(tài)的能級(jí)同中性原子的基態(tài)比較是最高的，其次是第二層一個(gè)電子電離的狀態(tài)的能級(jí)，依此類推。 在X 射線術(shù)語中，把n=1,2,3, 各層分別稱為K,L,M,N,O,層，各層的電子分別稱為K,L,M,N,O,電子。下面以鎘原子的電離態(tài)的能級(jí)為例進(jìn)行說明。如書中圖8.10。1）圖中左

3、邊的數(shù)字表示鎘的各電離態(tài)能級(jí)相對(duì)于基態(tài)的高度（相應(yīng)的波數(shù)，以cm-1為單位）2）L級(jí)距基態(tài)的距離差不多是K級(jí)距基態(tài)的距離的1/10； M級(jí)距基態(tài)的距離差不多是K級(jí)距基態(tài)的距離的1/100； N級(jí)距基態(tài)的距離差不多是K級(jí)距基態(tài)的距離的1/1000。3）Cd處于基態(tài)時(shí)，最外層的電子組態(tài)5s2, 形成1S0態(tài)4）O能級(jí)是一個(gè)5s電子電離后的能級(jí)，在基態(tài)與O之間是5s電子被激發(fā)的原子能級(jí)，直到電離。一個(gè)5s電子電離后，剩下一個(gè)電子使原子處于2S1/2態(tài)。5）圖中右邊注明了各殼層電離一個(gè)電子后剩下的各類電子數(shù)和形成的原子態(tài)。由于滿殼層時(shí)，L=0，S=0，J=0，所以缺少一個(gè)電子的 值必定分別等于一個(gè)電子

4、的 值，只是方向相反。所以，滿殼層缺少一個(gè)電子形成的原子態(tài)就同有一個(gè)電子的原子態(tài)相同。6）K線是從K能級(jí)躍遷到L能級(jí)所產(chǎn)生的。這就是說原子從K層有一個(gè)空穴的狀態(tài)變成L層有一個(gè)空位的狀態(tài)，實(shí)質(zhì)上就是電子從L躍遷到K層。7）產(chǎn)生X射線標(biāo)識(shí)譜的躍遷也遵守選擇定則：3、X 射線標(biāo)識(shí)譜的能級(jí) X 射線能級(jí)的理論公式先由索末斐按軌道理論推出，后來高登用量子力學(xué)方法也獲得同樣的結(jié)論。相應(yīng)的光譜項(xiàng)為：說 明：式中：、k=J+1/2; 、 和s 二值是不同的； 、第一項(xiàng)代表主要能量； 、 對(duì)不同n 和不同的l值都不同； 、第一項(xiàng)表達(dá)了K, L, L(, ) , M, M (, ) , M(,) 諸能級(jí)的數(shù)值，這里L(fēng)(, ) , M (, ) , M(,) 是作為 單層的，第一項(xiàng)對(duì)它們沒有區(qū)別，但實(shí)際是雙層的； 、從第二項(xiàng)開始各項(xiàng)中的k 不同，所以光譜項(xiàng)值又有區(qū)別。所以：第一項(xiàng)代表n和l值不同的各能級(jí)的主要能量，第二項(xiàng)以后又把各層的雙重結(jié)構(gòu)代表出來。由此得出：s 對(duì)各種原子有共同的數(shù)值； 能級(jí)： LI L, MI M, M, NI N, 2.0 3.6 6.8 8.6 13.0 14.0 17.0 對(duì)各種原子沒