Обозначение Зигбана - Siegbahn notation
В Обозначение Зигбана используется в Рентгеновская спектроскопия назвать спектральные линии характерные для элементов. Он был представлен Манн Зигбан.
В характерные линии в рентгеновских эмиссионных спектрах соответствуют атомные электронные переходы где электрон прыгает на вакансию в одной из внутренних оболочек атома. Такое отверстие во внутренней оболочке могло быть образовано в результате бомбардировки электронами в Рентгеновская трубка другими частицами, как в ПИКС, другими рентгеновскими лучами в Рентгеновская флуоресценция или по радиоактивный распад ядра атома.
Хотя эти обозначения все еще широко используются в спектроскопии, они бессистемны и часто сбивают с толку. Поэтому, Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) рекомендует другой новая номенклатура. В таблице ниже показаны некоторые из распространенных электронных уровней с их названиями в обозначениях Зигбана и ИЮПАК.
Низкий уровень энергии | Высокий уровень энергии | Обозначение Зигбана | Обозначение ИЮПАК |
---|---|---|---|
K (1 с−1) | L3 (2p3/2−1) | Kα1 | K-L3 |
L2 (2p1/2−1) | Kα2 | K-L2 | |
M3 (3p3/2−1) | Kβ1 | К-М3 | |
M2 (3p1/2−1) | Kβ3 | К-М2 | |
L3 (2p3/2−1) | M5 (3д5/2−1) | Lα1 | L3-M5 |
M4 (3д3/2−1) | Lα2 | L3-M4 | |
L2 (2p1/2−1) | M4 (3д3/2−1) | Lβ1 | L2-M4 |
M5 (3д5/2−1) | N7 (4f7/2−1) | Mα1 | M5-N7 |
История
Использование букв K и L для обозначения рентгеновских лучей берет свое начало в статье 1911 г. Чарльз Гловер Баркла под названием Спектры флуоресцентного рентгеновского излучения..[1] («Рентген-излучение» - это архаичное название для «рентгеновских лучей» ) К 1913 г. Генри Мозли четко разграничили два типа рентгеновских линий для каждого элемента, назвав их α и β.[2] В 1914 году в рамках своей диссертации Ивар Малмер (sv: Ивар Малмер ), ученица Манн Зигбан, обнаружил, что линии α и β были не одиночными, а дублетами. В 1916 году Зигбан опубликовал этот результат в журнале Природа, используя то, что стало известно как нотация Зигбана.[3]
К-альфа
K-альфа-эмиссионные линии возникают, когда электрон переходит на самую внутреннюю «K» -оболочку (главное квантовое число 1) с 2p-орбитали второй или L-оболочки (с главным квантовым числом 2). Линия на самом деле представляет собой дублет с немного разными энергиями в зависимости от спин-орбитальное взаимодействие энергия между спином электрона и орбитальным моментом 2p-орбитали. K-альфа обычно является самой сильной рентгеновской спектральной линией для элемента, бомбардируемого с энергией, достаточной, чтобы вызвать максимально интенсивное рентгеновское излучение.
K-альфа-излучение состоит из двух спектральных линий, K-альфа.1 и К-альфа2 (см. рисунок справа).[4] К-альфа1 излучение выше по энергии и, следовательно, имеет меньшую длину волны, чем K-альфа2 эмиссия. За К-альфа следует большее количество электронов.1 переход (L3 → K) относительно K-альфа2 (L2 → K) переход, который вызывает K-альфа1 излучение должно быть более интенсивным, чем K-альфа2. Для всех элементов соотношение интенсивностей К-альфа1 и К-альфа2 очень близко к 2: 1.[5] К-альфа1 и К-альфа2 являются достаточно близкими по длине волны, чтобы в рентгеновской дифрактометрии использовалось среднее из двух длин волн, K-альфа, без разделения с помощью монохроматора, что привело бы к значительной потере интенсивности падающего луча.
Аналогичная линия спектра K-альфа в водороде известна как Лайман альфа; однако из-за небольшого заряда ядра водорода эта линия находится в ультрафиолетовом, а не в рентгеновском диапазоне.
Примером линий K-альфа являются те, которые наблюдаются для железа в виде атомов железа, излучающих рентгеновские лучи, уходящие в черная дыра в центре галактики.[6] Для таких целей энергия линии адекватно вычисляется с точностью до 2 цифр с использованием Закон Мозли: EК-альфа1= (3/4) Ry (Z-1)2= (10,2 эВ) (Z − 1)2, куда Z - атомный номер, Ry = ридберговская энергия = 13,6 эВ.[7] Например, К-альфа для железа (Z = 26) рассчитывается таким образом (10,2 эВ) (25)2 = 6,375 кэВ. Для астрофизических целей Допплер и другие эффекты (такие как гравитационное уширение) показывают линию K-альфа железа с большей точностью, чем 6,4 кэВ.[8][9]
Значения переходных энергий
- Значения различных видов энергии перехода, например Kα, Кβ, Lα, Lβ и так далее для разных элементов можно найти в База данных энергий перехода в рентгеновских лучах NIST и база данных атомов Spectr-W3 для плазменной спектроскопии.[10]
- Значения эмиссии K-альфа для водородосумма и гелиеподобных ионов можно найти в Таблице 1-5 буклета рентгеновских данных LBNL.[11]
К-бета
K-бета-излучения, аналогичные K-альфа-излучениям, возникают, когда электрон переходит на самую внутреннюю «K» -оболочку (главное квантовое число 1) с 3p-орбитали третьей или M-оболочки (с главным квантовым числом 3).
Значения можно найти в базе данных энергий перехода рентгеновских лучей.[12][13]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Баркла, Чарльз G (1911). «Спектры флуоресцентного рентгеновского излучения». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал. 22 (129): 396–412. Дои:10.1080/14786440908637137.
- ^ Генри Мозли (1913). «Высокочастотные спектры элементов». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал. 26 (156): 1024–1034. Дои:10.1080/14786441308635052.
- ^ МАНН СЬЕГБАН (17 февраля 1916 г.). «Соотношение между сериями K и L высокочастотных спектров». Природа. 96 (2416): 676. Bibcode:1916Натура .. 96Р.676С. Дои:10.1038 / 096676b0. S2CID 36078913.
- ^ Clark, C.M .; Датроу, Б.Л. «Монокристаллическая дифракция рентгеновских лучей». Геохимические приборы и анализ. Карлтонский колледж. Получено 22 апреля 2019.
- ^ Klug, H.P .; Александр, Л. Э. (1974). Методики дифракции рентгеновских лучей: для поликристаллических и аморфных материалов. (2-е изд.). John Wiley and Sons, Inc. стр. 86. ISBN 978-0-471-49369-3.
- ^ Фукумура, Кейго; Цурута, Сатико (2004-10-01). "Профили флуоресцентных линий железа Kα из спиральных аккреционных потоков в активных ядрах галактик". Астрофизический журнал. 613 (2): 700–709. arXiv:astro-ph / 0405337. Bibcode:2004ApJ ... 613..700F. Дои:10.1086/423312. S2CID 119372852.
- ^ Мор, Питер Дж .; Ньюэлл, Дэвид Б.; Тейлор, Барри Н. (2016). «Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант CODATA: 2014». Обзоры современной физики. 88 (3): 035009. arXiv:1507.07956. Bibcode:2016РвМП ... 88c5009M. Дои:10.1103 / RevModPhys.88.035009. S2CID 1115862.
- ^ «Рентгеновские переходные энергии - результаты поиска». Physics.nist.gov. Получено 2020-02-03.
- ^ Ли, Джулия С .; Ивасава, Казуши; Houck, John C .; Фабиан, Эндрю С .; Marshall, Herman L .; Канисарес, Клод Р. (2002-05-10). «Форма релятивистской линии Kα железа из MCG −6-30-15, измеренная с помощью решетчатого спектрометра [ITAL] Chandra [/ ITAL] с высокой пропускающей способностью и [ITAL] Rossi X-Ray Timing Explorer [/ ITAL]». Астрофизический журнал. 570 (2): L47 – L50. arXiv:astro-ph / 0203523. Bibcode:2002ApJ ... 570L..47L. Дои:10.1086/340992.
- ^ База данных Spectr-W3
- ^ Национальная лаборатория Лоуренса Беркли Буклет с рентгеновскими данными [1]
- ^ AtomDB [2]
- ^ NIST База данных энергий рентгеновских переходов [3]