Уровни энергии и переходы

Следующим этапом исследования является экспериментальное определение уровней энергии и энергии спектральных линий.

В отличие от предыдущего исследования здесь необходимо провести более тщательные измерения. Это связано с тем, что задача определения тонкой структуры спектра требует приборов со значительно большей разрешающей способностью и светосилой, чем имеющиеся. Поэтому в некоторых случаях здесь придется вести измерения, полагаясь на последующую процедуру фитинга. Такой подход позволит решить задачу скорее качественно, чем количественно.

После того как спектр записан, нужно провести идентификацию линий.

Задача определения уровней энергии по экспериментальным спектрам может быть разделена по классу точности по крайней мере на два класса. Первый, более грубый класс – определение энергии K, L, M… оболочек (уровней). Второй – требующий существенно более точных методов эксперимента – определение тонкой структуры L, M… уровней.

Напомним, что экспериментальная техника, используемая в предлагаемой установке, представлена двумя спектрометрами: ППД с энергетическим разрешением около 250 эВ в области 6 кэВ и КДС с разрешением 60 эВ в той же области 6 кэВ. Таким образом, для решения поставленной задачи об определении уровней энергии следует понять, каковы количественные характеристики спектра исследуемого элемента и на что можно рассчитывать при использовании ППД или КДС спектрометров. С этой целью можно воспользоваться формулой (8) и оценить расстояния D между различными линиями K и L серий (см. рис. 3) для ряда элементов. Расчеты дают:

	D(Ka1-Ka2)	D(Kb1-Kb3)	D(Ka-Kb)	D(Lb1-Lb3)
Fe		<1
Zr

 

Приведенные величины для Fe (Z=26) и Zr (Z=40) даны в эВ и указывают на то, что K_a - линия, представляющая дублет из K_a1 и K_a2 не может быть разрешена ППД спектрометром ни для циркония, ни, тем более, для железа. Аналогичная ситуация и для K_b линий. Для больших Z расстояние между K_a и K_b достаточно велико для надежного определения их положения ППД спектрометром. Более высокая разрешающая способность КДС позволяет выделить целый ряд линий L серии.

Используя ППД спектрометр, можно определить расстояние между K, L и M уровнями K_a»ïE_L-E_Kï, K_b»ïE_M-E_Kï. При заданном значении К_гр –ионизационной границы К-серии, можно определить абсолютные значения энергии L и M уровней.

Определение тонкой структуры L и M уровней представляет более сложную задачу. Перейдем к ее обсуждению.

Изучение уровней и переходов на рис.3 показывает, что тонкая структура L-уровня может быть определена следующим образом. Из схемы уровней и переходов на рис.3 видно, что разность энергий линий L_h и L _l составляет расщепление между уровнями L_III и L_II, т.е.

.

Таким образом, если в спектре L-серии имеются соответствующие линии, то расстояние между уровнями L_III и L_II можно рассчитать. Для определения положения уровня L_I можно воспользоваться тем обстоятельством, что интенсивности линий K_a1 и L_a1 значительно больше интенсивностей соответственно линий K_a2 и L_a2, и положение максимумов линий K_a и L_a будет приближенно определяться линиями K_a1 и L_a1. Следовательно, используя спектры K_a и L_a линий, можно найти:

.

 

При определение тонкой структуры М-оболочки спектральных данных может быть недостаточно для определения некоторых уровней.

Техническая реализация задачи определения уровней энергии сводится:

 

а) к получению хорошо проработанного исследуемого спектра (рекомендации были изложены ранее);

б) к определению энергии (длины волны) линий с использованием фитинга. При явной асимметрии линий в этих спектральных участках следует проводить разрешение.

Полученный спектр следует распечатать.

После внесения в таблицу данных исследуемого спектра: энергия линии/тип линии, следует перейти в пункт “Уровни энергии”. Здесь будут представлены конечные результаты по спектральным линиям.

 

Задание.

 

Подготовка к работе.

 

1. Включить прибор (кнопка в правом нижнем углу).

2. Включить или перезагрузить компьютер.

3. На рабочем столе найти папку «Рентгеновский спектрометр» и открыть ее.

4. Открыть значок «Эксперимент» и вписать свои данные в окно запроса.

5. Войти в «Меню» и открыть первый пункт «Панель экспериментальной установки».