특징 X 선을 생성하는 조건은 원자 내층 전자의 전이라는 것을 알 수 있다. 그것의 전제는 먼저 전자 빈자리가 있다는 것이다.
X-레이 생성
만약 외부에 광자 또는 전기 입자를 공급한다면, 이 광자 또는 전기 입자의 에너지는 K 층 전자의 결합 에너지보다 크며, K 층 전자를 폭격하여 추방한다면, 공식 (10- 1-3) 에 따라 K 층 전자는 최소한 전자결합 에너지와 같은 에너지를 흡수해야 한다. 안쪽 껍질에서 배출되는 이 전자는 중원소 중 인접한 껍데기층으로 점프할 수 없다. 뒤의 전자 위치가 꽉 찼기 때문에 전자는 가장 바깥쪽으로만 점프하거나 원자를 완전히 던질 수 있다. L 층의 경우 M 층 등도 자체 흡수 한계 (Lab, Mab) 를 가지고 있습니다.
원자 내층 전자 공극의 출현은 특징 X-레이를 생성하는 조건이며, 내층 전자의 에너지 수준 간 전이는 특징 X-레이를 생성하는 원인이다. 이론과 실험 모두 이 전자전이가 규칙적이며 전자전이 선택 규칙에 의해 제한되며, 선택 규칙을 만족하는 두 개의 에너지급 사이에서만 전자전이가 엑스레이를 생성할 수 있다는 것을 증명한다. (윌리엄 셰익스피어, 전자전이, 전자전이, 전자전이, 전자전이, 전자전이, 전자전이, 전자전이, 전자전이)
K 층의 경우 L 층의 전자 전이가 K 층의 전자 공극을 채웁니다. 방출되는 광자 에너지는 L 층의 전자 결합 에너지 (EL) 와 K 층의 전자 결합 에너지 (EK) 의 차이 (EL-EK) 로, K 알파 피쳐 X 선이라고 합니다. M-쉘 전자가 점프하는 경우 방출되는 광자 에너지는 M-쉘 전자 (EM) 와 K-쉘 EK (EM-EK) 의 결합 에너지 차이 (K-β 특성 X-레이) 입니다. L 1 1 1 레이어 전자가 K 레이어로 점프하여 Kα 1 피쳐 X 레이를 생성하고 에너지는 EL/Kloc/입니다. L 1 1 에서 K 층으로의 전환은 EL 1 1-EK 의 Kα2 특징 X 선을 생성합니다. 그들의 에너지와 생성 확률은 다르다. 마찬가지로, M 층에서 K 층까지, 레이어에 따라 Kβ 1 및 K 2 와 같은 다양한 에너지의 특성 X 선이 생성됩니다. 이러한 X-레이는 항상 K-시리즈 기능 스펙트럼 선이라고 합니다. 원자 이온화에 의해 형성된 전자 공극이 L-쉘에 나타나고 M, N 등의 외부 전자로 채워질 경우 방출되는 X-레이는 항상 L-시리즈 브레이크라인이라고 합니다. 마찬가지로 m-시리즈 특성 스펙트럼 선 등을 생성합니다. 그림 10- 1- 1 을 참조하십시오.
그림 10- 1- 1 전자 전이로 인한 X 선 에너지 스펙트럼.
X-레이 스펙트럼 분석에는 Kα 1, Kα2, Kβ 1+β3, Kβ2 의 네 가지 k 스펙트럼 선이 있습니다. 여기서 Kβ 1 층화의 존재로 인해 특징 X-레이 스펙트럼의 미세한 구조는 복잡하다. 주요 스펙트럼은 Lα 1, Lα2, Lβ 1, Lβ2 및 Lγ 1 입니다. Mα 1, Mα2, Mβ, m γ의 네 가지 m 혈통이 있습니다 (그림 10- 1- 1 참조).
원자가 방출하는 K, L, M 등의 스펙트럼 선의 강도는 원자의 각 층의 전자가 추방될 상대적 확률에 달려 있다. 자극에 사용되는 광자나 전기 입자의 에너지가 충분히 크면 (K 층보다 큰 임계 흡수 에너지 Kab) K, L, M 등의 껍데기 전자를 모두 쫓아낼 수 있다. 원자에서 가장 가능성이 높은 것은 가장 안쪽의 K 층 전자를 추방하는 것이고, 그 다음은 L 층과 M 층 전자이다. 따라서 특성 X-레이 강도는 K-라인 시스템에서 가장 높고 L-라인 시스템과 M-라인 시스템이 뒤 따른다.
예를 들어, 동일한 발생 조건에서 동일한 요소에 대해 발생 광선 에너지는 k 흡수 한계보다 크고 스펙트럼 선 간 강도 비율의 상대적 근사값은 다음과 같습니다
K: l: m =100:10:1
각 스펙트럼 시스템의 각 스펙트럼 선의 강도도 각 요소의 각 레이어에 있는 전자 전이의 상대적 확률에 따라 달라집니다. 생성된 스펙트럼 강도의 상대 강도는 표 10- 1- 1 에 나와 있습니다. 각 원소가 방출하는 각 특징의 X-레이 강도 사이의 관계가 완전히 일치하지 않기 때문에 저자마다 약간 다른 값을 제공합니다.
표 10- 1- 1 각 스펙트럼 시스템의 스펙트럼 간 상대 강도 관계
(2)X 선 에너지와 원자 서수의 관계
X-레이는 일정한 에너지를 가진 광자이므로 X-광자라고도 합니다. 실제로 0.005 1nm 에서 몇 나노미터까지 파장이 짧은 전자파입니다. 엑스레이 에너지와 파장 사이의 관계는 다음과 같습니다.
Ex = h ν = HC/λ (10-1-4)
여기서 h = 6.62559 ×10-34j s 는 플랑크 상수입니다. C = 3× 108m s- 1, 이것은 빛의 속도입니다. V 는 x 선의 주파수입니다. λ는 x 선의 파장이다. Ex 는 엑스레이 에너지입니다.
수식 (10- 1-4) 에 따라 파장 (λ) 이 10- 10m 인 경우
핵 방사선 장 및 방사선 탐사
특징 X-레이 에너지는 자극 원자에서 전자전이 전후의 두 에너지급 사이의 에너지 차이와 같다. 따라서 공식 (10- 1- 1) 에 따라 피쳐 x 선 에너지는 다음과 같습니다
핵 방사선 장 및 방사선 탐사
식에서 n 1 및 N2 는 셸 전자 전이 전후의 셸 주 양자 수이며, 기타 매개변수는 동식입니다 (10- 1-3).
Kloc 시스템의 경우 (10- 1-6):
An= 1, n 1= 1, n2=2
L 스펙트럼 시스템의 경우 (10- 1-6):
An=3.5, n 1=2, n2=3
그림 10- 1-2 특징 X 선 에너지와 원자 서수의 관계
"모젤 지도"
방정식 (10- 1-6) 은 특성 X 선 에너지가 Z2 에 비례하거나 각 스펙트럼 시스템의 특성 X 선 에너지의 제곱근 (또는 역파장 제곱근) 이 원자 서수 (Z) 와 거의 선형관계를 맺고 있음을 나타냅니다 (예:/ 공식 (10- 1-6) 을 모젤의 법칙이라고 합니다. 그림 10- 1-2 는 모셀투로 X 선 형광 정성 분석의 기초이다.
이는 K 계, L 계 또는 M 계의 특징인 X 선 에너지가 원자 서수의 증가에 따라 규칙적으로 증가하고, 각 원소가 방출하는 X-레이는 특정 에너지를 가지고 있기 때문에 측정된 X-레이 스펙트럼 피크에 따라 샘플 중 한 요소의 존재를 확인할 수 있다는 것을 더 설명한다.
(3)X 선 산란 특성
엑스레이는 감마선과 마찬가지로 물질을 통과할 때 산란이 발생한다. 고전 역학 이론에 따르면 입사 X 선 (고주파 자기장) 의 작용으로 가장 가까운 전자는 진동을 강요받아 새로운 교변 전자기장 공급원이 되고, 여기서 나오는 2 차 전자파는 산란된 X 선이다. 강제 진동의 진동수가 입사광의 진동수와 같은 경우, 즉 파장은 같지만 입사광의 방향과 달리 이 산란된 X 선을 레일리 산란 또는 일관된 산란이라고 합니다. 발사된 2 차 전자파 파장이 변경되면 콤프 턴 산란 또는 비간섭 산란이라고 합니다. 이 점은 2 장에서 이미 상세히 토론했다. 여기서는 몇 가지 특수한 문제만 연구한다.
콤프 턴 산란을 연구할 때, 충돌하는 원자는 자유롭게 정지한다고 가정한다. 충돌 전후의 에너지 보존으로 볼 때, 전자 결합 에너지를 포함해야 한다. 고에너지 감마선에 비해 엑스레이의 에너지는 그리 크지 않으며 (< < 150keV), 껍데기의 전자결합은 무시할 수 없고 중요한 역할을 한다. 전자 결합 에너지의 존재로 인해 입사 광자의 에너지 이동이 차단되어 전자 분할형에 불리하다. 따라서 결합 에너지가 높을수록 콤프 턴 산란 확률이 낮아집니다. 특히 중원소와 저산각의 경우 더욱 그렇습니다. 반대로 이러한 경우 탄성 산란의 확률이 증가합니다. 특히 각도가 낮을 때는 더욱 그렇습니다.
많은 연구자들은 전자 결합 에너지를 고려하는 다양한 계산 방법을 제시했다. 저에너지 광자의 경우 "승수 계수" 를 도입하는 것이 이상적입니다. 산란 전자가 자유 전자라고 가정할 때 내보낸 미분 산란 단면 공식을 수정하는 것이 좋습니다.
전자 결합에 의해 결정되는 승수 계수는 각각 광자 에너지, 산란각 및 물질의 원자 서수인 α, θ 및 z 의 함수여야 합니다. 콤프 턴 산란의 수정은 S(α, θ, z) 함수로 표현되며 "비간섭 산란 함수" 라고 합니다. 그런 다음 콤프 턴 산란 미분 단면 공식 (2-2- 1 1) 을 통해 비간섭 산란 전자의 미분 단면을 다음과 같이 작성합니다.
핵 방사선 장 및 방사선 탐사
공식에서 입사 광자 에너지가 클 때 비간섭 산란 함수 S(α, θ, z) 가 1 에 가까우면 공식 (10- 1-7 입사 광자 에너지가 크지 않고 전자 결합이 비교적 커서 무한대로 간주될 수 있다면 S(α, θ, z) 가 0 에 가까우면 광자 산란이 주로 레일리 산란임을 알 수 있다.
레일리 산란의 경우, 저능한 X-레이의 경우, 전자 속박의 느슨성과 견고성은 무시할 수 없다. 또한 "원자 모양 계수" 라는 수정 함수 F(α, θ, z) 도 도입되었습니다. 그런 다음 레일리 산란 (2-2- 12) 에서 얻은 코 히어 런트 산란의 미분 단면은 다음과 같습니다
핵 방사선 장 및 방사선 탐사
전자가 원자 껍데기에 묶여 있는 정도는 느슨한 (0) 에서 촘촘한 (무한대), F(α, θ, z) 의 변화는 0 에서 z 로 볼 수 있다.
방정식 (10- 1-7) 과 (10- 1-8) 을 풀면 각각 비관계형 전자 ( 다음과 같이 쓸 수도 있습니다.
핵 방사선 장 및 방사선 탐사
여기서 EC 와 AC 는 각각 콤프 턴 전자 산란 단면과 원자 산란 단면입니다. σeR 과 σaR 은 각각 레일리 전자 산란 단면과 원자 산란 단면입니다. 전자의 총 산란 단면은
DeσT={G(α, θ) S(α, θ, Z)+H(θ)[F(α, θ, z)] 2/2} d ω (/kloc)
여기서 E C 와 A C 는 각각 전자와 원자의 비간섭 (또는 콤프 턴) 산란 단면입니다. E R 과 A R 은 각각 전자와 원자의 상관관계 (또는 레일리) 산란 단면이다.
그림 10- 1-3 은 코 히어 런트 (σR) 및 비 코 히어 런트 (σc) 산란 계수와 케니언 공식에 따라 계산된 콤프 턴 산란 계수 (σKN) 및 총 산란 계수 (σT) 를 보여줍니다 σR 입사 광자 에너지가 증가함에 따라 빠르게 감소합니다. C 와 KN 은 분명히 다르지만 입사 광자 에너지가 증가함에 따라 일관성이 있습니다.
톰슨 페르미 방정식과 네루스의 경험공식에 따르면 J 웨겔 (1966) 은 다음과 같이 제안했다.
핵 방사선 장 및 방사선 탐사
핵 방사선 장 및 방사선 탐사
(10-1-11) 및 (10-/kloc 평균 산란 단면과 입사 광자 에너지의 관계 및 크네인 공식으로 설명된 콤프 턴 산란 단면은 그림 10- 1-3 에 나와 있습니다. 그림에서 볼 수 있듯이 입사 광자 에너지가 증가하면 (100keV) 세 가지가 일치하는 경향이 있습니다.
그림 10- 1-3 σR, σC, σKN 은 에너지에 따라 변한다.
그림 10- 1-4 콤프 턴 및 레일리 산란 스펙트럼
(24 1Am 방사능 원)
1. 물질의 산란과 원자 서수의 관계
원자의 전자결합 에너지를 고려하면 산란과 원자 서수 사이의 관계가 주어지며, 측정 결과는 그림 10- 1-4 에 나와 있다. 레일리 산란에 비해 스펙트럼 피크의 폭과 진폭이 여러 배 향상되었습니다. 콤프 턴 산란 피크 진폭은 물질 원자 서수가 증가함에 따라 감소하고 고에너지 방향으로 이동합니다. 반면에, 레일리 산란은 물질 원자 서수가 증가함에 따라 증가한다. 그림에서 볼 수 있듯이 콤프 턴 산란은 가벼운 기체 재료 (바위와 토양) 에 우세하다.
그림 10- 1-5 산란선 강도와 원자 서수의 관계
(g. 앤드만, 1958)
A-e > kab, 기울기 z-1.9; B-kab > e > lab, 기울기 z-2; C-e