Experimentalphysik III (Atomphysik)

100 Kapitel 5. Das Atommodell nach Rutherford, Bohr, Sommerfeld
n − ∆(n, l) ist im allgemeinen eine nicht ganzzahlige Quantenzahl, n die dem H–Atom
entsprechende ganzzahlige Hauptquantenzahl und ∆(n, l) der zu den Quantenzahlen n und l
gehörende sogenannte Quantendefekt. Die empirisch bestimmten Zahlenwerte für Quantendefekte
sind für s–Elektronen am größten, nehmen mit steigender Bahndrehimpulsquantenzahl l
ab und sind weitgehend unabhängig von der Hauptquantenzahl n. Diese Quantendefekte erfassen
empirisch die unterschiedlichen Abschirmungen, die die s, p, d, ...–Elektronen durch die
Elektronen der inneren Schalen erfahren.
Aber die Theorie von Bohr–Sommerfeld liefert keine Erklärung für Dubletts. Dubletts sind
Doppellinien in den Spektren. Sie kommen dadurch zustande, daß alle Energieterme En,l von
Atomen mit nur einem Valenzelektron in 2 Terme aufgespalten sind. Diese Tatsache kann erst
mit der Spin–Bahn–Kopplung erklärt werden.
5.7 Röntgenspektren, Auger–Effekt
Zur Erinnerung:
• 1895 Entdeckung der Röntgenstrahlen durch Röntgen.
• 1908 Entdeckung der charakteristischen Strahlung (Röntgenspektren) durch Barkla.
• 1912 Vermutung einer atomaren Schalenstruktur von (J.J. Thomson, Rydberg; vor
Bohr!).
• 1912 Entdeckung der Röntgeninterferenzen durch v. Laue.
• 1913 Drehkristallspektrograph von Bragg.
Röntgenstrahlen sind noch kurzwelliger als UV–Licht. Ihre Frequenzen sind also sehr hoch.
Nach der Bohrschen Theorie müssen daher auch die Energieumsetzungen bei Quantensprüngen
beträchtlich sein (1keV – 100 keV). Derart hohe Werte setzen energiereichere Elektronenbahnen
voraus.
Beim Beschuß von Antikathoden aus schweren Atomen mit beschleunigten Elektronen entstehen
Röntgenstrahlen. Dazu zwei Erzeugungsmechanismen:
1. Beschleunigung im Kernfeld, man erhält die Bremsstrahlung. (vgl. Kapitel 4.4)
2. Ionisation innerer Schalen mit anschließender charakteristischer Strahlung (Röntgenspektren).
Charakteristisches Emissionsspektrum: Es wird deshalb so genannt, weil es für das Material
im gleichen Maße charakteristisch ist, wie das optische Emissionsspektrum für ein Gas oder
einen Dampf. Das Spektrum der charakteristischen Strahlung ist ein Linienspektrum. Experimentell
läßt sich das charakteristische Spektrum und das Bremsspektrum nicht trennen. Daher
ist dem charakteristischen Spektrum stets das Bremsstrahlungsspektrum überlagert (vgl. Abbildung
5.12).
Allgemein gilt für charakteristische Spektren: Im Gegensatz zu den optischen Spektren, die sehr
viele Linien mit recht komplizierter Abhängigkeit von der Kernladungszahl Z enthalten und