Experimentalphysik III (Atomphysik)

5.7. Röntgenspektren, Auger–Effekt 101
die einer starken Beeinflußung durch die chemischen Bindung unterliegen, beobachtet man bei
Röntgenspektren eine begrenzte Zahl von Linien, die in einige Serien zusammengefaßt werden
können. Diese Serien konvergieren zu einer kurzwelligen Grenze. Man bezeichnet die Serien mit
K, L, M, N, ..., die Linien innerhalb der Serien mit griechischen Buchstaben beginnend mit α,
d.h. z.B. die Linie des Übergangs von L nach K heißt K α –Linie, von M nach KK β –Linie (vgl.
Abbildung 5.13). Moseley fand im Jahre 1913 ein einfaches Gesetz, das die Frequenzen der
Spektrallinien mit der Ordnungszahl Z des emittierenden Elements verknüpft. Die erste Linie
der K–Serie, die Linie Kα , kann in guter Näherung geschrieben werden als
Kα : ν =(Z − σ Kα K ) 2 �
1 1
Rc −
12 22 �
Moseley: ν = Kα 3
Rc(Z − 1)2
4
und für die erste Linie der L–Serie gilt
Lα : ν =(Z − σ Lα L ) 2 �
1 1
Rc −
22 32 �
; Moseley: ν = Lα 5
Rc(Z − 7.4)2
36
σ K ≈ 1
σ L ≈ 7.4
wobei σ die Abschirmungskonstante der jeweiligen Seriengrenze bedeutet. Die Übergänge zwischen
inneren Schalen sind energiereicher als die Übergänge in äußeren Schalen.
Kossel deutete 1916 die Entstehung der Röntgenlinienspektren anhand des Bohrschen Atommodells
folgendermaßen: Zunächst muß das anregende Elektron ein Atomelektron aus einer
inneren Schale entfernen. Das so entstandene Loch wird durch äußere Elektronen aufgefüllt.
Für diese Auffüllung bestehen folgende Möglichkeiten:
1. Ein Elektron fällt unmittelbar (d.h. unter Überspringen sämtlicher Zwischenstufen) in den
freien Platz der inneren Elektronenbahnen zurück.
2. Es findet ein stufenweises Zurückfallen statt.
Zwischen diesen beiden Fällen gibt es verschiedene Kombinationsmöglichkeiten. Der Gesamtbetrag
der freiwerdenden Energie muß aber beim direkten Übergang gleich sein, wie bei einer
Übergangskaskade. Alle Übergänge, die auf der gleichen inneren Schale enden, treten gemeinsam
auf. Sie bilden zusammen eine Serie.
Damit wurde der Beweis der Schalenstruktur erbracht. Heute: Wichtiges Verfahren zur Z–
Bestimmung (Materialanalyse).
Z ählrate
λ min
K β
K α
Charakteristische
Linien
Bremskontinuum
λ =2d sin ϑ
Abb. 5.12: Charakteristisches Röntgenspektrum.
Abb. 5.13: Schema zur Erklärung der K, L,
M Serien im Röntgenspektrum, Übergänge
von Elektronen aus äußeren Schalen nach der
Ionisation (Erzeugung eines Loches in einer
inneren Schale).