Experimentalphysik III (Atomphysik)

102 Kapitel 5. Das Atommodell nach Rutherford, Bohr, Sommerfeld
Auger–Effekt
K L
N
M
Auger–
Elektronen
Abb. 5.14: Augerelektronenemission.
Eine Konkurrenz zur Emission der charakteristischen
Röntgenstrahlung stellt die Emission von Elektronen aus
äußeren Schalen dar. Das Atom gibt seine hohe Anregungsenergie
nicht in Form von elektromagnetischer
Strahlung sondern in Form von Elektronen ab (Auger–
Effekt); dadurch entsteht ein weiteres ” Loch“ in der Elektronenhülle.
Auf diese Weise kann man hochionisierte
Atome erhalten.
Erklärung: Zunächst wird die K–Schale ionisiert. Ein
L–Elektron fällt von der L– indieK–Schale und füllt die
dort entstandene Lücke.
Die frei werdende Energie wird benutzt, um ein zweites L–Elektron aus der L–Schale oder einer
anderen zu entfernen, dieses entweicht aus dem Atom. Im Endeffekt ist die L–Schale also um
zwei Elektronen ärmer geworden, diese werden wiederum von weiter außen liegenden Elektronen
nachgeliefert. Somit kann es zur Emission weiterer Auger–Elektronen kommen. Für die
kinetische Energie der Auger–Elektonen gilt
E kin = hν Kα − E L = E K − E L − E L = E K − 2 · E L
mit E K , E L : Bindungsenergie in der K, bzw.L–Schale.
Man stellt fest, daß die Wahrscheinlichkeit für solche strahlungslose Konkurrenzprozesse zur
Röntgenemission mit steigender Kernladungszahl stark abnimmt, d.h. daß bei leichten Atomen
die Wahrscheinlichkeit der Emission von Auger–Elektronen steigt.
1
.5
η
20 40 60 80
Z
Abb. 5.15: η in Abhängigkeit
der Ordnungszahl Z.
Abbildung 5.15 stellt dies anschaulich dar; wobei η wie folgt
definiert ist:
η =
Zahl der Röntgenlicht emittieren Atome
Zahl der in K, L, ... ionisierten Atome .
5.8 Anregung von Atomen durch Elektronenstoß
Die Ergebnisse der Bohrschen Theorie, insbesondere die Tatsache der diskreten Energieniveaus
im Atom, können experimentell überprüft werden. Diese Überprüfung sollte unabhängig von
den optischen Ergebnissen sein und die richtige Wiedergabe der Spektren zur Folge haben. Eine
Bestätigung bildet z.B. auch die Wiedergabe der Größe des Wasserstoff–Atoms und eine Messung
der Ionisierungsenergie aus der Seriengrenze der Lyman–Serie.
Davon unabhängige Experimente zur Untersuchung der Atomstruktur lassen sich mit Elektronen
durchführen.
Erste Untersuchungen der Wechselwirkung von Elektronen und Materie wurden bereits um 1890
von Lenard durchgeführt. Er stellte fest, daß 50 keV–Elektronen eine 3 µm dicke Al–Folie
(∼ 104 Atomschichten) bzw. 7 mm Luft bei Normalbedinungen mit ca. 80 % Wahrscheinlichkeit
durchdringen. Für die Abschwächung eines Elektronenstrahls (Transmissionsexperiment) gilt
das übliche Schwächungsgesetz (vgl. Kapitel 1.5). Sei N(x) die Anzahl der Teilchen am Ort x.