Experimentalphysik III (Atomphysik)

6.8. Feinstruktur der Röntgenemissionslinien, Röntgenkanten bei Absorption 129
Abb. 6.27: Schema zur Feinstruktur der Röntgenspektren.
Die durch die Quantenzahl n charakterisierten
Schalen (K,L,M,...) werden nun in Unterschalen
unterteilt und mit römischen Zahlen
numeriert. Die Enegieaufspaltung ist jedoch
unterschiedlich und in Abbildung 6.27 nicht
maßstabsgetreu gezeichnet. Sie beruht bei gleichem
l auf der normalen Dublett–Aufspaltung
und sonst auf der unterschiedlichen Abschirmung.
Die Aufspaltung der L–Schale z.B.
beträgt zwischen L II und L III :
W (L II ) − W (L III ) ∼ (Z − 3.5) 2
Z =20 : Ca : 3.7eV
bei:
Z =40
Z =60
:
:
Zr
Nd
:
:
84eV
412eV
Z = 81: Tl : 2050 eV
Röntgenstrahlung wird beim Durchgang von
Materie wie jede elektromagnetische Strahlung
absorbiert und gestreut.
Röntgenstreuung wurde bereits behandelt: Thomson–Streuformel, Compton–Streuung.
Röntgenabsorption erfolgt ebenfalls nach dem Exponentialgesetz. Man mißt primär den Schwächungskoeffizienten
µ entsprechend der Gleichung
I = I0e −µx µ
−
= I0e ϱ (ϱx) ,
wenn x die durchstrahlte Dicke, I0 die einfallende und I die durchgelassene Intensität ist.
Röntgenabsorption bedeutet — wie bei der Absorption des sichtbaren Lichts — im Bohrschen
Modell, den Übergang eines Elektrons von einer tieferen in eine höhere Schale. Nun sind aber die
höheren Schalen alle besetzt! Also bleiben nur die Übergänge ins Kontinuum oder in die dicht
darunter liegenden optischen“ Niveaus.
”
[cm2 σ
]
10 −19
10 −20
10 −21
10 −22
10 −23
Pb
10 100 1000
E
[keV]
Abb. 6.28: Absorptionskoeffizient für Röntgenstrahlen
im Bereich der L– und K–Kante.
Typisch für Röntgenabsorptionsspektren ist ein starkes
Abnehmen des Absorptionskoeffizienten σ
mit zunehmender Gesamtenergie und das Auftreten von
sogenannten Absorptionskanten.
Sie treten da auf, wo die Quantenenergie des Röntgenquants
gerade zum Absorptionsübergang aus einer neuen
(tieferen) Schale in das Grenzkontinuum ausreicht. Sie
entsprechen den Seriengrenzen der Serien K,L,M,...
und werden entsprechend bezeichnet. Auch die Unterschalen
treten als Kanten in Erscheinung, im Schaubild
als L I –, L II – und L III –Kante.
K–Kante: Übergang von der K–Schale ins Kontinuum
L–Kante: Feinstruktur: L I ,L II ,L III –Kante.
Als Folge der Röntgenabsorption tritt Röntgenfluoreszenz auf. Wir sprechen genau dann von
Röntgenfluoreszenz, wenn durch Bestrahlung von Atomen, Molekülen oder Festkörpern durch
Röntgenlicht wieder Röntgenlicht emittiert wird. Durch Absorption wird ein Elektron z.B. aus