Raggi X Struttura elettronica dei livelli profondi Emissione e assorbimento dei raggi X Elementi di...
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Raggi X
Struttura elettronica dei livelli profondiEmissione e assorbimento dei raggi X
Elementi di Struttura della Materia a.a. 2004-2005
Luigi Sangaletti Università Cattolica
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Tubi a raggi X
Elementi di Struttura della Materia a.a. 2004-2005
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Emissione di raggi X
Elementi di Struttura della Materia a.a. 2004-2005
Luigi Sangaletti Università Cattolica
263
22
0
11,3
2
4
1
c
aqP
Emissione di Bremsstrahlung. Teoria classica (cfr. Griffiths, Introduction to Electrodynamics).
Velocità v e accelerazione a dell’elettrone collineari. Potenza irraggiata:
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Gli elettroni emessi dal catodo vengono accelerati verso l’anodo (eV0).
Gli elettroni, passando vicino ai nucleiatomici dell’anodo vengono deflessideflessie rallentatie rallentati.
Emissione di radiazione e.m. nelEmissione di radiazione e.m. nelcontinuocontinuo (elettrodinamica classica).
Atomo+e-(veloce)->atomo+e-(lento) +h
Singolo frenamento: hmax=eV0=hc/min
Radiazione di Bremsstrahlung (frenamento)Elementi di Struttura della Materia a.a. 2004-2005
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min
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min
Bremsstrahlung
Spettro caratteristico
(dipende dal bersaglio)
Max. energia dei raggi X = Max. energia elettrone
Spettro caratteristicoEmissione discretadella serie K
BremsstrahlungSpettro continuo dovuto alfrenamento degli elettroni
K
K
elettrone IN fotone OUT
hmax=eV0=hc/min
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Å)
Serie L
Ln = 3 a 2
f
Kn = 2 a 1
Kn = 3 a 1
Spettri dei raggi X : Diagrammi di Moseley
Serie K
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0.248 10 16 Z 1 2
Moseley scoprì che la radice quadrata della frequenza della riga K era proporzionale al numero atomico degli atomi del bersaglio:
Formula di Bohr per atomi idrogenoidi:
m0e
4Z 2
80h3
1
n12
1
n22
K => n1=1, n2=2; Z->Z-b con b≈1 (effetto di schermaggio del potenziale coulombiano del nucleo da parte dell’elettrone più interno).
m0e
4
80h3
1
12 1
22
Z b 2
3m0e
4
3204h3
1 2
Z b
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K da n = 2 a 1
L da n = 3 a 2
n = 4
n = 3
n = 2
da n+1 a n da n+2 a n da n+3 a n
M da n = 4 a 3
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Struttura fine degli spettri dei raggi X
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Assorbimento dei raggi X
I raggi-X, nell’attraversare la materia, sono deviati e assorbiti come ogni
radiazione elettromagnetica. Il coefficiente di assorbimento si determina
sperimentalmente usando l’equazione:
L’attenuazione dei raggi X è dovuta :A- alla diffusione (Thomson, Compton)A- all’assorbimento
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Fascio di raggi X monocromatici
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Attenuazione dei raggi X
Sezione d’urto totale
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Misura della emissione di raggi X
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Fluorescenza
Trasmissione
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Confronto tra spettri X di Confronto tra spettri X di emissione e assorbimento emissione e assorbimento (nell’esempio illustrato il (nell’esempio illustrato il platino). platino).
(a): il coefficiente di assor-(a): il coefficiente di assor-bimento è dato in funzione bimento è dato in funzione della frequenza: lo spettro della frequenza: lo spettro di assorbimento consiste di assorbimento consiste essenzialmente di sovrap-essenzialmente di sovrap-posizioni di più frequenze posizioni di più frequenze limite di assorbimento. limite di assorbimento.
(b)-(e): spettro di emissione (b)-(e): spettro di emissione per diverse energie di per diverse energie di eccitazione; in (b) tutte le eccitazione; in (b) tutte le serie sono eccitate, in (c) serie sono eccitate, in (c) manca la serie K; in (d) manca la serie K; in (d) anche la Lanche la LII; in (e) anche la ; in (e) anche la
LLIIII..
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Andamento della probabilità di assorbimento in funzione dell’energia per assorbimento di raggi X
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h
p
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Effetti di soglia nell’assorbimento
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Assorbimento di raggi XIl fotone X è assorbito da un
atomo, e un elettrone di un livello
di core (K, L o M) viene portato
verso il continuo degli stati di
particella libera. L’atomo è
lasciato in uno stato eccitato
con un livello elettronico vuoto
(core hole). L’elettrone emesso
dall'ato-mo è chiamato
fotoelettrone.
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Fluorescenza X :
Canale radiativo
Effetto Auger:
canale non-radiativo
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Diseccitazione degli atomi
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Stato finale:Due buche
Stato iniziale:Singola buca
Statofondamentale
DiseccitazioneAuger
e- e-
K 1s
L1 2sL2,3 2p
M1 3sM2,3 3p
VB
Evac
EF
Ekin
Processo Auger (esempio: L1M2,3M2,3)Elementi di Struttura della Materia a.a. 2004-2005
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Fotoemissione XPS su film sottile di Ni
O 1s
Ni 2p
Auger Ni
Ni 3pNi 3s
Ni VB
Energia cinetica (eV)
h=1486.7 eV
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