固有X線の性質

質問

X線官から放射される固有X線は対陰極物質を構成する元素ごとに異なりますがその理由は何故なのでしょうか？。波長が異なるという事まではわかるのですが・・・いまいち解釈できません。宜しくお願いします。

回答No.5

T-Ein · ベストアンサー

連続スペクトルについて・・・

励起状態から基底状態に戻る際に放出するエネルギーはX線（電磁波）だけでは無く、格子振動を介して熱としても放出されます。X線管球を冷却水で冷やしているのはその
為です。
格子振動も電子同様、量子化されるのでエネルギー順位が離散的に成ります。

格子振動を考慮すると遷移過程はいくつも考えれれます。
　遷移過程１　電磁波　放出
　遷移過程２　熱+電磁波　放出
　遷移過程３　熱+熱+電磁波　放出
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（遷移過程１，２，３で放出される電磁波はエネルギーが異なる）
連続スペクトルは、このように様々な遷移過程を経てることにより発生します。

蛇足ですが、遷移過程の方法はすべて一様に起こるのではなく、遷移しやすいものと遷移し難いものがあります。これを遷移確率と言います。
特性X線の強度がやたら強いのは、おそらく遷移確率が高いのでしょう？（これは、推測です。）

回答No.4

ojin

No.2の補足です。

＞Kα、ｋβの二つのX線についてなのですがこの二つが原因になって不連続スペクトルとなり、制動X線の示す連続スペクトルになり観測されるのですね？でもこの連続スペクトルのX線はどのようなメカニズムで放射されどうして連続スペクトルえお与えるのですか？

L核から、K核に遷移するときに発生するのが、Kα線、M核から、K核に遷移するときに発生するのが、Kβ線であったように記憶しています。KαとKβ線の波長は、極めて接近していますので、X線回折装置などでも、スリットや、コリメータを使用しても分離はできないと思います。したがって、測定結果もKβの影響を受けて、その回折像も発生してしまうはずです。

＞連続スペクトルのX線(白色X線)の発生メカニズムについては、私もあまり深く考えたことは無いのですが、一つのエネルギーバンド内で、電子線照射で生じた電子の隙間を、より高い電子が埋め合わせる時にX線が発生します。現実には、X線管球においては、元素のX線発生の励起電圧よりはるかに高い電圧(30KeVから100KeV程度)で、陽極に対して、電子ビームを加速しますので、特性X線よりはるかにエネルギーの強い、短波長のX線から、長波長のX線が連続的に発生するのだと思います。この発生のメカニズムは、特性X線とは、異なった、エネルギーバンド内での電子の移動にようるもので全く異なったものです。

通常のX線分析においては、これら連続X線は、邪魔なものなので、シンチレーションカウンターから取り出す場合には、ベースラインでカットしますが、短波長の部分に、特性X線の強度以上の連続X線が存在する場合がもあり、その影響を完全に取り除く事は難しいと思われます。

蛍光X線分析(X線を試料の当て、発生する２次X線を単結晶で分光して元素分析をする)においても、白色X線も分光してしまうので、やはり、この影響をさけることは出来ないと思います。

X線分析は、もう忘却の彼方です。もしかすると、大きな間違いをしているかも知れません。もっと、現業の方が説明してくれると思います。

回答No.3

apple-man

＞波長が異なるという事まではわかるのですが・・・いまいち解釈できません

　詳細は他の方の回答どおりですが、簡単に言うと、
クーロン力を伝えているのが仮想光子（波長の
非常に短い電磁波）なので、電子が軌道を変える
と運動量を伝えていたこの仮想光子余分な
運動量を持って物質の外に出てくる。
　これがX線です。

　X線の波長λは

λ＝ｈｃ／ε

でエネルギーによりますが、
エネルギーは、電子がどの軌道から
どの軌道に移ったかで違いますので、
電子の軌道、電子配置の違いが発生
するエネルギーの違いとして現れ、
そのエネルギーの違いは、Xの波長の
違いとして現れるのです。

　電子の軌道は元素により違いますので、
元素別の特性Xの波長があるのです。

お礼

回答ありがとうございます！エネルギーの違いという部分がポイントなのですね！

回答No.2

ojin

No.1の方が言われるように、高校物理か、化学で勉強したはずです。

元素には、一番内側から、K、L、M・・核が、原子核の周りに存在します。

元素に電子線を当てると、K核の電子がはじき出されて、それを埋めようとL核から電子が移動します。そのときにX線が発生します。これが、固有X線(特性X線というのが一般的と思います。)で、それぞれの元素により、核か飛び出すエネルギーは異なります。

発生するX線は、陽極(対陰極)の金属で異なります。WKα、CuKαなどの励起電圧(電子ボルト[eV] - 核の電子をはじき飛ばす)は異なりますが、特性X線の他に、連続X線(ホワイトX線とも言われ、測定の際には邪魔にもなります)も同時に発生してしまいます。

特性X線は、分割することの出来ない、KαとKβの２のX線が発生し、相互に干渉し合うために、検出されるX線のピークは、Kαは、波長の短い方に、Kβは、波長の長い方にわずかながらシフトします。

理化学辞典がないので、分かりませんが、元素の励起電圧についての記述があるかも知れません。不確かです。
記憶ですので、誤りがあればお許しの程。

補足

回答ありがとうございます！Kα、ｋβの二つのX線についてなのですがこの二つが原因になって不連続スペクトルとなり、制動X線の示す連続スペクトルになり観測されるのですね？でもこの連続スペクトルのX線はどのようなメカニズムで放射されどうして連続スペクトルえお与えるのですか？

回答No.1

noname#21649

固有X線の発生原理を思い出してください（多分高校でならっているはず）。
K電子を陰極（陰極と陽極の違いを忘却）からの電子流で除き.ここに落ちてくる電子が発する光が.固有X線となりれます。

お礼

早速の回答ありがとうございます！これからも宜しくお願いいたします。