СОБСТВЕННЫЕ ШИРИНЫ УРОВНЕЙ И РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ НИМИ

Рис. 2.9. Зависимость собственной ширины К- и -уровней от атомного номера Z .

После ионизации внутренней электронной оболочки атома образовавшаяся вакансия заполняется приблизительно через 10^-16 сек. Согласно соотношению неопределенностей, это время соответствует «неопределен­ности» в энергии уровня порядка нескольких электронвольт. Последняя величина и есть собственная, или «естественная», ширина уровня; она характеризует верхний предел точности, с которой может быть измерена энергия данного уровня. Этот предел достижим в методе ЭСХА.

Рис. 2.10. Зависимость собственной ширины -линии от атомного номера Z.

Как видно из диаграммы, показанной на рис. 2.9, ширина любого из уровней уменьшается с уменьшением атомного номера. Для алюминия ширина как К-, так и -уровня составляет несколько десятых электрон-вольта. В отдельных случаях, когда выход из возбужденного состояния совершается также путем безызлучательных переходов Костера – Кронига, время жизни вакансии значительно сокращается и, согласно соотношению неопределенностей, возрастает ширина соответствующего уровня. Именно этим объясняется, например, расширение -уровня у некоторых групп элементов периодической системы.

Рентгеновская эмиссионная -линии соответствует переходу, при котором вакансия в К-оболочке заполняется одним из электронов -оболочки. Естественная ширина этой линии есть сумма ширин двух указанных уровней.

Стрелкой отмечены некоторые элементы, часто используемые в качестве анодов в рентгеновских трубках в методе ЭСХА.

На рис. 10 показана зависимость естественной ширины -линии от атомного номера Z. На схеме отмечены некоторые из элементов, из которых обычно изготовляются аноды рентгеновских трубок. Из рисунка видно, что ширина - линии алюминия равна приблизительно 0,5 эв, т. е. примерно в 5 раз меньше, чем ширина, скажем, - линии меди. В этом состоит одна из причин, почему в методе ЭСХА используются трубки с алюминиевым анодом вместо того, чтобы возбуждать электронный спектр медным излучением. Другое преимущество использования - излучения алюминия заключается в том, что энергия, сооответствующая -линии А1, достаточно мала (1,5 кэв), и, следовательно, мала и энергия фотоэлектронов, выбитых из образца. Эту энергию можно определить с большей абсолютной точностью, так как относительная разрешающая способность спектрометра – величина постоянная. У переходных элементов четвертого периода - линия не только широка, но и асимметрична.

Рис. 2.11. Зависимость расстояния между линиями в -дублете от атомного номера Z.

Рис. 2.12. Рентгеновская -линия алюминия. Введены поправки на аппаратурное уширение.

При записи электронных спектров, возбуждаемых, скажем, излучением от меди, присутствие -линии в падающем на образец излучении наряду с -линией обычно не представляет особых неудобств. В противном случае можно применить кристалл-монохроматор или использовать для возбуждения электронного спектра -линию (интенсивность которой, однако, значительно ниже), или, наконец, вместо - или -линий использовать L-линию, испускаемую анодом из другого вещества. Энергетическое расстояние между и -линиями показано на рис. 2.11 в логарифмическом масштабе. Мы видим, что оно быстро уменьшается с уменьшением атомного номера. Уменьшение спин-дублетного расщепления, на первый взгляд, создает дополнительные трудности, когда мы используем аноды из легких элементов с целью повышения точности измерения энергии фотоэлектронов, соответствующих уровням с малой энергией связи. На деле расстояние между - и -линиями уменьшается столь значительно, что у таких элементов, как А1 и Mg, оно становится сравнимым с естественной шириной -линий. В результате дублет можно рассматривать как одну линию с шириной около 1эв.

Для измерения электронных спектров, соответствующих малым энергиям связи, оказываются вполне пригодными аноды из алюминия и магния. Контур -линии алюминия, полученный экспериментально Норландом, показан на рис. 2.12. Общая ширина линии равна 1,0эв; она согласуется с той, которую можно ожидать, исходя из диаграмм, дающих зависимость ширины -линии и величины спин-дублетного расщепления от Z. Графический анализ указывает на взаимное наложение двух компонент с относительной интенсивностью 2:1, близкой к ожидаемой, и полушириной около 0,7эВ.