Презентация Сечение ударной электронной ионизации. Оже-электроны. Систематика Оже-переходов. Переходы Костера-Кронига онлайн

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 1 Темы лекции Сечение ударной электронной ионизации. Оже-электроны. Систематика Оже-переходов. Переходы Костера-Кронига. Излучательные переходы. Классификация линий характеристического рентгеновского излучения. Вероятности рентгеновской флуоресценции и Оже-переходов.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 2 При взаимодействии электронов пучка с электронами атомов твердого тела, переданная последним энергия может оказаться больше энергии связи Есв электрона в атоме. В результате такого процесса, который носит название ударная электронная ионизация, на одной из оболочек атома образуется вакансия. Сечение этого процесса и будем искать в малоугловом приближении. |р0|  |р1|, где р0 – импульс электрона пучка до процесса рассеяния, р1 – после процесса рассеяния. Изменение импульса |р| = 2р0sin(/2). Сила, действующая между взаимодействующими электронами, F = e2/r. Так как dp = Fdt, то сила действует вдоль оси z'.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 3 При переходе в с.ц.м. и рассмотрении рассеяния частицы приведенной массы ось z' будет совпадать с прямой, соединяющей силовой центр с точкой наибольшего сближения. Изменение импульса можно записать в виде Поле центральное, сохраняется момент количества движения mev0ρ = mer2(d/dt), поэтому dt/d = r2/v0ρ. Перейдя к переменной интегрирования  2 = 0, 1 = –0 и 0 = 90о – /2

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 4 Энергия, переданная атомному электрону Е0 – энергия электрона пучка перед процессом взаимодействия с атомным электроном. Следовательно ρ2 = (е4/Е0)/Т 2ρdρ = –(е4/Е0)(dТ/Т2). Дифференциальное сечение ударной электронной ионизации Чтобы получить и необходимо проинтегрировать по всем возможным переданным энергиям от Tmin = Eсв до Tmax = E0.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 5 Если E0 >> Eсв, то и = πе4/E0Eсв = πе4/(Eсв)2х, где х = E0/Eсв. При х  1 процесс ударной электронной ионизации невозможен и, следовательно, и = 0. С другой стороны при больших х величина и ~ 1/х, следовательно, и(х) должно иметь максимум. Более детальный расчет показывает, что сечение ударной электронной ионизации имеет максимум при E0 = (3-4) Eсв

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 6 Для описания состояния отдельного электрона в атоме необходимо задать четыре квантовых числа: главное квантовое число n = 1, 2, 3, …7 – определяет основное значение энергии электрона в атоме, которое в первом приближении есть –13,6Z 2/n2 эВ; орбитальное квантовое число l при заданном n может принимать значения 0, 1, 2, …, n – 1, определяет угловой орбитальный момент электрона; квантовое число углового момента j при заданном l может принимать значения l  1, характеризует полный угловой момент электрона, складывающийся из орбитального углового момента и спина; магнитное квантовое число mj при заданном j может принимать все полуцелые значения от - j до + j , определяет проекцию полного углового момента электрона на заданное направление.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 7 Электроны, занимающие в атоме энергетические уровни с одинаковым главным квантовым числом n, образуют оболочку. Максимальное число электронов в оболочке 2n2, так как в соответствии с принципом Паули в каждом состоянии может находиться один электрон. Электронные оболочки с различными значениями n обозначают заглавными латинскими буквами следующим образом: Состояния с различными значениями l имеют следующие спектроскопические обозначения: Число состояний с одинаковыми n, l и j равно 2j + 1. Совокупность электронов с такими квантовыми числами - подоболочка, на которой может быть до 2j +1 электронов, различающихся значениями mj.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 8 Существует два способа обозначения энергетических уровней в атоме: спектроскопическое и рентгеновское.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 9 Оже-процесс испущенный атомом электрон – Оже-электрон Данный переход обозначается KL1L1 на первом месте символ оболочки/подоболочки, где произошла ударная электронная ионизация, на втором – символ подоболочки, с которой произошел переход электрона на образовавшуюся в результате ионизации вакансию, на третьем – символ подоболочки, с которой произошел выход Оже-электрона из атома.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 10 Полное обозначение Оже-перехода включает также конечное состояние атома в спектроскопических обозначениях. Рассмотренный переход оставляет пустой оболочку 2s и полностью заполненными оболочки 2р, поэтому полное обозначение данного перехода KL1L1 (2s02р6). При ионизации К-оболочки возможны также переходы KL1L2,3 с конечным состоянием (2s12р5), KL2L2,3 и KL3L3с конечным состоянием (2s22р4), т.е. всего 6 переходов. Наибольшую интенсивность имеет переход KL2L3. Если ударная электронная ионизация произошла на L-оболочке, то вакансию заполняет электрон с М-оболочки, а другому электрону М-оболочки передается избыток энергии и он выходит из атома. Обозначения подобных переходов LММ.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 11 Переходы Костера-Кронига Если в конечном состоянии одна из вакансий находится в той же оболочке (но не в той же подоболочке), которая была ионизована в результате электронного удара. Скорости переходов Костера-Кронига намного больше скоростей Оже-переходов. Если первичная вакансия в К-оболочке, то переход Костера-Кронига невозможен.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 12 Энергия Оже-электрона в первом приближении может быть вычислена исходя из энергий связи электронов, участвующих в Оже-процессе. В частности, для перехода KL2L3 Это выражение не учитывает наличие вакансий, которое немного изменяет энергии связи. Точные значения ЕА приведены в справочниках. Так как энергии связи разные для разных элементов, то, определив энергию Оже-электрона, можно сказать, каким элементом испущен данный электрон. На этом основан метод Оже-электронной спектроскопии, который будет подробно рассмотрен в следующем семестре.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 13 При образовании первичной вакансии за счет ионизации электронным ударом конкурирующим с Оже-процессом будет излучательный переход с испусканием кванта характеристического рентгеновского излучения. Возможен переход электрона также с L2 подоболочки. Излучательный переход с L1 запрещен правилами отбора l =  1; j= 0,  1. На Оже-переходы данные правила отбора не распространяются.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 14 Схема излучательного перехода при заполнении вакансии с подоболочки L3 Энергия рентгеновского кванта определяется разностью энергии связи оболочки, ионизованной электронным ударом и подоболочки с которой на образовавшуюся вакансию перешел электрон. Для рассмотренного излучательного перехода точное значение энергии рентгеновского кванта По энергии кванта ХРИ можно сказать в каком элементе произошел излучательный переход. На этом основан электронный микроанализ, который будет подробно рассмотрен в следующем семестре.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 15 Система обозначений для излучательных переходов (линии ХРИ) Наиболее интенсивные линии : l= 1; j= 0, j= 1.

Содержание слайда: Лекция 9 Слайд 16 Выход рентгеновской флуоресценции - вероятность заполнения вакансий в той или иной оболочке или подоболочке при переходе, сопровождаемом выходом ХРИ. Сумма вероятностей выхода рентгеновской флуоресценции и Оже-электронов равна единице. Зависимости вероятности выхода рентгеновской флуоресценции (вероятность фотоэффекта) от атомного номера для К-оболочки и для L-оболочки (усредненная по трем подоболочкам). для элементов с малым атомным номером преобладают Оже-переходы, для более тяжелых элементов преобладающим механизмом является рентгеновская флуоресценция.