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a.a. 2004-2005. Elementi di Struttura della Materia. Raggi X. Struttura elettronica dei livelli profondi Emissione e assorbimento dei raggi X. Luigi Sangaletti. Università Cattolica. a.a. 2004-2005. Elementi di Struttura della Materia. Tubi a raggi X. Luigi Sangaletti.

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Presentation Transcript
raggi x

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Raggi X

Struttura elettronica dei livelli profondi

Emissione e assorbimento dei raggi X

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

tubi a raggi x

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Tubi a raggi X

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

emissione di raggi x

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Emissione di raggi X

Emissione di Bremsstrahlung. Teoria classica (cfr. Griffiths, Introduction to

Electrodynamics).

Velocità v e accelerazione a dell’elettrone collineari. Potenza irraggiata:

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

slide4

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Radiazione di Bremsstrahlung (frenamento)

Gli elettroni emessi dal catodo vengono accelerati verso l’anodo (eV0).

Gli elettroni, passando vicino ai nuclei

atomici dell’anodo vengono deflessi

e rallentati.

Emissione di radiazione e.m. nel

continuo (elettrodinamica classica).

Atomo+e-(veloce)->atomo+e-(lento) +hn

Singolo frenamento: hmax=eV0=hc/lmin

lmin

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

slide5

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

elettrone INfotone OUT

Ka

Max. energia dei raggi X =

Max. energia elettrone

Spettro caratteristico

(dipende dal bersaglio)

hmax=eV0=hc/lmin

Spettro caratteristico

Emissione discreta

della serie K

Bremsstrahlung

Spettro continuo dovuto al

frenamento degli elettroni

Kb

Bremsstrahlung

lmin

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

spettri dei raggi x diagrammi di moseley

l (Å)

Serie L

Lan = 3 a 2

Kan = 2 a 1

Kbn = 3 a 1

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Spettri dei raggi X : Diagrammi di Moseley

Serie K

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

slide7

Moseley scoprì che la radice quadrata della frequenza della riga Ka era proporzionale al numero atomico degli atomi del bersaglio:

Formula di Bohr per atomi idrogenoidi:

Ka => n1=1, n2=2; Z->Z-b con b≈1 (effetto di schermaggio del

potenziale coulombiano del nucleo da parte dell’elettrone più interno).

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

slide8

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Mada n = 4 a 3

n = 4

Lada n = 3 a 2

n = 3

n = 2

Kada n = 2 a 1

ada n+1 a n

bda n+2 a n

gda n+3 a n

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

slide9

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

slide10

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Struttura fine degli spettri dei raggi X

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

slide11

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

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:

Fascio di raggi X monocromatici

L’attenuazione dei raggi X è dovuta :

A- alla diffusione (Thomson, Compton)

A- all’assorbimento

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

slide12

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Attenuazione dei raggi X

Sezione d’urto totale

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

misura della emissione di raggi x

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Misura della emissione di raggi X

Trasmissione

Fluorescenza

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

slide14

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Confronto tra spettri X di emissione e assorbimento (nell’esempio illustrato il platino).

(a): il coefficiente di assor-bimento è dato in funzione della frequenza: lo spettro di assorbimento consiste essenzialmente di sovrap-posizioni di più frequenze limite di assorbimento.

(b)-(e): spettro di emissione per diverse energie di eccitazione; in (b) tutte le serie sono eccitate, in (c) manca la serie K; in (d) anche la LI; in (e) anche la LII.

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

slide15

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Andamento della probabilità di assorbimento in funzione dell’energia per assorbimento di raggi X

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

effetti di soglia nell assorbimento

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Effetti di soglia nell’assorbimento

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

assorbimento di raggi x

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Assorbimento di raggi X

Il 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.

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

fluorescenza x canale radiativo

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Fluorescenza X: Canale radiativo

Effetto Auger:

canale non-radiativo

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

diseccitazione degli atomi

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Diseccitazione degli atomi

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

slide20

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Processo Auger (esempio: L1M2,3M2,3)

Ekin

Evac

EF

VB

M2,3 3p

M1 3s

e-

e-

L2,3 2p

L1 2s

K 1s

Stato

fondamentale

Stato iniziale:

Singola buca

Diseccitazione

Auger

Stato finale:

Due buche

Luigi Sangaletti

Università Cattolica

fotoemissione

XPS su film sottile di Ni

Ni 2p

Ni 3s

Ni 3p

Ni VB

Auger Ni

O 1s

Energia cinetica (eV)

a.a. 2004-2005

Elementi di Struttura della Materia

Fotoemissione

hn=1486.7 eV

Luigi Sangaletti

Università Cattolica