Элементы квантовой механики Кинематика примеры задач Молекулярные спектры Электрические цепи постоянного и переменного тока Расчеты цепей постоянного и переменного тока Электрические цепи переменного тока

Ядерные фотоэмульсии  (1927; российский физик Л. В. Мысовский (1888—1939)) — это простейший трековый детектор заряженных частиц. Прохождение заряженной частицы в эмульсии вызывает ионизацию, приводящую к образованию центров скрытого изображения. После проявления следы заряженных частиц обнаруживаются в виде цепочки зерен металлического серебра. Taк как эмульсия — среда более плотная, чем газ или жидкость, используемые в вильсоновской и пузырьковой камерах, то при прочих равных условиях длина трека в эмульсии более короткая.

Характеристические рентгеновские спектры. 

Рентгеновские спектры, возникающие при бомбардировке электронами антикатода рентгеновской трубки, бывают двух видов: сплошные и линейчатые. Сплошные спектры возникают при торможении быстрых электронов в веществе антикатода и являются обычным тормозным излучением электронов. Вид этих спектров не зависит от материала антикатода.

При повышении напряжения на трубке наряду со сплошным спектром появляется линейчатый. Он состоит из

Рис.13.5.

отдельных линий и зависит от материала антикатода. Каждый элемент обладает своим, характерным для него линейчатым спектром. Поэтому такие спектры называют характеристическими (рис. 13.5) .

 С увеличением напряжения на рентгеновской трубке коротковолновая граница сплошного спектра смещается, линии же характеристического спектра становятся лишь более интенсивными, не меняя своего расположения.

Особенности характеристических спектров.

 1. В отличие от оптических линейчатых спектров с их сложностью и разнообразием, рентгеновские характеристические спектры различных элементов отличаются простотой и однообразием. С ростом атомного номера Z элемента они монотонно смещаются в коротковолновую сторону.

2. Характеристические спектры разных элементов имеют сходный характер (однотипны) и не меняются, если интересующий нас элемент находится в соединении с другими. Это можно объяснить лишь тем, что характеристические спектры возникают при переходах электронов во внутренних частях атома, частях, имеющих сходное строение. Поляризационные призмы и поляроиды В основе работы поляризационных приспособлений, служащих для получения поляризованного света, лежит явление двойного лучепреломления. Наиболее часто для этого применяются призмы и поляроиды. Призмы делятся на два класса: призмы, дающие только плоскополяризованный луч (поляризационные призмы); призмы, дающие два поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях (двоякопреломляющие призмы).

 3. Характеристические спектры состоят из нескольких серий: К, L, М, ... Каждая серия — из небольшого числа линий: Ка, Кβ, Кγ, ... La, Lβ, Ly, ... и т. д. в порядке убывания длины волны λ.

Анализ характеристических спектров привел к пониманию, что атомам присуща система рентгеновских термов К, L, М, ...(рис.13.6). На этом же рисунке показана схема возникновения характеристических спектров. Возбуждение  атома возникает при удалении одного из внутренних электронов (под действием электронов или фотонов достаточно большой энергии). Если вырывается один из двух электронов K-уровня (n = 1), то освободившееся место может быть занято электроном из какого-либо более высокого уровня: L, M, N, и т. д. В результате возникает K-серия. Подобным же образом возникают и другие серии: L, М, ...

Серия К, как видно из рис.13.6, непременно сопровождается появлением и остальных серий, поскольку при испускании ее линий освобождаются электроны на уровнях L, М и др., которые в свою очередь будут заполняться электронами с более высоких уровней.

Рис. 13.6.

Закон Мозли. Частоты ν линий характеристического рентгеновского излучения подчиняются закону Мозли (1913):

(13.43)

R — постоянная Ридберга, Z — порядковый номер в Периодической системе элементов σ — постоянная экранирования, т = 1, 2, 3, ... (определяет рентгеновскую серию), п = т + 1, т + 2, ... (определяет линию соответствующей серии).

Смысл постоянной экранирования заключается в том, что на электрон, совершающий переход, действует не весь заряд ядра Ze, а заряд (Z — σ)е, ослабленный экранирующим действием других электронов. Закон Мозли сыграл в свое время важную роль при уточнении расположения элементов в периодической системе. Этот закон достаточно точно выполняется для легких элементов. Для тяжелых же элементов поправка σ значительно отличается от единицы.

Рентгеновские спектры поглощения отличаются от рентгеновских спектров излучения: они состоят из нескольких полос с резким длинноволновым краем (рис. 13.7). В результате поглощения рентгеновского фотона атомом может произойти вырывание электрона с одной из внутренних оболочек атома (процесс фотоионизации), причем каждая из полос поглощения

Рис. 13.7.

соответствует вырыванию электрона из определенной оболочки атома (K-полоса

соответствует выбиванию электрона из самой внутренней оболочки и т. д.). Резкий длинноволновый край полос соответствует началу процесса фотоионизации. Из рисунка также следует, что полосы поглощения обладают тонкой структурой: в K-полосе — один максимум, в L-полосе — 3 максимума, в M-полосе — 5 максимумов. Отметим, что структура рентгеновских спектров поглощения тяжелых атомов аналогична, что говорит об идентичности строения внутренних оболочек атомов тяжелых элементов.

Итак, например, K-край полосы поглощения (λK) связан с прекращением возбуждения K-уровня. Это значит, что длина волны λK характеризует энергию связи K-электрона (ЕK):

ЕK = ћωK = (2πћc)/ λK .

Детальный анализ характеристических спектров привел к уточнению структуры рентгеновских термов (рис. 13.8). K -терм остается одиночным. L-терм оказался тройным, М-терм — пятикратным. Мы встречаемся здесь со случаем jj-связи, которая осуществляется в глубинных слоях тяжелых атомов. У K-оболочки п = 1, значит каждый электрон имеет l = 0, s = 1/2 и j = 1/2 (это единственное значение). У L-оболочки п = 2, каждый электрон имеет l = 0 или 1. При l = 0 j = 1/2, а при l = 1 согласно (13.29) j = 1/2 и 3/2. Итак, мы имеем здесь три подуровня в точном соответствии с кратностью L-края полосы поглощения. А именно, при п = 2 (L-оболочка)

l

0

1

j

1/2

1/2, 3/2

Аналогично для М-оболочки и т. д. (см. рис. 13.8).

Кроме того, необходимо учесть, что возможны только те переходы между термами, которые подчиняются правилу отбора:

Рис. 13.8.

Δl = ±1, Δj = 0, ±1.

(13.44)

Теперь должны быть понятными изображенные на рис. 13.8 переходы: только они удовлетворяют этим правилам отбора. Мы видим, что линии K-серии имеют дублетную структуру. Компоненты дублетов обозначают индексами α1, α2; β1, β2 и т. д. Например, Ка-линия представляет собой дублет Ка1 и Ка2. Серия L и другие имеют более сложную мультиплетную структуру.

63 – 65. При выбраковке ткани используется дифракция на регулярной структуре нитей. При нарушении структуры меняется дифракционная картина. Рассчитать углы порядков дифракции, если расстояние между нитями по горизонтали а, расстояние по вертикали b, освещение ведется светом с длиной волны λ . Данные для задач в таблице.

m

λ (мкм )

а(мм )

b(мм )

63

1-3

0,53

0,1

0,05

64

1-3

0,63

0.05

0.1

65

1-3

0,694

0,05

0,025

66. На грань кристалла каменной соли падает пучок параллельных рентгеновских лучей с длиной волны 0.15 нм. Под каким углом к атомной плоскости наблюдается дифракционный максимум третьего порядка, если расстояние между атомными плоскостями кристалла 0.285 нм?

67. На кристалл кальцита, расстояние между атомными плоскостями которого 0.3 нм, падает пучок параллельных рентгеновских лучей, длина волны которых 0.147 нм. Определить, под каким углом к поверхности кристалла / угол скольжения / должны падать рентгеновские лучи, чтобы наблюдался дифракционный максимум первого порядка.

68. При анализе содержания сахара используется явление вращения плоскости поляризации света. Определить процентное содержание сахара в кювете длиной 1дм., если плоскость поляризации света повернулась после прохождения раствора на угол φ = 3020' . Постоянная вращения сахара α =660 град\м

69. При анализе содержания сахара используется явление вращения плоскости поляризации света. Определить процентное содержание сахара в кювете длиной 1дм., если плоскость поляризации света повернулась после прохождения раствора на угол φ = 6020' . Постоянная вращения сахара α =660 град\м

70. При анализе содержания сахара используется явление вращения плоскости поляризации света. Определить процентное содержание сахара в кювете длиной 1дм., если плоскость поляризации света повернулась после прохождения раствора на угол φ = 90 . Постоянная вращения сахара α =660 град\м.

71. Период полураспада изотопа 74As33 равен 17.5 дня. Определить за какое время распадется 80% атомов изотопа.

72. Период полураспада радиоактивного аргона 41Ar18 равен 110 минутам. Определить время, за которое распадется 25% первоначальной массы атомов.

73. Стабильный изотоп натрия 23Na11 облучается нейтронами и превращается в радиоактивный изотоп 24Na11 с периодом полураспада 11.5 ч. Какая доля радиоактивного натрия останется через сутки после облучения.

74. Постоянная распада для 228Rа88 равна 3.28×10-2 с-1. Определить какая часть ядер этого элемента останется через пять лет.

75. Определить постоянную распада и число атомов радона, распавшихся в течение суток, если первоначальная масса радона 10 г. Период полураспада изотопа радона 228 Rn86 3.8 суток.

76. Период полураспада цезия 137Cs55 26.6 года. Определить сколько процентов радиоактивного элемента распалось за 12 лет.

77. Период полураспада кобальта 60Co27 5.3 года. Определить какая доля первоначального количества ядер этого изотопа распадется через 10 лет.

78. Период полураспада изотопа йода 131J53 8 дней. Какое количество йода (в процентном отношении) останется через три недели.

79. На сколько процентов уменьшится активность изотопа йода 131J53 через 30 дней после начала распада. Период полураспада изотопа йода 131J53 8 дней.

Пузырьковая камера (1952; американский физик Д. Глезер (р. 1926)). В пузырьковой камере рабочим веществом является перегретая (находящаяся под давлением) прозрачная жидкость (жидкие водород, пропан, ксенон). Запускается камера, так же как и камера Вильсона, резким сбросом давления, переводящим жидкость в неустойчивое перегретое состояние. Пролетающая в это время через камеру заряженная частица вызывает резкое вскипание жидкости, и траектория частицы оказывается обозначенной цепочкой пузырьков пара — образуется трек, который, как и в камере Вильсона, фотографируется. Пузырьковая камера работает циклами. Размеры пузырьковых камер примерно такие же, как камеры Вильсона (от десятков сантиметров до 2 м), но их эффективный объем на 2—3 порядка больше, так как жидкости гораздо плотнее газов. Это позволяет использовать пузырьковые камеры для исследования длинных цепей рождений и распадов частиц высоких энергий
Выпрямители переменного тока