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Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a. 1999-2000 Spettro elettromagnetico Dimensione degli oggetti illuminati.

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Presentazione sul tema: "Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a. 1999-2000 Spettro elettromagnetico Dimensione degli oggetti illuminati."— Transcript della presentazione:

1 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a Spettro elettromagnetico Dimensione degli oggetti illuminati Lunghezza donda l = E = K eV SorgentiFinestreTipoOggetti rilevabili Raggi X Raggi Visibile Infra- rosso Micro onde Onde - radio

2 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a Intensità di raggi X Larea di solito è quella del rivelatore Lunità di tempo il secondo

3 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a Raggi X e-e- = 6° Fascio elettronico Direzione di osservazione Anodo Macchia focale e-e- Radiazione X Anodo Fascio elettronico Distribuzione angolare della radiazione X emessa da un tubo

4 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a Produzione di raggi X Tubo di raggi X Lunghezza donda (nm) Intensità riferita allunità di lunghezza donda K K min Radiazione caratteristica Radiazione di bremsstrahlung

5 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a Produzione di Raggi X e-e- Anodo A seguito dellinterazione degli elettroni primari con lanodo si verificano i seguenti fenomeni: 4. Diffusione elastica nel campo coulombiano in prossimità dei nuclei dellanodo RX 5. Diffusione anelastica nel campo coulombiano in prossimità dei nuclei dellanodo. Alle tipiche tensioni dellanodo, solo lo % degli elettroni primari subisce questo processo. Produzione dello spettro continuo. 2. Interazione con gli el. più esterni degli atomi dellanodo e con il plasma (gas degli el. che permea un metallo). Molti di questi el. fuoriescono dal catodo come el. secondari a bassa energia ( eV). La maggior parte degli el. che non sono retrodiffusi subisce questa sorte. Elettroni secondari 1. Elettroni retrodiffusi. Il loro numero è maggiore per anodi costituiti da atomi pesanti. 3. Interazione con elettroni più interni degli atomi dellanodo. Produzione delle righe caratteristiche. La probabilità di questo processo è molto più bassa rispetto al processo n. 2.

6 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a Spettro continuo di un tubo: I RX = I RX (I,V,Z) I e V costanti I RX = I RX (Z) I V Z I I RX V e Z costanti I RX = I RX (I) 0.4 Intensità relativa Lunghezza donda (Å) I e Z costanti I RX = I RX (V)

7 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a Distribuzione spettrale Realazione di Fourier: · D = distanza percorsa dallelettrone nel tempo v = velocità media dellelettrone nellintervallo Per elettroni di energia pari a 100 eV, v 6 · 10 6 m/s. Assumendo d = 10 Å, si ricava · s, da cui: accelerazione di elettroni in funzione del tempo a t Ponendo max min max, si ricava max = s -1 ; max = Hz ; min = 500 Å I RX max

8 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a e-e- Anodo spesso RX e-e- Anodo sottile Intensità relativa (Å) Distribuzione spettrale Lo spettro continuo emesso da un anodo spesso può essere considerato come somma di spettri continui emessi da strati sottili dellanodo Intensità relativa Lunghezza donda (Å) Primo strato Strato 6

9 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a Eccitazione primaria Intensità relativa Lunghezza donda (Å) Eccitazione secondaria Intensità relativa Lunghezza donda (Å) Eccitazione dei Raggi x

10 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a Eccitazione K Diseccitazione Cu K 63 Cu 29 n=34 Z=29 N M K L e - primario e-e- e - secondario 63 Cu 29 n=34 Z=29 N M K L Sistema eccitato

11 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a K M L 3p 3s 2p 2s 1s n l j 1 0 1/ /2 2 l 1/2 2 l 3/2 3 0 !/2 3 l 1/ /2 Diagramma semplificato delle transizioni dai livelli di energia per alcune radiazioni caratteristiche della serie K Numeri quantici N III Regole di selezione n 0 l = 1 j = 1 o 0 Transizioni elettroniche e righe K

12 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a Lo spettro caratteristico Lo spettro caratteristico consiste di una serie di righe discrete corrispondenti alla differenza di energia fra due livelli atomici e perciò è caratteristico dellelemente emittente Denominazione delle righe K L M

13 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a La legge di Moseley Teoria quantistica di Bohr frequenza della riga spettrale, m massa dellelettrone, M massa del nucleo è la costante di Rydberg per un atomo di massa infinita n i ed n f sono i numeri quantici principali dello stato iniziale e finale, rispettivamente, dellatomo coinvolto nella transizione. Z eff = Z - carica efficace costante di schermaggio Riga K Dove = c/ e k è il numero donda Moseley graficò il rapportodella riga K in funzione di Z ottenendo la linea retta di equazione: Equazione di Moseley

14 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a La legge di Moseley Moseley fu il primo ad indagare ed a trovare la relazione fra il numero atomico di un elemento e lenergia delle sue righe spettrali. La relazione è: Dove k j e j sono costanti diverse per ciascuna riga. j è una costante di schermo; essa corregge leffetto degli elettroni orbitali che riducono la carica nucleare Z In termini di lunghezza donda lequazione precedente diventa: Numero atomico Z Energia riga caratteristica (KeV) K 2 K 1 K 2 L 2 L 1

15 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a Zn 30 n=39 Z=30 N M K L 18 e - 2 e - Zn K Diseccitazione Conversione interna N 69 Zn 30 n=39 Z=30 M K L e-e- Sistema eccitato

16 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a Diseccitazione 129 Xe 54 n=75 Z=54 N M K L 18 e - Xe K 18 e - Conversione interna e-e- N 129 I 53 n=76 Z=53 M K L Sistema eccitato 18 e I Xe n p + + e -

17 Giuseppe Dalba, La Fisica dei Raggi X, Dipartimento di Fisica, Università di Trento, a.a N M K L Sistema diseccitato 55 Mn 25 n=30 Z=25 Mn K Cattura di un elettrone di core N 55 Fe 26 n=55 Z=29 M K L Sistema eccitato 55 Fe Mn 25 Cattura K p + + e - n


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