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

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Presentazione sul tema: "Raggi X Struttura elettronica dei livelli profondi Emissione e assorbimento dei raggi X Elementi di Struttura della Materia a.a. 2004-2005 Luigi Sangaletti."— Transcript della presentazione:

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

2 Tubi a raggi X Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

3 Emissione di raggi X Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica Emissione di Bremsstrahlung. Teoria classica (cfr. Griffiths, Introduction to Electrodynamics). Velocità v e accelerazione a dellelettrone collineari. Potenza irraggiata:

4 Gli elettroni emessi dal catodo vengono accelerati verso lanodo (eV 0 ). Gli elettroni, passando vicino ai nuclei deflessi atomici dellanodo vengono deflessi e rallentati e rallentati. Emissione di radiazione e.m. nel continuo continuo (elettrodinamica classica). Atomo+e - (veloce)->atomo+e - (lento) +h Singolo frenamento: h max =eV 0 =hc/ min Radiazione di Bremsstrahlung (frenamento) Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica min

5 Bremsstrahlung Spettro caratteristico (dipende dal bersaglio) Max. energia dei raggi X = Max. energia elettrone Spettro caratteristico Emissione discreta della serie K Bremsstrahlung Spettro continuo dovuto al frenamento degli elettroni K K elettrone IN fotone OUT h max =eV 0 =hc/ min Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

6 Å) Serie L L n = 3 a 2 K n = 2 a 1 K n = 3 a 1 Spettri dei raggi X : Diagrammi di Moseley Serie K Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

7 Moseley scoprì che la radice quadrata della frequenza della riga K era proporzionale al numero atomico degli atomi del bersaglio: Formula di Bohr per atomi idrogenoidi: K => n 1 =1, n 2 =2; Z->Z-b con b1 (effetto di schermaggio del potenziale coulombiano del nucleo da parte dellelettrone più interno). Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

8 K da n = 2 a 1 L da n = 3 a 2 n = 4 n = 3 n = 2 da n+1 a n da n+2 a n da n+3 a n M da n = 4 a 3 Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

9 Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

10 Struttura fine degli spettri dei raggi X Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

11 Assorbimento dei raggi X I raggi-X, nellattraversare la materia, sono deviati e assorbiti come ogni radiazione elettromagnetica. Il coefficiente di assorbimento si determina sperimentalmente usando lequazione: Lattenuazione dei raggi X è dovuta : A- alla diffusione (Thomson, Compton) A- allassorbimento Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica Fascio di raggi X monocromatici

12 Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica Attenuazione dei raggi X Sezione durto totale

13 Misura della emissione di raggi X Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica Fluorescenza Trasmissione

14 Confronto tra spettri X di emissione e assorbimento (nellesempio 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 L I ; in (e) anche la L II. (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 L I ; in (e) anche la L II. Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

15 Andamento della probabilità di assorbimento in funzione dellenergia per assorbimento di raggi X Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

16 Effetti di soglia nellassorbimento Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

17 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. Latomo è lasciato in uno stato eccitato con un livello elettronico vuoto (core hole). Lelettrone emesso dall'ato- mo è chiamato fotoelettrone. Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

18 Fluorescenza X : Canale radiativo Effetto Auger: canale non-radiativo Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

19 Diseccitazione degli atomi Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

20 Stato finale: Due buche Stato iniziale: Singola buca Stato fondamentale Diseccitazione Auger e-e- e-e- K 1s L 1 2s L 2,3 2p M 1 3s M 2,3 3p VB E vac EFEF E kin Processo Auger (esempio: L 1 M 2,3 M 2,3 ) Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica

21 Fotoemissione XPS su film sottile di Ni O 1s Ni 2p Auger Ni Ni 3p Ni 3s Ni VB Energia cinetica (eV) h = eV Elementi di Struttura della Materia a.a Luigi Sangaletti Università Cattolica


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