Raggi X Struttura elettronica dei livelli profondi

Presentazione sul tema: "Raggi X Struttura elettronica dei livelli profondi"— Transcript della presentazione:

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

2 Tubi a raggi X Elementi di Struttura della Materia a.a. 2004-2005
Luigi Sangaletti Università Cattolica

3 Emissione di raggi X Elementi di Struttura della Materia
a.a 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

4 Radiazione di Bremsstrahlung (frenamento)
Elementi di Struttura della Materia a.a 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

5 Ka Kb elettrone IN  fotone OUT lmin Spettro caratteristico
Elementi di Struttura della Materia a.a 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

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

7 Formula di Bohr per atomi idrogenoidi:
Elementi di Struttura della Materia a.a 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). Luigi Sangaletti Università Cattolica

8 Ma da n = 4 a 3 n = 4 La da n = 3 a 2 n = 3 n = 2 Ka da n = 2 a 1
Elementi di Struttura della Materia a.a Ma da n = 4 a 3 n = 4 La da n = 3 a 2 n = 3 n = 2 Ka da n = 2 a 1 a da n+1 a n b da n+2 a n g da n+3 a n 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 Struttura fine degli spettri dei raggi X Luigi Sangaletti Università Cattolica

11 Assorbimento dei raggi X
Elementi di Struttura della Materia a.a 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

12 Elementi di Struttura della Materia a.a. 2004-2005
Attenuazione dei raggi X Sezione d’urto totale Luigi Sangaletti Università Cattolica

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

14 Elementi di Struttura della Materia
a.a 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

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

16 Effetti di soglia nell’assorbimento
Elementi di Struttura della Materia a.a Effetti di soglia nell’assorbimento Luigi Sangaletti Università Cattolica

17 Assorbimento di raggi X
Elementi di Struttura della Materia a.a 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

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

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

20 Processo Auger (esempio: L1M2,3M2,3)
Elementi di Struttura della Materia a.a Processo Auger (esempio: L1M2,3M2,3) Ekin Evac EF VB M2,3 3p M1 3s e- e- L2,3 2p L1 2s Sistema a singola particella. 2) Lacuna in livello di core; stato metastabile; elettrone in uscita per fotoemissione. 3) Elettrone da un livello superiore colma la lacuna trasferendo l’energia ad un altro elettrone che si ritrova proiettato sopre la EF 4) L’elettrone ha la possibilità di uscire dal solido se supera la Evac; si determina un sistema a due lacune con elettrone libero fuori dal solido. K 1s Stato fondamentale Stato iniziale: Singola buca Diseccitazione Auger Stato finale: Due buche Luigi Sangaletti Università Cattolica

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