3. QUANG PHỔ TIA
3.2 PHỔ VẠCH ( PHỔ ĐẶC TRƯNG)
Bây giờ chúng ta sẽ hướng sự chú ý của chúng ta tới hai cực đại nhọn trên hình 3.1 mà ta sẽ kí hiệu là Kαvà Kβ. Các cực đại này cùng với các cực đại khác xuất hiện ở vùng bước sóng dài hơn là đặc trưng của bia và tạo nên phổ tia X đặc trưng của nguyên tố đang xét.
Vậy các nguyên tố này xuất hiện như thế nào? Electron tới có năng lượng lớn đập vào một nguyên tử trong bia và làm bật ra một electron nằm sâu trong nguyên tử đó. Nếu electron này nằm ở vỏ với n = 1 (vì nguyên nhân lịch sử vỏ này được gọi là vỏ K) thì sẽ còn lại một chỗ trống, hay người ta thường gọi là một lỗ trống trong lớp vỏ đó. Một trong số các electron ở vỏ ngoài sẽ chuyển dịch tới để lấp đầy lỗ trống đó và trong quá trình ấy nguyên tử sẽ phát xạ photon tia X đặc trưng. Nếu electron chuyển dời từ vỏ có n = 2 (được gọi là lớp vỏ L), chúng ta có vạch Kα trên hình 3.1, còn nếu nó chuyển dời từ lớp
vỏ có n = 3 (được gọi là lớp vỏ M) thì ta được vạch K
β , v.v… Tất nhiên những chuyển dời như vậy lại để lại một lỗ trống trong lớp vỏ L hoặc M, nhưng chúng sẽ được lấp đầy bởi một electron còn ở xa hơn nữa trong nguyên tử, và trong quá trình đó nguyên tử lại phát một vạch phổ tia X đặc trưng nữa.
Khi nghiên cứu các bức xạ được phát bởi một electron duy nhất trong nguyên tử hiđrô, chúng ta đã thấy rằng sẽ rất thuận tiện nếu chúng ta vẽ sơ đồ các mức năng lượng, trong đó mỗi mức tương ứng với một trạng thái lượng tử của electron duy nhất đó. Chúng ta sẽ chọn mốc năng lượng 0 là năng lượng của trạng thái trong đó electron đứng im và đã bị bứt ra khỏi nguyên tử.
Tuy nhiên khi nghiên cứu tia X, ta thấy rằng theo dõi một lỗ trống được tạo ra ở sâu trong đám mây các electron sẽ thuận tiện hơn nhiều so với việc theo dõi các trạng thái lượng tử của nhiều electron còn lại trong nguyên tử. Do đó ta sẽ chọn làm cấu hình có năng lượng 0 là trạng thái của hệ trong đó lỗ trống được bứt ra hoàn toàn khỏi nguyên tử, tức là nguyên tử trung hòa bình thường ở trạng thái cơ bản của nó. Cần nhớ rằng cấu hình mà ta chọn gán cho nó năng lượng là hoàn toàn tùy ý. Chỉ có hiệu các năng lượng mới là quan trọng và chúng sẽ hệt như nhau bất kể ta chọn cấu hình nào có năng lượng E = 0.
Hình 3.4 cho sơ đồ các mức năng lượng phát tia X đối với môlipđen, nguyên tố liên quan đến hình 3.1. Đường đáy (E = 0), như chúng ta đã nói ở trên, biễu diễn nguyên tử trung hòa ở trạng thái cơ bản. Mức được kí hiệu bằng chữ K (E = 20keV) biểu diễn năng
lượng nguyên tử môlipđen có một lỗ trống ở lớp vỏ K. Tương tự mức được kí hiệu bằng chữ L (E = 2,7keV) biểu diễn năng lượng của nguyên tử đó có một lỗ trống ở lớp vỏ L, v.v…
Các dịch chuyển được kí hiệu là Kαvà Kβ trong hình 3.4 cho nguồn gốc của hai vạch nhọn của tia X trên hình 3.1. Ví dụ, vạch Kα phát sinh khi một electron từ lớp vỏ L
của môlipđen chuyển đến lấp đầy lỗ trống ở lớp vỏ K. Điều này tương ứng với lỗ trống dịch chuyển xuống dưới, từ mức K đến mức L trên sơ đồ các mức năng lượng cho trên hình 3.4.
Hình 3.4: Giản đồ mức năng lượng của nguyên tử môlipđen có chỉ rõ các chuyển dời của các lỗ trống làm phát sinh tia X đặc trưng của nguyên tố đó.