Generování rentgenového záření
Rentgenové (rtg.) záření vzniká v rentgenové trubici (rentgence) - viz obr. 1. V evakuované baňce jsou umístěny dvě elektrody, katoda K a anoda A. Elektrony emitované z katody žhavené elektrickým proudem jsou urychlovány anodovým napětím Ua o velikosti obvykle několika desítek až stovek kV. V místě jejich dopadu na anodu vzniká rtg. záření. Katoda je obklopena dutým válcem W, který je s ní vodivě spojen. Bývá nazýván Wehneltův válec a tvoří fokusační elektrodu, která soustřeďuje elektronový svazek do malé oblasti na povrchu anody. Tím získáváme malý, téměř bodový zdroj rtg. záření, což je důležité pro prosvěcování předmětů, ale i pro kolimaci svazku rtg. záření.
![]() Obr. 1 |
![]() |
(1) |
Spektrum charakteristického záření je naproti tomu diskrétní - čárové.
Závisí podstatně na materiálu anody - různým chemickým prvkům, z nichž
se anoda skládá, odpovídají různé pro ně charakteristické systémy spektrálních
čar. Toto záření vzniká, mají-li elektrony dopadající na anodu energii
dostatečnou k vyražení některého z elektronů z nižších energetických hladin
atomů látky - elektron může být buď vyražen na některou vyšší neobsazenou
hladinu, nebo - a to častěji - může atom zcela opustit (ionizace). Na uprázdněné
místo po elektronu (díra) pak přeskakují elektrony z vyšších obsazených
hladin atomu při současné emisi fotonu charakteristického záření. Čára
v rtg. spektroskopii označovaná jako K například
odpovídá přeskoku z hladiny s hlavním kvantovým číslem n = 2 na
hladinu n = 1, další čára ze stejné serie
![]() |
(2) |
Vztahu (2) se dá vytknout určitá nedůslednost: správněji bychom měli brát pro různé termy různé konstanty stínění s. Pokud však bude jeden z termů podstatně větší než druhý, nedopustíme se velké chyby, vezmeme-li hodnotu s odpovídající většímu termu. Pro porovnání s našimi výsledky je vztah (2) výhodný proto, že vystačíme s hodnotami vlnočtů a nepotřebujeme znát termy, jejichž určení by bylo obtížnější.
Difrakce rtg. záření na krystalech
Studium interakce rtg. záření s krystalem mělo svého času (po roce 1912) zásadní význam pro poznání jak vlastností tohoto záření, tak i struktury krystalů. Prvními fyziky, kteří se těmito otázkami systematicky zabývali, byli Max von Laue a otec a syn Braggové. Max von Laue navrhl nahradit pro rtg. záření optickou mřížku krystalem, nebo. se již tehdy správně usuzovalo, že atomy v krystalu jsou pravidelně prostorově uspořádány.
Laueho model difrakčního procesu lze stručně charakterizovat takto: rtg. záření procházející krystalem rozkmitá elektronové obaly atomů, které se samy stávají zdroji koherentního záření. Rozptýlené záření vystupující z krystalu se v některých směrech interferencí zesiluje, v jiných se naopak prakticky vyruší. Tak vznikne difrakční obrazec, který je možno zaznamenat na fotografický materiál nebo jiným způsobem.
Jednoduchá interpretace difrakce pochází od Braggů a vychází z představy,
že difraktovaný paprsek vzniká "odrazem" od určité soustavy rovnoběžných
rovin, v nichž jsou atomy v krystalu uspořádány. Situaci ilustruje obr.
2. Dopadající i difraktovaný paprsek svírají s atomovými rovinami stejný
úhel , jak odpovídá zákonu odrazu. (Tento úhel je doplňkový
k úhlu dopadu, jak se běžně zavádí v optice). Je patrno, že paprsky difraktované
![]() Obr. 2 |
![]() |
(3) |
Měření spektra rtg. záření
Při měření spektra obvykle dopadá paprsek rtg. záření na stěnu krystalu,
která je rovnoběžná se soustavou ,,difraktujících" atomových rovin. Postupným
otáčením krystalu měníme úhel a určujeme intenzitu difraktovaného
paprsku. Z úhlů
určíme hodnoty vlnové délky
podle vztahu (3), kde k = 1, neboť pracujeme se spektrem prvního
řádu. Tak získáme závislost intenzity na vlnové délce
. Užíváme-li
k detekci záření např. počítače částic, musíme ovšem tento počítač otáčet
o dvojnásobek úhlu otočení krystalu, abychom zachovali podmínku odrazu.
Použitý krystal fluoridu lithného LiF tvoří kubickou plošně centrovanou mřížku. Uspořádání atomů v jedné z hlavních atomových rovin je znázorněno na obr. 2, stejné je uspořádání v ,,difraktujících" hlavních rovinách, které jsou v obr. 2 kolmé k nákresně. K absolutnímu určení vlnových délek je třeba znát vzdálenost těchto rovin d. Určíme ji ze známé hustoty monokrystalu LiF s použitím atomových hmotností Li, F a Avogadrova čísla.
![]() ![]() ![]() |
![]() |
Hana Kudrnová |
| Tomáš Drbohlav, 22. 9. 2004 |