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Raggi X

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

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Raggi X

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Presentation Transcript

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

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

  3. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia 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. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia 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. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia 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. l (Å) Serie L Lan = 3 a 2 Kan = 2 a 1 Kbn = 3 a 1 a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia Spettri dei raggi X : Diagrammi di Moseley Serie K Luigi Sangaletti Università Cattolica

  7. 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). a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia Luigi Sangaletti Università Cattolica

  8. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia Mada n = 4 a 3 n = 4 Lada n = 3 a 2 n = 3 n = 2 Kada n = 2 a 1 ada n+1 a n bda n+2 a n gda n+3 a n Luigi Sangaletti Università Cattolica

  9. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia Luigi Sangaletti Università Cattolica

  10. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia Struttura fine degli spettri dei raggi X Luigi Sangaletti Università Cattolica

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

  13. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia Misura della emissione di raggi X Trasmissione Fluorescenza Luigi Sangaletti Università Cattolica

  14. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia 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. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia Andamento della probabilità di assorbimento in funzione dell’energia per assorbimento di raggi X Luigi Sangaletti Università Cattolica

  16. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia Effetti di soglia nell’assorbimento Luigi Sangaletti Università Cattolica

  17. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia 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. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia Fluorescenza X: Canale radiativo Effetto Auger: canale non-radiativo Luigi Sangaletti Università Cattolica

  19. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia Diseccitazione degli atomi Luigi Sangaletti Università Cattolica

  20. a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia Processo Auger (esempio: L1M2,3M2,3) Ekin Evac EF VB M2,3 3p M1 3s e- e- L2,3 2p L1 2s K 1s Stato fondamentale Stato iniziale: Singola buca Diseccitazione Auger Stato finale: Due buche Luigi Sangaletti Università Cattolica

  21. XPS su film sottile di Ni Ni 2p Ni 3s Ni 3p Ni VB Auger Ni O 1s Energia cinetica (eV) a.a. 2004-2005 Elementi di Struttura della Materia Fotoemissione hn=1486.7 eV Luigi Sangaletti Università Cattolica

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