2) ядерных превращений и аннигиляций пар частица-античастица
3) уменьшения кинетической энергии движущихся частиц
4) перехода между оболочками атома (+)
Характеристическое рентгеновское излучение возникает при переходе электронов между дискретными энергетическими уровнями атома. Если электрон внутренней оболочки, например K- или L-оболочки, удаляется вследствие ионизации, образовавшаяся вакансия заполняется электроном с более высокой энергетической оболочки. Разность энергий этих уровней испускается в виде фотона рентгеновского диапазона.
Энергия такого фотона строго определяется строением электронной оболочки конкретного химического элемента, поэтому спектр состоит из отдельных линий, например Kα и Kβ, и называется характеристическим. Это отличает его от тормозного излучения, которое формируется при замедлении быстрых заряженных частиц в электрическом поле атомных ядер и имеет непрерывный энергетический спектр. Ядерные переходы, в свою очередь, являются источником гамма-излучения и не относятся к механизму образования характеристических рентгеновских квантов.
| Вид излучения | Механизм возникновения | Характер спектра | Ключевой признак |
|---|---|---|---|
| Характеристическое рентгеновское | Переход электронов между атомными оболочками после образования вакансии | Линейчатый | Энергии фотонов специфичны для химического элемента |
| Тормозное рентгеновское | Замедление быстрых электронов в кулоновском поле ядер | Непрерывный | Энергия фотонов распределена от малых значений до максимальной энергии электронов |
| Гамма-излучение | Переход атомного ядра из возбужденного состояния в более низкое энергетическое состояние | Дискретный | Источник связан с ядерными, а не электронными уровнями |
| Аннигиляционное излучение | Аннигиляция частицы и античастицы, например электрона и позитрона | Дискретный | Для аннигиляции электрон-позитрон характерны фотоны по 511 кэВ |
| Переход Kα | Заполнение вакансии K-оболочки электроном с L-оболочки | Отдельная спектральная линия | Энергия равна разности энергий K- и L-уровней |
| Переход Kβ | Заполнение вакансии K-оболочки электроном с более высокой, обычно M-оболочки | Отдельная спектральная линия | Энергия выше, чем у соответствующей линии Kα |
В рентгеновской трубке характеристическое излучение появляется только тогда, когда энергия ускоренных электронов достаточна для ионизации внутренних оболочек атомов материала мишени. Положение характеристических линий определяется атомным номером материала анода и практически не зависит от напряжения после превышения соответствующего порогового значения. Эти свойства используются в рентгеноспектральном анализе и учитываются при формировании спектра диагностических и терапевтических рентгеновских установок. Таким образом, определяющим механизмом является перестройка электронной оболочки атома с испусканием фотона фиксированной энергии.