Характеристическое излучение (X-излучение).

Характеристическое излучение является разновидностью электромагнитного (или что то же - фотонного) излучения и возникает в ситуациях, когда образуется вакансия на одной из внутренних электронных оболочках атома. Такого рода вакансии могут образовываться либо в результате внутренней конверсии, либо в результате электронного захвата, либо же при воздействии на атом внешним фотонным или электронным облучением. В результате атом оказывается в энергетически возбужденном состоянии с внутренней электронной оболочкой, потерявшей электрон (с вакансией). При переходе атома в невозбужденное (стабильное) состояние вакансия на внутренней оболочке замещается электроном с более удаленной оболочки, что приводит к освобождению энергии возбуждении. Эта энергия реализуется в виде фотонного (характеристического или X) излучения, однако есть некоторая вероятность того, что X излучение будет поглощено электроном этого же атома и в результате уже этот электрон будет излучен атомом (с соответствующей вероятностью). Такого рода электроны называются Ожэ электронами. Итак, при снятии энергетического возбуждения атома, возникшего в результате одного из перечисленных выше процессов происходит излучение характеристической электромагнитной энергии (X-излучение) и/или излучаются Ожэ-электроны.

Характеристическое излучение моноэнергетично и специфично (характерно) для атомов, имеющего вакансию на внутренней электронной оболочке, следовательно может быть использовано для идентификации этих атомов. Этот феномен используется в различных спектроскопических методиках (”рентгеновская спектроскопия”) для целей определения элементного состава вещества.

 

 

Ожэ-электроны.

 

Так же как и характеристическое излучение, Ожэ-электроны излучаются в ситуациях, когда образуется вакансия на одной из внутренних электронных оболочках атома (K, L, M). Такого рода вакансии могут образовываться либо в результате внутренней конверсии, либо в результате электронного захвата, либо же при воздействии на атом внешним фотонным или электронным облучением. В результате атом оказывается в энергетически возбужденном состоянии с внутренней электронной оболочкой, потерявшей электрон (с вакансией). При переходе атома в невозбужденное (стабильное) состояние вакансия на внутренней оболочке замещается электроном с более удаленной оболочки, что приводит к освобождению энергии возбуждении. Эта энергия реализуется в виде фотонного (характеристического или X) излучения, однако есть некоторая вероятность того, что X излучение будет поглощено электроном этого же атома и в результате уже этот электрон будет излучен атомом (с соответствующей вероятностью). Такого рода электроны называются Ожэ электронами. Итак, при снятии энергетического возбуждения атома, возникшего в результате одного из перечисленных выше процессов происходит излучение характеристической электромагнитной энергии (X-излучение) и/или излучаются Ожэ-электроны.

Ожэ-электроны моноэнергетичны, а их энергия зависит от типа атомов, а также от химического состава вещества, в котором локализован возбужденный атом. Соответственно, спектроскопия Ожэ-электронов заключается в следующем: образцы исследуемого вещества облучаются Х-излучением или электронами соответствующей энергии. Измерение интенсивности излучаемых при этом Ожэ электронов в зависимости от их энергии (т.е. измерение спектра) может быть использовано для идентификации излучающих атомов и для получения некоторой информации об их окружении.

Ожэ-электроны, так же как и электроны Костера-Кронига, представляют большой интерес в связи с тем, что, обладая малой энергией (от десятых долей кэВ до единиц кэВ) они могут излучаться возбужденными атомами с большой интенсивностью (за счет того, что при снятии энергетического возбуждения атома число Ожэ-электронов может достигать нескольких электронов на один акт снятия возбуждения – это имеет место, если вакансии образованы на нескольких внутренних электронных оболочках). В результате, если излучающий атом присоединен к биологически важным субклеточным структурам (например, к ДНК), то на расстояниях от единиц до сотен нанометров может быть создана очень большая плотность ионизации, что вызывает тяжелые, плохо восстанавливаемые (плохо репарируемые) повреждения ДНК, подобно биологическим эффектам, вызываемым альфа-частицами. Это свойство Ожэ-излучателей может быть использовано для радиотерапии злокачественных новообразований.

Физический Ожэ эффект был впервые открыт швейцарским физиком, лауреатом Нобелевской премии Феликсом Блохом (Felix Bloch, 1905) и американским физиком-экспериментатором Перли Асоном Россом (Perley Ason Ross, 1883). Затем этот эффект был изучен и описан в 1922 году австрийским физиком Лиз Мейтнер (Lise Meitner, 1878). Однако, несмотря на это, Ожэ-электроны названы так по имени французского физика Пьера Виктора Ожэ (Pierrre Victor Auger, 1899), который, после получения высшего образования в 1922 году, включил эту тему в качестве главной в свою диссертацию (1923 год).

 

Электроны Костера-Кронига.

 

Излучение возбужденными атомами электронов Костера-Кронига являются специальным случаем Ожэ процесса. При этом образовавшаяся вакансия на внутренней электронной оболочке замещается электроном с более удаленной от ядра субоболочки той же самой электронной оболочки, где образовалась вакансия. Электроны Костера-Кронига названы так в честь голландского физика Дирка Костера (Dirk Coster, 1889), соавтора открытия элемента Hf, и немецко-американского физика Ральфа Кронига (Ralph Kronig, 1904), изучившими и описавшими этот эффект.

 

Нейтронное излучение.

 

Нейтроны излучаются как в результате ядерных реакций, так и в результате спонтанного (самопроизвольного) распада тяжелых ядер (например, ядер природного урана). Ядерная реакция, в результате которой тяжелое ядро разделяется на две отдельные части называется реакцией деления. В процессе реакции деления излучаются 2 или 3 нейтрона и выделяется энергия. Если эти нейтроны снова поглощаются, то имеет место индуцированная реакция. Цепная реакция деления возникает, если она самоподдерживается за счет излучения и поглощения достаточного для этого числа нейтронов. Контролируемая цепная реакция имеет место в ядерных реакторах.

В результате спонтанного деления, например ядер природного урана, излучается весьма малое число нейтронов. Вместе с тем, в ядерном реакторе, число излучаемых нейтронов может быть очень большим. Если необходимо получить нейтронное излучение с интенсивностью большей, чем при спонтанном делении, но меньшей, чем при цепной реакции, то могут быть использованы иные типы ядерных реакций. Например, весьма распространено использование реакции альфа-частиц (ядер ⁴He) c бериллием (⁹Be), в результате чего образуется ¹²С, излучается нейтрон и выделяется энергия. В качестве источников альфа-излучения могут быть использованы радионуклиды радия (Ra), полония (Po), америция (Am) или плутония (Pu). В этом случае нейтронные источники называются Ra-Be, Po-Be, Am-Be или Pu-Be.