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連続X線・固有X線

連続X線・固有X線

以前の記事で、「光は粒子のように振舞う」ということを紹介しましたが、これは可視光線だけでなく、全ての電磁波に当てはまります。

よって、可視光線以外の電磁波を考える際にも、その粒子性を強調したい場合には、光子という言葉を使います。


X線管を使ってX線を発生させたときのことを考えます。

X線は光子の集まりと考えることができ、それぞれの光子の波長(やエネルギー)は微妙に異なっています。

今、陰極にモリブデン(原子番号42:記号Mo)を用いて、X線管の電極に加える電圧を一定に保った場合の、X線光子の波長の分布(この分布はスペクトルと呼ばれます)を調べると、次のようになります:



横軸がX線光子の波長、縦軸はX線の強さを表しています(X線の強さは、X線光子の多少に対応しています)。

グラフから、波長が連続的に分布しているX線と、特定の波長に強く現れるX線の2種類があることがわかります。

連続的に分布しているX線を「連続X線」、特定の波長に強く現れるX線を「固有X線(または特性X線)」といいます。


今、初速度0の電子が電圧Vで加速され、陽極物質に衝突し、電子の運動エネルギーが全てX線光子のエネルギーになったとします。

電子の運動エネルギーは eV です。また、このときの光子の振動数をν_0、波長をλ_0、光速をc とします。

(振動数ν_0のνはギリシャ文字のニューです。このブログではブイと区別がつかないのでご注意ください。)

電子の運動エネルギーの全てがX線光子のエネルギーになるので:
eV = hν_0
が成り立ちます。

c = νλ(ニュー×ラムダ)」より、「ν_0 = c/λ_0」が成り立ちますから、上の式に代入して:
eV = (hc)/λ_0
となります。

これより:

と表すことができます。

このλ_0 は「最短波長」と呼ばれます。Vが大きくなるほど最短波長は短くなります。

例えば、モリブデンに加える電圧を変えた場合、そのスペクトルは:

のようになります。
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