Номер 11.44, страница 216 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Квантовая физика. Глава 11. Атомная и ядерная физика. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение - номер 11.44, страница 216.

Условие.

11.44. Могут ли испускать рентгеновские лучи атомы:

а) гелия;

б) стронция?

Решение.

Решение

Рентгеновское излучение (характеристическое) возникает при переходах электронов в атоме между внутренними электронными оболочками. Когда электрон с одной из внутренних оболочек (например, K- или L-оболочки) выбивается из атома, на его место переходит электрон с более высокой по энергии оболочки. Разность энергий этих оболочек излучается в виде фотона. Чтобы этот фотон относился к рентгеновскому диапазону, его энергия должна быть достаточно велика (обычно от 100 эВ до сотен кэВ).

Энергия связи электронов на внутренних оболочках и, следовательно, энергия испускаемых рентгеновских фотонов, сильно зависит от порядкового номера элемента $\text{Z}$ в таблице Менделеева. Чем больше $\text{Z}$, тем сильнее ядро притягивает электроны на внутренних оболочках и тем больше разность энергий между уровнями.

а) гелия

Атом гелия (He) имеет порядковый номер $Z=2$. Его электронная конфигурация $1s^2$. У гелия всего одна электронная оболочка (K-оболочка), на которой находятся два электрона. В атоме гелия нет "внутренних" и "внешних" оболочек в том смысле, который необходим для генерации рентгеновского излучения, так как все электроны находятся на самом низком энергетическом уровне. Энергетические уровни в атоме гелия расположены близко друг к другу. Максимальная энергия фотона, которую может испустить возбужденный атом гелия, недостаточна для того, чтобы попасть в рентгеновский диапазон. Энергии таких переходов лежат в области ультрафиолетового излучения. Следовательно, атомы гелия не могут испускать рентгеновские лучи.

Ответ: нет, не могут.

б) стронция

Атом стронция (Sr) имеет порядковый номер $Z=38$. Это достаточно тяжелый элемент с большим количеством электронов, которые распределены по нескольким электронным оболочкам (K, L, M, N, O). Из-за большого заряда ядра ($+38$) электроны на внутренних оболочках (K и L) очень сильно связаны с ядром, и разность энергий между этими и более высокими оболочками очень велика. Например, энергия, необходимая для удаления электрона с K-оболочки стронция, составляет около 16 кэВ. Когда на образовавшуюся вакансию на K-оболочке переходит электрон, например, с L-оболочки, испускается фотон с энергией порядка 14 кэВ. Такая энергия соответствует жесткому рентгеновскому излучению. Таким образом, атомы стронция могут испускать рентгеновские лучи.

Ответ: да, могут.