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Difracción de rayos X

 

Röentgen en 1895 descubre los rayos X: comienzan a utilizarse sin saber muy bien lo que eran (radiografías de cuerpos opácos). En 1912 Von Laue descubre que los cristales difractan los rayos X y según la forma de difractar permitía identificar la estructura del cristal.

Los rayos X son radiaciones electromagnéticas de entre 0,5 - 2,5 Å aunque puede abarcar desde 0,1 a 10 Å, ( luz visible 4000 - 8000 Å ). Los rayos X se producen cuando una partícula cargada con suficiente energía cinética, se desacelera rapidamente, se emplean electrones como partículas cargadas. Un tubo de rayos X tienen una fuente de electrones y dos electrodos metálicos, se establce un voltaje alto entre los dos electrodos (decenas de miles de voltios), los electrodos van al ánodo chocando a gran velocidad. En el punto de impacto se producen los rayos X que radian en todas direcciones. . Donde "e" es la carga del electrón Carga de un electrón, "v" es el voltaje, "m" la masa del electrón Masa de un electron y "v" es la velocidad justo antes del impacto. Si se aplican 30.000 V => V = 1/3 velocidad de la luz. La mayor parte de la energía cinética se convierte en calor, solo menos de un 1 % se transforma en rayos X, nalizados estos rayos X se comprueba que son una mezcla de de diferentes y la variación de la intensidad con la depende del voltaje del tubo. la radiación continua está constituida por rayos de muchas , esto es debido al desaceleración que sufren los electrones al golpear el ánodo, no todos los electrones sufren la misma desaceleración, unos paran del todo, otros son desviados, los que son completamente desacelerados comunicarán la máxima energía. Los electrones desviados tienen menor energía y mayor . La totalidad de esas por encima de la SWL (short wavelength limit) constituyen el espectro continuo. A mayo V, las curvas son más altas y desplazadas hacia la izquierda - ver figura - (mayor número de fotones por segundo y mayor energía por fotón). El total de rayos X emitidos depende también del Z del ánodo y de la intensidad de la corriente en el tubo.

La intensidad total de rayos X es , donde A es la cosntante de proporcionalidad y m es constante de valor 2. Si se quiere mucha radiación blanca, se usará un metal de Z alto, el material del ánodo afecta a la intensidad de la pero no a la distribución de la del espectro continuo.

ESPECTRO CARACTERISTICO

Cuando se sube el voltaje de un tubo de rayos X por encima de un valor crítico (propio del metal del ánodo) aparecen máximos de intensidad a ciertas superpuestos al espectro continuo, por ser característicos del metal se llaman lineas características. Estas lineas caen en varios grupos a las que se denominan K, L, M, en orden creciente de , todas ellas forman el espectro caracteristico del metal usado como ánodo. Para el Molibdeno las lineas K tienen una de 0,7 Å las L de 5 Å y las M mayores. Normalmente solo las lineas K son útiles en los rayos X. Hay varias lineas K pero solo las tres mas fuertes son observadas en la difracción normal. Son la , , . Para el caso del Molibdeno las serían: = 0,70926 Å; = 0.71354; y para = 0.63225 Å. Los componentes y tienen tan próximas que no siempre se resuelven en lineas separadas si lo hacen se suele llamar linea , igualmente se suele llamar linea . es siempre aproximdamente dos veces mayor que mientras que el cociente depende de Z pero suele ser un promedio de 5/1. Puesto que el voltaje de excitación K, para el Molibdeno es de 20,01 kv, las lineas K no aparecen por debajo de este valor. Un aumento del voltaje sobre el valor crítico aumenta la intensidad de la linea caracteristica del espectro continuo pero no cambia sus .

 

Espectro del Molibdeno a 35 kv:

El aumento de voltaje ha llevado el espectro continuo a menores y ha aumentado la intensidad de las lineas K pero no variado las del espectro caracteristico. La intensidad de una linea K viene dada por donde B es la constante de proporcionalidad, es el voltaje de excitación de K y n la constante = 1,5 . La intensidad de una linea caracteristica puede ser muy grande, así un anodo de cobre a 30 kv tiene la linea con una intensidad 90 veces mayor que las adyacentes del espectro continuo. A pesar de ser tan intensas las lineas son muy estrechas (<0,001 Å) en la mitad de su I max. La existencia de esta linea , fuerte y nitida explica el papel importante de los rayos X pues muchos experimentos requieren el empleo de radiación monocromática.

Las lineas caracteristicas de los rayos X fueron descubiertas por Bragg y concretadas por Moseley, este encontró que las de una linea determinada disminuyen al aumentar el Z del emisor. En concreto encontro que donde C y sigma son constantes. Veamos en la figura siguiente esta relación para las lineas y , esta última la linea mas fuerte en la serie L.

Muestran que las lineas L, no son simpre de larga: la linea de un metal pesado como el wolframio tiene casi la misma que la linea del cobre, sobre 1,5 Å. Se han medido con precisión las de las lineas caracteristicas de rayos X de casi todos los elementos conocidos y están tabulados. Mientras el espectro continuo se debe a la desaceleración de los electrones, el espectro caracteristico depende del anodo, consideremos el átomo como un nucleo rodeado de electrones en varias capas. Un electrón que bombardee el nucleo con la suficiente energía cinética, puede llevarse un electrón de la capa K dejando al átomo en un estado activado. Uno de los electrones exteriores cae inmediatamente en la vacante de la capa K emitiendo energía y alcanzando el átomo su estado normal. Esta energía emitida en forma de radiación tiene una definida y es, de hecho la radiación caracteristica K. La capa K se puede llenar con electrones de la L, M, etc. dando una serie de lineas K, de igual manera que mientras en un atomo cambie un electron de la capa L, en otro lo haga de la capa M, también es imposible excitar una linea K sin excitar también las otras. Lo mismo podría decirse de las lineas L. La radiación no se dará hasta que el voltaje del tubo sea tal que el bombardeo tenga la energía necesaria para golpear un electrón K y lo saque. Llamando al trabajo requerido para quitar un electrón K, la energía cinética necesaria sera de .

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