§ 2. Классификация рентгеновских спектров. Как отмечает Костер в цитированной выше работе, для большинства элементов оказалось возможным провести классификацию рентгеновских спектров; она основана на том, что частота ν каждой линии может быть представлена как разность двух спектральных термов 𝑇' и 𝑇''. В соответствии с принципами квантовой теории линейчатых спектров эти умноженные на ℎ спектральные термы рассматриваются как значения энергии уровней атома, выведенного из своего нормального состояния удалением одного электрона из внутренней группы.
Рис. 2 даёт представление о характеристическом рентгеновском спектре благородного газа радона (86). Как обычно, спектральные линии указаны вертикальными стрелками; горизонтальные линии представляют уровни. На схеме представлены только такие линии, которые действительно измерены для нескольких элементов, близких к этому благородному газу. Схема одновременно даёт обзор спектров, близких к другим благо родным газам — ксенону и криптону. Так, уровни, выпадающие при переходе к элементам с более низкими атомными номерами, между радо ном (86) и ксеноном (54) на схеме отмечены одной вертикальной черточкой, а исчезающие ещё между ксеноном (54) и криптоном (36) — двумя черточками.
Рис. 2
Что касается символов, которыми обозначены уровни, то, как видно из схемы, по сравнению с предыдущими работами они несколько изменены. Во-первых, подуровни, относящиеся к одной группе, обозначены римскими цифрами в той последовательности, в которой они появляются в рентгеновском спектре элемента по мере увеличения атомного номера. Во-вторых, каждому уровню приписан символ вида 𝑛(𝑘1-𝑘2). На отношении этого символа к теории строения атома мы остановимся подробнее позже. Здесь только укажем, что все уровни, использованные на рис. 2 для представления спектров каждого из трёх благородных газов, характеризуются такими значениями 𝑛 и 𝑘 которые в табл. 1 даны как значения квантовых чисел 𝑛 и 𝑘 для электронных орбит в атомах этих элементов. Далее, мы замечаем, что появление линий, соответствующих комбинации уровней, регулируется тем, что число 𝑘1 в процессе перехода всегда меняется только на единицу, тогда как 𝑘2 либо меняется на единицу, либо остаётся постоянным. Эти правила эквивалентны правилам, выраженным в предыдущих работах Костера с помощью старых символов, и они формально в точности соответствуют правилам, одновременно установленным Венцелем 1. Введённые для 𝑘1 и 𝑘2 числовые значения точно равны использованным этим автором для классификации уровней значениям чисел 𝑛 и 𝑚. Но мы дадим им несколько иную интерпретацию.
1 G. Wеntzеl. Zs. f. Phys., 1921, 6, 84.
§ 3. Определение энергетических уровней по опытным данным. Результаты имеющихся измерений рентгеновских спектров позволяют вычислить со значительной точностью энергетические уровни большого числа элементов. Ниже мы дадим сводку привлечённых для этого экспериментальных исследований 2. Отношения спектральных термов 𝑇 к постоянной Ридберга даны в табл. 2, а значения корня из этого отношения — в табл. 3.
2 Таблица спектральных термов рентгеновских спектров имеется также в кн.: A. Sommerfeld. Atombau und Spektrallinien, 3. Aufl., S. 630 (см. перевод: А. Зоммерфельд. Строение атома и спектры. М., 1956, т. 1, стр. 212—213.-Ред.). Новые результаты опытов во многих отношениях видоизменили эту таблицу.
В только что появившейся работе Довийе (Dauwilliеr. Jour, de Phys. et de Rad., 1922, июль) также приведён обзор экспериментального материала, и графически представлена зависимость значений уровней энергии элемента от атомного номера. Однако большинство обсуждаемых ниже и специально нас интересующих особенностей этой зависимости не затронуты в работе Довийе, поскольку использованные им опытные данные неполны.
За исключением уровней, отмеченных звёздочкой, все значения энергий уровней в табл. 2 вычислены из названных выше экспериментальных данных с использованием аддитивных отношений, непосредственно следующих из рис. 2. В более ранней работе Костера уже указывалось, что данные Дуана и Паттерсона для 𝐿-линий лучше согласуются с результатами института Лундера, если все длины волн линий уменьшить на единицу. Чтобы получить более удобные для сравнения значения, мы примем эту поправку к длинам волн 𝐿 — линий у Дуана и Паттерсона.
Для W (74) линия 𝐿III 3 почти совпадает с линией 𝐿β5, а 𝐿II с 𝐿γ6 Для предыдущего элемента Та (73) также без особого произвола можно заменить 𝐿III и 𝐿II соответственно на 𝐿β5 и 𝐿γ6. Подобно этому в случае элементов Zr (40) и Nb (41) для тех же линий используются значения линии 𝐿β2 и 𝐿γ1.
3 Ранее называлась 𝐿1. Сейчас, в согласии с соответствующими уровнями, линии обозначаются иначе.
Для элементов между Ва (56) и W (74) 𝐿-линии измерены только частично; для неизвестных значений была сделана попытка найти рациональную интерполяцию. Так, для элементов между Eu (63) и Ta (73) уровни 𝑀V были определены с помощью графической интерполяции. Аналогичным образом были установлены уровни 𝑀III для элементов между Ва (56) и W (74). Остальные уровни названных элементов вычислены с помощью экспериментальных данных по интерполированным значениям 𝑀III или 𝑀V. Те уровни, для вычисления энергии которых было использовано интерполированное значение, в таблице отмечены звёздочкой. Хотя, естественно, при интерполяции могли выпасть некоторые специфические особенности изменения значений энергии уровня с атомным номером, нам кажется совершенно невероятным, чтобы дальнейшие эксперименты могли бы поколебать выводы, сделанные в настоящей работе.
Сводка использованных работ
𝐾
-поглощение
1
Mg (12) - Cr (24)
Fricke. Phys. Rev., 1920, 16, 202.
»
2
Mn (25) - U (92)
Duane, Shimizu. Phys. Rev., 1919, 14, 522.
Duane, Kang-Fuh-Hu. Phys. Rev., 1919, 14, 516.
Duane, Fricke, Stenstrdm. Proc. Nat. Ac. Sc., 1920, 6, 507.
𝐾
-поглощение
1
Cd (48) - U (92)
Siegbahn, Jönsson. Phys. Zs., 1919, 20, 251.
𝐿
-поглощение
2,3
W (74) - Pb (82)
Duane, Patterson. Proc. Nat. Ac. Sc., 1920, 6, 509.
»
1
G (55) - Eu (63)
Coster. Phil. Mag., 1922, 43, 1070; 1922, 44, 546.
»
1
Sb (51) - Ba (56)
Lindsay. C. R. 1922, 175, 150.
»
1
Ag (47)
Coster. Phil. Mag. 1922, 43, 1070.
𝑀
-поглощение
1
Th (90) и U (92)
Stenström. Dissertation, Lund, 1919.
»
1
Bi (83), Th (90) и U(92)
Coster. Phys. Rev., 1922, 19, 20.
𝐾
-линии
1
Na (11) - Zn(30)
Hjalmar. Zs. f, Phys., 1920, 1, 439; 1921, 7, 341.
»
1
P (15) - Zn (30)
Siegbahn, Dolejsek. Zs. f. Phys., 1922, 10, 159.
»
2
Mo (42) и Rh (45)
Duane. Phys. Rev., 1919, 14, 373.
𝐿
-линии
1
Cu (30) - Та (73)
