Rayos X característicos

Los rayos X característicos se emiten cuando los electrones de la capa externa llenan una vacante en la capa interna de un átomo , liberando rayos X con un patrón "característico" para cada elemento. Los rayos X característicos fueron descubiertos por Charles Glover Barkla en 1909, ^{[ 1 ]} quien posteriormente ganó el Premio Nobel de Física por su descubrimiento en 1917.

Los rayos X característicos se producen cuando un elemento es bombardeado con partículas de alta energía, que pueden ser fotones, electrones o iones (como protones). Cuando la partícula incidente choca con un electrón ligado (el electrón objetivo) en un átomo, este es expulsado de la capa interna del átomo. Tras la expulsión del electrón, el átomo queda con un nivel de energía vacío , también conocido como hueco en el núcleo . Los electrones de las capas externas caen entonces en la capa interna, emitiendo fotones cuantizados con un nivel de energía equivalente a la diferencia de energía entre los estados superior e inferior. Cada elemento posee un conjunto único de niveles de energía, por lo que la transición de niveles de energía superiores a inferiores produce rayos X con frecuencias características de cada elemento. ^{[ 2 ]}

En ocasiones, sin embargo, en lugar de liberar la energía en forma de rayos X, esta puede transferirse a otro electrón, que luego es expulsado del átomo. Este fenómeno se conoce como efecto Auger y se utiliza en la espectroscopia de electrones Auger para analizar la composición elemental de las superficies.

Los diferentes estados electrónicos que existen en un átomo se describen habitualmente mediante la notación de orbitales atómicos , como se utiliza en química y física general. Sin embargo, la ciencia de los rayos X tiene una terminología especial para describir la transición de electrones de niveles de energía superiores a inferiores: la notación tradicional de Siegbahn o, alternativamente, la notación simplificada de rayos X.

En la notación de Siegbahn, cuando un electrón cae de la capa L a la capa K, la radiación de rayos X emitida se denomina emisión K-alfa (Kα). De manera similar, cuando un electrón cae de la capa M a la capa K, la radiación de rayos X emitida se denomina emisión K-beta (Kβ). ^{[ 3 ]}

Las energías de transición se pueden calcular aproximadamente mediante el uso de la ley de Moseley . Por ejemplo,${\displaystyle E_{K\alpha }={\frac {3}{4}}(Z-1)^{2}Ry\aproximadamente 10,2(Z-1)^{2}~\mathrm {eV} }$donde Z es el número atómico y Ry es la energía de Rydberg . La energía del hierro ( Z = 26 ) K-alfa, calculada de esta manera, es6,375 keV  , con una precisión del 1%. Sin embargo, para valores de Z más altos (como el cobre, que se usa a menudo en experimentos de difracción de rayos X), el error aumenta rápidamente.

Los valores precisos de las energías de transición de Kα, Kβ, Lα, Lβ, etc., para diferentes elementos se pueden encontrar en las bases de datos atómicas. ^{[ 5 ] [ 8 ]}

Los rayos X característicos pueden utilizarse para identificar el elemento específico del que son emitidos. Esta propiedad se emplea en diversas técnicas, como la espectroscopia de fluorescencia de rayos X , la emisión de rayos X inducida por partículas , la espectroscopia de rayos X de dispersión de energía y la espectroscopia de rayos X de dispersión de longitud de onda .

• Línea espectral
• Captura de electrones
• Conversión interna