Избранные научные труды

Бор Нильс Хенрик Давид

§ 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 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 L_III ³ почти совпадает с линией L₅, а L_II с L₆ Для предыдущего элемента Та (73) также без особого произвола можно заменить L_III и L_II соответственно на L₅ и L₆. Подобно этому в случае элементов Zr (40) и Nb (41) для тех же линий используются значения линии L₂ и L₁.

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 M_V были определены с помощью графической интерполяции. Аналогичным образом были установлены уровни M_III для элементов между Ва (56) и W (74). Остальные уровни названных элементов вычислены с помощью экспериментальных данных по интерполированным значениям M_III или M_V. 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, J"onsson. 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