نسخة الفيديو النصية
يوضح التمثيل البياني الشدة النسبية للأشعة السينية في طيف الأشعة السينية لمختلف طاقات فوتون الأشعة السينية. أي من الآليات الآتية يمكن أن ينتج عنه ظهور خطوط رفيعة في طيف الأشعة السينية الناتج عن اصطدام حزمة من الإلكترونات بمادة الهدف؟ هل هي (أ): تسارع الإلكترونات الحرة؟ أم (ب) تباطؤ الإلكترونات الحرة؟ أم (ج) تحرر الإلكترونات الموجودة في مستويات الطاقة العالية من ذرات الهدف؟ أم (د) تحرر الإلكترونات الموجودة في مستويات الطاقة المنخفضة من ذرات الهدف؟ أم (هـ) إثارة الإلكترونات الموجودة في مستويات الطاقة العالية في ذرات الهدف؟
عندما تنتج فوتونات الأشعة السينية بفعل اصطدام حزمة من الإلكترونات بالهدف، مثلما يحدث في أنبوب كولدج، تعتمد الآلية التي تنتج بها تلك الأشعة السينية على اصطدام الإلكترونات بالهدف وتباطئها، أي يعتمد ظهور هذه الأشعة السينية على تباطؤ الإلكترونات الحرة عندما تصطدم بالهدف، وليس على تسارعها. لكننا لا نبحث عن إنتاج الأشعة السينية بوجه عام. إنما نبحث عن عملية إنتاج الأشعة السينية التي تولد هذه الخطوط الرفيعة في طيف الأشعة السينية. تعرف هذه الخطوط الرفيعة باسم الخطوط المميزة، وتنتج عن طريق عملية تسمى الانتقال بين مستويات الطاقة.
أما باقي الطيف، الذي يكون هذا المنحنى الأملس، فينتج عن الانكباح. يطلق على ظاهرة الانكباح، أو أشعة التباطؤ، هذا الاسم لأنه حينما يتباطأ الإلكترون أو يتوقف، يمكنه أن ينتج فوتونات الأشعة السينية. إذن، عادة ما يشير تباطؤ الإلكترونات الحرة بدرجة أكبر إلى ظاهرة الانكباح، التي ستنتج هذا الخط الأملس بدلًا من الخطوط المميزة التي نبحث عنها. إذن الخيار (ب) ليس الإجابة الصحيحة. لمعرفة أي من هذه الإجابات الأخرى صحيح، سنلقي نظرة عن كثب على الانتقال بين مستويات الطاقة. لكن قبل أن نفعل ذلك، دعونا نفرغ بعض المساحة. سنبقي فقط السطر الأخير من السؤال ونختصر الإجابات المتبقية. حذفنا كذلك الإجابتين (أ) و(ب) بما أننا قد استبعدناهما بالفعل.
والآن تظهر الخطوط المميزة في أطياف الأشعة السينية بسبب الانتقال بين مستويات الطاقة. يحدث الانتقال بين مستويات الطاقة عندما لا يصطدم أحد الإلكترونات الموجودة في إحدى حزم الإلكترونات بالهدف فقط، بل ويصطدم تحديدًا أيضًا بأحد الإلكترونات الموجودة داخل إحدى ذرات الهدف. يصل هذا الإلكترون من حزمة الإلكترونات بسرعة عالية للغاية، بحيث إنه إذا اصطدم بإلكترون موجود في ذرة الهدف، فيمكنه أن يزيحه تمامًا من الغلاف الإلكتروني، تاركًا خلفه مساحة خالية تحتاج إلى ملئها. ولملء هذه المساحة، ينتقل أحد الإلكترونات في مستوى الطاقة الأعلى، الموجود بالفعل في ذرة الهدف، إلى الأسفل، مما يطلق فوتون أشعة سينية خلال تلك العملية.
إذن، لحدوث انتقال بين مستويات الطاقة، يجب تحرير إلكترون في مستوى طاقة أقل؛ حيث إنه أمر ضروري كي ينتقل إلكترون في مستوى طاقة أعلى إلى الأسفل، مما ينتج فوتونًا، ويحل محله. وإذا تحرر إلكترون في مستوى طاقة أعلى بدلًا من تحرر إلكترون في مستوى طاقة أقل، فسيظل هناك فراغ. ولكن لن يوجد حينئذ أي إلكترون في مستوى طاقة أعلى ينتقل إلى الأسفل لملأ الفراغ، ما يعني أنه لن ينتج أي فوتون، ومن ثم لن تنتج أشعة سينية. إذن، لا تنتج الخطوط المميزة عن عمليات تحرر الإلكترونات من مستويات الطاقة العالية، ولا عن إثارة الإلكترونات في مستويات الطاقة العالية، لأن الطريقة الوحيدة التي يمكننا من خلالها إثارة الإلكترونات الموجودة في مستويات الطاقة العالية هي بواسطة الفوتون الساقط، وليس عن طريق حزمة إلكترونات تصطدم بها.
ومن ثم، فإن الآلية التي ستنتج هذه الخطوط الرفيعة، أو الخطوط المميزة في طيف الأشعة السينية، هي الانتقال بين مستويات الطاقة، الذي يزيح فيه إلكترون ساقط أحد الإلكترونات في مستويات الطاقة الأقل، ويحرره من الذرة. إذن الإجابة هي (د): تحرر الإلكترونات الموجودة في مستويات الطاقة المنخفضة من ذرات الهدف.
