فيديو السؤال: التعرف على كيفية توليد خط مميز لطيف الأشعة السينية الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

يوضح الشكل ذرة في مادة الهدف في أنبوب كولدج المستخدم لتوليد الأشعة السينية. يحرر إلكترون من حزمة الإلكترونات المستخدمة في الأنبوب إلكترونًا من الغلاف ‪K‬‏ للذرة، ويتشتت. يمكن أن ينتقل إلكترون مستوى الطاقة العالي، أو إلكترون الغلاف ‪L‬‏، إلى الغلاف ‪K‬‏. أي إلكترون سيولد فوتونًا يمثل جزءًا من خط الطيف المميز وله طاقة أقرب إلى القيمة القصوى لطاقة الطيف؟

قبل أن نراجع الإجابات، دعونا نفرغ بعض المساحة ونعد كتابة الجملة الأخيرة فقط من هذا السؤال. والآن سنلقي نظرة على الإلكترونات الأربعة في هذا الشكل التي يمكن أن تولد فوتونًا. وهي أ: الإلكترون المتحرر، ب: الإلكترون المشتت، ج: إلكترون مستوى الطاقة العالي، د: إلكترون الغلاف ‪L‬‏. كما لدينا أيضًا الخيار هـ: جميع الإلكترونات.

يمكن لجميع هذه الإلكترونات أن تولد فوتونًا، لكن تختلف الطرق التي سيحدث بها ذلك. يتحرك كل من الإلكترون المتحرر والإلكترون المشتت خارج الذرة؛ ما يعني أنهما سيولدان أشعة انكباح أثناء تباطئهما. تختلف الفوتونات الناتجة عن هذه الطريقة اختلافًا كبيرًا من حيث طاقتها. إلا أن بعض الطاقات تكون أكثر شيوعًا. على هذا الطيف الذي يوضح طاقة الأشعة السينية مقابل شدتها، تنتج أشعة الانكباح منحنى أملس له قيم طاقة متوسطة عالية الشدة؛ ما يعني أنها أكثر شيوعًا.

لكننا لا نبحث عن منحنى أملس. بل نبحث عن طيف خطي مميز؛ ما يعني أننا نبحث عن مثل هذه القمم الحادة المميزة في الطيف، التي لا تنتجها أشعة الانكباح. لا تنتج هذه القمم إلا عندما ينتقل إلكترون من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أقل؛ ما يعني أنه يمكن لإلكترون الغلاف ‪L‬‏ أو إلكترون مستوى الطاقة العالي فقط إنتاج هذه القمم، وهو ما يحدث في عملية تسمى الانتقال بين مستويات الطاقة.

يرجع سبب إنتاج هذه الطريقة لمثل هذه القمم الحادة إلى أن طاقة الفوتونات الناتجة باستخدام هذه الطريقة تساوي الفرق بين مستويات طاقة الإلكترون بين الأغلفة الإلكترونية لهذه الذرة، والتي تتخذ شكل قمة على الطيف لأن لدينا قيمة محددة للغاية من الطاقة فقط وليس نطاقًا محتملًا من القيم. إذن، يمكننا ملاحظة أنه بما أن الإلكترون المتحرر والإلكترون المشتت يستخدمان الانكباح بدلًا من الانتقال بين مستويات الطاقة، فإنهما لن ينتجا خطًّا مميزًا؛ ما يعني أن كلًّا منهما لا يمكن أن يكون الإجابة الصحيحة. وبناء عليه، فإن الخيار هـ لا يمكن أن يمثل الإجابة الصحيحة كذلك.

لتحديد إذا ما كان الخيار ج أم د هو الإجابة الصحيحة، علينا النظر إلى الجزء الآخر من السؤال، وهو «أي خط مميز ستكون له طاقة أقرب إلى القيمة القصوى لطاقة الطيف؟» بمعنى أي من الخطين المميزين على هذا الطيف سيكون الأبعد إلى اليمين؛ ما يشير إلى وجود أشعة سينية عالية الطاقة؟

كما لاحظنا سابقًا، فإن طاقة الفوتون الناتج باستخدام عملية الانتقال بين مستويات الطاقة تساوي الفرق في مستويات طاقة الإلكترون التي ينتقل الإلكترون خلالها؛ ما يعني أن الإلكترون الذي ينتقل من مستوى طاقة أعلى لأسفل سيولد فوتونًا عالي الطاقة. ولذلك، عندما ننظر إلى الخطين المميزين للطيف، نجد أن الخط ذا الأشعة السينية العالية الطاقة الأقرب إلى يمين الطيف؛ ومن ثم الأقرب إلى القيمة القصوى لطاقة الطيف، سينتج بواسطة إلكترون مستوى الطاقة العالي؛ لأنه في مستوى طاقة أعلى من الغلاف ‪L‬‏، وكلاهما ينتقل لأسفل إلى الموضع نفسه، أي الغلاف ‪K‬‏.

ومن ثم، فإن الإلكترون الذي سيولد فوتونًا يمثل جزءًا من خط الطيف المميز وله طاقة أقرب إلى القيمة القصوى لطاقة الطيف هو الإلكترون في الخيار ج، أي إلكترون مستوى الطاقة العالي.