Hopeakohtiota ammuttiin elektroneilla. Alla oleva kuva esittää tilanteessa havaitun röntgensäteilyn intensiteettiä aallonpituuden funktiona. Huomaa logaritminen asteikko.

a) Mikä on ollut kiihdytysjännite? (3 p.)
b) Mikä on suurin energiaero, joka hopea-atomin elektronirakenteessa tiedetään olevan mittauksen perusteella? (2 p.)

 

a) Kiihdytysjännite antaa elektronille jonkin liike-energian. Elektroni hidastuu törmätessään anodiin ja menettää energiaansa emittoimalla säteilykvantin. Maksimienerginen fotoni syntyy, jos elektroni hidastuu yksittäisessä vuorovaikutustapahtumassa ja koko elektronin liike-energia muuttuu fotonin energiaksi. Kiihdytysjännite vastaa siten suurienergisintä fotonia, eli lyhintä emittoitua aallonpituutta:

Perustelu, 1 p.

[[$\begin{align*}Uq&=E_\gamma=\dfrac{hc}{\lambda}\\ U&=\dfrac{hc}{\lambda q}\\ &=\dfrac{1240\text{ eV nm}}{0,041\text{ nm} \text{ e}}=30243,9\dots\text{V}\approx 30\text{ kV}\\ \end{align*}$]]

Oikea yhtälö, josta kiihdytysjännitteen voi ratkaista, 1 p.
Kiihdytysjännite oikein, 1 p.

b) Säteilyn piikit vastaavat tilannetta, jossa elektroni on luovuttanut liike-energiaansa anodiaineen elektronille ja ionisoinut anodiatomin. Tämän jälkeen vapaa tai ulkokuorella oleva elektroni on siirtynyt ionisaatiossa vapautuneen elektronin paikalle ja energiatilojen ero vapautuu fotonina. Pienin aallonpituus vastaa jälleen suurinta energiaa, eli tilannetta, jossa ionisoinnissa irronnut elektroni on peräisin mahdollisimman alhaiselta energiatasolta ja tilalle tuleva elektroni peräisin mahdollisimman korkealta (eli vapaa). Kyseessä on siis spektriin merkitty piikki [[$K_\gamma$]].

Selitys, 1 p.

Tämä vastaa energiaa [[$E=\dfrac{hc}{\lambda}=\dfrac{1240\text{ eV nm}}{0,046\text{ nm}}=26956,5\dots\text{ eV}\approx 27\text{ kV}$]].

Energia oikein, 1 p.

Takaisin