Az Auger-effektus Nagy Sándor honlapjára Nagy Sándor: Nukleáris Címszavak Glosszáriumába, melyhez ez a lap is tartozik A Tékába, mely ehhez hasonló animációkhoz/szimulációkhoz vezet Nagy Sándor webhelyén

Az alábbi Flash-animációt (melyet a képre kattintgatva lehet léptetni) az ingyenes iSpring Free szoftver segítségével készítettem PowerPointból.
Ha az animáció jobb alsó sarkában látható teljes képernyő ikonra kattintunk, akkor a prezentáció kitölti a teljes képernyőt. Az Esc billentyű visszahozza az oldalt!

Az effektus neve Pierre Auger emlékét idézi. Noha “Auger” németül szemest jelent, a szó franciásan ozsé-nak ejtendő. Az effektust Lise Meitner észlelte először 1923-ban, de Auger 1925-ös felfedezése ragadt meg a köztudatban, így azóta is “Auger-nak áll a világ”.

A példában egy röntgenfoton kiüt a helyéről egy L elektront, úgy, ahogy Auger kísérletében is történt, majd a lyuk nem fotonemisszió kíséretében vándorol kijjebb, hanem további külső elektronok emissziója – Auger-effektus – következik be, mely verseng a fotonemisszióval . (Azért nem K elektron távozik, mert a foton energiája nem éri el a K héj 34,5 keV-es kötési energiáját.)
A kiütött fotoelektron energiája változó lehet, a foton energiájától függően. A fotonenergiából lejön az 5,5 keV kötési energia, s a maradék adja a fotoelektron kinetikus energiáját.
Az Auger-elektronok energiája viszont jól meghatározott érték. Az M héjról kirepülőé pl. [(5,5-1)-1] keV = 3,5 keV, ahol (5,5-1) keV az elektronátmenet energiája, 1 keV pedig az M elektron kötési energiáját fedezi. Egy foton természetesen az L-M átmenetnél felszabaduló összes (5,5-1) keV = 4,5 keV energiát elvinné.

Aki realisztikusabb szimulációra vágyik, nézze meg az Auger-effektus és a röntgenemisszió összevetését a matter elektron–anyag kölcsönhatásról szóló sorozatának 3/4. diáján: ugrás idegen angol lapra  Flash-sel.

Foton- (γ) és elektronemisszió (e) versengése K, ill. L-lyuk betöltődésekor

Ezt a kiegészítést Fodor Dániel korábbi ELTE-s vegyészhallgató inspirálta egy kérdésével, amit megköszönök neki.
Az alábbi ábrákon γ egy tetszőleges foton jele, mely elektronátmenet során keletkezik (tehát nem gamma-foton), e pedig az atomi héjátrendeződéskor kilökődő (Auger-)elektron. Az ábrák függőleges tengelyén szereplő Pγ -t (mely annak valószínűségét fejezi ki, hogy a lyukbetöltés fluoreszcencia/fotonemisszió révén valósul meg, nem pedig az alternatív Auger-effektussal), az irodalom ωK, ωX stb. jelöléssel adja meg, és fluoreszcenciahozamnak nevezi.

A józan paraszti ész számára egyáltalán nem triviális, mért van az, hogy pl. a K-lyuk betöltődése kis rendszámú elemek esetében (Z<30 ) túlnyomóan Auger-effektussal megy (türkiz görbe), míg a nagy rendszámúak esetében (ahol elvileg több elektron vihetné el a felszabaduló energiát), a fotonemisszió (az adott esetben röntgenemisszió) dominál (piros görbe). (A K, L, M... ún. röntgenjelölés az atomi elektronhéjakra vonatkozó atomi jelölés egy fajta tömörítése . Bővebben angolul a IUPAC-nál .)

Mindenekelőtt tisztázni kell, hogy az Auger-effektus semmilyen értelemben nem kétlépcsős folyamat.

Tehát nem úgy zajlik, hogy a lyuk először fotonemisszió segítségével betöltődik egy kintebbi héjról, majd a keletkező foton még az atomon belül fotoeffektust szenved. (Ez a felfogás az Auger-elektront egy fajta fotoelektronnak tekinti.)

Az sem igaz, hogy a folyamat úgy kétlépéses, hogy egy elektron beugrik a lyukba, aztán majd eldől, hogy mi lesz a fölösleges energiával. (Ti. vagy egy foton viszi el, vagy egy Auger-elektron.)

Ezt onnan lehet tudni, hogy pl. a K-L1 sugárzásos (foton keletkezésével járó) átmenet – mely során a K-n lévő lyuk felmegy az L1 alhéjra (vagy ha úgy tetszik, az L1 alhéjról beugrik egy elektron a K héjon lévő lyukba) – tiltott, mert nem változik az l (=0) mellékkvantumszám. Ugyanakkor viszont léteznek KL1L1 Auger-elektronok, amelyek kétlépcsős mechanizmus szerint nem keletkezhetnének.

Tapasztalat, hogy az Auger-elektronok nagy része KLL típusú, vagyis a K-lyuk a legközelebbi L héjról töltődik be, és onnan származik a kilökött elektron is. Ez leegyszerűsítve azt jelenti, hogy a nagy rendszámú elemek nem használják ki igazán a több héjelektron okozta potenciális lehetőséget. Ugyanakkor az ábrák tetején feltüntetett energiaskálán látszik, hogy Z növekedtével energetikailag egyre kedvezőtlenebbé válik a K-n lévő lyuk, ami mintegy fokozza a (radiatív) lyukbetöltés “hajtóerejét”. A kötési energia az L héjon is eléri hamarosan a röntgensugárzás jellemző energiatartományát, ezért az L-lyukak radiatív betöltése is mind valószínűbbé válik.

Két nukleáris analógia segíthet elfogadni a KLL dominanciát a KMM felett.

Az elektronbefogás és a belső konverzió (mely ugyanúgy egylépéses folyamat, mint az Auger-effektus) az elektron rendelkezésre állásán (előfordulási valószínűségén) múlik egy szűk térrészben, melyet a mag parányi térfogata határoz meg. Az Auger-effektus esetében a rendelkezésre állás jelentősége abban nyilvánulhat meg, hogy a lyukbetöltésben a legközelebbi héj játssza a fő szerepet (KLL, LMM), amelynek viszonylag nagyobb az átfedése a lyukat tartalmazó héjjal, mint a kintebbieknek. Ezt látszik alátámasztani az is, hogy a Coster–Kronig-effektus (melyben a lyukbetöltés ugyanannak a héjnak egy másik alhéjáról megy, csak a kirepülő elektron származik kintebbi héjról, pl. LLM) gyorsabban zajlik (ti. több elektront szolgáltat) mint az Auger-effektus (pl. LMM stb.) . Lásd az alábbi ábrát a K, L, M pályaméretekről a Wikipedia nyomán .

A K, L és M héjak pályaméreteinek grafikus összevetése

Alhéjjelölések megfelelése Wikipedia
Kvantumszámok Atomi jelölés Röntgenjelölés
(IUPAC-féle)
n l s j
1
0
±1/2
1/2
1s(1/2)
K1
2
0
±1/2
1/2
2s(1/2)
L1
2
1
–1/2
1/2
2p(1/2)
L2
2
1
+1/2
3/2
2p(3/2)
L3
3
0
±1/2
1/2
3s
M1
3
1
–1/2
1/2
3p1/2
M2
3
1
+1/2
3/2
3p3/2
M3
3
2
–1/2
3/2
3d3/2
M4
3
2
+1/2
5/2
3d5/2
M5

n: főkvantumszám; l: mellékkvantumszám (pálya-impulzusmomentum); s: spinkvantumszám (spin); j: eredő impulzusmomentum (spin–pálya csatolás) Wikipedia


Vissza Nagy Sándor honlapjára. Releváns |tIt| kínálat: Nukleáris Glosszárium, Asimov Téka

Látogatószám 2013.02.20. óta:

traffic counter