Explique como são produzidos os raios X e o que é espectro característico.
Passo 1
Beleza, o enunciado pede pra gente entender dois tópicos: (1) como são produzidos os raios X e (2) o que é espectro característico. Isso faz parte de Física Atômica/Radiação. Pra resolver vamos precisar saber como elétrons são acelerados num tubo de raios X, como eles geram radiação ao frearem subitamente e como transições eletrônicas internas produzem “linhas” de energia bem definidas.
Passo 2
Produção do espectro contínuo (Bremsstrahlung)
- Num tubo de raios X temos um cátodo (filamento) e um ânodo (alvo metálico) em vácuo, com alta tensão V entre eles.
- Ao aquecer o filamento, arrancam-se elétrons que são acelerados pela diferença de potencial V em direção ao alvo.
- A energia cinética de cada elétron é
onde
é a carga do elétron.
4. Quando esse elétron penetra no alvo, ele sofre freagens bruscas ao se aproximar dos núcleos atômicos – daí o nome Bremsstrahlung (radiação de frenagem).
5. Essa desaceleração gera fótons de raios X com um espectro contínuo de energias desde zero até um máximo dado por
4. Quando esse elétron penetra no alvo, ele sofre freagens bruscas ao se aproximar dos núcleos atômicos – daí o nome Bremsstrahlung (radiação de frenagem).
5. Essa desaceleração gera fótons de raios X com um espectro contínuo de energias desde zero até um máximo dado por
Ou seja, quanto maior a tensão, menor o comprimento de onda mínimo.
Passo 3
Produção do espectro característico
- Além da radiação contínua, os elétrons de alta energia podem ejetar elétrons internos do átomo do alvo (por exemplo, da camada K).
- Quando isso ocorre, um elétron de camada mais externa (L, M, …) cai para preencher o “buraco” na camada interna.
- A diferença de energia entre esses níveis vira um fóton de energia bem definida:
- Essas linhas de energia levam nomes como Kα (transição L→K), Kβ (M→K) etc. O conjunto dessas linhas forma o espectro característico, pois depende do material do alvo (cada átomo tem níveis de energia diferentes).
Resposta
Os raios X surgem quando elétrons acelerados num tubo colidem e freiam bruscamente no alvo, produzindo um espectro contínuo de radiações (Bremsstrahlung) até uma energia máxima
. Além disso, colisões que ejetam elétrons internos criam “buracos” que são preenchidos por elétrons de camadas superiores, gerando fótons de energia fixa—isso é o espectro característico, com linhas como Kα, Kβ etc., únicas de cada elemento.