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)
  1. Num tubo de raios X temos um cátodo (filamento) e um ânodo (alvo metálico) em vácuo, com alta tensão V entre eles.
  2. Ao aquecer o filamento, arrancam-se elétrons que são acelerados pela diferença de potencial V em direção ao alvo.
  3. A energia cinética de cada elétron é
Ee = e,V
onde e 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
Emax = e,V Longrightarrow lambdamin=hce,V,
Ou seja, quanto maior a tensão, menor o comprimento de onda mínimo.

Passo 3

Produção do espectro característico
  1. Além da radiação contínua, os elétrons de alta energia podem ejetar elétrons internos do átomo do alvo (por exemplo, da camada K).
  2. Quando isso ocorre, um elétron de camada mais externa (L, M, …) cai para preencher o “buraco” na camada interna.
  3. A diferença de energia entre esses níveis vira um fóton de energia bem definida:
Egamma = Erm nível superior - Erm nível inferior, íí
  1. 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 eV. 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.

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