K-Schalen-Emission Beim K-Schalen-Prozess, was ist das eigentlich für ein Elektron, das aus dem Nichts heranschwebt, nachdem das eine Elektron herausgeschlagen worden ist? Ein schweres Atom besitzt viele Elektronen, die den Kern in verschiedenen Schalen umgeben. Um die Sache einfach zu halten, habe ich nicht alle gezeigt. In Wirklichkeit kommt das heranschwebende Elektron aus einer der anderen Schalen des Atoms. Der K-Schalen-Prozess betrifft nur das innerste Elektron, sodass das Atom gewissermaßen ein Loch im Boden hat. Dieses "Loch" verursacht einen Dominoeffekt: Ein Elektron füllt das Loch in der K-Schale und hinterlässt anderswo ein Loch; dieses wird von einem weiteren Elektron gefüllt, und so weiter in einer ganzen Kaskade. Aber warum nur das innerste Elektron? Ich hätte gedacht, dass das äußerste Elektron am einfachsten herauszuschlagen wäre. Ein Röntgenphoton trägt viel Energie, und nur Übergänge der inneren Elektronen können so viel Energie freisetzen. Übergänge der äußeren Elektronen, die auch tatsächlich stattfinden können, liegen eher im infraroten oder sichtbaren Bereich des Spektrums. Man findet, dass bei den in einer Röntgenröhre verwendeten Elektronenenergien die inneren Elektronen die größte Wahrscheinlichkeit haben, herausgeschlagen zu werden. Sie sagten vorhin, dass das K-Schalen-Spektrum vom verwendeten Element abhängt. Warum? Weißt du noch, dass wir gesagt hatten, jedes Element hat seine Trikotfarben? Hier schauen wir uns die Übergänge zwischen zwei Zuständen an, also gewissermaßen die Trikotfarben im Röntgenbereich des Spektrums. Diese charakteristischen "Fingerabdrücke" wurden von Moseley benutzt, um Atome mit vielen Elektronen besser zu verstehen. Was hat Moseley denn tatsächlich gemacht? 1913, noch als Doktorand, hat er sich die K-Schalen-Strahlung von verschiedenen Elementen von Aluminium bis Gold angeschaut. Er fand einen Zusammenhang zwischen der Wellenlänge der ausgesandten K-Schalen-Röntgenstrahlen und dem Element (seiner Ordnungszahl), der uns half, Atome besser zu verstehen. Wie kriegt man die Wellenlänge eines Röntgenstrahls heraus? Das muss doch ziemlich schwer zu messen sein. Das ist eine Geschichte für sich. Er benutzte die (damals) ganz neue Technik namens Bragg-Streuung, bei der man Röntgenstrahlen an einem Kristall streuen lässt. Er konnte die Existenz chemischer Elemente vorhersagen, die bisher noch niemand gefunden hatte, zum Beispiel Technetium, Promethium und Rhenium. Und wegen der Eindeutigkeit der "Fingerabdrücke" jedes Elementes werden sogar heute noch Röntgenstrahlen zur chemischen Analyse eingesetzt, denn das Verfahren entdeckt sehr empfindlich auch kleinste Verunreinigungen.

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