特性X線

特性X線とは、原子内部の電子がエネルギー準位を遷移する際に放出されるX線の一種です。このX線は、特定のエネルギーを持つ単一波長（線スペクトル）を特徴としています。これは、原子ごとに電子配置が異なるため、放出されるX線のエネルギーも元素特有の値となるためです。

分析機器において、単一波長の[X線]]源として特性X線が広く利用されています。機器分析では、この単色性の高いX線が物質の分析に有効に活用されます。特性X線の発生源となる元素と、電子が遷移する電子殻の種類によって、特性X線の種類が識別されます。例えば、マグネシウム]のK殻から発生する特性[X線はMgKα線と呼ばれ、そのエネルギーは1253.6 eVです。同様に、アルミニウム]のK殻から発生する特性[X線はAlKα線(1486.6 eV)、銅]のK殻から発生する特性[X線はCuKα線(8.048 keV)、モリブデン]のK殻から発生する特性[[X線はMoKα線(17.5 keV)と呼ばれます。eV(電子ボルト)とkeV(キロ電子ボルト)はエネルギーの単位です。

これらの特性X線は、物質の元素分析や構造解析に用いられる様々な分析手法に不可欠です。例えば、X線光電子分光法(XPS)では、MgKα線やAlKα線が励起光源として用いられ、物質表面の元素組成や化学状態を調べます。また、X線回折法(XRD)では、CuKα線やMoKα線を用いて結晶構造を解析します。

特性X線の発生機構にはいくつかの方法があります。X線を用いて内殻電子を励起することで発生する特性X線は、蛍光X線と呼ばれ、蛍光X線分析(XRF)という分析手法の基礎となっています。XRFは、試料にX線を照射し、試料から放出される蛍光X線を検出することで、試料中の元素組成を分析する手法です。

その他にも、電子線マイクロアナライザ(EPMA)では、電子線を試料に照射することで発生する特性X線を分析し、微小領域の元素組成を決定します。また、粒子線励起X線分析(PIXE)では、陽子線やイオン線を試料に照射し、発生する特性X線を検出することで、元素分析を行います。これらの分析手法は、材料科学、地球科学、考古学など、幅広い分野で活用されています。

特性X線は、その単一波長性と元素特異性から、物質の分析において非常に重要な役割を果たしており、今後も様々な分析技術の発展に貢献していくと考えられます。モーズリーの法則は、特性X線の波長と原子番号の関係を示した法則であり、特性X線の理解に不可欠です。

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