Физика/ Физика твердого тела

Д.ф.-м.н. Кривицкий В.П., к.т.н. Ярцева Е.Ф.

Институт металлофизики НАНУ, Украина

НТУУ «киевский политехнический институт»

Влияние характера окружения излучающего атома на параметры эмиссионных спектров железа

На примере моноатомной системы, чистого железа, исследована возможность использования метода рентгеновской эмиссионной спектроскопии для установления пространственной структуры вещества. Проведены теоретическое и экспериментальное исследования изменений формы и сдвигов рентгеновских Кα1- и К_β₁- спектров при переходе от кристаллического (α-фаза) железа к его расплаву.

Кα1- и К_β₁- линии твердого и жидкого железа получены на рентгеновском спектрографе с наклонной фокальной плоскостью [1], в IV порядке отражения от кристалла кварца (отражающая плоскость 1010). Их энергетическое положение определялось по двум реперным линиям, расположенным с высоко- и низкоэнергетической сторон от исследуемой. Смещения их центров тяжести приведены в таблице. Плавление образца контролировалось визуально и по показаниям потенциометра. Расчет мультиплетной структуры спектров выполнен по методике [2], к описанию рентгеновских состояний атома использовано приближение свободного иона [3].

Получено хорошее согласие теоретических и экспериментальных Кα1- и соответственно К_β₁- спектров эмиссии. Выявлены элементы тонкой структуры, связанные с мультиплетными эффектами. Рассмотренные результаты расчета и эксперимента свидетельствуют о том, что приближение свободного иона применимо к описанию структуры Кα1- и К_β₁- мультиплетов атомов железа в кристалле.

Таблица

Образец	Радиус 1-й сферы а.е.	Смещение центра тяжести, эВ
		Кα1		К_β₁
		Расчет	Эксперим.	Расчет	Эксперим.
α-Fe(ОЦК)	4,7	+0,5	+0,7	+0,13	+0,20
ϒ-Fe(ГЦК)	4,9	+0,7	+1,1	+0,34	+0,46
δ-Fe(ОЦК)	4,8	0,0	0,0	0,0	0,0
Расплав	4,7	-	+0,8	-	+0,30
Погрешность			0,1		0,04

Температурная зависимость параметра кристаллической решетки железа и ее структура хорошо изучены в широком интервале температур [4]. При 1184К ОЦК –решетка α-фазы железа перестраивается в ГЦК-решетку ϒ-фазы, которая при 1665К вновь превращается в ОЦК –решетку δ-фазы этого металла.

Для изучения влияния структуры кристаллов и квазиструктуры расплава на сдвиги внутренних линий рассчитаны энергии соответствующих переходов по методике [5] в кластерах: FeFe₈ Fe₆и FeFe₁₂ Fe₈, моделирующих ближайшее окружение излучающего атома в ОЦК- и ГЦК- решетках железа, при этом положения центров тяжести Кα1- иК_β₁- спектров для α-,ϒ- и δ-фаз рассчитаны в широком диапазоне расстояний. В таблице сопоставлены результаты расчета с экспериментальными смещениями центров тяжести Кα1- иК_β₁- мультиплетов для различных кристаллических модификаций железа. Вполне удовлетворительное совпадение результатов расчета и эксперимента свидетельствует о том, что расчет правильно передает зависимость положений центров тяжести Кα1- иК_β₁- мультиплетов от характера окружения излучающего атома и межатомных расстояний, что обусловило его использование для интерпретации полученных нами сдвигов рассматриваемых внутренних линий при переходе от δ-железа к расплаву. Проведенное сопоставление позволило заключить, что смещения центров тяжести Кα1- иК_β₁-

мультиплетов при переходе от δ-фазы к расплаву может быть следствием уменьшения радиуса первой координационной сферы до 4,69-4,70 а.е. без изменения типа окружения излучающего атома. Этот вывод согласуется с полученным ранее результатом [6] рентгенодифракционного исследования расплава железа.

Литература:

1. Теоретическое и экспериментальное исследование Кα1- иК_β₁- спектров Fe, Co, Ni/ В.В.Немошкаленко, В.Ф.Демехин, В.П.Кривицкий, В.А.Явна, Ю.Ф.Носачев-М., 1999.-18с.-Рукопись деп.в ВИНИТИ, №3840-99.Деп.

2. Одноконфигурационное приближение при расчете рентгеновских иэлектронных спектров переходных металлов / В.Ф.Демехин, С.А.Явна, В.Л.Сухоруков // ЖСХ.-1979.-18, №4.-С.644-652.

3.Влияние конфигурационного взаимодействия на структуру рентгеновских спектров / В.Ф.Демехин, В.А.Явна, Ю.И.Байрачный // Изв.АН СССР, Сер.физ.-1976.-40,№2.-С.255-262.

4.Финкель В.А. Высокотемпературная рентгенография металлов.- М.:Металлургия,1968.-128с.

5.Расчет многоэлектронных корреляций / В.Л.Сухоруков, В.А.Явна, И.Д.Петров // Координац.химия.-1983.-9,№2.-С.158-167

6.Романова А.В. Структура и свойства металлических расплавов // Металлы. Электроны. Решетка.-Киев: Наук. думка,1975.-С.168-201