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Emissionslinien angeregter Atome

etalon

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Hallo zusammen,

mich treibt schon länger eine Frage um, die mir keine Ruhe lässt. Es geht um die Entstehung der diskreten Emissionslinien in Gasnebeln, bzw. grundsätzlich bei Atomen.

Es wird, sowohl hier als auch in Büchern und Zeitschriften (zuletzt auch wieder in einem Artikel in „Astronomie das Magazin“), immer wieder davon gesprochen, dass die Atome ein oder mehrfach ionisiert sind. Ionisieren heißt (so habe ich das mal gelernt), dass ein Elektron (meist aus der K-Schale aufgrund der geringsten Bindungsenergie), aus dem Atomverbund wie auch immer entfernt wird, also nicht mehr diesem zugehörig ist. Wie entstehen jetzt daraus diskrete Übergänge, welche sichtbares Licht in [OIII] oder Ha-Wellenlängen etc. aussendet? Über nachrückende Elektronen aus höheren Schalen jedenfalls eher nicht, denn dadurch wird charakteristische Röntgenstrahlung frei, welche man sich z.B. Bei der energiedispersiven Röntgenanalyse (EDX) zu nutze macht, um Elemente in einer Probe zu bestimmen. Und wie müsste ich mir das beim Wasserstoff vorstellen, welcher ja nur ein Elektron hat?

Handelt es sich bei diesen Vorgängen eben gerade nicht um eine Ionisation, sondern um eine Anregung von Elektronen, welche auf ein energetisch höheres Niveau gehoben werden, dem Atom aber immer noch zugehörig sind (und dieses damit nach außen hin immer noch elektrisch neutral ist), und dann nach einer Zeit delta t wieder in ihren Grundzustand wechseln (oder sich kaskadenartig über mehrere Zwischenzustände abregen), bei welchen dann Photonen mit diskreten Energien abgegeben werden? Wieso wird also immer wieder, auch von namhaften Wissenschaftlern, von ionisiertem Sauerstoff oder Wasserstoff, etc. gesprochen? Mache ich einen Denkfehler oder habe ich das mal falsch gelernt?

Würde mich freuen, wenn jemand Klarheit schafft.

Danke und Gruß,
Markus
 

Optikus

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Hallo Markus,

Du hast die Erklärung schon in Deinem Post - die Energie Zu- und Abfuhr kann nur in Quantisierungsschritten erfolgen, bei der die betreffenden Elektronen auf höhere Potenziale gehoben werden. Wenn sie, wie Du schreibst ggf. kaskadenartig wieder in den Grundzustand zurückfallen geben Sie den entsprechenden Differenzen entsprechend Strahlung in charakteristischen Wellenlängen ab.

-> Spektrallinie – Wikipedia

CS
Jörg
 

etalon

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Hallo Jörg,

Du hast die Erklärung schon in Deinem Post - die Energie Zu- und Abfuhr kann nur in Quantisierungsschritten erfolgen, bei der die betreffenden Elektronen auf höhere Potenziale gehoben werden. Wenn sie, wie Du schreibst ggf. kaskadenartig wieder in den Grundzustand zurückfallen geben Sie den entsprechenden Differenzen entsprechend Strahlung in charakteristischen Wellenlängen ab.

Ja, das weiß ich, daher schrieb ich das ja. Meine Frage ist, warum immer von ionisiertem Wasserstoff, Sauerstoff, etc. gesprochen/geschrieben wird, obwohl das gar nicht zutrifft, bzw. einen Sachverhalt oder Vorgang impliziert, welcher nicht vorliegt.

Oder es ist mit Ionisation korrekt beschrieben, und ich habe es nicht kapiert... aber das sieht mir bis jetzt eher nicht danach aus.

Komisch nur, dass hier keiner dazu etwas sagen kann oder will. :unsure:

Grüße Markus
 

Optikus

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Moin,

ich denke das hat sich einfach so etabliert. In gewisser Weise stimmt es ja, der ursprüngliche Prozess ist ja die Anregung/Ionisation (durch Energiezufuhr) eines dünnen Gases, dessen Atome zurückfallen und dabei Energie abgeben. Es gibt viele Begriffe die teils aus der Übersetzung oder Tradition entstehen und sich dann festsetzen. Einen tieferen Sinn darf man darin glaube ich nicht suchen.

CS
Jörg
 

Setebos

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Hallo Markus,

man unterscheidet schon zwischen ionisiertem Wasserstoff (H-II), der kein Elektron mehr hat, also nur noch aus Protonen besteht, und angeregtem Wasserstoff ( H-I), bei dem das Elektron, wie oben beschrieben, das Energieniveau kurzzeitig wechselt. Ein solches erzeugt z.B. die bekannte H-Alpha-Linie. Beim ionisierten Wasserstoff geschieht die Emission durch Rekombination, also wenn das Proton wieder ein Elektron einfängt.

Gruß
Christian
 
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etalon

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Hallo Rainer,

danke für den Link, nur leider erhellt der gar nichts in der Sache. Da geht es je nur um sog. verbotene Linien, also den Unterschied zwischen spontaner und induzierter Abregung. Aber das hat überhaupt nichts mit Ionisation zu tun.

@Jörg:

In gewisser Weise stimmt es ja, der ursprüngliche Prozess ist ja die Anregung/Ionisation (durch Energiezufuhr) eines dünnen Gases, dessen Atome zurückfallen und dabei Energie abgeben.
Nein, das ist genau mein Problem. Die Anregung und die Ionisation sind physikalisch zwei völlig unterschiedliche Zustände. Bei vorliegen eines Ions ist dieses nicht mehr elektrisch neutral, mit allen daraus resultierenden Folgen, und eine Emission von Photonen im sichtbaren Spektralbereich ist da nicht ohne weiteres möglich.

Einfach etwas hinzunehmen, nur weil es jeder so macht oder sagt, widerstrebt mir zutiefst, und sollte gerade in der Naturwissenschaft hinterfragt werden.
Es reicht, wenn in anderen Bereichen komplexe Sachverhalte mit 160 Zeichen durch lesse fairen Sprachgebrauch vollumfänglich beschrieben werden...

Grüße Markus
 
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etalon

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Hallo Christian,

mit H-I wird der Grundzustand des Wasserstoffatoms beschrieben. Dieses sendet keinerlei Linien aus. Die Lymann-, Balmer- und sonstige Serien werden von H-II ausgesendet.
Wenn das Wasserstoffatom in diesem Zustand also kein Elektron mehr hat, und sich eines einfängt, woher kommt dann die diskrete Energiedifferenz, welche zu einer diskreten Emission eines Photons führt?

Grüße Markus
 

P_E_T_E_R

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Hallo Markus, sowohl bei H-alpha als auch bei den [OIII] Emissionslinien handelt es sich um Quantenübergänge zwischen diskreten Energieniveaus der Elektronenhülle. Im ersten Fall springt das einzige Elektron im neutralen Wasserstoffatom von einem höheren Orbit mit der Hauptquantenzahl n = 3 in einen niedrigeren Orbit mit n = 2. Im zweiten Fall tritt der Übergang in der nur noch partiell besetzten Elektronenhülle des zweifach ionisierten Sauerstoffs auf.

Der Hauptunterschied liegt darin, dass [OIII] kein gewöhnlicher, sondern ein sog. verbotener Übergang ist. Dass der Übergang hier an einem Ion stattfindet, ist dabei nur marginal von Bedeutung. Verbotene Übergänge gibt es auch in neutralen Atomen, z.B. bei der berühmten 21-cm Emissionslinie vom Wasserstoffatom.

Gruß, Peter

Doubly ionized oxygen

Seaton: Electron excitation of forbidden lines occurring in geaseous nebulae

Osterbrock & Ferland: Astrophysics of Gaseous Nebulae ...

[OIII].jpg

Grotrian diagram of doubly ionized oxygen: forbidden transitions in the visible spectrum are shown in green (Credit: Wikipedia)
 
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etalon

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Hallo Peter,

Mensch klasse, das bringt mich etwas weiter, danke.

sowohl bei H-alpha als auch bei den [OIII] Emissionslinien handelt es sich um Quantenübergänge zwischen diskreten Energieniveaus der Elektronenhülle. Im ersten Fall springt das einzige Elektron im neutralen Wasserstoffatom von einem höheren Orbit mit der Hauptquantenzahl n = 3 in einen niedrigeren Orbit mit n = 2. Im zweiten Fall tritt der Übergang in der nur noch partiell besetzten Elektronenhülle des zweifach ionisierten Sauerstoffs auf.
Das ist klar, und muss aufgrund der diskreten Emissionslinien so sein.

Was ich aber interessant finde ist, dass das z.B. Sauerstoffatom tatsächlich als Ion vorliegt, dies aber völlig unabhängig zur Anregung der Energieniveaus welche zur Photonenemission führen zu betrachten ist.

Wie muss ich mir das dann vorstellen? Wenn das z.B. Sauerstoffatom ionisiert wird (ich nehme an durch UV-Strahlung?), so wird das vermutlich mit den Elektronen der K-Schale passieren, da für energetisch höhere Orbitale die Energie von UV-Photonen wohl nicht für eine Ionisation reicht.
Dann wird die K-Schale aus den höheren Orbitalen unter aussendung charakteristischer Röntgenstrahlung aufgefüllt, und das Ion verbleibt mit zwei fehlenden Elektronen im Valenzorbital, da im All die Konzentration an freien Elektronen zu klein ist, um diese zu substituieren? Oder wieso verbleibt das Ion im ionisierten Zustand?
Und die Linienemission findet völlig unabhängig vom Grad der Ionisation durch Anregung der vorhandenen Elektronen in ihren Orbitalen statt? Dann müsste es diese Linien doch auch bei O-II und O-I geben, die Möglichkeit der spontanen Emission mal vorausgesetzt, oder?

Grüße Markus
 

P_E_T_E_R

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Wie muss ich mir das dann vorstellen? Wenn das z.B. Sauerstoffatom ionisiert wird (ich nehme an durch UV-Strahlung?), so wird das vermutlich mit den Elektronen der K-Schale passieren, da für energetisch höhere Orbitale die Energie von UV-Photonen wohl nicht für eine Ionisation reicht ...
Nee, die inneren Elektronen in der K-Schale haben ja die höchste Bindungsenergie von allen. Um die aus dem Sauerstoffatom herauszuschlagen braucht es schon 538 eV, also weiche Röntgen-Strahlung. In der äußeren L-Schale sinkt die Bindungsenergie dann auf 13.6 eV, in Einklang mit dem Minimalwert für die Ionisationsenergie ...
... und das Ion verbleibt mit zwei fehlenden Elektronen im Valenzorbital, da im All die Konzentration an freien Elektronen zu klein ist, um diese zu substituieren? Oder wieso verbleibt das Ion im ionisierten Zustand?
Vor allem werden die OIII-Ionen durch Elektronenstöße angeregt und emittieren dann dieses charakteristische grüne Licht ...
Und die Linienemission findet völlig unabhängig vom Grad der Ionisation durch Anregung der vorhandenen Elektronen in ihren Orbitalen statt? Dann müsste es diese Linien doch auch bei O-II und O-I geben, die Möglichkeit der spontanen Emission mal vorausgesetzt, oder?
Die Vorausetzungen für diese verbotenen Übergänge hängen schon von den genauen Details der Elektronenkonfiguration ab. Da kann man nicht einfach Elektronen hinzufügen oder wegnehmen. Für einfach ionisierten Sauerstoff [OII] gibt es eine Linie im UV bei 372.7 nm. Außerdem die bekannten Linien von Schwefel [SII] bei 671.6 und 673.1 nm, sowie Stickstoff [NII] bei 654.8 und 658.4 nm.

Gruß, Peter
 

etalon

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Hallo Peter,

Nee, die inneren Elektronen in der K-Schale haben ja die höchste Bindungsenergie von allen. Um die aus dem Sauerstoffatom herauszuschlagen braucht es schon 538 eV, also weiche Röntgen-Strahlung. In der äußeren L-Schale sinkt die Bindungsenergie dann auf 13.6 eV, in Einklang mit dem Minimalwert für die Ionisationsenergie ...
Also jetzt bin ich vollends verwirrt. Wenn ich am REM EDX-Messungen mache, dann wird mittels Stoßionisation durch Elektronen die beteiligten Atome in der Probe ionisiert. Das geschieht mit der höchsten Wahrscheinlichkeit an Elektronen aus der K-Schale aufgrund ihrer geringeren Bindungsenergie. Die dann aus den höheren Schalen nachrückenden Elektronen zum Auffüllen der untersten Schale, um wieder einen energetisch günstigen Zustand zu erreichen, erfolgt dann unter Aussendung charakteristischer Röntgenquanten, welche ja letztendlich zur Analyse gemessen werden (Ka, Kß, La1, etc.). Woher kommt also der frei werdende Energiebetrag der emittierten Röntgenquanten, wenn nicht aus der Bindungsenergie? Und das heißt doch, dass selbige zu äußeren Schalen hin größer wird?

Ohje, ich glaub ich muss auf dem Speicher noch mal nach meinen Vorlesungsskripten suchen...

Grüße Markus
 

etalon

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Vor allem werden die OIII-Ionen durch Elektronenstöße angeregt und emittieren dann dieses charakteristische grüne Licht ...
Das würde ja bedeuten, dass es ausreichend freie Elektronen gibt. Warum rekombinieren dann diese nicht mit den Ionen, sobald sie ihre kinetische Energie durch elastische Stöße abgebaut haben?

Ist es nicht hauptsächlich der Photonenfluss, vor allem im UV-Bereich, durch den anregenden Stern, welcher die entsprechenden Übergänge anregt?

Grüße Markus
 

P_E_T_E_R

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Vor allem werden die OIII-Ionen durch Elektronenstöße angeregt und emittieren dann dieses charakteristische grüne Licht ...

Das würde ja bedeuten, dass es ausreichend freie Elektronen gibt. Warum rekombinieren dann diese nicht mit den Ionen, sobald sie ihre kinetische Energie durch elastische Stöße abgebaut haben? Ist es nicht hauptsächlich der Photonenfluss, vor allem im UV-Bereich, durch den anregenden Stern, welcher die entsprechenden Übergänge anregt?

Die Details kannst Du in dem oben verlinkten Buch von Osterbrock & Ferland nachlesen.
 

etalon

Mitglied
Hmm, nicht so ganz. Da steht das selbe, wie ich oben schon geschrieben habe. Aber meine Frage bleibt:

Woher kommt also der frei werdende Energiebetrag der emittierten Röntgenquanten, wenn nicht aus der Bindungsenergie?

Und warum ist der Eintritt des Photoeffekts (zumindest zu niederen Elektronen-/ Photonenenergien hin) in der K-Schale am wahrscheinlichsten, wenn dort die zu überwindende Bindungsenergie am höchsten ist? Liegt das an der räumlichen Ausdehnung der höchsten Aufenthaltswahrscheinlichkeiten von Elektronen in der K-Schale welche eine Wechselwirkung wahrscheinlicher machen (s-Orbital)?

Die Details kannst Du in dem oben verlinkten Buch von Osterbrock & Ferland nachlesen.
Soweit bin ich in der Tat noch nicht. Im Moment lese ich noch das andere Paper...

Grüße Markus
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Noch mal zur Bindungsenergie der Elektronen im Atom.

Im Bohrschen Atommodell vom Wasserstoffatom hat das Elektron die Energieniveaus

E_n = -13.6 eV / n²

Im tiefsten Energieniveau (n = 1) entsprechend der K-Schale befindet sich das Elektron tief im Potentialtrichter bei einer Energie, die 13.6 eV unter dem Niveau von bewegungslosen Elektronen in großer Entfernung liegt. Das nächste Energieniveau (n = 2) entsprechend der L-Schale liegt bei -3.4 eV, das dritte (n = 3) ist -1.51 eV, usw.

Elektronen, die sich tiefer im Potentialtrichter befinden, erfordern also vergleichsweise mehr Energie, um sie daraus zu befreien, sie haben eine höhere Bindungsenergie. Elektronen in der sog. K-Schale sind am stärksten an den Atomkern gebunden und haben deshalb auch die höchste Ionisationsenergie.

In Atomen und Ionen mit mehreren Elektronen werden die Schalen entsprechend ihrer Kapazität nach und nach gefüllt. Allgemein gilt aber, dass die Bindungsenergie für die kernnahen Elektronen immer am höchsten ist.
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Und warum ist der Eintritt des Photoeffekts (zumindest zu niederen Elektronen-/ Photonenenergien hin) in der K-Schale am wahrscheinlichsten, wenn dort die zu überwindende Bindungsenergie am höchsten ist? Liegt das an der räumlichen Ausdehnung der höchsten Aufenthaltswahrscheinlichkeiten von Elektronen in der K-Schale welche eine Wechselwirkung wahrscheinlicher machen (s-Orbital)?

Dass die Wechselwirkung mit den Elektronen in der inneren K-Schale am wahrscheinlichsten ist, stimmt doch gar nicht! Wenn man sich den Wirkungsquerschnitt von Röntgen-Photonen an Atomen oder Molekülen in dem Energiebereich anschaut, wo diese charakteristischen Schalenkanten sichtbar werden, dann sieht man:

> Abgesehen von einem mehr oder weniger ausgeprägten Sprung an der Kante fällt der Wirkungsquerschnitt zu höheren Energien kontinuierlich ab.

> Die prominente K-Kante wird erst bei bei höherer Photonenergie erreicht. Die weniger ausgeprägten übrigen Kanten, welche höheren Elektronenschalen entsprechen, treten bei niedrigeren Photonenergien unterhalb der K-Kante auf.

> An der K-Kante ist der Wirkungsquerschnitt typischerweise eine ganze Größenordnung niedriger, als an der nächsthöheren L-Kante.

Zur Demonstration aus der NIST database der Wirkungsquerschnitt für Photonen an Wasser im Bereich der K-Kante unterhalb von 2 keV.

Die prominente Struktur bei 0.532 keV wird von der K-Kante vom Sauerstoff erzeugt. Die übrigen Kanten L-I, L-II und L-III bei 0.0237/0.0071/0.0071 keV für Sauerstoff und K für Wasserstoff bei 0.0136 keV sind praktisch unsichtbar.

Photon-Cross-Section_H2O.jpg
 

Ulli_K

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Hallo Markus,
Was Peter zur Anregungswahrscheinlichkeit schreibt kann ich aus EDX Messungen bestätigen. Die Intensität der Ka oder Kb Linien ist immer deutlich geringer als die der L-Linien, die bei deutlich niedriger Energie auftreten. Und die K Linien anzuregen, braucht es eine gewisse Beschleunigungsspannung, also Mindestenergie zur Anregung.

Gruß
Ulii
 

etalon

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Hallo Peter,

ja, so langsam lichtet sich der Nebel!

Und so langsam fügen sich die Teile in meinem Kopf in ein Gesamtbild.

Danke für deine geduldige Erklärung.

Nur eines habe ich noch nicht unter den Füßen: Wenn das gebundene e zu niedrigeren Schalen hin stärker gebunden ist, also mehr Bindungsenergie aus seiner Masse aufbringen muss, wieso wird dann noch zusätzlich Energie in Form von Photonen beim Übergang von z.B. L auf K frei?

@Ulli: Ja, stimmt. Ich habe die Intensitätsverhältnisse zwischen K und L-Linien immer hauptsächlich der besseren Nachweiswahrscheinlichkeit des Detektors für niedrigere Photonenenergien zugeschrieben. Aber du hast natürlich recht.

Danke und Gruß,
Markus
 

etalon

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Hallo Peter,

Dass die Wechselwirkung mit den Elektronen in der inneren K-Schale am wahrscheinlichsten ist, stimmt doch gar nicht!
Doch, ich fürchte, das stimmt schon, allerdings habe ich das was ich meinte wohl zu ungenau ausgedrückt. Ich wollte damit nicht die Wechselwirkungswahrscheinlichkeit zum Ausdruck bringen, sondern die Eintrittswahrscheinlichkeit für den Photoeffekt. Ich habe mir mal nochmal eines der Lehrbücher aus vergangenen Zeiten aus dem Regal gezogen, die dicke Staubschicht weggepustet, und den Photoeffekt nachgeschlagen. Daraus war mir das auch noch im Hinterkopf geblieben, nur die von mir vermutete Begründung stimmt nicht. Es liegt nicht an der räumlichen Verteilung der Aufenthaltswahrscheinlichkeit des e, sondern an dessen Eigenimpuls und seiner Impulsverteilung.

Quelle: Elementare Teilchen von Jörn Bleck-Neuhaus, Springer Verlag, Seiten 205ff.

Ich würde dir gerne einen Scan davon einstellen, aber will kein copyright verletzen. Wenn es dich interessiert, kann ich dir privat einen scan schicken. Ich werde mal weiterlesen, vielleicht beantwortet sich dann auch noch meine andere Frage...

Zurück zu meiner Eingangsfrage:
Zusammenfassen würde ich das so, dass das Entstehen der Linien vom Ionisationsgrad des Atoms nur in sofern abhängt, als dass die Abstände der Energieniveaus nur im entsprechend ionisierten Zustand des Atoms entsprechend der beobachteten Wellenlängen sind. Die Aussendung selbiger aber auf Anregung der gebundenen Elektronen durch Elektronen oder Photonen erfolgt und mit der Ionisation erst mal nichts zu tun haben.
Kann man das so zusammenfassen?

Wenn man nun die Ionisationsgrade der Atome mit römischen Ziffern beschreibt (z.B. O-I Grundzustand, O-II einfach ionisiert, O-III zweifach ionisiert, etc.), wie verhält sich das dann mit H-II? Da dürfte doch dann kein gebundenes Elektron mehr vorhanden sein, welches entsprechend dem Wechsel der Energieniveaus Strahlung aussendet?

Grüße Markus
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Dass die Wechselwirkung mit den Elektronen in der inneren K-Schale am wahrscheinlichsten ist, stimmt doch gar nicht!
Doch, ich fürchte, das stimmt schon, allerdings habe ich das was ich meinte wohl zu ungenau ausgedrückt. Ich wollte damit nicht die Wechselwirkungswahrscheinlichkeit zum Ausdruck bringen, sondern die Eintrittswahrscheinlichkeit für den Photoeffekt.
In dem hier diskutierten Energiebereich, wo die charakteristischen K und L-Kanten prominent sind, ist der Photoeffekt ja der dominierende Prozess. Daneben gibt es noch Thomson-Streuung, Compton-Streuung, und bei ganz hohen Energien oberhalb von 1 MeV noch die Paarerzeugung, aber das spielt hier alles keine Rolle. Der gezeigte Wirkungsquerschnitt ist praktisch der Photoeffekt, von dem Du sprichst, und der ist nun mal im Bereich der K-Kante erheblich niedriger als an den L-Kanten.
Wenn man nun die Ionisationsgrade der Atome mit römischen Ziffern beschreibt (z.B. O-I Grundzustand, O-II einfach ionisiert, O-III zweifach ionisiert, etc.), wie verhält sich das dann mit H-II? Da dürfte doch dann kein gebundenes Elektron mehr vorhanden sein, welches entsprechend dem Wechsel der Energieniveaus Strahlung aussendet?
In der Tat, H-II wäre dann einfach ionisierter Wasserstoff, also nackte Protonen ohne Elektron, welche dann aber keine diskreten Elektronenübergänge und Spektroskopie ermöglichen. Es gibt noch ein negatives Wasserstoffion H- (Proton mit zwei Elektronen), welches in der Forschung an Protonenbeschleunigern sogar ein wichtige Rolle spielt. In der Astrophysik habe ich davon aber noch nicht gehört.

Gruß, Peter
 
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etalon

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Hallo Peter,

In dem hier diskutierten Energiebereich, wo die charakteristischen K und L-Kanten prominent sind, ist der Photoeffekt ja der dominierende Prozess. Daneben gibt es noch Thomson-Streuung, Compton-Streuung, und bei ganz hohen Energien oberhalb von 1 MeV noch die Paarerzeugung, aber das spielt hier alles keine Rolle. Der gezeigte Wirkungsquerschnitt ist praktisch der Photoeffekt, von dem Du sprichst, und der ist nun mal im Bereich der K-Kante erheblich niedriger als an den L-Kanten.
Ja, das stimmt über den gesamten Energiebereich gesehen. Aber darum ging es mir ja nicht, sondern dass bei vorliegendem Photoeffekt dieser vorwiegend (aber natürlich nicht nur) mit Elektronen aus der K-Schale statt findet, also denen mit der höchsten Bindungsenergie.

In der Tat, H-II wäre dann einfach ionisierter Wasserstoff, also nackte Protonen ohne Elektron, welche dann aber keine diskreten Elektronenübergänge und Spektroskopie ermöglichen. Es gibt noch ein negatives Wasserstoffion H- (Proton mit zwei Elektronen), welches in der Forschung an Protonenbeschleunigern sogar ein wichtige Rolle spielt. In der Astrophysik habe ich davon aber noch nicht gehört.
Wieso spricht man dann bei den Regionen, wo die Lymann, Balmer, etc. Serien emittiert werden von H-II Regionen?

Grüße Markus
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Ja, das stimmt über den gesamten Energiebereich gesehen. Aber darum ging es mir ja nicht, sondern dass bei vorliegendem Photoeffekt dieser vorwiegend (aber natürlich nicht nur) mit Elektronen aus der K-Schale statt findet, also denen mit der höchsten Bindungsenergie.

Hallo Markus, irgendwie scheint der Photoeffekt an der K-Schale eine solche Faszination auf Dich auszuüben, dass sich die Verhältnisse in Deiner Wahrnehmung etwas verstellen. Das fing schon mit dem Irrtum im Eingangspost an, als Du den Elektronen in der K-Schale die geringste Bindungsenergie attestiert hast:

Ionisieren heißt (so habe ich das mal gelernt), dass ein Elektron (meist aus der K-Schale aufgrund der geringsten Bindungsenergie), aus dem Atomverbund wie auch immer entfernt wird, also nicht mehr diesem zugehörig ist.

dabei haben Elektronen in der K-Schale tatsächlich die höchste Bindungsenergie, so dass der Photoeffekt an diesen nur mit größerem Aufwand funktioniert, sprich Röntgenbestrahlung bei höherer Energie und höherer Intensität.

Wenn Atome und Ionen bei astrophysikalischen Vorgängen in diffusen Gasnebeln oder planetarischen Nebeln von der thermischen Strahlung heißer Sterne angeregt oder sogar ionisiert werden, dann muss man das gesamte Sternspektrum bei allen Energien betrachten, und da ist dann der Photoeffekt an den Elektronen der K-Schale vergleichsweise unbedeutend. Zum einen, weil der Photoeffekt bei niedrigeren Photonenergien viel prominenter ist. Vor allem aber, weil das Sternspektrum nur selten zu so hohen Energien reicht.

Wieso spricht man dann bei den Regionen, wo die Lymann, Balmer, etc. Serien emittiert werden von H-II Regionen?

Die Protonen rekombinieren mit Elektronen, die dann in angeregten Zuständen landen und die typischen Spektrallinien emittieren.

Gruß, Peter
 
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etalon

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Hallo Peter,

Das fing schon mit dem Irrtum im Eingangspost an, als Du den Elektronen in der K-Schale die geringste Bindungsenergie attestiert hast:
Ja, Peter, deswegen frage ich ja, um diese Missstände zu beheben. Die sich daraus ergebenden Folgefragen sind leider nur teilweise beantwortet.

Die Protonen rekombinieren mit Elektronen, die dann in angeregten Zuständen landen und dann die typischen Spektrallinien emittieren.
Dann ist es aber doch kein H-II mehr?

Ich denke, wir beenden das hier, da wir uns anfangen, im Kreis zu drehen. Ich danke dir aber für das Zurechtrücken einiger falscher Annahmen meinerseits.

Grüße Markus
 

etalon

Mitglied
Hallo Peter,

um das abzuschließen: Ich habe meinen Denkfehler gefunden. Jetzt ist mir das klar. Ist schon krass, wie man manchmal auf dem Schlauch stehen kann...

Nur mit der Nomenklatur bei den H-II Regionen habe ich noch Probleme, wo doch die Strahlungsübergänge beim H-I stattfinden (wie Christian oben schon sagte). Ich verstehe auch noch nicht ganz, wie eingefangene Elektronen aus einem Kontinuum dann diskret ihre gesamte überschüssige Energie unter Aussendung von Photonen abbauen können. Da müssen doch immer Restbeträge bleiben?

Wie auch immer, danke nochmal für eure Geduld!

Grüße Markus
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Nur mit der Nomenklatur bei den H-II Regionen habe ich noch Probleme, wo doch die Strahlungsübergänge beim H-I stattfinden (wie Christian oben schon sagte). Ich verstehe auch noch nicht ganz, wie eingefangene Elektronen aus einem Kontinuum dann diskret ihre gesamte überschüssige Energie unter Aussendung von Photonen abbauen können. Da müssen doch immer Restbeträge bleiben?
Markus, schau doch mal in das bereits erwähnte Buch von Osterbrock & Ferland. Die Elektronen, die dann schließlich mit Protonen in der H-II Region rekombinieren, sind ja bereits durch vorher stattfindende multiple Bremsprozesse an den Protonen weitgehend "abgekühlt". Der Energiebedarf für den finalen Emissionsvorgang von Photonen ist dem gegenüber sehr gering.

Gruß, Peter
 

dkracht

Mitglied
Liebe Physiker,
ich frage mich ja immer, wann zwei Dinge, die verschieden sind, dann noch "völlig verschieden" werden...?
Clear Skies
Dietrich
 

Lützen1

Mitglied
Hallo Ulli,
Du schreibst:
„Was Peter zur Anregungswahrscheinlichkeit schreibt kann ich aus EDX Messungen bestätigen. Die Intensität der Ka oder Kb Linien ist immer deutlich geringer als die der L-Linien,“

Da überrascht mich. Ich kenne eigentlich die K-Linien als meist als dominant. Wenn man für die Quantifizierung oder ein Mapping mal auf eine L ausweichen muss bekommt man oft schlechte Statistik oder verrauschte EDX-maps.

„Und die K Linien anzuregen, braucht es eine gewisse Beschleunigungsspannung, also Mindestenergie zur Anregung.“

Das könnte die Sache etwas erklären, bei schwereren Elemente bekommt man die K-Linie in SEM nicht mehr angeregt da man nicht die erforderlichen 2 bis 3x die Energie der Linie erreicht aber das hat erst mal nichts mit der Anregungswahrscheinlichkeit zu tun.

Grüße Andreas
 
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