Průkopníci rentgenové spektroskopie

Rok 2019 byl mezinárodním rokem periodické soustavy prvků, jejíž organizační princip, založený na atomovém čísle neboli elektrickém náboji jádra, byl objeven na základě rentgenové spektroskopie Henrym Moseleyem. Ten navázal na dílo Charlese Barkly, který objevil charakteritické rentgenové záření prvků. Moseleyho pokračovatelem byl Manne Siegbahn, v jehož laboratoři působil i Václav Dolejšek (viz též Vesmír 74, 334, 1995/6). Klíčovou roli v průkopnickém období sehrál Niels Bohr, jehož kvantový model atomu poskytl teoretický základ pro intrerpretaci rentgenových spekter.

Röntgenův objev „pozoruhodných paprsků následně po něm pojmenovaných“ z roku 1895 zajistil svému objeviteli vůbec první Nobelovu cenu za fyziku, udělenou v roce 1901. V následujících letech se rentgenové paprsky díky své „pronikavosti“ ukázaly pozoruhodnými jak v medicíně a dalších aplikacích, tak i v tehdy vznikající atomové fyzice. Ta nejen vysvětlila jejich původ, ale také použila „paprsky X“ ke studiu struktury atomu.

Rentgenová spektroskopie je dodnes jednou z hlavních – a nezastupitelných – metod studia hmoty. Svědčí o tom i to, že v posledním desetiletí bylo uvedeno do provozu např. v USA, Číně nebo Německu několik laserů na bázi volných elektronů operujících v rentgenové oblasti spektra.

Průkopníkem rentgenové spektroskopie atomů byl Charles Barkla (1877–1944), jehož experimenty z prvního desetiletí 20. století prokázaly, že vzbuzené atomy vyzařují rentgenové paprsky, které jsou pro každý atom charakteristické. Na rozdíl od optických spekter byla ale rentgenová spektra jednoduchá – pozorované paprsky mohl Barkla rozdělit podle jejich „pronikavosti“ na dvě série, K a L (tyto symboly jsou pravděpodobně odvozeny z Barklova jména). Pronikavost měřil Barkla na základě absorpce paprsků hliníkovým či jiným terčem. Paprsky série K se přitom ukázaly jako „tvrdší“ (větší pronikavost, menší absorpce) než paprsky série L. Barkla atomy vzbuzoval rentgenovým zářením, které, jak zjistil, muselo být tvrdší než záření emitované. Barkla byl zarytým odpůrcem kvantové mechaniky, která posléze vysvětlila nejen strukturu atomů a rentgenových spekter, ale také pořadí prvků v Mendělejevově periodické soustavě (jejíž stopadesáté výročí jsme si loni připomínali). Velký díl své nobelovské přednášky (cena mu byla udělena za rok 1917) věnoval Barkla popisu neexistující série J. Kdyby bral kvantovou teorii vážně, mohl být této blamáže ušetřen. Barkla působil od roku 1913 na Univerzitě v Edinburghu. Kromě své vědecké práce se proslavil svým basbarytonem.