Charakteristische Röntgenstrahlung
Die charakteristische Röntgenstrahlung entsteht dadurch, dass ein freies, energiereiches Elektron ein an ein Atom gebundenes zweites Elektron durch einen Stoß aus dieser Bindung entfernt. Dabei wird Energie auf das gestoßene Elektron übertragen, die mindestens so groß wie seine vorherige Bindungsenergie ist. Die entstandene Lücke wird durch ein Elektron einer äußeren Schale geschlossen. Da die Elektronen auf den äußeren Schalen eine höhere Energie aufweisen, müssen sie diese bei ihrem Wechsel auf einer weiter innen gelegene abgeben. Dies geschieht in Form von Röntgenstrahlung oder - besonders bei leichten Atomen - durch Übertragung der Energie auf weiter außen gelegene Elektronen (siehe Auger-Effekt).Die Energie der Röntgenstrahlung ist durch die Energiedifferenz der Elektronenhülle in den beiden Zuständen (fehlendes Elektron in innerer Schale und in äußerer Schale) bestimmt. Da diese Energiedifferenz elementspezifischspezifisch ist, nennt man die Röntgenstrahlung "charakteristische Röntgenstrahlung".
Atome mit höherer Ordnungszahl haben mehrere äußere Schalen, die zur Auffüllung des Lochs in der inneren Schale ein Elektron liefern können. Auch kann das Loch in verschiedenen inneren Schalen entstehen. Dementsprechend können diese Atome auch Röntgenstrahlen unterschiedlicher Energie aussenden.
Zur Bezeichnung der Röntgenlinien gibt man zunächst die innere Schale an (z.B. K), dann einen griechischen Buchstaben, der die äußere Schale angibt. Bei der K-Serie bedeutet , dass die äußere Schale die L-Schale ist, , dass sie die M-Schale ist usw. Bei den L- und M-Serien ist diese Zuordnung nicht mehr so eindeutig. Hier spielt die Feinstrukturaufspaltungaufspaltung aufgrund der Bahnentartung und der Spin-Bahn-Wechselwirkung eine größere Rolle, besonders bei sehr schweren Atomen. Zusätzlich zum griechischen Index wird dann noch ein nummerischer Index zur Unterscheidung der Linien verwendet.
Die charakteristische Röntgenstrahlung wird mit Detektoren ausgewertet, die die Energie oder die Wellenlänge der Röntgenquanten bestimmen. Aus dem Spektrum kann auf die Elementzusammensetzung der Probe geschlossen werden.