Спектры поглощения рентгеновских лучей.
Вещество, которое подвергается действию рентгеновских лучей, испускает вторичное излучение, длина волны которого либо равна длине волны падающих лучей (когерентное рассеяние), либо незначительно отличается. При рассеянии без изменения длины волны переменное электромагнитное поле, создаваемое пучком рентгеновских лучей, вызывает колебательное движение электронов облучаемого вещества, и они становятся источником когерентного излучения. Ввиду когерентности, лучи, рассеиваемые различными атомами, могут интерферировать. Расстояния между атомными плоскостями в кристаллах сравнимы с длинами волн рентгеновских лучей.
Рассеяние свободным электроном.
Если на свободный электрон падают параллельные неполяризованные рентгеновские лучи с интенсивностью I0, в этом случае электрон , по классической теории, начинает колебаться и испускать электромагнитное излучение с интенсивностью Ie
,
для неполяризованного первичного пучка.
Рассеяние атомом в основном обусловлено рассеянием электронами, доля рассеяния ядром невелика.
Эффект Комптона.
Падающий квант упруго соударяется с электроном, в результате этого часть энергии передается электрону и длина волны излучения увеличивается. Комптоновское рассеяние некогерентно и не может интерферировать.
Фотоэффект.
При взаимодействии рентгеновские лучи могут выбивать электроны за пределы атома, ионизируя его. Энергия, идущая на удаление электронов (валентных электронов), очень мала, а для более близких к ядру оболочек, сравнима с энергией рентгеновских лучей. Кинетическая энергия электрона, удаленного из атома, равна
где v – частота ионизирующего излучения
p – энергия, затраченная на отрыв электрона.
Суммарное поглощение рентгеновского излучения веществом.
Если взять тонкий однородный экран, проходя через который монохроматический пучок с сечением равным 1, теряет энергию dI, пропорциональную толщине экрана dx и интенсивность пучка I0, получим
,
где - линейный коэффициент поглощения для данного вещества.
,
где x – толщина слоя поглощения.
Коэффициент поглощения складывается из собственного поглощения и коэффициента рассеяния ,
Удобнее пользоваться массовыми коэффициентами поглощения пропорциональным плотности ,
/, /, / - массовые коэффициенты поглощения и рассеяния.
Для мягкого излучения / 0,2 и оно много меньше коэффициента собственного поглощения /, и в этом случае можно принимать / /.
Если известен состав вещества, то для него можно расчитать / используя равенство
,
где xi – содержание компонентов в весовых процентах,
- массовые коэффициенты поглощения.
Аналогично
,
для химических соединений рассчитываются
и
.
Коэффициенты и зависят от порядкового номера элемента поглотителя и от длины волны рентгеновского излучения.
Спектры поглощения рентгеновского излучения.
На рис. Показан спектр поглощения рентгеновского излучения (зависимость коэффициента поглощения от длины волны).
При определенных значениях длин волн происходит резкое изменение коэффициента излучения. В интервалах между скачками, коэффициент поглощения увеличивается с увеличением длины волны,
к – коэффициент пропорциональности, z – порядковый номер элемента поглотителя.
Для поглощения излучения применяются селективные фильтры, суть которых состоит в том, чтобы поглотить К - излучение. Толщина выбирается таким образом, чтобы соотношение I:I уменьшилось до 1:600. Время экспозиции при этом увеличивается в 2-3 раза.
Таблица
Селективные фильтры для поглощения излучения.
-
Излучение
Материал фильтра
Толщина
Коэффициент прохождения К - линии
мм
г/см3
CrK
V
0,016
0,009
0,50
FeK
Mn
0,016
0,012
0,46
CoK
Fe
0,018
0,014
0,44
CuK
Ni
0,021
0,019
0,40
MoK
Zn
0,108
0,069
0,31
В качестве материалов для анодов рентгеновских трубок используются материалы с высокой температурой плавления и хорошей теплопроводностью. Поэтому для работы обычно используется излучение К– серий этих элементов.