27. Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение.
Рентгеновским излучением называются электромагнитные волны с длиной волны более короткой, чем у ультрафиолетовых лучей. Рентгеновские волны занимают на шкале электромагнитных волн обширный участок длин волн от 8*10-6 см до 10-10 см. Рентгеновское излучение возникает в результате преобразования кинетической энергии быстрых электронов в энергию электромагнитных волн.
Различают два вида рентгеновского излучения: белое рентгеновское (тормозное) и характеристическое.
Белое
рентгеновское (тормозное) излучение
возникает при торможении быстрых
электронов при их движении в веществе,
в частности в металлах. Тормозное
излучение имеет сплошной непрерывный
спектр, который существенно отличается
от спектров создаваемых твердыми телами
или жидкостями. Во-первых, он расположен
в далекой коротковолновой области;
во-вторых, сплошной рентгеновский спектр
ограничен со стороны малых длин волн
некоторой границей сплошного рентгеновского
спектра. Максимальная энергия кванта
рентгеновских лучей имеет значение:
,
если от частоты перейти к длине волны,
то:
,
экспериментальной проверкой этой
формулы является вычисление из нее
постоянной Планка h.
Значение, которое получено таким методом,
является одним из наиболее точных и
достоверных.
Характеристическое рентгеновское излучение имеет линейчатый спектр. Такое название оно получило потому, что частоты линий спектра в этом излучении являются характерными для каждого вещества, в котором тормозятся быстрые электроны. Характеристическое излучение возникает в результате того, что внешний быстрый электрон, тормозящийся в веществе, вырывает из атома вещества электрон, расположенный на одной из внутренних электронных оболочек. На освободившееся место переходит другой электрон атома из более удаленной от ядра оболочки. Это приводит к возникновению рентгеновского фотона с определенной частотой .
Получить рентгеновское излучение можно с помощью рентгеновской трубки. Происходит испарение потока электрона с нити накаливания, затем поток ускоряется в магнитном полем, возникшим между анодом и катодом, и по достижению электронов вещества анода, ускоренный поток тормозится, чем и вызывается рентгеновское излучение.
Малая длина волны рентгеновских лучей, их большая «жесткость» является причиной, обуславливающей основные свойства рентгеновских лучей: высокую проникающую способность, действие на фотопластинки, способность вызывать ионизацию в веществах, сквозь которые эти лучи проходят.
27. Серии в спектре характеристического излучения и его особенности. Прохождение рентгеновских лучей через вещество. Детекторы для контроля рентгеновского излучения.
Тормозное
рентгеновское излучение. Если
энергия кванта
значительно
превышает работу выхода A,
то уравнение Эйнштейна (
)
принимает более простой
вид:
(1)
Эту
формулу перепишем как переход кинетической
энергии электронов, ускоренных разностью
потенциалов V,
в энергию квантов, возникающих при
резком торможении электронов в металле.
Тогда
(2)
Такой процесс происходит в рентгеновской трубке. Она представляет собой вакуумный баллон, в котором находится нагреваемый током катод (антикатодом) — источник термоэлектронов, и расположенный напротив анод. Ускорение электронов осуществляется высоким напряжением V, создаваемым между катодом и антикатодом.
Под действием напряжения V электроны разгоняются до энергии eV. Попав в металлический антикатод, электроны резко тормозятся, вследствие чего и возникает тормозное рентгеновское излучение. Спектр этого излучения при разложении по длинам волн оказывается сплошным, как и спектр видимого белого света.
При
излучении возникает за счет энергии,
теряемой электроном при торможении, то
величина кванта ћω не может быть больше
энергии электрона eV.
Следовательно, частота ω излучения не
может превышать значения
.
Длина волны излучения не может быть
меньше, чем
По
измерению зависимости граничной частоты
от ускоряющего напряжения можно с
высокой точностью определить значение
постоянной Планка. Метод определения
постоянной Планка, основанный на
измерении коротковолновой границы
тормозного рентгеновского излучения,
является наиболее точным. Его называют
методом
изохромат.
Он заключается в том, что спектрометр
для излучения устанавливают так, чтобы
в счетчик попадало излучение одной и
той же определенной длины волны, и
измеряют интенсивность Iλ
в зависимости от приложенного к
рентгеновской трубке напряжения V.
Уменьшая напряжение V,
получают зависимость интенсивности
Iλ
от напряжения V.
Постоянная Планка:
,
где e — заряд электрона.
Рентгеновским излучением называются электромагнитные волны с длиной волны более короткой, чем у ультрафиолетовых лучей. Рентгеновские волны занимают на шкале электромагнитных волн обширный участок длин волн от 8*10-6 см до 10-10 см. Рентгеновское излучение возникает в результате преобразования кинетической энергии быстрых электронов в энергию электромагнитных волн.
Различают два вида рентгеновского излучения: белое рентгеновское (тормозное) и характеристическое.
Белое
рентгеновское (тормозное) излучение
возникает при торможении быстрых
электронов при их движении в веществе,
в частности в металлах. Тормозное
излучение имеет сплошной непрерывный
спектр, который существенно отличается
от спектров создаваемых твердыми телами
или жидкостями. Во-первых, он расположен
в далекой коротковолновой области;
во-вторых, сплошной рентгеновский спектр
ограничен со стороны малых длин волн
некоторой границей сплошного рентгеновского
спектра. Максимальная энергия кванта
рентгеновских лучей имеет значение:
,
если от частоты перейти к длине волны,
то:
,
экспериментальной проверкой этой
формулы является вычисление из нее
постоянной Планка ћ. Значение, которое
получено таким методом, является одним
из наиболее точных и достоверных.
Характеристическое рентгеновское излучение имеет линейчатый спектр. Такое название оно получило потому, что частоты линий спектра в этом излучении являются характерными для каждого вещества, в котором тормозятся быстрые электроны. Характеристическое излучение возникает в результате того, что внешний быстрый электрон, тормозящийся в веществе, вырывает из атома вещества электрон, расположенный на одной из внутренних электронных оболочек. На освободившееся место переходит другой электрон атома из более удаленной от ядра оболочки. Это приводит к возникновению рентгеновского фотона с определенной частотой .
Плучить рентгеновское излучение можно с помощью рентгеновской трубки. Происходит испарение потока электрона с нити накаливания, затем поток ускоряется в магнитном полем, возникшим между анодом и катодом, и по достижению электронов вещества анода, ускоренный поток тормозится, чем и вызывается рентгеновское излучение.
Малая длина волны рентгеновских лучей, их большая «жесткость» является причиной, обуславливающей основные свойства рентгеновских лучей: высокую проникающую способность, действие на фотопластинки, способность вызывать ионизацию в веществах, сквозь которые эти лучи проходят.