41. Устройство анода рентгеновской трубки: материал и конструкция.

Обычно анод делается из специальной меди, в которую вплавляется пластина из металла, о которую, собственно, и тормозятся электроны. Для рентгеновских трубок, используемых в досмотровых аппаратах, эта пластина (ее называют мишенью) делается из вольфрама. Он относится к наиболее тугоплавким металлам (температура плавления около 3400°С) и имеет большой атомный вес. Чем выше атомный вес мишени, тем сильнее тормозятся электроны.

Энергия тормозящихся на мишени электронов превращается либо в тепловую, нагревающую мишень, либо, в электромагнитную, которая и представляется рентгеновскими лучами. Тепловая энергия не используется и приводит к необходимости применять специальное принудительное охлаждение рентгеновской трубки при ее работе.

Поскольку рентгеновская трубка имеет очень небольшой коэффициент полезного действия (несколько процентов), то большая часть энергии электронов, ударяющихся об анод, превращается в тепло. Поэтому рентгеновские трубки имеют конструкцию, позволяющую отводить тепло от анода. Медь выбирается в качестве тела анода, чтобы обеспечить хороший теплоотвод, так как она обладает высокой теплопроводностью. Чтобы повысить степень теплоотдачи анода, на его медную часть укрепляют радиатор. Чем «мощнее» излучение, тем сильнее нагревается анод. Для мощных рентгеновских трубок применяют масляное или воздушное принудительное охлаждение.

42. Тормозное рентгеновское излучение и его свойства.

Этот вид излучения имеет непрерывный спектр (рис.), ограниченный со стороны коротких длин волн значением:

где min Лмин – так называемая, коротковолновая граница спектра, выраженная в Å;

U – ускоряющее напряжение на рентгеновской трубке, выраженное в кВ.

Механизм образования тормозного излучения следующий. Пучок электронов, обладающих большой кинетической энергией, падает на вещество мишени. Отдельный электрон, проходя вблизи ядра атома вещества, испытывает большое отрицательное ускорение (торможение) за счет действия кулоновских сил. Из электродинамики известно, что заряды, движущиеся с отрицательным ускорением (в данном случае электроны), должны излучать в окружающие пространство часть энергии в виде электромагнитных волн. Величина потери энергии в элементарном акте торможения зависит от множества параметров, в том числе от расстояния между рассеивающим центром и линией первоначального движения рассеивающейся частицы, заряда ядра вещества мишени и др. Для отдельного электрона может быть один акт торможения (образуется фотон с Лmin, соответствующий коротковолновой границе спектра), а может быть целая серия актов торможения, при которой образуются рентгеновские кванты с длинами волн больше Лmin (длинноволновой границы спектра не существует).

43. Характеристическое рентгеновское излучение, его свойства.

Характеристический спектр образуется за счет взаимодействия бомбардирующих мишень электронов с электронами, вращающимися на оболочках атомов вещества мишени. Если энергия падающих электронов достаточно велика для того, чтобы выбить электрон с внутренней оболочки атома, то после этого в атоме произойдет целый каскад переходов электронов с одной оболочки на другую. При переходе с уровней с большей энергией на уровни с меньшей энергией происходит излучение рентгеновского кванта, имеющего строго определенную длину волны (энергию). Такие кванты и составляют характеристический линейчатый спектр.

Структура характеристических спектров различных элементов одна и таже, так как она обусловлена строением электронных оболочек атомов, которые заполняются по единым законам. Различие наблюдается только в длинах волн (или энергиях) спектральных линий. При увеличении атомного номера Z элемента происходит лишь смещение спектров в область высоких энергий, то есть коротких длин волн.

Закономерность образования спектральных линий характеристического излучения была обнаружена английским ученым Г.Мозли.

Закон Мозли позволяет рассчитывать длины волн линий характеристических спектров любых элементов. По результатам измерения длин волн можно определить атомный номер любого элемента, в том числе и тех элементов, которые еще не открыты. Исследование рентгеновских спектров позволило уточнить положение некоторых элементов в таблице Д.И.Менделеева.

Таким образом, характеристическое излучение присуще атомам химических элементов. Спектр не зависит от того, является ли данный элемент чистым или входит в состав какой-либо смеси или соединения.

Так как электронные оболочки каждого элемента имеют индивидуальное строение, присущее только этому элементу, то характеристическое излучение от сложных многоэлементных материалов будет содержать все их спектры, причем, чем интенсивнее линии в спектре, тем больше данного химического элемента содержится в материале. На этом факте основан принцип действия рентгеноспектральных приборов для неразрушающего химического анализа сложных веществ.

В рентгеновской трубке характеристический спектр возникает всегда на фоне непрерывного тормозного излучения. При плавном повышении ускоряющего напряжения на рентгеновской трубке вначале образуется непрерывный спектр. Затем на фоне непрерывного спектра возникают острые максимумы характеристического излучения. С увеличением напряжения интенсивность этих пиков возрастает, но их положение не меняется, зато меняется положение максимума непрерывного спектра и его коротковолновой границы, а также увеличивается его интенсивность. Увеличение проникающей способности излучения связано именно с непрерывным спектром. «Жесткость» излучения обусловлена именно им. При напряжениях просвечивания в таможенных рентгеновских аппаратах вклад характеристического спектра несущественен.