Шпоры (текстовые файлы в юникоде), 3ий семестр (Ташлыкова-Бушкевич ИИ) [4242 вопросов] / 04 Коротковолновая граница

04. Коротковолновая граница тормозного рентгеновского спектра.

Если энергия кванта h(с чертой)*омега значительно превышает работу выхода А, то уравнение Эйнштейна принимает более простой вид:
h(с чертой)*омега=Кmax.
Таким образом, энергия светового кванта переходит в кинетическую энергию электрона. Такой процесс называется прямым фотоэффектом.
Kmax=e*U – энергия электрона, ускоренного разностью потенциалов U. Поэтому: при резком торможении электронов в металле кинетическая энергия электронов переходит в энергию возникающих квантов.
Именно такой процесс – обратный фотоэффект – происходит в рентгеновской трубке. Тогда
e*U = h(с чертой)*омега,где e*U – работа, совершенная при разгоне электрона силами ускоряющего электрического поля рентгеновской трубки.
Рентгеновская трубка представляет собой вакуумный баллон, в котором находится нагреваемый током катод K – источник термоэлектронов, и расположенный напротив анод А – антикатод (вольфрам, платина, медь и т. д.).
Ускорение электронов осуществляется высоким напряжением U, создаваемым между катодом и антикатодом. Цилиндрический электрод Ц предназначен для фокусировки электронного пучка.
Под действием напряжения U электроны разгоняются до энергии eU . Попав в металлический антикатод, электроны резко замедляются и становятся источником электромагнитных волн. Как известно, свободный равномерно движущийся электрон не излучает.
Поэтому рентгеновское излучение возникает только при взаимодействии разогнанного электрона с веществом антикатода. Рентгеновские трубки используются в рентгеноструктурном анализе, рентгеноспектральном анализе, рентгенодиагностике, дефектоскопии и т. д.
Тормозным рентгеновским излучением называется рентгеновское излучение (длина волны от 10^(-5) до 10^2 нм), обусловленное торможением налетающих электронов в веществе антикатода рентгеновской трубки.
Спектр тормозного рентгеновского излучения, как и спектр видимого белого света, при разложении по длинам волн оказывается сплошным.
Установлено, что длина волны, на которую приходится максимум мощности излучения, уменьшается при увеличении напряжения U, т. е. когда скорость электронов увеличивается.
В экспериментах с рентгеновской трубкой получен результат, противоречащий классической электродинамике: наличие коротковолновой границы сплошного рентгеновского спектра ( ЛЯМБДАmin не равно 0).
Существование коротковолновой границы с корпускулярной точки зрения объясняется просто. Действительно, если излучение возникает за счет энергии, теряемой электроном при торможении, то величина кванта h(с чертой)*омега не может быть больше энергии электрона eU . Отсюда следует, что частота "омега" излучения не жет превышать значения ОМЕГАmax=e*U/h(с чертой).
Значит, длина волны излучения не может быть меньше, чем
ЛЯМБДАmin=2пи*с/ОМЕГАmax=(1,24/U), где U измеряется в кВ, а ЛЯМБДАmin в нм.
При достаточно большой скорости электронов будет также иметь место характеристическое излучение – рентгеновское излучение линейчатого спектра. В этом случае коротковолновая граница рентгеновского спектра также присутствует.
Существование коротковолновой границы тормозного рентгеновского спектра, не зависящей от материала антикатода и определяемой только напряжением на трубке, является одним из наиболее ярких проявлений квантовых свойств рентгеновского излучения.
По измерению зависимости граничной частоты от ускоряющего напряжения ОМЕГАmax = ОМЕГАmaх(U) можно с высокой точностью определить значение постоянной Планка h , совпадающее со значением, получаемым из законов теплового излучения.