78. Рентгеновское излучение и его свойства.

Рентгеновское излучение, представляющее собой электромагнитное ионизирующее излучение в области спектра от 10^-12 до 10^-5см, было открыто В. Рентгеном в 1885 году.

Источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, в которой ускоренные электрическим полем электроны бомбардируют металлический анод. В качестве источников рентгеновского излучения могут быть использованы некоторые радиоактивные изотопы.

По способу возбуждения рентгеновское излучение подразделяют натормозное и характеристическое. При этом спектр рентгеновского излучения может быть непрерывным или линейчатым.

Непрерывный спектр испускают быстрые, заряженные частицы в результате их торможения при взаимодействии с атомами мишени. Такое излучение называется тормозным.

Интенсивность тормозного излучения распределена по всем длинам волн до коротковолновой границы. На рис.22.1 представлены графики зависимости потока рентгеновского излучения от длины волны при разных напряжениях в рентгеновской трубке .

В каждом из спектров наиболее коротковолновое тормозное излучение возникает, когда энергия, приобретенная электроном в ускоряющем поле, полностью переходит в энергию фотона: 22.1

В этом случае: (22.2) Рис.22.1 Коротковолновое рентгеновское излучение, обладающее большей проникающей способностью, чем длинноволновое, называется жестким, а длинноволновое – мягким.

Поток рентгеновского излучения вычисляется согласно выражению: (22.3); и – напряжение и сила тока в рентгеновской трубке, – порядковый номер атома вещества анода, В^-1 – коэффициент пропорциональности.

Линейчатый спектр, который соответствует характеристическому рентгеновскому излучению, представлен нарис.22.2.

Оно возникает после ионизации атома с выбиванием электрона с одной из его внутренних оболочек при столкновениях атома с заряженной частицей или поглощении им кванта электромагнитного излучения. Ионизированный атом из начального возбужденного состояния переходит в конечное состояние с меньшей энергией. Избыток энергии атом может испускать в виде кванта излучения определенной частоты.

В отличие от оптических спектров характеристические рентгеновские спектры (рис.22.2) разных атомов однотипны. Зависимость частоты излучения от атомного номера Z определяется законом Мозли:

,(22.4); - частота спектральной линии излучения, и – постоянные, - атомный номер вещества. Рис.22.2.Следует отметить, что характеристический спектр атома не зависит от химического соединения, в которое этот атом входит. Например, рентгеновский спектр атома кислорода одинаков для , . В отличие от рентгеновский оптические спектры этих соединений различаются.

69. Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия.

Дисперсией назыв. зависимость показателя преломления в-ва от частоты или длины волны света. Диспер-сия света представляется в виде зависимости: Величина: (20.2),называемая дисперсией в-ва, показывает, как быстро изменяется показатель преломления с длиной волны. Из рис.20.1 следует, что показатель преломления для прозрачных в-в с ↓ длины волны ↑, следов., велич. по модулю также ↑ с падении-ем . Такая дисперсия называется нормальной. Вблизи Рис. 20.1. же линий и полос поглоще-ния поведение кривой будет иным: велич. ↓ с падением значения . Такая зависимость на-зыв. аномальной дисперсией. Действие приборов – приз-менных спектрографов - основано на явлении норм. дис-персии. Призменные спектрографы находят широкое при-менение в спектральном анализе света. Изв., что абсолют-ный показатель преломления определяется: 20.3; - диэлектрич. проницаемость, - магнитн. Проницае-мость в-ва. В оптич. обл. спектра близко к ед-це, зна-чит, получаем, что , являясь переменной, остается в то-же время равной постоянной величине . В электрон-ной теории Лоренца, устраняющей это противоречие, дис-персия света рассм. как результат взаимодействия электро-магн. волны с заряженными частицами, входящими в сос-тав в-ва, и совершающими вынужденные колебания в пере-менном электромагн. поле волны. Применим теорию для однородного диэлектрика, формально предположив, что дисперсия света является следствием зависимости от частоты световых волн. Диэлектрическая проницаемость и поляризованность в-ва, как было показано (20.4); (20.5); - диэлектрическая восприимчивость в-ва - электрическая постоянная, - напряженность поля, тогда: ,(20.6). Следовательно, , т.е. зависит от . Основное значение при этом имеет электронная поляризация, т.е. вынужденные колебания электронов под действием электрической составляющей поля волны, так как для ориентационной поляризации молекул частота колебаний в световой волне очень высока (10¹⁵ Гц). Можно считать в первом приближении, что вынужденные колебания совершают только внешние, наиболее слабо связанные с ядром электроны - оптические электроны. Пусть колеблется один оптический электрон. Наведенный дипольный момент электрона, совершающего вынужден-ные колебания, равен: _; - заряд электрона, - смещение электрона под действием эл. поля световой вол-ны. Если - концентрация атомов в диэлектрике, то мгновенн. значен. поляризованности: . 20.7

Из 20.5 и 20.7 получаем: , (20.8),т.е. задача сводится к определению смещения электрона под дей-ствием внешн. поля . Пусть поле оптической волны: . Ур-е вынужденных колебаний электро-на имеет вид: , (20.9); - амплитудное значение силы, действующей на электрон со стороны поля волны, - собственная частота ко-лебаний электрона, - масса электрона. Решая ур-е 20.9, находим в зависим. от параметров атома и частоты внешн. поля.Решение ур-я 20.9 записывается в виде: ,(20.10),где: . (20.11). Подставляя (20.10) и (20.11) в выражение (20.9), получаем: .(20.12). Если в в-ве имеются различные заряды , совершающие вынужденные колебания с собственными частотами , то: ,(20.13); - масса -того заряда. Из выраж. (20.12) и (20.13) вытекает, что показатель преломления зависит от частоты внешнего поля, т. е. полученные зависимости подтверждают явление дисперсии света. Переходя от к получаем, что график зависимости показателя преломления n от частоты имеет вид: Рис.20.2 В обл. частот от до возрастает с ростом (норм. дисперсия); при ; в обл. частот от до и возрастает от до 1 (нормальная дисперсия). Из графика видно, что поведение вблизи - результат допущения об отсут-ствии сил сопротивления при колебаниях электронов. Гра-фик ф-ции вблизи задается штриховой линией AB. Обл. АВ - область аномальной дисперсии ( убы-вает при возрастании ), остальные участки зависимости от до описывают нормальную дисперсию.