Рентгеновское излучение и его получение в рентгеновской трубке. Тормозное рентгеновское излучение, его коротковолновая граница.

Электроны, испускаемые нагретой проволокой (катодом) в результате термоэлектронной эмиссии в вакуумной трубке, ускоряются высоким напряжением. При соударении электронов с поверхностью анода испускается рентгеновское излучение (тормозное рентгеновское излучение).

При обычном способе получения рентгеновского излучения, например, с помощью рентгеновских трубок, получают широкий диапазон длин волн, который называют рентгеновским спектром, который состоит из тормозной и характеристической составляющих.

Тормозное излучение — электромагнитное излучение, испускаемое заряженной частицей при её рассеянии (торможении) в электрическом поле.

Рентгеновская трубка - электровакуумный прибор, служащий источником рентгеновского излучения.

Коротковолновая граница λ₀ есть проявление квантовой природы излучения. Энергия кванта не может превышать энергию электрона:

Поглощение, спонтанное и вынужденное испускание излучения. Вынужденные переходы. Инверсная заселенность уровней и способы ее создания.

Резонансное поглощение излучения. Если атом находится в основном состоянии, то под действием внешнего излучения может осуществиться вынужденные переход в возбуждённое состояние, приводящий к поглощению излучения.

Спонтанное излучение. Атом из возбуждённого состояния может спонтанно перейти в основное состояние, испуская при этом фотон с энергией:

В ынужденное излучение. Если на атом, находящийся в возбуждённом состоянии, действует внешнее излучение, удовлетворяющее условию,

то возникает вынужденный переход в основное состояние с излучение фотона с той же энергией. В процесс вынужденного излучения вовлечены два фотона: первичный фотон, вызывающий испускание излучения атомом, и вторичный фотон, испущенный атомом. Вынужденное излучение когерентно с вынуждающим излучением.

Инверсная заселённость уровней

Такое состояние среды, при котором число частиц на одном из верхних энергетических уровней больше, чем на нижнем.

Распределение Больцмана:

Нормировочная величина А определяется условием:

В случае инверсной заселённости N₂/N₁>1 при E₂ − E₁>0, получаем формально T<0. Кажущаяся нефизичность условия T<0 связана с тем, что такие состояния неравновесны.

Способы создания инверсной заселённости

На первый взгляд инверсию населенности можно создать в среде с двумя энергетическими уровнями Е1 и Е2>Е1. Например, это можно попытаться сделать путём облучения среды фотонами с частотой:

Т.к. в нормальных условиях N₂<N₁, то поглощение будет преобладать над вынужденным излучением. Под действием облучения происходит больше переходов Е₁ => Е₂, чем Е₂ => Е₁. Однако, когда населенности окажутся равными N₂=N₁, процессы вынужденного излучения и поглощения будут компенсировать друг друга и инверсию создать будет невозможно.

Поэтому для лазеров применяют среды, в которых частицы могут занимать не два, а три или четыре уровня.

Три кита лазеров:

(а) источник энергии, обеспечивающий накачку;

(б) рабочее тело, т.е. среда, в которой возможна инверсная заселённость уровней;

(в) оптический резонатор, дающий положительную обратную связь для усиления светового потока;

Создание инверсии населенностей в активной среде называется процессом накачки (или просто накачкой).

Главный недостаток: на основном уровне много атомов, поэтому для создания инверсной заселённости необходима очень большая энергия накачки.

Тоже есть недостатки: два безызлучательных перехода, относительно большое тепловыделение и снижение КПД.