2. Тормозное рентгеновское излучение

Квантовая природа электромагнитного излучения проявляется также в свойствах тормозного рентгеновского излучения. Тормозное рентгеновское излучение возникает при бомбардировке быстрыми электронами металлических мишеней. В электронной трубке (рис. 5) свободные электроны возникают вследствие термоэлектронной эмиссии с нагреваемого

Рис. 5.

током катода К (вольфрамовой спирали). Цилиндр Ц служит для фокусировки электронного пучка. Давление газа в таких трубках составляет 10-5…10-7 мм рт. ст. Антикатод трубки Ак служит одновременно и анодом.

Почти вся энергия электронов выделяется на антикатоде в виде тепла (в излучение превращается лишь I…3% энергии). Поэтому в мощных трубках антикатод приходится интенсивно охлаждать. С этой целью в теле антикатода делаются каналы, по которым циркулирует охлаждающая жидкость (вода или масло).

Если между катодом и антикатодом приложено напряжение U, электроны разгоняются до энергии eU. Попав в вещество антикатода, электроны испытывают сильное торможение и становятся источником электромагнитных волн. Напряжение на рентгеновской трубке может достигать 50 кВ и скорость электрона при этом составляет 0,4 с. Согласно классической электродинамике при торможении электрона должны возникать волны всех длин – от нуля до бесконечности. Длина волны, на которую приходится максимум интенсивности излучения, должна уменьшаться по мере увеличения скорости электронов, т. е. напряжения на трубке U. На рис. 6 даны экспериментальные кривые распределения интенсивности тормозного рентгеновского излучения по длинам волн,

Рис. 6.

полученные для разных значений U. Как видно из рисунка, выводы теории в основном подтверждаются на опыте. Однако имеется одно принципиальное отступление от требований классической электродинамики. Оно заклюю-чается в том, что кривые распределения интенсивности не идут к началу координат, а обрываются при конечных значениях длины волны мин. Экспериментально установлено, что коротковолновая граница тормозного рентге-новского спектра мин связана с ускоряющим напряжением U соотношением: мин = 12390/U, (9)

где _мин выражена в ангстремах, а U в вольтах.

Существование коротковолновой границы непосредственно вытекает из квантовой природы излучения. Действительно, если излучение возникает за счет энергии, теряемой электроном при торможении, то величина кванта  не может превысить энергию электрона eU:  < eU.

Отсюда получается, что частота излучения не может превысить значения _мin = eU следовательно длина волны не может быть меньше значения:

_мin = 2с/_мin = 2с/eU ( =  = 2c/) (10)

Таким образом, мы пришли к эмпирическому соотношению (9). Найденное из сопоставления (9) и (10) значение, и хорошо согласуется со значениями, определенными иными способами. Из всех методов определения постоянной планка метод, основанный на измерении коротковолновой границы тормозного рентгеновского спектра, считается самым точным.