Разное / Всякое / Физика темы 1-52 расширенный курс / 44.Возникновение рентгеновских лучей в рентгеновской трубке

44.Возникновение рентгеновских лучей в рентгеновской трубке. Тормозное и характеристическое излучение. Спектр рентгеновских лучей; граничная длина волны. Принцип устройства рентгеновского аппарата. Понятие о рентгеноспектральном и рентгеноструктурном анализе.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕН

Основным источником рентгеновских лучей является рентгеновская трубка. Она представляет собой стеклянный или металлический баллон, -из которого выкачан воздух. В больших вмонтированы два электрода: катод и анод. Катод выполняется из вольфрамовой спирали и разогре­вается электрическим tokoim. В результате термоэлектронной эмиссии из 'Катода вылетают электроны, которые фокусируются системой электродов in направляются узким лучком анод. Число электронов, вылетающих в единицу времен* (т. е. сила тока)), зависит от макала катода.

Электронам сообщается кинетическая энергия за счет высокого напряжения, поданного на трубку. Величина максимально энергии электрона, выраженная в электрон-вольтах численно равна разности потенциалов между анодом и катодом.

В энергию рентгеновского излучения переходит лишь 1 — 3°/0 энергии электронов; остальная энергия выделяется в ви­де тепла -при торможении электронов в веществе. Поэтому анод выполняется в виде массивного 1.медного цилиндра (медь хорошо проводит тепло); -в мощных рентгеновских аппаратах а но т, дополнительно охлаждают маслом, .прокачиваемым спе­циальным насосом. В центре рабочей поверхности анода, на которую сфокусирован пучок электронов, укрепляется пла­стинка (антикатод) из тугоплавкого металла, обычно воль­фрама. Именно в ней и тормозятся электроны.

Интенсивность рентгеновского излучения (плотность по­тока квантов) зависит от числа электронов, падающих на анод в единицу времени, т. е. от величины тока в трубке. Tок регулируется за счет изменения эмиссии электронов в результате изменения «акала катода.

Энергия рентгеновских квантов и, соответственно, длина волны излучения зависят от энергии электронов, которая ре­гулируется изменением подаваемого на трубку высокого напряжения. При более '.высоком напряжении длина волны из­лучения будет im а лаг, такое излучение называют жестким (оно имеет большую проникающую способность). Наоборот, при относительно малом напряжении получается более длинно­волновое, мягкое, излучение с низкой проникающей способ­ностью.

Для того чтобы рентгеновские лучи сформировать ib узкий 'направленный лучок, торцовую поверхность анода срезают под углом, а на кожухе устанавливают свинцовый кониче­ский тубус.

ТОРМОЗНОЕ И ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

При попадании на антикатод быстрых электронов возмож­ны два процесса. Большинство электронов тормозятся в кулоновском поле атомов антикатода; меньшая часть проникает в глубь электронной оболочки атомов, выбивая электроны одного из внутренних уровней. В обоих случаях возникает рентгеновское излучение. В первом случае оно обуслов­лю резким торможением налетающего электрона и назы­вается тормозным излучением. Электроны в веществе анти катода тормозятся по-разному, так что в энергию излучения переходит равная доля анергии электрона; поэтому спектр тормозного излучения сплошной. Во втором случае излучение возникает при переходе электрона атома антикатода с одной из внешних оболочек на вакантное место, образовавшееся па внутренней оболочке. Легко понять, что такое излучение бу­дет иметь линейчатый спектр, .характерный для вещества ан­тикатода, 'поэтому оно называется характеристическим излу­чением.

Вид сплошного спектра тормозного (рентгеновского излу­чения зависит прежде всего от напряжения, приложенного .к рентгеновской трубке (рис. 3.2.1).

При повышении напряжения на трубке длина волны, на которую приходится максимум излучения, уменьшается (сдвигается влево). Можно сказать, что излучение становит­ся более жестким. Кроме того, при повышении ускоряющего напряжения возрастает общая мощность излучения:

Р = kIU2

В медицинской рентгенологии применяется именно тор­мозное излучение. При этом очень важно иметь возможность в широких .пределах регулировать как мощность, так и жест­кость (проникающую способность) излучения.. Например, для получения снимка кисти не требуется большой проникающей способности; в этом случае достаточно сравнительно (неболь­шого напряжения :на трубке (40—50 кВ). Если же требуется снять кости таза, проникающая способность рентгеновских лучей должна 'быть высокой; соответственно, напряжение бе­рут 70—80 кВ и более.

В том случае, когда необходимо не меняя жесткости из­менить мощность излучения (например, три изменении чув­ствительности рентгеновской плетки), изменяют число элект­ронов, испускаемых катодам, (т. е. силу тока в трубке) пу­тем регулировки накала катода.

Характеристическое излучение также находит применение в медицине и биологии. Во-первых, используется рентгеноспектральный анализ, т. е. обнаружение элементов по их ха­рактеристическому рентгеновскому спектру. Этим методам удается обнаружить крайне малые количества токсических ^веществ (Hig, Pb, As и др.) в тканях организма и окружаю­щей среде. Рентгеноспектральный анализ широко применяет­ся для исследования микроэлементов у растений и животных. Другой важной областью применения характеристического излучения является рентгеноструктурный анализ.