125. Рентгеновское излучение, его природа. Тормозное рентгеновское излучение.

Рентгеновским излучением называется электромагнитные волны с длиной ~ от 80нм до 10^-5нм (в медицине 10  510^-3нм). По способу возбуждения рентгеновское излучение подразделяют на тормозное и характеристическое. Рентгеновское излучение возникает при бомбардировке быстрыми электронами твердых мишеней. Источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка.

Рентгеновская трубка состоит из подогреваемого катода и анода, заключенных в баллон с высоким вакуумом (10^-7мм рт. ст.). Между катодом и анодом приложено напряжение порядка 10⁵В. Освобожденные из катода электроны, ускоряются электрическим полем и, двигаясь к аноду, достигают скоростей порядка сотен тысяч км/с (в зависимости от величины напряжения между анодом и катодом). Достигнув анода, электроны резко затормаживают при взаимодействии с веществом анода. При этом происходит превращение части кинетической энергии электронов в энергию электромагнитного излучения; однако большая часть энергии электронов превращается в энергию молекулярно-теплового движения частиц анода, что вызывает его сильное нагревание (поэтому анод изготавливают из хорошо теплопроводящего материала, например, меди). Возникающее электромагнитное излучение называют тормозным рентгеновским излучением. Его механизм объясняют следующим образом. С движущимся электрическим зарядом связано магнитное поле, индукция которого зависит от скорости электрона. При торможении уменьшается магнитная индукция и, в соответствии с теорией Максвелла, появляется электромагнитная волна.

Тормозное рентгеновское излучение имеет сплошной спектр.

Рентгеновское излучение, возникающее при торможении потока электронов электростатическим полем атома называется тормозным, его спектр является непрерывным. В каждом из спектров наиболее коротковолновое тормозное излучение _min возникает тогда, когда энергия, приобретенная электроном в ускоряющем поле, полностью переходит в энергию кванта:

, откуда: .

Коротковолновое рентгеновское излучение обычно обладает большей проникающей способностью, чем длинноволновое, и называется жестким излучением, а длинноволновое – мягким излучением.

126. Рентгеновское излучение, его природа. Характерис тическое рентгеновское излучение.

Линейчатый спектр на фоне непрерывного спектра возникает из-за столкновения движущихся электронов с электронами атома, которые находятся на внутренних энергетических уровнях.

Это происходит при больших напряжениях на рентгеновской трубке. Поток электронов выбивает атомный электрон A из внутреннего энергетического уровня, и атом переходит в возбужденное состояние. При этом электрон с внешнего энергетического уровня B переходит на освободившееся место. Это приводит к излучению энергии, величина которой равна разности энергии энергетических уровней. Такое рентгеновское излучение называется характеристическим. Его спектр является линейчатым. Вид этого спектра зависит от используемого химического элемента мишени.

Х арактеристическое рентгеновское излучение состоит из серий K, L, M и т.д. Так как при излучении K-серии освобождаются места в более высоких слоях, то одновременно испускаются и линии других серий.

В отличие от оптических спектров характеристические рентгеновские спектры разных атомов однотипны. Это обусловлено тем, что внутренние слои у разных атомов одинаковы и отличаются лишь энергетически, т.к. силовое воздействие со стороны ядра увеличивается по мере возрастания порядкового номера элемента. Это обстоятельство приводит к тому, что характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра.

Мозли установил простой закон, связывающий частоты спектральных линий с атомным номером испускающего их элемента:

, где  – частота спектральной линии; Z – атомный номер испускающего элемента; A и B – постоянные.