35. Природа рентгеновского излучения. Устройство рентгеновских трубок и простейших рентгеновских аппаратов.
Рентге́новское излуче́ние — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10−2 до 103 Å (от 10−12 до 10−7 м).
Природа рентгеновских лучей.
Рентгеновские лучи были обнаружены случайно в 1895 году знаменитым немецким физиком Вильгельмом Рентгеном. Он изучал катодные лучи в газоразрядной трубке низкого давления при высоком напряжении между ее электродами. Несмотря на то, что трубка находилась в черном ящике, Рентген обратил внимание, что флуоресцентный экран, случайно находившийся рядом, всякий раз светился, когда действовала трубка. Трубка оказалась источником излучения, которое могло проникать через бумагу, дерево, стекло и даже пластинку алюминия толщиной в полтора сантиметра. Рентген определил, что газоразрядная трубка является источником нового вида невидимого излучения, обладающего большой проникающей способностью. Ученый не мог определить было ли это излучение потоком частиц или волн, и он решил дать ему название X-лучи. В последствие их назвали рентгеновскими лучами Теперь известно, что X-лучи - вид электромагнитного излучения, имеющего меньшую длину волны, чем ультрафиолетовые электромагнитные волны. Длина волны X-лучей колеблется от 70 нм до 10-5нм. Чем короче длина волны X-лучей, тем больше энергия их фотонов и больше проникающая способность. X-лучи со сравнительно большой длиной волны (более 10 нм), называются мягкими. Длина волны 1 – 10нм характеризует жесткие X-лучи. Они обладают огромной проникающей способностью.
Рентгеновские трубки
Схематическое изображение рентгеновской трубки. X — рентгеновские лучи, K — катод, А — анод (иногда называемый антикатодом), С — теплоотвод, Uh — напряжение накала катода, Ua — ускоряющее напряжение, Win — впуск водяного охлаждения, Wout — выпуск водяного охлаждения.
Рентгеновские
лучи возникают при сильном ускорении
заряженных частиц (тормозное
излучение), либо при высокоэнергетических
переходах в электронных
оболочках атомов или молекул.
Оба эффекта используются в рентгеновских
трубках. Основными конструктивными
элементами таких трубок являются
металлические катод
и анод.
В рентгеновских трубках электроны,
испущенные катодом,
ускоряются под действием разности
электрических потенциалов между анодом
и катодом (при этом рентгеновские лучи
не испускаются, так как ускорение слишком
мало) и ударяются об анод, где происходит
их резкое торможение. При этом за счёт
тормозного
излучения происходит генерация
излучения рентгеновского диапазона, и
одновременно выбиваются электроны из
внутренних электронных
оболочек атомов анода. Пустые места
в оболочках занимаются другими электронами
атома. При этом испускается рентгеновское
излучение с характерным для материала
анода спектром энергий (характеристическое
излучение, частоты определяются
законом
Мозли:
где
Z
— атомный
номер элемента анода, A
и B
— константы для определённого значения
главного квантового числа n
электронной оболочки). В настоящее время
аноды изготавливаются главным образом
из керамики,
причём та их часть, куда ударяют электроны,
— из молибдена
или меди.
Трубка Крукса
В процессе ускорения-торможения лишь около 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99% энергии превращается в тепло.
Рентгеновский аппарат — источник рентгеновского излучения. Используется в медицине (рентгенография, рентгенотерапия), дефектоскопии. Рентгеновские аппараты особой конструкции применяются в рентгеноструктурном анализе.
В состав рентгеновского аппарата могут входить устройства визуализиции или записи изображения
Простейший рентгеновский аппарат состоит из источника высокого напряжения (катушка Румкорфа) и рентгеновской трубки (трубка Крукса). Изображение регистрируется на фотопластинку.
В состав рентгеновского аппарата входят следующие узлы
1. Рентгеновская трубка
2. Повышающий трансформатор
3. Понижающий трансформатор
4. Автотрансформатор
5. Высоковольтный выпрямитель