53. Одержання рентгенівського проміння. Його основні властивості. Спектри рентгенівського випромінювання, їх особливості.

У 1895р. німецький фізик Вільгельм Рентген, досліджуючи катодне проміння за світінням скла у високорозрядній круксовій трубці, щоб захистити трубку від стороннього світла помістив її в ящик з чорного картону. Під час роботи цієї трубки він помітив на відстані 3 м від неї світіння люмінесцентного екрана. Перемішуючи люмінесцентний екран, Рентген встановив, що це невидиме проміння, яке було названо X- промінням; воно виходить з тих місць, куди падає катодне проміння. За проникною здатністю рентгенівське проміння, що виникає при напругах між катодом і анодом порядку 20-40 кВ, назвали “м ’яким ”, а проміння, що виникає при напругах до 400 кВ, - “жорстким ”.

Поглинання рентгенівського проміння в речовині характеризується товщиною шару половинного поглинання, тобто товщиною шару однорідної речовини, який вдвоє зменшує інтенсивність падаючого проміння. Наприклад, для жорстких променів товщина шару половинного поглинання для свинцю становить 0,016 см, для алюмінію - 1,6 см, для води - 4,3 см і т.д. Одночасно з вивченням властивостей рентгенівського проміння вивчалася робота і удосконалювалася рентгенівська трубка. Виявилося, що чим більша атомна маса антикатода, тим більша інтенсивність вихідного рентгенівського проміння (суцільного спектра). При тривалій роботі трубки сфокусоване катодне проміння, що падає на антикатод, сильно його нагріває. Тому для антикатода потрібний тугоплавкий матеріал з доброю теплопровідністю, бо антикатод доводиться навіть охолоджувати проточною водою або маслом.

Майже вся енергія прискорених в трубці електронів переходить на антикатоді у внутрішню, лише 1-3% її виходить у вигляді рентгенівських

променів. Це також примушує в потужних трубках антикатод інтенсивно охолоджувати.

Використання рентгенівського проміння у фізиці, техніці і медицині. Рентгенівське проміння широко використовують у фізиці як один з найточніших засобів вивчення структури кристалів.

У техніці висока проникна здатність рентгенівського проміння використовується для просвічування металевих деталей з метою виявлення дефектів. Відомо, що всередині деталей з металу можуть залишатися шлакові вкраплення, пухирці газів тощо. Ці дефекти виявляються на рентгенознімку деталі. При виготовленні парових котлів застосовується електрозварювання. Якість шва контролюють, просвічуючи їх рентгенівським промінням. У техніці важливі деталі проходять спеціальний рентгенівський контроль, щоб виявити і вилучити дефектні деталі

Дослідження показали, що рентгенівський спектр містить два різних типи променів, які накладаються. Це суцільне та лінійчасте випромінювання. Спектр суцільного випромінювання залежить головним чином від режиму роботи рентгенівської трубки, а спектр лінійчастого (характеристичного) випромінювання залежить від матеріалу анода. При низькій напрузі на рентгенівській трубці утворюється суцільне неперервне випромінювання. Коли напруга стає вищою за деяке критичне значення, що залежить від матеріалу анода, то поряд з неперервним випромінюванням виникає лінійчастий характеристичний спектр, який накладається на суцільний.

Виникнення суцільного рентгенівського випромінювання пояснюється гальмуванням електронів у момент попадання їх на анод. Оскільки навколо рухомих електронів є магнітне поле, то завдяки різкій зміні швидкості електронів різко змінюється їхнє магнітне поле, а в результаті цього виникають електромагнітні хвилі. Швидкість електронів на аноді змінюється випадково; залежно від відстані їх від атомів одні гальмуються швидше, інші повільніше. В результаті випромінюються електромагнітні хвилі різної довжини.

Характеристичне рентгенівське випромінювання виникає внаслідок того, що потужне катодне проміння, проникаючи у глибину електронних оболонок атомів, вириває електрони з нижніх шарів і спричиняє вихід їх за межі атома. Якщо, наприклад, електрон буде вирваний з шару K , то на його місце переміститься електрон з якого-небудь дальшого шару L , М і т. д. На вивільнене місце у дальшому шарі перейде електрон з ще дальшого шару. При таких переходах електронів у важких атомах випромінюються фотони рентгенівського проміння. Оскільки енергія фотонів визначається різницею енергетичних рівнів атомів даної речовини, то випромінювання такого типу дає лінійчастий спектр, характерний для речовини анода.