Рентгеновские лучи и их свойства. Простейшая рентгеновская трубка. Тормозное рентгеновское излучение и его спектр.

1. В 1895 г., исследуя катодные лучи, немецкий ученый Вильгельм Конрад Рентген обнаружил, что флуоресцирующий экран, поднесенный к установке, закрытой плотным непрозрачным для света чехлом, ярко вспыхивает. Был сделан вывод, что существует какое-то неизвестное излучение, для которого материал чехла является прозрачным. Это излучение Рентген назвал X-лучами.

2. Исследуя причины появления этого излучения, Рентген установил, что оно появляется в том месте, где пучок летящих электронов ударяется о стенку катодной трубки. Исходя из этого обстоятельства, Рентген сконструировал и построил первую, предназначенную специально для получения X-излучения, трубку, существенные черты конструкции которой сохранились до наших дней. Рентгеновская трубка (рис.1) представляет собой стеклянный баллон с двумя впаянными основными электродами: анодом (А) и катодом (К). Катод выполнен в виде спирали из тугоплавкого металла (W, Pt), через которую пропускают ток. Анод представляет собой цилиндр, торец которого срезан под углом. В скошенную поверхность торца анода впаяна пластинка из тугоплавкого металла – «зеркало» (З). В баллоне создается высокое разряжение Р =10^-6-10^-7 мм.рт.ст. Между анодом и катодом приложено высокое напряжение. Электроны, испускаемые нитью накала, ускоряются электрическим полем до скоростей ~2·10⁸ м/с. Узкий пучок электронов и направляется на анод, который, благодаря косому срезу, направляет возникающее на «зеркале» рентгеновское излучение в выходное окно трубки. К.п.д. рентгеновской трубки составляет всего 1-5 %, а остальная энергия электронного пучка превращается во внутреннюю энергию. По этой причине тело анода изготавливают из хорошо проводящих тепло материалов (Сu) и часто полым для подвода охлаждающей жидкости.

По механизму возбуждения рентгеновское излучение подразделяется на тормозное и характеристическое. Тормозное рентгеновское излучение возникает при торможении электронов, движущихся с большой скоростью, электрическими полями атомов анода. Условия торможения отдельных электронов не одинаковы. В результате в энергию рентгеновского излучения переходят различные части их кинетической энергии.

Спектр тормозного рентгеновского излучения не зависит от природы вещества анода. Как известно, энергия фотонов рентгеновских лучей определяет их частоту и длину волны. Поэтому тормозное рентгеновское излучение не является монохроматическим. Оно характеризуется разнообразием длин волн, которое может быть представлено сплошным (непрерывным) спектром.

Рентгеновские лучи не могут иметь энергию большую, чем кинетическая энергия образующих их электронов. Наименьшая длина волны рентгеновского излучения соответствует максимальной кинетической энергии тормозящихся электронов. Чем больше разность потенциалов в рентгеновской трубке, тем меньшие длины волны рентгеновского излучения можно получить.

Характеристическое рентгеновское излучение

Характеристическое рентгеновское излучение имеет не сплошной, а линейчатый спектр. Этот тип излучения возникает, когда быстрый электрон, достигая анода, проникает во внутренние орбитали атомов и выбивает один из их электронов. В результате появляется свободное место, которое может быть заполнено другим электроном, спускающимся с одной из верхних атомных орбиталей. Такой переход электрона с более высокого на более низкий энергетический уровень вызывает рентгеновское излучение определенной дискретной длины волны. Поэтому характеристическое рентгеновское излучение имеет линейчатый спектр. Частота линий характеристического излучения полностью зависит от структуры электронных орбиталей атомов анода.

Линии спектра характеристического излучения разных химических элементов имеют одинаковый вид, поскольку структура их внутренних электронных орбитальных идентична. Но длина их волны и частота, благодаря энергетическим различиям между внутренними орбиталями тяжелых и легких атомов.

Частота линий спектра характеристического рентгеновского излучения изменяется в соответствие с атомным номером металла и определяется уравнением Мозли: v^1/2= A (Z-B), где Z - атомный номер химического элемента, A и B - константы.

Рентгеновские лучи и их свойства. Простейшая рентгеновская трубка. Характеристическое рентгеновское излучение и его спектр.

Смотри вопрос 55.

Характеристическое рентгеновское излучение имеет не сплошной, а линейчатый спектр. Этот тип излучения возникает, когда быстрый электрон, достигая анода, проникает во внутренние орбитали атомов и выбивает один из их электронов. В результате появляется свободное место, которое может быть заполнено другим электроном, спускающимся с одной из верхних атомных орбиталей. Такой переход электрона с более высокого на более низкий энергетический уровень вызывает рентгеновское излучение определенной дискретной длины волны. Поэтому характеристическое рентгеновское излучение имеет линейчатый спектр. Частота линий характеристического излучения полностью зависит от структуры электронных орбиталей атомов анода.

Линии спектра характеристического излучения разных химических элементов имеют одинаковый вид, поскольку структура их внутренних электронных орбитальных идентична. Но длина их волны и частота, благодаря энергетическим различиям между внутренними орбиталями тяжелых и легких атомов.

Частота линий спектра характеристического рентгеновского излучения изменяется в соответствие с атомным номером металла и определяется уравнением Мозли: v^1/2= A (Z-B), где Z - атомный номер химического элемента, A и B - константы.