Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
Все особенности действия ультрафиолетового излучения объясняются тем, что энергии его квантов /iv(V.3.2.4°) имеют большую величину, чем энергии квантов видимого света.
3.6. Рентгеновское излучение
Г. Рентгеновским излучением называются электромагнитные волны с длиной волны более короткой, чем у ультрафиолетового излучения (V.3.5.3е). Рентгеновское излучение занимает на шкале электромагнитных волн (V.3.7.10) обширный участок длин волн: от 8-10~6 см до 1O-10 см. Рентгеновское излучение возникает в результате преобразования кинетической энергии быстрых электронов в энергию электромагнитных волн.
2°. Различается два вида рентгеновского излучения: белое рентгеновское (тормозное) и характеристическое.
Белое рентгеновское (тормозное) излучение возникает при торможении быстрых электронов при их движении в веществе, в частности в металлах. Согласно IV.4.4.3°, при торможении электрического заряда он излучает электромагнитные волны. Тормозное излучение электронов имеет сплошной непрерывный спектр (V.3.4.40) (рентгеновский сплошной спектр). Этот спектр имеет существенные отличия от непрерывных спектров излучения, создаваемых твердыми телами или жидкостями. Во-первых, он расположен в далекой коротковолновой области; во-вторых, рентгенов-
3.6. рентгеновское излучїние
скии сплошной спектр ограничен со стороны малых длин волн некоторой границей ХМ1]Н, которая называется границей сплошного рентгеновского спектра. На рис. V.3.6 приведены типичные кривые распределения интенсивности
рентгеновских лучей по длинам ностях потенциалов между электродами рентгеновской трубки (п. 4°). Существование %ыш можно объяснить на основе квантовых представлений о природе света (V.5.1.20). Максимальная энергия /ivMaKC кванта рентгеновского излучения, возникшего за счет энергии электрона <§, не может превышать этой энергии, т. е.
S = Є% = Н<акс
волн при различных раз-
где ф0 — разность потенциалов, за счет которой электрону сообщена энергия S (111.1.8.5°), е — абсолютное значение заряда электрона
V
BM O1B W Длина Волны, Ш'дсм
Рис. V.3.6
Если от частоты
•макс ИереИТИ K ДЛИНЄ ВОЛНЫ, TO
c-h
мин
ch
"макс
Є-ф0 S
Экспериментальной проверкой справедливости этой формулы является вычисление из нее постоянной Планка h (V.3.2.3°). Значение h, полученное этим методом, является одним из наиболее точных и достоверных.
3°. Характеристическое рентгеновское излучение имеет линейчатый спектр (V.3.4.20). Такое название оно получило потому, что частоты линий спектра в этом излучении являются характерными для каждого вещества, в котором тормозятся быстрые электроны. Характеристическое излучение возникает в результате того, что внешний быстрый электрон, тормозящийся в веществе, вырывает из атома вещества электрон, расположенный на одном из внутренних электронных слоев (VI.2.8.6°). На освободившееся место переходит другой электрон атома из более удаленного от ядра слоя. Это приводит к возникновению рентгеновского фотона (V.5.1.2°) с определенной частотой v, характерной для данного атома с зарядом ядра Ze (VI.2.IA0). На
388
ОТДЕЛ V. ГЛ. 3. ИЗЛУЧЕНИЕ И СПЕКТРЫ
рис. V.3.7 показано образование рентгеновского фотона при выбивании электрона из/^-слоя атома и переходе на освободившееся место электрона из L-слоя.
4°. Рентгеновской трубкой называется устройство для получения рентгеновского излучения. На рис. V.3.8 изображена схема устройства электронной рентгеновской трубки. Раскаленная вольфрамовая спираль К, накаливаемая особой батареей или особым трансформатором накала,
Рис. V.3.7 Рис. V.3.8
является источником электронов. Поток электронов ускоряется в сильном электрическом поле, созданном источником высокого напряжения между анодом и катодом. Ускоренный поток электронов тормозится в веществе анода А и вызывает появление рентгеновского излучения :).
5°. Малая длина волны рентгеновского излучения, его большая жесткость является причиной, обусловливающей основные свойства рентгеновского излучения: высокую проникающую способность, действие на фотопластинки, способность вызывать ионизацию в веществах, сквозь которые эти лучи проходят.
Поглощение рентгеновского излучения, сопровождающееся переходом его энергии во внутреннюю энергию (11.4.1.2°) вещества, сильно зависит от атомного номера вещества (пропорционально Z4). Различное поглощение рентгеновского излучения при прохождении сквозь неоднородные вещества находит применение в медицине, пауке и технике. При просвечивании человеческого тела поглощение в костях, состоящих главным образом из фосфорнокислого кальция, приблизительно в 150 раз больше, чем поглощение в мягких тканях тела, где поглощает в основ-
*) В мощных рентгеновских трубках анод (антикатод) охлаждается для предохранения от перегрева при торможении электронов.
3.6. рентгеновское излучение
389
ном вода. При просвечивании резко выделяется тень от костей. На принципе различного поглощения рентгеновского излучения веществами с различными плотностями основана в медицине рентгенодиагностика — распознавание различных новообразований в организме. В основе рентгенотерапии лежит возможность разрушения рентгеновскими фотонами тех или иных новообразований. Рентгеновская дефектоскопия основана на зависимости поглощения рентгеновского излучения от атомного номера Z в оптически непрозрачных твердых телах. Различные дефектные включения в теле (например, примеси и т.д.) при просвечивании
