К.№ 6 Рентгеновское излучение.

Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение с очень короткими длинами волн (10^-5-10² нм). Со стороны длинных волн рентгеновские лучи перекрываются ультрафиолетовыми лучами, а коротковолновое излучение сливается с гамма-лучами радиоактивных веществ. Лучи с большой проникающей способностью были открыты немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рентгеном в 1895 г. при исследовании катодного свечения и впоследствии названы его именем. Рентгеном были исследованы основные свойства открытых им лучей: способность отражаться, поглощаться, ионизировать воздух и другие, предложена конструкция трубки для их получения, сделаны первые фотоснимки.

Рентгеновские лучи обладают следующими свойствами:

1. не отклоняются в электрическом и магнитном полях, а следовательно, не несут электрического заряда;

2. обладают фотографическим действием;

3. вызывают ионизацию газа;

4. способны вызывать люминесценцию в ряде веществ т.е. свечение, видимое глазом. С помощью таких веществ можно визуально обнаружить появление рентгеновских лучей.

5. оптическими свойствами: могут преломляться, отражаться, обладают поляризацией, дают явления интерференции и дифракции. Однако оптические свойства рентгеновских лучей слабо выражены и трудно наблюдаемы.

Рентгеновские лучи возникают в процессе бомбардировки веществ потоками электронов с большой кинетической энергией. Для получения рентгеновских лучей служат рентгеновские трубки, представляющие собой стеклянный сосуд с впаянными двумя металлическими электродами, из которого удален воздух. В электрическом поле между катодом и анодом электроны движутся со скоростью, соизмеримой со скоростью света, к аноду и тормозятся его веществом. При этом происходит превращение части кинетической энергии электронов в энергию электромагнитного излучения. Различают два вида рентгеновского излучения: тормозное (белое) и характеристическое. Спектр излучения рентгеновской трубки представляет собой наложение тормозного и характ-ого рентгеновского спектров.

Тормозное: Р. излучение, возникающее при торможении быстрых электронов, называется тормозным.Движущиеся электроны, образуют вокруг себя магнитное поле. Процесс резкого торможения электронов в веществе анода, приводит к изменению магнитного поля, в результате чего и возникают электромагнитные волны. По теории Максвелла, такие тормозящиеся электроны должны излучать короткие электромагнитные волны. Тормозное рентгеновское излучение имеет сплошной спектр и поэтому часто называется “белым” излучением (по аналогии со сплошным спектром белого света). Спектр тормозного излучения определяется напряжением, приложенным к трубке, и не зависит от вещества анода.

 

Из вида зависимостей можно сделать следующие выводы:

1. Сплошной спектр имеет резкую границу со стороны коротких длин волн – λ _min.2. С увеличением напряжения, прил к трубке, весь спектр смещается в сторону коротких длин волн. 3. С увеличением напряжения, приложенного к трубке (и следовательно кинетической энергии электронов), возрастает как интенсивность любой длины волны, так и интегральная интенсивность (т. е. полное излучение во всем диапазоне длин волн).

Характеристическое: излучение возникает в результате вырывания электронов с одной из близких к ядру оболочек атома, которое осуществляется при ионизации быстрыми электронами атомов вещества анода. В атомах тяжелых элементов (Z_Pt = 78), оболочки K, L, M, N заполнены. Электроны, находящиеся во внутренних слоях, испытывают сильное притяжение, обусловленное большой величиной заряда ядра, и вследствие этого оказываются сильносвязанными. Поэтому для удаления электронов из внутренних слоев необходимо затрачивать большую энергию. Вот почему характеристические лучи возникают в результате бомбардировки веществ электронами большой энергии порядка 10⁴ эВ, а значит, возбуждение характеристического излучения происходит при вполне определенном для данного вещества напряжении на трубке U_о, которое называется потенциалом возбуждения. При всех напряжениях U > U_о на фоне сплошного спектра тормозного излучения будут присутствовать характеристические максимумы. Характеристическое рентгеновское излучение образуется в результате взаимодействия падающих электронов с электронами внутренних оболочек атомов в веществе. Атом возвращается в обычное состояние в результате перехода электрона с наружной оболочки на вакансию во внутренней, теряя энергию на генерацию кванта рентгеновского излучения.

ЗАКОН МОЗЛИ. Положение линий характеристического рентгеновского спектра зависит от номера элемента, составляющего антикатод рентгеновской трубки. Английский физик Генри Мозли в 1913 г. экспериментально проследил, как изменяется длина волны и соответственно частота рентгеновских лучей линий характеристического спектра у различных элементов.

R - постоянная Ридберга, b - постоянная экранирования, учитывающая влияние на отдельные электроны всех остальных электронов атома, n, p - главные квантовые числа уровней между которыми осуществляется переход. Закон Мозли окончательно позволил подтвердить, что Z определяется зарядом ядра, а не атомной массой, то есть при переходе от элемента к элементу заряд ядра увеличивается на единицу и что элементы в таблице Д.И.Менделеева расположены в порядке возрастания заряда ядра. После работ Мозли система химических элементов была, наконец, установлена окончательно и осталось только понять ее особенности.