Рентгеновские лучи

Физика > Рентгеновские лучи

 

Характеристика рентгеновских лучей: длина волны, природа, рассеяние и частота. Изучите свойства рентгеновских лучей как формы электромагнитного излучения.

Рентгеновское излучение - форма электромагнитного излучения с длиной волны, попадающей в диапазон 0.01-10 нанометров.

Задача обучения

• Рассмотреть характеристики рентгеновских лучей и способы их генерации.

Основные пункты

• Рентгеновские лучи способны генерироваться рентгеновской и вакуумной трубками, а также ускорителем частиц.
• Формирование рентгеновских частиц происходит в рентгеновской флуоресценции и тормозном излучении.
• Синхронное излучение создается в ускорителях частиц.

Термины

• Ускоритель частиц – прибор, способный разогнать электрически заряженные частицы до крайне высоких скоростных показателей, чтобы вызвать высокоэнергетические реакции.
• Фотон – квант света, рассматриваемый с позиции дискретной частицы с нулевой массой покоя, лишенной электрического заряда и с бесконечно долгим сроком существования.

Рентгеновские лучи – форма электромагнитного излучения. Они входят в диапазон 0.01-10 нанометров, что соответствует частотам от 3 · 10¹⁶ Гц до 3 · 10¹⁹ Гц, а энергии – 100 эВ – 100 кэВ.

Рентгеновские лучи выступают частью электромагнитного спектра, а длины волн уступают видимому спектру. Для разных целей используют различные части спектра

Рентгеновское излучение создаются рентгеновской или вакуумными трубками, использующими высокое напряжение, чтобы ускорить электроны, освобожденные из горячих катодов. Электроны на высоких скоростях ударяются об металлическую мишень и формируют рентгеновские лучи. Максимальная энергия ограничивается энергией электрона, приравниваемого к напряжению на трубке, умноженному на заряд электрона. Есть два атомных процесса создания:

• Рентгеновская флуоресценция. Если достаточный энергетический запас присутствует в электроне, то он способен вытолкнуть орбитальный электрон из внутренней электронной оболочки атома металла. В итоге, электроны с более высоким энергетическим показателем встают на новое место и высвобождают рентгеновские фотоны. В процессе формируется спектр излучения рентгеновских лучей на нескольких дискретных частотах – спектральные линии.
• Тормозное излучение. Это выделяемые электронами лучи при рассеивании мощным электрическим полем возле ядер с высоким показателем количества протонов. Они наделены непрерывным спектром. Интенсивность будет расти линейно вместе с сокращением частоты.

Стоит отметить, что оба процесса неэффективны (1%). Поэтому большая часть электроэнергии выделяется в качестве тепловых отходов. Рентгеновскую трубку нужно спроектировать так, чтобы рассеять накопленное тепло.

Специализированный источник рентгеновских лучей – синхронное излучение, генерирующееся ускорителями частиц. Уникальность в том, что рентгеновские выходы превосходят рентгеновские трубки, а также присутствует линейная поляризация.

---