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.

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.

---