Физические методы исследования. Часть 1. Бондарев Ю.М - 11 стр.

UptoLike

Составители: 

11
рентгеновских лучей на поверхность твёрдого тела под углом α , удовлетворяющим условию
Sin α > n (2)
Тот факт, что для рентгеновских лучей с их малыми длинами волн поверхность
любого тела является шероховатой , а также практическое отсутствие преломления и
способность проникать внутрь любого вещества является причиной невозможности
зеркального отражения этих лучей от полированных поверхностей в отличие от лучей
видимого света. Рентгеновские лучи могут лишь диффузно рассеиваться наподобие того, как
рассеиваются лучи света поверхностью матового стекла.
Природа открытого Рентгеном излучения была объектом напряженных исследований
многих физиков экспериментаторов и теоретиков в 20-х годах нашего столетия. Сам Рентген
предполагал , что Х -лучи , как и свет , обладают волновой природой . Х -лучи действительно
оставались икс-лучами практически два десятилетия. Четкое доказательство природы
рентгеновских лучей удалось получить только в 1912 году, когда М . Лауэ , В . Фридрих и П.
Книппинг обнаружили интерференционную картину при прохождении этих лучей через
кристаллическую решетку.
В зависимости от механизма возникновения рентгеновского излучения его спектры
могут быть непрерывными или линейчатыми . В первом случае такое излучение называется
тормозным, во втором характеристическим.
Наиболее распространенным источником рентгеновского излучения является
рентгеновская трубка. Поскольку КПД трубки низок (~1-3 %), почти вся потребляемая
мощность при её работе превращается в теплоту, для отвода которой применяют систему
охлаждения анода. Окна из тонкой бериллиевой фольги позволяют пропускать излучение от
0,4 нм и менее. Следует отметить, что существуют различные варианты рентгеновских
трубок , число которых достаточно велико, поскольку весьма широк диапазон областей
применения рентгеновского излучения (медицина , дефектоскопия, структурные
исследования и т.д.).
Современная рентгеновская трубка состоит из анода и катода, которые помещены в
металлический или металлостеклянный корпус с окном для выхода рентгеновского
излучения. Для работы трубок подобного типа в них необходимо создавать высокий вакуум
в пределах 1-10
-2
Па. Электроды трубки (анод , катод ) подключены к источнику высокого
напряжения в несколько десятков тысяч вольт . Под действием такого напряжения
электроны , испущенные раскаленной нитью катода, ускоряются до больших скоростей и
достигнут поверхности анода с некоторой скоростью V . Процессы , приводящие к
возникновению рентгеновского излучения, обусловлены интенсивным торможением
электронов в веществе анода из-за столкновений с атомами вещества . В результате часть
кинетической энергии электронов mV
2
/2 переходит в энергию коротковолнового
электромагнитного излучения, т.е. уменьшение скорости электронов от V
1
до V
2
при
торможении является источником излучения:
hν = m (V
1
2
- V
2
2
) / 2 (3)
Полное торможение электрона в единственном элементарном акте происходит очень редко
по сравнению со случаями постепенного торможения во многих элементарных актах .
Электроны , взаимодействуя с отдельными атомами мишени , теряют разное количество
энергии. Следовательно, спектр, испускаемый при этом , имеет непрерывный характер.
Значение длин волн в непрерывном спектре определяется только скоростью тормозящей
частицы и ее массой , но не атомным номером вещества , в котором происходит торможение
(рис.1). Скорости электронов , необходимые для возникновения рентгеновских лучей ,
должны быть сопоставимы со скоростью света. Для достижения таких скоростей электроны
разгоняются в полях с разностью потенциалов порядка 10
8
В .
Рентгеновское излучение, возникающее при торможении электронов , разлагается в
сплошной спектр, имеющий резкую границу в коротковолновой части , соответствующей
скорости электрона V
2
=0. Положение коротковолновой границы зависит не от природы
тормозящего слоя (т.е. атомного номера металла антикатода), а от кинетической энергии и
массы быстролетящей заряженной частицы (электрона).
                                                 11
рентгеновск и х лучей на поверх ностьтвёрдоготела под углом α, удовлетворяю щ и м услови ю
                                             Sin α > n                                         (2)
           Т от ф ак т, что для рентгеновск и х лучей с и х малы ми дли нами волн поверх ность
лю бого тела является ш ерох оватой , а так же прак ти ческ ое отсутстви е преломлени я и
способность прони к ать внутрь лю бого вещ ества является при чи ной невозможности
зерк ального отражени я эти х лучей от поли рованны х поверх ностей в отли чи е от лучей
ви ди могосвета. Рентгеновск и е лучи могут ли ш ьди ф ф узнорассеи ваться наподоби е того, к ак
рассеи ваю тся лучи света поверх ностью матовогостек ла.
       П ри рода отк ры тогоРентгеном и злучени я бы ла объек том напряженны х и сследовани й
многи х ф и зи к овэ к спери ментаторов и теорети к овв20-х годах наш егостолети я. С ам Рентген
предполагал, чтоХ -лучи , к ак и свет, обладаю т волновой при родой . Х -лучи дей стви тельно
оставали сь и к с-лучами прак ти ческ и два десяти лети я. Четк ое док азательство при роды
рентгеновск и х лучей удалось получи ть тольк ов 1912 году, к огда М . Л ауэ, В . Ф ри дри х и П .
Кни ппи нг обнаружи ли и нтерф еренци онную к арти ну при прох ождени и э ти х лучей через
к ри сталли ческ ую реш етк у.
       В зави си мости от мех ани зма возни к новени я рентгеновск ого и злучени я его спек тры
могут бы ть непреры вны ми и ли ли ней чаты ми . В первом случае так ое и злучени е назы вается
тормозны м, вовтором – х арак тери сти ческ и м.
       Н аи более распространенны м и сточни к ом рентгеновск ого и злучени я является
рентгеновск ая трубк а. П оск ольк у КП Д трубк и ни зок (~1-3 %), почти вся потребляемая
мощ ность при её работе превращ ается в теплоту, для отвода к оторой при меняю т си стему
ох лаждени я анода. О к на и з тонк ой бери лли евой ф ольги позволяю т пропуск ать и злучени е от
0,4 нм и менее. С ледует отмети ть, что сущ ествую т разли чны е вари анты рентгеновск и х
трубок , чи сло к оторы х достаточно вели к о, поск ольк у весьма ш и рок ди апазон областей
при менени я рентгеновск ого и злучени я (меди ци на, деф ек тоск опи я, струк турны е
и сследовани я и т.д.).
       С овременная рентгеновск ая трубк а состои т и з анода и к атода, к оторы е помещ ены в
металли ческ и й и ли металлостек лянны й к орпус с ок ном для вы х ода рентгеновск ого
и злучени я. Д ля работы трубок подобноготи па в ни х необх оди мосоздавать вы сок и й вак уум
в пределах 1-10-2 П а. Элек троды трубк и (анод, к атод) подк лю чены к и сточни к увы сок ого
напряжени я в неск ольк о десятк ов ты сяч вольт. П од дей стви ем так ого напряжени я
элек троны , и спущ енны е раск аленной ни тью к атода, уск оряю тся до больш и х ск оростей и
дости гнут поверх ности анода с нек оторой ск оростью V. П роцессы , при водящ и е к
возни к новени ю рентгеновск ого и злучени я, обусловлены и нтенси вны м торможени ем
элек тронов в вещ естве анода и з-за столк новени й с атомами вещ ества. В результате часть
к и нети ческ ой энерги и элек тронов mV2/2          перех оди т в энерги ю к оротк оволнового
элек тромагни тного и злучени я, т.е. уменьш ени е ск орости элек тронов от V1 до V2 при
торможени и является и сточни к ом и злучени я:
                                            hν = m (V12- V22) / 2                              (3)
П олное торможени е элек трона в еди нственном элементарном ак те прои сх оди т очень редк о
по сравнени ю со случаями постепенного торможени я во многи х э лементарны х ак тах .
Элек троны , взаи модей ствуя с отдельны ми атомами ми ш ени , теряю т разное к оли чество
энерги и . С ледовательно, спек тр, и спуск аемы й при э том, и меет непреры вны й х арак тер.
Значени е дли н волн в непреры вном спек тре определяется тольк о ск оростью тормозящ ей
части цы и ее массой , ноне атомны м номером вещ ества, в к отором прои сх оди т торможени е
(ри с.1). С к орости э лек тронов, необх оди мы е для возни к новени я рентгеновск и х лучей ,
должны бы тьсопостави мы соск оростью света. Д ля дости жени я так и х ск оростей элек троны
разгоняю тся вполях сразностью потенци аловпорядк а 108 В .
       Рентгеновск ое и злучени е, возни к аю щ ее при торможени и э лек тронов, разлагается в
сплош ной спек тр, и мею щ и й резк ую грани цу в к оротк оволновой части , соответствую щ ей
ск орости э лек трона V2=0. П оложени е к оротк оволновой грани цы зави си т не от при роды
тормозящ егослоя (т.е. атомногономера металла анти к атода), а от к и нети ческ ой энерги и и
массы бы стролетящ ей заряженной части цы (э лек трона).