Природа и свойства рентгеновского излучения. Закон Мозли. Интенсивность РИ.

Рентгеновское излучение - это электромагнитное излучение с длиной волны от 0,01 до 0,000001 мкм. Оно вызывает свечение экрана, покрытого люминофором, и почернение фотоэмульсии, благодаря чему его можно использовать для фотографирования.

Рентгеновские лучи возникают при резкой остановке электронов при их ударе об анод в рентгеновской трубке. Предварительно электроны, эмитируемые катодом, разгоняются ускоряющей разностью потенциалов до скоростей порядка 100000 км/с. Это излучение, называемое тормозным, имеет сплошной спектр. Интенсивность РИ определяется эмпирической формулой , где I - сила тока в трубке, U - напряжение, z -порядковый номер атома вещества анода, k - const.

Рентгеновское излучение, возникающее в результате торможения электронов, называется тормозным. Коротковолновое РИ обладает большей проникающей способностью, чем длинноволновое, и называется жестким, а длинноволновое - мягким.

При больших напряжениях в рентгеновской трубке наряду с РИ, имеющим сплошной спектр, возникает Р.И., имеющее линейчатый спектр; последний налагается на сплошной спектр. Это излучение называется характеристическим, так как каждое вещество имеет собственный, характерный для него линейчатый рентгеновский спектр.

Рентгеновские лучи не отклоняются в электрическом и магнитном полях и, следовательно, не несут электрического заряда; обладают фотографическим действием; вызывают ионизацию газа; способны вызывать люминесценцию; могут преломляться, отражаться, обладают поляризацией и дают явление интерференции и дифракции.

Закон Мозли. Так как атомы различных веществ имеют различные энергетические уровни в зависимости от их строения, то и спектры характеристического излучения зависят от строения атомов вещества анода. Характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра. Такая закономерность известна как закон Мозли: , где - частота спектральной линии, z - порядковый номер испускающего элемента, А и В - постоянные.

2. Взаимодействие РИ с веществом.

В зависимости от соотношения энергии фотона и энергии ионизации А имеют место три главных процесса.

Когерентное (классическое) рассеяние. Рассеяние длинноволнового рентгеновского излучения происходит в основном без изменения длины волны, и его называют когерентным. Оно возникает, когда энергия фотона меньше энергии ионизации: . Так как в этом случае энергия фотона РИ и атома не изменяются, то когерентное рассеяние само по себе не вызывает биологического действия.

Некогерентное рассеяние (эффект Комптона). В 1922г. А. Комптон, наблюдая рассеяние жестких рентгеновских лучей, обнаружил уменьшение проникающей способности рассеянного пучка по сравнению с падающим. Это означало, что длина волны рассеянного РИ больше, чем падающего. Рассеяние РИ с излучением длины волны называют некогерентным, а само явление – эффектом Комптона.

Фотоэффект. При фотоэффекте РИ поглощается атомом, в результате чего вылетает электрон, а атом ионизируется (фотоионизация). Если энергия фотона недостаточна для ионизации, то фотоэффект может проявляться в возбуждении атомов без вылета электронов.

Ионизирующее действие РИ проявляется в увеличении электропроводимости под воздействием РИ. Это свойство используют в дозиметрии для количественной оценки действия этого вида излучения.

Рентгенолюминесценцией называют свечение ряда веществ при рентгеновском облучении. Используется для создания светящихся экранов для визуального наблюдения РИ.

Поглощение РИ описывается законом Бугера: , где - линейный коэффициент ослабления, х - толщина слоя вещества, Ф₀ - интенсивность падающего излучения, Ф - интенсивность прошедшего излучения.