Рентгеновское излучение: общая характеристика.

<12 3 4 5 6 7 >

На шкале электромагнитных волн (рис. 1) условной границей между ультрафиолетовым и рентгеновским излучением принято считать значение длины волны l = 80 нм. Это на один порядок (примерно в 10 раз) меньше, чем длина световой волны. Следовательно, частота рентгеновского излучения в десять раз больше, чем видимого света даже в начале рентгеновского диапазона.

Энергию рентгеновского кванта на «пограничной» длине волны l = 80 нм определим по формуле Планка:

Е = hν = hc / λ

Здесь h = 6,62·10^-34 Дж с – постоянная Планка;

ν – частота электромагнитного излучения;

с = 3·10⁸ м/с – скорость света в вакууме.

Подстановка этих данных в (1) дает значение энергии кванта:

Е = (6,62·10^-34 Дж·с · 3·10⁸ м/с) / 80·10^-9 м = 25·10^-19 Дж (*)

Рис. 1. Шкала электромагнитных волн.

В атомной и ядерной физике вместо джоуля обычно применяют внесистемную энергетическую единицу – электронвольт.

Один электронвольт (1эВ) – это энергия, которую приобретает электрон, пройдя в ускоряющем электростатическом поле промежуток между точками, имеющими разность потенциалов в один вольт (1В).

Электрический заряд q при прохождении ускоряющей разности потенциалов Δφ приобретает энергию Е = q Δφ. Подставляя сюда q = 1,6·10^-19 Кл - заряд электрона и Δφ = 1В, получаем: 1 эВ = (1,6·10^-19 Кл)·(1 Дж / Кл) = 1,6·10^-19 Дж. Следовательно, результат (*) можно записать так: Е = 25·10^-19 Дж = 16 эВ. Так что рентгеновское излучение – это электромагнитное излучение, имеющее длину волны l £ 80 нм и энергию квантов Е ³ 16 эВ.

Различают мягкое и жесткое рентгеновское излучение. Условная граница между ними: λ = 0.2 нм, Е= 6000 эВ = 6 кэВ.

На рис.1 в правой части шкалы на длинах волн λ˂0,05 нм находится участок шкалы, принадлежащий и рентгеновскому, и гамма-излучению. Кванты этих видов излучений, имеющие одинаковую длину волны и частоту, абсолютно одинаковы. Их отличает только происхождение: рентгеновское излучение возникает при взаимодействии быстрых электронов с электронами вещества, а гамма-излучение – результат процессов, происходящих в ядрах атомов.

Природными источниками рентгеновского излучения являются солнце, звезды, черные дыры. Рентгеновское излучение, возникающее за пределами Земли и ее атмосферы, земной поверхности не достигает. Изучение Вселенной в рентгеновском диапазоне производится с помощью спутниковых рентгеновских телескопов.

Рентгеновское излучение было открыто в 1895 году немецким физиком Вильгельмом Рентгеном при экспериментах с катодными лучами. Катодные лучи – поток быстрых электронов. Он создавал их с помощью катодной трубки – вакуумированного стеклянного сосуда с двумя электродами, один из которых – катод – имел электрический подогрев и был источником катодных лучей. Целью экспериментов было изучение свойств катодных лучей. Неизученным в них оставалось еще многое: достаточно сказать, что открытие элементарной частицы «электрон» состоялось позднее, в 1897 году.

Рентген обнаружил, что торможение катодных лучей в материале катодной трубки сопровождается появлением за пределами трубки ранее неизвестного излучения, названного им икс-лучами. Это название – x-rays – применяется и поныне в большинстве западных стран. Открытие состоялось случайно, по люминесцентному свечению некоторых кристаллов, оказавшихся вблизи катодной трубки.

Надо заметить, что эти x-rays намекали о своем существовании еще за восемь лет до опытов Рентгена, в опытах таких известных людей, как Никола Тесла и Генрих Герц, которые, однако, не оценили эти излучения по достоинству и информацию о них не опубликовали. Рентген вплотную занялся исследованием открытого им излучения (в России и ряде других стран оно называется рентгеновским). Он, в частности, изменил конструкцию катодной трубки, сделав ее анод более эффективным для торможения катодных лучей. Катодная трубка, усовершенствованная Рентгеном, стала называться рентгеновской трубкой и широко применяется как источник рентгеновского излучения (схема рис. 2).

За год работы Рентген установил, что открытые им лучи, в отличие от катодных, не отклоняются ни в электрическом, ни в магнитном поле, не отражаются и не преломляются при входе в преграду. Проходят через многие непрозрачные материалы. При этом их проникающая способность зависит не только от толщины преграды, но и от свойств материала. Глаза на это излучение не реагируют, но наблюдалась засветка фотоматериалов и были получены фотографии в проходящем излучении. Икс-лучи вызывают люминесценцию ряда материалов и ионизацию воздуха.

2. Методы получения рентгеновского излучения.

Ниже рассматриваются методы получения рентгеновского излучения, применяемые в медицине.

<12 3 4 5 6 7 >

Дата добавления: 2019-12-09; просмотров: 373;