Рентгенови лъчи, Наука, FANDOM, задвижвани от Wikia

Рентгеново лъчение - електромагнитни вълни, чиято енергия на фотоните лежи в скалата на електромагнитните вълни между ултравиолетовото лъчение и гама-лъчението, което съответства на дължини на вълните от 10 -2 до 10 2 Å (от 10-12 до 10 -8 m) [1] .

Съдържание

Позиция върху скалата на електромагнитните вълни

Рентгеновите и гама-лъчевите енергийни диапазони се припокриват в широк диапазон от енергии. И двата вида излъчване са електромагнитно излъчване и са еквивалентни при една и съща фотонна енергия. Терминологичната разлика се крие в метода на възникване - рентгеновите лъчи се излъчват с участието на електрони (или свързани в атоми, или свободни), докато гама-лъчението се излъчва в процесите на де-възбуждане на атомните ядра. Рентгеновите фотони имат енергии от 100 eV до 250 keV, което съответства на излъчване с честота 3 × 10 16 до 6 × 10 19 Hz и дължина на вълната 0,005-10 nm (няма общоприето определение за долната граница от рентгеновия диапазон в скалата на дължината на вълната) ... Меките рентгенови лъчи имат най-ниската фотонна енергия и честота на излъчване (и най-дългата дължина на вълната), докато твърдите рентгенови лъчи имат най-висока фотонна енергия и честота на излъчване (и най-късата дължина на вълната). Твърдите рентгенови лъчи се използват предимно за промишлени цели.

Лабораторни източници

Рентгенови тръби

Рентгеновите лъчи се генерират от силно ускорение на заредените частици (тормозно излъчване) или чрез високоенергийни преходи в електронните обвивки на атоми или молекули. И двата ефекта се използват в рентгенови тръби. Основните структурни елементи на такива тръби са металният катод и анодът (наричани по-рано също антикатод). В рентгеновите тръби електроните, излъчвани от катода, се ускоряват от разликата в електрическия потенциал между анода и катода (не се излъчват рентгенови лъчи, защото ускорението е твърде ниско) и удрят анода, където рязко се забавят. В този случай поради радиационно излъчване се генерира рентгеново лъчение и в същото време електроните се избиват от вътрешните електронни обвивки на анодните атоми. Празни пространства в черупките са заети от други електрони на атома. В този случай се излъчват рентгенови лъчи с енергиен спектър, характерен за анодния материал (характерното излъчване, честотите се определят от закона на Моузли: $ \ sqrt \ nu = A (Z - B), $ където Z. - атомен номер на анодния елемент, A и Б. - константи за определена стойност на главното квантово число н електронна обвивка). Понастоящем анодите са направени главно от керамика, а частта, в която електроните удрят, е молибден или мед.

В процеса на ускорение-забавяне, само около 1% от кинетичната енергия на електрона отива към рентгеновите лъчи, 99% от енергията се превръща в топлина.

Ускорители на частици

Рентгеновите лъчи могат да се получат и при ускорители на заредени частици. Така нареченото синхротронно излъчване възниква, когато лъч от частици се отклони в магнитно поле, в резултат на което те изпитват ускорение в посоката, перпендикулярна на тяхното движение. Синхротронното лъчение има непрекъснат спектър с горна граница. С подходящо избрани параметри (магнитно поле и енергия на частиците), рентгеновите лъчи също могат да бъдат получени в синхротронния радиационен спектър.

Взаимодействие с вещество

Дължината на вълната на рентгеновите лъчи е сравнима с размера на атомите, така че няма материал, от който да се направи рентгенова леща. Освен това рентгеновите лъчи почти не се отразяват, когато са перпендикулярни на повърхността. Въпреки това в рентгеновата оптика са открити методи за конструиране на оптични елементи за рентгенови лъчи. По-конкретно се оказа, че те са добре отразени от диамант [4] .

Рентгеновите лъчи могат да проникнат в материята и различните вещества ги абсорбират по различен начин. Поглъщането на рентгеновите лъчи е най-важното им свойство при рентгеновата фотография. Интензитетът на рентгеновите лъчи намалява експоненциално в зависимост от изминатото разстояние в абсорбиращия слой ( Аз = аз0e -kd, Където д - дебелина на слоя, коефициент к пропорционален Z.³λ³, Z. Е атомният номер на елемента, λ е дължината на вълната).

Абсорбцията възниква в резултат на фотопоглъщане (фотоелектричен ефект) и разсейване на Комптън:

Под фотоабсорбция разбира се процесът на избиване на електрон от обвивката на атом от фотон, което изисква енергията на фотона да бъде по-голяма от определена минимална стойност. Ако разгледаме вероятността от акт на поглъщане в зависимост от енергията на фотоните, тогава когато се достигне определена енергия, тя (вероятността) рязко се увеличава до максималната си стойност. За по-високи енергии вероятността непрекъснато намалява. Поради тази зависимост казват, че има граница на усвояване. Мястото на избития по време на акта на поглъщане електрон се заема от друг електрон, докато се излъчва радиация с по-ниска фотонна енергия, т.нар. процес на флуоресценция.
Рентгенов фотон може да взаимодейства не само със свързани електрони, но и със свободни и слабо свързани електрони. Настъпва разсейване на фотони по електрони - т.нар. Комптоново разсейване. В зависимост от ъгъла на разсейване, дължината на вълната на фотона се увеличава с определено количество и съответно енергията намалява. Комптонното разсейване, в сравнение с фотопоглъщането, става доминиращо при по-високи фотонни енергии [5] .