yavor2 (553175), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Они состоят из вакуумированного стеклянного нли металлического корпуса, в котором на определенном расстоянии друг от друга находятся катод и анод, включенные в цепь высокого напряжения. Катод служит источником электронов, анод (антикатод) — источником рентгеновских лучей*). Между катодом и анодом создается сильное электрическое поле, разгоняющее электроны до энергий 10' — 10'эВ. В современных ускорителях (бетатронах и синхротронах) рентгеновские лучи возникают при торможении электронов с энергиями порядка 10' МэВ и более. 3. Для обнаружения невидимых глазу рентгеновских лучей используются различные их действия.
Рентгеновские лучи обладают сильным фотохимическим действием, вызывают почерненне фотопластинки. Они обладают высокой способностью ионизировать газы, вызывают флуоресцентное свечение в люминофорах (9 79.2). Для измерения интенсивности рентгеновских лучей используются главным образом их фотохимическое н ионизирующее действия. В специальных ионизационных камерах интенсивность рентгеновских лучей измеряется по величине силы тока насыщения, возникшего в результате ионизации газа, заключенного в камере.
Сила этого тока пропорциональна интенсивности рентгеновских ь) Кроме электронных рентгеновских трубок, существуют иовные трубки, в которых электроны выбиваются из катода бомбардировкой ионами разреженного газа, ускоренными электрическим полем. 278 лучей. Методы обнаружения ионизирующих излучений мы рас- смотрим в ядерной физике (й 81.8). 4.
Опыты показали, что существуют два типа рентгеновских лучей. Первый тип рентгеновских лучей называется белым рентге- новским излучением, Оно характеризуется сплошным спектром, подобным спектру белого свега, откуда и произошло название этих лучей. Белые рентгеновские лучи возникают приторможении быстрых электронов при их движении в веществе. Поэтому белые рентгеновские лучи называются также тормозными. Зтот тип рентге- 40кд новских лучей испускается сами- ц ми электронами, движущимися в веществе. Как известно Ц 59.4), всякий ускоренно (или замедлен- ф но) движущийся заряд излучает Ланд электромагнитные волны с непрерывным спектром. Рентге- 20лд новский сплошной спектр ограничен со стороны малых длин 2 7лд воли некоторой наименьшей длиной волны Хм„„, называемой границей сплошного спектра. На рис.
73.2 изображены рентгеновские сплошные спектры для вольфрама при различной разности потенциалов между электро- дами рентгеновской трубки. Граница )с„„„ не может быть объяснена с классической волновой точки зрения на природу рентгеновских лучей. Непрерывный спектр тормозного рентгеновского излучения согласно волновым пред- ставлениям не должен быть ограничен. Опыты показали, что гра- ничная длина волны Х„„„обратно пропорциональна кинетической энергии К электронов, вызывающих тормозные рентгеновские лучи. С квантовой точки зрения наличие Хм„„ получает простое объяснение. Очевидно, что максимальнаи энергия йтми„, рентгеновского кванта, возникшего за счет энергии электрона, не может превышать его энергии К: 02 04 00 йд 40 ь,Я Рис.
73 2. (73.5) К =- йт„„,. Переходя в (73.5) от частоты к длине волны, получим с св ~"мин ~минн (73.6) Формула (73.6) прекрасно согласуется с опытными данными; она явилась в свое время одним из наиболее точных методов экспериментального определения постоянной Планка й. Соотношение (73.5) совпадает с уравнением Эйнштейна (68.3') для фотоэффекта (э 68.3), если в нем пренебречь работой выхода электрона из металла. Если фотоэффект вызывается рентгеновскими лучами, то в уравнении (68.3') работа выхода электрона из металла А, много меньше энергии кванта йч и ею можно пренебречь.
Явление фотоэффекта и возникновение тормозных рентгеновских лучей являются взаимно обратными явлениями: прочтенное справа налево уравнение (73.5) дает кинетическую энергию электрона при фото- эффекте; прочтенное слева направо, оно указывает на существование граничной частоты (или длины волны) при полном преобразовании энергии тормозящегося электрона в энергию рентгеновского кванта.
$73.4. Характеристические рентгеновские лучи 1. Вторым типом рентгеновских лучей являются харакгперистические рентгеновские лучи. Такое название они получили потому, что эти лучи характеризуют вещество антнкатода (анода) рентгеновской трубки. Характеристические рентгеновские лучи имеют линейчатые спектры. Особенность этих спектров состоит в том, что атомы каждого химического элемента, независимо от того, в каких химических соединениях они находятся, имеют свой, вполне определенный лииейчатый спектр характеристических рентгеновских лучей.
Этим рентгеновские характеристические спектры атомов существенно отличаются от оптических электронных спектров тех же атомов. Оптические спектры атомов зависят от того, находятся ли атомы в свободном состоянии или в химических соединениях. 2. Нетрудно понять причину изменения оптических спектров в различных химических соединениях атомов. Оптические линейчатые спектры атомов определяются поведением внешних валентных электронов.
Когда образуются химические связи, состояния валентных электронов изменяются, н это сказывается на оптическом спектре. Тот факт, что рентгеновские линейчатые спектры являются индивидуальной характеристикой атома, не изменяющейся при вступлении его в химические соединения, указывает на природу характеристических рентгеновских лучей. Очевидно, характери. стические рентгеновские лучи возникают при процессах, происходящих в глубинных, застроенных электронных оболочках атомов, которые не изменяются, когда атом вступает в химические соединения. 3. У атомов разных химических элементов в рентгеновских линейчатых спектрах обнаруживаются однотипные группы спектральных линий (серии спектральных линий), отличающиеся только тем, что у атомов более тяжелых элементов сходные серии линий смещены в сторону более коротких волн.
В порядке возрастания длин волн серии характеристических рентгеновских лучей называются соответственно К-, 1.-, М-, У- и т. д. сериями. Эти названия связаны с происхождением линий этих серий. Как мы видели в арво й 73.2, в атомах с большим атомным номером г". внутренние электронные оболочки К, Ь, М и др.
полностью заполнены электронами. Если с одной из этих оболочек будет удален электрон, то на освободившееся место переходит электрон нз более удаленной от ядра оболочки. Такой переход связан с излучением рентгеновского кванта. Если, например, под действием первичного жесткого излучения или налетающего на атом электрона из самой внутренней К-оболочки атома удаляется электрон, то на его место может перейти электрон с 1.-, М-, Ж- и других оболочек.
При этом будут испускаться кванты определенных энергий и возникать линии рентгеновской К-серии. Для вырывания электрона из К-оболочки, наиболее близкой к ядру, где электроны испытывают наибольшее притяжение к ядру, требуется затрата работы вырывания электрона, называемая границей возбуждения К-серии. Энергия налетающего электрона или первичного налетающего кванта должна быть не меньше величины этой работы. Например, для ртути (Я= =80) граница возбуждения К-серии — около 82 кэВ. 4. При переходе электрона с 1.-оболочки на К-оболочку испускается квант с наименьшей энергией„которому соответствует самая длинноволновая К„-линия К-серии рентгеновского характеристического излучения данного атома.
К -линия соответствует переходу Рис. 73.3. электрона из М-оболочки на К-оболочку; линия ʄ— переходу из 7«'-оболочки на К-оболочку. Совокупность линий К„К,, К и др. образует К-серию. Линии Ь-, М- и т. д. серий характеристического рентгеновского излучения испускаются при освобождении «вакантного» для электрона места соответственно на Ь-, М-, Ж- и т. д. оболочках. 28! или т = 77 (2 — 1) ( —, — —, ) ,/1 1т (73.8') В таком виде соотношение (73.8') напоминает формулу для длины волны (или волнового числа) линии серии Лаймана водородного атома (5 71.3). Отличие состоит в том, что величина Я', входящая в сериальные формулы для водородоподобных систем, уменьшена на величину и =1, называемую постоянной экранирования. Смысл постоянной экранирования заключается в том, что в тяжелом атоме, содержащем Я электронов, на электрон, совершающий переход, соответствующий линии К„, действует не весь заряд ядра Яе, а заряд (Š— 1) е, ослабленный экраннрующим действием одного электрона, остающегося в К-оболочке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
