Характеристическое рентгеновское излучение (для ознакомления).
Увеличение напряжения на рентгеновской трубке приводит к тому, что на фоне сплошного спектра появляется линейчатый, который соответствует характеристическому рентгеновскому излучению. Это излучение специфично для материала анода.
Механизм его возникновения таков. При большом напряжении ускоренные электроны (с большой энергией) проникают в глубь атома и выбивают из его внутренних слоев электроны. На свободные места переходят электроны с верхних уровней, в результате чего высвечиваются фотоны характеристического излучения.
Спектры характеристического рентгеновского излучения отличаются от оптических спектров. Их отличает:
– Однотипность.
Однотипность характеристических спектров обусловлена тем, что внутренние электронные слои у разных атомов одинаковы и отличаются только энергетически из–за силового воздействия со стороны ядер, которое увеличивается с возрастанием порядкового номера элемента Z. Поэтому характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра. Эта зависимость была экспериментально установлена Мозли и известна как закон, носящий его имя:
=
A
(Z
– В), (4)
где v – частота спектральной линии характеристического излучения, Z – атомный номер испускающего элемента, А и В – константы.
Важность закона Мозли заключается в том, что он позволяет по измеренной частоте рентгеновской линии узнать Z, а значит определить элемент – источник излучения. Эта возможность используется в рентгеноструктурном анализе вещества.
- Независимость от химического соединения.
Характеристические рентгеновские спектры атома не зависят от химического соединения, в которое входит данный атом. Например, рентгеновский спектр атома кислорода одинаков для О2 и Н2О, в то время как оптические спектры этих соединений отличаются. Эта особенность рентгеновского спектра атома и послужила основанием для названия "характеристическое излучение".
4. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом.
Действие рентгеновского излучения на вещество определяется первичными процессами взаимодействия рентгеновского фотона с электронами атомов и молекул вещества.
Рентгеновское
излучение в веществе поглощается и
рассеивается. При этом могут происходить
различные процессы, которые определяются
соотношением энергии рентгеновского
фотона h
и энергии ионизации Аи
(энергия ионизации Аи
– энергия, необходимая для удаления
электрона за пределы атома или молекулы).
Рассмотрим возможные ситуации:
1). Энергия рентгеновского фотона h <Аи (длинноволновое R-излучение). В этом случае имеет место когерентное рассеяние (рассеяние без изменения частоты).
При этом у фотонов вследствие взаимодействия с электронами вещества изменяется только направление движения (рис.3, а), а энергия и длина волны остаются теми же.
Когерентное рассеяние не влияет на биологические объекты, но при создании защиты от рентгеновского излучения следует учитывать возможность изменения первичного направления распространения рентгеновских лучей.
2). Если фотон поглощается веществом, но его энергии недостаточно для отрыва электрона, то происходит возбуждение атома или молекулы (рис.3, б). Это часто приводит к последующему излучению фотона в области видимого света (рентгенолюминесценция).
Фотоэффект происходит тогда, когда
Аи.
при этом фотон поглощается и электрон отрывается от атома вещества (рис. 3, в). Происходит ионизация. Оторвавшийся электрон приобретает кинетическую энергию Eк = – Aи. Если эта энергия больше Аи, то электрон может ионизировать соседние атомы (вторичная ионизация).