8.1.3. Гальмівне рентгенівське випромінювання

Суцільний спектр одержується в результаті гальму­вання швидких електронів у речовині антикатода. Якщо між катодом і антикатодом прикладена напруга , електрони розганяються і їх енергія дорівнює , де - заряд

електрона. Влітаючи в антикатод, електрони різко гальму­ються, тобто рухаються з від'ємним прискоренням, і стають джерелами рентгенівського електромагнітного випроміню­вання.

Умови гальмування для різних електронів неоднакові, і різні частки їх кінетичної енергії перетворюються в енергію рентгенівських квантів. При повному перетворенні енергії електрона в енергію кванте дістанемо , де - стала Планка, - найбільша частота рентгенівського гальмівного спектра. Враховуючи, що (с - швидкість світла у вакуумі, - гранична довжина хвилі випромінювання, яка відповідає ), дістанемо , звідки

(8.1)

З цієї причини в гальмівному рентгенівському спектрі спостерігаються всі довжини хвиль, починаючи з . Його називають тому .суцільним "білим спектром".

Розподіл інтенсивності по неперервному спектру рент­генівських променів при різних для вольфрамового анти­катода наведено на рис. 8.2. Довжина хвилі " , на яку припадає максимум в спектрі гальмівного рентгенівського випромінювання, задовольняє умові

(8.2)

Важливою особливістю суцільного рентгенівського спектра є його коротко­хвильова межа. Із вира­зу (8.1) випливає, що при даній напрузі не може бути довжини хви­лі, яка менша за Значення сталої Планка одержане із вимірю­вань короткохвильової межі рентгенівського суцільного спектра, є одним із найточніших і достовірних.

Потік " рентге­нівських променів, що виходять із трубки, зростає пропорційно силі струму ~ в трубці, квадрату напруги на трубці і залежить від величини атомного номера Z речовини антикатода, тобто

(8.3)

Рис. 8.2. Розподіл інтенсивності по неперервному спектру

Жорсткість рентгенівських променів, яка зростає зі зменшенням довжини хвилі, характеризує їх проникаючу здатність і залежить тільки від напруги, яка подається на трубку. Чим вища напруга, тим жорсткіші рентгенівські промені, як це видно із формул (8.1) і (8.2). Інтенсивність рентгенівського випромінювання регулюється шляхом зміни струму розжарювання залежно від потрібної потужності випромінювання - від малих струмів в трубці при просвічуванні (2-5 мА) до дуже великих струмів (тисячі міліампер), що застосовуються при деяких рентгенівських знімках.

8.1.4. Характеристичне рентгенівське випромінювання, його природа. Закон Мозлі

Характеристичний спектр виникає тому, що частина бомбардуючих електронів проникає в атоми антикатода і збуджує їх. Причому електронні переходи відбуваються в надрах атомів, тобто в оболонках, ближчих до ядра -Тому енергія квантів рентгенівських променів більша від енергії квантів видимого світла, так як останні отримуються при електронних переходах між зовнішніми оболонками атома, тобто на його периферії.

Рис. 8.3. Розподіл інтенсивності по спектру випромінювання рентгенівської трубки з вольфрамовим анодом.

Характеристичне випромінювання має лінійчатий спектр. Свою назву воно дістало тому, що цей тип рентгенівського випромінювання характеризує речовину антикатода і його вид не залежить від того, чи елемент знаходиться у вільному або хімічно зв'язаному стані. Характеристичні лінії завжди виникають на фоні непе­рервного спектра.

На рис. 8.3 зображено графік розподілу інтенсивності по спектру випромінювання рентгенівської трубки з вольф­рамовим анодом приЦей графік наочно ілюструє той факт, що загальний спектр включає в себе як неперервний спектр, так і характеристичні лінії K-серії. На ділянці неперервного спектра, розміщеного зліва від накладених на нього спектральних ліній, видний "провал". Ця відсутня енергія пішла на збудження сусідніх спектральних ліній.

На рис. 8.4 схематично зображено виникнення різних серій характеристичних рентгенівських проме­нів. В атомах з більшим атомним номером внут­рішні електронні обо­лонки К, L, М повністю заповнені електронами. При вилученні електро­на з однієї із внутрішніх оболонок на звільнене місце переходить елект­рон з більш віддаленої від ядра оболонки і ви­ промінюється рентгенівський квант.

Рис.8.4. Виникнення різних серій характеристичних рентгенівських поменів

Переходи, що закінчуються на К-оболонці, дають К-серію характеристичного спектра, яка складається - з трьох ліній:

Переходи, що закінчуються на І-оболонці та М-оболонці, дають відповідно І-серію і М-серію характеристичного рентгенівського спектра. Характеристичний спектр склада­ється із 8-10 ліній, що утворюють К, L, М-серії. Для важких елементів в кожну серію входять три лініїНайінтен-

сивніша в характеристичному спектрі -лінія, так як ймовірність переходів на К-оболонку з L-оболонки більша, ніж з М, NTd інших більш віддалених оболонок.

Для кожного атома існує межа збудження к-серії.

Наприклад, для ртуті вона становить близько Це пов'я-

зано з тим, що для вири­вання електрона із най­ближчої до ядра К-оболонки, на якій електрони найсильніше притягують­ся до ядра, необхідна значна енергія, яка іде на виконання роботи по ви­риванню електрона. Тому лінії характеристичного спектра з'являються тіль­ки при напрузі на рентге­нівській трубці, яка більша певного значення для кожного матеріалу анода.

Рис. 8.5. Діаграма Мозлі.

Закон Мозлі. В 1913 р. англійський фізик Мозлі, дослід­жуючи залежність довжини хвилі характеристичних проме­нів від атомного номера Z різних елементів, встановив співвідношення, які називаються законом Мозлі:

(8.4)

де - стала Ридберга; а - постійна величина, яка називається сталою екранування (для лініїдля ). На рис. 8.5 зображено так звану діаграму Мозлі, яка ілюструє для ліній лінійну залежність від атомного номера Z. Послідовне застосування формули Мозлі до елементів періодичної системи Менделєєва підтвердило в свій час закономірне зростання на одиницю заряду ядра при переході від одного елемента до іншого. Це стало при­родничо-науковим підтвердженням справедливості ядерної моделі атома і періодичного закону Д. І. Менделєєва.