2.13. Рентгеновское излучение

Рентгеновским излучением называют электромагнитные волны с длиной волны от 10^-7 мдо 10^-14 м, возникающие при торможении веществом быстрых электронов. Для получения рентгеновского излучения используется рентгеновская трубка (рис.2.18) Она представляет собой баллон, в котором находятся электроды: катод и анод (его обычно называют антикатодом). В баллоне создается высокий вакуум (давление порядка 10^-6 мм ртутного столба). Источником электронов является подогревной катод (К), испускающий электроны вследствие термоэлектронной эмиссии. Между катодом и анодом (А) создается ускоряющее электрическое поле, в результате чего электроны приобретают кинетическую энергию, равную. При попадании на анод электроны тормозятся, передавая свою энергию веществу анода.

Коротковолновое рентгеновское излучение бывает двух типов.

При энергиях электронов, не превышающих некоторой критической величины, зависящей от вещества антикатода, возникает белоеилитормозное рентгеновское излучение. Оно возникает в результате торможения быстрых электронов. Тормозное излучение имеет сплошной спектр, ограниченный со стороны малых длин волн. Граница сплошного рентгеновского спектра_минзависит от кинетической энергии электронов и ее можно определить из соотношения:

. (2.95)

Это соотношение означает, что максимальная энергия кванта не может превышать кинетическую энергию электронов.

Для минимальной длины волны получим:

. (2.96)

При дальнейшем увеличении кинетической энергии электронов возникает второй тип рентгеновского излучения – характеристическое рентгеновское излучение атомов вещества. Оно имеет линейчатый спектр и является индивидуальной характеристикой атомов, входящих в состав вещества антикатода.

В отличие от оптических спектров характеристическое рентгеновское излучение связано с процессами, происходящими в глубинных застроенных электронных оболочках атомов. Механизм возникновения характеристического рентгеновского излучения заключается в следующем. При вырывании электрона с одной из близких к ядру электронных оболочек атома на освободившееся место переходит электрон из более удалённой от ядра оболочки. Этот переход сопровождается испусканием кванта рентгеновского излучения.

Линейчатые рентгеновские спектры состоят из линий, образующих несколько серий. Серии характеристического рентгеновского излучения принято обозначать буквами K, L, M, N^.Каждая серия содержит небольшой набор отдельных линий, обозначаемых (в порядке убывания длины волны) индексами, , , . . .; например: K_ , K_ ,K_ …, L_ , L_ , L_ …

При исследовании рентгеновских спектров элементов Мозли установил простой закон, связывающий частоту спектральных линий с атомным номером Zиспускающего их элемента. Частоты линийK_ и K_ описываются выражениями:

, (2.97)

, (2.98)

где R– постоянная Ридберга.

Аналогичные соотношения имеют место и для линий других серий рентгеновского спектра. В общем случае закон Мозли можно представить в виде:

, (2.99)