Принцип действия и устройство

Излучающий элемент представляет собой вакуумный сосуд с тремя электродами: катодом, накал катода и анодом.

Схематическое изображение рентгеновской трубки. X — рентгеновские лучи, K — катод, А — анод (иногда называемый антикатодом), С — теплоотвод, U_h — напряжение накала катода, U_a — ускоряющее напряжение, W_in — впуск водяного охлаждения, W_out — выпуск водяного охлаждения.

Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов (характеристическое излучение). Оба эффекта используются в рентгеновских трубках. Основными конструктивными элементами таких трубок являются металлические катод и анод (ранее называвшийся также антикатодом). В рентгеновских трубках электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом (при этом рентгеновские лучи не испускаются, так как ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом за счёт тормозного излучения происходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутренних электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. При этом испускается рентгеновское излучение с характерным для материала анода спектром энергий (характеристическое излучение, частоты определяются законом Мозли: гдеZ — атомный номер элемента анода, A и B — константы для определённого значения главного квантового числа n электронной оболочки). В настоящее время аноды изготавливаются главным образом из керамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, — из молибдена или меди^{[источник не указан 273 дня]}.

В процессе ускорения-торможения лишь около 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99% энергии превращается в тепло. Чтобы предотвратить перегрев анода, в мощных рентгеновских трубках применяют водное охлаждение и вращающийся анод^[1].

Энергия генерируемых фотонов лежит в области рентгеновского диапазона (длина волны 0,05 ÷ 0,2 нм).

Характеристическое рентгеновское излучение – линейчатых составляющая спектра рентгеновского излучения, характерная для каждого химического элемента, основа для рентгенофлуоресцентного анализа. Характеристическое рентгеновское излучение возникает при выбивании электрона из внутренней электронной оболочки атома. На следующем этапе один из электронов внешних оболочек переходит на внутреннюю с излучением кванта света. Частота этого кванта лежит в рентгеновском диапазоне электромагнитного спектра. Слово характеристическое в названии объясняется тем, что для каждого химического элемента присущи свои частоты излучения. Эти частоты не зависят или очень слабо зависят от того, в состав которой химического соединения входит элемент, и, таким образом, могут служить основой для идентификации химических элементов, определение химического состава сплавов, минералов, пород и т.п. Характеристическое излучение имеет пороговый характер и появляется на фоне сплошного спектра, обусловленного тормозным излучением. Для появления характеристического излучения электрон, налетает на анод в рентгеновской трубке, должен иметь энергию, высшую от некоторого порогового значения, зависящего от материала анода. Физически это обусловлено тем, что энергия электрона должна быть достаточной для выбивания электрона из внутренней оболочки. Спектр излучения разбивается на серии. Наиболее коротковолновая из этих серий обозначается буквой K, а отдельные линии в этой серии греческими буквами. Так, К-серия состоит из трех линий K ?, K ?, K ?. Следующие серии обозначаются буквами L, M и N. Для легких химических элементов существует только K-серия, остальные серии появляются в более тяжелых элементов, что объясняется существованием большего числа внутренних электронных оболочек. K-серия обусловлена переходами на оболочки, ближайшие к ядру атома. Отдельные линии в K-серии обусловлены переходами из разных внешних электронных оболочек. Частоты серий характеристического рентгеновского излучения различных химических элементов заключаются на эмпирически определенную кривую, которая носит название закона Мозли. Источник: http://mir-prekrasen.net/referat/3149-harakteristicheskoe-rentgenovskoe-izluchenie.html