Схема экспериментального
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
прибора Лукирского и Прилежаева →
И – источник УФ излучения; М – монохроматор; Л – линза; О – вакуумное окно;
Б – коллектор (стеклянная сфера внутреннего радиуса R1,
металлизированная изнутри);
К – сферический фотокатод малого радиуса r<< R1 .
•Идея использования сферической геометрии для определения полной энергии заряженных частиц широко используется до сих пор.
•Пример: трехсеточный сферический энергоанализатор как часть устройства
для электронной диагностики
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
В опытах Лукирского и
Прилежаева были получены с высокой точностью спектры энергии фотоэлектронов многих металлов с сильно различающимися значениями работы выхода при облучении УФ разных длин волн. Получено подтверждение
закона Эйнштейна – углы
наклона линейных зависимостей Ug( ) оказались одинаковыми. Определенное по ним
значение постоянной
Планка отличалось от известного теперь точного значения всего на 0.6%.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
•Помимо фотоэффекта, фотонная гипотеза Эйнштейна дает простое объяснение и некоторым другим известных явлений.
•Среди них – существование коротковолновой границы тормозного рентгеновского излучения, производимого электронами с энергией eU – “предела Дуана-Ханта” (определен в 1915 г.).
(U – в кВ).
•Обращает на себя внимание совпадение постоянной с ранее полученной константой
h = h c =1240 эВ нм
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
• В рамках модели Эйнштейна, тормозное излучение представляет собой поток фотонов.
• Каждый фотон образуется единовременно при передаче излучению некоторой, случайной части энергии электрона, взаимодействующего веществом.
• Очевидно, что максимальная энергия фотона равна энергии электрона в потоке, падающем на вещество:
h max=eU
С другой стороны,
max=c/ min
Отсюда
min =hc/eU
Если подставить численные значения, это и дает
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
• В другом формате – |
|
|
зависимости |
|
спектральной плотности |
|
от энергии квантов – вид |
|
спектров тормозного |
|
излучения еще более |
|
прост. Он описывается |
|
т.н. «законом Крамерса». |
|
• Спад в левой части |
|
определяется |
|
поглощением в |
|
выходном окне. |
|
• По вертикали – число |
|
квантов dN/d(h ), а не |
|
интенсивность dI/d . |
•Коротковолновой (высокочастотной) границе спектра должна соответствовать энергия
кванта h , равная энергии электронов. Если энергию электронов выразить в эВ, она равна напряжению на трубке U.
•Это позволяет вычислить величину постоянной Планка по данным измерений
рентгеновских спектров I( ) для заданных U. Результат вычисления совпадает со |
|
значениями постоянной Планка, полученными другими способами. |
15 |
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
• Таким образом, фотонная гипотеза Эйнштейна дала простое объяснение законам фотоэффекта и спектрам тормозного рентгеновского излучения – в дополнение к объяснению вида спектров равновесного теплового излучения, данного ранее Планком.
• Значения постоянной Планка, определенные из экспериментальных данных для всех трех качественно различных явлений, совпали с высокой точностью.
• Даже после признания этих фактов, идея дискретности электромагнитного излучения не получила широкого распространения – поскольку очевидно (для современников) не сочеталась с известной способностью электромагнитного излучения к интерференции и дифракции.
• Определенный перелом начал происходить после открытия эффекта Комптона, который будет рассмотрен далее.
vk4..com/club1526850503. Эффект Комптона| vk.com/id446425943
•Многие исследователи свойств рентгеновских лучей на качественном уровне отмечали изменение их состава при рассеянии – появление более «мягкой» составляющей (с пониженной проникающей способностью).
•Одно из про проявлений – генерация характеристического излучения (Баркла, 1906).
•После создания рентгеновского спектрометра «с качающимся кристаллом» (У.Брэгг, 1913) появилась возможность измерения спектров рассеянного излучения с достаточным разрешением.
•В 1922-1923 гг. подробные исследования спектров рассеянного излучения были проведены А. Комптоном.
K линии
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
В качестве первичного Комптон использовал излучение молибдена с длиной волны 0.71 Å.
Рентгеновская трубка и рассеиватель могли вращаться как целое внутри свинцового экрана. Ось вращения – рассеиватель. Таким образом варьировался угол рассеяния .
Измерение спектра – методом качающегося кристалла.
R – рентгеновская трубка; С – рассеиватель из
углерода;
Kr – кристалл кальцита (исландский шпат, CaCo3);
Det – ионизационный детектор.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
На графиках – результаты измерений, зависимость интенсивности от угла поворота кристалла (скольжения) для трех разных углов рассеяния .
Максимумы – при углах скольжения падающего на кристалл излучения, равных
брэгговским для длин волн, присутствующих в спектре.
•В спектре рассеянного излучения, помимо первичной частоты, присутствует еще одна составляющая.
•Частота этой дополнительной составляющей зависит от угла рассеяния (!).
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
• Классическая волновая теория не объясняет самого факта рассеяния на частоте, отличной от частоты первичного излучения.
В ней (теория рассеяния Томсона) рассеянное излучение создается электронами,
осциллирующими в поле первичной волны. Частота их колебаний не может отличаться от частоты первичной волны (вынуждающей силы).
• Дополнительный пик не может быть и пиком характеристического излучения рассеивателя (собственных колебаний атомов), поскольку частота зависит от угла рассеяния.
К кроме того, опыт был повторен с другими материалами рассеивателя – ни частота дополнительного спектрального пика, ни ее угловая зависимость не изменились.
•Высказывались разные дополнительные предположения – например, о возможной зависимости спектра излучения трубки от близости стенок экранирующего ящика. Они были проверены и отвергнуты.
•Комптон предложил объяснение, фактически основанное на фотонной модели электромагнитного излучения. (Без ссылок на Эйнштейна. )
Оказалось, что ранее подобная теория была разработана П. Дебаем, но не публиковалась до появления экспериментальных подтверждений. Поэтому иногда говорят об эффекте Комптона-Дебая.
