Масса и импульс фотона. Давление света.

Согласно гипотезе световых квантов Эйнштейна, свет испускается, поглощается и распространяется дискретными порциями (квантами), названными фотонами. Энергия фотона ε 0=hv. Его масса находится из закона взаимосвязи массы и энергии (см. (m=E/c2)):

Фотон - элементарная частица, которая всегда (в любой среде! ) движется со скоростью света c и имеет массу покоя, равную нулю. Следовательно, масса фотона отличается от массы таких элементарных частиц, как электрон, протон и нейтрон, которые обладают отличной от нуля массой покоя и могут находиться в состоянии покоя.

Импульс фотона получим, если в общей формуле ( ) теории относительности положим массу покоя фотона :

Если фотоны обладают импульсом, то свет, падающий на тело, должен оказывать на него давление. Согласно квантовой теории, давление света на поверхность обусловлено тем, что каждый фотон при соударении с поверхностью передает ей свой импульс.

Давление, производимое светом при нормальном падении на поверхность,

Дифракция электронов — процесс рассеяния электронов на совокупности частиц вещества, при котором электрон проявляет свойства, аналогичные свойствам волны. При выполнении некоторых условий, пропуская пучок электронов через материал можно зафиксировать дифракционную картину, соответствующую структуре материала.

Процесс дифракции электронов получил широкое применение в аналитических исследованиях кристаллических структур металлов, сплавов, полупроводниковых материалов.Дифракция электронов на двух щелях - процесс возникновения на экране или фотопластинке картины аномального распределения освещённости, аналогичной дифракционной картине при дифракции света.

Дифракционная картина - картина возникающая на экране или фотопластинке при размещении между электронной пушкой и экраном препятствия с двумя щелями.

В случае, когда открыта только одна щель, почернение пластинки наблюдается только прямо напротив щели. Когда же открыты обе щели, картина выглядит так, как показано на рисунке, в правой его части.Твёрдо установленным является тот факт, что каждый электрон проходит только через одну щель. Также не подлежит сомнению, что дифракция электронов наблюдается только при обеих открытых щелях и, является не зависимой от частоты пролёта электронов сквозь щели.

Дифракция электронов представляет собой сочетание результатов трёх физических процессов.

1. Попадание электронов в экран строго за щелями, и соответствующее потемнение экрана..

2. Возникновение волн Де Бройля при пролёте сквозь щели электронов.

3. Дифракция возникающих из-за пролёта электронов волн Де Бройля и появление соответствующей этому картины потемнения фотопластинки (подробности на странице электромагнитные волны - определения, описания и свойства).

Квантовая механика объясняла дифракцию электронов возниковением неопределённости в угле отклонения электрона, при пролёте им сквозь щель. Ранее мы показали, что никакой неопределённости здесь нет. Если Вы поняли объяснения даваемые на страницах дифракция и интерференция, то и в понимании процесса дифракции электронов у Вас не должно возникнуть затруднений.

Волны де Бройля – волны, связанные с любой движущейся материальной частицей. Любая движущаяся частица (например, электрон) ведёт себя не только как локализованный в пространстве перемещающийся объект - корпускула, но и как волна, причём длина этой волны даётся формулой = h/р, где h = 6.6.10-34 Дж.сек – постоянная Планка, а р – импульс частицы. Эта волна и получила название волны де Бройля (в честь французского физика-теоретика Луи де Бройля, впервые высказавшего гипотезу о таких волнах в 1923 г.). Если частица имеет массу m и скорость v < < с (с – скорость света), то импульс частицы р = mv и дебройлевская длина волны связаны соотношением = h/mv.

Волновые свойства макроскопических объектов не проявляются из-за малых длин волн. Так для тела массой 200 г, движущегося со скоростью 3 м/сек, длина волны 10-31 см, что лежит далеко за пределами наблюдательных возможностей. Однако для микрочастиц длины волн лежат в доступной наблюдению области. Например, для электрона, ускоренного разностью потенциалов 100 вольт, длина волны 10-8 см, что соответствует размеру атома.

ФотометриЯ, раздел прикладной физики, занимающийся измерениями света. С точки зрения фотометрии, свет – это излучение, способное вызывать ощущение яркости при воздействии на человеческий глаз. Такое ощущение вызывает излучение с длинами волн от ~0, 38 до ~0, 78 мкм, причем самым ярким представляется излучение с длиной волны ок. 0, 555 мкм (желто-зеленого цвета). Поскольку чувствительность глаза к разным длинам волн у людей неодинакова, в фотометрии принят ряд условностей. В 1931 Международная комиссия по освещению (МКО) ввела понятие «стандартного наблюдателя» как некоего среднего для людей с нормальным восприятием. Этот эталон МКО – не что иное, как таблица значений относительной световой эффективности излучения с длинами волн в диапазоне от 0, 380 до 0, 780 мкм через каждые 0, 001 мкм. На рис. 1 представлен график, построенный по данным этой таблицы, причем на нем указаны интервалы длин волн, соответствующие цветам солнечного спектра. Яркость, измеренная в соответствии с эталоном МКО, называется фотометрической яркостью или просто яркостью.

Фотометрические величины - сила света, освещенность, световой поток, яркость, коэффициент пропускания и коэффициент отражения.

Кандела (кд). Кандела - единица силы света; основная единица системы СИ. Кандела равна силе света в заданном направлении источника с точно установленными параметрами.

Коэффициент пропускания. Коэффициент пропускания - отношение потока излучения, вышедшего из слоя вещества, к потоку падающего на него излучения.

Люкс (лк). Люкс - в СИ - единица освещенности; освещенность, создаваемая световым потоком 1 лм, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 кв.м.

Люмен (лм). Люмен - в СИ - единица измерения светового потока. Люмен равен световому потоку, испускаемому точечным источником света 1 кд в телесном угле, равном 1 ср.

Освещенность. Освещенность - величина светового потока, падающего на единицу поверхности. Освещенность измеряется в люксах.

Светимость - величина светового потока, испускаемого единицей поверхности. Единицами светимости являются люкс и фот.

Световой поток - полное количество света, проходящее через некоторую поверхность в единицу времени. Единицей светового потока является люмен.

Сила света - интенсивность светового потока, приходящаяся на единицу телесного угла (стерадиан).

Фотоэффект - испускание электронов веществом при поглощении им квантов эл.-магн. излучения (фотонов). Ф. был открыт Г. Герцем (G. Hertz) (1887). Открытие и исследование Ф. сыграло важную роль в эксперим. обосновании квантовой теории. Только на основе гипотезы о квантовании энергии эл.-магн. поля, проявляющемся в процессах испускания и поглощения света, А. Эйнштейну (1905) удалось объяснить осн. закономерности Ф.: независимость макс. кинетич. энергии фотоэлектронов от интенсивности света, линейную зависимость от его частоты со и существование граничной (мин.) частоты w0 (пороговой энергии ) Ф.

Свободный электрон не может поглотить фотон, т. к. при этом не могут быть одновременно соблюдены законы сохранения энергии и импульса р. Это видно уже из того, что для оптич. перехода свободного электрона из состояния, p1 в состояние, р2 в отсутствие 3-го тела (конденсир. среды, атома или рассеянного фотона) законы сохранения энергии и импульса, p2-p1=/c несовместимы ни при какой скорости электрона u< c. В конденсир. среде связь электрона с окружением характеризуется работой выхода Ф. Согласно ур-нию Эйнштейна, кинетич. энергия фотоэлектрона. При темп-ре T=0 К и не очень высокой интенсивности света, когда многофотонные процессы практически отсутствуют, Ф. возникает только при > =Ф. По установившейся терминологии, Ф. в конденсир. среде наз. фотоэлектронной эмиссией, а переход электрона из одного из связанных состояний в атоме или молекуле в непрерывный спектр наз. Фотоионизацией.

Законы фотоэффекта. Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1с, прямо пропорционально интенсивности света.

Согласно 2-ому закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастёт с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. минимальная частота света v0(или максимальная длина волны y0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если v< v0, то фотоэффект уже не происходит.

Первый закон объяснён с позиции электромагнитной теории света: чем больше интенсивность световой волны, тем большему количеству электронов будет передана достаточная для вылета из металла энергия. Другие законы фотоэффекта противоречат этой теории.

Теоретическое объяснение этих законов было дано в 1905 Эйнштейном. Согласно ему, электромагнитное излучение представляет собой поток отдельных квантов( фотонов) с энергией hv каждый ( h-постоянная Планка). При фотоэффекте часть падающего электромагнитного излучения от поверхности металла отражается, а часть проникает внутрь поверхностного слоя металла и там поглощается. Поглотив фотон, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода, покидает металл:

Hv=A+mv2 / 2, где

mv2 -максимальная кинетическая энергия, которую может иметь электрон при вылете из металла. Она может быть определена:

mv2/2=eU 3.

U 3 - задерживающее напряжение.

Ур-е Эйнштейна. А. Эйнштейн в 1905 г. показал, что явление фотоэффекта и его закономерности могут быть объяснены на основе предложенной им квантовой теории фотоэффекта. Согласно Эйнштейну, свет частотой v не только испускается, как это предполагал Планк (см. § Формулы Рэлея – Джинса и Планка), но и распространяется в пространстве и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых ε 0=hv. Таким образом, распространение света нужно рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных световых квантов, движущихся со скоростью с распространения света в вакууме. Кванты электромагнитного излучения получили название фотонов.

По Эйнштейну, каждый квант поглощается только одним электроном. Поэтому число вырванных фотоэлектронов должно быть пропорционально интенсивности света (I закон фотоэффекта). Безынерционность фотоэффекта объясняется тем, что передача энергии при столкновении фотона с электроном происходит почти мгновенно.

Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода A из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии . По закону сохранения энергии:

 

Уравнение называется уравнением Эйнштейна дня внешнего фотоэффекта.

Фотобиологические процессы происходят в результате воздействия света на организм. Важнейшими Ф. п. у растений являются фотосинтез (синтез органических молекул за счет энергии солнечного света), фототаксис (движение организмов, например бактерий, к свету или от света), фототропизм (поворот листьев или стеблей растений к свету или от света), фотопериодизм (регуляция суточных и годовых циклов жизни путем циклических воздействий свет — темнота).

У человека и животных к Ф. п. относят зрение, фотопериодизм и др. У животных фотопериодически регулируются сезонные и годичные ритмы роста, размножения, запасания жира, линек, миграций и т.д. Под действием Уф-излучения происходит образование в организме витамина D из провитаминов. Пигментация кожи (загар) — защитный Ф. п., приводящий к образованию меланина.

Люминесценция — излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела при данной температуре и имеющее длительность, значительно превышающую период световых волн.

Для возникновения люминесценции требуется, следовательно, какой-либо источник энергии, отличный от равновесной внутренней энергии данного тела, соответствующий его температуре.

Как следует из самого определения, понятие люминесценции относится не к отдельным излучающим атомам или молекулам, а и к их совокупностям – телам. Элементарные акты возбуждения молекул и испускания света могут быть одинаковыми в случае теплового излучения и люминесценции. Различие состоит лишь в относительном числе тех или иных энергетических переходов.

Физическая природа люминесценции состоит в излучательных переходах электронов атомов или молекул из возбуждённого состояния в основное. При этом причиной первоначального их возбуждения могут служить различные факторы: внешнее излучение, температура, химические реакции и др.

Вещества, имеющие делокализованные электроны (сопряжённые системы), обладают самой сильной люминесценцией. Антрацен, нафталин, белки, содержащие ароматические аминокислоты и некоторые простетические группы, многие пигменты растений и в частности хлорофилл, а также ряд лекарственных препаратов обладают ярко выраженной способностью к люминесценции. Органические вещества, способные давать люминесцирующие комплексы со слабо люминесцентными неорганическими соединениями, часто используются в люминесцентном анализе.

Люминесцентное свечение тел принято делить на следующие виды:

фотолюминесценция — свечение под действием света (видимого и УФ-диапазона). Она, в свою очередь, делится на

флуоресценцию (время жизни 10-9-10-6 с);

фосфоресценцию (10-3-10 с);

хемилюминесценция — свечение, использующее энергию химических реакций;

катодолюминесценция — вызвана облучением быстрыми электронами (катодными лучами);

сонолюминесценция — люминесценция, вызванная звуком высокой частоты;

рентгенолюминесценция — свечение под действием рентгеновских лучей.

радиолюминесценция — при возбуждении вещества γ -излучением;

триболюминесценция — люминесценция, возникающая при растирании, раздавливании или раскалывании люминофоров. Триболюминесценция вызывается электрическим разрядами, происходящими между образовавшимися наэлектризованными частями — свет разряда вызывает фотолюминесценцию люминофора.

электролюминесценция- возникает при пропускании электрического тока через определенные типы люминофоров.

В настоящее время наиболее изучена фотолюминесценция.

По типу возбуждения различают: ионолюминесценцию, кандолюминесценцию, катодолюминесценцию, радиолюминесценцию, рентгенолюминесценцию, электролюминесценциюфотолюминесценцию,

хемилюминесценцию, триболюминесценцию.

По длительности люминесценции различают флуоресценцию, (короткое свечение) и фосфоресценцию (длительное свечение).

Флюориметрия (люминесцентный анализ) — определение концентрации вещества по интенсивности флюоресценции, возникающей при облучении вещества ультрафиолетовыми лучами. При соответствующих условиях этим путём можно обнаружить наличие ничтожных количеств вещества. Люминесцентный анализ делится на макроанализ — при наблюдении невооруженным глазом, и микроанализ, когда наблюдение производится при помощи микроскопа.Флюориметрия— метод установления количества люминесцирующего вещества по интенсивности возникающей при определенных условиях люминесценции. При этом предполагается, что существует определенная зависимость между интенсивностью люминесценции и концентрацией вещества. Флуориметрические методы, принципиально ничем не отличаясь от фотометрических и представляя лишь разновидность оптических методов, однако, имеют и свои специфические особенности. Успешное выполнение флуориметрических определений требует строгого соблюдения ряда условий. Далее, если для фотометрических измерений не требуется слишком строгой стабилизации источников света, так как обычно приборы построены по дифференциальной схеме, то в случае флуориметрических измерений условия стабильности источника света приобретают первостепенное значение, так как в силу некоторых технических трудностей обычно нельзя построить прибор (флуориметр) по двухлучевой схеме. Кроме того, в отличие от фотометрических измерений, требующих линейного расположения источника света, объекта и приемника света, флуориметрические измерения допускают построение приборов с различным расположением источников света, образца и приемников света. А это, в свою очередь, влияет на зависимость интенсивность излучения концентрация вещества.

 

Зако́ н Бугера — Ламберта — Бера — физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.

Закон выражается следующей формулой:

, где I₀ — интенсивность входящего пучка, l — толщина слоя вещества, через которое проходит свет, kλ — показатель поглощения (часто неправильно именуется коэффициентом поглощения).

Показатель поглощения характеризует свойства вещества и зависит от длины волны λ поглощаемого света. Эта зависимость называется спектром поглощения вещества.

История открытия закона

Закон Бугера — Ламберта — Бера экспериментально открыт французским учёным Пьером Бугером в 1729 году, подробно рассмотрен немецким учёным И. Г. Ламбертом в 1760 году и в отношении концентрации C проверен на опыте немецким учёным А. Бером в 1852 году.

Поглощение света растворами

Для растворов поглощающих веществ в непоглощающих растворителях показатель поглощения может быть записан как

, где — коэффициент, характеризующий взаимодействие молекулы поглощающего вещества со светом длины волны λ, C — концентрация растворённого вещества.

Утверждение, что χ λ не зависит от C, называется законом Бера (не путать с законом Бэра). Его смысл состоит в том, что способность молекулы поглощать свет не зависит от состояния других окружающих молекул. Однако наблюдаются многочисленные отклонения от этого закона, особенно в случае больших концентраций C.

Оптическая плотность D, мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей. Равна десятичному логарифму отношения потока излучения F0, падающего на слой, к ослабленному в результате поглощения и рассеяния потоку F, прошедшему через этот слой: D = lg (F0/F), иначе, Оптическая плотность есть логарифм величины, обратной пропускания коэффициенту слоя вещества: D = lg (1/t). Особенно широко Оптическая плотность пользуются для количественной оценки проявленных фотографических слоев как в черно-белой, так и в цветной фотографии, где методы её измерения составляют содержание отдельной дисциплины - денситометрии. Оптическая плотность зависит от набора частот n (длин волн l), характеризующего исходный поток; её значение для предельного случая одной единственной n называется монохроматической Оптическая плотность

Коэффициент направленного пропускания света (t) — отношение значения светового потока, нормально прошедшего сквозь образец (Фt), к значению светового потока, нормально падающего на образец (Ф0), отношение переданной мощности к мощности падающего излучения для данных условий спектрального состава, поляризации и геометрического распределения. Величина света, которая просачивается через поверхность материала, определяется коэффициентом пропускания, а количество, которое полностью растворяется в материале — коэффициентом поглощения. Количественные параметры данных трёх коэффициентов — отражения, пропускания и поглощения — могут отличаться различыми характеристиками, но отметим, что абсолютно во всех ситуациях общая сума всех коэффициентов равна единице. В реальности не существует ни одного элемента, который имел бы даже один из трех коэффициентов равный единице. Самое большое диффузное отзеркаливание характерно для только что выпавшего снег, химически абсолютно стерильные сернокислый барий и окись магния. Самое хорошее зеркальное отражение у полированного серебра без каких бы то ни было примесей и у профессионально отшлифованного алюминия.

Мощность коэффициента проникновения пишется в разнообразных справочниках для какой-либо ширины материала (часто для 1 см). К самым прозрачным элементам следует причислить особо чистый кварц и пару-тройку видов полиметилметакрилата (иначе называемого - органического стекла). Для них характерно теоретическое (реально не имеющее место быть! ) вещество с коэффициентом растворения в материале измеряемым 1, именуется «абсолютно черным телом». Наряду с отражением, пропускание света создаётся устремлённым (у органических либо силикатных стекол, поликарбоната, кварца, полистирола и т.п.), диффузным или рассредоточенным ( к примеру, у стекла молочного типа), направленно-рассеянным (у стекол матированного типа) и смешанным.

Колориметрия

так называется один из способов количественного определения содержания веществ в растворах; методы К. применимы к количественному определению всех тех веществ, которые дают окрашенные растворы, или могут быть, с помощью какой-либо реакции, превращены в растворе в окрашенное соединение. Колориметрические методы основываются на фотометрическом сравнении густоты окраски исследуемого раствора, рассматриваемого в пропущенном свете, с окраской нормального раствора, содержащего определенное количество этого красящего вещества, или же с окраской некоторой эмпирически подобранной окрашенной середины, принятой за норму. В основе К. лежат следующие положения: 1) светопоглощающая сила раствора окрашенного вещества в бесцветном растворителе растет пропорционально концентрации и толщине слоя жидкости, следовательно: 2) если приготовить два раствора разной концентрации того же красящего вещества в том же бесцветном растворителе, и найти такой толщины слои их, что рассмотренные в пропущенном свете они дадут одну силу света и окраски, то толщины этих слоев обратно пропорциональны содержанию в них красящего вещества. Всякое фотометрическое сравнение сводится к определению условий, при которых наступает равенство двух освещений, поэтому и в К., рассматривая свет, прошедший через слой нормальной жидкости, и свет, проходящий через слой исследуемой жидкости, мы меняем эти слои до тех пор, пока не получим равенства в силе пропущенного света

Устройство и принцип работы фотоэлектроколориметра предназначен для определения концентрации вещества в окрашенных растворах по их оптической плотности или коэффициенту светопропускания.

В качестве источника света в КФК-2 используется лампа накаливания (1). Световой поток от лампы накаливания проходит через диафрагму (2), объектив (3), усиливающий свет в 10 раз, и светофильтр (4).В КФК-2 имеется набор светофильтров. Использование конкретного цветового светофильтра позволяет пропускать через раствор лучи определенной длины волны, поглощение которых характерно для исследуемого вещества. Обычно эффективная длина волны и цвет светофильтра указывают в используемом методе. Световой поток, пройдя через светофильтр и кювету с раствором (5), падает на приемник света (6, 7) - фотоэлемент Ф-26 (в области спектра 315-540 нм) или фотодиод (в области спектра 590-980 нм). В фотоприемниках световая энергия преобразуется в электрическую, изменение количества которой отражает микроамперметр (9). Показания микроамперметра пропорцио- нальны силе светового потока, прошедшего через исследуемый раствор.

Радиационная биофизика

Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ, UV) — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовым концом видимого излучения и рентгеновским излучением (380 — 10 нм, 7, 9? 1014 — 3? 1016 Гц). Диапазон условно делят на ближний (380—200 нм) и дальний, или вакуумный (200—10 нм) ультрафиолет, последний так назван, поскольку интенсивно поглощается атмосферой и исследуется только вакуумными приборами. Многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света), и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. В то время ультрафиолетовое излучение называли также «актиническим излучением».Основной источник ультрафиолетового излучения на Земле — Солнце.

Виды ультрафиолетового излучения

Наименование Длина волны, нм Количество энергии на фотон Ближний NUV 400 нм — 300 нм 3.10 — 4.13 эВ

СреднийMUV 300 нм — 200 нм 4.13 — 6.20 эВ

Дальний FUV 200 нм — 122 нм 6.20 — 10.2 эВ

Экстремал.EUV, XUV 121 нм — 10 нм 10.2 — 124 эВ

ВакуумныйVUV 200 нм — 10 нм 6.20 — 124 эВ

Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон, UVA

400 нм — 315 нм 3.10 — 3.94 эВ

Чёрный свет

Ультрафиолет B (средний диапазон) UVB

315 нм — 280 нм 3.94 — 4.43 эВ

Ультрафиолет С, коротковолновой, UVC

280 нм — 100 нм 4.43 — 12.4 эВ

Биолог. действие УФ. Повышает тонус симпатико-адреналовой системы, активирует защитные механизмы, повышает уровень неспецифического иммунитета, а также увеличивает секрецию ряда гормонов. Под воздействием УФ излучения (УФИ) образуются гистамин и подобные ему вещества, которые обладают сосудорасширяющим действием, повышают проницаемость кожных сосудов. Изменяется углеводный и белковый обмен веществ в организме. Действие оптического излучения изменяет легочную вентиляцию — частоту и ритм дыхания; повышается газообмен, потребление кислорода, активизируется деятельность эндокринной системы. Особенно значительна роль УФ излучения в образовании в организме витамина Д, укрепляющего костно-мышечную систему и обладающего антирахитным действием. Особо следует отметить, что длительная недостаточность УФИ может иметь неблагоприятные последствия для человеческого организма, называемые «световым голоданием». Наиболее частым проявлением этого заболевания является нарушение минерального обмена веществ, снижение иммунитета, быстрая утомляемость и т. п.

Действие ультрафиолетового облучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи (загар) приводит к ожогам.Длительное действие ультрафиолета способствует развитию меланомы, различных видов рака кожи, ускоряет старение и появление морщин.

Ультрафиолетовое излучение неощутимо для глаз человека, но при интенсивном облучении вызывает типично радиационное поражение (ожог сетчатки).

Рентген. Излучение. X-лучи - вид электромагнитного излучения, имеющего меньшую длину волны, чем ультрафиолетовые электромагнитные волны. Длина волны X-лучей колеблется от 70 нм до 10-5нм. Чем короче длина волны X-лучей, тем больше энергия их фотонов и больше проникающая способность. X-лучи со сравнительно большой длиной волны (более 10 нм), называются мягкими. Длина волны 1 – 10нм характеризует жесткие X-лучи. Они обладают огромной проникающей способностью.

Рентгеновские лучи возникают, когда быстрые электроны, или катодные лучи, сталкиваются со стенками или анодом газоразрядной трубки низкого давления. Современная рентгеновская трубка представляет собой вакуумизированный стеклянный баллон с расположенными в нем катодом и анодом. Разность потенциалов между катодом и анодом (антикатодом), достигает несколько сотен киловольт. Катод представляет собой вольфрамовую нить, подогреваемую электрическим током. Это приводит к испусканию катодом электронов в результате термоэлектронной эмиссии. Электроны ускоряются электрическим полем в рентгеновской трубке. Поскольку в трубке очень небольшое число молекул газа, то электроны по пути к аноду практически не теряют своей энергии. Они достигают анода с очень большой скоростью.

Рентгеновские лучи возникают всегда, когда движущиеся с высокой скоростью электроны тормозятся материалом анода. Большая часть энергии электронов рассеивается в виде тепла. Поэтому аноде необходимо искусственно охлаждать. Анод в рентгеновской трубке должен быть сделан из металла, имеющего высокую температуру плавления, например, из вольфрама.

Часть энергии, не рассеивающая в форме тепла, превращается в энергию электромагнитных волн (рентгеновские лучи). Таким образом, рентгеновские лучи являются результатом бомбардировки электронами вещества анода. Есть два типа рентгеновского излучения: тормозное и характеристическое.

Рентгеновская трубка, электровакуумный прибор, служащий источником рентгеновского излучения. Такое излучение возникает при торможении электронов, испускаемых катодом, и их ударе об анод (антикатод); при этом энергия электронов, ускоренных сильным электрическим полем в пространстве между анодом и катодом, частично преобразуется в энергию рентгеновского излучения. Излучение Р.т. представляет собой наложение тормозного рентгеновского излучения на характеристическое излучение вещества анода (см. Рентгеновские лучи). Р. т. различают: по способу получения потока электронов — с термоэмиссионным (подогревным) катодом, автоэмиссионным (острийным) катодом, катодом, подвергаемым бомбардировке положительными ионами и с радиоактивным (b) источником электронов; по способу вакуумирования — отпаянные, разборные; по времени излучения — непрерывного действия, импульсные; по типу охлаждения анода — с водяным, масляным, воздушным, радиационным охлаждением; по размерам фокуса (области излучения на аноде) — макрофокусные, острофокусные и микрофокусные; по его форме — кольцевой, круглой, линейчатой формы; по способу фокусировки электронов на анод — с электростатической, магнитной, электромагнитной фокусировкой.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: