Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение (рентгеновские лучи) представляют собой электромагнитное излучение с длинами волн, лежащими в диапазоне от 10 до 10 нм и занимают спектральную область между гамма-излучением и ультрафиолетовым излучением. Рентгеновское излучение с длиной волны X 0,2 нм — мягким. Источниками рентгеновского излучения являются рентгеновские трубки, естественные и искусственные радионуклиды, Солнце и другие космические объекты.
Рентгеновские лучи имеют ту же природу, что и лучи видимого света, т.е. являются электромагнитными колебаниями, но с очень малой длиной волны. Рентгеновские лучи распространяются прямолинейно, не отклоняются ни электрическим, ни магнитным полями.
Спектр рентгеновского излучения бывает линейчатым (характеристическим) и непрерывным. Рентгеновское излучение с линейчатым спектром возникает в результате ионизации атома с выбрасыванием электрона с одной из его внутренних оболочек. Непрерывный спектр имеет тормозное излучение быстрых заряженных частиц.
Мягкое рентгеновское излучение (сильно поглощаемое веществом) с длиной волны 1—2,5 нм (Букки-лучи; по имени американского рентгенолога Г.Букки) применяется в медицине, в частности при лучевой терапии. Сильно проникающее рентгеновское излучение называется жестким.
Рентгеновское излучение возникает при столкновении быстрых электронов с атомами вещества анода в рентгеновской трубке. Взаимодействуя с ядрами атома, электроны тормозятся и испускают фотоны тормозного излучения. Интегральная интенсивность тормозного излучения пропорциональна силе тока, квадрату напряжения на рентгеновской трубке и атомному номеру вещества анода. При прохождении через вещество электроны взаимодействуют также с электронной оболочкой атома, выбивая электроны из его внутренних оболочек. При этом атом испускает характеристическое излучение.
Тормозное излучение — это квантовое излучение с непрерывным спектром, возникающее при изменении скорости заряженных частиц. Тормозное излучение возникает в рентгеновских трубках при торможении электронов на мишени из вещества с большим атомным номером.
Характеристическое излучение — квантовое излучение с дискретным спектром, возникающее ври изменении энергетического состояния атома.
Энергия ускоренных в рентгеновской трубке электронов почти целиком превращается в тепловую, лишь незначительная часть ее (около 5 % при напряжении 100 кВ) преобразуется в энергию тормозного и характеристического излучения.
Ослабление излучения происходит за счет его поглощения и рассеяния. Поглощение рентгеновского излучения обусловлено фотоэффектом, а рассеяние — комптон-эффектом и классическим когерентным рассеянием излучения.
Главнейшие свойства рентгеновских лучей состоят в следующем.
1. Сильная проникающая способность.
Все тела прозрачны для рентгеновского излучения и прозрачность зависит от толщины тел. Пучок лучей, прошедший через слой тела, имеет меньшую интенсивность, чем попадающий на этот слой. 2. Способность вызывать свечение некоторых тел.
Если между рентгеновской трубкой и экраном поместить какое-либо неоднородное тело, например, руку, то кости руки задержат лучи сильнее, а мышцы — слабее и на экране получится тень скелета кисти руки, потому что в тех местах экрана, куда попадает меньше энергии рентгеновского излучения, свечение его будет слабее.
3. Действие на фотографическую пленку.
Рентгеновские лучи подобно лучам света вызывают ее почернение, что позволяет фотографировать ту теневую картину, которая получается при просвечивании исследуемых тел.
4. Способность ионизировать газы.
Это свойство позволяет не только обнаруживать лучи, но и судить об их интенсивности, измеряя ионизационный ток в газе.
5. Биохимическое действие на живой организм.
Это СВОЙСТВО манию широкое применение рентгеновского излучения в медицине при лечении накожных (поверхностных) заболеваний и заболеваний внутренних органов, что учитывается при работе с излучением, так как продолжительное его действие на организм чрезвычайно вредно и опасно. Проникающая способность рентгеновских лучей в зависимости от условий их возбуждения различна. Жесткие лучи обладают большей проникающей способностью, а мягкие — меньшей.

Согласно Закону Мозли, корень квадратный из частоты ν спектральной линии характеристического излучения элемента есть линейная функция его порядкового номера Z:

где R — постоянная Ридберга, Sn — постоянная экранирования, n — главное квантовое число. На диаграмме Мозли зависимость от Z представляет собой ряд прямых (К-, L-, М- и т. д. серии, соответствующие значениям n = 1, 2, 3,...).

Закон Мозли явился неопровержимым доказательством правильности размещения элементов в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и содействовал выяснению физического смысла Z.

В соответствии с Законом Мозли, рентгеновские характеристические спектры не обнаруживают периодических закономерностей, присущих оптическим спектрам (см. Атомные спектры). Это указывает на то, что проявляющиеся в характеристических рентгеновских спектрах внутренние электронные оболочки атомов всех элементов имеют аналогичное строение.

Распределение Ма́ксвелла

Распределение Ма́ксвелла — распределение вероятности, встречающееся в физике и химии. Оно лежит в основании кинетической теории газов, которая объясняет многие фундаментальные свойства газов, включая давление и диффузию. Распределение Максвелла также применимо для электронных процессов переноса и других явлений. Распределение Максвелла применимо к множеству свойств индивидуальных молекул в газе. О нём обычно думают как о распределении энергий молекул в газе, но оно может также применяться к распределению скоростей, импульсов, и модуля импульсов молекул. Также оно может быть выражено как дискретное распределение по множеству дискретных уровней энергии, или как непрерывное распределение по некоторому континууму энергии.

Скорости молекул газа имеют различные значения и направления, причем из-за огромного числа соударений, которые ежесекундно испытывает молекула, скорость ее постоянно изменяеться. Поэтому нельзя определить число молекул, которые обладают точно заданной скоростью v в данный момент времени, но можно подсчитать число молекул, скорости которых имеют значение, лежащие между некоторыми скоростями v1 и v2 . На основании теории вероятности Максвелл установил закономерность, по которой можно определить число молекул газа, скорости которых при данной температуре заключены в некотором интервале скоростей. Согласно распределению Максвелла, вероятное число молекул в единице объема; компоненты скоростей которых лежат в интервале от до , от до и от до , определяются функцией распределения Максвелла

где m - масса молекулы, n - число молекул в единице объема. Отсюда следует, чтсг число молекул, абсолютные значения скоростей которых лежат в интервале от v до v + dv, имеет вид

Распределение Максвелла достигает максимума при скорости , т.е. такой скорсти, к которой близки скорости большинства молекул. Площадь заштрихованной полоски с основанием dV покажет, какая часть от общего числа молекул имеет скорости, лежащие в данном интервале. Конкретный вид функции распределения Максвелла зависит от рода газа (массы молекулы) и температуры. Давление и объем газа на распределение молекул по скоростям не влияет.

Кривая распределения Максвелла позволит найти среднюю арифметическую скорость

.
Таким образом,

(11.1)

С Повышением температуры наиболее вероятная скорость возрастает, поэтому максимум распределения молекул по скоростям сдвигается в сторону больших скоростей, а его абсолютная величина уменьшается. Следовательно, при нагревании газа доля молекул, обладающих малыми скоростями уменьшается, а доля молекул с большими скоростями увеличивается

Диспе́рсия све́та (разложение света) — это явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны (или частоты) света (частотная дисперсия), или, что то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе — оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней:

у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления,

у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.

Однако в некоторых веществах (например в парах йода) наблюдается эффект аномальной дисперсии, при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. Говоря строже, аномальная дисперсия широко распространена, например, она наблюдается практически у всех газов на частотах вблизи линий поглощения, однако у паров йода она достаточно удобна для наблюдения в оптическом диапазоне, где они очень сильно поглощают свет.

Монохроматор — спектральный оптико-механический прибор, предназначенный для выделения монохроматического излучения. Монохроматор состоит из следующих основных частей и узлов: входная спектральная щель, коллиматорный объектив, диспергирующий элемент (призма или дифракционная решётка), фокусирующий объектив и выходная спектральная щель, которая выделяет излучение, принадлежащее узкому интервалу длин волн. Возможность сканирования спектра (выбора нужного спектрального диапазона) обеспечивается путем поворота диспергирующего элемента вручную либо с помощью специального механизма.

Спектр излучения (или поглощения) — это набор волн определенных частот, которые излучает (или поглощает) атом данного вещества.
Спектры бывают сплошные, линейчатые и полосатые. Сплошные спектры излучают все вещества, находящиеся в твердом или жидком состоянии. Сплошной спектр содержит волны всех частот видимого света и поэтому выглядит как цветная полоса с плавным переходом от одного цвета к другому в таком порядке: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый.
Линейчатые спектры излучают все вещества в атомарном состоянии. Атомы всех веществ излучают свойственные только им наборы волн вполне определенных частот. Линейчатые спектры излучения выглядят как цветные линии, разделенные промежутками. Природа линейчатых спектров объясняется тем, что у атомов конкретного вещества существуют только ему свойственные стационарные состояния со своей характерной энергией, а следовательно, и свой набор пар энергетических уровней, которые может менять атом, т. е. электрон в атоме может переходить только с одних определенных орбит на другие, вполне определенные орбиты для данного химического вещества.
Полосатые спектры излучаются молекулами. Выглядят полосатые спектры подобно линейчатым, только вместо отдельных линий наблюдаются отдельные серии линий, воспринимаемые как отдельные полосы. Характерным является то, что какой спектр излучается данными атомами, такой же и поглощается, т. е. спектры излучения по набору излучаемых частот совпадают со спектрами поглощения. Поскольку атомам разных веществ соответствуют свойственные только им спектры, то существует способ определения химического состава вещества методом изучения его спектров. Этот способ называется спектральным анализом. Спектральный анализ применяется для определения химического состава ископаемых руд при добыче полезных ископаемых, для определения химического состава звезд, атмосфер, планет; является основным методом контроля состава вещества в металлургии и машиностроении.

Электри́ческий заря́д — это связанное с телом свойство, позволяющее ему быть источником электрического поля и участвовать в электромагнитных взаимодействиях. Заряд является количественной характеристикой. Единица измерения заряда в СИ — кулон — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1с. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году. Заряд в один кулон очень велик. Если бы два носителя заряда (q1 = q2 = 1Кл) расположили в вакууме на расстоянии 1 м, то они взаимодействовали бы с силой 9×10⁹ H.

Поиск по сайту: