Тормозное рентгеновское излучение

Квантовая природа электромагнитного излучения проявляется также в свойствах тормозного рентгеновского излучения. Тормозное рентгеновское излучение возникает при бомбардировке быстрыми электронами металлических мишеней. В электронной трубке (рис. 5) свободные электроны возникают вследствие термоэлектронной эмиссии с нагреваемого

Рис. 5.

током катода К (вольфрамовой спирали). Цилиндр Цслужит для фокусировки электронного пучка. Давление газа в таких трубках составляет 10-5…10-7 ммрт. ст. Антикатод трубки Акслужит одновременно и анодом.

Почти вся энергия электронов выделяется на антикатоде в виде тепла (в излучение превращается лишь I…3% энергии). Поэтому в мощных трубках антикатод приходится интенсивно охлаждать. С этой целью в теле антикатода делаются каналы, по которым циркулирует охлаждающая жидкость (вода или масло).

Если между катодом и антикатодом приложено напряжение U, электроны разгоняются до энергии eU. Попав в вещество антикатода, электроны испытывают сильное торможение и становятся источником электромагнитных волн. Напряжение на рентгеновской трубке может достигать 50 кВ и скорость электрона при этом составляет 0,4 с. Согласно классической электродинамике при торможении электрона должны возникать волны всех длин – от нуля до бесконечности. Длина волны, на которую приходится максимум интенсивности излучения, должна уменьшаться по мере увеличения скорости электронов, т. е. напряжения на трубке U. На рис. 6 даны экспериментальные кривые распределения интенсивности тормозного рентгеновского излучения по длинам волн,

Рис. 6.

полученные для разных значений U. Как видно из рисунка, выводы теории в основном подтверждаются на опыте. Однако имеется одно принципиальное отступление от требований классической электродинамики. Оно заклюю-чается в том, что кривые распределения интенсивности не идут к началу координат, а обрываются при конечных значениях длины волны lмин. Экспериментально установлено, что коротковолновая граница тормозного рентге-новского спектра lмин связана с ускоряющим напряжением U соотношением:   lмин = 12390/U, (9)

где l_мин выражена в ангстремах, а U в вольтах.

Существование коротковолновой границы непосредственно вытекает из квантовой природы излучения. Действительно, если излучение возникает за счет энергии, теряемой электроном при торможении, то величина кванта w не может превысить энергию электрона eU: w < eU.

Отсюда получается, что частота излучения не может превысить значения w_мin = eU следовательно длина волны не может быть меньше значения:

l_мin = 2pс/w_мin = 2p с/eU (e = w = 2p c/l) (10)

Таким образом, мы пришли к эмпирическому соотношению (9). Найденное из сопоставления (9) и (10) значение, и хорошо согласуется со значениями, определенными иными способами. Из всех методов определения постоянной планка метод, основанный на измерении коротковолновой границы тормозного рентгеновского спектра, считается самым точным.

Поиск по сайту: