🗊Презентация Теория возбуждения рентгеновского излучения. Закон Мозли

Теория возбуждения рентгеновского излучения. Характеристическое и тормозное излучение. Закон Мозли.

Теория возбуждения рентгеновского излучения. Рентгеновские лучи – это электромагнитное излучение, которое возникает либо при торможении свободно движущейся заряженной частицы, либо при электронных переходах во внутренних оболочках атома.

Это приводит к переходам с более высоких уровней на уровень вакансии с излучением рентгеновского кванта. Частота линии рентгеновского излучения определяется правилом частот Бора: ħω=ε1ε2. Поскольку рентгеновское излучение коротковолновое, разность энергий в начальном и конечном состояниях атома очень велика и в случае тяжелых элементов превосходит в тысячи, десятки и сотни тысяч раз соответствующую разность в оптической области спектра. Это указывает на то, что квантовые переходы совершаются внутренними, а не наружными (валентными) электронами атома. Но для того, чтобы такие переходы были возможны, необходимо, чтобы внутри электронной оболочки атома были свободные места, не заполненные электронами, на которые могут переходить электроны из других квантовых состояний атома. Такие свободные места образуются при воздействии на атом быстрых электронов, фотонов высоких энергий или других быстрых частиц.

Устройство рентгеновской трубки. Наиболее распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка. Рентгеновская трубка представляет собой двух-электродный вакуумный прибор (рис. 2.1). Подогреваемый катод 1 испускает электроны 4. Анод 2, называемый часто антикатодом, имеет наклонную поверхность, для того чтобы направить возникающее рентгеновское излучение 3 под углом к оси трубки. 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.

Для диагностических трубок важна точечность источника рентгеновских лучей, чего можно достигнуть, фокусируя электроны в одном месте антикатода. Поэтому конструктивно приходится учитывать две противоположные задачи: с одной стороны, электроны должны попадать на одно место анода, с другой стороны, чтобы не допустить перегрева, желательно распределение электронов по разным участкам анода. В качестве одного из интересных технических решений является рентгеновская трубка с вращающимся анодом (рис. 2.2).

Характеристическое рентгеновское излучение имеет не сплошной, а линейчатый спектр. Этот тип излучения возникает, когда быстрый электрон, достигая анода, проникает во внутренние орбитали атомов и выбивает один из их электронов. В результате появляется свободное место, которое может быть заполнено другим электроном, спускающимся с одной из верхних атомных орбиталей. Такой переход электрона с более высокого на более низкий энергетический уровень вызывает рентгеновское излучение определенной дискретной длины волны. В отличие от оптических спектров характеристические рентгеновские спектры разных атомов однотипны. На рис. 5.2 показаны спектры различных элементов. Характеристический рентгеновский спектр атома не зависит от химического соединения, в которое этот атом входит.

На рис. 6 воспроизведена фотография К – серии различных элементов, полученная Мозли. Спектры различных элементов расположены относительно друг друга так, что расстояние каждой линии от левого края рисунка приблизительно пропорционально длине волны этой линии. Сами элементы расположены в порядке возрастания атомных номеров от кальция (Z=20) до цинка (Z=30), входящего в состав латуни. Исследования Мозли впервые экспериментально показали, что основной величиной, определяющей место элемента в периодической таблице, является не атомная масса, а атомный номер элемента. Характеристические рентгеновские спектры позволяют однозначно определять атомные номера элементов. До исследований Мозли не было выяснено, какой из элементов – кобальт с атомной массой 58,933 или никель с атомной массой 58, 71 – надо поставить раньше в периодической таблице. Из рис. 6 ясно видно, что кобальт надо поставить между железом и никелем, хотя его атомная масса и больше, чем у никеля.

Список источников и литературы: All-Физика, 2009-2016 Рентгеновское изучение и его применение в медицине// http://www.all-fizika.com/article/index.php?id_article=1983 Изотов В.В., Аникеенок О.А., Дыганов А.Г Методическое пособие к лабораторным работам по атомной и ядерной физике «Рентгеновское излучение». Зеленодольск , 2007// kpfu.ru/docs/F1775573745/Xrsr_zd.doc Ремизов А. Н. Медицинская и биологическая физика: учебник – 4-е изд., испр. и перераб. – 2012. – 648 с.// http://vmede.org/sait/?page=40&id=Medbiofizika_remizov_2012&menu=Medbiofizika_remizov_2012 Савельев И. В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц: Учеб. пособие для втузов – М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2002. -368 с. Сивухин Д. В. Общий курс физики: Учеб. Пособие для вузов. В 5 т. Т.V. Атомная и ядерная физика – 3-е изд. Стер. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 784 с.

Спасибо за внимание!