Физические основы рентгеновского излучения

Рентгеновское излучение это электромагнитное излучение с длиной волны от 0.01 нм до 10 нм. Кванты рентгеновского излучения локализованы в области, имеющей размер длины волны, сравнимой с размерами атомов вещества. Поэтому кванты рентгеновского излучения могут проходить через вещество, практически не рассеиваясь на его атомах. На Рис.1. показан упрощенный процесс прохождения рентгеновских квантов с различной длиной волны через вещество. Как показано на рисунке, кванты с большей длиной волны будут испытывать большее число столкновений с атомами вещества, в то время как кванты с малой длиной волны или с большей энергией могут проходить через вещество, практически не рассеиваясь на атомах. Затухание интенсивности рентгеновского потока в среде описывается экспоненциальным законом и зависит как от энергии рентгеновского кванта, так и от электронной плотности среды (величины заряда атомов вещества).

Ошибка создания миниатюры: По видимому, отсутствует файл C:\xampp\htdocs\wt/images/1/19/Рисунок1.png

Рис. 1. . Процесс прохождения рентгеновских квантов с различной длиной волны через вещество

Наиболее простым и достаточно удобным способом получения рентгеновского излучения является использование рентгеновских трубок. Схематически такая трубка показана на рисунке 2. Трубка состоит из накального катода и анода, которые расположены в вакуумном объеме. Между этими электродами прикладывается высокое напряжение от единиц до сотен киловольт.

Рис. 2. . Схематическое представление рентгеновской трубки

Электроны, эмитированные с горячего катода, ускоряются анодным напряжением^[1] и попадают на анод. В результате взаимодействия с материалом анода генерируется рентгеновское излучение. В процессе взаимодействия ускоренных электронов с атомами материала анода испускается два типа рентгеновских квантов. Схема процессов формирования, рентгеновского излучения показана на рис3.

Ошибка создания миниатюры: По видимому, отсутствует файл C:\xampp\htdocs\wt/images/b/b5/Рисунок3.png

Рис. 3. . Процессы взаимодействия ускоренных электронов с атомами анода

Один тип испускаемых квантов это кванты характеристического излучения с энергиями, определяемыми энергетическими уровнями атомов анода. Они излучаются в результате взаимодействия ускоренных электронов с электронами атомной оболочки (Рис 3 (а)). Другой тип это кванты тормозного излучения, излучаются в результате взаимодействия падающих электронов с потенциалом ядра атома (Рис 3 (б)). Спектр тормозного излучения является непрерывным.

Ошибка создания миниатюры: По видимому, отсутствует файл C:\xampp\htdocs\wt/images/d/d6/Рисунок4.png

Рис. 4. . . Спектры излучения рентгеновской трубки с W анодом при различных ускоряющих напряжениях. Представленные спектры рассчитаны с помощью компьютерной программы [1] адаптированной для расчета спектров медицинских рентгеновских трубок [2].

Спектр излучениярентгеновской трубки зависит как от ускоряющего анодного напряжения, так и от тока, проходящего через трубку. На рис. 4 приведены расчетные спектры от рентгеновской трубки с анодом из вольфрама (W) при различных ускоряющих напряжениях. Из представленного рисунка видно, что с увеличением ускоряющего напряжения возрастает интенсивность спектра и энергия рентгеновских квантов. Максимум спектра ^[2] сдвигается в область высоких энергий. При напряжениях на трубке превышающих порог возбуждения характеристических линий W (67, 65 кэВ) На спектре появляются пики характеристических линий.

Используемые источники

1. ↑ Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1989. - 356с.
2. ↑ Большая советская энциклопедия. – М.: Советская энциклопедия, 1976. -234