ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 1. ПОНЯТИЕ

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 1. ПОНЯТИЕ И ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ. Лекция № 1 2. ПРИРОДА И ВИДЫ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУ- РЕНТГЕНОВСКОЕ ЧЕНИЯ. РЕНТГЕНОВСКАЯ ИЗЛУЧЕНИЕ: ТРУБКА. 3. МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВА- ПОЛУЧЕНИЕ, НИЯ И СПЕКТР ТОРМОЗ- ПРИРОДА НОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. 4. МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВА- И СВОЙСТВА НИЯ И СПЕКТР ХАРАКТЕ- РИСТИЧЕСКОГО ИЗЛУ- ЧЕНИЯ.

1. ПОНЯТИЕ И ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ ИОНИЗИРУЮЩИМИ К ИОНИЗИРУЮЩИМ ИЗЛУЧЕНИЯМ НАЗЫВАЮТСЯ ВСЕ ОТНОСЯТСЯ: ИЗЛУЧЕНИЯ, • КОРОТКОВОЛНОВОЙ КОТОРЫЕ ПРИ УФ (10 -200 нм) ДЕЙСТВИИ • РЕНТГЕНОВСКОЕ НА ВЕЩЕСТВО ИЗЛУЧЕНИЕ НЕПОСРЕДСТВЕННО • ВСЕ ВИДЫ РАДИО- ВЫЗЫВАЮТ АКТИВНЫХ (ЯДЕР- ЕГО ИОНИЗАЦИЮ. НЫХ) ИЗЛУЧЕНИЙ - АЛЬФА-, БЕТА-, ГАММА-, НЕЙТРОННОЕ.

2. ПРИРОДА И ВИДЫ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА КЛАССИФИКАЦИЯ РЕНТГЕНОВСКОЕ 1) ПО ДЛИНЕ ВОЛНЫ И ИЗЛУЧЕНИЕ – ПРОНИКАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ: • МЯГКОЕ – длина ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ волны больше, ВОЛНЫ, проникающая способность меньше, НА ШКАЛЕ - МЕЖДУ УФ и И ГАММА-излучением • ЖЕСТКОЕ – длина (80 – 10 -5 нм, волны меньше, коротковолновое). проникающая способность больше.

Виды рентгеновского излучения КЛАССИФИКАЦИЯ И то, и другое можно 2) ПО МЕХАНИЗМУ получить с помощью ИЗЛУЧЕНИЯ рентгеновской трубки. И СПЕКТРАМ – Это наиболее распространенный • ТОРМОЗНОЕ источник и рентгеновского излучения. • ХАРАКТЕРИСТИ- ЧЕСКОЕ.

Рентгеновская трубка РЕНТГЕНОВСКАЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ТРУБКА – ЭМИССИЯ – испускание электронов ДВУХЭЛЕКТРОДНЫЙ нагретым металлом. ВАКУУМНЫЙ ПРИБОР. (При увеличении В ОСНОВЕ РАБОТЫ - температуры ЯВЛЕНИЕ усиливается тепловое ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЙ движение свободных ЭМИССИИ. электронов, их энергия растет, и они могут выходить из металла. )

Рентгеновская трубка КАТОД нагревается В РЕЗУЛЬТАТЕ электрическими токами ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ и испускает электроны. С АТОМАРНЫМ ПОЛЕМ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ТРУБКИ ("-" на И ВЕЩЕСТВОМ АНОДА катоде, "+" на аноде) ЭЛЕКТРОНЫ, ОБРАЗУЕТСЯ УСКОРЯЯСЬ, РЕНТГЕНОВСКОЕ ЛЕТЯТ К АНОДУ. ИЗЛУЧЕНИЕ.

Конструктивные особенности Катод АНОД (иначе АНТИКАТОД) - из тугоплавких Электроны теплопроводящих материалов. Может быть со Рент- специальной системой геновское Анод охлаждения или излучение вращающийся.

3. ТОРМОЗНОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ОБРАЗУЕТСЯ ТЕОРИЯ МАКСВЕЛЛА: ПРИ ТОРМОЖЕНИИ "БЫСТРЫХ" • ВОКРУГ ДВИЖУЩИХСЯ ЭЛЕКТРОНОВ - ЭП И МП; ЭЛЕКТРОНОВ • ПРИ УМЕНЬШЕНИИ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ АТОМАРНЫМ ЭЛЕКТРОНОВ - ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ УМЕНЬШЕНИЕ ИНДУКЦИИ ПОЛЕМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ АНОДА • ПОРОЖДЕНИЕ В ПРОСТРАНСТВЕ ЦЕПОЧКИ (ПОЛЕМ АТОМАРНЫХ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ). ИЗМЕНЕНИЙ ЭП И МП, т. е. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА В РАМКАХ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ: e. U = h + Q. ПРИ ТОРМОЖЕНИИ КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ Здесь ЭЛЕКТРОНОВ ПЕРЕХОДИТ В ДРУГИЕ ВИДЫ ЭНЕРГИИ – е – заряд электрона, U – напряжение между • ЧАСТИЧНО В ЭНЕРГИЮ катодом и анодом, ЭМ ИЗЛУЧЕНИЯ, e. U – энергия электрона, • ЧАСТИЧНО ВО h - квант тормозного ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ излучения, АТОМОВ АНОДА, ВЫЗЫВАЯ ЕГО НАГРЕВАНИЕ Q – тепло.

СПЕКТР ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ СПЕКТР ТОРМОЗНОГО ДВУМЯ СЛАГАЕМЫМИ РЕНТГЕНОВСКОГО СЛУЧАЙНО. ИЗЛУЧЕНИЯ - ПОЭТОМУ НЕПРЕРЫВНЫЙ ПРИ ТОРМОЖЕНИИ (СПЛОШНОЙ). БОЛЬШОГО ЧИСЛА ЭЛЕКТРОНОВ Ф ОБРАЗУЕТСЯ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ДЛИН ВОЛН. λmin λ

СПЕКТР ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СПЕКТР РЕНТГЕНОВСКОГО СПЕКТР ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ – ИЗЛУЧЕНИЯ ИМЕЕТ ЗАВИСИМОСТЬ ЧЕТКУЮ ГРАНИЦУ ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ СО СТОРОНЫ КОРОТКИХ ОТ ЕГО ДЛИНЫ ВОЛНЫ, ВОЛН. ( ). Причина: Энергия фотона рентгеновского ПОТОК ИЗЛУЧЕНИЯ – излучения ЭНЕРГИЯ, ИЗЛУЧАЕМАЯ не может быть больше ВЕЩЕСТВОМ энергии ускоренного В ЕДИНИЦУ ВРЕМЕНИ. электрона, hν ≤ e. U.

Коротковолновая граница спектра тормозного излучения Наибольшая величина Q = 0; кванта, e. U = h max а значит, максимальная частота и минимальная длина max = e. U / h; волны – или при условии, e. U = hc / min что вся энергия ускоренного электрона перейдет в min = hc / (e. U). энергию фотона:

Влияние напряжения на трубке ИЗМЕНЕНИЕ 1) При УВЕЛИЧЕНИИ ХАРАКТЕРИСТИК напряжения на трубке ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ меняются и поток (положения коротковолновой излучения, границы и величины и его спектральный максимума) состав: можно получить ДВУМЯ СПОСОБАМИ: • УВЕЛИЧИВАЕТСЯ ПОТОК, 1) ИЗМЕНЕНИЕ • ВОЗРАСТАЕТ ЖЕСТ- НАПРЯЖЕНИЯ НА КОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ ТРУБКЕ (МЕЖДУ АНОДОМ и коротковолновая И КАТОДОМ), граница спектра 2) ИЗМЕНЕНИЕ смещается в сторону ТЕМПЕРАТУРЫ НАКАЛА МЕНЬШИХ ДЛИН ВОЛН. КАТОДА.

Фmax , λmin Пояснение При увеличении напряжения на трубке а) увеличиваются б) увеличивается число скорость и энергия электронов (из электронного облака вокруг катода), увеличиваются достигающих анода кванты тормозного излучения, т. е. увеличивается поток ν растет, λ уменьшается; энергии.

Влияние температуры накала катода 2) При УВЕЛИЧЕНИИ Пояснение температуры накала В этом случае катода усиливается эмиссия ПОТОК ИЗЛУЧЕНИЯ электронов; УВЕЛИЧИВАЕТСЯ т. к. их больше в облаке, БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ больше и долетает до СПЕКТРАЛЬНОГО анода. СОСТАВА. Однако энергия электронов, а значит, и величина излученных квантов не меняются.

Иллюстрации ИЗМЕНЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ТРУБКЕ НАКАЛА КАТОДА Ф 2 2 1 λ U 2 > U 1 t° 2 > t° 1

4. ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Общий механизм • ВСЕГДА ОБРАЗУЕТСЯ • ТАК КАК ЭНЕРГИЯ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ВНЕШНИХ ЭЛЕКТРО- СВОБОДНОГО МЕСТА В НОВ БОЛЬШЕ, ЧЕМ ОДНОМ ИЗ ВНУТРЕННИХ, ЭЛЕКТРОННЫХ СЛОЕВ ИЗБЫТОК ЭНЕРГИИ АТОМА. ВЫСВЕЧИВАЕТСЯ • НА ЭТО МЕСТО В ВИДЕ КВАНТА ОБЯЗАТЕЛЬНО ПЕРЕХО- ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ДИТ ЭЛЕКТРОН ИЗ ИЗЛУЧЕНИЯ. БОЛЕЕ УДАЛЕННОГО ОТ ЯДРА СЛОЯ.

Возникновение в рентгеновской трубке Причина возникновения электронной вакансии в рентгеновской трубке • ЭЛЕКТРОН • УВЕЛИЧЕНИЕ ПРЕОДОЛЕВАЕТ НАПРЯЖЕНИЯ ОТТАЛКИВАНИЕ ПОЛЯ АТОМАРНЫХ между катодом и анодом ЭЛЕКТРОНОВ АНОДА И ПРОНИКАЕТ ВГЛУБЬ • ЭЛЕКТРОН В ПОЛЕ АТОМА ТРУБКИ СИЛЬНЕЕ УСКОРЯЕТСЯ, • ТАМ ОН ВЫБИВАЕТ ПРИОБРЕТАЕТ ЭЛЕКТРОН БОЛЬШУЮ ЭНЕРГИЮ ИЗ ВНУТРЕННЕГО СЛОЯ

Спектр характеристического излучения РАСПОЛОЖЕНИЕ ВНУТРЕННИЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ СЛОИ АТОМОВ, ЭЛЕКТРОННЫХ СЛОЕВ КАК ПРАВИЛО, ЗАПОЛНЕНЫ, СТРОГО ОПРЕДЕЛЕНО т. е. , ОДИНАКОВЫ У АТОМОВ СПЕКТР РАЗНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ РЕНТГЕНОВСКИЕ ДИСКРЕТНЫЙ СПЕКТРЫ АТОМОВ (ЛИНЕЙЧАТЫЙ). ИМЕЮТ ОСОБЕННОСТИ Он возникает на фоне В СРАВНЕНИИ сплошного спектра при увеличении напряжения С ОПТИЧЕСКИМИ на трубке. АТОМНЫМИ СПЕКТРАМИ.

Особенности характеристических спектров 1) ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ С УВЕЛИЧЕНИЕМ СПЕКТРЫ ПОРЯДКОВОГО НОМЕРА РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИСПУСКАЮЩЕГО ОДНОТИПНЫ ПО ЭЛЕМЕНТА ФОРМЕ. (В ТРУБКЕ - ВЕЩЕСТВА АНОДА) ОНИ ОТЛИЧАЮТСЯ СПЕКТРЫ СДВИГАЮТСЯ ЛИШЬ В СТОРОНУ ПОЛОЖЕНИЕМ НА ОСИ МЕНЬШИХ ДЛИН ВОЛН: (БОЛЬШИХ ЧАСТОТ).

Особенность 1 Эту закономерность ПРИЧИНА: описывает ЗАКОН МОЗЛИ: УСИЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НА ЭЛЕКТРОННЫЕ = A (Z - B). ПЕРЕХОДЫ Здесь ЯДРА АТОМА – - частота спектральной линии, ЗАРЯД ЯДРА УВЕЛИЧИВАЕТСЯ С А и В – постоянные УВЕЛИЧЕНИЕМ (учитывают взаимное ПОРЯДКОВОГО НОМЕРА расположение электронных слоев «Z» ЭЛЕМЕНТА. и влияние ближайших к ядру электронов).

Особенность 2 2) ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЙ СПЕКТР ЭЛЕМЕНТА ПЕРЕХОДИМ К НЕ ЗАВИСИТ РАССМОТРЕНИЮ ОТ ТОГО, ДРУГИХ ВИДОВ В КАКОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ СОЕДИНЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЙ – ОН ВХОДИТ. РАДИОАКТИВНЫХ, или ЯДЕРНЫХ. Отсюда и название характеристическое, характерное для данного элемента.