Теория возбуждения рентгеновского излучения. Закон Мозли презентация

Вильгельмом Рентгеном. Он изучал катодные лучи в газоразрядной трубке низкого давления при высоком напряжении между ее электродами. Трубка оказалась источником излучения, которое могло проникать через бумагу, дерево, стекло и даже пластинку алюминия толщиной в полтора сантиметра. Рентген назвал эти лучи X-лучами.
Теперь известно, что X-лучи - вид электромагнитного излучения, имеющего меньшую длину волны, чем ультрафиолетовые электромагнитные волны.
Длина волны X-лучей колеблется от 70 нм до 10-5нм.
Волновые свойства рентгеновских лучей были установлены в 1912 г. Лауэ и его сотрудниками Фридрихом (1883 – 1968) и Книппингом (1883 – 1935), осуществившими дифракцию этих лучей в кристаллах. Ещё раньше, в 1905 г., Баркла (1877 – 1944) установил, что если рентгеновские лучи действительно являются волнами, то эти волны должны быть поперечными.

либо при торможении свободно движущейся заряженной частицы, либо при электронных переходах во внутренних оболочках атома.

В нормальном состоянии многоэлектронный атом представляет собой положительно заряженное ядро, окруженное системой электронных оболочек.
Оболочки обозначаются буквами K,L,M,N,O,P,Q в соответствии с ростом n, начиная от единицы. На каждой оболочке находится определенное число электронов в соответствии с принципом Паули.
В нормальном состоянии атом не излучает и не поглощает энергию.

Излучение, связанное с переходами во внутренних оболочках возможно лишь в случае, когда один или несколько внутренних электронов будут удалены.

Рис. 1

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.

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.

Рис. 2.1

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).

Рис. 2.2

большой скоростью, электрическими полями атомов анода. Условия торможения отдельных электронов не одинаковы. В результате в энергию рентгеновского излучения переходят различные части их кинетической энергии.
Рентгеновские лучи не могут иметь энергию большую, чем кинетическая энергия образующих их электронов. Наименьшая длина волны рентгеновского излучения соответствует максимальной кинетической энергии тормозящихся электронов. Чем больше разность потенциалов в рентгеновской трубке, тем меньшие длины волны рентгеновского излучения можно получить.

 

но при разной силе тока накала катода: Iн1 < Iн2.
Спектры, полученные от разных антикатодов при одинаковых U и IH, изображены на рис. 4.2.

Рис. 4.1

Рис. 4.2

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.

Характеристическое рентгеновское излучение. Атомные рентгеновские спектры.

Рис. 5.1

Рис. 5.2

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.

Закон Мозли

Рис. 6

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.