СПЕКТР ТОРМОЗНОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Образование тормозного излучения можно объяснить с позиций электродинамики. Рассмотрим пучок летящих электронов, как некоторый ток, которой создает вокруг себя магнитное поле с индукцией . На аноде электроны, взаимодействуя с электронными оболочками атомов вещества, испытывают сильное торможение, что эквивалентно уменьшению силы тока, а значит и магнитной индукции . В соответствии с теорией Максвелла это приводит к появлению квантов электромагнитного излучения с энергией ε = hν , которые и уносят высвобождающуюся при торможении электронов кинетическую энергию. До «удара» об анод все электроны обладают практически одинаковой энергией Е_е = еU, U – ускоряющее напряжение (напряжение между катодом и анодом). В редких случаях электроны полностью останавливаются при первом же «столкновении», и тогда вся кинетическая энергия электрона идет на образование одного кванта электромагнитного излучения с наибольшей для данных условий частотой ν_к:

Е_е = ε_к , еU = hν_к. (1)

В большинстве же случаев энергия электронов теряется в результате ряда последовательных «столкновений» с электронными облаками разных атомов, превращаясь при этом в тепло или кванты электромагнитного излучения с частотой ν меньшей, чем ν_к (ν ≤ ν_к):

, . (2)

Т.к. условия взаимодействия электронов с атомами анода могут быть самыми разными, то спектр излучения в таком процессе будет сплошным (непрерывным). Он представляет собой плавную несимметричную кривую (рис.2), которая имеет резкую границу (λ_к) со стороны коротких длин волн, четко выраженный максимум и постепенное снижение интенсивности в длинноволновой области. С ростом напряжения повышается интенсивность излучения и весь спектр смещается в сторону более коротких длин волн (рис.2). Связь между ускоряющим напряжением U (кВ) и коротковолновой границей соответствующего спектра – λ_к (нм) имеет вид:

. (3)

При этом для данного ускоряющего напряжения между λ_к и длиной волны λ_(max), на которую приходится максимум спектра, существует постоянное соотношение:

(4)

Испускательная способность рентгеновской трубки зависит от величины ускоряющего напряжения, анодного тока (температуры накала катода) и материала (атомного номера Z) «зеркала» анода. В общем случае мощность тормозного излучения:

Φ = kIU²Z, (5)

где k = 10^-9 (В·с)^-1, I – сила анодного тока; U– напряжение между анодом и катодом; Z – порядковый номер материала «зеркала» анода в

таблице Менделеева.

Отметим, что величина ускоряющего напряжения (рис.2) и атомный номер вещества «зеркала» (рис.3) влияют не только на излучательную способность рентгеновской трубки, но и на характер распределения энергии в спектре по длинам волн; в то время как изменение температуры накала катода не меняет спектральный состав излучения.

Отметим так же, что проникающая способность рентгеновского излучения зависит от длины волны. Более коротковолновое излуче-ние, обладающее большей проникающей способностью получило название жесткого, а излучение длинноволновое – мягкого.