Фізичні основи та методи рентгенівських досліджень
1. Джерела рентгенівського випромінювання
Рентгенівське випромінювання було відкрито німецьким фізиком Рентгеном в 1895 році. Сам Рентген назвав його Х-променями. Воно виникає при гальмуванні речовиною швидких електронів. Рентгенівське випромінювання отримують за допомогою спеціальних електронно-вакуумних приладів - рентгенівських трубок.
У скляній колбі, тиск в якій дорівнює 10 -6 мм рт.ст., знаходяться анод і катод. Анод виконаний з міді з вольфрамової насадкою. Анодна напруга рентгенівських трубок становить 80 - 120 кВ. Електрони, що вилетіли з катода, розганяються електричним полем і гальмуються на вольфрамової насадці анода, яка має скіс під кутом 11-15 про . Рентгенівське випромінювання виходить з колби через спеціальне кварцове вікно.
Найважливішими параметрами рентгенівського випромінювання є довжина хвилі і інтенсивність. Якщо припустити, що гальмування електрона на аноді відбувається миттєво, то вся його кінетична енергія еu a переходить у випромінювання:
. (1)
Насправді гальмування електрона займає кінцевий час, і частота випромінювання, що визначається з рівняння (1), є максимально можливої:
. (2)
З урахуванням (з - швидкість світла) знаходимо мінімальну довжину хвилі
. (3)
Підставляючи величини h, c, e в формулу (3) і виражаючи анодна напруга в кіловольт, отримаємо довжину хвилі в нанометрах:
=. (4)
Наприклад, при анодній напрузі 100 кВ довжина хвилі рентгенівського випромінювання буде дорівнює 0,012 нм, тобто приблизно в 40000 разів коротше середньої довжини хвилі оптичного діапазону.
Теоретичне розподіл енергії гальмівного випромінювання по частоті виведено Крамером і експериментально отримано Куленкампфу. Спектральна щільність I n безперервного спектру рентгенівського випромінювання при анодном струмі i a c анода, речовина якого має порядковий номер Z, виражається співвідношенням
.
Складова BZ НЕ залежить від частоти і на називається характеристичним випромінюванням. Зазвичай її частка нехтує мала, тому будемо вважати
. (5)
Розподіл інтенсивностей по довжинах хвиль можна отримати з рівності
, де.
Використовуючи формулу (5), з урахуванням і знаходимо
. (6)
Інтенсивність гальмівного випромінювання знайдемо, використовуючи формулу (5)
або, з урахуванням співвідношення (2),
, де. (7)
Таким чином, інтенсивність рентгенівського випромінювання пропорційна анодному току, квадрату анодного напруги і атомному номеру речовини...
