3. Рентгеновское излучение

3. Рентгеновское излучение

Радиация — обобщенное понятие. Оно включает различные виды излучений, часть которых встречается природе, другие получаются искусственным путем.

Начнем с некоторых определений.

Излучение электромагнитное — процесс образования свободного электромагнитного поля; излучением называют также само свободное электромагнитное поле. Излучают ускоренно движущиеся заряженные частицы (напр., тормозное излучение, синхротронное излучение, излучение переменных диполя, квадруполя и мультиполей высшего порядков). Атом и другие атомные системы излучают при квантовых переходах из возбужденных состояний в состояния с меньшей энергией.

Термин «излучение» охватывает диапазон электромагнитных волн, включая видимый спектр, инфракрасную и ультрафиолетовую области, а также радиоволны, электрический ток и ионизирующее излучение. Термин «ионизирующее излучение» означает вид излучения, который изменяет физическое состояние атомов или атомных ядер, превращая их в электрически заряженные ионы или продукты ядерных реакций.

Различают корпускулярное излучение, состоящее из частиц с массой отличной от нуля, и электромагнитное (фотонное) излучение.

Радиация проникающая — поток гамма-излучения и нейтронов, обладающий большой проникающей способностью (до нескольких сотен метров); доза проникающей радиации зависит от мощности источника, расстояния до него, а также от свойств среды, отделяющей источник от объекта облучения.

Электронное излучение — пучок электронов на выходе электронного ускорителя или электронной пушки. Характеризуется средней энергией излучения и дисперсией (разбросом), а также шириной пучка. Специальными мерами можно получить моноэнергетический узкий пучок высокоэнергетических электронов.

Табл. 1. Характеристики электромагнитных излучений.

Энергия, эВ Длина волны, м Частота, Гц Источник излучения
109 10-16 1024 Тормозное излучение
105 10-12 1020 Гамма излучение ядер
103 10-10 1018 Рентгеновское излучение
101 10-8 1016 Ультрафиолетовое излучение
10-1 10-6 1014 Видимый свет
10-3 10-4 1012 Инфракрасное излучение
10-5 10-2 1010 Микроволновое излучение
10-7 1 108 СВЧ
10-9 102 106 Радиоволны  ВЧ
10-11 104 104 Радиоволны НЧ

Фотон — элементарная частица энергии, обладающая как свойствами частицы, так и волны: фотон не имеет заряда и массы, но обладает импульсом. Энергия света, рентгеновских лучей, гамма — лучей и т.д. переносится фотонами.

Фотонное излучение — излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц.

К фотонному ионизирующему излучению относятся гамма-излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или аннигиляции частиц; тормозное излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц; характеристическое излучение с дискретным энергетическим спектром, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома; рентгеновское излучение, состоящее из тормозного и/или характеристического излучений.

Рентгеновские лучи – вид электромагнитного излучения, подобный свету (но невидимые глазом), но имеющий меньшую длину волны и способный проникать через твердые тела. Длина волны 10-3 – 100 нм. Энергетический диапазон от 100 эВ до 0,1 МэВ. Открыто с 1895 году В.Рентгеном. Характеристическое рентгеновское излучение – электромагнитное излучение, испускаемое при переходах электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние (характеристический спектр). Характеристический спектр – линейчатый рентгеновский спектр, возникающий при переходах электронов верхних оболочек атома на более близко расположенные к ядру K-, L-, M-, N – оболочки. Частоты линий характеристического спектра химических элементов подчиняется закону Мозли.

Закон Мозли – линейная зависимость квадратного корня из частоты характеристического рентгеновского излучения от атомного номера химического элемента. Установлен экспериментально Г.Мозли в 1913 году. Закон Мозли – основа рентгеновского спектрального анализа.

Тормозное рентгеновское излучение (рентгеновские лучи) с непрерывным энергетическим спектром — коротковолновое электромагнитное (фотонное) излучение. Диапазон частот, 3·1016 – 3·1019 Гц, диапазон длин волн 10-8 – 10-12 м. Образуется при уменьшении кинетической энергии (торможении, рассеянии) быстрых заряженных частиц, например, при торможении в кулоновском поле ускоренных электронов. Существенно для легких частиц электронов и позитронов. Спектр тормозного излучения непрерывен, максимальная энергия равна начальной энергии частицы. При больших энергиях тормозящихся заряженных частиц, тормозное рентгеновское излучение переходит в энергетический диапазон g– излучения.

Рентгеновское излучение — невидимое электромагнитное излучение с длинной волны 0.06 — 20 ангстрем; образуется в результате торможения движущихся электронов в веществе, а так же при некоторых переходах электронов в облачках атомов.