Рентген түтігінің құрылысы

ЖАРЫҚ ҚЫСЫМЫ

М аксвелл жарықтың электромагниттік теориясы негізінде жарық қарсы кездесетін тосқауылдарға қысым көрсететіндігін алдын ала болжап айтты. Жарық қысымын П.Н.Лебедев өлшеді.Толқынның электр өрісінің әсерінен денедегі электрондар тербеліс жасайды. Электр тоғы пайда болады. Бұл ток электр өрісі кернеулігінің бойымен бағытталған (1- сурет). Реттелген қозғалыстағы электрондарға магнит өрісі тарапынан толқынның таралу бағытына қарай бағытталған Лоренц күші әсер етеді. Бұл - жарық қысымының күші.

Максвелл теориясының дұрыстығын дәлелдеу үшін жарық қысымын өлшеу маңызды болды. Көптеген ғалымдар солай жасамақшы еді, бірақ жарық қысымы өте аз болғандықтан, оның сәті келмеді. Ашық күндері 1 м² ауданға не бары 4×10⁸ Н күш өсер етеді. Жарық қысымын алғашқы рет атақты орыс физигі Петр Николаевич Л е б е д е в 1900 ж. өлшеді.

Л ебедевтің аспабы жіңішке шыны қылға ілінген өте жеңіл стерженьнен тұрады, оған жеңіл қанатшалар жапсырылған (2-сурет). Аспап ауасы сорылып алынған ыдыстың

ішіне тұтас орналастырылған. Жарық стерженьнің бір жағына орналасқан қанатшаларға түскен. Қысымының шамасы туралы жіптің шиыршықталу бұрышы бойынша сөз етуге болады. Жарық қысымын дәл елшеу қиындығы ауаны ыдыстан түгелдей сорьш алу мүмкін еместігімен байланысты болды (қанатшалар мен ыдыс қабырғаларының біркелкі қызбауынан ауа молекулаларының қозғалысы қосымша айналдырушы моменттің пайда болуына себепші болады). Сонымен бірге, қанатшалар беттерінің әр түрлі қызуы жіптің шиыршықталуына әсер етеді (жарық көзіне қарай бағытталған бет қарама-қарсы беттен артық қызады). Неғүрлым көбірек қызған беттен шағылған молекулалар, аздап қызған беттен шағылған молекулаларға қарағанда, қанатшаға үлкен импульс береді.

Сол кездегі эксперименттік техника дәрежесінің төмендігіне қарамастан, өте үлкен ыдыс және өте жұқа қанатшалар алып, Лебедев осы қиыншылықтардың бәрін жеңе білді. Ақырында жарықтың қатты денелерге қысым түсіретіне дәлелденді және оның шамасы өлшеңді. Ол Максвеллдің алдын ала айтқанымен дәл келді. Соңынан үш жыл еңбектеніп, Лебедев бұдан да нәзік экспериментті іс жүзіне асырды: жарықтың газдарға түсіретін қысымын өлшеді.

Жарықтың кванттық теориясының пайда болуы жарық қысымының себебін өте оңай түсіндіруге мүмкіндік берді. Әдеттегі тыныштық массасы бар заттың бөлшектері сияқты, фотондардың импульсі бар. Олар өздерін жұтқан денеге өз импульсін береді. Бірақ импульстің сақталу заңына сәйкес дененің импульсі жұтылған фотондар импульсіне тең. Сондықтан тыныштықтағы дене қозғалысқа келеді. Дене импульсінің өзгеруі дегеніміз - Ньютонның екінші заңына сәйкес, денеге күш әсер етті деген сөз.Лебедев тәжірибелерін фотондарды импульс болады дегеннің эксперименттік дәлелдемесі ретінде қарастыруға болады.Әдеттегі жағдайларда жарық қысымы өте аз болса да, оның әсері едәуір болуы мүмкін. Температурасы бірнеше ондаған миллион градус жұлдыздардың ішінде электромагниттік толқын шығарудың қысымы аса зор шамаға жетуі мүмкін. Бұл қысым гравитациялық күштермен қатар жүлдыздардың ішіндегі процестерде маңызды рөл атқарады.

Максвелл динамикасына сәйкес жарық қысымы электромагниттік толқынның электр өрісінің ықпалынан тербелетін ортаның электрондарына Лоренц күші әсер ететіндіктен туындайды. Кванттық теория тұрғысынан алғанда фотондар жұтылғанда олардың денеге беретін импульстерінің нәтижесінде қысым көрініс береді.

Рентген түтігінің құрылысы

Қазіргі кезде рентген сәулелерін шығарып алу үшін рентген түтіктері деп аталатын әбден жетілдірілген қүрылғылар жасалған.

3-суретте электрондық рентген түтігінің ықшамдалған схемасы кескінделген. Катод 1- вольфрамнан жасалған қылсым,

ол термоэлектрондық эмиссия есебінен электрондар шығарады. Цилиндр 3 - электрондар ағынын фокустайды, сонан соң олар металл электродпен 2- (анодпен) соқтығысады. Осыдан рентген сәулелері туындайды. Анод пен катодтың арасындағы кернеу бірнеше ондаған киловольтқа жетеді. Түтікге толық вакуум жасалады; оңдағы газдың қысымы 10^-5 мм сын. бағ-нан аспайды.

Қуатты рентген түтіктерінде анод сумен салқындатылады, өйткені элек-трондар тежелгенде көп мөлшерде жылу белініп шығады. Электрондар энергиясының 3% -і ғана пайдалы сәулеге айналады.

Рентген сәулелерінің толқын үзындығы 10-9-нен 10-10-не дейінгі диапазонда болады. Олардың өтімділік қабілеті зор және медицинада, сондай-ақ кристалдар мен күрделі органикалық молекулалардың құрылымын зерттеу үшін пайдаланылады

Рентген сәулелерінің ашылуы. Бұл сәулелерді 1895 ж. неміс физигі Вильгельм Рентген ашқан. Рентген өзіне дейінгі көптеген ғалымдардың мән бермеген және аңғара қоймағандарын байқай білді. Осы ерекше қабілеті оның тамаша жаңалық ашуына жәрдемдесті. XIX ғасырдың аяғында аз қысымды газдардағы разряд физиктердің назарын жаппай аударды. Бұл жағдайларда газ разрядтық түтіктерде өте шапшаң электрондардың ағыны туғызылған. Сол уақытта оларды катод сәулелері деп атаған. Бұл сәулелердің табиғаты ол кезде сенімді түрде тиянақтала қоймаған еді. Тек бұл сәулелердің шығатын басы түтіктің катодында екені ғана мәлім болған. Катод сәулелерін зерттеумен шұғылданған Рентген, фотопластина қара қағазға ораулы тұрғанына қарамастан, разрядтық түтікшенің маңында ағарып қалғанын байқады. Осыдан кейін ол тағы бір таңқаларлык, құбылысты байқады. Барийдің платина ерітіндісіне батырылған қағаз экранға разрядтық түтікшені орағанда, экран ағара бастайтыны байқалды. Оның үстіне, Рентген түтікше мен экранның арасына қолын ұстағанда экранда қолдың нобайының қылаң реңкінде сүйектердің көлеңкелері көрінеді.

Ғалым разрядтық түтікшемен жұмыс істегенде бұрын белгісіз күшті, өтімді сөуле пайда болатынын түсінді. Ол оны Х-сәулелер деп атады. Соңынан бұл сәулелерге “рентген сәулелері” деген термин берік қалыптасты. Рентген жаңа сәуле катод сәулелерінің (шапшаң электрондар ағыны) шыны түтіктің қабырғаларына соқтығысқан орындарында пайда болатынын байқаған. Бұл орында шыны жасылдау жарық шығарған. X -сәулелер шапшаң электрондарды кез келген кедергімен, атап айтқанда металл электрондармен тежегенде пайда болатынын кейінгі тәжірибелер көрсетті. VІ. Оқытылып отырған оқу материалын бекіту немесе дағдыландыру жұмыстарын жүргізу. Есептер шығарту. 6.9.1-6.9.2. 1.Егер Рентген түтігінің анодтың кернеуі 20 кВ болса, рентген сәуле шығарудың минимал толқын ұзындығы қандай?

2.Егер Рентген түтігінің алынған Рентген сәулелерінің ең максимал жилігі Гц болса, Рентген түтігі қандай кернеумен жұмыс істейді?

3. Күн сәулесінің жерге жететін ағынының тығыздығы 1,4· Вт/м2. Жарықты толық жұтатын бетке түсірілген жарық қысымын есепте.

4. Толқын ұзындығы 540 нм жасыл жарықты толық шағылдыратын беттің әр - іне әр секунда 2,7· фотон түседі. Бұл сәуле шығару қандай қысым түсіреді?

5.Қуаты 2Вт жарық ағыны ауданы 1 қара бетке қалыпты түседі. Жарық қысымын тап.

6.Энергиясы 15 Дж сәуле ауданы 2 бетті 1 мин бойы жарықтандырады. Егер бет сәулені толық жұтатын болса, осы бетке түсетін қысымды есепте.

 

1. Есептер шығарту. 6.9.1-6.9.2.

VIІI. Бағалау. Үй тапсырмасын беру: §6.7, 6.8 Есептер шығарту. 6.9.3-6.9.4.