Тормозное и характеристическое

Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение обычно получают при бомбардировке быстрыми электронами поверхности какого-либо вещества в твёрдом состоянии. Исследования этого излучения с помощью рентгеновских спектральных приборов показали, что его спектр в общем случае содержит две составляющие – сплошную и линейчатую, причем узкие интенсивные линии накладываются на сплошной спектр. Сплошная составляющая получила название тормозного рентгеновского излучения, а линейчатая – характеристического. Если энергия электронов, которые внедряются в вещество, меньше некоторой определенной величины, то возникает только тормозное излучение.

Зависимость интенсивности спектральной плотности от длины волны в тормозном спектре соответствует гладкой кривой с максимумом. Интенсивность уменьшается от максимума в сторону длинных волн довольно медленно, асимптотически приближаясь к нулю. Наоборот, в сторону коротких волн интенсивность спадает быстро и спектр резко обрывается при определённой граничной длине волны , которая носит название коротковолновой (или квантовой) границы спектра. Максимум в тормозном спектре лежит приблизительно при .

На тормозной спектр сильное влияние оказывает начальная кинетическая энергия электронов , величина которой связана с ускоряющим напряжением :

.

(1.2)

Напряжение можно легко регулировать. С увеличением граничная длина волны убывает, а спектральная плотность возрастает при всех значениях . В результате, кривая , приподнимаясь, смещается в сторону меньших длин волн.

Существенно, что общий вид тормозного спектра не зависит от вещества, в котором электроны испытывают торможение, а полностью определяется ускоряющим напряжением . Однако интенсивность излучения при неизменном напряжении заметно возрастает при переходе к веществам с большим порядковым номером .

Отмеченные закономерности в спектрах тормозного рентгеновского излучения, образующегося при бомбардировке электронами поверхности твёрдого тела, находят количественное выражение в приближённой эмпирической формуле для распределения спектральной плотности по длинам волн:

(1.3)

где , – постоянный коэффициент, – порядковый номер элемента, – ускоряющее напряжение.

Экспериментально сложнее получать рентгеновское излучение от вещества в газообразном состоянии. В этом случае тормозной спектр упрощается – спектральная плотность убывает монотонно от максимального значения при по закону

(1.4)

Если энергия электронов превышает некоторую определённую для данного вещества критическую величину, то кроме тормозного возникает ещё и характеристическое рентгеновское излучение. При этом на фоне сплошного тормозного спектра появляются резкие линии, причём интенсивность этих линий может во много раз превосходить интенсивность фона. Вид линейчатого спектра зависит от вещества, в которое внедряются ускоренные электроны. По этой причине он и назван характеристическим. Однако в отличие от оптических спектров, которые также характеризуют вещество, каждый химический элемент даёт характеристический рентгеновский спектр независимо от того, возбуждаются ли его атомы в свободном состоянии или входят в состав химического соединения.

Аналитически характеристическая компонента может быть представлена в виде суммы дисперсионных контуров спектральных линий:

.

(1.5)

где – спектральная плотность интенсивности в центре линии (т.е. при ), а – полуширина линии (т.е.ширина на половине её высоты), – общее количество спектральных линий.