Тормозное рентгеновское излучение

 

При облучении вещества потоком высокоэнергетических электронов

наряду с характеристическим излучением возникает рентгеновское

тормозное, или непрерывное излучение. Процессы, приводящие к его

возникновению, обусловлены интенсивным торможением электронов в

веществе. Если заряженная частица (электрон) испытывает некоторое

ускорение — положительное или отрицательное, она излучает энергию в

виде электромагнитных волн. Согласно классической теории, рентгеновское

тормозное излучение состоит как бы из отдельных импульсов

электромагнитного излучения, возникающих при торможении отдельных

электронов падающего электронного пучка в веществе. По закону

сохранения энергии, энергия фотона, излучаемая электроном при

торможении, не может быть больше кинетической энергии

тормозящегося электрона. Если считать, что в результате столкновения

электрон не передает ядру никакой энергии, а вся его кинетическая

энергия переходит в излучение, то испускаемый фотон будет иметь

максимальную энергию в том случае, когда электрон полностью

останавливается при столкновении. В этом случае длина волны λ0

рентгеновского излучения соответствует так называемой коротковолновой

границе рентгеновского спектра. Полное торможение электрона в

единственном элементарном акте

происходит очень редко по сравнению со случаями постепенного

торможения во многих элементарных актах. Электроны, взаимодействуя с

отдельными атомами мишени, теряют разное количество энергии.

Вследствие этого электроны, движущиеся в веществе уже некоторое время

до момента полного торможения, обладают разными скоростями.

Следовательно, испускание рентгеновских лучей осуществляется

электронами с различной кинетической энергией, а излучаемые ими

рентгеновские кванты могут иметь и меньшую частоту (или большую длину волны).

Таким образом, с точки зрения теории, непрерывный спектр рентгеновских

лучей образуется благодаря излучению множества электронов, каждый из

которых испускает один квант рентгеновского излучения hν строго

определенной величины, отвечающей сохранившейся к моменту излучения

скорости. При своем движении в веществе анода только очень малая часть

электронов тормозится практически мгновенно или после нескольких

столкновений с атомами вещества. Основная масса электронов пучка

испытывает многочисленные столкновения с атомами вещества, пере-

дает им большую часть своей кинетической энергии, что приводит к

сильному нагреву вещества. Весьма значительная часть энергии электронов

первичного пучка затрачивается также на ионизацию, т.е. на выбивание

вторичных электронов из атомов вещества.

Наиболее распространенным источником непрерывного (тормозного)

рентгеновского излучения является

рентгеновская трубка.

Под действием высокого напряжения V, приложенного между анодом А1

и катодом К трубки, электроны катодного пучка ускоряются, приобретая при этом энергию ε=eV. При торможении на аноде А2 рентгеновской трубки электроны испускают рентгеновские кванты (тормозное

излучение). Энергия фотонов тормозного излучения не может превосходить некоторого значения, определяемого соотношением

ε=hν=hc/λ0=eV