Тормозное рентгеновское излучение

Если энергия кванта значительно превышает работу вы­хода А, то уравнение Эйнштейна принимает более простой вид:

= . (1.19)

Эту формулу можно интерпретировать и иначе: не как переход энергии светового кванта в кинетическую энергию электрона, а наоборот, как переход кинетической энергии электронов, уско­ренных разностью потенциалов U, в энергию квантов, возника­ющих при резком торможении электронов в металле. Тогда eU= . Именно такой процесс происходит в рентгеновской трубке. Она представляет собой вакуумный баллон, в котором находит­ся нагреваемый током катод — источник термоэлектронов, и расположенный напротив анод, часто называемый антикато­дом. Ускорение электронов осуществляется высоким напряже­нием U, создаваемым между катодом и антикатодом.

Под действием напряжения U электроны разгоняются до энергии eU. Попав в металлический антикатод, электроны рез­ко тормозятся, вследствие чего и возникает так называемое тормозное рентгеновское излучение. Спектр этого излучения при разложении по длинам волн оказывается сплошным, как и спектр видимого белого света. На рис.1.22 показаны эксперименталь­ные кривые распределения интен­сивности I_λ ( т.е. ) по длинам волн , полученные для разных зна­чений ускоряющего напряжения U (они указаны на рисунке).

И здесь мы обнаруживаем нали­чие коротковолновой границы сплошного рентгеновского спектра. В целом процесс излучения при тор­можении электрона в металле антикатода весьма сложен, но существование коротковолновой границы с корпускулярной точки зрения имеет очень простое объяснение. Действительно, если излучение возникает за счет энергии, теряемой электро­ном при торможении, то величина кванта не может быть бо­льше энергии электрона eU. Отсюда следует, что частота излучения не может превышать значения . Значит, длина волны излучения не может быть меньше, чем где U измерено в кВ, а - в нм.

Существование такой границы является одним из наиболее ярких проявлений квантовых свойств рентгеновского излуче­ния.

По измерению зависимости граничной частоты от ускоряю­щего напряжения можно с высокой точностью определить зна­чение постоянной Планка. При этом получается хорошее согла­сие со значениями, найденными из теплового излучения и фо­тоэффекта, что экспериментально доказывает выполнение соотношения ε= между энергией кванта и частотой для очень широкого диапазона спектра и указывает на универсаль­ность данного соотношения.

Метод определения постоянной Планка, основанный на из­мерении коротковолновой границы тормозного рентгеновского излучения, является наиболее точным. Его называют методом изохромат. Этот метод заключается в том, что спектрометр для рентгеновского излучения устанавливают так, чтобы в счетчик попадало излучение одной и той же определенной длины волны, и измеряют интенсивность I_λ в зависимости от приложенного рентгеновской трубке напряжения U. Уменьшая напряжение U,получают зависимость интенсивности I_λ от напряжения U. Эта зависимость для трех длин волн показана на рис. 1.23. Экстраполируя каждую из кривых до пересечения с осью абсцисс, находят U₀, а затем и постоянную Планка:

,

где е — заряд электрона.

Дата добавления: 2015-10-21