Тормозное рентгеновское излучение

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

h n = Т_мак

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 V, в энергию квантов, возникающих при резком торможении электронов в металле. Тогда

еV = h n.

Именно такой процесс происходит в рентгеновской трубке (рисунок). 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 V, создаваемым между катодом и антикатодом.

Под действием напряжения V электроны разгоняются до энергии еV. 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 рисунке показаны экспериментальные кривые распределения интенсивности I _l (т.е. dI / d l) по длинам волн l, полученные для разных значений ускоряющего напряжения V (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 простое объяснение. Действительно, если излучение возникает за счет энергии, теряемой электроном при торможении, то величина кванта h n не может быть больше энергии электрона еV. Отсюда следует, что частота n излучения не может превышать значения n _макс = еV / h. Значит, длина волны излучения не может быть меньше, чем

l _мин = , где V, кВ, а l _мин, нм.

Существование такой границы является одним из наиболее ярких проявлений квантовых свойств рентгеновского излучения. С позиции классической электромагнитной теории коротковолновой границы вообще не должно быть.

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

Дата добавления: 2015-07-11