Глава 8

Радиоволны				Инфра- красные лучи	Видимый сеет	Ультрафио- летовые лучи	Рентгеновские лучи	Гамма- лучи
ДВ	СВ	KB	УКВ
10гм 10м1м10^м 8000 А 4О00А '00 А 0,01 А -1-1-1-1-1--1-1--•-——

Длина волны, К

Рис. 54. Положение рентгеновского излучения на шкале электромагнитных волн

Как известно, электромагнитные волны проявляют себя в экс- периментах в одном или двух взаимодополняющих видах: волновом и корпускулярном. Иногда, рассматривая электромагнитное излучение, выгодно характеризовать его длиной волны, а иногда следует пред- ставлять себе пучок лучей как совокупность частиц (корпускул, кван- тов), распространяющихся со скоростью света, причем каждый квант обладает энергией:

F = hv=-

где h — постоянная Планка, равная 6,62* 10 Дж-с.

Частота рентгеновского кванта примерно в 1000 раз превышает ча- стоту кванта видимого света.

Свойства рентгеновского излучения

Рентгеновское излучение обладает рядом свойств:

• невидимо человеческим глазом;

• способно проникать сквозь непрозрачные для видимого света вещества;

• поглощается в веществе, причем степень поглощения увеличи- вается с ростом атомного номера просвечиваемого вещества и его толщины;

• распространяется прямолинейно;

• вызывает флюоресценцию некоторых веществ (таких, как сер- нистый цинк, сернистый кадмий и др.), а также вызывает по- чернение фотопленки.

Эти свойства дают возможность построения проекционного аппа- рата для изучения внутреннего строения объектов в рентгеновских лучах.

рис. В1. Фрагмент банкноты Рис. В2. Образец

евро с люминесцирующиыи волокнами документа с защитными волокнами

Рис. В7. Фрагмент Рис. В8. Фрвгмвнг

описка плоской печати отткска орловской печати

питания в колбу впаиваются выводы из тугоплавкого металла. Из кол- бы откачай воздух.

Принцип работы рентгеновской трубки можно описать и следующем виде. На нить накала, обычно из вольфрамовой проволоки, подается напряжение, и она разогревается до высокой температуры (примерно до 2500 'С). Нить накала является источником электронов. Разогрев способствует повышенному выделению электронов с нити, которые под влиянием приложенного между катодом и анодом высокого на- пряжения начинают с ускорением двигаться в сторону анода. Катод (катодный узел) имеет специальную конструкцию, в полость которой помещена нить накала. Одно из назначении этой конструкции — соз- дать такую форму электрического поля, при которой обеспечивается необходимая фокусировка электронного пучка от нити накала к аноду.

Под влиянием электрического поля электроны направляются от ка- тода к аноду и бомбардируют анод, на поверхности которого проис- ходит их резкое торможение.

Вакуум обеспечивает электронам возможность пролететь расстоя- ние от катода до анода с ускорением (известно, что при наличии газа электроны сильно тормозятся ею молекулами и поглощаются уже на расстоянии нескольких миллиметров).

Обычно анод делается из меди, в которую вплавляется пластина из вольфрама, о которую и тормозятся электроны. Он относится к наи- более тугоплавким металлам (температура плавления около 3400 "С) и имеет большой атомный вес. Чем выше атомный вес мишени, тем эффективнее тормозятся электроны.

Энергия электронов превращается в тепло, нагревающее мишень,

и в рентгеновские лучи. Тепловая энергия не используется и приводит к необходимости применять принудительное охлаждение рентгенов- ской трубки.

Экспериментально установлено, что интенсивность J рентгенов- ского излучения пропорциональна электрическому току, протекающе- му через рентгеновскую трубку, атомному номеру материала мишени Z и квадрату ускоряющего напряжения U.

КПД рентгеновской трубки растет с увеличением напряжения меж- ду катодом и анодом (некоторые данные отражены в табл. 13). и также с увеличением атомного номера материала анода.

Для мощных рентгеновских трубок применяют масляное или воз- душное принудительное охлаждение.

Кроме рентгеновских трубок, другими источниками рентгеновского излучения, которые используются в технике, являются радиоактивные

Досмотровая рентгеновская техника таможенных органов 123

Таблица 13. КПД рентгеновской трубки (матерная мишени — вольфрам)

Ускоряющее напряжение, кВ	КПД, %
43	046
100	1,11
159	1,64
200	2,2
1000	9,0

изотопы и линейные ускорители электронов. Они, как правило, дают более жесткое рентгеновское излучение, чем рентгеновские трубки. Образующееся рентгеновское излучение может быть двух видов:

• характеристическое излучение, несущее информацию об эле- ментном составе вещества;

• тормозное, с непрерывным спектром.

Характеристический рентгеновский спектр

Этот спектр имеет линейчатую структуру, характеризующую хими- ческий состав материала анода рентгеновской трубки. Отсюда и воз- никло его название.

Характеристический спектр образуется за счет в взаимодействия бом- бардирующих мишень электронов с электронами, вращающимися на оболочках атомов вещества мишени. Если энергия падающих электро- нов достаточно велика для того, чтобы выбить электрон с внутренней оболочки атома, то после этого в атоме произойдет целый каскад пере- ходов электронов с одной оболочки на другую. При переходе с уровней с большей энергией на уровни с меньшей энергией происходит излу- чение рентгеновского кванта, имеющего строго определенную длину волны (энергию). Такие кванты и составляют характеристический ли- нейчатый спектр (рис. 56).

Закономерность образования спектральных линий характеристиче- ского излучения была обнаружена английским ученым Г. Мозли и в 1913 г.:

где v — частота линии спектра (л * v = с); R — постоянная Ридберга; S— экранирующая постоянная (она учитывает, в какой мере притя- жение электрона к ядру в атоме ослаблено отталкивающим действием остальных электронов); S= 1 для К-серии, S= 7,4 и т. д.; n1, n2— глав-