2.3Сплошной (непрерывный) спектр рентгеновских лучей

Эксперименты Брэггов показали, что у рентгеновской трубки с вольфрамовым анодом наблюдается излучение с набором длин волн от некоторой минимальной величины до весьма большой, названной . Измерив плотность почернения пленки в пятне (Д) и приняв прямую пропорциональность между Д и интенсивностью излучения, Брэгги изобразили в графической форме спектральный состав излучения (Рис.2.7).

Рисунок 2.7 – Распределение интенсивности излучения в сплошном спектре трубки с вольфрамовым анодом.

Как видно из рис.2.7 спектральный состав излучения весьма неоднороден. Со стороны больших длин волн отмечается плавное снижение интенсивности излучения с ростом длины волны, а со стороны коротких волн виден резкий спад интенсивности. Причем с ростом напряжения на электродах рентгеновской трубки отмечается рост интенсивности всех спектральных составляющих излучения и смещение спектра в сторону коротких волн.

Объясним данные экспериментальные факты. Представим себе ситуацию в рентгеновской трубке, когда электрон, ускоряемый сильным электростатическим полем летит от катода к аноду. Мгновенно электрон достигает анода и на большой скорости буквально «врывается» в его структуру. Обладая большой энергией, «электрон – возбудитель» взаимодействует с себе подобными электронами материала анода и резко тормозит свое движение. Снижение энергии электрона при торможении в аноде порождает электромагнитное излучение - это и есть рентгеновские лучи. Если электрон, пролетая от катода к аноду, получит энергию равную , где е - заряд электрона,a u -разность потенциалов между электродами, то, отдав одним актом взаимодействия сразу всю энергию, электрон создаст рентгеновский квант наибольшей энергии: ,где h-постоянная Планка,c -скорость света,- частота излучения.

Приравнивая , получим:

, (2.3)

откуда

Если в формулу 2.3 подставить значения фундаментальных постоянных h,cиe, то она упростится:

(2.4)

Откуда следует, что при изменении напряжения, будет изменяться и спектральный состав излучения. Причем эта зависимость обратной пропорциональности.

Из рис. 2.7 также следует, что составляющая с имеет чрезвычайно малую интенсивность, что говорит о малой вероятности одноэтапной отдачи энергии «электроном – возбудителем». Наиболее вероятным процессом можно считать многократные взаимодействия электронов, когда энергия высвобождается частями, что и приводит к получению набора длин волн, а, соответственно, приводит к сплошному спектру излучения.

Интегральная интенсивность сплошного спектра Iзависит от тока, протекающего через трубку - ;порядкового номера материала анода –Z; разности потенциалов между электродами трубки –uи определяется по формуле:

, (2.5)

где k- коэффициент пропорциональности.

Сплошной спектр рентгеновского излучения используется в рентгенографии весьма ограниченно, так как непостоянство длины волны не дает возможность точного расчета параметров решетки и межплоскостных расстояний - главных характеристик атомной структуры кристаллов.