Kvant. Рентгеновские лучи

Асламазов Л.Г. Рентгеновские лучи //Квант. — 1984. — № 4. — С. 25-26.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

В учебнике «Физика 10» рассказывается о том, как были открыты рентгеновские лучи, об их свойствах и практическом применении, а также об устройстве рентгеновской трубки, с помощью которой эти лучи получают. Остановимся подробнее на принципе ее работы.

В том же учебнике раньше говорится о вибраторе Герца и об излучаемых им электромагнитных волнах. Излучение происходит вследствие того, что заряды совершают колебательное движение. При этом амплитуды напряженности электрического поля и индукции магнитного поля в волне пропорциональны ускорению зарядов. Энергия, излучаемая в единицу времени, пропорциональна квадрату амплитуды и, следовательно, квадрату ускорения. Это — общее правило. Заряд, движущийся с ускорением, всегда излучает электромагнитные волны, интенсивность которых пропорциональна квадрату ускорения.

Этот закон объясняет и излучение электромагнитных волн в рентгеновской трубке. Электроны, пролетая в глубоком вакууме в пространстве между катодом и анодом, разгоняются электрическим полем до больших скоростей, а затем резко тормозятся при соударении с анодом. При этом возникают значительные ускорения, и электроны излучают электромагнитные волны. Такое излучение называется тормозным.

Оказывается, что, тормозясь, электроны излучают целый спектр электромагнитных волн с разными частотами (или длинами волн). Этот спектр — сплошной, но он ограничен определенной максимальной частотой vmax (такое ограничение по частоте можно объяснить только с точки зрения квантовой теории).

Самая большая частота (и, соответственно, самая малая длина волны) определяется из условия равенства кинетической энергии электрона eU (U — напряжение между анодом и катодом) энергии излучаемого кванта:

\(~eU = h \nu_{max}\) ,

откуда

\(~\nu_{max} = \frac{eU}{h}\) ,

и, соответственно, минимальная длина волны

\(~\lambda_{min} = \frac{c}{\nu_{max}} = \frac{ch}{eU}\) ,

где h — постоянная Планка, а с — скорость света. При разности потенциалов в несколько десятков киловольт минимальная длина волны достигает долей ангстрема (1 Å = 10^-10 м). Такое коротковолновое излучение обладает большой проникающей способностью и называется рентгеновским излучением.