3. Тормозное рентгеновское излучение.

Рентгеновское излучение возникает при бомбардировке быстрыми электронами твердых мишеней. На рис.5,а показана упрощенная схема устройства рентгеновской трубки. Электроны, испускаемые катодом К вследствие термоэлектронной эмиссии, ускоряются высоким напряжением, приложенным между катодом К и анодом А (). Катод разогревается электрическим током до температуры. Анод изготавливается из тяжелых металлов (и другие).

Попадая на анод, электроны резко тормозятся и становятся источником электромагнитного излучения. Это излучение впервые было обнаружено Рентгеном в 1895г и получило название рентгеновских лучей или X-лучей. Длина волны излучения находится в пределах отдо.

a)

б) в)

+ A Pt V₃

V РИ V₂

- Ni V₁

K

Рис.5. Тормозное рентгеновское излучение.

a), Упрощенная схема рентгеновской трубки. б). Спектр рентгеновского излучения для двух различных анодов (Ni, Pt) при одном значении ускоряющего напряжения 35 кВ. в). Спектр рентгеновского излучения для одного анода при разных ускоряющих напряжениях (V₃>V₂>V₁).

В соответствии с классической электродинамикой мощность излучения пропорциональна квадрату произведения заряда и ускорения Чем меньше время торможения электронов, тем больше энергии может пойти на излучение. Электроны с высокой энергией, проникая в анод, движутся в сильном электрическом поле ядер атомов. Сталкиваясь с атомами, электроны могут передать часть своей энергии и импульса ядрам и после столкновения двигаться в течение времени торможения по всевозможным незамкнутым траекториям. Спектр излучения, создаваемого пучком электронов высокой энергии при столкновении с большим числом атомов, является непрерывным и называется тормозным излучением.

На рис.5,б представлены спектры излучения (зависимость интенсивности излучения от длины волны) для двух различных анодов из никеля и платины при одном значении ускоряющего напряжения. При данном ускоряющем напряжении V в спектре отсутствует излучение с длиной волны, меньшей определенного минимального значения, которое зависит отV и не зависит вещества анода.

Существование коротковолновой границы в спектре непосредственно вытекает из квантовой природы образования рентгеновского излучения: энергия фотона не может быть больше кинетической энергииэлектрона, теряемой при торможении:

, где (11)

Таким образом,

и (12)

На рис.5,в приведены спектры излучения для одного диода при разных ускоряющих напряжениях. Экспериментальная зависимость отявляется линейной, как и в опыте с внешним фотоэффектом, но дает возможность более точного определения значения постоянной Планка.

4. Рождение фотонов в процессе аннигиляции электрона и позитрона.

В настоящее время имеются исчерпывающие доказательства того, что в процессах взаимодействия с веществом излучение проявляет корпускулярные свойства, и для фотонов соотношения и, () имеют общий характер.Фотон – стабильная элементарная частица, время его жизни определяется взаимодействием с частицами вещества, в процессе которого фотон либо рождается, либо уничтожается.

Известно, что многие элементарные частицы должны иметь античастицу. Первая античастица – позитрон был предсказан П.Дираком в 1928г и обнаружен в космических лучах американским физиком К.Андерсоном в 1932г. Позитрон отличается от электрона только знаком электрического заряда. Позитроны возникают при распаде многих радиоактивных ядер, например при распаде изотопа фосфора . В 1955г был обнаруженантипротон, а в1956г – антинейтрон в экспериментах на ускорителе протонов (г.Беркли, США).

Пусть электрон и позитрон с одинаковой энергией, движутся по прямой линии навстречу друг другу. Столкновение электрона с позитроном может привести к исчезновению обеих частиц (это явление называется аннигиляцией), в результате возникают два , разлетающихся в разные стороны, обеспечивающих соблюдение закона сохранения импульса. Из закона сохранения энергии следует

или (13)

Длина волны каждого и фотонов равна комптоновской длине волны.