Номер 2, страница 66, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

2. Объясните принцип работы рентгеновской трубки.

2. Принцип работы рентгеновской трубки основан на явлении тормозного излучения, которое возникает при резком торможении быстрых электронов в веществе.

Рентгеновская трубка представляет собой вакуумную колбу с двумя основными электродами: катодом и анодом (антикатодом).

1. Катод. Катод состоит из нити накала (обычно из вольфрама). При пропускании через нить электрического тока (ток накала) она разогревается и начинает испускать электроны. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией. Катод находится под высоким отрицательным потенциалом.

2. Анод (антикатод). Анод — это массивная мишень из тугоплавкого металла с большим атомным номером (например, вольфрам, молибден). Он находится под высоким положительным потенциалом относительно катода.

3. Ускорение электронов. Между катодом и анодом создается сильное электрическое поле за счет приложения высокого ускоряющего напряжения $\text{U}$ (десятки и сотни киловольт). Электроны, испущенные катодом, ускоряются в этом поле и приобретают огромную кинетическую энергию, равную $E_k = eU$, где $\text{e}$ — элементарный заряд.

4. Генерация рентгеновского излучения. Пучок электронов с высокой энергией ударяется об анод. При столкновении с атомами анода происходит резкое торможение электронов, и их кинетическая энергия преобразуется в другие виды энергии. Около 99% энергии превращается в тепло (поэтому анод требует интенсивного охлаждения), и лишь около 1% — в энергию рентгеновского излучения. Существует два механизма генерации рентгеновских лучей:

- Тормозное излучение (Bremsstrahlung). Пролетая вблизи атомных ядер анода, электроны испытывают сильное электростатическое притяжение, их траектория искривляется, и они резко замедляются. Потерянная при этом кинетическая энергия излучается в виде электромагнитных волн — рентгеновских фотонов. Это излучение имеет сплошной (непрерывный) спектр энергий, так как электроны могут терять разную долю своей энергии.

- Характеристическое излучение. Если энергия налетающего электрона достаточна, он может выбить электрон с одной из внутренних оболочек атома анода (например, с K-оболочки). Образовавшаяся вакансия заполняется электроном с более высокой по энергии оболочки (L, M и т.д.). При этом переходе излучается рентгеновский фотон, энергия которого строго определена и равна разности энергий этих оболочек. Такое излучение имеет линейчатый спектр, который является "характеристикой" материала анода.

В результате на выходе из трубки получается излучение, спектр которого представляет собой наложение сплошного тормозного спектра и дискретных линий характеристического излучения.

Ответ: Рентгеновская трубка генерирует рентгеновское излучение путем ускорения электронов в вакууме высоким напряжением и их последующего резкого торможения о металлическую мишень (анод). Кинетическая энергия электронов при этом преобразуется в энергию рентгеновских фотонов (тормозное и характеристическое излучение).