Номер 11.38, страница 216 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Квантовая физика. Глава 11. Атомная и ядерная физика. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение - номер 11.38, страница 216.

Условие.

11.38. Когда через ионизированные слои атмосферы проходят спутники или космические корабли, то они становятся источниками рентгеновского излучения. Как это объяснить?

Решение.

Когда спутник или космический корабль движется через ионизированные слои атмосферы, в частности через радиационные пояса Земли, он подвергается бомбардировке потоками заряженных частиц (в основном электронов и протонов) высоких энергий. Взаимодействие этих быстрых частиц с материалом обшивки корабля приводит к генерации рентгеновского излучения. Существует два основных механизма этого процесса.

1. Тормозное излучение (Bremsstrahlung). Электроны, обладающие высокой кинетической энергией (от десятков до сотен кэВ), попадая в вещество обшивки, резко замедляются (тормозятся) в кулоновском поле атомных ядер. Любой ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны. При таком торможении часть кинетической энергии электрона $E_k$ преобразуется в энергию фотона $E_{photon}$. Этот процесс порождает рентгеновское излучение с непрерывным спектром, энергия фотонов которого может достигать максимального значения, равного начальной кинетической энергии электрона ($E_{photon} \le E_k$).

2. Характеристическое излучение. Налетающий электрон высокой энергии может столкнуться с атомом в материале обшивки и выбить электрон с одной из его внутренних электронных оболочек (например, K- или L-оболочки). На образовавшуюся вакансию переходит электрон с более высокой по энергии внешней оболочки. При этом разность энергий уровней $E_n - E_k$ выделяется в виде фотона. Если эта разность энергий достаточно велика (что характерно для переходов на внутренние оболочки), то испускаемый фотон относится к рентгеновскому диапазону. Так как энергетические уровни в атоме дискретны и уникальны для каждого химического элемента, то и спектр такого излучения является линейчатым (состоит из отдельных линий) и «характерным» для материала обшивки.

Таким образом, космический аппарат, пролетая сквозь радиационные пояса, фактически становится анодом в гигантской рентгеновской трубке, где роль источника электронов выполняет окружающая его космическая плазма.

Ответ: Рентгеновское излучение возникает из-за взаимодействия высокоэнергетичных электронов, присутствующих в ионизированных слоях атмосферы (радиационных поясах), с материалом обшивки спутника. При резком торможении этих электронов в веществе возникает тормозное рентгеновское излучение, а при выбивании ими электронов с внутренних оболочек атомов материала — характеристическое рентгеновское излучение.