Номер 11.43, страница 216 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Квантовая физика. Глава 11. Атомная и ядерная физика. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение - номер 11.43, страница 216.

Условие.

11.43. Почему анод рентгеновской трубки изготавливают из металла с большим атомным номером, например из вольфрама?

Решение.

Анод рентгеновской трубки изготавливают из металла с большим атомным номером по нескольким причинам, главной из которых является повышение эффективности генерации рентгеновского излучения.

Основной механизм возникновения рентгеновских лучей в трубке — это тормозное излучение. Оно появляется, когда электроны, разогнанные высоким напряжением, попадают в материал анода и резко замедляются в сильном электрическом поле атомных ядер. Интенсивность $\text{I}$ этого излучения прямо пропорциональна квадрату атомного номера $\text{Z}$ (заряда ядра) вещества анода:

$I \propto Z^2$

Таким образом, использование материала с большим значением $\text{Z}$, такого как вольфрам ($Z=74$), позволяет получить значительно более интенсивный поток рентгеновских лучей при тех же условиях работы трубки. Кроме того, у тяжелых атомов возникает и более жесткое (высокоэнергетическое) характеристическое излучение, что также может быть важно для некоторых приложений.

Второй важной причиной выбора таких материалов, как вольфрам, является их способность выдерживать огромные тепловые нагрузки. Процесс генерации рентгеновских лучей крайне неэффективен, и более 99% энергии бомбардирующих электронов превращается в тепло. Поэтому материал анода должен обладать очень высокой температурой плавления (у вольфрама это 3422 °C) и низким давлением паров при высоких температурах для поддержания глубокого вакуума в трубке.

Ответ: Анод рентгеновской трубки изготавливают из металла с большим атомным номером (например, из вольфрама), так как интенсивность возникающего при торможении электронов рентгеновского излучения пропорциональна квадрату атомного номера вещества анода ($I \propto Z^2$). Это позволяет сделать процесс генерации рентгеновских лучей более эффективным. Дополнительным важным свойством таких металлов является высокая температура плавления, необходимая для того, чтобы анод выдерживал сильный нагрев в процессе работы.