Номер 2, страница 237 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 7. Квантовые явления. Параграф 57. Опыты с катодными лучами. Открытие электрона. Темы докладов - номер 2, страница 237.

Условие.

2. Рентгеновское излучение.

Решение.

2. Рентгеновское излучение.

Рентгеновское излучение — это вид электромагнитного излучения с длинами волн в диапазоне от $10^{-11}$ до $10^{-8}$ метра (что соответствует энергиям фотонов от 120 эВ до 120 кэВ). Оно было открыто в 1895 году немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рентгеном, который назвал его "X-лучами" из-за их неизвестной на тот момент природы.

Механизм возникновения

Рентгеновское излучение возникает, когда быстрые заряженные частицы (чаще всего электроны) резко тормозятся или когда происходят переходы электронов на внутренние электронные оболочки атомов. Существуют два основных механизма генерации рентгеновского излучения в рентгеновской трубке:

1. Тормозное излучение (Bremsstrahlung). В рентгеновской трубке электроны, испускаемые нагретым катодом, ускоряются сильным электрическим полем (напряжением в десятки и сотни киловольт) и с большой скоростью ударяются о мишень — анод, изготовленный из тугоплавкого металла (например, вольфрама). Пролетая вблизи атомных ядер анода, электроны испытывают сильное торможение из-за кулоновского взаимодействия. Потерянная при этом кинетическая энергия электрона излучается в виде кванта электромагнитного излучения — рентгеновского фотона. Так как степень торможения может быть разной, возникает излучение с непрерывным (сплошным) спектром. Максимальная энергия фотона (и, соответственно, минимальная длина волны $\lambda_{min}$) определяется ускоряющим напряжением $\text{U}$ в трубке по формуле:$E_{max} = h\nu_{max} = \frac{hc}{\lambda_{min}} = eU$,где $\text{e}$ — заряд электрона, $\text{h}$ — постоянная Планка, $\text{c}$ — скорость света.

2. Характеристическое излучение. Если энергия налетающего электрона достаточна, он может выбить один из электронов с внутренних оболочек атома анода (например, K- или L-оболочки). На образовавшуюся вакансию "падает" электрон с одной из более высоких по энергии оболочек (L, M и т.д.). Этот переход сопровождается испусканием фотона, энергия которого строго определена и равна разности энергий уровней, между которыми произошел переход. Такой фотон имеет характерную для данного химического элемента энергию (и длину волны). В результате спектр рентгеновского излучения, помимо сплошного тормозного фона, содержит ряд узких интенсивных линий — так называемый линейчатый, или характеристический, спектр.

Свойства

• Высокая проникающая способность: Рентгеновские лучи могут проходить сквозь материалы, непрозрачные для видимого света. Степень поглощения зависит от плотности вещества и атомного номера элементов, из которых оно состоит. Например, они легко проходят через мягкие ткани тела, но задерживаются костями, содержащими кальций.
• Ионизирующая способность: Обладая высокой энергией, рентгеновские фотоны способны выбивать электроны из атомов и молекул, то есть ионизировать вещество. Это свойство используется в лучевой терапии, но также обуславливает биологическую опасность излучения.
• Отсутствие отклонения в полях: Будучи потоком фотонов, рентгеновское излучение не имеет заряда и поэтому не отклоняется в электрических и магнитных полях.
• Вызывают флуоресценцию: Некоторые вещества (флуорофоры) светятся под действием рентгеновских лучей. Это свойство было использовано Рентгеном при их открытии и применяется в рентгеновских экранах.

Применение

Благодаря своим свойствам рентгеновское излучение нашло широкое применение:

• Медицина: рентгенография и рентгеноскопия (для получения изображений костей и внутренних органов), компьютерная томография (КТ), маммография, лучевая терапия для лечения онкологических заболеваний.
• Промышленность: дефектоскопия — неразрушающий контроль качества сварных швов, отливок и других изделий.
• Безопасность: рентгеновские сканеры для досмотра багажа в аэропортах и на вокзалах.
• Наука: рентгеноструктурный анализ для определения кристаллической структуры веществ (именно так была расшифрована структура ДНК), рентгеновская астрономия для изучения космических объектов (черных дыр, нейтронных звезд).

Ответ: Рентгеновское излучение — это коротковолновое электромагнитное излучение, возникающее при резком торможении быстрых электронов (тормозное излучение) или при переходах электронов между внутренними энергетическими уровнями в атомах (характеристическое излучение). Оно обладает высокой проникающей и ионизирующей способностью, что обусловило его широкое применение в медицине, промышленности, науке и системах безопасности.