Номер 4, страница 237 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 7. Квантовые явления. Параграф 57. Опыты с катодными лучами. Открытие электрона. Вопросы - номер 4, страница 237.

Условие.

4. Что такое рентгеновское излучение?

Решение.

Рентгеновское излучение (также известное как X-лучи) — это вид электромагнитного излучения, которое невидимо для человеческого глаза. В шкале электромагнитных волн оно занимает диапазон между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением.

Основные характеристики и свойства

Ключевые характеристики рентгеновского излучения определяются его физическими параметрами:

• Длина волны: Лежит в диапазоне от $10^{-12}$ до $10^{-8}$ метров (или от 0.01 до 10 нанометров).
• Частота: Соответственно, частоты находятся в диапазоне $3 \times 10^{16} - 3 \times 10^{19}$ Гц.
• Энергия фотонов: от 100 эВ до нескольких сотен кэВ.

Основные свойства, обусловленные этими параметрами:

• Высокая проникающая способность: Рентгеновские лучи могут проходить сквозь материалы, непрозрачные для видимого света. Степень поглощения зависит от плотности и атомного номера вещества (например, кости поглощают излучение сильнее, чем мягкие ткани).
• Ионизирующая способность: Обладая высокой энергией, рентгеновские фотоны способны выбивать электроны из атомов и молекул, превращая их в ионы. Это свойство лежит в основе как его биологической опасности, так и применения в лучевой терапии.
• Химическое действие: Вызывает засвечивание фотоэмульсий и флуоресценцию (свечение) некоторых материалов (люминофоров).

Механизмы возникновения

Существует два основных механизма генерации рентгеновского излучения, которые обычно реализуются в рентгеновских трубках:

1. Тормозное излучение. Возникает, когда поток быстрых электронов, разогнанных высоким напряжением, резко тормозится при столкновении с мишенью (анодом) из тяжелого металла (например, вольфрама). Кинетическая энергия электронов преобразуется в фотоны рентгеновского излучения. Этот процесс создает излучение с непрерывным (сплошным) спектром энергий.
2. Характеристическое излучение. Появляется, когда налетающий электрон обладает достаточной энергией, чтобы выбить электрон с одной из внутренних электронных оболочек атома мишени. Образовавшееся вакантное место немедленно занимается электроном с одной из внешних оболочек. При этом "падении" электрона на более низкий энергетический уровень излучается фотон, энергия которого строго равна разности энергий этих уровней. Так как энергетические уровни для каждого химического элемента уникальны, спектр такого излучения является линейчатым (состоит из отдельных линий) и характерен для материала анода.

Применение

Уникальные свойства рентгеновского излучения обеспечили ему широкое применение в различных сферах:

• Медицина: рентгенография (получение снимков костей и органов), флюорография, компьютерная томография (КТ), лучевая терапия для лечения онкологических заболеваний.
• Промышленность и техника: дефектоскопия для проверки качества материалов, сварных швов и конструкций без их разрушения.
• Наука: рентгеноструктурный анализ для определения атомной и молекулярной структуры кристаллов (например, с его помощью была определена структура ДНК), рентгенофлуоресцентный анализ для определения элементного состава вещества.
• Системы безопасности: досмотр багажа и грузов в аэропортах и на таможне.

Ответ: Рентгеновское излучение — это коротковолновое электромагнитное излучение (длина волны $10^{-12} - 10^{-8}$ м), обладающее высокой проникающей и ионизирующей способностью. Оно возникает при резком торможении быстрых электронов или при электронных переходах во внутренних оболочках атомов и широко используется в медицине, науке, промышленности и системах безопасности.