Природа рентгеновских лучей кратко

Природа рентгеновских лучей

Лучи, которые сейчас называют рентгеновскими, были открыты 7 ноября 1895 г. физиком В. К. Рентгеном. Официальной те датой открытия этих лучей считается 28 декабря 1895 г., когда Рентген, после изучения открытых им Х-лучей, опубликовал первое сообщение об их свойствах.

Эти Х-лучи стали называть рентгеновскими с 23 января 1896 года, когда В. К. Рентген сделал публичный доклад об Х-лучах на заседании физико-медицинского общества. На этом заседании было единогласно принято решение назвать Х-лучи рентгеновскими.

Природа Рентгеновских лучей оставалась мало исследованной в течение 17 лет со дня их открытия В. К. Рентгеном, хотя вскоре после открытия этих лучей сам ученый и целый ряд других исследователей отмечали сходство их с видимыми лучами.

Сходство подтверждалось прямолинейностью распространения, отсутствием отклонения их в электрическом и магнитном полях. Но, с другой стороны, не удалось обнаружить ни явления преломления призмой, ни отражения от зеркал и целого ряда других свойств, характерных для видимого света, имеющего волновую природу.

И только в 1912 году первоначально нашему соотечественнику знаменитому русскому физику А. И. Лебедеву, а затем немецкому физику Лауэ удалось доказать, что рентгеновские лучи имеют ту же природу, что и лучи видимого света, т. е. являются электромагнитными волнами. Таким образом, рентгеновские лучи по своей природе одинаковы с радиоволнами, инфракрасными лучами, лучами видимого света и ультрафиолетовыми лучами.

Разница между этими лучами только в том, что они имеют разную длину волны электромагнитных колебаний. Среди перечисленных выше рентгеновы лучи имеют очень малую длину волны. Поэтому они требовали особых условий производства опыта для выявления преломления или отражения.

Длину волны рентгеновских лучей измеряют очень маленькой единицей, называемой «ангстрем» (1Å=10–8 см, то есть равен сто миллионной доле сантиметра). Практически в диагностических аппаратах получаются лучи с длиной волны 0,1–0,8 Å.

Свойства рентгеновских лучей

Рентгеновские лучи проходят через непрозрачные тела и предметы, такие как, например, бумага, материя, дерево, ткани человеческого и животного организма и даже через определенной толщины металлы. Причем, чем короче длина волны излучения, тем легче они проходят через перечисленные тела и предметы.

В свою очередь, при прохождении этих лучей через тела и предметы с различной плотностью они частично поглощаются. Плотные тела поглощают рентгеновские лучи более интенсивно, чем тела малой плотности.

Рентгеновские лучи обладают способностью возбуждать видимое свечение некоторых химических веществ. Например: кристаллы платино-цианистого бария при попадании на них рентгеновских лучей начинают светиться ярким зеленовато-желтоватым светом. Свечение продолжается только в момент воздействия рентгеновских лучей и сразу же прекращается с прекращением облучения. Платино-цианистый барий, таким образом, от действия рентгеновских лучей флюоресцирует. (Это явление послужило причиной открытия рентгеновских лучей.)

Вольфрамовокислый кальций при освещении рентгеновскими лучами также светится, но уже голубым светом, причем свечение этой соли продолжается некоторое время и после прекращения облучения, т. о. фосфоресцирует.

Свойство вызывать флюоресценцию используется для производства просвечивания при помощи рентгеновых лучей. Свойство же вызывать у некоторых веществ фосфоресценцию используется для производства рентгеновских снимков.

Рентгеновские лучи также обладают способностью действовать на светочувствительный слой фотопластинок и пленок подобно видимому свету, вызывая разложение бромистого серебра. Иными словами, эти лучи обладают фото-химическим действием. Это обстоятельство дает возможность производить при помощи рентгеновских лучей снимки с различных участков тела у человека и животных.

Рентгеновские лучи обладают биологическим действием на организм. Проходя через определенный участок тела, они производят в тканях и клетках соответствующие изменения в зависимости от вида ткани и количества поглощенных ими лучей, т. е. дозы.

Это свойство используется для лечения целого ряда заболеваний человека и животных. При воздействии больших доз рентгеновских лучей в организме получается целый ряд функциональных и морфологических изменений, и возникает специфическое заболевание — лучевая болезнь .

Рентгеновские лучи, кроме того, обладают способностью ионизировать воздух, т. е. расщеплять составные части воздуха на отдельные, электрически заряженные частицы.

В результате этого воздух становится электропроводником. Это свойство используется для определения количества рентгеновских лучей, излучаемых рентгеновской трубкой за единицу времени при помощи специальных приборов — дозиметров.

Знание дозы излучения рентгеновской трубкой важно, когда производится рентгенотерапия. Без знания дозы излучения трубки при соответствующей жесткости нельзя проводить лечение лучами рентгена, так как легко можно вместо улучшения ухудшить весь процесс болезни. Неправильное использование рентгеновских лучей для лечения может погубить здоровые ткани и даже вызвать серьезные нарушения во всем организме.

Источник

16. Природа рентгеновских лучей (открытие рентгеновских лучей, возможности рса)

Одним из важнейших методов изучения внутреннего строения кристаллических веществ является рентгеноструктурный анализ.

В основе этого метода лежит явление взаимодействие рентгеновского излучения с электронами вещества, в результате которого возникает дифракция рентгеновских лучей.

Используя РСА можно получать информацию о:

• фазовом составе,
• среднем размере зерен,
• внутренних упругих напряжениях,
• плотности дислокаций,
• постоянной решетки,
• кристаллографической текстуре

17. Формула Вульфа-Брэгга



В 1913 г. австралийский физик У.Л.Брэгг и одновременно российский ученый Г.В.Вульф предложили наглядную трактовку возникновения дифракционных лучей в кристалле. Они показали, что дифракцию рентгеновских лучей можно объяснить, считая кристалл состоящим из параллельных плоскостей атомов, отстоящих друг от друга на межплоскостное расстояние d. При этом должны соблюдаться два условия. Во-первых, рентгеновские лучи должны испытывать зеркальное отражение, при котором угол падения равен углу отражения. Во-вторых, необходимо, чтобы лучи отраженные от соседних плоскостей взаимно усиливали друг друга в результате интерференции. В этом случае лучи испытавшие зеркальное отражение от двух соседних плоскостей имеют разность хода равную 2dsinq, где q — угол падения. Интерференция с усилением будет происходить только в том случае, если разность хода будет составлять целое число волн, что приводит к знаменитому соотношению Вульфа-Брэгга: 2d_hklsinq = nl где: d_hkl – межплоскостное расстояние для семейства плоскостей с индексами (hkl); n – порядок отражения; λ – длина волны; θ – угол между падающим лучом и поверхностью образца.

18. Свойства рентгеновского излучения (длина волны и энергия рентгеновского излучения)

В спектре электромагнитных волн рентгеновские лучи лежат в диапазоне от величины примерно 0,1 ангстрема до длины волны примерно 300 ангстрем. Малая длина волны рентгеновского излучения по сравнению со световыми волнами, имеющими диапазон (400-760 нм), обуславливает их способность проникать сквозь непрозрачные для световых лучей объекты и вызывать, например, засвечивание фотопленки защищенные от воздействие света. Длина волн рентгеновских лучей, имеющая величину порядка 2 ангстрема сравнима с межатомными расстояниями в кристаллах и размерами атомов. Поэтому рентгеновские лучи часто используются для изучения структуры кристаллических веществ с помощью рентгеноструктурного анализа. Энергия рентгеновского излучения равна: E = hc/l где: h — постоянная Планка, равная 6,6262.10-34 Дж . с, c — скорость света в вакууме c = 2,9979.108 м/c. Энергию жестких рентгеновских лучей традиционно выражают в электронвольтах (эВ), единицей которого является 1 эВ равный 1,6022.10-19 Дж. Если длину волны l выразить в ангстремах, а ее энергию в электронвольтах, то энергия рентгеновского излучения будет равна, Е=12,4/l. Следовательно, рентгеновский диапазон длин волн 0,1 – 300 ангстрем соответствует примерно диапазону энергий 4,1 — 124 кэВ. Эти значения энергии рентгеновских лучей примерно в 1000 раз выше, чем для волн видимого света, и сравнимы по величине с энергией связи внутренних электронов атома с ядром. Эта особенность рентгеновских лучей привела к быстрому развитию рентгеновской спектроскопии, позволяющей получить сведения о строении электронных оболочек атомов, а также рентгеноспектральному анализу, с помощью которого можно быстро и надежно определить элементный состав самых разнообразных материалов.

Источник

Рентгеновские лучи



Одним из важных открытий конца XIX в., повлиявших на ход всей дальнейшей научной деятельности, оказалось открытие рентгеновских лучей. Познакомимся кратко с этими лучами, с их основными свойствами, с применением в науке и технике.

Открытие рентгеновских лучей

В конце XIX в. многие физики изучали потоки электронов в газоразрядных трубках. Электроны испускались раскаленным катодом, но сам электрон в то время еще не был открыт, поэтому такие потоки назывались катодными лучами.

При исследовании этих лучей в 1895 г. немецкий физик В. Рентген обнаружил, что рядом с катодной трубкой происходит засвечивание фотопластинки, даже если она не была освещена.



Заинтересовавшись этим явлением, Рентген предположил, что катодная трубка — это источник невидимого излучения, которое и является причиной засветки фотоэмульсии (поскольку сами катодные лучи засветку не вызывают).

Одновременно выяснилось, что рядом с катодной трубкой начинают светиться бумажные экраны, пропитанные специальным составом, реагирующим на ультрафиолетовое излучение, — тетрацианоплатинатом бария (химическая формула $Ba[Pt(CN)_4]$).

Но самое удивительное было то, что когда Рентген держал руку между экраном и катодной трубкой, на экране были видны четкие тени не только от руки, но и от костей кисти.

Стало ясно, что катодная трубка испускает невидимые глазом лучи, которые Рентген назвал X-лучами. Однако в дальнейшем за ними закрепилось название «рентгеновские лучи».

Свойства рентгеновских лучей

Сразу возникло предположение, что рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение. В этом случае они должны демонстрировать волновые свойства и в частности способность к дифракции. Однако никакой дифракции на узких щелях обнаружить не удалось. Следовательно, рентгеновские лучи либо имели другую природу, отличную от электромагнитной, либо имели настолько малую длину волны, что расстояние между используемыми щелями было слишком большим.

Предположение о малой длине волны подтвердилось, когда в качестве дифракционной решетки были взяты кристаллы. Узкие пучки лучей, прошедшие сквозь кристаллическую решетку, демонстрировали на экране четкую дифракционную картину. Выяснилось, что длина волны рентгеновских лучей значительно меньше и сравнима с размерами атомов.

В настоящее границы диапазона рентгеновских лучей приняты за $0.005…10$нм (частота излучения — $3×10^…6×10^$Гц). В длинноволновой части рентгеновские лучи граничат с ультрафиолетовым излучением, в коротковолновой — с гамма-лучами.



Из-за более короткой длины волны энергия рентгеновских лучей выше энергии УФ-излучения, поэтому оно обладает высокой проникающей способностью, что обусловило его применение в медицине и научных исследованиях.

Спектр рентгеновского излучения бывает двух типов: непрерывный и линейчатый. Непрерывный спектр еще называют спектром торможения, поскольку он образуется при резком торможении быстрых электронов веществом. Линейчатый спектр образуется при переходах электронов в атомах с уровня на уровень и характеризует свойства самого вещества.

Применение рентгеновских лучей

Рентгеновские лучи находят широкое применение. Наиболее известно медицинское использование рентгеновских лучей: они позволяют достаточно хорошо рассмотреть внутренние структуры организма, а в сочетании с компьютером — и строить объемную 3D-модель изучаемого органа (КТ-томография).

Также рентгеновские лучи находит применение в науке и технике в рентгеноструктурном анализе. По дифракционной картине можно определять пространственное расположение атомов вещества, состав молекул и их связи.

Еще одна сфера применения рентгеновских лучей — дефектоскопия, с их помощью возможно обнаруживать очень малые дефекты в изделиях, не обнаружимые другими методами.



Что мы узнали?

Рентгеновские лучи были открыты при опытах с катодными трубками В. Рентгеном. Эти лучи представляют собой электромагнитное излучение высокой проникающей способности с очень малой длиной волны. В настоящее время рентгеновские лучи используются в медицине, рентгеноструктурном анализе, дефектоскопии и других областях.

Источник

Читайте также:  Охрана права собственности природные ресурсы