Promieniowanie rentgenowskie

PROMIENIE RENTGENOWSKIE-Odkryto je całkowicie przypadkiem.

Rentgen jest to bańka szklana, o średnicy kilkudziesięciu centymetrów, w całości wypełnia ją gaz rozrzedzony o ciśnieniu rzędy tysięcy części 1 milimetra (1/10 Pascala).

W lampie są trzy elektrody.

Katoda-aluminiowa miseczka o środku krzywizny we wnętrzu lampy.

Anoda-metalowy pręt.

Antykatoda -płaska płytka  w formie okręgu, z trudno topliwej substancji (wolfram, platyna), ustawiona pod kątem 45º do osi bańki.

Pomiędzy anodę oraz katodę przykłada się napięcie rzędu kilkunastu tys. Woltów. W środku bańki tworzy się bardzo silne pole elektryczne. Pole to sprawia że dochodzi do jonizacji gazów, na dodatnie jony oraz elektrony.

Elektrony przemieszczają się do anody, natomiast jony dodatnie z ogromną energią zdarzają się z katodą oraz wybijają z niej elektrony.

Wszelkie elektrony przemieszczając się w stronę anody na swej drodze spotkają antykatodę na której są szybko hamowane.

MECHANIZM TWORZENIA SIĘ PROMIENI RENTGENA.

W czasie hamowania elektronów na elektrodzie tworzą się  2 typy promieni rentgenowskiego.

a)Rentgenowskie prom hamowania

Strumień elektronów szybko jest hamowany na antykatodzie, można uważać go  jako prąd o zmieniającym się natężeniu. Na około tego prądu tworzy się zmienne pole rentgenowskie, które otacza się zmiennym polem elektrycznym.

To rozchodzenie się w czasie oraz przestrzeni, naprzemienne pole magnetyczne oraz elektryczne to fala elektryczno-magnetyczna zatem jest to rentgenowskie promieniowanie hamowania.

Rentgenowskie promieniowanie hamowania posiada widmo ciągłe, gdyż wszelkie prędkości elektronów są dozwolone.

V-prędkość na początku, przed zderzeniem V’ - po zderzeniu h - stała Plancka  u - częstość promieniowania E- Energia przed zderzeniem Ek - po zderzeniu

Jeśli  U’=0, to Vmax , E=mv²/2, Ek’=mv²/2

b)Rentgenowskie prom charakterystyczne

W czasie oddziaływania elekt z atomem antykatody dochodzi do wybicia elektronu z wewnętrznych powłok atomu. W czasie przeskoku elektronów z powłok energetycznie wyższych na niższe, atom emituje promieniowanie liniowe zwane rentgenowskim prom. Charakterystycznym. R..CH jest ściśle zdefiniowane dla konkretnego pierwiastka.

NATURA PROMIENI RENTGENA.

a.       Eksperyment Laue’go

Promienie Rentgena wydostają się ze źródła Z, przechodzą przez dwie przesłony oraz zogniskowana wiązka promieni padnie na kryształ  siarczku cynku, przechodzi prze kryształ a następnie padnie na płytkę P pokrytą emulsją fotograficzną.

Układ jasnych oraz ciemnych obszarów na kliszy fotograficznej to obraz Laue’go.

Jest on charakterystyczny dla konkretnego kryształu. (wszystkie kryształy posiadają swój własny obraz Laue’go).

b.       Eksperyment Bragga

W eksperymentu Bragga posiadamy: źródło prom. Rentgena, 2 przesłony, i kryształ C który znajduje się w bańce szklanej opróżnionej z powietrza, pokrytej wew. Emulsją fotograficzną.

W eksperymencie Bregga promienie rentgena padają na kryształ pod katem teta (O), który utworzy promień jaki pada z powierzchnią kryształu. Teta to kąt odbłysku.

Kryształ C da się obracać na około osi prostopadłej do płaszczyzny rysunku. Gdy będziemy obracać kryształ zmieniamy kąt teta.

W rezultacie okaże się, iż jedynie dla pewnych kątów  teta, uzyskujemy zaczernienie kliszy w formie prążków. ▲=nλ , ▲s=2dsinθ dla n=1, ▲s-różnica dróg promieni odbitych od następnych płaszczyzn całkowitych. D-odległość pomiędzy płaszczyznami krystalicznymi w krysztale.

Wzmocnienie następuje wówczas, kiedy promienie rentgena padną na kryształ pod katem θ (teta), spełniającym warunek Bragga. Promienie jakie padają pod innymi kątami ulegają całkowitemu wygaszeniu. Λe(10-12;10-8)m.

ZDAWISKO FOTO-ELEKTRYCZNE ZEWNĘTRZNE

a) eksperyment Staltowa

Naświetla się płytkę cynkową światłem nadfioletowym. Jeśli na płytce cynkowej jest potencjał ujemny to pod wpływem padającego promieniowania, uwalniają się z niej elektrony oraz galwanometr pokazuje przepływ prądu.

b) eksperyment Joffego

Przez okno kwarcowe padnie na katodę promieniowanie nadfioletowe. Sprawi ono fotoemisje elektronów z katody. Elektrony uwolnione z katody wędrują do anody. W obwodzie tworzy się prąd elektryczny.

Przy pewnej wartości napięcia Uh, fotoprąd w obwodzie znika. Pomiary prędkości fotoelekt. pozwoliły na zauważenie , iż ich prędkość uzależniona jest od częstości padającego promieniowania. Un- potencjał hamujący I1-natężenie padającego promieniowania. eUh=mv²max/2-praca pola elektro.

Z powyższego związku można zauważyć, iż dla konkretnego materiału fotokatody jest ściśle zdefiniowana częstość padającego promieniowania, poniżej której zjawisko foto-elekt nie może zajść. Częstość nazywa się częstością graniczną

Prawidłowości jakie zaobserwować można w zjawisku fotoelektrycznym, zastały wytłumaczone przez Einsteina. Einstein założył, iż promieniowanie jakie pada na fotokatodę jest strumieniem cząsteczek nazywanych fotonami. Wszystkie fotony posiadają energię. E=hν(mi) h- stała Planka h=6,62*10-3hJs

Padające na fotokatodę promieniowanie będziemy traktować jako strumień fotonów. Wszystkie fotony oddziałują z jednym elektronem. Energia zostaje zużyta na  wyprodukowanie elektronu z metalu, i na nadanie mu energii kinetycznych. Równanie Einsteina-Milikana h ν=W+ mv²/2 –to równanie definiuje nam częstość graniczną.

h ν=W gdy E=o, Vgr=W/h.

Jeśli energia fotonu jest mniejsza od pracy wyjścia elektronu z metalu to zjawisko fotoelektryczne nie ma prawa zajść, gdyż częstość padającego prom. Jest mniejsza od częstości granicznej. mv²/2=eUh-energia kinetyczna elektronu h ν=W=eUh, Uh=h ν-w/2, Uh=-(w/e+h/e ν)

Wszystkie fotony oddziaływają z jednym elektronem. Jeśli padnie promieniowanie o większym natężeniu, wówczas więcej fotonów oddziałuje z elektronami fotokatody. Tworzy się w obwodzie większy prąd oraz jest większa wartość prądu nasycenia.

PROMIENIOWANIE TEMPERATUROWE

Wszystkie ciała ogrzane do pewnej temperatury, wysyłają promieniowanie termiczne o przeróżnych długościach.

Głównym wielkościami jakie określają cechy ciał emitujących promieniowanie temperaturowe są:

a)Zdolność emisyjna Eλ -definiuje się jako ilość energii wysyłanej przez 1m² powierzchni ciała podczas jednej sekundy.

b)Zdolność absorpcyjną Aλ -definiuje stosunek energii pochłanianej do energii całkowitej jak pada na dane ciało.

Wielkości Eλ oraz Aλ uzależnione są od temperatury bezwzględnej ciała a także od typu promieniowania wysyłanego albo pochłanianego. Zależności pomiędzy nimi definiuje prawo Kirchhoffa. Eλ/Aλ=f(λ,T) Treść: stosunek zdolności emisyjnej do zdolności absorpcyjnej jest dla wszelkich ciał taką sama funkcją długości fali oraz temperatury.

Ciało doskonale czarne

Jest to takie ciało, którego zdolność absorpcyjna nie zależy od temperatury oraz równa jedności dla wszystkich długości fal. Eλ=f(λ,T). Wszelkie ciała doskonale czarne posiadają w jakiejś temperaturze identyczny rozkład wyemitowanej energii w funkcji długości fali.

Z wykresu można zauważyć, iż zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego rośnie razem z temperaturą.

PRAWA PROMIENIOWANIA DLA CIAŁA DOSKONALE CZARNEGO.

a) Prawo Stefana Boltzmana

Cała emisja energetyczna  ciała doskonale czarnego rośnie proporcjonalnie do czwartej potęgi temp. bezwzględnej ciała. Ee=CT4. Na wykresie cała emisję energetyczną przedstawia pole powierzchni pod krzywa dzwonowatą. Ee=∫e λdλ-bardzo mały przedział długości fali

b) Prawo Wiena

Tyczy się położenia max krzywych rozkładu. Zwie się je prawem przesunięć Wiena. Treść: Długość fali λmax jaka odpowiada  max zdolności emisyjnej zmienia się dwa razy proporcjonalnie  do temperatury bezwzględnej ciała. Λmax=c’/t - stała empiryczna

MAXYMALNAM ZDOLNOŚĆ EMISYJNA CIAŁA DOSKONALE CZARNEGO

Eλ  rośnie razem ze wzrostem temperatury proporcjonalnie do piątej potęgi temperatury bezwzględnej ciała eλ=C’’T5  Max Planck –Podział równania dla ciała doskonale czarnego eλ=f(λ,T)=2IIhc²*( λ(-5)/(hc/ektλ-1)

k- stała Bollzmana

e-  liczna Nepera

h- stała Planka

c-prędkość światła