Тормозное рентгеновское излучение.

В 1895 г. В.Рентген (Вильгельм Конрад Рентген 1845-1923 гг., немецкий физик, первая Нобелевская премия по физике – 1901 г.) обнаружил электромагнитное излучение, возникающее при бомбардировке стекла и металлов быстрыми электронами в результате их торможения в веществе, позднее получившее название рентгеновских лучей (. В устройстве для получения тормозного рентгеновского излучения (рентгеновской трубке) электроны, испускаемые катодом в результате термоэлектронной эмиссии, фокусируются цилиндрическим электродом и ускоряются высоким напряжением, создаваемым между катодом

и электродом, называемым антикатодом.

Мишенью для электронного пучка служит антикатод.

Почти вся энергия электронов пучка выделяется в

антикатоде в виде тепла. На долю рентгеновского

излучения приходится всего энергии,

запасенной в пучке.

При достаточно высокой скорости электронов

помимо тормозного рентгеновского излучения наблюдается также характеристическое излучение, вызванное возбуждением внутренних электронных оболочек атомов антикатода.

Согласно классической электродинамике при торможении электрона должно возникать излучение с длинами волн от нуля до бесконечности. При этом

длина волны, на которую максимум интенсивности

излучения, должна уменьшаться по мере увеличения

скорости электронов, т.е. повышения ускоряющего

напряжения. Выводы классической теории в основном

подтверждаются на опыте.

Однако опыт показывает, что при фиксированном

ускоряющем напряжении в рентгеновском спектре

отсутствует излучение с длинами волн, меньшими

некоторого значения . При этом коротковолновая

граница тормозного излучения определяется только ускоряющим напряжением и не зависит от

материала мишени.

В целом процесс излучения при торможении электрона в электрических полях, создаваемых атомами мишени, весьма сложен, но наличие коротковолновой границы в корпускулярной картине получает очень простое объяснение.

Как и в уравнении Эйнштейна для фотоэффекта, можно записать закон сохранения энергии в элементарном акте испускания кванта излучения. Фотон получает наибольшую энергию в том случае, когда электрон полностью останавливается при столкновении с ядром атома мишени. Из-за большой массы ядра такой процесс не противоречит закону сохранения импульса. Тогда максимальная энергия испускаемых фотонов равна кинетической энергии электронов

; ; .

Существование граничной длины волны (частоты ) демонстрирует квантовый характер испускания рентгеновского излучения.

По измерению её зависимости от ускоряющего напряжения можно с высокой точностью определить значение постоянной Планка.

В рассмотренных явлениях фотоэффекта и тормозного излучения мы учитывали только закон сохранения энергии при испускании или поглощении фотона, так как массивный катод мог, не участвуя в энергетическом балансе, «принять на себя» любой импульс и этим обеспечить выполнение закона его сохранения. Но существуют явления, в которых импульс фотона обнаруживает себя явно и соотношение допускает экспериментальную проверку. В качестве примера рассмотрим рассеяние рентгеновского излучения в парафине, впервые количественно исследованное в 1923 г.А.Комптоном.