Рентгеновские лучи

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 418.

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 — $3×10^{16}…6×10^{19}$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.