Свойства рентгеновских лучей

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 118.

Одним из видов электромагнитного излучения являются рентгеновские лучи. Благодаря высокой проникающей способности эти лучи нашли широкое применение в медицине и других областях народного хозяйства. Поговорим кратко об основных свойствах рентгеновских лучей.

Открытие рентгеновских лучей

В середине XIX в. были открыты катодные лучи, которые вызывали свечение многих веществ. Изучением свойств и физики катодных лучей занялись многие исследователи. Катодные лучи легко засвечивали фотоматериалы, поэтому в исследованиях часто использовались фотопластинки.

В одном из таких исследований немецкий физик В. Рентген обнаружил, что если фотопластинка находится рядом с катодной трубкой, ее засвечивание происходит, даже если она не была освещена и не попадала под действие катодных лучей.

Вскоре стало ясно, что катодная трубка при работе испускает не только катодные лучи, но и другое невидимое излучение, обладающее свойствами, отличающимися от свойств катодных лучей. В частности, выяснилось, что это излучение вызывает свечение бумажных экранов, пропитанных веществом, реагирующим на УФ-излучение (тетрацианоплатинатом бария, химическая формула $Ba[Pt(CN)_4]$).

Вновь открытое излучение было названо X-лучами. Однако в дальнейшем за излучением закрепилось название «рентгеновские лучи».

Свойства рентгеновских лучей

Поскольку X-лучи вызывали свечение экранов, чувствительных к УФ-излучению, предположили, что природа этих лучей близка к природе ультрафиолета. Однако сразу была открыта гораздо большая проникающая способность X-лучей. Если ультрафиолетовые лучи полностью задерживались достаточно тонким слоем многих веществ, то X-лучи глубоко проникали в большинство сред.

Было выявлено, что рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение с еще более короткой длиной волны, чем у УФ-излучение. Диапазон частот X-лучей лежал в пределах $10^{18}$ Гц — $10^{20}$ Гц. Кратко говоря, X-лучи испускаются в соответствии с законами электродинамики в результате резкого торможения электронов катодных лучей в веществе. При этом спектр излучения получается непрерывным.

Позже были открыты и линейчатые рентгеновские спектры, которые возникают при переходах электронов между энергетическими уровнями в атомах. Кроме того, при распространении в веществе рентгеновские лучи способны к ионизации: электроны внешних оболочек получают энергию, достаточную, чтобы покинуть атом, образуя в веществе заряженные ионы.

Самым замечательным свойством Х-лучей оказалось то, что при проникновении сквозь вещество они ослаблялись пропорционально плотности этого вещества. И особенно заметна эта зависимость была, если плотность вещества была близка к плотности воды.

Поскольку биологическая ткань имеет как раз такую плотность, то если она располагалась на пути X-лучей, на экране отчетливо были видны все ее неоднородности — кости, сухожилия, внутренние полости. Появилась возможность медицинских исследований внутренних органов человека без хирургического вмешательства. Это и обусловило широчайшее применение X-лучей в медицине и лучевой диагностике.

Рис. 2. Медицинский рентгеновский аппарат.

Не менее важным свойством рентгеновских лучей, нашедшим применение в рентгеноструктурном анализе, явилась дифракция рентгеновского излучения на атомах вещества. По дифракционной картине излучения, прошедшего сквозь кристалл, можно исследовать пространственную структуру молекул и даже отдельных атомов.

Именно рентгеноструктурный анализ позволил установить строение сложных органических молекул — белков и ДНК.

Еще одна сфера использования рентгеновских лучей — дефектоскопия. За счет малой длины волны становится возможным находить самые мелкие неоднородности и разрушения в веществе, предотвращая серьезные разрушения и аварии.

Что мы узнали?

Рентгеновские лучи — это электромагнитное излучение малой длины волны. Оно обладает большой проникающей способностью, а также способно ионизировать вещество. Проникающая способность и малая длина волны определяют сферу применения рентгеновских лучей — медицина, дефектоскопия, рентгеноструктурный анализ.