Promieniowanie rentgenowskie (X):
a) Powstawanie i natura promieniowania X (widmo ciągłe i charakterystyczne)

Promieniowanie rentgenowskie powstaje podczas bombardowania materii elektronami. Ich energia kinetyczna musi wynosić powyżej 20 kiloelektronowoltów (keV). Podczas przechodzenia przez bombardowany materiał tracą one swą energię. Dzieje się tak przez wybijanie elektronów z atomów lub wyhamowanie w pobliżu jąder atomowych.

Pierwszy proces może prowadzić do jonizacji lub wzbudzenia atomów, czyli przenoszenia elektronów na wyższe poziomy energetyczne. Wzbudzone atomy powracają do stanu podstawowego emitując kwanty promieniowania elektromagnetycznego (rentgenowskiego). Gdy wzbudzane są elektrony z wewnętrznych powłok elektronowych, emitowane są promienie rentgenowskie. Przeskokom elektronów między powłokami odpowiadają określone ilości energii , więc długości fal promieniowania zależą od rodzaju bombardowanych atomów. Z tego powodu promieniowanie to jest nazywane promieniowaniem charakterystycznym.

Elektrony wyhamowywane w pobliżu jąder atomowych tracą różne ilości energii. Energia kinetyczna zamieniana jest na energię promieniowania rentgenowskiego. Promieniowanie to może mieć różne długości fal, nie mniejsze jednak od pewnej wartości granicznej, nazywanej krótkofalową granicą widma ( λmin ).

Ek = hv = hc / λmin

h – stała Plancka

c – prędkość światła

λ (lambda) – długość fali

Promieniowanie uzyskane w procesie hamowania, ze względu na rozkład długości fal, nazywane jest promieniowaniem ciągłym.

Obie komponenty – charakterystyczna i ciągła – występują w widmie promieniowania rentgenowskiego jednocześnie.

b) Wytwarzanie promieniowania X, budowa i działanie lampy rentgenowskiej.

Promieniowanie X najczęściej wytwarza się poprzez działanie lampy rentgenowskiej. Lampa rentgenowska składa się ze szklanej bańki opróżnionej z powietrza, w której zatopione są katoda i anoda. Przez katodę płynie prąd, co sprawia, że jest ona rozgrzewana do temperatury ponad 2000 ^oC, przez co następuje termoemisja – wyrzucanie elektronów poza katodę. Są one przyciągane przez anodę, co powoduje powstanie promieniowania rentgenowskiego.

Między katodą i anodą istnieje pole elektryczne, które rozpędza elektrony i nadaje im energię kinetyczną (Ek), która zależy od różnicy potencjałów między elektrodami (U).

Ek = eU

Ek – energia kinetyczna

U – różnica potencjałów między elektrodami (napięcie)

e – ładunek elektronu

Λmin = hc / eU

Innym parametrem pracy lampy rentgenowskiej jest natężenie otrzymywanego w niej promieniowania (I).

I = A Z Ia U²

I – natężenie promieniowania otrzymywanego w lampie

Ia – wartość prądu płynącego między katodą i anodą

U – napięcie na lampie

Z – liczba atomowa pierwiastka, z którego jest zbudowana anoda

A – stała zależna od konstrukcji lampy

Współczesne lampy rentgenowskie posiadają specjalne układy chłodzenia, pozwalające na szybkie odprowadzenie z nich ciepła, jakie powstaje na anodzie z energii elektronów oraz posiadają wirujące anody w kształcie ściętego stożka, aby uniknąć mechanicznego uszkodzenia materiału anody.

Promieniowanie rentgenowskie jest przenikliwe, przechodząc przez materię powoduje jej jonizację oraz inne efekty, m.in. zdolność do zaczerniania kliszy fotograficznej.