AKADEMIA ROLNICZO - TECHNICZNA

W OLSZTYNIE

KATEDRA FIZYKI

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI

(CZĘŚĆ TEORETYCZNA)

ĆW. NR. 2:

Promieniowanie Röntgena . Określanie położenia defektów w ciałach stałych

ADAM RZECZKOWSKI

III MiBM gr1 Zespół 6

Promieniowanie rentgenowskie wytwarza się w tzw. lampach rentgenowskich. Nazwanie przez Röentgena odkrytych przez siebie promieni promieniami X, pochodzi z stąd , iż nie potrafił on określić czynnika , który powoduje ich powstawanie. Roentgen ustalił następujące właściwości odkrytych promieni:

• promienie rozchodzą się po liniach prostych,

• nie niosą ze sobą ładunku.

W lampie rentgenowskiej katoda charakteryzuje się dużą zdolnością termoemisji. Gęstość tego prądu jest bardzo duża i określona wz. Richardsona.

j=a T ²exp (-W/kT)

gdzie:

W- praca wyjścia,

k- stała Boltzmana,

T- temperatura.

Pod wpływem napięcia anodowego powstaje pomiędzy anodą i katodą pole elektryczne, które działa na elektrony siłą F=eE, pod której wpływem doznają one przyspieszenia:

a =

E

Inaczej mówiąc pole elektryczne powoduje wzrost energii kinetycznej elektronów, zgodnie z wyrażeniem:

1/2mv² = eU_a

Przy anodzie uzyskują one bardzo dużą prędkość, określoną wyrażeniem:

v =

Gdy napięcie zasilające lampę U_a = 30 000 V , prędkość elektronów docierających do anody wynosi 1/3 c. Napięcie , jakie stosuje się w lampach rentgenowskich , wynosi od 20 kV do 250 kV .elektrony o tak dużej energii po dojściu do anody podlegają dwom procesom:

• rozpraszaniu na materiale anody,

• zderzeniom z elektronami atomów anody.

W wyniku zderzeń elektrony wiązki padającej mogą tracić różne ilości energii i w typowym przypadku pojedynczy elektron zostaje spowolniony , aż do zatrzymania dopiero w rezultacie wielu zderzeń z jądrami atomów anody. Wobec tego promieniowanie rentgenowskie wytworzone przez wiele elektronów będzie miało widmo ciągłe . Inaczej mówiąc , powstaje wiele fotonów, których długości fal są zawarte w przedziale od λ_min do λ = ∞ , co odpowiada występowaniu różnych wartości strat energii w zderzeniach.

W drugim przypadku elektrony o bardzo dużej energii wnikają w głąb atomów anody i w wyniku kulombowskiego oddziaływania może dojść do zderzeń niesprężystych z elektronami związanymi (na głębszych powłokach) atomów anody. Elektrony atomowe w tym zderzeniu mogą uzyskać energię większą od energii oddziaływania z jądrem i opuścić macierzysty atom. W tym przypadku zachodzi tzw. głęboka jonizacja atomów. Na miejsce po takim elektronie przechodzi elektron z wyższego poziomu, wypromieniowując - zgodnie z drugim postulatem Bohra - kwant energii.

Cechą rentgenowskich widm liniowych jest regularność zmian częstotliwości i długości fali linii od pierwiastka do pierwiastka. Przyczyną tej regularności jest zależność charakterystyk widm rentgenowskich od energii wiązania elektronów w powłokach wewnętrznych.

Promieniowanie rentgenowskie: - wykazuje dużą zdolność jonizującą,

- jest bardzo przenikliwe,

- wywołuje zjawisko fotoelektryczne u wszystkich ciał,

- działa szkodliwie na organizmy żywe.

Pochłanianie promieniowania rentgenowskiego jest właściwością atomową. Atomowy współczynnik μ_a nie zależy od rodzaju związku , w którego skład wchodzi dany atom. Rozpraszaniem promieniowania rentgenowskiego zajmował się Bragg , który otrzymał następujące wyrażenie na długość fali rozproszonej :

gdzie:

m - krotność długości fali rozproszonej

d - stała sieci krystalicznej ciała rozproszonego

Φ - kąt odbłysku promienia od płaszczyzny węzłowej.

---