Рентгеновские лучи

Рентгеновская фотография руки своей жены, сделанная В. К. Рентгеном.

Открытие рентгеновских лучей
Открыты в 1895 г. Вильгельмом Конрадом Рентгеном.
Катодолучевая трубка, которую Рентген использовал в своих экспериментах, была разработана Й. Хитторфом и В. Круксом.
М.Лауэ предположил:
что рентгеновские лучи являются таким же электромагнитным излучением, как лучи видимого света, но с меньшей длиной волны и к ним применимы все законы оптики;
что рентгеновские лучи имеют длину волны, близкую к расстоянию между отдельными атомами в кристаллах, т.е. атомы в кристалле создают дифракционную решетку для рентгеновских лучей.
возможна дифракция.

Получение
Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц либо при высокоэнергетичных переходах в электронных оболочках атомов или молекул.
В процессе ускорения-торможения лишь около 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99 % энергии превращается в тепло.
Рентгеновское излучение можно получать также и на ускорителях заряженных частиц.
Синхротронное излучение возникает при отклонении пучка частиц в магнитном поле, в результате чего они испытывают ускорение в направлении, перпендикулярном их движению.

Схематическое изображение рентгеновской трубки

Свойства рентгеновских лучей
Источник - рентгеновская трубка, в которой есть два электрода – катод и анод.
Вследствие высокой интенсивности и узкого интервала длин волн характеристическое рентгеновское излучение является основным типом излучения, используемым в научных исследованиях и при технологическом контроле.
Источниками рентгеновского излучения могут быть радиоактивные изотопы.
Синхротронное рентгеновское излучение получают в ускорителях электронов, длина волны этого излучения значительно превышает получаемую в рентгеновских трубках (мягкое рентгеновское излучение), интенсивность его на несколько порядков выше интенсивности излучения рентгеновских трубок.
Природные источники рентгеновского излучения - радиоактивные примеси, обнаруженные во многих минералах, рентгеновское излучение космических объектов.

Зависимость интенсивности рентгеновского излучения от длины волны для различных материалов анодов рентгеновских трубок

Дифракция рентгеновских лучей
Дифракция рентгеновских лучей - явление, возникающее при упругом рассеянии рентгеновского излучения в кристаллах, аморфных телах, жидкостях или газах и состоящее в появлении отклонённых лучей, распространяющихся под определёнными углами к первичному пучку.
Дифракционная картина может быть зафиксирована на фотоплёнке; её вид зависит от структуры объекта и метода.
Д.Р.Л. впервые была экспериментально обнаружена на кристаллах физиками М.Лауэ, В.Фридрихом и П.Книппингом в 1912 и явилась доказательством волновой природы рентгеновских лучей.
Наиболее чётко Д.Р.Л. выражена на кристаллах.

Направление Д. max удовлетворяет условиям Лауэ:
а, b, с — периоды кристаллической решётки по трём её осям;
a0, b0, g0 — углы, образуемые падающим;
a, b, g — углы, образуемые рассеянным лучом с осями кристалла;
h, k, l — целые числа (индексы Миллера).

Интенсивность дифрагированного луча определяется атомными факторами, которые зависят от электронной плотности атомов, расположением атомов в ячейке, а также интенсивностью тепловых колебаний атомов кристаллической решётки. Также влияют размеры и форма объекта, степень совершенства кристалла и др. характеристики.
Зависимость величины и пространственного распределения интенсивности рассеянного рентгеновского излучения от структуры и др. характеристик объекта легла в основу рентгеновского структурного анализа и рентгенографии материалов.
Д.Р.Л. на кристаллах даёт возможность определять длину волны рентгеновского излучения.
Д.Р.Л. на аморфных твёрдых телах, жидкостях и газах позволяет оценивать средние расстояния между молекулами или расстояния между атомами в молекуле и определять распределение плотности вещества.

Рентгеновские спектры
Рентгеновские спектры - спектры испускания (эмиссионные) и поглощения (абсорбционные) рентгеновского излучения.
Могут быть непрерывными или линейчатыми.
линейчатый - испускает атомы и ионы после ионизации их внутренних оболочек при последующем заполнении образовавшихся вакансий (др. – характеристический),
непрерывным является тормозной Р.С., спектр синхротронного излучения или излучения в рентгеновском диапазоне
Большой интерес представляет изучение Р.С. многозарядных ионов и плазмы.
Спектрометры 2 типов: спектрометры с диспергирующим элементом и спектрометры на основе детектора и амплитудного анализатора импульсов.