5. ТОРМОЗНОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

мишеней-анодов (рис 1).
Если между катодом и анодом создано
напряжение

то электроны, разгоняясь, получат энергию . Попав в вещество анода , электроны тормозятся и излучают
электромагнитные волны.

Рис. 1

Согласно классической физике при торможении
электрона должны возникать волны всех длин – от нуля до бесконечности. Экспериментальные кривые распределения интенсивности тормозного излучения по длинам волн (рис.2) не подтверждают это положение: интенсивность не идет плавно к началу координат, а резко обрывается при отличных от нуля

Рис. 2

из квантовой природы излучения. Каждый квант излучается отдельным электроном. Поэтому

энергия кванта не может превысить энергию электрона
перед торможением. То есть

Получается, что частота излучения не может быть больше значения

Тогда, длина волны не может быть меньше чем

Постоянная совпадает с полученной экспериментально постоянной

величиной b в (1) .

(1)

рентгеновского излучения веществом, содержащим легкие атомы (Li, Be, B), часть

рассеянного излучения меняет длину волны и направление распространения (рис. 1).

рис. 1

Экспериментально полученное соотношение:

, где

длина волны несмещенного излучения

длина волны смещенного излучения

угол рассеяния.

смещенной (для λ’) и несмещенной (для λ) компонент рассеянного излучения

разными веществами.

При рассеянии на легких атомах большая часть рассеянного излучения имеет смещенную длину волны;
При рассеянии на тяжелых – наоборот.

рис. 2

Все особенности эффекта Комптона можно объяснить если рассматривать
рассеяние как упругое столкновение рентгеновских фотонов с практически
свободными электронами.

Свободными можно считать валентные электроны, энергия связи которых значительно меньше той энергии, которую фотон передает электрону при столкновении.

При упругом столкновении выполняются законы сохранения энергии и импульса системы, в данном случае системы фотон - электрон.

=0,01 – 1 МэВ, а энергия покоя электрона

=0,51 МэВ, нужно использовать релятивистские выражения для энергии и импульса электрона.

Закон сохранения энергии:


Е = полная энергия электрона после соударения.

Закон сохранения импульса:

Связь полной энергии электрона и его импульса:

Здесь

Связь полной энергии электрона и его кинетической энергии:

(1)

(2)

(3), (4)

(5)

называется комптоновской

длиной волны

и численно совпадает со значением , полученным экспериментально.

При рассеянии фотонов на электронах, связь которых с атомом велика, обмен энергией и импульсом происходит с атомом как целым. Поскольку масса атома намного превосходит массу электрона: , комптоновское смещение в (6) ничтожно мало: . По мере роста номера атома увеличивается относительное число электронов с сильной связью, чем и объясняется ослабление интенсивности смещенной линии на рис.2 для более тяжелых веществ.

(6)

означали окончательное

утверждение квантовых идей в физике. Стало понятно, что пока энергия кванта мала ( ), излучение ведет себя как волна (например, при тепловом излучении). На высоких частотах , когда наблюдается эффект Комптона, происходит корпускулярное взаимодействие рентгеновского излучения со свободными или связанными в атоме электронами, объясняющее сдвиг длины волны рассеянного излучения ( ).

он проявляет ярко выраженные волновые свойства ( при интерференции, дифракции,

поляризации, дисперсии), а с другой проявляет себя, как поток частиц – фотонов ( в явлениях теплового излучения, фотоэффекте, давлении света, эффекте Комптона) .
При больших λ ярче проявляются волновые свойства излучения, по мере уменьшения λ все больше проявляется корпускулярная природа света.