Тормозное рентгеновское излучение
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ
И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
(ГБОУ ВПО КГМУ МИНЗДРАВСОЦРАЗВИТИЯ РОССИИ)
кафедра физики, информатики и математики
Самостоятельная РАбота № 3
По физике
Рентгеновское излучение. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом, физические основы применения в медицине
Выполнил: студент 1 курса
лечебного факультета
группа № 20
Середин.П.А
Проверил: к.п.н.
Рышкова Анна Викторовна
Курск 2013
Оглавление
1. Введение. (Стр. 3)
2. Основная часть
2.1. Характеристическое рентгеновское излучение. (Стр. 4)
2.2. Тормозное рентгеновское излучение. (Стр. 7)
2.3. Рентгеновские трубки и аппараты. (Стр. 10)
2.4. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. (Стр. 13)
2.5. Использование рентгеновского излучения в медицине (рентгеноскопия, рентгенография, рентгенотерапия). (Стр. 15)
2.6. Защита от рентгеновского излучения. (Стр. 18)
3. Вывод. (Стр. 21)
4. Список использованной литературы. (Стр. 22)
Введение
Рентгеновское излучение оказывают существенное воздействие на организм человека, при этом находит свое применение, как в лечебных, так и диагностических целя. В этой связи будущий медик должен представлять природу, свойства, характер действия рентгеновского излучения на биологические ткани.
|
|
|
Цель самостоятельной работы
1. Изучить способы получения рентгеновского излучения, устройство рентгеновской трубки.
2. Ознакомиться с воздействием рентгеновского излучения на вещество.
3. Рассмотреть использование рентгеновского излучения в медицине.
4. Получить представление о способах измерения ионизирующего излучения.
5. Изучить способы защиты от ионизирующего излучения.
6. Овладеть навыками отбора литературы и методикой приобретения знаний.
Характеристическое рентгеновское излучение
Рентге́новское излуче́ние — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10−2 до 103 Å (от 10−12 до 10−7 м).
Характеристическое рентгеновское излучение имеет не сплошной, а линейчатый спектр. Этот тип излучения возникает, когда быстрый электрон, достигая анода, проникает во внутренние орбитали атомов и выбивает один из их электронов. В результате появляется свободное место, которое может быть заполнено другим электроном, спускающимся с одной из верхних атомных орбиталей. Такой переход электрона с более высокого на более низкий энергетический уровень вызывает рентгеновское излучение определенной дискретной длины волны. Поэтому характеристическое рентгеновское излучение имеет линейчатый спектр. Частота линий характеристического излучения полностью зависит от структуры электронных орбиталей атомов анода.
|
|
|
Линии спектра характеристического излучения разных химических элементов имеют одинаковый вид, поскольку структура их внутренних электронных орбитальных идентична. Но длина их волны и частота, благодаря энергетическим различиям между внутренними орбиталями тяжелых и легких атомов.
Когда энергия бомбардирующих анод электронов становится достаточной для вырывания электронов из внутренних оболочек атома, на фоне тормозного излучения появляются резкие линии характеристического излучения. Частоты этих линий зависят от природы вещества анода, поэтому их и назвали характеристическими.
Состояние атома с вакансией во внутренней оболочке неустойчиво. Электрон одной из внешних оболочек может заполнить эту вакансию, и атом при этом испускает избыток энергии в виде фотона характеристического излучения:
|
|
|
Все переходы на k-оболочку образуют K-серию, соответственно, на l- и m-оболочки – L- и M-серии (рис. 1).
Рис. 1
Английский физик Генри Мозли в 1913 году установил закон, названный его именем, связывающий частоты линий рентгеновского спектра с атомным номером испускающего их элемента Z:
, где k = 3, 4, 5…; n=k+1,k+2,k+3… .
Здесь, постоянная Ридберга; σ – постоянная, учитывающая экранирующую роль окружающих ядро электронов. Чем дальше электрон от ядра, тем σ больше.
На рис. 2 показана графическая зависимость закона.
Рис. 2
Закон Мозли позволил по измерению длин волн λ рентгеновских лучей точно установить атомный номер элемента. Он сыграл большую роль при размещение элементов в таблице Менделеева.
Тормозное рентгеновское излучение
Тормозное рентгеновское излучение возникает при торможении электронов, движущихся с большой скоростью, электрическими полями атомов анода. Условия торможения отдельных электронов не одинаковы. В результате в энергию рентгеновского излучения переходят различные части их кинетической энергии.
Спектр тормозного рентгеновского излучения не зависит от природы вещества анода. Как известно, энергия фотонов рентгеновских лучей определяет их частоту и длину волны. Поэтому тормозное рентгеновское излучение не является монохроматическим. Оно характеризуется разнообразием длин волн, которое может быть представлено сплошным (непрерывным) спектром.
|
|
|
Рентгеновские лучи не могут иметь энергию большую, чем кинетическая энергия образующих их электронов. Наименьшая длина волны рентгеновского излучения соответствует максимальной кинетической энергии тормозящихся электронов. Чем больше разность потенциалов в рентгеновской трубке, тем меньшие длины волны рентгеновского излучения можно получить.
Для объяснения свойств теплового излучения пришлось ввести представление об испускании электромагнитного излучения порциями (квантами). Квантовая природа излучения подтверждается также существованием коротковолновой границы тормозного рентгеновского спектра.
Рентгеновское излучение возникает при бомбардировке твердых мишеней быстрыми электронами (рис. 3) Здесь анод выполнен из W, Mo, Cu, Pt – тяжелых тугоплавких или с высоким коэффициентом теплопроводности металлов.
Рис. 3
Только 1–3 % энергии электронов идет на излучение, остальная часть выделяется на аноде в виде тепла, поэтому аноды охлаждают водой.
Попав в вещество анода, электроны испытывают сильное торможение и становятся источником электромагнитных волн (рентгеновских лучей).
Начальная скорость электрона 
при попадании на анод определяется по формуле:
где U – ускоряющее напряжение.
>Заметное излучение наблюдается лишь при резком торможении быстрых электронов, начиная с U ~ 50 кВ, при этом 
(с – скорость света). В индукционных ускорителях электронов – бетатронах, электроны приобретают энергию до 50 МэВ, = 0,99995 с. Направив такие электроны на твердую мишень, получим рентгеновское излучение с малой длиной волны. Это излучение обладает большой проникающей способностью.
Согласно классической электродинамике при торможении электрона должны возникать излучения всех длин волн от нуля до бесконечности. Длина волны, на которую приходится максимум мощности излучения, должна уменьшиться по мере увеличения скорости электронов, что в основном подтверждается на опыте (рис. 4).
Рис. 4
Однако есть принципиальное отличие от классической теории: нулевые распределения мощности не идут к началу координат, а обрываются при конечных значениях 
– это и есть коротковолновая граница рентгеновского спектра.
Экспериментально установлено, что
Существование коротковолновой границы непосредственно вытекает из квантовой природы излучения. Действительно, если излучение возникает за счёт энергии, теряемой электроном при торможении, то энергия кванта 
не может превысить энергию электрона eU, т.е. 
, отсюда или .
В данном эксперименте можно определить постоянную Планка h. Из всех методов определения постоянной Планка метод, основанный на измерении коротковолновой границы тормозного рентгеновского спектра, является самым точным.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 561; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!