Promienie rentgena

PROMIENIE RENTGENOWSKIE-Zostały odkryte przypadkowo.
Rentgen jest to bańka szklana, o średnicy kilkunastu centymetrów, wypełniona gazen rozrzedzonym o ciśnieniu rzędy tysięcy części 1 milimetra (1/10 pascala).
W lampie znajdują się 3 elektrody.
Katoda-aluminiowa miseczka o środku krzywizny w środku lampy.
Anoda-metalowy pręt.
Antykatoda -płaska płytka w kształcie okręgu, z trudno topliwego materiału (wolfran, platyna), ustawiona pod kątem 45º do osi bańki.
Między anodę i katodę przykładamy napięcie rzędu kilkudziesięciu tys. Woltów. Wewnątrz bańki powstaje bardzo silne pole elektryczne. Pole to powoduje jonizację gazów, na dodatnie jony i elektrony.
Elektrony poruszają się do anody, a jony dodatnie z dużą energią zdarzają się z katodą i wybijają z niej elektrony.
Wszystkie elektrony poruszając się w kierunku anody na swojej drodze napotykają antykatodę na której sa gwałtownie hamowane.
MECHANIZM POWSTAWANIA PROM.RENTGENOWSKICH.
Podczas hamowania elektronów na elektrodzie powstają dwa rodzaje promieni rentg.
a)Rentgenowskie prom hamowania
Strumień elektronów gwałtownie hamowany na antykatodzie, można traktować jako prąd o zmieniającym się natężeniu. Wokół tego prądu powstaje zmienne pole rentgenowskie, które otacza się zmiennym polem elektrycznym.
To rozchodzenie się w czasie i przestrzeni, naprzemienne pole magnetyczne i elektryczne to fala elektryczno-magnetyczna czyli rentgenowskie promieniowanie hamowania.
Rentgenowskie promieniowanie hamowania ma widmo ciągłe, ponieważ wszystkie prędkości elektronów sa dozwolone.
V-prędkość początkowa przed zderzeniem V’-po zderzeniu h-stała Plancka u-częstość promieniowania E-energia przed zderzeniem Ek-po zderzeniu
Jeżlei U’=0, to Vmax , E=mv²/2, Ek’=mv²/2
b)Rentgenowskie prom charakterystyczne
Podczas oddziaływania elekt z atomem antykatody następuje wybicie elektronu z wew powłok atomu. Podczas przeskoku elektronów z powłok energetycznie wyższych na nizsze, atom wysyła promieniowanie liniowe zwane rentg. prom. Charakterystycznym. R..CH jest ściśle określone dla danego pierwiastka.

NATURA PROMIENI RENTGENA.
a) Doświadczenie Laue’go
Promienie Rentgena wychodzą ze żródła Z, przechodzą przez 2 przesłony i zogniskowa wiązka promieni pada na kryształ siarczku cynku, przechodzi prze kryształ i pada na płytkę P pokrytą emulsją fotograficzną.
Układ jasnych i ciemnych obszarów na kliszy fotograficznej to obraz Laue’go.
Jest on charakterystyczny dla danego kryształu. (każdy kryształ ma swój własny obraz Laue’go).
b) Doświadczenie Bragga
W dośw. Bragga mamy: źródło prom. Rentgena, dwie przesłony, oraz kryształ C znajdujący się w bańce szklanej opróżnionej z powietrza, pokrytej wew. Emulsją fotograficzną.
W dośw. Bregga promienie rentgena padają na kryształ pod katem teta (O), który tworzy promień padający z powierzchnią kryształu. Teta to kąt odbłysku.
Kryształ C można obracać wokół osi prostopadłej do płaszczyzny rysunku. Obracając kryształ zmieniamy kąt teta.
Okazuje się, że tylko dla pewnych kątów teta, otrzymujemy zaczerninie kliszy w postaci prążków. ▲=nλ , ▲s=2dsinθ dla n=1, ▲s-różnica dróg promieni odbitych od kolejnych płaszczyzn całkowitych. D-odległość między płaszczyznami krystalicznymi w krysztale.
Wzmocnienie występuje wtedy, gdy promienie rentgena padająna kryształ pod katem θ (teta), spełniającym warunek Bragga. Promienie padające pod innymi kątami uelgaja całkowitemu wygaszeniu. Λe(10-12;10-8)m.

ZDAWISKO FOTO-ELEKTRYCZNE ZEWNĘTRZNE
a) doświadczenie Staltowa
Naświetlamy płytkę cynkową światłem nadfioletowym. Jeżeli na płytce cynkowej jest potencjał ujemny to pod wpływem padającego promieniowania, uwalniane sa z niej elektrony i galwanometr wykazuje przepływ prądu.
c) Doświadczenie Joffego
Przez okienko kwarcowe pada na katodę promieniowanie nadfioletowe. Powoduje ono fotoemisje elektronów z katody. Elektrony uwolnione z katody wędrują do anody. W obwodzie powstaje prąd elektryczny.
Przy pewnej wartości napięcia Uh, fotoprąd w obwodzie zanika. Pomiary prędkości fotoelekt. pozwoliły na stwierdzenie , że ich prędkość zależy od częstości padającego promin. Un-potencjał hamujący I1-natężenie padającego promieniowania. eUh=mv²max/2-praca pola elektro.
Z zależności tej wynika, że dla danego materiału fotokatody istnieje ściśle określona częstość padającego promieniowania, poniżej której zjawisko foto-elekt nie zachodzi. Częstośc nazywamy częstością graniczną

Prawidłowości zaobserwowane w zjawisku fotoelektrycznym, zastały wyjaśnione przez Einsteina. Einstein założył, że promieniowanie padające na fotokatodę jest strumieniem cząstek zwanych fotonami. Każdy foton posiada enegrię. E=hν(mi) h-stała Plancka h=6,62*10-3hJs
Padające na fotokatodę promieniowanie traktujemy jako strumień fotonów. Każdy foton oddziaływuje z 1 elektronem. Energia zostaje zużytana wytwarzanie eleketronu z metalu, oraz na nadanie mu energii kinetycznych. Równanie Einsteina-Milikana h ν=W+ mv²/2 –to równanie określa nam czestość graniczna.
h ν=W gdy E=o, Vgr=W/h.
Jeżeli energia fotonu jest mniejsza od pracy wyjścia elektronu z metalu to zjawisko fotoelektryczne nie zajdzie, ponieważ czestość padającego prom. Jest mniejsza od częstości granicznej. mv²/2=eUh-energia kinetyczna elektronu h ν=W=eUh, Uh=h ν-w/2, Uh=-(w/e+h/e ν)
Każdy foton oddziaływuje z 1 elektronem. Jeżeli pada promieniowanie o wiekszym natężeniu, to więcej fotonów oddziaływuje z elektronami fotokatody. Powstaje w obwodzie większy prąd i jest większa wartość prądu nasycenia.

PROMIENIOWANIE TEMPERATUROWE
Każde ciało ogrzane do pewnej temperatury, wysyła promieniowanie termiczne o różnych długościach.
Podstawowymi wielkościami określającymi własności ciał wysyłających promieniowanie temperaturowe są:
a)Zdolność emisyjna Eλ -określa się jako ilość energii emitowanej przez 1m² powierzchni ciała w czasie 1 sekundy.
b)Zdolność absorpcyjną Aλ -określa stosunek energii pochłanianej do energii całkowitej padającej na dane ciało.
Wielkości Eλ i Aλ zależą od temperatury bezwzględnej ciała i od rodzaju promieniowania emitowanego lub pochłanianego. Zależności między nimi określa prawo Kirchoffa. Eλ/Aλ=f(λ,T) Treść: stosunek zdolności emisyjnej do zdolności absorpcyjnej jest dla wszystkich ciał taką sama funkcją długości fali i temperatury.
Ciało doskonale czarne
Jest to takie ciało, którego zdolność absorpcyjna jest niezależna od temperatury i równa jedności dla wszystkich długości fal. Eλ=f(λ,T). Wszytkie caiła doskonale czarne maja w danej temperaturze taki sam rozkład wypromieniowanej energii w funkcji długości fali.
Z wykresu wynika, ze zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego wzrasta wraz z temperaturą.
PRAWA PROMIENIOWANIA DLA CIAŁA DOSKONALE CZARNEGO.
a)Prawo Stefana Boltzmana
Całkowita emisja energetyczna ciała doskonale czarnego wzrasta proporcjonalnie do 4 potęgi temp. bezwzględnej ciała. Ee=CT4. Na na wykresie całkowita emisję energetyczną przedstawia pole powierzchni pod krzywa dzwonowatą. Ee=∫e λdλ-bardzo mały przedział dlugości fali
b)Prawo Wiena
Dotyczy położenia max krzywych rozkładu. Nazywa się prawem przesunięć Wiena. Treść: Długość fali λmax odpowiadająca max zdolności emisyjnej zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do temperatury bezwzględnej ciała. Λmax=c’/t-stała empiryczna
MAXYMALNAM ZDOLNOŚĆ EMISYJNA CIAŁA DOSKONALE CZARNEGO
Eλ wzrasta wraz ze wzrostem temperatury proporcjonalnie do 5-tej potęgi temperatury bezwzględnej ciała eλ=C’’T5 Max Planck –Podział równaniadla ciała doskonale czarnego eλ=f(λ,T)=2IIhc²*( λ(-5)/(hc/ektλ-1)
k-stała Bollzmana
e-liczna Nepera
h-stała Planca
c-prędkość światła