В 1895 г. немецкий физик В. К. Рентген (1845-1923), исследуя катодные лучи по свечению стекла в высокоразрядной трубке Крукса, чтобы защитить ее от постороннего света, поместил трубку в ящик из черного картона. Во время работы этой трубки он заметил на расстоянии 3 м от нее свечение люминесцентного экрана. Перемещая люминесцентный экран, В. К. Рентген обнаружил, что свечение экрана вызывается невидимым лучом, который был назван Х-лучами, и оно исходит из тех мест, куда падают катодные лучи.
Схема Крукса для получения рентгеновских лучей
Первым устройством, в котором были получены рентгеновские лучи, стала высокоразрядная трубка Крукса. По схеме английского ученого В. Крукса (1832-1919) в трубку был введен катод в виде сферического алюминиевого зеркала, благодаря чему катодные лучи фокусировалось на антикатоде :
Для антикатода лучшими оказались тяжелые металлы – медь, платина, вольфрам и пр. Торцевую поверхность антикатода разместили под углом 45° к оси конуса катодных лучей. Чтобы последние не рассеивались на остатках газа, антикатод приблизили к катоду в область круксового темного промежутка. При таком размещении антикатода разряд прекращается. Чтобы этого не произошло, в трубку ввели дополнительный анод , размещенный на определенном расстоянии от катода.
Для снятия электронов с антикатода он соединяется накоротко с анодом. Благодаря таким конструктивным изменениям, из трубки антикатода выходил направленный расходящийся пучок рентгеновских лучей.
Свойства рентгеновских лучей
Ставя на пути данных лучей различные предметы, В. К. Рентген обнаружил их чрезвычайную проникающую способность. Такие вещества, как дерево, ткань и кожа, были прозрачными для Х-лучей; только железные, золотые и свинцовые предметы оказывались почти непрозрачными и давали четкие тени.
По проникающей способности рентгеновские лучи, возникающие при напряжениях между катодом и анодом порядка 20-40 кВ, назвали мягкими, а лучи, возникающий при напряжениях до 400 кВ – жесткими.
Было выяснено, что проникающая способность лучей увеличивается с повышением напряжения между катодом и анодом и рентгеновские лучи сильно ионизируют воздух, действуют на фотопластинку, возбуждают люминесцентное свечение многих веществ.
Поглощение рентгеновских лучей в веществе характеризуется толщиной слоя половинного поглощения, то есть толщиной слоя однородного вещества, который вдвое уменьшает интенсивность падающего излучения.
Например, для жесткого излучения толщина слоя половинного поглощения свинцом составляет 0,016 см, алюминием – 1,6 см, водой – 4,3 см и т. д.
Рентгеновская трубка
Одновременно с изучением свойств рентгеновских лучей совершенствовалась рентгеновская трубка.
Было выяснено, что чем больше атомная масса материала антикатода, тем больше интенсивность рентгеновских лучей (сплошного спектра).
При длительной работе трубки сфокусированные катодные лучи, которые падают на антикатод, в значительной степени нагревают его. Поэтому для антикатода нужен тугоплавкий материал с хорошей теплопроводностью, потому антикатод приходится охлаждать проточной водой или маслом.
В 1913 г. газоразрядные ионные рентгеновские трубки начали заменять более совершенными электронными трубками Кулиджа. В этих трубках высокого вакуума (1-0,01 Па) источником электронов является накаливаемая током вольфрамовая спираль:
Катод содержится в молибденовом цилиндре, который фокусирует ускоряющиеся электроны на антикатоде и одновременно играет роль анода.
Электронные рентгеновские трубки значительно мощнее, в них ток достигает ~ 0,2 , поэтому при напряжении 100 кВ они потребляют мощность около 20 кВт, а при более высоких напряжениях – еще больше. Для такого устойчивого высокого напряжения используют высоковольтные технические трансформаторы с замкнутым магнитопроводом и выпрямители.
Почти вся энергия ускоренных в трубке электронов переходит на антикатоде во внутреннюю, только 1-3% ее выходит в виде рентгеновских лучей. В мощных трубках антикатод требуется интенсивно охлаждать.
Нужна работа по низкой цене? У нас вы можете заказать статью по физике недорого!
Комментарии