Основы физики рентгеновского излучения, страница 2

Соотношение (1.2) показывает, что интенсивность тормозного излучения прямопропорциональна току, порядковому номеру материала мишени и квадрату величины ускоряющего напряжения. Отсюда следуют рекомендации по созданию высокоинтенсивных источников излучения.

1.2. Характеристическое рентгеновское излучение

Исследуя спектральный состав излучения при различных значениях ускоряющего напряжения, можно отметить, что при некотором значении U на фоне непрерывного спектра появляется ряд острых пиков (рис.1.3). Длины волн λ_Кα и λ_Кβ, соответствующие этим пикам, не зависят от величины напряжения и определяются только порядковым номером материала мишени Z. Таким образом, излучение с указанными длинами волн свойственно мишени и характеризует его. Это излучение и называется характеристическим.

На рис. 1.3 показана лишь часть характеристического спектра, называемая К-серией. Полный спектр тяжелых элементов содержит большое число линий, которые группируются в пять серий. Серии обозначаются буквами К, L, M, N, O. Лучи, образующие К-серию, являются самыми коротковолновыми, О-серию соответственно самыми длинноволновыми.

Излучение каждой серии возникает тогда, когда ускоряющее электроны напряжение достигает определенного значения, называемого потенциалом возбуждения. Например, возбуждения К-серии для титана U_k≈5 кВ; для меди U_k≈9 кВ

При постепенном увеличении напряжения вначале появляются лучи самой длинноволновой серии, затем – более коротковолновой и т.д. При U>U_к у данного элемента возбуждаются все возможные серии характеристического излучения.

Механизм возбуждения характеристического излучения несложно представить, рассматривая схему уровней энергии электронов в атомах мишени. Она показана на рис. 1.4. Против каждого уровня энергии проставлены соответствующие значения квантовых чисел (главного n, орбитального l и внутреннего j ), от которых, как известно из квантовой механики, зависит энергия Е электронов в атоме.

Напомним, что главное квантовое число характеризует основное значение энергии электрона в атоме и принимает целочисленные значения 1, 2, 3,… . Орбитальное квантовое число определяет момент количества движения электрона по орбите. Оно изменяется в пределах от 0 до n-1. Внутреннее квантовое число j определяет полный момент количества движения электрона, т.е. сумму его орбитального спинового моментов. Это число принимает значения j=(l±1/2)>0.

Совокупность электронов, находящихся во всевозможных состояниях, характеризуемых одинаковым значением, главного квантового числа, образует электронную оболочку. Эти оболочки имеют следующие обозначения: К (при n=1); L (n=2); М ( n =3} и т.д. В К-оболочке содержится I уровень энергии, обозначаемый той же буквой; в L-оболочке – 3 уровня (L_I, L_II, и L_III); в М - оболочке - 5 (М_I –M_V); в N-оболочке - 7 ( N_I – N_VII); в О-оболочке –5(О_I - O_V) и т.д.