Главная » Свойства и применение

Рентгеновские лучи их природа свойства и применение

Способ получения рентгеновских лучей ясно указывает, что образование их связано с остановкой (или торможением) быстро летящих электронов. Летящий электрон окружен электрическим и магнитным полями, ибо движущийся электрон представляет собой ток. Остановка (торможение) электрона означает изменение магнитного поля вокруг него, а изменение магнитного или электрического поля вызывает (см. § 54) излучение электромагнитных волн. Эти электромагнитные волны и наблюдаются в виде рентгеновских лучей. Такое представление о рентгеновских лучах имел уже Рентген (хотя более настойчиво его отстаивали другие исследователи). Для установления волновой природы рентгеновских лучей необходимо было произвести опыты по их интерференции или дифракции. Однако осуществление таких опытов оказалось очень трудной задачей, и решение вопроса было получено лишь в 1912 г. когда немецкий физик Макс Лауэ (1879— 1960) в качестве дифракционной решетки предложил использовать естественный кристалл, в котором атомы расположены в правильном порядке на расстоянии порядка 10-10 м друг от друга (см. т. I, § 266).

Рис. 304. Схема расположения в первых опытах по наблюдению дифракции рентгеновских лучей: 1 — рентгеновская трубка, 2, 3 — свинцовые диафрагмы, выделяющие узкий пучок рентгеновских лучей, 4 — кристалл, в котором происходит дифракция, 5 — фотопластинка
Опыт, выполненный В. Фридрихом, П. Книппингом и Лауэ, был осуществлен следующим образом. Узкий пучок рентгеновских лучей, выделенный при помощи свинцовых диафрагм 2, 3 (рис. 304), падал на кристалл 4. На фотографической пластинке 5 получалось изображение следа пучка. При отсутствии кристалла изображение на пластинке представляло собой темное пятно — след пучка, пропущенного диафрагмами. Когда же на пути пучка помещался кристалл, то на пластинке получалась сложная картина (рис. 305), представляющая собой результат дифракции рентгеновских лучей на кристаллической решетке. Полученная картина не только дала прямое доказательство волновой природы рентгеновских лучей, но и позволила сделать важные заключения о строении кристаллов, которым определяется вид наблюдаемой дифракционной картины. В настоящее время применение рентгеновских лучей для изучения структуры кристаллов и других тел приобрело огромное практическое и научное значение.

Дальнейшие усовершенствования позволили при помощи тщательных опытов определять и длины волн рентгеновских лучей. Излучение обычной рентгеновской трубки оказалось, подобно белому свету, содержащим волны различной длины со средним значением от сотых до десятых долей нанометра в зависимости от напряжения между катодом и анодом трубки. Впоследствии были получены рентгеновские волны с длиной несколько десятков нанометров, т. е. более длинные, чем кратчайшие из известных ультрафиолетовых волн. Удалось также получить и наблюдать очень короткие волны (длина которых — тысячные и десятитысячные доли нанометра).

Произведя определение длин волн рентгеновских лучей, можно было установить, что волны тем меньше поглощаются, чем они короче. Рентген назвал слабо поглощающиеся лучи жесткими. Таким образом, увеличение жесткости соответствует уменьшению длины волны.

Рис. 305. Фотография, изображающая картину дифракции рентгеновских лучей в кристалле цинковой обманки

Урок 97. Рентгеновские лучи

Цель: познакомить учащихся с рентгеновскими лучами, показать их практическое применение.

II. Изучение нового материала

В 1901 г. Нобелевский комитет Шведской академии наук избрал Рентгена первым лауреатом Нобелевской премии. Именно с работы Рентгена началась цепь блистательных открытий, которую Резерфорд назвал героическим периодом в истории физики, плоды которого мы сейчас пожинаем.

Ко времени открытия Рентгену было 50 лет. Он вел размеренную жизнь немецкого профессора, отличался строгостью суждений и независимостью взглядов. Он был учеником Рудольфа Клаузиуса, а также известного физика-экспериментатора Августа Адольфа Кунд- та, школу которого прошли также знаменитые русские физики - Петр Николаевич Лебедев и Борис Борисович Голицын.

К 1895 г. Рентген был автором 50 научных работ, а его экспериментаторский талант был общепризнан.

Во времена Рентгена знаменитая трубка Гейсмера была известна уже более 40 лет, с ней работали самые выдающиеся физики XIX столетия, и все природа катодных лучей оставалась невыясненной. Рентген также не оставался к ней равнодушен и проводил опыты. Как и сотни исследователей, наблюдал красивое желто-зеленое свечение, которое возникало в месте падения катодных лучей на стенку трубы, отклонение этого пятна под действием магнитного поля и т. д.

Так продолжалось до вечера 8 ноября 1895 г. когда Рентген вдруг заметил свечение полоски бумаги, покрытой флуоресцирующей солью бария, которая лежала в стороне от работающей трубки Крукса. Более того, трубка была в это время закрыта непрозрачным картонным футляром. Рентген не оставил без внимания это случайное наблюдение: он был достаточно зрелым и опытным исследователем, чтобы сразу понять значение своего открытия.

Последовало пять недель напряженного труда, в течение которых он велел приносить ему пищу в лабораторию и даже перенес туда свою кровать.

К концу декабря Рентген знал уже все основные свойства открытых им Х-лучей (так он их назвал), включая их значение для медицины.

22 декабря 1895 г. можно считать началом флюорографии: снимок левой руки госпожи Рентген, полученный в этот день, вошел впоследствии во все книги по рентгеновским лучам.

28 декабря Рентген доложил о результатах своих исследований Физическому обществу и отправил статью с описанием свойств Х-лучей в научный журнал. Кроме того, по обычаю тех лет, он написал письмо во Французскую академию наук.

Открытие Рентгена вызвало беспрецедентный и повсеместный интерес среди ученых и широкой публики: достаточно сказать, что статью Рентгена в течение нескольких недель издавали пять раз отдельной брошюрой и перевели на несколько языков. Только в течение 1896 г. было опубликовано свыше 1000 научных работ и около 50 книг, посвященных изучению Х-лучей, а в медицине Х-лучи стали использовать уже через несколько недель.

Публичные показы нового явления проводились повсеместно, на них ходили как в театр, при виде человеческих костей на экране в публике случались истерики и обмороки.

В мае 1896 г. знаменитый Эдисон построил в Нью-Йорке демонстрационный аппарат, который позволял каждому посетителю увидеть тень от своей руки. Этот опыт окончился трагически: демонстратор Эдисона умер от тяжелых ожогов. Вероятно, и для самого Рентгена работа с Х-лучами не прошла бесследно: четверть века спустя он умер от рака.

Способ получения рентгеновских лучей ясно указывает, что образование их связано с остановкой (или торможением) быстро летящего электрона. Летящий электрон окружен электрическими и магнитными полями, ибо движущийся электрон представляет собой ток.

Остановка (торможение) электрона означает изменение магнитного поля вокруг него, изменение магнитного или электрического поля вызывает излучение электромагнитных волн. Эти электромагнитные волны и наблюдаются в виде рентгеновских лучей. Для установления волновой природы рентгеновских лучей необходимо было произвести опыты по их интерференции или дифракции. Однако осуществить такие опыты оказалось очень трудной задачей.

Эту задачу решил немецкий физик Макс Лауэ (1879-1960). В 1912 г. в качестве дифракционной решетки для опыта он использовал естественный кристалл, в котором атомы расположены в правильном порядке.

III. Закрепление изученного материала

- Кем и когда впервые сделано открытие рентгеновских лучей?

- Каковы их свойства?

- Где они применяются в технике и быту?

Рентген Вильгельм Конрад

Вильгельм Конрад Рентген родился 17 марта 1845 г. в пограничной с Голландией области Германии, в г. Ленепе. Он получил техническое образование в Цюрихе в той самой Высшей технической школе (политехникуме), в которой позже учился Эйнштейн. Увлечение физикой заставило его после окончания школы в 1866 г. продолжить физическое образование.

Защитив в 1868 г. диссертацию на степень доктора философии, он работает ассистентом на кафедре физики сначала в Цюрихе, потом в Гисене, а затем в Страсбурге (1874-1879) у Кундта. Здесь Рентген прошел хорошую экспериментальную школу и стал первоклассным экспериментатором. Он производил точные измерения отношения Cp / Cy для газов, вязкости и диэлектрической проницаемости ряда жидкостей, исследовал упругие свойства кристаллов, их пьезоэлектрические и пироэлектрические свойства, измерял магнитное поле движущихся зарядов (ток Рентгена). Часть важных исследований Рентген выполнил со своим учеником, одним из основателей советской физики А. Ф. Иоффе.

Научные исследования относятся к электромагнетизму, физике кристаллов, оптике, молекулярной физике.

В 1895 г. открыл излучение с длиной волны, более короткой, нежели длина волны ультрафиолетовых лучей (Х-лучи), названное в дальнейшем рентгеновскими лучами, и исследовал их свойства: способность отражаться, поглощаться, ионизировать воздух и т. д. Предложил правильную конструкцию трубки для получения Х-лучей - наклонный платиновый антикатод и вогнутый катод. Первый сделал фотоснимки при помощи рентгеновских лучей. Открыл в 1885 г. магнитное поле диэлектрика, движущегося в электрическом поле (так называемый «рентгенов ток»). Его опыт наглядно показал, что магнитное поле создается подвижными зарядами, и имел важное значение для создания X. Лоренцем электронной теории. Значительное число работ Рентгена посвящено исследованию свойств жидкостей, газов, кристаллов, электромагнитных явлений, открыл взаимосвязь электрических и оптических явлений в кристаллах. За открытие лучей, носящих его имя, Рентгену в 1901 г. первому среди физиков была присуждена Нобелевская премия.

С 1900 г. и до последних дней жизни (умер он 10 февраля 1923 г.) он работал в Мюнхенском университете.

Источники: http://www.physel.ru/-mainmenu-62/--mainmenu-67/664-s-154----.html, http://compendium.su/physics/11klas/97.html

Комментариев пока нет!

Ваше имя *
Ваш Email *

Сумма цифр внизу: код подтверждения