Рентгеновское излучение доклад по физике 11 класс кратко

Открытие рентгеновских лучей – краткий доклад об истории и значении

Рентгеновские лучи нашли широкое применение в медицине и рентгеноструктурном анализе. Благодаря дифракции на атомах с помощью рентгеновских лучей была установлена пространственная структура кристаллов и строение нити молекулы ДНК. Открыты они были относительно недавно — лишь 150 лет назад. Поговорим кратко об истории открытия рентгеновских лучей.

Исследование катодных лучей

В середине XIX в. многие физики занимались исследованиями электрических явлений. Одним из таких явлений был газовый разряд. Газ при низком давлении начинал светиться под действием высокого напряжения.

Одновременно было обнаружено, что катод в баллоне (катодной трубке) испускает невидимые лучи, которые были названы катодными. Катодные лучи вызывали свечение некоторых химических соединений, по этому свечению их и определяли. В конце XIX в. было доказано, что катодные лучи представляют собой поток отрицательно заряженных частиц (электронов).

Открытие В. Рентгена

Одним из физиков, занимавшихся изучением катодных трубок, был немецкий физик В. Рентген. Он заметил два явления, связанных с катодной трубкой:

• Фотопластинки, находящиеся рядом, засвечивались, даже если они не вынимались из темного конверта.
• Начинали светиться экраны, покрытые составом, реагирующим на ультрафиолетовое излучение — тетрацианоплатинатом бария (химическая формула $Ba[Pt(CN)_4]$).

Заинтересовавшись наблюдениями, В. Рентген установил, что они вызывались не катодными лучами, а каким-то другим излучением, генерируемым катодной трубкой. Это излучение он назвал X-лучами.

Свойства X-лучей заметно отличались от свойств катодных лучей. Во-первых, они не взаимодействовали ни с электрическим, ни с магнитным полем.

Во-вторых, их проникающая способность была больше, чем проникающая способность катодных лучей.

Наконец, самым важным было то, что при прохождении сквозь вещество X-лучи ослаблялись пропорционально плотности вещества. Таким образом, если внутри образца, облученного X-лучами, существовали неоднородности, на экране эти неоднородности давали четкие очертания.

Последнее свойство было обнаружено случайно. Рука экспериментатора оказалась между катодной трубкой и экраном, на экране появилась ее тень, на которой были видны не только внешние очертания кисти, но и очертания костей. Появилась возможность получать снимки внутренних органов без хирургического вмешательства. Первым рентгеновским снимком в истории был снимок кисти руки жены В. Рентгена, Анны-Берты, с кольцом на пальце.

Рис. 2. Первый рентгеновский снимок руки с кольцом.

Первое сообщение об открытии нового вида лучей было сделано 22 декабря 1895 года. После этого в течение года В. Рентген исследовал свойства открытого излучения, и результаты своих исследований опубликовал в статьях, выходивших в журнале Вюрцбургского физико-медицинского общества.

В дальнейшем выяснилось, что излучение, генерируемое катодной трубкой, фиксировалось многими исследователями. Однако только В. Рентген сразу оценил значение открытия, описал и опубликовал результаты своих опытов, причем сделал это настолько полно, что несколько последующих лет все сообщения и доклады, посвященные X-лучам, не добавляли к сведениям, открытым В. Рентгеном, ничего существенно нового.

Поэтому приоритет в открытии X-лучей был отдан В. Рентгену, и за этими лучами прочно закрепилось наименование «рентгеновские лучи».

Нобелевская премия была учреждена в 1901 г., и первая премия по физике была присуждена за открытие рентгеновских лучей. При этом в наградной речи подчеркивалась практическая важность открытия.

Что мы узнали?

Открытие рентгеновских лучей было осуществлено в середине XIX в. при изучении катодных трубок. Хотя эти лучи наблюдали многие исследователи, первое сообщение об их открытии и свойствах было сделано В. Рентгеном в 1895 г. За это открытие была присуждена первая Нобелевская премия, а за открытыми лучами закрепилось наименование «рентгеновские».

Источник

Рентгеновское излучение доклад по физике 11 класс кратко

«Физика — 11 класс»

Рентгеновское излучение — это излучение с частотами в диапазоне от 3 • 10 16 до 3 • 10 20 Гц.

Открытие рентгеновских лучей

Рентгеновские лучи были открыты в 1895 г. немецким физиком Вильгельмом Рентгеном.

В конце XIX в. всеобщее внимание физиков привлек газовый разряд при малом давлении.
При этих условиях в газоразрядной трубке создавались потоки очень быстрых электронов.
В то время их называли катодными лучами.
Природа таких лучей еще не была с достоверностью установлена.
Известно было лишь, что они берут начало на катоде трубки.

Занявшись исследованием катодных лучей, Рентген скоро заметил, что фотопластинка вблизи разрядной трубки оказывалась засвеченной даже в том случае, когда она была завернута в черную бумагу.
После этого ему удалось наблюдать еще одно очень поразившее его явление.
Бумажный экран, смоченный раствором платиносинеродистого бария, начинал светиться, если им обертывалась разрядная трубка.
Причем когда Рентген держал руку между трубкой и экраном, то на экране были видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний всей кисти руки.

Ученый понял, что при работе разрядной трубки возникает какое-то неизвестное ранее сильно проникающее излучение.
Он назвал его Х-лучами.
Впоследствии за этим излучением прочно укрепился термин «рентгеновские лучи».

Рентген обнаружил, что новое излучение появлялось в том месте, где катодные лучи (потоки быстрых электронов) сталкивались со стеклянной стенкой трубки.
В этом месте стекло светилось зеленоватым светом.

Последующие опыты показали, что Х-лучи возникают при торможении быстрых электронов любым препятствием, в частности металлическими электродами.

Свойства рентгеновских лучей

Лучи, открытые Рентгеном, действовали на фотопластинку, вызывали ионизацию воздуха, но заметным образом не отражались от каких-либо веществ и не испытывали преломления.
Электромагнитное поле не оказывало никакого влияния на направление их распространения.

Сразу же возникло предположение, что рентгеновские лучи — это электромагнитные волны, которые излучаются при резком торможении электронов.
Большая проникающая способность рентгеновских лучей и прочие их особенности связывались с малой длиной волны.
Но эта гипотеза нуждалась в доказательствах, и доказательства были получены спустя 15 лет после смерти Рентгена.

Дифракция рентгеновских лучей

Если рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны, то оно должно обнаруживать дифракцию — явление, присущее всем видам волн.
Сначала пропускали рентгеновские лучи через очень узкие щели в свинцовых пластинках, но ничего похожего на дифракцию обнаружить не удавалось.

Немецкий физик Макс Лауэ предположил, что длина волны рентгеновских лучей слишком мала, для того чтобы можно было обнаружить дифракцию этих волн на искусственно созданных препятствиях.
Ведь нельзя сделать щели размером 10 -8 см, поскольку таковы размеры самих атомов.
А что, если рентгеновские лучи имеют примерно такую же длину волны?
Тогда остается единственная возможность — использовать кристаллы.
Они представляют собой упорядоченные структуры, где расстояния между отдельными атомами по порядку величины равны размерам самих атомов, т. е. 10 -8 см.
Кристалл с его периодической структурой и есть то естественное устройство, которое неизбежно должно вызвать заметную дифракцию волн, если их длина волны близка к размерам атомов.

И вот узкий пучок рентгеновских лучей был направлен на кристалл, за которым располагалась фотопластинка.
Результат полностью согласовался с самыми оптимистическими ожиданиями!
Наряду с большим центральным пятном, которое давали лучи, распространяющиеся по прямой, возникли регулярно расположенные небольшие пятнышки вокруг центрального пятна.
Появление этих пятнышек можно было объяснить только дифракцией рентгеновских лучей на упорядоченной структуре кристалла.

Исследование дифракционной картины позволило определить длину волны рентгеновских лучей.
Она оказалась меньше длины волны ультрафиолетового излучения и по порядку величины была равна размерам атома.

Применение рентгеновских лучей

Рентгеновские лучи широко используют на практике.
В медицине они применяются для постановки правильного диагноза заболевания, а также для лечения раковых заболеваний.

Поглощение рентгеновских лучей пропорционально плотности вещества.
Поэтому с помощью рентгеновских лучей можно получать фотографии внутренних органов человека.

Весьма обширны применения рентгеновских лучей в научных исследованиях.
По дифракционной картине, даваемой рентгеновскими лучами при их прохождении сквозь кристаллы, удается установить порядок расположения атомов в пространстве — структуру кристаллов.
Сделать это для неорганических кристаллических веществ оказалось не очень сложным.
Но с помощью рентгеноструктурного анализа можно расшифровать также строение сложнейших органических соединений, в том числе белков.
В частности, была определена структура молекулы гемоглобина, содержащей десятки тысяч атомов.

Эти достижения стали возможны благодаря тому, что длина волны рентгеновских лучей очень мала, именно поэтому удалось «увидеть» молекулярные структуры, а именно: получить дифракционную картину, с помощью которой после ее расшифровки можно восстановить характер пространственного расположения атомов.

Из других применений рентгеновских лучей отметим еще рентгеновскую дефектоскопию — метод обнаружения раковин в отливках, трещин в рельсах, проверки качества сварных швов и т. д.
Рентгеновская дефектоскопия основана на изменении поглощения рентгеновских лучей в изделии при наличии в нем полостей или инородных включений.

Устройство рентгеновской трубки

В настоящее время для получения рентгеновских лучей разработаны весьма совершенные устройства, называемые рентгеновскими трубками.

Упрощенная схема электронной рентгеновской трубки:

Катод 1 представляет собой вольфрамовую спираль, испускающую электроны за счет термоэлектронной эмиссии.
Цилиндр 3 фокусирует поток электронов, которые затем соударяются с металлическим электродом (анодом) 2.
При этом появляются рентгеновские лучи.
Напряжение между анодом и катодом достигает нескольких десятков киловольт.
В трубке создается глубокий вакуум; давление газа в ней не превышает 10 -5 мм рт. ст.

В мощных рентгеновских трубках анод охлаждается проточной водой, так как при торможении электронов выделяется большое количество теплоты.
В полезное излучение превращается лишь около 3% энергии электронов.

По своим свойствам γ-лучи очень сильно напоминают рентгеновские, но только их проникающая способность гораздо больше, чем γ рентгеновских лучей.
Это наводило на мысль, что γ-лучи представляют собой электромагнитные волны.
Все сомнения в этом отпали после того, как была обнаружена дифракция γ-лучей на кристаллах и измерена их длина волны.
Она оказалась очень малой — от 10 -8 до 10 -11 см.

На шкале электромагнитных волн γ-лучи следуют непосредственно за рентгеновскими.
Скорость распространения γ-лучей такая же, как у всех электромагнитных волн, — около 300 000 км/с.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Излучение и спектры. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Источник

Реферат: Рентгеновское излучение

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

по курсу КСЕ: “Рентгеновское излучение”

Наумова Дарья Геннадиевна

Глава I. Открытие рентгеновского излучения

Положение на шкале электромагнитных волн

Взаимодействие с веществом

Как делают рентгеновский снимок

Естественное рентгеновское излучение

Метод получения изображения

Цифровые технологии в рентгеноскопии

Многострочный сканирующий метод

Список использованной литературы

Введение

Рентге́новское излуче́ние — электромагнитные волны, энергия фотонов которых определяется диапазоном энергией от ультрафиолетовых до гамма-излучений, что соответствует интервалу длин волн от 10−4 до 10² Å (от 10−14 до 10−8 м).

Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Это его свойство имеет важное значение для медицины, промышленности и научных исследований. Проходя сквозь исследуемый объект и падая затем на фотопленку, рентгеновское излучение изображает на ней его внутреннюю структуру. Поскольку проникающая способность рентгеновского излучения различна для разных материалов, менее прозрачные для него части объекта дают более светлые участки на фотоснимке, чем те, через которые излучение проникает хорошо. Так, костные ткани менее прозрачны для рентгеновского излучения, чем ткани, из которых состоит кожа и внутренние органы. Поэтому на рентгенограмме кости обозначатся как более светлые участки и более прозрачное для излучения место перелома может быть достаточно легко обнаружено. Рентгеновская съемка используется также в стоматологии для обнаружения кариеса и абсцессов в корнях зубов, а также в промышленности для обнаружения трещин в литье, пластмассах и резинах.

Рентгеновское излучение используется в химии для анализа соединений и в физике для исследования структуры кристаллов. Пучок рентгеновского излучения, проходя через химическое соединение, вызывает характерное вторичное излучение, спектроскопический анализ которого позволяет химику установить состав соединения. При падении на кристаллическое вещество пучок рентгеновских лучей рассеивается атомами кристалла, давая четкую правильную картину пятен и полос на фотопластинке, позволяющую установить внутреннюю структуру кристалла.

Применение рентгеновского излучения при лечении рака основано на том, что оно убивает раковые клетки. Однако оно может оказать нежелательное влияние и на нормальные клетки. Поэтому при таком использовании рентгеновского излучения должна соблюдаться крайняя осторожность.

Глава I. Открытие рентгеновского излучения

Открытие рентгеновского излучения приписывается Вильгельму Конраду Рентгену. Он был первым, кто опубликовал статью о рентгеновских лучах, которые он назвал икс-лучами (x-ray). Статья Рентгена под названием «О новом типе лучей» была опубликована 28-го декабря 1895 года в журнале Вюрцбургского физико-медицинского общества. Считается, однако, доказанным, что рентгеновские лучи были уже получены до этого. Катодолучевая трубка, которую Рентген использовал в своих экспериментах, была разработана Й. Хитторфом и В. Круксом. При работе этой трубки возникают рентгеновские лучи. Это было показано в экспериментах Крукса и с 1892 года в экспериментах Генриха Герца и его ученика Филиппа Ленарда через почернение фотопластинок. Однако никто из них не осознал значения сделанного ими открытия и не опубликовал своих результатов. Также Никола Тесла, начиная с 1897 года, экспериментировал с катодолучевыми трубками, получил рентгеновские лучи, но не опубликовал своих результатов.

По этой причине Рентген не знал о сделанных до него открытиях и открыл лучи, названные впоследствие его именем, независимо — при наблюдении флюоресценции, возникающей при работе катодолучевой трубки. Рентген занимался Х-лучами немногим более года (с 8 ноября 1895 года по март 1897 года) и опубликовал о них всего три сравнительно небольших статьи, но в них было дано столь исчерпывающее описание новых лучей, что сотни работ его последователей, опубликованных затем на протяжении 12 лет, не могли ни прибавить, ни изменить ничего существенного. Рентген, потерявший интерес к Х-лучам, говорил своим коллегам: «Я уже всё написал, не тратьте зря время». Свой вклад в известность Рентгена внесла также знаменитая фотография руки его жены, которую он опубликовал в своей статье (см. изображение справа). Подобная слава принесла Рентгену в 1901 году первую Нобелевскую премию по физике, причём нобелевский комитет подчёркивал практическую важность его открытия. В 1896 году впервые было употреблено название «рентгеновские лучи». В некоторых странах осталось старое название — X-лучи. В России лучи стали называть «рентгеновскими» с подачи ученика В.К. Рентгена — Абрама Фёдоровича Иоффе.

Положение на шкале электромагнитных волн

Энергетические диапазоны рентгеновского излучения и гамма-излучения перекрываются в широкой области энергий. Оба типа излучения являются электромагнитным излучением и при одинаковой энергии фотонов — эквивалентны. Терминологическое различие лежит в способе возникновения — рентгеновские лучи испускаются при участии электронов (либо в атомах, либо свободных) в то время как гамма-излучение испускается в процессах девозбуждения атомных ядер. Фотоны рентгеновского излучения имеют энергию от 100 эВ до 250 кэВ, что соответствует излучению с частотой от 3·1016 Гц до 6·1019 Гц и длиной волны 0,005 — 10 нм (общепризнанного определения нижней границы диапазона рентгеновских лучей в шкале длин волн не существует). Мягкий рентген характеризуется наименьшей энергией фотона и частотой излучения (и наибольшей длиной волны), а жёсткий рентген обладает наибольшей энергией фотона и частотой излучения (и наименьшей длиной волны).

(Рентгеновская фотография (рентгенограмма) руки своей жены, сделанная В.К. Рентгеном)

)

Получение

Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (в основном электронов) либо же при высокоэнергетичных переходах в электронных оболочках атомов или молекул. Оба эффекта используются в рентгеновских трубках, в которых электроны, испущенные раскалённым катодом, ускоряются (при этом рентгеновские лучи не испускаются, т.к ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где они резко тормозятся (при этом испускаются рентгеновские лучи: т. н. тормозное излучение) и в то же время выбивают электроны из внутренних электронных оболочек атомов металла, из которого сделан анод. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. При этом испускается рентгеновское излучение с определённой, характерной для материала анода, энергией (характеристическое излучение, частоты определяются законом Мозли:

,

где Z — атомный номер элемента анода, A и B — константы для определённого значения главного квантового числа n электронной оболочки). В настоящее время аноды изготовляются главным образом из керамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, — из молибдена. В процессе ускорения-торможения лишь 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99% энергии превращается в тепло.

Рентгеновское излучение можно получать также и на ускорителях заряженных частиц. Т.н. синхротронное излучение возникает при отклонении пучка частиц в магнитном поле, в результате чего они испытывают ускорение в направлении, перпендикулярном их движению. Синхротронное излучение имеет сплошной спектр с верхней границей. При соответствующим образом выбранных параметрах (величина магнитного поля и энергия частиц) в спектре синхротронного излучения можно получить и рентгеновские лучи.

Схематическое изображение рентгеновской трубки. X — рентгеновские лучи, K — катод, А — анод (иногда называемый антикатодом), С — теплоотвод, Uh — напряжение накала катода, Ua — ускоряющее напряжение, Win — впуск водяного охлаждения, Wout — выпуск водяного охлаждения (см. рентгеновская трубка).

Взаимодействие с веществом

Коэффициент преломления почти любого вещества для рентгеновских лучей мало отличается от единицы. Следствием этого является тот факт, что не существует материала, из которого можно было бы изготовить линзу для рентгеновских лучей. Кроме того, при перпендикулярном падении на поверхность рентгеновские лучи почти не отражаются. Несмотря на это, в рентгеновской оптике были найдены способы построения оптических элементов для рентгеновских лучей.

Рентгеновские лучи могут проникать сквозь вещество, причём различные вещества по-разному их поглощают. Поглощение рентгеновских лучей является важнейшим их свойством в рентгеновской съёмке. Интенсивность рентгеновских лучей экспоненциально убывает в зависимости от пройденного пути в поглощающем слое (I = I0e-kd, где d — толщина слоя, коэффициент k пропорционален Z3λ3, Z — атомный номер элемента, λ — длина волны).

Поглощение происходит в результате фотопоглощения и комптоновского рассеяния:

Под фотопоглощением понимается процесс выбивания фотоном электрона из оболочки атома, для чего требуется, чтобы энергия фотона была больше некоторого минимального значения. Если рассматривать вероятность акта поглощения в зависимости от энергии фотона, то при достижении определённой энергии она (вероятность) резко возрастает до своего максимального значения. Для более высоких значений энергии вероятность непрерывно уменьшается. По причине такой зависимости говорят, что существует граница поглощения. Место выбитого при акте поглощения электрона занимает другой электрон, при этом испускается излучение с меньшей энергией фотона, происходит т. н. процесс флюоресценции.

Рентгеновский фотон может взаимодействовать не только со связанными электронами, но и со свободными, а также слабосвязанными электронами. Происходит рассеяние фотонов на электронах — т. н. комптоновское рассеяние. В зависимости от угла рассеяния, длина волны фотона увеличивается на определённую величину и, соответственно, энергия уменьшается. Комптоновское рассеяние, по сравнению с фотопоглощением, становится преобладающим при более высоких энергиях фотона.

Процессы фотопоглощения и комптоновского рассеяния являются т. н. неупругими процессами, при которых фотон теряет энергию. Кроме того существует т. н. упругое рассеяние (рэлеевское рассеяние), при котором рассеянный фотон сохраняет свою энергию.

Источник

Название: Рентгеновское излучение Раздел: Рефераты по физике Тип: реферат Добавлен 17:05:39 15 апреля 2010 Похожие работы Просмотров: 34974 Комментариев: 18 Оценило: 29 человек Средний балл: 4.4 Оценка: 4 Скачать