Эволюция звезд. Вариант 18 Природа рентгеновских лучей. Виды рентгеновского излучения Ответ
 Скачать 386 Kb.
|
|
Вариант 18  1. Природа рентгеновских лучей. Виды рентгеновского излученияОтвет Рентгеновские лучи - вид электромагнитного излучения, имеющего меньшую длину волны, чем ультрафиолетовые электромагнитные волны. Длина волны X-лучей колеблется от 70 нм до 10-5 нм. Чем короче длина волны X-лучей, тем больше энергия их фотонов и больше проникающая способность. X-лучи со сравнительно большой длиной волны (более 10 нм), называются мягкими. Длина волны 1 – 10нм характеризует жесткие X-лучи. Они обладают огромной проникающей способностью. Часть энергии, не рассеивающая в форме тепла, превращается в энергию электромагнитных волн (рентгеновские лучи). Таким образом, рентгеновские лучи являются результатом бомбардировки электронами вещества анода. Есть два типа рентгеновского излучения: тормозное и характеристическое. Тормозное рентгеновское излучение Тормозное рентгеновское излучение возникает при торможении электронов, движущихся с большой скоростью, электрическими полями атомов анода. Условия торможения отдельных электронов не одинаковы. В результате в энергию рентгеновского излучения переходят различные части их кинетической энергии. Спектр тормозного рентгеновского излучения не зависит от природы вещества анода. Как известно, энергия фотонов рентгеновских лучей определяет их частоту и длину волны. Поэтому тормозное рентгеновское излучение не является монохроматическим. Оно характеризуется разнообразием длин волн, которое может быть представлено сплошным (непрерывным) спектром. Рентгеновские лучи не могут иметь энергию большую, чем кинетическая энергия образующих их электронов. Наименьшая длина волны рентгеновского излучения соответствует максимальной кинетической энергии тормозящихся электронов. Чем больше разность потенциалов в рентгеновской трубке, тем меньшие длины волны рентгеновского излучения можно получить. Характеристическое рентгеновское излучение Характеристическое рентгеновское излучение имеет не сплошной, а линейчатый спектр. Этот тип излучения возникает, когда быстрый электрон, достигая анода, проникает во внутренние орбитали атомов и выбивает один из их электронов. В результате появляется свободное место, которое может быть заполнено другим электроном, спускающимся с одной из верхних атомных орбиталей. Такой переход электрона с более высокого на более низкий энергетический уровень вызывает рентгеновское излучение определенной дискретной длины волны. Поэтому характеристическое рентгеновское излучение имеет линейчатый спектр. Частота линий характеристического излучения полностью зависит от структуры электронных орбиталей атомов анода. Линии спектра характеристического излучения разных химических элементов имеют одинаковый вид, поскольку структура их внутренних электронных орбитальных идентична. Но длина их волны и частота, благодаря энергетическим различиям между внутренними орбиталями тяжелых и легких атомов. 2. Нарисуйте примерный вид спектров рентгеновского излучения, возникающего при двух напряжениях U1 и U2 на рентгеновской трубке, причем U1 < U2 Ответ  3. Вычислить толщину слоя половинного ослабления Х1/2 параллельного пучка гамма-излучения для воды, если линейный коэффициент ослабления  Ответ Дано:  Для воды линейный коэффициент ослабления равен . Необходимо вычислить значение толщины слоя половинного ослабления.Процесс поглощения рентгеновского и другого радиоактивного излучения можно описать при помощи формулы:  Откуда степень ослабления можно записать так:  Для слоя половинного ослабления формула примет вид:  Проведем вычисление:  Ответ:  .4. Какая доля гамма-излучения пройдет через железную пластинку толщиной 0,35 см, если толщина слоя половинного ослабления для этого излучения равна 0,70 см? Ответ Дано:  Процесс поглощения рентгеновского и другого радиоактивного излучения можно описать при помощи формулы: Откуда степень ослабления можно записать так: Для слоя половинного ослабления формула примет вид:  Тогда:  Тогда доля излучения составит:  Через железную пластину пройдет  часть излучения.Ответ: 5. Дан график ослабления двух гамма-излучений в одном и том же веществе. Энергия какого излучения больше?  Ответ Ослабление рентгеновского излучения напрямую зависит от значения линейного или массового коэффициента поглощения излучения. Чем выше энергия гамма-кванта, тем меньше значение коэффициента поглощения излучения. Сильнее ослабляются в таком случае высокоэнергетическое излучение. Поэтому больше энергия будет в случае 2. Пользуясь формулами можно из экспериментальных кривых поглощения определить значения µ1 и µ2, а отсюда и энергию излучения. Например: Логарифмируя мы получим:  Таким образом можно вычислить значение коэффициента ослабления для некоторой точки графика и необходимо учитывать, что во втором случае коэффициент  будет больше, чем в первом. 6. Позитрон и электрон аннигилируют образуя два фотона. Найти энергию каждого из возникших фотонов, если считать, что кинетическая энергия электрона и позитрона до их столкновения была ничтожно мала. Ответ  Энергия покоя электрона равна:  , а для фотона энергию можно выразить формулой: Приравняем формулы и получим:  Проведем вычисление:  Можно оценить длину волны излучения:  Это будет  излучение. Ответ:  .7. При прохождении некоторой частицы через воду на пути 10 мкм образуется около 25000 пар ионов. Что это за частица? Привести необходимый расчет. Ответ Для решения задания можно использовать формулу Блоха:  где NA – число Авогадро, Z и A – и атомный номер и массовое число вещества, I – его средний потенциал ионизации, z – заряд (в единицах e) ионизирующей частицы, β - её скорость (в единицах скорости света c), e и me – заряд и масса электрона. В данном случае нам необходимо установить значение заряда ионизирующей частицы z, тогда можно записать:  Откуда:  Проведем оценку величины заряда частицы:  Ответ:  . |