10 фактов о рентгеновских лучах

1.Рентгеновскими лучами обычно называют электромагнитное излучение с длиной волны в диапазоне от 10 нанометров до 10^-3 нанометра, что соответствует энергии фотонов от 100 эВ до 1 МэВ. Общепринятого четкого разграничения с ультрафиолетовым (в мягкой области) и гамма-излучением (в жесткой области) не существует.

2. Рентгеновские фотоны, проходя сквозь вещество, могут рассеиваться либо поглощаться, что приводит к ослаблению начального потока. Коэффициент ослабления быстро возрастает с ростом зарядового числа ядер атомов вещества Z. Поэтому, например, человеческие кости, содержащие в своем составе кальций, ослабляют рентгеновское излучение значительно сильнее, чем мягкие ткани, состоящие из воды более чем на 70%. Этот факт лежит в основе медицинской рентгенографии (рис. 1).

3. В рентгеновской трубке излучение возникает при бомбардировке анода электронами, ускоренными высоким напряжением. Излучение трубки (рис. 2) складывается из обладающего непрерывным спектром тормозного излучения электронов в поле атомных ядер вещества анода и узких линий, возникающих при выбивании налетающими электронами электронов из внутренних оболочек атомов анода и последующем заполнении образовавшихся вакансий электронами с внешних оболочек. Каждый химический элемент обладает своим уникальным набором таких линий, поэтому такое излучение называют характеристическим.

4. Длина волны рентгеновского излучения сравнима с межатомными расстояниями в твердом теле. Поэтому кристалл может играть роль дифракционной решетки для рентгеновских лучей. При этом симметрия максимумов интенсивности прошедшего сквозь кристалл рентгеновского излучения будет отражать симметрию расположения атомов в кристалле. Эксперименты в этой области послужили независимым подтверждением существования атомов и заложили основу рентгеноструктурного метода анализа вещества. В частности, возможность выращивать кристаллы из таких сложных молекул, как гемоглобин и ДНК, позволила применить рентгеноструктурные методы к исследованию структуры этих биологически важных соединений.

5. В силу тех же дифракционных эффектов кристалл, ориентированный определенным образом по отношению к падающему потоку рентгеновского излучения, будет отражать лишь излучение определенной длины волны, выполняя роль монохроматора.

6. Монохроматическое рентгеновское излучение необходимо для решения многих прикладных задач. В частности, оно позволяет реализовать идею двухлучевой ангиографии (рис. 3). Однако для реализации этой методики желательно иметь источник излучения более высокой интенсивности, нежели рентгеновская трубка.

7. Для создания высокоинтенсивного пучка рентгеновского излучения можно заставить электроны высокой энергии двигаться с ускорением в макроскопических внешних полях. Так происходит, например, в синхротронах — кольцевых ускорителях электронов. Если когда-то синхротронное излучение считалось исключительно вредным эффектом, ограничивающим энергию электронов, достижимую на ускорителе, то теперь во многих странах действуют синхротроны, специально построенные для генерации излучения.

8. Как синхротроны, так и рентгеновские лазеры на свободных электронах, — громоздкие и дорогие машины. В настоящее время идет интенсивный поиск возможностей создания недорогого и компактного источника интенсивного, монохроматичного и перестраиваемого по частоте рентгеновского излучения, пригодного для установки в обычной клинике.

9. Еще одним способом генерировать жесткое электромагнитное излучение в лаборатории является обратный эффект Комптона. Если посветить лазером навстречу пучку электронов высокой энергии, рассеянные фотоны будут обладать большей энергией, нежели налетающие.

10. И синхротронный, и обратный комптоновский, другие механизмы генерации рентгеновского излучения реализуются в ходе различных астрофизических процессов. Поэтому рентгеновское излучение, приходящее из космоса, несет в себе ценную информацию о том, что происходит во Вселенной.