Тормозное рентгеновское излучение

Ц- цилиндрический электрод; К- катод; А- анод.

Т.к. к аноду и катоду приложена разность потенциалов U, то электроны разгоняются до энергии eU. Мощность излучения пропорциональна (e-заряд; a-ускорение).

Энергия за время торможения:

- полное время торможения; a-const.

- начальная скорость электронов в момент соударения.

Полученный результат показывает, что заметное излучение может наблюдаться только при больших начальных скоростях и резком торможении.

Согласно классической электродинамике:

1) при торможении электронов должно возникать электро-магнитное излучение всех длин волн от нуля до бесконечности;

2) длина излучения, на которую приходится максимум, должна уменьшаться с увеличением скорости электронов.

Эксперимент в общем случае подтверждает теорию, хотя есть отличие- кривые распределения мощности не идут к началу координат, а обрываются при конечном значении длины волны.

Фотоэффект.

Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называется испускание электронов под действием падающей электро-магнитной волны (1887г.).

В 1888-1889 гг. Столетов исследовал фотоэффект с помощью собранной им установки:

Через сетку падает свет на пластинку, выбивая частицы, в результате чего в цепи течет, регистрируемый гальванометром.

1) Наибольшее действие оказывает ультрафиолетовое излучение;

2) Сила тока возрастает с увеличением освещенности пластинки;

3) Испускаемые под действием света заряды имеют отрицательный знак.

В 1898 г. Ленард и Томпсон измерили удельный заряд частиц и определили, что это электроны. Усовершенствовав прибор прибор Столетова, была получена вольт-амперная характеристика тока в цепи.

Катод из исследуемого вещества помещают в стеклянную колбу. Свет, проходя через кварцевое стекло, попадает на катод, в результате чего возникает напряжение.

Вольт-амперная характеристика снимается при постоянном световом потоке. При небольшом напряжении фототок достигает максимального значения, т.е все электроны, испущенные катодом, достигают анода. Следовательно, сила тока насыщения определяется количеством электронов, испускаемых катодом в единицу времени под действием света. Пологий вид кривой говорит о том, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. Существование тока при нулевом напряжении говорит о существовании электронов, которые при вылете из катода обладают достаточной скоростью для достижения анода. Для обращения тока в ноль прилагают какое-то задерживающее напряжение. При таком напряжении ни один электрон не достигает анода.

К 1905 г. определили, что максимальная скорость электронов не зависит от интенсивности, а зависит от частоты, причем увеличение частоты приводит к повышению скорости. В 1905 г. А. Эйнштейн предположил, что все закономерности фотоэффекта можно объяснить с помощью квантовой теории, если предположить, что свет испускается не только -квантами, но и поглощается - квантами. Исходя из данного положения, энергия -кванта пойдет на работу выхода А (чтобы покинуть границы твердого тела).

В 1916 г. Милликен усовершенствовал прибор (поверхность катода обрабатывалась в вакууме). Если работа выхода будет больше -кванта энергии, то электрон не сможет вылететь из катода.

Число высвобождаемых электронов пропорционально световому потоку, а ток насыщения пропорционален количеству электронов, вылетающих из катода.

Существуют многофотонные явления.

Опыт Боте.

Чтобы объяснить распределение энергии в спектре равновесного теплового излучения, достаточно, как показал Планк, предположить, что свет испускается только порциями с энергиями. Для объяснения фотоэффекта и всех его особенностей, достаточно предположить, что свет поглощается только порциями. Эйнштейн предположил, что свет распространяется в пространстве в виде дискретных частиц, первоначально которых называли световыми квантами, а позднее- фотонами. Непосредственным подтверждением данного факта служил опыт Боте.

На фольгу падает слабое рентгеновское излучение. Под действием этого излучения фольга флуорисцирует, т.е является источником вторичного излучения. Если вторичное излучение подчиняется полевым законам, то на первый и второй газоразрядные счетчики придут два сигнала, которые будут зарегистрированы на ленте между двумя специальными механизмами двумя черточками, лежащими друг напротив друга. На опыте получилось, что метки от специальных механизмов не находятся друг напротив друга, значит излучение в пространстве распространяется в виде неких частиц с энергией

Масса фотона:;

Импульс:

Импульс был получен впервые на установке Лебедева.

Теоретически многочисленными опытами было установлено, что:

1) фотоны имеют массу покоя, равную нулю;

2) фотоны всегда движутся со скоростью света.

Сказанное означает, что фотоны представляют собой частицу особого рода, отличающуюся от электрона, протона и т.д., которые могут двигаться со скоростями, меньшими скорости света, и имеют массу покоя.

Эффект Комптона.

В 1923 г. Комптон, исследуя рассеяние рентгеновского излучения в различных веществах, обнаружил, что наряду с излучением с первоначальной длины волны имеется излучение с отличной длиной волны. Разность оказалась зависящей только от, образуемого направлением рассеянного излучения с направлением первичного пучка.

Все особенности эффекта Комптона можно объяснить, рассматривая процесс рассеяния как процесс упругого соударения рентгеновских фотонов со свободными электронами.

Комптоновская длина волны для электрона:

Мы рассмотрели ряд явлений, в которых поток света ведет себя как поток частицы. Дифракция, интерференция могут быть объяснены с помощью волновой теории.

Таким образом, свет обнаружит корпускулярно-волновой дуализм.

Ðàçäåë 7. Элементы квантовой оптики.

Внешний фотоэффект.

Свойства фотоэффекта:

1. Для каждого вещества существует меньше которого фотоэффект не наблюдается. Это красная граница фотоэффекта.

2. Если будем увеличивать интенсивность света, то фотон тоже будет увеличиваться при т.е. .

3. Если U=0, то фотон будет, т.е. электроны обладают скоростями и без дополнительных усилий достигнут второго электрода. При U_зни один электрон не достигнет второго электрона. Запирающее напряжение не зависит от I(интенсивности),а зависит от частоты

Эти свойства объяснить невозможно с помощью волновой оптики. Эйнштейн предположил, что свет – это порции электромагнитной энергии или кванты. Энергия одного кванта , если V=0 -- красная граница фотоэффекта.