Рентгеновы лучи - [4]
Современные рентгеновские трубки устроены несколько иначе, чем трубка, с которой работал Рентген.
Как же устроена и как работает современная рентгеновская трубка?
Для того чтобы лучше понять это, сравним её с обыкновенной электрической лампочкой, изображённой на рисунке 4.
Она состоит из стеклянного тонкостенного баллона (пузыря), к которому прочно прикреплён металлический колпачок, называемый цоколем. Внутри баллона в стеклянной ножке впаяны две проволоки, подводящие ток; они соединены металлической спиралью, которая изготовляется из тончайшей вольфрамовой проволочки. Вольфрам — это редкий и очень тугоплавкий металл. Он расплавляется только при температуре, превышающей 3 000 градусов. Из баллона электрической лампочки полностью выкачивается воздух, и после этого баллон запаивается. Для «зажигания» электрической лампочки нужно пропустить через неё электрический ток. Движение электрического тока по проводам напоминает течение жидкости по трубам, только по проводам течёт не жидкость, а передвигаются электроны, то-есть мельчайшие частицы, несущие на себе отрицательный заряд.
Обычно электроны находятся внутри атомов, из которых и состоят все окружающие нас тела. Внутри атомов электроны удерживает электрическая сила притяжения к положительно заряженному ядру атома. Но в некоторых веществах, например в металлах, атомы располагаются таким образом, что связь отдельных электронов с ядрами ослабевает, электроны становятся свободными, то-есть могут свободно передвигаться в металле между атомами.
Вот такие-то «свободные электроны» и образуют электрический ток в металле.
Тот проводник, по которому электроны притекают к вольфрамовой нити лампы, называется отрицательным, а тот, по которому они уходят прочь, — положительным.
Атомы металла не принимают участия в этом движении электронов вдоль проводника, они остаются на своих местах и образуют атомную решётку, остов проводника.
При своём движении по проводнику электроны сталкиваются с атомами решётки.
В результате этих многочисленных столкновений плавное движение потока электронов вдоль проводника нарушается. Отдельные электроны при ударе резко меняют направление своего движения. Возникает беспорядочное их движение по различным направлениям внутри металла.
Удары электронов раскачивают атомы, которые начинают колебаться, каждый около своего места в решётке.
Энергия колебаний атомов есть тепловая энергия, выделяющаяся при прохождении электрического тока по проводнику.
При обычной температуре электроны металла, свободно передвигаясь внутри него, не могут в то же время выбраться наружу. Атомы, потерявшие электроны, заряжены положительно, они притягивают обратно внутрь металла те электроны, которые попадают на поверхность.
Но при достаточно большой температуре скорости движения электронов настолько возрастают, что такие быстрые электроны оказываются способными преодолеть силы притяжения и вырваться из металла наружу.
Поэтому раскалённое тело, а в нашем случае — вольфрамовая нить, будет испускать во все стороны электроны.
Вокруг светящейся нити обыкновенной лампочки образуется обычно целое облачко из электронов, вылетевших из неё.
Рис. 5. Схема рентгеновской трубки.
Посмотрим теперь на рисунок 5. Здесь изображена схема устройства рентгеновской трубки.
В такой трубке также имеется раскалённая нить, испускающая электроны. Но в отличие от обыкновенной лампы вольфрамовая нить подсоединена к отрицательному проводу источника напряжения. В то же время положительный провод введён внутрь лампы в виде особого электрода, который называется анодом.
Положительно заряженный анод притягивает электроны, испущенные накалённой нитью (катодом). Поэтому вылетевшие из катода электроны уже не образуют электронного облачка около его поверхности, а устремляются к аноду. Им на смену раскалённая нить испускает новые. В такой лампе пойдёт электрический ток — поток электронов, с большой скоростью летящих от катода к аноду.
Для того чтобы нить всё время оставалась нагретой, используется специальный источник электрического тока, изображённый на рисунке 5.
Так устроены рентгеновские трубки. Источником рентгеновых лучей является анод, бомбардируемый потоком быстрых электронов. В рентгеновских трубках электроны двигаются с большой скоростью, вс много раз превышающей скорость пушечного снаряда. Если бы электрон с такой скоростью пустить двигаться вокруг Земли, он совершил бы кругосветное путешествие меньше, чем за секунду.
Поверхность анода рентгеновской трубки во время её работы подвергается непрерывному обстрелу электронами, текущими с катода. Подобно тому как при ударах молота о металл металл разогревается, разогревается и поверхность анода рентгеновской трубки, особенно тот участок, который обстреливается электронами. В этом месте, называемом фокусным пятном, металл может даже частично проплавиться. Тут-то, как обнаружил Рентген, и зарождаются помимо выделяющегося тепла рентгеновы лучи. Они распространяются от фокусного пятна во все стороны.
Мы знаем теперь, что рентгеновы лучи возникают, когда быстро летящие электроны, сталкиваясь с атомами вещества, теряют при этих столкновениях свою энергию. Часть энергии электрона идёт при этом на раскачку атомов вещества, то-есть на повышение его температуры, а часть энергии испускается в виде рентгеновых лучей, в виде лучистой энергии.
