Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
р и у (направления дифрагированных лучей) для максимумов того или иного
порядка.
При достаточно большом числе щелей максимумы для каждого из этих двух
направлений будут довольно острыми, причем на них будет приходиться и
существенная часть падающей световой энергии. В результате на экране
получится дифракционная картина в виде четких симметрично расположенных
световых пятен. При освещении белым светом произойдет разложение в
непрерывный спектр по направлениям хну.
Не представляет принципиальной трудности рассмотреть случаи, когда штрихи
в двух направлениях составляют угол, отличный от 90°, и луч падает
наклонно к плоскости решетки. Учет этих факторов не изменит общего
характера дифракционной картины. Однако нарушение строгой периодичности
щелей (хаотическое распределение их) приводит к существенному изменению
общей картины - наблюдаются симметричные размытые интерференционные
кольца, обусловленные дифракцией света на отдельных частицах.
Интенсивность наблюдаемых колец будет пропорциональна не квадрату числа
щелей, приходящихся на единицу поверхности (как это было при дифракции на
правильной структуре), а числу щелей. Эти две принципиально разные
картины позволяют по результату наблюдения сделать вывод о характере
расположения щелей (или частиц) на плоскости.
Дифракция от двухмерной решетки позволяет определить не только взаимное
расположение частиц (постоянных решетки dt и d2), составляющих решетку на
плоской поверхности, но также вести суждения о размерах самих частиц и о
взаимном расположении решеток с постоянными di и d2.
§ 14. РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ СПЛОШНОГО И ДИСКРЕТНОГО СПЕКТРА
Тормозное излучение. Ускоренное движение заряженных частиц приводит к
излучению электромагнитной волны (см. § 3 гл. II). В этой связи
представляет интерес рассмотреть случай движения заряженных частиц в
электростатическом поле. Очевидно, что при
156
торможении этих частиц в электростатическом поле возникает
электромагнитное излучение. Подобное излучение - излучение
электромагнитной волны заряженной частицей, возникшее при ее торможении в
электростатическом поле, - принято называть тормозным излучением.
Наглядным примером тормозного излучения является излучение рентгеновских
лучей, возникающее в рентгеновских трубках.
Обсудим тормозное излучение с позиций классической теории. Положим, что
заряженная частифа массой т, зарядом q пролетает мимо ядра элемента с
порядковым номером Z (т. е. с зарядом Ze). Со стороны электростатического
поля, создаваемого ядром, на заряженную частицу действует сила F = qE,
которая сообщает ей ускорение, равное
-- qE W = --, т
где Е = ~ г - напряженность электростатического ноля,' создаваемого ядром
на расстоянии г от него. Следовательно,
-* Zqe -
W =-Чт-Г. тг
Зная величину ускорения, можно определить количество энергии dl,
излученной заряженной частицей за время dt:
а-Жг<и.
3<?тгг*
Как следует из этого выражения, количество излучаемой энергии прямо
пропорционально времени торможения dt, квадрату количества заряда ядра и
обратно пропорционально квадрату массы частицы. Следовательно, сильное
тормозное излучение происходит в случае резкого торможения легчайших
заряженных частиц - электронов - в поле ядра тяжелых элементов. Тогда так
как q = е, то имеет место
AT 2Z2e6 At
dl = -z t л dt,
3c3m2/-4 '
где e и m - соответственно заряд и масса электрона.
Рентгеновские лучи. Условие резкого торможения осуществляется при
бомбардировке быстрыми электронами твердого антикатода, при котором, как
увидим ниже, излучаются короткие электромагнитные волны - рентгеновские
лучи разных длин волн.
В 1895 г. немецкий ученый К. Рентген, изучая электрический разряд в
разреженных газах, обнаружил новый, никому не известный до тех пор вид
излучения. Это излучение самим Рентгеном было названо "Х-лучами". В
дальнейшем оно стало называться в честь первооткрывателя рентгеновскими
лучами.
Последующие исследования показали, что рентгеновские лучи дифрагируют
(Лауэ, 1912 г.) и интерферируют (Линник, 1930 г.), т. е. обладают
свойствами волн. Были обнаружены два типа рентге-
157
новских лучей - рентгеновские лучи сплошного и дискретного спектров *.
Рентгеновская трубка. Рентгеновские лучи сплошного спектра.
Рентгеновские лучи можно получить с помощью специальной так называемой
рентгеновской трубки. Она представляет собой стеклянную (или
металлическую) трубку, из которой откачивается воздух до давления порядка
10~6 мм рт. ст. Внутри трубки расположены катод (/() и антикатод (АК)
(рис. 6.36). К катоду подсоединена батарея накала (БН), которая приводит
к эмиссии термоэлектронов из катода. Создаваемое высокое напряжение между
катодом
и антикатодом сообщает большую скорость термоэлектронам. Быстрые
электроны, попадая на антикатод, испытывают на нем резкое торможение, в
результате чего и возникает тормозное излучение - электромагнитное
излучение короткой длины волны. Полученные таким образом рентгеновские
лучи обладают, подобно белому свету, сплошным спектром и поэтому
