〔RT基础理论探讨. 轫致辐射杂记a〕 打靶电子速度问题

热度 13已有 1095 次阅读2013-5-23 18:52 | 打靶, 电子

序言

     产生连续x射线的方法,目前广泛应用的还是打靶电子的致辐射法。为了探索轫致辐射---X射线强度在空间的分布,笔者写了本系列学习笔记。“无知胆大” ,本系列短文,对一些流行物理观点,提出了不同见解。NDT主体是技术,是应用科学,我自知“韧致辐射杂记” ,是纸上谈兵的东西,是无什么实用价值的东西; 然而,作为《辐射物理》的不同声音,我还是决定利用远东网发表出来,希望与感兴味的朋友沟通。

    一般教材上均说,高速飞行的打靶电子撞击阳极钨靶,突然减速,产生了致射辐---产生了连续x射线。那么,打靶电子撞击阳极钨靶时的速度V是多少呢?该怎么计算或确定呢?出于好奇心,我进行了以下探索。

使用牛顿力学---动能公式求打靶电子速度

    我们习惯用牛顿动能基本公式,即:

              e.U=(1/2)me.V2                                                                 (1)

    式中:

           e---电子电量,e=1.6×10-19次方 库伦(C);

          U---管电压,常用单位为千伏(KV) 公式中e.U的单位应换算为焦耳(J) ,才可运算。1KeV=1.6×10-16次方焦耳;

          me ---电子静质量,me=9.10956×10-31次方千克;

         V---电子在射线(真空)管中的速度。式中V2,表示V的平方。

     例如,当管电压U=100KV时,按公式(1) 计算的电子在射线(真空)管中的速度V=1.87X10的8次方/秒。真空中光速C3×10的8次方/秒。二者速度之比,即V/c=1.87/3=62%,这个速度已经很高了。

    然而,当管电压U=500KV时,按公式(1) 计算的电子在射线(真空)管中的速度V=4.18X10的8次方/秒,入射电子速度V大于光速C了,这是不可能的。但是,这个问题,错在哪里么?

2 相对论速度修正

    按相对论力学观点,当打靶电子速度与光速之比,即V/c0.7时,用公式(1) 计算还是正确的; V/c>0.7时,相应管电压大于127KV,电子速度V,应视为相对论速度再用公式(1) 计算,已经不合适了,应该用相对论公式修正。笔者喜欢根据能量查参考资料〔148页图3.3。由图3.3可知,电子动能为500KeV时,(V/c)的平方=0.75,V/c大约为87%;电子动能为1MeV时,(V/c)的平方=0.88,V/c大约为94%

3 应该有的认识

    应该有这样的认识,既使普通x射线管,使用管电压在100KV时,在真空中飞行的打靶电子临近靶面时,其速度也是很大的(V/c=62%),当它们被靶突然遏止,就会产生较强的韧致辐射。

参考资料:

1〕王正行编著. 近代物理学〔M. 北京: 北京大学出版社,1995.


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发表评论 评论 (8 个评论)

回复 天角光尾 2013-5-26 21:27
梁老师你好,射线大部分的教材中对韧致辐射都是简单的带过,根本过程没有说清楚,我也一直不能理解,为什么靶材料选择高原子序数,除了耐高温的特点,是否还是和连续X射线产生的机理过程(韧致辐射)有关?
回复 梁金昆 2013-5-27 08:21
天角光尾先生:你好!靶材选择高Z(原子序数)材料,主要是提高X射线产生效率,这一点射线检测教材第7页公式(1-7)已经表达地很清楚了。
回复 梁金昆 2013-5-27 08:49
韧致辐射杂记系列文章,不是针对《射线检测》教材的,它涉及的理论深度,超过了RTⅢ级,我是利用远东空间,发表学习丁富荣、王正行教授们编的物理书的体会。
回复 丁伟臣 2013-5-27 21:28
韧致辐射是带电电子流单次或多次与原子核外库仑场作用的结果,根据带电电子的速度和作用的核外库仑场的位置(原料核/靠近核)及作用的次数,从统计学的角度,可得出波长分布规则,其最短波长为最高能量一次完全转移所得!
回复 梁金昆 2013-5-28 06:15
谢谢丁工!
回复 天角光尾 2013-5-28 22:03
梁金昆: 天角光尾先生:你好!靶材选择高Z材料,主要是提高X射线产生效率,这一点射线检测教材第7页公式(1-7)已经表达地很清楚了。 ...
谢谢梁老师的解答,转换效率η=αzu,这个知道,抛开公式不说,为什么原子序数高转换效率就高,就像丁工所说,与核外库伦场作用的次数有关,能不能理解为,原子序数高,核外电子相对更多,一次或多次碰撞的概率更大,由于碰撞不同而得到不同波长的光子,从而得到连续谱X射线
回复 天角光尾 2013-5-28 22:15
最近盯上了这个网站,我准备每天抽点时间看看大家讨论的问题,先从梁老师学起,还望多多指教下。
回复 梁金昆 2013-6-20 20:21
天角光尾先生:您好!谢谢您的信任。按目前理论,轫致辐射,不是打靶电子和原子核外的束缚电子作用,而是打靶电子和核的库伦场作用。因此,轫致辐射转换效率为什么正比于原子序数Z,尚须详细讨论。我想写篇杂记,发表后,请指正。由于水平和身体原因,如写不出来,也望谅解。

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