Rentgeno ir gama spinduliai. Jų savybės
Rentgeno spinduliai, X spinduliai, elektromagnetiniai jonizuojantiejispinduliai, kurių bangos ilgis ( = 10-14 – 10-7m. Rentgeno spinduliai,kurių ( < 0,2 nm, sąlygiškai vadinami kietaisiais, kurių ( > 0,2 nm –minkštaisiais. Rentgeno spindulius sukuria rentgeno vamzdis, sinchronuotas,priešpriešinių pluoštų greitintuvo elektronų kaupimo žiedas; juos skleidžiaradioktyvieji izotopai, Saulė, kiti kosminiai rentgeno šaltiniai. Pagalsužadinimo būdą rentgeno spinduliai ir jų spektrai būna stabdomieji, arbabaltieji ir charakteringieji, arba būdingieji. Stabdomųjų rentgenospindulių intensyvumas tolydus pagal visus dažnius iki didžiausio dažnio(0. Rentgeno spindulių kvantų energija h(0 (čia h – Planko konstanta) lygirentgeno spindulių žadinančių pagreitintų elektronų energijai eU; čia e –elektrono krūvis, U – greitintuvo įtampa. Dažnį (0 atitinka rentgenospindulių spektro trumpabangė riba (0 = hc/eU; čia c – šviesos greitisvakuume. Charakteringieji rentgeno spinduliai susidaro dėl atomojonizacijos, išlėkus elektronui iš atomo vidinių sluoksnių. Jei atomąjonizuoja susidūrusi su juo didelės energijos dalelė, pvz., elektronas, yrapirminiai rentgeno spinduliai, jei rentgeno arba gama kvantas – antriniai,arba fluorescenciniai. Charakteringųjų rentgeno spindulių spektro linijųdažnis būdingas kiekvieno cheminio elemento atomui; dažnio priklausomybęnuo atomų skaičiaus nusako Mozlio dėsnis. Stabdomieji rentgeno spinduliai,kurie sužadinami labai plonuose taikiniuose, arti dažnio (0 yra visiškaipoliarizuoti; mažėjant dažniui, poliarizacijos laipsnis mažėja.Charakteringieji rentgeno spinduliai visiškai nepoliarizuoti. Rentgenospindulių ir medžiagos sąveika sukelia fotoefektą, rentgeno spindulių(iai)absorbciją ir sklaidymą. Fotefekto metu medžiagos atomas, absorbavęsrentgeno spindulių kvantą, išspinduliuoja vieną savo vidinių sluoksniųelektroną ir charakteringųjų rentgeno spindulių kvantą arba antrąją – Ožėelektroną. Rentgeno spindulių naudojimo sritys : medicina (Rentgenodiagnostika,Rentgenoterapija), technika (Rentgeno defektoskopija), moksliniai tyrimai(Rentgenostruktūrinė analizė, Rentgenografija, Rentgeno mikroskopija). Iškosminių rentgeno spindulių sužinoma apie kosminių kūnų cheminę sudėtį ir
fizikinius procesus kosmose (Rentgeno astronomija). Rentgeno spinduliaispartina kai kurias chemines reakcijas, medžiagų polimerizaciją, organiniųmedžiagų krekingą (Radiacinė chemija), jais naudojamasi senovės tapybairasti po vėlesnės tapybos sluoksnių, maisto pramonėje (svetimkūniamsrasti), kriminalistikoje, archeologijoje. Rentgeno spindulius 1895 atrado vokietis V. Rentgenas. 1985-97 jisnustatė, kad rentgeno spinduliai jonizuoja dujas, sužadina medžiagųfluorescenciją, veikia foto plokštelę; yra labai skvarbūs. Rentgenospindulių banginį pobūdį numatė Dž. Stoksas (D. Britanija), eksperimentais1906 patvirtino È. Barkla (D. Britanija).Gama spinduliai, ( spinduliai, trumpųjų bangų ( bangos ilgis ( < 4 *10-10 m) elektromagnetiniai spinduliai. Gama spindulius skleidžia poradioktyviojo skilimo ir branduolinių reakcijų sužadinti atomų branduoliai;gama spinduliai spinduliuodami, stabdant greitas elektringąsias daleles,anihiliuojant dalelių ir antidalelių poroms, kai kurioms elementariosiomsdalelėms (pvz., (0 mezonams, (0 hiperonams) virstant kitomiselementariomis dalelėmis. Gama spindulių, sužadintų stabdant elektringąsiasdaleles, spektras yra ištisinis, sužadintų kitais būdais – linijinis.Korpuskulinės gama spindulių savybės ryškesnės už bangines, todėl gamaspinduliai dažnai laikomi dalelių ( ( kvantų), apibūdinamų kvanto energijaE( = h((, srautu; čia h – Planko konstanta, (( – spinduliuojamos bangosdažnis. Radioaktyviojo skilimo sužadintų gama spindulių energija siekia iki5 MeV (( ( 2,4 * 10-13 m), branduolinių reakcijų – iki 20 MeV (( ( 0,6 * 10-13 m), gautų galinguose greitintuvuose – iki 10 GeV (( ( 1,2 * 10-16 m). Gama spinduliai labai svarbūs. Sklisdamas medžiagoje, gama spinduliųsrautas silpnėja eksponentiškai pagal dėsnį I = I0e-(x; čia I – x storiomedžiagos sluoksnį praėjusio gama spindulių srauto stiprumas, I0 – pradinisgama spindulių srauto stiprumas, ( – absorcijos koeficientas. Srautosilpnėjimą sąlygoja 3 pagrindiniai procesai: fotoefektas, kai ( kvantoenergija perduodama su atomu susijusiam elektronui ir atomas jonizuojamas;Komptono efektas, kai ( kvantas, susidūręs su atomo elektronu, perduoda jamdalį energijos ir pakeičia savo judėjimo kryptį; elektrono ir pozitronoporų sukūrimas (jei E( > 1,022 MeV). Šių procesų tikimybė tuo didesnė, kuo
didesnis medžiagos atomų skaičius Z (fotoefekto tikimybė proporcinga Z5,Komptono efekto – Z, porų susikūrimo – Z2), dėl to apsaugai nuo gamaspindulių vartojamos medžiagos, kuriose daug sunkiųjų elementų (pvz.,švino). Antriniai elektronai, susidarę medžiagoje po gama spinduliųabsorcijos, stipriai jonizuoja atomus ir sudaro sąlygas vykti cheminėmsreakcijoms. Sudėtingos struktūros medžiagose (pvz., gyvuose audiniuose)didesnės gama spindulių dozės sukelia negrįžtamų pakitimų. 13 mm. storiošvino (arba 120 m oro) sluoksnis perpus sumažina jų intensyvumą. Gama spinduliai vartojami defektoskopijoje, vėžinėms ligoms gydyti,maisto produktams sterilizuoti, radiacinės chemijos , biologijos,selekcijos tyrimams, teikia duomenų apie branduolių energijos lygmenis irbranduoliuose vykstančius procesus. Svarbiausieji gama spindulių šaltiniaiyra gamtiniai ir dirbtiniai radioktyvieji izotopai, pvz., radis 226Ra,kobaltas 60Co, cezis 137Cs, taip pat elektronų greitintuvai. Gamaspindulius 1900 atrado P. Vilaras iš Prancūzijos. Jų elektromagnetinębanginę prigimtį 1914 įrodė E. Rezerfordas ir E. N. da Andreinas (D.Britanija), sukėlę gama spindulių difrakciją.