151-159

 

 

Strona 1 z 3 

 

Promieniowanie rentgenowskie (151-159) 

 

Powstaje w wyniku bombardowania materii elektronami o duŜych energiach 

kinetycznych (powyŜej 20 eV). 

Lampa rentgenowska składa się z katody i anody, zatopionych w szklanej bańce 

opróŜnionej z powietrza. Elektrony są emitowane z katody (zjawisko termoemisji – katoda 
rozgrzewa się do ponad 2000 stopni pod wpływem prądu Ŝarzenia), następnie rozpędzają się w 
silnym polu elektrycznym pomiędzy katodą i anodą.  

Promieniowanie ciągłe (widmo ciągłe) 
Elektrony dostają się w pobliŜe jąder atomowych anody i w wyniku działania pola 

elektrycznego zostają zahamowane, uwalniając swoją energię w postaci promieniowania 
elektromagnetycznego 

(ok. 99% energii kinetycznej elektronów zamienia się na ciepło, tylko 1% zuŜyty jest na 

promieniowanie). Długość jego fali zaleŜna jest od energii kinetycznej elektronu. Energia ta jest 
maksymalna, jeśli elektron straci energię w pojedynczym procesie hamowania, ale zmniejsza się, 
jeśli po drodze zderzy się z innymi atomami katody, zwalniając. Wtedy teŜ zmienia się długość 
fali emitowanej w wyniku hamowania tego elektronu. 

Przez to, Ŝe elektrony wywołują powstawanie promieniowania o róŜnej długości fali, 

promieniowanie lampy rentgenowskiej ma widmo ciągłe, czyli czyli jest zbiorem fal 
elektromagnetycznych o róŜnych długościach. 

Istnieje tu wyraźna granica najkrótszych fal, która jest zaleŜna od napięcia na anodzie, 

nazywana krótkofalową granicą widma. Oblicza się ją ze wzoru: 

 

λ

min

 = hc / eU = 1,24/ U nm 

 
Z czego wynika, Ŝe długość fali zaleŜy tylko od napięcia przyspieszającego elektrony 

pomiędzy katodą i anodą. 

 Najkrótsza fala powstaje wtedy, kiedy elektron straci całą swoją energię w jednym 

hamowaniu. 

Długofalowa część widma jest niepoŜądana w medycznych zastosowaniach promieni 

rentgena. Aby ją usunąć uŜywa się filtrów – płyt aluminiowych lub miedzianych. 

 
NatęŜenie promieniowania lampy rentgenowskiej oblicza się ze wzoru: 
 

I = A Z I

a

 U

2 

 
Gdzie A to stała zaleŜna od konstrukcji lampy, Z oznacza liczbę atomową pierwiastka, z 

którego zbudowana jest anoda, I

a 

to wartość prądu między anodą i katodą, a U – napięcie na 

lampie. 

 
Promieniowanie charakterystyczne (widmo charakterystyczne) 
Oprócz widma ciągłego, stanowiącego najwaŜniejszą część promieniowania rentgena, 

występuje teŜ promieniowanie charakterystyczne, które powstaje w skutek wybijania elektronów 
z atomów anody (zamiast hamowania, jak w widmie ciągłym). Wybijanie elektronów prowadzi 
do wzbudzenia atomów anody, które wracając do stanu podstawowego emitują kwanty 
promieniowania elektromagnetycznego. Aby powstało to promieniowanie, energia elektronów 
musi przekroczyć wartość charakterystyczną dla pierwiastka, z którego zbudowana jest anoda, 
aby wybić elektrony z wewnętrznych powłok atomów tego pierwiastka. 

Długość fali promieniowania charakterystycznego nie zaleŜy od energii kinetycznej 

elektronów emitowanych przez katodę (musi być ona jedynie wystarczająco wysoka), jest za to 
związana z rodzajem pierwiastka, z którego zbudowana jest anoda. 

151-159

 

 

Strona 2 z 3 

 

Właściwości promieniowania rentgenowskiego: 

1)

 

krótkie fale elektromagnetyczne o długości 0,01 – 100 Ǻ 

2)

 

Ulegają dyfrakcji, interferencji i polaryzacji (właściwości falowe) 

3)

 

Dwa rodzaje widma -ciągłe (mieszanina fal) i charakterystyczne 

4)

 

Powodują zmiany chemiczne w preparacie naświetlonym 

5)

 

Silnie jonizują ciecze i gazy 

6)

 

Wywołują zjawisko fotoelektryczne i efekt Comptona 

7)

 

Słabo pochłaniane są przez pierwiastki o małej liczbie atomowej, silnie przez te o duŜej 

 
Budowa Lampy rentgenowskiej (opis przy rodzajach promieniowania) 
 

Obwód Ŝarzenia to ten, przez który płynie prąd rozgrzewający katodę. 
Anoda wiruje, Ŝeby zwiększyć powierzchnie działania elektronów, co przedłuŜa jej 

Ŝycie (bombardowanie jednego miejsca szybko niszczy anodę). 

 
Promieniowanie elektromagnetyczne (w tym x) współdziała z ośrodkiem przez 3 

mechanizmy: 

-zjawisko fotoelektryczne 
-Efekt Comptona 
-Zjawisko tworzenia się par 
 
Zjawisko fotoelektryczne: Foton promieniowania wytrąca z atomu, w który uderza, 

elektron. Energia fotonu zostaje wpierw zuŜyta na pokonanie energii wiązania elektronu W (praca 
wyjścia), a reszta energii nadaje elektronowi energię kinetyczną. Foton jest całkowicie 
absorbowany (cała jego energia zostaje zuŜyta) 

 

hv = 0,5 mv

2 

+ W 

 

gdzie hv – energia fotonu, 0,5 mv

 2

- energia kinetyczna elektronu wybitego, a W – praca wyjścia 

 
Atom, z którego został wybity elektron staje się jonem dodatnim. Wybity elektron 

zderza się z sąsiednimi atomami, jonizując je i powoli traci swoją energię, aŜ przyłącza się do 
jednego z nich i tworzy jon ujemny (jeśli przyłączy się do obojętnego), lub atom obojętny(jeśli 
przyłączy się do jonu dodatniego) 

 
 
 
 

151-159

 

 

Strona 3 z 3 

 

 
Efekt Comptona. Zjawisko Comptona traktujemy jako wynik spręŜystego zderzenia 

fotonu z elektronem. Uznajemy te elektrony za swobodne o energii 0, poniewaŜ zjawisko to 
zachodzi przy duŜych energiach fotonu (większych niŜ zjawisko fotoelektryczne). Zderzenie 
podlega zasadzie zachowania energii i pędu. 

Po zderzeniu foton zostaje odrzucony pod kątem rozproszenia fotonu φ, elektron 

uzyskuje pęd mv i tworzy kąt α 

Odrzucone elektrony zabierają tylko część energii fotonu (w zjawisku fotoelektrycznym 

-całą). Energia jest tym większa, im większy jest kąt rozproszenia. Im większa energia fotonu 
padającego, tym większą część przekazują elektronom. Elektron wybity jonizuje środowisko, tak 
jak ten z zjawiska fotoelektrycznego. Foton rozproszony moŜe zapoczątkować kolejne zjawiska 
Comptona, lub ulec absorpcji w zjawisku fotoelektrycznym. 

 
Tworzenie par pozyton – elektron. zachodzi, jeśli foton ma energię większą niŜ energia 

równowaŜna masie dwóch elektronów., czyli 1,022 MeV (obliczana ze wzoru Einsteina E=mc

2 

). 

Foton moŜe wtedy wyzwolić (tylko w obecności jądra) dwa elektrony o przeciwnych ładunkach 
elektrycznych (pozyton- negaton), sam ulega unicestwieniu. Powstały negaton (zwykły elektron) 
moŜe jonizować atomy kosztem swojej energii kinetycznej. Pozyton po utracie energii łączy się z 
negatonem, ulegając anihilacji i tworzą dwa fotony o energii mniejszej, niŜ ta, którą miał foton 
wywołujący to zjawisko (zasada zachowania energii), które dalej mogą wywoływać zjawisko 
fotoelektryczne, lub efekt Comptona. 

 
Prawdopodobieństwo wystąpienia jednego z tych efektów zaleŜy od energii fotonów 

promieniowania, jak i od rodzaju substancji pochłaniającej to promieniowanie, co przedstawia 
wykres: 

Prawo pochłaniania promieniowania pokazuje zaleŜność między natęŜeniem wiązki 

promieniowania przechodzącej przez warstwę absorbenta o grubości x, a natęŜeniem wiązki 
padającej na niego. WyraŜa się wzorem: 

I = I

0 

e 

-µ x 

Gdzie I oznacza wiązkę przechodzącą, I

0

 – wiązkę padającą, x – grubość absorbenta, a 

µ – liniowy współczynnik pochłaniania 

 
Liniowy współczynnik pochłaniania charakteryzuje ośrodek pochłaniający. Na jego 

wartość składają się trzy składniki, odpowiadające efektowi fotoelektrycznemu, Comptonowskiemu 
i tworzeniu się par: 

µ = τ + σ + π 

Reprezentują one udział kaŜdego z trzech zjawisk w 

pochłanianiu.  

Masowy współczynnik pochłaniania µ/ρ odpowiada zdolności absorpcyjnej warstwy o 

masie 1 kg i powierzchni 1 m

2. 

. Wprowadza się go poniewaŜ pochłanianie energii promieniowania 

elektromagnetycznego zaleŜy od gęstości absorbenta.