Rentgeno ir gama spinduliai. Jų savybės

Rentgeno spinduliai, X spinduliai, elektromagnetiniai jonizuojantieji

spinduliai, 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 skleidžia

radioktyvieji izotopai, Saulė, kiti kosminiai rentgeno šaltiniai. Pagal

sužadinimo būdą rentgeno spinduliai ir jų spektrai būna stabdomieji, arba

baltieji ir charakteringieji, arba būdingieji. Stabdomųjų rentgeno

spindulių intensyvumas tolydus pagal visus dažnius iki didžiausio dažnio

(0. Rentgeno sspindulių kvantų energija h(0 (čia h – Planko konstanta) lygi

rentgeno spindulių žadinančių pagreitintų elektronų energijai eU; čia e –

elektrono krūvis, U – greitintuvo įtampa. Dažnį (0 atitinka rentgeno

spindulių spektro trumpabangė riba (0 = hc/eU; čia c – šviesos greitis

vakuume. Charakteringieji rentgeno spinduliai susidaro dėl atomo

jonizacijos, išlėkus elektronui iš atomo vidinių sluoksnių. Jei atomą

jonizuoja susidūrusi su juo didelės energijos dalelė, pvz., elektronas, yra

pirminiai rentgeno spinduliai, jei rentgeno arba gama kvantas – antriniai,

arba fluorescenciniai. Charakteringųjų rentgeno spindulių spektro linijų

dažnis būdingas kiekvieno cheminio eelemento atomui; dažnio priklausomybę

nuo atomų skaičiaus nusako Mozlio dėsnis. Stabdomieji rentgeno spinduliai,

kurie sužadinami labai plonuose taikiniuose, arti dažnio (0 yra visiškai

poliarizuoti; mažėjant dažniui, poliarizacijos laipsnis mažėja.

Charakteringieji rentgeno spinduliai visiškai nepoliarizuoti. Rentgeno

spindulių ir medžiagos sąveika sukelia fotoefektą, rentgeno spindulių(iai)

absorbciją ir sklaidymą. Fotefekto metu medžiagos atomas, absorbavęs

rentgeno spindulių kvantą, išspinduliuoja vieną savo vidinių sluoksnių

elektroną ir charakteringųjų rentgeno spindulių kvantą arba antrąją – Ožė

elektroną.

Rentgeno spindulių naudojimo sritys : medicina (Rentgenodiagnostika,

Rentgenoterapija), technika (Rentgeno defektoskopija), moksliniai tyrimai

(Rentgenostruktūrinė analizė, Rentgenografija, Rentgeno mikroskopija). Iš

kosminių rentgeno spindulių sužinoma apie kosminių kūnų cheminę sudėtį ir

fizikinius procesus kosmose (Rentgeno astronomija). Rentgeno spinduliai

spartina kai kurias chemines reakcijas, medžiagų polimerizaciją, organinių

medžiagų krekingą (Radiacinė chemija), jais naudojamasi senovės tapybai

rasti po vėlesnės tapybos sluoksnių, maisto pramonėje (svetimkūniams

rasti), kriminalistikoje, archeologijoje.

Rentgeno spindulius 1895 atrado vokietis V. Rentgenas. 1985-97 jis

nustatė, kad rentgeno spinduliai jonizuoja dujas, sužadina medžiagų

fluorescenciją, veikia foto plokštelę; yra labai skvarbūs. Rentgeno

spindulių banginį pobūdį numatė Dž. Stoksas (D. Britanija), eksperimentais

1906 patvirtino È. Barkla (D. Britanija).

Gama spinduliai, ( spinduliai, trumpųjų bangų ( bangos iilgis ( < 4 *

10-10 m) elektromagnetiniai spinduliai. Gama spindulius skleidžia po

radioktyviojo skilimo ir branduolinių reakcijų sužadinti atomų branduoliai;

gama spinduliai spinduliuodami, stabdant greitas elektringąsias daleles,

anihiliuojant dalelių ir antidalelių poroms, kai kurioms elementariosioms

dalelėms (pvz., (0 mezonams, (0 hiperonams) virstant kitomis

elementariomis dalelėmis. Gama spindulių, sužadintų stabdant elektringąsias

daleles, spektras yra ištisinis, sužadintų kitais būdais – linijinis.

Korpuskulinės gama spindulių savybės ryškesnės už bangines, todėl gama

spinduliai dažnai laikomi dalelių ( ( kvantų), apibūdinamų kvanto energija

E( = h((, srautu; čia h – Planko konstanta, (( – spinduliuojamos bangos

dažnis. Radioaktyviojo skilimo sužadintų gama spindulių energija siekia iki

5 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 spindulių

srautas silpnėja eksponentiškai pagal dėsnį I = I0e-(x; čia I – x storio

medžiagos sluoksnį praėjusio gama spindulių srauto stiprumas, I0 – pradinis

gama spindulių srauto stiprumas, ( – absorcijos koeficientas. Srauto

silpnėjimą sąlygoja 3 pagrindiniai procesai: fotoefektas, kai ( kvanto

energija perduodama su atomu susijusiam elektronui ir atomas jonizuojamas;

Komptono efektas, kai ( kvantas, susidūręs su atomo elektronu, perduoda jam

dalį energijos ir pakeičia savo judėjimo kryptį; elektrono ir pozitrono

porų 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 gama

spindulių vartojamos medžiagos, kuriose daug sunkiųjų elementų (pvz.,

švino). Antriniai elektronai, susidarę medžiagoje po gama spindulių

absorcijos, stipriai jonizuoja atomus ir sudaro sąlygas vykti cheminėms

reakcijoms. Sudėtingos struktūros medžiagose (pvz., gyvuose audiniuose)

didesnės gama spindulių dozės sukelia negrįžtamų pakitimų. 13 mm. storio

švino (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 ir

branduoliuose vykstančius procesus. Svarbiausieji gama spindulių šaltiniai

yra gamtiniai ir dirbtiniai radioktyvieji izotopai, pvz., radis 226Ra,

kobaltas 60Co, cezis 137Cs, taip pat elektronų greitintuvai. Gama

spindulius 1900 atrado P. Vilaras iš Prancūzijos. Jų elektromagnetinę

banginę prigimtį 1914 įrodė E. Rezerfordas ir E. N. da Andreinas (D.

Britanija), sukėlę gama spindulių difrakciją.