Общие знания

Как рентгеновские лучи проникают сквозь стальной лист?


Рентгеновские лучи - это форма электромагнитного излучения, которая благодаря своей нейтральной природе и высокому содержанию энергии может проникать даже в такие материалы, как стальной лист.

Рентгеновские лучи - одна из самых распространенных форм излучения, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни. Каждый раз, когда мы ломаем себе кость или идем к стоматологу, нам необходимо сделать рентгеновский снимок, чтобы увидеть, что не так с нашими костями. Мы видим, что рентгеновские лучи показывают даже небольшие щели в наших костях, потому что они легко проходят через эти щели и даже через нашу кожу.

Что же все-таки придает рентгеновским лучам это особое качество высокой проникающей способности? Почему оно не блокируется твердыми предметами, как другие виды излучения? Чтобы ответить на этот вопрос, сначала нужно понять, что такое рентгеновское излучение.

Что такое рентгеновское излучение?

Рентгеновские лучи - это не что иное, как другая форма света, который мы так хорошо знаем и видим. Свет - это электромагнитное излучение. Проще говоря, если рассматривать электромагнитное поле, которое представляет собой электрическое поле в паре с магнитным полем, поскольку они всегда существуют вместе, как белье, то возмущения или волны, возникающие при встряхивании белья, будут электромагнитным излучением или, как мы любим его называть, светом.

Свет или электромагнитное излучение - это волна (или частица, в зависимости от настроения Шредингера, но не будем пока об этом беспокоиться). Каждый вид волны имеет длину волны, которая представляет собой расстояние между двумя последовательными пиками или впадинами.

Если пики расположены ближе, то волна будет иметь малую длину волны, а если они расположены далеко друг от друга, то волна будет иметь большую длину волны. В зависимости от длины волны свет подразделяется на различные формы.

Рентгеновские лучи имеют чрезвычайно короткую длину волны, уступая лишь гамма-лучам, с длиной волны от 100 до 0,001 нанометра. Рентгеновские лучи были открыты немецким физиком Вильгельмом Рентгеном.

Как происходит проникновение?

Все материалы состоят из атомов, которые в свою очередь состоят из электронов и протонов - заряженных частиц. Они известны как заряженные частицы, потому что обладают зарядом (электроны имеют отрицательный заряд, а протоны - положительный).

Когда излучение взаимодействует с веществом, оно взаимодействует с этими электронами и протонами. Взаимодействие между излучением и электронами и протонами зависит от свойств излучения.

Если излучение состоит из заряженных частиц, таких как альфа-частицы или бета-частицы, то взаимодействие будет зависеть от заряда. Альфа-излучение, имеющее положительный заряд, будет притягиваться к электронам в атомах и отклоняться ядрами. Наглядно видно, что чем больше взаимодействий испытывает излучение, тем меньшее расстояние оно способно преодолеть.

Представьте себе двух людей, идущих по дороге, один из которых едет в машине, а другой идет пешком. Когда они застряли в пробке, человек в машине должен ждать, пока машина перед ним сдвинется с места, потому что он взаимодействует с транспортными средствами. В то же время человек, идущий пешком, не обращает внимания на движение и автомобили и продолжает идти, поскольку он не взаимодействует с транспортными средствами. После 10 минут, проведенных в пробке, человек, который идет пешком, преодолел бы большее расстояние, чем человек, находящийся в машине.

Это аналогично проникновению внутрь материи. Излучение, имеющее заряд, должно взаимодействовать с атомами не только физически (то есть сталкиваться с ними), но и в отношении других свойств, таких как заряд. Именно по этой причине альфа- и бета-излучение имеет очень маленькую проникающую способность.

Таким образом, в технических терминах, проникающая способность определяется как расстояние, на которое может пройти излучение, прежде чем его интенсивность упадет до 1/eth от первоначального значения (где e - постоянная Эйлера).

Но что заставляет рентгеновские лучи проникать дальше?

Как уже упоминалось ранее, рентгеновские лучи являются одной из форм электромагнитного излучения (света). Свет не имеет заряда, т.е. он нейтрален. Поэтому, когда рентгеновские лучи взаимодействуют с атомами в материале, они не отклоняются из-за зарядов на этих субатомных частицах (электронах и протонах). Но как насчет других форм света, таких как видимый свет или инфракрасное излучение? Почему к ним не применимы те же правила?

А вот и нет. Свет, неважно какой длины волны (то есть в любой форме), не взаимодействует с частицами вещества. Но это не единственное свойство, которое учитывается. Если снова взять предыдущий пример, то чем больше энергии у идущего человека, тем большее расстояние он сможет преодолеть. Человек, который уже устал, не сможет далеко уйти, даже если ему не нужно беспокоиться об окружающих его машинах.

То же самое относится и к свету. Излучение с большей энергией способно проникнуть дальше всего. Теперь энергия любой волны зависит от ее длины. Чем меньше длина волны, тем выше ее энергия. Таким образом, инфракрасные и радиоволны имеют самую низкую энергию, а рентгеновские и гамма-лучи - самую высокую. Именно по этой причине рентгеновские лучи способны проникать в материал гораздо дальше, чем свет с другими (более длинными) длинами волн.

Заключение

Рентгеновские лучи - это очень энергичный вид электромагнитного излучения, и поэтому они могут проникать глубоко в материалы. Хотя это зависит от нескольких более мелких факторов, благодаря своей энергичной и нейтральной природе они могут проникать даже через небольшие листы стали и другие металлы аналогичной плотности. Но эти маленькие энергичные лучи тоже имеют свои ограничения и не могут выйти за пределы 250 микрометров.

Подписывайтесь на нас
Back to top button