Odziaływanie promieniowania rentgenowskiego z materią
Grafika interaktywna ilustruje zjawiska towarzyszące oddziaływaniu promieniowania rentgenowskiego z materią: zjawisko fotoelektryczne i zjawisko Comptona. Zapoznaj się z grafiką i wykonaj polecenie.
R1012DYzL2LrW
Grafika interaktywna pokazuje różnice między zjawiskiem fotoelektrycznym a efektem Comptona. Widoczne jest na niej jądro atomowe, przedstawione jako zbitek kulek reprezentujących protony i neutrony. Wokół jądra, na orbitach w kształcie okręgów o różnych promieniach, krążą elektrony, które również reprezentowane są przez kulki. W zjawisku fotoelektrycznym foton, czyli kwant światła, oddziałuje z elektronem na wewnętrznej (znajdującej się blisko jądra) powłoce atomowej. Foton zostaje pochłonięty przez atom. Cała jego energia jest przekazywana elektronowi z wewnętrznej powłoki, w wyniku czego foton znika, a elektron wylatuje z atomu z dużą energią. Natomiast podczas zjawiska Comptona foton oddziałuje z elektronem znajdującym się na zewnętrznej (walencyjnej) powłoce atomowej. Energia wiązania elektronu z powłoki walencyjnej jest znacznie mniejsza od energii fotonu – elektron można traktować jako swobodny. Na skutek zderzenia fotonu ze swobodnym lub słabo związanym elektronem, elektron odbiera część energii od fotonu i zaczyna się poruszać. Energia fotonu zmniejsza się, więc zwiększa się jego długość fali. Rozpraszanie fotonu na elektronie opisuje się podobnie do sprężystego zderzenia dwóch kulek, w którym zachowana jest energia kinetyczna i pęd.
Grafika interaktywna pokazuje różnice między zjawiskiem fotoelektrycznym a efektem Comptona. Widoczne jest na niej jądro atomowe, przedstawione jako zbitek kulek reprezentujących protony i neutrony. Wokół jądra, na orbitach w kształcie okręgów o różnych promieniach, krążą elektrony, które również reprezentowane są przez kulki. W zjawisku fotoelektrycznym foton, czyli kwant światła, oddziałuje z elektronem na wewnętrznej (znajdującej się blisko jądra) powłoce atomowej. Foton zostaje pochłonięty przez atom. Cała jego energia jest przekazywana elektronowi z wewnętrznej powłoki, w wyniku czego foton znika, a elektron wylatuje z atomu z dużą energią. Natomiast podczas zjawiska Comptona foton oddziałuje z elektronem znajdującym się na zewnętrznej (walencyjnej) powłoce atomowej. Energia wiązania elektronu z powłoki walencyjnej jest znacznie mniejsza od energii fotonu – elektron można traktować jako swobodny. Na skutek zderzenia fotonu ze swobodnym lub słabo związanym elektronem, elektron odbiera część energii od fotonu i zaczyna się poruszać. Energia fotonu zmniejsza się, więc zwiększa się jego długość fali. Rozpraszanie fotonu na elektronie opisuje się podobnie do sprężystego zderzenia dwóch kulek, w którym zachowana jest energia kinetyczna i pęd.
1
2
3
4
5
6
1. Co się stanie, gdy foton promieniowania rentgenowskiego pada na atom? Czy potrafisz odróżnić zjawisko fotoelektryczne od zjawiska Comptona?
2. Zjawisko fotoelektryczne Foton oddziaływuje z elektronem znajdującym się na wewnętrznej powłoce atomowej.
3. Zjawisko fotoelektryczne Foton zostaje pochłonięty przez atom. Cała energia fotonu została przekazana elektronowi z wewnętrznej powłoki, w wyniku czego foton znika, a elektron wylatuje z atomu z dużą energią.
4. Zjawisko Comptona Foton oddziaływuje z elektronem znajdującym się na zewnętrznej (walencyjnej) powłoce atomowej.
5. Zjawisko Comptona Energia wiązania elektronu z powłoki walencyjnej jest znacznie mniejsza od energii fotonu – elektron można traktować jako swobodny.
6. Zjawisko Comptona Zderzenie fotonu ze swobodnym lub słabo związanym elektronem. Elektron odbiera część energii od fotonu i zaczyna się poruszać. Energia fotonu zmniejsza się, więc zwiększa się jego długość fali.
Polecenie 1
Przez materię przechodzą fotony promieniowania rentgenowskiego o energii 25 keV. Jeden z nich uległ zjawisku fotoelektrycznemu, drugi zjawisku Comptona. Elektron wyrzucony na skutek rozpraszania Comptona uzyskał energię 10 keV. Podaj energie końcowe obu fotonów.
