Lý thuyết chung về tia X (RƠN GHEN) sự phát quang và tia LAZE

LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Tia X (Rơnghen).

n Bản chất của tia Rơnghen: Là sóng điện từ có bước sóng ngắn, ngắn hơn bước sóng tia tử ngoại và dài hơn bước sóng tia gama. Bước sóng của tia Rơnghen ${{10}^{-11}}$ m (tia Rơnghen cứng) đến ${{10}^{-8}}$ m (tia Rơnghen mềm).

Khi electron đập vào đối âm cực, chúng xuyên sâu vào những lớp bên trong của vỏ nguyên tử tương tác với hạt nhân nguyên tử và các electron ở gần hạt nhân, làm cho nguyên tử chuyển lên trạng thái kích thích. Thời gian tồn tại ở trạng thái kích thích rất ngắn (cỡ ${{10}^{-8}}$s) nguyên tử nhanh chóng chuyển về trạng thái có năng lượng thấp hơn và phát ra phôtôn của tia X có năng lượng:

$\varepsilon =hf=\frac{hc}{\lambda }$ .

Ta có điều kiện: $\varepsilon \le {{\text{W}}_{d}}$ 

$\Rightarrow {{\varepsilon }_{\max }}={{W}_{d}}\Leftrightarrow h{{f}_{\max }}=\frac{hc}{{{\lambda }_{\min }}}=\frac{m{{v}^{2}}}{2}=\left| e \right|U$ (electron của chùm electron truyền toàn bộ động năng cho 1 nguyên tử kim loại của đối catốt đang ở trạng thái cơ bản và nguyên tử kim loại chuyển lên trạng thái kích thích sau đó nguyên tử chuyển về trạng thái cơ bản để phát ra phôtôn ${{\varepsilon }_{\max }}$ ).

+) Vận tốc của electron khi đập vào đối âm cực:

${{W}_{d}}=\frac{mv_{A}^{2}}{2}=\left| e \right|{{U}_{AK}}\Rightarrow {{v}_{A}}=\sqrt{\frac{2e{{U}_{AK}}}{m}}$ 

+) Nhiệt lượng mà đối catốt nhận được: Năng lượng của chùm electron đến được dùng làm hai phần là phần tạo ra năng lượng cho tia X và phần cung cấp nhiệt lượng làm nóng đối catốt:

$Q=m.c.\Delta {{t}^{\circ }}$ 

+) Nhiệt lượng của dòng nước để làm nguội đối catốt:

${Q}'={m}'.{c}'.\Delta t'=Q=m.c.\Delta {{t}^{\circ }}$. 

2. Hiện tượng quang phát quang.

n Phát quang: là hiện tượng một chất hấp thụ năng lượng sau đó bức xạ điệu từ trong miền ánh sáng nhìn thấy.

Bài tập: Đom đóm (hóa phát quang); Đèn LED (điện phát quang); Lớp huỳnh quang ở đèn ống (quang phát quang),…

n Hiện tượng Quang phát quang: Là hiện tượng một số chất có khả năng hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác.

Bài tập: Chiếu chùm bức xạ tử ngoại vào một ống nghiệm đựng dung dịch fluorxêin thì dung dịch này sẽ phát ra ánh sáng màu lục. Ở đây ánh sáng kích thích là bức xạ tử ngoại, ánh sáng phát quang là ánh sáng màu lục.

Lớp bột ở thành trong của một đèn ống thông dụng có phủ một lớp phát quang. Lớp bột này sẽ phát quang ánh sáng trắng khi bị kích thích bởi ánh sáng tử ngoại (do hơi thủy ngân trong đèn phát ra lúc có sự phóng điện).

n Đặc điểm:

+) Sự phát quang xảy ra ở nhiệt độ thường.

+) Quang phổ phát quang đặc trưng cho từng chất về số vạch, vị trí vạch, độ sáng tỉ đối giữa các vạch.

+) Sau khi ngừng kích thích, sự phát quang kéo dài từ ${{10}^{-10}}$s đến vài giây.

n Có hai dạng quang phát quang:

+) Huỳnh quang: là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn $<{{10}^{-8}}$s. Nghĩa là ánh sáng phát quang hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích. Chất huỳnh quang ở thể lỏng, khí. Ứng dụng trong: đèn tube, màn hình CRT,…

+) Lân quang: là sự phát quang có thời gian phát quang dài từ${{10}^{-8}}$s trở lên. Chất lân thường ở thể rắn. Ứng dụng trong mặt đồng hồ, sơn đồ chơi, quần áo, biển báo giao thông,…

- Định luật Stokes về sự phát quang:

“Bước sóng của ánh sáng phát quang luôn lớn hơn bước sóng của ánh sáng kích thích”.

${{\varepsilon }_{PQ}}<{{\varepsilon }_{KT}}\Rightarrow \frac{hc}{{{\lambda }_{PQ}}}{{\lambda }_{KT}}$ hay ${{f}_{PQ}}<{{f}_{KT}}$.

3. Sơ lược về Laze.

n Laze là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng có cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng của hiện tượng phát xạ cảm ứng.

n Sự phát xạ cảm ứng: Nếu một nguyên tử đang ở trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một photon có

Như vậy, nếu có một photon ban đầu bay qua một loạt các nguyên tử đang ở trạng thái kích thích thì số photon ấy sẽ tăng lên theo cấp số nhân.

n Đặc điểm của chùm sáng laze:

+) Tia laze có tính đơn sắc rất cao.

+) Tia laze là chùm sáng kết hợp (do các photon trong chùm có cùng tần số và cùng pha).

+) Tia laze là chùm sáng song song (có tính định hướng cao).

+) Tia laze có cường độ lớn.

n Một số ứng dụng:

+) Trong y học, laze dùng như một dao mổ trong các phẫu thuật tinh vi như mắt, mạch máu,… Ngoài ra laze dùng để chữa một số bệnh ngoài da nhờ vào tác dụng nhiệt.

+) Trong thông tin liên lạc, laze dùng trong liên lạc vô tuyến, điều khiển các con tàu vũ trụ, truyền thông tin bằng cáp quang,…

+) Tia laze được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, bút trỏ bảng,… Các laze này thuộc loại laze bán dẫn.

+) Laze dùng để khoan, cắt, tôi,… rất chính xác các vật liệu trong công nghiệp.