Tia X (tia Rơghen) là một trong những phát minh nổi bật trong thế kỷ 19. Nó không những mở ra một chương mới cho ngành vật lý mà còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế.
Định nghĩa
Tia X là sóng điện từ có bước sóng ngắn, từ tương ứng với tần số từ
Sự phát hiện tia X
Năm 1895, nhà vật lý Wilhelm Conrad Rơghen (1845-1923) trở thành người đầu tiên quan sát tia X. Rơghen làm thí nghiệm với ống catôt (ống Rơghen) và phát hiện từ vỏ thủy tinh đối diện với catôt có một bức xạ phóng ra, mắt không trông thấy nhưng lại làm đen một tấm kính ảnh được gói kín đặt trong hộp.
Rơghen kết luận: Mỗi khi một chùm tia catôt – tức là một chùm electron có năng lượng lớn đập vào một vật rắn thì vật đó phát ra tia X.
Cách tạo ra tia X
Có thể tạo ra tia X bằng ống Rơghen, ống Cu-lit-giơ.
Cấu tạo và hoạt động của ống Cu-lit-giơ :
o Cấu tạo: Ống Cu – lít – giơ là một ống thủy tinh bên trong là chân không, gồm:
– Một dây nung bằng vonfam FF’ dùng làm nguồn electron.
– Hai điện cực.
Catot K: bằng kim loại, hình chỏm cầu để làm cho các electron phóng ra từ FF’ đều hội tụ vào anot.
Anot A: bằng kim loại có khối lượng nguyên tử lớn và điểm nóng chảy cao, được làm nguội bằng một dòng nước khi ống hoạt động.
o Hoạt động: Dây FF’ được nung nóng bằng một dòng điện. Người ta đặt giữa anot và catot một hiệu điện thế cỡ vài chục kilôvôn. Các electron bay ra từ FF’ sẽ chuyển động trong điện trường mạnh giữa anôt và catôt đến đập vào miếng kim loại làm anot và sẽ phát ra tia X.
Bản chất của tia X
Tia x có cùng bản chất với tia gama, là một dạng của sóng điện từ.
Tia X là sóng điện từ có bước sóng ngắn nằm trong khoảng từ
Tính chất của tia X
– Khả năng đâm xuyên mạnh. Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn.
– Tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa không khí, làm phát quang nhiều chất, gây hiện tượng quang điện ở hầu hết kim loại.
– Có tác dụng sinh lí mạnh: Tác dụng diệt vi khuẩn, hủy diệt tế bào…
Ứng dụng của tia X
– Trong y học: Chụp điện, chiếu điện dùng trong y tế để chuẩn đoán bệnh, chụp X quang, chữa bệnh ung thư.
– Công nghệ: Kiểm tra vật đúc, dò bọt khí, vết nứt trong kim loại.
– Giao thông: Kiểm tra hành lí hành khách đi máy bay.
– Khoa học: Nghiên cứu cấu trúc tinh thể.
Tác dụng không mong muốn của tia X
Tia X có nhiều ứng dụng có lợi trong nhiều lĩnh vực y học, công nghệ, khoa học… Tuy nhiên, tia X cũng đem lại một số tác dụng không mong muốn.
Với bước sóng ngắn tia X có thể đi xuyên qua mọi vật chất và gây hai rất lớn cho các dạng sinh vật sống. Với con người tia X ở mức độ tiếp xúc khác nhau rất dễ gây rối loạn quá trình trao đổi chất, thay đổi mã di truyền… Đó là lí do vì sao chụp X quang và chữa bệnh ưng thư bằng tia X lại mang lại nhiều tác dụng phụ có hại cho sức khỏe con người như vậy.
Ngay nay các kỹ thuật đã hỗ trợ cho bệnh nhân phải hấp thu liều tia X giảm song vẫn đạt được hiệu quả trong chẩn đoán và điều trị. Các biện pháp bảo vệ thụ động như các phòng sử dụng tia X được bọc trì, nhân viên bức xạ có áo
trì…
Dạng bài tập phổ biến về tia X
Tính bước sóng ngắn nhất của tia X
Theo định luật bảo toàn năng lượng:
Năng lượng dòng electron = năng lượng tia X + Nhiệt năng.
Ta có: năng lượng dòng electron = động năng của chùm electron khi đập vào đối catot.
Suy ra bước sóng ngắn nhất của tia X phát ra là :
Tính nhiệt lượng làm nóng đối catot
Nhiệt lượng làm nóng đối catot bằng tổng động năng của các quang electron đến đập vào đối catot
Q = W = N. = N.
với N =
là tổng số quang electron đến đối catot
Câu hỏi, bài tập về tia X
Câu 1: Tia Rơn-ghen (tia X) có:
A. cùng bản chất với tia tử gamma.
B. tần số nhỏ hơn tần số của tia hồng ngoại.
C. điện tích âm nên nó bị lệch trong điện trường và từ trường.
D. cùng bản chất với sóng âm.
Câu 2: Tia X có tính chất nào sau đây:
A. mang điện tích âm nên bị lệch trong điện trường.
B. cùng bản chất với sóng âm.
C. có tần số nhỏ hơn tần số của tia hồng ngoại.
D. cùng bản chất với tia tử ngoại.
Câu 3: Chọn câu đúng. Tia X có bước sóng:
A. lớn hơn tia hồng ngoại.
B. lớn hơn tia tử ngoại.
C. nhỏ hơn tia tử ngoại.
D. không thể đo được.
Câu 4: Hiệu điện thế giữa anot và catot của một ống Cu – lit – giơ là 10kV. Tính tốc độ và động năng cực đại của các electron, khi đập vào anot.
Cho biết: khối lượng và điện tích của electron: = 9,1.
kg; e = -1,6.
C.
Câu 5: Một ống Cu – lit – giơ có công suất 400W, hiệu điện thế giữa anot và catot có giá trị 10kV. Hãy tính cường độ dòng điện trung bình và số electron qua ống trong mỗi giây.
