|
Разгадка тайны механизма излучения рентгеновских лучей
|
|
|
|
С 1960-х годов ученые, изучающие рентгеновские лучи, молнии и подобные явления, наблюдали нечто любопытное: в лабораторных экспериментах, воспроизводящих эти явления, электроны, ускоряющиеся между двумя электродами, могут обладать энергией, превышающей приложенное напряжение.
|
|
|
|
По словам исследователей из университета Пенсильвании, это противоречит физическому предположению о том, что энергия электронов должна соответствовать приложенному напряжению. Несмотря на то, что на протяжении десятилетий исследователи осознавали это очевидное противоречие, они не могли понять, почему это происходит.
|
|
|
|
Недавно команда исследователей из университета Пенсильвании использовала математическое моделирование, чтобы объяснить механизм, лежащий в основе этого процесса. Они опубликовали свои результаты в журнале Physical Review Letters.
|
|
|
|
"В этих лабораторных экспериментах напряжение подается между двумя электродами, которые являются электрическими проводниками. Затем электроны, которые являются отрицательно заряженными частицами, ускоряются через промежуток, который может быть газом или вакуумом", - сказал Виктор Пасько, профессор электротехники в Пенсильванском университете и автор-корреспондент исследования.
|
|
|
|
|
|
|
"Энергия, которую могут получить электроны, должна соответствовать приложенному напряжению, но во всех этих экспериментах энергия превышала это напряжение в два или три раза, что было загадкой".
|
|
|
|
С помощью математического моделирования Пасько и его команда продемонстрировали, что за это явление отвечает процесс энергетической обратной связи.
|
|
|
|
По словам Пасько, когда электроны взаимодействуют с материалом электрода, они испускают рентгеновские лучи, которые состоят из фотонов — безмассовых частиц без заряда, составляющих свет. Некоторые из этих фотонов распространяются в обратном направлении, позволяя большему количеству электронов высвободиться из другого электрода.
|
|
|
|
Небольшая группа этих электронов обладает энергией, соответствующей исходной энергии. Затем они снова ускоряются, и процесс продолжается в течение нескольких циклов. Пасько и его команда смоделировали этот процесс с очень высокой энергией.
|
|
|
|
Пасько сказал, что их модель также помогла объяснить, почему электроды разной формы и из разных материалов в разной степени создают этот эффект.
|
|
|
|
"Мы видим, что получаем максимальный эффект, когда у нас плоские электроды, и минимальный эффект, когда электроды имеют форму игл", - сказал Пасько. "Это имеет смысл, поскольку большая площадь поверхности плоских электродов благоприятствует взаимодействию между электронами и фотонами и тому, как они отражаются друг от друга. Когда площадь поверхности уменьшается, эффект сводится к минимуму".
|
|
|
|
Исследователи также изучили с помощью имитационного моделирования, как это явление проявляется при использовании различных материалов.
|
|
|
|
"Вольфрам является стандартным материалом, используемым для производства рентгеновских лучей, и мы знаем, что это хороший материал для этого. Это надежный материал для производства электронов, который используется в настоящее время в рентгеновских аппаратах", - сказал Пасько. "В нашем исследовании было рассмотрено множество дополнительных материалов, и, используя нашу модель, мы смогли обобщить свойства материалов, которые приводят к максимальному эффекту".
|
|
|
|
Исследователи заявили, что их результаты могут быть полезны для разработки новых способов получения рентгеновских лучей в будущем. В частности, они заявили, что эта работа может стимулировать новые исследования по получению энергичных электронов из твердых материалов, что потенциально позволит сделать рентгеновские аппараты более быстрыми, легкими и компактными.
|
|
|
|
Источник
|
