Рентгеновское излучение.

— электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10−2 до 103 Å (от 10−12 до 10−7 м)

В 1895 было сделано одно из самых важных открытий физики: В.Рентген, изучая электрические разряды в газах, заметил, что бумажный экран, подвергнутый специальной обработке, начинает светиться, если его поднести к работающей газоразрядной трубке, и сделал вывод, что свечение возникает под действием нового, неизвестного проникающего излучения, названного им X-лучами. Из дальнейших экспериментов выяснилось, что X-лучи – это электромагнитное излучение, длинноволновая граница которого перекрывается с вакуумным ультрафиолетом, а коротковолновая составляет малую долю нанометра.

Рентгеновское излучение с непрерывным спектром часто называют тормозным излучением, поскольку оно возникает при замедлении электронов, бомбардирующих анод рентгеновской трубки.

Сквозь атмосферу рентген не проникает, космические рентгеновские источники наблюдают только с орбиты. Жесткий рентген регистрируют сцинтилляционными датчиками. При поглощении рентгеновских квантов в них ненадолго возникает свечение, которое улавливают ФЭУ. Мягкое рентгеновское излучение фокусируют металлическими зеркалами косого падения, от которых лучи отражаются под углом менее одного градуса, подобно гальке от поверхности воды.

В материаловедении, кристаллографии, химии и биохимии рентгеновские лучи используются для выяснения структуры веществ на атомном уровне при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения (рентгеноструктурный анализ). Кроме того, при помощи рентгеновских лучей может быть определён химический состав вещества.

Люминесцентные электронные сепараторы используют при извлечении алмазов из дробленой руды. Мощные импульсы рентгеновского излучения возбуждают в алмазах синее свечение. Этот специфический отклик драгоценного минерала улавливают фотоэлектронные системы, и тогда механические устройства отбирают только те куски руды, в которых есть алмаз. Такая технология, разработанная в России, теперь применяется во всех алмазодобывающих странах.

Установлено, что под действием катодных и рентгеновских лучей светятся все разновидности алмазов, а ультрафиолетовых— только некоторые. Алмазы, люминесцирующие по-разному в ультрафиолетовых лучах (например, голубым и зеленым светом), могут светиться одинаково (голубым) под действием рентгеновских лучей. Цвет рентгенолюминесценции природных алмазов поразительно однообразен — это как правило, белесо-голубое свечение. Отмечены лишь отдельные, редкие случаи зеленой и сине-фиолетовой рентгенолюминесценции. В 1939 г. М. Г. Богомольским было предложено использовать рентгенолюминесценцию алмазов для их обнаружения и извлечения. Поскольку рентгеновские лучи дают стопроцентное свечение алмазов и обеспечивают их высокую селективность, С тех пор этот метод используется как при разведке алмазных месторождений, так и в промышленности для извлечения алмазов из раздробленной горной породы.

Гамма-излучение отличается от рентгеновского меньшей длиной волны (0,1–10^–6нм) и своим происхождением. Ядро, получив в результате ядерной реакции избыточную энергию, может оказаться в возбужденном состоянии. Возвращаясь в состояние с более низкой энергией, оно отдает избыточную энергию, испуская гамма-квант. Изучение спектров гамма-излучения позволяет получить важную информацию о строении ядер и ядерных взаимодействиях, подобно тому, как оптические спектры помогают понять строение атомов и молекул и действующие в них силы.

Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — < 5×10−3 нм и, вследствие этого, оно обладает ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.

Это самый широкий диапазон электромагнитного спектра, поскольку он не ограничен со стороны высоких энергий. Мягкое гамма-излучение образуется при энергетических переходах внутри атомных ядер, более жесткое — при ядерных реакциях. Гамма-кванты легко разрушают молекулы, в том числе биологические, но, к счастью, не проходят через атмосферу. Наблюдать их можно только из космоса.

Гамма-каротаж основан на измерении естественной гамма – активности горных пород. При гамма - каротаже регистрируются гамма - лучи в скважине. Работы проводят с помощью скважинных радиометров разных марок. Электрические сигналы, пропорциональные интенсивности гамма-излучения, передаются с них по кабелю в обычную каротажную станцию, где и осуществляется их автоматическая регистрация.

На диаграммах гамма - каротажа выявляются пласты с разной степенью радиоактивности. Максимумами выделяются породы и руды, содержащие уран, радий, торий, калий-40 и другие радиоактивные элементы, а также граниты, глины; минимумами - песчаные и карбонатные породы.

 

Часть излучения имеет естественное происхождение, часть — искусственное. Естественное излучение — это свет, радиоволны и космические лучи, фоновая радиация от горных пород, почвы, воды, атмосферы нашей планеты, а также внутренняя радиоактивность нашего организма.

Искусственное излучение, которое составляет все возрастающую долю общей суммы, включает волны радиостанций и радиолокаторов, излучение радиоактивных отходов, а также рентгеновское и другие виды жесткого излучения, применяемые в медицине, научных исследованиях и промышленности.

В связи с этим, по характеру измеряемой энергии принципиально различают 2 вида ДМИ: пассивные и активные.

Пассивные методы: исследуется естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов, обусловленное Солнечной радиацией или другими природными источниками энергии. К ним относятся фотографические, телевизионные, сканерные в ИК – диапазоне, гамма – спектрометрические и другие методы.

Пассивные датчики регистрируют отраженную объектом энергию от естественного источника излучения или регистрирует излучаемую объектом энергию. К ним относятся: фотографические, которые получают изображение в видимой и в ближней инфракрасной области спетра; телевизионные, где в качестве датчика - фотоэлектрическая поверхность, диапазон спектра тот же, что и в фотографических датчиках; инфракрасные сканеры, которые регистрируют излучения в тепловом диапазоне; многоканальные сканеры, которые охватывает видимый, ближний инфракрасный (ИК), средний ИК, тепловой диапазоны).

Активные методы: в этим методах объекты облучаются искусственным источником направленного действия, и производится измерение отраженного сигнала. К ним относятся радарные, лидарные, радиолокационные методы.

При проведении активных методов требуется иметь достаточно мощные источники энергии, что в ряде случаев является сложной проблемой (ДЗ из космоса и др.), но, с другой стороны, они могут применяться в условиях, когда применение пассивных методов сильно ограничено или невозможно (в ночное время, в условиях сильной облачности и др.). Необходимо также учитывать то обстоятельство, что при искусственной генерации ЭМИ, дистанционное зондирование может проводиться излучением с такими характеристиками, которых в природе нет (использование монохроматического излучения, радиодиапазон и др.).

Активные датчики регистрируют отраженное от поверхности Земли излучение, сформированное самой съемочной системой. К ним относятся: радиолокационные датчики (диапазон: 0,1 см - 5 дм; создают электромагнитные колебания, которые посылаются к объекту; отраженные от объекта колебания фиксируются антенной); лидары (в качестве источника излучения используются мощные лазеры, которые формируют когерентные (согласованные по частоте и фазе) излучения в оптическом диапазоне). Преимущество активных съемочных систем состоит в том, что они не зависят от погоды, времени суток. Облачный покров тоже не является помехой.

 

Солнце, как основной источник ЭМИ в природе.

Основным источником ЭМИ в природе является Солнце.

Прежде чем солнечное излучение достигнет Земли, оно должно пройти через атмосферу. Выделяют три основных типа взаимодействия излучения с атмосферой: поглощение, отражение и рассеивание. Излучение, прошедшее через атмосферу, затем отражается или поглощается земной поверхностью (рис. 2,4). Степень поглощения и отражения зависит от характера освещаемого объекта (плотность, пористость, увлажнение и т.д.).

При температуре поверхности – 6000 К Солнце излучает огромное количество энергии непрерывного спектра от ультрафиолетового до инфракрасного диапазонов (рис. 2,2, 2,3 стра 22, 23).

Максимум Солнечного излучения приходится на λ = 0,47 мкм – видимая человеческим глазом часть спектра.

Для ДМИ также важно, что разные объекты на поверхности Земли нагреваются по-разному и по-разному отдают своё тепло, т.е. имеют разную эмиссию (вторичное тепловое излучение).

Средняя температура поверхности Земли близка к 290 К (17⁰ С). Максимум ее вторичного излучения приходится на ЭМИ с длиной волны 9,7 мкм (рис. 2,4 стр. 24).Очевидно также, что при повышении Т⁰ температуры максимум М_λ (радиационный спектральный выход энергии) смещается в сторону коротких волн. Это явление описывается законами Планка, Релея-Джинса, Вина. В интервале температур 275-325 К поглощение М_λ существенно не меняется.