Lý 12 Bài 28: Tia X

Năm 1895, Rơnghen làm thí nghiệm với ống catốt (Ống Rơnghen) → Chùm tia catốt (chùm electron có năng lượng rất lớn) → có sự tồn tại của bức xạ lạ → Tia X. 

→ Mỗi khi chùm tia catôt – tức là một chùm electron có năng lượng lớn – đập vào một vật rắn thì vật đó phát ra tia X.

Dùng ống Cu-lít-giơ để tạo ra tia X: Chùm electron phát ra từ catôt được tăng tốc trong điện trường mạnh, có năng lượng lớn đến đập vào anôt làm bằng kim loại có khối lượng nguyên tử lớn, điểm nóng chảy cao làm cho anôt phát ra tia X.

a. Bản chất

Tia X là sóng điện từ có bước sóng nằm trong khoảng từ \(10^{-11}m\) đến \(10^{-8}m\)

b. Tính chất

• Tính chất nỗi bật và quan trọng nhất của tia X là khả năng đâm xuyên. Vật cản là các tấm kim loại năng như chì (Pb) làm giảm khả năng đâm xuyên của tia X.

• Tia X có bước sóng càng ngắn, khả năng đâm xuyên càng lớn; ta nói nó càng cứng.

• Tia X làm đen kính ảnh nên trong y tế, người ta thường chụp điện thay cho quan sát trực tiếp bằng mắt.

• Tia X làm phát quang một số chất. Các chất bị tia X làm phát quang mạnh được dùng làm màn quan sát khi chiếu điện.

• Tia X làm ion hóa không khí. Đo mức độ ion hóa của không khí có thể suy ra được liều lượng tia X. Tia X cũng có thể làm bật các electron ra khỏi kim loại.

• Tia X có tác dụng sinh lí: nó hủy hoại tế bào. Vì vậy người ta dùng tia X để chữa ung thư nông.

c. Công dụng

• Sử dụng trong y học để chẩn đoán và chữa trị một số bệnh.

• Sử dụng trong công nghiệp để tìm khuyết tật trong các vật đúc bằng kim loại và trong các tinh thể.

• Sử dụng trong giao thông để kiểm tra hành lí của hành khách đi máy bay.

• Sử dụng trong các phòng thí nghiệm để nghiên cứu thành phần và cấu trúc vật rắn.

- Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X và tia gamma, đều có cùng bản chất, cùng là sóng điện từ, chỉ khác nhau về tần số (hay bước sóng). Các sóng này tạo thành một phổ liên tục gọi là thang sóng điện từ : 

• Sóng vô tuyến → Tia hồng ngoại → Ánh sáng nhìn thấy → Tia tử ngoại → Tia X → Tia Y là thang sóng điện từ  (f tăng dần).

- Sự khác nhau về tần số (hay bước sóng) của các loại sóng điện từ dẫn đến sự khác nhau về tính chất và tác dụng của chúng.

- Thực ra, ranh giới giữa các vùng trong thang sóng điện từ là không rõ rệt.

Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của một ống Cu- lít- giơ là 10 kV. Tính động năng cực đại của các êlectron, khi đập vào catôt.

Cho biết khối lượng và điện tích của êlectron:

m_e =  9,1.10^-31 kg; -e = -1,6. 10^-19 C.

Hướng dẫn giải

Từ công thức tính động năng cực đại của các electron: \(W_{d_{max}}=\frac{1}{2}m.v_{max}^{2}=e.U\) 

⇒ \(W_{d_{max}}= e.U= 1,6.10^{-19}.10.10^3= 1,6.10^{-15}J\)

Vậy: Động năng cực đại của electron: \(W_{d_{max}}= 1,6.10^{-15}J\)

Một ống Cu-lít-giơ có công suất 400 W, hiệu điên thế giữa anôt và catôt có giá trị 10kV. Hãy tính cường độ dòng điện.

Hướng dẫn giải

Cường độ dòng điện:

\(I=\frac{P}{U}\)= 0,04 A = 40 mA.

Vậy: I: 40 mA.

Câu 1: Một ống phát tia X phóng ra chùm tia X có bước sóng nhỏ nhất là 0,854 nm. Nếu tăng điện áp giữa anôt và catôt thêm 40% điện áp ban đầu thì tia X do ống phát ra có bước sóng nhỏ nhất là bao nhiêu?

Câu 2: Một ống phát tia X phát ra chùm tia X có bước sóng nhỏ nhất là 0,78 nm. Nếu tăng điện áp giữa anôt và catôt thêm 20% điện áp ban đầu thì tia X có bước sóng nhỏ nhất là bao nhiêu?

Câu 3: Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của một ống phát tia Rơn – ghen là 18,85 kV. Bỏ qua động năng ban đầu của êlectron. Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơn – ghen do ống phát ra là bao nhiêu?

Câu 4: Trong ống phát tia Rơn – ghen, hiệu điện thế giữa anôt và catôt là 20 kV, dòng điện trong ống là 10 mA. Chỉ có 0,5% động năng của chùm êlectron khi đập vào anôt được chuyển thành năng lượng của tia X. Chùm tia X có công suất là bao nhiêu?

Câu 1: Khi hiệu điện thế U giữa hai cực của ống phát tia X giảm 2 kV thì tốc độ của êlectron tại đối catôt giảm 8.10⁶ m/s. Tốc độ của êlectron tại đối catôt lúc hiệu điện thế chưa giảm là:

A. 3,5.10⁷ m/s

B. 8,2.10⁶ m/s

C. 7,6.10⁶ m/s

D. 4,8.10⁷ m/s

Câu 2: Một ống phát tia Rơn– ghen phát ra tia Rơn– ghen có bước sóng nhỏ nhất là 2 nm. Biết khối lượng của êlectron là me = 9,1.10^-31 kg. Tốc độ cực đại của các êlectron đập vào anôt là:

A. 1,47.10⁷ m/s

B. 2,18.10⁷ m/s

C. 1,47.10⁸ m/s

D. 2,18.10⁶ m/s

Câu 3: Bước sóng ngắn nhất của tia Rơn– ghen phát ra từ một ống phát tia Rơn– ghen là 0,8 Å. Hiệu điện thế giữa hai cực của ống đó là:

A. 15,5.10⁴ V

B. 15,5.10³ V

C. 5,2.10⁴ V

D. 5,2.10³ V

Câu 4: Nếu tăng hiệu điện thế giữa hai cực của ống phát tia Rơn– ghen thêm 3 kV thì tốc độ của các êlectron đến anôt tăng thêm 1,2.10⁷ m/s. Khi chưa tăng hiệu điện thế, tốc độ của các êlectron khi đến anôt là:

A. 3,8.10⁷ m/s

B. 8,8.10⁷ m/s

C. 9,4.10⁷ m/s

D. 10.10⁷ m/s

Câu 5: Tia hồng ngoại, tia tử ngoại và tia Rơn– ghen không có tính chất chung nào nêu dưới đây?

A. Đều có bước sóng nhỏ hơn so với ánh sáng nhìn thấy

B. Đều là sóng điện từ

C. Đều có tốc độ bằng nhau trong chân không

D. Đều có tính chất sóng

Qua bài giảng Tia X này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như: 

• Nêu được cách tạo, tính chất và bản chất của tia X.

• Nhớ được một số ứng dụng của tia X.

• Thấy được sự rộng lớn của phổ sóng điện từ, do đó thấy được sự cần thiết phải chia phổ ấy thành các miền, theo kĩ thuật sử dụng để nghiên cứu và ứng dụng sóng điện từ trong mỗi miền.

• Phân biệt được bản chất của tia X với bản chất của các loại bức xạ khác.