§ 154. Происхождение и природа рентгеновских лучей

Способ получения рентгеновских лучей ясно указывает, что образование их связано с остановкой (или торможением) быстро летящих электронов. Летящий электрон окружен электрическим и магнитным полями, ибо движущийся электрон представляет собой ток. Остановка (торможение) электрона означает изменение магнитного поля вокруг него, а изменение магнитного или электрического поля вызывает (см. § 54) излучение электромагнитных волн. Эти электромагнитные волны и наблюдаются в виде рентгеновских лучей.

Такое представление о рентгеновских лучах имел уже Рентген (хотя более настойчиво его отстаивали другие исследователи). Для установления волновой природы рентгеновских лучей необходимо было произвести опыты, но их интерференции или дифракции. Однако осуществление таких опытов оказалось очень трудной задачей, и решение вопроса было получено лишь в 1912 г., когда немецкий физик Макс Лауэ (1879 — 1960) в качестве дифракционное решетки предложил использовать естественный кристалл, в котором атомы расположены в правильном порядке на расстоянии порядка  друг от друга (см. т. I, § 266).

Опыт, выполненный В. Фридрихом. П. Книппингом и Лауэ, был осуществлен следующим образом. Узкий пучок рентгеновских лучей, выделенный при помощи свинцовых диафрагм 2, 3 (рис. 304), падал на кристалл 4. На фотографической пластинке 5 получалось изображение следа пучка. При отсутствии кристалла изображение на пластинке представляло собой темное пятно — след пучка, пропущенного диафрагмами. Когда же на пути пучка помещался кристалл, то на пластинке получалась сложная картина (рис. 305), представляющая собой результат дифракции рентгеновских лучей на кристаллической решетке. Полученная картина не только дала прямое доказательство волновой природы рентгеновских лучей, но и позволила сделать важные заключения о строении кристаллов, которым определяется вид наблюдаемой дифракционной картины. В настоящее время применение рентгеновских лучей для изучения структуры кристаллов и других тел приобрело огромное практическое и научное значение.

Рис. 304. Схема расположения в первых опытах по наблюдению дифракции рентгеновских лучей: 1 — рентгеновская трубка, 2, 3 — свинцовые диафрагмы, выделяющие- узкий пучок рентгеновских лучей, 4 — кристалл, в котором происходит дифракция, 5 — фотопластинка

Рис. 305. Фотография, изображающая картину дифракции рентгеновских лучей в кристалле цинковой обманке

Дальнейшие усовершенствования позволили при помощи тщательных опытов определять и длины волн рентгеновских лучей. Излучение обычной рентгеновской трубки оказалось, подобно белому свету, содержащим волны различной длины со средним значением от сотых до десятых долей нанометра в зависимости от напряжения между катодом и анодом трубки. В последствии получены рентгеновские волны с длиной несколько десятков нанометров, т.е. более длинные, чем кратчайшие из известных ультрафиолетовых волн. Удалось также получить и наблюдать очень короткие волны (длина которых – тысячные и десятитысячные доли нанометра).

Произведя определение длин волн рентгеновских лучей, можно было установить, что волны тем меньше поглощаются, чем они короче. Рентген назвал слабо поглощающиеся лучи жесткими. Таким образом, увеличение жесткости соответствует уменьшению длины волны.