Электроны получают энергию в электрическом поле
В рентгеновской трубке источник электронов и металлическая мишень разделены вакуумом. Разность потенциалов ускоряет электроны к мишени. Их кинетическая энергия определяется зарядом и пройденным напряжением, но это не означает, что вся она превратится в один рентгеновский фотон: взаимодействие с веществом имеет несколько каналов.
Торможение создаёт непрерывный спектр
В электрическом поле атомных ядер быстрый электрон отклоняется и замедляется. Потерянная энергия может уйти в фотон тормозного излучения. Поскольку столкновения проходят на разных расстояниях и с разными потерями, энергии фотонов образуют широкий непрерывный спектр с верхней границей, заданной энергией электронов.
Атом мишени добавляет характерические линии
Быстрый электрон способен выбить электрон с внутренней оболочки атома мишени. Освободившееся место занимает электрон с более высокой оболочки, а разность энергий испускается как фотон. Значения зависят от химического элемента, поэтому поверх непрерывного фона возникают характеристические рентгеновские линии.
Большая часть энергии становится теплом
Рентгеновское излучение составляет лишь часть энергетического баланса трубки. Большая доля энергии электронов нагревает мишень, поэтому реальные аппараты требуют отвода тепла, вакуумной герметичности и защиты. Старая вакуумная лампа при высоком напряжении может стать непреднамеренным источником излучения, даже если не выглядит как медицинская трубка.
Видео опыта
Исходный эксперимент и его ход можно посмотреть в ролике канала «Наука в Действии».