Tia X (hay tia Rơnghen) là một dạng của sóng điện từ, đây là một khám phá vĩ đại trong thế kỷ 19. Ngày nay, việc sử dụng tia X trong đời sống hàng ngày, y tế hoặc các ngành công nghiệp đã được ứng dụng rộng rãi. Trong bài học này, Kiến Guru sẽ giúp các em tìm hiểu sâu hơn về bản chất của tia X trong chương trình vật lý phổ thông 12.
I. Tóm tắt lý thuyết vật lý phổ thông 12 - Tia X
Trong chương trình vật lý phổ thông lớp 12, bài Tia X nằm trong chương sóng ánh sáng. Vậy bài học này gồm những lý thuyết căn bản nào?
1. Lịch sử phát hiện tia X
- Năm 1895, nhà bác học Rơnghen đã làm thí nghiệm với ống Catot (còn gọi là ống Rơnghen). Chùm tia catôt (chùm tia electron có năng lượng lớn) có tồn tại của một bức xạ xa lạ Tia X
- Mỗi chùm tia catot tức là chùm electron có năng lượng lớn đập vào một vật rắn thì vật đó phát ra tia X.
2. Cách tạo ra tia X
Trước kia, người ta dùng ống Rơnghen, sau này người ta dùng ống Coolidge (Cu-lit-giơ) để tạo ra tia X.
a. Ống Rơn-ghen:
- Cấu tạo:
Ống Rơnghen có dạng một bình cầu (chứa khí có áp suất thấp - gọi là khí kém) bên trong có 3 điện cực:
+ Catốt có dạng chỏm cầu với tác dụng làm các electron bật ra tập trung tại tâm của bình cầu.
+ Anot là một điện cực dương ở phía đối diện với catot ở thành bình bên kia.
+ Đối catốt là một điện cực (thường được nối với anot). Ở bề mặt của đối catốt là một kim loại có nguyên tử lượng lớn, khó nóng chảy.
- Hoạt động:
Khi đặt vào giữa anốt và catốt một hiệu điện thế không đổi (khoảng vài chục kV) thì lúc này electron bứt ra từ catốt được tăng tốc rất mạnh. Khi đập vào đối âm cực, các electron này bị đột ngột hãm lại và phát ra tia X. Người ta gọi tia X là bức xạ hãm.
b. Ống Cu-lít-giơ
- Cấu tạo
Ban đầu, ống Cooligde có dạng một bình hình cầu bên trong là chân không, có 2 điện cực:
+ Catot là chỏm cầu có tác dụng làm tập trung các electron về tâm của bình cầu.
+ Một dây tim để nung nóng catot ( catốt phát ra electron) được cung cấp điện nhờ một nguồn điện riêng.
+ Anot là điện cực dương, bề mặt của anot là một lớp kim loại có nguyên tử lượng lớn, khó nóng chảy. Để giải nhiệt cho anot người ta cho dòng nước chảy luồn bên trong anot nhờ một ống nhỏ.
- Hoạt động
Khi đặt một hiệu điện thế (một chiều hoặc xoay chiều) vào hai cực của ống Coolidge thì electron sẽ được tăng tốc mạnh và đập vào anot, xuyên vào lớp vỏ nguyên tử của chất làm anot, tương tác với các lớp electron ở các lớp trong cùng và phát ra tia X.
Hiệu điện thế ở hai cực của ống Cu-lít-giơ từ vài chục kV đến khoảng 120 kV.
Hiện nay người ta đã chế tạo các loại ống tia X có hình dạng khác nhau nhưng về nguyên tắc thì vẫn giống ống Coolidge ban đầu.
3. Bản chất, tính chất và ứng dụng của tia X
- Bản chất
Tia X là một loại sóng điện từ có bước sóng trong khoảng 10-11m đến 10-8m.
- Tính chất
+ Khả năng đâm xuyên mạnh
+ Có tác dụng lên kính ảnh ( làm đen kính ảnh khi chụp X quang)
+ Làm phát quang một số chất
+ Tia X làm ion hóa không khí
+ Tác dụng sinh lý và hủy diệt tế bào
- Ứng dụng
+ Sử dụng trong y học khi chuẩn đoán và chữa bệnh
+ Sử dụng trong công nghiệp để tìm ra những khuyết tật trong các vật đúc kim loại hoặc trong các tinh thể
+ Sử dụng trong giao thông khi kiểm tra hành lý của khách đi máy bay
+ Sử dụng trong phòng thí nghiệm khi nghiên cứu thành phần và cấu trúc của vật rắn.
4. Thang sóng điện từ
Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X, tia gamma đều có cùng bản chất là sóng điện từ, chúng chỉ khác nhau về tần số hay bước sóng. Các sóng này tạo nên một phổ liên tục gọi là thang sóng điện từ:
- Thực ra, ranh giới giữa các vùng trong thang sóng điện từ không rõ rệt.
II. Bài tập áp dụng vật lý phổ thông 12 - Tia X
Một số bài tập minh họa về bài Tia X của vật lý phổ thông 12.
1. Khi nói về tia Rơnghen, tia tử ngoại thì phát biểu nào sai?
A. Tia Rơnghen và tia tử ngoại có cùng bản chất là sóng điện từ
B. Tần số tia Rơnghen nhỏ hơn tần số tia tử ngoại
C. Tần số tia Rơnghen lớn hơn tần số tia tử ngoại
D. Tia Rơnghen và tia tử ngoại đều có khả năng gây phát quang ở một số chất.
Đáp số: Bước sóng của tia Rơnghen nhỏ hơn bước sóng tia tử ngoại nên tần số tia Rơnghen lớn hơn tần số tia tử ngoại.
Chọn đáp án: C
2. Chọn đáp án đúng. Tia X có:
A. Cùng bản chất với sóng âm
B. Bước sóng lớn hơn bước sóng hồng ngoại
C. Cùng bản chất với sóng vô tuyến
D. Điện tích âm
Đáp án: Tia X có cùng bản chất với sóng vô tuyến là đều là sóng điện từ.
Chọn đáp án: C
3. Một ống Cu-lít-giơ có công suất trung bình 400W, điện áp hiệu dụng giữa hai đầu catot và anot là 10kV. Hãy tính cường độ dòng điện hiệu dụng qua ống.
Đáp án: Cường độ dòng điện hiệu dụng qua ống: I=PU=400100000=0,04 (A)
Kiến Guru đã tổng hợp lý thuyết và một số bài tập ứng dụng của vật lý phổ thông 12 - Tia X. Hy vọng tài liệu này là một nguồn tham khảo bổ ích cho các em. Chúc các em học tập tốt.
