Nhà vật lý người Đức Rơn-ghen người đã khám phá ra tia X, là người đầu tiên trong lịch sử được trao tặng giải Nô-ben về Vật lý. Tia X được ứng dụng nhiều trong thực tế, đặc biệt trong y học như chiếu điện, chụp điện (chụp X quang) để chuẩn đoán các bệnh về tim, phổi, dạ dày, xương,… Để hiểu rõ hơn Tia X (Tia Rơn-ghen) là gì? có bản chất và tính chất như thế nào? Tia Rơn-ghen được ứng dụng vào các lĩnh vực nào trong đời sống hiện nay? chúng ta cùng tham khảo bài viết này.

I. Phát hiện tia X

– Năm 1985, Rơn-ghen làm thí nghiệm với ống catôt (ống Rơn-ghen) và phát hiện từ vỏ thủy tinh đối diện với catôt có một bức xạ phóng ra, mắt không trông thấy nhưng lại làm đen một tấm kính ảnh được gói kín đặt trong hộp.

– Rơn-ghen kết luận: Mỗi khi một chùm tia catôt – tức là một chùm êlectron có năng lượng lớn – đập vào một vật rắn thì vật đó phát ra tia X.

II. Cách tạo ra tia X (Tia Rơn-ghen)

– Dùng ống Cu-lít-giơ để tạo tia X, ống Cu-lít-giơ là một ống thủy tinh như hình sau:

cách tạo ra tia X tia Rơn-ghen

– Ống cấu tạo bên trong là chân không, gồm một dây nung bằng vonfam FF’ dùng làm nguồn êlectron và hai điện cực:

– Một catôt K, bằng kim loại để làm cho các êlectron phóng ra từ FF’ đều hội tụ vào anôt A.

– Một anôt A làm bằng kim loại có khối lượng nguyên tử lớn và điểm nóng chảy cao, được làm nguội bằng một dòng nước khi ống hoạt động.

– Dây FF’ được nung nóng bằng một dòng điện. Đặt giữa anôt và catôt một hiệu điện thế cỡ vài chục kilôvôn. Các êlectron bay ra từ dây nung FF’ sẽ chuyển động trong điện trường mạnh giữa anôt và catôt đến đập vào A và làm cho A phát ra tia X.

III. Bản chất và tính chất của tia Rơn-ghen (Tia X).

1. Bản chất của tia X

– Tia X là sóng điện từ có bước sóng nằm trong khoảng từ 10-11m đến 10-8m (10 nm).

2. Tính chất của tia X

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

– Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn; ta nói là 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 lý: nó hủy hoại tế bào. Vì vậy người ta dùng tia X để chữa ung thư nông.

3. Công dụng của tia X (Tia Rơn-ghen)

– Ngoài các công dụng về chẩn đoán và chữa trị một số bệnh trong y học, tia X còn được sử dụng trong công nghiệp để tìm khuyết tật trong các vật đúc bằng kim loại và trong các tinh thể;

– Tia X cũng sử dụng trong giao thông để kiểm tra hành lý của hành khách đi máy bay; sử dụng trong các phòng thí nghiệm để nghiên cứu thành phần và cấu trúc của các vật rắn.

IV. Thang sóng điện từ

• 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 đã dẫn đến sự khác nhau về tính chất và tác dụng của chúng.

V. Bài tập về Tia X (Tia Rơn-ghen)

* Bài 1 trang 146 SGK Vật Lý 12: Tia X là gì?

° Lời giải bài 1 trang 146 SGK Vật Lý 12:

– Tia X là sóng điện từ, có bước sóng từ 10-11m đến 10-8m.

* Bài 2 trang 146 SGK Vật Lý 12: Trình bày cấu tạo và hoạt động của ống Cu-lít-giơ.

° Lời giải bài 2 trang 146 SGK Vật Lý 12:

◊ Cấu tạo và hoạt động của ống Cu-lít-giơ:

– Ống cấu tạo bên trong là chân không, gồm một dây nung bằng vonfam FF’ dùng làm nguồn êlectron và hai điện cực:

– Một catôt K, bằng kim loại để làm cho các êlectron phóng ra từ FF’ đều hội tụ vào anôt A.

– Một anôt A làm bằng kim loại có khối lượng nguyên tử lớn và điểm nóng chảy cao, được làm nguội bằng một dòng nước khi ống hoạt động.

– Dây FF’ được nung nóng bằng một dòng điện. Đặt giữa anôt và catôt một hiệu điện thế cỡ vài chục kilôvôn. Các êlectron bay ra từ dây nung FF’ sẽ chuyển động trong điện trường mạnh giữa anôt và catôt đến đập vào A và làm cho A phát ra tia X.

* Bài 3 trang 146 SGK Vật Lý 12: Nêu các tính chất và tác dụng của tia X.

° Lời giải bài 3 trang 146 SGK Vật Lý 12:

◊ Tính chất của tia X:

– Tia X có khả năng đâm xuyên;

– Làm đen kính ảnh;

– Làm phát quang một số chất;

– Làm ion hóa không khí;

– Có tác dụng sinh lý.

◊ Tác dụng của tia X:

– Trong y học: Tia X dùng để chiếu điện, chụp điện, chữa bệnh ung thư nông;

– Trong công nghiệp: Tia X dùng để để tìm khuyết tật các vật đúc bằng kim loại và trong các tinh thể;

– Trong giao thông: Tia X dùng để kiểm tra hành lí của các hành khách đi máy bay,…

* Bài 4 trang 146 SGK Vật Lý 12: Nêu tên các sóng hoặc tia trong thang sóng điện từ theo thứ tự từ bước sóng ngắn đến bước sóng dài.

° Lời giải bài 4 trang 146 SGK Vật Lý 12:

– Các sóng hoặc tia trong thang sóng điện từ theo thứ tự từ bước sóng ngắn đến bước sóng dài: tia gama → tia X → tia tử ngoại → ánh sáng nhìn thấy → tia hồng ngoại → sóng vô tuyến.

* Bài 5 trang 146 SGK Vật Lý 12: Chọn câu đúng. Tia X có bước sóng.

A. lớn hơn tia hồng ngoại

B. lớn hơn tia tử ngoại

C. nhỏ hơn tia tử ngoại

D. không thể đo được

° Lời giải bài 5 trang 146 SGK Vật Lý 12:

◊ Chọn đáp án: C.nhỏ hơn tia tử ngoại

* Bài 6 trang 146 SGK Vật Lý 12: Hiệu điện thế giữa anot và catot của một ống Cu – lit – giơ là 10kV. Tính tốc độ và động năng cực đại của các electron, khi đập vào anot.

Cho biết: khối lượng và điện tích của electron: me = 9,1.10-31 kg; e = – 1,6.10-19C.

° Lời giải bài 6 trang 146 SGK Vật Lý 12:

– Khi electron chuyển động về anôt, theo định lý biến thiên động năng ta có:

– Vì ban đầu động năng nhiệt của electron không đáng kể (W0 = 0) nên động năng của electron ngay trước khi đập vào anôt là:

 

⇒ Tốc độ của electron, từ công thức:  nên có:

 

* Bài 7 trang 146 SGK Vật Lý 12: Một ống Cu – lit – giơ có công suất 400W, hiệu điện thế giữa anot và catot có giá trị 10kV. Hãy tính:

a) Cường độ dòng điện trung bình và số electron qua ống trong mỗi giây.

b) Nhiệt lượng tỏa ra trên anot trong mỗi phút.

° Lời giải bài 7 trang 146 SGK Vật Lý 12:

a) Cường độ dòng điện trung bình và số electron qua ống trong mỗi giây.

– Cường độ dòng điện:  

– Số electron qua ống trong mỗi giây:

 

b) Nhiệt lượng tỏa ra trên đối catot trong mỗi phút: Q = P.t = 400.60 = 24000(J) = 24(kJ).