Раскрыта загадка рентгеновских трубок, десятилетиями занимавшая ученых
С 1960-х ученых занимал парадокс, наблюдаемый при воспроизведении в лабораторных условиях процессов, происходящих в рентгеновских трубках или молниях: электроны, ускоренные между двумя электродами, могут иметь более высокую энергию, чем приложенное напряжение. Ученые Университета штата Пенсильвания (Penn State) нашли объяснение странному явлению, о чем рассказали в Physical Review Letters.
«В лабораторных экспериментах напряжение подается между двумя электродами. В результате электроны — то есть отрицательно заряженные частицы — ускоряются через зазор, в котором может быть газ или вакуум. Энергия, которую могут получить электроны, должна соответствовать приложенному напряжению, но во всех этих экспериментах она была в два или три раза выше — что было загадкой», — объяснил профессор электротехники Penn State Виктор Пасько.
С помощью математического моделирования Пасько и его коллеги продемонстрировали, что за это явление отвечает процесс энергетической обратной связи.
Врезающиеся в анод электроны порождают состоящие из фотонов рентгеновские лучи. Некоторые из этих фотонов попадают на катод, помогая выходу большего количества электронов, которые ускоряются еще сильнее. Таким образом получается положительная обратная связь в фотоэлектрическим механизмом в своей основе.
Ученые смоделировали этот очень высокоэнергетический процесс, благодаря чему поняли, что выраженность эффекта зависит от площади электродов.
«Мы видим, что получаем максимальный эффект, когда у нас плоские электроды, и минимальный — когда они игольчатые», — уточнил Пасько.
Кроме того, изучили, насколько эффект такой обратной связи зависит от материала электродов.
«Вольфрам — стандартный материал для выработки рентгеновских лучей, и мы знаем, насколько он хорош для этого. В нашем исследовании было рассмотрено множество дополнительных материалов, и, используя нашу модель, мы смогли оценить их с точки зрения изучаемого эффекта», — поделился профессор.
Исследование поможет в разработке новых способов получения рентгеновских лучей — таких, чтобы рентгеновские аппараты стали легче, компактнее и экономичнее.
