相关的科普知识(七)
                                        伦琴射线                      

又称“X射线,它是一种波长很短的电磁辐射,其波长约为(200.06×10-8厘米之间。伦琴射线具有很高的穿透本领,能透过许多对可见光不透明的物质,如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光,使照相底片感光以及空气电离等效应,波长越短的X射线能量越大,叫做硬X射线,波长长的X射线能量较低,称为软X射线。当在真空中,高速运动的电子轰击金属靶时,靶就放出X射线,这就是X射线管的结构原理。放出的X射线分为两类:(1)如果被靶阻挡的电子的能量,不越过一定限度时,只发射连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射;(2)一种不连续的,它只有几条特殊的线状光谱,这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射。连续光谱的性质和靶材料无关,而特征光谱和靶材料有关,不同的材料有不同的特征光谱这就是为什么称之为特征的原因。X射线的特征是波长非常短,频率很高。因此X射线必定是由于原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。所以X射线光谱是原子中最靠内层的电子跃迁时发出来的,而光学光谱则是外层的电子跃迁时发射出来的。X射线在电场磁场中不偏转。这说明X射线是不带电的粒子流。1906年,实验证明X射线是波长很短的一种电磁波,因此能产生干涉、衍射现象。X射线用来帮助人们进行医学诊断和xx;用于工业上的非破坏性材料的检查;在基础科学和应用科学领域内,被广泛用于晶体结构分析,及通过X射线光谱和X射线吸收进行化学分析和原子结构的研究。

                 趋肤效应

亦称为集肤效应。交变电流通过导体时,由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀,愈近导体表面电流密度越大。这种现象称趋肤效应。趋肤效应使导体的有效电阻增加。频率越高,趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时,可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过,这等效于导线的截面减小,电阻增大。既然导线的中心部分几乎没有电流通过,就可以把这中心部分除去以节约材料。因此,在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。此外,为了削弱趋肤效应,在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线,这种多股线束称为辫线。在工业应用方面,利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。

               全息照相                        

一种记录被摄物体反射(或透射)光波中全部信息(振幅、相位)的新型照相技术。普通的照相利用透镜成像原理,在感光胶片上记录反映被摄物体表面光强变化的平面像。全息照相不单是记录了被摄物体的反射光波强度(振幅),而且还记录了反射光波的位相。通过一束参考光束和一束被摄物体上的反射光束在感光胶片上迭加而产生干涉现象,可以实现上述的目的。参考光束与反射光束都是从一束相干性极好的激光束分离出来的。感光胶片上记录的干涉图样极为错综复杂,这样的图样称为全息图。由全息图看不出原来被摄物体的表观图像,但是当再用一束激光(或单色光)照射这全息图时,可以透过全息图而看到原物体的具有立体感的形像。这是因为光束经过全息图后又模拟出与原来物体相同的反射光波,这种重构光波状态的效应称为波前重建。全息照相在讯息记录、形变计量等方面有较多的应用。

               热核反应

热核反应是在极高的温度下将轻核聚变为较重的原子核,因而放出大量能量的反应。当温度足够高时,聚变能自动持续进行。象太阳等恒星的主要能量来源就是其内部的热核反应。根据理论上的估算,使氘核和氚核实现自持热核反应,需要五千万度以上的高温,而氘核同氘核则需要几亿度的高温。目前已实现的人工热核反应是氢弹的爆炸,它利用铀(235U)或钚(239Pu)在xx时发生爆炸而产生的高温,从而使内部的轻原子核发生剧烈而不可控制的聚变反应。由此可见,氢弹的爆炸,必须田原子弹来引爆。至今,人们不能自如地控制热核反应,其关键在于如何使等离子体达到所需的极高温度,并使之稳定足够长的时间。这是目前自然科学研究的重点问题之一。一旦研究成功,人类将从水中的重氢(氘)获得取之不尽的能量。

            造地球卫星

凡火箭、太空航具,或其他人造物体经设计并置于绕地球运转之轨道上者,均称为人造地球卫星。人造卫星是牛顿在他《Principin》一书中所拟出来的理想实验,图1—20是从他的书上复印出来的。从一山顶射出来的子弹,当它们的初速度愈快,离山脚的距离就愈远。当速率足够高时,它将绕地球作圆周运动。人造地球卫星绕地球运行的轨道为圆形或椭圆形两种。若使卫星沿圆形轨道运行,必须注意发射方向一定要水平,发射速度必须等于圆轨道速度,如有稍许偏差,必不能成圆形轨道。椭圆轨道对发射角度与速度无上述限制,但其近地点应在300公里以上,远地点应在2000公里以上。若近地点在300公里以内会受稀薄大气阻力,而使卫星失速而坠落。据测试卫星的近地点如在500公里以上,运行时间可维持在一年以上。如近地点恰在300公里的高度,则只能维持半月之久。若其近地点只达160公里,恐运行不满一周,即因大气阻力而使之坠落。据资料判定,假定近地点在500公里高度,大约可维持510年,这需要用事实来判断。

                射电望远镜

又名无线电望远镜。专门用来接收由天体发来的无线电波的仪器。主要由天线和接收机两部分构成。天线用来接收天体发射的无线电波,相当于光学望远镜的物镜。天线类型很多。由许多作为半波振子的金属棒构成的,称为振子天线,专用于米波波段无线电波的接收。有的天线则成抛物面形状,称为抛物面天线,无线电波的探测器就装在抛物面的焦点上。它主要用于分米、厘米和毫米波波段无线电波的接收。天线和接收机用传输线联接起来。接收机先把由天线传来的高频信号放大,然后加以检波,再把高频电信号变成可用仪表测量和记录的低频电信号,或变成直接进行照相的图形。因为无线电波可以穿过云雾和尘埃,因此用射电望远镜能不分晴雨昼夜连续进行观测;对于那些难以用光学望远镜观测的天体和宇宙空间,利用射电望远镜便可进行探测研究。

                      摄像管

电视广播中,借光感作用的拾像管。摄像管有许多种,但主要工作原理相同。其中一种叫光电摄像管。它包含三个基本部分,即一个镶嵌板、一个集电环和一支电子枪。镶嵌板是用一块涂了一层绝缘物质的金属板制成的。在绝缘物质的表面上,嵌着成千上万个银制的小球(即一些小银圆点),每个小银球上镀着一层特别的物质,例如铯(光电管材料),所以每一个银点的作用就像一个小光电管一样。镶嵌板是由数以千万计的这样的小光电管做成的。当光线照在这样一个光电管上,电子便被打出而离开它。光线越强,失去的电子越多。由于电子带负电荷,光电管失去电子后,就使它自己带正电荷了。所以任何投影在镶嵌板上的图像,将变成一幅正电荷的分布图。我们可以说,这图像已被分裂成大小不同的电荷点子。小光电管所放出的电子,由集电环收集,移出光电发像管。电子枪电灯丝及带小孔的金属片组成。灯丝用于发射电子,从灯丝发出的电子有一部分穿过小孔。成为一条细如头发的电子束,这束电子又被互相垂直的两套金属板扫描。在{dy}对金属板上加上适当的交变电压,使电子束沿上下方向扫描。同理,在与{dy}对金属片垂直的第二套金属片上,加上适当的交变电压使电子左右扫描。电子流就这样从镶嵌板上的左上角开始扫起。像我们看书一样,从左到右,自上而下地把整个镶嵌板全部扫过。这样扫描的目的,是当光线照射时按次序给每个光电管补充电子。假设有一个光电管失去了1000个电子,它要向构成镶嵌板支架的金属板吸引1000个电子。但因为金属板上的绝缘物质,这1000个电子并不能进入光电管。而当由电子枪来的电子流补充了光电管,金属板上那1000个电子又被驱散。由金属板上被驱走的电子形成一电脉冲,这电脉冲与照射到光电管的光线数量成正比。光线强,电脉冲也强。当电子流逐个对每个光电管扫射,电脉冲便快速地一个接着一个。这些电脉冲被增强用以调制电视载波,就像由无线电微音器来的电脉冲用以调制无线电载波一样。合成的电波在电视接收机中引起电子运动,即引起电脉冲。显象管中的扫描电子束的强弱变化,因此扫描电子束也携带了电视讯号,当它打到电视显像管机的屏幕上时,就使荧光屏再现出电视图像。

                   示波管

它是阴极射线管的一种。在一个抽成真空的管状玻璃泡中装有一系列金属制的电极。管的一端是阴极。它的外形是一个圆筒,中间有加热用的灯丝。阴极顶部涂有发射电子效率高的金属氧化物,通常是氧化钡(BaO)、氧化锶(SrO)、氧化钙(CaO)的混合物。阴极外面套有中间开小孔的圆筒状电极,称为栅极。阴极受热后发射的电子就从栅极小孔中出来。相对于阴极来说,栅极上加的是负电压。改变栅极和阴极间的负电压可以调节通过栅极小孔的电子数,所以通常又称它为调制栅。调制栅后面是加速极,它是一个和栅极形状相似的圆筒。加速极后面是半径略大的圆柱面状的电极,称为{dy}阳极。{dy}阳极后面还有一个半径略小的圆筒状电极,称为第二阳极。相对于阴极来说,加速极、{dy}阳极和第二阳极上加的都是正电压。调节这些极上的电压就可使从栅极小孔出来的电子加速,并会聚到管轴附近形成很细的一束电子流,打到管子的荧光屏上。这一段过程称为电子束的加速和聚焦。阴极、栅极、加速极、{dy}阳极、第二阳极这五个部分通常用镍或无磁性不锈钢制成,并由四根玻璃棒同轴地固定在一起构成一个电子枪,它专门发射射向荧光屏的电子束。荧光屏是一块涂有荧光物质的玻璃屏,当电子打上去时,就会发光。采用不同的荧光物质可以发出不同颜色的光,例如用钨酸钙(CaWO4)可发蓝光,用锰xx的硅酸锌(Zn2SiO4Mn)可发绿光等。经过聚焦的电子束射到荧光屏上时,就在屏上打出一个很小的亮点。在电子枪和荧光屏之间有两组平板,相互垂直地安置着,分别称为水平和垂直偏转板。从电子枪出来的电子束在到达荧光屏之前要穿过这两组偏转板。改变加在偏转板上的电压可以使电子的运动方向发生相应的变化,从而改变荧光屏上亮点的位置。从屏上亮点的轨迹可以看出加在偏转板上电压的变化情况。从屏上反回来的电子,则通过管壁上的石墨层汇集到第二阳极而流出管外,和示波管外边的供电电路构成闭合回路,示波管中的电子流就成为整个回路电流的一个组成部分。



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