انبوبه كولدح

أنبوبة كوليدج (Coolidge Tube) لإنتاج الأشعة السينية (X-rays)

أهلاً بك يا بطل/بطلة! سؤالك ممتاز ومهم جداً في فصل الفيزياء الحديثة. أنبوبة كوليدج هي الجهاز الأساسي اللي بنستخدمه لتوليد الأشعة السينية (X-rays)، واللي ليها تطبيقات كتيرة جداً في الطب والصناعة.

فكرة عملها بتعتمد على ظاهرتين أساسيتين: الانبعاث الحراري الأيوني وظاهرة توليد الأشعة السينية. خلينا نفصصها خطوة بخطوة:

مكونات الأنبوبة:

• الكاثود (المِهبط): وده عبارة عن فتيلة تسخين. لما بنسخنها بتيار كهربي، بتتحرر منها إلكترونات حرة.
• الأنود (المِصعد أو الهدف): وده بيكون قطعة من معدن تقيل عدده الذري كبير، زي التنجستين، عشان يستحمل الحرارة العالية الناتجة عن اصطدام الإلكترونات.
• فرق جهد عالي مستمر: بيتم تطبيقه بين الكاثود (سالب) والأنود (موجب) عشان يدي للإلكترونات طاقة حركة عالية جداً.
• أنبوبة زجاجية مفرغة: كل المكونات دي بتكون جوه أنبوبة مفرغة من الهواء تقريباً، عشان الإلكترونات وهي بتتحرك متصطدمش بجزيئات الهواء وتفقد طاقتها.

طريقة العمل:

1. عند تسخين الفتيلة (الكاثود)، تنطلق منها إلكترونات.

2. فرق الجهد العالي \( V \) بين الكاثود والأنود بيعمل مجال كهربي قوي، بيقوم بتعجيل (تسريع) الإلكترونات دي ويكسبها طاقة حركة كبيرة جداً، تُعطى من العلاقة: \[ K.E = eV \] حيث \( e \) هي شحنة الإلكترون.

3. الإلكترونات السريعة دي بتصطدم بمادة الهدف (الأنود) بسرعة فائقة.

4. نتيجة الاصطدام ده، بتفقد الإلكترونات طاقتها فجأة، والطاقة دي بتتحول لجزء كبير في صورة حرارة، وجزء صغير بيخرج على هيئة فوتونات الأشعة السينية (X-rays).

لما كل طاقة حركة الإلكترون بتتحول لفوتون واحد، بنحصل على أقصر طول موجي ممكن للأشعة السينية، واللي بنحسبه من المعادلة: \[ \lambda_{min} = \frac{hc}{eV} \] حيث \( h \) هو ثابت بلانك و \( c \) هي سرعة الضوء.

📚 لشرح أعمق ومسائل تطبيقية أكتر، اشترك في منصة المأذون.