GirişHansı rentgen şüalanması sərt hesab olunur? X-şüaları tibbdən başqa harada istifadə olunur?
MÜHAZİRƏ
X-RAY
X-şüalarının təbiəti
Əyləc rentgen şüalanması, onun spektral xassələri.
X-ray radiasiyasının xarakterik xüsusiyyətləri (istinad üçün).
Rentgen şüalarının maddə ilə qarşılıqlı təsiri.
Rentgen şüalarının tibbdə istifadəsinin fiziki əsasları.
X-şüaları (rentgen şüaları) 1895-ci ildə fizika üzrə ilk Nobel mükafatı laureatı olmuş K.Rentgen tərəfindən kəşf edilmişdir.
X-şüalarının təbiəti
X-ray radiasiyası - uzunluğu 80 ilə 10-5 nm arasında olan elektromaqnit dalğaları. Uzun dalğalı rentgen şüalanması qısa dalğalı UV şüalanma ilə, qısa dalğalı rentgen şüalanması isə uzun dalğalı şüalanma ilə üst-üstə düşür.
X-şüaları rentgen borularında istehsal olunur. Şəkil 1.
K - katod
1 – elektron şüası
2 - rentgen şüalanması
düyü. 1. Rentgen boru qurğusu.
Boru iki elektrodlu bir şüşə qabdır (ehtimal ki, yüksək vakuumlu: içindəki təzyiq təxminən 10-6 mm Hg-dir): anod A və katod K, yüksək gərginlik U (bir neçə min volt) tətbiq olunur. Katod elektron mənbəyidir (termion emissiya fenomeninə görə). Anod, yaranan rentgen şüalarını borunun oxuna bucaq altında yönəltmək üçün meylli bir səthə malik bir metal çubuqdur. Elektron bombardmanı nəticəsində yaranan istiliyi dağıtmaq üçün yüksək istilik keçirici materialdan hazırlanmışdır. Eğik ucunda odadavamlı metal (məsələn, volfram) bir boşqab var.
Anodun güclü istiləşməsi onunla bağlıdır ki, katod şüasındakı elektronların əksəriyyəti anoda çatdıqda maddənin atomları ilə çoxsaylı toqquşmalar keçirir və onlara böyük enerji ötürür.
Yüksək gərginliyin təsiri altında isti katod filamentinin buraxdığı elektronlar yüksək enerjilərə qədər sürətlənir. Elektronun kinetik enerjisi mv 2/2-dir. Borunun elektrostatik sahəsində hərəkət edərkən əldə etdiyi enerjiyə bərabərdir:
mv 2 /2 = eU (1)
burada m, e elektronun kütləsi və yükü, U sürətləndirici gərginlikdir.
Bremsstrahlung rentgen şüalanmasının meydana gəlməsinə səbəb olan proseslər, atom nüvəsinin və atom elektronlarının elektrostatik sahəsi tərəfindən anod maddəsində elektronların intensiv yavaşlaması nəticəsində baş verir.
Baş vermə mexanizmi aşağıdakı kimi təqdim edilə bilər. Hərəkət edən elektronlar öz maqnit sahəsini meydana gətirən müəyyən bir cərəyandır. Elektronların yavaşlaması, cərəyan gücünün azalması və müvafiq olaraq, alternativ bir elektrik sahəsinin görünüşünə səbəb olacaq maqnit sahəsi induksiyasında dəyişiklikdir, yəni. elektromaqnit dalğasının görünüşü.
Beləliklə, yüklü zərrəcik maddənin içinə uçduqda onun sürəti ləngiyir, enerjisini və sürətini itirir və elektromaqnit dalğaları yayır.
X-ray bremsstrahlung spektral xassələri .
Beləliklə, anod maddəsində elektron yavaşlaması halında, Bremsstrahlung rentgen şüalanması.
Bremsstrahlung rentgen şüalarının spektri davamlıdır. Bunun səbəbi aşağıdakılardır.
Elektronlar yavaşladıqda, enerjinin bir hissəsi anodun qızdırılmasına (E 1 = Q), digər hissəsi rentgen fotonunun yaradılmasına (E 2 = hv), əks halda, eU = hv + Q. Bunlar arasındakı əlaqə hissələri təsadüfi olur.
Beləliklə, hər biri ciddi şəkildə müəyyən edilmiş qiymətə malik bir rentgen kvant hv (h) buraxan çoxlu elektronların ləngiməsi hesabına rentgen şüalarının davamlı spektri əmələ gəlir. Bu kvantın böyüklüyü müxtəlif elektronlar üçün fərqlidir. X-şüalarının enerji axınının dalğa uzunluğundan asılılığı , yəni. X-şüalarının spektri Şəkil 2-də göstərilmişdir.
Şəkil 2. Bremsstrahlung rentgen spektri: a) boruda müxtəlif gərginliklərdə U; b) katodun müxtəlif temperaturlarında T.
Qısa dalğalı (sərt) radiasiya uzun dalğalı (yumşaq) radiasiyadan daha böyük nüfuzetmə gücünə malikdir. Yumşaq şüalanma maddə tərəfindən daha güclü şəkildə udulur.
Qısa dalğa uzunluğu tərəfində spektr müəyyən dalğa uzunluğunda m i n kəskin şəkildə bitir. Belə qısa dalğalı bremsstrahlung sürətləndirici sahədə elektron tərəfindən alınan enerji tamamilə foton enerjisinə çevrildikdə baş verir (Q = 0):
eU = hv max = hc/ min , min = hc/(eU), (2)
min (nm) = 1,23/UkV
Şüalanmanın spektral tərkibi rentgen borusunun gərginliyindən asılıdır, artan gərginlik ilə m i n dəyəri qısa dalğa uzunluqlarına doğru dəyişir (şəkil 2a).
Katodun temperaturu T dəyişdikdə elektronların emissiyası artır. Nəticədə, boruda cərəyan I artır, lakin şüalanmanın spektral tərkibi dəyişmir (şəkil 2b).
Enerji axını Ф bremsstrahlung anod və katod arasındakı gərginliyin U kvadratına, borudakı cərəyan gücünə I və anod maddənin Z atom nömrəsinə düz mütənasibdir:
Ф = kZU 2 I. (3)
burada k = 10 –9 Vt/(V 2 A).
X-ray radiasiyasının xarakterik xüsusiyyətləri (istinad üçün).
X-ray borusunda gərginliyin artması xarakterik rentgen şüalanmasına uyğun gələn davamlı spektrin fonunda xətt spektrinin görünüşünə gətirib çıxarır. Bu şüalanma anod materialına xasdır.
Onun meydana gəlməsi mexanizmi aşağıdakı kimidir. Yüksək gərginlikdə sürətlənmiş elektronlar (yüksək enerji ilə) atomun dərinliyinə nüfuz edir və elektronları onun daxili təbəqələrindən çıxarır. Üst səviyyələrdən gələn elektronlar boş yerlərə keçir, nəticədə xarakterik şüalanmanın fotonları yayılır.
X-ray şüalarının xarakterik spektrləri optik spektrlərdən fərqlənir.
- Vahidlik.
Xarakterik spektrlərin vahidliyi ondan ibarətdir ki, müxtəlif atomların daxili elektron təbəqələri eynidir və yalnız elementin atom nömrəsinin artması ilə artırılan nüvələrin tətbiq etdiyi qüvvə hesabına energetik cəhətdən fərqlənir. Buna görə xarakterik spektrlər artan nüvə yükü ilə daha yüksək tezliklərə doğru sürüşür. Bu, Roentgen əməkdaşı tərəfindən eksperimental olaraq təsdiqləndi - Moseley, 33 element üçün rentgen keçidlərinin tezliklərini ölçən. Qanunu qoydular.
MOSLEY QANUNU – Xarakterik şüalanma tezliyinin kvadrat kökü elementin seriya nömrəsinin xətti funksiyasıdır:
= A (Z – B), (4)
burada v spektral xəttin tezliyi, Z emissiya elementinin atom nömrəsidir. A, B sabitlərdir.
Mozeley qanununun əhəmiyyəti ondan ibarətdir ki, bu asılılıqdan rentgen xəttinin ölçülmüş tezliyinə əsasən öyrənilən elementin atom nömrəsini dəqiq müəyyən etmək mümkündür. Bu elementlərin dövri cədvəldə yerləşdirilməsində böyük rol oynamışdır.
Kimyəvi birləşmədən müstəqillik.
Atomun xarakterik rentgen spektrləri element atomunun daxil olduğu kimyəvi birləşmədən asılı deyildir. Məsələn, oksigen atomunun rentgen spektri O 2, H 2 O üçün eynidir, bu birləşmələrin optik spektrləri isə fərqlidir. Atomun rentgen spektrinin bu xüsusiyyəti adın əsasını təşkil etdi " xarakterik radiasiya".
Rentgen şüalarının maddə ilə qarşılıqlı təsiri
Rentgen şüalarının cisimlərə təsiri rentgen şüalarının ilkin qarşılıqlı təsir prosesləri ilə müəyyən edilir elektronlarla foton maddənin atomları və molekulları.
Maddədə rentgen şüalanması udulmuş və ya dağılır. Bu zaman müxtəlif proseslər baş verə bilər ki, bunlar rentgen fotonun enerjisi hv ilə ionlaşma enerjisi A və (ionlaşma enerjisi A və atom və ya molekuldan kənar daxili elektronları çıxarmaq üçün tələb olunan enerjidir) nisbəti ilə müəyyən edilir. .
A) Koherent səpilmə(uzun dalğalı şüalanmanın səpilməsi) əlaqə təmin edildikdə baş verir
Fotonlar üçün elektronlarla qarşılıqlı təsirə görə yalnız hərəkət istiqaməti dəyişir (şək. 3a), lakin enerji hv və dalğa uzunluğu dəyişmir (buna görə də bu səpilmə adlanır. ardıcıl). Fotonun və atomun enerjisi dəyişmədiyi üçün koherent səpilmə bioloji obyektlərə təsir göstərmir, lakin rentgen şüalanmasına qarşı qorunma yaratarkən şüanın ilkin istiqamətini dəyişmək imkanı nəzərə alınmalıdır.
b) Foto effekti zaman baş verir
Bu halda iki halı həyata keçirmək olar.
Foton udulur, elektron atomdan ayrılır (şəkil 3b). İonlaşma baş verir. Ayrılan elektron kinetik enerji alır: E к = hv – A и. Kinetik enerji yüksəkdirsə, elektron qonşu atomları toqquşaraq ionlaşdıraraq yenilərini əmələ gətirə bilər.
ikinci dərəcəli elektronlar. Foton udulur, lakin enerjisi bir elektronu çıxarmaq üçün kifayət deyil və
atom və ya molekulun həyəcanlanması (Şəkil 3c). Bu, tez-tez görünən bölgədə bir fotonun sonrakı emissiyasına (rentgen lüminesansı), toxumalarda isə molekulların və fotokimyəvi reaksiyaların aktivləşməsinə səbəb olur. Fotoelektrik effekt əsasən yüksək Z atomlarının daxili qabıqlarının elektronlarında baş verir.
V) Uyğun olmayan səpilmə), (Kompton effekti, 1922) foton enerjisi ionlaşma enerjisindən çox böyük olduqda baş verir.
Bu vəziyyətdə atomdan bir elektron çıxarılır (belə elektronlar deyilir geri çəkilən elektronlar
müəyyən kinetik enerji əldə edir E k, fotonun özünün enerjisi azalır (şəkil 4d): hv = hv"+ A və + E k (5)
Geri çəkilən elektronlar, əgər kifayət qədər kinetik enerjiyə malikdirlərsə, toqquşma yolu ilə qonşu atomları ionlaşdıra bilərlər. Beləliklə, qeyri-koherent səpilmə nəticəsində ikincili səpələnmiş rentgen şüalanması əmələ gəlir və maddənin atomlarının ionlaşması baş verir.
Göstərilən (a, b, c) proseslər bir sıra sonrakı proseslərə səbəb ola bilər. Məsələn (Şəkil 3d), Fotoelektrik effekt zamanı daxili qabıqlardakı elektronlar atomdan ayrılırsa, daha yüksək səviyyələrdən olan elektronlar onların yerini tuta bilər ki, bu da maddənin ikinci dərəcəli xarakterik rentgen şüalanması ilə müşayiət olunur. Qonşu atomların elektronları ilə qarşılıqlı təsir göstərən ikinci dərəcəli şüalanmanın fotonları, öz növbəsində, ikinci dərəcəli hadisələrə səbəb ola bilər.
ardıcıl səpilmə
uh 
enerji və dalğa uzunluğu dəyişməz qalır
fotoeffekt
foton udulur, e - atomdan ayrılır - ionlaşma
hv = A və + E k
atom A fotonun udulması ilə həyəcanlanır, R - rentgen lüminesansı
ardıcıl olmayan səpilmə
hv = hv"+A və +E üçün
fotoelektrik effektdə ikinci dərəcəli proseslər
düyü. 3 Rentgen şüalarının maddə ilə qarşılıqlı təsir mexanizmləri
Rentgen şüalarının tibbdə istifadəsinin fiziki əsasları
Rentgen şüaları cismə düşəndə onun səthindən bir qədər əks olunur, lakin əsasən onun dərinliyinə keçir, qismən udulur və səpilir və qismən də keçir.
Zəifləmə qanunu.
Rentgen axını qanuna uyğun olaraq maddədə zəiflədilir:
Ф = Ф 0 e – x (6)
burada – xətti zəifləmə əmsalı,əhəmiyyətli dərəcədə maddənin sıxlığından asılıdır. O məbləğinə bərabərdir koherent səpilmə 1, qeyri-koherent 2 və fotoelektrik effektə 3 uyğun gələn üç şərt:
= 1 + 2 + 3 . (7)
Hər bir terminin töhfəsi foton enerjisi ilə müəyyən edilir. Aşağıda yumşaq toxumalar (su) üçün bu proseslər arasındakı əlaqələr verilmişdir.
|
Enerji, keV |
Foto effekti |
Kompton effekti |
Zövq alın kütləvi zəifləmə əmsalı, maddənin sıxlığından asılı olmayan :
m = /. (8)
Kütlənin zəifləmə əmsalı fotonun enerjisindən və uducu maddənin atom nömrəsindən asılıdır:
m = k 3 Z 3 . (9)
Sümük və yumşaq toxumaların (suyun) kütləvi zəifləmə əmsalları müxtəlifdir: m sümük / m su = 68.
X-şüalarının yoluna qeyri-homogen cisim qoyularsa və onun qarşısına flüoresan ekran qoyularsa, bu cisim şüalanmanı udaraq zəiflədərək ekranda kölgə əmələ gətirir. Bu kölgənin təbiətinə görə cisimlərin formasını, sıxlığını, quruluşunu və bir çox hallarda təbiətini mühakimə etmək olar. Bunlar. müxtəlif toxumalar tərəfindən rentgen şüalarının udulmasında əhəmiyyətli fərq, kölgə proyeksiyasında təsviri görməyə imkan verir. daxili orqanlar.
Müayinə olunan orqan və ətrafdakı toxumalar rentgen şüalarını eyni dərəcədə zəiflədirsə, kontrast maddələr istifadə olunur. Məsələn, mədə və bağırsaqları bir barium sulfat (BaS0 4) kütləsi ilə doldurduqdan sonra onların kölgə şəklini görmək olar (zəifləmə əmsallarının nisbəti 354-dür).
Tibbdə istifadə edin.
Tibbdə rentgen şüaları diaqnostika üçün 60-100-120 keV, terapiya üçün isə 150-200 keV arasında dəyişən foton enerjiləri ilə istifadə olunur.
X-ray diaqnostikası – bədənin rentgen müayinəsindən istifadə edərək xəstəliklərin tanınması.
Rentgen diaqnostikası müxtəlif yollarla istifadə olunur, bunlar aşağıda verilmişdir.
Flüoroskopiya ilə X-ray borusu xəstənin arxasında yerləşir. Qarşısında flüoresan ekran var. Ekranda kölgə (müsbət) təsvir müşahidə olunur. Hər bir fərdi vəziyyətdə uyğun radiasiya sərtliyi seçilir ki, yumşaq toxumalardan keçsin, lakin sıx olanlar tərəfindən kifayət qədər udulsun. Əks təqdirdə, vahid bir kölgə alırsınız. Ekranda ürək və qabırğalar qaranlıq görünür, ağciyərlər işıqlıdır.
Rentgenoqrafiya ilə obyekt xüsusi foto emulsiyası olan plyonka olan kasetdə yerləşdirilir. X-ray borusu obyektin üstündə yerləşir. Nəticədə rentgenoqrafiya mənfi bir görüntü verir, yəni. transilluminasiya zamanı müşahidə edilən şəkildən fərqli olaraq əksi.
Bu üsulda təsvir (1) ilə müqayisədə daha aydındır, ona görə də ötürülmə yolu ilə görmək çətin olan detallar müşahidə edilir. Perspektivli variant bu üsul rentgen şüasıdır tomoqrafiya və “maşın versiyası” – kompüter
3. tomoqrafiya. Flüoroqrafiya ilə,
Böyük ekrandan görüntü həssas kiçik formatlı filmə çəkilir. Baxış zamanı fotoşəkillər xüsusi böyüdücü vasitəsi ilə baxılır. X-ray terapiyası
– bədxassəli şişləri məhv etmək üçün rentgen şüalarının istifadəsi.
Radiasiyanın bioloji təsiri, xüsusilə sürətlə çoxalan hüceyrələrin həyati funksiyalarını pozmaqdır.
X-şüalarının kompüter tomoqrafiyası üsulu xəstənin bədəninin müəyyən hissəsinin müxtəlif bucaqlarda həyata keçirilən çoxlu sayda rentgen proyeksiyalarını qeyd etməklə rekonstruksiyasına əsaslanır. Bu proqnozları qeyd edən sensorlardan gələn məlumatlar xüsusi proqramdan istifadə edərək kompüterə daxil olur. hesablayır paylanması sıxnümunə ölçüsü tədqiq olunan bölmədə və onu displey ekranında göstərir. Bu şəkildə əldə edilən xəstənin bədəninin kəsişmə şəkli əla aydınlıq və yüksək məlumat məzmunu ilə xarakterizə olunur. Proqram, zəruri hallarda, artırmaq görüntü kontrastı V onlarla, hətta yüzlərlə dəfə. Bu, metodun diaqnostik imkanlarını genişləndirir.
Müasir stomatologiyada videoqraflar (rəqəmsal rentgen təsvirini emal edən qurğular).
Stomatologiyada rentgen müayinəsi əsas diaqnostik üsuldur. Bununla belə, rentgen diaqnostikasının bir sıra ənənəvi təşkilati və texniki xüsusiyyətləri onu həm xəstə, həm də stomatoloji klinikalar üçün tamamilə rahat etmir. Bu, ilk növbədə, xəstənin ionlaşdırıcı şüalanma ilə təmasda olmasıdır, bu da tez-tez bədəndə əhəmiyyətli bir radiasiya yükü yaradır, bu da fotoprosesə ehtiyacdır və buna görə də toksik olanlar da daxil olmaqla fotoreagentlərə ehtiyac var; Bu, nəhayət, böyük bir arxiv, ağır qovluqlar və rentgen filmləri olan zərflərdir.
Bundan əlavə, stomatologiyanın hazırkı inkişaf səviyyəsi insan gözü ilə rentgenoqrafiyanın subyektiv qiymətləndirilməsini qeyri-kafi edir. Göründüyü kimi, müxtəlif çalarlardan boz ton X-ray görüntüsündə olan göz yalnız 64-ü qəbul edir.
Aydındır ki, dentofasiyal sistemin sərt toxumalarının minimal radiasiya təsiri ilə aydın və ətraflı təsvirini əldə etmək üçün başqa həllər lazımdır. Axtarışlar radioqrafik sistemlər, videoqraflar - rəqəmsal radioqrafiya sistemləri adlanan sistemlərin yaradılmasına gətirib çıxardı.
Texniki detallar olmadan belə sistemlərin iş prinsipi aşağıdakı kimidir. Rentgen şüalanması obyektdən fotohəssas bir filmə deyil, xüsusi intraoral sensora (xüsusi elektron matrisa) keçir. Matrisdən müvafiq siqnal onu rəqəmsal formaya çevirən kompüterə qoşulmuş rəqəmsallaşdırıcı cihaza (analoqdan rəqəmsal çeviriciyə, ADC) ötürülür. Xüsusi proqram təminatı kompüter ekranında rentgen təsvirini yaradır və onu emal etməyə, onu bərk və ya çevik yaddaş daşıyıcısında (sərt disk, disketlər) saxlamağa və şəkil kimi fayl kimi çap etməyə imkan verir.
Rəqəmsal sistemdə rentgen görüntüsü fərqli olan nöqtələrin toplusudur rəqəmsal dəyərlər boz tonun gradasiyası. Proqram tərəfindən təmin edilən məlumat ekranının optimallaşdırılması nisbətən aşağı radiasiya dozası ilə parlaqlıq və kontrast baxımından optimal olan çərçivə əldə etməyə imkan verir.
Məsələn, Trophy (Fransa) və ya Schick (ABŞ) tərəfindən yaradılmış müasir sistemlərdə çərçivə formalaşdırarkən bozun 4096 çaları istifadə olunur, ekspozisiya müddəti öyrənilən obyektdən asılıdır və orta hesabla yüzdə bir - onda birdir. ikincisi, filmə münasibətdə radiasiyaya məruz qalmanın azaldılması – ağızdaxili sistemlər üçün 90%-ə qədər, panoramik videoqraflar üçün 70%-ə qədər.
Şəkilləri emal edərkən videoqraflar:
Müsbət və mənfi şəkillər, yalançı rəngli şəkillər, relyef şəkilləri qəbul edin.
Şəkildə kontrastı artırın və maraq sahəsini böyüdün.
Diş toxumalarının və sümük strukturlarının sıxlığında dəyişiklikləri qiymətləndirin, kanalın doldurulmasının vahidliyinə nəzarət edin.
Endodontiyada istənilən əyriliyin kanalının uzunluğunu təyin edin, cərrahiyyədə isə implantın ölçüsünü 0,1 mm dəqiqliklə seçin.
Şəklin təhlili zamanı süni intellekt elementlərinə malik unikal Kariyes detektor sistemi ləkə mərhələsində çürükləri, kök kariyeslərini və gizli kariyesləri aşkarlamağa imkan verir.
(3) düsturunda “Ф” yayılan dalğa uzunluqlarının bütün diapazonuna aiddir və çox vaxt “İnteqral enerji axını” adlanır.
X-şüaları 1895-ci ildə məşhur alman fiziki Vilhelm Rentgen tərəfindən təsadüfən kəşf edilmişdir. O, qaz boşalma borusunda katod şüalarını tədqiq etmişdir aşağı təzyiq elektrodları arasında yüksək gərginlikdə. Borunun qara qutuda olmasına baxmayaraq, Rentgen, boru istifadə olunan hər dəfə yaxınlıqda olan flüoresan ekranın parıldadığını fərq etdi. Borunun kağız, taxta, şüşə və hətta bir yarım santimetr qalınlığında alüminium boşqabına nüfuz edə bilən şüalanma mənbəyi olduğu ortaya çıxdı.
X-şüaları müəyyən etdi ki, qaz-boşaltma borusu böyük nüfuz gücünə malik yeni növ görünməz şüalanma mənbəyidir. Alim bu şüalanmanın hissəciklər axını, yoxsa dalğalar olduğunu müəyyən edə bilməyib və ona rentgen şüaları adını vermək qərarına gəlib. Daha sonra onlar rentgen şüaları adlandırıldı
İndi məlumdur ki, rentgen şüaları ultrabənövşəyi elektromaqnit dalğalarından daha qısa dalğa uzunluğuna malik elektromaqnit şüalanma növüdür. Rentgen şüalarının dalğa uzunluğu 70 ilə dəyişir nm 10-5-ə qədər nm. X-şüalarının dalğa uzunluğu nə qədər qısa olarsa, onların fotonlarının enerjisi bir o qədər çox olar və nüfuzetmə gücü bir o qədər çox olar. Nisbətən uzun dalğa uzunluğuna malik rentgen şüaları (10-dan çox). nm), adlanır yumşaq. Dalğa uzunluğu 1 - 10 nm xarakterizə edir çətin rentgen şüaları. Onların böyük nüfuzetmə gücü var.
Rentgen şüalarının qəbulu
X-şüaları sürətli elektronlar və ya katod şüaları aşağı təzyiqli qaz boşaltma borusunun divarları və ya anodları ilə toqquşduqda yaranır. Müasir bir rentgen borusu, içərisində bir katod və anod olan evakuasiya edilmiş şüşə silindrdir. Katod və anod (anti-katod) arasındakı potensial fərq bir neçə yüz kilovolta çatır. Katod elektrik cərəyanı ilə qızdırılan volfram filamentidir. Bu, termion emissiya nəticəsində katodun elektron buraxmasına səbəb olur. Elektronlar rentgen borusundakı elektrik sahəsi ilə sürətlənir. Boruda çox az sayda qaz molekulu olduğundan, elektronlar anoda gedən yolda praktiki olaraq enerjilərini itirmirlər. Onlar anoda çox yüksək sürətlə çatırlar.
Yüksək sürətlə hərəkət edən elektronlar anod materialı tərəfindən yavaşlatıldığında rentgen şüaları yaranır. Elektronların enerjisinin çox hissəsi istilik kimi yayılır. Buna görə anod süni şəkildə soyudulmalıdır. X-ray borusundakı anod bir metaldan hazırlanmalıdır yüksək temperatur məsələn, volframdan ərimə.
Enerjinin istilik şəklində yayılmayan hissəsi elektromaqnit dalğalarının enerjisinə çevrilir ( rentgen şüaları). Beləliklə, rentgen şüaları anod maddənin elektron bombardmanının nəticəsidir. X-şüalarının iki növü var: bremsstrahlung və xarakterik.
Bremsstrahlung rentgen şüaları
Bremsstrahlung rentgen şüalanması yüksək sürətlə hərəkət edən elektronların anod atomlarının elektrik sahələri tərəfindən yavaşlatıldığı zaman baş verir. Fərdi elektronları dayandırmaq üçün şərtlər eyni deyil. Nəticədə onların kinetik enerjisinin müxtəlif hissələri rentgen enerjisinə çevrilir.
X-ray bremsstrahlung spektri anod maddənin təbiətindən asılı deyil. Məlum olduğu kimi, rentgen fotonlarının enerjisi onların tezliyini və dalğa uzunluğunu müəyyən edir. Buna görə də, X-ray bremsstrahlung monoxromatik deyil. O, təmsil oluna bilən müxtəlif dalğa uzunluqları ilə xarakterizə olunur davamlı (davamlı) spektr.
X-şüaları onları əmələ gətirən elektronların kinetik enerjisindən böyük enerjiyə malik ola bilməz. X-şüalarının ən qısa dalğa uzunluğu yavaşlayan elektronların maksimum kinetik enerjisinə uyğundur. Rentgen borusunda potensial fərq nə qədər çox olarsa, əldə edilə bilən rentgen şüalarının dalğa uzunluqları da bir o qədər qısa olar.
X-ray radiasiyasının xarakterik xüsusiyyətləri
X-ray radiasiyasının xarakteristikası davamlı deyil, lakin xətt spektri. Bu cür şüalanma anoda çatan sürətli bir elektron atomların daxili orbitallarına nüfuz etdikdə və onların elektronlarından birini vurduqda baş verir. Nəticədə, görünür boş yer, yuxarı atom orbitallarından birindən enən başqa bir elektron tərəfindən doldurula bilər. Elektronun daha yüksək enerji səviyyəsindən aşağı enerji səviyyəsinə bu keçidi xüsusi diskret dalğa uzunluğunun rentgen şüalarını yaradır. Buna görə də, xarakterik rentgen şüalanması var xətt spektri. Xarakterik şüalanma xətlərinin tezliyi tamamilə anod atomlarının elektron orbitallarının quruluşundan asılıdır.
Müxtəlif kimyəvi elementlərin xarakterik şüalanmasının spektr xətləri eyni görünüşə malikdir, çünki onların daxili elektron orbitallarının quruluşu eynidir. Lakin onların dalğa uzunluğu və tezliyi ağır və yüngül atomların daxili orbitalları arasındakı enerji fərqləri ilə bağlıdır.
Xarakterik rentgen şüalanmasının spektrində xətlərin tezliyi metalın atom nömrəsinə uyğun olaraq dəyişir və Mozeley tənliyi ilə müəyyən edilir: v 1/2 = A(Z-B), Harada Z- atom nömrəsi kimyəvi element, A Və B- sabitlər.
Rentgen şüalarının maddə ilə qarşılıqlı təsirinin ilkin fiziki mexanizmləri
X-şüaları ilə maddə arasındakı ilkin qarşılıqlı əlaqə üç mexanizmlə xarakterizə olunur:
1. Koherent səpilmə. Bu qarşılıqlı təsir forması rentgen fotonları elektronların atom nüvəsi ilə əlaqə enerjisindən daha az enerjiyə malik olduqda baş verir. Bu halda foton enerjisi maddənin atomlarından elektronları buraxmaq üçün kifayət etmir. Foton atom tərəfindən udulmur, əksinə yayılma istiqamətini dəyişir. Bu vəziyyətdə rentgen şüalarının dalğa uzunluğu dəyişməz olaraq qalır.
2. Fotoelektrik effekt (fotoelektrik effekt). X-şüaları fotonu maddənin atomuna çatdıqda elektronlardan birini sıradan çıxara bilər. Bu, foton enerjisi elektronun nüvə ilə bağlanma enerjisindən artıq olduqda baş verir. Bu zaman foton udulur və elektron atomdan ayrılır. Bir foton bir elektronu buraxmaq üçün lazım olduğundan daha çox enerji daşıyırsa, qalan enerjini kinetik enerji şəklində sərbəst buraxılan elektrona köçürəcəkdir. Fotoelektrik effekt adlanan bu hadisə nisbətən az enerjili rentgen şüalarının udulması zamanı baş verir.
Elektronlarından birini itirən atom müsbət iona çevrilir. Sərbəst elektronların ömrü çox qısadır. Onlar mənfi ionlara çevrilən neytral atomlar tərəfindən udulur. Fotoelektrik effektin nəticəsi maddənin intensiv ionlaşmasıdır.
Əgər rentgen fotonun enerjisi atomların ionlaşma enerjisindən azdırsa, onda atomlar həyəcanlı vəziyyətə keçir, lakin ionlaşmır.
3. Uyğun olmayan səpilmə (Kompton effekti). Bu effekti amerikalı fizik Kompton kəşf etmişdir. Bir maddə qısa dalğa uzunluğunda rentgen şüalarını udduqda baş verir. Belə rentgen şüalarının foton enerjisi həmişə maddənin atomlarının ionlaşma enerjisindən böyük olur. Kompton effekti yüksək enerjili rentgen fotonun atom nüvəsi ilə nisbətən zəif əlaqəsi olan atomun xarici qabığındakı elektronlardan biri ilə qarşılıqlı təsirindən yaranır.
Yüksək enerjili foton enerjisinin bir hissəsini elektrona ötürür. Həyəcanlanmış elektron atomdan ayrılır. Orijinal fotonun qalan enerjisi orijinal fotonun hərəkət istiqamətinə müəyyən bucaq altında daha uzun dalğa uzunluğunun rentgen fotonu kimi yayılır. İkinci dərəcəli foton başqa bir atomu ionlaşdıra bilər və s. X-şüalarının istiqamətində və dalğa uzunluğundakı bu dəyişikliklər Kompton effekti kimi tanınır.
Rentgen şüalarının maddə ilə qarşılıqlı təsirinin bəzi təsirləri
Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, rentgen şüaları maddənin atomlarını və molekullarını həyəcanlandırmaq qabiliyyətinə malikdir. Bu, müəyyən maddələrin (məsələn, sink sulfat) flüoresanlaşmasına səbəb ola bilər. Paralel rentgen şüası qeyri-şəffaf cisimlərə yönəldilirsə, flüoresan maddə ilə örtülmüş ekran yerləşdirməklə şüaların obyektdən necə keçdiyini müşahidə edə bilərsiniz.
Floresan ekranı foto filmlə əvəz etmək olar. Rentgen şüaları foto emulsiyaya işıq kimi eyni təsir göstərir. Hər iki üsul praktik tibbdə istifadə olunur.
X-şüalarının digər mühüm təsiri onların ionlaşdırıcı qabiliyyətidir. Bu onların dalğa uzunluğundan və enerjisindən asılıdır. Bu təsir rentgen şüalarının intensivliyini ölçmək üçün bir üsul təmin edir. X-şüaları ionlaşma kamerasından keçdikdə elektrik cərəyanı əmələ gəlir ki, onun böyüklüyü rentgen şüalarının intensivliyinə mütənasibdir.
Rentgen şüalarının maddə tərəfindən udulması
X-şüaları maddədən keçərkən onların enerjisi udulma və səpilmə hesabına azalır. Maddədən keçən paralel rentgen şüasının intensivliyinin zəifləməsi Buqer qanunu ilə müəyyən edilir: I = I0 e -μd, Harada mən 0- rentgen şüalarının ilkin intensivliyi; I- maddə qatından keçən rentgen şüalarının intensivliyi; d- uducu təbəqənin qalınlığı , μ - xətti zəifləmə əmsalı. İki kəmiyyətin cəminə bərabərdir: t- xətti udma əmsalı və σ - xətti dissipasiya əmsalı: μ = τ+ σ
Təcrübələr nəticəsində müəyyən edilmişdir ki, xətti udma əmsalı maddənin atom nömrəsindən və rentgen şüalarının dalğa uzunluğundan asılıdır:
τ = kρZ 3 λ 3, Harada k- düz mütənasiblik əmsalı, ρ - maddənin sıxlığı, Z- elementin atom nömrəsi, λ - rentgen şüalarının dalğa uzunluğu.
Z-dən asılılıq praktiki baxımdan çox vacibdir. Məsələn, kalsium fosfatdan ibarət olan sümüklərin udma əmsalı yumşaq toxumalardan təxminən 150 dəfə yüksəkdir ( Z=20 kalsium və Z fosfor üçün =15). Rentgen şüaları insan bədənindən keçəndə sümüklər əzələlərin, birləşdirici toxumaların və s. fonunda aydın şəkildə fərqlənir.
Məlumdur ki, həzm orqanları digər yumşaq toxumalarla eyni udma əmsalına malikdir. Ancaq xəstə bir kontrast maddə - barium sulfat qəbul edərsə, yemək borusu, mədə və bağırsaqların kölgəsini ayırd etmək olar. Z= barium üçün 56). Barium sulfat rentgen şüaları üçün çox qeyri-şəffafdır və tez-tez mədə-bağırsaq traktının rentgen müayinəsi üçün istifadə olunur. Qan damarlarının, böyrəklərin və s. vəziyyətini araşdırmaq üçün qan dövranına müəyyən qeyri-şəffaf qarışıqlar yeridilir. Bu zaman kontrast maddə kimi atom nömrəsi 53 olan yoddan istifadə edilir.
X-şüalarının udulmasından asılılığı Z rentgen şüalarının mümkün zərərli təsirlərindən qorunmaq üçün də istifadə olunur. Qurğuşun bu məqsədlə istifadə edilən məbləğdir Z bunun üçün 82-yə bərabərdir.
Rentgen şüalarının tibbdə tətbiqi
X-şüalarının diaqnostikada istifadə edilməsinə səbəb onların yüksək nüfuzetmə qabiliyyəti, əsas amillərdən biri idi. rentgen şüalarının xüsusiyyətləri. Kəşf olunduqdan sonra ilk günlərdə rentgen şüaları əsasən sümük sınıqlarını araşdırmaq və sümüklərin yerini müəyyən etmək üçün istifadə olunurdu. xarici cisimlər(məsələn, güllə) insan bədənində. Hal-hazırda, rentgen şüalarından (rentgen diaqnostikası) istifadə edən bir neçə diaqnostik üsul istifadə olunur.
rentgen . Rentgen cihazı rentgen mənbəyindən (rentgen borusu) və flüoresan ekrandan ibarətdir. X-şüaları xəstənin bədənindən keçdikdən sonra həkim onun kölgə şəklini müşahidə edir. Həkimi rentgen şüalarının zərərli təsirindən qorumaq üçün ekranla həkimin gözləri arasında aparıcı pəncərə quraşdırılmalıdır. Bu üsul müəyyən orqanların funksional vəziyyətini öyrənməyə imkan verir. Məsələn, həkim ağciyərlərin hərəkətlərini və kontrast maddənin mədə-bağırsaq traktından keçməsini birbaşa müşahidə edə bilər. Bu metodun dezavantajları qeyri-kafi kontrastlı şəkillər və prosedur zamanı xəstənin qəbul etdiyi radiasiyanın nisbətən böyük dozalarıdır.
Flüoroqrafiya . Bu üsul xəstənin bədəninin bir hissəsinin fotoşəkilini çəkməkdən ibarətdir. Onlar adətən aşağı dozada rentgen şüalanmasından istifadə edərək xəstələrin daxili orqanlarının vəziyyətinin ilkin müayinəsi üçün istifadə olunur.
Rentgenoqrafiya. (rentgen rentgenoqrafiyası). Bu, bir şəkilin fotofilmdə qeyd edildiyi rentgen şüalarından istifadə edən tədqiqat üsuludur. Fotoşəkillər adətən iki perpendikulyar müstəvidə çəkilir. Bu metodun bəzi üstünlükləri var. X-ray fotoşəkilləri flüoresan ekrandan daha çox təfərrüat ehtiva edir və buna görə də daha informativdir. Onlar əlavə təhlil üçün saxlanıla bilər. Ümumi şüalanma dozası flüoroskopiyada istifadə ediləndən azdır.
Kompüterli rentgen tomoqrafiyası . Kompüter texnologiyası ilə təchiz olunmuş eksenel tomoqrafiya skaneri ən müasir rentgen diaqnostik aparatıdır və əldə etməyə imkan verir. aydın görüntü hər hansı bir hissə insan bədəni orqanların yumşaq toxumaları da daxil olmaqla.
Birinci nəsil kompüter tomoqrafiyası (KT) skanerlərinə silindrik çərçivəyə bərkidilmiş xüsusi rentgen borusu daxildir. X-şüalarının nazik bir şüası xəstəyə yönəldilir. Çərçivənin əks tərəfinə iki rentgen detektoru quraşdırılmışdır. Xəstə bədəni ətrafında 180° dönə bilən çərçivənin mərkəzindədir.
X-şüaları stasionar obyektdən keçir. Detektorlar müxtəlif toxumaların udma dəyərlərini əldə edir və qeyd edir. X-ray borusu skan edilmiş müstəvi boyunca xətti hərəkət edərkən qeydlər 160 dəfə aparılır. Sonra çərçivə 1 0 fırlanır və prosedur təkrarlanır. Çəkiliş kadr 180 0 dönənə qədər davam edir. Tədqiqat zamanı hər bir detektor 28800 kadrı (180x160) qeyd edir. Məlumat kompüter tərəfindən işlənir və xüsusi kompüter proqramı vasitəsilə seçilmiş təbəqənin təsviri formalaşır.
İkinci nəsil KT bir neçə rentgen şüasından və 30-a qədər rentgen detektorundan istifadə edir. Bu, tədqiqat prosesini 18 saniyəyə qədər sürətləndirməyə imkan verir.
Üçüncü nəsil CT-dən istifadə edir yeni prinsip. X-şüalarının geniş yelpikşəkilli şüası tədqiq olunan obyekti əhatə edir və bədəndən keçən rentgen şüaları bir neçə yüz detektor tərəfindən qeydə alınır. Tədqiqat üçün tələb olunan vaxt 5-6 saniyəyə endirilir.
KT əvvəllər rentgen diaqnostik üsulları ilə müqayisədə bir çox üstünlüklərə malikdir. Yumşaq toxumalarda incə dəyişiklikləri ayırd etməyə imkan verən yüksək qətnamə ilə xarakterizə olunur. CT, digər üsullarla aşkar edilə bilməyən patoloji prosesləri aşkar etməyə imkan verir. Bundan əlavə, KT-nin istifadəsi diaqnostik proses zamanı xəstələrin qəbul etdiyi rentgen şüalarının dozasını azaltmağa imkan verir.
Atom hadisələrinin öyrənilməsində və praktiki istifadəsində rentgen şüaları ən mühüm rollardan birini oynayır. Onların tədqiqatları sayəsində bir çox kəşflər edildi və maddələrin təhlili üçün üsullar işlənib hazırlanmış, müxtəlif sahələrdə istifadə edilmişdir. Burada rentgen şüalarının bir növünə - xarakterik rentgen şüalarına baxacağıq.
X-şüalarının təbiəti və xassələri
Rentgen şüalanması kosmosda təxminən 300.000 km/s sürətlə yayılan elektromaqnit sahəsinin vəziyyətinin yüksək tezlikli dəyişməsidir, yəni elektromaqnit dalğalarıdır. Elektromaqnit şüalanma diapazonunun miqyasında rentgen şüaları təxminən 10 -8 ilə 5∙10 -12 metr arasında dalğa uzunluğu bölgəsində yerləşir ki, bu da optik dalğalardan bir neçə dəfə qısadır. Bu, 3∙10 16-dan 6∙10 19 Hz-ə qədər tezliklərə və 10 eV-dən 250 keV-ə qədər enerjilərə və ya 1,6∙10 -18 ilə 4∙10 -14 J arasında uyğundur. Qeyd etmək lazımdır ki, tezlik diapazonlarının sərhədləri elektromaqnit şüalanması onların üst-üstə düşməsi səbəbindən olduqca ixtiyaridir.
Sürətlənmiş yüklü hissəciklərin (yüksək enerjili elektronların) elektrik və maqnit sahələri və maddə atomları ilə qarşılıqlı təsiridir.
X-şüaları fotonları yüksək enerji və yüksək nüfuzetmə və ionlaşdırıcı güclərlə xarakterizə olunur, xüsusən dalğa uzunluğu 1 nanometrdən (10 -9 m) az olan sərt rentgen şüaları üçün.
Rentgen şüaları fotoelektrik effekt (fotoabsorbsiya) və qeyri-koherent (Compton) səpilmə proseslərində maddə ilə qarşılıqlı əlaqədə olur, onun atomlarını ionlaşdırır. Fotoabsorbsiyada bir atomun elektronu tərəfindən udulmuş rentgen fotonu enerjini ona ötürür. Əgər onun dəyəri atomdakı elektronun bağlanma enerjisindən artıqdırsa, o zaman atomu tərk edir. Kompton səpilməsi daha sərt (enerjili) rentgen fotonları üçün xarakterikdir. Udulmuş fotonun enerjisinin bir hissəsi ionlaşmaya sərf olunur; bu halda, birincil fotonun istiqamətinə müəyyən bir açı ilə, daha aşağı tezlikli ikincil bir foton buraxılır.
Rentgen şüalarının növləri. Bremsstrahlung
Şüaları istehsal etmək üçün içərisində elektrodları olan şüşə vakuum silindrlərindən istifadə olunur. Elektrodlar arasında potensial fərq çox yüksək olmalıdır - yüzlərlə kilovolta qədər. Volfram katodunda termion emissiya baş verir, cərəyanla qızdırılır, yəni ondan elektronlar buraxılır, potensial fərqlə sürətlənir, anodu bombalayır. Onların anod atomları ilə qarşılıqlı təsiri nəticəsində (bəzən antikatod da deyilir) rentgen fotonları yaranır.
Hansı prosesin fotonun yaranmasına gətirib çıxarmasından asılı olaraq, rentgen şüalarının növləri fərqlənir: bremsstrahlung və xarakterik.
Elektronlar anodla qarşılaşdıqda yavaşlaya bilər, yəni atomlarının elektrik sahələrində enerji itirə bilər. Bu enerji rentgen fotonları şəklində yayılır. Bu növ radiasiya bremsstrahlung adlanır.
Ayrı-ayrı elektronlar üçün əyləc şərtlərinin fərqli olacağı aydındır. Bu, onların rentgen şüalanmasına çevrilməsi deməkdir müxtəlif miqdarlar onların kinetik enerjisi. Nəticədə, bremsstrahlung müxtəlif tezliklərin və müvafiq olaraq dalğa uzunluqlarının fotonlarını ehtiva edir. Buna görə də onun spektri davamlıdır (davamlıdır). Bəzən bu səbəbdən onu “ağ” rentgen şüaları da adlandırırlar.
Bremsstrahlung fotonun enerjisi onu yaradan elektronun kinetik enerjisindən çox ola bilməz, buna görə də bremsstrahlung şüalanmasının maksimum tezliyi (və ən qısa dalğa uzunluğu) anoda düşən elektronların kinetik enerjisinin ən yüksək dəyərinə uyğundur. Sonuncu elektrodlara tətbiq olunan potensial fərqdən asılıdır.
X-şüalarının başqa bir növü var ki, onun mənbəyi fərqli bir prosesdir. Bu şüalanma xarakterik şüalanma adlanır və biz onun üzərində daha ətraflı dayanacağıq.
Xarakterik rentgen şüalanması necə yaranır?
Anti-katoda çatdıqdan sonra sürətli bir elektron atomun içərisinə nüfuz edə və aşağı orbitallardan birindən bir elektron çıxara bilər, yəni potensial maneəni dəf etmək üçün kifayət qədər enerji ötürə bilər. Bununla belə, elektronların tutduğu atomda daha yüksək enerji səviyyələri varsa, boşaldılmış yer boş qalmayacaq.
Yadda saxlamaq lazımdır ki, atomun elektron quruluşu, hər hansı bir enerji sistemi kimi, enerjini minimuma endirməyə çalışır. Nokaut nəticəsində yaranan boşluq daha yüksək səviyyələrdən birinin elektronu ilə doldurulur. Onun enerjisi daha yüksəkdir və daha çox alır aşağı səviyyə, o, xarakterik rentgen şüalanmasının kvantı şəklində artıqlığı buraxır.
Atomun elektron quruluşu elektronların mümkün enerji vəziyyətlərinin diskret dəstidir. Buna görə də, elektron boşluqlarının dəyişdirilməsi zamanı buraxılan rentgen fotonları da səviyyə fərqini əks etdirən yalnız ciddi şəkildə müəyyən edilmiş enerji qiymətlərinə malik ola bilər. Nəticədə, xarakterik rentgen şüalanması davamlı olmayan, lakin xətt şəklində olan bir spektrə malikdir. Bu spektr anodun maddəsini xarakterizə etməyə imkan verir - bu şüaların adı da buna görədir. Spektral fərqlər sayəsində bremsstrahlung və xarakterik rentgen şüalanması dedikdə nə nəzərdə tutulduğu aydın olur.
Bəzən artıq enerji atom tərəfindən buraxılmır, ancaq üçüncü elektronun sökülməsinə sərf olunur. Bu proses - sözdə Auger effekti - elektron bağlama enerjisi 1 keV-dən çox olmadıqda baş verir. Buraxılmış Auger elektronunun enerjisi atomun enerji səviyyələrinin strukturundan asılıdır, buna görə də belə elektronların spektrləri də təbiətdə diskretdir.
Xarakterik spektrin ümumi görünüşü
Dar xarakterik xətlər davamlı bremsstrahlung spektri ilə birlikdə rentgen spektral şəkildə mövcuddur. Əgər spektri dalğa uzunluğuna (tezliyə) qarşı intensivliyin qrafiki kimi təsəvvür etsək, xətlərin yerlərində kəskin zirvələri görəcəyik. Onların mövqeyi anod materialından asılıdır. Bu maksimumlar istənilən potensial fərqdə mövcuddur - əgər rentgen şüaları varsa, həmişə zirvələr də olur. Boru elektrodlarında gərginlik artdıqca, həm davamlı, həm də xarakterik rentgen şüalarının intensivliyi artır, lakin zirvələrin yeri və onların intensivlik nisbəti dəyişmir.
X-şüaları spektrlərindəki zirvələr elektronlarla şüalanan antikatodun materialından asılı olmayaraq eyni görünüşə malikdir, lakin müxtəlif materiallar müxtəlif tezliklərdə yerləşir, tezlik qiymətlərinin yaxınlığına əsaslanaraq sıra ilə birləşir. Serialın özləri arasında tezlik fərqi daha əhəmiyyətlidir. Maksimumun növü heç bir şəkildə anod materialının təmiz kimyəvi element və ya mürəkkəb maddə olmasından asılı deyil. Sonuncu halda, onun tərkib elementlərinin xarakterik rentgen spektrləri sadəcə olaraq bir-birinin üzərinə qoyulur.
Kimyəvi elementin atom nömrəsi artdıqca onun rentgen spektrinin bütün xətləri daha yüksək tezliklərə doğru dəyişir. Spektr öz görünüşünü saxlayır.
Moseley qanunu
Xarakterik xətlərin spektral yerdəyişməsi fenomeni 1913-cü ildə ingilis fiziki Henri Mozeli tərəfindən eksperimental olaraq kəşf edilmişdir. Bu, ona spektrin maksimal tezliklərini kimyəvi elementlərin seriya nömrələri ilə əlaqələndirməyə imkan verdi. Beləliklə, xarakterik rentgen şüalarının dalğa uzunluğu müəyyən bir elementlə aydın şəkildə əlaqələndirilə bilər. IN ümumi görünüş Moselinin qanununu belə yazmaq olar: √f = (Z - S n)/n√R, burada f - tezlik, Z - elementin sıra nömrəsi, S n - skrininq sabiti, n - əsas kvant nömrəsi. R isə Ridberq sabitidir. Bu asılılıq xəttidir və Moseley diaqramında n-in hər bir dəyəri üçün bir sıra düz xətlər kimi görünür.
N dəyərləri xarakterik rentgen emissiya zirvələrinin fərdi sıralarına uyğundur. Moseley qanunu, rentgen spektrinin maksimumlarının ölçülmüş dalğa uzunluqlarına (onlar tezliklərlə bənzərsiz şəkildə bağlıdır) əsaslanaraq sərt elektronlarla şüalanan kimyəvi elementin seriya nömrəsini təyin etməyə imkan verir.
Kimyəvi elementlərin elektron qabıqlarının quruluşu eynidir. Bu, rentgen şüalarının xarakterik spektrində sürüşmə dəyişikliyinin monotonluğu ilə göstərilir. Tezliyin dəyişməsi struktur deyil, hər bir elementə xas olan elektron qabıqlar arasındakı enerji fərqlərini əks etdirir.
Mozeley qanununun atom fizikasında rolu
Moseley qanunu ilə ifadə olunan ciddi xətti əlaqədən kiçik sapmalar var. Bunlar, birincisi, bəzi elementlərin elektron qabıqlarının doldurulması qaydasının xüsusiyyətləri ilə, ikincisi, ağır atomların elektronlarının hərəkətinin relativistik təsiri ilə əlaqələndirilir. Bundan əlavə, nüvədəki neytronların sayı dəyişdikdə (sözdə izotopik sürüşmə) xətlərin mövqeyi bir qədər dəyişə bilər. Bu təsir atom quruluşunu ətraflı öyrənməyə imkan verdi.
Moseley qanununun əhəmiyyəti son dərəcə böyükdür. Onun Mendeleyevin dövri sisteminin elementlərinə ardıcıl tətbiqi xarakterik maksimalların hər bir kiçik yerdəyişməsinə uyğun gələn sıra ədədinin artırılması modelini yaratdı. Bu, elementlərin sıra sayının fiziki mənası ilə bağlı sualı aydınlaşdırmağa kömək etdi. Z dəyəri sadəcə bir rəqəm deyil: nüvənin müsbət elektrik yükü, onun tərkibini təşkil edən hissəciklərin vahid müsbət yüklərinin cəmidir. Cədvəldə elementlərin düzgün yerləşdirilməsi və orada boş mövqelərin olması (onlar hələ o vaxt mövcud idi) güclü təsdiq aldı. Dövri qanunun etibarlılığı sübuta yetirildi.
Moseley qanunu, əlavə olaraq, eksperimental tədqiqatın bütöv bir istiqamətinin - rentgen spektrometriyasının yarandığı əsas oldu.
Atomun elektron qabıqlarının quruluşu
Elektron strukturunun necə qurulduğunu qısaca xatırlayaq. O, K, L, M, N, O, P, Q hərfləri və ya 1-dən 7-yə qədər rəqəmlərlə təyin olunan qabıqlardan ibarətdir. Qabıqdakı elektronlar eyni əsas kvantla xarakterizə olunur. mümkün enerji qiymətlərini təyin edən n sayı. Xarici qabıqlarda elektron enerjisi daha yüksəkdir və xarici elektronlar üçün ionlaşma potensialı müvafiq olaraq aşağıdır.
Qabığa bir və ya bir neçə alt səviyyə daxildir: s, p, d, f, g, h, i. Hər bir qabıqda alt səviyyələrin sayı əvvəlki ilə müqayisədə bir artır. Hər bir alt səviyyədə və hər bir qabıqda elektronların sayı müəyyən bir dəyəri keçə bilməz. Onlar əsas kvant nömrəsinə əlavə olaraq, formanı təyin edən orbital elektron buludunun eyni dəyəri ilə xarakterizə olunur. Alt səviyyələr aid olduqları qabıqla təyin olunur, məsələn, 2s, 4d və s.
Alt səviyyə, əsas və orbitallara əlavə olaraq, elektronun orbital impulsunun maqnit sahəsinin istiqamətinə proyeksiyasını təyin edən başqa bir kvant nömrəsi - maqnit ilə təyin olunanları ehtiva edir. Bir orbital dördüncü kvant nömrəsinin - spinin dəyəri ilə fərqlənən iki elektrondan çox ola bilməz.
X-şüalarının xarakterik radiasiyasının necə yarandığını daha ətraflı nəzərdən keçirək. Bu tip elektromaqnit emissiyasının mənşəyi atomun daxilində baş verən hadisələrlə əlaqəli olduğundan, onu elektron konfiqurasiyaların yaxınlaşmasında dəqiq təsvir etmək ən əlverişlidir.
Xarakterik rentgen şüalarının əmələ gəlməsi mexanizmi
Belə ki, bu şüalanmanın səbəbi yüksək enerjili elektronların atomun dərinliyinə nüfuz etməsi nəticəsində yaranan daxili qabıqlarda elektron boşluqlarının əmələ gəlməsidir. Sərt elektronun qarşılıqlı əlaqəyə girmə ehtimalı elektron buludlarının sıxlığı ilə artır. Buna görə də, toqquşmaların ən aşağı K-qabığı kimi sıx şəkildə yığılmış daxili qabıqlarda baş vermə ehtimalı yüksəkdir. Burada atom ionlaşır və 1s qabığında boşluq yaranır.
Bu boşluq qabıqdan daha yüksək enerjiyə malik bir elektron tərəfindən doldurulur, artıq hissəsi rentgen fotonu tərəfindən aparılır. Bu elektron ikinci L qabığından, üçüncü M qabığından və s. “düşə” bilər. Xarakterik sıra belə formalaşır, bu nümunədə K seriyası. Boşluğu dolduran elektronun haradan gəldiyinin göstəricisi seriya təyinatında Yunan indeksi şəklində verilir. "Alfa" L qabığından, "beta" M qabığından gəldiyini bildirir. Hal-hazırda, yunan hərfi indekslərini qabıqları təyin etmək üçün qəbul edilmiş Latın hərfləri ilə əvəz etmək tendensiyası var.
Seriyadakı alfa xəttinin intensivliyi həmişə ən yüksəkdir - bu, qonşu qabıqdan vakansiyanı doldurma ehtimalının ən yüksək olduğunu bildirir.
İndi biz suala cavab verə bilərik, xarakterik rentgen şüalanmasının kvantının maksimum enerjisi nədir. E = E n 2 - E n 1 düsturuna əsasən elektron keçidinin baş verdiyi səviyyələrin enerji dəyərlərindəki fərqlə müəyyən edilir, burada E n 2 və E n 1 elektronun enerjiləridir. keçidin baş verdiyi dövlətlər. Bu parametrin ən yüksək qiyməti ağır elementlərin atomlarının ən yüksək səviyyələrindən K seriyalı keçidlərlə verilir. Lakin bu xətlərin intensivliyi (zirvələrin hündürlüyü) ən aşağıdır, çünki onlar ən az ehtimal olunur.
Əgər elektrodlarda kifayət qədər gərginlik olmadığı üçün sərt elektron K-səviyyəsinə çata bilmirsə, L-səviyyəsində boşluq əmələ gətirir və daha az enerjili L seriyası əmələ gəlir. uzun uzunluqlar dalğalar Sonrakı seriyalar da oxşar şəkildə doğulur.
Bundan əlavə, elektron keçid nəticəsində bir vakansiya doldurulduqda, yuxarıdakı qabıqda yeni bir vakansiya görünür. Bu, növbəti seriyaların yaranmasına şərait yaradır. Elektron boşluqları səviyyədən səviyyəyə yüksəlir və atom ionlaşmış vəziyyətdə qalaraq xarakterik spektral silsilələr kaskadını buraxır.
Xarakterik spektrlərin incə quruluşu
Xarakterik rentgen şüalanmasının atom rentgen spektrləri, optik spektrlərdə olduğu kimi, xəttin parçalanması ilə ifadə olunan incə bir quruluşla xarakterizə olunur.
İncə quruluş, enerji səviyyəsinin - elektron qabığın - yaxın yerləşmiş komponentlər - alt qabıqlar toplusudur. Alt qabıqları xarakterizə etmək üçün elektronun öz və orbital maqnit momentlərinin qarşılıqlı təsirini əks etdirən başqa bir daxili kvant nömrəsi j təqdim olunur.
Spin-orbit qarşılıqlı təsirinin təsiri ilə atomun enerji strukturu mürəkkəbləşir və nəticədə xarakterik rentgen şüalanması çox yaxın məsafədə yerləşən elementləri olan parçalanma xətləri ilə xarakterizə olunan spektrə malikdir.
İncə strukturun elementləri adətən əlavə rəqəmsal indekslərlə təyin olunur.
X-ray radiasiyasının xarakterik xüsusiyyəti yalnız spektrin incə strukturunda əks olunur. Elektronun daha aşağı enerji səviyyəsinə keçidi daha yüksək səviyyənin aşağı alt təbəqəsindən baş vermir. Belə bir hadisənin cüzi bir ehtimalı var.
Spektrometriyada rentgen şüalarının istifadəsi
Bu şüalanma, Moseley qanunu ilə təsvir edilən xüsusiyyətlərinə görə maddələrin təhlili üçün müxtəlif rentgen spektral üsullarının əsasını təşkil edir. X-şüaları spektrini təhlil edərkən ya radiasiyanın kristallar üzərində difraksiyasından (dalğa-dispersiv üsul) və ya udulmuş rentgen fotonlarının enerjisinə həssas olan detektorlardan (enerji-dispersiya üsulu) istifadə olunur. Əksər elektron mikroskoplar bir növ rentgen spektrometri əlavələri ilə təchiz edilmişdir.
Dalğa-dispersiv spektrometriya xüsusilə dəqiqdir. Xüsusi filtrlərdən istifadə edərək, spektrin ən intensiv zirvələri vurğulanır ki, bu da dəqiq məlum tezliklə demək olar ki, monoxromatik şüalanma əldə etməyə imkan verir. İstənilən tezlikdə monoxromatik şüanın alınmasını təmin etmək üçün anod materialı çox diqqətlə seçilir. Onun tədqiq olunan maddənin kristal qəfəsindəki difraksiyası qəfəs quruluşunu böyük dəqiqliklə öyrənməyə imkan verir. Bu üsul DNT və digər mürəkkəb molekulların öyrənilməsində də istifadə olunur.
Xarakterik rentgen şüalanmasının xüsusiyyətlərindən biri də qamma-spektrometriyada nəzərə alınır. Bu yüksək intensivlik xarakterik zirvəsidir. Gamma spektrometrləri ölçmələrə mane olan xarici fon radiasiyasına qarşı qurğuşun ekranından istifadə edir. Ancaq qamma şüalarını udan qurğuşun daxili ionlaşmanı yaşayır, bunun nəticəsində rentgen diapazonunda aktiv şəkildə yayılır. Qurğunun xarakterik rentgen şüalanmasının intensiv zirvələrini udmaq üçün əlavə kadmium qoruyucusu istifadə olunur. O, öz növbəsində ionlaşır və həmçinin rentgen şüaları yayar. Kadmiumun xarakterik zirvələrini zərərsizləşdirmək üçün üçüncü qoruyucu təbəqə istifadə olunur - mis, rentgen maksimalları qamma spektrometrinin işləmə tezliyi diapazonundan kənarda yerləşir.
Spektrometriya həm bremsstrahlung, həm də xarakterik rentgen şüalarından istifadə edir. Belə ki, maddələri təhlil edərkən davamlı rentgen şüalarının müxtəlif maddələr tərəfindən udulma spektrləri öyrənilir.
RF TƏHSİL FEDERAL Agentliyi
DÖVLƏT TƏHSİL MÜƏSSİSƏSİ
ALİ İXTİSAS TƏHSİL
MOSKVA DÖVLƏT POLAD VƏ ƏRİNTLƏR İNSTİTUTU
(TEXNOLOJİ UNİVERSİTET)
NOVOTROİTSKI FİLALI
OED şöbəsi
KURS İŞİ
İntizam: Fizika
Mövzu: X-RAY
Tələbə: Nedorezova N.A.
Qrup: EiU-2004-25, No. Z.K.: 04N036
Yoxladı: Ozhegova S.M.
Giriş
Fəsil 1. Rentgen şüalarının kəşfi
1.1 Rentgen Vilhelm Konradın tərcümeyi-halı
1.2 Rentgen şüalarının kəşfi
Fəsil 2. Rentgen şüalanması
2.1 Rentgen şüaları mənbələri
2.2 Rentgen şüalarının xassələri
2.3 Rentgen şüalarının aşkarlanması
2.4 Rentgen şüalarından istifadə
Fəsil 3. Metallurgiyada rentgen şüalarının tətbiqi
3.1 Kristal strukturunun qüsurlarının təhlili
3.2 Spektral analiz
Nəticə
İstifadə olunan mənbələrin siyahısı
Tətbiqlər
Giriş
Bu, rentgen otağından keçməmiş nadir insan idi. Rentgen şəkilləri hər kəsə tanışdır. 1995-ci ildə bu kəşfin yüz illiyi qeyd olundu. Bir əsr əvvəl onun yaratdığı böyük marağı təsəvvür etmək çətindir. Bir insanın əlində bir cihaz var idi, onun köməyi ilə görünməyənləri görmək mümkün idi.
Dalğa uzunluğu təqribən 10-8 sm olan elektromaqnit şüalanmanı təmsil edən, müxtəlif dərəcədə olsa da, bütün maddələrə nüfuz edə bilən bu görünməz şüalanma onu kəşf edən Vilhelm Rentgenin şərəfinə rentgen şüalanması adlandırıldı.
Görünən işıq kimi, rentgen şüaları da foto filmin qaralmasına səbəb olur. Bu əmlak tibb, sənaye və üçün vacibdir elmi tədqiqat. Tədqiq olunan obyektdən keçərək, sonra fotoplyonkaya düşən rentgen şüaları onun üzərində daxili quruluşunu təsvir edir. Rentgen şüalarının nüfuzetmə gücü müxtəlif materiallar üçün fərqli olduğundan, cismin ona daha az şəffaf olan hissələri radiasiyanın yaxşı keçdiyi hissələrə nisbətən fotoşəkildə daha yüngül sahələr yaradır. Beləliklə, sümük toxuması dəri və daxili orqanları təşkil edən toxuma ilə müqayisədə rentgen şüalarına daha az şəffafdır. Buna görə də, rentgendə sümüklər daha yüngül sahələr kimi görünəcək və radiasiyaya daha az şəffaf olan sınıq yeri olduqca asanlıqla aşkar edilə bilər. X-şüaları stomatologiyada dişlərin köklərində kariyes və absesləri aşkar etmək üçün, eləcə də sənayedə tökmə, plastik və kauçuklarda çatları aşkar etmək üçün, kimyada birləşmələri təhlil etmək və fizikada kristalların quruluşunu öyrənmək üçün istifadə olunur.
Rentgenin kəşfindən sonra bu radiasiyanın bir çox yeni xüsusiyyətlərini və tətbiqlərini kəşf edən digər tədqiqatçılar tərəfindən təcrübələr aparıldı. 1912-ci ildə kristaldan keçən rentgen şüalarının difraksiyasını nümayiş etdirən M. Laue, W. Friedrich və P. Knipping böyük töhfə verdi; 1913-cü ildə qızdırılan katodlu yüksək vakuumlu rentgen borusunu icad edən V.Kulidc; 1913-cü ildə şüalanmanın dalğa uzunluğu ilə elementin atom nömrəsi arasında əlaqəni quran Q.Mozeli; Rentgen struktur analizinin əsaslarını inkişaf etdirdiyinə görə 1915-ci ildə Nobel mükafatı almış G. və L. Bragg.
Bunun məqsədi kurs işi rentgen şüalanması hadisəsinin, kəşf tarixinin, xassələrinin və tətbiq dairəsinin müəyyən edilməsinin öyrənilməsidir.
Fəsil 1. Rentgen şüalarının kəşfi
1.1 Rentgen Vilhelm Konradın tərcümeyi-halı
Vilhelm Konrad Rentgen 1845-ci il martın 17-də Almaniyanın Hollandiya ilə həmsərhəd bölgəsində, Lenepe şəhərində anadan olub. Texniki təhsilini Sürixdə Eynşteynin daha sonra oxuduğu Ali Texniki Məktəbdə (Politexnik) alıb. Fizikaya olan həvəsi onu 1866-cı ildə məktəbi bitirdikdən sonra fizika təhsilini davam etdirməyə məcbur etdi.
1868-ci ildə fəlsəfə doktoru alimlik dərəcəsi almaq üçün dissertasiya müdafiə edərək, Kundtun başçılığı ilə əvvəlcə Sürixdə, sonra Gissendə, sonra isə Strasburqda (1874-1879) fizika kafedrasında assistent kimi çalışmışdır. Burada Rentgen yaxşı eksperimental məktəbdən keçdi və birinci dərəcəli eksperimentator oldu. Rentgen mühüm tədqiqatlarının bir qismini tələbəsi, sovet fizikasının banilərindən biri A.F. Ioffe.
Elmi tədqiqatlar elektromaqnetizm, kristal fizikası, optika, molekulyar fizika ilə bağlıdır.
1895-ci ildə o, ultrabənövşəyi şüalardan (rentgen şüalarından) daha qısa dalğa uzunluğuna malik radiasiyanı kəşf etdi, sonralar rentgen şüaları adlandırıldı və onların xassələrini öyrəndi: əks olunma, udulma, havanı ionlaşdırma qabiliyyəti və s. O, rentgen şüaları istehsal etmək üçün borunun düzgün dizaynını təklif etdi - maili platin antikatod və konkav katod: o, ilk dəfə rentgen şüalarından istifadə edərək fotoşəkil çəkdi. O, 1885-ci ildə elektrik sahəsində hərəkət edən dielektriklərin maqnit sahəsini ("X-şüaları cərəyanı" adlandırılan) kəşf etdi X. Lorentz tərəfindən elektron nəzəriyyə. Rentgenin əsərlərinin əhəmiyyətli bir hissəsi mayelərin, qazların, kristalların, elektromaqnit hadisələrinin öyrənilməsinə həsr edilmişdir, kristallarda elektrik və optik hadisələrin əlaqəsini kəşf etmişdir. Rentgen fiziklər arasında Nobel mükafatına layiq görülən ilk şəxs olub.
1900-cü ildən ömrünün son günlərinə qədər (1923-cü il fevralın 10-da vəfat etmişdir) Münhen Universitetində çalışmışdır.
1.2 Rentgen şüalarının kəşfi
19-cu əsrin sonu elektrik cərəyanının qazlardan keçməsi fenomenlərinə marağın artması ilə yadda qaldı. Faraday bu hadisələri də ciddi şəkildə tədqiq etdi, müxtəlif boşalma formalarını təsvir etdi və nadirləşdirilmiş qazın işıqlı sütununda qaranlıq bir boşluq kəşf etdi. Faraday qaranlıq məkanı mavi, katod parıltısını çəhrayı, anodik parıltıdan ayırır.
Qazın seyrəkləşməsinin daha da artması parıltının xarakterini əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir. Riyaziyyatçı Plüker (1801-1868) 1859-cu ildə kifayət qədər güclü vakuumda katoddan çıxan, anoda çatan və borunun şüşəsinin parlamasına səbəb olan zəif mavimtıl şüaları kəşf etdi. 1869-cu ildə Plükerin tələbəsi Hittorf (1824-1914) müəlliminin tədqiqatını davam etdirərək göstərmişdir ki, katodla bu səth arasına bərk cisim qoyularsa, borunun flüoresan səthində aydın kölgə yaranır.
Qoldşteyn (1850-1931) şüaların xassələrini öyrənərək onları katod şüaları adlandırdı (1876). Üç il sonra William Crookes (1832-1919) katod şüalarının maddi təbiətini sübut etdi və onları xüsusi dördüncü vəziyyətdə olan bir maddə adlandırdı bütün fizika kabinetlərində nümayiş etdirilmişdir. Katod şüasının Crookes borusunda maqnit sahəsi ilə əyilməsi klassik məktəb nümayişinə çevrildi.
Bununla belə, katod şüalarının elektrik əyriliyi ilə bağlı təcrübələr o qədər də inandırıcı deyildi. Hertz belə bir kənarlaşma aşkar etmədi və katod şüasının efirdə salınan bir proses olduğu qənaətinə gəldi. Hertsin tələbəsi F.Lenard, katod şüaları ilə təcrübə apararaq, 1893-cü ildə onların alüminium folqa ilə örtülmüş pəncərədən keçdiyini və pəncərənin arxasındakı boşluqda parıltıya səbəb olduğunu göstərdi. Hertz 1892-ci ildə nəşr olunan son məqaləsini katod şüalarının nazik metal cisimlərdən keçməsi fenomeninə həsr etdi.
“Katod şüaları bərk cisimlərə nüfuz etmə qabiliyyətinə görə işıqdan əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir.” Hertz, katod şüalarının qızıl, gümüş, platin, alüminium və s. hadisələrdə heç bir xüsusi fərq müşahidə etmirlər. Şüalar yarpaqlardan düz keçmir, lakin difraksiya ilə səpələnirlər.
1895-ci ilin sonunda Vürzburq professoru Vilhelm Konrad Rentgen məhz Crookes, Lenard və başqalarının bu boruları ilə təcrübə apardı. hələ də borunu gücləndirən induktoru söndürərək, borunun yaxınlığında yerləşən barium sinoksiddən ekranın parıldadığını gördü. Bu vəziyyətdən vurulan Rentgen ekranla təcrübə aparmağa başladı. 28 dekabr 1895-ci il tarixli “Yeni növ şüalar haqqında” adlı ilk məruzəsində bu ilk təcrübələr haqqında yazırdı: “Barium platin kükürd dioksidi ilə örtülmüş bir kağız parçası, üzəri bir boru ilə örtülmüş boruya yaxınlaşdıqda. ona kifayət qədər sıx uyğun gələn nazik qara karton, hər boşalma ilə parlaq işıqla yanıb-sönür: floresan etməyə başlayır. Floresans kifayət qədər qaraldıqda görünür və kağızın barium mavi oksidi ilə örtülmüş və ya barium mavi oksidlə örtülməmiş tərəfi ilə təqdim olunmasından asılı deyil. Floresensiya hətta borudan iki metr məsafədə də nəzərə çarpır”.
Diqqətlə aparılan araşdırma Rentgenə göstərdi ki, “nə günəşin görünən və ultrabənövşəyi şüalarına, nə də elektrik qövsünün şüalarına şəffaf olmayan qara karton, flüoresansa səbəb olan hansısa agent tərəfindən nüfuz edir.” ” üçün qısa "X-şüaları" çağırdı müxtəlif maddələr. O, şüaların kağız, taxta, ebonit və nazik metal təbəqələrindən sərbəst keçdiyini, lakin qurğuşun tərəfindən güclü gecikdirildiyini aşkar etdi.
Sonra sensasiyalı təcrübəni təsvir edir:
"Əlinizi boşalma borusu ilə ekran arasında tutsanız, əlin kölgəsinin zəif konturlarında sümüklərin qaranlıq kölgələrini görə bilərsiniz ilk rentgen görünüşlərini əlinə tətbiq edərək.
Bu şəkillər böyük təəssürat yaratdı; kəşf hələ tamamlanmamışdı və rentgen diaqnostikası artıq öz səyahətinə başlamışdı. İngilis fiziki Şuster yazırdı: "Laboratoriyam bədənin müxtəlif nahiyələrində iynə olduğundan şübhələnən xəstələri gətirən həkimlərlə dolu idi".
Artıq ilk təcrübələrdən sonra Rentgen qəti şəkildə müəyyən etdi ki, rentgen şüaları katod şüalarından fərqlənir, onlar yük daşımır və maqnit sahəsi ilə yönləndirilmir, lakin katod şüaları ilə həyəcanlanır." X-şüaları katod şüaları ilə eyni deyil. , lakin axıdma borusunun şüşə divarlarında onlar tərəfindən həyəcanlanırlar "deyə Rentgen yazdı.
O, təkcə şüşədə deyil, metallarda da həyəcanlandıqlarını müəyyən etdi.
Hertz-Lennard fərziyyəsini qeyd edərək, katod şüalarının "efirdə baş verən bir hadisə olduğunu" qeyd edən Rentgen qeyd edir ki, "şüalarımız haqqında da oxşar bir şey deyə bilərik". Bununla birlikdə, şüaların dalğa xüsusiyyətlərini kəşf edə bilmədi; ilk mesajında onların efirdə uzununa dalğalar ola biləcəyinə dair sonradan qalan fərziyyəni bildirdi.
Rentgenin kəşfi elm aləmində böyük maraq doğurdu. Onun təcrübələri dünyanın demək olar ki, bütün laboratoriyalarında təkrarlanıb. Moskvada onları P.N. Lebedev. Sankt-Peterburqda radio ixtiraçısı A.S. Popov rentgen şüaları ilə təcrübələr apardı, onları ictimai mühazirələrdə nümayiş etdirdi və müxtəlif rentgen şəkilləri əldə etdi. Kembricdə D.D. Tomson dərhal rentgen şüalarının ionlaşdırıcı təsirindən elektrik cərəyanının qazlardan keçməsini öyrənmək üçün istifadə etdi. Onun tədqiqatları elektronun kəşfinə gətirib çıxardı.
Fəsil 2. Rentgen şüalanması
Rentgen şüalanması 10 -4 ilə 10 3 (10 -12 ilə 10 -5 sm arasında) dalğa uzunluğunda qamma və ultrabənövşəyi şüalanma arasında spektral bölgəni tutan elektromaqnit ionlaşdırıcı şüalanmadır.R. l. dalğa uzunluğu ilə λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - yumşaq.
2.1 Rentgen şüaları mənbələri
X-şüalarının ən çox yayılmış mənbəyi rentgen borusudur
X-ray boruları rentgen struktur analizində istifadə olunur
Rentgen borularının əsas xüsusiyyətləri maksimum icazə verilən sürətləndirici gərginlik (1-500 kV), elektron cərəyanı (0,01 mA - 1A), anod tərəfindən yayılan xüsusi güc (10-10 4 Vt/mm 2), ümumi enerji istehlakıdır. (0,002 Vt - 60 kVt) və fokus ölçüləri (1 µm - 10 mm). X-ray borusunun effektivliyi 0,1-3% təşkil edir.
Bəzi radioaktiv izotoplar rentgen şüalarının mənbəyi kimi də xidmət edə bilər.
Bir neçə GeV enerjili sinxrotronlar və elektron saxlama halqaları onlarla və yüzlərlə λ sıralı yumşaq rentgen şüalarının mənbəyi kimi xidmət edə bilər. Sinxrotronlardan rentgen şüalanmasının intensivliyi spektrin bu bölgəsində rentgen borusunun intensivliyini 2-3 böyüklük dərəcəsi ilə üstələyir.
X-şüalarının təbii mənbələri Günəş və digər kosmik obyektlərdir.
2.2 Rentgen şüalarının xassələri
X-şüalarının baş vermə mexanizmindən asılı olaraq, onların spektrləri davamlı (bremsstrahlung) və ya xətt (xarakterik) ola bilər. Sürətli yüklü hissəciklər hədəf atomlarla qarşılıqlı əlaqədə olduqda onların ləngiməsi nəticəsində davamlı rentgen spektri buraxır; bu spektr yalnız hədəf elektronlarla bombalandıqda əhəmiyyətli intensivliyə çatır. Bremsstrahlung rentgen şüalarının intensivliyi fotonun enerjisi h 0 (h Plank sabitidir) yüksək tezlikli sərhəd 0-a qədər bütün tezliklərdə paylanır.
Xətt şüalanması bir atomun daxili qabıqlarından birindən bir elektronun atılması ilə ionlaşmasından sonra baş verir. Belə ionlaşma atomun toqquşması nəticəsində yarana bilər sürətli hissəcik məsələn, elektron (ilkin rentgen şüaları) və ya bir atom tərəfindən fotonun udulması (flüoresan rentgen şüaları). İonlaşmış atom yüksək enerji səviyyələrindən birində özünü ilkin kvant vəziyyətində tapır və 10 -16 -10 -15 saniyədən sonra daha aşağı enerji ilə son vəziyyətə keçir. Bu halda atom müəyyən tezlikli foton şəklində artıq enerji buraxa bilər. Belə şüalanmanın spektrindəki xətlərin tezlikləri hər bir elementin atomları üçün xarakterikdir, ona görə də xətti rentgen spektri xarakterik adlanır. Bu spektrin xətlərinin tezliyinin Z atom nömrəsindən asılılığı Mozeley qanunu ilə müəyyən edilir.
Moseley qanunu, kimyəvi elementin xarakterik rentgen şüalanmasının spektral xətlərinin tezliyini onun atom nömrəsi ilə əlaqələndirən qanun. Eksperimental olaraq G. Moseley tərəfindən yaradılmışdır
burada R Ridberq sabitidir
Moseley qanunu elementlərin dövri cədvəlində elementlərin düzgün yerləşdirilməsinin təkzibedilməz sübutu idi.
Mozeley qanununa uyğun olaraq, rentgen xarakteristikası spektrləri optik spektrlərə xas olan dövri qanunauyğunluqları aşkar etmir. Bu, xarakterik rentgen spektrlərində görünən bütün elementlərin atomlarının daxili elektron qabıqlarının oxşar quruluşa malik olduğunu göstərir.
Sonrakı təcrübələr, xarici elektron qabıqlarının doldurulması qaydasının dəyişməsi ilə əlaqəli elementlərin keçid qrupları üçün, eləcə də relativistik təsirlər nəticəsində yaranan ağır atomlar üçün xətti əlaqədən bəzi kənarlaşmaları aşkar etdi (şərti olaraq, sürətlərin dəyişməsi ilə izah olunur). daxili olanlar işığın sürəti ilə müqayisə edilə bilər).
Bir sıra amillərdən - nüvədəki nuklonların sayından (izotonik yerdəyişmə), xarici elektron qabıqlarının vəziyyətindən (kimyəvi yerdəyişmə) və s.-dən asılı olaraq, Mozeley diaqramında spektral xətlərin mövqeyi bir qədər dəyişə bilər. Bu yerdəyişmələri öyrənmək atom haqqında ətraflı məlumat əldə etməyə imkan verir.
Çox nazik hədəflər tərəfindən buraxılan Bremsstrahlung X-şüaları 0 yaxınlığında tamamilə qütbləşir; 0 azaldıqca qütbləşmə dərəcəsi azalır. Xarakterik şüalanma, bir qayda olaraq, qütbləşmir.
X-şüaları maddə ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, fotoelektrik effekt yarana bilər.
X-şüaları qalınlığı x olan maddə qatından keçdikdə onların ilkin intensivliyi I 0 dəyərinə qədər azalır I = I 0 e - μ x burada μ zəifləmə əmsalıdır. I-in zəifləməsi iki proses nəticəsində baş verir: rentgen fotonlarının maddə tərəfindən udulması və səpilmə zamanı onların istiqamətinin dəyişməsi. Spektrin uzun dalğalı bölgəsində rentgen şüalarının udulması, qısa dalğalı bölgədə onların səpilməsi üstünlük təşkil edir. Udulma dərəcəsi Z və λ artımı ilə sürətlə artır. Məsələn, sərt rentgen şüaları ~ 10 sm hava təbəqəsindən sərbəst şəkildə keçir; 3 sm qalınlığında bir alüminium lövhə λ = 0,027 olan rentgen şüalarını yarıya qədər zəiflədir; yumşaq rentgen şüaları havada əhəmiyyətli dərəcədə udulur və onların istifadəsi və tədqiqatı yalnız vakuumda və ya zəif uducu qazda (məsələn, He) mümkündür. X-şüaları udulmuş zaman maddənin atomları ionlaşır.
Rentgen şüalarının canlı orqanizmlərə təsiri onların toxumalarda yaratdığı ionlaşmadan asılı olaraq faydalı və ya zərərli ola bilər. Rentgen şüalarının udulması λ-dan asılı olduğundan, onların intensivliyi rentgen şüalarının bioloji təsirinin ölçüsü ola bilməz. X-ray ölçmələri rentgen şüalarının maddəyə təsirini kəmiyyətcə ölçmək üçün istifadə olunur.
Böyük Z və λ bölgəsində rentgen şüalarının səpilməsi əsasən λ dəyişmədən baş verir və koherent səpilmə adlanır, kiçik Z və λ bölgəsində isə, bir qayda olaraq, artır (koherent səpilmə). Rentgen şüalarının qeyri-koherent səpilməsinin 2 növü məlumdur - Kompton və Raman. Qeyri-elastik korpuskulyar səpilmə xarakteri daşıyan Kompton səpilməsində rentgen fotonunun qismən itirdiyi enerji hesabına atomun qabığından geri çəkilən elektron uçur. Bu zaman fotonun enerjisi azalır və onun istiqaməti dəyişir; λ-nin dəyişməsi səpilmə bucağından asılıdır. Ramanda yüksək enerjili rentgen fotonun işıq atomuna səpilməsi zamanı onun enerjisinin kiçik bir hissəsi atomun ionlaşmasına sərf olunur və fotonun hərəkət istiqaməti dəyişir. Belə fotonların dəyişməsi səpilmə bucağından asılı deyil.
X-şüaları üçün n qırılma əmsalı 1-dən çox az miqdarda δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 ilə fərqlənir. Bir mühitdə rentgen şüalarının faza sürəti vakuumdakı işığın sürətindən böyükdür. Bir mühitdən digərinə keçərkən rentgen şüalarının əyilməsi çox kiçikdir (bir neçə dəqiqəlik qövs). X-şüaları vakuumdan cismin səthinə çox kiçik bir açı ilə düşdükdə, tamamilə xaricə əks olunur.
2.3 Rentgen şüalarının aşkarlanması
İnsan gözü rentgen şüalarına həssas deyil. rentgen
Şüalar artan miqdarda Ag və Br ehtiva edən xüsusi rentgen fotoqrafik filmindən istifadə etməklə qeydə alınır. Bölgədə λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть
искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В
области λ>5, adi müsbət foto filmin həssaslığı olduqca yüksəkdir və onun taxılları rentgen filminin taxıllarından çox kiçikdir, bu da qətnaməni artırır. Onlarla və yüzlərlə λ-da rentgen şüaları yalnız fotoemulsiyanın ən nazik səth qatına təsir edir; Filmin həssaslığını artırmaq üçün o, luminescent yağlarla həssaslaşdırılır. Rentgen diaqnostikasında və qüsurların aşkarlanmasında bəzən rentgen şüalarını qeyd etmək üçün elektrofotoqrafiyadan istifadə olunur.
Yüksək intensivlikli rentgen şüaları ionlaşma kamerasından istifadə etməklə qeydə alına bilər
2.4 Rentgen şüalarından istifadə
X-şüaları tibbdə rentgen diaqnostikası üçün ən çox istifadə olunur.
X-ray struktur analizi
X-ray mikroskopiyası
Kosmosdan gələn rentgen şüaları kosmik cisimlərin kimyəvi tərkibi və kosmosda baş verən fiziki proseslər haqqında məlumat daşıyır. Rentgen astronomiyası kosmik rentgen şüalarını öyrənir.
Fəsil 3. Metallurgiyada rentgen şüalarının tətbiqi
X-şüalarının difraksiya analizinin əsas vəzifələrindən biri materialın materialını və ya faza tərkibini müəyyən etməkdir. X-şüalarının difraksiya üsulu birbaşadır və yüksək etibarlılığı, sürəti və nisbi ucuzluğu ilə xarakterizə olunur. Metod böyük miqdarda maddə tələb etmir, analiz hissəni məhv etmədən həyata keçirilə bilər. Keyfiyyətli faza analizinin tətbiqi sahələri həm tədqiqat, həm də istehsalatda nəzarət üçün çox müxtəlifdir. Siz metallurgiya istehsalının başlanğıc materiallarının tərkibini, sintez məhsullarını, emalını, istilik və kimyəvi-termik müalicə zamanı faza dəyişikliklərinin nəticəsini yoxlamaq, müxtəlif örtükləri, nazik təbəqələri və s.
Öz kristal quruluşuna malik olan hər bir faza, maksimumdan və aşağıdan yalnız bu fazaya xas olan d/n planarası məsafələrin müəyyən diskret qiymətləri ilə xarakterizə olunur. Wulff-Bragg tənliyindən aşağıdakı kimi, planlararası məsafənin hər bir qiyməti müəyyən bir θ bucaq altında (verilmiş dalğa uzunluğu λ üçün) polikristal nümunədən rentgen şüalarının difraksiya nümunəsindəki xəttə uyğundur. Beləliklə, rentgen şüalarının difraksiya modelində hər bir faza üçün planlararası məsafələrin müəyyən dəsti müəyyən xətlər sisteminə (difraksiya maksimalları) uyğun olacaq. X-şüalarının difraksiya modelində bu xətlərin nisbi intensivliyi ilk növbədə fazanın strukturundan asılıdır. Buna görə də, rentgen təsvirindəki xətlərin yerini təyin etməklə (onun bucağı θ) və rentgen şəklinin çəkildiyi radiasiyanın dalğa uzunluğunu bilməklə, təyyarələrarası məsafələrin dəyərlərini müəyyən edə bilərik d/ n Wulff-Bragg düsturundan istifadə edərək:
/n = λ/ (2sin θ). (1)
Tədqiq olunan material üçün d/n toplusunu təyin etməklə və onu təmiz maddələr və onların müxtəlif birləşmələri üçün əvvəllər məlum olan d/n məlumatları ilə müqayisə etməklə verilmiş materialın hansı fazadan ibarət olduğunu müəyyən etmək olar. Vurğulamaq lazımdır ki, kimyəvi tərkib deyil, fazalar müəyyən edilir, lakin müəyyən bir fazanın elementar tərkibinə dair əlavə məlumatlar olduqda sonuncunu bəzən müəyyən etmək olar. Tədqiq olunan materialın kimyəvi tərkibi məlum olarsa, keyfiyyət faza analizinin vəzifəsi xeyli sadələşir, çünki bu halda verilmiş halda mümkün fazalar haqqında ilkin fərziyyələr irəli sürmək olar.
Faza təhlili üçün əsas şey d/n və xəttin intensivliyini dəqiq ölçməkdir. Prinsipcə buna difraktometrdən istifadə etməklə nail olmaq daha asan olsa da, keyfiyyət analizi üçün fotometod ilk növbədə həssaslıq (nümunədə az miqdarda fazanın mövcudluğunu aşkar etmək imkanı), eləcə də ölçmə metodunun sadəliyi baxımından bəzi üstünlüklərə malikdir. eksperimental texnika.
X-şüalarının difraksiya nümunəsindən d/n-nin hesablanması Vulf-Braqq tənliyindən istifadə etməklə həyata keçirilir.
Bu tənlikdə λ dəyəri adətən λ α orta K seriyasında istifadə olunur:
λ α av = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)
Bəzən K α1 xətti istifadə olunur. Rentgen fotoşəkillərinin bütün xətləri üçün θ difraksiya bucaqlarının müəyyən edilməsi (1) tənliyindən və ayrı-ayrı β-xəttlərindən istifadə edərək (əgər (β-şüaları) filtr olmadıqda) d/n-ni hesablamağa imkan verir.
3.1 Kristal strukturunun qüsurlarının təhlili
Bütün real monokristal və xüsusən də polikristal materiallarda müəyyən struktur qüsurları (nöqtə qüsurları, dislokasiyalar, müxtəlif növ interfeyslər, mikro və makro gərginliklər) vardır ki, bunlar bütün struktura həssas xüsusiyyətlərə və proseslərə çox güclü təsir göstərir.
Struktur qüsurları müxtəlif növ pozuntulara səbəb olur kristal qəfəs və nəticədə müxtəlif növlər difraksiya modelində dəyişikliklər: atomlararası və planlararası məsafələrin dəyişməsi difraksiya maksimallarının yerdəyişməsinə səbəb olur, mikrogərginliklər və alt quruluş dispersiyası difraksiya maksimallarının genişlənməsinə, şəbəkənin mikrotəhrifləri bu maksimalların intensivliyinin dəyişməsinə, dislokasiyaların olması səbəb olur. rentgen şüalarının keçməsi zamanı baş verən hadisələr və nəticədə rentgen topoqramlarında kontrastın yerli qeyri-homogenliyi və s.
Nəticədə, rentgen şüalarının difraksiya təhlili struktur qüsurlarını, onların növünü və konsentrasiyasını, paylanma xarakterini öyrənmək üçün ən informativ üsullardan biridir.
Stasionar difraktometrlərdə həyata keçirilən ənənəvi birbaşa rentgen difraksiya üsulu konstruksiya xüsusiyyətlərinə görə yalnız hissələrdən və ya cisimlərdən kəsilmiş kiçik nümunələrdə gərginliklərin və deformasiyaların kəmiyyətcə təyin edilməsinə imkan verir.
Buna görə də, hazırda stasionardan portativ kiçik ölçülü rentgen difraktometrlərinə keçid var ki, bu da hissələrin və ya obyektlərin materialında onların istehsalı və istismarı mərhələlərində məhv edilmədən gərginliklərin qiymətləndirilməsini təmin edir.
DRP * 1 seriyasının portativ rentgen difraktometrləri böyük hissələrdə, məhsullarda və strukturlarda qalıq və effektiv gərginlikləri məhv etmədən izləməyə imkan verir.
Windows mühitindəki proqram real vaxt rejimində “sin 2 ψ” metodundan istifadə etməklə təkcə gərginlikləri müəyyən etməyə deyil, həm də faza tərkibində və teksturasındakı dəyişiklikləri izləməyə imkan verir. Xətti koordinat detektoru 2θ = 43° difraksiya bucaqlarında eyni vaxtda qeydiyyatı təmin edir. Yüksək parlaqlığa və aşağı gücə (5 Vt) malik "Tülkü" tipli kiçik ölçülü rentgen boruları şüalanan ərazidən 25 sm məsafədə radiasiya səviyyəsinə bərabər olan cihazın radioloji təhlükəsizliyini təmin edir. təbii fon səviyyəsi. DRP seriyalı cihazlar bu texnoloji əməliyyatları optimallaşdırmaq üçün metalın formalaşmasının müxtəlif mərhələlərində, kəsmə, üyütmə, istilik müalicəsi, qaynaq, səthin bərkidilməsi zamanı gərginliklərin təyin edilməsində istifadə olunur. Xüsusilə kritik məmulatlarda və konstruksiyalarda onların istismarı zamanı yaranan qalıq sıxılma gərginliklərinin səviyyəsinin aşağı düşməsinə nəzarət məhsulu məhv edilməmişdən əvvəl istismardan çıxarmağa imkan verir, mümkün qəzaların və fəlakətlərin qarşısını alır.
3.2 Spektral analiz
Onun üçün materialın atom kristal quruluşunu və faza tərkibini təyin etməklə yanaşı tam xüsusiyyətləri Onun kimyəvi tərkibini müəyyən etmək məcburidir.
Bu məqsədlər üçün praktikada getdikcə daha çox spektral analizin müxtəlif sözdə instrumental üsullarından istifadə olunur. Onların hər birinin öz üstünlükləri və tətbiqləri var.
Bir çox hallarda mühüm tələblərdən biri istifadə olunan metodun təhlil edilən obyektin təhlükəsizliyini təmin etməsidir; Bu bölmədə məhz bu təhlil üsulları müzakirə olunur. Bu bölmədə təsvir edilən təhlil metodlarının seçildiyi növbəti meyar onların lokalizasiyasıdır.
Flüoresan rentgen spektral analiz metodu kifayət qədər sərt rentgen şüalarının (rentgen borusundan) təxminən bir neçə mikrometr qalınlığında bir təbəqəyə nüfuz edərək təhlil edilən obyektə nüfuz etməsinə əsaslanır. Obyektdə görünən xarakterik rentgen şüalanması onun kimyəvi tərkibi haqqında orta məlumat əldə etməyə imkan verir.
Bir maddənin elementar tərkibini müəyyən etmək üçün, bir rentgen borusunun anoduna yerləşdirilən və elektronlarla bombardmana məruz qalan bir nümunənin xarakterik rentgen şüalanması spektrinin təhlilindən - emissiya üsulundan və ya analizdən istifadə edə bilərsiniz. rentgen borusundan və ya digər mənbədən sərt rentgen şüaları ilə şüalanan nümunənin ikincil (flüoresan) rentgen şüalanmasının spektri - flüoresan üsul.
Emissiya metodunun dezavantajı, ilk növbədə, nümunəni rentgen borusunun anoduna yerləşdirmək və sonra vakuum nasosları ilə pompalamaq ehtiyacıdır; Aydındır ki, bu üsul əriyən və uçucu maddələr üçün uyğun deyil. İkinci çatışmazlıq, hətta odadavamlı obyektlərin elektron bombardmanı nəticəsində zədələnməsi ilə bağlıdır. Floresan üsulu bu çatışmazlıqlardan azaddır və buna görə də daha geniş tətbiq sahəsinə malikdir. Floresan metodunun üstünlüyü həm də analizin həssaslığını yaxşılaşdıran bremsstrahlung radiasiyasının olmamasıdır. Ölçülmüş dalğa uzunluqlarının kimyəvi elementlərin spektral xətlərinin cədvəlləri ilə müqayisəsi keyfiyyət analizinin əsasını, nümunə maddəni təşkil edən müxtəlif elementlərin spektral xətlərinin intensivliyinin nisbi qiymətləri isə kəmiyyət analizinin əsasını təşkil edir. Xarakterik rentgen şüalarının həyəcanlanma mexanizminin tədqiqindən aydın olur ki, bu və ya digər seriyanın şüalanması (K və ya L, M və s.) eyni vaxtda yaranır və silsilə daxilində xətt intensivliklərinin nisbətləri həmişə sabit olur. . Buna görə də, bu və ya digər elementin mövcudluğu ayrı-ayrı sətirlərlə deyil, bütövlükdə bir sıra sətirlərlə (müəyyən elementin məzmunu nəzərə alınmaqla ən zəif olanlar istisna olmaqla) müəyyən edilir. Nisbətən yüngül elementlər üçün K seriyalı xətlərin təhlili istifadə olunur, ağır elementlər üçün - L seriyalı xətlər; V müxtəlif şərtlər(istifadə olunan avadanlıqdan və təhlil edilən elementlərdən asılı olaraq) xarakterik spektrin müxtəlif sahələri ən əlverişli ola bilər.
Rentgen spektral analizinin əsas xüsusiyyətləri aşağıdakılardır.
X-şüalarının xarakterik spektrlərinin sadəliyi hətta ağır elementlər üçün də (optik spektrlərlə müqayisədə) analizi asanlaşdırır (xəttlərin azlığı; onların nisbi düzülüşündə oxşarlıq; sıra sayının artması ilə spektrin təbii yerdəyişməsi baş verir) qısa dalğalı bölgəyə, kəmiyyət analizinin müqayisəli sadəliyi).
Dalğa uzunluqlarının təhlil edilən elementin atomlarının vəziyyətindən (sərbəst və ya kimyəvi birləşmədə) müstəqilliyi. Bu, xarakterik rentgen şüalarının görünüşü, əksər hallarda atomların ionlaşma dərəcəsindən asılı olaraq praktiki olaraq dəyişməyən daxili elektron səviyyələrin həyəcanlanması ilə əlaqədardır.
Xarici qabıqların elektron quruluşunun oxşarlığına görə optik diapazonda spektrlərdə kiçik fərqlərə malik olan və kimyəvi xassələri ilə çox az fərqlənən nadir torpaq və bəzi digər elementləri təhlil edərkən ayırmaq qabiliyyəti.
X-şüaları flüoresan spektroskopiya üsulu "dağıdıcı deyil", buna görə də nazik nümunələri - nazik metal təbəqə, folqa və s. təhlil edərkən adi optik spektroskopiya metodundan üstünlüyə malikdir.
X-şüalarının flüoresan spektrometrləri metallurgiya müəssisələrində xüsusilə geniş istifadə olunur və onların arasında müəyyən edilmiş dəyərin 1% -dən az bir xəta ilə elementlərin (Na və ya Mg-dən U-ya qədər) sürətli kəmiyyət təhlilini təmin edən çoxkanallı spektrometrlər və ya kvantometrlər, həssaslıq həddi 10 -3 ... 10 -4% .
rentgen şüası
Rentgen şüalanmasının spektral tərkibinin təyini üsulları
Spektrometrlər iki növə bölünür: kristal-difraksiya və kristalsız.
X-şüalarının təbii difraksiya ızgarasından - kristaldan istifadə edərək spektrə parçalanması, şüşə üzərində dövri xətlər şəklində süni difraksiya ızgarasından istifadə edərək adi işıq şüalarının spektrini əldə etməyə mahiyyətcə oxşardır. Difraksiya maksimumunun əmələ gəlməsi şərtini d hkl məsafəsi ilə ayrılmış paralel atom müstəviləri sistemindən “əks etmə” şərti kimi yazmaq olar.
Keyfiyyətli analiz apararkən, nümunədə müəyyən bir elementin mövcudluğunu bir xətt ilə mühakimə etmək olar - adətən müəyyən bir kristal analizator üçün uyğun olan spektral seriyanın ən sıx xətti. Kristal difraksiya spektrometrlərinin ayırdetmə qabiliyyəti dövri cədvəldə mövqedə qonşu olan cüt elementlərin xarakterik xətlərini ayırmaq üçün kifayətdir. Bununla belə, müxtəlif elementlərin müxtəlif xətlərinin üst-üstə düşməsini, eləcə də müxtəlif sıraların əks olunmasının üst-üstə düşməsini də nəzərə almalıyıq. Analitik xətləri seçərkən bu hal nəzərə alınmalıdır. Eyni zamanda, cihazın ayırdetmə qabiliyyətini yaxşılaşdırmaq imkanlarından istifadə etmək lazımdır.
Nəticə
Beləliklə, rentgen şüaları dalğa uzunluğu 10 5 - 10 2 nm olan görünməz elektromaqnit şüalanmadır. X-şüaları görünən işığa qeyri-şəffaf olan bəzi materiallara nüfuz edə bilər. Onlar maddədə sürətli elektronların ləngiməsi (fasiləsiz spektr) və elektronların atomun xarici elektron qabıqlarından daxili elektronlara keçidi zamanı (xətt spektri) yayılır. Rentgen şüalanmasının mənbələri bunlardır: rentgen borusu, bəzi radioaktiv izotoplar, sürətləndiricilər və elektron saxlama cihazları (sinxrotron şüalanması). Qəbuledicilər - fotofilm, flüoresan ekranlar, nüvə radiasiya detektorları. X-şüaları rentgen şüalarının difraksiya analizində, tibbdə, qüsurların aşkarlanmasında, rentgen spektral analizində və s.
nəzərə alaraq müsbət cəhətləri V.Rentgenin kəşfi, onun zərərli bioloji təsirini qeyd etmək lazımdır. Məlum oldu ki, rentgen şüalanması dərinin daha dərin və qalıcı zədələnməsi ilə müşayiət olunan şiddətli günəş yanığı (eritema) kimi bir şeyə səbəb ola bilər. Görünən xoralar çox vaxt xərçəngə çevrilir. Bir çox hallarda barmaqlar və ya əllər amputasiya edilməli olurdu. Ölənlər də olub.
Müəyyən edilmişdir ki, məruz qalma müddətini və dozasını azaltmaqla, qoruyucu (məsələn, qurğuşun) və pultlardan istifadə etməklə dərinin zədələnməsinin qarşısını almaq olar. Lakin rentgen şüalanmasının digər, daha uzunmüddətli nəticələri tədricən ortaya çıxdı, sonra bunlar təsdiqləndi və eksperimental heyvanlarda öyrənildi. X-şüalarının və digər ionlaşdırıcı şüalanmanın (radioaktiv materialların yaydığı qamma şüalanması kimi) yaratdığı təsirlərə aşağıdakılar daxildir:
) nisbətən kiçik artıq radiasiyadan sonra qanın tərkibində müvəqqəti dəyişikliklər;
) uzun müddətli həddindən artıq şüalanmadan sonra qanın tərkibində geri dönməz dəyişikliklər (hemolitik anemiya);
) xərçəng (leykemiya daxil olmaqla) hallarının artması;
) daha sürətli qocalma və erkən ölüm;
) kataraktların əmələ gəlməsi.
Rentgen şüalarının insan orqanizminə bioloji təsiri radiasiya dozasının səviyyəsi, həmçinin orqanizmin hansı orqanının şüalanmaya məruz qalması ilə müəyyən edilir.
Rentgen şüalarının insan orqanizminə təsiri haqqında biliklərin toplanması, müxtəlif istinad nəşrlərində dərc edilmiş icazə verilən şüalanma dozaları üçün milli və beynəlxalq standartların işlənib hazırlanmasına səbəb olmuşdur.
Qarşısını almaq üçün zərərli təsirlər Rentgen şüalanmasına nəzarət üsullarından istifadə olunur:
) adekvat avadanlığın olması,
) təhlükəsizlik qaydalarına riayət olunmasına nəzarət,
) avadanlıqdan düzgün istifadə.
İstifadə olunan mənbələrin siyahısı
1) Blokhin M.A., Fizika rentgen şüaları, 2-ci nəşr, M., 1957;
) Blokhin M.A., Methods of rentgen spektral tədqiqatlar, M., 1959;
) rentgen şüaları. şənbə. tərəfindən redaktə edilmişdir M.A. Blokhina, per. onunla. və İngilis dili, M., 1960;
) Xaraca F., Ümumi kurs X-ray mühəndisliyi, 3-cü nəşr, M. - L., 1966;
) Mirkin L.İ., Polikristalların rentgen struktur analizinə dair kitabça, M., 1961;
) Vainshtein E.E., Kahana M.M., X-ray spektroskopiyası üçün istinad cədvəlləri, M., 1953.
) rentgen və elektron-optik analiz. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Dərslik. Universitetlər üçün dərslik. - 4-cü nəşr. əlavə et. Və yenidən işlənmiş. - M.: "MISiS", 2002. - 360 s.
Tətbiqlər
Əlavə 1
Rentgen borularının ümumi görünüşü
Əlavə 2
Struktur analiz üçün rentgen boru diaqramı
Struktur analiz üçün rentgen borusunun diaqramı: 1 - metal anod kuboku (adətən torpaqlanmış); 2 - rentgen şüaları üçün berilyum pəncərələri; 3 - termion katod; 4 - borunun anod hissəsini katoddan təcrid edən şüşə kolba; 5 - filament gərginliyinin verildiyi katod terminalları, həmçinin yüksək (anoda nisbətən) gərginlik; 6 - elektrostatik elektron fokuslama sistemi; 7 - anod (anti-katod); 8 - anod kubokunu soyudan axan suyun giriş və çıxışı üçün borular.
Əlavə 3
Moseley diaqramı
X-ray radiasiyasının K-, L- və M seriyaları üçün Moseley diaqramı. Absis oxu Z elementinin seriya nömrəsini, ordinat oxu isə ( ilə- işıq sürəti).
Əlavə 4
İonlaşma kamerası.
Şəkil 1. Silindrik ionlaşma kamerasının en kəsiyi: 1 - mənfi elektrod kimi xidmət edən silindrik kamera gövdəsi; 2 - müsbət elektrod kimi xidmət edən silindrik çubuq; 3 - izolyatorlar.
düyü. 2. Cari ionlaşma kamerasını işə salmaq üçün sxem: V - kamera elektrodlarında gərginlik; G - ionlaşma cərəyanını ölçən qalvanometr.
düyü. 3. İonlaşma kamerasının cərəyan-gərginlik xarakteristikaları.
düyü. 4. Pulse ionlaşdırma kamerasının əlaqə sxemi: C - toplayıcı elektrodun tutumu; R - müqavimət.
Əlavə 5
Parıldayan sayğac.
Parıldayan əks dövrə: işıq kvantları (fotonlar) fotokatoddan elektronları “sökür”; dinoddan dinoda keçərək elektron uçqunu çoxalır.
Əlavə 6
Geiger-Muller sayğacı.
düyü. 1. Şüşə Geiger-Müller sayğacının diaqramı: 1 - hermetik bağlanmış şüşə boru; 2 - katod (paslanmayan polad boru üzərində nazik bir mis təbəqəsi); 3 - katod çıxışı; 4 - anod (nazik uzanan iplik).
düyü. 2. Geiger-Müller sayğacını birləşdirmək üçün sxem.
düyü. 3. Geiger-Müller sayğacının sayma xarakteristikası.
Əlavə 7
Proporsional sayğac.
Proporsional sayğacın sxemi: a - elektron sürüşmə bölgəsi; b - qazın artırılması bölgəsi.
Əlavə 8
Yarımkeçirici detektorlar
Yarımkeçirici detektorlar; Həssas sahə kölgə ilə vurğulanır; n - yarımkeçiricinin elektron keçiriciliyi ilə bölgəsi, p - deşik keçiriciliyi ilə, i - daxili keçiriciliyi ilə; a - silikon səthi maneə detektoru; b - drift germanium-litium planar detektor; c - germanium-litium koaksial detektor.
Radiologiya - bu xəstəlik nəticəsində yaranan rentgen şüalarının heyvanların və insanların orqanizminə təsirini, onların müalicəsi və qarşısının alınmasını, həmçinin rentgen şüalarından istifadə etməklə müxtəlif patologiyaların diaqnostika üsullarını (rentgen diaqnostikası) öyrənən radiologiyanın bir sahəsidir. . Tipik rentgen diaqnostik aparatına enerji təchizatı qurğusu (transformatorlar), elektrik şəbəkəsindən dəyişən cərəyanı daimi cərəyana çevirən yüksək gərginlikli rektifikator, idarəetmə paneli, stend və rentgen borusu daxildir.
Rentgen şüaları anod maddənin atomları ilə toqquşma anında sürətlənmiş elektronların kəskin yavaşlaması zamanı rentgen borusunda əmələ gələn elektromaqnit rəqslərinin bir növüdür. Hal-hazırda, ümumi qəbul edilən nöqteyi-nəzər ondan ibarətdir ki, rentgen şüaları fiziki təbiətinə görə şüalanma enerjisinin növlərindən biridir, spektrinə radio dalğaları, infraqırmızı şüalar, görünən işıq, ultrabənövşəyi şüalar və radioaktiv qamma şüaları da daxildir. elementləri. Rentgen şüalanması onun ən kiçik hissəciklərinin - kvantların və ya fotonların toplusu kimi xarakterizə edilə bilər.
düyü. 1 - mobil rentgen aparatı:
A - rentgen borusu;
B - enerji təchizatı cihazı;
B - tənzimlənən ştativ.
düyü. 2 - rentgen aparatının idarəetmə paneli (mexaniki - solda və elektron - sağda): A - ifşa və sərtliyin tənzimlənməsi üçün panel;
B - yüksək gərginlikli təchizatı düyməsi.
düyü. 3 - tipik bir rentgen aparatının blok diaqramı 1 - şəbəkə;
2 - avtotransformator;
3 - gücləndirici transformator;
4 - rentgen borusu;
5 - anod;
6 - katod;
7 - aşağı salınan transformator.
Rentgen şüalarının əmələ gəlməsi mexanizmi
X-şüaları sürətlənmiş elektron axınının anod maddəsi ilə toqquşması anında əmələ gəlir. Elektronlar bir hədəflə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, onların kinetik enerjisinin 99% -i istilik enerjisinə və yalnız 1% -i rentgen şüalanmasına çevrilir.
X-ray borusu iki elektrodun lehimləndiyi bir şüşə silindrdən ibarətdir: bir katod və bir anod. Şüşə balondan hava çıxarıldı: elektronların katoddan anoda doğru hərəkəti yalnız nisbi vakuum (10 -7 -10 -8 mm Hg) şəraitində mümkündür. Katodda sıx bir şəkildə bükülmüş volfram spiral olan bir filament var. Filamana elektrik cərəyanı tətbiq edildikdə, elektronların emissiyası baş verir ki, bu zaman elektronlar filamentdən ayrılır və katodun yaxınlığında elektron buludu əmələ gətirir. Bu bulud elektronların hərəkət istiqamətini təyin edən katodun fokuslanma qabında cəmləşmişdir. Kubok katodda kiçik bir depressiyadır. Anod, öz növbəsində, elektronların cəmləşdiyi volfram metal lövhəsini ehtiva edir - bu, rentgen şüalarının istehsal olunduğu yerdir.
düyü. 4 - rentgen borusu cihazı: A - katod; 
B - anod;
B - volfram filamenti;
G - katodun fokuslanma qabı;
D - sürətlənmiş elektronların axını;
E - volfram hədəfi;
F - şüşə kolba;
Z - berilliumdan hazırlanmış pəncərə;
Və - formalaşmış rentgen şüaları;
K - alüminium filtr.
Elektron boruya qoşulmuş 2 transformator var: aşağı endirici və yüksələn. Azaldıcı transformator volfram sarğısını aşağı gərginliklə (5-15 volt) qızdırır, nəticədə elektron emissiyası baş verir. Artan və ya yüksək gərginlikli transformator birbaşa 20-140 kilovolt gərginliklə təmin edilən katod və anoda uyğun gəlir. Hər iki transformator rentgen aparatının transformator yağı ilə doldurulmuş yüksək gərginlikli blokunda yerləşdirilir ki, bu da transformatorların soyumasını və onların etibarlı izolyasiyasını təmin edir.
Azaldıcı transformatordan istifadə edərək elektron buludu əmələ gəldikdən sonra gücləndirici transformator işə salınır və elektrik dövrəsinin hər iki qütbünə yüksək gərginlikli gərginlik tətbiq olunur: anoda müsbət impuls və mənfi impuls. katoda. Mənfi yüklü elektronlar mənfi yüklü katoddan dəf edilir və müsbət yüklü anoda meyl edir - bu potensial fərq hesabına yüksək hərəkət sürəti əldə edilir - 100 min km/s. Bu sürətlə elektronlar anodun volfram lövhəsini bombalayır, elektrik dövrəsini tamamlayır, nəticədə rentgen şüaları və istilik enerjisi yaranır.
X-şüaları şüalanma bremsstrahlung və xarakterik bölünür. Bremsstrahlung, volfram spiralının yaydığı elektronların sürətinin kəskin yavaşlaması səbəbindən baş verir. Xarakterik şüalanma atomların elektron qabıqlarının yenidən qurulması anında baş verir. Bu tiplərin hər ikisi anod maddənin atomları ilə sürətlənmiş elektronların toqquşması anında rentgen borusunda əmələ gəlir. X-ray borusunun emissiya spektri bremsstrahlung və xarakterik rentgen şüalarının superpozisiyasıdır.
düyü. 5 - bremsstrahlung rentgen şüalanmasının əmələ gəlmə prinsipi.
düyü. 6 - xarakterik rentgen şüalanmasının formalaşması prinsipi.
Rentgen şüalanmasının əsas xassələri
- X-şüaları gözə görünməzdir.
- Rentgen şüaları canlı orqanizmin orqan və toxumalarına, eləcə də sıx strukturlara yüksək nüfuzetmə qabiliyyətinə malikdir. cansız təbiət, görünən işıq şüalarını ötürməyin.
- X-şüaları flüoresan adlanan bəzi kimyəvi birləşmələrin parlamasına səbəb olur.
- Sink və kadmium sulfidləri sarı-yaşıl floresan edir,
- Kalsium volfram kristalları bənövşəyi-mavi rəngdədir.
Elektromaqnit vibrasiya şkalası
X-şüaları müəyyən dalğa uzunluğuna və titrəmə tezliyinə malikdir. Dalğa uzunluğu (λ) və salınım tezliyi (ν) aşağıdakı əlaqə ilə əlaqələndirilir: λ ν = c, burada c işığın sürətidir, saniyədə 300.000 km-ə yuvarlaqlaşdırılır. Rentgen şüalarının enerjisi E = h ν düsturu ilə müəyyən edilir, burada h Plank sabitidir, 6,626 10 -34 J⋅s-ə bərabər universal sabitdir. Şüaların dalğa uzunluğu (λ) onların enerjisinə (E) nisbəti ilə bağlıdır: λ = 12.4 / E.
X-şüalarının şüalanması dalğa uzunluğu (cədvələ bax) və kvant enerjisi ilə digər elektromaqnit salınımlarından fərqlənir. Dalğa uzunluğu nə qədər qısa olarsa, onun tezliyi, enerjisi və nüfuzetmə gücü bir o qədər yüksək olar. X-şüalarının dalğa uzunluğu diapazondadır
. X-ray radiasiyasının dalğa uzunluğunu dəyişdirərək onun nüfuzetmə qabiliyyətini tənzimləmək olar. X-şüaları çox qısa dalğa uzunluğuna malikdir, lakin yüksək vibrasiya tezliyinə malikdir və buna görə də insan gözü üçün görünməzdir. Nəhəng enerjisi sayəsində kvantlar böyük nüfuzetmə gücünə malikdirlər ki, bu da rentgen şüalarının tibbdə və digər elmlərdə istifadəsini təmin edən əsas xüsusiyyətlərdən biridir.Rentgen şüalanmasının xüsusiyyətləri
İntensivlik- rentgen şüalanmasının kəmiyyət xarakteristikası, zaman vahidi üçün borunun buraxdığı şüaların sayı ilə ifadə edilir. Rentgen şüalarının intensivliyi milliamperlərlə ölçülür. Bunu adi bir közərmə lampasından görünən işığın intensivliyi ilə müqayisə edərək, bir bənzətmə çəkə bilərik: məsələn, 20 vattlıq bir lampa bir intensivliklə və ya güclə, 200 vattlıq lampa isə digəri ilə parlayacaq. işığın özünün keyfiyyəti (onun spektri) eynidir. X-şüasının intensivliyi əsasən onun miqdarıdır. Hər bir elektron anodda bir və ya daha çox radiasiya kvantı yaradır, buna görə də obyekti ifşa edərkən rentgen şüalarının sayı anoda meyl edən elektronların sayını və volfram hədəfinin atomları ilə elektronların qarşılıqlı təsirlərinin sayını dəyişdirməklə tənzimlənir. , bu iki yolla edilə bilər:
- Bir pilləli transformatordan istifadə edərək katod spiralının qızdırılması dərəcəsini dəyişdirərək (emissiya zamanı yaranan elektronların sayı volfram spiralının nə qədər isti olduğundan, şüalanma kvantlarının sayı isə elektronların sayından asılı olacaq);
- Gücləndirici transformator tərəfindən verilən yüksək gərginliyin ölçüsünü borunun qütblərinə - katod və anoda dəyişdirməklə (borunun qütblərinə nə qədər yüksək gərginlik verilirsə, elektronlar bir o qədər çox kinetik enerji alır, bu da , enerjilərinə görə anod maddənin bir neçə atomu ilə növbə ilə qarşılıqlı təsir göstərə bilər - bax. düyü. 5; aşağı enerjili elektronlar daha az qarşılıqlı təsirə girə biləcəklər).
X-şüalarının intensivliyi (anod cərəyanı) məruz qalma müddətinə (borunun işləmə müddəti) vurulan rentgen şüalarına uyğundur, mAs (saniyədə milliamper) ilə ölçülür. Ekspozisiya, intensivlik kimi, rentgen borusunun buraxdığı şüaların sayını xarakterizə edən bir parametrdir. Yeganə fərq ondadır ki, məruz qalma borunun işləmə müddətini də nəzərə alır (məsələn, boru 0,01 saniyə işləyirsə, şüaların sayı bir olacaq və 0,02 saniyədirsə, şüaların sayı olacaq. fərqli - iki dəfə çox). Radiasiyaya məruz qalma, müayinənin növündən, müayinə olunan obyektin ölçüsündən və diaqnostik vəzifədən asılı olaraq rentgen aparatının idarəetmə panelində radioloq tərəfindən təyin edilir.
Sərtlik- rentgen şüalanmasının keyfiyyət xüsusiyyətləri. Borudakı yüksək gərginliyin böyüklüyü ilə ölçülür - kilovoltlarla. X-şüalarının nüfuzetmə gücünü təyin edir. O, gücləndirici transformator tərəfindən rentgen borusuna verilən yüksək gərginliklə tənzimlənir. Borunun elektrodları arasında potensial fərq nə qədər yüksək olarsa, elektronlar bir o qədər çox qüvvə ilə katoddan itilir və anoda doğru tələsir və onların anodla toqquşması bir o qədər güclü olur. Onların toqquşması nə qədər güclü olarsa, yaranan rentgen şüalarının dalğa uzunluğu bir o qədər qısa olar və bu dalğanın nüfuzetmə qabiliyyəti bir o qədər yüksək olar (və ya intensivlik kimi idarəetmə panelində gərginlik parametri ilə tənzimlənən şüalanmanın sərtliyi) boru - kilovoltaj).
λ - dalğa uzunluğu; 
düyü. 7 - Dalğa uzunluğunun dalğa enerjisindən asılılığı:
E - dalğa enerjisi 
düyü. 8 - X-ray borusundakı gərginlik və nəticədə rentgen şüalanmasının dalğa uzunluğu arasında əlaqə:
Rentgen borularının təsnifatı
- Məqsədinə görə
- Diaqnostik
- Terapevtik
- Struktur təhlili üçün
- Şəffaflıq üçün
- Dizaynla
- Diqqətlə
- Tək fokus (katodda bir spiral və anodda bir fokus nöqtəsi)
- Bifokal (katodda müxtəlif ölçülü iki spiral və anodda iki fokus nöqtəsi var)
- Anod növünə görə
- Stasionar (sabit)
- Fırlanan
X-şüaları yalnız rentgen diaqnostik məqsədlər üçün deyil, həm də müalicəvi məqsədlər üçün istifadə olunur. Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, rentgen şüalarının şiş hüceyrələrinin böyüməsini boğmaq qabiliyyəti ondan istifadə etməyə imkan verir. radiasiya terapiyası onkoloji xəstəliklər. Tibbi tətbiq sahəsi ilə yanaşı, rentgen şüalanması mühəndislik, materialşünaslıq, kristalloqrafiya, kimya və biokimyada geniş tətbiq tapmışdır: məsələn, müxtəlif məhsullarda (relslərdə, qaynaqlarda və s.) struktur qüsurlarını müəyyən etmək mümkündür. rentgen şüalarından istifadə etməklə. Bu tip tədqiqatlar qüsurların aşkarlanması adlanır. Hava limanlarında, qatar stansiyalarında və digər izdihamlı yerlərdə rentgen televiziyası introskopları təhlükəsizlik məqsədləri üçün əl yükünü və baqajı skan etmək üçün fəal şəkildə istifadə olunur.
Anodun növündən asılı olaraq, rentgen boruları dizaynda fərqlənir. Elektronların kinetik enerjisinin 99% -i istilik enerjisinə çevrildiyinə görə borunun istismarı zamanı anodun əhəmiyyətli dərəcədə istiləşməsi baş verir - həssas volfram hədəfi tez-tez yanır. Müasir rentgen borularında anod fırlanma yolu ilə soyudulur. Fırlanan anod, volfram hədəfinin yerli həddindən artıq istiləşməsinin qarşısını alaraq, istiliyi bütün səthinə bərabər paylayan bir disk formasına malikdir.
Rentgen borularının konstruksiyası fokus baxımından da fərqlənir. Fokus nöqtəsi işləyən rentgen şüasının yarandığı anod sahəsidir. Həqiqi fokus nöqtəsinə və effektiv fokus nöqtəsinə bölünür ( düyü. 12). Anod bucaqlı olduğundan, effektiv fokus nöqtəsi faktiki olandan kiçikdir. Şəkil sahəsinin ölçüsündən asılı olaraq müxtəlif fokus ləkə ölçüləri istifadə olunur. Necə daha böyük sahəşəkil, fokus nöqtəsi daha geniş olmalıdır ki, şəklin bütün sahəsini əhatə etsin. Bununla belə, daha kiçik bir fokus nöqtəsi daha yaxşı görüntü aydınlığı yaradır. Buna görə də, kiçik şəkillər istehsal edərkən, qısa bir filament istifadə olunur və elektronlar anodun kiçik bir hədəf sahəsinə yönəldilir və daha kiçik bir fokus nöqtəsi yaradır.
düyü. 9 - stasionar anodlu rentgen borusu.
düyü. 10 - fırlanan anodlu rentgen borusu.
düyü. 11 - fırlanan anodlu rentgen borusu cihazı.
düyü. 12 real və effektiv fokus nöqtəsinin formalaşmasının diaqramıdır.