الأشعة السينية

الأشعة السينية تحتل منطقة الطيف الكهرومغناطيسي بين أشعة جاما والأشعة فوق البنفسجية وتمثل الإشعاع الكهرومغناطيسي بطول موجي من 10 -14 إلى 10 -7 م. في الطب ، يتم استخدام إشعاع الأشعة السينية بطول موجي من 5 × 10-12 إلى 2.5 × 10-10 م ، أي 0.05 - 2.5 أنغسمتريم ، وفي الواقع لتشخيص الأشعة السينية - 0.1. الإشعاع هو تيار من الكميات (الفوتونات) ينتشر في خط مستقيم بسرعة الضوء (300000 كم / ثانية). هذه الكميات ليس لها شحنة كهربائية. كتلة الكم هي جزء ضئيل من وحدة الكتلة الذرية.

طاقة الكميقاس بالجول (J) ، لكن في الممارسة العملية غالبًا ما يستخدمون وحدة خارج النظام "الكترون فولت" (eV) . إلكترون واحد فولت هو الطاقة التي يكتسبها إلكترون واحد عندما يمر عبر فرق جهد قدره 1 فولت في مجال كهربائي. 1 فولت \ u003d 1.6 10 ~ 19 ج.المشتقات هي كيلو إلكترون فولت (keV) ، يساوي ألف فولت ، وميجا إلكترون فولت (MeV) ، يساوي مليون فولت.

يتم الحصول على الأشعة السينية باستخدام أنابيب الأشعة السينية والمسرعات الخطية والبيتاترونات. في أنبوب الأشعة السينية ، يعمل فرق الجهد بين الكاثود والأنود المستهدف (عشرات الكيلوفولت) على تسريع الإلكترونات التي تقذف الأنود. ينشأ إشعاع الأشعة السينية عندما تتباطأ الإلكترونات السريعة في المجال الكهربائي لذرات مادة الأنود (bremsstrahlung) أو عند إعادة ترتيب الأصداف الداخلية للذرات (الإشعاع المميز) . الأشعة السينية المميزة له طابع منفصل ويحدث عندما تمر إلكترونات ذرات مادة الأنود من مستوى طاقة إلى آخر تحت تأثير الإلكترونات الخارجية أو كمات الإشعاع. الأشعة السينية Bremsstrahlung له طيف مستمر اعتمادًا على جهد الأنود في أنبوب الأشعة السينية. عند التباطؤ في مادة الأنود ، تنفق الإلكترونات معظم طاقتها على تسخين القطب الموجب (99٪) ويتم تحويل جزء صغير فقط (1٪) إلى طاقة الأشعة السينية. في تشخيص الأشعة السينية ، غالبًا ما يتم استخدام bremsstrahlung.

الخصائص الأساسية للأشعة السينية هي خصائص كل الإشعاع الكهرومغناطيسي ، ولكن هناك بعض الميزات. للأشعة السينية الخصائص التالية:

- الخفاء - الخلايا الحساسة لشبكية العين لا تتفاعل مع الأشعة السينية ، لأن طولها الموجي أصغر بآلاف المرات من الضوء المرئي ؛

- انتشار مستقيم - الأشعة تنكسر ، مستقطبة (تنتشر في مستوى معين) وتنحرف ، مثل الضوء المرئي. يختلف معامل الانكسار قليلاً عن الوحدة ؛

- قوة اختراق - تخترق دون امتصاص كبير من خلال طبقات كبيرة من مادة غير شفافة للضوء المرئي. كلما كان الطول الموجي أقصر ، زادت قوة اختراق الأشعة السينية ؛

- الامتصاص - لديها القدرة على أن تمتصها أنسجة الجسم ، وهذا هو أساس جميع تشخيصات الأشعة السينية. تعتمد القدرة على الامتصاص على الثقل النوعي للأنسجة (كلما زاد الامتصاص) ؛ على سمك الجسم. على صلابة الإشعاع.

- عمل فوتوغرافي - تحلل مركبات هاليد الفضة ، بما في ذلك تلك الموجودة في المستحلبات الفوتوغرافية ، مما يجعل من الممكن الحصول على الأشعة السينية ؛

- تأثير الانارة - يتسبب في تألق عدد من المركبات الكيميائية (الفوسفور) ، وهذا هو أساس تقنية نقل الأشعة السينية. تعتمد شدة التوهج على بنية المادة الفلورية وكميتها وبعدها عن مصدر الأشعة السينية. تستخدم الفوسفور ليس فقط للحصول على صورة للأشياء قيد الدراسة على شاشة الفلوروسكوب ، ولكن أيضًا في التصوير الشعاعي ، حيث تتيح زيادة التعرض للإشعاع لفيلم تصوير إشعاعي في شريط كاسيت بسبب استخدام شاشات تكثيف ، الطبقة السطحية منها مصنوعة من مواد فلورية ؛

- عمل التأين - لديها القدرة على التسبب في اضمحلال الذرات المحايدة إلى جسيمات موجبة وسالبة الشحنة ، يعتمد قياس الجرعات على هذا. تأثير التأين في أي وسيط هو تكوين الأيونات الموجبة والسالبة فيه ، وكذلك الإلكترونات الحرة من الذرات والجزيئات المحايدة للمادة. يؤدي تأين الهواء في غرفة الأشعة السينية أثناء تشغيل أنبوب الأشعة السينية إلى زيادة التوصيل الكهربائي للهواء ، وزيادة الشحنات الكهربائية الساكنة على أجسام المقصورة. من أجل القضاء على مثل هذا التأثير غير المرغوب فيه في غرف الأشعة السينية ، يتم توفير الإمداد القسري وتهوية العادم ؛

- العمل البيولوجي - لها تأثير على الكائنات البيولوجية ، في معظم الحالات يكون هذا التأثير ضارًا ؛

- قانون التربيع العكسي - بالنسبة لمصدر نقطة لإشعاع الأشعة السينية ، تقل شدته بما يتناسب مع مربع المسافة إلى المصدر.

يستخدم الطب الحديث العديد من الأطباء للتشخيص والعلاج. تم استخدام بعضها مؤخرًا نسبيًا ، بينما تم ممارسة البعض الآخر لأكثر من اثني عشر أو حتى مئات السنين. أيضًا ، منذ مائة وعشرة أعوام ، اكتشف ويليام كونراد رونتجن الأشعة السينية المذهلة ، والتي أحدثت صدىًا كبيرًا في العالم العلمي والطب. والآن يستخدمها الأطباء في جميع أنحاء الكوكب في ممارساتهم. سيكون موضوع محادثتنا اليوم هو الأشعة السينية في الطب ، وسنناقش تطبيقها بمزيد من التفصيل.

الأشعة السينية هي أحد أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي. تتميز بخصائص اختراق كبيرة ، والتي تعتمد على الطول الموجي للإشعاع ، وكذلك على كثافة وسمك المواد المشعة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تسبب الأشعة السينية توهجًا لعدد من المواد ، وتؤثر على الكائنات الحية ، وتؤين الذرات ، وتحفز أيضًا بعض التفاعلات الكيميائية الضوئية.

استخدام الأشعة السينية في الطب

حتى الآن ، تسمح خصائص الأشعة السينية باستخدامها على نطاق واسع في تشخيص الأشعة السينية والعلاج بالأشعة السينية.

تشخيص الأشعة السينية

يتم استخدام تشخيص الأشعة السينية عند إجراء:

الأشعة السينية (الإرسال) ؛
- التصوير الشعاعي (الصورة) ؛
- التصوير الفلوري
- الأشعة السينية والتصوير المقطعي.

التنظير

لإجراء مثل هذه الدراسة ، يحتاج المريض إلى وضع نفسه بين أنبوب الأشعة السينية وشاشة الفلورسنت الخاصة. يختار أخصائي الأشعة الصلابة المطلوبة للأشعة السينية ، ويتلقى على الشاشة صورة للأعضاء الداخلية ، وكذلك الأضلاع.

التصوير الشعاعي

في هذه الدراسة ، يتم وضع المريض على شريط يحتوي على فيلم خاص. يتم وضع جهاز الأشعة السينية فوق الجسم مباشرة. نتيجة لذلك ، تظهر صورة سلبية للأعضاء الداخلية على الفيلم ، والتي تحتوي على عدد من التفاصيل الدقيقة ، أكثر تفصيلاً مما كانت عليه أثناء الفحص التنظيري.

التصوير الفلوري

أجريت هذه الدراسة خلال الفحوصات الطبية الجماعية للسكان ، بما في ذلك الكشف عن مرض السل. في الوقت نفسه ، تُعرض صورة من شاشة كبيرة على فيلم خاص.

الأشعة المقطعية

عند إجراء التصوير المقطعي ، تساعد أشعة الكمبيوتر في الحصول على صور للأعضاء في عدة أماكن في وقت واحد: في أقسام عرضية مختارة خصيصًا من الأنسجة. تسمى سلسلة الأشعة السينية هذه بالتصوير المقطعي.

التصوير المقطعي المحوسب

تسمح لك هذه الدراسة بتسجيل أجزاء من جسم الإنسان باستخدام ماسح الأشعة السينية. بعد إدخال البيانات في الكمبيوتر ، يتم الحصول على صورة واحدة في المقطع العرضي.

تعتمد كل طريقة من طرق التشخيص المدرجة على خصائص حزمة الأشعة السينية لإضاءة الفيلم ، وكذلك على حقيقة أن الأنسجة البشرية والهيكل العظمي تختلف في نفاذية مختلفة لتأثيراتها.

العلاج بالأشعة السينية

قدرة الأشعة السينية على التأثير بطريقة خاصةعلى الأنسجة يستخدم لعلاج تكوينات الورم. في الوقت نفسه ، تكون الصفات المؤينة لهذا الإشعاع ملحوظة بشكل نشط بشكل خاص عند تعرضها لخلايا قادرة على الانقسام السريع. هذه هي الصفات التي تميز خلايا تكوينات الأورام الخبيثة.

ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن العلاج بالأشعة السينية يمكن أن يسبب الكثير من الخطورة آثار جانبية. يؤثر هذا التأثير بقوة على حالة الجهاز المكونة للدم والغدد الصماء والجهاز المناعي ، حيث تنقسم الخلايا أيضًا بسرعة كبيرة. التأثير العدواني عليهم يمكن أن يسبب علامات داء الإشعاع.

تأثير أشعة إكس على الإنسان

أثناء دراسة الأشعة السينية ، وجد الأطباء أنها يمكن أن تؤدي إلى تغيرات في الجلد تشبه حروق الشمس ، ولكنها مصحوبة بتلف أعمق للجلد. تلتئم هذه القرحة لفترة طويلة جدًا. لقد وجد العلماء أنه يمكن تجنب مثل هذه الآفات عن طريق تقليل وقت وجرعة الإشعاع ، وكذلك استخدام طرق الحماية الخاصة والتحكم عن بعد.

يمكن أن يظهر التأثير العدواني للأشعة السينية أيضًا على المدى الطويل: تغييرات مؤقتة أو دائمة في تكوين الدم ، وقابلية للإصابة بسرطان الدم والشيخوخة المبكرة.

يعتمد تأثير الأشعة السينية على الإنسان على عدة عوامل: على العضو الذي يتم تشعيعه ، وإلى متى. يمكن أن يؤدي تشعيع الأعضاء المكونة للدم إلى أمراض الدم ، ويمكن أن يؤدي التعرض للأعضاء التناسلية إلى العقم.

إن إجراء التشعيع المنتظم محفوف بتطور التغيرات الجينية في الجسم.

الضرر الحقيقي للأشعة السينية في تشخيصات الأشعة السينية

أثناء الفحص ، يستخدم الأطباء أقل قدر ممكن من الأشعة السينية. تلبي جميع جرعات الإشعاع معايير معينة مقبولة ولا يمكن أن تؤذي أي شخص. يشكل تشخيص الأشعة السينية خطرًا كبيرًا على الأطباء الذين يجرونه فقط. ومن ثم تساعد طرق الحماية الحديثة على تقليل عدوان الأشعة إلى الحد الأدنى.

تشمل أكثر طرق التشخيص الإشعاعي أمانًا التصوير الشعاعي للأطراف ، وكذلك الأشعة السينية للأسنان. في المكان التالي من هذا التصنيف هو التصوير الشعاعي للثدي ، يليه التصوير المقطعي المحوسب ، وبعده هو التصوير الشعاعي.

من أجل أن يعود استخدام الأشعة السينية في الطب بالفائدة على الشخص فقط ، من الضروري إجراء بحث بمساعدتهم فقط وفقًا للإشارات.

الأشعة السينية هي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي الطاقة. يتم استخدامه بنشاط في مختلف فروع الطب.

الأشعة السينية هي موجات كهرومغناطيسية تكون طاقتها الفوتونية على مقياس الموجات الكهرومغناطيسية بين الأشعة فوق البنفسجية وإشعاع غاما (من ~ 10 فولت إلى ~ 1 إلكترون فولت) ، والتي تتوافق مع أطوال موجية من ~ 10 ^ 3 إلى ~ 10 ^ −2 أنجستروم (من ~ 10 ^ −7 إلى ~ 10 ^ −12 م). أي أنه إشعاع أصعب بما لا يقاس من الضوء المرئي ، والذي يقع على هذا النطاق بين الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء ("الحرارية").

يتم تمييز الحدود بين الأشعة السينية وأشعة جاما بشكل مشروط: تتقاطع نطاقاتها ، ويمكن أن يكون لأشعة جاما طاقة 1 كيلو إلكترون فولت. وهي تختلف في الأصل: تنبعث أشعة غاما أثناء العمليات التي تحدث في النوى الذرية ، بينما تنبعث الأشعة السينية أثناء العمليات التي تنطوي على إلكترونات (حرة وتلك الموجودة في غلاف الإلكترون للذرات). في الوقت نفسه ، من المستحيل تحديد الفوتون نفسه الذي نشأت خلاله العملية ، أي أن التقسيم إلى نطاقات الأشعة السينية وغاما عشوائي إلى حد كبير.

ينقسم نطاق الأشعة السينية إلى "أشعة سينية ناعمة" و "صلبة". تقع الحدود بينهما عند مستوى الطول الموجي لـ 2 أنجستروم و 6 كيلو فولت من الطاقة.

مولد الأشعة السينية عبارة عن أنبوب يتم فيه إنشاء فراغ. هناك أقطاب كهربائية - كاثود ، يتم تطبيق شحنة سالبة عليه ، وأنود موجب الشحنة. الجهد بينهما هو عشرات إلى مئات الكيلوفولت. يحدث توليد فوتونات الأشعة السينية عندما "تنفصل" الإلكترونات عن الكاثود وتصطدم بسطح الأنود بسرعة عالية. يُطلق على إشعاع الأشعة السينية الناتج اسم “bremsstrahlung” ، وللفوتونات أطوال موجية مختلفة.

في نفس الوقت ، يتم إنشاء فوتونات الطيف المميز. جزء من الإلكترونات في ذرات مادة الأنود متحمس ، أي أنه يذهب إلى مدارات أعلى ، ثم يعود إلى حالته الطبيعية ، ويصدر فوتونات ذات طول موجي معين. يتم إنتاج كلا النوعين من الأشعة السينية في مولد قياسي.

تاريخ الاكتشاف

في 8 نوفمبر 1895 ، اكتشف العالم الألماني فيلهلم كونراد رونتجن أن بعض المواد ، تحت تأثير "أشعة الكاثود" ، أي تدفق الإلكترونات المتولدة من أنبوب أشعة الكاثود ، تبدأ في التوهج. وفسر هذه الظاهرة بتأثير بعض الأشعة السينية - لذلك ("الأشعة السينية") يسمى هذا الإشعاع الآن في العديد من اللغات. في وقت لاحق ، قام ف. درس رونتجن الظاهرة التي اكتشفها. في 22 ديسمبر 1895 ، ألقى محاضرة حول هذا الموضوع في جامعة فورتسبورغ.

في وقت لاحق تبين أن الأشعة السينية قد لوحظت من قبل ، ولكن الظواهر المرتبطة بها لم تعط أهمية كبيرة. تم اختراع أنبوب أشعة الكاثود منذ فترة طويلة ، ولكن قبل V.K. الأشعة السينية ، لم ينتبه أحد كثيرًا إلى اسوداد لوحات التصوير بالقرب منها ، إلخ. الظواهر. كما أن الخطر الذي يشكله اختراق الإشعاع غير معروف.

أنواعها وتأثيرها على الجسم

"الأشعة السينية" هي أخف أنواع الأشعة المخترقة. إن التعرض المفرط للأشعة السينية اللينة مشابه للتعرض للأشعة فوق البنفسجية ، ولكن بشكل أكثر شدة. يتشكل الحرق على الجلد ، لكن الآفة تكون أعمق ، وتشفى بشكل أبطأ بكثير.

الأشعة السينية الصلبة هي إشعاع مؤين كامل يمكن أن يؤدي إلى مرض الإشعاع. يمكن أن تكسر كوانتا الأشعة السينية جزيئات البروتين التي تشكل أنسجة الجسم البشري ، وكذلك جزيئات الحمض النووي للجينوم. ولكن حتى لو كسر كم من الأشعة السينية جزيء ماء ، فلا يهم: في هذه الحالة ، تتشكل الجذور الحرة النشطة كيميائيًا H و OH ، والتي تكون قادرة على العمل على البروتينات والحمض النووي. يحدث داء الإشعاع بشكل أكثر شدة ، كلما تأثرت الأعضاء المكونة للدم.

الأشعة السينية لها نشاط مطفر ومسرطن. وهذا يعني أن احتمال حدوث طفرات عفوية في الخلايا أثناء التشعيع يزداد ، وفي بعض الأحيان يمكن أن تتحول الخلايا السليمة إلى خلايا سرطانية. تعد زيادة احتمالية الإصابة بالأورام الخبيثة نتيجة قياسية لأي تعرض ، بما في ذلك الأشعة السينية. الأشعة السينية هي أقل أنواع الإشعاع المخترق خطورة ، لكنها لا تزال خطرة.

الأشعة السينية: التطبيق وكيفية عملها

تُستخدم الأشعة السينية في الطب ، وكذلك في مجالات النشاط البشري الأخرى.

التنظير الفلوري والتصوير المقطعي

التطبيق الأكثر شيوعًا للأشعة السينية هو التنظير التألقي. يسمح لك "الضوء العابر" لجسم الإنسان بالحصول على صورة مفصلة لكل من العظام (تكون أكثر وضوحًا) وصور الأعضاء الداخلية.

ترتبط الشفافية المختلفة لأنسجة الجسم في الأشعة السينية بتركيبها الكيميائي. من سمات بنية العظام أنها تحتوي على الكثير من الكالسيوم والفوسفور. تتكون الأنسجة الأخرى بشكل أساسي من الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين. تتجاوز ذرة الفوسفور وزن ذرة الأكسجين مرتين تقريبًا ، وذرة الكالسيوم - 2.5 مرة (الكربون والنيتروجين والهيدروجين أخف من الأكسجين). في هذا الصدد ، فإن امتصاص فوتونات الأشعة السينية في العظام أعلى بكثير.

بالإضافة إلى "الصور" ثنائية الأبعاد ، فإن التصوير الشعاعي يجعل من الممكن إنشاء صورة ثلاثية الأبعاد لعضو: هذا النوع من التصوير الشعاعي يسمى التصوير المقطعي. لهذه الأغراض ، يتم استخدام الأشعة السينية اللينة. مقدار التعريض الذي يتم تلقيه في صورة واحدة صغير: فهو يساوي تقريبًا التعريض الذي يتم تلقيه خلال رحلة مدتها ساعتان في طائرة على ارتفاع 10 كم.

يسمح لك الكشف عن عيوب الأشعة السينية باكتشاف العيوب الداخلية الصغيرة في المنتجات. تستخدم الأشعة السينية الصلبة لذلك ، نظرًا لأن العديد من المواد (المعدن ، على سبيل المثال) ضعيفة "شفافة" بسبب الكتلة الذرية العالية للمادة المكونة لها.

حيود الأشعة السينية وتحليل مضان الأشعة السينية

للأشعة السينية خصائص تسمح لها بفحص الذرات الفردية بالتفصيل. يستخدم تحليل حيود الأشعة السينية بنشاط في الكيمياء (بما في ذلك الكيمياء الحيوية) وعلم البلورات. مبدأ عملها هو تشتت حيود الأشعة السينية بواسطة ذرات البلورات أو الجزيئات المعقدة. باستخدام تحليل حيود الأشعة السينية ، تم تحديد بنية جزيء الحمض النووي.

يسمح لك تحليل التألق بالأشعة السينية بالتحديد بسرعة التركيب الكيميائيمواد.

هناك العديد من أشكال العلاج الإشعاعي ، لكنها تنطوي جميعها على استخدام الإشعاع المؤين. ينقسم العلاج الإشعاعي إلى نوعين: جسدي وموجي. يستخدم الجسيم العضلي تدفقات جسيمات ألفا (نوى ذرات الهيليوم) وجسيمات بيتا (الإلكترونات) والنيوترونات والبروتونات والأيونات الثقيلة. تستخدم الموجة أشعة الطيف الكهرومغناطيسي - الأشعة السينية وجاما.

تُستخدم طرق العلاج الإشعاعي في المقام الأول لعلاج أمراض الأورام. الحقيقة هي أن الإشعاع يؤثر بشكل أساسي على الخلايا المنقسمة بنشاط ، وهذا هو السبب في أن الأعضاء المكونة للدم تعاني بهذه الطريقة (خلاياها تنقسم باستمرار ، وتنتج المزيد والمزيد من خلايا الدم الحمراء الجديدة). تنقسم الخلايا السرطانية باستمرار وهي أكثر عرضة للإشعاع من الأنسجة السليمة.

يتم استخدام مستوى من الإشعاع يثبط نشاط الخلايا السرطانية ، بينما يؤثر بشكل معتدل على الخلايا السليمة. تحت تأثير الإشعاع ، لا يتعلق الأمر بتدمير الخلايا في حد ذاتها ، ولكن الضرر الذي يلحق بجينومها - جزيئات الحمض النووي. قد توجد الخلية ذات الجينوم المدمر لبعض الوقت ، لكنها لم تعد قادرة على الانقسام ، أي توقف نمو الورم.

العلاج الإشعاعي هو أخف أشكال العلاج الإشعاعي. إشعاع الموجة أخف من إشعاع الجسم ، والأشعة السينية أخف من إشعاع جاما.

أثناء الحمل

من الخطر استخدام الإشعاع المؤين أثناء الحمل. الأشعة السينية مطفرة ويمكن أن تسبب تشوهات في الجنين. العلاج بالأشعة السينية غير متوافق مع الحمل: لا يمكن استخدامه إلا إذا تقرر بالفعل إجراء عملية إجهاض. القيود المفروضة على التنظير الفلوري أكثر ليونة ، ولكن في الأشهر الأولى ، يُحظر تمامًا أيضًا.

في حالة الطوارئ ، يتم استبدال الفحص بالأشعة السينية بالتصوير بالرنين المغناطيسي. لكن في الأشهر الثلاثة الأولى من الحمل يحاولون تجنبها أيضًا (ظهرت هذه الطريقة مؤخرًا ، وبتأكيد مطلق للتحدث عن عدم وجود عواقب ضارة).

ينشأ خطر لا لبس فيه عند التعرض لجرعة إجمالية لا تقل عن 1 ملي سيفرت (في الوحدات القديمة - 100 ملي سيفرت). باستخدام الأشعة السينية البسيطة (على سبيل المثال ، عند إجراء التصوير الفلوري) ، يتلقى المريض حوالي 50 مرة أقل. من أجل الحصول على هذه الجرعة في وقت واحد ، يجب أن تخضع لتصوير مقطعي محوسب مفصل.

وهذا يعني أن مجرد حقيقة "الأشعة السينية" التي تتكون من ضعفين في مرحلة مبكرة من الحمل لا تهدد بعواقب وخيمة (ولكن من الأفضل عدم المخاطرة بها).

العلاج به

تستخدم الأشعة السينية في المقام الأول في مكافحة الأورام الخبيثة. هذه الطريقة جيدة لأنها فعالة للغاية: فهي تقتل الورم. إنه أمر سيء لأن الأنسجة السليمة ليست أفضل بكثير ، فهناك العديد من الآثار الجانبية. أعضاء تكون الدم في خطر خاص.

في الممارسة العملية ، يتم استخدام طرق مختلفة لتقليل تأثير الأشعة السينية على الأنسجة السليمة. يتم توجيه الحزم بزاوية بحيث يظهر الورم في منطقة تقاطعها (نتيجة لذلك ، يحدث الامتصاص الرئيسي للطاقة هناك). في بعض الأحيان يتم تنفيذ الإجراء بالحركة: يدور جسم المريض بالنسبة لمصدر الإشعاع حول محور يمر عبر الورم. في الوقت نفسه ، توجد الأنسجة السليمة في منطقة التشعيع في بعض الأحيان فقط ، والمرضى - طوال الوقت.

تستخدم الأشعة السينية في علاج بعض أمراض المفاصل والأمراض المماثلة ، وكذلك الأمراض الجلدية. في هذه الحالة ، يتم تقليل متلازمة الألم بنسبة 50-90٪. بما أن الإشعاع المستخدم في هذه الحالة أكثر ليونة ، فإن الآثار الجانبية المشابهة لتلك التي تحدث في علاج الأورام لا تُلاحظ.

الأشعة السينية (مرادفة للأشعة السينية) لها نطاق واسع من الأطوال الموجية (من 8 · 10 -6 إلى 10-12 سم). تحدث الأشعة السينية عندما تتباطأ الجسيمات المشحونة ، غالبًا الإلكترونات ، في المجال الكهربائي لذرات المادة. تمتلك الكميات الناتجة طاقات مختلفة وتشكل طيفًا مستمرًا. الطاقة القصوى للفوتون في مثل هذا الطيف تساوي طاقة الإلكترونات الساقطة. في (انظر) الطاقة القصوى لكمات الأشعة السينية ، معبراً عنها بالكيلو إلكترون فولت ، تساوي عدديًا مقدار الجهد المطبق على الأنبوب ، معبرًا عنه بالكيلو فولت. عند المرور عبر مادة ما ، تتفاعل الأشعة السينية مع إلكترونات ذراتها. بالنسبة إلى كوانتا الأشعة السينية مع طاقات تصل إلى 100 كيلو فولت ، فإن أكثر أنواع التفاعل المميزة هو التأثير الكهروضوئي. نتيجة لمثل هذا التفاعل ، يتم إنفاق الطاقة الكمومية بالكامل على سحب إلكترون من الغلاف الذري ونقل الطاقة الحركية إليه. مع زيادة طاقة كمية الأشعة السينية ، تقل احتمالية التأثير الكهروضوئي وتصبح عملية تشتت الكميات على الإلكترونات الحرة هي السائدة - ما يسمى بتأثير كومبتون. نتيجة لمثل هذا التفاعل ، يتم أيضًا تكوين إلكترون ثانوي ، وبالإضافة إلى ذلك ، يتطاير كمية ذات طاقة أقل من طاقة الكم الأولي. إذا تجاوزت طاقة كمية الأشعة السينية واحد ميغا إلكترون فولت ، فيمكن أن يحدث ما يسمى بتأثير الاقتران ، حيث يتكون الإلكترون والبوزيترون (انظر). وبالتالي ، عند المرور عبر مادة ما ، تنخفض طاقة الأشعة السينية ، أي تقل شدتها. نظرًا لأنه من المرجح أن يتم امتصاص الكميات منخفضة الطاقة في هذه الحالة ، يتم إثراء إشعاع الأشعة السينية بكميات عالية الطاقة. تُستخدم خاصية إشعاع الأشعة السينية هذه لزيادة متوسط ​​طاقة الكم ، أي لزيادة صلابتها. يتم تحقيق زيادة في صلابة الأشعة السينية باستخدام مرشحات خاصة (انظر). تستخدم الأشعة السينية لتشخيص الأشعة السينية (انظر) و (انظر). انظر أيضًا الإشعاع المؤين.

إشعاع الأشعة السينية (مرادف: الأشعة السينية ، الأشعة السينية) - الإشعاع الكهرومغناطيسي الكمي بطول موجي من 250 إلى 0.025 ألف (أو كمية الطاقة من 5 10-2 إلى 5 10 2 كيلو إلكترون فولت). في عام 1895 ، تم اكتشافه بواسطة V.K. Roentgen. المنطقة الطيفية للإشعاع الكهرومغناطيسي المتاخمة للأشعة السينية ، والتي تتجاوز طاقة كماتها 500 كيلو فولت ، تسمى إشعاع جاما (انظر) ؛ الإشعاع ، الذي تكون كمات طاقته أقل من 0.05 كيلو فولت ، هو إشعاع فوق بنفسجي (انظر).

وهكذا ، يمثل جزء صغير نسبيًا من الطيف الواسع للإشعاع الكهرومغناطيسي ، والذي يشمل كلاً من موجات الراديو والضوء المرئي ، ينتشر إشعاع الأشعة السينية ، مثل أي إشعاع كهرومغناطيسي ، بسرعة الضوء (في فراغ حوالي 300 ألف كم / ثانية) ويتميز بطول موجة λ (المسافة التي ينتشر خلالها الإشعاع في فترة تذبذب واحدة). يحتوي إشعاع الأشعة السينية أيضًا على عدد من الخصائص الموجية الأخرى (الانكسار ، التداخل ، الانعراج) ، ولكن من الصعب جدًا ملاحظتها مقارنة بالإشعاع ذي الطول الموجي الأطول: الضوء المرئي ، موجات الراديو.

أطياف الأشعة السينية: a1 - طيف الإشعاع المستمر عند 310 كيلو فولت ؛ أ - طيف إشعاع مستمر عند 250 كيلو فولت ، a1 - طيف مفلتر بمقدار 1 مم نحاس ، a2 - طيف مفلتر بمقدار 2 مم نحاس ، ب - سلسلة K لخط التنجستن.

لتوليد الأشعة السينية ، يتم استخدام أنابيب الأشعة السينية (انظر) ، حيث يحدث الإشعاع عندما تتفاعل الإلكترونات السريعة مع ذرات مادة الأنود. هناك نوعان من الأشعة السينية: أشعة الشمس والصورة المميزة. إشعاع الأشعة السينية Bremsstrahlung ، الذي له طيف مستمر ، يشبه الضوء الأبيض العادي. يتم تمثيل توزيع الكثافة حسب الطول الموجي (الشكل) بمنحنى بحد أقصى ؛ في اتجاه الموجات الطويلة ، ينخفض ​​المنحنى برفق ، وفي اتجاه الموجات القصيرة ، ينفصل بشكل حاد وينقطع عند طول موجي معين (λ0) ، يسمى حد الطول الموجي القصير للطيف المستمر. قيمة λ0 تتناسب عكسيا مع الجهد على الأنبوب. ينشأ Bremsstrahlung من تفاعل الإلكترونات السريعة مع النوى الذرية. تتناسب شدة الإشعاع الشمسي طرديًا مع قوة تيار الأنود ، ومربع جهد الأنبوب ، والعدد الذري (Z) لمادة الأنود.

إذا تجاوزت طاقة الإلكترونات المتسارعة في أنبوب الأشعة السينية القيمة الحرجة لمادة الأنود (يتم تحديد هذه الطاقة بواسطة جهد الأنبوب Vcr ، وهو أمر بالغ الأهمية لهذه المادة) ، عندئذٍ يحدث الإشعاع المميز. الطيف المميز هو الخط ، وتشكل خطوطه الطيفية سلسلة ، يُشار إليها بالأحرف K ، L ، M ، N.

السلسلة K هي أقصر طول موجي ، والسلسلة L أطول طول موجي ، والسلسلة M و N يتم ملاحظتها فقط في العناصر الثقيلة (Vcr من التنغستن للسلسلة K هو 69.3 كيلو فولت ، للسلسلة L - 12.1 كيلو فولت). ينشأ الإشعاع المميز على النحو التالي. تقوم الإلكترونات السريعة بإخراج الإلكترونات الذرية من الأصداف الداخلية. تتحمس الذرة ثم تعود إلى الحالة الأساسية. في هذه الحالة ، تملأ الإلكترونات من الغلاف الخارجي والأغلفة الأقل ارتباطًا الفراغات الفارغة في الأصداف الداخلية ، وتنبعث فوتونات من الإشعاع المميز بطاقة تساوي الفرق بين طاقات الذرة في الحالة المثارة والأرضية. هذا الاختلاف (وبالتالي طاقة الفوتون) له قيمة معينة ، مميزة لكل عنصر. هذه الظاهرة تكمن وراء التحليل الطيفي للأشعة السينية للعناصر. يوضح الشكل طيف خط التنغستن على خلفية طيف مستمر من الإشعاع.

يتم تحويل طاقة الإلكترونات المتسارعة في أنبوب الأشعة السينية بالكامل تقريبًا إلى طاقة حرارية (يتم تسخين الأنود بقوة في هذه الحالة) ، يتم تحويل جزء ضئيل فقط (حوالي 1 ٪ بجهد قريب من 100 كيلو فولت) إلى طاقة بريمستراهلونغ.

يعتمد استخدام الأشعة السينية في الطب على قوانين امتصاص الأشعة السينية بالمادة. إن امتصاص الأشعة السينية مستقل تمامًا عن الخصائص البصرية لمادة الامتصاص. الزجاج الشفاف عديم اللون والشفاف المستخدم لحماية الأفراد في غرف الأشعة السينية يمتص الأشعة السينية بالكامل تقريبًا. على النقيض من ذلك ، فإن الورقة غير الشفافة للضوء لا تخفف من الأشعة السينية.

شدة حزمة متجانسة (أي طول موجي معين) من الأشعة السينية ، عند المرور عبر طبقة ماصة ، تنخفض وفقًا للقانون الأسي (e-x) ، حيث e هو أساس اللوغاريتمات الطبيعية (2.718) ، والأس x يساوي المنتجمعامل التوهين الكتلي (μ / p) سم 2 / جم لكل سمك ماص بوحدة جم / سم 2 (هنا p كثافة المادة بوحدة جم / سم 3). يتم تخفيف الأشعة السينية عن طريق التشتت والامتصاص. وفقًا لذلك ، فإن معامل التوهين الكتلي هو مجموع معاملات امتصاص وانتشار الكتلة. يزداد معامل امتصاص الكتلة بشكل حاد مع زيادة العدد الذري (Z) للممتص (يتناسب مع Z3 أو Z5) ومع زيادة الطول الموجي (يتناسب مع λ3). لوحظ هذا الاعتماد على الطول الموجي داخل نطاقات الامتصاص ، حيث يقفز المعامل عند حدودها.

يزداد معامل التشتت الكتلي بزيادة العدد الذري للمادة. بالنسبة إلى λ≥0،3Å ، لا يعتمد معامل التشتت على الطول الموجي لـ λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

يؤدي الانخفاض في معاملات الامتصاص والتشتت مع تناقص الطول الموجي إلى زيادة قوة اختراق الأشعة السينية. معامل امتصاص الكتلة للعظام [الامتصاص يرجع أساسًا إلى Ca 3 (PO 4) 2] أكبر بحوالي 70 مرة من معامل امتصاص الأنسجة الرخوة ، حيث يرجع الامتصاص أساسًا إلى الماء. وهذا ما يفسر سبب ظهور ظل العظام بشكل حاد على الصور الشعاعية على خلفية الأنسجة الرخوة.

إن انتشار حزمة غير متجانسة من الأشعة السينية عبر أي وسيط ، إلى جانب انخفاض في شدته ، مصحوب بتغيير في التركيب الطيفي ، وتغير في جودة الإشعاع: يمتص جزء الموجة الطويلة من الطيف إلى حد أكبر من جزء الموجة القصيرة ، ويصبح الإشعاع أكثر اتساقًا. يتيح تصفية جزء الطول الموجي الطويل من الطيف تحسين النسبة بين الجرعات العميقة والسطحية أثناء العلاج بالأشعة السينية للبؤر الموجودة في أعماق جسم الإنسان (انظر مرشحات الأشعة السينية). لتوصيف جودة حزمة الأشعة السينية غير المتجانسة ، يتم استخدام مفهوم "طبقة التوهين النصفية (L)" - طبقة من مادة تخفف الإشعاع بمقدار النصف. سمك هذه الطبقة يعتمد على الجهد على الأنبوب ، سمك ومادة المرشح. يتم استخدام السيلوفان (حتى طاقة 12 كيلو فولت) والألمنيوم (20-100 كيلو فولت) والنحاس (60-300 كيلو فولت) والرصاص والنحاس (> 300 كيلو فولت) لقياس نصف طبقات التوهين. بالنسبة للأشعة السينية المتولدة بجهد 80-120 كيلو فولت ، فإن 1 مم من النحاس تعادل في سعة الترشيح 26 مم من الألومنيوم ، و 1 مم من الرصاص تعادل 50.9 مم من الألومنيوم.

يرجع امتصاص وانتشار الأشعة السينية إلى خصائصها الجسدية ؛ تتفاعل الأشعة السينية مع الذرات كتيار من الجسيمات (الجسيمات) - الفوتونات ، لكل منها طاقة معينة (تتناسب عكسياً مع الطول الموجي للأشعة السينية). نطاق طاقة فوتونات الأشعة السينية هو 0.05-500 كيلو فولت.

يرجع امتصاص الأشعة السينية إلى التأثير الكهروضوئي: يترافق امتصاص الفوتون بواسطة غلاف الإلكترون مع طرد الإلكترون. تكون الذرة متحمسة ، وتعود إلى الحالة الأرضية ، وتصدر إشعاعًا مميزًا. يحمل الإلكترون الضوئي المنبعث كل طاقة الفوتون (ناقص طاقة الارتباط للإلكترون في الذرة).

يرجع تشتت الأشعة السينية إلى إلكترونات وسيط الانتثار. هناك تشتت كلاسيكي (الطول الموجي للإشعاع لا يتغير ، لكن اتجاه الانتشار يتغير) وتشتت مع تغير في الطول الموجي - تأثير كومبتون (الطول الموجي للإشعاع المنتثر أكبر من الطول الموجي للإشعاع الساقط). في الحالة الأخيرة ، يتصرف الفوتون مثل كرة متحركة ، ويحدث تشتت الفوتونات ، وفقًا للتعبير المجازي لـ Comnton ، مثل لعبة البلياردو مع الفوتونات والإلكترونات: عند الاصطدام مع الإلكترون ، ينقل الفوتون جزءًا من طاقته إليه ويتشتت ، مع وجود طاقة أقل بالفعل (بالمقابل ، يزداد الطول الموجي للإلكترونات المتناثرة مع الإلكترونات الخارجة) ، ، أو ارتداد الإلكترونات). يحدث امتصاص طاقة الأشعة السينية أثناء تكوين الإلكترونات الثانوية (كومبتون والإلكترونات الضوئية) ونقل الطاقة إليها. تحدد طاقة الأشعة السينية المنقولة إلى وحدة كتلة من المادة الجرعة الممتصة من الأشعة السينية. تتوافق وحدة هذه الجرعة 1 راد مع 100 ميكروغرام / جم. بسبب الطاقة الممتصة في مادة الممتص ، يحدث عدد من العمليات الثانوية المهمة لقياس جرعات الأشعة السينية ، حيث تعتمد طرق قياس الأشعة السينية عليها. (انظر قياس الجرعات).

جميع الغازات والعديد من السوائل وأشباه الموصلات والعوازل الكهربائية ، تحت تأثير الأشعة السينية ، تزيد من التوصيل الكهربائي. تم العثور على الموصلية بواسطة أفضل المواد العازلة: البارافين ، الميكا ، المطاط ، العنبر. يرجع التغيير في الموصلية إلى تأين الوسط ، أي فصل الجزيئات المحايدة إلى أيونات موجبة وسالبة (ينتج التأين بواسطة الإلكترونات الثانوية). يستخدم التأين في الهواء لتحديد جرعة التعرض للأشعة السينية (الجرعة في الهواء) ، والتي يتم قياسها في رونتجين (انظر جرعات الإشعاع المؤين). بجرعة 1 ص ، تبلغ الجرعة الممتصة في الهواء 0.88 راد.

تحت تأثير الأشعة السينية ، نتيجة لإثارة جزيئات المادة (وأثناء إعادة تركيب الأيونات) ، في كثير من الحالات ، يتم إثارة وهج مرئي للمادة. لوحظ توهج مرئي للهواء والورق والبارافين وما إلى ذلك عند شدة الأشعة السينية (المعادن استثناء). يتم الحصول على أعلى إنتاج للضوء المرئي عن طريق الفوسفور البلوري مثل Zn · CdS · Ag-phosphorus وغيرها من الفوسفور المستخدم في التنظير الفلوري.

تحت تأثير الأشعة السينية ، يمكن أن تحدث أيضًا عمليات كيميائية مختلفة في مادة ما: تحلل مركبات هاليد الفضة (تأثير فوتوغرافي يستخدم في الأشعة السينية) ، تحلل الماء والمحاليل المائية لبيروكسيد الهيدروجين ، تغيير في خصائص السليلويد (التعكر وإطلاق الكافور) ، البارافين (التعتيم والتبييض).

نتيجة للتحويل الكامل ، يتم تحويل كل طاقة الأشعة السينية التي تمتصها المادة الخاملة كيميائيًا إلى حرارة. يتطلب قياس الكميات الصغيرة جدًا من الحرارة طرقًا شديدة الحساسية ، ولكنها الطريقة الرئيسية للقياسات المطلقة للأشعة السينية.

الآثار البيولوجية الثانوية من التعرض للأشعة السينية هي أساس العلاج الإشعاعي الطبي (انظر). يتم امتصاص الأشعة السينية ، التي يتراوح حجمها بين 6-16 كيلو فولت (أطوال موجية فعالة من 2 إلى 5 أوم) ، بشكل كامل تقريبًا عن طريق تكامل الجلد لنسيج جسم الإنسان ؛ يطلق عليهم أشعة حدودية ، أو في بعض الأحيان أشعة بوكا (انظر أشعة بوكا). بالنسبة للعلاج بالأشعة السينية العميقة ، يتم استخدام الإشعاع المصفى بقوة مع طاقة فعالة من 100 إلى 300 كيلو فولت.

يجب أن يؤخذ التأثير البيولوجي لإشعاع الأشعة السينية في الاعتبار ليس فقط في العلاج بالأشعة السينية ، ولكن أيضًا في تشخيص الأشعة السينية ، وكذلك في جميع حالات الاتصال بالأشعة السينية الأخرى التي تتطلب استخدام الحماية من الإشعاع (انظر).

الوكالة الفيدرالية لتعليم الاتحاد الروسي

المؤسسة التعليمية الحكومية

التعليم المهني العالي

معهد ولاية موسكو للصلب والسبائك

(جامعة التكنولوجيا)

فرع نوفوترويتسكي

قسم OEND

عمل الدورة

الانضباط: الفيزياء

الموضوع: X-RAY

الطالبة: Nedorezova N.A.

المجموعة: EiU-2004-25 ، رقم З.К: 04Н036

فحص بواسطة: Ozhegova S.M.

مقدمة

الفصل 1

1.1 سيرة رونتجن فيلهلم كونراد

1.2 اكتشاف الأشعة السينية

الفصل 2

2.1 مصادر الأشعة السينية

2.2 خصائص الأشعة السينية

2.3 تسجيل الأشعة السينية

2.4 استخدام الأشعة السينية

الفصل 3

3.1 تحليل عيوب التركيب البلوري

3.2 تحليل الطيف

خاتمة

قائمة المصادر المستخدمة

التطبيقات

مقدمة

شخص نادر لم يمر بغرفة أشعة إكس. الصور الملتقطة بالأشعة السينية مألوفة للجميع. في عام 1995 ، كان هذا الاكتشاف عمره 100 عام. من الصعب تخيل الاهتمام الكبير الذي أثارته قبل قرن من الزمان. في يد رجل تبين أنه جهاز يمكن من خلاله رؤية غير المرئي.

هذا الإشعاع غير المرئي ، القادر على الاختراق ، وإن بدرجات متفاوتة ، إلى جميع المواد ، وهو إشعاع كهرومغناطيسي يبلغ طوله الموجي حوالي 10-8 سم ، أطلق عليه اسم إشعاع الأشعة السينية ، تكريما لفيلهلم رونتجن الذي اكتشفه.

مثل الضوء المرئي ، تسبب الأشعة السينية اسوداد الفيلم الفوتوغرافي. هذه الخاصية لها أهمية كبيرة في الطب والصناعة والبحث العلمي. مرورًا بالجسم قيد الدراسة ثم السقوط على الفيلم ، يصور إشعاع الأشعة السينية هيكله الداخلي عليه. نظرًا لأن قوة الاختراق لإشعاع الأشعة السينية تختلف باختلاف المواد ، فإن أجزاء الجسم الأقل شفافية لها تعطي مناطق أكثر إشراقًا في الصورة من تلك التي يخترق من خلالها الإشعاع جيدًا. وبالتالي ، فإن أنسجة العظام أقل شفافية في الأشعة السينية من الأنسجة التي يتكون منها الجلد والأعضاء الداخلية. لذلك ، في الصورة الشعاعية ، ستتم الإشارة إلى العظام على أنها مناطق أفتح ويمكن اكتشاف موقع الكسر ، وهو أقل شفافية للإشعاع ، بسهولة تامة. يستخدم التصوير بالأشعة السينية أيضًا في طب الأسنان للكشف عن التسوس والخراجات في جذور الأسنان ، وكذلك في الصناعة للكشف عن الشقوق في المسبوكات والبلاستيك والمطاط ، وفي الكيمياء لتحليل المركبات ، وفي الفيزياء لدراسة بنية البلورات.

أعقب اكتشاف رونتجن تجارب قام بها باحثون آخرون اكتشفوا العديد من الخصائص والتطبيقات الجديدة لهذا الإشعاع. تم تقديم مساهمة كبيرة من قبل M. Laue و W. Friedrich و P. Knipping ، الذين أظهروا في عام 1912 حيود الأشعة السينية أثناء مرورها عبر بلورة ؛ دبليو كوليدج ، الذي اخترع في عام 1913 أنبوب أشعة إكس عالي التفريغ مزود بمهبط مسخن ؛ موسلي ، الذي أسس في عام 1913 العلاقة بين الطول الموجي للإشعاع والعدد الذري للعنصر ؛ G. و L. Braggi ، الحائزان على جائزة نوبل في عام 1915 لتطوير أساسيات تحليل حيود الأشعة السينية.

الغرض من عمل هذا المقرر الدراسي هو دراسة ظاهرة إشعاع الأشعة السينية وتاريخ الاكتشاف وخصائصها وتحديد نطاق تطبيقها.

الفصل 1

1.1 سيرة رونتجن فيلهلم كونراد

ولد فيلهلم كونراد رونتجن في 17 مارس 1845 في المنطقة الحدودية بين ألمانيا وهولندا في مدينة لينيب. تلقى تعليمه الفني في زيورخ في نفس المدرسة التقنية العليا (البوليتكنيك) حيث درس أينشتاين لاحقًا. أجبره شغفه بالفيزياء بعد ترك المدرسة عام 1866 على مواصلة التربية البدنية.

في عام 1868 دافع عن أطروحته للحصول على درجة دكتوراه في الفلسفة ، وعمل مساعدًا في قسم الفيزياء ، أولاً في زيورخ ، ثم في جيسن ، ثم في ستراسبورغ (1874-1879) مع كوندت. هنا مر رونتجن بمدرسة تجريبية جيدة وأصبح مجربًا من الدرجة الأولى. أجرى رونتجن جزءًا من البحث المهم مع تلميذه ، أحد مؤسسي الفيزياء السوفيتية أ. إيفي.

يتعلق البحث العلمي بالكهرومغناطيسية والفيزياء البلورية والبصريات والفيزياء الجزيئية.

في عام 1895 ، اكتشف إشعاعًا بطول موجي أقصر من الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية (الأشعة السينية) ، والذي سمي لاحقًا بالأشعة السينية ، وقام بفحص خصائصها: القدرة على عكس ، امتصاص ، تأين الهواء ، إلخ. اقترح التصميم الصحيح للأنبوب للحصول على الأشعة السينية - كاثود بلاتيني مائل وكاثود مقعر: كان أول من التقط صورًا باستخدام الأشعة السينية. اكتشف في عام 1885 المجال المغناطيسي لعزل كهربائي يتحرك في مجال كهربائي (ما يسمى ب "تيار الأشعة السينية"). أظهرت تجربته بوضوح أن المجال المغناطيسي يتم إنشاؤه عن طريق الشحنات المتحركة ، وكان مهمًا لإنشاء نظرية X. Lorentz الإلكترونية. حصل الفيزيائيون على جائزة نوبل.

من عام 1900 حتى آخر أيام حياته (توفي في 10 فبراير 1923) عمل في جامعة ميونيخ.

1.2 اكتشاف الأشعة السينية

نهاية القرن التاسع عشر تميزت باهتمام متزايد بظاهرة مرور الكهرباء عبر الغازات. حتى فاراداي درس هذه الظواهر بجدية ، ووصف أشكالًا مختلفة من التفريغ ، واكتشف مساحة مظلمة في عمود مضيء من الغاز المتخلخل. تفصل مساحة فاراداي المظلمة توهج الكاثود المزرق عن وهج الأنود الوردي.

تؤدي الزيادة الإضافية في خلخلة الغاز إلى تغيير طبيعة التوهج بشكل كبير. اكتشف عالم الرياضيات Plücker (1801-1868) في عام 1859 ، في خلخلة قوية بما فيه الكفاية ، شعاعًا مزرقًا ضعيفًا من الأشعة المنبثقة من الكاثود ، يصل إلى القطب الموجب ويسبب توهج زجاج الأنبوب. تابع طالب بلوكر جيتورف (1824-1914) في عام 1869 بحث معلمه وأظهر أن ظلًا مميزًا يظهر على السطح الفلوري للأنبوب إذا تم وضع جسم صلب بين الكاثود وهذا السطح.

غولدشتاين (1850-1931) ، الذي درس خصائص الأشعة ، أطلق عليها أشعة الكاثود (1876). بعد ثلاث سنوات ، أثبت ويليام كروكس (1832-1919) الطبيعة المادية لأشعة الكاثود وأطلق عليها اسم "مادة مشعة" - وهي مادة في حالة رابعة خاصة. وكان دليله مقنعًا وواضحًا. وتم عرض التجارب باستخدام "أنبوب كروكس" لاحقًا في جميع الفصول الدراسية المادية. أصبح انحراف شعاع الكاثود بواسطة مجال مغناطيسي في أنبوب كروكس عرضًا مدرسيًا كلاسيكيًا.

ومع ذلك ، لم تكن التجارب على الانحراف الكهربائي لأشعة الكاثود مقنعة. لم يكتشف Hertz مثل هذا الانحراف وتوصل إلى استنتاج مفاده أن أشعة الكاثود هي عملية تذبذبية في الأثير. لينارد ، طالب هيرتز ، أثناء تجربة أشعة الكاثود ، أظهر في عام 1893 أنها تمر عبر نافذة مغطاة بورق الألمنيوم وتتسبب في توهج في الفضاء خلف النافذة. كرّس هيرتز مقاله الأخير الذي نشر عام 1892 لظاهرة مرور أشعة الكاثود عبر الأجسام المعدنية الرقيقة ، وقد بدأ بالكلمات التالية:

"تختلف أشعة الكاثود عن الضوء بشكل كبير فيما يتعلق بقدرتها على اختراق المواد الصلبة". ووصف نتائج التجارب على مرور أشعة الكاثود من خلال أوراق الذهب والفضة والبلاتين والألمنيوم وغيرها ، يلاحظ هيرتز أنه لم يلاحظ أي اختلافات خاصة في الظواهر ، فالأشعة لا تمر عبر الأوراق في خط مستقيم ، ولكنها مبعثرة بالحيود.

باستخدام أنابيب كروكس ولينارد وآخرين ، قام الأستاذ في ورزبورج فيلهلم كونراد رونتجن بالتجربة في نهاية عام 1895. وذات يوم ، بعد نهاية التجربة ، قام بتغطية الأنبوب بغطاء أسود من الورق المقوى ، وأطفأ الضوء ، لكنه لم يطفئ المحرِّض الذي يغذي الأنبوب ، لاحظ وهج شاشة من أنبوب الباريوم الموجود بالقرب من أنبوب الباريوم. بدأ رونتجن ، الذي صدمه هذا الظرف ، في تجربة الشاشة. في تقريره الأول "على نوع جديد من الأشعة" ، بتاريخ 28 ديسمبر 1895 ، كتب عن هذه التجارب الأولى: "قطعة من الورق مطلية بالباريوم البلاتينيوم السيانيد ، عند الاقتراب من أنبوب ، ومغلقة بغطاء من الورق المقوى الأسود الرقيق الذي يناسبها بشكل مريح ، تومض بضوء ساطع مع كل تفريغ: تبدأ في التألق. يكون الإسفار مرئيًا مع تعتيم كافٍ ولا يعتمد على ما إذا كنا نحضر الورق مع الجانب المطلي بمؤازر الباريوم أو غير المطلي بمواد الباريوم. يمكن ملاحظة التألق حتى على مسافة مترين من الأنبوب ".

أظهر بحث دقيق رونتجن "أن الورق المقوى الأسود ، الشفاف لا للأشعة المرئية والأشعة فوق البنفسجية للشمس ، ولا لأشعة القوس الكهربائي ، يتم اختراقه بواسطة نوع من العوامل التي تسبب التألق."

ثم يصف التجربة المثيرة:

"إذا وضعت يدك بين أنبوب التفريغ والشاشة ، يمكنك رؤية الظلال الداكنة للعظام في الخطوط العريضة الباهتة لظل اليد نفسها." كان هذا أول فحص بالأشعة السينية لجسم الإنسان.

تركت هذه اللقطات انطباعًا كبيرًا ؛ لم يكتمل الاكتشاف بعد ، وبدأت التشخيصات بالأشعة السينية رحلتها بالفعل. كتب الفيزيائي الإنجليزي شوستر: "غمر مختبري بالأطباء الذين جلبوا المرضى الذين اشتبهوا في أن لديهم إبرًا في أجزاء مختلفة من أجسادهم".

بعد التجارب الأولى ، أثبت رونتجن بحزم أن الأشعة السينية تختلف عن تلك التي تعمل بالكاثود ، فهي لا تحمل شحنة ولا ينحرف عنها مجال مغناطيسي ، لكنها تثيرها أشعة الكاثود. "الأشعة السينية ليست متطابقة مع أشعة الكاثود ، لكنها تثيرها في الجدران الزجاجية لأنبوب التفريغ" ، كتب رونتجن.

كما أثبت أنهم متحمسون ليس فقط في الزجاج ، ولكن أيضًا في المعادن.

في معرض ذكر فرضية هيرتز لينارد القائلة بأن أشعة الكاثود "هي ظاهرة تحدث في الأثير" ، يشير رونتجن إلى أنه "يمكننا أن نقول شيئًا مشابهًا عن أشعةنا". ومع ذلك ، فشل في الكشف عن الخصائص الموجية للأشعة ، فهي "تتصرف بشكل مختلف عن الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء المعروفة حتى الآن." في تأثيرها الكيميائي والمضيء ، فهي ، وفقًا لروينتجن ، تشبه الأشعة فوق البنفسجية. في الرسالة الأولى ، عبر عن الافتراض المتبقي فيما بعد بأنه يمكن أن تكون موجات طولية في الأثير.

أثار اكتشاف رونتجن اهتمامًا كبيرًا بالعالم العلمي. تكررت تجاربه في جميع المختبرات تقريبًا في العالم. في موسكو تم تكرارها من قبل P.N. ليبيديف. في سان بطرسبرج ، اخترع مخترع راديو أ. جرب بوبوف الأشعة السينية ، وعرضها في محاضرات عامة ، وتلقى أشعة سينية مختلفة. في كامبريدج D.D. قام طومسون على الفور بتطبيق التأثير المؤين للأشعة السينية لدراسة مرور الكهرباء عبر الغازات. أدى بحثه إلى اكتشاف الإلكترون.

الفصل 2

الأشعة السينية - الإشعاع المؤين الكهرومغناطيسي ، يشغل المنطقة الطيفية بين أشعة جاما والأشعة فوق البنفسجية ضمن أطوال موجية من 10-4 إلى 10 3 (من 10-12 إلى 10-5 سم). ل. مع الطول الموجي λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - ناعم.

2.1 مصادر الأشعة السينية

المصدر الأكثر شيوعًا للأشعة السينية هو أنبوب الأشعة السينية. - جهاز الفراغ الكهربائي بمثابة مصدر للأشعة السينية. يحدث هذا الإشعاع عندما تتباطأ الإلكترونات المنبعثة من الكاثود وتضرب القطب الموجب (القطب المعاكس) ؛ في هذه الحالة ، يتم تحويل طاقة الإلكترونات المتسارعة بواسطة مجال كهربائي قوي في الفراغ بين القطب الموجب والكاثود جزئيًا إلى طاقة الأشعة السينية. إشعاع أنبوب الأشعة السينية هو تراكب أشعة إكس على الإشعاع المميز لمادة الأنود. تتميز أنابيب الأشعة السينية: وفقًا لطريقة الحصول على تدفق الإلكترون - باستخدام كاثود حراري (ساخن) ، كاثود انبعاث ميداني (مدبب) ، كاثود مقصف بالأيونات الموجبة وبمصدر إلكترون مشع (β) ؛ وفقًا لطريقة التنظيف بالمكنسة الكهربائية - مختومة وقابلة للطي ؛ وفقًا لوقت الإشعاع - العمل المستمر ، النبضي ؛ وفقًا لنوع تبريد الأنود - بالماء والزيت والهواء والتبريد الإشعاعي ؛ وفقًا لحجم التركيز (منطقة الإشعاع على الأنود) - التركيز الكلي والتركيز الحاد والتركيز الدقيق ؛ حسب شكلها - حلقة ، دائرية ، مسطرة ؛ وفقًا لطريقة تركيز الإلكترونات على الأنود - مع التركيز الكهروستاتيكي والمغناطيسي والكهرومغناطيسي.

تستخدم أنابيب الأشعة السينية في التحليل الإنشائي للأشعة السينية (الملحق 1) ، التحليل الطيفي للأشعة السينية ، كشف الخلل (الملحق 1) ، التشخيص بالأشعة السينية (الملحق 1) العلاج الإشعاعي الفحص المجهري بالأشعة السينية والتصوير الشعاعي الدقيق. تستخدم أنابيب الأشعة السينية المختومة ذات الكاثود الحراري والأنود المبرد بالماء ونظام تركيز الإلكترون الكهروستاتيكي على نطاق واسع في جميع المجالات (الملحق 2). عادةً ما يكون الكاثود الحراري لأنابيب الأشعة السينية عبارة عن خيوط لولبية أو مستقيمة من سلك التنغستن يتم تسخينه بواسطة تيار كهربائي. يقع قسم العمل من الأنود - سطح مرآة معدني - بشكل عمودي أو بزاوية معينة لتدفق الإلكترون. للحصول على طيف مستمر من الأشعة السينية ذات الطاقات العالية والشدة ، يتم استخدام الأنودات من Au ، W ؛ تستخدم أنابيب الأشعة السينية ذات الأنودات Ti ، Cr ، Fe ، Co ، Ni ، Cu ، Mo ، Ag في التحليل الإنشائي.

الخصائص الرئيسية لأنابيب الأشعة السينية هي الحد الأقصى المسموح به لجهد التسارع (1-500 كيلو فولت) ، والتيار الإلكتروني (0.01 مللي أمبير - 1 أمبير) ، والطاقة المحددة المشتتة بواسطة الأنود (10-10 4 واط / مم 2) ، وإجمالي استهلاك الطاقة (0.002 واط - 60 كيلو واط) وأبعاد التركيز (1 ميكرومتر - 10 مم). كفاءة أنبوب الأشعة السينية هي 0.1-3٪.

يمكن أيضًا أن تعمل بعض النظائر المشعة كمصادر للأشعة السينية. : بعضها يصدر أشعة سينية مباشرة ، والإشعاع النووي للآخرين (إلكترونات أو جسيمات بيتا) يقصف هدفًا معدنيًا ينبعث منه أشعة سينية. إن شدة الأشعة السينية للمصادر النظيرية أقل بعدة مرات من شدة إشعاع أنبوب الأشعة السينية ، لكن أبعاد مصادر النظائر ووزنها وتكلفتها أقل بما لا يقاس من تلك التي تحتوي على أنبوب الأشعة السينية.

يمكن أن تعمل السنكروترونات وحلقات تخزين الإلكترون مع طاقات متعددة من GeV كمصادر للأشعة السينية الناعمة مع بترتيب العشرات والمئات. في الشدة ، يتجاوز إشعاع الأشعة السينية للسنكروترونات إشعاع أنبوب الأشعة السينية في المنطقة المحددة من الطيف بمقدار 2-3 مرات.

المصادر الطبيعية للأشعة السينية - الشمس والأجسام الفضائية الأخرى.

2.2 خصائص الأشعة السينية

اعتمادًا على آلية منشأ الأشعة السينية ، يمكن أن تكون أطيافها مستمرة (bremsstrahlung) أو خطية (مميزة). ينبعث طيف مستمر من الأشعة السينية بواسطة جسيمات مشحونة بسرعة نتيجة لتباطؤها عند التفاعل مع الذرات المستهدفة ؛ يصل هذا الطيف إلى شدة كبيرة فقط عندما يتم قصف الهدف بالإلكترونات. يتم توزيع شدة الأشعة السينية bremsstrahlung على جميع الترددات حتى حد التردد العالي 0 ، حيث تكون طاقة الفوتون h 0 (h هي ثابت بلانك ) تساوي الطاقة eV لإلكترونات القصف (e هي شحنة الإلكترون ، V هي فرق الجهد للحقل المتسارع الذي يمر بهما). يتوافق هذا التردد مع حافة الطول الموجي القصير للطيف 0 = hc / eV (c هي سرعة الضوء).

يحدث إشعاع الخط بعد تأين الذرة مع طرد إلكترون من إحدى أغلفةها الداخلية. يمكن أن يكون هذا التأين نتيجة اصطدام ذرة بجسيم سريع ، مثل الإلكترون (الأشعة السينية الأولية) ، أو امتصاص الفوتون بواسطة ذرة (الأشعة السينية الفلورية). تجد الذرة المؤينة نفسها في الحالة الكمومية الأولية عند أحد مستويات الطاقة العالية وبعد 10-16-10-15 ثانية تمر إلى الحالة النهائية بطاقة أقل. في هذه الحالة ، يمكن للذرة أن تبعث طاقة زائدة على شكل فوتون بتردد معين. تعد ترددات خطوط طيف هذا الإشعاع من سمات ذرات كل عنصر ، لذلك يُطلق على طيف الأشعة السينية الخطية خاصية مميزة. يتم تحديد اعتماد تردد الخط لهذا الطيف على العدد الذري Z بواسطة قانون Moseley.

قانون موزلي، القانون المتعلق بتكرار الخطوط الطيفية لانبعاث الأشعة السينية المميز لعنصر كيميائي برقمه التسلسلي. موسلي مثبت تجريبيا في عام 1913. وفقًا لقانون موسلي ، فإن الجذر التربيعي للتردد  للخط الطيفي للإشعاع المميز لعنصر ما هو دالة خطيةرقمه التسلسلي Z:

أين R هو ثابت ريدبيرج ، S n - غربلة ثابتة ، n - رقم كم رئيسي. في مخطط Moseley (الملحق 3) ، الاعتماد على Z عبارة عن سلسلة من الخطوط المستقيمة (K- ، L- ، M- ، إلخ. سلسلة تتوافق مع القيم n = 1 ، 2 ، 3 ،.).

كان قانون موزلي دليلاً قاطعًا على المكانة الصحيحة للعناصر في الجدول الدوري للعناصر دي. Mendeleev وساهم في توضيح المعنى المادي لـ Z.

وفقًا لقانون موسلي ، لا تُظهر أطياف خصائص الأشعة السينية الأنماط الدورية المتأصلة في الأطياف البصرية. يشير هذا إلى أن غلاف الإلكترون الداخلي لذرات جميع العناصر التي تظهر في أطياف الأشعة السينية المميزة لها بنية مماثلة.

كشفت التجارب اللاحقة عن بعض الانحرافات عن الاعتماد الخطي لمجموعات الانتقال من العناصر المرتبطة بتغيير في ترتيب ملء الخارجي. قذائف الإلكترون، وكذلك بالنسبة للذرات الثقيلة ، التي تظهر كنتيجة للتأثيرات النسبية (يفسر ذلك بشكل شرطي من خلال حقيقة أن السرعات الداخلية يمكن مقارنتها بسرعة الضوء).

اعتمادًا على عدد من العوامل - على عدد النيوكليونات في النواة (التحول متساوي التوتر) ، وحالة غلاف الإلكترون الخارجي (التحول الكيميائي) ، وما إلى ذلك - قد يتغير موضع الخطوط الطيفية على مخطط موزلي إلى حد ما. تسمح دراسة هذه التحولات بالحصول على معلومات مفصلة عن الذرة.

الأشعة السينية Bremsstrahlung المنبعثة من أهداف رفيعة جدًا مستقطبة تمامًا بالقرب من الصفر ؛ عندما ينخفض ​​0 ، تنخفض درجة الاستقطاب. الإشعاع المميز ، كقاعدة عامة ، ليس مستقطبًا.

عندما تتفاعل الأشعة السينية مع المادة ، يمكن أن يحدث التأثير الكهروضوئي. يصاحب امتصاصها للأشعة السينية وتشتتها ، يُلاحظ التأثير الكهروضوئي عندما تقوم ذرة بامتصاص فوتون الأشعة السينية بإخراج أحد إلكتروناتها الداخلية ، وبعد ذلك يمكنها إما إجراء انتقال إشعاعي ، أو إصدار فوتون من الإشعاع المميز ، أو إخراج إلكترون ثانٍ أثناء انتقال غير إشعاعي (إلكترون أوجيه). تحت تأثير الأشعة السينية على البلورات غير المعدنية (على سبيل المثال ، على الملح الصخري) ، تظهر أيونات ذات شحنة موجبة إضافية في بعض عقد الشبكة الذرية ، وتظهر الإلكترونات الزائدة بالقرب منها. تسمى هذه الاضطرابات في بنية البلورات بإكسيتونات الأشعة السينية ، هي مراكز لونية وتختفي فقط مع زيادة ملحوظة في درجة الحرارة.

عندما تمر الأشعة السينية عبر طبقة مادة بسمك x ، تنخفض شدتها الأولية I 0 إلى القيمة I = I 0 e - μ x حيث μ هي معامل التوهين. يحدث توهين I بسبب عمليتين: امتصاص فوتونات الأشعة السينية بالمادة والتغير في اتجاهها عند التشتت. في منطقة الطول الموجي الطويل من الطيف ، يسود امتصاص الأشعة السينية ، في منطقة الطول الموجي القصير ، تشتت هذه الأشعة. تزداد درجة الامتصاص بسرعة مع زيادة Z و. على سبيل المثال ، الأشعة السينية الصلبة تخترق بحرية من خلال طبقة من الهواء ~ 10 سم ؛ يخفف لوح الألمنيوم بسمك 3 سم الأشعة السينية بـ λ = 0.027 بمقدار النصف ؛ يتم امتصاص الأشعة السينية اللينة بشكل كبير في الهواء ولا يمكن استخدامها ودراستها إلا في فراغ أو في غاز ماص بشكل ضعيف (على سبيل المثال ، He). عندما يتم امتصاص الأشعة السينية ، تتأين ذرات المادة.

يمكن أن يكون تأثير الأشعة السينية على الكائنات الحية مفيدًا أو ضارًا ، اعتمادًا على التأين الذي تسببه في الأنسجة. نظرًا لأن امتصاص الأشعة السينية يعتمد على λ ، فإن شدتها لا يمكن أن تكون بمثابة مقياس للتأثير البيولوجي للأشعة السينية. تُستخدم قياسات الأشعة السينية لقياس تأثير الأشعة السينية على المادة. ، وحدة القياس هي رونتجن

يحدث تشتت الأشعة السينية في منطقة Z الكبيرة و بشكل أساسي دون تغيير في λ ويسمى الانتثار المتماسك ، بينما في منطقة Z و الصغيرة ، كقاعدة عامة ، يزداد (تشتت غير متماسك). هناك نوعان من تشتت الأشعة السينية غير المتماسك - كومبتون ورامان. في تشتت كومبتون ، الذي له طابع التشتت العضلي غير المرن ، يطير إلكترون الارتداد من الغلاف الذري بسبب الطاقة المفقودة جزئيًا بفوتون الأشعة السينية. في هذه الحالة ، تقل طاقة الفوتون ويتغير اتجاهه ؛ التغيير في λ يعتمد على زاوية التشتت. أثناء تشتت رامان لفوتون أشعة سينية عالي الطاقة بواسطة ذرة ضوئية ، يتم إنفاق جزء صغير من طاقته على تأين الذرة ويتغير اتجاه حركة الفوتون. لا يعتمد تغيير هذه الفوتونات على زاوية التشتت.

يختلف معامل الانكسار n للأشعة السينية عن 1 بمقدار صغير جدًا δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5. سرعة طور الأشعة السينية في وسط أكبر من سرعة الضوء في الفراغ. إن انحراف الأشعة السينية أثناء الانتقال من وسط إلى آخر صغير جدًا (بضع دقائق قوسية). عندما تسقط الأشعة السينية من فراغ على سطح الجسم بزاوية صغيرة جدًا ، يحدث انعكاسها الخارجي الكلي.

2.3 تسجيل الأشعة السينية

العين البشرية ليست حساسة للأشعة السينية. الأشعة السينية

يتم تسجيل الأشعة باستخدام فيلم خاص بالأشعة السينية يحتوي على كمية متزايدة من Ag ، Br. في المنطقة λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5 ، حساسية الفيلم الإيجابي العادي عالية جدًا ، وحبيباته أصغر بكثير من حبيبات فيلم الأشعة السينية ، مما يزيد من الدقة. عند بترتيب عشرات ومئات ، تعمل الأشعة السينية فقط على الطبقة السطحية الرقيقة من المستحلب الفوتوغرافي ؛ لزيادة حساسية الفيلم ، يتم تحسسه بزيوت الإنارة. في تشخيصات الأشعة السينية واكتشاف العيوب ، يُستخدم التصوير الكهربائي أحيانًا لتسجيل الأشعة السينية. (التصوير الشعاعي الكهربائي).

يمكن تسجيل الأشعة السينية عالية الكثافة باستخدام غرفة التأين (الملحق 4) ، أشعة سينية ذات شدة متوسطة ومنخفضة عند λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком مع بلورة NaI (Tl) (الملحق 5) ، عند 0.5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (ملحق 6) وعداد متناسب ملحوم (الملحق 7) ، في 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (الملحق 8). في منطقة كبيرة جدًا (من عشرات إلى 1000) ، يمكن استخدام مضاعفات الإلكترون الثانوية من النوع المفتوح مع كاثودات ضوئية مختلفة عند الإدخال لتسجيل الأشعة السينية.

2.4 استخدام الأشعة السينية

تستخدم الأشعة السينية على نطاق واسع في الطب لتشخيص الأشعة السينية. والعلاج الإشعاعي . يعد اكتشاف عيوب الأشعة السينية أمرًا مهمًا للعديد من فروع التكنولوجيا. ، على سبيل المثال ، للكشف عن العيوب الداخلية في المصبوبات (الأصداف ، محتويات الخبث) ، الشقوق في القضبان ، عيوب اللحامات.

التحليل الإنشائي بالأشعة السينية يسمح لك بإنشاء الترتيب المكاني للذرات في الشبكة البلورية للمعادن والمركبات ، في الجزيئات العضوية وغير العضوية. على أساس العديد من الهياكل الذرية التي تم فك رموزها بالفعل ، يمكن أيضًا حل المشكلة العكسية: وفقًا لنمط الأشعة السينية مادة متعددة الكريستالات ، على سبيل المثال ، سبائك الصلب ، سبائك ، خام ، تربة القمر ، يمكن إنشاء التركيب البلوري لهذه المادة ، أي تم إجراء تحليل المرحلة. تطبيقات عديدة لـ R. l. يستخدم التصوير الشعاعي للمواد لدراسة خصائص المواد الصلبة .

الفحص المجهري بالأشعة السينية يسمح ، على سبيل المثال ، بالحصول على صورة لخلية ، كائن دقيق ، لرؤية بنيتها الداخلية. مطيافية الأشعة السينية باستخدام أطياف الأشعة السينية ، يدرس توزيع كثافة الحالات الإلكترونية على الطاقات في المواد المختلفة ، ويتحرى طبيعة الرابطة الكيميائية ، ويجد الشحنة الفعالة للأيونات في المواد الصلبة والجزيئات. التحليل الطيفي للأشعة السينية يسمح لك موقع وشدة خطوط الطيف المميز بتحديد التركيب النوعي والكمي للمادة ويستخدم للاختبار السريع غير المدمر لتكوين المواد في مصانع المعادن والأسمنت ومعامل المعالجة. عند أتمتة هذه المؤسسات ، يتم استخدام مطياف الأشعة السينية ومقاييس الكم كمستشعرات لتكوين المادة.

تحمل الأشعة السينية القادمة من الفضاء معلومات حول التركيب الكيميائي للأجسام الكونية وحول العمليات الفيزيائية التي تحدث في الفضاء. يتعامل علم الفلك بالأشعة السينية مع دراسة الأشعة السينية الكونية . تُستخدم الأشعة السينية القوية في كيمياء الإشعاع لتحفيز تفاعلات معينة ، وبلمرة المواد ، وتكسير المواد العضوية. تستخدم الأشعة السينية أيضًا للكشف عن اللوحات القديمة المخبأة تحت طبقة من الرسم المتأخر ، في صناعة الأغذية للكشف عن الأجسام الغريبة التي دخلت عن طريق الخطأ في المنتجات الغذائية ، في علم الطب الشرعي ، وعلم الآثار ، وما إلى ذلك.

الفصل 3

تتمثل إحدى المهام الرئيسية لتحليل حيود الأشعة السينية في تحديد التركيب الحقيقي أو التركيب الطوري للمادة. طريقة حيود الأشعة السينية مباشرة وتتميز بموثوقية عالية وسرعة ورخص نسبي. الطريقة لا تتطلب عدد كبيرالمواد ، يمكن إجراء التحليل دون تدمير الجزء. تتنوع مجالات تطبيق تحليل المرحلة النوعية بشكل كبير لكل من البحث العلمي والتحكم في الإنتاج. يمكنك التحقق من تكوين المواد الخام لإنتاج المعادن ، ومنتجات التوليف ، والمعالجة ، ونتائج تغيرات الطور أثناء المعالجة الحرارية والكيميائية الحرارية ، وتحليل الطلاءات المختلفة ، والأغشية الرقيقة ، إلخ.

تتميز كل مرحلة ، لها هيكلها البلوري الخاص ، بمجموعة معينة من القيم المنفصلة للمسافات بين الكواكب d / n من الحد الأقصى والأدنى ، المتأصلة فقط في هذه المرحلة. على النحو التالي من معادلة Wulf-Bragg ، فإن كل قيمة للمسافة بين الكواكب تقابل خطًا على نمط الأشعة السينية من عينة متعددة البلورات بزاوية معينة θ (بقيمة معينة من الطول الموجي λ). وبالتالي ، فإن نظامًا معينًا من الخطوط (الحد الأقصى للحيود) سوف يتوافق مع مجموعة معينة من المسافات بين الكواكب لكل مرحلة في نمط حيود الأشعة السينية. تعتمد الكثافة النسبية لهذه الخطوط في نمط الأشعة السينية بشكل أساسي على بنية المرحلة. لذلك ، من خلال تحديد موقع الخطوط على الصورة الشعاعية (الزاوية θ) ومعرفة الطول الموجي للإشعاع الذي تم التقاط الصورة الشعاعية عنده ، من الممكن تحديد قيم المسافات بين الكواكب d / n باستخدام صيغة Wulf-Bragg:

/ ن = λ / (2sin θ). (1)

بعد تحديد مجموعة d / n للمادة قيد الدراسة ومقارنتها ببيانات d / n المعروفة سابقًا للمواد النقية ، ومركباتها المختلفة ، من الممكن تحديد المرحلة التي تشتمل عليها المادة المعينة. يجب التأكيد على أن المراحل هي التي يتم تحديدها ، وليس التركيب الكيميائي ، ولكن يمكن أحيانًا استنتاج الأخير إذا كانت هناك بيانات إضافية عن التركيب الأولي لمرحلة معينة. يتم تسهيل مهمة تحليل المرحلة النوعية إلى حد كبير إذا كان التركيب الكيميائي للمادة قيد الدراسة معروفًا ، لأنه من الممكن بعد ذلك وضع افتراضات أولية حول المراحل المحتملة في هذه الحالة.

مفتاح تحليل الطور هو قياس كثافة d / n وشدة الخط بدقة. على الرغم من أن تحقيق ذلك أسهل من حيث المبدأ باستخدام مقياس الحيود ، إلا أن الطريقة الضوئية للتحليل النوعي لها بعض المزايا ، في المقام الأول من حيث الحساسية (القدرة على اكتشاف وجود كمية صغيرة من الطور في العينة) ، فضلاً عن بساطة التقنية التجريبية.

يتم حساب d / n من نمط الأشعة السينية باستخدام معادلة Wulf-Bragg.

كقيمة λ في هذه المعادلة ، عادة ما تستخدم λ α cf K-series:

λ α cf = (2λ α1 + α2) / 3 (2)

في بعض الأحيان يتم استخدام خط K α1. يتيح لك تحديد زوايا الانعراج θ لجميع خطوط الأشعة السينية حساب d / n وفقًا للمعادلة (1) وفصل خطوط β (إذا لم يكن هناك مرشح لـ (أشعة).

3.1 تحليل عيوب التركيب البلوري

تحتوي جميع المواد أحادية البلورة الحقيقية وحتى المواد متعددة الكريستالات على عيوب هيكلية معينة (عيوب في النقاط ، والخلع ، وأنواع مختلفة من الواجهات ، والميكرو- والماكروستريس) ، والتي لها تأثير قوي جدًا على جميع الخصائص والعمليات الحساسة للبنية.

تسبب العيوب الهيكلية تشوهات في الشبكة البلورية ذات الطبيعة المختلفة ، ونتيجة لذلك ، أنواع مختلفة من التغييرات في نمط الانعراج: يؤدي التغيير في المسافات بين الذرات وبين الكواكب إلى حدوث تحول في الحد الأقصى للحيود ، وتؤدي الضغوط الدقيقة وتشتت البنية التحتية إلى توسيع الحد الأقصى للانعراج ، والتشكيلات الدقيقة الشبكية - إلى حدوث هذه التغيرات القصوى في شدة الانعراج. الأشعة ، وبالتالي عدم التجانس الموضعي للتباين في مخططات الأشعة السينية وغيرها

نتيجة لذلك ، يعد تحليل حيود الأشعة السينية أحد أكثر الطرق إفادة لدراسة العيوب الهيكلية ونوعها وتركيزها وطبيعة توزيعها.

الطريقة التقليدية المباشرة لانحراف الأشعة السينية ، والتي يتم تنفيذها على مقاييس الحيود الثابتة ، نظرًا لخصائصها التصميمية ، تسمح بتحديد كمي للضغوط والسلالات فقط على عينات صغيرة مقطوعة من أجزاء أو أشياء.

لذلك ، في الوقت الحاضر ، هناك انتقال من مقاييس حيود الأشعة السينية الثابتة إلى المحمولة الصغيرة الحجم ، والتي توفر تقييمًا للضغوط في مادة الأجزاء أو الأشياء دون تدميرها في مراحل تصنيعها وتشغيلها.

تتيح مقاييس حيود الأشعة السينية المحمولة لسلسلة DRP * 1 التحكم في الضغوط المتبقية والفعالة في الأجزاء والمنتجات والهياكل كبيرة الحجم دون تدمير

يسمح البرنامج في بيئة Windows ليس فقط بتحديد الضغوط باستخدام طريقة "sin 2" في الوقت الفعلي ، ولكن أيضًا لمراقبة التغيير في تكوين المرحلة والملمس. يوفر كاشف الإحداثيات الخطية تسجيلًا متزامنًا بزوايا الانعراج 2θ = 43 °. تضمن أنابيب الأشعة السينية صغيرة الحجم من نوع "فوكس" ذات الإضاءة العالية والطاقة المنخفضة (5 وات) السلامة الإشعاعية للجهاز ، حيث يكون مستوى الإشعاع على مسافة 25 سم من المنطقة المشععة مساوياً لمستوى الخلفية الطبيعي. تُستخدم أجهزة سلسلة DRP في تحديد الضغوط في مراحل مختلفة من تشكيل المعادن والقطع والطحن والمعالجة الحرارية واللحام وتصلب السطح من أجل تحسين هذه العمليات التكنولوجية. إن التحكم في الانخفاض في مستوى الضغوط الانضغاطية المستحثة في المنتجات والهياكل الهامة بشكل خاص أثناء تشغيلها يجعل من الممكن إخراج المنتج من الخدمة قبل تدميره ، مما يمنع الحوادث والكوارث المحتملة.

3.2 تحليل الطيف

إلى جانب تحديد التركيب البلوري الذري وتكوين الطور للمادة الخاصة به الخصائص الكاملةمن الضروري تحديد تركيبته الكيميائية.

على نحو متزايد ، يتم استخدام العديد من الأساليب الآلية للتحليل الطيفي في الممارسة العملية لهذه الأغراض. كل واحد منهم له مزاياه وتطبيقاته الخاصة.

أحد المتطلبات المهمة في كثير من الحالات هو أن الطريقة المستخدمة تضمن سلامة الكائن الذي تم تحليله ؛ هذه هي طرق التحليل التي تمت مناقشتها في هذا القسم. المعيار التالي الذي تم بموجبه اختيار طرق التحليل الموصوفة في هذا القسم هو موقعها.

تعتمد طريقة التحليل الطيفي للأشعة السينية الفلورية على تغلغل إشعاع الأشعة السينية القاسي (من أنبوب الأشعة السينية) في الجسم الذي تم تحليله ، ويخترق طبقة بسمك يصل إلى عدة ميكرومترات. إن خاصية إشعاع الأشعة السينية التي تنشأ في هذه الحالة في الجسم تجعل من الممكن الحصول على بيانات متوسطة عن تركيبته الكيميائية.

لتحديد التركيب الأولي للمادة ، يمكن للمرء استخدام تحليل طيف الأشعة السينية المميز لعينة موضوعة على أنود أنبوب الأشعة السينية وتعرض للقصف الإلكتروني - طريقة الانبعاث ، أو تحليل طيف الأشعة السينية الثانوي (الفلوريسنت) لعينة تعرضت للإشعاع بأشعة سينية صلبة من أنبوب الأشعة السينية أو مصدر آخر - طريقة التألق.

يتمثل عيب طريقة الانبعاث ، أولاً ، في الحاجة إلى وضع العينة على أنود أنبوب الأشعة السينية ، متبوعًا بإخلاء بمضخات تفريغ ؛ من الواضح أن هذه الطريقة غير مناسبة للمواد القابلة للانصهار والمتطايرة. يتعلق العيب الثاني بحقيقة أنه حتى الأجسام المقاومة للحرارة تتضرر بسبب القصف الإلكتروني. طريقة الفلورسنت خالية من هذه العيوب وبالتالي لها تطبيق أوسع بكثير. ميزة طريقة التألق هي أيضًا عدم وجود أشعة الشمس ، مما يحسن حساسية التحليل. تعتبر مقارنة الأطوال الموجية المقاسة بجداول الخطوط الطيفية للعناصر الكيميائية أساس التحليل النوعي ، وتشكل الكثافة النسبية للخطوط الطيفية للعناصر المختلفة التي تشكل مادة العينة أساس التحليل الكمي. من خلال النظر في آلية إثارة إشعاع الأشعة السينية المميز ، من الواضح أن إشعاعات سلسلة أو سلسلة أخرى (K أو L ، M ، إلخ) تنشأ في وقت واحد ، ونسبة شدة الخط داخل السلسلة ثابتة دائمًا. لذلك ، فإن وجود هذا العنصر أو ذاك لا يتم إنشاؤه بواسطة الخطوط الفردية ، ولكن من خلال سلسلة من الخطوط ككل (باستثناء الأضعف منها ، مع مراعاة محتوى هذا العنصر). بالنسبة للعناصر الخفيفة نسبيًا ، يتم استخدام تحليل خطوط السلسلة K ، للعناصر الثقيلة ، خطوط السلسلة L ؛ في ظل ظروف مختلفة (اعتمادًا على المعدات المستخدمة وعلى العناصر التي تم تحليلها) ، قد تكون المناطق المختلفة من الطيف المميز هي الأكثر ملاءمة.

الملامح الرئيسية للتحليل الطيفي للأشعة السينية هي كما يلي.

بساطة أطياف خصائص الأشعة السينية حتى بالنسبة للعناصر الثقيلة (مقارنة بالأطياف الضوئية) ، مما يبسط التحليل (عدد صغير من الخطوط ؛ تشابه في ترتيبها المتبادل ؛ مع زيادة الرقم التسلسلي ، يحدث تحول منتظم للطيف إلى منطقة الطول الموجي القصير ؛ بساطة مقارنة للتحليل الكمي).

استقلال الأطوال الموجية عن حالة ذرات العنصر الذي تم تحليله (حرة أو في مركب كيميائي). هذا يرجع إلى حقيقة أن حدوث إشعاع الأشعة السينية المميز يرتبط بإثارة المستويات الإلكترونية الداخلية ، والتي في معظم الحالات لا تتغير عمليًا مع درجة تأين الذرات.

إمكانية الفصل في تحليل الأرض النادرة وبعض العناصر الأخرى التي لها اختلافات طفيفة في الأطياف في المدى البصري بسبب تشابه التركيب الإلكتروني للأغلفة الخارجية وتختلف قليلاً في خواصها الكيميائية.

يعتبر التحليل الطيفي للأشعة السينية "غير مدمر" ، لذلك فهو يتمتع بميزة على التحليل الطيفي البصري التقليدي عند تحليل العينات الرقيقة - الصفائح المعدنية الرقيقة ، والرقائق المعدنية ، وما إلى ذلك.

مطياف الأشعة السينية ، من بينها مقاييس الطيف متعدد القنوات أو مقاييس الكم ، والتي توفر تحليلًا كميًا صريحًا للعناصر (من Na أو Mg إلى U) مع خطأ أقل من 1 ٪ من القيمة المحددة ، عتبة حساسية 10 -3 ... 10-4 ٪ ، أصبحت مستخدمة على نطاق واسع بشكل خاص في المؤسسات المعدنية.

شعاع الأشعة السينية

طرق تحديد التركيب الطيفي للأشعة السينية

تنقسم أجهزة قياس الطيف إلى نوعين: الحيود البلوري والبلوري.

إن تحلل الأشعة السينية إلى طيف باستخدام محزوز حيود طبيعية - بلورة - يشبه بشكل أساسي الحصول على طيف من أشعة الضوء العادية باستخدام محزوز حيود اصطناعي على شكل ضربات دورية على الزجاج. يمكن كتابة شرط تكوين أقصى حيود كشرط "انعكاس" من نظام من المستويات الذرية المتوازية مفصولة بمسافة d hkl.

عند إجراء تحليل نوعي ، يمكن للمرء أن يحكم على وجود عنصر في عينة بسطر واحد - عادة ما يكون الخط الأكثر كثافة في السلسلة الطيفية المناسبة لبلورة محلل معين. دقة مقاييس الطيف البلورية كافية لفصل الخطوط المميزة حتى للعناصر المجاورة في الموضع في الجدول الدوري. ومع ذلك ، يجب أيضًا أن نأخذ في الاعتبار فرض خطوط مختلفة لعناصر مختلفة ، وكذلك فرض الانعكاسات ترتيب مختلف. يجب أن يؤخذ هذا الظرف في الاعتبار عند اختيار الخطوط التحليلية. في الوقت نفسه ، من الضروري استخدام إمكانيات تحسين دقة الأداة.

خاتمة

وبالتالي ، فإن الأشعة السينية هي إشعاع كهرومغناطيسي غير مرئي بطول موجة 10 5-10 2 نانومتر. يمكن للأشعة السينية اختراق بعض المواد غير الشفافة للضوء المرئي. تنبعث أثناء تباطؤ الإلكترونات السريعة في المادة (الطيف المستمر) وأثناء انتقالات الإلكترونات من غلاف الإلكترون الخارجي للذرة إلى الأصداف الداخلية (الطيف الخطي). مصادر الأشعة السينية هي: أنبوب الأشعة ، بعض النظائر المشعة ، مسرعات ومراكمات الإلكترونات (إشعاع السنكروترون). المستقبلات - الأفلام ، شاشات الإنارة ، أجهزة الكشف عن الإشعاع النووي. تُستخدم الأشعة السينية في تحليل حيود الأشعة السينية ، والطب ، وكشف الخلل ، والتحليل الطيفي للأشعة السينية ، إلخ.

بعد النظر في الجوانب الإيجابية لاكتشاف V. Roentgen ، من الضروري ملاحظة تأثيره البيولوجي الضار. اتضح أن الأشعة السينية يمكن أن تسبب شيئًا مثل حروق الشمس الشديدة (الحمامي) ، مصحوبة ، مع ذلك ، بضرر أعمق ودائم للجلد. غالبا ما تتحول القرحة إلى سرطان. في كثير من الحالات ، كان لابد من بتر الأصابع أو اليدين. كان هناك أيضا وفيات.

لقد وجد أنه يمكن تجنب تلف الجلد عن طريق تقليل وقت التعرض والجرعة ، باستخدام التدريع (مثل الرصاص) وأجهزة التحكم عن بعد. ولكن تم الكشف تدريجيًا عن تأثيرات أخرى طويلة المدى للتعرض للأشعة السينية ، والتي تم تأكيدها ودراستها بعد ذلك في حيوانات التجارب. تشمل التأثيرات الناتجة عن الأشعة السينية والإشعاعات المؤينة الأخرى (مثل أشعة جاما المنبعثة من المواد المشعة) ما يلي:

) تغييرات مؤقتة في تكوين الدم بعد التعرض الزائد طفيف نسبيًا ؛

) تغييرات لا رجعة فيها في تكوين الدم (فقر الدم الانحلالي) بعد التعرض المفرط لفترات طويلة ؛

) زيادة الإصابة بالسرطان (بما في ذلك اللوكيميا) ؛

) الشيخوخة الأسرع والموت المبكر ؛

) حدوث إعتام عدسة العين.

يتم تحديد التأثير البيولوجي للأشعة السينية على جسم الإنسان من خلال مستوى جرعة الإشعاع ، وكذلك عن طريق تعرض عضو معين من الجسم للإشعاع.

أدى تراكم المعرفة حول آثار الأشعة السينية على جسم الإنسان إلى تطوير معايير وطنية ودولية لجرعات الإشعاع المسموح بها ، والمنشورة في كتب مرجعية مختلفة.

لتجنب الآثار الضارة للأشعة السينية ، يتم استخدام طرق التحكم:

) توافر المعدات المناسبة ،

) مراقبة الامتثال لأنظمة السلامة ،

) الاستخدام الصحيح للمعدات.

قائمة المصادر المستخدمة

1) Blokhin MA ، فيزياء الأشعة السينية ، الطبعة الثانية ، M. ، 1957 ؛

) Blokhin MA ، طرق الدراسات الطيفية للأشعة السينية ، M. ، 1959 ؛

) الأشعة السينية. قعد. إد. ماجستير بلوخين ، العابرة. معه. والإنجليزية ، M. ، 1960 ؛

خراجا ف. مقرر عام لهندسة الأشعة السينية ، الطبعة الثالثة ، M. - L. ، 1966 ؛

) Mirkin L.I. كتيب تحليل حيود الأشعة السينية للبلورات المتعددة ، M. ، 1961 ؛

) Weinstein E.E. ، Kakhana M.M. ، جداول مرجعية في التحليل الطيفي للأشعة السينية ، M. ، 1953.

) تحليل الأشعة السينية والإلكترون البصري. Gorelik SS، Skakov Yu.A.، Rastorguev L.N: Proc. بدل للجامعات. - الطبعة الرابعة. يضيف. ومُجدد. - م: "ميسيس" 2002. - 360 ص.

التطبيقات

المرفق 1

منظر عام لأنابيب الأشعة السينية

الملحق 2

مخطط أنبوب الأشعة السينية للتحليل الإنشائي

مخطط أنبوب الأشعة السينية للتحليل الهيكلي: 1 - زجاج الأنود المعدني (مؤرض عادة) ؛ 2 - نوافذ مصنوعة من البريليوم لإخراج الأشعة السينية ؛ 3 - الكاثود الحراري ؛ 4 - لمبة زجاجية ، عزل الأنود من الأنبوب عن الكاثود ؛ 5 - محطات الكاثود ، التي يتم تطبيق جهد الفتيل عليها ، وكذلك الجهد العالي (بالنسبة إلى الأنود) ؛ 6 - نظام إلكتروستاتيكي لتركيز الإلكترونات ؛ 7 - الأنود (أنود) ؛ 8- أنابيب متفرعة لإدخال وإخراج مياه جارية تبريد زجاج الأنود.

الملحق 3

مخطط موسلي

مخطط Moseley للأشعة السينية المميزة K- و L- و M. يُظهر الإحداثي السيني الرقم التسلسلي للعنصر Z ، الإحداثي - ( معهي سرعة الضوء).

الملحق 4

غرفة التأين.

رسم بياني 1. قسم غرفة التأين الأسطوانية: 1 - جسم أسطواني للغرفة يعمل كقطب سالب. 2 - قضيب أسطواني يعمل كقطب موجب ؛ 3 - عوازل.

أرز. 2. مخطط تشغيل غرفة التأين الحالية: V - الجهد على أقطاب الغرفة. G هو مقياس جلفانومتر يقيس تيار التأين.

أرز. 3. خاصية الجهد الحالي لغرفة التأين.

أرز. 4. مخطط تشغيل غرفة التأين النبضي: C - سعة قطب التجميع. R هي المقاومة.

الملحق 5

عداد الوميض.

مخطط عداد الوميض: الكميات الضوئية (الفوتونات) "تقضي على" الإلكترونات من الكاثود الضوئي ؛ بالانتقال من الدينود إلى الدينود ، يتضاعف الانهيار الإلكترونى.

الملحق 6

عداد جيجر مولر.

أرز. 1. مخطط عداد جيجر مولر الزجاجي: 1 - أنبوب زجاجي محكم الإغلاق. 2 - الكاثود (طبقة رقيقة من النحاس على أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ) ؛ 3 - خرج الكاثود ؛ 4 - الأنود (خيط رفيع مشدود).

أرز. 2. مخطط التبديل على عداد جيجر مولر.

أرز. 3. خاصية العد لعداد جيجر مولر.

الملحق 7

العداد النسبي.

مخطط العداد النسبي: أ - منطقة انجراف الإلكترون ؛ ب - منطقة تضخيم الغازات.

الملحق 8

كاشفات أشباه الموصلات

كاشفات أشباه الموصلات يتم تمييز المنطقة الحساسة عن طريق الفقس ؛ ن - منطقة أشباه الموصلات ذات الموصلية الإلكترونية ، p - مع الفتحة ، أنا - مع التوصيل الداخلي ؛ أ - كاشف حاجز سطح السيليكون ؛ ب - كاشف مستوٍ من الجرمانيوم والليثيوم ؛ ج - كاشف محوري الجرمانيوم والليثيوم.