ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ
ακτινοβολία ακτίνων Χ καταλαμβάνει την περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος μεταξύ ακτινοβολίας γάμμα και υπεριώδους ακτινοβολίας και αντιπροσωπεύει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος 10 -14 έως 10 -7 m. Στην ιατρική χρησιμοποιείται ακτινοβολία ακτίνων Χ με μήκος κύματος 5 x 10 -12 έως 2,5 x 10 -10 m αγνωστικιστές - 0,1 angstrom. Η ακτινοβολία είναι ένα ρεύμα κβαντών (φωτόνια) που διαδίδεται σε ευθεία γραμμή με την ταχύτητα του φωτός (300.000 km/s). Αυτά τα κβάντα δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Η μάζα ενός κβαντικού είναι ένα ασήμαντο μέρος της μονάδας ατομικής μάζας.
Κβαντική ενέργειαμετρούνται σε Joules (J), αλλά στην πράξη χρησιμοποιούν συχνά μια μονάδα εκτός συστήματος "ηλεκτρονβολτ" (eV) . Ένα ηλεκτρον βολτ είναι η ενέργεια που αποκτά ένα ηλεκτρόνιο όταν διέρχεται από διαφορά δυναμικού 1 βολτ σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. 1 eV \u003d 1,6 10 ~ 19 J. Τα παράγωγα είναι ένα βολτ χιλιοηλεκτρονίου (keV), ίσο με χίλια eV, και ένα βολτ μεγαηλεκτρονίου (MeV), ίσο με ένα εκατομμύριο eV.
Οι ακτίνες Χ λαμβάνονται χρησιμοποιώντας σωλήνες ακτίνων Χ, γραμμικούς επιταχυντές και βητατρόν. Σε ένα σωλήνα ακτίνων Χ, η διαφορά δυναμικού μεταξύ της καθόδου και της ανόδου στόχου (δεκάδες kilovolt) επιταχύνει τα ηλεκτρόνια που βομβαρδίζουν την άνοδο. Η ακτινοβολία ακτίνων Χ προκύπτει όταν τα γρήγορα ηλεκτρόνια επιβραδύνονται στο ηλεκτρικό πεδίο των ατόμων της ουσίας της ανόδου (bremsstrahlung) ή κατά την αναδιάταξη των εσωτερικών κελυφών των ατόμων (χαρακτηριστική ακτινοβολία) . Χαρακτηριστικές ακτινογραφίες έχει διακριτό χαρακτήρα και συμβαίνει όταν τα ηλεκτρόνια των ατόμων της ουσίας της ανόδου περνούν από το ένα ενεργειακό επίπεδο στο άλλο υπό την επίδραση εξωτερικών ηλεκτρονίων ή κβαντών ακτινοβολίας. Ακτινογραφία Bremsstrahlung έχει συνεχές φάσμα ανάλογα με την τάση της ανόδου στο σωλήνα ακτίνων Χ. Όταν επιβραδύνονται στο υλικό της ανόδου, τα ηλεκτρόνια ξοδεύουν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειάς τους στη θέρμανση της ανόδου (99%) και μόνο ένα μικρό κλάσμα (1%) μετατρέπεται σε ενέργεια ακτίνων Χ. Στη διάγνωση με ακτίνες Χ, το bremsstrahlung χρησιμοποιείται συχνότερα.
Οι βασικές ιδιότητες των ακτίνων Χ είναι χαρακτηριστικές για όλες τις ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες, αλλά υπάρχουν ορισμένα χαρακτηριστικά. Οι ακτίνες Χ έχουν τις ακόλουθες ιδιότητες:
- αόρατο - τα ευαίσθητα κύτταρα του ανθρώπινου αμφιβληστροειδούς δεν αντιδρούν στις ακτίνες Χ, καθώς το μήκος κύματος τους είναι χιλιάδες φορές μικρότερο από αυτό του ορατού φωτός.
- ευθύγραμμη διάδοση - οι ακτίνες διαθλώνται, πολώνονται (διαδίδονται σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο) και διαθλώνται, όπως το ορατό φως. Ο δείκτης διάθλασης διαφέρει πολύ λίγο από τη μονάδα.
- διεισδυτική δύναμη - διεισδύουν χωρίς σημαντική απορρόφηση μέσω σημαντικών στρωμάτων ουσίας που είναι αδιαφανής στο ορατό φως. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η διεισδυτική ισχύς των ακτίνων Χ.
- απορροφητικότητα - έχουν την ικανότητα να απορροφώνται από τους ιστούς του σώματος, αυτή είναι η βάση όλων των διαγνωστικών με ακτίνες Χ. Η ικανότητα απορρόφησης εξαρτάται από το ειδικό βάρος των ιστών (όσο περισσότερο, τόσο μεγαλύτερη είναι η απορρόφηση). στο πάχος του αντικειμένου. στη σκληρότητα της ακτινοβολίας.
- φωτογραφική δράση - αποσύνθεση ενώσεων αλογονιδίου αργύρου, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που βρίσκονται σε φωτογραφικά γαλακτώματα, γεγονός που καθιστά δυνατή τη λήψη ακτίνων Χ.
- εφέ φωταύγειας - προκαλούν τη φωταύγεια μιας σειράς χημικών ενώσεων (φωσφόροι), αυτή είναι η βάση της τεχνικής μετάδοσης ακτίνων Χ. Η ένταση της λάμψης εξαρτάται από τη δομή της φθορίζουσας ουσίας, την ποσότητα και την απόστασή της από την πηγή των ακτίνων Χ. Οι φώσφοροι χρησιμοποιούνται όχι μόνο για τη λήψη εικόνας των υπό μελέτη αντικειμένων σε μια ακτινοσκοπική οθόνη, αλλά και στην ακτινογραφία, όπου καθιστούν δυνατή την αύξηση της έκθεσης σε ακτινοβολία σε ένα ακτινογραφικό φιλμ σε μια κασέτα λόγω της χρήσης οθονών εντατικοποίησης, το επιφανειακό στρώμα των οποίων είναι κατασκευασμένο από φθορίζουσες ουσίες.
- δράση ιονισμού - έχουν την ικανότητα να προκαλούν τη διάσπαση ουδέτερων ατόμων σε θετικά και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια, η δοσιμετρία βασίζεται σε αυτό. Η επίδραση του ιονισμού οποιουδήποτε μέσου είναι ο σχηματισμός θετικών και αρνητικών ιόντων σε αυτό, καθώς και ελεύθερων ηλεκτρονίων από ουδέτερα άτομα και μόρια μιας ουσίας. Ο ιονισμός του αέρα στο δωμάτιο ακτίνων Χ κατά τη λειτουργία του σωλήνα ακτίνων Χ οδηγεί σε αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του αέρα, αύξηση στα στατικά ηλεκτρικά φορτία στα αντικείμενα του ντουλαπιού. Προκειμένου να εξαλειφθεί μια τέτοια ανεπιθύμητη επίδραση σε δωμάτια ακτίνων Χ, παρέχεται εξαναγκασμένη παροχή και εξαερισμός εξαγωγής.
- βιολογική δράση - έχουν επιπτώσεις σε βιολογικά αντικείμενα, στις περισσότερες περιπτώσεις αυτή η επίδραση είναι επιβλαβής.
- νόμος αντίστροφου τετραγώνου - για μια σημειακή πηγή ακτινοβολίας ακτίνων Χ, η ένταση μειώνεται ανάλογα με το τετράγωνο της απόστασης από την πηγή.
Η σύγχρονη ιατρική χρησιμοποιεί πολλούς γιατρούς για διάγνωση και θεραπεία. Μερικά από αυτά έχουν χρησιμοποιηθεί σχετικά πρόσφατα, ενώ άλλα εφαρμόζονται για περισσότερα από δώδεκα ή και εκατοντάδες χρόνια. Επίσης, πριν από εκατόν δέκα χρόνια, ο William Conrad Roentgen ανακάλυψε τις εκπληκτικές ακτίνες Χ, οι οποίες προκάλεσαν σημαντική απήχηση στον επιστημονικό και ιατρικό κόσμο. Και τώρα οι γιατροί σε όλο τον πλανήτη τα χρησιμοποιούν στο ιατρείο τους. Το θέμα της σημερινής μας συνομιλίας θα είναι οι ακτινογραφίες στην ιατρική, θα συζητήσουμε την εφαρμογή τους λίγο πιο αναλυτικά.
Οι ακτίνες Χ είναι μια από τις ποικιλίες της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Χαρακτηρίζονται από σημαντικές διεισδυτικές ιδιότητες, οι οποίες εξαρτώνται από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας, καθώς και από την πυκνότητα και το πάχος των ακτινοβολούμενων υλικών. Επιπλέον, οι ακτίνες Χ μπορούν να προκαλέσουν τη λάμψη μιας σειράς ουσιών, να επηρεάσουν τους ζωντανούς οργανισμούς, να ιονίσουν άτομα και επίσης να καταλύσουν ορισμένες φωτοχημικές αντιδράσεις.
Η χρήση των ακτίνων Χ στην ιατρική
Μέχρι σήμερα, οι ιδιότητες των ακτίνων Χ τους επιτρέπουν να χρησιμοποιούνται ευρέως στη διάγνωση ακτίνων Χ και στην ακτινοθεραπεία.
Διαγνωστικά με ακτίνες Χ
Η διάγνωση με ακτίνες Χ χρησιμοποιείται όταν διεξάγονται:
Ακτινογραφία (μετάδοση);
- ακτινογραφία (εικόνα);
- φθορογραφία;
- Ακτινογραφία και αξονική τομογραφία.
Αφθοροσκόπηση
Για τη διεξαγωγή μιας τέτοιας μελέτης, ο ασθενής πρέπει να τοποθετηθεί μεταξύ του σωλήνα ακτίνων Χ και μιας ειδικής οθόνης φθορισμού. Ένας ειδικός ακτινολόγος επιλέγει την απαιτούμενη σκληρότητα των ακτίνων Χ, λαμβάνοντας στην οθόνη μια εικόνα των εσωτερικών οργάνων, καθώς και των πλευρών.
Ακτινογραφία
Για τη μελέτη αυτή, ο ασθενής τοποθετείται σε μια κασέτα που περιέχει ένα ειδικό φιλμ. Το μηχάνημα ακτίνων Χ τοποθετείται ακριβώς πάνω από το αντικείμενο. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται μια αρνητική εικόνα των εσωτερικών οργάνων στο φιλμ, η οποία περιέχει μια σειρά από λεπτές λεπτομέρειες, πιο λεπτομερείς από ό,τι κατά τη διάρκεια μιας ακτινοσκοπικής εξέτασης.
Φθοριογραφία
Αυτή η μελέτη πραγματοποιείται κατά τη διάρκεια μαζικών ιατρικών εξετάσεων του πληθυσμού, συμπεριλαμβανομένης της ανίχνευσης της φυματίωσης. Ταυτόχρονα, μια εικόνα από μια μεγάλη οθόνη προβάλλεται σε μια ειδική ταινία.
Τομογραφία
Κατά τη διεξαγωγή τομογραφίας, οι ακτίνες υπολογιστή βοηθούν στη λήψη εικόνων οργάνων σε πολλά σημεία ταυτόχρονα: σε ειδικά επιλεγμένες εγκάρσιες τομές ιστού. Αυτή η σειρά ακτίνων Χ ονομάζεται τομογραφία.
Υπολογιστική τομογραφία
Μια τέτοια μελέτη σας επιτρέπει να καταγράψετε τμήματα του ανθρώπινου σώματος χρησιμοποιώντας έναν σαρωτή ακτίνων Χ. Μετά την εισαγωγή των δεδομένων στον υπολογιστή, λήψη μιας εικόνας σε διατομή.
Κάθε μία από τις αναφερόμενες διαγνωστικές μεθόδους βασίζεται στις ιδιότητες της δέσμης ακτίνων Χ για να φωτίζει το φιλμ, καθώς και στο γεγονός ότι οι ανθρώπινοι ιστοί και ο οστικός σκελετός διαφέρουν ως προς τη διαφορετική διαπερατότητα στα αποτελέσματά τους.
Ακτινοθεραπεία
Η ικανότητα των ακτίνων Χ να επηρεάζουν με έναν ιδιαίτερο τρόποστον ιστό χρησιμοποιείται για τη θεραπεία σχηματισμών όγκων. Ταυτόχρονα, οι ιονιστικές ιδιότητες αυτής της ακτινοβολίας είναι ιδιαίτερα αισθητές όταν εκτίθενται σε κύτταρα που είναι ικανά για ταχεία διαίρεση. Είναι αυτές οι ιδιότητες που διακρίνουν τα κύτταρα των κακοήθων ογκολογικών σχηματισμών.
Ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί ότι η ακτινοθεραπεία μπορεί να προκαλέσει πολλά σοβαρά παρενέργειες. Μια τέτοια επίδραση επηρεάζει επιθετικά την κατάσταση του αιμοποιητικού, του ενδοκρινικού και του ανοσοποιητικού συστήματος, τα κύτταρα των οποίων επίσης διαιρούνται πολύ γρήγορα. Η επιθετική επιρροή σε αυτά μπορεί να προκαλέσει σημάδια ασθένειας ακτινοβολίας.
Η επίδραση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ στον άνθρωπο
Κατά τη διάρκεια της μελέτης των ακτινογραφιών, οι γιατροί διαπίστωσαν ότι μπορεί να οδηγήσουν σε αλλαγές στο δέρμα που μοιάζουν με ηλιακό έγκαυμα, αλλά συνοδεύονται από βαθύτερη βλάβη στο δέρμα. Τέτοια έλκη επουλώνονται για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τέτοιες βλάβες μπορούν να αποφευχθούν με τη μείωση του χρόνου και της δόσης της ακτινοβολίας, καθώς και με τη χρήση ειδικών μεθόδων θωράκισης και τηλεχειρισμού.
Η επιθετική επίδραση των ακτίνων Χ μπορεί επίσης να εκδηλωθεί μακροπρόθεσμα: προσωρινές ή μόνιμες αλλαγές στη σύνθεση του αίματος, ευαισθησία στη λευχαιμία και πρόωρη γήρανση.
Η επίδραση των ακτίνων Χ σε ένα άτομο εξαρτάται από πολλούς παράγοντες: από ποιο όργανο ακτινοβολείται και για πόσο καιρό. Η ακτινοβόληση των αιμοποιητικών οργάνων μπορεί να οδηγήσει σε παθήσεις του αίματος και η έκθεση στα γεννητικά όργανα μπορεί να οδηγήσει σε στειρότητα.
Η διεξαγωγή συστηματικής ακτινοβόλησης είναι γεμάτη με την ανάπτυξη γενετικών αλλαγών στο σώμα.
Η πραγματική βλάβη των ακτινογραφιών στη διάγνωση ακτίνων Χ
Κατά τη διάρκεια της εξέτασης, οι γιατροί χρησιμοποιούν την ελάχιστη δυνατή ποσότητα ακτινογραφιών. Όλες οι δόσεις ακτινοβολίας πληρούν ορισμένα αποδεκτά πρότυπα και δεν μπορούν να βλάψουν ένα άτομο. Η ακτινογραφία αποτελεί σημαντικό κίνδυνο μόνο για τους γιατρούς που τη διενεργούν. Και τότε οι σύγχρονες μέθοδοι προστασίας συμβάλλουν στη μείωση της επιθετικότητας των ακτίνων στο ελάχιστο.
Οι ασφαλέστερες μέθοδοι ραδιοδιάγνωσης περιλαμβάνουν την ακτινογραφία των άκρων, καθώς και την οδοντική ακτινογραφία. Στην επόμενη θέση αυτής της βαθμολογίας βρίσκεται η μαστογραφία, ακολουθεί η αξονική τομογραφία και μετά η ακτινογραφία.
Προκειμένου η χρήση ακτίνων Χ στην ιατρική να αποφέρει μόνο όφελος σε ένα άτομο, είναι απαραίτητο να διεξαχθεί έρευνα με τη βοήθειά τους μόνο σύμφωνα με τις ενδείξεις.
Οι ακτίνες Χ είναι ένας τύπος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας. Χρησιμοποιείται ενεργά σε διάφορους κλάδους της ιατρικής.
Οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα των οποίων η ενέργεια φωτονίων στην κλίμακα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι μεταξύ υπεριώδους ακτινοβολίας και ακτινοβολίας γάμμα (από ~10 eV έως ~1 MeV), που αντιστοιχεί σε μήκη κύματος από ~10^3 έως ~10^−2 angstroms (από ~10^^−7 έως ~1 m). Δηλαδή, είναι ασύγκριτα πιο σκληρή ακτινοβολία από το ορατό φως, που βρίσκεται σε αυτή την κλίμακα μεταξύ υπεριωδών και υπέρυθρων («θερμικών») ακτίνων.
Το όριο μεταξύ ακτίνων Χ και ακτινοβολίας γάμμα διακρίνεται υπό όρους: οι περιοχές τους τέμνονται, οι ακτίνες γάμμα μπορούν να έχουν ενέργεια 1 keV. Διαφέρουν ως προς την προέλευσή τους: οι ακτίνες γάμμα εκπέμπονται κατά τη διάρκεια διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στους ατομικούς πυρήνες, ενώ οι ακτίνες Χ εκπέμπονται κατά τη διάρκεια διεργασιών που περιλαμβάνουν ηλεκτρόνια (τόσο ελεύθερα όσο και εκείνα στα ηλεκτρονιακά κελύφη των ατόμων). Ταυτόχρονα, είναι αδύνατο να προσδιοριστεί από το ίδιο το φωτόνιο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας που προέκυψε, δηλαδή, η διαίρεση στις περιοχές ακτίνων Χ και γάμμα είναι σε μεγάλο βαθμό αυθαίρετη.
Το εύρος των ακτίνων Χ χωρίζεται σε "μαλακές ακτίνες Χ" και "σκληρές". Το όριο μεταξύ τους βρίσκεται στο επίπεδο μήκους κύματος των 2 angstroms και 6 keV ενέργειας.
Η γεννήτρια ακτίνων Χ είναι ένας σωλήνας στον οποίο δημιουργείται ένα κενό. Υπάρχουν ηλεκτρόδια - μια κάθοδος, στην οποία εφαρμόζεται αρνητικό φορτίο και μια θετικά φορτισμένη άνοδος. Η τάση μεταξύ τους είναι δεκάδες έως εκατοντάδες κιλοβολτ. Η παραγωγή φωτονίων ακτίνων Χ συμβαίνει όταν τα ηλεκτρόνια «σπάνε» από την κάθοδο και συντρίβονται στην επιφάνεια της ανόδου με υψηλή ταχύτητα. Η προκύπτουσα ακτινοβολία ακτίνων Χ ονομάζεται "bremsstrahlung", τα φωτόνια της έχουν διαφορετικά μήκη κύματος.
Ταυτόχρονα παράγονται φωτόνια του χαρακτηριστικού φάσματος. Μέρος των ηλεκτρονίων στα άτομα της ουσίας της ανόδου διεγείρεται, δηλαδή πηγαίνει σε υψηλότερες τροχιές και στη συνέχεια επιστρέφει στην κανονική του κατάσταση, εκπέμποντας φωτόνια συγκεκριμένου μήκους κύματος. Και οι δύο τύποι ακτίνων Χ παράγονται σε μια τυπική γεννήτρια.
Στις 8 Νοεμβρίου 1895, ο Γερμανός επιστήμονας Wilhelm Konrad Roentgen ανακάλυψε ότι ορισμένες ουσίες, υπό την επίδραση των «καθοδικών ακτίνων», δηλαδή της ροής ηλεκτρονίων που δημιουργείται από έναν καθοδικό σωλήνα, αρχίζουν να λάμπουν. Εξήγησε αυτό το φαινόμενο με την επίδραση ορισμένων ακτίνων Χ - έτσι ("ακτίνες Χ") αυτή η ακτινοβολία ονομάζεται τώρα σε πολλές γλώσσες. Αργότερα ο Β.Κ. Ο Ρέντγκεν μελέτησε το φαινόμενο που είχε ανακαλύψει. Στις 22 Δεκεμβρίου 1895, έδωσε μια διάλεξη για αυτό το θέμα στο Πανεπιστήμιο του Würzburg.
Αργότερα αποδείχθηκε ότι η ακτινοβολία ακτίνων Χ είχε παρατηρηθεί στο παρελθόν, αλλά στη συνέχεια δεν δόθηκε μεγάλη σημασία στα φαινόμενα που σχετίζονται με αυτήν. Ο καθοδικός σωλήνας εφευρέθηκε πριν από πολύ καιρό, αλλά πριν ο V.K. Ακτινογραφία, κανείς δεν έδωσε ιδιαίτερη σημασία στο μαύρισμα των φωτογραφικών πλακών κοντά του κ.λπ. πρωτοφανής. Ο κίνδυνος που εγκυμονούσε η διεισδυτική ακτινοβολία ήταν επίσης άγνωστος.
Η «ακτινογραφία» είναι ο πιο ήπιος τύπος διεισδυτικής ακτινοβολίας. Η υπερβολική έκθεση σε μαλακές ακτίνες Χ είναι παρόμοια με την υπεριώδη, αλλά σε πιο σοβαρή μορφή. Σχηματίζεται ένα έγκαυμα στο δέρμα, αλλά η βλάβη είναι πιο βαθιά και επουλώνεται πολύ πιο αργά.
Η σκληρή ακτινογραφία είναι μια πλήρης ιονίζουσα ακτινοβολία που μπορεί να οδηγήσει σε ασθένεια ακτινοβολίας. Τα κβάντα ακτίνων Χ μπορούν να σπάσουν τα μόρια πρωτεΐνης που αποτελούν τους ιστούς του ανθρώπινου σώματος, καθώς και τα μόρια DNA του γονιδιώματος. Αλλά ακόμα κι αν ένα κβάντο ακτίνων Χ σπάσει ένα μόριο νερού, δεν έχει σημασία: σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται χημικά ενεργές ελεύθερες ρίζες Η και ΟΗ, οι οποίες είναι ικανές να δράσουν σε πρωτεΐνες και DNA. Η ασθένεια της ακτινοβολίας προχωρά σε πιο σοβαρή μορφή, τόσο περισσότερο επηρεάζονται τα αιμοποιητικά όργανα.
Οι ακτίνες Χ έχουν μεταλλαξιογόνο και καρκινογόνο δράση. Αυτό σημαίνει ότι η πιθανότητα αυθόρμητων μεταλλάξεων στα κύτταρα κατά τη διάρκεια της ακτινοβόλησης αυξάνεται και μερικές φορές τα υγιή κύτταρα μπορούν να εκφυλιστούν σε καρκινικά. Η αύξηση της πιθανότητας κακοήθων όγκων είναι μια τυπική συνέπεια οποιασδήποτε έκθεσης, συμπεριλαμβανομένων των ακτινογραφιών. Οι ακτίνες Χ είναι ο λιγότερο επικίνδυνος τύπος διεισδυτικής ακτινοβολίας, αλλά μπορεί ακόμα να είναι επικίνδυνες.
Η ακτινοβολία ακτίνων Χ χρησιμοποιείται στην ιατρική, καθώς και σε άλλους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας.
Η πιο κοινή εφαρμογή των ακτίνων Χ είναι η ακτινοσκόπηση. Η "Transillumination" του ανθρώπινου σώματος σας επιτρέπει να έχετε μια λεπτομερή εικόνα τόσο των οστών (είναι πιο ευδιάκριτα) όσο και των εσωτερικών οργάνων.
Η διαφορετική διαφάνεια των ιστών του σώματος στις ακτίνες Χ σχετίζεται με τη χημική τους σύνθεση. Χαρακτηριστικά της δομής των οστών είναι ότι περιέχουν πολύ ασβέστιο και φώσφορο. Άλλοι ιστοί αποτελούνται κυρίως από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και άζωτο. Το άτομο φωσφόρου υπερβαίνει το βάρος του ατόμου οξυγόνου σχεδόν δύο φορές και το άτομο ασβεστίου - 2,5 φορές (ο άνθρακας, το άζωτο και το υδρογόνο είναι ακόμη ελαφρύτερα από το οξυγόνο). Από αυτή την άποψη, η απορρόφηση φωτονίων ακτίνων Χ στα οστά είναι πολύ μεγαλύτερη.
Εκτός από τις δισδιάστατες «εικόνες», η ακτινογραφία καθιστά δυνατή τη δημιουργία τρισδιάστατης εικόνας ενός οργάνου: αυτός ο τύπος ακτινογραφίας ονομάζεται υπολογιστική τομογραφία. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται μαλακές ακτινογραφίες. Η ποσότητα της έκθεσης που λαμβάνεται σε μια μεμονωμένη εικόνα είναι μικρή: είναι περίπου ίση με την έκθεση που λαμβάνεται κατά τη διάρκεια μιας πτήσης 2 ωρών σε ένα αεροπλάνο σε ύψος 10 km.
Η ανίχνευση ελαττωμάτων με ακτίνες Χ σάς επιτρέπει να ανιχνεύετε μικρά εσωτερικά ελαττώματα σε προϊόντα. Χρησιμοποιούνται σκληρές ακτίνες Χ για αυτό, καθώς πολλά υλικά (μέταλλο, για παράδειγμα) είναι ελάχιστα «ημιδιαφανή» λόγω της υψηλής ατομικής μάζας της συστατικής τους ουσίας.
Οι ακτίνες Χ έχουν ιδιότητες που τους επιτρέπουν να εξετάζουν λεπτομερώς μεμονωμένα άτομα. Η ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ χρησιμοποιείται ενεργά στη χημεία (συμπεριλαμβανομένης της βιοχημείας) και στην κρυσταλλογραφία. Η αρχή της λειτουργίας του είναι η διάθλαση σκέδασης των ακτίνων Χ από άτομα κρυστάλλων ή πολύπλοκων μορίων. Χρησιμοποιώντας ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ, προσδιορίστηκε η δομή του μορίου DNA.
Η ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ σάς επιτρέπει να προσδιορίσετε γρήγορα χημική σύνθεσηουσίες.
Υπάρχουν πολλές μορφές ακτινοθεραπείας, αλλά όλες περιλαμβάνουν τη χρήση ιονίζουσας ακτινοβολίας. Η ακτινοθεραπεία χωρίζεται σε 2 τύπους: τη σωματιδιακή και την κυματική. Το Corpuscular χρησιμοποιεί ροές σωματιδίων άλφα (πυρήνες ατόμων ηλίου), σωματίδια βήτα (ηλεκτρόνια), νετρόνια, πρωτόνια, βαρέα ιόντα. Το κύμα χρησιμοποιεί ακτίνες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος - ακτίνες Χ και γάμμα.
Οι μέθοδοι ακτινοθεραπείας χρησιμοποιούνται κυρίως για τη θεραπεία ογκολογικών παθήσεων. Το γεγονός είναι ότι η ακτινοβολία επηρεάζει πρωτίστως τα ενεργά διαιρούμενα κύτταρα, γι' αυτό και τα αιμοποιητικά όργανα υποφέρουν με αυτόν τον τρόπο (τα κύτταρά τους διαιρούνται συνεχώς, παράγοντας όλο και περισσότερα νέα ερυθρά αιμοσφαίρια). Τα καρκινικά κύτταρα επίσης διαιρούνται συνεχώς και είναι πιο ευάλωτα στην ακτινοβολία από ότι ο υγιής ιστός.
Χρησιμοποιείται ένα επίπεδο ακτινοβολίας που καταστέλλει τη δραστηριότητα των καρκινικών κυττάρων, ενώ επηρεάζει μέτρια τα υγιή. Υπό την επίδραση της ακτινοβολίας, δεν είναι η καταστροφή των κυττάρων ως τέτοια, αλλά η βλάβη στο γονιδίωμά τους - μόρια DNA. Ένα κύτταρο με κατεστραμμένο γονιδίωμα μπορεί να υπάρχει για κάποιο χρονικό διάστημα, αλλά δεν μπορεί πλέον να διαιρεθεί, δηλαδή σταματά η ανάπτυξη του όγκου.
Η ακτινοθεραπεία είναι η πιο ήπια μορφή ακτινοθεραπείας. Η κυματική ακτινοβολία είναι μαλακότερη από την σωματική ακτινοβολία και οι ακτίνες Χ είναι πιο μαλακές από την ακτινοβολία γάμμα.
Είναι επικίνδυνο να χρησιμοποιείτε ιονίζουσα ακτινοβολία κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης. Οι ακτινογραφίες είναι μεταλλαξιογόνες και μπορεί να προκαλέσουν ανωμαλίες στο έμβρυο. Η ακτινοθεραπεία είναι ασυμβίβαστη με την εγκυμοσύνη: μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο εάν έχει ήδη αποφασιστεί η άμβλωση. Οι περιορισμοί στην ακτινοσκόπηση είναι πιο ήπιοι, αλλά τους πρώτους μήνες απαγορεύεται επίσης αυστηρά.
Σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, η ακτινογραφία αντικαθίσταται από μαγνητική τομογραφία. Αλλά και στο πρώτο τρίμηνο προσπαθούν να το αποφύγουν (αυτή η μέθοδος εμφανίστηκε πρόσφατα και με απόλυτη βεβαιότητα μιλάμε για απουσία επιβλαβών συνεπειών).
Ένας αναμφισβήτητος κίνδυνος προκύπτει όταν εκτίθεται σε συνολική δόση τουλάχιστον 1 mSv (σε παλιές μονάδες - 100 mR). Με μια απλή ακτινογραφία (για παράδειγμα, όταν υποβάλλεται σε ακτινογραφία), ο ασθενής λαμβάνει περίπου 50 φορές λιγότερο. Για να λάβετε μια τέτοια δόση κάθε φορά, πρέπει να υποβληθείτε σε λεπτομερή αξονική τομογραφία.
Δηλαδή, το γεγονός και μόνο μιας 1-2 φορές "ακτινογραφίας" σε πρώιμο στάδιο της εγκυμοσύνης δεν απειλεί με σοβαρές συνέπειες (αλλά είναι καλύτερα να μην το ρισκάρετε).
Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται κυρίως για την καταπολέμηση κακοήθων όγκων. Αυτή η μέθοδος είναι καλή γιατί είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική: σκοτώνει τον όγκο. Είναι κακό γιατί οι υγιείς ιστοί δεν είναι πολύ καλύτεροι, υπάρχουν πολλές παρενέργειες. Τα όργανα της αιμοποίησης διατρέχουν ιδιαίτερο κίνδυνο.
Στην πράξη, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι για τη μείωση της επίδρασης των ακτινογραφιών στους υγιείς ιστούς. Οι δέσμες κατευθύνονται υπό γωνία με τέτοιο τρόπο ώστε να εμφανίζεται ένας όγκος στη ζώνη τομής τους (λόγω αυτού, η κύρια απορρόφηση ενέργειας συμβαίνει ακριβώς εκεί). Μερικές φορές η διαδικασία εκτελείται σε κίνηση: το σώμα του ασθενούς περιστρέφεται σε σχέση με την πηγή ακτινοβολίας γύρω από έναν άξονα που διέρχεται από τον όγκο. Ταυτόχρονα, οι υγιείς ιστοί βρίσκονται στη ζώνη ακτινοβολίας μόνο μερικές φορές, και οι άρρωστοι - όλη την ώρα.
Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται στη θεραπεία ορισμένων αρθρώσεων και παρόμοιων ασθενειών, καθώς και δερματικών παθήσεων. Σε αυτή την περίπτωση, το σύνδρομο πόνου μειώνεται κατά 50-90%. Δεδομένου ότι η ακτινοβολία που χρησιμοποιείται σε αυτή την περίπτωση είναι πιο ήπια, δεν παρατηρούνται παρενέργειες παρόμοιες με αυτές που εμφανίζονται στη θεραπεία όγκων.
Η ακτινοβολία ακτίνων Χ (συνώνυμη με τις ακτίνες Χ) είναι με μεγάλο εύρος μηκών κύματος (από 8·10 -6 έως 10 -12 cm). Η ακτινοβολία ακτίνων Χ εμφανίζεται όταν φορτισμένα σωματίδια, συνήθως ηλεκτρόνια, επιβραδύνονται στο ηλεκτρικό πεδίο των ατόμων μιας ουσίας. Τα κβάντα που προκύπτουν έχουν διαφορετικές ενέργειες και σχηματίζουν ένα συνεχές φάσμα. Η μέγιστη ενέργεια φωτονίων σε ένα τέτοιο φάσμα είναι ίση με την ενέργεια των προσπίπτων ηλεκτρονίων. Στο (βλ.) η μέγιστη ενέργεια των κβαντών ακτίνων Χ, εκφρασμένη σε κιλοηλεκτρόνια-βολτ, είναι αριθμητικά ίση με το μέγεθος της τάσης που εφαρμόζεται στον σωλήνα, εκφρασμένη σε κιλοβολτ. Όταν διέρχονται από μια ουσία, οι ακτίνες Χ αλληλεπιδρούν με τα ηλεκτρόνια των ατόμων της. Για κβάντα ακτίνων Χ με ενέργειες έως 100 keV, ο πιο χαρακτηριστικός τύπος αλληλεπίδρασης είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας αλληλεπίδρασης, η κβαντική ενέργεια δαπανάται πλήρως για την εξαγωγή ενός ηλεκτρονίου από το ατομικό κέλυφος και τη μετάδοση κινητικής ενέργειας σε αυτό. Με την αύξηση της ενέργειας ενός κβαντικού ακτίνων Χ, η πιθανότητα του φωτοηλεκτρικού φαινομένου μειώνεται και η διαδικασία σκέδασης των κβαντών στα ελεύθερα ηλεκτρόνια γίνεται κυρίαρχη - το λεγόμενο φαινόμενο Compton. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας αλληλεπίδρασης, σχηματίζεται επίσης ένα δευτερεύον ηλεκτρόνιο και, επιπλέον, ένα κβάντο πετά προς τα έξω με ενέργεια χαμηλότερη από την ενέργεια του πρωτεύοντος κβαντικού. Εάν η ενέργεια ενός κβαντικού ακτίνων Χ υπερβαίνει το ένα μεγαηλεκτρόνιο-βολτ, μπορεί να προκύψει ένα λεγόμενο φαινόμενο ζευγαρώματος, στο οποίο σχηματίζονται ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο (βλ.). Κατά συνέπεια, όταν διέρχεται από μια ουσία, η ενέργεια της ακτινοβολίας ακτίνων Χ μειώνεται, δηλαδή μειώνεται η έντασή της. Δεδομένου ότι τα κβάντα χαμηλής ενέργειας είναι πιο πιθανό να απορροφηθούν σε αυτή την περίπτωση, η ακτινοβολία ακτίνων Χ εμπλουτίζεται με κβάντα υψηλότερης ενέργειας. Αυτή η ιδιότητα της ακτινοβολίας ακτίνων Χ χρησιμοποιείται για την αύξηση της μέσης ενέργειας των κβαντών, δηλαδή για την αύξηση της ακαμψίας τους. Αύξηση της σκληρότητας της ακτινοβολίας ακτίνων Χ επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας ειδικά φίλτρα (βλ.). Η ακτινοβολία ακτίνων Χ χρησιμοποιείται για διαγνωστικά με ακτίνες Χ (βλ.) και (βλ.). Δείτε επίσης Ιονίζουσα ακτινοβολία.
Ακτινοβολία ακτίνων Χ (συνώνυμο: ακτίνες Χ, ακτίνες Χ) - κβαντική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος από 250 έως 0,025 A (ή ενεργειακά κβάντα από 5 10 -2 έως 5 10 2 keV). Το 1895, ανακαλύφθηκε από τον V.K. Roentgen. Η φασματική περιοχή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας δίπλα στις ακτίνες Χ, των οποίων τα ενεργειακά κβάντα υπερβαίνουν τα 500 keV, ονομάζεται ακτινοβολία γάμμα (βλ.). Η ακτινοβολία, της οποίας τα ενεργειακά κβάντα είναι κάτω από 0,05 keV, είναι η υπεριώδης ακτινοβολία (βλ.).
Έτσι, αντιπροσωπεύοντας ένα σχετικά μικρό μέρος του τεράστιου φάσματος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, που περιλαμβάνει τόσο ραδιοκύματα όσο και ορατό φως, η ακτινοβολία ακτίνων Χ, όπως κάθε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός (σε κενό περίπου 300 χιλιάδες km/s) και χαρακτηρίζεται από μήκος κύματος λ (η απόσταση στην οποία διαδίδεται η περίοδος ακτινοβολίας). Η ακτινοβολία ακτίνων Χ έχει επίσης μια σειρά από άλλες ιδιότητες κυμάτων (διάθλαση, παρεμβολή, περίθλαση), αλλά είναι πολύ πιο δύσκολο να τις παρατηρήσει κανείς από ό,τι για ακτινοβολία μεγαλύτερου μήκους κύματος: ορατό φως, ραδιοκύματα.
Φάσματα ακτίνων Χ: a1 - συνεχές φάσμα bremsstrahlung στα 310 kV. α - συνεχές φάσμα bremsstrahlung στα 250 kV, a1 - φάσμα φιλτραρισμένο κατά 1 mm Cu, a2 - φάσμα φιλτραρισμένο κατά 2 mm Cu, b - σειρά Κ της γραμμής βολφραμίου.
Για τη δημιουργία ακτίνων Χ, χρησιμοποιούνται σωλήνες ακτίνων Χ (βλ.), στους οποίους η ακτινοβολία εμφανίζεται όταν τα γρήγορα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν με άτομα της ουσίας της ανόδου. Υπάρχουν δύο τύποι ακτινογραφιών: η bremsstrahlung και η χαρακτηριστική. Η ακτινοβολία ακτίνων Χ Bremsstrahlung, η οποία έχει συνεχές φάσμα, είναι παρόμοια με το συνηθισμένο λευκό φως. Η κατανομή της έντασης ανάλογα με το μήκος κύματος (Εικ.) αντιπροσωπεύεται από μια καμπύλη με μέγιστο. προς την κατεύθυνση των μεγάλων κυμάτων, η καμπύλη πέφτει απαλά, και προς την κατεύθυνση των βραχέων κυμάτων, απότομα και διασπάται σε ένα ορισμένο μήκος κύματος (λ0), που ονομάζεται όριο μικρού μήκους κύματος του συνεχούς φάσματος. Η τιμή του λ0 είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τάση στο σωλήνα. Το Bremsstrahlung προκύπτει από την αλληλεπίδραση ταχέων ηλεκτρονίων με ατομικούς πυρήνες. Η ένταση bremsstrahlung είναι ευθέως ανάλογη με την ισχύ του ρεύματος της ανόδου, το τετράγωνο της τάσης του σωλήνα και τον ατομικό αριθμό (Z) του υλικού της ανόδου.
Εάν η ενέργεια των ηλεκτρονίων που επιταχύνεται στον σωλήνα ακτίνων Χ υπερβαίνει την κρίσιμη τιμή για την ουσία της ανόδου (αυτή η ενέργεια προσδιορίζεται από την τάση του σωλήνα Vcr, η οποία είναι κρίσιμη για αυτήν την ουσία), τότε εμφανίζεται χαρακτηριστική ακτινοβολία. Το χαρακτηριστικό φάσμα είναι η γραμμή, οι φασματικές γραμμές του σχηματίζουν μια σειρά, που υποδηλώνεται με τα γράμματα K, L, M, N.
Η σειρά K είναι το μικρότερο μήκος κύματος, η σειρά L έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος, οι σειρές M και N παρατηρούνται μόνο σε βαριά στοιχεία (Vcr βολφραμίου για τη σειρά K είναι 69,3 kv, για τη σειρά L - 12,1 kv). Η χαρακτηριστική ακτινοβολία προκύπτει ως εξής. Τα γρήγορα ηλεκτρόνια βγάζουν τα ατομικά ηλεκτρόνια από τα εσωτερικά κελύφη. Το άτομο διεγείρεται και στη συνέχεια επιστρέφει στη βασική κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια από τα εξωτερικά, λιγότερο δεσμευμένα κελύφη γεμίζουν τους χώρους που είναι κενοί στα εσωτερικά κελύφη και εκπέμπονται φωτόνια χαρακτηριστικής ακτινοβολίας με ενέργεια ίση με τη διαφορά μεταξύ της ενέργειας του ατόμου στη διεγερμένη και στη θεμελιώδη κατάσταση. Αυτή η διαφορά (και επομένως η ενέργεια του φωτονίου) έχει μια ορισμένη τιμή, χαρακτηριστική για κάθε στοιχείο. Αυτό το φαινόμενο αποτελεί τη βάση της φασματικής ανάλυσης στοιχείων ακτίνων Χ. Το σχήμα δείχνει το φάσμα γραμμής του βολφραμίου στο φόντο ενός συνεχούς φάσματος bremsstrahlung.
Η ενέργεια των ηλεκτρονίων που επιταχύνεται στο σωλήνα ακτίνων Χ μετατρέπεται σχεδόν εξ ολοκλήρου σε θερμική ενέργεια (η άνοδος θερμαίνεται έντονα σε αυτή την περίπτωση), μόνο ένα ασήμαντο μέρος (περίπου 1% σε τάση κοντά στα 100 kV) μετατρέπεται σε ενέργεια bremsstrahlung.
Η χρήση των ακτίνων Χ στην ιατρική βασίζεται στους νόμους της απορρόφησης των ακτίνων Χ από την ύλη. Η απορρόφηση των ακτίνων Χ είναι εντελώς ανεξάρτητη από τις οπτικές ιδιότητες του απορροφητικού υλικού. Το άχρωμο και διαφανές γυαλί μολύβδου που χρησιμοποιείται για την προστασία του προσωπικού στα δωμάτια ακτίνων Χ απορροφά τις ακτίνες Χ σχεδόν πλήρως. Αντίθετα, ένα φύλλο χαρτιού που δεν είναι διαφανές στο φως δεν εξασθενεί τις ακτίνες Χ.
Η ένταση μιας ομοιογενούς (δηλ. ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος) δέσμης ακτινοβολίας ακτίνων Χ, όταν διέρχεται από ένα στρώμα απορρόφησης, μειώνεται σύμφωνα με τον εκθετικό νόμο (e-x), όπου e είναι η βάση των φυσικών λογαρίθμων (2,718) και ο εκθέτης x είναι ίσο με το γινόμενοσυντελεστής εξασθένησης μάζας (μ / p) cm 2 /g ανά πάχος απορροφητή σε g / cm 2 (εδώ p είναι η πυκνότητα της ουσίας σε g / cm 3). Οι ακτίνες Χ εξασθενούν τόσο με τη σκέδαση όσο και με την απορρόφηση. Συνεπώς, ο συντελεστής εξασθένησης μάζας είναι το άθροισμα των συντελεστών απορρόφησης μάζας και σκέδασης. Ο συντελεστής απορρόφησης μάζας αυξάνεται απότομα με την αύξηση του ατομικού αριθμού (Z) του απορροφητή (ανάλογα με το Z3 ή Z5) και με την αύξηση του μήκους κύματος (ανάλογα με το λ3). Αυτή η εξάρτηση από το μήκος κύματος παρατηρείται εντός των ζωνών απορρόφησης, στα όρια των οποίων ο συντελεστής εμφανίζει άλματα.
Ο συντελεστής σκέδασης μάζας αυξάνεται με την αύξηση του ατομικού αριθμού της ουσίας. Για λ≥0,3Å ο συντελεστής σκέδασης δεν εξαρτάται από το μήκος κύματος, για λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.
Η μείωση των συντελεστών απορρόφησης και σκέδασης με τη μείωση του μήκους κύματος προκαλεί αύξηση της διεισδυτικής ισχύος των ακτίνων Χ. Ο συντελεστής απορρόφησης μάζας για τα οστά [η απορρόφηση οφείλεται κυρίως στο Ca 3 (PO 4) 2 ] είναι σχεδόν 70 φορές μεγαλύτερος από ό,τι για τους μαλακούς ιστούς, όπου η απορρόφηση οφείλεται κυρίως στο νερό. Αυτό εξηγεί γιατί η σκιά των οστών ξεχωρίζει τόσο έντονα στις ακτινογραφίες στο φόντο των μαλακών ιστών.
Η διάδοση μιας ανομοιογενούς δέσμης ακτίνων Χ μέσω οποιουδήποτε μέσου, μαζί με μείωση της έντασης, συνοδεύεται από αλλαγή στη φασματική σύνθεση, αλλαγή στην ποιότητα της ακτινοβολίας: το τμήμα μακρών κυμάτων του φάσματος απορροφάται σε μεγαλύτερο βαθμό από το τμήμα βραχέων κυμάτων, η ακτινοβολία γίνεται πιο ομοιόμορφη. Το φιλτράρισμα του τμήματος μεγάλου μήκους κύματος του φάσματος καθιστά δυνατή τη βελτίωση της αναλογίας μεταξύ βαθιών και επιφανειακών δόσεων κατά τη διάρκεια της θεραπείας με ακτίνες Χ των εστιών που βρίσκονται βαθιά στο ανθρώπινο σώμα (βλ. φίλτρα ακτίνων Χ). Για να χαρακτηριστεί η ποιότητα μιας ανομοιογενούς δέσμης ακτίνων Χ, χρησιμοποιείται η έννοια του "μισού στρώματος εξασθένησης (L)" - ένα στρώμα μιας ουσίας που εξασθενεί την ακτινοβολία κατά το ήμισυ. Το πάχος αυτού του στρώματος εξαρτάται από την τάση στο σωλήνα, το πάχος και το υλικό του φίλτρου. Σελοφάν (έως ενέργεια 12 keV), αλουμίνιο (20-100 keV), χαλκός (60-300 keV), μόλυβδος και χαλκός (>300 keV) χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των μισών στρωμάτων εξασθένησης. Για ακτίνες Χ που παράγονται σε τάσεις 80-120 kV, 1 mm χαλκού ισοδυναμεί σε ικανότητα φιλτραρίσματος με 26 mm αλουμινίου, 1 mm μολύβδου ισοδυναμεί με 50,9 mm αλουμινίου.
Η απορρόφηση και η διασπορά των ακτίνων Χ οφείλεται στις σωματικές ιδιότητές τους. Οι ακτίνες Χ αλληλεπιδρούν με τα άτομα ως ένα ρεύμα σωματιδίων (σωματιδίων) - φωτονίων, καθένα από τα οποία έχει μια ορισμένη ενέργεια (αντίστροφα ανάλογη με το μήκος κύματος των ακτίνων Χ). Το ενεργειακό εύρος των φωτονίων ακτίνων Χ είναι 0,05-500 keV.
Η απορρόφηση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ οφείλεται στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο: η απορρόφηση ενός φωτονίου από το κέλυφος ηλεκτρονίων συνοδεύεται από την εκτόξευση ενός ηλεκτρονίου. Το άτομο διεγείρεται και, επιστρέφοντας στη βασική κατάσταση, εκπέμπει χαρακτηριστική ακτινοβολία. Το εκπεμπόμενο φωτοηλεκτρόνιο μεταφέρει όλη την ενέργεια του φωτονίου (μείον την ενέργεια δέσμευσης του ηλεκτρονίου στο άτομο).
Η σκέδαση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ οφείλεται στα ηλεκτρόνια του μέσου σκέδασης. Υπάρχουν η κλασική σκέδαση (το μήκος κύματος της ακτινοβολίας δεν αλλάζει, αλλά η κατεύθυνση διάδοσης αλλάζει) και η σκέδαση με αλλαγή στο μήκος κύματος - το φαινόμενο Compton (το μήκος κύματος της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας είναι μεγαλύτερο από το προσπίπτον). Στην τελευταία περίπτωση, το φωτόνιο συμπεριφέρεται σαν μια κινούμενη μπάλα και η σκέδαση των φωτονίων συμβαίνει, σύμφωνα με την εικονική έκφραση του Comnton, όπως ένα παιχνίδι μπιλιάρδου με φωτόνια και ηλεκτρόνια: όταν συγκρούεται με ένα ηλεκτρόνιο, το φωτόνιο μεταφέρει μέρος της ενέργειάς του σε αυτό και διασκορπίζεται, έχοντας ήδη λιγότερη ενέργεια αυτά τα ηλεκτρόνια ονομάζονται ηλεκτρόνια Compton, ή ηλεκτρόνια ανάκρουσης). Η απορρόφηση της ενέργειας των ακτίνων Χ συμβαίνει κατά το σχηματισμό δευτερογενών ηλεκτρονίων (Compton και φωτοηλεκτρόνια) και τη μεταφορά ενέργειας σε αυτά. Η ενέργεια των ακτίνων Χ που μεταφέρεται σε μια μονάδα μάζας μιας ουσίας καθορίζει την απορροφούμενη δόση των ακτίνων Χ. Η μονάδα αυτής της δόσης 1 rad αντιστοιχεί σε 100 erg/g. Λόγω της απορροφούμενης ενέργειας στην ουσία του απορροφητή, συμβαίνουν ορισμένες δευτερεύουσες διεργασίες που είναι σημαντικές για τη δοσιμετρία ακτίνων Χ, καθώς σε αυτές βασίζονται οι μέθοδοι μέτρησης ακτίνων Χ. (βλ. Δοσιμετρία).
Όλα τα αέρια και πολλά υγρά, οι ημιαγωγοί και τα διηλεκτρικά, υπό τη δράση των ακτίνων Χ, αυξάνουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η αγωγιμότητα εντοπίζεται από τα καλύτερα μονωτικά υλικά: παραφίνη, μαρμαρυγία, καουτσούκ, κεχριμπάρι. Η αλλαγή στην αγωγιμότητα οφείλεται στον ιονισμό του μέσου, δηλαδή στον διαχωρισμό των ουδέτερων μορίων σε θετικά και αρνητικά ιόντα (ο ιονισμός παράγεται από δευτερεύοντα ηλεκτρόνια). Ο ιονισμός στον αέρα χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της δόσης έκθεσης της ακτινοβολίας ακτίνων Χ (δόση στον αέρα), η οποία μετριέται σε ρεντογόνα (βλ. Δόσεις Ιονίζουσας Ακτινοβολίας). Σε δόση 1 r, η απορροφούμενη δόση στον αέρα είναι 0,88 rad.
Υπό τη δράση των ακτίνων Χ, ως αποτέλεσμα της διέγερσης των μορίων μιας ουσίας (και κατά τον ανασυνδυασμό ιόντων), σε πολλές περιπτώσεις διεγείρεται μια ορατή λάμψη της ουσίας. Σε υψηλές εντάσεις ακτινοβολίας ακτίνων Χ, παρατηρείται ορατή λάμψη αέρα, χαρτιού, παραφίνης κ.λπ. (εξαίρεση αποτελούν τα μέταλλα). Η υψηλότερη απόδοση ορατού φωτός δίνεται από κρυσταλλικούς φωσφόρους όπως ο Zn·CdS·Ag-φώσφορος και άλλοι που χρησιμοποιούνται για οθόνες στη φθοροσκόπηση.
Κάτω από τη δράση των ακτίνων Χ, διάφορες χημικές διεργασίες μπορούν επίσης να πραγματοποιηθούν σε μια ουσία: αποσύνθεση ενώσεων αλογονιδίου αργύρου (φωτογραφικό αποτέλεσμα που χρησιμοποιείται στις ακτίνες Χ), αποσύνθεση νερού και υδατικών διαλυμάτων υπεροξειδίου του υδρογόνου, αλλαγή στις ιδιότητες του κυτταροειδούς (θολότητα και απελευθέρωση καμφοράς), παραφίνη (θόλωση και λεύκανση).
Ως αποτέλεσμα της πλήρους μετατροπής, όλη η ενέργεια των ακτίνων Χ που απορροφάται από τη χημικά αδρανή ουσία μετατρέπεται σε θερμότητα. Η μέτρηση πολύ μικρών ποσοτήτων θερμότητας απαιτεί πολύ ευαίσθητες μεθόδους, αλλά είναι η κύρια μέθοδος για απόλυτες μετρήσεις ακτίνων Χ.
Οι δευτερογενείς βιολογικές επιδράσεις από την έκθεση σε ακτίνες Χ αποτελούν τη βάση της ιατρικής ακτινοθεραπείας (βλ.). Οι ακτίνες Χ, τα κβάντα των οποίων είναι 6-16 keV (ενεργά μήκη κύματος από 2 έως 5 Α), απορροφώνται σχεδόν πλήρως από το δέρμα του ιστού του ανθρώπινου σώματος. ονομάζονται οριακές ακτίνες, ή μερικές φορές ακτίνες Bucca (βλ. ακτίνες Bucca). Για βαθιά θεραπεία με ακτίνες Χ, χρησιμοποιείται σκληρή φιλτραρισμένη ακτινοβολία με ενεργειακά κβάντα από 100 έως 300 keV.
Η βιολογική επίδραση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όχι μόνο στην ακτινοθεραπεία, αλλά και στη διάγνωση με ακτίνες Χ, καθώς και σε όλες τις άλλες περιπτώσεις επαφής με ακτίνες Χ που απαιτούν τη χρήση ακτινοπροστασίας (βλ.).
ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑΚΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΤΗΣ ΡΩΣΙΚΗΣ ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑΣ
ΚΡΑΤΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ
ΑΝΩΤΕΡΗ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ
ΚΡΑΤΙΚΟ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΧΑΛΥΒΟΥ ΚΑΙ ΚΡΑΜΑΤΩΝ ΜΟΣΧΑΣ
(ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ)
ΚΛΑΔΟΣ NOVOTROITSKY
Τμήμα ΟΕΝΤ
ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ
Πειθαρχία: Φυσική
Θέμα: ακτινογραφία
Μαθητής: Nedorezova N.A.
Ομάδα: EiU-2004-25, Αρ. З.К.: 04Н036
Έλεγχος: Ozhegova S.M.
Εισαγωγή
Κεφάλαιο 1
1.1 Βιογραφία του Roentgen Wilhelm Conrad
1.2 Ανακάλυψη ακτίνων Χ
Κεφάλαιο 2
2.1 Πηγές ακτίνων Χ
2.2 Ιδιότητες των ακτίνων Χ
2.3 Καταγραφή ακτινογραφιών
2.4 Χρήση ακτίνων Χ
κεφάλαιο 3
3.1 Ανάλυση ατελειών κρυσταλλικής δομής
3.2 Ανάλυση φάσματος
συμπέρασμα
Κατάλογος πηγών που χρησιμοποιήθηκαν
Εφαρμογές
Ένα σπάνιο άτομο δεν έχει περάσει από αίθουσα ακτίνων Χ. Οι φωτογραφίες που λαμβάνονται με ακτίνες Χ είναι γνωστές σε όλους. Το 1995, αυτή η ανακάλυψη ήταν 100 ετών. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς τι μεγάλο ενδιαφέρον προκάλεσε πριν από έναν αιώνα. Στα χέρια ενός άνδρα αποδείχθηκε ότι ήταν μια συσκευή με την οποία ήταν δυνατό να δει κανείς το αόρατο.
Αυτή η αόρατη ακτινοβολία, ικανή να διεισδύσει, αν και σε διάφορους βαθμούς, σε όλες τις ουσίες, που είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος περίπου 10 -8 cm, ονομάστηκε ακτινοβολία ακτίνων Χ, προς τιμήν του Wilhelm Roentgen, που την ανακάλυψε.
Όπως το ορατό φως, οι ακτίνες Χ προκαλούν μαύρισμα του φωτογραφικού φιλμ. Αυτή η ιδιοκτησία έχει μεγάλη σημασία για την ιατρική, τη βιομηχανία και την επιστημονική έρευνα. Περνώντας μέσα από το υπό μελέτη αντικείμενο και στη συνέχεια πέφτοντας πάνω στο φιλμ, η ακτινοβολία ακτίνων Χ απεικονίζει την εσωτερική του δομή πάνω του. Δεδομένου ότι η διεισδυτική ισχύς της ακτινοβολίας ακτίνων Χ είναι διαφορετική για διαφορετικά υλικά, τμήματα του αντικειμένου που είναι λιγότερο διαφανή σε αυτό δίνουν φωτεινότερες περιοχές στη φωτογραφία από εκείνες στις οποίες η ακτινοβολία διεισδύει καλά. Έτσι, οι ιστοί των οστών είναι λιγότερο διαφανείς στις ακτινογραφίες από τους ιστούς που αποτελούν το δέρμα και τα εσωτερικά όργανα. Επομένως, στην ακτινογραφία, τα οστά θα υποδεικνύονται ως ελαφρύτερες περιοχές και η θέση του κατάγματος, η οποία είναι λιγότερο διαφανής για την ακτινοβολία, μπορεί να ανιχνευθεί αρκετά εύκολα. Η απεικόνιση ακτίνων Χ χρησιμοποιείται επίσης στην οδοντιατρική για την ανίχνευση τερηδόνας και αποστημάτων στις ρίζες των δοντιών, καθώς και στη βιομηχανία για την ανίχνευση ρωγμών σε χυτά υλικά, πλαστικά και καουτσούκ, στη χημεία για την ανάλυση ενώσεων και στη φυσική για τη μελέτη της δομής των κρυστάλλων.
Την ανακάλυψη του Ρέντγκεν ακολούθησαν πειράματα από άλλους ερευνητές που ανακάλυψαν πολλές νέες ιδιότητες και δυνατότητες χρήσης αυτής της ακτινοβολίας. Μια σημαντική συνεισφορά έγινε από τους M. Laue, W. Friedrich και P. Knipping, οι οποίοι το 1912 απέδειξαν την περίθλαση των ακτίνων Χ καθώς περνούν μέσα από έναν κρύσταλλο. Ο W. Coolidge, ο οποίος το 1913 εφηύρε έναν σωλήνα ακτίνων Χ υψηλού κενού με θερμαινόμενη κάθοδο. G. Moseley, ο οποίος καθιέρωσε το 1913 τη σχέση μεταξύ του μήκους κύματος της ακτινοβολίας και του ατομικού αριθμού ενός στοιχείου. G. και L. Braggi, οι οποίοι έλαβαν το βραβείο Νόμπελ το 1915 για την ανάπτυξη των θεμελιωδών αρχών της ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ.
Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να μελετήσει το φαινόμενο της ακτινοβολίας ακτίνων Χ, την ιστορία της ανακάλυψης, τις ιδιότητες και να εντοπίσει το πεδίο εφαρμογής της.
Ο Wilhelm Conrad Roentgen γεννήθηκε στις 17 Μαρτίου 1845 στη συνοριακή περιοχή της Γερμανίας με την Ολλανδία, στην πόλη Lenepe. Έλαβε την τεχνική του εκπαίδευση στη Ζυρίχη στην ίδια Ανώτερη Τεχνική Σχολή (Πολυτεχνείο) όπου αργότερα σπούδασε ο Αϊνστάιν. Το πάθος για τη φυσική τον ανάγκασε αφού άφησε το σχολείο το 1866 να συνεχίσει τη φυσική αγωγή.
Το 1868 υπερασπίστηκε τη διατριβή του για το πτυχίο του διδάκτορα της Φιλοσοφίας, εργάστηκε ως βοηθός στο Τμήμα Φυσικής, πρώτα στη Ζυρίχη, μετά στο Giessen και μετά στο Στρασβούργο (1874-1879) με τον Kundt. Εδώ ο Ρέντγκεν πέρασε από ένα καλό πειραματικό σχολείο και έγινε πειραματιστής πρώτης κατηγορίας. Ο Ρέντγκεν πραγματοποίησε μέρος της σημαντικής έρευνας με τον μαθητή του, έναν από τους ιδρυτές της σοβιετικής φυσικής, τον A.F. Ioffe.
Η επιστημονική έρευνα σχετίζεται με τον ηλεκτρομαγνητισμό, την κρυσταλλική φυσική, την οπτική, τη μοριακή φυσική.
Το 1895, ανακάλυψε ακτινοβολία με μήκος κύματος μικρότερο από το μήκος κύματος των υπεριωδών ακτίνων (ακτίνες Χ), που αργότερα ονομάστηκαν ακτίνες Χ, και ερεύνησε τις ιδιότητές τους: την ικανότητα να ανακλούν, να απορροφούν, να ιονίζουν τον αέρα κ.λπ. Πρότεινε τον σωστό σχεδιασμό του σωλήνα για τη λήψη ακτίνων Χ - μια κεκλιμένη αντικάθοδο πλατίνας και μια κοίλη κάθοδο: ήταν ο πρώτος που τράβηξε φωτογραφίες χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ. Ανακάλυψε το 1885 το μαγνητικό πεδίο ενός διηλεκτρικού που κινείται σε ηλεκτρικό πεδίο (το λεγόμενο «ρεύμα ακτίνων Χ»). Η εμπειρία του έδειξε ξεκάθαρα ότι ένα μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από κινούμενα φορτία και ήταν σημαντικό για τη δημιουργία της ηλεκτρονικής θεωρίας του X. Lorentz. Οι φυσικοί βραβεύτηκαν με το βραβείο Νόμπελ.
Από το 1900 μέχρι τις τελευταίες μέρες της ζωής του (πέθανε στις 10 Φεβρουαρίου 1923) εργάστηκε στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου.
Τέλη 19ου αιώνα σημαδεύτηκε από αυξημένο ενδιαφέρον για τα φαινόμενα της διέλευσης του ηλεκτρισμού μέσω των αερίων. Ακόμη και ο Faraday μελέτησε σοβαρά αυτά τα φαινόμενα, περιέγραψε διάφορες μορφές εκκένωσης, ανακάλυψε ένα σκοτεινό χώρο σε μια φωτεινή στήλη από σπάνιο αέριο. Ο σκοτεινός χώρος Faraday διαχωρίζει τη μπλε, καθοδική λάμψη από τη ροζ, ανοδική λάμψη.
Μια περαιτέρω αύξηση της αραίωσης του αερίου αλλάζει σημαντικά τη φύση της λάμψης. Ο μαθηματικός Plücker (1801-1868) ανακάλυψε το 1859, σε αρκετά ισχυρή αραίωση, μια ασθενώς μπλε δέσμη ακτίνων που προέρχονταν από την κάθοδο, φτάνοντας στην άνοδο και προκαλώντας τη λάμψη του γυαλιού του σωλήνα. Ο μαθητής του Plücker, Gittorf (1824-1914) το 1869 συνέχισε την έρευνα του δασκάλου του και έδειξε ότι μια ευδιάκριτη σκιά εμφανίζεται στη φθορίζουσα επιφάνεια του σωλήνα εάν τοποθετηθεί ένα στερεό σώμα μεταξύ της καθόδου και αυτής της επιφάνειας.
Ο Goldstein (1850-1931), μελετώντας τις ιδιότητες των ακτίνων, τις ονόμασε καθοδικές ακτίνες (1876). Τρία χρόνια αργότερα, ο William Crookes (1832-1919) απέδειξε την υλική φύση των καθοδικών ακτίνων και τις ονόμασε "ακτινοβόλο ύλη" - μια ουσία σε ειδική τέταρτη κατάσταση. Τα στοιχεία του ήταν πειστικά και ξεκάθαρα. Πειράματα με τον "σωλήνα Crookes" αποδείχθηκαν αργότερα σε όλες τις φυσικές τάξεις. Η εκτροπή της καθόδου από ένα μαγνητικό πεδίο σε ένα σωλήνα Crookes έχει γίνει μια κλασική σχολική επίδειξη.
Ωστόσο, τα πειράματα σχετικά με την ηλεκτρική εκτροπή των καθοδικών ακτίνων δεν ήταν τόσο πειστικά. Ο Hertz δεν ανίχνευσε μια τέτοια απόκλιση και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η καθοδική ακτίνα είναι μια ταλαντωτική διαδικασία στον αιθέρα. Ο μαθητής του Hertz, F. Lenard, πειραματιζόμενος με τις καθοδικές ακτίνες, έδειξε το 1893 ότι περνούν από ένα παράθυρο καλυμμένο με αλουμινόχαρτο και προκαλούν λάμψη στο χώρο πίσω από το παράθυρο. Ο Hertz αφιέρωσε το τελευταίο του άρθρο, που δημοσιεύτηκε το 1892, στο φαινόμενο της διέλευσης των καθοδικών ακτίνων μέσα από λεπτά μεταλλικά σώματα. Ξεκίνησε με τις λέξεις:
"Οι καθοδικές ακτίνες διαφέρουν σημαντικά από το φως ως προς την ικανότητά τους να διαπερνούν τα στερεά." Περιγράφοντας τα αποτελέσματα των πειραμάτων σχετικά με τη διέλευση καθοδικών ακτίνων μέσα από φύλλα χρυσού, αργύρου, πλατίνας, αλουμινίου κ.λπ., ο Hertz σημειώνει ότι δεν παρατήρησε ιδιαίτερες διαφορές στα φαινόμενα.
Με τέτοιους σωλήνες των Crookes, Lenard και άλλων πειραματίστηκε ο καθηγητής του Würzburg Wilhelm Conrad Roentgen στα τέλη του 1895. Μια μέρα, μετά το τέλος του πειράματος, κάλυψε το σωλήνα με ένα μαύρο χαρτόνι κάλυμμα, έσβησε το φως, αλλά δεν έσβησε τον επαγωγέα που τροφοδοτούσε τον σωλήνα, παρατήρησε τη λάμψη του barium syng της οθόνης. Κτυπημένος από αυτή την περίσταση, ο Ρέντγκεν άρχισε να πειραματίζεται με την οθόνη. Στην πρώτη του έκθεση "On a new kind of rays", με ημερομηνία 28 Δεκεμβρίου 1895, έγραψε για αυτά τα πρώτα πειράματα: "Ένα κομμάτι χαρτί επικαλυμμένο με βάριο πλατίνα-κυανιούχο, όταν πλησιάζει ένα σωλήνα, κλειστό με ένα κάλυμμα από λεπτό μαύρο χαρτόνι που ταιριάζει αρκετά σφιχτά σε αυτό, αναβοσβήνει με έντονο φως με κάθε εκκένωση αρχίζει να εκτοξεύεται: Ο φθορισμός είναι ορατός με επαρκή σκουρόχρωμα και δεν εξαρτάται από το αν φέρουμε το χαρτί με την πλευρά επικαλυμμένη με συνεργογόνο βαρίου ή όχι επικαλυμμένο με συνεργογόνο βαρίου. Ο φθορισμός είναι αισθητός ακόμη και σε απόσταση δύο μέτρων από τον σωλήνα.»
Η προσεκτική έρευνα έδειξε ότι ο Ρέντγκεν «αυτό το μαύρο χαρτόνι, διαφανές ούτε στις ορατές και υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου, ούτε στις ακτίνες ενός ηλεκτρικού τόξου, διαπερνάται από κάποιο είδος παράγοντα που προκαλεί φθορισμό». σε στρώματα μετάλλου, αλλά συγκρατούνται έντονα από τον μόλυβδο.
Στη συνέχεια περιγράφει τη συγκλονιστική εμπειρία:
«Αν κρατάτε το χέρι σας μεταξύ του σωλήνα εκκένωσης και της οθόνης, μπορείτε να δείτε τις σκοτεινές σκιές των οστών στα αμυδρά περιγράμματα της σκιάς του ίδιου του χεριού.» Αυτή ήταν η πρώτη εξέταση με ακτίνες Χ του ανθρώπινου σώματος.
Αυτά τα πλάνα έκαναν τεράστια εντύπωση. η ανακάλυψη δεν είχε ακόμη ολοκληρωθεί και η διάγνωση με ακτίνες Χ είχε ήδη ξεκινήσει το ταξίδι της. «Το εργαστήριό μου πλημμύρισε από γιατρούς που έφερναν ασθενείς που υποψιάζονταν ότι είχαν βελόνες σε διάφορα μέρη του σώματος», έγραψε ο Άγγλος φυσικός Σούστερ.
Ήδη μετά τα πρώτα πειράματα, ο Roentgen διαπίστωσε σταθερά ότι οι ακτίνες Χ διαφέρουν από τις καθόδους, δεν φέρουν φορτίο και δεν εκτρέπονται από μαγνητικό πεδίο, αλλά διεγείρονται από τις καθοδικές ακτίνες.
Διαπίστωσε επίσης ότι ενθουσιάζονται όχι μόνο στο γυαλί, αλλά και στα μέταλλα.
Αναφέροντας την υπόθεση Hertz-Lenard ότι οι καθοδικές ακτίνες «είναι ένα φαινόμενο που συμβαίνει στον αιθέρα», ο Roentgen επισημαίνει ότι «μπορούμε να πούμε κάτι παρόμοιο για τις ακτίνες μας». Ωστόσο, απέτυχε να ανιχνεύσει τις κυματικές ιδιότητες των ακτίνων, «συμπεριφέρονται διαφορετικά από τις μέχρι τώρα γνωστές υπεριώδεις, ορατές, υπέρυθρες ακτίνες.» Στις χημικές και φωταυγείς δράσεις τους, σύμφωνα με τον Roentgen, είναι παρόμοιες με τις υπεριώδεις ακτίνες. Στο πρώτο μήνυμα, εξέφρασε την υπόθεση που έμεινε αργότερα ότι μπορεί να είναι στα διαμήκη κύματα.
Η ανακάλυψη του Ρέντγκεν προκάλεσε μεγάλο ενδιαφέρον στον επιστημονικό κόσμο. Τα πειράματά του επαναλήφθηκαν σχεδόν σε όλα τα εργαστήρια του κόσμου. Στη Μόσχα επαναλήφθηκαν από τον Π.Ν. Λεμπέντεφ. Στην Αγία Πετρούπολη, ο εφευρέτης του ραδιοφώνου A.S. Ο Ποπόφ πειραματίστηκε με ακτίνες Χ, τις έδειξε σε δημόσιες διαλέξεις, λαμβάνοντας διάφορες ακτινογραφίες. Στο Cambridge D.D. Ο Thomson εφάρμοσε αμέσως το ιονιστικό αποτέλεσμα των ακτίνων Χ για να μελετήσει τη διέλευση του ηλεκτρισμού μέσω των αερίων. Η έρευνά του οδήγησε στην ανακάλυψη του ηλεκτρονίου.
Ακτινοβολία ακτίνων Χ - ηλεκτρομαγνητική ιονίζουσα ακτινοβολία, που καταλαμβάνει τη φασματική περιοχή μεταξύ ακτινοβολίας γάμμα και υπεριώδους ακτινοβολίας σε μήκη κύματος από 10 -4 έως 10 3 (από 10 -12 έως 10 -5 cm).R. μεγάλο. με μήκος κύματος λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - μαλακό.
Η πιο κοινή πηγή ακτίνων Χ είναι ο σωλήνας ακτίνων Χ.
Οι σωλήνες ακτίνων Χ χρησιμοποιούνται στη δομική ανάλυση ακτίνων Χ
Τα κύρια χαρακτηριστικά των σωλήνων ακτίνων Χ είναι η μέγιστη επιτρεπόμενη τάση επιτάχυνσης (1-500 kV), το ηλεκτρονικό ρεύμα (0,01 mA - 1A), η ειδική ισχύς που καταναλώνεται από την άνοδο (10-10 4 W / mm 2), η συνολική κατανάλωση ισχύος (0,002 W - 60 kW) και οι διαστάσεις εστίασης (10 μm). Η απόδοση του σωλήνα ακτίνων Χ είναι 0,1-3%.
Ορισμένα ραδιενεργά ισότοπα μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως πηγές ακτίνων Χ.
Τα σύγχρονα και οι δακτύλιοι αποθήκευσης ηλεκτρονίων με ενέργειες πολλών GeV μπορούν να χρησιμεύσουν ως πηγές μαλακών ακτίνων Χ με λ της τάξης των δεκάδων και των εκατοντάδων. Σε ένταση, η ακτινοβολία ακτίνων Χ των σύγχρονων υπερβαίνει την ακτινοβολία ενός σωλήνα ακτίνων Χ στην καθορισμένη περιοχή του φάσματος κατά 2-3 τάξεις μεγέθους.
Φυσικές πηγές ακτίνων Χ - ο Ήλιος και άλλα διαστημικά αντικείμενα.
Ανάλογα με τον μηχανισμό προέλευσης των ακτίνων Χ, τα φάσματα τους μπορεί να είναι συνεχή (bremsstrahlung) ή ευθεία (χαρακτηριστικά). Ένα συνεχές φάσμα ακτίνων Χ εκπέμπεται από γρήγορα φορτισμένα σωματίδια ως αποτέλεσμα της επιβράδυνσής τους όταν αλληλεπιδρούν με άτομα στόχους. αυτό το φάσμα φτάνει σε σημαντική ένταση μόνο όταν ο στόχος βομβαρδίζεται με ηλεκτρόνια. Η ένταση των ακτίνων Χ bremsstrahlung κατανέμεται σε όλες τις συχνότητες μέχρι το όριο υψηλής συχνότητας 0 , στο οποίο η ενέργεια του φωτονίου h 0 (h είναι η σταθερά του Planck
Η ακτινοβολία γραμμής εμφανίζεται μετά τον ιονισμό ενός ατόμου με την εκτίναξη ενός ηλεκτρονίου από ένα από τα εσωτερικά του κελύφη. Ένας τέτοιος ιονισμός μπορεί να είναι το αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης ατόμου με ένα γρήγορο σωματίδιο, όπως ένα ηλεκτρόνιο (πρωτογενείς ακτίνες Χ), ή η απορρόφηση ενός φωτονίου από ένα άτομο (φθορισμού ακτίνες Χ). Το ιονισμένο άτομο βρίσκεται στην αρχική κβαντική κατάσταση σε ένα από τα υψηλά ενεργειακά επίπεδα και μετά από 10 -16 -10 -15 δευτερόλεπτα περνά στην τελική κατάσταση με χαμηλότερη ενέργεια. Σε αυτή την περίπτωση, ένα άτομο μπορεί να εκπέμψει μια περίσσεια ενέργειας με τη μορφή φωτονίου συγκεκριμένης συχνότητας. Οι συχνότητες των γραμμών του φάσματος μιας τέτοιας ακτινοβολίας είναι χαρακτηριστικές των ατόμων κάθε στοιχείου, επομένως η γραμμή φάσματος ακτίνων Χ ονομάζεται χαρακτηριστική. Η εξάρτηση της συχνότητας γραμμής αυτού του φάσματος από τον ατομικό αριθμό Z καθορίζεται από το νόμο Moseley.
Ο νόμος του Moseley, ο νόμος που σχετίζεται με τη συχνότητα των φασματικών γραμμών της χαρακτηριστικής εκπομπής ακτίνων Χ ενός χημικού στοιχείου με τον αύξοντα αριθμό του. Το G. Moseley εγκαταστάθηκε πειραματικά
όπου R είναι η σταθερά Rydberg
Ο νόμος του Moseley ήταν αδιάψευστη απόδειξη της σωστής τοποθέτησης στοιχείων στον περιοδικό πίνακα στοιχείων
Σύμφωνα με το νόμο του Moseley, τα χαρακτηριστικά φάσματα ακτίνων Χ δεν εμφανίζουν τα περιοδικά μοτίβα που είναι εγγενή στα οπτικά φάσματα. Αυτό δείχνει ότι τα εσωτερικά κελύφη ηλεκτρονίων των ατόμων όλων των στοιχείων που εμφανίζονται στα χαρακτηριστικά φάσματα ακτίνων Χ έχουν παρόμοια δομή.
Αργότερα πειράματα αποκάλυψαν ορισμένες αποκλίσεις από τη γραμμική εξάρτηση για τις μεταβατικές ομάδες στοιχείων που σχετίζονται με μια αλλαγή στη σειρά πλήρωσης του εξωτερικού κελύφη ηλεκτρονίων, καθώς και για βαριά άτομα, που εμφανίζονται ως αποτέλεσμα σχετικιστικών επιδράσεων (εξηγείται υπό όρους από το γεγονός ότι οι εσωτερικές ταχύτητες είναι συγκρίσιμες με την ταχύτητα του φωτός).
Ανάλογα με διάφορους παράγοντες - με τον αριθμό των νουκλεονίων στον πυρήνα (ισότονη μετατόπιση), την κατάσταση των εξωτερικών κελυφών ηλεκτρονίων (χημική μετατόπιση) κ.λπ. - η θέση των φασματικών γραμμών στο διάγραμμα Moseley μπορεί να αλλάξει κάπως. Η μελέτη αυτών των μετατοπίσεων επιτρέπει σε κάποιον να αποκτήσει λεπτομερείς πληροφορίες για το άτομο.
Οι ακτίνες Χ Bremsstrahlung που εκπέμπονται από πολύ λεπτούς στόχους είναι πλήρως πολωμένοι κοντά στο 0. όσο μειώνεται το 0, μειώνεται ο βαθμός πόλωσης. Η χαρακτηριστική ακτινοβολία, κατά κανόνα, δεν είναι πολωμένη.
Όταν οι ακτίνες Χ αλληλεπιδρούν με την ύλη, μπορεί να συμβεί το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.
Όταν οι ακτίνες Χ διέρχονται από ένα στρώμα ουσίας με πάχος x, η αρχική τους ένταση I 0 μειώνεται στην τιμή I = I 0 e - μ x όπου μ είναι ο συντελεστής εξασθένησης. Η εξασθένηση του I συμβαίνει λόγω δύο διεργασιών: απορρόφησης φωτονίων ακτίνων Χ από την ύλη και αλλαγής της κατεύθυνσής τους κατά τη σκέδαση. Στην περιοχή μεγάλου μήκους κύματος του φάσματος κυριαρχεί η απορρόφηση των ακτίνων Χ, στην περιοχή μικρού μήκους κύματος η σκέδασή τους. Ο βαθμός απορρόφησης αυξάνεται γρήγορα με την αύξηση των Z και λ. Για παράδειγμα, οι σκληρές ακτίνες Χ διεισδύουν ελεύθερα μέσα από ένα στρώμα αέρα ~ 10 cm. μια πλάκα αλουμινίου πάχους 3 cm εξασθενεί τις ακτίνες Χ με λ = 0,027 κατά το ήμισυ. Οι μαλακές ακτίνες Χ απορροφώνται σημαντικά στον αέρα και η χρήση και η μελέτη τους είναι δυνατή μόνο σε κενό ή σε ασθενώς απορροφητικό αέριο (για παράδειγμα, He). Όταν οι ακτίνες Χ απορροφώνται, τα άτομα μιας ουσίας ιονίζονται.
Η επίδραση των ακτίνων Χ στους ζωντανούς οργανισμούς μπορεί να είναι ευεργετική ή επιβλαβής, ανάλογα με τον ιονισμό που προκαλούν στους ιστούς. Δεδομένου ότι η απορρόφηση των ακτίνων Χ εξαρτάται από το λ, η έντασή τους δεν μπορεί να χρησιμεύσει ως μέτρο της βιολογικής επίδρασης των ακτίνων Χ. Οι μετρήσεις ακτίνων Χ χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της επίδρασης των ακτίνων Χ στην ύλη.
Η σκέδαση των ακτίνων Χ στην περιοχή του μεγάλου Ζ και λ συμβαίνει κυρίως χωρίς μεταβολή του λ και ονομάζεται συνεκτική σκέδαση, ενώ στην περιοχή του μικρού Ζ και λ κατά κανόνα αυξάνεται (ασυνάρτητη σκέδαση). Υπάρχουν 2 τύποι ασυνάρτητης σκέδασης ακτίνων Χ - το Compton και το Raman. Στη σκέδαση Compton, η οποία έχει τον χαρακτήρα της ανελαστικής σωματιδιακής σκέδασης, ένα ηλεκτρόνιο ανάκρουσης πετάει έξω από το ατομικό κέλυφος λόγω της ενέργειας που χάνεται μερικώς από το φωτόνιο των ακτίνων Χ. Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια του φωτονίου μειώνεται και η κατεύθυνσή του αλλάζει. η μεταβολή του λ εξαρτάται από τη γωνία σκέδασης. Κατά τη διάρκεια της σκέδασης Raman ενός φωτονίου ακτίνων Χ υψηλής ενέργειας από ένα άτομο φωτός, ένα μικρό μέρος της ενέργειάς του δαπανάται στον ιονισμό του ατόμου και η κατεύθυνση της κίνησης του φωτονίου αλλάζει. Η αλλαγή τέτοιων φωτονίων δεν εξαρτάται από τη γωνία σκέδασης.
Ο δείκτης διάθλασης n για τις ακτίνες Χ διαφέρει από το 1 κατά πολύ μικρή ποσότητα δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 . Η ταχύτητα φάσης των ακτίνων Χ σε ένα μέσο είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός στο κενό. Η απόκλιση των ακτίνων Χ κατά τη μετάβαση από το ένα μέσο στο άλλο είναι πολύ μικρή (μερικά λεπτά τόξου). Όταν οι ακτίνες Χ πέφτουν από το κενό στην επιφάνεια ενός σώματος με πολύ μικρή γωνία, εμφανίζεται η συνολική τους εξωτερική ανάκλαση.
Το ανθρώπινο μάτι δεν είναι ευαίσθητο στις ακτινογραφίες. ακτινογραφία
Οι ακτίνες καταγράφονται χρησιμοποιώντας ένα ειδικό φιλμ ακτίνων Χ που περιέχει αυξημένη ποσότητα Ag, Br. Στην περιοχή λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть
искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В
области λ>5, η ευαισθησία του συνηθισμένου θετικού φιλμ είναι αρκετά υψηλή και οι κόκκοι του είναι πολύ μικρότεροι από τους κόκκους του φιλμ ακτίνων Χ, γεγονός που αυξάνει την ανάλυση. Σε λ της τάξης των δεκάδων και των εκατοντάδων, οι ακτίνες Χ δρουν μόνο στο λεπτότερο επιφανειακό στρώμα του φωτογραφικού γαλακτώματος. για να αυξηθεί η ευαισθησία του φιλμ, ευαισθητοποιείται με έλαια φωταύγειας. Στη διάγνωση ακτίνων Χ και στην ανίχνευση ελαττωμάτων, μερικές φορές χρησιμοποιείται ηλεκτροφωτογραφία για την καταγραφή ακτίνων Χ.
Οι ακτίνες Χ υψηλής έντασης μπορούν να καταγραφούν χρησιμοποιώντας θάλαμο ιονισμού
Οι ακτινογραφίες χρησιμοποιούνται ευρέως στην ιατρική για τη διάγνωση ακτίνων Χ.
Δομική ανάλυση ακτίνων Χ
Μικροσκόπιο ακτίνων Χ
Οι ακτίνες Χ που προέρχονται από το διάστημα μεταφέρουν πληροφορίες για τη χημική σύνθεση των κοσμικών σωμάτων και για τις φυσικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο διάστημα. Η αστρονομία των ακτίνων Χ ασχολείται με τη μελέτη των κοσμικών ακτίνων Χ
Ένα από τα κύρια καθήκοντα της ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ είναι ο προσδιορισμός της πραγματικής ή της φασικής σύνθεσης ενός υλικού. Η μέθοδος περίθλασης ακτίνων Χ είναι άμεση και χαρακτηρίζεται από υψηλή αξιοπιστία, ταχύτητα και σχετική φθηνότητα. Η μέθοδος δεν απαιτεί ένας μεγάλος αριθμόςουσίες, η ανάλυση μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς να καταστραφεί το εξάρτημα. Οι τομείς εφαρμογής της ποιοτικής ανάλυσης φάσης είναι πολύ διαφορετικοί τόσο για επιστημονική έρευνα όσο και για έλεγχο στην παραγωγή. Μπορείτε να ελέγξετε τη σύνθεση των πρώτων υλών μεταλλουργικής παραγωγής, προϊόντων σύνθεσης, επεξεργασίας, το αποτέλεσμα αλλαγών φάσης κατά τη θερμική και χημική-θερμική επεξεργασία, να αναλύσετε διάφορες επικαλύψεις, λεπτές μεμβράνες κ.λπ.
Κάθε φάση, έχοντας τη δική της κρυσταλλική δομή, χαρακτηρίζεται από ένα ορισμένο σύνολο διακριτών τιμών διαεπίπεδων αποστάσεων d/n από το μέγιστο και κάτω, εγγενές μόνο σε αυτήν τη φάση. Όπως προκύπτει από την εξίσωση Wulf-Bragg, κάθε τιμή της διαεπίπεδης απόστασης αντιστοιχεί σε μια γραμμή στο σχέδιο ακτίνων Χ από ένα πολυκρυσταλλικό δείγμα σε μια ορισμένη γωνία θ (σε μια δεδομένη τιμή του μήκους κύματος λ). Έτσι, ένα συγκεκριμένο σύστημα γραμμών (μέγιστα περίθλασης) θα αντιστοιχεί σε ένα ορισμένο σύνολο διαεπίπεδων αποστάσεων για κάθε φάση στο μοτίβο περίθλασης ακτίνων Χ. Η σχετική ένταση αυτών των γραμμών στο μοτίβο ακτίνων Χ εξαρτάται κυρίως από τη δομή της φάσης. Επομένως, προσδιορίζοντας τη θέση των γραμμών στην ακτινογραφία (τη γωνία του θ) και γνωρίζοντας το μήκος κύματος της ακτινοβολίας στην οποία λήφθηκε η ακτινογραφία, είναι δυνατό να προσδιοριστούν οι τιμές των διαεπίπεδων αποστάσεων d/n χρησιμοποιώντας τον τύπο Wulf-Bragg:
/n = λ/ (2sin θ). (1)
Έχοντας καθορίσει το σύνολο d/n για το υπό μελέτη υλικό και συγκρίνοντάς το με τα προηγουμένως γνωστά δεδομένα d/n για καθαρές ουσίες, τις διάφορες ενώσεις τους, είναι δυνατό να καθοριστεί ποια φάση περιλαμβάνει το δεδομένο υλικό. Πρέπει να τονιστεί ότι προσδιορίζονται οι φάσεις και όχι η χημική σύνθεση, αλλά η τελευταία μπορεί μερικές φορές να συναχθεί εάν υπάρχουν πρόσθετα δεδομένα για τη στοιχειακή σύνθεση μιας συγκεκριμένης φάσης. Το έργο της ποιοτικής ανάλυσης φάσης διευκολύνεται πολύ εάν είναι γνωστή η χημική σύσταση του υπό μελέτη υλικού, γιατί τότε είναι δυνατόν να γίνουν προκαταρκτικές υποθέσεις για τις πιθανές φάσεις σε αυτή την περίπτωση.
Το κλειδί για την ανάλυση φάσης είναι η ακριβής μέτρηση του d/n και της έντασης γραμμής. Αν και αυτό είναι καταρχήν ευκολότερο να επιτευχθεί με τη χρήση περιθλασίμετρου, η φωτομέθοδος για ποιοτική ανάλυση έχει ορισμένα πλεονεκτήματα, κυρίως όσον αφορά την ευαισθησία (την ικανότητα ανίχνευσης της παρουσίας μικρής ποσότητας φάσης στο δείγμα), καθώς και την απλότητα της πειραματικής τεχνικής.
Ο υπολογισμός του d/n από το μοτίβο ακτίνων Χ πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας την εξίσωση Wulf-Bragg.
Ως τιμή του λ σε αυτήν την εξίσωση, χρησιμοποιείται συνήθως η σειρά λ α cf K:
λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)
Μερικές φορές χρησιμοποιείται η γραμμή K α1. Ο προσδιορισμός των γωνιών περίθλασης θ για όλες τις γραμμές ακτίνων Χ σάς επιτρέπει να υπολογίσετε το d / n σύμφωνα με την εξίσωση (1) και να διαχωρίσετε τις β-γραμμές (αν δεν υπήρχε φίλτρο για τις (ακτίνες β).
Όλα τα πραγματικά μονοκρυσταλλικά και ακόμη περισσότερο πολυκρυσταλλικά υλικά περιέχουν ορισμένες δομικές ατέλειες (σημειακά ελαττώματα, εξαρθρώσεις, διάφορους τύπους διεπαφής, μικρο- και μακροεντάσεις), οι οποίες έχουν πολύ ισχυρή επίδραση σε όλες τις ευαίσθητες στη δομή ιδιότητες και διαδικασίες.
Οι δομικές ατέλειες προκαλούν παραμορφώσεις του κρυσταλλικού πλέγματος διαφορετικής φύσης και, ως αποτέλεσμα, διαφορετικοί τύποι αλλαγών στο μοτίβο περίθλασης: μια αλλαγή στις διατομικές και διαεπίπεδες αποστάσεις προκαλεί μετατόπιση στα μέγιστα περίθλασης, οι μικροεντάσεις και η διασπορά της υποδομής οδηγούν σε διεύρυνση της αλλαγής της διάθλασης στο μέγιστο της διάθλασης. , η παρουσία εξαρθρώσεων προκαλεί ανώμαλα φαινόμενα κατά τη διέλευση των ακτίνων Χ και κατά συνέπεια τοπικές ανομοιογένειες της αντίθεσης σε τοπογράμματα ακτίνων Χ και άλλα
Ως αποτέλεσμα, η ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ είναι μια από τις πιο κατατοπιστικές μεθόδους για τη μελέτη των δομικών ατελειών, του τύπου και της συγκέντρωσής τους και της φύσης της κατανομής τους.
Η παραδοσιακή άμεση μέθοδος περίθλασης ακτίνων Χ, η οποία εφαρμόζεται σε σταθερά περιθλασίμετρα, λόγω των σχεδιαστικών τους χαρακτηριστικών, επιτρέπει τον ποσοτικό προσδιορισμό τάσεων και παραμορφώσεων μόνο σε μικρά δείγματα κομμένα από μέρη ή αντικείμενα.
Ως εκ τούτου, επί του παρόντος, υπάρχει μια μετάβαση από σταθερά στα φορητά περιθλασίμετρα ακτίνων Χ μικρού μεγέθους, τα οποία παρέχουν αξιολόγηση των τάσεων στο υλικό εξαρτημάτων ή αντικειμένων χωρίς καταστροφή στα στάδια της κατασκευής και λειτουργίας τους.
Τα φορητά περιθλασίμετρα ακτίνων Χ της σειράς DRP * 1 καθιστούν δυνατό τον έλεγχο των υπολειπόμενων και αποτελεσματικών τάσεων σε εξαρτήματα, προϊόντα και κατασκευές μεγάλου μεγέθους χωρίς καταστροφή
Το πρόγραμμα στο περιβάλλον των Windows επιτρέπει όχι μόνο τον προσδιορισμό των τάσεων χρησιμοποιώντας τη μέθοδο "sin 2 ψ" σε πραγματικό χρόνο, αλλά και την παρακολούθηση της αλλαγής στη σύνθεση και την υφή φάσης. Ο ανιχνευτής γραμμικών συντεταγμένων παρέχει ταυτόχρονη καταγραφή σε γωνίες περίθλασης 2θ = 43°. μικρού μεγέθους σωλήνες ακτίνων Χ τύπου "Fox" με υψηλή φωτεινότητα και χαμηλή ισχύ (5 W) εξασφαλίζουν την ακτινολογική ασφάλεια της συσκευής, στην οποία σε απόσταση 25 cm από την ακτινοβολούμενη περιοχή, το επίπεδο ακτινοβολίας είναι ίσο με το επίπεδο φυσικού υποβάθρου. Οι συσκευές της σειράς DRP χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των τάσεων σε διάφορα στάδια διαμόρφωσης μετάλλων, κοπής, λείανσης, θερμικής επεξεργασίας, συγκόλλησης, σκλήρυνσης επιφανειών προκειμένου να βελτιστοποιηθούν αυτές οι τεχνολογικές εργασίες. Ο έλεγχος της πτώσης του επιπέδου των επαγόμενων υπολειμματικών θλιπτικών τάσεων σε ιδιαίτερα κρίσιμα προϊόντα και κατασκευές κατά τη λειτουργία τους καθιστά δυνατή την απομάκρυνση του προϊόντος πριν από την καταστροφή του, αποτρέποντας πιθανά ατυχήματα και καταστροφές.
Μαζί με τον προσδιορισμό της ατομικής κρυσταλλικής δομής και σύστασης φάσης του υλικού για αυτό πλήρη χαρακτηριστικάείναι υποχρεωτικός ο προσδιορισμός της χημικής του σύστασης.
Όλο και περισσότερο, διάφορες αποκαλούμενες ενόργανες μέθοδοι φασματικής ανάλυσης χρησιμοποιούνται στην πράξη για αυτούς τους σκοπούς. Κάθε ένα από αυτά έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και εφαρμογές.
Μία από τις σημαντικές απαιτήσεις σε πολλές περιπτώσεις είναι ότι η μέθοδος που χρησιμοποιείται διασφαλίζει την ασφάλεια του αναλυόμενου αντικειμένου. Αυτές οι μέθοδοι ανάλυσης συζητούνται σε αυτήν την ενότητα. Το επόμενο κριτήριο σύμφωνα με το οποίο επιλέχθηκαν οι μέθοδοι ανάλυσης που περιγράφονται σε αυτή την ενότητα είναι η τοπικότητά τους.
Η μέθοδος φασματικής ανάλυσης ακτίνων Χ φθορισμού βασίζεται στη διείσδυση μάλλον σκληρής ακτινοβολίας ακτίνων Χ (από έναν σωλήνα ακτίνων Χ) στο αναλυόμενο αντικείμενο, που διεισδύει σε ένα στρώμα με πάχος της τάξης πολλών μικρομέτρων. Η χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ που προκύπτει σε αυτήν την περίπτωση στο αντικείμενο καθιστά δυνατή τη λήψη κατά μέσο όρο δεδομένων για τη χημική του σύνθεση.
Για τον προσδιορισμό της στοιχειακής σύνθεσης μιας ουσίας, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει την ανάλυση του χαρακτηριστικού φάσματος ακτίνων Χ ενός δείγματος που τοποθετείται στην άνοδο ενός σωλήνα ακτίνων Χ και υποβάλλεται σε βομβαρδισμό ηλεκτρονίων - η μέθοδος εκπομπής ή η ανάλυση του δευτερεύοντος (φθορισμού) φάσματος ακτίνων Χ ενός δείγματος που υποβάλλεται σε ακτινοβολία με σκληρές ακτίνες Χ ή άλλη μέθοδο ακτινοβολίας ακτίνων Χ.
Το μειονέκτημα της μεθόδου εκπομπής είναι, πρώτον, η ανάγκη τοποθέτησης του δείγματος στην άνοδο του σωλήνα ακτίνων Χ, ακολουθούμενη από εκκένωση με αντλίες κενού. προφανώς, αυτή η μέθοδος είναι ακατάλληλη για εύτηκτες και πτητικές ουσίες. Το δεύτερο μειονέκτημα σχετίζεται με το γεγονός ότι ακόμη και πυρίμαχα αντικείμενα καταστρέφονται από βομβαρδισμό ηλεκτρονίων. Η μέθοδος φθορισμού είναι απαλλαγμένη από αυτές τις ελλείψεις και επομένως έχει πολύ ευρύτερη εφαρμογή. Το πλεονέκτημα της μεθόδου φθορισμού είναι επίσης η απουσία bremsstrahlung, που βελτιώνει την ευαισθησία της ανάλυσης. Η σύγκριση των μετρούμενων μηκών κύματος με πίνακες φασματικών γραμμών χημικών στοιχείων είναι η βάση μιας ποιοτικής ανάλυσης και οι σχετικές εντάσεις των φασματικών γραμμών διαφορετικών στοιχείων που σχηματίζουν την ουσία του δείγματος αποτελούν τη βάση μιας ποσοτικής ανάλυσης. Από την εξέταση του μηχανισμού διέγερσης της χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ, είναι σαφές ότι οι ακτινοβολίες μιας ή άλλης σειράς (K ή L, M, κ.λπ.) προκύπτουν ταυτόχρονα και ο λόγος των εντάσεων γραμμής εντός της σειράς είναι πάντα σταθερός. Επομένως, η παρουσία αυτού ή εκείνου του στοιχείου καθορίζεται όχι από μεμονωμένες γραμμές, αλλά από μια σειρά γραμμών ως σύνολο (εκτός από τις πιο αδύναμες, λαμβάνοντας υπόψη το περιεχόμενο αυτού του στοιχείου). Για σχετικά ελαφριά στοιχεία, χρησιμοποιείται η ανάλυση των γραμμών της σειράς K, για βαριά στοιχεία, οι γραμμές της σειράς L. υπό διαφορετικές συνθήκες (ανάλογα με τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται και τα αναλυόμενα στοιχεία), διαφορετικές περιοχές του χαρακτηριστικού φάσματος μπορεί να είναι πιο βολικές.
Τα κύρια χαρακτηριστικά της φασματικής ανάλυσης ακτίνων Χ είναι τα ακόλουθα.
Απλότητα χαρακτηριστικών φασμάτων ακτίνων Χ ακόμη και για βαριά στοιχεία (σε σύγκριση με τα οπτικά φάσματα), η οποία απλοποιεί την ανάλυση (μικρός αριθμός γραμμών, ομοιότητα στην αμοιβαία διάταξη τους, με αύξηση του σειριακού αριθμού, εμφανίζεται κανονική μετατόπιση του φάσματος στην περιοχή μικρού μήκους κύματος, συγκριτική απλότητα της ποσοτικής ανάλυσης).
Ανεξαρτησία των μηκών κύματος από την κατάσταση των ατόμων του αναλυόμενου στοιχείου (ελεύθερο ή σε χημική ένωση). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η εμφάνιση χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ σχετίζεται με τη διέγερση εσωτερικών ηλεκτρονικών επιπέδων, τα οποία στις περισσότερες περιπτώσεις πρακτικά δεν αλλάζουν με τον βαθμό ιονισμού των ατόμων.
Δυνατότητα διαχωρισμού στην ανάλυση σπάνιων γαιών και κάποιων άλλων στοιχείων που έχουν μικρές διαφορές στα φάσματα στην οπτική περιοχή λόγω της ομοιότητας της ηλεκτρονικής δομής των εξωτερικών κελυφών και διαφέρουν ελάχιστα στις χημικές τους ιδιότητες.
Η φασματοσκοπία φθορισμού ακτίνων Χ είναι «μη καταστροφική», επομένως έχει πλεονέκτημα έναντι της συμβατικής οπτικής φασματοσκοπίας κατά την ανάλυση λεπτών δειγμάτων - λεπτό μεταλλικό φύλλο, φύλλο κ.λπ.
Τα φασματόμετρα φθορισμού ακτίνων Χ, μεταξύ των οποίων πολυκάναλα φασματόμετρα ή κβαντόμετρα, που παρέχουν ρητή ποσοτική ανάλυση στοιχείων (από Na ή Mg έως U) με σφάλμα μικρότερο από 1% της καθορισμένης τιμής, όριο ευαισθησίας 10 -3 ... 10 -4%, έχουν γίνει ιδιαίτερα ευρέως χρησιμοποιούμενες στις επιχειρήσεις metallurg.
ακτίνα Χ
Μέθοδοι προσδιορισμού της φασματικής σύστασης των ακτίνων Χ
Τα φασματόμετρα χωρίζονται σε δύο τύπους: κρυσταλλική περίθλαση και χωρίς κρυστάλλους.
Η αποσύνθεση των ακτίνων Χ σε ένα φάσμα χρησιμοποιώντας ένα φυσικό πλέγμα περίθλασης - έναν κρύσταλλο - είναι ουσιαστικά παρόμοια με τη λήψη ενός φάσματος συνηθισμένων ακτίνων φωτός χρησιμοποιώντας ένα τεχνητό πλέγμα περίθλασης με τη μορφή περιοδικών κτυπημάτων στο γυαλί. Η συνθήκη για το σχηματισμό ενός μέγιστου περίθλασης μπορεί να γραφτεί ως η συνθήκη "αντανάκλασης" από ένα σύστημα παράλληλων ατομικών επιπέδων που χωρίζονται με απόσταση d hkl .
Κατά τη διεξαγωγή μιας ποιοτικής ανάλυσης, μπορεί κανείς να κρίνει την παρουσία ενός στοιχείου σε ένα δείγμα από μια γραμμή - συνήθως την πιο έντονη γραμμή της φασματικής σειράς που είναι κατάλληλη για έναν δεδομένο κρύσταλλο αναλυτή. Η διακριτική ικανότητα των φασματόμετρων περίθλασης κρυστάλλων είναι επαρκής για να διαχωρίσει τις χαρακτηριστικές γραμμές ακόμη και των στοιχείων που γειτνιάζουν στη θέση τους στον περιοδικό πίνακα. Ωστόσο, πρέπει επίσης να λάβουμε υπόψη την επιβολή διαφορετικών γραμμών διαφορετικών στοιχείων, καθώς και την επιβολή αντανακλάσεων διαφορετική σειρά. Αυτή η περίσταση πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή αναλυτικών γραμμών. Ταυτόχρονα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν οι δυνατότητες βελτίωσης της ανάλυσης του οργάνου.
Έτσι, οι ακτίνες Χ είναι αόρατη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος 10 5 - 10 2 nm. Οι ακτίνες Χ μπορούν να διαπεράσουν ορισμένα υλικά που είναι αδιαφανή στο ορατό φως. Εκπέμπονται κατά την επιβράδυνση των γρήγορων ηλεκτρονίων στην ύλη (συνεχές φάσμα) και κατά τις μεταβάσεις ηλεκτρονίων από τα εξωτερικά ηλεκτρονιακά κελύφη του ατόμου στα εσωτερικά (γραμμικό φάσμα). Πηγές ακτινοβολίας ακτίνων Χ είναι: σωλήνας ακτίνων Χ, ορισμένα ραδιενεργά ισότοπα, επιταχυντές και συσσωρευτές ηλεκτρονίων (ακτινοβολία σύγχροτρον). Δέκτες - φιλμ, οθόνες φωταύγειας, ανιχνευτές πυρηνικής ακτινοβολίας. Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται σε ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ, ιατρική, ανίχνευση ελαττωμάτων, φασματική ανάλυση ακτίνων Χ κ.λπ.
Έχοντας εξετάσει τις θετικές πτυχές της ανακάλυψης του V. Roentgen, είναι απαραίτητο να σημειωθεί η επιβλαβής βιολογική της επίδραση. Αποδείχθηκε ότι οι ακτινογραφίες μπορεί να προκαλέσουν κάτι σαν σοβαρό ηλιακό έγκαυμα (ερύθημα), συνοδευόμενο, ωστόσο, από βαθύτερη και πιο μόνιμη βλάβη στο δέρμα. Τα εμφανιζόμενα έλκη συχνά μετατρέπονται σε καρκίνο. Σε πολλές περιπτώσεις χρειάστηκε να ακρωτηριαστούν τα δάχτυλα ή τα χέρια. Υπήρχαν και θάνατοι.
Έχει διαπιστωθεί ότι η βλάβη του δέρματος μπορεί να αποφευχθεί με τη μείωση του χρόνου έκθεσης και της δόσης, χρησιμοποιώντας θωράκιση (π.χ. μόλυβδο) και τηλεχειριστήρια. Σταδιακά όμως αποκαλύφθηκαν άλλες, πιο μακροπρόθεσμες επιπτώσεις της έκθεσης σε ακτίνες Χ, οι οποίες στη συνέχεια επιβεβαιώθηκαν και μελετήθηκαν σε πειραματόζωα. Οι επιδράσεις που οφείλονται στις ακτίνες Χ και άλλες ιονίζουσες ακτινοβολίες (όπως οι ακτίνες γάμμα που εκπέμπονται από ραδιενεργά υλικά) περιλαμβάνουν:
) προσωρινές αλλαγές στη σύνθεση του αίματος μετά από σχετικά μικρή υπερβολική έκθεση.
) μη αναστρέψιμες αλλαγές στη σύνθεση του αίματος (αιμολυτική αναιμία) μετά από παρατεταμένη υπερβολική έκθεση.
) αύξηση της συχνότητας εμφάνισης καρκίνου (συμπεριλαμβανομένης της λευχαιμίας).
) ταχύτερη γήρανση και πρόωρο θάνατο.
) η εμφάνιση καταρράκτη.
Η βιολογική επίδραση των ακτίνων Χ στο ανθρώπινο σώμα καθορίζεται από το επίπεδο δόσης ακτινοβολίας, καθώς και από το ποιο συγκεκριμένο όργανο του σώματος εκτέθηκε σε ακτινοβολία.
Η συσσώρευση γνώσεων σχετικά με τις επιπτώσεις της ακτινοβολίας ακτίνων Χ στο ανθρώπινο σώμα οδήγησε στην ανάπτυξη εθνικών και διεθνών προτύπων για τις επιτρεπόμενες δόσεις ακτινοβολίας, που δημοσιεύθηκαν σε διάφορα βιβλία αναφοράς.
Για την αποφυγή των βλαβερών επιπτώσεων των ακτίνων Χ, χρησιμοποιούνται μέθοδοι ελέγχου:
) διαθεσιμότητα επαρκούς εξοπλισμού,
) παρακολούθηση της συμμόρφωσης με τους κανονισμούς ασφαλείας,
) σωστή χρήση του εξοπλισμού.
1) Blokhin M.A., Physics of X-rays, 2nd ed., M., 1957;
) Blokhin M.A., Methods of X-ray spectral studies, Μ., 1959;
) Ακτινογραφίες. Σάβ. εκδ. Μ.Α. Blokhin, μτφρ. με αυτόν. and English, Μ., 1960;
) Kharaja F., General course of X-ray engineering, 3rd ed., M. - L., 1966;
) Mirkin L.I., Handbook of X-ray diffraction analysis of polycrystals, Μ., 1961;
) Weinstein E.E., Kakhana M.M., Reference tables on X-ray spectroscopy, M., 1953.
) Ακτινογραφία και ηλεκτρονιοοπτική ανάλυση. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Επίδομα για τα πανεπιστήμια. - 4η έκδ. Προσθήκη. Και εργάτης. - Μ.: «MISiS», 2002. - 360 σελ.
Παράρτημα 1
Γενική άποψη σωλήνων ακτίνων Χ
Παράρτημα 2
Σχέδιο σωλήνα ακτίνων Χ για δομική ανάλυση
Σχέδιο ενός σωλήνα ακτίνων Χ για δομική ανάλυση: 1 - μεταλλικό γυαλί ανόδου (συνήθως γειωμένο). 2 - παράθυρα από βηρύλλιο για έξοδο ακτίνων Χ. 3 - θερμιονική κάθοδος. 4 - γυάλινη λάμπα, που απομονώνει το τμήμα ανόδου του σωλήνα από την κάθοδο. 5 - ακροδέκτες καθόδου, στους οποίους εφαρμόζεται η τάση του νήματος, καθώς και υψηλή (σε σχέση με την άνοδο) τάση. 6 - ηλεκτροστατικό σύστημα εστίασης ηλεκτρονίων. 7 - άνοδος (αντικαθόδιο); 8 - σωλήνες διακλάδωσης για είσοδο και έξοδο τρεχούμενου νερού ψύξης του γυαλιού ανόδου.
Παράρτημα 3
Διάγραμμα Moseley
Διάγραμμα Moseley για σειρές K, L και M χαρακτηριστικών ακτίνων Χ. Η τετμημένη δείχνει τον αύξοντα αριθμό του στοιχείου Z, την τεταγμένη - ( Μεείναι η ταχύτητα του φωτός).
Παράρτημα 4
Θάλαμος ιοντισμού.
Εικ.1. Τμήμα κυλινδρικού θαλάμου ιονισμού: 1 - κυλινδρικό σώμα του θαλάμου, το οποίο χρησιμεύει ως αρνητικό ηλεκτρόδιο. 2 - κυλινδρική ράβδος που χρησιμεύει ως θετικό ηλεκτρόδιο. 3 - μονωτές.
Ρύζι. 2. Σχέδιο ενεργοποίησης του θαλάμου ιονισμού ρεύματος: V - τάση στα ηλεκτρόδια του θαλάμου. Το G είναι ένα γαλβανόμετρο που μετρά το ρεύμα ιονισμού.
Ρύζι. 3. Χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης του θαλάμου ιονισμού.
Ρύζι. 4. Σχέδιο ενεργοποίησης του θαλάμου παλμικού ιονισμού: C - χωρητικότητα του ηλεκτροδίου συλλογής. Το R είναι αντίσταση.
Παράρτημα 5
Μετρητής σπινθηρισμών.
Σχέδιο ενός μετρητή σπινθηρισμού: κβάντα φωτός (φωτόνια) "βγάζουν άουτ" ηλεκτρόνια από τη φωτοκάθοδο. κινούμενος από δύνοδο σε δύνοδο, η χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων πολλαπλασιάζεται.
Παράρτημα 6
Μετρητής Geiger-Muller.
Ρύζι. 1. Σχέδιο γυάλινου μετρητή Geiger-Muller: 1 - ερμητικά σφραγισμένος γυάλινος σωλήνας. 2 - κάθοδος (ένα λεπτό στρώμα χαλκού σε σωλήνα από ανοξείδωτο χάλυβα). 3 - έξοδος της καθόδου. 4 - άνοδος (λεπτό τεντωμένο νήμα).
Ρύζι. 2. Σχέδιο ενεργοποίησης του μετρητή Geiger-Muller.
Ρύζι. 3. Το μετρητικό χαρακτηριστικό του μετρητή Geiger-Muller.
Παράρτημα 7
αναλογικός μετρητής.
Σχέδιο αναλογικού μετρητή: α - περιοχή μετατόπισης ηλεκτρονίων. β - περιοχή ενίσχυσης αερίου.
Παράρτημα 8
Ανιχνευτές ημιαγωγών
Ανιχνευτές ημιαγωγών; η ευαίσθητη περιοχή επισημαίνεται με εκκόλαψη. n - περιοχή ημιαγωγού με ηλεκτρονική αγωγιμότητα, p - με οπή, i - με εγγενή αγωγιμότητα. α - ανιχνευτής φραγμού επιφάνειας πυριτίου. β - επίπεδος ανιχνευτής γερμανίου-λιθίου μετατόπισης. γ - ομοαξονικός ανιχνευτής γερμανίου-λιθίου.
