تابش اشعه ایکس

تابش اشعه ایکس ناحیه طیف الکترومغناطیسی بین پرتوهای گاما و فرابنفش را اشغال می کند و نشان دهنده تابش الکترومغناطیسی با طول موج 14-10 تا 7-10 متر است.در پزشکی از تابش اشعه ایکس با طول موج 5×10-12 تا 2.5×10-10m.-20-m. آگنوستیک - 0.1 آنگستروم. تابش جریانی از کوانتا (فوتون) است که در یک خط مستقیم با سرعت نور (300000 کیلومتر بر ثانیه) منتشر می شود. این کوانتوم ها بار الکتریکی ندارند. جرم یک کوانتوم بخش ناچیزی از واحد جرم اتمی است.

انرژی کوانتومیبا ژول (J) اندازه گیری می شود، اما در عمل اغلب از یک واحد خارج از سیستم استفاده می کنند "الکترون ولت" (eV) . یک الکترون ولت انرژی است که یک الکترون با عبور از اختلاف پتانسیل 1 ولت در میدان الکتریکی بدست می آورد. 1 eV \u003d 1.6 10 ~ 19 J. مشتقات یک کیلوالکترون ولت (keV)، برابر با هزار eV، و یک مگاالکترون ولت (MeV)، برابر با یک میلیون eV هستند.

اشعه ایکس با استفاده از لوله های اشعه ایکس، شتاب دهنده های خطی و بتاترون ها به دست می آید. در یک لوله اشعه ایکس، اختلاف پتانسیل بین کاتد و آند هدف (ده‌ها کیلوولت) باعث تسریع الکترون‌هایی می‌شود که آند را بمباران می‌کنند. تابش اشعه ایکس زمانی ایجاد می شود که الکترون های سریع در میدان الکتریکی اتم های ماده آند کاهش می یابند. (bremsstrahlung) یا هنگام تنظیم مجدد پوسته های داخلی اتم ها (تشعشع مشخصه) . اشعه ایکس مشخصه دارای یک ویژگی گسسته است و زمانی رخ می دهد که الکترون های اتم های ماده آند تحت تأثیر الکترون های خارجی یا کوانتوم های تابشی از یک سطح انرژی به سطح دیگر عبور کنند. اشعه ایکس Bremsstrahlung یک طیف پیوسته بسته به ولتاژ آند روی لوله اشعه ایکس دارد. هنگام کاهش سرعت در ماده آند، الکترون ها بیشتر انرژی خود را صرف گرم کردن آند می کنند (99٪) و تنها بخش کوچکی (1٪) به انرژی اشعه ایکس تبدیل می شود. در تشخیص اشعه ایکس، bremsstrahlung بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

خواص اساسی پرتوهای ایکس مشخصه تمام تابش های الکترومغناطیسی است، اما برخی ویژگی ها وجود دارد. اشعه ایکس دارای خواص زیر است:

- نامرئی بودن - سلول های حساس شبکیه چشم انسان به اشعه ایکس واکنش نشان نمی دهند، زیرا طول موج آنها هزاران بار کوچکتر از نور مرئی است.

- انتشار مستقیم - پرتوها مانند نور مرئی شکسته می شوند، قطبی می شوند (در یک صفحه خاص منتشر می شوند) و پراش می شوند. ضریب شکست تفاوت بسیار کمی با واحد دارد.

- قدرت نفوذ - بدون جذب قابل توجه از طریق لایه های قابل توجهی از ماده ای که در برابر نور مرئی مات است نفوذ کند. هر چه طول موج کوتاهتر باشد، قدرت نفوذ اشعه ایکس بیشتر است.

- قابلیت جذب - قابلیت جذب توسط بافت های بدن را داشته باشد، این اساس تمام تشخیص های اشعه ایکس است. توانایی جذب بستگی به وزن مخصوص بافت ها دارد (هر چه بیشتر، جذب بیشتر باشد). در ضخامت جسم؛ در مورد سختی تابش؛

- اقدام عکاسی - تجزیه ترکیبات هالید نقره، از جمله آنهایی که در امولسیون های عکاسی یافت می شوند، که امکان به دست آوردن اشعه ایکس را فراهم می کند.

- اثر شب تاب - باعث لومینسانس تعدادی از ترکیبات شیمیایی (فسفرها) می شود، این اساس تکنیک انتقال اشعه ایکس است. شدت درخشش به ساختار ماده فلورسنت، مقدار و فاصله آن از منبع اشعه ایکس بستگی دارد. فسفرها نه تنها برای به دست آوردن تصویری از اشیاء مورد مطالعه بر روی یک صفحه فلوروسکوپی، بلکه در رادیوگرافی نیز استفاده می شوند، جایی که به دلیل استفاده از صفحه های تشدید کننده، که لایه سطحی آن از مواد فلورسنت ساخته شده است، امکان افزایش قرار گرفتن در معرض تابش یک فیلم رادیوگرافی در یک کاست را فراهم می کند.

- عمل یونیزاسیون - توانایی ایجاد واپاشی اتم های خنثی به ذرات باردار مثبت و منفی را دارند، دزیمتری بر این اساس است. اثر یونیزاسیون هر محیطی، تشکیل یون های مثبت و منفی در آن و همچنین الکترون های آزاد از اتم ها و مولکول های خنثی یک ماده است. یونیزه شدن هوا در اتاق اشعه ایکس در حین کار لوله اشعه ایکس منجر به افزایش رسانایی الکتریکی هوا، افزایش بارهای الکتریکی ساکن روی اشیاء کابینت می شود. به منظور از بین بردن چنین تأثیر نامطلوب آنها در اتاق های اشعه ایکس، تهویه اجباری و اگزوز ارائه می شود.

- عمل بیولوژیکی - تأثیر بر اشیاء بیولوژیکی داشته باشد، در بیشتر موارد این تأثیر مضر است.

- قانون مربع معکوس - برای منبع نقطه ای تابش اشعه ایکس، شدت به نسبت مجذور فاصله تا منبع کاهش می یابد.

طب مدرن از بسیاری از پزشکان برای تشخیص و درمان استفاده می کند. برخی از آنها نسبتاً اخیرا مورد استفاده قرار گرفته اند، در حالی که برخی دیگر بیش از ده ها یا حتی صدها سال است که مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین صد و ده سال پیش ویلیام کنراد رونتگن اشعه ایکس شگفت انگیز را کشف کرد که طنین قابل توجهی در دنیای علمی و پزشکی ایجاد کرد. و اکنون پزشکان در سراسر سیاره از آنها در عمل خود استفاده می کنند. موضوع گفتگوی امروز ما اشعه ایکس در پزشکی خواهد بود که در مورد کاربرد آنها با جزئیات بیشتری صحبت خواهیم کرد.

اشعه ایکس یکی از انواع پرتوهای الکترومغناطیسی است. آنها با کیفیت نفوذ قابل توجهی مشخص می شوند که به طول موج تابش و همچنین به چگالی و ضخامت مواد تابیده شده بستگی دارد. علاوه بر این، اشعه ایکس می تواند باعث درخشش تعدادی از مواد، تأثیر بر موجودات زنده، یونیزه کردن اتم ها و همچنین کاتالیز برخی واکنش های فتوشیمیایی شود.

استفاده از اشعه ایکس در پزشکی

تا به امروز، خواص اشعه ایکس به آنها اجازه می دهد تا به طور گسترده در تشخیص اشعه ایکس و اشعه ایکس استفاده شوند.

تشخیص اشعه ایکس

تشخیص اشعه ایکس در موارد زیر استفاده می شود:

اشعه ایکس (انتقال)؛
- رادیوگرافی (تصویر)؛
- فلوروگرافی؛
- اشعه ایکس و توموگرافی کامپیوتری.

فلوروسکوپی

برای انجام چنین مطالعه ای، بیمار باید خود را بین لوله اشعه ایکس و یک صفحه فلورسنت خاص قرار دهد. رادیولوژیست متخصص سختی مورد نیاز اشعه ایکس را انتخاب می کند و تصویری از اندام های داخلی و همچنین دنده ها را روی صفحه نمایش می دهد.

رادیوگرافی

برای این مطالعه، بیمار روی نوار کاست حاوی فیلم مخصوص قرار می گیرد. دستگاه اشعه ایکس مستقیماً بالای جسم قرار می گیرد. در نتیجه، یک تصویر منفی از اندام های داخلی روی فیلم ظاهر می شود که حاوی تعدادی جزئیات ظریف است که جزئیات بیشتری نسبت به معاینه فلوروسکوپی دارد.

فلوروگرافی

این مطالعه طی معاینات پزشکی جمعی از جمله برای تشخیص سل انجام می شود. در همان زمان، یک تصویر از یک صفحه نمایش بزرگ بر روی یک فیلم خاص نمایش داده می شود.

توموگرافی

هنگام انجام توموگرافی، پرتوهای رایانه به گرفتن تصاویری از اندام ها در چندین مکان به طور همزمان کمک می کند: در بخش های عرضی بافت انتخاب شده ویژه. این سری از اشعه ایکس توموگرام نامیده می شود.

توموگرام کامپیوتری

چنین مطالعه ای به شما امکان می دهد با استفاده از یک اسکنر اشعه ایکس، بخش هایی از بدن انسان را ثبت کنید. پس از وارد شدن داده ها به رایانه، گرفتن یک تصویر در مقطع.

هر یک از روش های تشخیصی ذکر شده بر اساس خواص پرتو اشعه ایکس برای روشن کردن فیلم، و همچنین بر این واقعیت است که بافت های انسانی و اسکلت استخوانی در نفوذپذیری متفاوتی نسبت به اثرات آنها متفاوت است.

اشعه ایکس درمانی

توانایی اشعه ایکس برای تأثیرگذاری به شکلی خاصروی بافت برای درمان تشکیلات تومور استفاده می شود. در عین حال، کیفیت یونیزاسیون این تابش به ویژه هنگامی که در معرض سلول هایی قرار می گیرد که قادر به تقسیم سریع هستند، به طور فعال قابل توجه است. این ویژگی ها است که سلول های تشکیلات سرطانی بدخیم را متمایز می کند.

با این حال، شایان ذکر است که درمان با اشعه ایکس می تواند بسیاری از مشکلات جدی ایجاد کند اثرات جانبی. چنین تأثیری به طور تهاجمی بر وضعیت سیستم خونساز، غدد درون ریز و ایمنی تأثیر می گذارد که سلول های آنها نیز بسیار سریع تقسیم می شوند. تأثیر تهاجمی بر آنها می تواند باعث علائم بیماری تشعشع شود.

تاثیر تابش اشعه ایکس بر انسان

در طول مطالعه اشعه ایکس، پزشکان دریافتند که این اشعه می تواند منجر به تغییراتی در پوست شود که شبیه آفتاب سوختگی است، اما با آسیب عمیق تر به پوست همراه است. چنین زخم هایی برای مدت بسیار طولانی بهبود می یابند. دانشمندان دریافته اند که با کاهش زمان و دوز تابش و همچنین استفاده از روش های محافظ ویژه و کنترل از راه دور می توان از بروز چنین ضایعاتی جلوگیری کرد.

تأثیر تهاجمی اشعه ایکس می تواند در دراز مدت نیز خود را نشان دهد: تغییرات موقت یا دائمی در ترکیب خون، حساسیت به سرطان خون و پیری زودرس.

تأثیر اشعه ایکس بر روی یک فرد به عوامل زیادی بستگی دارد: اینکه کدام اندام تحت تابش قرار می گیرد و برای چه مدت. تابش اندام های خون ساز می تواند منجر به بیماری های خونی شود و قرار گرفتن در معرض اندام های تناسلی می تواند منجر به ناباروری شود.

انجام تابش سیستماتیک مملو از ایجاد تغییرات ژنتیکی در بدن است.

آسیب واقعی اشعه ایکس در تشخیص اشعه ایکس

در طول معاینه، پزشکان از حداقل مقدار ممکن اشعه ایکس استفاده می کنند. همه دوزهای پرتو از استانداردهای قابل قبول خاصی برخوردار هستند و نمی توانند به فرد آسیب برسانند. تشخیص اشعه ایکس فقط برای پزشکانی که آن را انجام می دهند خطر قابل توجهی دارد. و سپس روش های مدرن حفاظتی به کاهش تهاجمی اشعه ها به حداقل می رسد.

ایمن ترین روش های تشخیص رادیویی شامل رادیوگرافی اندام ها و همچنین اشعه ایکس دندان است. در جایگاه بعدی این رتبه ماموگرافی و پس از آن توموگرافی کامپیوتری و پس از آن رادیوگرافی قرار دارد.

برای اینکه استفاده از اشعه ایکس در پزشکی فقط برای شخص مفید باشد، لازم است تحقیقات با کمک آنها فقط با توجه به نشانه ها انجام شود.

اشعه ایکس نوعی تابش الکترومغناطیسی پرانرژی است. این به طور فعال در شاخه های مختلف پزشکی استفاده می شود.

پرتوهای ایکس امواج الکترومغناطیسی هستند که انرژی فوتون آنها در مقیاس امواج الکترومغناطیسی بین تابش فرابنفش و تابش گاما (از ~10 eV تا ~1 MeV) است که مربوط به طول موج های ~10^3 تا ~10^-2 آنگستروم (از ~10^^-7 تا ~10^-1~1 متر) است. یعنی تشعشع به طور غیرقابل مقایسه ای سخت تر از نور مرئی است که در این مقیاس بین پرتوهای فرابنفش و مادون قرمز ("حرارتی") قرار دارد.

مرز بین اشعه ایکس و تابش گاما به صورت مشروط مشخص می شود: محدوده آنها قطع می شود، پرتوهای گاما می توانند انرژی 1 کو داشته باشند. آنها از نظر منشأ متفاوت هستند: پرتوهای گاما در طی فرآیندهایی که در هسته اتم رخ می دهند، ساطع می شوند، در حالی که پرتوهای ایکس در طول فرآیندهای شامل الکترون ها (هم آزاد و هم آنهایی که در پوسته الکترونی اتم ها هستند) ساطع می شوند. در عین حال، نمی توان از روی خود فوتون تعیین کرد که طی چه فرآیندی بوجود آمده است، یعنی تقسیم به محدوده اشعه ایکس و گاما تا حد زیادی دلخواه است.

محدوده اشعه ایکس به "اشعه ایکس نرم" و "سخت" تقسیم می شود. مرز بین آنها در سطح طول موج 2 آنگستروم و 6 کو انرژی قرار دارد.

مولد اشعه ایکس لوله ای است که در آن خلاء ایجاد می شود. الکترودهایی وجود دارد - یک کاتد که بار منفی به آن اعمال می شود و یک آند با بار مثبت. ولتاژ بین آنها ده ها تا صدها کیلو ولت است. تولید فوتون‌های اشعه ایکس زمانی اتفاق می‌افتد که الکترون‌ها از کاتد جدا شده و با سرعت بالا به سطح آند برخورد کنند. تابش اشعه ایکس حاصل "bremsstrahlung" نامیده می شود، فوتون های آن دارای طول موج های متفاوتی هستند.

در همان زمان، فوتون های طیف مشخصه تولید می شوند. بخشی از الکترون‌های موجود در اتم‌های ماده آند برانگیخته می‌شود، یعنی به مدارهای بالاتر می‌رود و سپس به حالت عادی خود باز می‌گردد و فوتون‌هایی با طول موج مشخصی منتشر می‌کند. هر دو نوع اشعه ایکس در یک ژنراتور استاندارد تولید می شوند.

تاریخچه کشف

در 8 نوامبر 1895، دانشمند آلمانی ویلهلم کنراد رونتگن کشف کرد که برخی از مواد، تحت تأثیر "پرتوهای کاتدی"، یعنی جریان الکترون های تولید شده توسط یک لوله پرتو کاتدی، شروع به درخشش می کنند. او این پدیده را با تأثیر برخی از اشعه ایکس توضیح داد - بنابراین ("اشعه ایکس") این تابش اکنون در بسیاری از زبان ها نامیده می شود. بعداً V.K. رونتگن پدیده ای را که کشف کرده بود مطالعه کرد. در 22 دسامبر 1895، او در دانشگاه وورزبورگ در مورد این موضوع سخنرانی کرد.

بعدها مشخص شد که تابش اشعه ایکس قبلاً مشاهده شده بود، اما پس از آن به پدیده های مرتبط با آن اهمیت زیادی داده نشد. لوله اشعه کاتدی مدتها پیش اختراع شد، اما قبل از V.K. اشعه ایکس، هیچ کس توجه زیادی به سیاه شدن صفحات عکاسی نزدیک آن و غیره نکرد. پدیده ها. خطر تشعشعات نافذ نیز ناشناخته بود.

انواع و تاثیر آنها بر بدن

"اشعه ایکس" خفیف ترین نوع پرتوهای نافذ است. قرار گرفتن بیش از حد در معرض اشعه ایکس نرم مشابه قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش است، اما به شکل شدیدتر. سوختگی روی پوست ایجاد می شود، اما ضایعه عمیق تر است و بسیار کندتر بهبود می یابد.

اشعه ایکس سخت یک پرتو یونیزان تمام عیار است که می تواند منجر به بیماری تشعشع شود. کوانتوم های اشعه ایکس می توانند مولکول های پروتئینی که بافت های بدن انسان را می سازند و همچنین مولکول های DNA ژنوم را بشکنند. اما حتی اگر یک کوانتوم پرتو ایکس یک مولکول آب را بشکند، مهم نیست: در این حالت، رادیکال‌های آزاد فعال شیمیایی H و OH تشکیل می‌شوند که خود قادر به عمل بر روی پروتئین‌ها و DNA هستند. بیماری تشعشع به شکل شدیدتر ادامه می یابد، اندام های خونساز بیشتر تحت تأثیر قرار می گیرند.

اشعه ایکس دارای فعالیت جهش زایی و سرطان زایی است. این بدان معنی است که احتمال جهش های خود به خود در سلول ها در طول تابش افزایش می یابد و گاهی اوقات سلول های سالم می توانند به سلول های سرطانی تبدیل شوند. افزایش احتمال تومورهای بدخیم یک پیامد استاندارد هر گونه قرار گرفتن در معرض از جمله اشعه ایکس است. اشعه ایکس کم خطرترین نوع پرتوهای نافذ است، اما همچنان می تواند خطرناک باشد.

تابش اشعه ایکس: کاربرد و نحوه کار آن

تابش اشعه ایکس در پزشکی و همچنین در سایر زمینه های فعالیت انسانی استفاده می شود.

فلوروسکوپی و توموگرافی کامپیوتری

رایج ترین کاربرد اشعه ایکس فلوروسکوپی است. "Transillumination" بدن انسان به شما امکان می دهد تصویر دقیقی از استخوان ها (به وضوح قابل مشاهده هستند) و تصاویری از اندام های داخلی دریافت کنید.

شفافیت متفاوت بافت های بدن در اشعه ایکس با ترکیب شیمیایی آنها مرتبط است. از ویژگی های ساختار استخوان ها این است که کلسیم و فسفر زیادی دارند. سایر بافت ها عمدتاً از کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده اند. اتم فسفر از وزن اتم اکسیژن تقریبا دو برابر و اتم کلسیم 2.5 برابر بیشتر است (کربن، نیتروژن و هیدروژن حتی سبکتر از اکسیژن هستند). در این راستا، جذب فوتون های اشعه ایکس در استخوان ها بسیار بیشتر است.

علاوه بر "تصاویر" دو بعدی، رادیوگرافی امکان ایجاد یک تصویر سه بعدی از یک اندام را فراهم می کند: این نوع رادیوگرافی توموگرافی کامپیوتری نامیده می شود. برای این منظور از اشعه ایکس نرم استفاده می شود. میزان نوردهی دریافت شده در یک تصویر کوچک است: تقریباً برابر با نوردهی دریافت شده در طول یک پرواز 2 ساعته در هواپیما در ارتفاع 10 کیلومتری است.

تشخیص عیب اشعه ایکس به شما امکان می دهد عیوب داخلی کوچک را در محصولات تشخیص دهید. برای آن از اشعه ایکس سخت استفاده می شود، زیرا بسیاری از مواد (مثلاً فلز) به دلیل جرم اتمی بالای ماده تشکیل دهنده آنها، ضعیف "نیمه شفاف" هستند.

تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس و فلورسانس اشعه ایکس

پرتوهای ایکس دارای خواصی هستند که به آنها اجازه می دهد تا تک تک اتم ها را با جزئیات بررسی کنند. تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس به طور فعال در شیمی (از جمله بیوشیمی) و کریستالوگرافی استفاده می شود. اصل عملکرد آن پراکندگی پراش اشعه ایکس توسط اتم های کریستال یا مولکول های پیچیده است. با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس، ساختار مولکول DNA تعیین شد.

تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس به شما امکان می دهد به سرعت تعیین کنید ترکیب شیمیاییمواد

انواع مختلفی از رادیوتراپی وجود دارد، اما همه آنها شامل استفاده از پرتوهای یونیزان هستند. رادیوتراپی به دو نوع کورپوسکولار و موجی تقسیم می شود. Corpuscular از جریان ذرات آلفا (هسته اتم های هلیوم)، ذرات بتا (الکترون)، نوترون، پروتون، یون های سنگین استفاده می کند. موج از پرتوهای طیف الکترومغناطیسی - اشعه ایکس و گاما استفاده می کند.

روش های رادیوتراپی در درجه اول برای درمان بیماری های انکولوژیک استفاده می شود. واقعیت این است که تشعشع در درجه اول بر سلول‌های در حال تقسیم فعال تأثیر می‌گذارد، به همین دلیل است که اندام‌های خونساز به این شکل آسیب می‌بینند (سلول‌های آنها دائماً در حال تقسیم هستند و گلبول‌های قرمز خون بیشتری و بیشتری تولید می‌کنند). سلول های سرطانی نیز دائماً در حال تقسیم هستند و نسبت به بافت های سالم در برابر اشعه آسیب پذیرتر هستند.

سطحی از تابش استفاده می شود که فعالیت سلول های سرطانی را سرکوب می کند، در حالی که به طور متوسط ​​بر سلول های سالم تأثیر می گذارد. تحت تأثیر تابش، تخریب سلول ها به این صورت نیست، بلکه آسیب به ژنوم آنها - مولکول های DNA است. یک سلول با ژنوم تخریب شده ممکن است برای مدتی وجود داشته باشد، اما دیگر نمی تواند تقسیم شود، یعنی رشد تومور متوقف می شود.

پرتودرمانی خفیف ترین شکل پرتودرمانی است. تابش موج نرمتر از تابش جسمی است و اشعه ایکس نرمتر از تابش گاما است.

در دوران بارداری

استفاده از اشعه یونیزان در دوران بارداری خطرناک است. اشعه ایکس جهش زا است و می تواند باعث ایجاد ناهنجاری در جنین شود. اشعه ایکس با بارداری ناسازگار است: فقط در صورتی می توان از آن استفاده کرد که قبلاً تصمیم به سقط جنین گرفته شده باشد. محدودیت های فلوروسکوپی نرم تر است، اما در ماه های اول نیز به شدت ممنوع است.

در مواقع اضطراری، معاینه اشعه ایکس با تصویربرداری تشدید مغناطیسی جایگزین می شود. اما در سه ماهه اول نیز سعی می کنند از آن اجتناب کنند (این روش اخیراً ظاهر شده است و با اطمینان مطلق در مورد عدم وجود عواقب مضر صحبت می شود).

هنگامی که در معرض مجموع دوز حداقل 1 mSv (در واحدهای قدیمی - 100 mR) قرار می گیرید، یک خطر بی چون و چرا ایجاد می شود. با یک عکس اشعه ایکس ساده (مثلاً هنگام انجام فلوروگرافی)، بیمار حدود 50 برابر کمتر دریافت می کند. برای دریافت چنین دوزی در یک زمان، باید یک توموگرافی کامپیوتری دقیق انجام دهید.

یعنی واقعیت یک "اشعه ایکس" 1-2 برابر در مراحل اولیه بارداری عواقب جدی را تهدید نمی کند (اما بهتر است آن را در معرض خطر قرار ندهید).

درمان با آن

اشعه ایکس در درجه اول در مبارزه با تومورهای بدخیم استفاده می شود. این روش خوب است زیرا بسیار مؤثر است: تومور را می کشد. بد است زیرا بافت های سالم خیلی بهتر نیستند، عوارض جانبی متعددی دارد. اندام های خون سازی در معرض خطر خاصی هستند.

در عمل از روش های مختلفی برای کاهش اثر اشعه ایکس بر روی بافت های سالم استفاده می شود. پرتوها در یک زاویه به گونه ای هدایت می شوند که یک تومور در منطقه تقاطع آنها ظاهر می شود (به همین دلیل، جذب اصلی انرژی دقیقاً در آنجا اتفاق می افتد). گاهی اوقات این روش در حرکت انجام می شود: بدن بیمار نسبت به منبع تابش حول محوری که از تومور عبور می کند می چرخد. در عین حال، بافت های سالم فقط گاهی اوقات در منطقه تابش قرار دارند و بیماران - همیشه.

اشعه ایکس در درمان برخی از آرتروز و بیماری های مشابه و همچنین بیماری های پوستی استفاده می شود. در این مورد، سندرم درد 50-90٪ کاهش می یابد. از آنجایی که پرتوهای مورد استفاده در این مورد نرمتر است، عوارض جانبی مشابه آنچه در درمان تومورها رخ می دهد مشاهده نمی شود.

تابش اشعه ایکس (مترادف با اشعه ایکس) با طیف گسترده ای از طول موج ها (از 8·10 -6 تا 10-12 سانتی متر) است. تابش اشعه ایکس زمانی رخ می دهد که ذرات باردار، اغلب الکترون ها، در میدان الکتریکی اتم های یک ماده کاهش می یابند. کوانتوم های حاصل انرژی های متفاوتی دارند و یک طیف پیوسته را تشکیل می دهند. حداکثر انرژی فوتون در چنین طیفی برابر با انرژی الکترون های فرودی است. در (نگاه کنید به) حداکثر انرژی کوانتوم های پرتو ایکس، که بر حسب کیلوالکترون ولت بیان می شود، از نظر عددی برابر با بزرگی ولتاژ اعمال شده به لوله است که بر حسب کیلوولت بیان می شود. هنگام عبور از یک ماده، اشعه ایکس با الکترون های اتم های آن برهمکنش می کند. برای کوانتوم های پرتو ایکس با انرژی تا 100 کو، مشخص ترین نوع برهمکنش، اثر فوتوالکتریک است. در نتیجه چنین برهمکنشی، انرژی کوانتومی به طور کامل صرف بیرون کشیدن یک الکترون از پوسته اتمی و انتقال انرژی جنبشی به آن می شود. با افزایش انرژی یک کوانتوم پرتو ایکس، احتمال اثر فوتوالکتریک کاهش می یابد و فرآیند پراکندگی کوانتوم ها بر روی الکترون های آزاد غالب می شود - به اصطلاح اثر کامپتون. در نتیجه چنین برهمکنشی، یک الکترون ثانویه نیز تشکیل می شود و علاوه بر این، کوانتومی با انرژی کمتر از انرژی کوانتوم اولیه به بیرون پرواز می کند. اگر انرژی یک کوانتوم پرتو ایکس از یک مگاالکترون ولت تجاوز کند، به اصطلاح اثر جفت شدن می‌تواند رخ دهد که در آن یک الکترون و یک پوزیترون تشکیل می‌شوند (نگاه کنید به). در نتیجه، هنگام عبور از یک ماده، انرژی تابش اشعه ایکس کاهش می یابد، یعنی شدت آن کاهش می یابد. از آنجایی که کوانتوم های کم انرژی در این مورد بیشتر جذب می شوند، تابش اشعه ایکس با کوانتوم های با انرژی بالاتر غنی می شود. این خاصیت تابش اشعه ایکس برای افزایش میانگین انرژی کوانتومی، یعنی افزایش صلبیت آن استفاده می شود. افزایش سختی تابش اشعه ایکس با استفاده از فیلترهای مخصوص به دست می آید (نگاه کنید به). تابش اشعه ایکس برای تشخیص اشعه ایکس استفاده می شود (نگاه کنید به) و (نگاه کنید). تابش یونیزان را نیز ببینید.

تابش اشعه ایکس (مترادف: اشعه ایکس، اشعه ایکس) - تابش الکترومغناطیسی کوانتومی با طول موج 250 تا 0.025 A (یا کوانتای انرژی از 5 10 -2 تا 5 10 2 کو). در سال 1895 توسط V.K. Roentgen کشف شد. ناحیه طیفی تشعشعات الکترومغناطیسی در مجاورت پرتوهای ایکس، که کوانتای انرژی آن بیش از 500 کیلو ولت است، تابش گاما نامیده می شود. تابش، که کوانتوم های انرژی آن زیر 0.05 کو ولت است، تابش فرابنفش است (نگاه کنید به).

بنابراین، تابش اشعه ایکس که بخش نسبتاً کوچکی از طیف گسترده تابش الکترومغناطیسی را شامل می شود، که هم امواج رادیویی و هم نور مرئی را شامل می شود، مانند هر تابش الکترومغناطیسی، با سرعت نور منتشر می شود (در خلاء حدود 300 هزار کیلومتر بر ثانیه) و با طول موج λ (فاصله ای که دوره انتشار یک تابش در آن منتشر می شود) مشخص می شود. تابش اشعه ایکس همچنین دارای تعدادی خواص موج دیگر (شکست، تداخل، پراش) است، اما مشاهده آنها بسیار دشوارتر از تابش با طول موج بلندتر است: نور مرئی، امواج رادیویی.

طیف اشعه ایکس: a1 - طیف bremsstrahlung پیوسته در 310 کیلو ولت. a - طیف bremsstrahlung پیوسته در 250 کیلوولت، a1 - طیف فیلتر شده توسط 1 میلی متر مس، a2 - طیف فیلتر شده توسط 2 میلی متر مس، b - سری K خط تنگستن.

برای تولید اشعه ایکس، از لوله های اشعه ایکس استفاده می شود (نگاه کنید به)، که در آن تابش زمانی رخ می دهد که الکترون های سریع با اتم های ماده آند برهم کنش می کنند. دو نوع اشعه ایکس وجود دارد: bremsstrahlung و مشخصه. تابش اشعه ایکس Bremsstrahlung که دارای طیف پیوسته است، مشابه نور سفید معمولی است. توزیع شدت بسته به طول موج (شکل) با منحنی با حداکثر نشان داده می شود. در جهت امواج بلند، منحنی به آرامی پایین می‌آید و در جهت امواج کوتاه، با شیب تند می‌شکند و در طول موج معینی (λ0) می‌شکند که به آن مرز طول موج کوتاه طیف پیوسته می‌گویند. مقدار λ0 با ولتاژ روی لوله نسبت معکوس دارد. Bremsstrahlung از برهمکنش الکترونهای سریع با هسته اتم ناشی می شود. شدت bremsstrahlung مستقیماً با قدرت جریان آند، مربع ولتاژ لوله و عدد اتمی (Z) ماده آند متناسب است.

اگر انرژی الکترون‌های شتاب‌گرفته در لوله پرتو ایکس از مقدار بحرانی ماده آند بیشتر شود (این انرژی توسط ولتاژ لوله Vcr که برای این ماده حیاتی است تعیین می‌شود)، تابش مشخصه رخ می‌دهد. طیف مشخصه خط است، خطوط طیفی آن یک سری را تشکیل می دهند که با حروف K، L، M، N مشخص می شوند.

سری K کوتاه ترین طول موج است، سری L طول موج بیشتری دارد، سری M و N فقط در عناصر سنگین مشاهده می شود (Vcr تنگستن برای سری K 69.3 kv، برای سری L - 12.1 kv). تشعشعات مشخصه به شرح زیر ایجاد می شود. الکترون‌های سریع، الکترون‌های اتمی را از لایه‌های داخلی بیرون می‌زنند. اتم برانگیخته می شود و سپس به حالت اولیه باز می گردد. در این حالت، الکترون‌های بیرونی، لایه‌های کمتر محدود، فضاهای خالی در لایه‌های داخلی را پر می‌کنند و فوتون‌های تابش مشخصه با انرژی برابر با اختلاف بین انرژی اتم در حالت برانگیخته و پایه منتشر می‌شوند. این تفاوت (و از این رو انرژی فوتون) دارای مقدار مشخصی است که مشخصه هر عنصر است. این پدیده زیربنای تجزیه و تحلیل طیفی اشعه ایکس عناصر است. شکل، طیف خط تنگستن را در مقابل پس‌زمینه طیف پیوسته bremsstrahlung نشان می‌دهد.

انرژی الکترون هایی که در لوله اشعه ایکس شتاب می گیرند تقریباً به طور کامل به انرژی حرارتی تبدیل می شود (در این مورد آند به شدت گرم می شود)، تنها بخش ناچیزی (حدود 1٪ در ولتاژ نزدیک به 100 کیلو ولت) به انرژی bremsstrahlung تبدیل می شود.

استفاده از اشعه ایکس در پزشکی بر اساس قوانین جذب اشعه ایکس توسط ماده است. جذب اشعه ایکس کاملا مستقل از خواص نوری مواد جاذب است. شیشه بی رنگ و شفاف سربی که برای محافظت از پرسنل در اتاق های اشعه ایکس استفاده می شود، اشعه ایکس را تقریبا به طور کامل جذب می کند. در مقابل، ورق کاغذی که در برابر نور شفاف نیست، اشعه ایکس را کاهش نمی دهد.

شدت پرتوی همگن (یعنی طول موج معین) تابش اشعه ایکس، هنگام عبور از یک لایه جاذب، طبق قانون نمایی (e-x) کاهش می‌یابد، جایی که e پایه لگاریتم‌های طبیعی (2.718) و توان x است. برابر محصول استضریب تضعیف جرم (μ / p) cm 2 / g به ازای ضخامت جاذب بر حسب گرم / سانتی متر مربع (در اینجا p چگالی ماده در گرم / سانتی متر 3 است). اشعه ایکس هم با پراکندگی و هم با جذب ضعیف می شود. بر این اساس، ضریب تضعیف جرم، مجموع ضرایب جذب و پراکندگی جرم است. ضریب جذب جرم با افزایش عدد اتمی (Z) جاذب (متناسب با Z3 یا Z5) و با افزایش طول موج (متناسب با λ3) به شدت افزایش می یابد. این وابستگی به طول موج در باندهای جذب مشاهده می شود که در مرزهای آن ضریب پرش را نشان می دهد.

ضریب پراکندگی جرم با افزایش عدد اتمی ماده افزایش می یابد. برای λ≥0,3Å ضریب پراکندگی به طول موج بستگی ندارد، برای λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

کاهش ضرایب جذب و پراکندگی با کاهش طول موج باعث افزایش قدرت نفوذ اشعه ایکس می شود. ضریب جذب جرمی برای استخوان ها [جذب عمدتاً به دلیل Ca 3 (PO 4) 2 است] تقریباً 70 برابر بیشتر از بافت های نرم است، جایی که جذب عمدتاً به دلیل آب است. این توضیح می دهد که چرا سایه استخوان ها به شدت در عکس های رادیوگرافی در پس زمینه بافت های نرم برجسته می شود.

انتشار یک پرتو ناهمگن پرتو ایکس از طریق هر محیطی، همراه با کاهش شدت، با تغییر در ترکیب طیفی، تغییر در کیفیت تابش همراه است: بخش موج بلند طیف به میزان بیشتری از قسمت موج کوتاه جذب می شود، تابش یکنواخت تر می شود. فیلتر کردن بخش با طول موج بلند طیف، بهبود نسبت بین دوزهای عمقی و سطحی را در طول درمان با اشعه ایکس کانون های واقع در عمق بدن انسان ممکن می سازد (به فیلترهای اشعه ایکس مراجعه کنید). برای مشخص کردن کیفیت یک پرتو پرتو ایکس ناهمگن، از مفهوم "نیم لایه میرایی (L)" استفاده می شود - لایه ای از ماده که تابش را به نصف کاهش می دهد. ضخامت این لایه به ولتاژ لوله، ضخامت و مواد فیلتر بستگی دارد. سلفون (تا انرژی 12 کیلو ولت)، آلومینیوم (20 تا 100 کیلو ولت)، مس (60 تا 300 کیلو ولت)، سرب و مس (بیش از 300 کیلو ولت) برای اندازه گیری نیم لایه های میرایی استفاده می شود. برای اشعه ایکس تولید شده در ولتاژهای 80-120 کیلوولت، 1 میلی متر مس معادل ظرفیت فیلتر کردن 26 میلی متر آلومینیوم، 1 میلی متر سرب معادل 50.9 میلی متر آلومینیوم است.

جذب و پراکندگی اشعه ایکس به دلیل خاصیت جسمی آن است. پرتوهای ایکس با اتم‌ها به صورت جریانی از ذرات (ذرات) - فوتون‌ها که هر کدام انرژی خاصی دارند (با طول موج پرتوهای ایکس متناسب معکوس) با اتم‌ها تعامل دارند. محدوده انرژی فوتون های اشعه ایکس 0.05-500 کیلو ولت است.

جذب تابش اشعه ایکس به دلیل اثر فوتوالکتریک است: جذب یک فوتون توسط پوسته الکترونی با پرتاب یک الکترون همراه است. اتم برانگیخته می شود و با بازگشت به حالت پایه، تشعشع مشخصی از خود ساطع می کند. فوتوالکترون ساطع شده تمام انرژی فوتون (منهای انرژی اتصال الکترون در اتم) را با خود می برد.

پراکندگی تابش اشعه ایکس به دلیل الکترون های محیط پراکنده است. پراکندگی کلاسیک (طول موج تابش تغییر نمی کند، اما جهت انتشار تغییر می کند) و پراکندگی با تغییر در طول موج وجود دارد - اثر کامپتون (طول موج تابش پراکنده بیشتر از تابشی است). در حالت دوم، فوتون مانند یک توپ متحرک رفتار می‌کند و پراکندگی فوتون‌ها، طبق بیان مجازی کامنتون، مانند بازی بیلیارد با فوتون‌ها و الکترون‌ها رخ می‌دهد: در برخورد با الکترون، فوتون بخشی از انرژی خود را به آن منتقل می‌کند و پراکنده می‌شود، که قبلاً انرژی کمتری دارد (به‌طور متناظر، طول موج اتم با افزایش طول موج الکترون افزایش می‌یابد) این الکترون ها، الکترون های کامپتون یا الکترون های پس زده نامیده می شوند. جذب انرژی پرتو ایکس در هنگام تشکیل الکترون های ثانویه (کامپتون و فوتوالکترون) و انتقال انرژی به آنها اتفاق می افتد. انرژی اشعه ایکس که به واحد جرم یک ماده منتقل می شود، دوز جذب شده اشعه ایکس را تعیین می کند. واحد این دوز 1 راد معادل 100 erg/g است. به دلیل انرژی جذب شده در ماده جاذب، تعدادی از فرآیندهای ثانویه رخ می دهد که برای دزیمتری اشعه ایکس مهم هستند، زیرا روش های اندازه گیری اشعه ایکس بر اساس آنها است. (دزیمتری را ببینید).

همه گازها و بسیاری از مایعات، نیمه هادی ها و دی الکتریک ها، تحت تأثیر اشعه ایکس، هدایت الکتریکی را افزایش می دهند. رسانایی توسط بهترین مواد عایق یافت می شود: پارافین، میکا، لاستیک، کهربا. تغییر رسانایی به دلیل یونیزاسیون محیط است، یعنی جدا شدن مولکول های خنثی به یون های مثبت و منفی (یونیزاسیون توسط الکترون های ثانویه ایجاد می شود). یونیزاسیون در هوا برای تعیین دوز قرار گرفتن در معرض تابش اشعه ایکس (دوز در هوا) استفاده می شود که در رونتگن ها اندازه گیری می شود (به دوزهای پرتوهای یون ساز مراجعه کنید). در دوز 1 r، دوز جذب شده در هوا 0.88 راد است.

تحت تأثیر اشعه ایکس، در نتیجه تحریک مولکول های یک ماده (و در حین ترکیب مجدد یون ها)، در بسیاری از موارد درخشش قابل مشاهده ای از ماده برانگیخته می شود. در شدت های بالای تابش اشعه ایکس، درخشش قابل مشاهده ای از هوا، کاغذ، پارافین و غیره مشاهده می شود (فلزات یک استثنا هستند). بیشترین بازده نور مرئی توسط فسفرهای کریستالی مانند Zn·CdS·Ag-فسفر و سایر مواردی که برای نمایشگرها در فلوروسکوپی استفاده می شوند به دست می آید.

تحت تأثیر اشعه ایکس، فرآیندهای شیمیایی مختلفی نیز می تواند در یک ماده انجام شود: تجزیه ترکیبات هالید نقره (اثر عکاسی مورد استفاده در اشعه ایکس)، تجزیه آب و محلول های آبی پراکسید هیدروژن، تغییر در خواص سلولوئید (کدورت و آزاد شدن کافور)، پارافین (کدر شدن و سفید شدن).

در نتیجه تبدیل کامل، تمام انرژی اشعه ایکس جذب شده توسط ماده شیمیایی بی اثر به گرما تبدیل می شود. اندازه گیری مقادیر بسیار کم گرما به روش های بسیار حساس نیاز دارد، اما روش اصلی برای اندازه گیری مطلق اشعه ایکس است.

اثرات بیولوژیکی ثانویه از قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس اساس پرتودرمانی پزشکی است (نگاه کنید به). اشعه ایکس، کوانتای آن 6-16 کو (طول موج موثر از 2 تا 5 A) است، تقریباً به طور کامل توسط پوشش پوستی بافت بدن انسان جذب می شود. آنها را پرتوهای مرزی یا گاهی اوقات پرتوهای Bucca می نامند (به پرتوهای Bucca مراجعه کنید). برای درمان اشعه ایکس عمیق، از تابش سخت فیلتر شده با کوانتای انرژی موثر از 100 تا 300 کو استفاده می شود.

اثر بیولوژیکی اشعه ایکس باید نه تنها در درمان با اشعه ایکس، بلکه در تشخیص اشعه ایکس، و همچنین در سایر موارد تماس با اشعه ایکس که نیاز به استفاده از محافظت در برابر اشعه دارد، در نظر گرفته شود (نگاه کنید به).

آژانس فدرال برای آموزش فدراسیون روسیه

مؤسسه آموزشی دولتی

آموزش عالی حرفه ای

موسسه دولتی فولاد و آلیاژهای مسکو

(دانشگاه فناوری)

شعبه NOVOTROITSKY

بخش OEND

کار دوره

رشته: فیزیک

موضوع: اشعه ایکس

دانش آموز: Nedorezova N.A.

گروه: EiU-2004-25، شماره З.К.: 04Н036

بررسی شده توسط: Ozhegova S.M.

معرفی

فصل 1

1.1 بیوگرافی رونتگن ویلهلم کنراد

1.2 کشف اشعه ایکس

فصل 2

2.1 منابع اشعه ایکس

2.2 خواص اشعه ایکس

2.3 ثبت اشعه ایکس

2.4 استفاده از اشعه ایکس

فصل 3

3.1 تجزیه و تحلیل عیوب ساختار کریستالی

3.2 تجزیه و تحلیل طیف

نتیجه

فهرست منابع استفاده شده

برنامه های کاربردی

معرفی

یک فرد نادر از اتاق اشعه ایکس عبور نکرده است. عکس های گرفته شده با اشعه ایکس برای همه آشنا هستند. در سال 1995، این کشف 100 سال قدمت داشت. تصور اینکه یک قرن پیش چه علاقه بزرگی را برانگیخت دشوار است. در دستان یک مرد معلوم شد دستگاهی است که با آن می توان نامرئی ها را دید.

این تشعشع نامرئی که قادر به نفوذ، البته به درجات مختلف، به داخل همه مواد است، که تابش الکترومغناطیسی با طول موج حدود 10-8 سانتی متر است، به افتخار ویلهلم رونتگن که آن را کشف کرد، تابش اشعه ایکس نامیده شد.

مانند نور مرئی، اشعه ایکس باعث سیاه شدن فیلم عکاسی می شود. این ویژگی برای پزشکی، صنعت و تحقیقات علمی از اهمیت بالایی برخوردار است. تابش اشعه ایکس با عبور از جسم مورد مطالعه و سپس افتادن بر روی فیلم، ساختار داخلی آن را بر روی آن به تصویر می کشد. از آنجایی که قدرت نفوذ تابش اشعه ایکس برای مواد مختلف متفاوت است، بخش‌هایی از جسم که نسبت به آن شفافیت کمتری دارند، نسبت به آن‌هایی که پرتو به خوبی از طریق آن‌ها نفوذ می‌کند، مناطق روشن‌تری در عکس ایجاد می‌کنند. بنابراین، بافت های استخوانی نسبت به بافت هایی که پوست و اندام های داخلی را تشکیل می دهند، در برابر اشعه ایکس شفافیت کمتری دارند. بنابراین، در رادیوگرافی، استخوان‌ها به‌عنوان مناطق سبک‌تر نشان داده می‌شوند و محل شکستگی که برای تشعشع کمتر شفاف است، به راحتی قابل تشخیص است. تصویربرداری اشعه ایکس همچنین در دندانپزشکی برای تشخیص پوسیدگی و آبسه در ریشه دندان و همچنین در صنعت برای تشخیص ترک در قطعات ریخته گری، پلاستیک و لاستیک، در شیمی برای تجزیه و تحلیل ترکیبات و در فیزیک برای مطالعه ساختار کریستال ها استفاده می شود.

پس از کشف رونتگن، آزمایش‌هایی توسط محققان دیگری انجام شد که خواص و امکانات جدید زیادی برای استفاده از این تابش کشف کردند. M. Laue، W. Friedrich و P. Knipping که در سال 1912 پراش پرتوهای ایکس را هنگام عبور از یک کریستال نشان دادند، سهم عمده‌ای داشتند. دبلیو کولیج که در سال 1913 یک لوله پرتو ایکس با خلاء بالا با کاتد گرم شده اختراع کرد. G. Moseley که در سال 1913 رابطه بین طول موج تابش و عدد اتمی یک عنصر را ایجاد کرد. G. و L. Braggi که در سال 1915 جایزه نوبل را برای توسعه مبانی تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس دریافت کردند.

هدف از این کار درسی بررسی پدیده تابش اشعه ایکس، تاریخچه کشف، خواص و شناسایی دامنه کاربرد آن است.

فصل 1

1.1 بیوگرافی رونتگن ویلهلم کنراد

ویلهلم کنراد رونتگن در 17 مارس 1845 در منطقه مرزی آلمان با هلند در شهر لنپه متولد شد. او تحصیلات فنی خود را در زوریخ در همان مدرسه عالی فنی (پلی تکنیک) که انیشتین بعدها در آنجا تحصیل کرد، گذراند. اشتیاق به فیزیک او را پس از ترک مدرسه در سال 1866 مجبور به ادامه آموزش بدنی کرد.

در سال 1868 او از پایان نامه خود برای درجه دکترای فلسفه دفاع کرد، او به عنوان دستیار در گروه فیزیک، ابتدا در زوریخ، سپس در گیسن، و سپس در استراسبورگ (1874-1879) با کونت کار کرد. در اینجا رونتگن یک مدرسه تجربی خوب را گذراند و یک آزمایشگر درجه یک شد. رونتگن بخشی از تحقیقات مهم را با شاگردش، یکی از بنیانگذاران فیزیک شوروی، A.F. آیوف.

تحقیقات علمی به الکترومغناطیس، فیزیک کریستال، اپتیک، فیزیک مولکولی مربوط می شود.

در سال 1895، او تشعشعاتی با طول موج کوتاه‌تر از طول موج پرتوهای فرابنفش (اشعه ایکس)، که بعدها اشعه ایکس نامیده شد، کشف کرد و خواص آنها را بررسی کرد: توانایی بازتاب، جذب، یونیزه کردن هوا و غیره. او طراحی صحیح لوله را برای به دست آوردن اشعه ایکس پیشنهاد کرد - یک آنتی کاتد پلاتین مایل و یک کاتد مقعر: او اولین کسی بود که با استفاده از اشعه ایکس عکس گرفت. او در سال 1885 میدان مغناطیسی یک دی الکتریک در حال حرکت در میدان الکتریکی (به اصطلاح "جریان اشعه ایکس") را کشف کرد.تجربه او به وضوح نشان داد که یک میدان مغناطیسی توسط بارهای متحرک ایجاد می شود و برای ایجاد نظریه الکترونیکی X. Lorentz مهم بود. فیزیکدانان جایزه نوبل دریافت کردند.

از سال 1900 تا آخرین روزهای زندگی (در 10 فوریه 1923 درگذشت) در دانشگاه مونیخ مشغول به کار شد.

1.2 کشف اشعه ایکس

پایان قرن 19 با افزایش علاقه به پدیده عبور برق از گازها مشخص شد. حتی فارادی به طور جدی این پدیده ها را مطالعه کرد، اشکال مختلف تخلیه را توصیف کرد، فضای تاریکی را در ستونی درخشان از گاز کمیاب کشف کرد. فضای تاریک فارادی درخشش آبی مایل به کاتدی را از درخشش مایل به صورتی آندی جدا می کند.

افزایش بیشتر در کمیاب شدن گاز به طور قابل توجهی ماهیت درخشش را تغییر می دهد. Plücker ریاضیدان (1801-1868) در سال 1859، با نادری به اندازه کافی قوی، یک پرتو آبی مایل به ضعیف از کاتد را کشف کرد که به آند می رسد و باعث درخشش شیشه لوله می شود. شاگرد Plücker Gittorf (1824-1914) در سال 1869 به تحقیقات معلم خود ادامه داد و نشان داد که اگر یک جسم جامد بین کاتد و این سطح قرار گیرد سایه مشخصی روی سطح فلورسنت لوله ظاهر می شود.

گلدشتاین (1850-1931)، با مطالعه خواص پرتوها، آنها را پرتوهای کاتدی نامید (1876). سه سال بعد، ویلیام کروکس (1832-1919) ماهیت مادی پرتوهای کاتدی را ثابت کرد و آنها را "ماده تابشی" نامید - ماده ای در حالت چهارم خاص. شواهد او قانع کننده و واضح بود. آزمایشات با "لوله کروکس" بعداً در تمام کلاس های فیزیکی نشان داده شد. انحراف پرتو کاتدی توسط یک میدان مغناطیسی در یک لوله کروکس به یک نمایش کلاسیک مدرسه تبدیل شده است.

با این حال، آزمایش‌ها بر روی انحراف الکتریکی پرتوهای کاتدی چندان قانع‌کننده نبودند. هرتز چنین انحرافی را تشخیص نداد و به این نتیجه رسید که پرتو کاتدی یک فرآیند نوسانی در اتر است. شاگرد هرتز، F. Lenard، در سال 1893 با آزمایش پرتوهای کاتدی نشان داد که آنها از پنجره ای که با فویل آلومینیومی پوشیده شده است عبور می کنند و باعث درخشش در فضای پشت پنجره می شوند. هرتز آخرین مقاله خود را که در سال 1892 منتشر شد، به پدیده عبور پرتوهای کاتدی از اجسام نازک فلزی اختصاص داد و با این کلمات آغاز شد:

هرتز با تشریح نتایج آزمایش‌ها بر روی عبور پرتوهای کاتدی از میان برگ‌های طلا، نقره، پلاتین، آلومینیوم و غیره، تفاوت خاصی در پدیده‌ها مشاهده نکرده است.

با چنین لوله هایی از کروکس، لنارد و دیگران بود که ویلهلم کنراد رونتگن، پروفسور وورزبورگ، در پایان سال 1895 آزمایش کرد. یک روز، پس از پایان آزمایش، لوله را با یک پوشش مقوایی سیاه پوشاند، نور را خاموش کرد، اما سلف را که لوله را تغذیه می کرد، خاموش نکرد، متوجه درخشش لوله باریوم در نزدیکی صفحه نمایشگر همگام شد. رونتگن که تحت تأثیر این شرایط قرار گرفته بود، شروع به آزمایش روی صفحه کرد. او در اولین گزارش خود به نام «درباره نوع جدیدی از پرتوها» به تاریخ 28 دسامبر 1895، درباره اولین آزمایش‌ها نوشت: «یک تکه کاغذ پوشیده شده با باریم پلاتین سیانید، هنگام نزدیک شدن به یک لوله، بسته شده با پوششی از مقوای سیاه نازک که به اندازه کافی به آن می‌چسبد، با هر بار تخلیه با نور درخشان چشمک می‌زند و شروع می‌شود: فلورسانس با تیره شدن کافی قابل مشاهده است و بستگی به این ندارد که کاغذ را با طرفی که با سینروژن باریم پوشانده شده است بیاوریم یا با سینروژن باریم پوشش داده نشده باشد. فلورسانس حتی در فاصله دو متری از لوله قابل توجه است.

تحقیقات دقیق نشان داد که رونتگن "مقوای سیاه که نه در برابر پرتوهای مرئی و فرابنفش خورشید و نه در برابر پرتوهای قوس الکتریکی شفاف است، توسط نوعی عامل که باعث فلورسانس می شود نفوذ می کند." رونتگن قدرت نفوذ این "عامل" را بررسی کرد که او آن را "چوب" نامید. در لایه های فلزی، اما به شدت توسط سرب حفظ می شوند.

او سپس این تجربه هیجان انگیز را شرح می دهد:

"اگر دست خود را بین لوله تخلیه و صفحه نمایش بگیرید، می توانید سایه های تیره استخوان ها را در خطوط کم رنگ سایه خود دست ببینید." این اولین آزمایش اشعه ایکس از بدن انسان بود.

این عکس‌ها تاثیر زیادی گذاشت. این کشف هنوز کامل نشده بود و تشخیص اشعه ایکس قبلاً سفر خود را آغاز کرده بود. شوستر فیزیکدان انگلیسی می نویسد: «آزمایشگاه من مملو از پزشکانی بود که بیمارانی را که مشکوک بودند در قسمت های مختلف بدن سوزن دارند، آورده بودند.

در حال حاضر پس از اولین آزمایش‌ها، رونتگن کاملاً ثابت کرده است که پرتوهای ایکس با پرتوهای کاتدی متفاوت است، آنها باری ندارند و توسط میدان مغناطیسی منحرف نمی‌شوند، اما توسط پرتوهای کاتدی برانگیخته می‌شوند.

او همچنین ثابت کرد که آنها نه تنها در شیشه، بلکه در فلزات نیز هیجان زده هستند.

رونتگن با ذکر فرضیه هرتز-لنارد مبنی بر اینکه پرتوهای کاتدی «پدیده‌ای هستند که در اتر اتفاق می‌افتد» اشاره می‌کند که «ما می‌توانیم چیزی مشابه در مورد پرتوهای خود بگوییم». با این حال، او نتوانست خواص موجی پرتوها را تشخیص دهد، آنها "رفتار متفاوتی با پرتوهای ماوراء بنفش، مرئی و مادون قرمز تا به حال شناخته شده دارند." طبق گفته رونتگن، در اعمال شیمیایی و شب تاب آنها، آنها شبیه پرتوهای فرابنفش هستند. در اولین پیام، او این فرض را بیان کرد که بعداً باقی مانده است که آنها می توانند در امواج طولی باشند.

کشف رونتگن علاقه زیادی را در دنیای علمی برانگیخت. آزمایش های او تقریباً در تمام آزمایشگاه های جهان تکرار شد. در مسکو آنها توسط P.N تکرار شدند. لبدف در سن پترزبورگ، مخترع رادیو A.S. پوپوف با اشعه ایکس آزمایش کرد، آنها را در سخنرانی های عمومی نشان داد و اشعه ایکس مختلف را دریافت کرد. در کمبریج D.D. تامسون بلافاصله اثر یونیزه کننده اشعه ایکس را برای مطالعه عبور الکتریسیته از گازها به کار برد. تحقیقات او منجر به کشف الکترون شد.

فصل 2

تابش اشعه ایکس - تابش یونیزان الکترومغناطیسی، اشغال منطقه طیفی بین تابش گاما و فرابنفش در طول موج های 10 -4 تا 10 3 (از 10 -12 تا 10 -5 سانتی متر).R. ل با طول موج λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2- نرم

2.1 منابع اشعه ایکس

رایج ترین منبع اشعه ایکس لوله اشعه ایکس است. - دستگاه الکترو وکیوم به عنوان منبع اشعه ایکس عمل می کند. چنین تشعشعی زمانی رخ می دهد که الکترون های ساطع شده از کاتد کاهش می یابند و به آند برخورد می کنند (ضد اتد). در این حالت، انرژی الکترون‌هایی که توسط یک میدان الکتریکی قوی در فضای بین آند و کاتد شتاب می‌گیرند تا حدی به انرژی اشعه ایکس تبدیل می‌شود. تابش لوله اشعه ایکس برهم نهی bremsstrahlung اشعه ایکس بر تابش مشخصه ماده آند است. لوله های اشعه ایکس متمایز می شوند: با توجه به روش به دست آوردن جریان الکترون - با کاتد ترمیونیک (گرم شده)، کاتد نشر میدان (نیز)، کاتد بمباران شده با یون های مثبت و با منبع الکترونی رادیواکتیو (β). با توجه به روش جاروبرقی - مهر و موم شده، تاشو؛ با توجه به زمان تابش - عمل مداوم، پالس. با توجه به نوع خنک کننده آند - با آب، روغن، هوا، خنک کننده تابشی؛ با توجه به اندازه فوکوس (منطقه تابش روی آند) - ماکرو فوکوس، فوکوس تیز و میکروفوکوس؛ با توجه به شکل آن - حلقه، گرد، حاکم؛ با توجه به روش تمرکز الکترون ها بر روی آند - با تمرکز الکترواستاتیک، مغناطیسی، الکترومغناطیسی.

لوله های اشعه ایکس در تجزیه و تحلیل ساختاری اشعه ایکس استفاده می شود (پیوست 1)، آنالیز طیفی اشعه ایکس، تشخیص عیب (پیوست 1)، تشخیص اشعه ایکس (پیوست 1)، رادیوتراپی ، میکروسکوپ اشعه ایکس و میکرورادیوگرافی لوله های اشعه ایکس مهر و موم شده با یک کاتد ترمیونیک، یک آند خنک شده با آب و یک سیستم متمرکز کننده الکترون الکترواستاتیک بیشترین کاربرد را در همه مناطق دارند (پیوست 2). کاتد ترمیونیک لوله های اشعه ایکس معمولا یک رشته مارپیچی یا مستقیم از سیم تنگستن است که توسط جریان الکتریکی گرم می شود. بخش کاری آند - سطح آینه فلزی - عمود یا در زاویه ای نسبت به جریان الکترون قرار دارد. برای به دست آوردن یک طیف پیوسته از تابش اشعه ایکس با انرژی و شدت بالا، از آندهای طلا، W استفاده می شود. لوله های اشعه ایکس با آندهای Ti، Cr، Fe، Co، Ni، Cu، Mo، Ag در تجزیه و تحلیل سازه استفاده می شود.

مشخصات اصلی لوله های اشعه ایکس حداکثر ولتاژ شتاب دهنده مجاز (1-500 کیلو ولت)، جریان الکترونیکی (0.01 میلی آمپر - 1 آمپر)، توان ویژه اتلاف شده توسط آند (10-10 4 وات بر میلی متر مربع)، مصرف برق کل (0.002 وات - 60 کیلو وات) و ابعاد فوکوس (10 میکرومتر) است. راندمان لوله اشعه ایکس 0.1-3٪ است.

برخی از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو نیز می‌توانند به عنوان منبع اشعه ایکس عمل کنند. : برخی از آنها مستقیماً اشعه ایکس ساطع می کنند، تشعشعات هسته ای برخی دیگر (الکترون ها یا ذرات λ) یک هدف فلزی را بمباران می کنند که اشعه ایکس از خود ساطع می کند. شدت پرتو ایکس منابع ایزوتوپی چندین مرتبه کمتر از شدت تابش یک لوله اشعه ایکس است، اما ابعاد، وزن و هزینه منابع ایزوتوپی به طور غیرقابل مقایسه ای کمتر از آنها با یک لوله اشعه ایکس است.

سینکروترون ها و حلقه های ذخیره الکترون با انرژی های چند گیگا الکترون ولت می توانند به عنوان منابع پرتوهای ایکس نرم با λ در مرتبه ده ها و صدها عمل کنند. در شدت، تابش اشعه ایکس سینکروترون ها از تابش یک لوله اشعه ایکس در ناحیه مشخص شده از طیف به میزان 2-3 مرتبه بیشتر است.

منابع طبیعی اشعه ایکس - خورشید و سایر اجرام فضایی.

2.2 خواص اشعه ایکس

بسته به مکانیسم منشأ پرتوهای ایکس، طیف آنها می تواند پیوسته (bremsstrahlung) یا خطی (مشخصه) باشد. یک طیف پرتو ایکس پیوسته توسط ذرات باردار سریع در نتیجه کاهش سرعت آنها هنگام تعامل با اتم های هدف منتشر می شود. این طیف تنها زمانی به شدت قابل توجهی می رسد که هدف با الکترون بمباران شود. شدت پرتوهای ایکس bremsstrahlung در تمام فرکانس ها تا مرز فرکانس بالا 0 توزیع می شود که در آن انرژی فوتون h 0 (h ثابت پلانک است. ) برابر است با انرژی eV الکترون های بمباران (e بار الکترون است، V اختلاف پتانسیل میدان شتاب دهنده ای است که از آنها عبور می کند). این فرکانس مربوط به لبه طول موج کوتاه طیف 0 = hc/eV است (c سرعت نور است).

تابش خطی پس از یونیزاسیون یک اتم با بیرون راندن یک الکترون از یکی از لایه های داخلی آن رخ می دهد. چنین یونیزه‌ای می‌تواند نتیجه برخورد یک اتم با یک ذره سریع، مانند یک الکترون (اشعه ایکس اولیه)، یا جذب یک فوتون توسط یک اتم (اشعه ایکس فلورسنت) باشد. اتم یونیزه شده خود را در حالت کوانتومی اولیه در یکی از سطوح انرژی بالا می یابد و پس از 10-16-10-15 ثانیه با انرژی کمتری به حالت نهایی می رسد. در این حالت، یک اتم می تواند انرژی اضافی را به شکل فوتون با فرکانس مشخص منتشر کند. فرکانس خطوط طیف چنین تابشی مشخصه اتم های هر عنصر است، بنابراین خط طیف پرتو ایکس مشخصه نامیده می شود. وابستگی فرکانس خط این طیف به عدد اتمی Z توسط قانون موزلی تعیین می شود.

قانون موزلی، قانون مربوط به فرکانس خطوط طیفی تابش پرتو ایکس مشخصه یک عنصر شیمیایی با شماره سریال آن. G. Moseley به صورت آزمایشی نصب شده است در سال 1913. طبق قانون موزلی، جذر فرکانس  خط طیفی تابش مشخصه یک عنصر برابر است با تابع خطیشماره سریال آن Z:

که در آن R ثابت ریدبرگ است ، S n - ثابت غربالگری، n - عدد کوانتومی اصلی. در نمودار موزلی (پیوست 3)، وابستگی به Z یک سری خطوط مستقیم است (سری های K-، L-، M-، و غیره مربوط به مقادیر n = 1، 2، 3،.).

قانون موزلی دلیلی انکارناپذیر برای قرارگیری صحیح عناصر در جدول تناوبی عناصر بود. DI. مندلیف و به روشن شدن معنای فیزیکی Z.

طبق قانون موزلی، طیف‌های مشخصه پرتو ایکس الگوهای تناوبی ذاتی در طیف‌های نوری را نشان نمی‌دهند. این نشان می‌دهد که لایه‌های الکترونی داخلی اتم‌های همه عناصری که در طیف مشخصه پرتو ایکس ظاهر می‌شوند ساختار مشابهی دارند.

آزمایش‌های بعدی برخی انحرافات را از وابستگی خطی برای گروه‌های انتقالی عناصر مرتبط با تغییر در ترتیب پر کردن بیرونی نشان داد. پوسته های الکترونیو همچنین برای اتم های سنگین، که در نتیجه اثرات نسبیتی ظاهر می شوند (به طور مشروط با این واقعیت توضیح داده می شود که سرعت های داخلی با سرعت نور قابل مقایسه هستند).

بسته به تعدادی از عوامل - تعداد نوکلئون ها در هسته (تغییر ایزوتونیک)، وضعیت لایه های الکترون خارجی (تغییر شیمیایی) و غیره - موقعیت خطوط طیفی در نمودار موزلی ممکن است تا حدودی تغییر کند. مطالعه این جابجایی ها به فرد اجازه می دهد تا اطلاعات دقیقی در مورد اتم به دست آورد.

اشعه ایکس Bremsstrahlung ساطع شده توسط اهداف بسیار نازک کاملاً نزدیک به 0 قطبی شده است. با کاهش 0، درجه قطبش کاهش می یابد. تابش مشخصه، به عنوان یک قاعده، قطبی نیست.

هنگامی که اشعه ایکس با ماده تعامل می کند، اثر فوتوالکتریک می تواند رخ دهد. با جذب پرتوهای ایکس و پراکندگی آنها، اثر فوتوالکتریک زمانی مشاهده می‌شود که یک اتم، که فوتون پرتو ایکس را جذب می‌کند، یکی از الکترون‌های درونی خود را به بیرون پرتاب می‌کند، پس از آن، می‌تواند یک انتقال تابشی ایجاد کند، فوتونی از تابش مشخصه ساطع کند، یا یک الکترون دوم را در طول یک انتقال غیر تشعشعی به بیرون پرتاب کند. تحت تأثیر اشعه ایکس بر روی کریستال های غیر فلزی (به عنوان مثال، روی نمک سنگ)، یون هایی با بار مثبت اضافی در برخی از گره های شبکه اتمی ظاهر می شوند و الکترون های اضافی در نزدیکی آنها ظاهر می شوند. چنین اختلالاتی در ساختار کریستال ها، اکسیتون های اشعه ایکس نامیده می شوند ، مراکز رنگی هستند و تنها با افزایش قابل توجه دما از بین می روند.

هنگامی که اشعه ایکس از لایه ای از ماده با ضخامت x عبور می کند، شدت اولیه I 0 به مقدار I = I 0 e - μ x که μ ضریب تضعیف است کاهش می یابد. تضعیف I به دلیل دو فرآیند اتفاق می افتد: جذب فوتون های پرتو ایکس توسط ماده و تغییر جهت آنها در هنگام پراکندگی. در ناحیه طول موج بلند طیف، جذب اشعه ایکس غالب است، در منطقه با طول موج کوتاه، پراکندگی آنها. با افزایش Z و λ میزان جذب به سرعت افزایش می یابد. به عنوان مثال، اشعه ایکس سخت آزادانه از طریق یک لایه هوا ~ 10 سانتی متر نفوذ می کند. یک صفحه آلومینیومی به ضخامت 3 سانتی متر، اشعه ایکس را با 0.027 = λ به نصف کاهش می دهد. اشعه ایکس نرم به طور قابل توجهی در هوا جذب می شود و استفاده و مطالعه آنها فقط در خلاء یا در گازهایی با جذب ضعیف (مثلا He) امکان پذیر است. هنگامی که اشعه ایکس جذب می شود، اتم های یک ماده یونیزه می شوند.

تأثیر اشعه ایکس بر موجودات زنده بسته به یونیزاسیونی که در بافت ها ایجاد می کند، می تواند مفید یا مضر باشد. از آنجایی که جذب اشعه ایکس به λ بستگی دارد، شدت آنها نمی تواند به عنوان معیاری برای تأثیر بیولوژیکی اشعه ایکس باشد. اندازه گیری اشعه ایکس برای اندازه گیری اثر اشعه ایکس بر روی ماده استفاده می شود. ، واحد اندازه گیری رونتگن است

پراکندگی پرتوهای ایکس در ناحیه Z و λ بزرگ عمدتاً بدون تغییر در λ رخ می دهد و به آن پراکندگی همدوس می گویند، در حالی که در ناحیه Z و λ کوچک معمولاً افزایش می یابد (پراکندگی نامنسجم). 2 نوع پراکندگی نامنسجم پرتو ایکس وجود دارد - Compton و Raman. در پراکندگی کامپتون، که خاصیت پراکندگی جسمی غیرکشسانی دارد، یک الکترون پس‌زن از پوسته اتمی به دلیل انرژی از دست رفته توسط فوتون اشعه ایکس به بیرون پرواز می‌کند. در این حالت انرژی فوتون کاهش می یابد و جهت آن تغییر می کند. تغییر در λ بستگی به زاویه پراکندگی دارد. در طی پراکندگی رامان یک فوتون پرانرژی پرتو ایکس توسط یک اتم نور، بخش کوچکی از انرژی آن صرف یونیزه شدن اتم می شود و جهت حرکت فوتون تغییر می کند. تغییر چنین فوتون هایی به زاویه پراکندگی بستگی ندارد.

ضریب شکست n برای اشعه ایکس با مقدار بسیار کمی δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 با 1 متفاوت است. سرعت فاز پرتوهای ایکس در یک محیط از سرعت نور در خلاء بیشتر است. انحراف اشعه ایکس در طول انتقال از یک محیط به رسانه دیگر بسیار کم است (چند دقیقه قوس). هنگامی که پرتوهای ایکس از خلاء بر روی سطح جسم با زاویه بسیار کوچکی می افتند، بازتاب کامل خارجی آنها رخ می دهد.

2.3 ثبت اشعه ایکس

چشم انسان به اشعه ایکس حساس نیست. اشعه ایکس

اشعه ها با استفاده از یک فیلم پرتو ایکس ویژه حاوی مقدار افزایش یافته Ag, Br ثبت می شوند. در منطقه λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5، حساسیت فیلم مثبت معمولی بسیار زیاد است و دانه های آن بسیار کوچکتر از دانه های فیلم اشعه ایکس است که وضوح را افزایش می دهد. در λ از مرتبه ده ها و صدها، اشعه ایکس تنها بر روی نازک ترین لایه سطحی امولسیون عکاسی عمل می کند. برای افزایش حساسیت فیلم، آن را با روغن های شب تاب حساس می کنند. در تشخیص اشعه ایکس و تشخیص عیوب، گاهی اوقات از الکتروفوتوگرافی برای ثبت اشعه ایکس استفاده می شود. (الکترورادیوگرافی).

اشعه ایکس با شدت بالا را می توان با استفاده از محفظه یونیزاسیون ثبت کرد (پیوست 4)، اشعه ایکس با شدت متوسط ​​و کم در λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком با کریستال NaI (Tl) (پیوست 5)، در 0.5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (پیوست 6) و شمارنده متناسب لحیم شده (پیوست 7)، در 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (پیوست 8). در ناحیه λ بسیار بزرگ (از ده ها تا 1000)، می توان از ضرب کننده های الکترون ثانویه نوع باز با فوتوکاتدهای مختلف در ورودی برای ثبت اشعه ایکس استفاده کرد.

2.4 استفاده از اشعه ایکس

اشعه ایکس بیشترین کاربرد را در پزشکی برای تشخیص اشعه ایکس دارد. و رادیوتراپی . تشخیص عیب اشعه ایکس برای بسیاری از شاخه های فناوری مهم است. به عنوان مثال، برای تشخیص عیوب داخلی در قطعات ریخته گری (پوسته، اجزاء سرباره)، ترک در ریل، عیوب در جوش.

تجزیه و تحلیل ساختاری اشعه ایکس به شما امکان می دهد آرایش فضایی اتم ها را در شبکه کریستالی مواد معدنی و ترکیبات، در مولکول های معدنی و آلی ایجاد کنید. بر اساس ساختارهای اتمی متعددی که قبلاً رمزگشایی شده‌اند، مشکل معکوس نیز قابل حل است: با توجه به الگوی اشعه ایکس ماده پلی کریستالی، به عنوان مثال، فولاد آلیاژی، آلیاژ، سنگ معدن، خاک قمری، ترکیب کریستالی این ماده را می توان تعیین کرد، یعنی. تجزیه و تحلیل فاز انجام شد. کاربردهای متعدد R. l. رادیوگرافی مواد برای بررسی خواص جامدات استفاده می شود .

میکروسکوپ اشعه ایکس به عنوان مثال، اجازه می دهد تا تصویری از یک سلول، یک میکروارگانیسم، به دست آورد تا ساختار داخلی آنها را ببیند. طیف سنجی اشعه ایکس او با استفاده از طیف های اشعه ایکس، توزیع چگالی حالت های الکترونیکی را بر روی انرژی ها در مواد مختلف مطالعه می کند، ماهیت پیوند شیمیایی را بررسی می کند و بار موثر یون ها را در جامدات و مولکول ها می یابد. آنالیز طیفی اشعه ایکس با موقعیت و شدت خطوط طیف مشخصه به شما امکان می دهد ترکیب کیفی و کمی ماده را تعیین کنید و برای آزمایش غیر مخرب ترکیبی مواد در کارخانه های متالورژی و سیمان، کارخانه های فرآوری استفاده می شود. هنگام اتوماسیون این شرکت ها، طیف سنج ها و کوانتومترهای اشعه ایکس به عنوان حسگرهایی برای ترکیب یک ماده استفاده می شوند.

پرتوهای ایکس که از فضا می آیند حاوی اطلاعاتی در مورد ترکیب شیمیایی اجسام کیهانی و در مورد فرآیندهای فیزیکی در حال وقوع در فضا هستند. نجوم پرتو ایکس به مطالعه پرتوهای ایکس کیهانی می پردازد . اشعه ایکس قدرتمند در شیمی تابش برای تحریک واکنش های خاص، پلیمریزاسیون مواد و ترک خوردن مواد آلی استفاده می شود. اشعه ایکس همچنین برای تشخیص نقاشی های باستانی پنهان شده در زیر لایه ای از نقاشی های متاخر، در صنایع غذایی برای تشخیص اشیاء خارجی که به طور تصادفی وارد محصولات غذایی شده اند، در علوم پزشکی قانونی، باستان شناسی و غیره استفاده می شود.

فصل 3

یکی از وظایف اصلی تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس، تعیین ترکیب واقعی یا فازی یک ماده است. روش پراش اشعه ایکس مستقیم است و با قابلیت اطمینان بالا، سرعت و ارزانی نسبی مشخص می شود. روش نیاز ندارد تعداد زیادیتجزیه و تحلیل مواد را می توان بدون از بین بردن قطعه انجام داد. زمینه های کاربرد تحلیل فاز کیفی هم برای تحقیقات علمی و هم برای کنترل در تولید بسیار متنوع است. می توانید ترکیب مواد خام تولید متالورژی، محصولات سنتز، پردازش، نتیجه تغییرات فاز در طی عملیات حرارتی و شیمیایی-حرارتی را بررسی کنید، پوشش های مختلف، لایه های نازک و غیره را تجزیه و تحلیل کنید.

هر فاز، با داشتن ساختار کریستالی خاص خود، با مجموعه معینی از مقادیر گسسته از فواصل بین سطحی d/n از حداکثر و پایین مشخص می شود، که فقط ذاتی این فاز است. همانطور که از معادله ولف-براگ نشان می‌دهد، هر مقدار فاصله بین صفحه‌ای مربوط به خطی بر روی الگوی اشعه ایکس از یک نمونه چند بلوری در یک زاویه مشخص θ (در یک مقدار معین از طول موج λ) است. بنابراین، یک سیستم مشخص از خطوط (حداکثر پراش) با مجموعه مشخصی از فواصل بین صفحه ای برای هر فاز در الگوی پراش پرتو ایکس مطابقت دارد. شدت نسبی این خطوط در الگوی اشعه ایکس در درجه اول به ساختار فاز بستگی دارد. بنابراین، با تعیین محل خطوط روی رادیوگرافی (زاویه θ آن) و دانستن طول موج تابشی که در آن رادیوگرافی گرفته شده است، می توان مقادیر فواصل بین سطحی d/n را با استفاده از فرمول Wulf-Bragg تعیین کرد:

/n = λ/ (2sin θ). (1)

با تعیین مجموعه d/n برای ماده مورد مطالعه و مقایسه آن با داده های d/n قبلا شناخته شده برای مواد خالص، ترکیبات مختلف آنها، می توان تعیین کرد که ماده داده شده شامل کدام فاز است. باید تأکید کرد که این فازها هستند که تعیین می شوند و نه ترکیب شیمیایی، اما گاهی اوقات می توان دومی را در صورت وجود داده های اضافی در مورد ترکیب عنصری یک فاز خاص استنتاج کرد. اگر ترکیب شیمیایی ماده مورد مطالعه مشخص باشد، کار تجزیه و تحلیل فاز کیفی بسیار تسهیل می شود، زیرا در این صورت می توان فرضیات اولیه در مورد فازهای احتمالی در این مورد ایجاد کرد.

کلید تحلیل فاز اندازه گیری دقیق d/n و شدت خط است. اگرچه در اصل با استفاده از یک پراش سنج به دست آوردن این امر آسانتر است، روش فوتومتری برای آنالیز کیفی دارای مزایایی است، در درجه اول از نظر حساسیت (توانایی تشخیص حضور مقدار کمی فاز در نمونه)، و همچنین سادگی روش تجربی.

محاسبه d/n از الگوی اشعه ایکس با استفاده از معادله Wulf-Bragg انجام می شود.

به عنوان مقدار λ در این معادله، معمولاً از λα cf سری K استفاده می شود:

λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)

گاهی از خط K α1 استفاده می شود. تعیین زوایای پراش θ برای همه خطوط پرتو ایکس به شما امکان می دهد d / n را مطابق رابطه (1) محاسبه کنید و خطوط β را جدا کنید (اگر فیلتری برای (اشعه β) وجود نداشته باشد.

3.1 تجزیه و تحلیل عیوب ساختار کریستالی

تمام مواد تک کریستالی واقعی و حتی بیشتر از آن پلی کریستالی حاوی عیوب ساختاری خاصی هستند (نقایص نقطه‌ای، نابجایی، انواع مختلف رابط‌ها، ریز و ماکروستنش‌ها)، که تأثیر بسیار قوی بر روی تمام خواص و فرآیندهای حساس به ساختار دارند.

عیوب ساختاری باعث ایجاد اعوجاج در شبکه کریستالی با ماهیت متفاوت و در نتیجه انواع مختلف تغییرات در الگوی پراش می شود: تغییر در فواصل بین اتمی و بین سطحی باعث جابجایی در حداکثر پراش می شود، ریز تنش ها و پراکندگی زیرساخت منجر به گسترش ریزشاخه ها در حداکثر، حداکثر حداکثری پراش می شود. وجود دررفتگی باعث ایجاد پدیده های غیرعادی در هنگام عبور اشعه ایکس و در نتیجه ناهمگونی های موضعی کنتراست در توپوگرام های اشعه ایکس و غیره می شود.

در نتیجه، تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس یکی از آموزنده ترین روش ها برای مطالعه عیوب سازه، نوع و غلظت آنها و ماهیت توزیع آنها است.

روش سنتی پراش پرتو ایکس که بر روی پراش سنج های ثابت اجرا می شود، به دلیل ویژگی های طراحی آنها، امکان تعیین کمی تنش ها و کرنش ها را تنها بر روی نمونه های کوچک برش خورده از قطعات یا اجسام می دهد.

بنابراین، در حال حاضر، انتقال از ثابت به پراش اشعه ایکس با اندازه کوچک قابل حمل وجود دارد که ارزیابی تنش‌های موجود در مواد قطعات یا اجسام را بدون تخریب در مراحل ساخت و بهره‌برداری از آنها ارائه می‌کند.

پراش سنج های پرتابل پرتو ایکس سری DRP*1 کنترل تنش های پسماند و موثر در قطعات، محصولات و سازه های بزرگ را بدون تخریب امکان پذیر می سازد.

این برنامه در محیط ویندوز اجازه می دهد تا نه تنها تنش ها را با استفاده از روش "sin 2 ψ" در زمان واقعی تعیین کنید، بلکه تغییر در ترکیب فاز و بافت را نیز نظارت کنید. آشکارساز مختصات خطی ثبت همزمان را در زوایای پراش 2θ = 43 درجه فراهم می کند. لوله های اشعه ایکس با اندازه کوچک از نوع "فاکس" با درخشندگی بالا و توان کم (5 وات) ایمنی رادیولوژیکی دستگاه را تضمین می کند که در آن در فاصله 25 سانتی متری از ناحیه تحت تابش سطح تابش برابر با سطح پس زمینه طبیعی است. دستگاه‌های سری DRP در تعیین تنش‌ها در مراحل مختلف شکل‌دهی فلز، برش، آسیاب، عملیات حرارتی، جوشکاری، سخت‌کاری سطحی به منظور بهینه‌سازی این عملیات تکنولوژیکی استفاده می‌شوند. کنترل بر افت سطح تنش های فشاری پسماند القایی در محصولات و سازه ها به ویژه بحرانی در حین کار این امکان را فراهم می کند که محصول قبل از تخریب از سرویس خارج شود و از حوادث و بلایای احتمالی جلوگیری شود.

3.2 تجزیه و تحلیل طیف

همراه با تعیین ساختار بلوری اتمی و ترکیب فازی مواد برای آن مشخصات کاملتعیین ترکیب شیمیایی آن الزامی است.

به طور فزاینده ای، روش های مختلف به اصطلاح ابزاری تحلیل طیفی در عمل برای این اهداف استفاده می شود. هر کدام از آنها مزایا و کاربردهای خاص خود را دارند.

یکی از الزامات مهم در بسیاری از موارد این است که روش مورد استفاده ایمنی جسم مورد تجزیه و تحلیل را تضمین کند. این روش های تجزیه و تحلیل هستند که در این بخش مورد بحث قرار می گیرند. معیار بعدی که روش های تجزیه و تحلیل شرح داده شده در این بخش بر اساس آن انتخاب شدند، محلی بودن آنهاست.

روش تجزیه و تحلیل طیفی اشعه ایکس فلورسانس مبتنی بر نفوذ تابش پرتو ایکس نسبتاً سخت (از یک لوله اشعه ایکس) به جسم مورد تجزیه و تحلیل است که به لایه ای با ضخامت چند میکرومتر نفوذ می کند. تشعشعات پرتو ایکس مشخص که در این مورد در جسم ایجاد می شود، به دست آوردن داده های متوسط ​​​​در مورد ترکیب شیمیایی آن را ممکن می کند.

برای تعیین ترکیب عنصری یک ماده، می توان از تجزیه و تحلیل طیف مشخصه اشعه ایکس نمونه ای که بر روی آند یک لوله پرتو ایکس قرار گرفته و در معرض بمباران الکترونی قرار می گیرد - روش انتشار یا تجزیه و تحلیل طیف پرتو ایکس ثانویه (فلورسنت) نمونه ای که در معرض تابش اشعه ایکس سخت از یک منبع پرتو ایکس قرار گرفته است - استفاده کرد.

نقطه ضعف روش انتشار، اولاً، نیاز به قرار دادن نمونه بر روی آند لوله اشعه ایکس و به دنبال آن تخلیه با پمپ های خلاء است. بدیهی است که این روش برای مواد قابل ذوب و فرار نامناسب است. دومین اشکال مربوط به این واقعیت است که حتی اجسام نسوز نیز در اثر بمباران الکترونی آسیب می بینند. روش فلورسنت عاری از این کاستی ها است و بنابراین کاربرد بسیار گسترده تری دارد. مزیت روش فلورسنت نیز عدم وجود bremsstrahlung است که حساسیت آنالیز را بهبود می بخشد. مقایسه طول موج های اندازه گیری شده با جداول خطوط طیفی عناصر شیمیایی اساس یک تحلیل کیفی است و شدت نسبی خطوط طیفی عناصر مختلف که ماده نمونه را تشکیل می دهند، اساس تحلیل کمی را تشکیل می دهد. با در نظر گرفتن مکانیسم تحریک تشعشعات پرتو ایکس مشخص می شود که تابش های یک یا سری دیگر (K یا L، M و غیره) به طور همزمان ایجاد می شوند و نسبت شدت خط در داخل سری همیشه ثابت است. بنابراین، حضور این یا آن عنصر نه با خطوط منفرد، بلکه توسط یک سری خطوط به عنوان یک کل (به جز ضعیف ترین آنها، با در نظر گرفتن محتوای این عنصر) ایجاد می شود. برای عناصر نسبتا سبک، از تحلیل خطوط سری K، برای عناصر سنگین، از خطوط سری L استفاده می شود. در شرایط مختلف (بسته به تجهیزات مورد استفاده و عناصر مورد تجزیه و تحلیل)، مناطق مختلف طیف مشخصه ممکن است راحت ترین باشند.

ویژگی های اصلی آنالیز طیفی اشعه ایکس به شرح زیر است.

سادگی طیف‌های مشخصه پرتو ایکس حتی برای عناصر سنگین (در مقایسه با طیف‌های نوری)، که تجزیه و تحلیل را ساده می‌کند (تعداد کم خطوط؛ شباهت در آرایش متقابل آنها؛ با افزایش تعداد سریال، تغییر منظم طیف به ناحیه طول موج کوتاه رخ می‌دهد؛ سادگی نسبی تحلیل کمی).

استقلال طول موج ها از حالت اتم های عنصر مورد تجزیه و تحلیل (آزاد یا در یک ترکیب شیمیایی). این به دلیل این واقعیت است که وقوع تشعشعات پرتو ایکس با تحریک سطوح الکترونیکی داخلی همراه است که در بیشتر موارد عملاً با درجه یونیزاسیون اتم ها تغییر نمی کند.

امکان جداسازی در آنالیز خاک های کمیاب و برخی عناصر دیگر که به دلیل شباهت ساختار الکترونیکی پوسته های بیرونی دارای تفاوت های اندکی در طیف در محدوده نوری هستند و از نظر خواص شیمیایی تفاوت بسیار کمی دارند.

طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس "غیر مخرب" است، بنابراین در هنگام تجزیه و تحلیل نمونه های نازک - ورق فلزی نازک، فویل و غیره، نسبت به طیف سنجی نوری معمولی مزیت دارد.

طیف‌سنج‌های فلورسانس اشعه ایکس، از جمله طیف‌سنج‌های چند کاناله یا کوانتومترها، که تجزیه و تحلیل کمی بیانگر عناصر (از Na یا Mg تا U) را با خطای کمتر از 1٪ مقدار تعیین‌شده، آستانه حساسیت 10 -3 ... 10 -4٪ ارائه می‌دهند، به‌ویژه در شرکت‌های metallu استفاده می‌شوند.

پرتو اشعه ایکس

روش های تعیین ترکیب طیفی اشعه ایکس

طیف سنج ها به دو نوع تقسیم می شوند: پراش کریستالی و بدون کریستال.

تجزیه اشعه ایکس به یک طیف با استفاده از یک توری پراش طبیعی - یک کریستال - اساساً شبیه به دست آوردن طیفی از پرتوهای نور معمولی با استفاده از یک توری پراش مصنوعی به شکل ضربه های دوره ای روی شیشه است. شرط تشکیل حداکثر پراش را می توان به عنوان شرط "بازتاب" از سیستمی از صفحات اتمی موازی که با فاصله d hkl از هم جدا شده اند، نوشت.

هنگام انجام یک تجزیه و تحلیل کیفی، می توان وجود یک عنصر در یک نمونه را با یک خط قضاوت کرد - معمولاً شدیدترین خط از سری طیفی مناسب برای یک کریستال آنالایزر معین. قدرت تفکیک طیف‌سنج‌های پراش کریستالی برای جدا کردن خطوط مشخصه حتی عناصر مجاور در موقعیت جدول تناوبی کافی است. با این حال، ما باید تحمیل خطوط مختلف عناصر مختلف و همچنین تحمیل بازتاب ها را نیز در نظر بگیریم. ترتیب مختلف. این شرایط باید در هنگام انتخاب خطوط تحلیلی در نظر گرفته شود. در عین حال باید از امکانات بهبود وضوح ساز استفاده کرد.

نتیجه

بنابراین، اشعه ایکس تابش الکترومغناطیسی نامرئی با طول موج 10 5 - 10 2 نانومتر است. اشعه ایکس می تواند به برخی از موادی که در برابر نور مرئی مات هستند نفوذ کند. آنها در طول کاهش سرعت الکترون های سریع در ماده (طیف پیوسته) و در هنگام انتقال الکترون ها از لایه های الکترونی بیرونی اتم به لایه های داخلی (طیف خطی) منتشر می شوند. منابع تابش اشعه ایکس عبارتند از: لوله اشعه ایکس، برخی ایزوتوپ های رادیواکتیو، شتاب دهنده ها و تجمع کننده های الکترون (تابش سنکروترون). گیرنده ها - فیلم، صفحه نمایش های درخشان، آشکارسازهای تشعشع هسته ای. اشعه ایکس در تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس، پزشکی، تشخیص عیب، تجزیه و تحلیل طیفی اشعه ایکس و غیره استفاده می شود.

با در نظر گرفتن جنبه های مثبت کشف V. Roentgen، لازم است به تأثیر بیولوژیکی مضر آن توجه شود. مشخص شد که اشعه ایکس می تواند چیزی شبیه آفتاب سوختگی شدید (اریتم) ایجاد کند که البته با آسیب عمیق تر و دائمی تر به پوست همراه است. زخم های ظاهری اغلب به سرطان تبدیل می شوند. در بسیاری از موارد، انگشتان یا دست ها باید قطع می شدند. مرگ و میر هم داشت.

مشخص شده است که با کاهش زمان و دوز قرار گرفتن در معرض، با استفاده از محافظ (به عنوان مثال سرب) و کنترل از راه دور، می توان از آسیب پوست جلوگیری کرد. اما به تدریج سایر اثرات طولانی مدت قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس آشکار شد که سپس در حیوانات آزمایشی تایید و مورد مطالعه قرار گرفت. اثرات ناشی از اشعه ایکس و سایر پرتوهای یونیزان (مانند پرتوهای گاما ساطع شده از مواد رادیواکتیو) عبارتند از:

) تغییرات موقتی در ترکیب خون پس از قرار گرفتن در معرض بیش از حد نسبتاً کوچک؛

تغییرات غیر قابل برگشت در ترکیب خون (کم خونی همولیتیک) پس از قرار گرفتن در معرض بیش از حد طولانی مدت؛

) افزایش در بروز سرطان (از جمله سرطان خون)؛

) پیری سریعتر و مرگ زودرس؛

) بروز آب مروارید.

تأثیر بیولوژیکی اشعه ایکس بر بدن انسان با توجه به میزان دوز تابش و همچنین اینکه کدام اندام خاصی از بدن در معرض تابش قرار گرفته است تعیین می شود.

انباشت دانش در مورد اثرات اشعه ایکس بر بدن انسان منجر به تدوین استانداردهای ملی و بین المللی برای دوز مجاز تابش شده است که در کتاب های مرجع مختلف منتشر شده است.

برای جلوگیری از اثرات مضر اشعه ایکس، از روش های کنترل استفاده می شود:

) در دسترس بودن تجهیزات کافی،

) نظارت بر رعایت مقررات ایمنی،

) استفاده صحیح از تجهیزات.

فهرست منابع استفاده شده

1) Blokhin M.A., Physics of X-ray, 2nd ed., M., 1957;

) Blokhin M.A., Methods of X-Spectral Study, M., 1959;

) اشعه ایکس. نشست ویرایش M.A. بلوخین، ترجمه. با او. and English, M., 1960;

) خراجا ف.، دوره عمومی مهندسی اشعه ایکس، ویرایش سوم، م. - ل.، 1966;

) Mirkin L.I., Handbook of Diffraction River X-ray analysis of polycrystals, M., 1961;

) Weinstein E.E., Kakhana M.M., Reference tables on spectroscopy اشعه ایکس, M., 1953.

) آنالیز اشعه ایکس و الکترون نوری. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. کمک هزینه برای دانشگاه ها. - ویرایش چهارم اضافه کردن. و دوباره کار. - M.: "MISiS"، 2002. - 360 ص.

برنامه های کاربردی

پیوست 1

نمای کلی لوله های اشعه ایکس

پیوست 2

طرح لوله اشعه ایکس برای تجزیه و تحلیل ساختاری

طرح یک لوله اشعه ایکس برای تجزیه و تحلیل ساختاری: 1 - شیشه آند فلزی (معمولاً زمین)؛ 2 - پنجره های ساخته شده از بریلیم برای خروجی اشعه ایکس. 3 - کاتد ترمیونی; 4 - حباب شیشه ای، جداسازی قسمت آند لوله از کاتد. 5 - پایانه های کاتدی که ولتاژ فیلامنت به آنها اعمال می شود و همچنین ولتاژ بالا (نسبت به آند). 6 - سیستم الکترواستاتیک برای تمرکز الکترونها; 7 - آند (ضد اتد)؛ 8- لوله های انشعاب برای ورودی و خروجی آب جاری خنک کننده شیشه آند.

پیوست 3

نمودار موزلی

نمودار موزلی برای سری های K، L و M پرتوهای ایکس مشخصه. ابسیسا شماره سریال عنصر Z را نشان می دهد، ترتیب - ( باسرعت نور است).

پیوست 4

محفظه یونیزاسیون

عکس. 1. بخش یک محفظه یونیزاسیون استوانه ای: 1 - بدنه استوانه ای محفظه که به عنوان الکترود منفی عمل می کند. 2 - میله استوانه ای به عنوان یک الکترود مثبت. 3 - عایق ها.

برنج. 2. طرح روشن کردن محفظه یونیزاسیون جریان: V - ولتاژ روی الکترودهای محفظه. G یک گالوانومتر است که جریان یونیزاسیون را اندازه گیری می کند.

برنج. 3. مشخصه جریان-ولتاژ محفظه یونیزاسیون.

برنج. 4. طرح روشن کردن محفظه یونیزاسیون پالسی: C - ظرفیت الکترود جمع کننده. R مقاومت است.

پیوست 5

شمارنده سوسوزن.

طرح شمارنده سوسوزن: کوانتوم های نور (فوتون ها) الکترون ها را از فوتوکاتد بیرون می کشند. با حرکت از داینودی به داینود دیگر، بهمن الکترونی چند برابر می شود.

پیوست 6

شمارنده گایگر مولر.

برنج. 1. طرح یک شمارنده گایگر مولر شیشه ای: 1 - لوله شیشه ای مهر و موم شده. 2 - کاتد (لایه نازکی از مس روی لوله فولادی ضد زنگ). 3 - خروجی کاتد; 4 - آند (نخ باریک کشیده).

برنج. 2. طرح روشن کردن شمارنده گایگر مولر.

برنج. 3. مشخصه شمارش شمارنده گایگر مولر.

پیوست 7

شمارنده متناسب

طرح یک شمارنده متناسب: a - ناحیه رانش الکترون. ب - منطقه تقویت گاز.

پیوست 8

آشکارسازهای نیمه هادی

آشکارسازهای نیمه هادی؛ ناحیه حساس با جوجه کشی برجسته می شود. n - ناحیه یک نیمه هادی با رسانایی الکترونیکی، p - با سوراخ، i - با هدایت ذاتی. الف - آشکارساز مانع سطحی سیلیکونی؛ ب - آشکارساز مسطح ژرمانیوم-لیتیوم رانش. ج - آشکارساز کواکسیال ژرمانیوم-لیتیوم.