RAGGI X
Radiazione a raggi X occupa la regione dello spettro elettromagnetico tra la radiazione gamma e quella ultravioletta ed è una radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda da 10 -14 a 10 -7 M. In medicina, la radiazione a raggi X con una lunghezza d'onda da 5 x 10 -12 a 2,5 x 10 - 10 m viene utilizzato, ovvero 0,05 - 2,5 angstrom e per la diagnostica a raggi X stessa - 0,1 angstrom. La radiazione è un flusso di quanti (fotoni) che si propagano linearmente alla velocità della luce (300.000 km/s). Questi quanti non hanno carica elettrica. La massa di un quanto è una parte insignificante di un'unità di massa atomica.
Energia dei quanti misurato in Joule (J), ma in pratica spesso usano un'unità non sistemica "elettronvolt" (eV) . Un elettronvolt è l'energia che un elettrone acquista quando attraversa una differenza di potenziale di 1 volt in un campo elettrico. 1 eV = 1,6 10~ 19 J. Le derivate sono il kiloelettronvolt (keV), pari a mille eV, e il megaelettronvolt (MeV), pari a un milione di eV.
I raggi X vengono prodotti utilizzando tubi a raggi X, acceleratori lineari e betatroni. In un tubo a raggi X, la differenza di potenziale tra il catodo e l'anodo bersaglio (decine di kilovolt) accelera gli elettroni che bombardano l'anodo. La radiazione a raggi X si verifica quando gli elettroni veloci vengono decelerati nel campo elettrico degli atomi della sostanza anodica (bremsstrahlung) o durante la ristrutturazione degli strati interni degli atomi (radiazione caratteristica) . Radiazione a raggi X caratteristica ha una natura discreta e si verifica quando gli elettroni degli atomi della sostanza anodica si trasferiscono da un livello energetico a un altro sotto l'influenza di elettroni esterni o quanti di radiazione. Raggi X di Bremsstrahlung ha uno spettro continuo che dipende dalla tensione anodica del tubo radiogeno. Durante la frenatura nella sostanza dell'anodo, gli elettroni spendono la maggior parte della loro energia per riscaldare l'anodo (99%) e solo una piccola frazione (1%) viene convertita in energia dei raggi X. Nella diagnostica a raggi X, viene spesso utilizzata la radiazione di bremsstrahlung.
Le proprietà fondamentali dei raggi X sono caratteristiche di tutta la radiazione elettromagnetica, ma esistono alcune caratteristiche speciali. I raggi X hanno le seguenti proprietà:
- invisibilità - le cellule sensibili della retina umana non rispondono ai raggi X, poiché la loro lunghezza d'onda è migliaia di volte inferiore a quella della luce visibile;
- propagazione diretta – i raggi vengono rifratti, polarizzati (propagati su un certo piano) e diffratti, come la luce visibile. L'indice di rifrazione differisce pochissimo dall'unità;
- potere penetrante - penetrare senza assorbimento significativo attraverso strati significativi di sostanze opache alla luce visibile. Quanto più corta è la lunghezza d'onda, tanto maggiore è il potere di penetrazione dei raggi X;
- capacità di assorbimento - hanno la capacità di essere assorbiti dai tessuti corporei; tutta la diagnostica a raggi X si basa su questo. La capacità di assorbimento dipende dal peso specifico del tessuto (più è alto, maggiore è l'assorbimento); sullo spessore dell'oggetto; sulla durezza della radiazione;
- azione fotografica - decomporre i composti degli alogenuri d'argento, compresi quelli presenti nelle emulsioni fotografiche, che consentono di ottenere immagini a raggi X;
- effetto luminescente - provocano la luminescenza di alcuni composti chimici (luminofori), su questo si basa la tecnica della transilluminazione a raggi X. L'intensità del bagliore dipende dalla struttura della sostanza fluorescente, dalla sua quantità e dalla distanza dalla sorgente di raggi X. I fosfori vengono utilizzati non solo per ottenere immagini di oggetti da studiare su uno schermo fluoroscopico, ma anche in radiografia, dove consentono di aumentare l'esposizione alle radiazioni della pellicola radiografica nella cassetta grazie all'uso di schermi intensificatori, lo strato superficiale di cui costituito da sostanze fluorescenti;
- effetto di ionizzazione - hanno la capacità di provocare la disintegrazione di atomi neutri in particelle cariche positivamente e negativamente, su questo si basa la dosimetria. L'effetto della ionizzazione di qualsiasi mezzo è la formazione in esso di ioni positivi e negativi, nonché di elettroni liberi da atomi e molecole neutri della sostanza. La ionizzazione dell'aria nella sala radiologica durante il funzionamento del tubo a raggi X porta ad un aumento della conduttività elettrica dell'aria e ad un aumento delle cariche elettriche statiche sugli oggetti dell'armadio. Per eliminare tali effetti indesiderati, nelle sale radiologiche è prevista una ventilazione forzata e di scarico;
- effetto biologico - avere un impatto sugli oggetti biologici, nella maggior parte dei casi questo impatto è dannoso;
- legge dell’inverso del quadrato - per una sorgente puntiforme di raggi X, l'intensità diminuisce proporzionalmente al quadrato della distanza dalla sorgente.
La medicina moderna utilizza molti medici per la diagnosi e la terapia. Alcuni di essi sono stati utilizzati relativamente di recente, mentre altri sono stati praticati per decine o addirittura centinaia di anni. Inoltre, centodieci anni fa, William Conrad Roentgen scoprì straordinari raggi X, che provocarono una risonanza significativa nel mondo scientifico e medico. E ora i medici di tutto il mondo li usano nella loro pratica. L'argomento della nostra conversazione oggi saranno i raggi X in medicina; discuteremo del loro utilizzo in modo un po' più dettagliato.
I raggi X sono un tipo di radiazione elettromagnetica. Sono caratterizzati da notevoli qualità di penetrazione, che dipendono dalla lunghezza d'onda della radiazione, nonché dalla densità e dallo spessore dei materiali irradiati. Inoltre, i raggi X possono far brillare numerose sostanze, influenzare gli organismi viventi, ionizzare gli atomi e anche catalizzare alcune reazioni fotochimiche.
Applicazione dei raggi X in medicina
Oggi, le proprietà dei raggi X consentono loro di essere ampiamente utilizzati nella diagnostica e nella radioterapia.
Diagnostica a raggi X
La diagnostica a raggi X viene utilizzata quando si esegue:
Raggi X (radioscopia);
- radiografia (immagine);
- fluorografia;
- Tomografia a raggi X e computerizzata.
raggi X
Per condurre tale studio, il paziente deve posizionarsi tra il tubo a raggi X e uno speciale schermo fluorescente. Un radiologo specialista seleziona la rigidità richiesta dei raggi X, ottenendo sullo schermo un'immagine degli organi interni e delle costole.
Radiografia
Per condurre questo studio, il paziente viene posto su una cassetta contenente una speciale pellicola fotografica. La macchina a raggi X è posizionata direttamente sopra l'oggetto. Di conseguenza, sul film appare un'immagine negativa degli organi interni, che contiene una serie di piccoli dettagli, più dettagliati rispetto a un esame fluoroscopico.
Fluorografia
Questo studio viene effettuato durante gli esami medici di massa della popolazione, anche per rilevare la tubercolosi. In questo caso, un'immagine da un grande schermo viene proiettata su un film speciale.
Tomografia
Quando si esegue la tomografia, i raggi del computer aiutano a ottenere immagini di organi in più punti contemporaneamente: in sezioni trasversali di tessuto appositamente selezionate. Questa serie di raggi X è chiamata tomogramma.
Tomogramma computerizzato
Questo studio consente di registrare sezioni del corpo umano utilizzando uno scanner a raggi X. Successivamente, i dati vengono inseriti in un computer, risultando in un'immagine in sezione trasversale.
Ciascuno dei metodi diagnostici elencati si basa sulle proprietà del raggio di raggi X per illuminare la pellicola fotografica, nonché sul fatto che i tessuti e le ossa umani differiscono per la diversa permeabilità ai loro effetti.
Terapia a raggi X
La capacità dei raggi X di influenzare in modo speciale sui tessuti viene utilizzato per il trattamento delle formazioni tumorali. Inoltre, le qualità ionizzanti di queste radiazioni sono particolarmente evidenti quando colpiscono le cellule capaci di dividersi rapidamente. Sono proprio queste qualità che contraddistinguono le cellule delle formazioni oncologiche maligne.
Tuttavia, vale la pena notare che la terapia a raggi X può causare molti problemi gravi effetti collaterali. Questo effetto ha un effetto aggressivo sullo stato del sistema ematopoietico, endocrino e immunitario, le cui cellule si dividono anche molto rapidamente. L'influenza aggressiva su di loro può causare segni di malattia da radiazioni.
L'effetto delle radiazioni a raggi X sull'uomo
Studiando i raggi X, i medici hanno scoperto che possono portare a cambiamenti nella pelle che ricordano una scottatura solare, ma sono accompagnati da danni più profondi alla pelle. Tali ulcerazioni richiedono molto tempo per guarire. Gli scienziati hanno scoperto che tali lesioni possono essere evitate riducendo il tempo e la dose di radiazioni, nonché utilizzando speciali metodi di schermatura e controllo remoto.
Gli effetti aggressivi dei raggi X possono manifestarsi anche a lungo termine: cambiamenti temporanei o permanenti nella composizione del sangue, predisposizione alla leucemia e invecchiamento precoce.
L'effetto dei raggi X su una persona dipende da molti fattori: quale organo viene irradiato e per quanto tempo. L'irradiazione degli organi emopoietici può portare a malattie del sangue e l'esposizione ai genitali può portare alla sterilità.
L'esecuzione dell'irradiazione sistematica è irta dello sviluppo di cambiamenti genetici nel corpo.
Il vero danno dei raggi X nella diagnostica radiografica
Quando effettuano un esame, i medici utilizzano il numero minimo possibile di radiografie. Tutte le dosi di radiazioni soddisfano determinati standard accettabili e non possono danneggiare una persona. La diagnostica a raggi X rappresenta un pericolo significativo solo per i medici che la eseguono. E poi i moderni metodi di protezione aiutano a ridurre al minimo l'aggressione dei raggi.
I metodi più sicuri di diagnostica a raggi X includono la radiografia delle estremità e le radiografie dentali. Il prossimo posto in questa classifica è la mammografia, seguita dalla tomografia computerizzata e poi dalla radiografia.
Affinché l'uso dei raggi X in medicina apporti solo benefici all'uomo, è necessario condurre ricerche con il loro aiuto solo quando indicato.
I raggi X sono un tipo di radiazione elettromagnetica ad alta energia. È attivamente utilizzato in vari rami della medicina.
I raggi X sono onde elettromagnetiche la cui energia fotonica sulla scala delle onde elettromagnetiche è compresa tra la radiazione ultravioletta e la radiazione gamma (da ~10 eV a ~1 MeV), che corrisponde a lunghezze d'onda da ~10^3 a ~10^−2 angstrom (da da ~10^−7 a ~10^−12 m). Si tratta cioè di una radiazione incomparabilmente più dura della luce visibile, che si trova su questa scala tra i raggi ultravioletti e quelli infrarossi (“termici”).
Il confine tra i raggi X e la radiazione gamma è distinto in modo condizionale: i loro intervalli si intersecano, i raggi gamma possono avere un'energia di 1 keV. Differiscono nell'origine: i raggi gamma vengono emessi durante i processi che avvengono nei nuclei atomici, mentre i raggi X vengono emessi durante i processi che coinvolgono gli elettroni (sia liberi che quelli situati nei gusci elettronici degli atomi). Allo stesso tempo, è impossibile determinare dal fotone stesso durante quale processo è sorto, cioè la divisione nelle gamme di raggi X e gamma è in gran parte arbitraria.
La gamma dei raggi X è divisa in “raggi X molli” e “raggi X duri”. Il confine tra loro si trova ad una lunghezza d'onda di 2 angstrom e 6 keV di energia.
Un generatore di raggi X è un tubo in cui viene creato il vuoto. Lì si trovano gli elettrodi: un catodo, a cui viene applicata una carica negativa, e un anodo caricato positivamente. La tensione tra loro è di decine o centinaia di kilovolt. La generazione di fotoni a raggi X avviene quando gli elettroni “si staccano” dal catodo e si schiantano contro la superficie dell’anodo ad alta velocità. La radiazione di raggi X risultante è chiamata “bremsstrahlung”; i suoi fotoni hanno lunghezze d’onda diverse.
Allo stesso tempo vengono generati fotoni dello spettro caratteristico. Alcuni elettroni negli atomi della sostanza anodica sono eccitati, cioè si spostano su orbite più alte e poi ritornano al loro stato normale, emettendo fotoni di una certa lunghezza d'onda. In un generatore standard vengono prodotti entrambi i tipi di radiazioni a raggi X.
L'8 novembre 1895 lo scienziato tedesco Wilhelm Conrad Roentgen scoprì che alcune sostanze cominciavano a brillare se esposte ai "raggi catodici", cioè a un flusso di elettroni generato da un tubo a raggi catodici. Ha spiegato questo fenomeno con l'influenza di alcuni raggi X: così viene ora chiamata questa radiazione in molte lingue. Più tardi V.K. Roentgen studiò il fenomeno che scoprì. Il 22 dicembre 1895 tenne una relazione su questo argomento all'Università di Würzburg.
Successivamente si è scoperto che la radiazione a raggi X era stata osservata in precedenza, ma ai fenomeni ad essa associati non è stata data molta importanza. Il tubo a raggi catodici è stato inventato molto tempo fa, ma prima che V.K. Nessuno prestava molta attenzione ai raggi X sull'annerimento delle lastre fotografiche vicine, ecc. fenomeni. Anche il pericolo rappresentato dalle radiazioni penetranti era sconosciuto.
I “raggi X” sono il tipo più lieve di radiazione penetrante. L’eccessiva esposizione ai raggi X molli ricorda gli effetti delle radiazioni ultraviolette, ma in una forma più grave. Sulla pelle si forma un'ustione, ma il danno è più profondo e guarisce molto più lentamente.
I raggi X duri sono una radiazione ionizzante a tutti gli effetti che può portare a malattie da radiazioni. I quanti di raggi X possono rompere le molecole proteiche che compongono i tessuti del corpo umano, così come le molecole di DNA del genoma. Ma anche se il quanto dei raggi X rompe una molecola d'acqua, non fa alcuna differenza: in questo caso si formano radicali liberi chimicamente attivi H e OH, che a loro volta sono in grado di influenzare le proteine e il DNA. La malattia da radiazioni si manifesta in forma più grave, quanto più sono colpiti gli organi emopoietici.
I raggi X hanno attività mutagena e cancerogena. Ciò significa che aumenta la probabilità di mutazioni spontanee nelle cellule durante l'irradiazione e talvolta le cellule sane possono degenerare in cancerose. Una maggiore probabilità di tumori maligni è una conseguenza standard di qualsiasi esposizione alle radiazioni, compresi i raggi X. I raggi X sono il tipo meno pericoloso di radiazioni penetranti, ma possono comunque essere pericolosi.
Le radiazioni a raggi X vengono utilizzate in medicina, così come in altre aree dell'attività umana.
L'uso più comune dei raggi X è la fluoroscopia. La “radiografia” del corpo umano consente di ottenere un'immagine dettagliata sia delle ossa (sono visibili più chiaramente) sia delle immagini degli organi interni.
La diversa trasparenza dei tessuti corporei ai raggi X è associata alla loro composizione chimica. Le caratteristiche strutturali delle ossa sono che contengono molto calcio e fosforo. Altri tessuti sono costituiti principalmente da carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto. Un atomo di fosforo pesa quasi il doppio di un atomo di ossigeno e un atomo di calcio pesa 2,5 volte (il carbonio, l'azoto e l'idrogeno sono addirittura più leggeri dell'ossigeno). A questo proposito, l'assorbimento dei fotoni dei raggi X nelle ossa è molto più elevato.
Oltre alle “immagini” bidimensionali, la radiografia consente di creare un'immagine tridimensionale di un organo: questo tipo di radiografia è chiamata tomografia computerizzata. Per questi scopi vengono utilizzati i raggi X molli. La quantità di radiazione ricevuta da un'immagine è piccola: è approssimativamente uguale alla radiazione ricevuta durante un volo di 2 ore su un aereo a un'altitudine di 10 km.
Il rilevamento dei difetti a raggi X consente di rilevare piccoli difetti interni nei prodotti. Utilizza raggi X duri, poiché molti materiali (i metalli, ad esempio) sono poco “trasparenti” a causa dell'elevata massa atomica della sostanza che li costituisce.
I raggi X hanno proprietà che consentono loro di esaminare in dettaglio i singoli atomi. L'analisi della diffrazione dei raggi X viene utilizzata attivamente in chimica (compresa la biochimica) e cristallografia. Il principio del suo funzionamento è la diffusione per diffrazione dei raggi X su atomi di cristalli o molecole complesse. Utilizzando l'analisi di diffrazione dei raggi X, è stata determinata la struttura della molecola di DNA.
L'analisi della fluorescenza a raggi X consente di determinare rapidamente Composizione chimica sostanze.
Esistono molte forme di radioterapia, ma tutte prevedono l’uso di radiazioni ionizzanti. La radioterapia si divide in 2 tipologie: corpuscolare e ondulatoria. Corpuscular utilizza flussi di particelle alfa (nuclei di atomi di elio), particelle beta (elettroni), neutroni, protoni e ioni pesanti. Wave utilizza i raggi dello spettro elettromagnetico: raggi X e gamma.
I metodi di radioterapia sono utilizzati principalmente per il trattamento del cancro. Il fatto è che le radiazioni colpiscono principalmente le cellule in divisione attiva, motivo per cui gli organi ematopoietici soffrono così tanto (le loro cellule si dividono costantemente, producendo sempre più nuovi globuli rossi). Inoltre, le cellule tumorali si dividono costantemente e sono più vulnerabili alle radiazioni rispetto ai tessuti sani.
Viene utilizzato un livello di radiazioni che sopprime l’attività delle cellule tumorali pur avendo un effetto moderato sulle cellule sane. Sotto l'influenza delle radiazioni, non si verifica la distruzione delle cellule in quanto tali, ma il danno al loro genoma: le molecole di DNA. Una cellula con un genoma distrutto può esistere per qualche tempo, ma non può più dividersi, cioè la crescita del tumore si ferma.
La terapia a raggi X è la forma più lieve di radioterapia. La radiazione ondulatoria è più morbida della radiazione corpuscolare e i raggi X sono più morbidi della radiazione gamma.
L'uso di radiazioni ionizzanti durante la gravidanza è pericoloso. I raggi X sono mutageni e possono causare problemi al feto. La radioterapia è incompatibile con la gravidanza: può essere utilizzata solo se è già stato deciso di abortire. Le restrizioni sulla fluoroscopia sono più lievi, ma nei primi mesi è anche severamente vietata.
Se assolutamente necessario, l'esame radiografico viene sostituito dalla risonanza magnetica. Ma nel primo trimestre cercano anche di evitarlo (questo metodo è apparso di recente, e possiamo dire con assoluta certezza che non ci sono conseguenze dannose).
Un chiaro pericolo sorge in caso di esposizione a una dose totale di almeno 1 mSv (nelle vecchie unità - 100 mR). Con una semplice radiografia (ad esempio durante la fluorografia), il paziente riceve circa 50 volte di meno. Per ricevere una tale dose in una sola volta, è necessario sottoporsi a una tomografia computerizzata dettagliata.
Cioè, il fatto stesso di 1-2 x "radiografia" in una fase iniziale della gravidanza non minaccia conseguenze gravi (ma è meglio non rischiare).
I raggi X vengono utilizzati principalmente nella lotta contro i tumori maligni. Questo metodo è buono perché è molto efficace: uccide il tumore. È un male perché i tessuti sani se la passano leggermente meglio e ci sono numerosi effetti collaterali. Gli organi emopoietici sono particolarmente a rischio.
In pratica, vengono utilizzati vari metodi per ridurre l'impatto dei raggi X sui tessuti sani. I raggi sono diretti ad angolo in modo che il tumore si trovi nell'area della loro intersezione (per questo motivo, l'assorbimento principale di energia avviene proprio lì). A volte la procedura viene eseguita in movimento: il corpo del paziente ruota rispetto alla sorgente di radiazioni attorno a un asse che passa attraverso il tumore. In questo caso, i tessuti sani si trovano nella zona di irradiazione solo occasionalmente, mentre i tessuti malati sono costantemente esposti.
I raggi X vengono utilizzati nel trattamento di alcune artrosi e malattie simili, nonché di malattie della pelle. In questo caso, la sindrome del dolore si riduce del 50-90%. Poiché la radiazione utilizzata è più morbida, non si osservano effetti collaterali simili a quelli che si verificano nel trattamento dei tumori.
La radiazione a raggi X (sinonimo raggi X) ha un'ampia gamma di lunghezze d'onda (da 8·10 -6 a 10 -12 cm). La radiazione a raggi X si verifica quando le particelle cariche, molto spesso gli elettroni, vengono decelerate nel campo elettrico degli atomi di una sostanza. I quanti formati in questo caso hanno energie diverse e formano uno spettro continuo. L'energia massima dei quanti in un tale spettro è uguale all'energia degli elettroni incidenti. In (cm.) l'energia massima dei quanti di raggi X, espressa in kiloelettronvolt, è numericamente uguale all'entità della tensione applicata al tubo, espressa in kilovolt. Quando i raggi X attraversano una sostanza, interagiscono con gli elettroni dei suoi atomi. Per i quanti di raggi X con energie fino a 100 keV, il tipo di interazione più caratteristico è l'effetto fotoelettrico. Come risultato di tale interazione, l'energia del quanto viene completamente spesa per strappare l'elettrone dal guscio atomico e trasmettergli energia cinetica. All'aumentare dell'energia di un quanto di raggi X, diminuisce la probabilità dell'effetto fotoelettrico e diventa predominante il processo di diffusione dei quanti da parte di elettroni liberi, il cosiddetto effetto Compton. Come risultato di tale interazione si forma anche un elettrone secondario e, inoltre, viene emesso un quanto con un'energia inferiore a quella del quanto primario. Se l'energia del quanto di raggi X supera un megaelettronvolt, può verificarsi il cosiddetto effetto di accoppiamento, in cui si formano un elettrone e un positrone (vedi). Di conseguenza, quando attraversa una sostanza, l'energia della radiazione dei raggi X diminuisce, cioè la sua intensità diminuisce. Poiché l'assorbimento di quanti a bassa energia avviene con maggiore probabilità, la radiazione X si arricchisce di quanti a più alta energia. Questa proprietà della radiazione X viene utilizzata per aumentare l'energia media dei quanti, cioè per aumentarne la durezza. Un aumento della durezza della radiazione a raggi X si ottiene utilizzando filtri speciali (vedi). La radiazione a raggi X viene utilizzata per la diagnostica a raggi X (vedi) e (vedi). Vedi anche Radiazioni ionizzanti.
La radiazione a raggi X (sinonimo: raggi X, raggi X) è una radiazione elettromagnetica quantistica con una lunghezza d'onda da 250 a 0,025 A (o quanti di energia da 5·10 -2 a 5·10 2 keV). Nel 1895 fu scoperto da VK Roentgen. La regione spettrale della radiazione elettromagnetica adiacente alla radiazione a raggi X, i cui quanti di energia superano i 500 keV, è detta radiazione gamma (vedi); la radiazione i cui quanti di energia sono inferiori a 0,05 kev costituisce la radiazione ultravioletta (vedi).
Pertanto, rappresentando una parte relativamente piccola del vasto spettro della radiazione elettromagnetica, che comprende sia le onde radio che la luce visibile, la radiazione a raggi X, come qualsiasi radiazione elettromagnetica, si propaga alla velocità della luce (nel vuoto di circa 300 mila km/h). sec) ed è caratterizzato da una lunghezza d'onda λ (la distanza percorsa dalla radiazione in un periodo di oscillazione). La radiazione a raggi X ha anche una serie di altre proprietà d'onda (rifrazione, interferenza, diffrazione), ma sono molto più difficili da osservare rispetto alla radiazione a lunghezza d'onda maggiore: luce visibile, onde radio.
Spettri raggi X: a1 - spettro di bremsstrahlung continuo a 310 kV; a - spettro del freno continuo a 250 kV, a1 - spettro filtrato con Cu da 1 mm, a2 - spettro filtrato con Cu da 2 mm, b - linee di tungsteno serie K.
Per generare radiazioni a raggi X, vengono utilizzati tubi a raggi X (vedi), in cui la radiazione si verifica quando gli elettroni veloci interagiscono con gli atomi della sostanza anodica. Esistono due tipi di radiazioni a raggi X: bremsstrahlung e caratteristica. I raggi X di Bremsstrahlung hanno uno spettro continuo, simile alla normale luce bianca. La distribuzione dell'intensità in funzione della lunghezza d'onda (Fig.) è rappresentata da una curva con un massimo; verso le onde lunghe la curva cade in modo piatto, mentre verso le onde corte cade ripidamente e termina ad una certa lunghezza d'onda (λ0), chiamata confine delle onde corte dello spettro continuo. Il valore di λ0 è inversamente proporzionale alla tensione sul tubo. Bremsstrahlung si verifica quando gli elettroni veloci interagiscono con i nuclei atomici. L'intensità della bremsstrahlung è direttamente proporzionale alla forza della corrente anodica, al quadrato della tensione attraverso il tubo e al numero atomico (Z) della sostanza anodica.
Se l'energia degli elettroni accelerati nel tubo a raggi X supera il valore critico per la sostanza anodica (questa energia è determinata dalla tensione Vcr critica per questa sostanza sul tubo), si verifica la radiazione caratteristica. Lo spettro caratteristico è rigato; le sue righe spettrali formano delle serie, designate dalle lettere K, L, M, N.
La serie K è la lunghezza d'onda più corta, la serie L ha la lunghezza d'onda più lunga, le serie M e N si osservano solo in elementi pesanti (Vcr del tungsteno per la serie K è 69,3 kV, per la serie L - 12,1 kV). La radiazione caratteristica si presenta come segue. Gli elettroni veloci spingono gli elettroni atomici fuori dai loro gusci interni. L'atomo viene eccitato e poi ritorna allo stato fondamentale. In questo caso, gli elettroni dei gusci esterni meno legati riempiono gli spazi lasciati liberi nei gusci interni, e i fotoni della radiazione caratteristica vengono emessi con un'energia pari alla differenza tra le energie dell'atomo nello stato eccitato e fondamentale. Questa differenza (e quindi l'energia dei fotoni) ha un certo valore caratteristico di ciascun elemento. Questo fenomeno è alla base dell'analisi spettrale dei raggi X degli elementi. La figura mostra lo spettro a linee del tungsteno sullo sfondo di uno spettro continuo di bremsstrahlung.
L'energia degli elettroni accelerati nel tubo a raggi X viene convertita quasi interamente in energia termica (l'anodo diventa molto caldo), solo una piccola parte (circa l'1% ad una tensione prossima a 100 kV) viene convertita in energia di bremsstrahlung.
L'uso dei raggi X in medicina si basa sulle leggi dell'assorbimento dei raggi X da parte della materia. L'assorbimento della radiazione a raggi X è completamente indipendente dalle proprietà ottiche della sostanza assorbente. Il vetro al piombo incolore e trasparente, utilizzato per proteggere il personale nelle sale radiologiche, assorbe quasi completamente i raggi X. Al contrario, un foglio di carta non trasparente alla luce non attenua i raggi X.
L'intensità di un fascio di raggi X omogeneo (cioè di una certa lunghezza d'onda) che passa attraverso uno strato assorbente diminuisce secondo la legge esponenziale (e-x), dove e è la base dei logaritmi naturali (2,718) e l'esponente x uguale al prodotto coefficiente di attenuazione della massa (μ/p) cm 2 /g per spessore dell'assorbitore in g/cm 2 (qui p è la densità della sostanza in g/cm 3). L'attenuazione della radiazione X avviene sia per diffusione che per assorbimento. Di conseguenza, il coefficiente di attenuazione della massa è la somma dei coefficienti di assorbimento e di diffusione della massa. Il coefficiente di assorbimento della massa aumenta notevolmente con l'aumentare del numero atomico (Z) dell'assorbitore (proporzionale a Z3 o Z5) e con l'aumentare della lunghezza d'onda (proporzionale a λ3). Questa dipendenza dalla lunghezza d'onda si osserva all'interno delle bande di assorbimento, ai confini delle quali il coefficiente presenta dei salti.
Il coefficiente di diffusione di massa aumenta all'aumentare del numero atomico della sostanza. A λ≥0,3Å il coefficiente di diffusione non dipende dalla lunghezza d'onda, a λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.
Una diminuzione dei coefficienti di assorbimento e diffusione al diminuire della lunghezza d'onda provoca un aumento del potere di penetrazione della radiazione a raggi X. Il coefficiente di assorbimento di massa per l'osso [l'assorbimento è dovuto principalmente al Ca 3 (PO 4) 2 ] è quasi 70 volte maggiore rispetto a quello dei tessuti molli, dove l'assorbimento è dovuto principalmente all'acqua. Questo spiega perché l'ombra delle ossa risalta così nettamente sullo sfondo dei tessuti molli nelle radiografie.
La propagazione di un fascio di raggi X non uniforme attraverso qualsiasi mezzo, insieme ad una diminuzione dell'intensità, è accompagnata da un cambiamento nella composizione spettrale e da un cambiamento nella qualità della radiazione: la parte dello spettro a onde lunghe è assorbita in misura maggiore rispetto alla parte ad onde corte, la radiazione diventa più uniforme. Il filtraggio della parte dello spettro a onde lunghe consente, durante la radioterapia di lesioni localizzate in profondità nel corpo umano, di migliorare il rapporto tra dosi profonde e superficiali (vedi Filtri radiografici). Per caratterizzare la qualità di un fascio di raggi X disomogeneo, viene utilizzato il concetto di "strato di mezza attenuazione (L)" - uno strato di sostanza che attenua la radiazione della metà. Lo spessore di questo strato dipende dalla tensione sul tubo, dallo spessore e dal materiale del filtro. Per misurare gli strati di mezza attenuazione vengono utilizzati cellophane (fino a 12 keV di energia), alluminio (20-100 keV), rame (60-300 keV), piombo e rame (>300 keV). Per i raggi X generati a tensioni di 80-120 kV, 1 mm di rame equivale in capacità filtrante a 26 mm di alluminio, 1 mm di piombo equivale a 50,9 mm di alluminio.
L'assorbimento e la diffusione della radiazione X è dovuta alle sue proprietà corpuscolari; La radiazione a raggi X interagisce con gli atomi come un flusso di corpuscoli (particelle) - fotoni, ognuno dei quali ha una certa energia (inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda della radiazione a raggi X). La gamma di energia dei fotoni dei raggi X è 0,05-500 keV.
L'assorbimento della radiazione X è dovuto all'effetto fotoelettrico: l'assorbimento di un fotone da parte del guscio elettronico è accompagnato dall'espulsione di un elettrone. L'atomo è eccitato e, ritornando allo stato fondamentale, emette una radiazione caratteristica. Il fotoelettrone emesso porta via tutta l'energia del fotone (meno l'energia di legame dell'elettrone nell'atomo).
La diffusione dei raggi X è causata dagli elettroni nel mezzo di diffusione. Si distingue tra diffusione classica (la lunghezza d'onda della radiazione non cambia, ma cambia la direzione di propagazione) e diffusione con variazione della lunghezza d'onda - effetto Compton (la lunghezza d'onda della radiazione diffusa è maggiore di quella della radiazione incidente ). In quest'ultimo caso, il fotone si comporta come una palla in movimento, e la dispersione dei fotoni avviene, secondo l'espressione figurata di Comton, come una partita a biliardo con fotoni ed elettroni: scontrandosi con un elettrone, il fotone gli trasferisce parte della sua energia ed è sparso, avendo meno energia (di conseguenza, la lunghezza d'onda della radiazione diffusa aumenta), un elettrone vola fuori dall'atomo con energia di rinculo (questi elettroni sono chiamati elettroni Compton o elettroni di rinculo). L'assorbimento dell'energia dei raggi X avviene durante la formazione di elettroni secondari (Compton e fotoelettroni) e il trasferimento di energia ad essi. L'energia della radiazione X trasferita a un'unità di massa di una sostanza determina la dose assorbita della radiazione X. L'unità di questa dose 1 rad corrisponde a 100 erg/g. A causa dell'energia assorbita, nella sostanza assorbente si verificano numerosi processi secondari, importanti per la dosimetria dei raggi X, poiché è su di essi che si basano i metodi per misurare la radiazione a raggi X. (vedi dosimetria).
Tutti i gas e molti liquidi, semiconduttori e dielettrici aumentano la conduttività elettrica se esposti ai raggi X. La conduttività viene rilevata dai migliori materiali isolanti: paraffina, mica, gomma, ambra. La variazione di conduttività è causata dalla ionizzazione del mezzo, cioè dalla separazione delle molecole neutre in ioni positivi e negativi (la ionizzazione è prodotta da elettroni secondari). La ionizzazione in aria viene utilizzata per determinare la dose di esposizione ai raggi X (dose in aria), che viene misurata in roentgen (vedere Dosi di radiazioni ionizzanti). Alla dose di 1 r, la dose assorbita nell'aria è 0,88 rad.
Sotto l'influenza della radiazione a raggi X, come risultato dell'eccitazione delle molecole di una sostanza (e durante la ricombinazione degli ioni), in molti casi viene eccitato un bagliore visibile della sostanza. Ad alte intensità di radiazione a raggi X, si osserva un bagliore visibile nell'aria, nella carta, nella paraffina, ecc. (ad eccezione dei metalli). La resa più elevata di luminescenza visibile è fornita dai fosfori cristallini come il fosforo Zn·CdS·Ag e altri utilizzati per gli schermi per fluoroscopia.
Sotto l'influenza dei raggi X, in una sostanza possono verificarsi anche diversi processi chimici: decomposizione dei composti degli alogenuri d'argento (un effetto fotografico utilizzato nella fotografia a raggi X), decomposizione dell'acqua e delle soluzioni acquose di perossido di idrogeno, cambiamenti nelle proprietà di celluloide (torbidità e rilascio di canfora), paraffina (torbidità e sbiancamento) .
Come risultato della conversione completa, tutta l'energia assorbita dalla sostanza chimicamente inerte, la radiazione a raggi X, viene convertita in calore. La misurazione di quantità molto piccole di calore richiede metodi altamente sensibili, ma è il metodo principale per misurazioni assolute della radiazione a raggi X.
Gli effetti biologici secondari derivanti dall'esposizione ai raggi X sono la base della terapia medica con raggi X (vedi). La radiazione dei raggi X, i cui quanti sono 6-16 keV (lunghezze d'onda efficaci da 2 a 5 Å), viene quasi completamente assorbita dal tessuto cutaneo del corpo umano; questi sono chiamati raggi di confine, o talvolta raggi di Bucca (vedi raggi di Bucca). Per la terapia a raggi X profondi viene utilizzata la radiazione filtrata duramente con quanti di energia efficaci da 100 a 300 keV.
L'effetto biologico delle radiazioni a raggi X dovrebbe essere preso in considerazione non solo durante la terapia a raggi X, ma anche durante la diagnostica a raggi X, così come in tutti gli altri casi di contatto con radiazioni a raggi X che richiedono l'uso della radioprotezione (Vedere).
AGENZIA FEDERALE PER L'ISTRUZIONE DELLA RF
ISTITUTO EDUCATIVO STATALE
FORMAZIONE PROFESSIONALE SUPERIORE
ISTITUTO STATALE DI ACCIAI E LEGHE DI MOSCA
(UNIVERSITÀ DELLA TECNOLOGIA)
FILIALE DI NOVOTROITSKY
Dipartimento di OED
LAVORO DEL CORSO
Disciplina: Fisica
Argomento: RAGGI X
Studente: Nedorezova N.A.
Gruppo: EiU-2004-25, N. Z.K.: 04N036
Controllato da: Ozhegova S.M.
introduzione
Capitolo 1. Scoperta dei raggi X
1.1 Biografia di Röntgen Wilhelm Conrad
1.2 Scoperta dei raggi X
Capitolo 2. Radiazione a raggi X
2.1 Sorgenti di raggi X
2.2 Proprietà dei raggi X
2.3 Rilevazione dei raggi X
2.4 Utilizzo dei raggi X
Capitolo 3. Applicazione dei raggi X in metallurgia
3.1 Analisi delle imperfezioni della struttura cristallina
3.2 Analisi spettrale
Conclusione
Elenco delle fonti utilizzate
Applicazioni
Era raro che una persona non passasse dalla sala radiologica. Le immagini a raggi X sono familiari a tutti. Il 1995 ha segnato il centesimo anniversario di questa scoperta. È difficile immaginare l’enorme interesse che suscitò un secolo fa. Nelle mani di un uomo c'era un dispositivo con l'aiuto del quale era possibile vedere l'invisibile.
Questa radiazione invisibile, capace di penetrare, seppure in misura diversa, in tutte le sostanze, che rappresenta la radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda di circa 10 -8 cm, fu chiamata radiazione a raggi X, in onore di Wilhelm Roentgen, che la scoprì.
Come la luce visibile, i raggi X fanno diventare nera la pellicola fotografica. Questa proprietà è importante per la medicina, l'industria e la ricerca scientifica. Passando attraverso l'oggetto studiato e cadendo poi sulla pellicola fotografica, la radiazione X ne disegna la struttura interna. Poiché il potere di penetrazione della radiazione a raggi X varia a seconda dei materiali, le parti dell'oggetto che sono meno trasparenti producono aree più chiare nella fotografia rispetto a quelle attraverso le quali la radiazione penetra bene. Pertanto, il tessuto osseo è meno trasparente ai raggi X rispetto al tessuto che costituisce la pelle e gli organi interni. Pertanto, durante una radiografia, le ossa appariranno come aree più chiare e il sito della frattura, che è meno trasparente alle radiazioni, potrà essere individuato abbastanza facilmente. I raggi X vengono utilizzati anche in odontoiatria per individuare carie e ascessi nelle radici dei denti, così come nell'industria per individuare crepe nelle fusioni, nella plastica e nella gomma, in chimica per analizzare i composti e in fisica per studiare la struttura dei cristalli.
La scoperta di Roentgen fu seguita da esperimenti di altri ricercatori che scoprirono molte nuove proprietà e applicazioni di questa radiazione. Un contributo importante fu dato da M. Laue, W. Friedrich e P. Knipping, che dimostrarono nel 1912 la diffrazione dei raggi X che passano attraverso un cristallo; W. Coolidge, che nel 1913 inventò un tubo a raggi X ad alto vuoto con un catodo riscaldato; G. Moseley, che stabilì nel 1913 la relazione tra la lunghezza d'onda della radiazione e il numero atomico di un elemento; G. e L. Bragg, che ricevettero il Premio Nobel nel 1915 per aver sviluppato i fondamenti dell'analisi strutturale a raggi X.
Lo scopo di questo corso è studiare il fenomeno della radiazione a raggi X, la storia della scoperta, le proprietà e identificare l'ambito della sua applicazione.
Wilhelm Conrad Roentgen nacque il 17 marzo 1845 nella regione della Germania al confine con l'Olanda, nella città di Lenepe. Ha ricevuto la sua formazione tecnica a Zurigo presso la stessa Scuola Tecnica Superiore (Politecnico) dove in seguito studiò Einstein. La sua passione per la fisica lo costrinse, dopo essersi diplomato nel 1866, a continuare la sua educazione fisica.
Dopo aver difeso la sua tesi per il dottorato in filosofia nel 1868, lavorò come assistente presso il dipartimento di fisica, prima a Zurigo, poi a Giessen e poi a Strasburgo (1874-1879) sotto Kundt. Qui Roentgen frequentò una buona scuola sperimentale e divenne uno sperimentatore di prima classe. Roentgen effettuò alcune delle sue importanti ricerche con il suo allievo, uno dei fondatori della fisica sovietica A.F. Ioffe.
La ricerca scientifica riguarda l'elettromagnetismo, la fisica dei cristalli, l'ottica, la fisica molecolare.
Nel 1895 scoprì le radiazioni con una lunghezza d'onda inferiore a quella dei raggi ultravioletti (raggi X), in seguito chiamati raggi X, e ne studiò le proprietà: la capacità di essere riflesse, assorbite, ionizzare l'aria, ecc. Propose la progettazione corretta di un tubo per la produzione di raggi X: un anticatodo di platino inclinato e un catodo concavo: fu il primo a scattare fotografie utilizzando i raggi X. Scoprì nel 1885 il campo magnetico di un dielettrico in movimento in un campo elettrico (la cosiddetta “corrente a raggi X”). La sua esperienza dimostrò chiaramente che il campo magnetico è creato da cariche in movimento, ed era importante per la creazione del teoria elettronica di X. Lorentz.Un numero significativo di lavori di Roentgen sono dedicati allo studio delle proprietà di liquidi, gas, cristalli, fenomeni elettromagnetici, alla scoperta della relazione tra fenomeni elettrici e ottici nei cristalli.Per la scoperta dei raggi che portano il suo nome , Roentgen fu il primo tra i fisici a ricevere il Premio Nobel nel 1901.
Dal 1900 fino agli ultimi giorni della sua vita (morì il 10 febbraio 1923), lavorò all'Università di Monaco.
Fine del 19° secolo è stato caratterizzato da un crescente interesse per i fenomeni del passaggio dell'elettricità attraverso i gas. Anche Faraday studiò seriamente questi fenomeni, descrisse varie forme di scarica e scoprì uno spazio oscuro in una colonna luminosa di gas rarefatto. Lo spazio oscuro di Faraday separa il bagliore bluastro del catodo dal bagliore rosato dell'anodo.
Un ulteriore aumento della rarefazione del gas modifica significativamente la natura del bagliore. Il matematico Plücker (1801-1868) scoprì nel 1859, in un vuoto sufficientemente forte, un fascio di raggi debolmente bluastri emanati dal catodo, raggiungendo l'anodo e facendo brillare il vetro del tubo. Lo studente di Plücker, Hittorf (1824-1914), nel 1869 continuò le ricerche del suo insegnante e dimostrò che un'ombra distinta appare sulla superficie fluorescente del tubo se un corpo solido viene posto tra il catodo e questa superficie.
Goldstein (1850-1931), studiando le proprietà dei raggi, li chiamò raggi catodici (1876). Tre anni dopo, William Crookes (1832-1919) dimostrò la natura materiale dei raggi catodici e li chiamò "materia radiante", una sostanza in uno speciale quarto stato. La sua prova fu convincente e visiva. Successivamente furono effettuati esperimenti con il "tubo di Crookes". dimostrato in tutte le aule di fisica. La deflessione di un fascio catodico da parte di un campo magnetico in un tubo di Crookes divenne una classica dimostrazione scolastica.
Tuttavia, gli esperimenti sulla deflessione elettrica dei raggi catodici non furono così convincenti. Hertz non ha rilevato una tale deviazione ed è giunto alla conclusione che il raggio catodico è un processo oscillatorio nell'etere. Lo studente di Hertz, F. Lenard, sperimentando i raggi catodici, dimostrò nel 1893 che passano attraverso una finestra ricoperta da un foglio di alluminio e provocano un bagliore nello spazio dietro la finestra. Al fenomeno del passaggio dei raggi catodici attraverso sottili corpi metallici Hertz dedicò il suo ultimo articolo, pubblicato nel 1892, che iniziava con le parole:
"I raggi catodici differiscono dalla luce in modo significativo rispetto alla loro capacità di penetrare i corpi solidi." Descrivendo i risultati degli esperimenti sul passaggio dei raggi catodici attraverso foglie d'oro, argento, platino, alluminio, ecc., Hertz nota di aver fatto Non si osservano particolari differenze nei fenomeni. I raggi non attraversano le foglie in modo rettilineo, ma vengono dispersi per diffrazione. La natura dei raggi catodici non era ancora chiara.
Fu con questi tubi di Crookes, Lenard e altri che il professore di Würzburg Wilhelm Conrad Roentgen sperimentò alla fine del 1895. Una volta, alla fine dell'esperimento, dopo aver coperto il tubo con un coperchio di cartone nero, spegnendo la luce, ma non tuttavia, spegnendo l'induttore che alimentava il tubo, notò il bagliore dello schermo proveniente dal sinossido di bario situato vicino al tubo. Colpito da questa circostanza, Roentgen iniziò a sperimentare con lo schermo. Nel suo primo rapporto, “Su un nuovo tipo di raggi”, datato 28 dicembre 1895, scrisse di questi primi esperimenti: “Un pezzo di carta rivestito con anidride bario platino solforosa, quando avvicinato ad un tubo coperto da un coperchio di cartoncino nero sottile che aderisce abbastanza stretto ad esso, ad ogni scarica lampeggia di luce intensa: comincia a fluorescere. La fluorescenza è visibile quando sufficientemente scurita e non dipende dal fatto che la carta si presenti con il lato rivestito di ossido blu di bario o senza rivestito di ossido blu di bario. La fluorescenza è evidente anche a una distanza di due metri dal tubo.”
Un attento esame mostrò a Roentgen “che il cartone nero, non trasparente né ai raggi visibili e ultravioletti del sole, né ai raggi di un arco elettrico, è penetrato da qualche agente che provoca fluorescenza”. " che chiamò brevi "raggi X", per varie sostanze. Scoprì che i raggi passano liberamente attraverso carta, legno, gomma dura, sottili strati di metallo, ma sono fortemente ritardati dal piombo.
Poi descrive la sensazionale esperienza:
"Se si tiene la mano tra il tubo di scarico e lo schermo, si possono vedere le ombre scure delle ossa nei deboli contorni dell'ombra della mano stessa." Questo fu il primo esame fluoroscopico del corpo umano. Ottenuto anche da Roentgen le prime immagini a raggi X applicandole alla sua mano.
Queste immagini hanno fatto una grande impressione; la scoperta non era ancora stata completata e la diagnostica a raggi X aveva già iniziato il suo viaggio. "Il mio laboratorio era inondato di medici che portavano pazienti che sospettavano di avere aghi in diverse parti del corpo", scrisse il fisico inglese Schuster.
Già dopo i primi esperimenti, Roentgen aveva stabilito con fermezza che i raggi X differiscono dai raggi catodici, non portano carica e non vengono deviati da un campo magnetico, ma sono eccitati dai raggi catodici." I raggi X non sono identici ai raggi catodici , ma ne vengono eccitati nelle pareti di vetro del tubo di scarica ”, ha scritto Roentgen.
Ha anche stabilito che sono eccitati non solo nel vetro, ma anche nei metalli.
Dopo aver menzionato l’ipotesi di Hertz-Lennard secondo cui i raggi catodici “sono un fenomeno che avviene nell’etere”, Roentgen sottolinea che “possiamo dire qualcosa di simile dei nostri raggi”. Tuttavia, non è riuscito a scoprire le proprietà ondulatorie dei raggi; essi "si comportano diversamente dai raggi ultravioletti, visibili e infrarossi finora conosciuti." Nelle loro azioni chimiche e luminescenti, secondo Roentgen, sono simili ai raggi ultravioletti. Nel suo primo messaggio affermò l'ipotesi lasciata in seguito secondo cui potrebbero essere onde longitudinali nell'etere.
La scoperta di Roentgen suscitò grande interesse nel mondo scientifico. I suoi esperimenti furono ripetuti in quasi tutti i laboratori del mondo. A Mosca furono ripetuti da P.N. Lebedev. A San Pietroburgo, l'inventore della radio A.S. Popov fece esperimenti con i raggi X, li dimostrò in conferenze pubbliche e ottenne varie immagini a raggi X. A Cambridge D.D. Thomson utilizzò immediatamente l'effetto ionizzante dei raggi X per studiare il passaggio dell'elettricità attraverso i gas. La sua ricerca portò alla scoperta dell'elettrone.
La radiazione a raggi X è una radiazione ionizzante elettromagnetica, che occupa la regione spettrale tra la radiazione gamma e quella ultravioletta nelle lunghezze d'onda da 10 -4 a 10 3 (da 10 -12 a 10 -5 cm).R. l. con lunghezza d'onda λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - morbido.
La fonte più comune di raggi X è un tubo a raggi X.
I tubi a raggi X vengono utilizzati nell'analisi strutturale a raggi X
Le caratteristiche principali dei tubi a raggi X sono la tensione di accelerazione massima consentita (1-500 kV), corrente elettronica (0,01 mA - 1 A), potenza specifica dissipata dall'anodo (10-10 4 W/mm 2), consumo energetico totale (0,002 W - 60 kW) e dimensioni del fuoco (1 µm - 10 mm). L'efficienza del tubo a raggi X è dello 0,1-3%.
Alcuni isotopi radioattivi possono anche servire come sorgenti di raggi X.
Sincrotroni e anelli di accumulazione di elettroni con energie di diversi GeV possono servire come sorgenti di raggi X molli con λ dell'ordine di decine e centinaia. L'intensità della radiazione a raggi X dei sincrotroni supera quella di un tubo a raggi X in questa regione dello spettro di 2-3 ordini di grandezza.
Le fonti naturali di raggi X sono il Sole e altri oggetti spaziali.
A seconda del meccanismo di generazione dei raggi X, i loro spettri possono essere continui (bremsstrahlung) o lineari (caratteristici). Uno spettro continuo di raggi X viene emesso da particelle cariche velocemente come risultato della loro decelerazione quando interagiscono con gli atomi bersaglio; questo spettro raggiunge un'intensità significativa solo quando il bersaglio viene bombardato da elettroni. L’intensità dei raggi X di bremsstrahlung è distribuita su tutte le frequenze fino al limite delle alte frequenze 0, al quale l’energia del fotone h 0 (h è la costante di Planck
La radiazione lineare si verifica dopo la ionizzazione di un atomo con l'espulsione di un elettrone da uno dei suoi gusci interni. Tale ionizzazione può risultare dalla collisione di un atomo con una particella veloce come un elettrone (raggi X primari) o dall'assorbimento di un fotone da parte dell'atomo (raggi X fluorescenti). L'atomo ionizzato si trova nello stato quantico iniziale ad uno dei livelli energetici più alti e dopo 10 -16 -10 -15 secondi passa allo stato finale ad energia inferiore. In questo caso, l'atomo può emettere energia in eccesso sotto forma di un fotone di una certa frequenza. Le frequenze delle linee nello spettro di tale radiazione sono caratteristiche degli atomi di ciascun elemento, quindi lo spettro dei raggi X della linea è chiamato caratteristico. La dipendenza della frequenza delle linee di questo spettro dal numero atomico Z è determinata dalla legge di Moseley.
Legge di Moseley, una legge che mette in relazione la frequenza delle linee spettrali della radiazione X caratteristica di un elemento chimico con il suo numero atomico. Stabilito sperimentalmente da G. Moseley
dove R è la costante di Rydberg
La legge di Moseley era una prova inconfutabile della corretta collocazione degli elementi nella tavola periodica degli elementi
In conformità con la legge di Moseley, gli spettri caratteristici dei raggi X non rivelano i modelli periodici inerenti agli spettri ottici. Ciò indica che i gusci elettronici interni degli atomi di tutti gli elementi, che appaiono nei caratteristici spettri dei raggi X, hanno una struttura simile.
Esperimenti successivi hanno rivelato alcune deviazioni dalla dipendenza lineare per i gruppi di transizione di elementi associati a un cambiamento nell'ordine di riempimento dello spazio esterno gusci elettronici, così come per gli atomi pesanti, che appaiono come risultato di effetti relativistici (spiegati condizionatamente dal fatto che le velocità interne sono paragonabili alla velocità della luce).
A seconda di una serie di fattori - il numero di nucleoni nel nucleo (spostamento isotonico), lo stato dei gusci elettronici esterni (spostamento chimico), ecc. - la posizione delle linee spettrali sul diagramma di Moseley può cambiare leggermente. Lo studio di questi spostamenti ci permette di ottenere informazioni dettagliate sull'atomo.
I raggi X di Bremsstrahlung emessi da bersagli molto sottili sono completamente polarizzati vicino allo 0; Al diminuire di 0, il grado di polarizzazione diminuisce. La radiazione caratteristica, di regola, non è polarizzata.
Quando i raggi X interagiscono con la materia, può verificarsi un effetto fotoelettrico.
Quando i raggi X attraversano uno strato di sostanza di spessore x, la loro intensità iniziale I 0 diminuisce al valore I = I 0 e - μ x dove μ è il coefficiente di attenuazione. L'indebolimento di I avviene a causa di due processi: l'assorbimento dei fotoni dei raggi X da parte della materia e un cambiamento nella loro direzione durante la diffusione. Nella regione delle onde lunghe dello spettro predomina l'assorbimento dei raggi X, nella regione delle onde corte prevale la loro diffusione. Il grado di assorbimento aumenta rapidamente con l'aumentare di Z e λ. Ad esempio, i raggi X duri penetrano liberamente attraverso uno strato d'aria ~ 10 cm; una lastra di alluminio spessa 3 cm attenua i raggi X con λ = 0,027 della metà; i raggi X molli vengono assorbiti in modo significativo nell'aria e il loro utilizzo e ricerca sono possibili solo nel vuoto o in un gas debolmente assorbente (ad esempio He). Quando i raggi X vengono assorbiti, gli atomi della sostanza si ionizzano.
L'effetto dei raggi X sugli organismi viventi può essere benefico o dannoso a seconda della ionizzazione che provocano nei tessuti. Poiché l'assorbimento dei raggi X dipende da λ, la loro intensità non può servire come misura dell'effetto biologico dei raggi X. Le misurazioni dei raggi X vengono utilizzate per misurare quantitativamente l'effetto dei raggi X sulla materia.
La diffusione dei raggi X nella regione di Z e λ grandi avviene principalmente senza modificare λ ed è chiamata diffusione coerente, mentre nella regione di Z e λ piccoli, di regola, aumenta (diffusione incoerente). Esistono 2 tipi noti di diffusione incoerente dei raggi X: Compton e Raman. Nello scattering Compton, che ha la natura dello scattering corpuscolare anelastico, a causa dell'energia parzialmente persa dal fotone dei raggi X, un elettrone di rinculo vola fuori dal guscio dell'atomo. In questo caso l'energia del fotone diminuisce e la sua direzione cambia; la variazione di λ dipende dall'angolo di diffusione. Durante la diffusione Raman di un fotone di raggi X ad alta energia su un atomo leggero, una piccola parte della sua energia viene spesa per ionizzare l'atomo e la direzione del movimento del fotone cambia. La variazione di tali fotoni non dipende dall'angolo di diffusione.
L'indice di rifrazione n per i raggi X differisce da 1 di una quantità molto piccola δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5. La velocità di fase dei raggi X in un mezzo è maggiore della velocità della luce nel vuoto. La deflessione dei raggi X nel passaggio da un mezzo all'altro è molto piccola (pochi minuti d'arco). Quando i raggi X cadono dal vuoto sulla superficie di un corpo con un angolo molto piccolo, vengono completamente riflessi verso l'esterno.
L'occhio umano non è sensibile ai raggi X. raggi X
I raggi vengono registrati utilizzando una speciale pellicola fotografica a raggi X contenente una maggiore quantità di Ag e Br. Nella regione λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть
искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В
области λ>5, la sensibilità della normale pellicola fotografica positiva è piuttosto elevata e i suoi grani sono molto più piccoli dei grani della pellicola radiografica, il che aumenta la risoluzione. A λ dell'ordine delle decine e delle centinaia i raggi X agiscono solo sullo strato superficiale più sottile della fotoemulsione; Per aumentare la sensibilità della pellicola, questa viene sensibilizzata con oli luminescenti. Nella diagnostica a raggi X e nel rilevamento dei difetti, l'elettrofotografia viene talvolta utilizzata per registrare i raggi X.
I raggi X ad alta intensità possono essere registrati utilizzando una camera a ionizzazione
I raggi X sono ampiamente utilizzati in medicina per la diagnostica radiografica.
Analisi strutturale a raggi X
Microscopia a raggi X
I raggi X provenienti dallo spazio trasportano informazioni sulla composizione chimica dei corpi cosmici e sui processi fisici che avvengono nello spazio. L'astronomia a raggi X studia i raggi X cosmici.
Uno dei compiti principali dell'analisi della diffrazione dei raggi X è determinare il materiale o la composizione della fase di un materiale. Il metodo di diffrazione dei raggi X è diretto ed è caratterizzato da elevata affidabilità, rapidità e relativa economicità. Il metodo non richiede grande quantità sostanze, l'analisi può essere effettuata senza distruggere la parte. Gli ambiti di applicazione dell'analisi qualitativa di fase sono molto diversi, sia per la ricerca che per il controllo in produzione. È possibile verificare la composizione dei materiali di partenza della produzione metallurgica, dei prodotti di sintesi, della lavorazione, del risultato dei cambiamenti di fase durante il trattamento termico e chimico-termico, analizzare vari rivestimenti, film sottili, ecc.
Ciascuna fase, avendo una propria struttura cristallina, è caratterizzata da un certo insieme di valori discreti delle distanze interplanari d/n, inerenti solo a questa fase, dal massimo in basso. Come segue dall'equazione di Wulff-Bragg, ciascun valore della distanza interplanare corrisponde a una linea sul modello di diffrazione dei raggi X da un campione policristallino ad un certo angolo θ (per una data lunghezza d'onda λ). Pertanto, un certo insieme di distanze interplanari per ciascuna fase nello schema di diffrazione dei raggi X corrisponderà a un certo sistema di linee (massimi di diffrazione). L'intensità relativa di queste linee nello schema di diffrazione dei raggi X dipende principalmente dalla struttura della fase. Pertanto, determinando la posizione delle linee sull'immagine radiografica (il suo angolo θ) e conoscendo la lunghezza d'onda della radiazione alla quale è stata scattata l'immagine radiografica, possiamo determinare i valori delle distanze interplanari d/ n utilizzando la formula di Wulff-Bragg:
/n = λ/ (2senθ). (1)
Determinando una serie di d/n per il materiale in studio e confrontandola con i dati d/n precedentemente noti per le sostanze pure e i loro vari composti, è possibile determinare quale fase costituisce un dato materiale. Va sottolineato che sono le fasi ad essere determinate e non la composizione chimica, ma quest'ultima può talvolta essere dedotta se esistono dati aggiuntivi sulla composizione elementare di una particolare fase. Il compito dell'analisi qualitativa delle fasi è notevolmente semplificato se è nota la composizione chimica del materiale studiato, perché in questo modo si possono fare ipotesi preliminari sulle possibili fasi in un dato caso.
La cosa principale per l'analisi di fase è misurare accuratamente d/n e l'intensità della linea. Anche se in linea di principio questo è più facile da ottenere utilizzando un diffrattometro, il fotometodo per l'analisi qualitativa presenta alcuni vantaggi, principalmente in termini di sensibilità (la capacità di rilevare la presenza di una piccola quantità di fase in un campione), nonché di semplicità di analisi. tecnica sperimentale.
Il calcolo di d/n da un modello di diffrazione di raggi X viene effettuato utilizzando l'equazione di Wulff-Bragg.
Il valore di λ in questa equazione viene solitamente utilizzato λ α avg K-series:
λα av = (2λα1 + λα2) /3 (2)
Talvolta viene utilizzata la linea Kα1. Determinare gli angoli di diffrazione θ per tutte le linee delle fotografie a raggi X consente di calcolare d/n utilizzando l'equazione (1) e separare le linee β (se non era presente alcun filtro per (raggi β).
Tutti i veri materiali monocristallini e, soprattutto, policristallini contengono alcune imperfezioni strutturali (difetti puntuali, dislocazioni, vari tipi di interfacce, micro e macrostress), che hanno un'influenza molto forte su tutte le proprietà e i processi sensibili alla struttura.
Le imperfezioni strutturali causano disturbi del reticolo cristallino di diversa natura e, di conseguenza, diversi tipi di cambiamenti nel modello di diffrazione: cambiamenti nelle distanze interatomiche e interplanari causano uno spostamento dei massimi di diffrazione, microstress e dispersione della sottostruttura portano ad un ampliamento dei massimi di diffrazione, microdistorsioni reticolari portano a variazioni dell'intensità di questi massimi, la presenza di dislocazioni provoca fenomeni anomali durante il passaggio dei raggi X e, di conseguenza, disomogeneità locali in contrasto sui topogrammi radiografici, ecc.
Di conseguenza, l’analisi della diffrazione dei raggi X è uno dei metodi più informativi per studiare le imperfezioni strutturali, il loro tipo, concentrazione e la natura della distribuzione.
Il tradizionale metodo diretto della diffrazione dei raggi X, implementato sui diffrattometri stazionari, a causa delle loro caratteristiche costruttive, consente la determinazione quantitativa di tensioni e deformazioni solo su piccoli campioni tagliati da parti o oggetti.
Pertanto, attualmente si sta passando dai diffrattometri a raggi X fissi a quelli portatili di piccole dimensioni, che forniscono la valutazione delle sollecitazioni nel materiale di parti o oggetti senza distruzione nelle fasi della loro produzione e funzionamento.
I diffrattometri a raggi X portatili della serie DRP*1 consentono di monitorare le tensioni residue ed efficaci in parti, prodotti e strutture di grandi dimensioni senza distruzione
Il programma in ambiente Windows consente non solo di determinare le tensioni utilizzando il metodo “sin 2 ψ” in tempo reale, ma anche di monitorare i cambiamenti nella composizione e nella tessitura delle fasi. Il rilevatore di coordinate lineari fornisce la registrazione simultanea ad angoli di diffrazione di 2θ = 43°. La sicurezza radiologica dell'apparecchio è garantita da tubi radiogeni di piccole dimensioni del tipo "Fox" ad alta luminosità e bassa potenza (5 W), in cui ad una distanza di 25 cm dall'area irradiata il livello di radiazione è pari al livello di fondo naturale. I dispositivi della serie DRP vengono utilizzati per determinare le sollecitazioni nelle varie fasi della formatura dei metalli, durante il taglio, la rettifica, il trattamento termico, la saldatura, l'indurimento superficiale al fine di ottimizzare queste operazioni tecnologiche. Il monitoraggio della diminuzione del livello delle tensioni residue di compressione indotte in prodotti e strutture particolarmente critici durante il loro esercizio consente di mettere fuori servizio il prodotto prima che venga distrutto, prevenendo possibili incidenti e disastri.
Oltre a determinare la struttura cristallina atomica e la composizione di fase del materiale per il suo caratteristiche completeÈ obbligatorio determinarne la composizione chimica.
Nella pratica per questi scopi vengono utilizzati sempre più spesso diversi cosiddetti metodi strumentali di analisi spettrale. Ognuno di essi ha i suoi vantaggi e applicazioni.
Uno dei requisiti importanti in molti casi è che il metodo utilizzato garantisca la sicurezza dell'oggetto analizzato; Sono proprio questi metodi di analisi che vengono discussi in questa sezione. Il criterio successivo con cui sono stati scelti i metodi di analisi descritti in questa sezione è la loro località.
Il metodo di analisi spettrale dei raggi X fluorescenti si basa sulla penetrazione di raggi X abbastanza duri (da un tubo a raggi X) nell'oggetto analizzato, penetrando in uno strato con uno spessore di circa diversi micrometri. La caratteristica radiazione a raggi X che appare nell'oggetto consente di ottenere dati medi sulla sua composizione chimica.
Per determinare la composizione elementare di una sostanza, è possibile utilizzare l'analisi dello spettro della radiazione X caratteristica di un campione posto sull'anodo di un tubo a raggi X e sottoposto a bombardamento con elettroni - il metodo dell'emissione, o l'analisi della spettro della radiazione a raggi X secondaria (fluorescente) di un campione irradiato con raggi X duri da un tubo a raggi X o altra fonte - metodo fluorescente.
Lo svantaggio del metodo ad emissione è, in primo luogo, la necessità di posizionare il campione sull'anodo del tubo radiogeno e poi pomparlo con pompe a vuoto; Ovviamente questo metodo non è adatto per sostanze fusibili e volatili. Il secondo inconveniente è legato al fatto che anche gli oggetti refrattari vengono danneggiati dal bombardamento elettronico. Il metodo fluorescente è esente da questi svantaggi e ha quindi un'applicazione molto più ampia. Il vantaggio del metodo fluorescente è anche l'assenza di radiazioni bremsstrahlung, che migliora la sensibilità dell'analisi. Il confronto delle lunghezze d'onda misurate con le tabelle delle linee spettrali degli elementi chimici costituisce la base dell'analisi qualitativa, mentre i valori relativi delle intensità delle linee spettrali dei diversi elementi che formano la sostanza campione costituiscono la base dell'analisi quantitativa. Da un esame del meccanismo di eccitazione della caratteristica radiazione di raggi X, è chiaro che le radiazioni dell'una o dell'altra serie (K o L, M, ecc.) sorgono simultaneamente e i rapporti delle intensità delle linee all'interno della serie sono sempre costanti . Pertanto, la presenza dell'uno o dell'altro elemento non è stabilita dalle singole linee, ma da una serie di linee nel loro insieme (tranne quelle più deboli, tenendo conto del contenuto di un dato elemento). Per elementi relativamente leggeri viene utilizzata l'analisi delle linee della serie K, per elementi pesanti - linee della serie L; in condizioni diverse (a seconda dell'attrezzatura utilizzata e degli elementi da analizzare), possono essere più convenienti regioni diverse dello spettro caratteristico.
Le caratteristiche principali dell'analisi spettrale dei raggi X sono le seguenti.
La semplicità degli spettri caratteristici dei raggi X anche per elementi pesanti (rispetto agli spettri ottici), che semplifica l'analisi (piccolo numero di linee; somiglianza nella loro disposizione relativa; con un aumento del numero ordinale si verifica uno spostamento naturale dello spettro alla regione delle onde corte, semplicità comparativa dell'analisi quantitativa).
Indipendenza delle lunghezze d'onda dallo stato degli atomi dell'elemento analizzato (liberi o in un composto chimico). Ciò è dovuto al fatto che la comparsa della caratteristica radiazione a raggi X è associata all'eccitazione dei livelli elettronici interni, che nella maggior parte dei casi praticamente non cambiano a seconda del grado di ionizzazione degli atomi.
La capacità di separare nell'analisi le terre rare e alcuni altri elementi che presentano piccole differenze negli spettri nel campo ottico a causa della somiglianza della struttura elettronica dei gusci esterni e differiscono molto poco nelle loro proprietà chimiche.
Il metodo della spettroscopia di fluorescenza a raggi X è "non distruttivo", quindi presenta un vantaggio rispetto al metodo di spettroscopia ottica convenzionale quando si analizzano campioni sottili: lamiere sottili, fogli, ecc.
Gli spettrometri a fluorescenza a raggi X sono diventati particolarmente ampiamente utilizzati nelle imprese metallurgiche, compresi spettrometri multicanale o quantometri che forniscono una rapida analisi quantitativa degli elementi (da Na o Mg a U) con un errore inferiore all'1% del valore determinato, una soglia di sensibilità del 10-3...10-4% .
fascio di raggi X
Metodi per determinare la composizione spettrale della radiazione a raggi X
Gli spettrometri si dividono in due tipologie: a diffrazione di cristalli e senza cristalli.
La decomposizione dei raggi X in uno spettro utilizzando un reticolo di diffrazione naturale - un cristallo - è essenzialmente simile all'ottenimento dello spettro dei raggi luminosi ordinari utilizzando un reticolo di diffrazione artificiale sotto forma di linee periodiche sul vetro. La condizione per la formazione di un massimo di diffrazione può essere scritta come la condizione di “riflessione” da un sistema di piani atomici paralleli separati da una distanza d hkl.
Quando si effettua un'analisi qualitativa, si può giudicare la presenza di un particolare elemento in un campione da una linea, solitamente la linea più intensa della serie spettrale adatta per un dato analizzatore di cristalli. La risoluzione degli spettrometri di diffrazione dei cristalli è sufficiente per separare le linee caratteristiche degli elementi pari vicini in posizione nella tavola periodica. Bisogna però tenere conto anche della sovrapposizione di linee diverse di elementi diversi, nonché della sovrapposizione di riflessioni ordine diverso. Questa circostanza deve essere presa in considerazione quando si scelgono le linee analitiche. Allo stesso tempo è necessario sfruttare le possibilità di miglioramento della risoluzione del dispositivo.
Pertanto, i raggi X sono radiazioni elettromagnetiche invisibili con una lunghezza d'onda di 10 5 - 10 2 nm. I raggi X possono penetrare alcuni materiali opachi alla luce visibile. Vengono emessi durante la decelerazione degli elettroni veloci in una sostanza (spettro continuo) e durante le transizioni di elettroni dai gusci elettronici esterni di un atomo a quelli interni (spettro a linee). Le fonti di radiazione a raggi X sono: un tubo a raggi X, alcuni isotopi radioattivi, acceleratori e dispositivi di immagazzinamento di elettroni (radiazione di sincrotrone). Ricevitori: pellicole fotografiche, schermi fluorescenti, rilevatori di radiazioni nucleari. I raggi X vengono utilizzati nell'analisi della diffrazione dei raggi X, nella medicina, nel rilevamento di difetti, nell'analisi spettrale dei raggi X, ecc.
Considerati gli aspetti positivi della scoperta di V. Roentgen, è necessario notare il suo effetto biologico dannoso. Si è scoperto che le radiazioni dei raggi X possono causare qualcosa di simile a una grave scottatura solare (eritema), accompagnata, tuttavia, da danni più profondi e permanenti alla pelle. Le ulcere che compaiono spesso si trasformano in cancro. In molti casi è stato necessario amputare le dita o le mani. Ci sono stati anche dei morti.
È stato riscontrato che i danni alla pelle possono essere evitati riducendo il tempo di esposizione e la dose, utilizzando schermature (ad esempio piombo) e controlli a distanza. Ma gradualmente sono emerse altre conseguenze a lungo termine dell'irradiazione con raggi X, che sono state poi confermate e studiate su animali da esperimento. Gli effetti causati dai raggi X e da altre radiazioni ionizzanti (come le radiazioni gamma emesse da materiali radioattivi) includono:
) cambiamenti temporanei nella composizione del sangue dopo un eccesso di radiazioni relativamente piccolo;
) cambiamenti irreversibili nella composizione del sangue (anemia emolitica) dopo radiazioni eccessive prolungate;
) aumento dell'incidenza del cancro (inclusa la leucemia);
) invecchiamento più rapido e morte anticipata;
) la comparsa di cataratta.
L'impatto biologico delle radiazioni a raggi X sul corpo umano è determinato dal livello della dose di radiazioni e da quale organo del corpo è stato esposto alle radiazioni.
L'accumulo di conoscenze sugli effetti delle radiazioni a raggi X sul corpo umano ha portato allo sviluppo di standard nazionali e internazionali per le dosi di radiazioni ammissibili, pubblicati in varie pubblicazioni di riferimento.
Per evitare gli effetti dannosi delle radiazioni a raggi X, vengono utilizzati metodi di controllo:
) disponibilità di attrezzature adeguate,
) monitorare il rispetto delle norme di sicurezza,
) corretto utilizzo delle attrezzature.
1) Blokhin M.A., Fisica dei raggi X, 2a ed., M., 1957;
) Blokhin M.A., Metodi di studi spettrali dei raggi X, M., 1959;
) Raggi X. Sab. a cura di MA Blokhina, per. con lui. e inglese, M., 1960;
) Kharaja F., Corso generale di tecnologia dei raggi X, 3a ed., M. - L., 1966;
) Mirkin L.I., Manuale sull'analisi strutturale a raggi X dei policristalli, M., 1961;
) Vainshtein E.E., Kahana M.M., Tabelle di riferimento per la spettroscopia a raggi X, M., 1953.
) Analisi a raggi X ed elettro-ottica. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Libro di testo. Un manuale per le università. - 4a ed. Aggiungere. E rielaborato. - M.: "MISiS", 2002. - 360 pag.
Allegato 1
Vista generale dei tubi a raggi X
Appendice 2
Schema del tubo a raggi X per l'analisi strutturale
Schema di un tubo a raggi X per analisi strutturale: 1 - coppa anodica metallica (solitamente collegata a terra); 2 - finestre in berillio per emissione raggi X; 3 - catodo termoionico; 4 - pallone di vetro, che isola la parte anodica del tubo dal catodo; 5 - terminali del catodo, ai quali viene fornita la tensione del filamento, nonché una tensione elevata (rispetto all'anodo); 6 - sistema di focalizzazione elettrostatica degli elettroni; 7 - anodo (anticatodo); 8 - tubi per l'ingresso e l'uscita dell'acqua corrente che raffredda la coppa dell'anodo.
Appendice 3
Diagramma di Moseley
Diagramma di Moseley per le serie K, L e M della radiazione X caratteristica. L'asse delle ascisse mostra il numero di serie dell'elemento Z e l'asse delle ordinate mostra ( Con- velocità della luce).
Appendice 4
Camera di ionizzazione.
Fig. 1. Sezione trasversale di una camera di ionizzazione cilindrica: 1 - corpo della camera cilindrica, che funge da elettrodo negativo; 2 - asta cilindrica che funge da elettrodo positivo; 3 - isolanti.
Riso. 2. Schema elettrico per l'accensione di una camera di ionizzazione corrente: V - tensione agli elettrodi della camera; G - galvanometro che misura la corrente di ionizzazione.
Riso. 3. Caratteristiche corrente-tensione della camera di ionizzazione.
Riso. 4. Schema di collegamento della camera di ionizzazione a impulsi: C - capacità dell'elettrodo di raccolta; R - resistenza.
Appendice 5
Contatore di scintillazioni.
Circuito contatore a scintillazione: i quanti di luce (fotoni) “estraggono” gli elettroni dal fotocatodo; spostandosi di dinodo in dinodo la valanga di elettroni si moltiplica.
Appendice 6
Contatore Geiger-Muller.
Riso. 1. Schema di un contatore Geiger-Müller in vetro: 1 - tubo di vetro sigillato ermeticamente; 2 - catodo (un sottile strato di rame su un tubo di acciaio inossidabile); 3 - uscita catodica; 4 - anodo (filo allungato sottile).
Riso. 2. Schema elettrico per il collegamento di un contatore Geiger-Müller.
Riso. 3. Caratteristiche di conteggio di un contatore Geiger-Müller.
Appendice 7
Contatore proporzionale.
Schema di un contatore proporzionale: a - regione di deriva degli elettroni; b - regione di potenziamento del gas.
Appendice 8
Rivelatori a semiconduttore
Rivelatori a semiconduttore; L'area sensibile è evidenziata mediante ombreggiatura; n - regione del semiconduttore con conduttività elettronica, p - con conduttività dei buchi, i - con conduttività intrinseca; a - rilevatore di barriera superficiale in silicio; b - rilevatore planare di deriva al germanio-litio; c - rilevatore coassiale germanio-litio.
