RÖNTGEN
X-ışını radyasyonu gama ve ultraviyole radyasyon arasındaki elektromanyetik spektrum bölgesini kaplar ve 10 -14 ila 10 -7 m dalga boyuna sahip elektromanyetik radyasyondur Tıpta, 5 x 10 -12 ila 2,5 x 10 dalga boyuna sahip X-ışını radyasyonu - 10 m, yani 0,05 - 2,5 angstrom ve X-ışını teşhisinin kendisi için - 0,1 angstrom kullanılır. Radyasyon, ışık hızında (300.000 km/s) doğrusal olarak yayılan bir kuantum (foton) akışıdır. Bu kuantumların elektrik yükü yoktur. Bir kuantumun kütlesi, atomik kütle biriminin önemsiz bir parçasıdır.
Kuantumun enerjisi Joule (J) cinsinden ölçülür, ancak pratikte sıklıkla sistemik olmayan bir birim kullanırlar "elektron-volt" (eV) . Bir elektron volt, bir elektronun bir elektrik alanındaki 1 voltluk potansiyel farkından geçerken kazandığı enerjidir. 1 eV = 1,6 10~ 19 J. Türevler, bin eV'ye eşit olan kiloelektron-volt (keV) ve bir milyon eV'ye eşit olan megaelektron-volt'tur (MeV).
X-ışınları, X-ışını tüpleri, doğrusal hızlandırıcılar ve betatronlar kullanılarak üretilir. Bir X-ışını tüpünde, katot ile hedef anot arasındaki potansiyel farkı (onlarca kilovolt), anodu bombalayan elektronları hızlandırır. X-ışını radyasyonu, anot maddesinin atomlarının elektrik alanında hızlı elektronların yavaşlaması sonucu ortaya çıkar. (bremsstrahlung) veya atomların iç kabuklarının yeniden yapılandırılması sırasında (karakteristik radyasyon) . Karakteristik X-ışını radyasyonu ayrı bir yapıya sahiptir ve anot maddesinin atomlarının elektronları, harici elektronların veya radyasyon kuantumunun etkisi altında bir enerji seviyesinden diğerine aktarıldığında meydana gelir. Bremsstrahlung X-ışınları X-ışını tüpündeki anot voltajına bağlı olarak sürekli bir spektruma sahiptir. Anot maddesinde frenleme yapılırken elektronlar enerjilerinin çoğunu (%99) anotu ısıtmak için harcarlar ve sadece küçük bir kısmı (%1) X-ışını enerjisine dönüşür. X-ışını teşhisinde en sık Bremsstrahlung radyasyonu kullanılır.
X ışınlarının temel özellikleri tüm elektromanyetik radyasyonun karakteristiğidir ancak bazı özel özellikleri de vardır. X ışınları aşağıdaki özelliklere sahiptir:
- görünmezlik - insan retinasının hassas hücreleri, dalga boyları görünür ışığınkinden binlerce kat daha kısa olduğundan X ışınlarına yanıt vermez;
- düz yayılma – ışınlar görünür ışık gibi kırılır, polarize edilir (belirli bir düzlemde yayılır) ve kırılır. Kırılma indisi birden çok az farklılık gösterir;
- delici güç - Görünür ışığa karşı opak olan önemli madde katmanlarından önemli bir emilim olmaksızın nüfuz eder. Dalga boyu ne kadar kısa olursa, x-ışınlarının nüfuz etme gücü o kadar büyük olur;
- emme kapasitesi - vücut dokuları tarafından emilme kabiliyetine sahiptir; tüm röntgen teşhisleri buna dayanmaktadır. Emilim kapasitesi dokunun özgül ağırlığına bağlıdır (ne kadar yüksek olursa, emilim de o kadar büyük olur); nesnenin kalınlığına göre; radyasyon sertliği hakkında;
- fotografik eylem - X-ışını görüntülerinin elde edilmesini mümkün kılan, fotografik emülsiyonlarda bulunanlar da dahil olmak üzere gümüş halojenür bileşiklerinin ayrıştırılması;
- ışıldama efekti - bir dizi kimyasal bileşiğin (lüminoforlar) lüminesansına neden olur, X-ışını transilüminasyon tekniği buna dayanmaktadır. Işımanın yoğunluğu, floresan maddenin yapısına, miktarına ve X-ışını kaynağına olan uzaklığa bağlıdır. Fosforlar yalnızca floroskopik bir ekranda incelenen nesnelerin görüntülerini elde etmek için değil, aynı zamanda radyografide de kullanılır; burada yoğunlaştırıcı ekranların, yüzey katmanının kullanılması nedeniyle kasetteki radyografik filme radyasyona maruz kalmanın arttırılmasını mümkün kılarlar. bunların bir kısmı floresan maddelerden yapılmıştır;
- iyonizasyon etkisi - Nötr atomları pozitif ve negatif yüklü parçacıklara parçalama yeteneğine sahiptir, dozimetri buna dayanmaktadır. Herhangi bir ortamın iyonizasyonunun etkisi, içinde pozitif ve negatif iyonların yanı sıra maddenin nötr atomlarından ve moleküllerinden serbest elektronların oluşmasıdır. X-ışını tüpünün çalışması sırasında röntgen odasındaki havanın iyonlaşması, havanın elektriksel iletkenliğinde bir artışa ve kabin nesneleri üzerindeki statik elektrik yüklerinde bir artışa yol açar. Bu tür istenmeyen etkileri ortadan kaldırmak amacıyla röntgen odalarında cebri besleme ve egzoz havalandırması sağlanmakta;
- biyolojik etki - biyolojik nesneler üzerinde etkisi vardır; çoğu durumda bu etki zararlıdır;
- Ters kare kanunu - X-ışını radyasyonunun nokta kaynağı için yoğunluk, kaynağa olan mesafenin karesiyle orantılı olarak azalır.
Modern tıp, teşhis ve tedavi için birçok doktordan yararlanmaktadır. Bazıları nispeten yakın zamanda kullanılmış, bazıları ise onlarca hatta yüzlerce yıldır uygulanmaktadır. Ayrıca yüz on yıl önce William Conrad Roentgen, bilim ve tıp dünyasında önemli yankı uyandıran şaşırtıcı X-ışınlarını keşfetti. Ve şimdi dünyanın her yerindeki doktorlar bunları uygulamalarında kullanıyor. Bugünkü sohbetimizin konusu X ışınlarının tıpta kullanımı olacak, bunların kullanımını biraz daha detaylı ele alacağız.
X-ışınları bir tür elektromanyetik radyasyondur. Radyasyonun dalga boyuna ve ayrıca ışınlanan malzemelerin yoğunluğuna ve kalınlığına bağlı olan önemli nüfuz edici niteliklerle karakterize edilirler. Ayrıca, X ışınları birçok maddenin parlamasına neden olabilir, canlı organizmaları etkileyebilir, atomları iyonize edebilir ve ayrıca bazı fotokimyasal reaksiyonları katalize edebilir.
X ışınlarının tıpta kullanımı
Günümüzde x-ışınlarının özellikleri, onların x-ışını teşhisinde ve röntgen tedavisinde yaygın olarak kullanılmasına olanak sağlamaktadır.
Röntgen teşhisi
X-ışını teşhisi aşağıdakileri gerçekleştirirken kullanılır:
X-ışını (radyoskopi);
- radyografi (görüntü);
- florografi;
- Röntgen ve bilgisayarlı tomografi.
Röntgen
Böyle bir çalışmanın yapılabilmesi için hastanın kendisini röntgen tüpü ile özel bir floresan ekran arasında konumlandırması gerekir. Uzman bir radyolog, X ışınlarının gerekli sertliğini seçerek ekranda iç organların ve kaburgaların görüntüsünü elde eder.
Radyografi
Bu çalışmayı gerçekleştirmek için hasta, içinde özel bir fotoğraf filmi bulunan bir kasetin üzerine yerleştirilir. X-ışını makinesi doğrudan nesnenin üzerine yerleştirilir. Sonuç olarak, bir dizi küçük ayrıntı içeren filmde, floroskopik incelemeye göre daha ayrıntılı olarak iç organların negatif bir görüntüsü belirir.
Florografi
Bu çalışma, tüberkülozun tespiti de dahil olmak üzere nüfusun toplu tıbbi muayeneleri sırasında gerçekleştirilir. Bu durumda geniş ekrandaki resim özel bir filme yansıtılır.
Tomografi
Tomografi yapılırken bilgisayar ışınları aynı anda birden fazla yerdeki organların görüntülerinin elde edilmesine yardımcı olur: özel olarak seçilmiş doku kesitlerinde. Bu röntgen dizisine tomogram denir.
Bilgisayar tomografisi
Bu çalışma, bir X-ışını tarayıcısı kullanarak insan vücudunun bölümlerini kaydetmenize olanak tanır. Daha sonra veriler bir bilgisayara girilir ve sonuçta tek bir kesit görüntü elde edilir.
Listelenen teşhis yöntemlerinin her biri, fotoğraf filmini aydınlatmak için bir X-ışını ışınının özelliklerine ve ayrıca insan dokularının ve kemiklerinin etkilerine karşı farklı geçirgenlik açısından farklılık gösterdiği gerçeğine dayanmaktadır.
Röntgen tedavisi
X ışınlarının etkileme yeteneği özel bir şekilde Doku üzerindeki tümör oluşumlarının tedavisinde kullanılır. Ayrıca, bu radyasyonun iyonlaştırıcı nitelikleri özellikle hızlı bölünme yeteneğine sahip hücrelere etki ettiğinde fark edilir. Malign onkolojik oluşumların hücrelerini ayıran tam da bu niteliklerdir.
Bununla birlikte, x-ışını tedavisinin çok ciddi sorunlara neden olabileceğini belirtmekte fayda var. yan etkiler. Bu etkinin, hücreleri de çok hızlı bölünen hematopoietik, endokrin ve bağışıklık sistemlerinin durumu üzerinde agresif bir etkisi vardır. Üzerlerindeki agresif etki radyasyon hastalığı belirtilerine neden olabilir.
X-ışını radyasyonunun insanlar üzerindeki etkisi
Doktorlar, röntgen ışınlarını incelerken, bunların ciltte güneş yanığına benzeyen değişikliklere yol açabileceğini, ancak buna ciltte daha derin hasarların eşlik ettiğini keşfettiler. Bu tür ülserasyonların iyileşmesi çok uzun zaman alır. Bilim insanları, radyasyonun süresi ve dozunun azaltılmasının yanı sıra özel koruma ve uzaktan kumanda yöntemlerinin kullanılmasıyla bu tür yaralanmaların önlenebileceğini buldu.
X ışınlarının agresif etkileri uzun vadede de kendini gösterebilir: kanın bileşiminde geçici veya kalıcı değişiklikler, lösemiye yatkınlık ve erken yaşlanma.
Röntgen ışınlarının bir kişi üzerindeki etkisi birçok faktöre bağlıdır: hangi organın ışınlandığı ve ne kadar süreyle ışınlandığı. Hematopoietik organların ışınlanması kan hastalıklarına yol açabilir ve cinsel organlara maruz kalmak kısırlığa yol açabilir.
Sistematik ışınlamanın yapılması vücutta genetik değişikliklerin gelişmesiyle doludur.
X-ışını teşhisinde X-ışınlarının gerçek zararı
Muayene sırasında doktorlar mümkün olan minimum sayıda röntgen kullanır. Tüm radyasyon dozları kabul edilebilir belirli standartları karşılar ve kişiye zarar veremez. X-ışını teşhisleri yalnızca bunları yapan doktorlar için önemli bir tehlike oluşturur. Ve sonra modern koruma yöntemleri, ışınların saldırganlığını en aza indirmeye yardımcı olur.
X-ışını teşhisinin en güvenli yöntemleri, ekstremitelerin radyografisinin yanı sıra diş röntgenlerini içerir. Bu sıralamada bir sonraki sırada mamografi, ardından bilgisayarlı tomografi ve ardından radyografi gelmektedir.
X ışınlarının tıpta kullanımının yalnızca insanlara fayda sağlaması için, yalnızca belirtildiğinde onların yardımıyla araştırma yapmak gerekir.
X ışınları bir tür yüksek enerjili elektromanyetik radyasyondur. Tıbbın çeşitli dallarında aktif olarak kullanılmaktadır.
X-ışınları, elektromanyetik dalga ölçeğindeki foton enerjisi ultraviyole radyasyon ile gama radyasyonu arasında (~10 eV ila ~1 MeV arası) olan ve ~10^3 ila ~10^−2 angstrom (~10^−2 angstrom) arasındaki dalga boylarına karşılık gelen elektromanyetik dalgalardır. ~10^−7 ila ~10^−12 m). Yani, bu ölçekte ultraviyole ve kızılötesi (“termal”) ışınlar arasında yer alan görünür ışıkla kıyaslanamayacak kadar daha sert bir radyasyondur.
X ışınları ve gama radyasyonu arasındaki sınır şartlı olarak ayırt edilir: aralıkları kesişir, gama ışınları 1 keV enerjiye sahip olabilir. Kökenleri farklıdır: gama ışınları atom çekirdeğinde meydana gelen işlemler sırasında yayılırken, x-ışınları elektronları (hem serbest hem de atomların elektron kabuklarında bulunanlar) içeren işlemler sırasında yayılır. Aynı zamanda, fotonun kendisinden hangi süreçte ortaya çıktığını belirlemek imkansızdır, yani X-ışını ve gama aralıklarına bölünme büyük ölçüde keyfidir.
X-ışını aralığı “yumuşak X-ışını” ve “sert” olarak bölünmüştür. Aralarındaki sınır 2 angstrom dalga boyunda ve 6 keV enerjide bulunur.
X-ışını jeneratörü, içinde vakumun oluşturulduğu bir tüptür. Orada elektrotlar var - negatif yükün uygulandığı bir katot ve pozitif yüklü bir anot. Aralarındaki voltaj onlarca ila yüzlerce kilovolttur. X-ışını fotonlarının oluşumu, elektronların katottan "kopması" ve anot yüzeyine yüksek hızda çarpmasıyla meydana gelir. Ortaya çıkan X-ışını radyasyonuna “bremsstrahlung” denir; fotonları farklı dalga boylarına sahiptir.
Aynı zamanda karakteristik spektrumun fotonları üretilir. Anot maddesinin atomlarındaki elektronların bir kısmı uyarılır, yani daha yüksek yörüngelere hareket eder ve ardından belirli bir dalga boyunda fotonlar yayarak normal durumlarına dönerler. Standart bir jeneratörde her iki tür X-ışını radyasyonu da üretilir.
8 Kasım 1895'te Alman bilim adamı Wilhelm Conrad Roentgen, bazı maddelerin "katot ışınlarına", yani katot ışın tüpü tarafından üretilen elektron akışına maruz kaldıklarında parlamaya başladığını keşfetti. Bu fenomeni belirli X ışınlarının etkisiyle açıkladı - bu radyasyon artık birçok dilde bu şekilde adlandırılıyor. Daha sonra V.K. Roentgen keşfettiği fenomeni inceledi. 22 Aralık 1895'te Würzburg Üniversitesi'nde bu konuyla ilgili bir rapor verdi.
Daha sonra X-ışını radyasyonunun daha önce gözlemlendiği ortaya çıktı, ancak daha sonra onunla ilişkili olaylara fazla önem verilmedi. Katot ışın tüpü uzun zaman önce icat edildi, ancak V.K. Yanındaki fotoğraf plakalarının kararması vs. ile ilgili röntgen filmlerine kimse pek aldırış etmedi. fenomen. Delici radyasyonun yarattığı tehlike de bilinmiyordu.
“X-ışını” nüfuz eden radyasyonun en hafif türüdür. Yumuşak röntgen ışınlarına aşırı maruz kalma, ultraviyole radyasyonun etkilerine benzer, ancak daha şiddetli bir biçimdedir. Ciltte yanık oluşur ancak hasar daha derindir ve çok daha yavaş iyileşir.
Sert X-ışını, radyasyon hastalığına yol açabilecek tam teşekküllü bir iyonlaştırıcı radyasyondur. X-ışını kuantası, insan vücudunun dokularını oluşturan protein moleküllerinin yanı sıra genomun DNA moleküllerini de parçalayabilir. Ancak X-ışını kuantumu bir su molekülünü parçalasa bile, hiçbir fark yaratmaz: bu durumda, proteinleri ve DNA'yı etkileyebilecek kimyasal olarak aktif serbest radikaller H ve OH oluşur. Radyasyon hastalığı daha şiddetli bir biçimde ortaya çıkar, hematopoietik organlar daha fazla etkilenir.
X ışınları mutajenik ve kanserojen aktiviteye sahiptir. Bu, ışınlama sırasında hücrelerde kendiliğinden mutasyon olasılığının arttığı ve bazen sağlıklı hücrelerin kanserli hücrelere dönüşebileceği anlamına gelir. Kötü huylu tümör olasılığının artması, X ışınları da dahil olmak üzere herhangi bir radyasyona maruz kalmanın standart bir sonucudur. X-ışınları nüfuz eden radyasyonun en az tehlikeli türüdür, ancak yine de tehlikeli olabilirler.
X-ışını radyasyonu tıpta ve insan faaliyetinin diğer alanlarında kullanılmaktadır.
X ışınlarının en yaygın kullanımı floroskopidir. İnsan vücudunun "röntgeni", hem kemiklerin (en net şekilde görülebilen) hem de iç organların ayrıntılı bir görüntüsünü elde etmenizi sağlar.
X ışınlarındaki vücut dokularının farklı şeffaflığı, kimyasal bileşimleriyle ilişkilidir. Kemiklerin yapısal özellikleri bol miktarda kalsiyum ve fosfor içermeleridir. Diğer dokular esas olarak karbon, hidrojen, oksijen ve nitrojenden oluşur. Bir fosfor atomu, bir oksijen atomunun neredeyse iki katı, bir kalsiyum atomu ise 2,5 kat daha ağırdır (karbon, nitrojen ve hidrojen oksijenden bile daha hafiftir). Bu bakımdan X-ışını fotonlarının kemiklerdeki emilimi çok daha yüksektir.
Radyografi, iki boyutlu "resimlere" ek olarak bir organın üç boyutlu görüntüsünün oluşturulmasını da mümkün kılar: bu tür radyografiye bilgisayarlı tomografi denir. Bu amaçlar için yumuşak röntgenler kullanılır. Bir görüntüden alınan radyasyon miktarı küçüktür: yaklaşık olarak 10 km yükseklikte bir uçakta 2 saatlik uçuş sırasında alınan radyasyona eşittir.
X-ışını kusur tespiti, ürünlerdeki küçük dahili kusurları tespit etmenize olanak tanır. Pek çok malzeme (örneğin metal), kendilerini oluşturan maddelerin yüksek atom kütlesinden dolayı yeterince "şeffaf" olmadığından, sert X ışınları kullanır.
X-ışınları, tek tek atomları ayrıntılı olarak incelemelerine olanak tanıyan özelliklere sahiptir. X-ışını kırınım analizi kimyada (biyokimya dahil) ve kristalografide aktif olarak kullanılmaktadır. Çalışma prensibi, X ışınlarının kristal atomları veya karmaşık moleküller üzerindeki kırınım saçılımıdır. X-ışını kırınım analizi kullanılarak DNA molekülünün yapısı belirlendi.
X-ışını floresans analizi hızlı bir şekilde belirlemenizi sağlar kimyasal bileşim maddeler.
Radyoterapinin birçok türü vardır, ancak hepsi iyonlaştırıcı radyasyonun kullanımını içerir. Radyoterapi korpüsküler ve dalga olmak üzere 2 tipe ayrılır. Corpuscular, alfa parçacıkları (helyum atomlarının çekirdekleri), beta parçacıkları (elektronlar), nötronlar, protonlar ve ağır iyonların akışlarını kullanır. Dalga, elektromanyetik spektrumun ışınlarını kullanır - x-ışınları ve gama.
Radyoterapi yöntemleri öncelikle kanser tedavisinde kullanılmaktadır. Gerçek şu ki, radyasyon öncelikle aktif olarak bölünen hücreleri etkiliyor, bu yüzden hematopoietik organlar bu kadar çok acı çekiyor (hücreleri sürekli bölünüyor, giderek daha fazla yeni kırmızı kan hücresi üretiyor). Kanser hücreleri de sürekli olarak bölünür ve radyasyona karşı sağlıklı dokulara göre daha savunmasızdır.
Sağlıklı hücreler üzerinde orta derecede etki yaparken, kanser hücrelerinin aktivitesini baskılayan bir düzeyde radyasyon kullanılır. Radyasyonun etkisi altında, hücrelerin yok edilmesi değil, genomlarının - DNA moleküllerinin - zarar görmesi meydana gelir. Genomu yok edilmiş bir hücre bir süre var olabilir ancak artık bölünemez, yani tümör büyümesi durur.
X-ışını tedavisi, radyoterapinin en hafif şeklidir. Dalga radyasyonu parçacık radyasyonundan daha yumuşaktır ve x-ışınları gama radyasyonundan daha yumuşaktır.
Hamilelik sırasında iyonlaştırıcı radyasyon kullanmak tehlikelidir. X ışınları mutajeniktir ve fetüste sorunlara neden olabilir. X-ışını tedavisi hamilelikle bağdaşmaz: yalnızca kürtaj yapılmasına karar verilmişse kullanılabilir. Floroskopi ile ilgili kısıtlamalar daha hafiftir ancak ilk aylarda da kesinlikle yasaktır.
Eğer mutlaka gerekliyse, röntgen muayenesinin yerini manyetik rezonans görüntüleme alır. Ancak ilk üç aylık dönemde de bundan kaçınmaya çalışıyorlar (bu yöntem yakın zamanda ortaya çıktı ve kesinlikle zararlı sonuçların olmadığını söyleyebiliriz).
Toplam en az 1 mSv (eski birimlerde - 100 mR) doza maruz kalındığında açık bir tehlike ortaya çıkar. Basit bir röntgen ile (örneğin florografiye girerken) hasta yaklaşık 50 kat daha az ışın alır. Böyle bir dozun tek seferde alınabilmesi için detaylı bir bilgisayarlı tomografi çektirilmesi gerekmektedir.
Yani hamileliğin erken döneminde 1-2 x "X-ışını" çekilmesi gerçeği ciddi sonuçları tehdit etmez (ancak riske atmamak daha iyidir).
X ışınları öncelikle kötü huylu tümörlere karşı mücadelede kullanılır. Bu yöntem iyidir çünkü oldukça etkilidir: tümörü öldürür. Sağlıklı dokuların biraz daha iyi durumda olması ve çok sayıda yan etkinin olması kötüdür. Hematopoietik organlar özellikle tehlike altındadır.
Uygulamada x ışınlarının sağlıklı doku üzerindeki etkisini azaltmak için çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Işınlar, tümörün kesişme alanında olacağı bir açıyla yönlendirilir (bundan dolayı, enerjinin ana emilimi tam burada meydana gelir). Bazen prosedür hareket halinde gerçekleştirilir: hastanın vücudu, tümör içinden geçen bir eksen etrafında radyasyon kaynağına göre döner. Bu durumda, sağlıklı dokular yalnızca ara sıra ışınlama bölgesinde bulunur ve hasta dokular sürekli olarak maruz kalır.
X ışınlarından cilt hastalıklarının yanı sıra bazı artroz ve benzeri hastalıkların tedavisinde de yararlanılmaktadır. Bu durumda ağrı sendromu %50-90 oranında azalır. Kullanılan radyasyon daha yumuşak olduğundan tümör tedavisinde görülenlere benzer yan etkiler görülmez.
X-ışını radyasyonu (X-ışınları ile eş anlamlıdır) geniş bir dalga boyu aralığına sahiptir (8·10-6 ila 10-12 cm arası). X-ışını radyasyonu, yüklü parçacıkların, çoğunlukla da elektronların, bir maddenin atomlarının elektrik alanında yavaşlaması sonucu ortaya çıkar. Bu durumda oluşan kuantumlar farklı enerjilere sahiptir ve sürekli bir spektrum oluşturur. Böyle bir spektrumdaki kuantumun maksimum enerjisi, gelen elektronların enerjisine eşittir. (cm.) cinsinden X-ışını kuantumunun kiloelektron-volt cinsinden ifade edilen maksimum enerjisi, sayısal olarak tüpe uygulanan voltajın kilovolt cinsinden büyüklüğüne eşittir. X-ışınları bir maddeden geçerken o maddenin atomlarının elektronlarıyla etkileşime girer. Enerjisi 100 keV'a kadar olan X-ışını kuantumları için en karakteristik etkileşim türü fotoelektrik etkidir. Böyle bir etkileşimin bir sonucu olarak, kuantumun enerjisi tamamen elektronun atom kabuğundan koparılması ve ona kinetik enerji verilmesi için harcanır. Bir X-ışını kuantumunun enerjisi arttıkça, fotoelektrik etkinin olasılığı azalır ve kuantumların serbest elektronlar tarafından saçılması süreci - Compton etkisi olarak adlandırılan - baskın hale gelir. Bu etkileşim sonucunda ikincil bir elektron da oluşur ve ayrıca birincil kuantumun enerjisinden daha düşük bir enerjiye sahip bir kuantum yayılır. X-ışını kuantumunun enerjisi bir megaelektron-voltu aşarsa, bir elektron ve bir pozitronun oluştuğu sözde eşleştirme etkisi meydana gelebilir (bkz.). Sonuç olarak, bir maddeden geçerken X-ışını radyasyonunun enerjisi azalır, yani yoğunluğu azalır. Düşük enerjili kuantumların soğurulması daha büyük bir olasılıkla gerçekleştiğinden, X-ışını radyasyonu daha yüksek enerjili kuantumlarla zenginleştirilir. X-ışını radyasyonunun bu özelliği, kuantanın ortalama enerjisini arttırmak, yani sertliğini arttırmak için kullanılır. Özel filtreler kullanılarak X-ışını radyasyonunun sertliğinde bir artış elde edilir (bkz.). X-ışını radyasyonu, röntgen teşhisi (bkz.) ve (bkz.) için kullanılır. Ayrıca bkz. İyonlaştırıcı radyasyon.
X-ışını radyasyonu (eşanlamlı: x-ışınları, x-ışınları), dalga boyu 250 ila 0,025 A (veya enerji kuantumu 5·10-2 ila 5·10 2 keV) olan kuantum elektromanyetik radyasyondur. 1895 yılında V.K. Roentgen tarafından keşfedilmiştir. Enerji kuantumu 500 keV'yi aşan X-ışını radyasyonuna bitişik elektromanyetik radyasyonun spektral bölgesine gama radyasyonu denir (bkz.); Enerji kuantumu 0,05 kev'in altında olan radyasyon ultraviyole radyasyonu oluşturur (bkz.).
Böylece, hem radyo dalgalarını hem de görünür ışığı içeren geniş elektromanyetik radyasyon spektrumunun nispeten küçük bir bölümünü temsil eden X-ışını radyasyonu, herhangi bir elektromanyetik radyasyon gibi, ışık hızında (yaklaşık 300 bin km / 2'lik bir boşlukta) yayılır. sn) ve dalga boyu λ (ışımanın bir salınım periyodunda kat ettiği mesafe) ile karakterize edilir. X-ışını radyasyonunun ayrıca bir takım başka dalga özellikleri de vardır (kırılma, girişim, kırınım), ancak bunları gözlemlemek daha uzun dalga boylu radyasyona göre çok daha zordur: görünür ışık, radyo dalgaları.
X-ışını spektrumları: a1 - 310 kV'de sürekli bremsstrahlung spektrumu; a - 250 kV'de sürekli fren spektrumu, a1 - 1 mm Cu ile filtrelenmiş spektrum, a2 - 2 mm Cu ile filtrelenmiş spektrum, b - K serisi tungsten hatları.
X-ışını radyasyonu üretmek için, hızlı elektronlar anot maddesinin atomlarıyla etkileşime girdiğinde radyasyonun meydana geldiği X-ışını tüpleri (bkz.) kullanılır. İki tür X-ışını radyasyonu vardır: Bremsstrahlung ve karakteristik. Bremsstrahlung X-ışınları sıradan beyaz ışığa benzer şekilde sürekli bir spektruma sahiptir. Dalga boyuna bağlı yoğunluk dağılımı (Şekil), maksimuma sahip bir eğri ile temsil edilir; uzun dalgalara doğru eğri düz bir şekilde düşer, kısa dalgalara doğru ise dik bir şekilde alçalır ve sürekli spektrumun kısa dalga sınırı adı verilen belirli bir dalga boyunda (λ0) sona erer. λ0 değeri tüp üzerindeki voltajla ters orantılıdır. Bremsstrahlung, hızlı elektronların atom çekirdeğiyle etkileşime girmesiyle ortaya çıkar. Bremsstrahlung'un yoğunluğu, anot akımının gücü, tüpteki voltajın karesi ve anot maddesinin atom numarası (Z) ile doğru orantılıdır.
X-ışını tüpünde hızlanan elektronların enerjisi, anot maddesi için kritik değeri aşarsa (bu enerji, tüp üzerindeki bu madde için kritik olan Vcr voltajı ile belirlenir), o zaman karakteristik radyasyon meydana gelir. Karakteristik spektrum çizgilidir; spektral çizgileri K, L, M, N harfleriyle gösterilen serileri oluşturur.
K serisi en kısa dalga boyuna sahiptir, L serisi daha uzun dalga boyuna sahiptir, M ve N serileri yalnızca ağır elementlerde gözlenir (K serisi için tungstenin Vcr'si 69,3 kV, L serisi için - 12,1 kV). Karakteristik radyasyon aşağıdaki gibi ortaya çıkar. Hızlı elektronlar atomik elektronları iç kabuklarından dışarı atar. Atom uyarılır ve daha sonra temel duruma geri döner. Bu durumda, dış, daha az bağlı kabuklardan gelen elektronlar, iç kabuklarda boşalan boşlukları doldurur ve atomun uyarılmış ve temel durumlarındaki enerjileri arasındaki farka eşit bir enerjiyle karakteristik radyasyona sahip fotonlar yayılır. Bu fark (ve dolayısıyla foton enerjisi), her elementin belirli bir değer özelliğine sahiptir. Bu olgu, elementlerin X-ışını spektral analizinin temelini oluşturur. Şekil, sürekli bir bremsstrahlung spektrumunun arka planına karşı tungstenin çizgi spektrumunu göstermektedir.
X-ışını tüpünde hızlandırılan elektronların enerjisi neredeyse tamamen termal enerjiye dönüştürülür (anot çok ısınır), yalnızca küçük bir kısmı (100 kV'a yakın bir voltajda yaklaşık% 1) bremsstrahlung enerjisine dönüştürülür.
X-ışınlarının tıpta kullanımı, X-ışınlarının madde tarafından emilmesi kanunlarına dayanmaktadır. X-ışını radyasyonunun emilmesi, soğurucu maddenin optik özelliklerinden tamamen bağımsızdır. Röntgen odalarında personeli korumak için kullanılan renksiz ve şeffaf kurşun cam, röntgen ışınlarını neredeyse tamamen emer. Bunun aksine, ışığa karşı şeffaf olmayan bir kağıt parçası x-ışınlarını zayıflatmaz.
Bir soğurucu katmandan geçen homojen (yani belirli bir dalga boyuna sahip) X-ışını ışınının yoğunluğu, e'nin doğal logaritmanın tabanı (2,718) ve x üssü olduğu üstel yasaya (e-x) göre azalır. ürüne eşit kütle zayıflama katsayısı (μ/p) g/cm2 cinsinden soğurucu kalınlığı başına cm2/g (burada p, g/cm3 cinsinden maddenin yoğunluğudur). X-ışını radyasyonunun zayıflaması hem saçılma hem de emilim nedeniyle meydana gelir. Buna göre kütle zayıflama katsayısı, kütle soğurma ve saçılma katsayılarının toplamıdır. Kütle absorpsiyon katsayısı, soğurucunun atom numarasının (Z) artmasıyla (Z3 veya Z5 ile orantılı) ve dalga boyunun artmasıyla (λ3 ile orantılı) keskin bir şekilde artar. Dalga boyuna olan bu bağımlılık, katsayının sıçramalar sergilediği sınırlardaki soğurma bantlarında gözlenir.
Kütle saçılma katsayısı maddenin atom numarası arttıkça artar. λ≥0,3Å'da saçılma katsayısı dalga boyuna bağlı değildir, λ'da<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.
Dalga boyunun azalmasıyla birlikte soğurma ve saçılma katsayılarındaki azalma, X-ışını radyasyonunun nüfuz etme gücünde bir artışa neden olur. Kemiğin kütle absorpsiyon katsayısı [alım esas olarak Ca3(PO4)2'den kaynaklanmaktadır], alımın esas olarak sudan kaynaklandığı yumuşak dokuya göre neredeyse 70 kat daha fazladır. Bu, radyografilerde yumuşak doku arka planına karşı kemik gölgesinin neden bu kadar keskin bir şekilde öne çıktığını açıklıyor.
Düzgün olmayan bir X-ışını ışınının herhangi bir ortamda yayılmasına, yoğunluktaki bir azalmayla birlikte, spektral bileşimde bir değişiklik ve radyasyonun kalitesinde bir değişiklik eşlik eder: spektrumun uzun dalga kısmı kısa dalga kısmına göre daha fazla emildiğinden radyasyon daha düzgün hale gelir. Spektrumun uzun dalga kısmının filtrelenmesi, insan vücudunun derinlerinde bulunan lezyonların X-ışını tedavisi sırasında derin ve yüzey dozları arasındaki oranın iyileştirilmesine olanak tanır (bkz. X-ışını filtreleri). Homojen olmayan bir X-ışını ışınının kalitesini karakterize etmek için, "yarım zayıflama katmanı (L)" kavramı kullanılır - radyasyonu yarı yarıya zayıflatan bir madde katmanı. Bu katmanın kalınlığı tüpteki voltaja, filtrenin kalınlığına ve malzemesine bağlıdır. Yarı zayıflatma katmanlarını ölçmek için selofan (12 keV enerjiye kadar), alüminyum (20-100 keV), bakır (60-300 keV), kurşun ve bakır (>300 keV) kullanılır. 80-120 kV gerilimlerde üretilen X-ışınları için filtreleme kapasitesinde 1 mm bakır 26 mm alüminyuma, 1 mm kurşun ise 50,9 mm alüminyuma eşdeğerdir.
X-ışını radyasyonunun emilmesi ve saçılması onun parçacık özelliklerinden kaynaklanmaktadır; X-ışını radyasyonu, her biri belirli bir enerjiye sahip olan (X-ışını radyasyonunun dalga boyuyla ters orantılı) fotonlar olan parçacıklar (partiküller) akışı olarak atomlarla etkileşime girer. X-ışını fotonlarının enerji aralığı 0,05-500 keV'dir.
X-ışını radyasyonunun emilmesi fotoelektrik etkiden kaynaklanmaktadır: bir fotonun elektron kabuğu tarafından emilmesine bir elektronun fırlatılması eşlik etmektedir. Atom heyecanlanır ve temel duruma dönerek karakteristik radyasyon yayar. Yayılan fotoelektron, fotonun tüm enerjisini (atomdaki elektronun bağlanma enerjisi hariç) taşır.
X-ışını saçılımına, saçılma ortamındaki elektronlar neden olur. Klasik saçılma (ışımanın dalga boyu değişmez, ancak yayılma yönü değişir) ile dalga boyunda değişiklik olan saçılma - Compton etkisi (saçılan radyasyonun dalga boyu, gelen radyasyonun dalga boyundan daha büyüktür) arasında bir ayrım yapılır. ). İkinci durumda, foton hareketli bir top gibi davranır ve Comton'un mecazi ifadesine göre, fotonlar ve elektronlarla bilardo oynamak gibi fotonların saçılması meydana gelir: bir elektronla çarpışan foton, enerjisinin bir kısmını ona aktarır ve dağınık, daha az enerjiye sahip (buna bağlı olarak saçılan radyasyonun dalga boyu artar), bir elektron geri tepme enerjisiyle atomdan dışarı uçar (bu elektronlara Compton elektronları veya geri tepme elektronları denir). X-ışını enerjisinin emilmesi, ikincil elektronların (Compton ve fotoelektronlar) oluşumu ve bunlara enerji aktarımı sırasında meydana gelir. Bir maddenin birim kütlesine aktarılan X-ışını radyasyonunun enerjisi, emilen X-ışını radyasyonunun dozunu belirler. Bu dozun birimi 1 rad, 100 erg/g'a karşılık gelir. Emilen enerji nedeniyle, emici maddede X-ışını dozimetrisi için önemli olan bir dizi ikincil işlem meydana gelir, çünkü X-ışını radyasyonunu ölçme yöntemleri bunlara dayanmaktadır. (bkz. Dozimetri).
Tüm gazlar ve birçok sıvı, yarı iletken ve dielektrik, X ışınlarına maruz kaldığında elektrik iletkenliğini arttırır. İletkenlik en iyi yalıtım malzemeleriyle tespit edilir: parafin, mika, kauçuk, amber. İletkenlikteki değişim ortamın iyonlaşmasından, yani nötr moleküllerin pozitif ve negatif iyonlara ayrılmasından kaynaklanır (iyonizasyon ikincil elektronlar tarafından üretilir). Havadaki iyonizasyon, röntgen cinsinden ölçülen X-ışınına maruz kalma dozunu (havadaki doz) belirlemek için kullanılır (bkz. İyonlaştırıcı Radyasyon Dozları). 1 r dozunda havada emilen doz 0,88 rad'dır.
X-ışını radyasyonunun etkisi altında, bir maddenin moleküllerinin uyarılmasının bir sonucu olarak (ve iyonların rekombinasyonu sırasında), çoğu durumda maddenin gözle görülür bir parıltısı uyarılır. Yüksek yoğunluktaki X-ışını radyasyonunda, havada, kağıtta, parafinde vb. (metaller hariç) gözle görülür bir parıltı gözlenir. Görünür parlaklığın en yüksek verimi, Zn·CdS·Ag-fosfor gibi kristalin fosforlar ve floroskopi ekranları için kullanılan diğerleri tarafından sağlanır.
X-ışını radyasyonunun etkisi altında, bir maddede çeşitli kimyasal işlemler de meydana gelebilir: gümüş halojenür bileşiklerinin ayrışması (röntgen fotoğrafçılığında kullanılan fotoğrafik bir etki), suyun ve sulu hidrojen peroksit çözeltilerinin ayrışması, özelliklerdeki değişiklikler selüloit (bulanıklık ve kafur salınımı), parafin (bulanıklık ve ağartma) .
Tam dönüşümün bir sonucu olarak, kimyasal olarak inert bir madde olan x-ışını radyasyonu tarafından emilen enerjinin tamamı ısıya dönüştürülür. Çok küçük miktarlardaki ısının ölçülmesi oldukça hassas yöntemler gerektirir ancak X-ışını radyasyonunun mutlak ölçümleri için ana yöntemdir.
X-ışını radyasyonuna maruz kalmanın ikincil biyolojik etkileri, tıbbi röntgen tedavisinin temelini oluşturur (bkz.). Kuantası 6-16 keV (etkin dalga boyları 2 ila 5 Å arası) olan X-ışını radyasyonu, insan vücudunun cilt dokusu tarafından neredeyse tamamen emilir; bunlara sınır ışınları veya bazen Bucca ışınları denir (bkz. Bucca ışınları). Derin X-ışını tedavisi için, 100 ila 300 keV arasında etkili enerji kuantumuna sahip sert filtrelenmiş radyasyon kullanılır.
X-ışını radyasyonunun biyolojik etkisi yalnızca X-ışını tedavisi sırasında değil, aynı zamanda X-ışını teşhisi sırasında ve ayrıca radyasyondan korunmanın kullanılmasını gerektiren X-ışını radyasyonuyla temas halinde olan diğer tüm durumlarda dikkate alınmalıdır. (Görmek).
RF'NİN EĞİTİMİ FEDERAL AJANSI
DEVLET EĞİTİM KURUMU
YÜKSEK MESLEKİ EĞİTİM
MOSKOVA DEVLET ÇELİK VE ALAŞIMLAR ENSTİTÜSÜ
(TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ)
NOVOTROİTSKY ŞUBESİ
OED Bölümü
DERS ÇALIŞMASI
Disiplin: Fizik
Konu: X-RAY
Öğrenci: Nedorezova N.A.
Grup: EiU-2004-25, No. Z.K.: 04N036
Kontrol eden: Ozhegova S.M.
giriiş
Bölüm 1. X-ışınlarının Keşfi
1.1 Röntgen Wilhelm Conrad'ın Biyografisi
1.2 X-ışınlarının Keşfi
Bölüm 2. X-ışını radyasyonu
2.1 X-ışını kaynakları
2.2 X-ışınlarının özellikleri
2.3 X-ışınlarının tespiti
2.4 X-ışınlarının kullanımı
Bölüm 3. X-ışınlarının metalurjide uygulanması
3.1 Kristal yapı kusurlarının analizi
3.2 Spektral analiz
Çözüm
Kullanılan kaynakların listesi
Uygulamalar
Röntgen odasından geçmeyen nadir kişilerdendi. X-ışını görüntüleri herkese tanıdık geliyor. 1995 yılı bu keşfin yüzüncü yıldönümüydü. Bir asır önce uyandırdığı muazzam ilgiyi hayal etmek zor. Bir adamın elinde görünmezi görmenin mümkün olduğu bir cihaz vardı.
Yaklaşık 10-8 cm dalga boyuna sahip elektromanyetik radyasyonu temsil eden, değişen derecelerde de olsa tüm maddelere nüfuz edebilen bu görünmez radyasyona, onu keşfeden Wilhelm Roentgen'in onuruna x-ışını radyasyonu adı verildi.
Görünür ışık gibi, X ışınları da fotoğraf filminin siyaha dönmesine neden olur. Bu özellik tıp, endüstri ve bilimsel araştırmalar için önemlidir. İncelenen nesnenin içinden geçen ve ardından fotoğraf filminin üzerine düşen X-ışını radyasyonu, onun iç yapısını onun üzerinde gösterir. X-ışını radyasyonunun nüfuz etme gücü farklı malzemelere göre değiştiğinden, nesnenin ona karşı daha az şeffaf olan kısımları, fotoğrafta radyasyonun iyi nüfuz ettiği bölgelere göre daha açık alanlar oluşturur. Bu nedenle kemik dokusu, deriyi ve iç organları oluşturan dokuya göre röntgen ışınlarına karşı daha az şeffaftır. Bu nedenle röntgende kemikler daha açık renkli alanlar olarak görünecek ve radyasyona karşı daha az şeffaf olan kırık bölgesi oldukça kolay tespit edilebilecektir. X ışınları aynı zamanda diş hekimliğinde diş köklerindeki çürük ve apseleri tespit etmek için, endüstride döküm, plastik ve kauçuklardaki çatlakları tespit etmek için, kimyada bileşikleri analiz etmek için ve fizikte kristallerin yapısını incelemek için kullanılır.
Roentgen'in keşfini, bu radyasyonun birçok yeni özelliğini ve uygulamasını keşfeden diğer araştırmacıların deneyleri izledi. 1912'de bir kristalden geçen x-ışınlarının kırınımını gösteren M. Laue, W. Friedrich ve P. Knipping büyük bir katkı yaptı; 1913'te ısıtılmış katotlu yüksek vakumlu bir X-ışını tüpünü icat eden W. Coolidge; 1913 yılında radyasyonun dalga boyu ile bir elementin atom numarası arasındaki ilişkiyi kuran G. Moseley; X-ışını yapısal analizinin temellerini geliştirdikleri için 1915'te Nobel Ödülü'nü alan G. ve L. Bragg.
Bu dersin amacı, X-ışını radyasyonu olgusunu, keşif tarihini, özelliklerini incelemek ve uygulama kapsamını belirlemektir.
Wilhelm Conrad Roentgen, 17 Mart 1845'te Almanya'nın Hollanda sınırındaki bölgesinde, Lenepe şehrinde doğdu. Teknik eğitimini Zürih'te, Einstein'ın daha sonra eğitim göreceği aynı Yüksek Teknik Okulda (Politeknik) aldı. Fiziğe olan tutkusu onu 1866 yılında okuldan mezun olduktan sonra fizik eğitimine devam etmeye zorladı.
1868'de Felsefe Doktoru unvanı için tezini savunduktan sonra, Kundt'un yanında önce Zürih'te, sonra Giessen'de ve daha sonra Strazburg'da (1874-1879) fizik bölümünde asistan olarak çalıştı. Burada Roentgen iyi bir deney okulundan geçti ve birinci sınıf bir deneyci oldu. Roentgen, bazı önemli araştırmalarını Sovyet fiziğinin kurucularından olan öğrencisi A.F. Ioffe.
Bilimsel araştırma elektromanyetizma, kristal fiziği, optik ve moleküler fizik ile ilgilidir.
1895'te, daha sonra X-ışınları olarak adlandırılan ultraviyole ışınlarından (X-ışınları) daha kısa dalga boyuna sahip radyasyonu keşfetti ve bunların özelliklerini inceledi: yansıma, soğurma, havayı iyonize etme vb. yeteneği. X-ışınları üretmek için bir tüpün doğru tasarımını önerdi - eğimli bir platin antikatot ve içbükey bir katot: X-ışınlarını kullanarak fotoğraf çeken ilk kişi oydu. 1885'te bir elektrik alanı içinde hareket eden bir dielektrik maddenin manyetik alanını ("X-ışını akımı" olarak adlandırılır) keşfetti. Deneyimi, manyetik alanın hareketli yükler tarafından yaratıldığını ve bu alanın yaratılması için önemli olduğunu açıkça gösterdi. X. Lorentz'in elektronik teorisi.Roentgen'in önemli sayıda eseri, sıvıların, gazların, kristallerin, elektromanyetik olayların çalışma özelliklerine ayrılmıştır, kristallerdeki elektriksel ve optik olaylar arasındaki ilişkiyi keşfetti.Adını taşıyan ışınların keşfi için Röntgen, 1901'de fizikçiler arasında Nobel Ödülü'ne layık görülen ilk kişiydi.
1900'den hayatının son günlerine kadar (10 Şubat 1923'te öldü) Münih Üniversitesi'nde çalıştı.
19. yüzyılın sonu Elektriğin gazlardan geçişi olgusuna olan ilginin artması dikkat çekti. Faraday ayrıca bu fenomeni ciddi bir şekilde inceledi, çeşitli deşarj biçimlerini tanımladı ve ışık saçan bir seyreltilmiş gaz sütununda karanlık bir alan keşfetti. Faraday karanlık alanı, mavimsi katot parıltısını pembemsi anodik parıltıdan ayırır.
Gaz seyrekleşmesindeki daha fazla artış, parıltının doğasını önemli ölçüde değiştirir. Matematikçi Plücker (1801-1868), 1859'da yeterince güçlü bir vakumda, katottan çıkan, anoda ulaşan ve tüpün camının parlamasına neden olan zayıf mavimsi bir ışın ışınını keşfetti. 1869 yılında Plücker'in öğrencisi Hittorf (1824-1914) öğretmeninin araştırmasını sürdürmüş ve katot ile bu yüzey arasına katı bir cisim yerleştirildiğinde tüpün floresan yüzeyinde belirgin bir gölge oluştuğunu göstermiştir.
Işınların özelliklerini inceleyen Goldstein (1850-1931), onlara katot ışınları adını verdi (1876). Üç yıl sonra William Crookes (1832-1919) katot ışınlarının maddi doğasını kanıtladı ve onlara özel dördüncü durumdaki bir madde olan "ışıyan madde" adını verdi. Kanıtı ikna edici ve görseldi. "Crookes tüpü" ile yapılan deneyler daha sonra yapıldı. Tüm fizik derslerinde gösterildi. Crookes tüpündeki katot ışınının manyetik alan tarafından saptırılması klasik bir okul gösterisi haline geldi.
Ancak katot ışınlarının elektriksel sapması üzerine yapılan deneyler o kadar da ikna edici değildi. Hertz böyle bir sapma tespit edemedi ve katot ışınının eterde salınımlı bir süreç olduğu sonucuna vardı. Hertz'in öğrencisi F. Lenard, 1893 yılında katot ışınlarıyla deneyler yaparak bunların alüminyum folyoyla kaplı bir pencereden geçerek pencerenin arkasındaki boşlukta bir parıltıya neden olduğunu gösterdi. Hertz, 1892'de yayınlanan son makalesini, katot ışınlarının ince metal gövdelerden geçişi olgusuna ayırdı ve şu sözlerle başladı:
"Katot ışınları, katı cisimlere nüfuz etme yetenekleri açısından ışıktan önemli ölçüde farklıdır." Katot ışınlarının altın, gümüş, platin, alüminyum vb. yapraklardan geçmesine ilişkin deneylerin sonuçlarını anlatan Hertz, şunları yaptığını belirtiyor: olaylarda herhangi bir özel farklılık gözlemlemiyoruz. Işınlar yapraklardan doğrusal olarak geçmiyor, kırınım yoluyla dağılıyor. Katot ışınlarının doğası hala belirsizdi.
Würzburg profesörü Wilhelm Conrad Roentgen, 1895'in sonunda bu Crookes, Lenard ve diğerlerinin tüpleriyle deneyler yaptı. Bir keresinde, deneyin sonunda tüpü siyah karton bir kapakla kapladıktan sonra ışığı kapattı, ancak kapatmadı. ancak tüpe güç sağlayan indüktörü kapattığında, tüpün yakınında bulunan baryum sinoksitten ekranın parladığını fark etti. Bu durumdan etkilenen Roentgen, ekranla deneyler yapmaya başladı. 28 Aralık 1895 tarihli “Yeni Bir Tür Işınlar Üzerine” adlı ilk raporunda bu ilk deneyleri şöyle yazıyordu: oldukça sıkı oturan ince siyah karton, her deşarjda parlak ışıkla yanıp sönüyor: floresanlaşmaya başlıyor. Floresan, yeterince karartıldığında görülebilir ve kağıdın baryum mavi oksitle kaplanmış tarafıyla veya baryum mavi oksitle kaplanmamış tarafıyla sunulmasına bağlı değildir. Floresan, tüpten iki metre uzakta bile farkedilebiliyor.”
Dikkatli bir inceleme, Roentgen'e "güneşin görünür ve ultraviyole ışınlarına veya elektrik arkının ışınlarına karşı şeffaf olmayan siyah kartonun, floresansa neden olan bir madde tarafından delindiğini" gösterdi. Çeşitli maddeler için kısa "X-ışınları" olarak adlandırdığı ışınların kağıttan, ahşaptan, sert kauçuktan, ince metal katmanlarından serbestçe geçtiğini ancak kurşun tarafından güçlü bir şekilde geciktirildiğini keşfetti.
Daha sonra bu sansasyonel deneyimi şöyle anlatıyor:
"Elinizi tahliye tüpü ile ekran arasında tutarsanız, elin kendi gölgesinin soluk hatlarında kemiklerin koyu gölgelerini görebilirsiniz." Bu, insan vücudunun ilk floroskopik incelemesiydi. Röntgen ayrıca şunları elde etti: ilk röntgen görüntülerini eline uygulayarak elde etti.
Bu resimler büyük etki yarattı; keşif henüz tamamlanmamıştı ve X-ışını teşhisi yolculuğuna çoktan başlamıştı. İngiliz fizikçi Schuster, "Laboratuvarım, vücudunun farklı yerlerinde iğne olduğundan şüphelenen hastaları getiren doktorlarla doluydu" diye yazdı.
İlk deneylerden sonra Roentgen, X-ışınlarının katot ışınlarından farklı olduğunu, yük taşımadıklarını ve manyetik alan tarafından saptırılmadıklarını, ancak katot ışınları tarafından uyarıldıklarını kesin olarak tespit etti." X-ışınları katot ışınlarıyla aynı değildir. , ancak deşarj tüpünün cam duvarlarında onlar tarafından heyecanlanıyoruz ”, diye yazdı Roentgen.
Ayrıca sadece camda değil metallerde de heyecanlandıklarını tespit etti.
Katot ışınlarının "esirde meydana gelen bir olay olduğu" yönündeki Hertz-Lennard hipotezinden bahseden Roentgen, "bunu kendi ışınlarımız için de söyleyebiliriz" diye belirtiyor. Ancak ışınların dalga özelliklerini keşfedemedi; "şimdiye kadar bilinen morötesi, görünür ve kızılötesi ışınlardan farklı davranıyorlar." Roentgen'e göre kimyasal ve lüminesans eylemleri açısından ultraviyole ışınlara benziyorlar. İlk mesajında, bunların eterde uzunlamasına dalgalar olabileceği yönündeki varsayımın daha sonra kaldığını belirtti.
Roentgen'in keşfi bilim dünyasında büyük ilgi uyandırdı. Deneyleri dünyadaki hemen hemen tüm laboratuvarlarda tekrarlandı. Moskova'da P.N. tarafından tekrarlandılar. Lebedev. Petersburg'da radyo mucidi A.S. Popov, X-ışınlarını denedi, bunları halka açık konferanslarda gösterdi ve çeşitli röntgen görüntüleri elde etti. Cambridge D.D.'de Thomson, elektriğin gazlardan geçişini incelemek için hemen X ışınlarının iyonlaştırıcı etkisini kullandı. Araştırması elektronun keşfine yol açtı.
X-ışını radyasyonu, 10-4 ila 103 (10-12 ila 10-5 cm) dalga boyları dahilinde gama ve ultraviyole radyasyon arasındaki spektral bölgeyi işgal eden elektromanyetik iyonlaştırıcı radyasyondur.R. l. dalga boyu λ ile< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - yumuşak.
En yaygın röntgen kaynağı bir röntgen tüpüdür.
X-ışını yapısal analizinde X-ışını tüpleri kullanılır
X-ışını tüplerinin ana özellikleri, izin verilen maksimum hızlanma voltajı (1-500 kV), elektron akımı (0,01 mA - 1A), anot tarafından dağıtılan spesifik güç (10-10 4 W/mm2), toplam güç tüketimidir. (0,002 W - 60 kW) ve odak boyutları (1 µm - 10 mm). X-ışını tüpünün verimliliği %0,1-3'tür.
Bazı radyoaktif izotoplar aynı zamanda X-ışını kaynağı olarak da görev yapabilir.
Birkaç GeV enerjili sinkrotronlar ve elektron depolama halkaları, onlarca ve yüzlerce mertebesinde λ olan yumuşak X-ışınları kaynağı olarak hizmet edebilir. Senkrotronlardan gelen X-ışını radyasyonunun yoğunluğu, spektrumun bu bölgesindeki bir X-ışını tüpününkini 2-3 büyüklük sırası kadar aşar.
X-ışınlarının doğal kaynakları Güneş ve diğer uzay nesneleridir.
X-ışını üretim mekanizmasına bağlı olarak spektrumları sürekli (bremsstrahlung) veya çizgisel (karakteristik) olabilir. Hızlı yüklü parçacıklar tarafından, hedef atomlarla etkileşime girerken yavaşlamalarının bir sonucu olarak sürekli bir X-ışını spektrumu yayılır; bu spektrum yalnızca hedef elektronlarla bombardımana tutulduğunda önemli bir yoğunluğa ulaşır. Bremsstrahlung X-ışınlarının yoğunluğu, yüksek frekans sınırı 0'a kadar tüm frekanslara dağıtılır; burada foton enerjisi h 0 (h, Planck sabitidir)
Çizgi radyasyonu, bir atomun iyonlaşmasından sonra, bir elektronun iç kabuklarından birinden çıkmasıyla meydana gelir. Böyle bir iyonizasyon, bir atomun elektron gibi hızlı bir parçacıkla çarpışmasından (birincil X-ışınları) veya bir fotonun atom tarafından emilmesinden (floresan X-ışınları) kaynaklanabilir. İyonlaşan atom, yüksek enerji düzeylerinden birinde kendisini başlangıç kuantum durumunda bulur ve 10 -16 -10 -15 saniye sonra daha düşük enerjili son duruma geçer. Bu durumda atom, belirli bir frekansta foton şeklinde fazla enerji yayabilir. Bu tür radyasyonun spektrumundaki çizgilerin frekansları, her bir elementin atomlarının karakteristiğidir, bu nedenle X-ışını spektrumunun çizgisine karakteristik denir. Bu spektrumdaki çizgilerin frekansının Z atom numarasına bağımlılığı Moseley yasası ile belirlenir.
Moseley Yasası, bir kimyasal elementin karakteristik X-ışını radyasyonunun spektral çizgilerinin frekansını atom numarasıyla ilişkilendiren bir yasa. G. Moseley tarafından deneysel olarak kurulmuştur.
burada R, Rydberg sabitidir
Moseley yasası, elementlerin periyodik element tablosuna doğru yerleştirildiğinin reddedilemez bir kanıtıydı.
Moseley yasasına uygun olarak, X-ışını karakteristik spektrumları, optik spektrumların doğasında bulunan periyodik modelleri ortaya çıkarmaz. Bu, karakteristik X-ışını spektrumunda görünen tüm elementlerin atomlarının iç elektron kabuklarının benzer bir yapıya sahip olduğunu gösterir.
Daha sonraki deneyler, dış kısmı doldurma sırasındaki bir değişiklikle ilişkili elemanların geçiş gruplarına yönelik doğrusal bağımlılıktan bazı sapmalar olduğunu ortaya çıkardı. elektronik kabuklar göreceli etkilerin bir sonucu olarak ortaya çıkan ağır atomların yanı sıra (şartlı olarak iç hızların ışık hızıyla karşılaştırılabilir olmasıyla açıklanır).
Bir dizi faktöre bağlı olarak - çekirdekteki nükleonların sayısı (izotonik kayma), dış elektron kabuklarının durumu (kimyasal kayma), vb. - Moseley diyagramındaki spektral çizgilerin konumu biraz değişebilir. Bu kaymaları incelemek atom hakkında detaylı bilgi edinmemizi sağlar.
Çok ince hedeflerden yayılan Bremsstrahlung X-ışınları 0'a yakın tamamen polarizedir; 0 azaldıkça polarizasyon derecesi azalır. Karakteristik radyasyon kural olarak polarize değildir.
X ışınları maddeyle etkileşime girdiğinde fotoelektrik etki meydana gelebilir.
X ışınları x kalınlığındaki bir madde tabakasından geçtiğinde, başlangıç yoğunlukları I 0 I = I 0 e - μ x değerine düşer; burada μ zayıflama katsayısıdır. I'nin zayıflaması iki işlem nedeniyle meydana gelir: X-ışını fotonlarının madde tarafından emilmesi ve saçılma sırasında yönlerinin değişmesi. Spektrumun uzun dalga bölgesinde, X ışınlarının absorpsiyonu baskındır, kısa dalga bölgesinde bunların saçılması baskındır. Emilim derecesi Z ve λ arttıkça hızla artar. Örneğin, sert X ışınları ~ 10 cm'lik bir hava katmanından serbestçe nüfuz eder; 3 cm kalınlığında bir alüminyum plaka, X ışınlarını λ = 0,027 ile yarı yarıya zayıflatır; yumuşak X-ışınları havada önemli ölçüde emilir ve bunların kullanımı ve araştırılması yalnızca vakumda veya zayıf emici bir gazda (örneğin He) mümkündür. X ışınları emildiğinde maddenin atomları iyonize olur.
X ışınlarının canlı organizmalar üzerindeki etkisi, dokularda neden olduğu iyonizasyona bağlı olarak faydalı ya da zararlı olabilir. X-ışınlarının absorpsiyonu λ'ya bağlı olduğundan yoğunlukları X-ışınlarının biyolojik etkisinin bir ölçüsü olamaz. X-ışını ölçümleri, X-ışınlarının madde üzerindeki etkisini niceliksel olarak ölçmek için kullanılır.
X ışınlarının büyük Z ve λ bölgesinde saçılması esas olarak λ değişmeden gerçekleşir ve buna tutarlı saçılma denir ve küçük Z ve λ bölgesinde kural olarak artar (tutarsız saçılma). X-ışınlarının tutarsız saçılımının bilinen 2 türü vardır: Compton ve Raman. Elastik olmayan parçacık saçılımı niteliğindeki Compton saçılmasında, X-ışını fotonunun kısmen kaybettiği enerji nedeniyle, geri tepme elektronu atomun kabuğundan dışarı uçar. Bu durumda fotonun enerjisi azalır ve yönü değişir; λ'daki değişiklik saçılma açısına bağlıdır. Yüksek enerjili bir X-ışını fotonunun hafif bir atom üzerine Raman saçılması sırasında enerjisinin küçük bir kısmı atomun iyonlaşmasına harcanır ve fotonun hareket yönü değişir. Bu tür fotonlardaki değişim saçılma açısına bağlı değildir.
X ışınları için kırılma indisi n, 1'den çok küçük bir miktar farklılık gösterir δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5. X ışınlarının ortamdaki faz hızı, ışığın boşluktaki hızından daha büyüktür. X ışınlarının bir ortamdan diğerine geçerken sapması çok küçüktür (birkaç dakikalık yay). X-ışınları boşluktan bir cismin yüzeyine çok küçük bir açıyla düştüğünde, tamamen dışarıya yansır.
İnsan gözü X ışınlarına duyarlı değildir. Röntgen
Işınlar, artan miktarda Ag ve Br içeren özel bir X-ışını fotoğraf filmi kullanılarak kaydedilir. λ bölgesinde<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть
искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В
области λ>5'te, sıradan pozitif fotoğraf filminin duyarlılığı oldukça yüksektir ve taneleri, X-ışını filminin tanelerinden çok daha küçüktür, bu da çözünürlüğü arttırır. Onlarca ve yüzlerce mertebesinde λ değerinde, X ışınları fotoemülsiyonun yalnızca en ince yüzey katmanına etki eder; Filmin hassasiyetini arttırmak için lüminesan yağlarla hassaslaştırılır. X-ışını teşhisinde ve kusur tespitinde, elektrofotografi bazen X-ışınlarını kaydetmek için kullanılır.
İyonizasyon odası kullanılarak yüksek yoğunluklu X ışınları kaydedilebilir
X-ışınları tıpta en yaygın olarak röntgen teşhisi için kullanılır.
X-ışını yapısal analizi
X-ışını mikroskobu
Uzaydan gelen X ışınları, kozmik cisimlerin kimyasal bileşimi ve uzayda meydana gelen fiziksel süreçler hakkında bilgi taşır. X-ışını astronomisi kozmik X-ışınlarını inceler.
X-ışını kırınım analizinin ana görevlerinden biri, bir malzemenin malzemesini veya faz bileşimini belirlemektir. X-ışını kırınım yöntemi doğrudandır ve yüksek güvenilirlik, hız ve göreceli ucuzluk ile karakterize edilir. Yöntem gerektirmez büyük miktar maddeler parçaya zarar vermeden analiz yapılabilmektedir. Kalitatif faz analizinin uygulama alanları hem araştırma hem de üretimde kontrol açısından çok çeşitlidir. Metalurjik üretimin başlangıç malzemelerinin bileşimini, sentez ürünlerini, işlemeyi, termal ve kimyasal-termal işlem sırasındaki faz değişikliklerinin sonucunu kontrol edebilir, çeşitli kaplamaları, ince filmleri vb. analiz edebilirsiniz.
Kendi kristal yapısına sahip olan her faz, yalnızca bu faza özgü, maksimum ve altından belirli bir dizi düzlemler arası mesafe d / n ile karakterize edilir. Wulff-Bragg denkleminden takip edildiği gibi, düzlemler arası mesafenin her değeri, belirli bir θ açısında (belirli bir dalga boyu λ için) çok kristalli bir numuneden alınan x-ışını kırınım modeli üzerindeki bir çizgiye karşılık gelir. Dolayısıyla, x-ışını kırınım desenindeki her faz için belirli bir dizi düzlemler arası mesafe, belirli bir çizgi sistemine (kırınım maksimumları) karşılık gelecektir. X-ışını kırınım desenindeki bu çizgilerin göreceli yoğunluğu öncelikle fazın yapısına bağlıdır. Bu nedenle, X-ışını görüntüsü üzerindeki çizgilerin konumunu (θ açısı) belirleyerek ve X-ışını görüntüsünün alındığı radyasyonun dalga boyunu bilerek, düzlemler arası mesafelerin d/ değerlerini belirleyebiliriz. n Wulff-Bragg formülünü kullanarak:
/n = λ/ (2sin θ). (1)
İncelenmekte olan malzeme için bir d/n seti belirleyerek ve bunu saf maddeler ve bunların çeşitli bileşikleri için önceden bilinen d/n verileriyle karşılaştırarak, verilen malzemeyi hangi fazın oluşturduğunu belirlemek mümkündür. Belirlenen şeyin kimyasal bileşim değil, fazlar olduğu, ancak belirli bir fazın elementel bileşimi hakkında ek veriler mevcutsa bazen ikincisinden çıkarım yapılabileceği vurgulanmalıdır. İncelenen malzemenin kimyasal bileşimi biliniyorsa, nitel faz analizinin görevi büyük ölçüde basitleşir, çünkü o zaman belirli bir durumda olası fazlar hakkında ön varsayımlar yapılabilir.
Faz analizinde asıl önemli olan d/n ve hat yoğunluğunu doğru bir şekilde ölçmektir. Prensipte bunu bir difraktometre kullanarak başarmak daha kolay olsa da, niteliksel analiz için foto yöntemin, öncelikle hassasiyet (bir numunede az miktarda fazın varlığını tespit etme yeteneği) ve aynı zamanda analizin basitliği açısından bazı avantajları vardır. deneysel teknik.
Bir x-ışını kırınım modelinden d/n'nin hesaplanması Wulff-Bragg denklemi kullanılarak gerçekleştirilir.
Bu denklemdeki λ değeri genellikle λ α ort K serisi olarak kullanılır:
λ α av = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)
Bazen K α1 çizgisi kullanılır. X-ışını fotoğraflarının tüm satırları için kırınım açılarını θ belirlemek, denklem (1)'i kullanarak d/n'yi hesaplamanıza ve β-çizgilerini ayırmanıza ((β-ışınları için filtre yoksa) olanak tanır.
Tüm gerçek tek kristalli ve özellikle çok kristalli malzemeler, tüm yapıya duyarlı özellikler ve işlemler üzerinde çok güçlü bir etkiye sahip olan belirli yapısal kusurlar (nokta kusurları, dislokasyonlar, çeşitli arayüz türleri, mikro ve makro gerilimler) içerir.
Yapısal kusurlar, farklı nitelikteki kristal kafeste bozulmalara neden olur ve bunun sonucunda kırınım modelinde farklı türde değişiklikler meydana gelir: atomlar arası ve düzlemler arası mesafelerdeki değişiklikler, kırınım maksimumlarının değişmesine neden olur, mikro gerilimler ve altyapı dağılımı, kırınım maksimumlarının genişlemesine yol açar, kafes mikro distorsiyonları bu maksimumların yoğunluğunda değişikliklere yol açar, dislokasyonların varlığı X-ışınlarının geçişi sırasında anormal olaylara ve sonuç olarak X-ışını topogramlarının aksine lokal homojensizliklere neden olur, vb.
Sonuç olarak, X-ışını kırınım analizi, yapısal kusurları, bunların türünü ve konsantrasyonunu ve dağılımın doğasını incelemek için en bilgilendirici yöntemlerden biridir.
Tasarım özellikleri nedeniyle sabit difraktometrelerde uygulanan geleneksel doğrudan X-ışını kırınımı yöntemi, yalnızca parçalardan veya nesnelerden kesilen küçük numuneler üzerindeki gerilimlerin ve gerinimlerin niceliksel olarak belirlenmesine olanak tanır.
Bu nedenle, şu anda, imalat ve işletme aşamalarında parça veya nesnelerin malzemesindeki gerilimlerin tahribatsız olarak değerlendirilmesini sağlayan sabitten taşınabilir küçük boyutlu X-ışını difraktometrelerine bir geçiş vardır.
DRP * 1 serisinin taşınabilir X-ışını difraktometreleri, büyük parçalarda, ürünlerde ve yapılarda tahribat olmadan artık ve etkili gerilimleri izlemenize olanak tanır
Windows ortamındaki program yalnızca “sin 2 ψ” yöntemini kullanarak gerçek zamanlı olarak gerilimleri belirlemeye değil, aynı zamanda faz bileşimi ve dokudaki değişiklikleri de izlemeye olanak tanır. Doğrusal koordinat dedektörü, 2θ = 43° kırınım açılarında eşzamanlı kayıt sağlar. Yüksek parlaklığa ve düşük güce (5 W) sahip "Fox" tipi küçük boyutlu X-ışını tüpleri, ışınlanan alandan 25 cm mesafede radyasyon seviyesinin eşit olduğu cihazın radyolojik güvenliğini sağlar. doğal arka plan seviyesi. DRP serisi cihazlar, metal şekillendirmenin çeşitli aşamalarında, kesme, taşlama, ısıl işlem, kaynak, yüzey sertleştirme sırasında bu teknolojik işlemleri optimize etmek amacıyla gerilimlerin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Özellikle kritik ürün ve yapılarda, işletme sırasında oluşan artık basınç gerilmelerinin seviyesinin izlenmesi, ürünün imha edilmeden hizmet dışı bırakılmasına olanak sağlayarak olası kaza ve felaketlerin önlenmesini sağlar.
Malzemenin atomik kristal yapısını ve faz bileşimini belirlemenin yanı sıra tüm özellikler Kimyasal bileşimini belirlemek zorunludur.
Bu amaçlar için pratikte giderek artan bir şekilde çeşitli aletsel spektral analiz yöntemleri kullanılmaktadır. Her birinin kendine göre avantajları ve uygulamaları vardır.
Çoğu durumda önemli gereksinimlerden biri, kullanılan yöntemin analiz edilen nesnenin güvenliğini sağlamasıdır; Bu bölümde tartışılanlar tam olarak bu analiz yöntemleridir. Bu bölümde açıklanan analiz yöntemlerinin seçildiği bir sonraki kriter bunların yerelliğidir.
Floresan X-ışını spektral analizi yöntemi, oldukça sert X-ışını radyasyonunun (bir X-ışını tüpünden) analiz edilen nesneye nüfuz etmesine ve yaklaşık birkaç mikrometre kalınlığında bir katmana nüfuz etmesine dayanır. Nesnede görünen karakteristik X-ışını radyasyonu, kimyasal bileşimi hakkında ortalama veri elde etmeyi mümkün kılar.
Bir maddenin elementel bileşimini belirlemek için, bir X-ışını tüpünün anotuna yerleştirilen ve elektron bombardımanına tabi tutulan bir numunenin karakteristik X-ışını radyasyonunun spektrumunun analizini - emisyon yöntemini veya analizini kullanabilirsiniz. Bir X-ışını tüpünden veya başka bir kaynaktan - floresan yönteminden sert X-ışınları ile ışınlanmış bir numunenin ikincil (floresan) X-ışını radyasyonunun spektrumu.
Emisyon yönteminin dezavantajı, öncelikle numuneyi X-ışını tüpünün anotunun üzerine yerleştirme ve ardından vakum pompalarıyla dışarı pompalama ihtiyacıdır; Açıkçası, bu yöntem eriyebilir ve uçucu maddeler için uygun değildir. İkinci dezavantaj, refrakter nesnelerin bile elektron bombardımanından zarar görmesi gerçeğiyle ilgilidir. Floresan yöntemi bu dezavantajlardan muaftır ve bu nedenle çok daha geniş bir uygulamaya sahiptir. Floresan yöntemin avantajı aynı zamanda Bremsstrahlung radyasyonunun olmamasıdır, bu da analizin hassasiyetini artırır. Ölçülen dalga boylarının kimyasal elementlerin spektral çizgi tablolarıyla karşılaştırılması niteliksel analizin temelini oluşturur ve örnek maddeyi oluşturan farklı elementlerin spektral çizgilerinin yoğunluklarının göreceli değerleri niceliksel analizin temelini oluşturur. Karakteristik X-ışını radyasyonunun uyarılma mekanizmasının incelenmesinden, bir veya başka bir serinin (K veya L, M, vb.) radyasyonunun aynı anda ortaya çıktığı ve seri içindeki çizgi yoğunluklarının oranlarının her zaman sabit olduğu açıktır. . Bu nedenle, bir veya başka bir öğenin varlığı, tek tek çizgilerle değil, bir bütün olarak bir dizi çizgiyle (belirli bir öğenin içeriği dikkate alınarak en zayıf olanlar hariç) belirlenir. Nispeten hafif elemanlar için, K serisi çizgilerin analizi, ağır elemanlar için - L serisi çizgiler; farklı koşullar altında (kullanılan ekipmana ve analiz edilen elementlere bağlı olarak), karakteristik spektrumun farklı bölgeleri en uygunu olabilir.
X-ışını spektral analizinin temel özellikleri aşağıdaki gibidir.
Ağır elementler için bile X-ışını karakteristik spektrumunun basitliği (optik spektrumlarla karşılaştırıldığında), bu da analizi basitleştirir (az sayıda çizgi; göreceli düzenlemelerinde benzerlik; sıra sayısında bir artışla spektrumda doğal bir kayma olur) kısa dalga bölgesine, niceliksel analizin karşılaştırmalı basitliği).
Dalga boylarının analiz edilen elementin atomlarının durumundan bağımsızlığı (serbest veya kimyasal bileşik). Bunun nedeni, karakteristik X-ışını radyasyonunun ortaya çıkmasının, çoğu durumda atomların iyonizasyon derecesine bağlı olarak pratik olarak değişmeyen dahili elektronik seviyelerin uyarılmasıyla ilişkili olmasıdır.
Dış kabukların elektronik yapısının benzerliği nedeniyle optik aralıkta spektrumları küçük farklılıklar gösteren ve kimyasal özelliklerinde çok az farklılık gösteren nadir toprak ve diğer bazı elementleri analizde ayırma yeteneği.
X-ışını floresans spektroskopi yöntemi “tahribatsızdır”, bu nedenle ince numuneleri (ince metal levha, folyo vb.) analiz ederken geleneksel optik spektroskopi yöntemine göre bir avantaja sahiptir.
X-ışını floresans spektrometreleri, belirlenen değerin %1'inden daha az bir hatayla, bir hassasiyet eşiğiyle elementlerin (Na veya Mg'den U'ya) hızlı kantitatif analizini sağlayan çok kanallı spektrometreler veya kuantometreler de dahil olmak üzere metalurji işletmelerinde özellikle yaygın olarak kullanılmaktadır. 10 -3 ... 10 -4%.
x-ışını ışını
X-ışını radyasyonunun spektral bileşimini belirleme yöntemleri
Spektrometreler iki türe ayrılır: kristal kırınımlı ve kristalsiz.
X ışınlarının doğal bir kırınım ızgarası (bir kristal) kullanılarak bir spektruma ayrıştırılması, esasen cam üzerinde periyodik çizgiler biçiminde yapay bir kırınım ızgarası kullanılarak sıradan ışık ışınlarının spektrumunun elde edilmesine benzer. Kırınım maksimumunun oluşma koşulu, d hkl mesafesiyle ayrılmış paralel atomik düzlemlerden oluşan bir sistemden "yansıma" koşulu olarak yazılabilir.
Kalitatif analiz yapılırken, bir numunedeki belirli bir elementin varlığı tek bir çizgiyle - genellikle belirli bir kristal analizör için uygun olan spektral serinin en yoğun çizgisi - değerlendirilebilir. Kristal kırınım spektrometrelerinin çözünürlüğü, periyodik tablodaki konumlarına komşu olan çift elementlerin karakteristik çizgilerini ayırmak için yeterlidir. Ancak farklı unsurların farklı çizgilerinin örtüşmesinin yanı sıra yansımaların örtüşmesini de hesaba katmalıyız. farklı düzen. Analitik hatlar seçilirken bu durum dikkate alınmalıdır. Aynı zamanda cihazın çözünürlüğünü iyileştirme olanaklarından da yararlanmak gerekir.
Dolayısıyla, X-ışınları 10 5 - 10 2 nm dalga boyuna sahip görünmez elektromanyetik radyasyondur. X ışınları görünür ışığı geçirmeyen bazı materyallere nüfuz edebilir. Bir maddedeki hızlı elektronların yavaşlaması sırasında (sürekli spektrum) ve elektronların bir atomun dış elektron kabuklarından iç kabuklarına geçişi (çizgi spektrumu) sırasında yayılırlar. X-ışını radyasyonunun kaynakları şunlardır: bir X-ışını tüpü, bazı radyoaktif izotoplar, hızlandırıcılar ve elektron depolama cihazları (senkrotron radyasyonu). Alıcılar - fotoğraf filmi, floresan ekranlar, nükleer radyasyon dedektörleri. X-ışınları, X-ışını kırınım analizi, tıp, kusur tespiti, X-ışını spektral analizi vb. alanlarda kullanılır.
V. Roentgen'in keşfinin olumlu yönleri dikkate alındığında, zararlı biyolojik etkisine de değinmek gerekiyor. X-ışını radyasyonunun şiddetli güneş yanığı (eritem) gibi bir şeye neden olabileceği, bununla birlikte ciltte daha derin ve daha kalıcı hasara neden olabileceği ortaya çıktı. Ortaya çıkan ülserler sıklıkla kansere dönüşür. Çoğu durumda parmakların veya ellerin kesilmesi gerekti. Ölümler de oldu.
Koruma (örn. kurşun) ve uzaktan kumandalar kullanılarak maruz kalma süresi ve dozunun azaltılmasıyla cilt hasarının önlenebileceği bulunmuştur. Ancak X-ışını radyasyonunun diğer, daha uzun vadeli sonuçları yavaş yavaş ortaya çıktı ve bunlar daha sonra deney hayvanlarında doğrulandı ve incelendi. X ışınlarının ve diğer iyonlaştırıcı radyasyonun (radyoaktif malzemelerin yaydığı gama radyasyonu gibi) neden olduğu etkiler şunları içerir:
) nispeten küçük aşırı radyasyondan sonra kan bileşiminde geçici değişiklikler;
) uzun süreli aşırı radyasyondan sonra kanın bileşiminde geri dönüşü olmayan değişiklikler (hemolitik anemi);
) kanser vakalarında artış (lösemi dahil);
) daha hızlı yaşlanma ve daha erken ölüm;
) katarakt oluşumu.
X-ışını radyasyonunun insan vücudu üzerindeki biyolojik etkisi, radyasyon dozunun seviyesine ve vücudun hangi organının radyasyona maruz kaldığına göre belirlenir.
X-ışını radyasyonunun insan vücudu üzerindeki etkilerine ilişkin bilgi birikimi, çeşitli referans yayınlarda yayınlanan, izin verilen radyasyon dozları için ulusal ve uluslararası standartların geliştirilmesine yol açmıştır.
X-ışını radyasyonunun zararlı etkilerinden kaçınmak için kontrol yöntemleri kullanılır:
) yeterli ekipmanın mevcudiyeti,
) güvenlik düzenlemelerine uygunluğun izlenmesi,
) ekipmanın doğru kullanımı.
1) Blokhin M.A., X-ışınlarının Fiziği, 2. baskı, M., 1957;
) Blokhin M.A., X-ışını spektral araştırma yöntemleri, M., 1959;
) X ışınları. Doygunluk. tarafından düzenlendi M.A. Blokhina, başına. onunla. ve English, M., 1960;
) Kharaja F., Genel X-ışını teknolojisi kursu, 3. baskı, M. - L., 1966;
) Mirkin L.I., Polikristallerin X-ışını yapısal analizine ilişkin El Kitabı, M., 1961;
) Vainshtein E.E., Kahana M.M., X-ışını spektroskopisi için referans tabloları, M., 1953.
) X-ışını ve elektron-optik analizi. Görelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Ders Kitabı. Üniversiteler için bir el kitabı. - 4. baskı. Eklemek. Ve yeniden çalışıldı. - M .: "MISiS", 2002. - 360 s.
Ek 1
X-ışını tüplerinin genel görünümü
Ek 2
Yapısal analiz için X-ışını tüpü diyagramı
Yapısal analiz için bir X-ışını tüpünün şeması: 1 - metal anot kabı (genellikle topraklanmış); 2 - X-ışını emisyonu için berilyum pencereleri; 3 - termiyonik katot; 4 - tüpün anot kısmını katottan izole eden cam şişe; 5 - filaman voltajının yanı sıra yüksek (anoda göre) voltajın sağlandığı katot terminalleri; 6 - elektrostatik elektron odaklama sistemi; 7 - anot (anti-katot); 8 - anot kabını soğutan akan suyun girişi ve çıkışı için borular.
Ek 3
Moseley diyagramı
Karakteristik X-ışını radyasyonunun K-, L- ve M serisi için Moseley diyagramı. Apsis ekseni Z elemanının seri numarasını gösterir ve ordinat ekseni ( İle- ışık hızı).
Ek 4
İyonizasyon odası.
Şekil 1. Silindirik bir iyonizasyon odasının kesiti: 1 - negatif elektrot görevi gören silindirik oda gövdesi; 2 - pozitif elektrot görevi gören silindirik çubuk; 3 - izolatörler.
Pirinç. 2. Mevcut bir iyonizasyon odasını açmak için devre şeması: V - oda elektrotlarındaki voltaj; G - iyonizasyon akımını ölçen galvanometre.
Pirinç. 3. İyonizasyon odasının akım-gerilim özellikleri.
Pirinç. 4. Darbe iyonizasyon odasının bağlantı şeması: C - toplama elektrotunun kapasitesi; R - direnç.
Ek 5
Sintilasyon sayacı.
Sintilasyon sayacı devresi: ışık kuantumu (fotonlar) fotokatottan elektronları “çıkarır”; Dinottan dinoda ilerledikçe elektron çığı çoğalır.
Ek 6
Geiger-Müller sayacı.
Pirinç. 1. Bir cam Geiger-Müller sayacının şeması: 1 - hermetik olarak kapatılmış bir cam tüp; 2 - katot (paslanmaz çelik boru üzerinde ince bir bakır tabakası); 3 - katot çıkışı; 4 - anot (ince gerilmiş iplik).
Pirinç. 2. Geiger-Müller sayacını bağlamak için devre şeması.
Pirinç. 3. Geiger-Müller sayacının sayma özellikleri.
Ek 7
Orantılı sayaç.
Orantılı bir sayacın şeması: a - elektron sürüklenme bölgesi; b - gaz geliştirme bölgesi.
Ek 8
Yarı iletken dedektörler
Yarı iletken dedektörler; Hassas alan gölgelendirmeyle vurgulanır; n - yarı iletkenin elektronik iletkenliğe sahip bölgesi, p - delik iletkenliğine sahip, i - içsel iletkenliğe sahip; a - silikon yüzey bariyer dedektörü; b - sürüklenme germanyum-lityum düzlemsel dedektörü; c - germanyum-lityum koaksiyel dedektör.
