X-ışını radyasyonu. Görüntü elde etme ilkeleri. Karakteristik X-ışını radyasyonu nasıl ortaya çıkar?

Uyku ilacı

Fizik açısından X-ışını radyasyonu, dalga boyu 0,001 ila 50 nanometre arasında değişen elektromanyetik radyasyondur. 1895 yılında Alman fizikçi V.K. Roentgen tarafından keşfedildi.

Doğası gereği bu ışınlar güneşin ultraviyole radyasyonuyla ilişkilidir. Radyo dalgaları spektrumdaki en uzun dalgalardır. Arkalarından gözümüzün algılamadığı ancak ısı olarak hissettiğimiz kızılötesi ışık gelir. Daha sonra kırmızıdan mora doğru ışınlar geliyor. Sonra - ultraviyole (A, B ve C). Ve onun hemen arkasında X ışınları ve gama radyasyonu.

X-ışınları iki şekilde elde edilebilir: Bir maddeden geçen yüklü parçacıkların yavaşlatılmasıyla ve enerji açığa çıktığında elektronların üst katmanlardan iç katmanlara geçişiyle.

Görünür ışığın aksine, bu ışınlar çok uzundur, dolayısıyla opak malzemelere yansımadan, kırılmadan veya birikmeden nüfuz edebilirler.

Bremsstrahlung'u elde etmek daha kolaydır. Yüklü parçacıklar frenleme sırasında elektromanyetik radyasyon yayar. Bu parçacıkların ivmesi ne kadar büyük olursa ve dolayısıyla yavaşlaması da o kadar keskin olursa, daha fazla X-ışını radyasyonu üretilir ve dalgalarının uzunluğu kısalır. Çoğu durumda, pratikte, katılardaki elektronların yavaşlaması sırasında ışın üretimine başvurulur. Bu, radyasyona maruz kalma tehlikesi olmadan bu radyasyonun kaynağının kontrol edilmesini sağlar çünkü kaynak kapatıldığında x-ışını radyasyonu tamamen kaybolur.

Bu tür radyasyonun en yaygın kaynağı, yaydığı radyasyonun homojen olmamasıdır. Hem yumuşak (uzun dalga) hem de sert (kısa dalga) radyasyon içerir. Yumuşak radyasyon, insan vücudu tarafından tamamen emilmesiyle karakterize edilir, bu nedenle bu tür X-ışını radyasyonu, sert radyasyondan iki kat daha fazla zarara neden olur. İnsan dokusunda aşırı elektromanyetik radyasyona maruz kalındığında iyonlaşma hücrelere ve DNA'ya zarar verebilir.

Tüpün iki elektrodu vardır; negatif katot ve pozitif anot. Katot ısıtıldığında elektronlar buharlaşır ve daha sonra hızlandırılır. Elektrik alanı. Anotların katı maddesiyle karşılaştıklarında yavaşlamaya başlarlar ve buna elektromanyetik radyasyon emisyonu da eşlik eder.

Özellikleri tıpta yaygın olarak kullanılan X-ışını radyasyonu, incelenen nesnenin hassas bir ekranda gölge görüntüsünün elde edilmesine dayanmaktadır. Teşhis konulan organ birbirine paralel bir ışın demeti ile aydınlatılırsa, bu organdan gelen gölgelerin yansıması bozulma olmadan (orantılı olarak) iletilecektir. Pratikte radyasyon kaynağı daha çok noktasal kaynağa benzediğinden kişiden ve ekrandan belli bir mesafeye yerleştirilir.

Bunu elde etmek için, X-ışını tüpü ile radyasyon alıcısı görevi gören bir ekran veya film arasına bir kişi yerleştirilir. Işınlama sonucunda kemik ve diğer kalın kumaşlar bariz gölgeler şeklinde görünür, daha az emilimle doku ileten, daha az etkileyici alanların arka planına karşı daha kontrastlı görünür. Röntgende kişi “yarı saydam” hale gelir.

X-ışınları yayıldıkça dağılabilir ve emilebilir. Işınlar emilmeden önce havada yüzlerce metre yol kat edebilir. Yoğun maddede çok daha hızlı emilirler. İnsan biyolojik dokuları heterojendir, dolayısıyla ışınların emilimi organ dokusunun yoğunluğuna bağlıdır. Atom numarası yüksek maddeler içerdiğinden ışınları yumuşak dokuya göre daha hızlı emer. Fotonlar (bireysel ışın parçacıkları) insan vücudunun farklı dokuları tarafından farklı şekillerde emilir, bu da X ışınları kullanılarak kontrastlı bir görüntü elde edilmesini mümkün kılar.

Radyoloji, x-ışını radyasyonunun bu hastalıktan kaynaklanan hayvanların ve insanların vücudu üzerindeki etkilerini, bunların tedavisini ve önlenmesini ve ayrıca x-ışınlarını (x-ışını teşhisi) kullanarak çeşitli patolojileri teşhis etme yöntemlerini inceleyen bir radyoloji dalıdır. . Tipik bir X-ışını teşhis cihazı, bir güç kaynağı cihazı (transformatörler), elektrik şebekesinden alternatif akımı doğru akıma dönüştüren bir yüksek voltaj redresörü, bir kontrol paneli, bir stand ve bir röntgen tüpü içerir.

X ışınları, anot maddesinin atomlarıyla çarpışma anında hızlandırılmış elektronların keskin bir şekilde yavaşlaması sırasında bir X-ışını tüpünde oluşan bir tür elektromanyetik salınımdır. Günümüzde genel olarak kabul edilen görüş, X-ışınlarının doğası gereği, fiziksel doğa spektrumu radyo dalgalarını, kızılötesi ışınları, görünür ışığı, ultraviyole ışınlarını ve radyoaktif elementlerin gama ışınlarını da içeren radyant enerji türlerinden biridir. X-ışını radyasyonu, en küçük parçacıkların (kuanta veya fotonlar) toplanması olarak karakterize edilebilir.

Pirinç. 1 - mobil röntgen ünitesi:

A - X-ışını tüpü;
B - güç kaynağı cihazı;
B - ayarlanabilir tripod.


Pirinç. 2 - Röntgen cihazının kontrol paneli (mekanik - solda ve elektronik - sağda):

A - pozlamayı ve sertliği ayarlamak için panel;
B - yüksek voltaj besleme düğmesi.
Pirinç. 3 - tipik bir X-ışını makinesinin blok diyagramı

1 - ağ;
2 - otomatik transformatör;
3 - yükseltici transformatör;
4 - X-ışını tüpü;
5 - anot;
6 - katot;
7 - düşürücü transformatör.

X-ışını üretiminin mekanizması

Hızlandırılmış elektron akışının anot maddesiyle çarpışması anında X ışınları oluşur. Elektronlar bir hedefle etkileşime girdiğinde kinetik enerjilerinin %99'u termal enerjiye, yalnızca %1'i X-ışını radyasyonuna dönüşür.

Bir X-ışını tüpü, içine 2 elektrotun lehimlendiği bir cam silindirden oluşur: bir katot ve bir anot. Cam balondan hava dışarı pompalanmıştır: Elektronların katottan anoda hareketi yalnızca bağıl vakum koşulları altında (10 -7 –10 -8 mm Hg) mümkündür. Katot, sıkıca bükülmüş bir tungsten spirali olan bir filamana sahiptir. Filamana elektrik akımı uygulandığında, elektronların filamandan ayrıldığı ve katot yakınında bir elektron bulutu oluşturduğu elektron emisyonu meydana gelir. Bu bulut, elektron hareketinin yönünü belirleyen katodun odaklama kabında yoğunlaşmıştır. Bardak katotta küçük bir çöküntüdür. Anot ise elektronların odaklandığı bir tungsten metal plaka içerir; burası X ışınlarının üretildiği yerdir.


Pirinç. 4 - X-ışını tüpü cihazı:

A - katot;
B - anot;
B - tungsten filamanı;
G - katodun odaklama kabı;
D - hızlandırılmış elektronların akışı;
E - tungsten hedefi;
F - cam şişe;
Z - berilyumdan yapılmış pencere;
Ve - oluşturulmuş röntgenler;
K - alüminyum filtre.

Elektronik tüpe bağlı 2 transformatör vardır: bir kademe düşürme ve bir yükseltme. Düşürücü bir transformatör, tungsten bobinini düşük voltajla (5-15 volt) ısıtır ve bu da elektron emisyonuna neden olur. Yükseltici veya yüksek voltajlı bir transformatör, 20-140 kilovolt voltajla beslenen katot ve anoda doğrudan uyar. Her iki transformatör de, transformatörlerin soğutulmasını ve güvenilir yalıtımını sağlayan, transformatör yağıyla doldurulmuş X-ışını makinesinin yüksek voltaj bloğuna yerleştirilir.

Bir düşürücü transformatör kullanılarak bir elektron bulutu oluşturulduktan sonra, yükseltici transformatör açılır ve elektrik devresinin her iki kutbuna yüksek voltajlı bir voltaj uygulanır: anoda pozitif bir darbe ve negatif bir darbe katoda. Negatif yüklü elektronlar, negatif yüklü katottan itilir ve pozitif yüklü anoda yönelir - bu potansiyel fark nedeniyle, 100 bin km/s'lik yüksek bir hareket hızı elde edilir. Bu hızda elektronlar anotun tungsten plakasını bombalayarak bir elektrik devresini tamamlar ve sonuçta x-ışınları ve termal enerji ortaya çıkar.

X-ışını radyasyonu bremsstrahlung ve karakteristik olarak ikiye ayrılır. Bremsstrahlung, bir tungsten sarmalının yaydığı elektronların hızındaki keskin bir yavaşlama nedeniyle oluşur. Karakteristik radyasyon, atomların elektronik kabuklarının yeniden yapılandırılması sırasında meydana gelir. Bu türlerin her ikisi de, hızlandırılmış elektronların anot maddesinin atomlarıyla çarpışması anında X-ışını tüpünde oluşur. Bir X-ışını tüpünün emisyon spektrumu, Bremsstrahlung ve karakteristik X-ışınlarının bir süperpozisyonudur.


Pirinç. 5 - Bremsstrahlung X-ışını radyasyonunun oluşum prensibi.
Pirinç. 6 - karakteristik x-ışını radyasyonunun oluşum prensibi.

X-ışını radyasyonunun temel özellikleri

  1. X-ışınları gözle görülmez.
  2. X-ışını radyasyonu, canlı bir organizmanın organları ve dokularının yanı sıra görünür ışık ışınlarını iletmeyen cansız doğadaki yoğun yapılar boyunca büyük bir nüfuz etme kabiliyetine sahiptir.
  3. X ışınları, floresans adı verilen bazı kimyasal bileşiklerin parlamasına neden olur.
  • Çinko ve kadmiyum sülfürler sarı-yeşil renkte floresans verir.
  • Kalsiyum tungstat kristalleri menekşe mavisidir.
  • X ışınlarının fotokimyasal etkisi vardır: gümüş bileşiklerini halojenlerle ayrıştırır ve fotoğraf katmanlarının kararmasına neden olarak röntgende görüntü oluşturur.
  • X ışınları enerjilerini atomlara ve moleküllere aktarır çevre içinden geçtikleri iyonlaştırıcı bir etki sergilerler.
  • X-ışını radyasyonunun ışınlanmış organ ve dokularda belirgin bir biyolojik etkisi vardır: küçük dozlarda metabolizmayı uyarır, büyük dozlarda radyasyon yaralanmalarının yanı sıra akut radyasyon hastalığının gelişmesine yol açabilir. Biyolojik özellik Tümör ve tümör dışı bazı hastalıkların tedavisinde X-ışını radyasyonunun kullanılmasına izin verir.

    • Elektromanyetik titreşim ölçeği

    X ışınlarının belirli bir dalga boyu ve titreşim frekansı vardır. Dalga boyu (λ) ve salınım frekansı (ν) şu ilişkiyle ilişkilidir: λ ν = c, burada c ışık hızıdır ve saniyede 300.000 km'ye yuvarlanır. X ışınlarının enerjisi E = h ν formülüyle belirlenir; burada h, 6,626 10 -34 J⋅s'ye eşit bir evrensel sabit olan Planck sabitidir. Işınların dalga boyu (λ), enerjileriyle (E) şu oranda ilişkilidir: λ = 12,4 / E.

    X-ışını radyasyonu, dalga boyu (tabloya bakınız) ve kuantum enerjisi açısından diğer elektromanyetik salınım türlerinden farklıdır. Dalga boyu ne kadar kısa olursa frekansı, enerjisi ve nüfuz gücü o kadar yüksek olur. X-ışını dalga boyu aralıktadır

    . X-ışını radyasyonunun dalga boyunu değiştirerek nüfuz etme yeteneği ayarlanabilir. X ışınlarının dalga boyu çok kısadır ancak titreşim frekansı yüksektir, bu nedenle görünmezler. insan gözüyle. Muazzam enerjileri nedeniyle kuantumlar büyük bir nüfuz gücüne sahiptir; bu, X-ışını radyasyonunun tıpta ve diğer bilimlerde kullanılmasını sağlayan ana özelliklerden biridir.

    X-ışını radyasyonunun özellikleri

    Yoğunluk- X-ışını radyasyonunun, birim zaman başına tüp tarafından yayılan ışınların sayısıyla ifade edilen niceliksel bir özelliği. X-ışını radyasyonunun yoğunluğu miliamper cinsinden ölçülür. Bunu geleneksel bir akkor lambadan gelen görünür ışığın yoğunluğuyla karşılaştırarak bir benzetme yapabiliriz: örneğin, 20 watt'lık bir lamba bir yoğunlukla veya güçle parlayacak, 200 watt'lık bir lamba başka bir yoğunlukla veya güçle parlayacak, diğer taraftan Işığın kalitesi (tayfı) aynıdır. Bir X-ışınının yoğunluğu aslında onun miktarıdır. Her elektron anotta bir veya daha fazla radyasyon kuantumu yaratır, bu nedenle bir nesneyi açığa çıkarırken X ışınlarının sayısı, anoda yönelen elektronların sayısı ve elektronların tungsten hedefinin atomlarıyla etkileşimlerinin sayısı değiştirilerek düzenlenir. , bu iki şekilde yapılabilir:

    1. Bir düşürücü transformatör kullanarak katot spiralinin ısınma derecesini değiştirerek (emisyon sırasında üretilen elektronların sayısı tungsten spiralin ne kadar sıcak olduğuna bağlı olacaktır ve radyasyon kuantumunun sayısı elektron sayısına bağlı olacaktır);
    2. Yükseltici bir transformatör tarafından tüpün kutuplarına - katot ve anot - sağlanan yüksek voltajın büyüklüğünü değiştirerek (tüpün kutuplarına voltaj ne kadar yüksek olursa, elektronlar o kadar fazla kinetik enerji alır, bu da enerjileri nedeniyle, anot maddesinin birkaç atomu ile sırayla etkileşime girebilir - bkz. pirinç. 5; düşük enerjili elektronlar daha az etkileşime girebilecektir).

    X-ışını yoğunluğunun (anot akımı) maruz kalma süresiyle (tüp çalışma süresi) çarpımı, mAs (saniye başına miliamper) cinsinden ölçülen X-ışını maruziyetine karşılık gelir. Pozlama, yoğunluk gibi, X-ışını tüpü tarafından yayılan ışınların sayısını karakterize eden bir parametredir. Tek fark, pozlamanın aynı zamanda tüpün çalışma süresini de hesaba katmasıdır (örneğin, tüp 0,01 saniye çalışırsa ışın sayısı bir olur, 0,02 saniye olursa ışın sayısı olur) farklı - iki kat daha fazla). Radyasyona maruz kalma miktarı, muayenenin türüne, incelenen nesnenin boyutuna ve teşhis görevine bağlı olarak radyolog tarafından X-ışını makinesinin kontrol panelinde ayarlanır.

    Sertlik- X-ışını radyasyonunun niteliksel özellikleri. Tüp üzerindeki yüksek voltajın kilovolt cinsinden büyüklüğü ile ölçülür. X ışınlarının nüfuz gücünü belirler. Yükseltici bir transformatör tarafından X-ışını tüpüne sağlanan yüksek voltajla düzenlenir. Tüpün elektrotları arasında potansiyel farkı ne kadar yüksek olursa, elektronlar katottan o kadar fazla kuvvetle itilir ve anoda doğru hareket eder ve anotla çarpışmaları o kadar güçlü olur. Çarpışmaları ne kadar güçlü olursa, ortaya çıkan X-ışını radyasyonunun dalga boyu o kadar kısa olur ve bu dalganın nüfuz etme yeteneği (veya yoğunluk gibi kontrol panelinde voltaj parametresi tarafından düzenlenen radyasyonun sertliği) o kadar yüksek olur. tüp - kilovoltaj).

    Pirinç. 7 - Dalga boyunun dalga enerjisine bağımlılığı:

    λ - dalga boyu;
    E - dalga enerjisi

    • Hareket eden elektronların kinetik enerjisi ne kadar yüksek olursa, anot üzerindeki etkileri de o kadar güçlü olur ve ortaya çıkan X-ışını radyasyonunun dalga boyu o kadar kısa olur. Uzun dalga boyuna ve düşük nüfuz gücüne sahip X-ışını radyasyonuna "yumuşak", kısa dalga boyuna ve yüksek nüfuz gücüne sahip X-ışını radyasyonuna "sert" adı verilir.
     Pirinç. 8 - X-ışını tüpündeki voltaj ile ortaya çıkan X-ışını radyasyonunun dalga boyu arasındaki ilişki:
    • Tüpün kutuplarına ne kadar yüksek voltaj uygulanırsa aralarındaki potansiyel fark o kadar güçlü olur, dolayısıyla hareket eden elektronların kinetik enerjisi daha yüksek olur. Tüp üzerindeki voltaj, elektronların hızını ve anot maddesiyle çarpışma kuvvetini belirler; dolayısıyla voltaj, ortaya çıkan X-ışını radyasyonunun dalga boyunu belirler.

    X-ışını tüplerinin sınıflandırılması

    1. Amaca göre
      1. Tanı
      2. Tedavi edici
      3. Yapısal analiz için
      4. Yarı saydam için
    2. Tasarım gereği
      1. Odak noktasına göre
    • Tek odaklı (katotta bir spiral ve anotta bir odak noktası)
    • Bifokal (katotta farklı boyutlarda iki spiral ve anotta iki odak noktası vardır)
    1. Anot tipine göre
    • Sabit (sabit)
    • Dönen

    X-ışınları yalnızca röntgen teşhis amaçlı değil aynı zamanda tedavi amaçlı da kullanılır. Yukarıda belirtildiği gibi, X-ışını radyasyonunun tümör hücrelerinin büyümesini baskılama yeteneği, bunun radyasyon tedavisi onkolojik hastalıklar. Tıbbi uygulama alanına ek olarak, X-ışını radyasyonu mühendislik, malzeme bilimi, kristalografi, kimya ve biyokimyada da geniş uygulama alanı bulmuştur: örneğin, çeşitli ürünlerdeki (raylar, kaynaklar vb.) yapısal kusurları tanımlamak mümkündür. X-ışını radyasyonu kullanılarak. Bu tür araştırmalara kusur tespiti denir. Havalimanlarında, tren istasyonlarında ve diğer kalabalık yerlerde ise güvenlik amacıyla el bagajı ve bagaj taraması için X-ray televizyon introskopları aktif olarak kullanılıyor.

    Anot tipine bağlı olarak X-ışını tüplerinin tasarımı farklılık gösterir. Elektronların kinetik enerjisinin% 99'unun termal enerjiye dönüştürülmesi nedeniyle, tüpün çalışması sırasında anotta önemli ölçüde ısınma meydana gelir - hassas tungsten hedefi sıklıkla yanar. Anot, modern X-ışını tüplerinde döndürülerek soğutulur. Dönen anot, ısıyı tüm yüzeyine eşit şekilde dağıtan ve tungsten hedefinin yerel olarak aşırı ısınmasını önleyen bir disk şekline sahiptir.

    X-ışını tüplerinin tasarımı da odak açısından farklılık gösterir. Odak noktası, çalışan X-ışını ışınının üretildiği anodun alanıdır. Gerçek odak noktasına ve etkili odak noktasına bölünmüştür ( pirinç. 12). Anot açılı olduğundan etkin odak noktası gerçek olandan daha küçüktür. Görüntü alanının boyutuna bağlı olarak farklı odak noktası boyutları kullanılır. Görüntü alanı ne kadar büyük olursa, görüntünün tüm alanını kaplayacak şekilde odak noktası da o kadar geniş olmalıdır. Ancak daha küçük bir odak noktası daha iyi görüntü netliği sağlar. Bu nedenle küçük görüntüler üretilirken kısa bir filaman kullanılır ve elektronlar anotun küçük bir hedef alanına yönlendirilerek daha küçük bir odak noktası oluşturulur.


    Pirinç. 9 - Sabit anotlu X-ışını tüpü.
    Pirinç. 10 - Dönen anotlu X-ışını tüpü.
    Pirinç. 11 - Dönen anotlu X-ışını tüpü cihazı.
    Pirinç. Şekil 12, gerçek ve etkili bir odak noktasının oluşumunu gösteren bir diyagramdır.

    Atom olaylarının incelenmesinde ve pratik kullanımında X-ışınları en önemli rollerden birini oynar. Araştırmaları sayesinde birçok keşif yapıldı ve çeşitli alanlarda kullanılan maddelerin analizine yönelik yöntemler geliştirildi. Burada X-ışınlarının bir tipine, karakteristik X-ışınlarına bakacağız.

    X-ışınlarının doğası ve özellikleri

    X-ışını radyasyonu, uzayda yaklaşık 300.000 km/s hızla yayılan, elektromanyetik dalgalar olan, elektromanyetik alanın durumundaki yüksek frekanslı bir değişikliktir. Elektromanyetik radyasyon aralığı ölçeğinde, x-ışınları, yaklaşık 10-8 ila 5∙10-12 metre arasındaki dalga boyu bölgesinde bulunur; bu, optik dalgalardan birkaç kat daha kısadır. Bu, 3∙10 16 ila 6∙10 19 Hz arasındaki frekanslara ve 10 eV ila 250 keV veya 1,6∙10 -18 ila 4∙10 -14 J arasındaki enerjilere karşılık gelir. Frekans aralıklarının sınırlarının şu şekilde olduğu belirtilmelidir: elektromanyetik radyasyon, örtüşmelerinden dolayı oldukça keyfidir.

    Hızlandırılmış yüklü parçacıkların (yüksek enerjili elektronlar) elektrik ve manyetik alanlarla ve maddenin atomlarıyla etkileşimidir.

    X-ışını fotonları, özellikle dalga boyları 1 nanometreden (10-9 m) daha düşük olan sert X-ışınları için, yüksek enerjiler ve yüksek nüfuz etme ve iyonlaştırma güçleri ile karakterize edilir.

    X ışınları, fotoelektrik etki (fotoabsorpsiyon) ve tutarsız (Compton) saçılma süreçlerinde madde ile etkileşime girerek atomlarını iyonize eder. Fotoabsorbsiyonda, bir atomun elektronu tarafından absorbe edilen bir X-ışını fotonu, ona enerji aktarır. Değeri atomdaki elektronun bağlanma enerjisini aşarsa atomdan ayrılır. Compton saçılması daha sert (enerjik) X-ışını fotonlarının karakteristiğidir. Emilen fotonun enerjisinin bir kısmı iyonizasyona harcanır; bu durumda, birincil fotonun yönüne belirli bir açıyla, daha düşük frekanslı bir ikincil foton yayılır.

    X-ışını radyasyonunun türleri. Bremsstrahlung

    Kiriş üretmek için, içinde elektrot bulunan cam vakum silindirleri kullanılır. Elektrotlar arasındaki potansiyel farkının yüzlerce kilovolta kadar çok yüksek olması gerekir. Akımla ısıtılan tungsten katotta termiyonik emisyon meydana gelir, yani potansiyel farkla hızlanan anodu bombalayan elektronlar ondan yayılır. Anotun atomlarıyla (bazen antikatot olarak da adlandırılır) etkileşimleri sonucunda X-ışını fotonları doğar.

    Hangi sürecin bir fotonun oluşmasına yol açtığına bağlı olarak, X-ışını radyasyonu türleri ayırt edilir: Bremsstrahlung ve karakteristik.

    Elektronlar anotla karşılaştıklarında yavaşlayabilir, yani atomlarının elektrik alanlarında enerji kaybedebilirler. Bu enerji x-ışını fotonları şeklinde yayılır. Bu tür radyasyona bremsstrahlung denir.

    Frenleme koşullarının bireysel elektronlar için farklı olacağı açıktır. Bu, kinetik enerjilerinin farklı miktarlarının x-ışınlarına dönüştüğü anlamına gelir. Sonuç olarak bremsstrahlung, farklı frekanslardaki ve buna bağlı olarak dalga boylarındaki fotonları içerir. Bu nedenle spektrumu süreklidir (sürekli). Bazen bu nedenle “beyaz” X-ışınları olarak da adlandırılır.

    Bir Bremsstrahlung fotonun enerjisi, onu üreten elektronun kinetik enerjisini aşamaz, dolayısıyla Bremsstrahlung radyasyonunun maksimum frekansı (ve en kısa dalga boyu), anot üzerine gelen elektronların kinetik enerjisinin en yüksek değerine karşılık gelir. İkincisi elektrotlara uygulanan potansiyel farkına bağlıdır.

    Kaynağı farklı bir süreç olan başka bir tür X-ışını radyasyonu vardır. Bu radyasyona karakteristik radyasyon denir ve üzerinde daha detaylı duracağız.

    Karakteristik X-ışını radyasyonu nasıl ortaya çıkar?

    Anti-katoda ulaşan hızlı bir elektron, atomun içine nüfuz edebilir ve alt yörüngelerden birinden bir elektronu çıkarabilir, yani potansiyel bariyeri aşmak için yeterli enerjiyi ona aktarabilir. Ancak elektronların bulunduğu atomda daha yüksek enerji seviyeleri varsa boşalan alan boş kalmayacaktır.

    Her enerji sistemi gibi atomun elektronik yapısının da enerjiyi en aza indirme eğiliminde olduğu unutulmamalıdır. Nakavt sonucu oluşan boşluk, daha yüksek seviyelerden birinden gelen bir elektronla doldurulur. Enerjisi daha yüksektir ve daha düşük bir seviyeyi işgal ederek fazlalığı karakteristik bir x-ışını radyasyonu kuantumu şeklinde yayar.

    Bir atomun elektronik yapısı, elektronların olası enerji durumlarının ayrı bir kümesidir. Bu nedenle, elektron boşluklarının değiştirilmesi sırasında yayılan X-ışını fotonları da yalnızca kesin olarak tanımlanmış enerji değerlerine sahip olabilir ve bu da düzey farkını yansıtır. Sonuç olarak, karakteristik X-ışını radyasyonu sürekli olmayan ancak çizgi şeklinde bir spektruma sahiptir. Bu spektrum, anotun maddesini karakterize etmeyi mümkün kılar; dolayısıyla bu ışınların adı da buradan gelir. Bremsstrahlung ve karakteristik X-ışını radyasyonunun ne anlama geldiği, spektral farklılıklar sayesinde açıktır.

    Bazen fazla enerji atom tarafından yayılmaz, ancak üçüncü elektronu yok etmek için harcanır. Auger etkisi olarak adlandırılan bu sürecin, elektron bağlanma enerjisi 1 keV'yi aşmadığında ortaya çıkma olasılığı daha yüksektir. Serbest bırakılan Auger elektronunun enerjisi, atomun enerji seviyelerinin yapısına bağlıdır, dolayısıyla bu tür elektronların spektrumları da doğası gereği ayrıktır.

    Karakteristik spektrumun genel görünümü

    X-ışını spektral resminde sürekli bir Bremsstrahlung spektrumu ile birlikte dar karakteristik çizgiler mevcuttur. Spektrumu yoğunluk-dalga boyu (frekans) grafiği olarak hayal edersek, çizgilerin yerlerinde keskin tepe noktaları görürüz. Konumları anot malzemesine bağlıdır. Bu maksimumlar herhangi bir potansiyel farkta mevcuttur; eğer X-ışınları varsa, her zaman zirveler de vardır. Tüp elektrotları üzerindeki voltaj arttıkça hem sürekli hem de karakteristik X-ışını radyasyonunun yoğunluğu artar, ancak tepe noktalarının konumu ve yoğunluklarının oranı değişmez.

    X-ışını spektrumundaki tepe noktaları, elektronlar tarafından ışınlanan antikatodun materyalinden bağımsız olarak aynı görünüme sahiptir, ancak farklı materyaller için farklı frekanslarda konumlandırılırlar ve frekans değerlerinin yakınlığına bağlı olarak seri halinde birleşirler. Serilerin kendi aralarında frekans farkı çok daha belirgindir. Maksimumun türü hiçbir şekilde anot malzemesinin saf olup olmamasına bağlı değildir. kimyasal element Yoksa karmaşık bir madde mi? İkinci durumda, kendisini oluşturan elemanların karakteristik X-ışını spektrumları basitçe üst üste bindirilir.

    Bir kimyasal elementin atom numarası arttıkça X-ışını spektrumunun tüm çizgileri daha yüksek frekanslara doğru kayar. Spektrum görünümünü korur.

    Moseley Yasası

    Karakteristik çizgilerin spektral kayması olgusu, 1913'te İngiliz fizikçi Henry Moseley tarafından deneysel olarak keşfedildi. Bu onun maksimum spektrum frekanslarını kimyasal elementlerin seri numaralarıyla birleştirmesine olanak sağladı. Böylece, ortaya çıktığı gibi, karakteristik X-ışını radyasyonunun dalga boyu, belirli bir elementle açıkça ilişkilendirilebilir. Genel olarak Moseley yasası şu şekilde yazılabilir: √f = (Z - S n)/n√R, burada f frekans, Z elemanın seri numarası, S n perdeleme sabiti, n ise baş kuantum sayısı ve R, Rydberg sabitidir. Bu bağımlılık doğrusaldır ve Moseley diyagramında her n değeri için bir dizi düz çizgi gibi görünür.

    N değerleri, bireysel karakteristik X-ışını emisyon zirveleri serisine karşılık gelir. Moseley yasası, X-ışını spektrumunun maksimumlarının ölçülen dalga boylarına (bunlar benzersiz bir şekilde frekanslarla ilişkilidir) dayanarak sert elektronlar tarafından ışınlanan bir kimyasal elementin seri numarasını belirlemeyi mümkün kılar.

    Kimyasal elementlerin elektronik kabuklarının yapısı aynıdır. Bu, X-ışını radyasyonunun karakteristik spektrumundaki kayma değişiminin monotonluğu ile gösterilir. Frekans kayması yapısal değil, her bir elemente özgü olan elektron kabukları arasındaki enerji farklılıklarını yansıtır.

    Moseley yasasının atom fiziğindeki rolü

    Moseley yasasıyla ifade edilen katı doğrusal ilişkiden küçük sapmalar vardır. Bunlar, ilk olarak, bazı elementlerin elektron kabuklarını doldurma sırasının özellikleriyle ve ikinci olarak, ağır atomların elektronlarının hareketinin göreceli etkileriyle ilişkilidir. Ayrıca çekirdekteki nötron sayısı değiştiğinde (izotopik kayma denir) çizgilerin konumu biraz değişebilir. Bu etki atomun yapısını detaylı olarak incelemeyi mümkün kıldı.

    Moseley yasasının önemi son derece büyüktür. Öğelere sırayla uygulama periyodik tablo Mendeleev, karakteristik maksimumlardaki her küçük kaymaya karşılık gelen sıra sayısını artıran bir model oluşturdu. Bu, elementlerin sıralı sayısının fiziksel anlamı sorusunun açıklığa kavuşturulmasına yardımcı oldu. Z değeri sadece bir sayı değildir: çekirdeğin pozitif elektrik yüküdür; bu, bileşimini oluşturan parçacıkların birim pozitif yüklerinin toplamıdır. Öğelerin tabloya doğru yerleştirilmesi ve içinde boş konumların varlığı (o zamanlar hala mevcuttu) güçlü bir onay aldı. Periyodik kanunun geçerliliği kanıtlandı.

    Ek olarak Moseley yasası, tüm deneysel araştırma yönünün - X-ışını spektrometrisinin - ortaya çıktığı temel haline geldi.

    Bir atomun elektron kabuklarının yapısı

    Elektron yapısının nasıl yapıldığını kısaca hatırlayalım: K, L, M, N, O, P, Q harfleri veya 1'den 7'ye kadar rakamlarla gösterilen kabuklardan oluşur. Kabuk içindeki elektronlar aynı temel kuantum ile karakterize edilir. Olası enerji değerlerini belirleyen n sayısı. Dış kabuklarda elektron enerjisi daha yüksektir ve dış elektronların iyonlaşma potansiyeli buna bağlı olarak daha düşüktür.

    Kabuk bir veya daha fazla alt seviye içerir: s, p, d, f, g, h, i. Her kabukta alt düzey sayısı bir öncekine göre bir artar. Her alt seviyedeki ve her kabuktaki elektron sayısı belirli bir değeri aşamaz. Ana kuantum sayısına ek olarak, şekli belirleyen yörünge elektron bulutunun aynı değeri ile karakterize edilirler. Alt düzeyler ait oldukları kabuk tarafından belirlenir; örneğin 2s, 4d vb.

    Alt seviye, ana ve yörüngesel olanlara ek olarak, elektronun yörüngesel momentumunun manyetik alanın yönüne projeksiyonunu belirleyen başka bir kuantum sayısı - manyetik ile belirtilenleri içerir. Bir yörünge, dördüncü kuantum sayısı olan spinin değerinde farklılık gösteren ikiden fazla elektrona sahip olamaz.

    Karakteristik X-ışını radyasyonunun nasıl ortaya çıktığını daha ayrıntılı olarak ele alalım. Bu tür elektromanyetik emisyonun kökeni atomun içinde meydana gelen olaylarla ilişkili olduğundan, onu tam olarak elektronik konfigürasyonların yaklaşımıyla tanımlamak en uygunudur.

    Karakteristik X-ışını radyasyonu üretme mekanizması

    Dolayısıyla bu radyasyonun nedeni, yüksek enerjili elektronların atomun derinliklerine nüfuz etmesinden kaynaklanan iç kabuklarda elektron boşluklarının oluşmasıdır. Sert bir elektronun etkileşime girme olasılığı, elektron bulutlarının yoğunluğu arttıkça artar. Bu nedenle çarpışmaların en alttaki K kabuğu gibi sıkı bir şekilde paketlenmiş iç kabuklarda meydana gelmesi muhtemeldir. Burada atom iyonize olur ve 1s kabuğunda bir boşluk oluşur.

    Bu boşluk kabuktaki daha yüksek enerjiye sahip bir elektron tarafından doldurulur ve bunun fazlası X-ışını fotonu tarafından taşınır. Bu elektron ikinci L kabuğundan, üçüncü M kabuğundan vb. “düşebilir”. Bu örnekte K serisi gibi karakteristik bir seri bu şekilde oluşturulur. Boşluğu dolduran elektronun nereden geldiğine dair bir gösterge, seri tanımlamasında Yunan indeksi şeklinde verilmiştir. "Alfa" L kabuğundan geldiğini, "beta" ise M kabuğundan geldiğini ifade eder. Şu anda, Yunan harf indekslerini, kabukları belirlemek için benimsenen Latin harf indeksleriyle değiştirme eğilimi var.

    Serideki alfa çizgisinin yoğunluğu her zaman en yüksektir; bu, komşu kabuktaki boşluğu doldurma olasılığının en yüksek olduğu anlamına gelir.

    Artık karakteristik X-ışını radyasyonunun bir kuantumunun maksimum enerjisinin ne olduğu sorusunu cevaplayabiliriz. E = E n 2 - E n 1 formülüne göre, elektron geçişinin gerçekleştiği seviyelerin enerji değerleri arasındaki farkla belirlenir; burada E n 2 ve E n 1, elektronik devrenin enerjileridir. geçişin gerçekleştiği durumlar. Bu parametrenin en yüksek değeri, ağır elementlerin atomlarının en yüksek seviyelerinden K serisi geçişlerle verilir. Ancak bu çizgilerin yoğunluğu (zirvelerin yüksekliği) en düşük seviyededir çünkü bunlar en az olasıdır.

    Elektrotlardaki voltajın yetersiz olması nedeniyle sert bir elektron K seviyesine ulaşamazsa, L seviyesinde bir boşluk oluşur ve daha uzun dalga boylarına sahip, daha az enerjili bir L serisi oluşur. Sonraki diziler de benzer şekilde doğar.

    Ayrıca elektronik geçiş sonucunda bir boşluk dolduğunda, üstteki kabukta yeni bir boşluk ortaya çıkar. Bu, bir sonraki serinin oluşturulması için koşulları yaratır. Elektron boşlukları seviyeden seviyeye yükselir ve atom, iyonize halde kalırken bir dizi karakteristik spektral dizi yayar.

    Karakteristik spektrumların ince yapısı

    Karakteristik X-ışını radyasyonunun atomik X-ışını spektrumları, optik spektrumlarda olduğu gibi çizgi bölünmesiyle ifade edilen ince bir yapı ile karakterize edilir.

    İnce yapı, enerji seviyesinin (elektron kabuğunun) birbirine yakın yerleştirilmiş bileşenlerden (alt kabuklardan) oluşmasından kaynaklanmaktadır. Alt kabukları karakterize etmek için, elektronun kendi ve yörünge manyetik momentlerinin etkileşimini yansıtan başka bir iç kuantum numarası j eklenir.

    Dönme-yörünge etkileşiminin etkisiyle atomun enerji yapısı daha karmaşık hale gelir ve bunun sonucunda karakteristik X-ışını radyasyonu, çok yakın aralıklı elemanlara sahip bölünmüş çizgilerle karakterize edilen bir spektruma sahip olur.

    İnce yapı elemanları genellikle ek dijital endekslerle gösterilir.

    Karakteristik X-ışını radyasyonu, yalnızca spektrumun ince yapısında yansıtılan bir özelliğe sahiptir. Bir elektronun daha düşük bir enerji seviyesine geçişi, daha yüksek bir seviyenin alt alt kabuğundan gerçekleşmez. Böyle bir olayın ihmal edilebilir bir olasılığı vardır.

    Spektrometride X ışınlarının kullanımı

    Bu radyasyon, Moseley yasasında tanımlanan özellikleri nedeniyle, maddelerin analizi için çeşitli X-ışını spektral yöntemlerinin temelini oluşturur. X-ışını spektrumunu analiz ederken, ya radyasyonun kristaller üzerindeki kırınımı (dalga dağıtma yöntemi) ya da emilen X-ışını fotonlarının enerjisine duyarlı dedektörler (enerji dağıtma yöntemi) kullanılır. Çoğu elektron mikroskobu bir çeşit X-ışını spektrometresi eklentisiyle donatılmıştır.

    Dalga dağıtıcı spektrometri özellikle doğrudur. Özel filtreler kullanılarak spektrumdaki en yoğun tepe noktaları vurgulanır ve kesin olarak bilinen bir frekansa sahip neredeyse tek renkli radyasyonun elde edilmesi mümkün olur. İstenilen frekansta monokromatik bir ışın elde edilmesini sağlamak için anot malzemesi çok dikkatli seçilir. İncelenen maddenin kristal kafesi üzerindeki kırınımı, kafes yapısının büyük bir doğrulukla incelenmesine olanak tanır. Bu yöntem aynı zamanda DNA ve diğer karmaşık moleküllerin incelenmesinde de kullanılır.

    Karakteristik X-ışını radyasyonunun özelliklerinden biri de gama spektrometrisinde dikkate alınır. Bu yüksek yoğunluklu karakteristik bir zirvedir. Gama spektrometreleri, ölçümlere müdahale eden dış arka plan radyasyonuna karşı kurşun koruma kullanır. Ancak gama ışınlarını emen kurşun, dahili iyonlaşmayı deneyimler ve bunun sonucunda X-ışını aralığında aktif olarak yayılır. Kurşunun karakteristik X-ışını radyasyonunun yoğun tepe noktalarını absorbe etmek için ek kadmiyum koruması kullanılır. Bu da iyonize olur ve ayrıca X ışınları yayar. Kadmiyumun karakteristik tepe noktalarını nötralize etmek için üçüncü bir koruyucu katman kullanılır - X-ışını maksimumları gama spektrometresinin çalışma frekans aralığının dışında kalan bakır.

    Spektrometri hem Bremsstrahlung'u hem de karakteristik X ışınlarını kullanır. Bu nedenle, maddeleri analiz ederken, sürekli X ışınlarının çeşitli maddeler tarafından absorpsiyon spektrumları incelenir.

    RÖNTGEN
    değişen derecelerde de olsa tüm maddelere nüfuz edebilen görünmez radyasyon. Dalga boyu yaklaşık 10-8 cm olan elektromanyetik radyasyondur, X-ışını radyasyonu da görünür ışık gibi fotoğraf filminin kararmasına 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 yüzden, kemik dokusu cildi ve iç organları oluşturan dokulara göre röntgen ışınlarına karşı daha az şeffaftır. Bu nedenle röntgende kemikler daha açık renkli alanlar olarak görünecek ve radyasyona karşı daha şeffaf olan kırık bölgesi oldukça kolay tespit edilebilecektir. X ışınları ayrıca diş hekimliğinde diş köklerindeki çürük ve apseleri tespit etmek için, endüstride ise döküm, plastik ve kauçuklardaki çatlakları tespit etmek için kullanılır. X ışınları kimyada bileşikleri analiz etmek için ve fizikte kristallerin yapısını incelemek için kullanılır. Kimyasal bir bileşikten geçen bir X-ışını ışını, karakteristik ikincil radyasyon üretir; bunun spektroskopik analizi, kimyagerin bileşiğin bileşimini belirlemesine olanak tanır. Kristalin bir maddenin üzerine düştüğünde, bir X-ışını ışını kristalin atomları tarafından saçılır ve fotoğraf plakası üzerinde net, düzenli bir nokta ve şerit resmi verir, bu da kristalin iç yapısının oluşturulmasını mümkün kılar. X ışınlarının kanser tedavisinde kullanılması, öldürücü olması gerçeğine dayanmaktadır. kanser hücreleri. Ancak normal hücreler üzerinde de istenmeyen etkileri olabilir. Bu nedenle X ışınlarını bu şekilde kullanırken çok dikkatli olunmalıdır. X-ışını radyasyonu Alman fizikçi W. Roentgen (1845-1923) tarafından keşfedildi. Adı, bu radyasyonla ilgili diğer bazı fiziksel terimlerle ölümsüzleştirilmiştir: Röntgen, iyonlaştırıcı radyasyonun uluslararası doz birimidir; X-ışını makinesinde çekilen bir resme radyografi denir; Hastalıkları teşhis ve tedavi etmek için x ışınlarını kullanan radyolojik tıp alanına radyoloji denir. Roentgen, 1895 yılında Würzburg Üniversitesi'nde fizik profesörü iken radyasyonu keşfetti. Katot ışınlarıyla (deşarj tüplerinde elektron akışı) deneyler yaparken, vakum tüpünün yanına yerleştirilmiş, kristal baryum siyanoplatinit ile kaplı bir ekranın, tüpün kendisi siyah kartonla kaplı olmasına rağmen parlak bir şekilde parladığını fark etti. Roentgen ayrıca, keşfettiği ve X-ışınları adını verdiği bilinmeyen ışınların nüfuz etme yeteneğinin, emici malzemenin bileşimine bağlı olduğunu da tespit etti. Ayrıca katot ışınlı bir deşarj tüpü ile baryum siyanoplatinit kaplı bir ekran arasına yerleştirerek kendi elinin kemiklerinin görüntüsünü elde etti. Roentgen'in keşfini, bu radyasyonun birçok yeni özelliğini ve uygulamasını keşfeden diğer araştırmacıların deneyleri izledi. 1912'de X-ışını radyasyonunun bir kristalden geçerken 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.
    RÖNTGENLERİN ALINMASI
    X-ışını radyasyonu, yüksek hızlarda hareket eden elektronlar maddeyle etkileşime girdiğinde ortaya çıkar. Elektronlar herhangi bir maddenin atomlarıyla çarpıştığında kinetik enerjilerini hızla kaybederler. Bu durumda büyük bir kısmı ısıya dönüşür ve genellikle %1'den daha az olan küçük bir kısmı da X-ışını enerjisine dönüşür. Bu enerji, enerjiye sahip ancak geri kalan kütlesi sıfır olan, foton adı verilen kuantum parçacıkları biçiminde salınır. X-ışını fotonlarının enerjileri dalga boylarıyla ters orantılıdır. X-ışınlarını üretmenin geleneksel yöntemi, X-ışını spektrumu adı verilen geniş bir dalga boyu aralığı üretir. Spektrum, Şekil 2'de gösterildiği gibi belirgin bileşenler içerir. 1. Geniş "sürekliliğe" sürekli spektrum veya beyaz radyasyon denir. Üzerine bindirilen keskin tepe noktalarına karakteristik X-ışını emisyon çizgileri denir. Spektrumun tamamı elektronların madde ile çarpışması sonucu oluşmasına rağmen geniş kısmının ve çizgilerinin ortaya çıkma mekanizmaları farklıdır. Bir madde, her biri elektron kabuklarıyla çevrili bir çekirdeğe sahip olan çok sayıda atomdan oluşur ve belirli bir elementin atomunun kabuğundaki her elektron, belirli bir ayrı enerji seviyesini işgal eder. Tipik olarak bu kabuklar veya enerji seviyeleri, çekirdeğe en yakın kabuktan başlayarak K, L, M vb. sembollerle gösterilir. Yeterince yüksek enerjiye sahip bir elektron, atomla ilişkili elektronlardan biriyle çarpıştığında, bu elektronu kabuğundan dışarı atar. Boş alan, daha yüksek bir enerjiye karşılık gelen, kabuktan başka bir elektron tarafından işgal edilir. Bu sonuncusu bir X-ışını fotonu yayarak fazla enerjiden vazgeçer. Kabuk elektronları ayrık enerji değerlerine sahip olduğundan, ortaya çıkan X-ışını fotonları da ayrık bir spektruma sahiptir. Bu, belirli değerleri hedef elemana bağlı olan belirli dalga boyları için keskin tepe noktalarına karşılık gelir. Karakteristik çizgiler, elektronun hangi kabuktan (K, L veya M) çıkarıldığına bağlı olarak K-, L- ve M serisini oluşturur. X-ışınının dalga boyu ile atom numarası arasındaki ilişkiye Moseley yasası denir (Şekil 2).



    Bir elektron nispeten ağır bir çekirdeğe çarptığında yavaşlar ve kinetik enerjisi yaklaşık olarak aynı enerjiye sahip bir X-ışını fotonu şeklinde salınır. Çekirdeğin yanından uçarsa enerjisinin yalnızca bir kısmını kaybeder ve geri kalanı yoluna çıkan diğer atomlara aktarılır. Her enerji kaybı eylemi, bir miktar enerjiye sahip bir fotonun emisyonuna yol açar. Sürekli bir X-ışını spektrumu belirir, üst sınır bu da en hızlı elektronun enerjisine karşılık gelir. Bu, sürekli bir spektrumun oluşumuna yönelik mekanizmadır ve sürekli spektrumun sınırını sabitleyen maksimum enerji (veya minimum dalga boyu), gelen elektronların hızını belirleyen hızlanma voltajıyla orantılıdır. Spektral çizgiler, bombardıman edilen hedefin malzemesini karakterize eder ve sürekli spektrum, elektron ışınının enerjisi tarafından belirlenir ve pratik olarak hedef malzemeden bağımsızdır. X-ışını radyasyonu sadece elektron bombardımanı ile değil, aynı zamanda bir hedefin başka bir kaynaktan gelen X-ışını radyasyonu ile ışınlanmasıyla da elde edilebilir. Ancak bu durumda, gelen ışının enerjisinin çoğu karakteristik X-ışını spektrumuna girer ve çok küçük bir kısmı sürekli olana düşer. Gelen X-ışını radyasyonu ışınının, enerjisi bombardımana tabi tutulan elemanın karakteristik çizgilerini uyarmaya yeterli olan fotonlar içermesi gerektiği açıktır. Karakteristik spektrum başına yüksek enerji yüzdesi, X-ışını radyasyonunun bu uyarılma yöntemini bilimsel araştırmalar için uygun hale getirir.
    X-ışını tüpleri. Elektronların madde ile etkileşimi yoluyla X-ışınları üretmek için, bir elektron kaynağına, onları yüksek hızlara çıkaracak bir araca ve elektron bombardımanına dayanabilecek ve gerekli yoğunlukta X-ışınları üretebilecek bir hedefe sahip olmanız gerekir. Tüm bunları barındıran cihaza X-ışını tüpü adı verilmektedir. İlk araştırmacılar, modern gaz deşarj tüpleri gibi "derinlemesine boşaltılmış" tüpler kullandılar. İçlerindeki boşluk çok yüksek değildi. Gaz boşaltma tüpleri şunları içerir: az miktarda tüpün elektrotlarına büyük bir potansiyel farkı uygulandığında gaz atomları pozitif ve negatif iyonlara dönüşür. Pozitif olanlar negatif elektrota (katot) doğru hareket eder ve üzerine düşerek elektronları ondan çıkarır ve onlar da pozitif elektrota (anot) doğru hareket eder ve onu bombalayarak bir X-ışını foton akışı oluşturur. . Coolidge tarafından geliştirilen modern X-ışını tüpünde (Şekil 3), elektronların kaynağı, yüksek sıcaklığa ısıtılan bir tungsten katottur. Anot (veya anti-katot) ile katot arasındaki yüksek potansiyel farkı nedeniyle elektronlar yüksek hızlara hızlandırılır. Elektronların atomlarla çarpışmadan anoda ulaşması gerektiğinden çok yüksek bir vakum gereklidir, bu da tüpün iyice boşaltılmasını gerektirir. Bu aynı zamanda kalan gaz atomlarının iyonlaşma olasılığını ve bunun sonucunda ortaya çıkan yan akımları da azaltır.



    Elektronlar, katodu çevreleyen özel olarak şekillendirilmiş bir elektrot tarafından anot üzerine odaklanır. Bu elektrota odaklama elektrotu adı verilir ve katotla birlikte tüpün "elektronik spot ışığını" oluşturur. Elektron bombardımanına maruz kalan anotun refrakter bir malzemeden yapılması gerekir, çünkü bombardıman yapan elektronların kinetik enerjisinin çoğu ısıya dönüşür. Ayrıca anodun atom numarası yüksek bir malzemeden yapılması da arzu edilir, çünkü X-ışını verimi atom numarasının artmasıyla artar. En sık seçilen anot malzemesi atom numarası 74 olan tungstendir. X-ışını tüplerinin tasarımı kullanım koşullarına ve gereksinimlere bağlı olarak değişiklik gösterebilir.
    X-RAY TESPİTİ
    X-ışınlarını tespit etmeye yönelik tüm yöntemler, onların maddeyle etkileşimine dayanmaktadır. Dedektörler iki tür olabilir: görüntü sağlayanlar ve sağlamayanlar. Bunlardan ilki, bir X-ışını radyasyonunun incelenen nesneden geçtiği ve iletilen radyasyonun parlak bir ekrana veya fotoğraf filmine çarptığı X-ışını florografisi ve floroskopi cihazlarını içerir. Görüntü, incelenen nesnenin farklı bölümlerinin, maddenin kalınlığına ve bileşimine bağlı olarak radyasyonu farklı şekilde absorbe etmesi nedeniyle ortaya çıkıyor. Floresan ekranlı dedektörlerde X-ışını enerjisi doğrudan gözlemlenebilir bir görüntüye dönüştürülürken, radyografide hassas bir emülsiyon üzerine kaydedilir ve ancak film geliştirildikten sonra gözlemlenebilir. İkinci tip dedektörler, X-ışını radyasyonunun enerjisinin, radyasyonun göreceli yoğunluğunu karakterize eden elektrik sinyallerine dönüştürüldüğü çok çeşitli cihazları içerir. Bunlar arasında iyonizasyon odaları, Geiger sayaçları, orantısal sayaçlar, sintilasyon sayaçları ve bazı özel kadmiyum sülfit ve selenit dedektörleri bulunur. Şu anda en etkili dedektörler, geniş bir enerji aralığında iyi çalışan sintilasyon sayaçları olarak düşünülebilir.
    Ayrıca bakınız PARÇACIK DEDEKTÖRLERİ. Dedektör, görevin koşulları dikkate alınarak seçilir. Örneğin, kırınıma uğramış X-ışını radyasyonunun yoğunluğunu doğru bir şekilde ölçmeniz gerekiyorsa, yüzde bir oranında doğrulukla ölçüm yapmanıza olanak tanıyan sayaçlar kullanılır. Çok fazla kırılan ışın kaydetmeniz gerekiyorsa, X-ışını filmi kullanılması tavsiye edilir, ancak bu durumda yoğunluğu aynı doğrulukla belirlemek imkansızdır.
    RÖNTGEN VE GAMA DEFEKTOSKOPİSİ
    X ışınlarının endüstrideki en yaygın kullanımlarından biri malzeme kalite kontrolü ve kusur tespitidir. X-ışını yöntemi tahribatsızdır, böylece test edilen malzeme gerekli gereksinimleri karşıladığı takdirde amaçlanan amaç için kullanılabilir. Hem X-ışını hem de gama kusuru tespiti, X-ışını radyasyonunun nüfuz etme kabiliyetine ve malzemelerdeki emilim özelliklerine dayanmaktadır. Nüfuz etme gücü, X-ışını tüpündeki hızlanma voltajına bağlı olan X-ışını fotonlarının enerjisi tarafından belirlenir. Bu nedenle kalın numuneler ve numuneler ağır metaller Altın ve uranyum gibi metallerin incelenmesi için daha yüksek voltajlı bir X-ışını kaynağı gerekir ve ince numuneler için daha düşük voltajlı bir kaynak yeterlidir. Çok büyük dökümlerin ve büyük haddelenmiş ürünlerin gama kusurunun tespiti için, parçacıkları 25 MeV veya daha yüksek enerjilere hızlandıran betatronlar ve doğrusal hızlandırıcılar kullanılır. X-ışını radyasyonunun bir malzemede emilmesi, soğurucunun kalınlığına d ve absorpsiyon katsayısı m'ye bağlıdır ve I = I0e-md formülü ile belirlenir; burada I, soğurucudan geçen radyasyonun yoğunluğudur, I0 ise gelen radyasyonun şiddeti ve e = 2,718 doğal logaritmanın tabanıdır. X-ışını radyasyonunun belirli bir dalga boyunda (veya enerjisinde) belirli bir malzeme için absorpsiyon katsayısı bir sabittir. Ancak bir X-ışını kaynağının radyasyonu tek renkli değildir, ancak geniş bir dalga boyu spektrumu içerir, bunun sonucunda soğurucunun aynı kalınlığındaki emilim, radyasyonun dalga boyuna (frekansına) bağlıdır. X-ışını radyasyonu metal şekillendirme ile ilgili tüm endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca topçu namlularının, gıda ürünlerinin, plastiklerin test edilmesi ve elektronik teknolojisindeki karmaşık cihaz ve sistemlerin test edilmesi için de kullanılır. (X-ışınları yerine nötron ışınlarını kullanan nötronografi de benzer amaçlar için kullanılır.) X-ışınları ayrıca tabloların orijinalliğini belirlemek için incelemek veya taban katmanının üzerindeki ek boya katmanlarını tespit etmek gibi başka amaçlar için de kullanılır. .
    X-IŞINI DİFRAKSİYON
    X-ışını kırınımı, katılar (atom yapıları ve kristal şekilleri) hakkında olduğu kadar sıvılar, amorf katılar ve büyük moleküller hakkında da önemli bilgiler sağlar. Kırınım yöntemi aynı zamanda atomlar arası mesafeleri doğru bir şekilde (10-5'ten az bir hatayla) belirlemek, gerilimleri ve kusurları tanımlamak ve tek kristallerin yönünü belirlemek için de kullanılır. Kırınım desenini kullanarak, bilinmeyen malzemeleri tanımlayabileceğiniz gibi, numunedeki yabancı maddelerin varlığını da tespit edebilir ve bunları tanımlayabilirsiniz. Modern fiziğin ilerlemesi için X-ışını kırınım yönteminin önemi fazla tahmin edilemez, çünkü maddenin özelliklerine ilişkin modern anlayış, sonuçta çeşitli kimyasal bileşiklerdeki atomların düzenlenmesi ve aralarındaki bağların doğası hakkındaki verilere dayanmaktadır. ve yapısal kusurlar. Bu bilgiyi elde etmenin ana aracı X-ışını kırınım yöntemidir. X-ışını kırınım kristalografisi, canlı organizmaların genetik materyali olan deoksiribonükleik asit (DNA) molekülleri gibi karmaşık büyük moleküllerin yapılarını belirlemek için kritik öneme sahiptir. X ışınlarının keşfinden hemen sonra bilimsel ve tıbbi ilgi, hem bu radyasyonun vücuda nüfuz etme yeteneği hem de doğası üzerine yoğunlaştı. X-ışını radyasyonunun yarıklar ve kırınım ızgaraları ile kırınımı üzerine yapılan deneyler, bunun elektromanyetik radyasyona ait olduğunu ve 10-8-10-9 cm civarında bir dalga boyuna sahip olduğunu gösterdi.Daha önce bilim adamları, özellikle W. Barlow, şunu tahmin etmişti: Doğal kristallerin düzenli ve simetrik şekli, kristali oluşturan atomların düzenli dizilişinden kaynaklanmaktadır. Bazı durumlarda Barlow kristal yapısını doğru bir şekilde tahmin edebildi. Tahmin edilen atomlar arası mesafelerin değeri 10-8 cm idi Atomlar arası mesafelerin X-ışını dalga boyu düzeyinde olması, prensip olarak kırınımlarını gözlemlemeyi mümkün kıldı. Sonuç, fizik tarihindeki en önemli deneylerden birinin tasarımıydı. M. Laue, meslektaşları W. Friedrich ve P. Knipping tarafından yürütülen bu fikrin deneysel bir testini düzenledi. 1912'de üçü, X-ışını kırınımının sonuçları üzerine çalışmalarını yayınladılar. X-ışını kırınımının ilkeleri. X-ışını kırınımı olayını anlamak için sırasıyla X-ışını radyasyonunun spektrumunu, ikinci olarak kristal yapının doğasını ve üçüncü olarak kırınım olgusunu dikkate almamız gerekir. Yukarıda belirtildiği gibi, karakteristik X-ışını radyasyonu bir dizi spektral çizgiden oluşur. yüksek derece anot malzemesi tarafından belirlenen monokromatiklik. Filtreleri kullanarak en yoğun olanları vurgulayabilirsiniz. Bu nedenle, anot malzemesinin uygun şekilde seçilmesiyle, çok kesin olarak tanımlanmış bir dalga boyuna sahip, neredeyse tek renkli bir radyasyon kaynağı elde etmek mümkündür. Karakteristik radyasyon dalga boyları tipik olarak krom için 2,285'ten gümüş için 0,558'e kadar değişir (çeşitli elementlerin değerleri altı önemli rakamla bilinir). Karakteristik spektrum, anottaki elektronların yavaşlaması nedeniyle çok daha düşük yoğunlukta sürekli bir "beyaz" spektrumun üzerine bindirilir. Böylece her anottan iki tür radyasyon elde edilebilir: her biri kendi yolunda önemli bir rol oynayan karakteristik ve bremsstrahlung. Bir kristal yapıdaki atomlar düzenli aralıklarla düzenlenir ve aynı hücrelerin bir dizisini (uzamsal bir kafes) oluşturur. Bazı kafesler (en yaygın metaller için olanlar gibi) oldukça basitken diğerleri (protein molekülleri için olanlar gibi) oldukça karmaşıktır. Bir kristal yapının özelliği şudur: Bir hücrenin belirli bir noktasından bitişik hücrenin karşılık gelen noktasına hareket edilirse, o zaman tam olarak aynı atomik ortam ortaya çıkacaktır. Ve eğer belirli bir atom bir hücrede şu veya bu noktada bulunuyorsa, o zaman aynı atom herhangi bir komşu hücrede eşdeğer bir noktada bulunacaktır. Bu prensip mükemmel, ideal düzenli bir kristal için kesinlikle geçerlidir. Bununla birlikte, birçok kristal (örneğin, metal katı çözeltileri) bir dereceye kadar düzensizdir; kristalografik olarak eşdeğer alanlar farklı atomlar tarafından işgal edilebilir. Bu durumlarda, belirlenen her bir atomun konumu değil, yalnızca atomun "istatistiksel olarak ortalaması alınan" konumudur. Büyük bir sayı parçacıklar (veya hücreler). Kırınım olgusu OPTICS makalesinde tartışılmıştır ve okuyucu daha fazla ilerlemeden önce bu makaleye başvurabilir. Bu, eğer dalgalar (örneğin ses, ışık, x-ışınları) küçük bir yarıktan veya delikten geçerse, ikincisinin ikincil bir dalga kaynağı olarak değerlendirilebileceğini ve yarık veya deliğin görüntüsünün alternatif ışıktan oluştuğunu gösterir. ve koyu çizgiler. Ayrıca, deliklerin veya yarıkların periyodik bir yapısı varsa, farklı deliklerden gelen ışınların girişiminin güçlendirilmesi ve zayıflaması sonucunda net bir kırınım modeli ortaya çıkar. X-ışını kırınımı, kristal yapının periyodik olarak düzenlenmiş atomları tarafından deliklerin ve saçılma merkezlerinin rolünün oynadığı kolektif bir saçılma olgusudur. Görüntülerinin belirli açılarda karşılıklı olarak geliştirilmesi, ışığın üç boyutlu bir kırınım ızgarasında kırıldığı zaman ortaya çıkana benzer bir kırınım deseni üretir. Saçılma, gelen X ışınlarının kristaldeki elektronlarla etkileşimi nedeniyle meydana gelir. X-ışınlarının dalga boyu atomun büyüklüğü ile aynı büyüklükte olduğundan saçılan X-ışınlarının dalga boyu gelen X-ışınlarıyla aynıdır. Bu süreç, gelen X ışınlarının etkisi altında elektronların zorlanmış salınımlarının sonucudur. Şimdi, X ışınlarının çarptığı, bağlı elektronlardan oluşan bir buluta (çekirdeği çevreleyen) sahip bir atomu düşünün. Her yöndeki elektronlar, gelen radyasyonu eş zamanlı olarak saçarlar ve farklı yoğunluklarda olsa da aynı dalga boyunda kendi X-ışını radyasyonunu yayarlar. Saçılan radyasyonun yoğunluğu elementin atom numarasıyla ilişkilidir, çünkü atom numarası saçılmaya katılabilecek yörünge elektronlarının sayısına eşittir. (Yoğunluğun saçılma elemanının atom numarasına ve yoğunluğun ölçüldüğü yöne olan bu bağımlılığı, kristallerin yapısının analizinde son derece önemli bir rol oynayan atomik saçılma faktörü ile karakterize edilir.) kristal yapıda birbirinden aynı uzaklıkta bulunan doğrusal bir atom zinciri seçin ve bunların kırınım desenini göz önünde bulundurun. X-ışını spektrumunun sürekli bir parçadan ("süreklilik") ve anot malzemesi olan elemanın karakteristik özelliği olan bir dizi daha yoğun çizgiden oluştuğu zaten belirtilmişti. Diyelim ki sürekli spektrumu filtreledik ve doğrusal atom zincirimize yönlendirilen neredeyse tek renkli bir X-ışını demeti elde ettik. Komşu atomlar tarafından saçılan dalgaların yollarındaki fark dalga boyunun katı ise, büyütme koşulu (girişimin güçlendirilmesi) karşılanır. Eğer ışın a (periyot) aralıklarıyla ayrılmış bir atom çizgisine a0 açısıyla gelirse, o zaman kırınım açısı a için amplifikasyona karşılık gelen yol farkı a(cos a - cosa0) = hl olarak yazılacaktır; burada l dalga boyu ve h tamsayıdır (Şekil 4 ve 5).



    Bu yaklaşımı üç boyutlu bir kristale genişletmek için, yalnızca kristaldeki diğer iki yön boyunca atom sıralarını seçmek ve a, b ve c periyotlarına sahip üç kristal ekseni için bu şekilde elde edilen üç denklemi çözmek yeterlidir. Diğer iki denklem şu şekildedir:


    Bunlar X-ışını kırınımı için üç temel Laue denklemidir; h, k ve c sayıları kırınım düzleminin Miller endeksleridir.
    Ayrıca bakınız KRİSTALLER VE KRİSTALOGRAFİ. Laue denklemlerinden herhangi birini, örneğin birincisini göz önüne aldığımızda, a, a0, l sabit olduğundan ve h = 0, 1, 2, ... olduğundan, çözümünün a'lı bir koniler kümesi olarak temsil edilebileceğini fark edebilirsiniz. ortak eksen a (Şekil 5). Aynı durum b ve c yönleri için de geçerlidir. Üç boyutlu saçılmanın (kırınım) genel durumunda, üç Laue denkleminin ortak bir çözümü olmalıdır; eksenlerin her birinde bulunan üç kırınım konisi kesişmelidir; genel kesişme çizgisi Şekil 2'de gösterilmektedir. 6. Denklemlerin ortak çözümü Bragg-Wolfe yasasına yol açar:



    l = 2(d/n)sinq, burada d, h, k ve c (periyot) indisli düzlemler arasındaki mesafedir, n = 1, 2, ... tamsayılardır (kırınım sırası) ve q, açıdır kırınımın meydana geldiği kristal düzlem ile bir olay ışını (aynı zamanda kırınım yapan bir ışın) oluşturdu. Monokromatik bir X-ışını ışınının yolunda bulunan tek bir kristal için Bragg-Wolfe yasa denklemini analiz ederek, kırınımın gözlemlenmesinin kolay olmadığı sonucuna varabiliriz, çünkü l ve q miktarları sabittir ve sinq DİFRAKSİYON ANALİZİ YÖNTEMLERİ
    Laue yöntemi. Laue yöntemi, sabit bir tek kristale yönlendirilen sürekli bir "beyaz" X-ışını radyasyonu spektrumunu kullanır. Belirli bir d periyodu değeri için, Bragg-Wulf koşuluna karşılık gelen dalga boyu, tüm spektrumdan otomatik olarak seçilir. Bu şekilde elde edilen Lauegramlar, kırınıma uğrayan ışınların yönlerini ve dolayısıyla kristalin düzlemlerinin yönelimlerini değerlendirmeyi mümkün kılar; bu aynı zamanda kristalin simetrisi, yönelimi ve varlığına ilişkin önemli sonuçlar çıkarmayı da mümkün kılar. içindeki kusurlardan. Ancak bu durumda uzaysal dönem d'ye ilişkin bilgi kaybolur. İncirde. Şekil 7 bir Lauegram örneğini göstermektedir. X-ışını filmi, kristalin, kaynaktan gelen X-ışını ışınının düştüğü tarafın karşısındaki tarafına yerleştirildi.



    Debye-Scherrer yöntemi (çok kristalli numuneler için).Önceki yöntemin aksine, burada tek renkli radyasyon kullanılır (l = sabit) ve q açısı değişir. Bu, aralarında Bragg-Wulf koşulunu karşılayanların da bulunduğu çok sayıda rastgele yönelimli küçük kristalitten oluşan bir polikristalin numune kullanılarak elde edilir. Kırılan ışınlar, ekseni X-ışını ışını boyunca yönlendirilen koniler oluşturur. Görüntüleme için genellikle silindirik bir kaset içindeki dar bir X-ışını filmi şeridi kullanılır ve X-ışınları, filmdeki deliklerden çap boyunca dağıtılır. Bu şekilde elde edilen Debyegram (Şekil 8), d periyodu hakkında doğru bilgiler içerir; kristalin yapısı hakkında bilgi veriyor ancak Lauegram'ın içerdiği bilgiyi vermiyor. Dolayısıyla her iki yöntem de birbirini tamamlamaktadır. Debye-Scherrer yönteminin bazı uygulamalarını ele alalım.

    Kimyasal elementlerin ve bileşiklerin tanımlanması. Debye diyagramından belirlenen q açısını kullanarak, belirli bir elemanın veya bağlantının düzlemler arası mesafe d karakteristiğini hesaplamak mümkündür. Şu anda, yalnızca belirli bir kimyasal element veya bileşiğin değil aynı zamanda aynı maddenin farklı faz durumlarının tanımlanmasını mümkün kılan, kimyasal analiz yoluyla her zaman mümkün olmayan birçok d değeri tablosu derlenmiştir. İkame alaşımlarındaki ikinci bileşenin içeriğini, d periyodunun konsantrasyona bağımlılığından yüksek doğrulukla belirlemek de mümkündür.
    Stres analizi. Kristallerdeki farklı yönler için düzlemler arası mesafelerde ölçülen farka dayanarak, malzemenin elastik modülünü bilerek içindeki küçük gerilimleri yüksek doğrulukla hesaplamak mümkündür.
    Kristallerde tercihli yönelim çalışmaları.Çok kristalli bir numunedeki küçük kristalitler tamamen rastgele yönlendirilmemişse, Debye modelindeki halkalar farklı yoğunluklara sahip olacaktır. Açıkça ifade edilen bir tercihli yönelimin varlığında, yoğunluk maksimumları görüntüdeki tek tek noktalarda yoğunlaşır ve bu, tek bir kristalin görüntüsüne benzer hale gelir. Örneğin, derin soğuk haddeleme sırasında, metal bir levha bir doku kazanır - kristalitlerin belirgin bir yönelimi. Debye diyagramı, malzemenin soğuk işlenmesinin doğasını yargılamak için kullanılabilir.
    Tane boyutlarının incelenmesi. Bir polikristalin tane boyutu 10-3 cm'den fazlaysa, Debye diyagramındaki çizgiler ayrı noktalardan oluşacaktır, çünkü bu durumda kristalitlerin sayısı tüm açı aralığını (q) kapsamak için yeterli değildir. Kristalit boyutu 10-5 cm'den küçükse kırınım çizgileri genişler. Genişlikleri kristalitlerin boyutuyla ters orantılıdır. Genişleme, yarık sayısı azaldığında kırınım ızgarasının çözünürlüğünün azalmasıyla aynı nedenden dolayı meydana gelir. X-ışını radyasyonu, 10-7-10-6 cm aralığında tane boyutlarının belirlenmesini mümkün kılar.
    Tek kristaller için yöntemler. Bir kristal üzerindeki kırınımın yalnızca uzaysal periyot hakkında değil, aynı zamanda her bir kırınım düzlemi grubunun yönelimi hakkında da bilgi sağlaması için, dönen tek kristal yöntemleri kullanılır. Kristalin üzerine monokromatik bir X-ışını ışını geliyor. Kristal, Laue denklemlerinin sağlandığı ana eksen etrafında döner. Bu durumda Bragg-Wulf formülünde yer alan q açısı değişir. Kırınım maksimumları, Laue kırınım konilerinin filmin silindirik yüzeyi ile kesiştiği noktada bulunur (Şekil 9). Sonuç, Şekil 2'de gösterilen tipte bir kırınım modelidir. 10. Ancak farklı kırınım düzenlerinin bir noktada çakışması nedeniyle komplikasyonlar mümkündür. Kristalin dönüşüyle ​​​​eş zamanlı olarak filmin belirli bir şekilde hareket ettirilmesi durumunda yöntem önemli ölçüde geliştirilebilir.





    Sıvı ve gazların araştırılması. Sıvıların, gazların ve amorf cisimlerin doğru kristal yapıya sahip olmadığı bilinmektedir. Ancak burada da moleküllerdeki atomlar arasında kimyasal bir bağ vardır, bu nedenle moleküllerin kendileri uzayda rastgele yönlendirilmiş olsalar da aralarındaki mesafe neredeyse sabit kalır. Bu tür malzemeler aynı zamanda nispeten az sayıda bulanık maksimuma sahip bir kırınım modeli de üretir. Böyle bir resmin işlenmesi modern yöntemler bu tür kristal olmayan malzemelerin bile yapısı hakkında bilgi elde edilmesini sağlar.
    SPEKTROKİMYASAL X-RAY ANALİZİ
    X-ışınlarının keşfinden sadece birkaç yıl sonra Charles Barkla (1877-1944), bir madde yüksek enerjili bir X-ışını akışına maruz kaldığında, incelenen elementin özelliği olan ikincil floresan X-ışınlarının ortaya çıktığını keşfetti. Bundan kısa bir süre sonra G. Moseley, bir dizi deneyle, çeşitli elementlerin elektron bombardımanı ile elde edilen birincil karakteristik x-ışını radyasyonunun dalga boylarını ölçtü ve dalga boyu ile atom numarası arasındaki ilişkiyi türetti. Bu deneyler ve Bragg'in X-ışını spektrometresini icat etmesi, spektrokimyasal X-ışını analizinin temelini attı. X ışınlarının kimyasal analizlerdeki potansiyeli hemen fark edildi. Spektrograflar, incelenen numunenin X-ışını tüpünün anotu olarak görev yaptığı bir fotoğraf plakası üzerine kayıt yapılarak oluşturuldu. Ne yazık ki, bu tekniğin çok emek yoğun olduğu ortaya çıktı ve bu nedenle yalnızca geleneksel kimyasal analiz yöntemlerinin uygulanamadığı durumlarda kullanıldı. Analitik X-ışını spektroskopisi alanındaki yenilikçi araştırmaların olağanüstü bir örneği, 1923'te G. Hevesy ve D. Coster tarafından yeni bir element olan hafniyumun keşfiydi. İkinci Dünya Savaşı sırasında radyografi için güçlü X-ışını tüplerinin ve radyokimyasal ölçümler için hassas dedektörlerin geliştirilmesi büyük ölçüde belirlendi. hızlı büyüme Sonraki yıllarda X-ışını spektrografisi. Bu yöntem, hızı, kolaylığı, analizin tahribatsız olması ve tam veya kısmi otomasyona imkan vermesi nedeniyle yaygınlaşmıştır. Atom numarası 11'den büyük olan tüm elementlerin (sodyum) niceliksel ve niteliksel analizi görevlerinde uygulanabilir. Her ne kadar X-ışını spektrokimyasal analizi tipik olarak bir numunedeki kritik bileşenleri (%0,1-100) belirlemek için kullanılsa da, bazı durumlarda %0,005 veya daha düşük konsantrasyonlar için de faydalıdır.
    X-ışını spektrometresi. Modern bir X-ışını spektrometresi üç ana sistemden oluşur (Şekil 11): bir uyarma sistemi, yani. Tungsten veya diğer refrakter malzemeden yapılmış anodu ve güç kaynağı olan X-ışını tüpü; analiz sistemleri, yani iki çok yarıklı kolimatöre sahip bir analizör kristalinin yanı sıra hassas ayarlama için bir spektrogonyometre; ve bir Geiger sayacı veya orantısal veya sintilasyon sayacının yanı sıra bir redresör, amplifikatör, ölçeklendirme cihazları ve bir kaydedici veya başka bir kayıt cihazı içeren kayıt sistemleri.



    X-ışını floresans analizi. Analiz edilen numune, heyecan verici X-ışını radyasyonunun yolunda bulunur. İncelenmekte olan numune alanı genellikle gerekli çapta bir deliğe sahip bir maske ile izole edilir ve radyasyon, paralel bir ışın oluşturan bir kolimatörden geçer. Analizör kristalinin arkasında, bir yarık kolimatör, dedektör için kırınımlı radyasyon üretir. Tipik olarak, maksimum açı q 80-85° ile sınırlıdır, böylece yalnızca dalga boyu l düzlemler arası mesafe d ile eşitsizlik l ile ilişkili olan X-ışını radyasyonu analizör kristali üzerinde kırılabilir. X-ışını mikro analizi. Yukarıda açıklanan düz kristal analizör spektrometresi, mikro analiz için uyarlanabilir. Bu, ya birincil X-ışını ışınını ya da numune tarafından yayılan ikincil ışının daraltılmasıyla elde edilir. Ancak numunenin etkin boyutunun veya radyasyon açıklığının azaltılması, kaydedilen kırınıma maruz kalan radyasyonun yoğunluğunun azalmasına yol açar. Bu yöntemde bir iyileştirme, yalnızca kolimatörün eksenine paralel radyasyonu değil, ıraksak radyasyon konisini kaydetmeyi mümkün kılan kavisli kristalli bir spektrometre kullanılarak elde edilebilir. Böyle bir spektrometre kullanılarak 25 mikrondan küçük parçacıklar belirlenebilir. R. Kasten tarafından icat edilen elektron probu X-ışını mikroanalizöründe analiz edilen numunenin boyutunda daha da büyük bir azalma elde edilir. Burada, oldukça odaklanmış bir elektron ışını, numunenin karakteristik X-ışını radyasyonunu harekete geçirir ve bu daha sonra kavisli bir kristal spektrometre tarafından analiz edilir. Böyle bir cihaz kullanılarak, 1 mikron çapındaki bir numunede 10-14 g mertebesinde bir madde miktarının tespit edilmesi mümkündür. Spektrometrenin karakteristik radyasyonu için ayarlandığı elemanın numunesi üzerindeki dağılımın iki boyutlu bir resmini elde etmenin mümkün olduğu bir numunenin elektron ışını taramalı kurulumları da geliştirilmiştir.
    TIBBİ RÖNTGEN TEŞHİSLERİ
    X-ışını teknolojisinin gelişimi, maruz kalma süresini önemli ölçüde azaltmayı ve görüntülerin kalitesini iyileştirmeyi mümkün kılarak yumuşak dokuların bile incelenmesine olanak tanıdı.
    Florografi. Bu teşhis yöntemi, bir iletim ekranından bir gölge görüntünün fotoğrafını çekmeyi içerir. Hasta, bir X-ışını kaynağı ile X-ışınlarına maruz kaldığında parlayan düz bir fosfor ekranı (genellikle sezyum iyodür) arasına yerleştirilir. Değişen yoğunluk derecelerindeki biyolojik dokular, değişen yoğunluk derecelerinde X-ışını gölgeleri oluşturur. Radyolog, floresan ekrandaki gölge görüntüyü inceleyerek tanı koyar. Geçmişte radyolog görüntüleri analiz etmek için vizyona güveniyordu. Artık görüntüyü geliştiren, televizyon ekranında gösteren veya bilgisayar belleğine veri kaydeden çeşitli sistemler var.
    Radyografi. Röntgen görüntülerinin doğrudan fotoğraf filmi üzerine kaydedilmesine radyografi denir. Bu durumda incelenen organ, X-ışını kaynağı ile organın belirli bir andaki durumu hakkında bilgi kaydeden fotoğraf filmi arasında yer alır. Tekrarlanan radyografi, değerlendirmeyi mümkün kılar daha fazla evrim. Radyografi, esas olarak kalsiyumdan oluşan ve x-ışını radyasyonuna karşı opak olan kemik dokusunun bütünlüğünü ve ayrıca kas dokusunun yırtılmasını çok doğru bir şekilde incelemeyi mümkün kılar. Onun yardımıyla, bir stetoskop veya dinlemeden daha iyi bir şekilde, iltihaplanma, tüberküloz veya sıvı varlığı durumunda akciğerlerin durumu analiz edilir. X-ışınları, kalp hastalığından muzdarip hastalarda kalbin büyüklüğünü ve şeklini ve ayrıca kalpteki değişikliklerin dinamiklerini belirlemek için kullanılır.
    Kontrast maddeleri. X-ışını radyasyonuna karşı şeffaf olan vücudun bazı kısımları ve bireysel organların boşlukları, vücuda zararsız olan ancak şeklin görselleştirilmesine izin veren bir kontrast madde ile doldurulursa görünür hale gelir. iç organlar ve işleyişini kontrol edin. Hasta ya kontrast maddeyi ağızdan alır (muayene sırasında baryum tuzları gibi) gastrointestinal sistem) veya intravenöz olarak uygulanırlar (örneğin böbrek çalışmalarında iyot içeren çözeltiler gibi) ve idrar yolu). İÇİNDE son yıllar Ancak bu yöntemlerin yerini radyoaktif atomların ve ultrasonun kullanımına dayanan tanı yöntemleri alıyor.
    CT tarama. 1970'li yıllarda geliştirildi yeni yöntem Vücudun veya parçalarının tam bir fotoğrafına dayanan röntgen teşhisi. İnce katmanların ("dilimler") görüntüleri bir bilgisayar tarafından işlenir ve son görüntü bir monitör ekranında görüntülenir. Bu yönteme bilgisayarlı röntgen tomografisi denir. Yaygın olarak kullanılır modern tıp sızıntıların, tümörlerin ve diğer beyin bozukluklarının teşhisinin yanı sıra vücuttaki yumuşak doku hastalıklarının teşhisi için. Bu teknik, yabancı kontrast maddelerin eklenmesini gerektirmez ve bu nedenle geleneksel tekniklerden daha hızlı ve daha etkilidir.
    X-IŞINI RADYASYONUNUN BİYOLOJİK ETKİSİ
    X-ışını radyasyonunun zararlı biyolojik etkileri, Roentgen tarafından keşfedilmesinden kısa süre sonra keşfedildi. Yeni radyasyonun 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 dönüştü. 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 yanı sıra diğer iyonlaştırıcı radyasyonun (radyoaktif materyaller tarafından yayılan gama radyasyonu gibi) neden olduğu etkiler şunları içerir: 1) nispeten küçük aşırı maruz kalma sonrasında kanın bileşiminde geçici değişiklikler; 2) kanın bileşiminde geri dönüşü olmayan değişiklikler ( hemolitik anemi) uzun süreli aşırı maruz kalma sonrasında; 3) kanser vakalarında artış (lösemi dahil); 4) daha hızlı yaşlanma ve daha erken ölüm; 5) katarakt oluşumu. Ayrıca fareler, tavşanlar ve meyve sinekleri üzerinde yapılan biyolojik deneyler, mutasyon oranının artması nedeniyle büyük popülasyonlara uygulanan küçük dozlarda sistematik ışınlamanın bile zararlı genetik etkilere yol açtığını göstermiştir. Çoğu genetikçi bu verilerin insan vücuduna uygulanabilirliğinin farkındadır. X-ışını radyasyonunun biyolojik etkilerine gelince insan vücudu daha sonra radyasyon dozu seviyesine ve ayrıca vücudun hangi organının radyasyona maruz kaldığına göre belirlenir. Örneğin kan hastalıklarının nedeni radyasyondur. hematopoietik organlar, esas olarak kemik iliği ve genetik sonuçlar - üreme organlarının ışınlanması, aynı zamanda kısırlığa da yol açabilir. 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. İnsanlar tarafından bilinçli olarak kullanılan X-ışını radyasyonunun yanı sıra, saçılan, yan radyasyon olarak adlandırılan radyasyon da vardır. çeşitli sebeplerörneğin bu radyasyonu tamamen absorbe etmeyen kurşun koruyucu ekranın kusurundan kaynaklanan saçılma nedeniyle. Ayrıca, X-ışınları üretmek üzere tasarlanmamış birçok elektrikli cihaz yine de bunları bir yan ürün olarak üretir. Bu tür cihazlar arasında elektron mikroskopları, yüksek voltajlı doğrultucu lambalar (kenotronlar) ve modası geçmiş renkli televizyonların resim tüpleri bulunur. Birçok ülkede modern renkli resim tüplerinin üretimi artık devlet kontrolü altındadır.
    X-IŞINI RADYASYONUNUN TEHLİKELERİ
    İnsanlar için X-ışını radyasyonunun tehlikesinin türleri ve derecesi, radyasyona maruz kalan insan sayısına bağlıdır.
    Röntgen ekipmanıyla çalışan profesyoneller. Bu kategori radyologları, diş hekimlerini, ayrıca bilimsel ve teknik çalışanları ve X-ışını ekipmanının bakımını yapan ve kullanan personeli içerir. Başa çıkmaları gereken radyasyon seviyelerini azaltmak için etkili önlemler alınıyor.
    Hastalar. Kesin kriterler yoktur ve hastaların tedavi sırasında alacağı güvenli radyasyon seviyesi, ilgili doktorlar tarafından belirlenir. Doktorlara hastaları gereksiz yere röntgen ışınlarına maruz bırakmamaları tavsiye edilir. Hamile kadınları ve çocukları muayene ederken özel dikkat gösterilmelidir. Bu durumda özel önlemler alınır.
    Kontrol yöntemleri. Burada akılda kalan üç husus var:
    1) yeterli ekipmanın mevcudiyeti, 2) güvenlik düzenlemelerine uygunluğun izlenmesi, 3) ekipmanın doğru kullanımı. Röntgen muayeneleri sırasında ister diş muayenesi ister akciğer muayenesi olsun, sadece istenilen bölgenin radyasyona maruz bırakılması gerekir. X-ışını makinesini kapattıktan hemen sonra hem birincil hem de ikincil radyasyonun kaybolduğunu unutmayın; Ayrıca, çalışmaları nedeniyle bununla doğrudan ilgilenenlerin bile her zaman bilmediği artık radyasyon da yoktur.
    Ayrıca bakınız
    ATOMİK YAPI;

    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, üstel yasaya (e-x) göre azalır; burada e, doğal logaritmanın tabanıdır (2,718) ve x üssü, şuna eşittir: g/cm2 cinsinden soğurucunun kalınlığı başına kütle zayıflama katsayısının (μ/p) cm2/g ürünü (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 iyiler tarafından tespit edilir yalıtım malzemeleri: 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 (X-ışını fotoğrafçılığında kullanılan bir fotoğraf efekti), suyun ayrışması ve sulu çözeltiler hidrojen peroksit, selüloitin özelliklerinde değişiklikler (bulanıklık ve kafur salınımı), parafinin (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 (etkili dalga boyları 2 ila 5 Å arası) olan X-ışını radyasyonu neredeyse tamamen emilir. deri kumaşlar insan vücudu; 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).

    © Copyright 2023, sgkb.ru - Sağlıklı uyku hakkında her şey.