एक्स-रे विकिरण गुण और अनुप्रयोग। विशेषता एक्स-रे

• ट्यूब के ध्रुवों पर जितना अधिक वोल्टेज लगाया जाता है, उन पर संभावित अंतर उतना ही मजबूत होता है, इसलिए गतिमान इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा अधिक होगी। ट्यूब पर वोल्टेज इलेक्ट्रॉनों की गति और एनोड सामग्री के साथ उनके टकराव के बल को निर्धारित करता है, इसलिए, वोल्टेज परिणामी एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य को निर्धारित करता है।

एक्स-रे ट्यूबों का वर्गीकरण

1. मिलने का समय निश्चित करने पर
1. डायग्नोस्टिक
2. चिकित्सीय
3. संरचनात्मक विश्लेषण के लिए
4. ट्रांसिल्युमिनेशन के लिए
2. डिजाइन द्वारा
1. फोकस द्वारा

• सिंगल-फोकस (कैथोड पर एक सर्पिल, और एनोड पर एक फोकल स्पॉट)
• बिफोकल (कैथोड पर विभिन्न आकारों के दो सर्पिल, और एनोड पर दो फोकल स्पॉट)

1. एनोड के प्रकार से

• स्थिर (स्थिर)
• घूर्णन

एक्स-रे का उपयोग न केवल रेडियोडायग्नोस्टिक उद्देश्यों के लिए किया जाता है, बल्कि चिकित्सीय उद्देश्यों के लिए भी किया जाता है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, ट्यूमर कोशिकाओं के विकास को दबाने के लिए एक्स-रे विकिरण की क्षमता इसे ऑन्कोलॉजिकल रोगों के विकिरण चिकित्सा में उपयोग करना संभव बनाती है। आवेदन के चिकित्सा क्षेत्र के अलावा, एक्स-रे विकिरण ने इंजीनियरिंग और तकनीकी क्षेत्र, सामग्री विज्ञान, क्रिस्टलोग्राफी, रसायन विज्ञान और जैव रसायन में व्यापक आवेदन पाया है: उदाहरण के लिए, विभिन्न उत्पादों (रेल, वेल्ड) में संरचनात्मक दोषों की पहचान करना संभव है। , आदि) एक्स-रे विकिरण का उपयोग कर। इस तरह के शोध के प्रकार को डिफेक्टोस्कोपी कहा जाता है। और हवाई अड्डों, रेलवे स्टेशनों और अन्य भीड़-भाड़ वाली जगहों पर, सुरक्षा उद्देश्यों के लिए हाथ के सामान और सामान को स्कैन करने के लिए एक्स-रे टेलीविजन इंट्रोस्कोप का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है।

एनोड के प्रकार के आधार पर, एक्स-रे ट्यूब डिजाइन में भिन्न होते हैं। इस तथ्य के कारण कि इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा का 99% तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, ट्यूब के संचालन के दौरान, एनोड काफी गर्म हो जाता है - संवेदनशील टंगस्टन लक्ष्य अक्सर जल जाता है। एनोड को आधुनिक एक्स-रे ट्यूब में घुमाकर ठंडा किया जाता है। घूर्णन एनोड में एक डिस्क का आकार होता है, जो टंगस्टन लक्ष्य के स्थानीय अति ताप को रोकने के लिए, इसकी पूरी सतह पर समान रूप से गर्मी वितरित करता है।

एक्स-रे ट्यूबों का डिज़ाइन भी फ़ोकस में भिन्न होता है। फोकल स्पॉट - एनोड का वह भाग जिस पर कार्यशील एक्स-रे बीम उत्पन्न होता है। इसे वास्तविक फोकल स्पॉट और प्रभावी फोकल स्पॉट में विभाजित किया गया है ( चावल। 12) एनोड के कोण के कारण, प्रभावी फोकल स्पॉट वास्तविक से छोटा होता है। छवि क्षेत्र के आकार के आधार पर विभिन्न फोकल स्पॉट आकारों का उपयोग किया जाता है। छवि क्षेत्र जितना बड़ा होगा, पूरे छवि क्षेत्र को कवर करने के लिए फोकल स्थान उतना ही चौड़ा होना चाहिए। हालांकि, एक छोटा फोकल स्पॉट बेहतर छवि स्पष्टता पैदा करता है। इसलिए, छोटी छवियों का निर्माण करते समय, एक छोटे फिलामेंट का उपयोग किया जाता है और इलेक्ट्रॉनों को एनोड लक्ष्य के एक छोटे से क्षेत्र में निर्देशित किया जाता है, जिससे एक छोटा फोकल स्पॉट बनता है।

चावल। 9 - एक स्थिर एनोड के साथ एक्स-रे ट्यूब।
चावल। 10 - घूर्णन एनोड के साथ एक्स-रे ट्यूब।
चावल। 11 - घूर्णन एनोड के साथ एक्स-रे ट्यूब डिवाइस।
चावल। 12 एक वास्तविक और प्रभावी फोकल स्पॉट के गठन का आरेख है।

एक्स-रे विकिरण तब होता है जब उच्च गति पर गतिमान इलेक्ट्रॉन पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। जब इलेक्ट्रॉन किसी पदार्थ के परमाणुओं से टकराते हैं, तो वे अपनी गतिज ऊर्जा जल्दी खो देते हैं। इस मामले में, इसका अधिकांश भाग ऊष्मा में परिवर्तित हो जाता है, और एक छोटा अंश, आमतौर पर 1% से कम, एक्स-रे ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। यह ऊर्जा क्वांटा के रूप में निकलती है - फोटॉन नामक कण जिनमें ऊर्जा होती है लेकिन शून्य विश्राम द्रव्यमान होता है। एक्स-रे फोटॉन उनकी ऊर्जा में भिन्न होते हैं, जो उनकी तरंग दैर्ध्य के व्युत्क्रमानुपाती होते हैं। एक्स-रे प्राप्त करने की पारंपरिक विधि के साथ, तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला प्राप्त की जाती है, जिसे एक्स-रे स्पेक्ट्रम कहा जाता है। स्पेक्ट्रम में स्पष्ट घटक होते हैं, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। एक।

चावल। एक। एक पारंपरिक एक्स-रे स्पेक्ट्रम में एक सतत स्पेक्ट्रम (सातत्य) और विशेषता रेखाएं (तेज चोटियां) होती हैं। K-शेल के इलेक्ट्रॉनों के साथ त्वरित इलेक्ट्रॉनों की परस्पर क्रिया के कारण Kia और Kib रेखाएँ उत्पन्न होती हैं।

विस्तृत "सातत्य" को सतत स्पेक्ट्रम या श्वेत विकिरण कहा जाता है। इस पर आरोपित तेज चोटियों को विशिष्ट एक्स-रे उत्सर्जन रेखाएं कहा जाता है। यद्यपि संपूर्ण स्पेक्ट्रम पदार्थ के साथ इलेक्ट्रॉनों के टकराव का परिणाम है, इसके विस्तृत भाग और रेखाओं के प्रकट होने की क्रियाविधि भिन्न है। एक पदार्थ में बड़ी संख्या में परमाणु होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में इलेक्ट्रॉन के गोले से घिरा एक नाभिक होता है, और किसी दिए गए तत्व के परमाणु के खोल में प्रत्येक इलेक्ट्रॉन एक निश्चित असतत ऊर्जा स्तर पर होता है। आमतौर पर इन कोशों, या ऊर्जा स्तरों को, K, L, M, आदि प्रतीकों द्वारा निरूपित किया जाता है, जो नाभिक के निकटतम कोश से प्रारंभ होता है। जब पर्याप्त रूप से उच्च ऊर्जा का एक घटना इलेक्ट्रॉन परमाणु से बंधे इलेक्ट्रॉनों में से एक से टकराता है, तो वह उस इलेक्ट्रॉन को उसके खोल से बाहर निकाल देता है। खाली स्थान कोश से एक अन्य इलेक्ट्रॉन द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, जो एक उच्च ऊर्जा से मेल खाती है। यह बाद वाला एक्स-रे फोटॉन उत्सर्जित करके अतिरिक्त ऊर्जा देता है। चूंकि शेल इलेक्ट्रॉनों में असतत ऊर्जा मान होते हैं, परिणामी एक्स-रे फोटॉन में एक असतत स्पेक्ट्रम भी होता है। यह कुछ तरंग दैर्ध्य के लिए तेज चोटियों से मेल खाती है, जिनमें से विशिष्ट मूल्य लक्ष्य तत्व पर निर्भर करते हैं। विशेषता रेखाएँ K-, L- और M-श्रृंखला बनाती हैं, जिसके आधार पर इलेक्ट्रॉन को किस शेल (K, L या M) से हटाया गया था। एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य और परमाणु संख्या के बीच के संबंध को मोसले का नियम कहा जाता है (चित्र 2)।

चावल। 2. रासायनिक तत्वों द्वारा उत्सर्जित अभिलक्षणिक एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य तत्व की परमाणु संख्या पर निर्भर करती है। वक्र मोसले के नियम से मेल खाता है: तत्व की परमाणु संख्या जितनी बड़ी होगी, विशेषता रेखा की तरंग दैर्ध्य उतनी ही कम होगी।

यदि एक इलेक्ट्रॉन अपेक्षाकृत भारी नाभिक से टकराता है, तो यह धीमा हो जाता है, और इसकी गतिज ऊर्जा लगभग उसी ऊर्जा के एक्स-रे फोटॉन के रूप में निकलती है। यदि यह नाभिक के ऊपर से उड़ता है, तो यह अपनी ऊर्जा का केवल एक हिस्सा खो देगा, और बाकी को इसके रास्ते में आने वाले अन्य परमाणुओं में स्थानांतरित कर दिया जाएगा। ऊर्जा हानि के प्रत्येक कार्य से कुछ ऊर्जा के साथ एक फोटॉन का उत्सर्जन होता है। एक निरंतर एक्स-रे स्पेक्ट्रम दिखाई देता है, जिसकी ऊपरी सीमा सबसे तेज इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा से मेल खाती है। यह एक सतत स्पेक्ट्रम के निर्माण के लिए तंत्र है, और अधिकतम ऊर्जा (या न्यूनतम तरंग दैर्ध्य) जो निरंतर स्पेक्ट्रम की सीमा को ठीक करती है, त्वरित वोल्टेज के समानुपाती होती है, जो घटना इलेक्ट्रॉनों की गति निर्धारित करती है। वर्णक्रमीय रेखाएं बमबारी वाले लक्ष्य की सामग्री की विशेषता होती हैं, जबकि निरंतर स्पेक्ट्रम इलेक्ट्रॉन बीम की ऊर्जा से निर्धारित होता है और व्यावहारिक रूप से लक्ष्य सामग्री पर निर्भर नहीं करता है।

एक्स-रे न केवल इलेक्ट्रॉन बमबारी द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, बल्कि किसी अन्य स्रोत से एक्स-रे के साथ लक्ष्य को विकिरणित करके भी प्राप्त किया जा सकता है। इस मामले में, हालांकि, घटना बीम की अधिकांश ऊर्जा विशेषता एक्स-रे स्पेक्ट्रम में जाती है, और इसका एक बहुत छोटा अंश निरंतर स्पेक्ट्रम में आता है। जाहिर है, घटना एक्स-रे बीम में फोटॉन होना चाहिए जिनकी ऊर्जा बमबारी वाले तत्व की विशिष्ट रेखाओं को उत्तेजित करने के लिए पर्याप्त है। प्रति विशिष्ट स्पेक्ट्रम में ऊर्जा का उच्च प्रतिशत वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए एक्स-रे उत्तेजना की इस पद्धति को सुविधाजनक बनाता है।

एक्स-रे ट्यूब। पदार्थ के साथ इलेक्ट्रॉनों की बातचीत के कारण एक्स-रे विकिरण प्राप्त करने के लिए, इलेक्ट्रॉनों का एक स्रोत होना आवश्यक है, उन्हें उच्च गति तक तेज करने के साधन, और इलेक्ट्रॉन बमबारी को झेलने और एक्स-रे विकिरण का उत्पादन करने में सक्षम लक्ष्य आवश्यक तीव्रता। जिस उपकरण में यह सब होता है उसे एक्स-रे ट्यूब कहा जाता है। शुरुआती खोजकर्ताओं ने "डीप वैक्यूम" ट्यूबों का इस्तेमाल किया, जैसे कि आज की डिस्चार्ज ट्यूब। उनमें शून्यता बहुत अधिक नहीं थी।

डिस्चार्ज ट्यूब में थोड़ी मात्रा में गैस होती है, और जब ट्यूब के इलेक्ट्रोड पर एक बड़ा संभावित अंतर लागू होता है, तो गैस परमाणु सकारात्मक और नकारात्मक आयनों में बदल जाते हैं। सकारात्मक लोग नकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) की ओर बढ़ते हैं और उस पर गिरते हुए, उसमें से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालते हैं, और वे बदले में, सकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) की ओर बढ़ते हैं और उस पर बमबारी करते हुए, एक्स-रे फोटॉन की एक धारा बनाते हैं। .

कूलिज (चित्र 3) द्वारा विकसित आधुनिक एक्स-रे ट्यूब में, इलेक्ट्रॉनों का स्रोत एक टंगस्टन कैथोड है जिसे उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है। एनोड (या एंटीकैथोड) और कैथोड के बीच उच्च संभावित अंतर से इलेक्ट्रॉनों को उच्च गति के लिए त्वरित किया जाता है। चूंकि इलेक्ट्रॉनों को परमाणुओं से टकराए बिना एनोड तक पहुंचना चाहिए, एक बहुत ही उच्च वैक्यूम की आवश्यकता होती है, जिसके लिए ट्यूब को अच्छी तरह से खाली किया जाना चाहिए। यह शेष गैस परमाणुओं और संबंधित पक्ष धाराओं के आयनीकरण की संभावना को भी कम करता है।

चावल। 3. एक्स-रे ट्यूब कूलिज। जब इलेक्ट्रॉनों के साथ बमबारी की जाती है, तो टंगस्टन एंटीकैथोड विशेषता एक्स-रे का उत्सर्जन करता है। एक्स-रे बीम का क्रॉस सेक्शन वास्तविक विकिरणित क्षेत्र से कम है। 1 - इलेक्ट्रॉन बीम; 2 - एक केंद्रित इलेक्ट्रोड के साथ कैथोड; 3 - कांच का खोल (ट्यूब); 4 - टंगस्टन लक्ष्य (एंटीकैथोड); 5 - कैथोड फिलामेंट; 6 - वास्तव में विकिरणित क्षेत्र; 7 - प्रभावी फोकल स्पॉट; 8 - कॉपर एनोड; 9 - खिड़की; 10 - बिखरे हुए एक्स-रे।

कैथोड के चारों ओर एक विशेष आकार के इलेक्ट्रोड द्वारा इलेक्ट्रॉनों को एनोड पर केंद्रित किया जाता है। इस इलेक्ट्रोड को फोकसिंग इलेक्ट्रोड कहा जाता है और कैथोड के साथ मिलकर ट्यूब का "इलेक्ट्रॉनिक स्पॉटलाइट" बनाता है। इलेक्ट्रॉन बमबारी के अधीन एनोड एक दुर्दम्य सामग्री से बना होना चाहिए, क्योंकि बमबारी करने वाले इलेक्ट्रॉनों की अधिकांश गतिज ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है। इसके अलावा, यह वांछनीय है कि एनोड उच्च परमाणु संख्या वाली सामग्री से बना हो, क्योंकि परमाणु क्रमांक बढ़ने से एक्स-रे की उपज बढ़ती है। सबसे अधिक चुनी जाने वाली एनोड सामग्री टंगस्टन है, जिसका परमाणु क्रमांक 74 है।

एक्स-रे ट्यूबों का डिज़ाइन अनुप्रयोग और आवश्यकताओं के आधार पर भिन्न हो सकता है।

रूसी संघ के शिक्षा और विज्ञान मंत्रालय

शिक्षा के लिए संघीय एजेंसी

गो वीपीओ सुसु

भौतिक रसायन विज्ञान विभाग

केएसई पाठ्यक्रम में: "एक्स-रे विकिरण"

पुरा होना:

नौमोवा डारिया गेनाडीवना

चेक किया गया:

एसोसिएट प्रोफेसर, के.टी.एन.

टैंकलेव्स्काया एन.एम.

चेल्याबिंस्क 2010

परिचय

अध्याय I. एक्स-रे की खोज

रसीद

पदार्थ के साथ बातचीत

जैविक प्रभाव

पंजीकरण

आवेदन पत्र

एक्स-रे कैसे लिया जाता है

प्राकृतिक एक्स-रे

दूसरा अध्याय। रेडियोग्राफ़

आवेदन पत्र

छवि अधिग्रहण विधि

रेडियोग्राफी के लाभ

रेडियोग्राफी के नुकसान

प्रतिदीप्तिदर्शन

प्राप्ति सिद्धांत

फ्लोरोस्कोपी के लाभ

फ्लोरोस्कोपी के नुकसान

फ्लोरोस्कोपी में डिजिटल प्रौद्योगिकियां

मल्टीलाइन स्कैनिंग विधि

निष्कर्ष

प्रयुक्त साहित्य की सूची

परिचय

एक्स-रे विकिरण - विद्युत चुम्बकीय तरंगें, जिनमें से फोटॉन ऊर्जा पराबैंगनी से गामा विकिरण तक की ऊर्जा सीमा से निर्धारित होती है, जो तरंग दैर्ध्य रेंज से 10−4 से 10² (10−14 से 10−8 मीटर तक) से मेल खाती है।

दृश्य प्रकाश की तरह, एक्स-रे से फोटोग्राफिक फिल्म काली पड़ जाती है। चिकित्सा, उद्योग और वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए इस संपत्ति का बहुत महत्व है। अध्ययनाधीन वस्तु से गुजरते हुए और फिर फिल्म पर पड़ने से, एक्स-रे विकिरण उस पर इसकी आंतरिक संरचना को दर्शाता है। चूंकि एक्स-रे विकिरण की मर्मज्ञ शक्ति विभिन्न सामग्रियों के लिए अलग-अलग होती है, इसलिए वस्तु के कुछ हिस्से जो इसके लिए कम पारदर्शी होते हैं, फोटोग्राफ में उन क्षेत्रों की तुलना में उज्जवल क्षेत्र देते हैं जिनके माध्यम से विकिरण अच्छी तरह से प्रवेश करता है। इस प्रकार, हड्डी के ऊतक त्वचा और आंतरिक अंगों को बनाने वाले ऊतकों की तुलना में एक्स-रे के लिए कम पारदर्शी होते हैं। इसलिए, रेडियोग्राफ़ पर, हड्डियों को हल्के क्षेत्रों के रूप में दर्शाया जाएगा और फ्रैक्चर साइट, जो विकिरण के लिए अधिक पारदर्शी है, का पता आसानी से लगाया जा सकता है। एक्स-रे इमेजिंग का उपयोग दंत चिकित्सा में दांतों की जड़ों में क्षरण और फोड़े का पता लगाने के लिए भी किया जाता है, साथ ही उद्योग में कास्टिंग, प्लास्टिक और घिसने में दरार का पता लगाने के लिए भी किया जाता है।

एक्स-रे का उपयोग रसायन विज्ञान में यौगिकों का विश्लेषण करने के लिए और भौतिकी में क्रिस्टल की संरचना का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। एक रासायनिक यौगिक से गुजरने वाला एक एक्स-रे बीम एक विशिष्ट माध्यमिक विकिरण का कारण बनता है, जिसका स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण रसायनज्ञ को यौगिक की संरचना निर्धारित करने की अनुमति देता है। क्रिस्टलीय पदार्थ पर गिरने पर, एक एक्स-रे किरण क्रिस्टल के परमाणुओं द्वारा बिखरी हुई होती है, जो एक फोटोग्राफिक प्लेट पर धब्बे और धारियों का एक स्पष्ट, नियमित पैटर्न देती है, जिससे क्रिस्टल की आंतरिक संरचना को स्थापित करना संभव हो जाता है।

कैंसर के उपचार में एक्स-रे का उपयोग इस तथ्य पर आधारित है कि यह कैंसर कोशिकाओं को मारता है। हालांकि, यह सामान्य कोशिकाओं पर अवांछनीय प्रभाव भी डाल सकता है। इसलिए, एक्स-रे के इस प्रयोग में अत्यधिक सावधानी बरतनी चाहिए।

अध्याय I. एक्स-रे की खोज

एक्स-रे की खोज का श्रेय विल्हेम कॉनराड रोएंटजेन को दिया जाता है। उन्होंने सबसे पहले एक्स-रे पर एक लेख प्रकाशित किया, जिसे उन्होंने एक्स-रे (एक्स-रे) कहा। रोएंटजेन का एक लेख "ऑन अ न्यू टाइप रेज़" शीर्षक से 28 दिसंबर, 1895 को वुर्जबर्ग फिजिको-मेडिकल सोसाइटी के जर्नल में प्रकाशित हुआ था। हालांकि, यह माना जाता है कि एक्स-रे पहले ही प्राप्त किए जा चुके हैं। रोएंटजेन ने अपने प्रयोगों में जिस कैथोड रे ट्यूब का इस्तेमाल किया था, उसे जे. हिट्टोर्फ और डब्ल्यू. क्रुक्स ने विकसित किया था। यह ट्यूब एक्स-रे पैदा करती है। यह क्रुक्स के प्रयोगों में और 1892 से हेनरिक हर्ट्ज़ और उनके छात्र फिलिप लेनार्ड के प्रयोगों में फोटोग्राफिक प्लेटों के कालेपन के माध्यम से दिखाया गया था। हालांकि, उनमें से किसी को भी अपनी खोज के महत्व का एहसास नहीं हुआ और उन्होंने अपने परिणामों को प्रकाशित नहीं किया। इसके अलावा, निकोला टेस्ला ने 1897 में कैथोड किरण ट्यूबों के साथ प्रयोग किया, एक्स-रे प्राप्त किया, लेकिन अपने परिणामों को प्रकाशित नहीं किया।

इस कारण से, रोएंटजेन को उनके सामने की गई खोजों के बारे में पता नहीं था और उन्होंने किरणों की खोज की, बाद में उनके नाम पर, स्वतंत्र रूप से - कैथोड रे ट्यूब के संचालन के दौरान होने वाली प्रतिदीप्ति का अवलोकन करते हुए। रोएंटजेन ने एक वर्ष से थोड़ा अधिक समय (8 नवंबर, 1895 से मार्च 1897 तक) एक्स-रे का अध्ययन किया और उनके बारे में केवल तीन अपेक्षाकृत छोटे लेख प्रकाशित किए, लेकिन उन्होंने नई किरणों का इतना व्यापक विवरण प्रदान किया कि उनके अनुयायियों द्वारा सैकड़ों पेपर, फिर 12 वर्षों के दौरान प्रकाशित हुआ, न तो कुछ आवश्यक जोड़ सका और न ही बदल सका। एक्स-रे में रुचि खो चुके रोएंटजेन ने अपने सहयोगियों से कहा: "मैंने पहले ही सब कुछ लिखा है, अपना समय बर्बाद मत करो।" रोएंटजेन की प्रसिद्धि में योगदान उनकी पत्नी के हाथ की प्रसिद्ध तस्वीर थी, जिसे उन्होंने अपने लेख में प्रकाशित किया था (दाईं ओर की छवि देखें)। इस तरह की प्रसिद्धि ने 1901 में रोएंटजेन को भौतिकी में पहला नोबेल पुरस्कार दिलाया, और नोबेल समिति ने उनकी खोज के व्यावहारिक महत्व पर जोर दिया। 1896 में, "एक्स-रे" नाम का पहली बार प्रयोग किया गया था। कुछ देशों में, पुराना नाम रहता है - एक्स-रे। रूस में, एक छात्र वी.के. के सुझाव पर किरणों को "एक्स-रे" कहा जाने लगा। रोएंटजेन - अब्राम फेडोरोविच इओफ़े।

विद्युत चुम्बकीय तरंगों के पैमाने पर स्थिति

एक्स-रे और गामा किरणों की ऊर्जा रेंज एक विस्तृत ऊर्जा रेंज में ओवरलैप होती है। दोनों प्रकार के विकिरण विद्युत चुम्बकीय विकिरण हैं और एक ही फोटॉन ऊर्जा के बराबर हैं। शब्दावली अंतर घटना के तरीके में निहित है - एक्स-रे इलेक्ट्रॉनों की भागीदारी के साथ उत्सर्जित होते हैं (या तो परमाणुओं में या मुक्त में), जबकि गामा विकिरण परमाणु नाभिक के डी-उत्तेजना की प्रक्रियाओं में उत्सर्जित होता है। एक्स-रे फोटॉन में 100 ईवी से 250 केवी तक की ऊर्जा होती है, जो 3 1016 हर्ट्ज से 6 1019 हर्ट्ज की आवृत्ति और 0.005 - 10 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ विकिरण से मेल खाती है (एक्स की निचली सीमा की आम तौर पर स्वीकृत परिभाषा नहीं है) तरंग दैर्ध्य पैमाने में -रे रेंज)। नरम एक्स-रे सबसे कम फोटॉन ऊर्जा और विकिरण आवृत्ति (और सबसे लंबी तरंग दैर्ध्य) की विशेषता होती है, जबकि हार्ड एक्स-रे में उच्चतम फोटॉन ऊर्जा और विकिरण आवृत्ति (और सबसे छोटी तरंग दैर्ध्य) होती है।

(वी.के. रोएंटजेन द्वारा ली गई उनकी पत्नी के हाथ का एक्स-रे फोटोग्राफ (रोएंटजेनोग्राम))

रसीद

एक्स-रे आवेशित कणों (मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों) के मजबूत त्वरण या परमाणुओं या अणुओं के इलेक्ट्रॉन गोले में उच्च-ऊर्जा संक्रमण द्वारा निर्मित होते हैं। दोनों प्रभाव एक्स-रे ट्यूबों में उपयोग किए जाते हैं, जिसमें एक गर्म कैथोड से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को त्वरित किया जाता है (एक्स-रे उत्सर्जित नहीं होते हैं, क्योंकि त्वरण बहुत कम है) और एनोड से टकराते हैं, जहां वे तेजी से घटते हैं (एक्स-रे हैं उत्सर्जित: तथाकथित। ब्रेम्सस्ट्राहलंग) और साथ ही धातु के परमाणुओं के आंतरिक इलेक्ट्रॉन गोले से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल दें जिससे एनोड बनाया जाता है। कोशों में खाली स्थान परमाणु के अन्य इलेक्ट्रॉनों द्वारा कब्जा कर लिया जाता है। इस मामले में, एक्स-रे विकिरण एनोड सामग्री की एक निश्चित ऊर्जा विशेषता के साथ उत्सर्जित होता है (विशेषता विकिरण, आवृत्तियों को मोसले कानून द्वारा निर्धारित किया जाता है:

जहां Z एनोड तत्व की परमाणु संख्या है, ए और बी इलेक्ट्रॉन शेल के प्रमुख क्वांटम संख्या n के एक निश्चित मूल्य के लिए स्थिरांक हैं)। वर्तमान में, एनोड मुख्य रूप से सिरेमिक से बने होते हैं, और जिस हिस्से में इलेक्ट्रॉन टकराते हैं वह मोलिब्डेनम से बना होता है। त्वरण-मंदी की प्रक्रिया में, इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा का केवल 1% ही एक्स-रे में जाता है, 99% ऊर्जा ऊष्मा में परिवर्तित होती है।

कण त्वरक में भी एक्स-रे प्राप्त किए जा सकते हैं। तथाकथित। सिंक्रोट्रॉन विकिरण तब होता है जब कणों का एक पुंज चुंबकीय क्षेत्र में विक्षेपित हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप वे अपनी गति के लंबवत दिशा में त्वरण का अनुभव करते हैं। सिंक्रोट्रॉन विकिरण में ऊपरी सीमा के साथ एक सतत स्पेक्ट्रम होता है। उचित रूप से चुने गए मापदंडों (चुंबकीय क्षेत्र का परिमाण और कणों की ऊर्जा) के साथ, सिंक्रोट्रॉन विकिरण के स्पेक्ट्रम में एक्स-रे भी प्राप्त किए जा सकते हैं।

एक्स-रे ट्यूब का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व। एक्स - एक्स-रे, के - कैथोड, ए - एनोड (कभी-कभी एंटीकैथोड कहा जाता है), सी - हीट सिंक, उह - कैथोड फिलामेंट वोल्टेज, यूए - त्वरित वोल्टेज, विन - वाटर कूलिंग इनलेट, वाउट - वाटर कूलिंग आउटलेट (देखें एक्स- रे ट्यूब)।

पदार्थ के साथ बातचीत

एक्स-रे के लिए लगभग किसी भी पदार्थ का अपवर्तनांक एकता से थोड़ा अलग होता है। इसका एक परिणाम यह है कि ऐसी कोई सामग्री नहीं है जिससे एक्स-रे लेंस बनाया जा सके। इसके अलावा, जब एक्स-रे सतह के लंबवत होते हैं, तो वे लगभग परावर्तित नहीं होते हैं। इसके बावजूद, एक्स-रे प्रकाशिकी में, एक्स-रे के लिए ऑप्टिकल तत्वों के निर्माण के तरीके खोजे गए हैं।

एक्स-रे पदार्थ में प्रवेश कर सकते हैं, और विभिन्न पदार्थ उन्हें अलग तरह से अवशोषित करते हैं। एक्स-रे फोटोग्राफी में एक्स-रे का अवशोषण उनकी सबसे महत्वपूर्ण संपत्ति है। एक्स-रे की तीव्रता अवशोषित परत में यात्रा किए गए पथ के आधार पर तेजी से घट जाती है (I = I0e-kd, जहां d परत की मोटाई है, गुणांक k Z3λ3 के समानुपाती है, Z तत्व की परमाणु संख्या है, है तरंग दैर्ध्य)।

अवशोषण फोटोअवशोषण और कॉम्पटन प्रकीर्णन के परिणामस्वरूप होता है:

फोटोअवशोषण को एक फोटॉन द्वारा एक परमाणु के खोल से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने की प्रक्रिया के रूप में समझा जाता है, जिसके लिए आवश्यक है कि फोटॉन ऊर्जा एक निश्चित न्यूनतम मूल्य से अधिक हो। अगर हम फोटॉन की ऊर्जा के आधार पर अवशोषण के कार्य की संभावना पर विचार करते हैं, तो जब एक निश्चित ऊर्जा तक पहुंच जाती है, तो यह (प्रायिकता) अपने अधिकतम मूल्य तक तेजी से बढ़ जाती है। उच्च ऊर्जाओं के लिए, संभावना लगातार घटती जाती है। इस निर्भरता के कारण, यह कहा जाता है कि एक अवशोषण सीमा होती है। अवशोषण के कार्य के दौरान खटखटाए गए इलेक्ट्रॉन का स्थान दूसरे इलेक्ट्रॉन द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, जबकि कम फोटॉन ऊर्जा के साथ विकिरण उत्सर्जित होता है, तथाकथित। प्रतिदीप्ति प्रक्रिया।

एक्स-रे परमाणु घटनाओं के अध्ययन और व्यावहारिक उपयोग में सबसे महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उनके शोध के लिए धन्यवाद, कई खोजें की गईं और पदार्थों के विश्लेषण के तरीके विकसित किए गए, जिनका उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में किया जाता है। यहां हम एक्स-रे के प्रकारों में से एक पर विचार करेंगे - विशिष्ट एक्स-रे।

एक्स-रे की प्रकृति और गुण

एक्स-रे विकिरण लगभग 300,000 किमी / सेकंड, यानी विद्युत चुम्बकीय तरंगों की गति से अंतरिक्ष में फैलने वाले विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की स्थिति में एक उच्च आवृत्ति परिवर्तन है। विद्युत चुम्बकीय विकिरण की सीमा के पैमाने पर, एक्स-रे तरंग दैर्ध्य रेंज में लगभग 10 -8 से 5∙10 -12 मीटर तक स्थित होते हैं, जो ऑप्टिकल तरंगों की तुलना में कम परिमाण के कई क्रम हैं। यह 3∙10 16 से 6∙10 19 हर्ट्ज की आवृत्तियों और 10 ईवी से 250 केवी, या 1.6∙10 -18 से 4∙10 -14 जे तक की ऊर्जा से मेल खाती है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि आवृत्ति सीमाओं की सीमाएं विद्युत चुम्बकीय विकिरण उनके अतिव्यापी होने के कारण पारंपरिक हैं।

विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों और पदार्थ के परमाणुओं के साथ त्वरित आवेशित कणों (उच्च ऊर्जा के इलेक्ट्रॉनों) की परस्पर क्रिया है।

एक्स-रे फोटॉन उच्च ऊर्जा और उच्च मर्मज्ञ और आयनीकरण शक्ति की विशेषता है, विशेष रूप से 1 नैनोमीटर (10 -9 मीटर) से कम तरंग दैर्ध्य के साथ कठोर एक्स-रे के लिए।

एक्स-रे पदार्थ के साथ बातचीत करते हैं, इसके परमाणुओं को आयनित करते हैं, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (फोटो अवशोषण) और असंगत (कॉम्पटन) बिखरने की प्रक्रियाओं में। फोटोअवशोषण में, एक एक्स-रे फोटॉन, एक परमाणु के एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अवशोषित किया जा रहा है, इसे ऊर्जा स्थानांतरित करता है। यदि इसका मान किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा से अधिक हो जाता है, तो यह परमाणु को छोड़ देता है। कॉम्पटन प्रकीर्णन कठिन (ऊर्जावान) एक्स-रे फोटॉन की विशेषता है। अवशोषित फोटॉन की ऊर्जा का एक हिस्सा आयनीकरण पर खर्च किया जाता है; इस मामले में, प्राथमिक फोटॉन की दिशा में एक निश्चित कोण पर, कम आवृत्ति के साथ एक द्वितीयक उत्सर्जित होता है।

एक्स-रे विकिरण के प्रकार। ब्रेम्सस्ट्रॉलंग

किरणें प्राप्त करने के लिए, अंदर स्थित इलेक्ट्रोड के साथ कांच की वैक्यूम बोतलों का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रोड में संभावित अंतर बहुत अधिक होना चाहिए - सैकड़ों किलोवोल्ट तक। टंगस्टन कैथोड पर करंट द्वारा गर्म किया जाता है, थर्मिओनिक उत्सर्जन होता है, अर्थात, इससे इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन होता है, जो संभावित अंतर से त्वरित होता है, एनोड पर बमबारी करता है। एनोड के परमाणुओं (कभी-कभी एंटीकैथोड कहा जाता है) के साथ उनकी बातचीत के परिणामस्वरूप, एक्स-रे फोटॉन का जन्म होता है।

किस प्रक्रिया के आधार पर एक फोटॉन का जन्म होता है, इस तरह के एक्स-रे विकिरण होते हैं जैसे कि ब्रेम्सस्ट्रालंग और विशेषता।

एनोड से मिलने वाले इलेक्ट्रॉन धीमे हो सकते हैं, यानी अपने परमाणुओं के विद्युत क्षेत्रों में ऊर्जा खो सकते हैं। यह ऊर्जा एक्स-रे फोटॉन के रूप में उत्सर्जित होती है। इस तरह के विकिरण को ब्रेम्सस्ट्रालंग कहा जाता है।

यह स्पष्ट है कि अलग-अलग इलेक्ट्रॉनों के लिए ब्रेकिंग की स्थिति अलग-अलग होगी। इसका मतलब है कि उनकी गतिज ऊर्जा की विभिन्न मात्राएँ एक्स-रे में परिवर्तित हो जाती हैं। नतीजतन, bremsstrahlung में विभिन्न आवृत्तियों के फोटॉन शामिल हैं और, तदनुसार, तरंग दैर्ध्य। इसलिए, इसका स्पेक्ट्रम निरंतर (निरंतर) है। कभी-कभी इस कारण से इसे "सफेद" एक्स-रे भी कहा जाता है।

ब्रेम्सस्ट्रालंग फोटॉन की ऊर्जा इसे उत्पन्न करने वाले इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा से अधिक नहीं हो सकती है, जिससे कि ब्रेम्सस्ट्रालंग की अधिकतम आवृत्ति (और सबसे छोटी तरंग दैर्ध्य) एनोड पर घटना इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा के सबसे बड़े मूल्य से मेल खाती है। उत्तरार्द्ध इलेक्ट्रोड पर लागू संभावित अंतर पर निर्भर करता है।

एक अन्य प्रकार का एक्स-रे है जो एक अलग प्रक्रिया से आता है। इस विकिरण को विशेषता कहा जाता है, और हम इस पर अधिक विस्तार से ध्यान देंगे।

एक्स-रे की विशेषता कैसे उत्पन्न होती है

एंटीकैथोड तक पहुंचने के बाद, एक तेज इलेक्ट्रॉन परमाणु के अंदर घुस सकता है और किसी भी इलेक्ट्रॉन को निचली कक्षा में से किसी एक से बाहर निकाल सकता है, यानी संभावित अवरोध को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा को स्थानांतरित कर सकता है। हालांकि, अगर परमाणु में इलेक्ट्रॉनों द्वारा उच्च ऊर्जा स्तर पर कब्जा कर लिया जाता है, तो खाली जगह खाली नहीं रहेगी।

यह याद रखना चाहिए कि परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना, किसी भी ऊर्जा प्रणाली की तरह, ऊर्जा को कम करने का प्रयास करती है। नॉकआउट के परिणामस्वरूप बनाई गई रिक्ति उच्च स्तरों में से एक से एक इलेक्ट्रॉन से भर जाती है। इसकी ऊर्जा अधिक है, और निचले स्तर पर कब्जा करते हुए, यह विशिष्ट एक्स-रे विकिरण की मात्रा के रूप में एक अधिशेष विकिरण करता है।

परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना इलेक्ट्रॉनों की संभावित ऊर्जा अवस्थाओं का एक असतत सेट है। इसलिए, इलेक्ट्रॉन रिक्तियों के प्रतिस्थापन के दौरान उत्सर्जित एक्स-रे फोटॉन में केवल कड़ाई से परिभाषित ऊर्जा मान हो सकते हैं, जो स्तर के अंतर को दर्शाते हैं। नतीजतन, विशेषता एक्स-रे विकिरण में एक निरंतर नहीं, बल्कि एक लाइन प्रकार का स्पेक्ट्रम होता है। ऐसा स्पेक्ट्रम एनोड के पदार्थ को चिह्नित करना संभव बनाता है - इसलिए इन किरणों का नाम। वर्णक्रमीय भिन्नताओं के कारण ही यह स्पष्ट है कि ब्रेम्सस्ट्रालंग और विशिष्ट एक्स-रे से क्या अभिप्राय है।

कभी-कभी अतिरिक्त ऊर्जा परमाणु द्वारा उत्सर्जित नहीं होती है, बल्कि तीसरे इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने में खर्च होती है। यह प्रक्रिया - तथाकथित बरमा प्रभाव - तब होने की अधिक संभावना है जब इलेक्ट्रॉन बाध्यकारी ऊर्जा 1 केवी से अधिक न हो। जारी किए गए ऑगर इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा परमाणु के ऊर्जा स्तरों की संरचना पर निर्भर करती है, इसलिए ऐसे इलेक्ट्रॉनों के स्पेक्ट्रा भी असतत होते हैं।

विशेषता स्पेक्ट्रम का सामान्य दृश्य

एक्स-रे वर्णक्रमीय पैटर्न में एक सतत ब्रेम्सस्ट्राहलंग स्पेक्ट्रम के साथ संकीर्ण विशेषता रेखाएं मौजूद हैं। यदि हम स्पेक्ट्रम को तीव्रता बनाम तरंग दैर्ध्य (आवृत्ति) के एक भूखंड के रूप में प्रस्तुत करते हैं, तो हम रेखाओं के स्थानों पर तेज चोटियों को देखेंगे। उनकी स्थिति एनोड सामग्री पर निर्भर करती है। ये मैक्सिमा किसी भी संभावित अंतर पर मौजूद हैं - यदि एक्स-रे हैं, तो हमेशा शिखर भी होते हैं। ट्यूब के इलेक्ट्रोड पर बढ़ते वोल्टेज के साथ, निरंतर और विशिष्ट एक्स-रे विकिरण दोनों की तीव्रता बढ़ जाती है, लेकिन चोटियों का स्थान और उनकी तीव्रता का अनुपात नहीं बदलता है।

एक्स-रे स्पेक्ट्रा में चोटियों का आकार समान होता है, भले ही इलेक्ट्रॉनों द्वारा विकिरणित एंटी-कैथोड की सामग्री की परवाह किए बिना, लेकिन विभिन्न सामग्रियों के लिए वे अलग-अलग आवृत्तियों पर स्थित होते हैं, आवृत्ति मूल्यों की निकटता के अनुसार श्रृंखला में एकजुट होते हैं। श्रृंखला के बीच, आवृत्तियों में अंतर बहुत अधिक महत्वपूर्ण है। मैक्सिमा का आकार किसी भी तरह से इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि एनोड सामग्री शुद्ध रासायनिक तत्व का प्रतिनिधित्व करती है या यह एक जटिल पदार्थ है। बाद के मामले में, इसके घटक तत्वों के विशिष्ट एक्स-रे स्पेक्ट्रा एक दूसरे पर बस आरोपित होते हैं।

एक रासायनिक तत्व की परमाणु संख्या में वृद्धि के साथ, इसके एक्स-रे स्पेक्ट्रम की सभी रेखाएं बढ़ती आवृत्ति की ओर स्थानांतरित हो जाती हैं। स्पेक्ट्रम अपने स्वरूप को बरकरार रखता है।

मोसले का नियम

1913 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी हेनरी मोसले द्वारा प्रयोगात्मक रूप से विशिष्ट रेखाओं के वर्णक्रमीय बदलाव की घटना की खोज की गई थी। इसने उन्हें स्पेक्ट्रम की मैक्सिमा की आवृत्तियों को रासायनिक तत्वों की क्रमिक संख्याओं के साथ जोड़ने की अनुमति दी। इस प्रकार, विशेषता एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य, जैसा कि यह निकला, एक विशेष तत्व के साथ स्पष्ट रूप से सहसंबद्ध हो सकता है। सामान्य शब्दों में, मोसले के नियम को इस प्रकार लिखा जा सकता है: f = (Z - S n)/n√R, जहां f आवृत्ति है, Z तत्व की क्रमिक संख्या है, S n स्क्रीनिंग स्थिरांक है, n प्रमुख है क्वांटम संख्या, और R स्थिर Rydberg है। यह संबंध रैखिक है और मोसले आरेख पर n के प्रत्येक मान के लिए सीधी रेखाओं की एक श्रृंखला के रूप में प्रकट होता है।

n के मान विशिष्ट एक्स-रे चोटियों की व्यक्तिगत श्रृंखला के अनुरूप हैं। मोसले का नियम एक्स-रे स्पेक्ट्रम मैक्सिमा के मापा तरंग दैर्ध्य (वे विशिष्ट रूप से आवृत्तियों से संबंधित हैं) से कठोर इलेक्ट्रॉनों द्वारा विकिरणित एक रासायनिक तत्व की क्रम संख्या निर्धारित करने की अनुमति देता है।

रासायनिक तत्वों के इलेक्ट्रॉन कोशों की संरचना समान होती है। यह एक्स-रे के विशिष्ट स्पेक्ट्रम में बदलाव की एकरसता से संकेत मिलता है। फ़्रीक्वेंसी शिफ्ट संरचनात्मक नहीं, बल्कि इलेक्ट्रॉन के गोले के बीच ऊर्जा अंतर को दर्शाता है, जो प्रत्येक तत्व के लिए अद्वितीय है।

परमाणु भौतिकी में मोसले के नियम की भूमिका

मोसले के नियम द्वारा व्यक्त सख्त रैखिक संबंध से छोटे विचलन हैं। वे जुड़े हुए हैं, सबसे पहले, कुछ तत्वों में इलेक्ट्रॉन के गोले भरने के क्रम की ख़ासियत के साथ, और दूसरी बात, भारी परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की गति के सापेक्ष प्रभाव के साथ। इसके अलावा, जब नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या बदलती है (तथाकथित समस्थानिक बदलाव), तो रेखाओं की स्थिति थोड़ी बदल सकती है। इस प्रभाव ने परमाणु संरचना का विस्तार से अध्ययन करना संभव बना दिया।

मोसले के नियम का महत्व अत्यंत महान है। मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली के तत्वों के लिए इसके सुसंगत अनुप्रयोग ने विशेषता मैक्सिमा में प्रत्येक छोटे बदलाव के अनुसार क्रम संख्या को बढ़ाने के पैटर्न को स्थापित किया। इसने तत्वों की क्रमिक संख्या के भौतिक अर्थ के प्रश्न के स्पष्टीकरण में योगदान दिया। Z का मान केवल एक संख्या नहीं है: यह नाभिक का धनात्मक विद्युत आवेश है, जो इसे बनाने वाले कणों के इकाई धनात्मक आवेशों का योग है। तालिका में तत्वों का सही स्थान और उसमें रिक्त पदों की उपस्थिति (तब वे अभी भी मौजूद थे) को शक्तिशाली पुष्टि मिली। आवधिक कानून की वैधता साबित हुई थी।

इसके अलावा, मोसले का नियम, वह आधार बन गया, जिस पर प्रायोगिक अनुसंधान का एक पूरा क्षेत्र उत्पन्न हुआ - एक्स-रे स्पेक्ट्रोमेट्री।

परमाणु के इलेक्ट्रॉन कोशों की संरचना

आइए संक्षेप में याद करें कि इलेक्ट्रॉन को कैसे व्यवस्थित किया जाता है। इसमें के, एल, एम, एन, ओ, पी, क्यू, या 1 से 7 तक की संख्याओं द्वारा दर्शाए गए कोश होते हैं। कोश के भीतर इलेक्ट्रॉनों की विशेषता एक ही मुख्य है क्वांटम संख्या n, जो संभावित ऊर्जा मूल्यों को निर्धारित करता है। बाहरी कोशों में, इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा अधिक होती है, और बाहरी इलेक्ट्रॉनों के लिए आयनीकरण क्षमता तदनुसार कम होती है।

शेल में एक या अधिक सबलेवल शामिल हैं: s, p, d, f, g, h, i। प्रत्येक शेल में, पिछले वाले की तुलना में सबलेवल की संख्या एक से बढ़ जाती है। प्रत्येक सबलेवल और प्रत्येक शेल में इलेक्ट्रॉनों की संख्या एक निश्चित मान से अधिक नहीं हो सकती है। उन्हें मुख्य क्वांटम संख्या के अलावा, कक्षीय इलेक्ट्रॉन बादल के समान मूल्य द्वारा विशेषता दी जाती है जो आकार निर्धारित करता है। सबलेवल को उस शेल के साथ लेबल किया जाता है जिससे वे संबंधित होते हैं, जैसे कि 2s, 4d, और इसी तरह।

सबलेवल में मुख्य और कक्षीय के अलावा, एक और क्वांटम संख्या - चुंबकीय द्वारा सेट किया गया है, जो चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में इलेक्ट्रॉन की कक्षीय गति के प्रक्षेपण को निर्धारित करता है। एक कक्षीय में दो से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते हैं, जो चौथी क्वांटम संख्या - स्पिन के मूल्य में भिन्न होते हैं।

आइए अधिक विस्तार से विचार करें कि एक्स-रे विकिरण की विशेषता कैसे उत्पन्न होती है। चूंकि इस प्रकार के विद्युत चुम्बकीय उत्सर्जन की उत्पत्ति परमाणु के अंदर होने वाली घटनाओं से जुड़ी है, इसलिए इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के सन्निकटन में इसका सटीक वर्णन करना सबसे सुविधाजनक है।

विशेषता एक्स-किरणों की पीढ़ी का तंत्र

तो, इस विकिरण का कारण परमाणु में गहरे उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों के प्रवेश के कारण, आंतरिक कोशों में इलेक्ट्रॉन रिक्तियों का निर्माण है। इलेक्ट्रॉन बादलों के घनत्व के साथ एक कठोर इलेक्ट्रॉन के परस्पर क्रिया करने की संभावना बढ़ जाती है। इसलिए, घनी तरह से पैक किए गए आंतरिक गोले के भीतर टकराव की संभावना सबसे अधिक होती है, जैसे कि सबसे कम K शेल। यहां परमाणु आयनित होता है, और 1s शेल में एक रिक्ति बनती है।

यह रिक्ति कोश से एक इलेक्ट्रॉन द्वारा उच्च ऊर्जा से भरी जाती है, जिसकी अधिकता एक्स-रे फोटॉन द्वारा दूर की जाती है। यह इलेक्ट्रॉन दूसरे कोश L से, तीसरे कोश से M वगैरह से "गिर" सकता है। इस प्रकार विशेषता श्रृंखला का निर्माण होता है, इस उदाहरण में, K-श्रृंखला। श्रृंखला को निर्दिष्ट करते समय एक संकेत ग्रीक सूचकांक के रूप में दिया जाता है कि रिक्ति को भरने वाला इलेक्ट्रॉन कहाँ से आता है। "अल्फा" का अर्थ है कि यह एल-शेल से आता है, "बीटा" - एम-शेल से। वर्तमान में, शेल को नामित करने के लिए अपनाए गए लैटिन अक्षरों के साथ ग्रीक अक्षर सूचकांकों को बदलने की प्रवृत्ति है।

श्रृंखला में अल्फा लाइन की तीव्रता हमेशा सबसे अधिक होती है, जिसका अर्थ है कि एक पड़ोसी शेल से एक रिक्ति को भरने की संभावना सबसे अधिक है।

अब हम इस प्रश्न का उत्तर दे सकते हैं कि अभिलक्षणिक एक्स-रे क्वांटम की अधिकतम ऊर्जा क्या है। यह उन स्तरों के ऊर्जा मूल्यों में अंतर से निर्धारित होता है, जिनके बीच इलेक्ट्रॉन संक्रमण होता है, सूत्र E \u003d E n 2 - E n 1 के अनुसार, जहाँ E n 2 और E n 1 की ऊर्जाएँ हैं इलेक्ट्रॉनिक राज्य जिनके बीच संक्रमण हुआ। इस पैरामीटर का उच्चतम मूल्य K-श्रृंखला संक्रमण द्वारा भारी तत्वों के परमाणुओं के उच्चतम संभव स्तरों से दिया जाता है। लेकिन इन रेखाओं की तीव्रता (शिखर ऊंचाई) सबसे छोटी होती है, क्योंकि इनकी संभावना सबसे कम होती है।

यदि, इलेक्ट्रोड पर अपर्याप्त वोल्टेज के कारण, एक कठोर इलेक्ट्रॉन के-स्तर तक नहीं पहुंच सकता है, तो यह एल-स्तर पर एक रिक्ति बनाता है, और लंबी तरंग दैर्ध्य वाली कम ऊर्जावान एल-श्रृंखला का निर्माण होता है। बाद की श्रृंखला इसी तरह से पैदा होती है।

इसके अलावा, जब कोई रिक्ति भरी जाती है, तो इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के परिणामस्वरूप एक नई रिक्ति ओवरलीइंग शेल में दिखाई देती है। यह अगली श्रृंखला बनाने के लिए स्थितियां बनाता है। इलेक्ट्रॉनिक रिक्तियां एक स्तर से दूसरे स्तर पर जाती हैं, और परमाणु आयनित शेष रहते हुए, विशेषता वर्णक्रमीय श्रृंखला का एक झरना उत्सर्जित करता है।

विशेषता स्पेक्ट्रा की ठीक संरचना

विशिष्ट एक्स-रे विकिरण के परमाणु एक्स-रे स्पेक्ट्रा को एक महीन संरचना की विशेषता होती है, जिसे ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा के रूप में, लाइनों के विभाजन में व्यक्त किया जाता है।

ठीक संरचना इस तथ्य के कारण है कि ऊर्जा स्तर - इलेक्ट्रॉन खोल - बारीकी से दूरी वाले घटकों का एक सेट है - उपकोश। उपकोशों को चिह्नित करने के लिए, एक और, आंतरिक क्वांटम संख्या j पेश की जाती है, जो इलेक्ट्रॉन के आंतरिक और कक्षीय चुंबकीय क्षणों की परस्पर क्रिया को दर्शाती है।

स्पिन-ऑर्बिट इंटरैक्शन के प्रभाव के संबंध में, परमाणु की ऊर्जा संरचना अधिक जटिल हो जाती है, और इसके परिणामस्वरूप, विशेषता एक्स-रे विकिरण में एक स्पेक्ट्रम होता है जो कि बहुत बारीकी से दूरी वाले तत्वों के साथ विभाजित रेखाओं की विशेषता होती है।

ठीक संरचना तत्वों को आमतौर पर अतिरिक्त डिजिटल सूचकांकों द्वारा दर्शाया जाता है।

विशेषता एक्स-रे विकिरण में एक विशेषता होती है जो केवल स्पेक्ट्रम की बारीक संरचना में परिलक्षित होती है। एक इलेक्ट्रॉन का निम्नतम ऊर्जा स्तर में संक्रमण, अतिव्यापी स्तर के निचले उपकोश से नहीं होता है। ऐसी घटना की संभावना नगण्य है।

स्पेक्ट्रोमेट्री में एक्स-रे का उपयोग

यह विकिरण, मोसले के नियम द्वारा वर्णित इसकी विशेषताओं के कारण, पदार्थों के विश्लेषण के लिए विभिन्न एक्स-रे वर्णक्रमीय विधियों का आधार है। एक्स-रे स्पेक्ट्रम का विश्लेषण करते समय, क्रिस्टल (तरंग-फैलाने वाली विधि) द्वारा विकिरण का विवर्तन या अवशोषित एक्स-रे फोटॉन (ऊर्जा-फैलाने वाली विधि) की ऊर्जा के प्रति संवेदनशील डिटेक्टरों का उपयोग किया जाता है। अधिकांश इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी किसी न किसी रूप में एक्स-रे स्पेक्ट्रोमेट्री लगाव से लैस होते हैं।

वेव-डिस्पर्सिव स्पेक्ट्रोमेट्री विशेष रूप से उच्च सटीकता की विशेषता है। विशेष फिल्टर की मदद से, स्पेक्ट्रम में सबसे तीव्र चोटियों का चयन किया जाता है, ताकि एक सटीक ज्ञात आवृत्ति के साथ लगभग मोनोक्रोमैटिक विकिरण प्राप्त किया जा सके। एनोड सामग्री को यह सुनिश्चित करने के लिए बहुत सावधानी से चुना जाता है कि वांछित आवृत्ति का एक मोनोक्रोमैटिक बीम प्राप्त हो। अध्ययन किए गए पदार्थ के क्रिस्टल जाली पर इसका विवर्तन जाली की संरचना का बड़ी सटीकता के साथ अध्ययन करना संभव बनाता है। इस विधि का उपयोग डीएनए और अन्य जटिल अणुओं के अध्ययन में भी किया जाता है।

गामा स्पेक्ट्रोमेट्री में विशेषता एक्स-रे विकिरण की विशेषताओं में से एक को भी ध्यान में रखा जाता है। यह विशेषता चोटियों की उच्च तीव्रता है। गामा स्पेक्ट्रोमीटर बाहरी पृष्ठभूमि विकिरण के खिलाफ सीसा परिरक्षण का उपयोग करते हैं जो माप में हस्तक्षेप करता है। लेकिन गामा क्वांटा को अवशोषित करने वाला सीसा, आंतरिक आयनीकरण का अनुभव करता है, जिसके परिणामस्वरूप यह एक्स-रे रेंज में सक्रिय रूप से उत्सर्जित होता है। अतिरिक्त कैडमियम स्क्रीनिंग का उपयोग सीसा से विशिष्ट एक्स-रे विकिरण की तीव्र चोटियों को अवशोषित करने के लिए किया जाता है। यह, बदले में, आयनित होता है और एक्स-रे भी उत्सर्जित करता है। कैडमियम की विशेषता चोटियों को बेअसर करने के लिए, एक तीसरी परिरक्षण परत का उपयोग किया जाता है - तांबा, एक्स-रे मैक्सिमा, जो गामा स्पेक्ट्रोमीटर की ऑपरेटिंग आवृत्ति सीमा के बाहर स्थित है।

स्पेक्ट्रोमेट्री ब्रेम्सस्ट्रालंग और विशिष्ट एक्स-रे दोनों का उपयोग करती है। इस प्रकार, पदार्थों के विश्लेषण में, विभिन्न पदार्थों द्वारा निरंतर एक्स-रे के अवशोषण स्पेक्ट्रा का अध्ययन किया जाता है।

एक्स-रे की खोज दुर्घटनावश 1895 में प्रसिद्ध जर्मन भौतिक विज्ञानी विल्हेम रोएंटजेन ने की थी। उन्होंने अपने इलेक्ट्रोड के बीच एक उच्च वोल्टेज के साथ कम दबाव वाली गैस-डिस्चार्ज ट्यूब में कैथोड किरणों का अध्ययन किया। इस तथ्य के बावजूद कि ट्यूब एक ब्लैक बॉक्स में थी, रोएंटजेन ने देखा कि एक फ्लोरोसेंट स्क्रीन, जो कि पास में होती थी, हर बार ट्यूब के संचालन में चमकती थी। ट्यूब विकिरण का एक स्रोत निकला जो कागज, लकड़ी, कांच और यहां तक ​​कि आधा सेंटीमीटर मोटी एल्यूमीनियम प्लेट में प्रवेश कर सकता है।

एक्स-रे ने निर्धारित किया कि गैस डिस्चार्ज ट्यूब एक उच्च मर्मज्ञ शक्ति के साथ एक नए प्रकार के अदृश्य विकिरण का स्रोत है। वैज्ञानिक यह निर्धारित नहीं कर सके कि यह विकिरण कणों की धारा है या तरंगों की, और उन्होंने इसे एक्स-रे नाम देने का फैसला किया। बाद में उन्हें एक्स-रे कहा गया।

अब यह ज्ञात है कि एक्स-रे विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक रूप है जिसमें पराबैंगनी विद्युत चुम्बकीय तरंगों की तुलना में कम तरंग दैर्ध्य होता है। एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य 70 . से होती है एनएम 10 -5 . तक एनएम. एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य जितनी कम होगी, उनके फोटॉन की ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी और मर्मज्ञ शक्ति उतनी ही अधिक होगी। अपेक्षाकृत लंबी तरंग दैर्ध्य वाली एक्स-रे (10 . से अधिक) एनएम), कहा जाता है मुलायम. तरंग दैर्ध्य 1 - 10 एनएमकी विशेषता कठोरएक्स-रे। उनके पास बड़ी मर्मज्ञ शक्ति है।

एक्स-रे प्राप्त करना

एक्स-रे तब उत्पन्न होते हैं जब तेज इलेक्ट्रॉन, या कैथोड किरणें, कम दबाव वाली डिस्चार्ज ट्यूब की दीवारों या एनोड से टकराती हैं। एक आधुनिक एक्स-रे ट्यूब एक खाली ग्लास कंटेनर है जिसमें कैथोड और उसमें स्थित एक एनोड होता है। कैथोड और एनोड (एंटीकैथोड) के बीच संभावित अंतर कई सौ किलोवोल्ट तक पहुंच जाता है। कैथोड एक टंगस्टन फिलामेंट है जिसे विद्युत प्रवाह द्वारा गर्म किया जाता है। यह थर्मोनिक उत्सर्जन के परिणामस्वरूप कैथोड द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है। एक्स-रे ट्यूब में विद्युत क्षेत्र द्वारा इलेक्ट्रॉनों को त्वरित किया जाता है। चूंकि ट्यूब में बहुत कम संख्या में गैस के अणु होते हैं, इलेक्ट्रान व्यावहारिक रूप से एनोड के रास्ते में अपनी ऊर्जा नहीं खोते हैं। वे बहुत तेज गति से एनोड तक पहुंचते हैं।

एक्स-रे हमेशा तब उत्पन्न होते हैं जब एनोड सामग्री द्वारा उच्च गति वाले इलेक्ट्रॉनों को मंद कर दिया जाता है। अधिकांश इलेक्ट्रॉन ऊर्जा ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाती है। इसलिए, एनोड को कृत्रिम रूप से ठंडा किया जाना चाहिए। एक्स-रे ट्यूब में एनोड एक धातु से बना होना चाहिए जिसमें उच्च गलनांक हो, जैसे टंगस्टन।

ऊर्जा का वह भाग जो ऊष्मा के रूप में नष्ट नहीं होता है, विद्युत चुम्बकीय तरंग ऊर्जा (एक्स-रे) में परिवर्तित हो जाता है। इस प्रकार, एक्स-रे एनोड सामग्री के इलेक्ट्रॉन बमबारी का परिणाम हैं। एक्स-रे दो प्रकार के होते हैं: ब्रेम्सस्ट्रालंग और विशेषता।

ब्रेम्सस्ट्रालंग एक्स-रे

Bremsstrahlung तब होता है जब उच्च गति से चलने वाले इलेक्ट्रॉनों को एनोड परमाणुओं के विद्युत क्षेत्रों द्वारा कम किया जाता है। व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों की मंदी की स्थिति समान नहीं होती है। परिणामस्वरूप, उनकी गतिज ऊर्जा के विभिन्न भाग एक्स-रे की ऊर्जा में चले जाते हैं।

ब्रेम्सस्ट्रालंग स्पेक्ट्रम एनोड सामग्री की प्रकृति से स्वतंत्र है। जैसा कि आप जानते हैं, एक्स-रे फोटॉन की ऊर्जा उनकी आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य को निर्धारित करती है। इसलिए, ब्रेम्सस्ट्रालंग एक्स-रे मोनोक्रोमैटिक नहीं हैं। यह विभिन्न तरंग दैर्ध्य की विशेषता है जिसका प्रतिनिधित्व किया जा सकता है निरंतर (निरंतर) स्पेक्ट्रम।

एक्स-किरणों में उन्हें बनाने वाले इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा से अधिक ऊर्जा नहीं हो सकती है। सबसे छोटी एक्स-रे तरंगदैर्घ्य घटते इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा से मेल खाती है। एक्स-रे ट्यूब में संभावित अंतर जितना अधिक होगा, एक्स-रे तरंग दैर्ध्य उतना ही छोटा होगा।

विशेषता एक्स-रे

विशेषता एक्स-रे विकिरण निरंतर नहीं है, लेकिन लाइन स्पेक्ट्रम. इस प्रकार का विकिरण तब होता है जब एक तेज इलेक्ट्रॉन, एनोड पर पहुंचकर, परमाणुओं की आंतरिक कक्षाओं में प्रवेश करता है और उनके एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकाल देता है। नतीजतन, एक खाली स्थान दिखाई देता है, जिसे ऊपरी परमाणु कक्षाओं में से एक से उतरते हुए दूसरे इलेक्ट्रॉन द्वारा भरा जा सकता है। एक इलेक्ट्रॉन के उच्च से निम्न ऊर्जा स्तर में संक्रमण के कारण एक निश्चित असतत तरंग दैर्ध्य की एक्स-रे होती है। इसलिए, विशेषता एक्स-रे विकिरण है लाइन स्पेक्ट्रम. अभिलक्षणिक विकिरण रेखाओं की आवृत्ति पूरी तरह से एनोड परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कक्षकों की संरचना पर निर्भर करती है।

विभिन्न रासायनिक तत्वों की विशेषता विकिरण की वर्णक्रमीय रेखाओं का एक ही रूप होता है, क्योंकि उनकी आंतरिक इलेक्ट्रॉन कक्षाओं की संरचना समान होती है। लेकिन उनकी तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति भारी और हल्के परमाणुओं की आंतरिक कक्षाओं के बीच ऊर्जा अंतर के कारण होती है।

विशेषता एक्स-रे स्पेक्ट्रम की रेखाओं की आवृत्ति धातु की परमाणु संख्या के अनुसार बदलती है और मोसले समीकरण द्वारा निर्धारित की जाती है: v 1/2 = ए(जेड-बी), कहाँ पे जेड- एक रासायनिक तत्व की परमाणु संख्या, एऔर बी- स्थिरांक।

पदार्थ के साथ एक्स-रे की बातचीत के प्राथमिक भौतिक तंत्र

एक्स-रे और पदार्थ के बीच प्राथमिक संपर्क तीन तंत्रों की विशेषता है:

1. सुसंगत प्रकीर्णन. बातचीत का यह रूप तब होता है जब एक्स-रे फोटॉन में परमाणु के नाभिक के लिए इलेक्ट्रॉनों की बाध्यकारी ऊर्जा की तुलना में कम ऊर्जा होती है। इस मामले में, फोटॉन की ऊर्जा पदार्थ के परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करने के लिए पर्याप्त नहीं है। फोटॉन परमाणु द्वारा अवशोषित नहीं होता है, लेकिन प्रसार की दिशा बदल देता है। इस मामले में, एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य अपरिवर्तित रहती है।

2. फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव). जब एक एक्स-रे फोटॉन पदार्थ के परमाणु तक पहुंचता है, तो यह इलेक्ट्रॉनों में से एक को खटखटा सकता है। यह तब होता है जब फोटॉन ऊर्जा नाभिक के साथ इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा से अधिक हो जाती है। इस मामले में, फोटॉन अवशोषित होता है, और इलेक्ट्रॉन परमाणु से मुक्त होता है। यदि एक फोटॉन एक इलेक्ट्रॉन को छोड़ने के लिए आवश्यकता से अधिक ऊर्जा वहन करता है, तो यह शेष ऊर्जा को गतिज ऊर्जा के रूप में जारी इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित कर देगा। यह घटना, जिसे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है, तब होती है जब अपेक्षाकृत कम ऊर्जा वाले एक्स-रे अवशोषित होते हैं।

एक परमाणु जो अपना एक इलेक्ट्रॉन खो देता है वह एक सकारात्मक आयन बन जाता है। मुक्त इलेक्ट्रॉनों का जीवनकाल बहुत छोटा होता है। वे तटस्थ परमाणुओं द्वारा अवशोषित होते हैं, जो नकारात्मक आयनों में बदल जाते हैं। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का परिणाम पदार्थ का तीव्र आयनीकरण है।

यदि एक्स-रे फोटॉन की ऊर्जा परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा से कम है, तो परमाणु उत्तेजित अवस्था में चले जाते हैं, लेकिन आयनित नहीं होते हैं।

3. असंगत प्रकीर्णन (कॉम्पटन प्रभाव). इस प्रभाव की खोज अमेरिकी भौतिक विज्ञानी कॉम्पटन ने की थी। यह तब होता है जब कोई पदार्थ छोटी तरंग दैर्ध्य की एक्स-रे को अवशोषित करता है। ऐसे एक्स-रे की फोटॉन ऊर्जा हमेशा पदार्थ के परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा से अधिक होती है। कॉम्पटन प्रभाव एक परमाणु के बाहरी आवरण में इलेक्ट्रॉनों में से एक के साथ एक उच्च-ऊर्जा एक्स-रे फोटॉन की बातचीत का परिणाम है, जिसमें परमाणु नाभिक के लिए अपेक्षाकृत कमजोर बंधन होता है।

एक उच्च-ऊर्जा फोटॉन अपनी कुछ ऊर्जा को इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित करता है। उत्तेजित इलेक्ट्रॉन परमाणु से मुक्त होता है। मूल फोटॉन की शेष ऊर्जा प्राथमिक फोटॉन की दिशा में किसी कोण पर लंबी तरंग दैर्ध्य के एक्स-रे फोटॉन के रूप में उत्सर्जित होती है। एक द्वितीयक फोटॉन दूसरे परमाणु को आयनित कर सकता है, इत्यादि। एक्स-रे की दिशा और तरंग दैर्ध्य में ये परिवर्तन कॉम्पटन प्रभाव के रूप में जाने जाते हैं।

पदार्थ के साथ एक्स-रे की बातचीत के कुछ प्रभाव

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एक्स-रे पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं को उत्तेजित करने में सक्षम हैं। यह कुछ पदार्थों (जैसे जिंक सल्फेट) के प्रतिदीप्ति का कारण बन सकता है। यदि एक्स-रे के समानांतर बीम को अपारदर्शी वस्तुओं पर निर्देशित किया जाता है, तो एक फ्लोरोसेंट पदार्थ के साथ लेपित स्क्रीन रखकर किरणों को वस्तु से गुजरते हुए देखा जा सकता है।

फ्लोरोसेंट स्क्रीन को फोटोग्राफिक फिल्म से बदला जा सकता है। फोटोग्राफिक इमल्शन पर एक्स-रे का प्रभाव प्रकाश के समान ही होता है। व्यावहारिक चिकित्सा में दोनों विधियों का उपयोग किया जाता है।

एक्स-रे का एक अन्य महत्वपूर्ण प्रभाव उनकी आयनीकरण क्षमता है। यह उनकी तरंग दैर्ध्य और ऊर्जा पर निर्भर करता है। यह प्रभाव एक्स-रे तीव्रता को मापने के लिए एक विधि प्रदान करता है। जब एक्स-रे आयनीकरण कक्ष से गुजरते हैं, तो एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है, जिसका परिमाण एक्स-रे की तीव्रता के समानुपाती होता है।

पदार्थ द्वारा एक्स-रे का अवशोषण

जब एक्स-रे पदार्थ से होकर गुजरते हैं, तो अवशोषण और प्रकीर्णन के कारण उनकी ऊर्जा कम हो जाती है। किसी पदार्थ से गुजरने वाले एक्स-रे के समानांतर बीम की तीव्रता का कमजोर होना बाउगर के नियम द्वारा निर्धारित किया जाता है: मैं = I0 ई -μd, कहाँ पे मैं 0- एक्स-रे विकिरण की प्रारंभिक तीव्रता; मैंपदार्थ की परत से गुजरने वाली एक्स-रे की तीव्रता है, डी-अवशोषित परत मोटाई , μ - रैखिक क्षीणन गुणांक। यह दो राशियों के योग के बराबर है: टी- रैखिक अवशोषण गुणांक और σ - रैखिक प्रकीर्णन गुणांक: μ = τ+ σ

प्रयोगों में, यह पाया गया कि रैखिक अवशोषण गुणांक पदार्थ की परमाणु संख्या और एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है:

= kρZ 3 3, कहाँ पे क- प्रत्यक्ष आनुपातिकता का गुणांक, ρ - पदार्थ का घनत्व, जेडतत्व का परमाणु क्रमांक है, λ एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य है।

Z पर निर्भरता व्यावहारिक दृष्टि से बहुत महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, हड्डियों का अवशोषण गुणांक, जो कैल्शियम फॉस्फेट से बना होता है, कोमल ऊतकों के अवशोषण गुणांक से लगभग 150 गुना अधिक होता है ( जेड=20 कैल्शियम के लिए और जेड= 15 फास्फोरस के लिए)। जब एक्स-रे मानव शरीर से गुजरते हैं, तो हड्डियां मांसपेशियों, संयोजी ऊतक आदि की पृष्ठभूमि के खिलाफ स्पष्ट रूप से खड़ी होती हैं।

यह ज्ञात है कि पाचन अंगों में अन्य कोमल ऊतकों के समान अवशोषण गुणांक होता है। लेकिन अन्नप्रणाली, पेट और आंतों की छाया को प्रतिष्ठित किया जा सकता है यदि रोगी एक विपरीत एजेंट - बेरियम सल्फेट (बेरियम सल्फेट) का सेवन करता है। जेड =बेरियम के लिए 56)। बेरियम सल्फेट एक्स-रे के लिए बहुत अपारदर्शी है और अक्सर जठरांत्र संबंधी मार्ग की एक्स-रे परीक्षाओं के लिए उपयोग किया जाता है। रक्त वाहिकाओं, गुर्दे और इसी तरह की स्थिति की जांच करने के लिए कुछ अपारदर्शी मिश्रणों को रक्तप्रवाह में इंजेक्ट किया जाता है। इस मामले में, आयोडीन का उपयोग एक विपरीत एजेंट के रूप में किया जाता है, जिसकी परमाणु संख्या 53 है।

एक्स-रे अवशोषण की निर्भरता जेडएक्स-रे के संभावित हानिकारक प्रभावों से बचाने के लिए भी उपयोग किया जाता है। इस प्रयोजन के लिए, सीसा का उपयोग किया जाता है, मान जेडजिसके लिए 82 है।

चिकित्सा में एक्स-रे का उपयोग

निदान में एक्स-रे के उपयोग का कारण उनकी उच्च मर्मज्ञ शक्ति थी, जिनमें से एक मुख्य एक्स-रे गुण. खोज के शुरुआती दिनों में, एक्स-रे का उपयोग मुख्य रूप से हड्डी के फ्रैक्चर की जांच करने और मानव शरीर में विदेशी निकायों (जैसे गोलियों) का पता लगाने के लिए किया जाता था। वर्तमान में, एक्स-रे (एक्स-रे डायग्नोस्टिक्स) का उपयोग करके कई नैदानिक ​​विधियों का उपयोग किया जाता है।

प्रतिदीप्तिदर्शन . एक एक्स-रे डिवाइस में एक एक्स-रे स्रोत (एक्स-रे ट्यूब) और एक फ्लोरोसेंट स्क्रीन होती है। रोगी के शरीर से एक्स-रे गुजरने के बाद, डॉक्टर रोगी की छाया छवि देखता है। डॉक्टर को एक्स-रे के हानिकारक प्रभावों से बचाने के लिए स्क्रीन और डॉक्टर की आंखों के बीच एक लीड विंडो लगाई जानी चाहिए। यह विधि कुछ अंगों की कार्यात्मक अवस्था का अध्ययन करना संभव बनाती है। उदाहरण के लिए, एक डॉक्टर सीधे फेफड़ों के आंदोलनों का निरीक्षण कर सकता है, गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल ट्रैक्ट के माध्यम से एक विपरीत एजेंट का मार्ग। इस पद्धति के नुकसान अपर्याप्त विपरीत छवियां हैं और प्रक्रिया के दौरान रोगी द्वारा प्राप्त विकिरण की अपेक्षाकृत उच्च खुराक हैं।

फ्लोरोग्राफी . इस पद्धति में रोगी के शरीर के एक हिस्से की तस्वीर लेना शामिल है। उनका उपयोग, एक नियम के रूप में, एक्स-रे की कम खुराक का उपयोग करने वाले रोगियों के आंतरिक अंगों की स्थिति के प्रारंभिक अध्ययन के लिए किया जाता है।

रेडियोग्राफी। (एक्स-रे रेडियोग्राफी)। यह एक्स-रे का उपयोग करके अनुसंधान की एक विधि है, जिसके दौरान छवि को फोटोग्राफिक फिल्म पर रिकॉर्ड किया जाता है। तस्वीरें आमतौर पर दो लंबवत विमानों में ली जाती हैं। इस विधि के कुछ फायदे हैं। एक्स-रे तस्वीरों में फ्लोरोसेंट स्क्रीन पर एक छवि की तुलना में अधिक विवरण होता है, और इसलिए वे अधिक जानकारीपूर्ण होते हैं। उन्हें आगे के विश्लेषण के लिए सहेजा जा सकता है। कुल विकिरण खुराक फ्लोरोस्कोपी में उपयोग की जाने वाली मात्रा से कम है।

कंप्यूटेड एक्स-रे टोमोग्राफी . कम्प्यूटरीकृत अक्षीय टोमोग्राफिक स्कैनर सबसे आधुनिक एक्स-रे डायग्नोस्टिक डिवाइस है जो आपको अंगों के कोमल ऊतकों सहित मानव शरीर के किसी भी हिस्से की स्पष्ट छवि प्राप्त करने की अनुमति देता है।

कंप्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी) स्कैनर की पहली पीढ़ी में एक विशेष एक्स-रे ट्यूब शामिल होती है जो एक बेलनाकार फ्रेम से जुड़ी होती है। रोगी पर एक्स-रे की एक पतली किरण निर्देशित की जाती है। दो एक्स-रे डिटेक्टर फ्रेम के विपरीत दिशा से जुड़े होते हैं। रोगी फ्रेम के केंद्र में है, जो उसके शरीर के चारों ओर 180 0 घूम सकता है।

एक एक्स-रे बीम एक स्थिर वस्तु से होकर गुजरती है। डिटेक्टर विभिन्न ऊतकों के अवशोषण मूल्यों को प्राप्त करते हैं और रिकॉर्ड करते हैं। रिकॉर्डिंग 160 बार की जाती है जबकि एक्स-रे ट्यूब स्कैन किए गए विमान के साथ रैखिक रूप से चलती है। फिर फ्रेम को 1 0 घुमाया जाता है और प्रक्रिया दोहराई जाती है। रिकॉर्डिंग तब तक जारी रहती है जब तक कि फ्रेम 180 0 घुमा न दे। अध्ययन के दौरान प्रत्येक डिटेक्टर 28800 फ्रेम (180x160) रिकॉर्ड करता है। सूचना को कंप्यूटर द्वारा संसाधित किया जाता है, और चयनित परत की एक छवि एक विशेष कंप्यूटर प्रोग्राम के माध्यम से बनाई जाती है।

सीटी की दूसरी पीढ़ी कई एक्स-रे बीम और 30 एक्स-रे डिटेक्टरों का उपयोग करती है। इससे शोध प्रक्रिया को 18 सेकंड तक तेज करना संभव हो जाता है।

CT की तीसरी पीढ़ी एक नए सिद्धांत का उपयोग करती है। पंखे के रूप में एक्स-रे की एक विस्तृत बीम अध्ययन के तहत वस्तु को कवर करती है, और शरीर से गुजरने वाले एक्स-रे विकिरण को कई सौ डिटेक्टरों द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है। अनुसंधान के लिए आवश्यक समय को घटाकर 5-6 सेकंड कर दिया जाता है।

पहले के एक्स-रे डायग्नोस्टिक तरीकों की तुलना में सीटी के कई फायदे हैं। यह उच्च संकल्प द्वारा विशेषता है, जो नरम ऊतकों में सूक्ष्म परिवर्तनों को भेद करना संभव बनाता है। सीटी ऐसी रोग प्रक्रियाओं का पता लगाने की अनुमति देता है जिन्हें अन्य तरीकों से पता नहीं लगाया जा सकता है। इसके अलावा, सीटी का उपयोग नैदानिक ​​प्रक्रिया के दौरान रोगियों द्वारा प्राप्त एक्स-रे विकिरण की खुराक को कम करना संभव बनाता है।