Rentgen nurlanishining xususiyatlari va qo'llanilishi. X-nurlarining xarakterli xususiyatlari

• Naychaning qutblariga kuchlanish qanchalik baland bo'lsa, ularda potentsial farq shunchalik kuchli bo'ladi, shuning uchun harakatlanuvchi elektronlarning kinetik energiyasi yuqori bo'ladi. Quvurdagi kuchlanish elektronlarning tezligini va ularning anod moddasi bilan to'qnashuv kuchini aniqlaydi, shuning uchun kuchlanish rentgen nurlanishining to'lqin uzunligini aniqlaydi.

Rentgen naychalarining tasnifi

1. Uchrashuv bo'yicha
1. Diagnostik
2. Terapevtik
3. Strukturaviy tahlil qilish uchun
4. Transilluminatsiya uchun
2. Dizayn bo'yicha
1. Fokus bo'yicha

• Yagona fokusli (katodda bitta spiral va anodda bitta fokusli nuqta)
• Bifokal (katodda turli o'lchamdagi ikkita spiral va anodda ikkita fokusli nuqta)

1. Anod turi bo'yicha

• Statsionar (qattiq)
• Aylanuvchi

Rentgen nurlari nafaqat radiodiagnostik maqsadlarda, balki terapevtik maqsadlarda ham qo'llaniladi. Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, rentgen nurlanishining o'simta hujayralarining o'sishini bostirish qobiliyati uni onkologik kasalliklarni radiatsiya terapiyasida qo'llash imkonini beradi. Tibbiyot sohasiga qo'shimcha ravishda rentgen nurlanishi muhandislik-texnik sohada, materialshunoslikda, kristallografiyada, kimyoda va biokimyoda keng qo'llanilishini topdi: masalan, turli xil mahsulotlarda (relslar, choklar) strukturaviy nuqsonlarni aniqlash mumkin. va boshqalar) rentgen nurlanishidan foydalangan holda. Bunday tadqiqot turi defektoskopiya deb ataladi. Aeroportlarda, temir yo'l stantsiyalarida va boshqa odamlar gavjum joylarda, rentgen-televidenie introskoplari xavfsizlik maqsadida qo'l yuki va bagajini skanerlash uchun faol qo'llaniladi.

Anodning turiga qarab, rentgen naychalari dizayni bilan farqlanadi. Elektronlarning kinetik energiyasining 99% issiqlik energiyasiga aylantirilganligi sababli, trubaning ishlashi paytida anod sezilarli darajada isitiladi - sezgir volfram nishoni ko'pincha yonib ketadi. Anod zamonaviy rentgen naychalarida uni aylantirish orqali sovutiladi. Aylanadigan anod disk shakliga ega bo'lib, u butun yuzasi bo'ylab issiqlikni teng ravishda taqsimlaydi, volfram nishonining mahalliy qizib ketishini oldini oladi.

Rentgen naychalarining dizayni ham diqqat markazida farqlanadi. Fokusli nuqta - anodning ishchi rentgen nurlari hosil bo'ladigan qismi. U haqiqiy markazlashtirilgan nuqta va samarali markazlashtirilgan nuqtaga bo'linadi ( guruch. 12). Anodning burchagi tufayli samarali fokus nuqtasi haqiqiydan kichikroq. Rasm maydonining o'lchamiga qarab turli xil fokusli nuqta o'lchamlari qo'llaniladi. Rasm maydoni qanchalik katta bo'lsa, butun tasvir maydonini qoplash uchun fokus nuqtasi qanchalik keng bo'lishi kerak. Biroq, kichikroq fokusli nuqta tasvirni yanada aniqroq qiladi. Shuning uchun, kichik tasvirlarni ishlab chiqarishda qisqa filament ishlatiladi va elektronlar anod nishonining kichik maydoniga yo'naltiriladi va kichikroq fokusli nuqta hosil qiladi.

Guruch. 9 - statsionar anodli rentgen trubkasi.
Guruch. 10 - aylanuvchi anodli rentgen trubkasi.
Guruch. 11 - aylanuvchi anodli rentgen trubkasi qurilmasi.
Guruch. 12 - haqiqiy va samarali fokus nuqtasini shakllantirish diagrammasi.

Rentgen nurlanishi yuqori tezlikda harakatlanuvchi elektronlar materiya bilan o'zaro ta'sirlashganda paydo bo'ladi. Elektronlar har qanday moddaning atomlari bilan to'qnashganda, ular tezda kinetik energiyasini yo'qotadilar. Bunday holda, uning ko'p qismi issiqlikka aylanadi va kichik bir qismi, odatda, 1% dan kam bo'lsa, rentgen nurlari energiyasiga aylanadi. Bu energiya kvantlar shaklida chiqariladi - energiyaga ega, ammo dam olish massasi nolga teng bo'lgan fotonlar deb ataladigan zarralar. Rentgen fotonlari o'zlarining energiyasi bilan farqlanadi, bu ularning to'lqin uzunligiga teskari proportsionaldir. Rentgen nurlarini olishning an'anaviy usuli bilan to'lqin uzunliklarining keng diapazoni olinadi, bu rentgen spektri deb ataladi. Spektrda rasmda ko'rsatilganidek, aniq komponentlar mavjud. bitta.

Guruch. bitta. AN'anaviy rentgen nurlari SPEKTRUMI uzluksiz spektr (uzluksiz) va xarakterli chiziqlardan (o'tkir cho'qqilar) iborat. Kia va Kib chiziqlari tezlashtirilgan elektronlarning ichki K-qobig'ining elektronlari bilan o'zaro ta'siri tufayli paydo bo'ladi.

Keng "uzluksizlik" doimiy spektr yoki oq nurlanish deb ataladi. Uning ustiga qo'yilgan o'tkir cho'qqilarga xarakterli rentgen nurlanish chiziqlari deyiladi. Butun spektr elektronlarning materiya bilan to'qnashuvi natijasi bo'lsa-da, uning keng qismi va chiziqlarining paydo bo'lish mexanizmlari boshqacha. Modda juda ko'p atomlardan iborat bo'lib, ularning har biri elektron qobiqlar bilan o'ralgan yadroga ega va ma'lum element atomining qobig'idagi har bir elektron ma'lum bir diskret energiya darajasini egallaydi. Odatda bu qobiqlar yoki energiya darajalari yadroga eng yaqin qobiqdan boshlab K, L, M va hokazo belgilar bilan belgilanadi. Etarli darajada yuqori energiyaga ega bo'lgan elektron atomga bog'langan elektronlardan biri bilan to'qnashganda, u elektronni qobig'idan chiqarib yuboradi. Bo'sh joyni qobiqdan boshqa elektron egallaydi, bu esa yuqori energiyaga mos keladi. Bu rentgen fotonni chiqarish orqali ortiqcha energiyani chiqaradi. Qobiq elektronlari diskret energiya qiymatlariga ega bo'lganligi sababli, hosil bo'lgan rentgen fotonlari ham diskret spektrga ega. Bu ma'lum to'lqin uzunliklari uchun o'tkir cho'qqilarga mos keladi, ularning o'ziga xos qiymatlari maqsadli elementga bog'liq. Xarakterli chiziqlar elektronning qaysi qobiqdan (K, L yoki M) chiqarilganiga qarab K-, L- va M-seriyalarni hosil qiladi. X-nurlarining toʻlqin uzunligi va atom raqami oʻrtasidagi bogʻliqlik Mozeley qonuni deb ataladi (2-rasm).

Guruch. 2. Kimyoviy elementlar chiqaradigan X-NURLARNING XARAKTERISTIK NURLARNING to'lqin uzunligi elementning atom raqamiga bog'liq. Egri chiziq Mozeley qonuniga mos keladi: elementning atom raqami qanchalik katta bo'lsa, xarakterli chiziqning to'lqin uzunligi shunchalik qisqa bo'ladi.

Agar elektron nisbatan og'ir yadro bilan to'qnashsa, u sekinlashadi va uning kinetik energiyasi taxminan bir xil energiyadagi rentgen foton shaklida chiqariladi. Agar u yadro yonidan uchib o'tsa, u energiyaning faqat bir qismini yo'qotadi, qolgan qismi esa uning yo'lida tushgan boshqa atomlarga o'tadi. Har bir energiya yo'qotish harakati ma'lum energiyaga ega fotonning chiqishiga olib keladi. Uzluksiz rentgen spektri paydo bo'ladi, uning yuqori chegarasi eng tez elektronning energiyasiga to'g'ri keladi. Bu uzluksiz spektrni shakllantirish mexanizmi va uzluksiz spektrning chegarasini o'rnatuvchi maksimal energiya (yoki minimal to'lqin uzunligi) hodisa elektronlarining tezligini aniqlaydigan tezlashtiruvchi kuchlanishga mutanosibdir. Spektral chiziqlar bombardimon qilingan nishonning materialini tavsiflaydi, uzluksiz spektr esa elektron nurning energiyasi bilan belgilanadi va maqsadli materialga deyarli bog'liq emas.

Rentgen nurlarini nafaqat elektron bombardimon qilish, balki nishonni boshqa manbadan olingan rentgen nurlari bilan nurlantirish orqali ham olish mumkin. Biroq, bu holda, tushayotgan nurning energiyasining katta qismi xarakterli rentgen nurlari spektriga tushadi va uning juda kichik qismi uzluksiz spektrga tushadi. Shubhasiz, tushayotgan rentgen nurida energiyasi bombalangan elementning xarakterli chiziqlarini qo'zg'atish uchun etarli bo'lgan fotonlarni o'z ichiga olishi kerak. Xarakterli spektrdagi energiyaning yuqori foizi rentgen nurlarini qo'zg'atishning ushbu usulini ilmiy tadqiqotlar uchun qulay qiladi.

Rentgen naychalari. Elektronlarning materiya bilan o'zaro ta'siri natijasida rentgen nurlanishini olish uchun elektronlar manbai, ularni yuqori tezlikka tezlashtiradigan vositalar va elektron bombardimoniga dosh bera oladigan va rentgen nurlanishini hosil qiladigan nishonga ega bo'lish kerak. kerakli intensivlik. Bularning barchasiga ega bo'lgan qurilma rentgen trubkasi deb ataladi. Ilk tadqiqotchilar hozirgi tushirish quvurlari kabi "chuqur vakuum" quvurlaridan foydalanganlar. Ulardagi vakuum unchalik yuqori emas edi.

Chiqarish trubkalarida oz miqdorda gaz bo'ladi va nay elektrodlariga katta potentsial farq qo'llanilganda, gaz atomlari musbat va manfiy ionlarga aylanadi. Ijobiy bo'lganlar manfiy elektrod (katod) tomon harakatlanadi va uning ustiga tushib, undan elektronlarni uradi va ular o'z navbatida musbat elektrod (anod) tomon harakatlanadi va uni bombardimon qilib, rentgen fotonlari oqimini hosil qiladi. .

Coolidge tomonidan ishlab chiqilgan zamonaviy rentgen trubkasida (3-rasm) elektronlar manbai yuqori haroratga qizdirilgan volfram katodidir. Elektronlar anod (yoki antikatod) va katod o'rtasidagi yuqori potentsial farq tufayli yuqori tezlikka tezlashadi. Elektronlar atomlar bilan to'qnashmasdan anodga etib borishi kerakligi sababli, juda yuqori vakuum talab qilinadi, buning uchun trubka yaxshi evakuatsiya qilinishi kerak. Bu, shuningdek, qolgan gaz atomlarining ionlanish ehtimolini va ular bilan bog'liq yon oqimlarni kamaytiradi.

Guruch. 3. X-NURLARI TURBINI SOVUTTIRISH. Elektronlar bilan bombardimon qilinganida, volfram antikatodi xarakterli rentgen nurlarini chiqaradi. Rentgen nurlarining kesimi haqiqiy nurlangan maydondan kamroq. 1 - elektron nur; 2 - fokusli elektrodli katod; 3 - shisha qobiq (naycha); 4 - volfram nishoni (antikatod); 5 - katodli filament; 6 - haqiqatda nurlangan hudud; 7 - samarali markazlashtirilgan nuqta; 8 - mis anod; 9 - oyna; 10 - tarqoq rentgen nurlari.

Elektronlar katodni o'rab turgan maxsus shakldagi elektrod orqali anodga qaratilgan. Bu elektrod fokuslovchi elektrod deb ataladi va katod bilan birgalikda trubaning "elektron projektorini" hosil qiladi. Elektron bombardimon qilingan anod o'tga chidamli materialdan yasalgan bo'lishi kerak, chunki bombardimon elektronlarning kinetik energiyasining katta qismi issiqlikka aylanadi. Bundan tashqari, anod yuqori atom raqamiga ega bo'lgan materialdan tayyorlanishi ma'qul rentgen nurlarining rentabelligi atom sonining ortishi bilan ortadi. Eng ko'p tanlangan anod materiali volfram bo'lib, uning atom raqami 74 ga teng.

Rentgen naychalarining dizayni dastur va talablarga qarab farq qilishi mumkin.

Rossiya Federatsiyasi Ta'lim va fan vazirligi

Federal ta'lim agentligi

GOU VPO SUSU

Fizik kimyo kafedrasi

KSE kursida: "Rentgen nurlanishi"

Bajarildi:

Naumova Daria Gennadievna

Tekshirildi:

dotsent, K.T.N.

Tanklevskaya N.M.

Chelyabinsk 2010 yil

Kirish

I bob. Rentgen nurlarining ochilishi

Kvitansiya

Materiya bilan o'zaro ta'sir

Biologik ta'sir

ro'yxatga olish

Ilova

X-ray qanday olinadi

tabiiy rentgen nurlari

II bob. Radiografiya

Ilova

Rasmni olish usuli

Rentgenografiyaning afzalliklari

Rentgenografiyaning kamchiliklari

Floroskopiya

Qabul qilish printsipi

Floroskopiyaning afzalliklari

Floroskopiyaning kamchiliklari

Floroskopiyada raqamli texnologiyalar

Ko'p qatorli skanerlash usuli

Xulosa

Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati

Kirish

Rentgen nurlanishi - foton energiyasi ultrabinafshadan gamma nurlanishgacha bo'lgan energiya diapazoni bilan belgilanadigan elektromagnit to'lqinlar, to'lqin uzunligi 10−4 dan 10² Å gacha (10−14 dan 10−8 m gacha) mos keladi.

Ko'rinadigan yorug'lik singari, rentgen nurlari ham fotografik plyonkaning qorayishiga olib keladi. Bu xususiyat tibbiyot, sanoat va ilmiy tadqiqotlar uchun katta ahamiyatga ega. O'rganilayotgan ob'ektdan o'tib, keyin plyonkaga tushgan rentgen nurlanishi uning ichki tuzilishini tasvirlaydi. Turli materiallar uchun rentgen nurlanishining kirib borish kuchi har xil bo'lganligi sababli, ob'ektning unchalik shaffof bo'lmagan qismlari fotosuratda nurlanish yaxshi o'tadigan joylarga qaraganda yorqinroq joylarni beradi. Shunday qilib, suyak to'qimalari teri va ichki organlarni tashkil etuvchi to'qimalarga qaraganda rentgen nurlari uchun kamroq shaffofdir. Shuning uchun rentgenografiyada suyaklar engilroq joylar sifatida ko'rsatiladi va nurlanish uchun shaffofroq bo'lgan sinish joyini osongina aniqlash mumkin. Rentgenografiya stomatologiyada tishlarning ildizlaridagi karies va xo'ppozlarni aniqlashda, shuningdek, sanoatda quyma, plastmassa va kauchuklardagi yoriqlarni aniqlash uchun ham qo'llaniladi.

X-nurlari kimyoda birikmalarni tahlil qilishda, fizikada esa kristalllarning tuzilishini oʻrganishda qoʻllaniladi. Kimyoviy birikma orqali o'tadigan rentgen nurlari xarakterli ikkilamchi nurlanishni keltirib chiqaradi, uning spektroskopik tahlili kimyogarga birikma tarkibini aniqlash imkonini beradi. Kristalli moddaga tushganda, rentgen nurlari kristalning atomlari tomonidan tarqalib, fotografik plastinkada dog'lar va chiziqlarning aniq, muntazam naqshini beradi, bu kristalning ichki tuzilishini o'rnatishga imkon beradi.

Saratonni davolashda rentgen nurlaridan foydalanish saraton hujayralarini o'ldirishiga asoslanadi. Biroq, u normal hujayralarga ham kiruvchi ta'sir ko'rsatishi mumkin. Shuning uchun rentgen nurlaridan foydalanishda juda ehtiyot bo'lish kerak.

I bob. Rentgen nurlarining ochilishi

Rentgen nurlarining kashfiyoti Vilgelm Konrad Rentgenga tegishli. U birinchi bo'lib rentgen nurlari to'g'risida maqola e'lon qildi va uni rentgen nurlari (rentgen) deb ataydi. Rentgenning "Yangi turdagi nurlar to'g'risida" nomli maqolasi 1895 yil 28 dekabrda Würzburg fizik-tibbiy jamiyati jurnalida nashr etilgan. Biroq, rentgen nurlari ilgari olinganligi isbotlangan deb hisoblanadi. Rentgen o'z tajribalarida qo'llagan katod nurlari trubkasi J. Xittorf va V. Kruks tomonidan ishlab chiqilgan. Ushbu naycha rentgen nurlarini ishlab chiqaradi. Bu Kruks tajribalarida va 1892 yildan boshlab Geynrix Gerts va uning shogirdi Filipp Lenardning fotoplastinkalarni qoraytirish orqali tajribalarida ko'rsatilgan. Biroq, ularning hech biri o'z kashfiyotlarining ahamiyatini tushunmadi va natijalarini nashr etmadi. Shuningdek, Nikola Tesla 1897 yildan boshlab katod nurlari naychalari bilan tajriba o'tkazdi, rentgen nurlarini oldi, ammo natijalarini e'lon qilmadi.

Shu sababli, Rentgen o'zidan oldin qilingan kashfiyotlar haqida bilmas edi va keyinchalik uning nomi bilan atalgan nurlarni mustaqil ravishda - katod nurlari trubasining ishlashi paytida yuzaga keladigan floresansni kuzatgan holda kashf etdi. Rentgen bir yildan ko'proq vaqt davomida (1895 yil 8 noyabrdan 1897 yil martgacha) rentgen nurlarini o'rgandi va ular haqida faqat uchta nisbatan kichik maqolalarni nashr etdi, ammo ular yangi nurlarning shunday keng qamrovli tavsifini taqdim etdilarki, uning izdoshlari tomonidan yuzlab maqolalar. keyin 12 yil davomida nashr etilgan, hech qanday muhim narsani qo'shib yoki o'zgartira olmadi. Rentgenga qiziqish yo'qolgan Rentgen hamkasblariga: "Men hamma narsani allaqachon yozganman, vaqtingizni behuda sarflamang", dedi. Rentgenning shon-shuhratiga u o'z maqolasida e'lon qilgan rafiqasi qo'lining mashhur fotosurati ham hissa qo'shgan (o'ngdagi rasmga qarang). Bunday shon-sharaf 1901 yilda Rentgenga fizika bo'yicha birinchi Nobel mukofotini keltirdi va Nobel qo'mitasi uning kashfiyotining amaliy ahamiyatini ta'kidladi. 1896 yilda "Rentgen nurlari" nomi birinchi marta ishlatilgan. Ba'zi mamlakatlarda eski nom saqlanib qolgan - rentgen nurlari. Rossiyada talaba V.K.ning taklifi bilan nurlar "rentgen" deb atala boshlandi. Rentgen - Abram Fedorovich Ioffe.

Elektromagnit to'lqinlar shkalasidagi joylashuvi

X-nurlari va gamma-nurlarining energiya diapazonlari keng energiya diapazonida bir-biriga mos keladi. Ikkala turdagi nurlanish elektromagnit nurlanishdir va bir xil foton energiyasiga ekvivalentdir. Terminologik farq paydo bo'lish usulidadir - rentgen nurlari elektronlar (atomlarda yoki erkin) ishtirokida chiqariladi, gamma nurlanish esa atom yadrolarining qo'zg'alish jarayonlarida chiqariladi. Rentgen fotonlari 100 eV dan 250 keV gacha energiyaga ega, bu chastotasi 3 1016 Gts dan 6 1019 Gts gacha va to'lqin uzunligi 0,005 - 10 nm bo'lgan nurlanishga mos keladi (X ning pastki chegarasining umumiy qabul qilingan ta'rifi yo'q. -to'lqin uzunligi shkalasidagi nurlar diapazoni). Yumshoq rentgen nurlari eng past foton energiyasi va nurlanish chastotasi (va eng uzun to'lqin uzunligi) bilan tavsiflanadi, qattiq rentgen nurlari esa eng yuqori foton energiyasi va nurlanish chastotasiga (va eng qisqa to'lqin uzunligi) ega.

(V.K.Rentgen tomonidan olingan xotinining qo'lining rentgen fotosurati (rentgenogrammasi))

Kvitansiya

Rentgen nurlari zaryadlangan zarrachalarning (asosan elektronlar) kuchli tezlashishi yoki atomlar yoki molekulalarning elektron qobiqlarida yuqori energiyali o'tishlar natijasida hosil bo'ladi. Ikkala effekt ham rentgen naychalarida qo'llaniladi, ularda issiq katoddan chiqarilgan elektronlar tezlashadi (rentgen nurlari chiqarilmaydi, chunki tezlanish juda past) va anodga tegib, ular keskin sekinlashadi (rentgen nurlari chiqariladi: .bremsstrahlung deb ataladigan) va bir vaqtning o'zida anod qilingan metall atomlarining ichki elektron qobiqlaridan elektronlarni urib tushiradi. Qobiqlardagi bo'sh joylarni atomning boshqa elektronlari egallaydi. Bunday holda, rentgen nurlanishi anod materialining ma'lum bir energiya xarakteristikasi bilan chiqariladi (xarakterli nurlanish, chastotalar Moseley qonuni bilan belgilanadi:

bu erda Z - anod elementining atom raqami, A va B - elektron qobiqning asosiy kvant soni n ning ma'lum bir qiymati uchun doimiylar). Hozirgi vaqtda anodlar asosan keramikadan, elektronlar urilgan qismi esa molibdendan tayyorlanadi. Tezlanish-sekinlashuv jarayonida elektronning kinetik energiyasining atigi 1% rentgen nurlariga o'tadi, energiyaning 99% issiqlikka aylanadi.

X-nurlarini zarracha tezlatgichlarida ham olish mumkin. deb atalmish. Sinxrotron nurlanishi magnit maydonda zarrachalar dastasi burilganda yuzaga keladi, buning natijasida ular harakatiga perpendikulyar yo'nalishda tezlanishni boshdan kechiradilar. Sinxrotron nurlanishi yuqori chegaraga ega bo'lgan uzluksiz spektrga ega. To'g'ri tanlangan parametrlar (magnit maydonning kattaligi va zarrachalar energiyasi) bilan rentgen nurlarini sinxrotron nurlanish spektrida ham olish mumkin.

Rentgen nayining sxematik tasviri. X - rentgen nurlari, K - katod, A - anod (ba'zan antikatod deb ataladi), C - issiqlik qabul qiluvchi, Uh - katod filament kuchlanishi, Ua - tezlashtiruvchi kuchlanish, Win - suv sovutish kirishi, Wout - suv sovutish chiqishi (qarang: x- nur trubkasi).

Materiya bilan o'zaro ta'sir

X-nurlari uchun deyarli har qanday moddaning sinishi ko'rsatkichi birlikdan juda oz farq qiladi. Buning natijasi shundaki, rentgen linzalarini yaratish mumkin bo'lgan material yo'q. Bundan tashqari, rentgen nurlari sirtga perpendikulyar tushganda, ular deyarli aks etmaydi. Shunga qaramay, rentgen optikasida rentgen nurlari uchun optik elementlarni qurish usullari topilgan.

Rentgen nurlari moddalarga kirib borishi mumkin va turli moddalar ularni turlicha yutadi. Rentgen nurlarining yutilishi rentgen fotosuratlarida ularning eng muhim xususiyatidir. Rentgen nurlarining intensivligi yutuvchi qatlamda o'tgan yo'lga qarab eksponensial ravishda kamayadi (I = I0e-kd, bu erda d - qatlam qalinligi, k koeffitsienti Z3l3 ga proportsional, Z - elementning atom raqami, l - to'lqin uzunligi).

Absorbsiya fotoabsorbtsiya va Komptonning tarqalishi natijasida sodir bo'ladi:

Fotoabsorbsiya deganda, foton energiyasining ma'lum bir minimal qiymatdan kattaroq bo'lishini talab qiluvchi elektronni atom qobig'idan foton bilan urib tushirish jarayoni tushuniladi. Agar fotonning energiyasiga bog'liq bo'lgan yutilish aktining ehtimolini hisobga olsak, u holda ma'lum bir energiyaga erishilganda u (ehtimollik) maksimal qiymatiga qadar keskin ortadi. Yuqori energiyalar uchun ehtimollik doimiy ravishda kamayadi. Bu qaramlik tufayli, yutilish chegarasi borligi aytiladi. Yutish paytida urilgan elektronning o'rnini boshqa elektron egallaydi, shu bilan birga kamroq foton energiyasiga ega bo'lgan nurlanish chiqariladi. floresans jarayoni.

Rentgen nurlari atom hodisalarini o'rganish va amaliy foydalanishda eng muhim rollardan birini o'ynaydi. Ularning tadqiqotlari tufayli ko'plab kashfiyotlar qilindi va turli sohalarda qo'llaniladigan moddalarni tahlil qilish usullari ishlab chiqildi. Bu erda rentgen nurlarining turlaridan biri - xarakterli rentgen nurlarini ko'rib chiqamiz.

Rentgen nurlarining tabiati va xossalari

Rentgen nurlanishi - bu kosmosda taxminan 300 000 km / s tezlikda tarqaladigan elektromagnit maydon holatining yuqori chastotali o'zgarishi, ya'ni elektromagnit to'lqinlar. Elektromagnit nurlanish diapazoni shkalasida rentgen nurlari to'lqin uzunligi taxminan 10 -8 dan 5∙10 -12 metrgacha bo'lgan diapazonda joylashgan bo'lib, bu optik to'lqinlardan bir necha marta qisqaroqdir. Bu 3∙10 16 dan 6∙10 19 Gts gacha bo'lgan chastotalarga va 10 eV dan 250 keV gacha bo'lgan energiyalarga yoki 1,6∙10 -18 dan 4∙10 -14 J gacha bo'lgan energiyaga to'g'ri keladi. Shuni ta'kidlash kerakki, chastota diapazonlarining chegaralari. elektromagnit nurlanishlar bir-birining ustiga chiqishi sababli ancha an'anaviydir.

Tezlashtirilgan zaryadlangan zarrachalarning (yuqori energiyali elektronlar) elektr va magnit maydonlari va moddaning atomlari bilan o'zaro ta'siri.

Rentgen fotonlari yuqori energiya va yuqori penetratsion va ionlashtiruvchi kuch bilan ajralib turadi, ayniqsa to'lqin uzunligi 1 nanometrdan (10 -9 m) kam bo'lgan qattiq rentgen nurlari uchun.

Rentgen nurlari fotoeffekt (fotoabsorbsiya) va inkogerent (Kompton) sochilish jarayonlarida modda bilan oʻzaro taʼsirlashib, uning atomlarini ionlashtiradi. Fotoabsorbtsiyada rentgen fotoni atomning elektroni tomonidan yutilib, unga energiya o'tkazadi. Agar uning qiymati atomdagi elektronning bog'lanish energiyasidan oshsa, u atomni tark etadi. Komptonning tarqalishi qattiqroq (energetik) rentgen nurlari fotonlariga xosdir. Yutilgan foton energiyasining bir qismi ionlanishga sarflanadi; bu holda, birlamchi foton yo'nalishiga ma'lum bir burchak ostida, past chastotali ikkinchi darajali chiqariladi.

Rentgen nurlanishining turlari. Bremsstrahlung

Nurlarni olish uchun ichida elektrodlari bo'lgan shisha vakuumli idishlar ishlatiladi. Elektrodlar orasidagi potentsial farq juda yuqori bo'lishi kerak - yuzlab kilovoltgacha. Oqim bilan isitiladigan volfram katodida termion emissiya sodir bo'ladi, ya'ni undan elektronlar chiqariladi, ular potentsial farq bilan tezlashadi va anodni bombardimon qiladi. Ularning anod atomlari (ba'zan antikatod deb ataladi) bilan o'zaro ta'siri natijasida rentgen fotonlari tug'iladi.

Fotonning tug'ilishiga qanday jarayon olib kelishiga qarab, rentgen nurlanishining bremsstrahlung va xarakterli kabi turlari mavjud.

Elektronlar anod bilan uchrashib, sekinlashishi, ya'ni atomlarining elektr maydonlarida energiya yo'qotishi mumkin. Bu energiya rentgen nurlari fotonlari shaklida chiqariladi. Bunday nurlanish bremsstrahlung deb ataladi.

Alohida elektronlar uchun tormozlanish shartlari har xil bo'lishi aniq. Demak, ularning kinetik energiyasining turli miqdori rentgen nurlariga aylanadi. Natijada, bremsstrahlung turli chastotali fotonlarni va shunga mos ravishda to'lqin uzunliklarini o'z ichiga oladi. Shuning uchun uning spektri uzluksiz (uzluksiz). Ba'zan shu sababdan u "oq" rentgen nurlari deb ham ataladi.

Bremsstrahlung fotonning energiyasi uni hosil qiluvchi elektronning kinetik energiyasidan oshmasligi kerak, shuning uchun bremsstrahlungning maksimal chastotasi (va eng kichik to'lqin uzunligi) anodga tushgan elektronlarning kinetik energiyasining eng katta qiymatiga mos keladi. Ikkinchisi elektrodlarga qo'llaniladigan potentsial farqga bog'liq.

Boshqa jarayondan kelib chiqadigan boshqa turdagi rentgen nurlari mavjud. Bu nurlanish xarakterli deb ataladi va biz bu haqda batafsilroq to'xtalamiz.

Qanday xarakterli rentgen nurlari ishlab chiqariladi

Antikatodga erishgandan so'ng, tezkor elektron atom ichiga kirib, pastki orbitallardan biridan istalgan elektronni chiqarib yuborishi mumkin, ya'ni unga potentsial to'siqni engib o'tish uchun etarli energiyani o'tkazishi mumkin. Biroq, atomda elektronlar egallagan yuqori energiya darajalari mavjud bo'lsa, bo'shatilgan joy bo'sh qolmaydi.

Shuni esda tutish kerakki, atomning elektron tuzilishi, har qanday energiya tizimi kabi, energiyani minimallashtirishga intiladi. Nokaut natijasida hosil bo'lgan bo'sh joy yuqori darajalardan birining elektroni bilan to'ldiriladi. Uning energiyasi yuqoriroq va pastroq darajani egallab, xarakterli rentgen nurlanishining kvanti ko'rinishida ortiqcha nur chiqaradi.

Atomning elektron tuzilishi elektronlarning mumkin bo'lgan energiya holatlarining diskret to'plamidir. Shu sababli, elektron bo'sh joylarni almashtirish paytida chiqariladigan rentgen fotonlari ham darajadagi farqni aks ettiruvchi faqat qat'iy belgilangan energiya qiymatlariga ega bo'lishi mumkin. Natijada, xarakterli rentgen nurlanishi doimiy emas, balki chiziqli turdagi spektrga ega. Bunday spektr anodning moddasini tavsiflash imkonini beradi - shuning uchun bu nurlarning nomi. Aynan spektral farqlar tufayli bremsstrahlung va xarakterli rentgen nurlari deganda nimani nazarda tutishi aniq.

Ba'zida ortiqcha energiya atom tomonidan chiqarilmaydi, lekin uchinchi elektronni urib tushirishga sarflanadi. Bu jarayon - Auger effekti deb ataladigan jarayon elektronning bog'lanish energiyasi 1 keV dan oshmaganda sodir bo'lish ehtimoli ko'proq. Chiqarilgan Auger elektronining energiyasi atomning energiya darajalari tuzilishiga bog'liq, shuning uchun bunday elektronlarning spektrlari ham diskretdir.

Xarakteristik spektrning umumiy ko'rinishi

Rentgen spektrida tor xarakterli chiziqlar doimiy bremsstrahlung spektri bilan birga mavjud. Agar spektrni to'lqin uzunligiga (chastotaga) nisbatan intensivlik grafigi sifatida ifodalasak, biz chiziqlar joylashgan joylarda keskin cho'qqilarni ko'ramiz. Ularning joylashuvi anod materialiga bog'liq. Bu maksimallar har qanday potentsial farqda mavjud - agar rentgen nurlari mavjud bo'lsa, har doim ham cho'qqilar mavjud. Quvur elektrodlarida kuchlanish kuchayishi bilan ham uzluksiz, ham xarakterli rentgen nurlanishining intensivligi oshadi, lekin tepaliklarning joylashishi va ularning intensivligi nisbati o'zgarmaydi.

X-nurlari spektrlaridagi cho'qqilar elektronlar tomonidan nurlantirilgan antikatodning materialidan qat'i nazar, bir xil shaklga ega, ammo turli materiallar uchun ular turli chastotalarda joylashgan bo'lib, chastota qiymatlarining yaqinligiga ko'ra ketma-ket birlashadi. Seriyalarning o'rtasida chastotalar farqi ancha sezilarli. Maksimallarning shakli anod materialining sof kimyoviy elementni ifodalashi yoki uning murakkab modda ekanligiga hech qanday bog'liq emas. Ikkinchi holda, uning tarkibiy elementlarining xarakterli rentgen spektrlari oddiygina bir-birining ustiga qo'yiladi.

Kimyoviy elementning atom raqamining ortishi bilan uning rentgen nurlari spektrining barcha chiziqlari ortib borayotgan chastota tomon siljiydi. Spektr o'z shaklini saqlab qoladi.

Moseley qonuni

Xarakterli chiziqlarning spektral siljishi hodisasi 1913 yilda ingliz fizigi Genri Mozili tomonidan eksperimental ravishda kashf etilgan. Bu unga spektrning maksimal chastotalarini kimyoviy elementlarning tartib raqamlari bilan bog'lash imkonini berdi. Shunday qilib, xarakterli rentgen nurlanishining to'lqin uzunligi, ma'lum bo'lishicha, ma'lum bir element bilan aniq bog'lanishi mumkin. Umuman olganda, Mozeley qonunini quyidagicha yozish mumkin: √f = (Z - S n)/n√R, bu erda f - chastota, Z - elementning tartib raqami, S n - skrining doimiysi, n - bosh kvant. soni, R esa doimiy Rydberg. Bu munosabat chiziqli bo'lib, Mozeli diagrammasida n ning har bir qiymati uchun bir qator to'g'ri chiziqlar sifatida ko'rinadi.

n ning qiymatlari xarakterli rentgen cho'qqilarining individual seriyalariga mos keladi. Moseley qonuni qattiq elektronlar tomonidan nurlangan kimyoviy elementning seriya raqamini rentgen nurlari spektrining maksimal o'lchangan to'lqin uzunliklaridan (ular chastotalar bilan yagona bog'liq) aniqlashga imkon beradi.

Kimyoviy elementlarning elektron qobiqlarining tuzilishi bir xil. Bu rentgen nurlanishining xarakterli spektridagi siljish o'zgarishining monotonligi bilan ko'rsatiladi. Chastota siljishi tizimli emas, balki har bir element uchun o'ziga xos bo'lgan elektron qobiqlar orasidagi energiya farqlarini aks ettiradi.

Mozeli qonunining atom fizikasidagi roli

Moseley qonuni bilan ifodalangan qat'iy chiziqli munosabatlardan kichik og'ishlar mavjud. Ular, birinchidan, ba'zi elementlardagi elektron qobiqlarni to'ldirish tartibining o'ziga xos xususiyatlari bilan, ikkinchidan, og'ir atomlardagi elektronlar harakatining relativistik ta'siri bilan bog'liq. Bundan tashqari, yadrodagi neytronlar soni o'zgarganda (izotopik siljish deb ataladigan), chiziqlarning holati biroz o'zgarishi mumkin. Bu ta'sir atom tuzilishini batafsil o'rganish imkonini berdi.

Mozeli qonunining ahamiyati nihoyatda katta. Uning Mendeleyev davriy sistemasining elementlariga izchil tatbiq etilishi xarakterli maksimallarning har bir kichik siljishiga qarab seriya raqamini oshirish sxemasini o‘rnatdi. Bu elementlarning tartib sonining fizik ma'nosi haqidagi savolni oydinlashtirishga yordam berdi. Z qiymati shunchaki raqam emas: bu yadroning musbat elektr zaryadidir, ya'ni uni tashkil etuvchi zarrachalarning birlik musbat zaryadlarining yig'indisi. Jadvaldagi elementlarning to'g'ri joylashishi va undagi bo'sh pozitsiyalarning mavjudligi (o'sha paytda ular hali ham mavjud edi) kuchli tasdiqni oldi. Davriy qonunning haqiqiyligi isbotlandi.

Bundan tashqari, Moseley qonuni eksperimental tadqiqotlarning butun yo'nalishi - rentgen spektrometriyasi paydo bo'lishiga asos bo'ldi.

Atomning elektron qobiqlarining tuzilishi

Elektron qanday joylashishini qisqacha eslaylik.U K, L, M, N, O, P, Q harflari yoki 1 dan 7 gacha raqamlar bilan belgilangan qobiqlardan iborat. mumkin bo'lgan energiya qiymatlarini aniqlaydigan kvant soni n. Tashqi qobiqlarda elektronlarning energiyasi yuqoriroq va tashqi elektronlar uchun ionlanish potentsiali mos ravishda past bo'ladi.

Qobiq bir yoki bir nechta pastki darajalarni o'z ichiga oladi: s, p, d, f, g, h, i. Har bir qobiqda pastki darajalar soni avvalgisiga nisbatan bittaga ko'payadi. Har bir pastki darajadagi va har bir qobiqdagi elektronlar soni ma'lum bir qiymatdan oshmasligi kerak. Ular asosiy kvant sonidan tashqari, shaklni aniqlaydigan orbital elektron bulutining bir xil qiymati bilan tavsiflanadi. Pastki darajalar ular tegishli bo'lgan qobiq bilan belgilanadi, masalan, 2s, 4d va boshqalar.

Pastki sathda asosiy va orbitaldan tashqari yana bitta kvant soni - magnit mavjud bo'lib, u elektron orbital momentumning magnit maydon yo'nalishi bo'yicha proyeksiyasini aniqlaydi. Bitta orbitalda ikkitadan ko'p bo'lmagan elektronlar bo'lishi mumkin, ular to'rtinchi kvant soni - spinning qiymatida farqlanadi.

Keling, qanday xarakterli rentgen nurlanishi paydo bo'lishini batafsil ko'rib chiqaylik. Ushbu turdagi elektromagnit emissiyaning kelib chiqishi atom ichida sodir bo'ladigan hodisalar bilan bog'liq bo'lganligi sababli, uni elektron konfiguratsiyalarning yaqinlashuvida aniq tasvirlash eng qulaydir.

Xarakterli rentgen nurlarini hosil qilish mexanizmi

Shunday qilib, bu nurlanishning sababi yuqori energiyali elektronlarning atomga chuqur kirib borishi tufayli ichki qobiqlarda elektron bo'shliqlarining paydo bo'lishidir. Qattiq elektronning o'zaro ta'sir qilish ehtimoli elektron bulutlarining zichligi bilan ortadi. Shuning uchun, to'qnashuvlar, ehtimol, eng past K-qobig'i kabi zich joylashgan ichki qobiqlarda bo'ladi. Bu erda atom ionlanadi va 1s qobiqda bo'sh joy hosil bo'ladi.

Bu bo'sh joy qobiqdan yuqori energiyaga ega bo'lgan elektron bilan to'ldiriladi, uning ortiqcha qismi rentgen fotoni tomonidan olib tashlanadi. Bu elektron ikkinchi L qavatdan, uchinchi M qavatdan va hokazo "tushi" mumkin. Xarakteristik qator shunday shakllanadi, bu misolda K-seriya. Bo'sh joyni to'ldiruvchi elektron qayerdan kelganligi ko'rsatkichi qatorni belgilashda yunon indeksi shaklida beriladi. "Alfa" L-qobig'idan, "beta" - M-qobig'idan kelganligini anglatadi. Hozirgi vaqtda yunoncha harf indekslarini qobiqlarni belgilash uchun qabul qilingan lotin harflari bilan almashtirish tendentsiyasi mavjud.

Seriyadagi alfa chizig'ining intensivligi har doim eng yuqori bo'ladi, ya'ni qo'shni qobiqdan bo'sh joyni to'ldirish ehtimoli eng yuqori.

Endi biz savolga javob berishimiz mumkin, xarakterli rentgen kvantining maksimal energiyasi nima. U E \u003d E n 2 - E n 1 formulasiga ko'ra, elektron o'tish sodir bo'ladigan darajalarning energiya qiymatlari farqi bilan aniqlanadi, bu erda E n 2 va E n 1 - bu elektronlarning energiyalari. o'tish sodir bo'lgan elektron davlatlar. Ushbu parametrning eng yuqori qiymati og'ir elementlarning atomlarining mumkin bo'lgan eng yuqori darajalaridan K-seriyali o'tishlar bilan beriladi. Ammo bu chiziqlarning intensivligi (cho'qqi balandligi) eng kichikdir, chunki ular eng kam ehtimol.

Agar elektrodlardagi kuchlanish etarli bo'lmaganligi sababli, qattiq elektron K darajasiga chiqa olmasa, u L darajasida bo'sh joy hosil qiladi va to'lqin uzunligi uzunroq bo'lgan kamroq energiyali L seriyasi hosil bo'ladi. Keyingi seriyalar ham xuddi shunday tarzda tug'iladi.

Bundan tashqari, vakansiya to'ldirilganda, elektron o'tish natijasida ustki qobiqda yangi vakansiya paydo bo'ladi. Bu keyingi seriyalarni yaratish uchun sharoit yaratadi. Elektron bo'sh o'rinlar darajadan yuqoriga ko'tariladi va atom ionlangan holda o'ziga xos spektral qatorlar kaskadini chiqaradi.

Xarakteristik spektrlarning nozik tuzilishi

Xarakterli rentgen nurlanishining atom rentgen spektrlari, optik spektrlarda bo'lgani kabi, chiziq bo'linishida ifodalangan nozik tuzilish bilan tavsiflanadi.

Nozik struktura energiya darajasi - elektron qobiq - bir-biriga yaqin joylashgan komponentlar to'plami - pastki qavatlar ekanligi bilan bog'liq. Pastki qavatlarni tavsiflash uchun elektronning ichki va orbital magnit momentlarining o'zaro ta'sirini aks ettiruvchi yana bitta ichki kvant soni j kiritiladi.

Spin-orbitaning o'zaro ta'siri bilan bog'liq holda, atomning energiya tuzilishi murakkablashadi va natijada xarakterli rentgen nurlanishi juda yaqin joylashgan elementlarga ega bo'linish chiziqlari bilan tavsiflangan spektrga ega bo'ladi.

Nozik tuzilish elementlari odatda qo'shimcha raqamli indekslar bilan belgilanadi.

X-nurli nurlanishning xarakterli xususiyati faqat spektrning nozik tuzilishida aks ettirilgan xususiyatga ega. Elektronning eng past energiya darajasiga o'tishi yuqori darajadagi pastki pastki qavatdan sodir bo'lmaydi. Bunday hodisaning ahamiyatsiz ehtimoli bor.

Spektrometriyada rentgen nurlaridan foydalanish

Bu nurlanish, Mozeley qonunida tasvirlangan xususiyatlaridan kelib chiqqan holda, moddalarni tahlil qilish uchun turli xil rentgen spektral usullari asosida yotadi. Rentgen nurlari spektrini tahlil qilishda nurlanishning kristallar bilan diffraksiyasi (to'lqin-dispersiv usul) yoki so'rilgan rentgen nurlari fotonlari energiyasiga sezgir bo'lgan detektorlar (energiya-dispersiv usul) qo'llaniladi. Aksariyat elektron mikroskoplar rentgen spektrometrining ba'zi bir qo'shimchalari bilan jihozlangan.

To'lqin-dispersiv spektrometriya ayniqsa yuqori aniqlik bilan ajralib turadi. Maxsus filtrlar yordamida spektrdagi eng qizg'in cho'qqilar tanlanadi, shuning uchun aniq ma'lum chastotali deyarli monoxromatik nurlanishni olish mumkin. Kerakli chastotaning monoxromatik nurlanishini ta'minlash uchun anod materiali juda ehtiyotkorlik bilan tanlanadi. Uning o'rganilayotgan moddaning kristall panjarasiga diffraksiyasi panjara tuzilishini katta aniqlik bilan o'rganish imkonini beradi. Bu usul DNK va boshqa murakkab molekulalarni o'rganishda ham qo'llaniladi.

Xarakterli rentgen nurlanishining xususiyatlaridan biri gamma-spektrometriyada ham hisobga olinadi. Bu xarakterli cho'qqilarning yuqori intensivligi. Gamma-spektrometrlar o'lchovlarga xalaqit beradigan tashqi fon nurlanishidan qo'rg'oshin ekranidan foydalanadi. Ammo qo'rg'oshin gamma kvantlarini o'zlashtiradi, ichki ionlanishni boshdan kechiradi, buning natijasida u rentgen nurlari diapazonida faol ravishda chiqaradi. Qo'rg'oshindan xarakterli rentgen nurlanishining kuchli cho'qqilarini olish uchun qo'shimcha kadmiy himoyasi qo'llaniladi. U, o'z navbatida, ionlanadi va rentgen nurlarini ham chiqaradi. Kadmiyning xarakterli cho'qqilarini zararsizlantirish uchun uchinchi himoya qatlami qo'llaniladi - mis, uning rentgen nurlari maksimallari gamma spektrometrining ish chastotasi diapazonidan tashqarida joylashgan.

Spektrometriya ham bremsstrahlung, ham xarakterli rentgen nurlaridan foydalanadi. Shunday qilib, moddalarni tahlil qilishda turli moddalar tomonidan uzluksiz rentgen nurlarining yutilish spektrlari o'rganiladi.

Rentgen nurlari 1895 yilda taniqli nemis fizigi Vilgelm Rentgen tomonidan tasodifan kashf etilgan. U elektrodlari orasida yuqori kuchlanish boʻlgan past bosimli gaz chiqarish trubkasidagi katod nurlarini oʻrgangan. Naycha qora qutida bo'lsa-da, Rentgen trubka har safar ishlayotganida yaqin atrofda joylashgan lyuminestsent ekran porlashini payqadi. Naycha qog'oz, yog'och, shisha va hatto yarim santimetr qalinlikdagi alyuminiy plastinkaga ham kira oladigan nurlanish manbai bo'lib chiqdi.

Rentgen nurlari gaz chiqarish trubkasi yuqori penetratsion quvvatga ega yangi turdagi ko'rinmas nurlanish manbai ekanligini aniqladi. Olim bu nurlanish zarralar oqimi yoki to‘lqinlar oqimi ekanligini aniqlay olmadi va unga rentgen nurlari nomini berishga qaror qildi. Keyinchalik ular rentgen nurlari deb ataldi.

Hozirgi vaqtda rentgen nurlari ultrabinafsha elektromagnit to'lqinlarga qaraganda qisqaroq to'lqin uzunligiga ega bo'lgan elektromagnit nurlanishning bir shakli ekanligi ma'lum. Rentgen nurlarining to'lqin uzunligi 70 gacha nm 10-5 gacha nm. Rentgen nurlarining to'lqin uzunligi qanchalik qisqa bo'lsa, ularning fotonlarining energiyasi shunchalik ko'p bo'ladi va kirish kuchi shunchalik katta bo'ladi. Nisbatan uzun to'lqin uzunligi (10 dan ortiq) bo'lgan rentgen nurlari nm), deyiladi yumshoq. To'lqin uzunligi 1 - 10 nm xarakterlaydi qattiq rentgen nurlari. Ular katta kirish kuchiga ega.

Rentgen nurlarini olish

Tez elektronlar yoki katod nurlari past bosimli tushirish trubasining devorlari yoki anodlari bilan to'qnashganda rentgen nurlari hosil bo'ladi. Zamonaviy rentgen trubkasi evakuatsiya qilingan shisha idish bo'lib, unda katod va anod joylashgan. Katod va anod (antikatod) o'rtasidagi potentsial farq bir necha yuz kilovoltga etadi. Katod elektr toki bilan isitiladigan volfram filamentidir. Bu termion emissiya natijasida katod tomonidan elektronlarning chiqarilishiga olib keladi. Elektronlar rentgen trubkasidagi elektr maydon tomonidan tezlashadi. Naychada juda oz miqdordagi gaz molekulalari mavjud bo'lganligi sababli, elektronlar anodga borishda deyarli o'z energiyasini yo'qotmaydi. Ular anodga juda yuqori tezlikda etib boradilar.

Rentgen nurlari har doim yuqori tezlikdagi elektronlar anod materiali tomonidan kechiktirilganda hosil bo'ladi. Elektron energiyasining katta qismi issiqlik sifatida tarqaladi. Shuning uchun anodni sun'iy sovutish kerak. Rentgen trubkasidagi anod, volfram kabi yuqori erish nuqtasiga ega bo'lgan metalldan yasalgan bo'lishi kerak.

Issiqlik shaklida tarqalmaydigan energiyaning bir qismi elektromagnit to'lqin energiyasiga (rentgen nurlari) aylanadi. Shunday qilib, rentgen nurlari anod materialini elektron bombardimon qilish natijasidir. Rentgen nurlarining ikki turi mavjud: o'tkir va xarakterli.

Bremsstrahlung rentgenogrammasi

Bremsstrahlung yuqori tezlikda harakatlanuvchi elektronlar anod atomlarining elektr maydonlari tomonidan sekinlashtirilganda sodir bo'ladi. Alohida elektronlarning sekinlashuv shartlari bir xil emas. Natijada ularning kinetik energiyasining turli qismlari rentgen nurlari energiyasiga o'tadi.

Bremsstrahlung spektri anod materialining tabiatiga bog'liq emas. Ma'lumki, rentgen nurlari fotonlarining energiyasi ularning chastotasi va to'lqin uzunligini belgilaydi. Shuning uchun bremsstrahlung rentgen nurlari monoxromatik emas. U ifodalanishi mumkin bo'lgan turli to'lqin uzunliklari bilan tavsiflanadi uzluksiz (uzluksiz) spektr.

Rentgen nurlari ularni hosil qiluvchi elektronlarning kinetik energiyasidan kattaroq energiyaga ega bo'lishi mumkin emas. Eng qisqa rentgen to'lqin uzunligi sekinlashtiruvchi elektronlarning maksimal kinetik energiyasiga to'g'ri keladi. Rentgen trubkasidagi potentsial farq qanchalik katta bo'lsa, rentgen nurlarining to'lqin uzunliklari shunchalik kichik bo'ladi.

X-nurlarining xarakterli xususiyatlari

Xarakterli rentgen nurlanishi doimiy emas, balki chiziqli spektr. Ushbu turdagi nurlanish tez elektron anodga etib borgach, atomlarning ichki orbitallariga kirib, ularning elektronlaridan birini urib yuborganda sodir bo'ladi. Natijada, yuqori atom orbitallaridan biridan tushayotgan boshqa elektron bilan to'ldirilishi mumkin bo'lgan bo'sh joy paydo bo'ladi. Elektronning yuqori energiya darajasidan pastroq energiya darajasiga o'tishi ma'lum bir diskret to'lqin uzunlikdagi rentgen nurlarini keltirib chiqaradi. Shuning uchun rentgen nurlanishining o'ziga xos xususiyati bor chiziqli spektr. Xarakterli nurlanish chiziqlarining chastotasi butunlay anod atomlarining elektron orbitallarining tuzilishiga bog'liq.

Turli xil kimyoviy elementlarning xarakterli nurlanishining spektral chiziqlari bir xil shaklga ega, chunki ularning ichki elektron orbitalarining tuzilishi bir xil. Ammo ularning to'lqin uzunligi va chastotasi og'ir va engil atomlarning ichki orbitallari orasidagi energiya farqlari bilan bog'liq.

Xarakterli rentgen spektri chiziqlarining chastotasi metallning atom raqamiga mos ravishda o'zgaradi va Mozeley tenglamasi bilan aniqlanadi: v 1/2 = A(Z-B), qayerda Z- kimyoviy elementning atom raqami; A Va B- konstantalar.

Rentgen nurlarining moddalar bilan o'zaro ta'sirining birlamchi fizik mexanizmlari

Rentgen nurlari va materiya o'rtasidagi asosiy o'zaro ta'sir uchta mexanizm bilan tavsiflanadi:

1. Kogerent sochilish. O'zaro ta'sirning bunday shakli rentgen nurlari fotonlari elektronlarning atom yadrosi bilan bog'lanish energiyasidan kamroq energiyaga ega bo'lganda yuzaga keladi. Bunday holda, fotonning energiyasi moddaning atomlaridan elektronlarni chiqarish uchun etarli emas. Foton atom tomonidan so'rilmaydi, balki tarqalish yo'nalishini o'zgartiradi. Bunday holda, rentgen nurlanishining to'lqin uzunligi o'zgarishsiz qoladi.

2. Fotoelektr effekti (fotoelektrik effekt). Rentgen fotoni moddaning atomiga etib kelganida, u elektronlardan birini urib yuborishi mumkin. Bu foton energiyasi elektronning yadro bilan bog'lanish energiyasidan oshib ketganda sodir bo'ladi. Bunday holda, foton so'riladi va elektron atomdan ajralib chiqadi. Agar foton elektronni chiqarish uchun zarur bo'lgan energiyadan ko'proq energiya olib yursa, u qolgan energiyani kinetik energiya shaklida bo'shatilgan elektronga o'tkazadi. Fotoelektrik effekt deb ataladigan bu hodisa nisbatan kam energiyali rentgen nurlari yutilganda yuzaga keladi.

Elektronlaridan birini yo'qotgan atom musbat ionga aylanadi. Erkin elektronlarning ishlash muddati juda qisqa. Ular neytral atomlar tomonidan so'riladi, ular manfiy ionlarga aylanadi. Fotoelektrik effektning natijasi moddaning intensiv ionlanishidir.

Agar rentgen fotonning energiyasi atomlarning ionlanish energiyasidan kam bo'lsa, u holda atomlar qo'zg'aluvchan holatga o'tadi, lekin ionlashtirilmaydi.

3. Inkogerent sochilish (Kompton effekti). Bu effektni amerikalik fizik Kompton kashf etgan. Bu modda kichik to'lqin uzunlikdagi rentgen nurlarini yutganda paydo bo'ladi. Bunday rentgen nurlarining foton energiyasi har doim modda atomlarining ionlanish energiyasidan katta bo'ladi. Kompton effekti yuqori energiyali rentgen fotonning atom yadrosi bilan nisbatan zaif aloqaga ega boʻlgan atomning tashqi qobigʻidagi elektronlardan biri bilan oʻzaro taʼsiri natijasidir.

Yuqori energiyali foton o'z energiyasining bir qismini elektronga o'tkazadi. Atomdan hayajonlangan elektron ajralib chiqadi. Asl fotonning qolgan energiyasi birlamchi foton yo'nalishiga bir burchak ostida uzunroq to'lqin uzunlikdagi rentgen fotoni sifatida chiqariladi. Ikkilamchi foton boshqa atomni ionlashtirishi mumkin va hokazo. X-nurlarining yo'nalishi va to'lqin uzunligidagi bunday o'zgarishlar Kompton effekti deb nomlanadi.

Rentgen nurlarining moddalar bilan o'zaro ta'sirining ba'zi ta'siri

Yuqorida aytib o'tilganidek, rentgen nurlari moddaning atomlari va molekulalarini qo'zg'atishga qodir. Bu ba'zi moddalarning (masalan, sink sulfat) floresansini keltirib chiqarishi mumkin. Agar parallel rentgen nurlari shaffof bo'lmagan jismlarga yo'naltirilsa, u holda lyuminestsent moddasi bilan qoplangan ekranni qo'yish orqali nurlarning ob'ektdan o'tishini kuzatish mumkin.

Floresan ekranni fotografik plyonka bilan almashtirish mumkin. Rentgen nurlari fotografik emulsiyaga yorug'lik kabi ta'sir qiladi. Har ikkala usul ham amaliy tibbiyotda qo'llaniladi.

Rentgen nurlarining yana bir muhim ta'siri ularning ionlash qobiliyatidir. Bu ularning to'lqin uzunligi va energiyasiga bog'liq. Ushbu effekt rentgen nurlarining intensivligini o'lchash usulini taqdim etadi. Rentgen nurlari ionlash kamerasidan o'tganda elektr toki hosil bo'ladi, uning kattaligi rentgen nurlarining intensivligiga proportsionaldir.

Rentgen nurlarining moddalar tomonidan yutilishi

Rentgen nurlari moddadan o'tganda ularning energiyasi yutilish va tarqalish tufayli kamayadi. Moddadan o'tayotgan parallel rentgen nurlarining intensivligining zaiflashishi Buger qonuni bilan belgilanadi: I = I0 e -md, qayerda men 0- rentgen nurlanishining dastlabki intensivligi; I- materiya qatlamidan o'tadigan rentgen nurlarining intensivligi, d- yutuvchi qatlam qalinligi , m - chiziqli zaiflashuv koeffitsienti. Bu ikki miqdorning yig'indisiga teng: t- chiziqli yutilish koeffitsienti va σ - chiziqli tarqalish koeffitsienti: μ = τ+ σ

Tajribalarda chiziqli yutilish koeffitsienti moddaning atom raqamiga va rentgen nurlarining to'lqin uzunligiga bog'liq ekanligi aniqlandi:

t = krZ 3 l 3, qayerda k- to'g'ridan-to'g'ri proportsionallik koeffitsienti; ρ - moddaning zichligi, Z elementning atom raqami, λ rentgen nurlarining to'lqin uzunligi.

Z ga bog'liqlik amaliy nuqtai nazardan juda muhimdir. Masalan, kaltsiy fosfatdan tashkil topgan suyaklarning so'rilish koeffitsienti yumshoq to'qimalarning so'rilish koeffitsientidan deyarli 150 baravar yuqori ( Z Kaltsiy uchun =20 va Z fosfor uchun =15). Rentgen nurlari inson tanasidan o'tganda, suyaklar mushaklar, biriktiruvchi to'qimalar va boshqalar fonida aniq ajralib turadi.

Ma'lumki, ovqat hazm qilish organlari boshqa yumshoq to'qimalar kabi bir xil so'rilish koeffitsientiga ega. Ammo qizilo'ngach, oshqozon va ichakning soyasini, agar bemor kontrast modda - bariy sulfatni iste'mol qilsa, farqlanishi mumkin. Z= bariy uchun 56). Bariy sulfat rentgen nurlari uchun juda noaniq va ko'pincha oshqozon-ichak traktining rentgenologik tekshiruvlari uchun ishlatiladi. Qon tomirlari, buyraklar va boshqalarning holatini tekshirish uchun qon oqimiga ma'lum shaffof aralashmalar yuboriladi. Bunday holda, kontrast modda sifatida yod ishlatiladi, uning atom raqami 53 ga teng.

Rentgen nurlarining yutilishiga bog'liqligi Z rentgen nurlarining mumkin bo'lgan zararli ta'siridan himoya qilish uchun ham ishlatiladi. Shu maqsadda qo'rg'oshin ishlatiladi, qiymat Z buning uchun 82.

Tibbiyotda rentgen nurlaridan foydalanish

Diagnostikada rentgen nurlaridan foydalanishning sababi ularning yuqori penetratsion kuchi bo'lib, asosiy omillardan biri edi. Rentgen nurlanish xususiyatlari. Kashfiyotning dastlabki kunlarida rentgen nurlari asosan suyak sinishlarini tekshirish va inson tanasida begona jismlarni (masalan, o'qlar) joylashishini aniqlash uchun ishlatilgan. Hozirgi vaqtda rentgen nurlari (rentgen diagnostikasi) yordamida bir nechta diagnostika usullari qo'llaniladi.

Floroskopiya . Rentgen apparati rentgen nurlari manbai (rentgen trubkasi) va lyuminestsent ekrandan iborat. Rentgen nurlari bemorning tanasidan o'tgandan so'ng, shifokor bemorning soyali tasvirini kuzatadi. Shifokorni rentgen nurlarining zararli ta'siridan himoya qilish uchun ekran va shifokorning ko'zlari o'rtasida qo'rg'oshin oynasi o'rnatilishi kerak. Bu usul ba'zi organlarning funktsional holatini o'rganish imkonini beradi. Misol uchun, shifokor o'pkaning harakatlarini, oshqozon-ichak trakti orqali kontrast moddaning o'tishini bevosita kuzatishi mumkin. Ushbu usulning kamchiliklari kontrastli tasvirlarning etarli emasligi va protsedura davomida bemor tomonidan olingan nurlanishning nisbatan yuqori dozalari.

Florografiya . Bu usul bemorning tanasining bir qismini suratga olishdan iborat. Ular, qoida tariqasida, rentgen nurlarining past dozalarini ishlatadigan bemorlarning ichki organlarining holatini dastlabki o'rganish uchun ishlatiladi.

Radiografiya. (Rentgen rentgenografiyasi). Bu rentgen nurlari yordamida tadqiqot usuli bo'lib, uning davomida tasvir fotografik plyonkaga yozib olinadi. Fotosuratlar odatda ikkita perpendikulyar tekislikda olinadi. Ushbu usul ba'zi afzalliklarga ega. Rentgen fotosuratlari lyuminestsent ekrandagi tasvirga qaraganda ko'proq tafsilotlarni o'z ichiga oladi va shuning uchun ular ko'proq ma'lumotga ega. Ular keyingi tahlil uchun saqlanishi mumkin. Umumiy nurlanish dozasi floroskopiyada qo'llaniladiganidan kamroq.

Kompyuter rentgen tomografiyasi . Kompyuterlashtirilgan eksenel tomografik skaner eng zamonaviy rentgen diagnostika qurilmasi bo‘lib, u inson tanasining istalgan qismi, jumladan, organlarning yumshoq to‘qimalarining aniq tasvirini olish imkonini beradi.

Birinchi avlod kompyuter tomografiyasi (KT) skanerlari silindrsimon ramkaga biriktirilgan maxsus rentgen trubkasini o'z ichiga oladi. Yupqa rentgen nurlari bemorga yo'naltiriladi. Ramkaning qarama-qarshi tomoniga ikkita rentgen detektori biriktirilgan. Bemor o'z tanasi atrofida 180 0 aylana oladigan ramkaning markazida joylashgan.

Rentgen nurlari statsionar ob'ektdan o'tadi. Detektorlar turli to'qimalarning so'rilish qiymatlarini qabul qiladi va qayd etadi. Yozuvlar rentgen trubkasi skanerlangan tekislik bo'ylab chiziqli harakatlanayotganda 160 marta amalga oshiriladi. Keyin ramka 1 0 ga aylantiriladi va protsedura takrorlanadi. Yozish kadr 180 0 aylanmaguncha davom etadi. Har bir detektor tadqiqot davomida 28800 kadrni (180x160) yozib oladi. Axborot kompyuterda qayta ishlanadi va maxsus kompyuter dasturi yordamida tanlangan qatlamning tasviri hosil bo'ladi.

KTning ikkinchi avlodida bir nechta rentgen nurlari va 30 tagacha rentgen detektorlari qo'llaniladi. Bu tadqiqot jarayonini 18 soniyagacha tezlashtirish imkonini beradi.

Uchinchi avlod KT yangi printsipdan foydalanadi. Keng, ventilyator shaklidagi rentgen nurlari o'rganilayotgan ob'ektni qoplaydi va tanadan o'tgan rentgen nurlanishi bir necha yuz detektor tomonidan qayd etiladi. Tadqiqot uchun zarur bo'lgan vaqt 5-6 soniyagacha qisqartiriladi.

KT oldingi rentgen diagnostika usullariga nisbatan juda ko'p afzalliklarga ega. U yuqori aniqlik bilan ajralib turadi, bu yumshoq to'qimalarda nozik o'zgarishlarni ajratish imkonini beradi. KT boshqa usullar bilan aniqlanmaydigan bunday patologik jarayonlarni aniqlash imkonini beradi. Bundan tashqari, KT dan foydalanish diagnostika jarayonida bemorlar tomonidan olingan rentgen nurlanishining dozasini kamaytirishga imkon beradi.