Егер U киловольтпен көрсетілсе және басқа шамалар арасындағы қатынас ескерілсе, формула келесідей болады: l k \u003d 1,24 / U (нм) немесе l k \u003d 1,24 / U (Å) (1Å \u003d 10 -10 м ).

Жоғарыдағы графиктерден максималды сәулелену энергиясын құрайтын толқын ұзындығы l m шектік толқын ұзындығына тұрақты қатынаста болатынын анықтауға болады k:

.

Толқын ұзындығы фотонның энергиясын сипаттайды, оған сәулеленудің ену күші затпен әрекеттескенде тәуелді болады.

Қысқа толқынды рентген сәулелері әдетте жоғары ену қабілетіне ие және қатты деп аталады, ал ұзын толқынды рентген сәулелері жұмсақ деп аталады. Жоғарыда келтірілген формуладан көрініп тұрғандай, максималды сәулелену энергиясы түсетін толқын ұзындығы түтіктің аноды мен катодының арасындағы кернеуге кері пропорционал. Рентген түтігінің анодындағы кернеуді жоғарылату, сәулеленудің спектрлік құрамын өзгерту және оның қаттылығын арттыру.

Жіптің кернеуі өзгерген кезде (катодтың жіп температурасы өзгереді) уақыт бірлігінде катод шығаратын электрондар саны немесе сәйкесінше түтік анод тізбегіндегі ток күші өзгереді. Бұл жағдайда сәулелену қуаты токтың бірінші қуатына пропорционалды өзгереді. Сәулеленудің спектрлік құрамы өзгермейді.

Сәулеленудің жалпы ағыны (қуаты), энергияның толқын ұзындығы бойынша таралуы, сонымен қатар қысқа толқындар жағындағы спектр шекарасы келесі үш факторға байланысты: электрондарды жеделдететін және анод пен катод арасында қолданылатын кернеу U. түтіктен; сәулеленудің түзілуіне қатысатын электрондар саны, яғни. түтік жіптерінің тогы; электронның тежелуі орын алатын анодтық материалдың атомдық нөмірі Z.

Бремсстрахлунг ағыны мына формуламен есептеледі: , мұндағы ,

Z-зат атомының сериялық нөмірі (атомдық нөмірі).

Рентген түтігіндегі кернеуді жоғарылату арқылы рентгендік сәулеленуге тән үздіксіз сәулелену фонында бөлек сызықтардың (сызық спектрі) пайда болуын байқауға болады. Ол заттағы атомдардың ішкі қабықшалары арасында электрондардың ауысуы кезінде пайда болады (Қ, Л, М қабықтары). Сипаттамалық сәулелену спектрінің сызықтық сипаты жеделдетілген электрондардың атомдарға терең еніп, атомнан тыс олардың ішкі қабаттарынан электрондарды шығарып тастауына байланысты туындайды. Жоғарғы қабаттардан электрондар (2-сурет) бос орындарға өтеді, нәтижесінде өтпелі энергия деңгейлерінің айырмашылығына сәйкес жиілікпен рентгендік фотондар шығарылады. Сипаттамалық сәулелену спектріндегі сызықтар K, L, M деңгейінде жоғары деңгейлі электрондардың ауысуларына сәйкес келетін қатарларға біріктіріледі.

Сыртқы әрекет, нәтижесінде электрон ішкі қабаттардан шығып кетеді, жеткілікті күшті болуы керек. Оптикалық спектрлерден айырмашылығы әртүрлі атомдардың тән рентгендік спектрлері бір типті. Бұл спектрлердің біркелкілігі әртүрлі атомдардың ішкі қабаттарының бірдей болуымен және тек энергетикалық жағынан айырмашылығымен түсіндіріледі, өйткені элементтің реттік саны артқан сайын ядро ​​жағынан күш әсері артады. Бұл ядро ​​зарядының жоғарылауымен сипаттамалық спектрлердің жоғары жиіліктерге қарай ығысуына әкеледі. Бұл қатынас Мозли заңы ретінде белгілі: , мұндағы А және В тұрақтылар; Элементтің Z-реттік нөмірі.

Рентген сәулелері мен оптикалық спектрлердің тағы бір айырмашылығы бар. Атомның сипаттамалық спектрі атом кіретін химиялық қосылысқа тәуелді емес. Мәселен, мысалы, оттегі атомының рентгендік спектрі O, O 2, H 2 O үшін бірдей, ал бұл қосылыстардың оптикалық спектрлері айтарлықтай ерекшеленеді. Атомдардың рентгендік спектрлерінің бұл ерекшелігі «сипаттама» атауына негіз болды.

Сипаттамалық сәулелену атомның ішкі қабаттарында оны тудырған себептерге қарамастан бос орындар болған кезде пайда болады. Мысалы, ол радиоактивті ыдырау түрлерінің бірімен бірге жүреді, ол ядроның ішкі қабаттағы электронды басып алуынан тұрады.

2. Рентген түтіктері мен қарапайымдылардың құрылғысы

рентген аппараты.

Рентген сәулеленуінің ең көп тараған көзі рентгендік түтік – екі электродты вакуумдық құрылғы (3-сурет). Бұл шыны ыдыс (p = 10 -6 - 10 -7 мм Hg) екі электродты - анод А және катодты К, олардың арасында жоғары кернеу жасалады. Қыздырылған катод (К) электрондарды шығарады. Анод А жиі антикатод деп аталады. Алынған рентген сәулесін түтіктің осіне бұрышпен бағыттау үшін оның көлбеу беті бар. Анод электрондардың әсерінен пайда болатын жылуды кетіру үшін жақсы жылу өткізгіштігі бар металдан (мыс) жасалған. Анодтың қиық ұшында атомдық саны жоғары, отқа төзімді металдан (вольфрам) жасалған Z пластина бар, оны анод айнасы деп атайды. Кейбір жағдайларда анод сумен немесе маймен арнайы салқындатылады. Диагностикалық түтіктер үшін рентгендік көздің дәлдігі маңызды, оған электрондарды анодтың бір жеріне фокустау арқылы қол жеткізуге болады. Сондықтан конструктивті түрде екі қарама-қарсы тапсырманы ескеру қажет: бір жағынан электрондар анодтың бір жеріне түсуі керек, екінші жағынан қызып кетудің алдын алу үшін электрондарды әртүрлі бөліктерге таратқан жөн. анод. Осы себепті кейбір рентгендік түтіктер айналмалы анодпен жасалады.

Кез келген конструкциядағы түтікте анод пен катод арасындағы кернеу арқылы үдетілген электрондар анод айнасына түсіп, затқа терең еніп, атомдармен әрекеттеседі және атомдар өрісінің әсерінен тежеледі. Бұл рентгендік сәулелерді шығарады. Бремсстрахлунгпен бір мезгілде тән сәулеленудің аз мөлшері (бірнеше пайыз) түзіледі. Анодқа соғылған электрондардың тек 1-2% ғана бремсстрахлунг тудырады, ал қалғандары жылу эффектісін тудырады. Электрондардың концентрациясы үшін катодта бағыттаушы қақпақ бар. Вольфрам айнасының негізгі электрон ағыны түсетін бөлігін түтік фокусы деп атайды. Радиациялық сәуленің ені оның ауданына байланысты (фокустың анықтығы).

Түтікке қуат беру үшін екі көз қажет: анод тізбегі үшін жоғары кернеу көзі және жіп тізбегіне қуат беретін төмен кернеу көзі (6-8 В). Екі көз де дербес реттелуі керек. Анодтық кернеуді өзгерту арқылы рентгендік сәулеленудің қаттылығы реттеледі, ал қыздыру шамын, шығу тізбегінің тогын және сәйкесінше сәулелену қуатын өзгерту арқылы.

Ең қарапайым рентген аппаратының схемасы 4-суретте көрсетілген. Схемада жіпті қуаттандыруға арналған екі жоғары кернеулі Tr.1 және Tr.2 трансформаторлары бар. Түтіктегі жоғары кернеу Tr.1 трансформаторының бастапқы орамасына қосылған Tr.3 автотрансформаторымен реттеледі. K ауыстырып-қосқышы автотрансформатор орамасының бұрылыстарының санын реттейді. Осыған байланысты түтіктің анодына берілетін трансформатордың қайталама орамының кернеуі де өзгереді, яғни. қаттылығы реттеледі.

Түтіктің жіптік тогы Tr.2 трансформаторының бастапқы тізбегіне кіретін реостат R арқылы реттеледі. Анод тізбегінің тогы миллиамперметрмен өлшенеді. Түтіктің электродтарына түсетін кернеу кВ киловольтметрмен өлшенеді немесе анод тізбегіндегі кернеуді K ажыратқышының жағдайы бойынша бағалауға болады. Реостат арқылы реттелетін жіп ток күші А амперметрмен өлшенеді. қарастырылып отырған схема бойынша рентгендік түтік бір уақытта жоғары айнымалы кернеуді түзетеді.

Мұндай түтік айнымалы токтың бір жарты циклінде ғана сәулеленетінін байқау қиын емес. Сондықтан оның күші аз болады. Сәулелену қуатын арттыру үшін көптеген құрылғыларда жоғары вольтты толық толқынды рентгендік түзеткіштер қолданылады. Осы мақсатта көпір тізбегінде қосылған 4 арнайы кенотрон қолданылады. Көпірдің бір диагоналында рентген түтігі бар.

3. Рентген сәулелерінің затпен әрекеттесуі

(когерентті шашырау, когерентсіз шашырау, фотоэффект).

Рентген сәулелері денеге түскенде одан аз мөлшерде шағылысады, бірақ көбінесе тереңдікке өтеді. Дененің массасында радиация жартылай жұтылады, жартылай шашырайды және ішінара өтеді. Дене арқылы өтетін рентгендік фотондар негізінен заттың атомдары мен молекулаларының электрондарымен әрекеттеседі. Рентген сәулеленуін тіркеу және пайдалану, сонымен қатар оның биологиялық объектілерге әсері рентгендік фотонның электрондармен әрекеттесуінің алғашқы процестерімен анықталады. Фотон энергиясы Е мен иондану энергиясы АИ қатынасына байланысты үш негізгі процесс жүреді.

а)когерентті шашырау.

Ұзын толқынды рентген сәулелерінің шашырауы негізінен толқын ұзындығын өзгертпей жүреді және оны когерентті деп атайды. Фотонның ядромен тығыз байланысқан ішкі қабықшалардың электрондарымен әрекеттесуі оның энергиясын, демек толқын ұзындығын өзгертпей, тек бағытын өзгертеді (5-сурет).

Когерентті шашырау егер фотон энергиясы иондану энергиясынан аз болса болады: E = hn<А И. Так как энергия фотона и энергия атома не изменяется, то когерентное рассеяние не вызывает биологического действия. Однако при создании защиты от рентгеновского излучения следует учитывать возможность изменения направления первичного пучка.

б)Когерентсіз шашырау (Комптон эффектісі).

1922 жылы А.Комптон қатты рентген сәулелерінің шашырауын бақылай отырып, түскен сәулемен салыстырғанда шашыраған сәуленің ену қабілетінің төмендеуін анықтады. Толқын ұзындығы өзгеретін рентген сәулелерінің шашырауы Комптон эффектісі деп аталады. Ол кез келген энергияның фотоны ядромен әлсіз байланысқан атомдардың сыртқы қабаттарының электрондарымен әрекеттескенде пайда болады (6-сурет). Атомнан электрон ажыратылады (мұндай электрондар кері айналмалы электрондар деп аталады). Фотонның энергиясы азаяды (сәйкесінше толқын ұзындығы артады), оның қозғалыс бағыты да өзгереді. Комптон эффектісі рентгендік фотонның энергиясы иондану энергиясынан үлкен болса пайда болады: , . Бұл жағдайда кинетикалық энергиясы Е К болатын кері айналмалы электрондар пайда болады.Атомдар мен молекулалар иондарға айналады. Егер E K маңызды болса, онда электрондар жаңа (екінші) электрондар түзе отырып, соқтығысу арқылы көрші атомдарды иондауы мүмкін.

в)Фотоэффект.

Егер hn фотонның энергиясы электронды ажыратуға жеткілікті болса, онда атоммен әрекеттесу кезінде фотон жұтылады, ал электрон одан ажырайды. Бұл құбылыс фотоэффект деп аталады. Атом иондалған (фотоинизация). Бұл жағдайда электрон кинетикалық энергияға ие болады, ал егер соңғысы болса маңызды болса, онда ол жаңа (екінші) электрондар түзе отырып, соқтығысу арқылы көрші атомдарды иондауы мүмкін. Егер фотон энергиясы иондану үшін жеткіліксіз болса, онда фотоэффект атомның немесе молекуланың қозуында көрінуі мүмкін. Кейбір заттарда бұл көрінетін сәулелену аймағында (рентгендік люминесценция) фотондардың кейіннен шығарылуына, ал тіндерде молекулалардың және фотохимиялық реакциялардың белсендірілуіне әкеледі.

Фотоэффект энергиясы 0,5-1 МэВ ретті фотондарға тән.

Жоғарыда қарастырылған үш негізгі өзара әрекеттесу процесі бастапқы болып табылады, олар кейінгі екіншілік, үшіншілік және т.б. құбылыстар. Рентген сәулесі затқа түскен кезде рентгендік фотонның энергиясы жылулық қозғалыс энергиясына айналмай тұрып, бірқатар процестер жүруі мүмкін.

Жоғарыда аталған процестердің нәтижесінде біріншілік рентген ағыны әлсірейді. Бұл процесс Бугер заңына бағынады. Оны мына түрде жазамыз: Ф =Ф 0 e - mx, мұндағы m - заттың табиғатына (негізінен тығыздық пен атомдық нөмірге) және сәулелену толқын ұзындығына (фотон энергиясы) тәуелді сызықтық әлсіреу коэффициенті. Оны когерентті шашырауға, когерентсіз шашырауға және фотоэффектке сәйкес келетін үш мүшеден тұратын етіп көрсетуге болады: .

Сызықтық сіңіру коэффициенті заттың тығыздығына байланысты болғандықтан, сызықтық әлсіреу коэффициентінің абсорбер тығыздығына қатынасына тең және заттың тығыздығына тәуелді емес массалық әлсіреу коэффициентін қолданған дұрыс. . Рентген сәулелерінің ағынының (интенсивтілігі) сіңіргіш сүзгінің қалыңдығына тәуелділігі H 2 O, Al және Cu үшін 7-суретте көрсетілген. Есептеулер көрсеткендей, қалыңдығы 36 мм су, 15 мм алюминий және 1,6 мм мыс қабаты рентген сәулесінің қарқындылығын 2 есе төмендетеді. Бұл қалыңдығы жарты қабат қалыңдығы d деп аталады. Егер зат рентгендік сәулеленуді екі есе әлсіретсе, онда , содан кейін , немесе , ; ; . Жартылай қабаттың қалыңдығын біле отырып, сіз әрқашан м-ді анықтай аласыз. Өлшем.

4. Рентген сәулелерінің медицинада қолданылуы

(флюорография, рентгенография, рентгендік томография, флюорография, сәулелік терапия).

Рентген сәулелерін медицинада кеңінен қолданудың бірі диагностикалық мақсатта ішкі ағзаларды трансиллюминациялау – рентгендік диагностика болып табылады.

Диагностика үшін энергиясы 60-120 кВ фотондар қолданылады. Бұл жағдайда массаны жұту коэффициенті негізінен фотоэффект арқылы анықталады. Оның мәні l 3-ке пропорционал (онда қатты сәулеленудің үлкен ену күші көрінеді) және заттың атомдары - жұтқыштың үшінші дәрежесіне пропорционал: , мұндағы K - пропорционалдық коэффициенті.

Адам ағзасы рентген сәулелеріне қатысты әртүрлі жұту қабілеті бар тіндер мен мүшелерден тұрады. Сондықтан оны рентген сәулелерімен жарықтандырғанда экранда ішкі мүшелер мен ұлпалардың орналасуының суретін беретін біркелкі емес көлеңкелі кескін алынады. Ең тығыз сәуле сіңіретін тіндер (жүрек, үлкен тамырлар, сүйектер) қараңғы болып көрінеді, ал аз сіңіретін тіндер (өкпе) жарық болып көрінеді.

Көптеген жағдайларда олардың қалыпты немесе патологиялық жағдайын бағалауға болады. Рентгендік диагностика екі негізгі әдісті қолданады: флюорография (беру) және рентгенография (бейне). Егер зерттелетін орган және оның айналасындағы тіндер рентгендік ағынды шамамен бірдей сіңірсе, онда арнайы контраст агенттері қолданылады. Мәселен, мысалы, асқазанның немесе ішектің рентгендік зерттеуі қарсаңында барий сульфатының шырышты массасы беріледі, бұл жағдайда олардың көлеңкелі бейнесін көруге болады. Флюроскопияда және рентгенографияда рентгендік сурет рентген сәулелері өтетін объектінің бүкіл қалыңдығының жиынтық кескіні болып табылады. Экранға немесе пленкаға жақынырақ бөлшектер, ал алыстағылары бұлыңғыр және бұлыңғыр болады. Егер қандай да бір органда патологиялық өзгерген аймақ болса, мысалы, қабынудың кең ошағында өкпе тінінің бұзылуы, онда кейбір жағдайларда рентгендік бұл аймақ көлеңкелер мөлшерінде «жоғалуы» мүмкін. Оны көрінетін ету үшін арнайы әдіс – томография (қабатты жазу) қолданылады, ол зерттелетін аймақтың жеке қабаттарын суретке түсіруге мүмкіндік береді. Қабат-қабат томограммаларының бұл түрі рентгендік түтік (RT) мен пленка (Fp) зерттеу аймағына қатысты антифазада периодты түрде бірге қозғалатын томограф деп аталатын арнайы аппараттың көмегімен алынады. Бұл жағдайда РТ-ның кез келген позициясындағы рентген сәулелері объектінің сол нүктесінен (өзгертілген аймақ) өтеді, бұл РТ және ФП периодты түрде қозғалатын орталыққа қатысты. Аймақтың көлеңкелі бейнесі пленкаға түсіріледі. «Айналмалы орталықтың» орнын өзгерту арқылы объектінің қабатты кескіндерін алуға болады. Рентген сәулелерінің жұқа сәулесін, иондаушы сәулеленудің жартылай өткізгіш детекторларынан тұратын арнайы экранды (Fp орнына) пайдалана отырып, компьютердің көмегімен томография кезінде кескінді өңдеуге болады. Томографияның бұл заманауи нұсқасы компьютерлік томография деп аталады. Томография өкпені, бүйректі, өт қабын, асқазанды, сүйектерді және т.б. зерттеуде кеңінен қолданылады.

Экрандағы кескіннің жарықтығы және пленкадағы экспозиция уақыты рентгендік сәулеленудің қарқындылығына байланысты. Оны диагностика үшін пайдаланған кезде, жағымсыз биологиялық әсерді тудырмау үшін қарқындылық жоғары болуы мүмкін емес. Сондықтан рентген сәулелерінің төмен қарқындылығында кескіннің жарықтығын жақсартатын бірқатар техникалық құрылғылар бар. Бұл құрылғылардың бірі кескінді күшейтетін түтік болып табылады.

Тағы бір мысал - флюорография, онда кескін үлкен рентгендік люминесцентті экраннан сезімтал шағын форматты пленкада алынады. Түсіру кезінде үлкен диафрагманың объективі пайдаланылады, дайын суреттер арнайы ұлғайтқышта қаралады.

Флюорография жасырын ауруларды (кеуде қуысының, асқазан-ішек жолдарының, параназальды синустардың және т.б. аурулардың) айтарлықтай өткізу қабілетімен анықтаудың үлкен мүмкіндігін біріктіреді, сондықтан жаппай (линиядағы) зерттеудің өте тиімді әдісі болып табылады.

Флюорография кезінде рентгендік кескінді суретке түсіру фотографиялық оптиканың көмегімен орындалатындықтан, флюрограммадағы сурет рентгенмен салыстырғанда азаяды. Осыған байланысты флюорограмманың рұқсаты (яғни, ұсақ бөлшектердің көрінуі) әдеттегі рентгенографияға қарағанда аз, бірақ флюроскопияға қарағанда жоғары.

Құрылғы – томофлюрограмма құрастырылды, ол белгілі бір тереңдікте дене бөліктерінің және жекелеген мүшелердің флюрограммаларын алуға мүмкіндік береді – қабаттық кескіндер (бөлімдер) – томофлюрограммалар.

Рентген сәулесі емдік мақсатта да қолданылады (рентген терапиясы). Сәулеленудің биологиялық әсері жасушалардың, әсіресе тез дамып келе жатқандардың өмірлік белсенділігін бұзу болып табылады. Осыған байланысты, қатерлі ісіктерге әсер ету үшін рентгендік терапия қолданылады. Кейінгі регенерацияға байланысты қалпына келетін қоршаған сау тіндерге салыстырмалы түрде шамалы зақым келтіретін ісіктің толық жойылуы үшін жеткілікті сәулелену дозасын таңдауға болады.

Рентген сәулесінің затқа әсері рентгендік фотонның зат атомдары мен молекулаларының электрондарымен әрекеттесуінің бастапқы процестерімен анықталады.

3. Рентгендік компьютерлік томография.

Рентгендік-компьютерлік томография әдісі пациенттің денесінің белгілі бір бөлігінің (бөлімінің) кескінін осы бөлімнің әртүрлі бұрыштарда жасалған көптеген рентгендік проекцияларын жазу арқылы қайта құруға негізделген (5-сурет). . Бұл проекцияларды тіркейтін сенсорлардан алынған ақпарат арнайы бағдарлама бойынша компьютерге түседі. есептейдітарату үлгі тығыздығызерттелетін бөлімде және оны дисплей экранында көрсетеді. Осы жолмен алынған пациенттің денесінің кесіндісінің бейнесі тамаша айқындықпен және жоғары ақпараттық мазмұнмен сипатталады. Бағдарлама сізге мүмкіндік береді кескін контрастын арттыруондаған, тіпті жүздеген рет. Бұл әдістің диагностикалық мүмкіндіктерін кеңейтеді.

Күріш. 5-сурет. Зерттелетін органның кесіндісінің рентгендік трансиллюминация схемасы (1-ші және 2-тармақ – рентген сәулесінің көзінің екі дәйекті орналасуы)

4. Флюорографияменүлкен экрандағы кескін сезімтал шағын форматты пленкаға жазылады (Cурет 6). Талдау кезінде суреттер арнайы ұлғайтқышта зерттеледі.

Бұл әдіс халықты жаппай сұрау үшін қолданылады. Бұл жағдайда пациентке радиациялық жүктеме әдеттегі флюорографияға қарағанда әлдеқайда аз.

Рентген терапиясы- қатерлі ісіктерді жою үшін рентген сәулелерін қолдану.

Сәулеленудің биологиялық әсері тез көбейетін ісік жасушаларының өмірлік белсенділігін бұзу болып табылады. Бұл жағдайда R - фотондардың энергиясы 150-200 кВ.

Қазіргі стоматологиядағы визиографтар (сандық рентгендік кескінді өңдейтін құрылғылар).

Стоматологияда рентгендік зерттеу негізгі диагностикалық әдіс болып табылады. Дегенмен, рентгендік диагностиканың бірқатар дәстүрлі ұйымдастырушылық-техникалық ерекшеліктері оны пациенттер үшін де, стоматологиялық клиникалар үшін де өте қолайлы емес етеді. Бұл, ең алдымен, пациенттің иондаушы сәулеленумен байланысқа түсу қажеттілігі, ол жиі денеге айтарлықтай радиациялық жүктеме жасайды, бұл сонымен қатар фотопроцесске қажеттілік, демек, фотореагенттерге, соның ішінде улылар. Бұл, сайып келгенде, көлемді мұрағат, ауыр қалталар мен рентгендік пленкалар салынған конверттер.

Сонымен қатар, стоматологияның қазіргі даму деңгейі адам көзімен рентгенограммаларды субъективті бағалауды жеткіліксіз етеді. Белгілі болғандай, рентгендік суреттегі сұр реңктердің алуан түрін көз тек 64-ін ғана қабылдайды.

Әлбетте, денто-жақ жүйесінің қатты тіндерінің айқын және егжей-тегжейлі бейнесін минималды сәулеленумен алу үшін басқа шешімдер қажет. Бүгінгі таңда ізденіс радиографиялық жүйелер деп аталатындарды, видеографтар – сандық радиографиялық жүйелерді (1987 ж., Trophy компаниясы) жасауға әкелді.

Техникалық мәліметтерсіз мұндай жүйелердің жұмыс істеу принципі келесідей. Рентген сәулесі объект арқылы фотосезімтал пленкаға емес, арнайы ауызішілік сенсорға (арнайы электронды матрица) түседі. Матрицадан сәйкес сигнал оны цифрлық түрге түрлендіретін және компьютерге қосылған цифрлау құрылғысына (аналогты-цифрлық түрлендіргіш, ADC) беріледі. Арнайы бағдарламалық қамтамасыз ету компьютер экранында рентгендік кескінді құрастырады және оны өңдеуге, оны қатты немесе икемді сақтаушыға (қатты диск, диск) сақтауға, файл ретінде сурет ретінде басып шығаруға мүмкіндік береді.

Цифрлық жүйеде рентгендік кескін әртүрлі сұр реңктерге сәйкес келетін нүктелер жиынтығы болып табылады. Бағдарлама ұсынған ақпараттық дисплейді оңтайландыру салыстырмалы түрде төмен сәулелену дозасында жарықтық пен контраст бойынша оңтайлы кадрды алуға мүмкіндік береді.

Қазіргі заманғы жүйелерде, мысалы, Trophy (Франция) немесе Schick (АҚШ) жасаған, кадрды қалыптастыру кезінде 4096 сұр реңк пайдаланылады, экспозиция уақыты зерттеу объектісіне байланысты және орта есеппен жүзден - оннан бір бөлігін құрайды. екіншіден, пленкаға қатысты радиациялық әсердің төмендеуі – ауыз ішілік жүйелер үшін 90%-ға дейін, панорамалық видеографтар үшін 70%-ға дейін.

Суреттерді өңдеу кезінде бейнеграфтар рұқсат етеді:

1. Оң және теріс бейнелерді, жалған түсті бейнелерді, рельефті бейнелерді алу.

2.Контрастты арттырып, суреттің қызықты бөлігін үлкейтіңіз.

3. Тіс тіндері мен сүйек құрылымдарының тығыздығының өзгеруін бағалау, каналдарды толтыру біркелкілігін бақылау.

4. Эндодонтияда кез келген қисықтық каналдың ұзындығын анықтаңыз, ал хирургияда импланттың өлшемін 0,1 мм дәлдікпен таңдаңыз.

Кескінді талдау кезінде жасанды интеллект элементтері бар Кариес детекторының бірегей жүйесі дақ сатысында, түбірлік кариес пен жасырын кариестерді анықтауға мүмкіндік береді.

Мәселелерді шешу:

1. Түтік кернеуі 80 кВ болатын рентгендік кванттың максималды энергиясы толқын ұзындығы 500 нм жасыл жарыққа сәйкес фотонның энергиясынан неше есе артық?

2. Бетатронда 60 МэВ энергияға дейін үдетілген электрондардың нысанаға баяулауы нәтижесінде пайда болатын сәулелену спектріндегі ең аз толқын ұзындығын анықтаңыз.

3. Кейбір заттағы монохроматикалық рентген сәулесінің жартылай әлсіреу қабаты 10 мм. Берілген заттағы осы сәулеленудің әлсіреуін табыңыз.

[*] Φ l – толқын ұзындығының тар диапазонында 1 секундқа шығарылатын энергияның қатынасы. осы интервалдың еніне

* (4) формуладағы «F» сәулелену толқын ұзындығының барлық диапазонын білдіреді және жиі «Интегралдық энергия ағыны» деп аталады.

Рентген сәулелері – толқын ұзындығы шамамен 80-ден 10-5 нм-ге дейінгі электромагниттік толқындар. Ең ұзын толқынды рентгендік сәуле қысқа толқынды ультракүлгінмен, қысқа толқын ұзындығымен ұзын толқынды γ-сәулеленумен жабылады. Қозу әдісі бойынша рентгендік сәулелену бөртпе және сипаттамалық болып бөлінеді.

31.1. Рентген түтікшесінің ҚҰРЫЛҒЫ. Бремстрахлунг рентгені

Рентген сәулелерінің ең көп тараған көзі - екі электродты вакуумдық құрылғы болып табылатын рентгендік түтік (31.1-сурет). Қыздырылған катод 1 электрондар шығарады 4. Анод 2, көбінесе антикатод деп аталады, нәтижесінде рентген сәулелерін бағыттау үшін көлбеу беті бар. 3 түтіктің осіне бұрышта. Анод электрондардың әсерінен пайда болған жылуды кетіру үшін жоғары жылу өткізгіш материалдан жасалған. Анодтың беті вольфрам сияқты периодтық жүйеде үлкен атомдық нөмірі бар отқа төзімді материалдардан жасалған. Кейбір жағдайларда анод сумен немесе маймен арнайы салқындатылады.

Диагностикалық түтіктер үшін рентгендік көздің дәлдігі маңызды, оған антикатодтың бір жерінде электрондарды фокустау арқылы қол жеткізуге болады. Сондықтан конструктивті түрде екі қарама-қарсы тапсырманы ескеру қажет: бір жағынан электрондар анодтың бір жеріне түсуі керек, екінші жағынан қызып кетудің алдын алу үшін электрондарды әртүрлі бөліктерге таратқан жөн. анод. Қызықты техникалық шешімдердің бірі ретінде айналмалы анодты рентгендік түтік болып табылады (31.2-сурет).

Атом ядросының электростатикалық өрісі мен антикатод затының атомдық электрондарымен электронның (немесе басқа зарядталған бөлшектің) тежелуі нәтижесінде бремсстрахлунг сәулеленуі.

Оның механизмін келесідей түсіндіруге болады. Қозғалыстағы электр заряды магнит өрісімен байланысты, оның индукциясы электронның жылдамдығына байланысты. Тежеу кезінде магниттік

индукция және Максвелл теориясына сәйкес электромагниттік толқын пайда болады.

Электрондар тежелген кезде энергияның бір бөлігі ғана рентгендік фотонды жасауға кетеді, ал қалған бөлігі анодты қыздыруға жұмсалады. Бұл бөліктер арасындағы қатынас кездейсоқ болғандықтан, электрондардың көп саны баяулағанда, рентгендік сәулеленудің үздіксіз спектрі пайда болады. Осыған байланысты bremsstrahlung үздіксіз деп те аталады. Суретте. 31.3 рентгендік түтіктегі әртүрлі кернеулер кезінде рентген ағынының λ толқын ұзындығына (спектрлеріне) тәуелділігін көрсетеді: U 1< U 2 < U 3 .

Спектрлердің әрқайсысында ең қысқа толқын ұзындығы бар λ ηίη Үдеу өрісіндегі электрон алған энергия толығымен фотон энергиясына айналғанда пайда болады:

(31.2) негізінде Планк тұрақтысын эксперименттік анықтаудың ең дәл әдістерінің бірі жасалғанын ескеріңіз.

Қысқа толқынды рентген сәулелері әдетте ұзын толқындарға қарағанда көбірек енетін күшке ие және олар деп аталады. қиын,және ұзын толқын жұмсақ.

Рентген түтігіндегі кернеуді арттыру арқылы сәулеленудің спектрлік құрамы өзгереді, бұл суреттен көрінеді. 31.3 және формулалар (31.3) және қаттылықты арттырыңыз.

Егер катодты жіптің температурасы жоғарыласа, онда электронды эмиссия және түтіктегі ток күшейеді. Бұл секунд сайын шығарылатын рентгендік фотондардың санын арттырады. Оның спектрлік құрамы өзгермейді. Суретте. 31.4 бірдей кернеудегі, бірақ катодты жіптердің әртүрлі токтарындағы рентген сәулелерінің спектрлерін көрсетеді: / n1< / н2 .

Рентген сәулелерінің ағыны мына формула бойынша есептеледі:

қайда Ужәне мен-рентгендік түтіктегі кернеу мен ток; З- анод затының атомының реттік нөмірі; к- пропорционалдық коэффициенті. Әр түрлі антикатодтардан бір мезгілде алынған спектрлер Ужәне I H суретте көрсетілген. 31.5.

31.2. СИПАТТАМАЛЫҚ РЕНТГЕН СӘУЛЕЛЕРІ. АТОМДЫҚ РЕНТГЕН СӘУЛЕЛЕРІ СПЕКТРАСЫ

Рентген түтігіндегі кернеуді арттыру арқылы сәйкес келетін сызықтың пайда болуын байқауға болады

тән рентген сәулелері(31.6-сурет). Ол жеделдетілген электрондардың атомға терең еніп, ішкі қабаттардағы электрондарды шығарып тастауына байланысты туындайды. Жоғарғы деңгейден шыққан электрондар бос орындарға ауысады (31.7-сурет), нәтижесінде тән сәулелену фотондары шығарылады. Суреттен көрініп тұрғандай, тән рентген сәулелері қатардан тұрады Қ, Л, Мт.б., олардың атауы электрондық қабаттарды белгілеу үшін қызмет етті. K-сериясының сәулеленуі жоғары қабаттарда кеңістікті босатқандықтан, басқа сериялардың сызықтары бір уақытта шығарылады.

Оптикалық спектрлерден айырмашылығы әртүрлі атомдардың тән рентгендік спектрлері бір типті. Суретте. 31.8 әртүрлі элементтердің спектрлерін көрсетеді. Бұл спектрлердің біркелкілігі әртүрлі атомдардың ішкі қабаттарының бірдей болуымен және тек энергетикалық жағынан айырмашылығымен түсіндіріледі, өйткені элементтің атомдық саны артқан сайын ядродан келетін күш әсері күшейеді. Бұл жағдай ядро ​​зарядының ұлғаюымен сипаттамалық спектрлердің жоғары жиіліктерге қарай ығысуына әкеледі. Бұл үлгі суреттен көрінеді. 31.8 және белгілі Мозли заңы:

қайда v-спектрлік сызық жиілігі; Z-сәуле шығарушы элементтің атомдық нөмірі; БІРАҚжәне AT- тұрақты.

Оптикалық және рентгендік спектрлердің тағы бір айырмашылығы бар.

Атомның тән рентгендік спектрі осы атомның құрамына кіретін химиялық қосылысқа байланысты емес. Мысалы, оттегі атомының рентгендік спектрі O, O 2 және H 2 O үшін бірдей, ал бұл қосылыстардың оптикалық спектрлері айтарлықтай ерекшеленеді. Атомның рентгендік спектрінің бұл ерекшелігі атауға негіз болды тән.

Сипаттамалық сәулелену әрқашан атомның ішкі қабаттарында бос кеңістік болған кезде, оны тудырған себептерге қарамастан пайда болады. Мысалы, тән сәулелену радиоактивті ыдырау түрлерінің бірімен бірге жүреді (32.1-ді қараңыз), ол ішкі қабаттағы электронды ядромен басып алудан тұрады.

31.3. РЕНТГЕН СӘУЛЕЛЕРІНІҢ ЗАТТАРМЕН ӘСЕРІСІ

Рентген сәулеленуін тіркеу және пайдалану, сонымен қатар оның биологиялық объектілерге әсері рентгендік фотонның зат атомдары мен молекулаларының электрондарымен әрекеттесуінің бастапқы процестерімен анықталады.

Энергияның қатынасына байланысты hvфотон және иондану энергиясы 1 А және үш негізгі процесс бар.

Когерентті (классикалық) шашырау

Ұзын толқынды рентген сәулелерінің шашырауы негізінен толқын ұзындығының өзгеруінсіз жүреді және оны деп аталады. когерентті.Ол фотон энергиясы иондану энергиясынан аз болса пайда болады: hv< А және.

Бұл жағдайда рентгендік фотон мен атомның энергиясы өзгермейтіндіктен, когерентті шашырау өздігінен биологиялық әсер етпейді. Дегенмен, рентгендік сәулеленуден қорғауды жасау кезінде негізгі сәуленің бағытын өзгерту мүмкіндігін ескеру қажет. Мұндай өзара әрекеттесу рентгендік дифракциялық талдау үшін маңызды (24.7 қараңыз).

Когерентсіз шашырау (Комптон эффектісі)

1922 жылы А.Х. Комптон қатты рентген сәулелерінің шашырауын бақылай отырып, түскен сәулемен салыстырғанда шашыраған сәуленің ену қабілетінің төмендеуін анықтады. Бұл шашыраған рентген сәулелерінің толқын ұзындығы түскен рентген сәулелерінен үлкен екенін білдірді. Толқын ұзындығының өзгеруімен рентген сәулелерінің шашырауы деп аталады үйлесімсіз nym, ал құбылыстың өзі - Комптон эффектісі.Бұл рентгендік фотонның энергиясы иондану энергиясынан үлкен болса пайда болады: hv > A және.

Бұл құбылыс атоммен әрекеттескенде энергияның пайда болуына байланысты hvфотон энергиясы бар жаңа шашыраған рентгендік фотонды өндіруге жұмсалады hv»,атомнан электронды ажырату (иондану энергиясы A u) және электронға кинетикалық энергия беру Е:

hv \u003d hv " + A және + E k.(31.6)

1 Мұнда иондану энергиясы деп атомнан немесе молекуладан ішкі электрондарды жоюға қажетті энергия түсініледі.

Өйткені көп жағдайда hv>> А және Комптон эффектісі бос электрондарда пайда болады, онда шамамен былай жаза аламыз:

hv = hv"+ E K .(31.7)

Бұл құбылыста (31.9-сурет) екінші реттік рентгендік сәулеленумен (энергия) hv« фотон) кері айналу электрондары пайда болады (кинетикалық энергия Еэлектрон). Содан кейін атомдар немесе молекулалар иондарға айналады.

фотоэффект

Фотоэффектте рентген сәулесін атом жұтады, нәтижесінде электрон ұшып шығады, ал атом иондалады (фотоиондану).

Жоғарыда қарастырылған үш негізгі өзара әрекеттесу процесі бастапқы болып табылады, олар кейінгі екіншілік, үшіншілік және т.б. құбылыстар. Мысалы, иондалған атомдар өзіне тән спектр шығара алады, қозған атомдар көрінетін жарық көздеріне айнала алады (рентгендік люминесценция) т.б.

Суретте. 31.10 – затқа рентгендік сәуле түскенде болатын мүмкін болатын процестердің диаграммасы. Рентген фотонының энергиясы молекулалық жылулық қозғалыстың энергиясына айналмас бұрын көрсетілгенге ұқсас бірнеше ондаған процестер болуы мүмкін. Нәтижесінде заттың молекулалық құрамында өзгерістер болады.

Суреттегі диаграммада көрсетілген процестер. 31.10, затқа рентген сәулесінің әсерінен байқалатын құбылыстардың негізінде жатыр. Солардың кейбірін тізіп көрейік.

Рентгендік люминесценция- рентгендік сәулелену кезіндегі бірқатар заттардың жарқырауы. Платина-цианоген барийінің мұндай жарқырауы Рентгенге сәулелерді ашуға мүмкіндік берді. Бұл құбылыс рентген сәулелерін визуалды бақылау мақсатында, кейде фотографиялық пластинкадағы рентген сәулелерінің әсерін күшейту үшін арнайы жарық экрандарын жасау үшін қолданылады.

Рентген сәулелерінің химиялық әсері белгілі, мысалы, судағы сутегі асқын тотығының түзілуі. Іс жүзінде маңызды мысал - фотопластинаға әсер ету, бұл осындай сәулелерді анықтауға мүмкіндік береді.

Иондаушы әсер рентген сәулелерінің әсерінен электр өткізгіштігінің жоғарылауында көрінеді. Бұл қасиет пайдаланылады

сәулеленудің осы түрінің әсерін сандық анықтау үшін дозиметрияда.

Көптеген процестердің нәтижесінде біріншілік рентген сәулесі заңға сәйкес әлсірейді (29.3). Оны келесі формада жазайық:

I = I0 e-/", (31.8)

қайда μ - сызықтық әлсіреу коэффициенті. Оны когерентті шашырау μ κ , когерентсіз μ ΗΚ және фотоэффект μ сәйкес келетін үш мүшеден тұратын етіп көрсетуге болады. f:

μ = μ k + μ hk + μ f. (31,9)

Рентген сәулеленуінің қарқындылығы осы ағын өтетін зат атомдарының санына пропорционалды түрде әлсірейді. Егер біз затты ось бойымен қыссақ x,мысалы, в бесе арттыру арқылы боның тығыздығына еселенген

31.4. РЕНТГЕН СӘУЛЕЛЕРІН МЕДИЦИНАДА ҚОЛДАНУДЫҢ ФИЗИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

Рентген сәулелерінің маңызды медициналық қолдануларының бірі диагностикалық мақсатта ішкі ағзаларды трансиллюминациялау болып табылады. (рентгендік диагностика).

Диагностика үшін шамамен 60-120 кВ энергиясы бар фотондар қолданылады. Бұл энергияда массаның жойылу коэффициенті негізінен фотоэффектпен анықталады. Оның мәні қатты сәулеленудің үлкен ену қабілетін көрсететін фотон энергиясының үшінші дәрежесіне (λ 3 пропорционал) кері пропорционал және жұтатын заттың атомдық нөмірінің үшінші дәрежесіне пропорционал:

Әртүрлі тіндердің рентгендік сәулеленуді сіңіруіндегі айтарлықтай айырмашылық көлеңкелі проекцияда адам денесінің ішкі мүшелерінің кескіндерін көруге мүмкіндік береді.

Рентгендік диагностика екі нұсқада қолданылады: флюорография кескін рентгендік люминесцентті экранда қаралады, рентгенография - кескін пленкаға бекітіледі.

Егер зерттелетін орган және оның айналасындағы тіндер рентген сәулелерін шамамен бірдей әлсіретсе, онда арнайы контраст агенттері қолданылады. Мәселен, мысалы, асқазан мен ішекті барий сульфатының шырышты массасымен толтырғанда, олардың көлеңкелі бейнесін көруге болады.

Экрандағы кескіннің жарықтығы және пленкадағы экспозиция уақыты рентген сәулелерінің қарқындылығына байланысты. Егер ол диагностика үшін қолданылса, жағымсыз биологиялық салдарларды тудырмау үшін қарқындылық жоғары болуы мүмкін емес. Сондықтан рентген сәулелерінің төмен қарқындылығында кескінді жақсартатын бірқатар техникалық құрылғылар бар. Мұндай құрылғының мысалы - күшейткіш түтіктер (27.8 қараңыз). Халықты жаппай тексеруде рентгенографияның нұсқасы кеңінен қолданылады - флюорография, онда үлкен рентгендік люминесцентті экранның кескіні сезімтал шағын форматты пленкаға жазылады. Түсіру кезінде үлкен диафрагманың объективі пайдаланылады, дайын суреттер арнайы ұлғайтқышта қаралады.

Рентгенографияның қызықты және перспективалы нұсқасы деп аталатын әдіс болып табылады рентгендік томография, және оның «машина нұсқасы» - КТ сканерлеу.

Осы сұрақты қарастырайық.

Қарапайым рентгенограмма дененің үлкен аймағын қамтиды, әртүрлі мүшелер мен тіндер бір-біріне көлеңке түсіреді. Рентген түтігін мезгіл-мезгіл антифазада бірге жылжытсаңыз (31.11-сурет) мұны болдырмауға болады. RTжәне фильм Fpнысанға қатысты туралызерттеу. Денеде рентген сәулелері үшін мөлдір емес бірқатар қосындылар бар, олар суретте шеңберлермен көрсетілген. Көріп отырғаныңыздай, рентгендік түтіктің кез келген орнында рентген сәулелері (1, 2 т.б.) арқылы өтеді

периодты қозғалыс орындалатын центр болып табылатын объектінің сол нүктесін кесу RTжәне Fp.Бұл нүкте, дәлірек айтқанда, кішкене мөлдір емес қосынды, қара шеңбермен көрсетіледі. Оның көлеңкелі бейнесі бірге қозғалады fp,қатарынан 1-орындарды иелену, 2 және т.б. Денедегі қалған қосындылар (сүйектер, итбалықтар және т.б.) жасайды Fpкейбір жалпы фон, өйткені рентген сәулелері олармен біржола жасырылмайды. Әткеншек орталығының орнын өзгерту арқылы дененің қабат-қабат рентгендік бейнесін алуға болады. Сондықтан аты - томография(қабатты жазу).

Скрининг үшін жұқа рентген сәулесінің көмегімен мүмкін болады (орнына Fp),иондаушы сәулеленудің жартылай өткізгіш детекторларынан (32.5 қараңыз) және томографияда көлеңкелі рентгендік кескінді өңдеуге арналған компьютерден тұрады. Томографияның бұл заманауи нұсқасы (компьютерлік немесе компьютерлік рентгендік томография) катодты сәулелік түтік экранында немесе 2 мм-ден аз бөлшектері бар қағазда рентгендік сәулелерді сіңіру айырмашылығы бар дененің қабатты кескіндерін алуға мүмкіндік береді. 0,1%-ға дейін. Бұл, мысалы, мидың сұр және ақ заттарын ажыратуға және өте кішкентай ісік түзілімдерін көруге мүмкіндік береді.

РЕСЕЙ ФЕДЕРАЦИЯСЫНЫҢ БІЛІМ БЕРУ ФЕДЕРАЛДЫҚ АГЕНТТІГІ

МЕМЛЕКЕТТІК ОҚУ МЕКЕМЕСІ

ЖОҒАРЫ КӘСІБИ БІЛІМ

МӘСКЕУ МЕМЛЕКЕТТІК БОЛАТ ЖӘНЕ қорытпалар ИНСТИТУТЫ

(ТЕХНОЛОГИЯ УНИВЕРСИТЕТІ)

НОВОТРОЙЦКИЙ ФИЛИАЛЫ

OEND кафедрасы

КУРСТЫҚ ЖҰМЫС

Пәні: Физика

Тақырыбы: Рентген сәулесі

Оқушы: Недорезова Н.А.

Топ: EiU-2004-25, No З.К.: 04Н036

Тексерген: Ожегова С.М.

Кіріспе

1-тарау

1.1 Рентген Вильгельм Конрадтың өмірбаяны

1.2 Рентген сәулелерінің ашылуы

2-тарау

2.1 Рентген сәулелерінің көздері

2.2 Рентген сәулелерінің қасиеттері

2.3 Рентген сәулелерін тіркеу

2.4 Рентген сәулелерін қолдану

3-тарау

3.1 Кристалл құрылымының кемшіліктерін талдау

3.2 Спектрлік талдау

Қорытынды

Пайдаланылған көздер тізімі

Қолданбалар

Кіріспе

Сирек кездесетін адам рентген кабинетінен өтпеді. Рентгенге түсірілген суреттер бәріне таныс. 1995 жылы бұл жаңалыққа 100 жыл толды. Бір ғасыр бұрын оның қандай үлкен қызығушылық тудырғанын елестету қиын. Адамның қолында көзге көрінбейтін нәрсені көруге болатын аппарат болып шықты.

Толқын ұзындығы шамамен 10 -8 см болатын электромагниттік сәулелену болып табылатын барлық заттарға әртүрлі дәрежеде болса да енуге қабілетті бұл көрінбейтін сәуле оны ашқан Вильгельм Рентгеннің құрметіне рентгендік сәулелену деп аталды.

Көрінетін жарық сияқты, рентген сәулелері фотопленканың қараюын тудырады. Бұл қасиет медицина, өнеркәсіп және ғылыми зерттеулер үшін үлкен маңызға ие. Зерттелетін объект арқылы өтіп, содан кейін пленкаға түскен рентгендік сәуле оның ішкі құрылымын бейнелейді. Рентген сәулеленуінің ену қабілеті әртүрлі материалдар үшін әртүрлі болғандықтан, объектінің оған мөлдірлігі аз бөліктері фотосуретте сәуле жақсы өтетін жерлерге қарағанда жарқын аймақтарды береді. Осылайша, сүйек тіндері тері мен ішкі мүшелерді құрайтын тіндерге қарағанда рентген сәулелеріне мөлдір емес. Сондықтан, рентгенограммада сүйектер жеңілірек аймақтар ретінде көрсетіледі және радиация үшін мөлдір емес сынған жерді оңай анықтауға болады. Рентгендік бейнелеу сонымен қатар стоматологияда тістердің түбірлеріндегі кариес пен абсцесстерді анықтау үшін, сондай-ақ өнеркәсіпте құйма, пластмасса және каучуктардағы жарықтарды анықтау үшін, химияда қосылыстарды талдау үшін, физикада кристалдардың құрылымын зерттеу үшін қолданылады. .

Рентгеннің ашылуы осы сәулені пайдаланудың көптеген жаңа қасиеттері мен мүмкіндіктерін ашқан басқа зерттеушілердің эксперименттеріне ұласты. М.Лауэ, В.Фридрих және П.Книпинг үлкен үлес қосты, олар 1912 жылы кристалдан өткен кезде рентген сәулелерінің дифракциясын көрсетті; 1913 жылы қыздырылған катодты жоғары вакуумды рентген түтігін ойлап тапқан В.Кулидж; 1913 жылы сәулеленудің толқын ұзындығы мен элементтің атомдық нөмірі арасындағы байланысты орнатқан Г.Мозели; Рентгендік дифракциялық талдаудың негіздерін жасағаны үшін 1915 жылы Нобель сыйлығын алған Г. және Л.Брегги.

Бұл курстық жұмыстың мақсаты – рентгендік сәулелену құбылысын, ашылу тарихын, қасиеттерін зерттеу және қолдану аясын анықтау.

1-тарау

1.1 Рентген Вильгельм Конрадтың өмірбаяны

Вильгельм Конрад Рентген 1845 жылы 17 наурызда Германияның Голландиямен шекаралас аймағында, Ленепе қаласында дүниеге келген. Техникалық білімді Цюрихте Эйнштейн кейінірек оқыған жоғары техникалық мектепте (политехникалық) алды. Физикаға деген құштарлық оны 1866 жылы мектепті бітіргеннен кейін дене шынықтыруды жалғастыруға мәжбүр етті.

1868 жылы философия докторы ғылыми дәрежесін алу үшін диссертация қорғады, ол физика кафедрасында ассистент болып жұмыс істеді, алдымен Цюрихте, кейін Гиссенде, содан кейін Страсбургте (1874-1879) Кундтпен бірге жұмыс істеді. Мұнда Рентген жақсы эксперименталды мектептен өтіп, бірінші дәрежелі экспериментатор болды. Рентген маңызды зерттеулердің бір бөлігін өзінің шәкірті, кеңестік физиканың негізін салушылардың бірі А.Ф. Иоффе.

Ғылыми зерттеулер электромагнетизмге, кристалдық физикаға, оптикаға, молекулалық физикаға қатысты.

1895 жылы ол толқын ұзындығы ультракүлгін сәулелердің (рентген сәулелерінің) толқын ұзындығынан қысқа сәулеленуді ашты, кейінірек рентген сәулелері деп аталды және олардың қасиеттерін зерттеді: ауаны шағылыстыру, жұту, иондау және т.б. Ол рентген сәулелерін алу үшін түтіктің дұрыс конструкциясын ұсынды - көлбеу платина антикатодты және ойыс катодты: ол рентген сәулелерін қолданып фотосуреттерді бірінші болып түсірді. Ол 1885 жылы электр өрісінде қозғалатын диэлектриктің магнит өрісін ашты («рентгендік ток» деп аталады).Оның тәжірибесі магнит өрісінің қозғалатын зарядтардың әсерінен пайда болатынын анық көрсетті және Х.Лоренцтің пайда болуы үшін маңызды болды. электронды теория.Рентген еңбектерінің едәуір бөлігі сұйықтардың, газдардың, кристалдардың, электромагниттік құбылыстардың қасиеттерін зерттеуге арналған, кристалдардағы электрлік және оптикалық құбылыстардың байланысын ашты.Оның атымен аталатын сәулелерді ашу үшін Рентген 1901 ж. физиктер арасында бірінші болып Нобель сыйлығының лауреаты атанды.

1900 жылдан өмірінің соңғы күндеріне дейін (1923 жылы 10 ақпанда қайтыс болды) Мюнхен университетінде жұмыс істеді.

1.2 Рентген сәулелерінің ашылуы

19 ғасырдың соңы газдар арқылы электр тогының өту құбылыстарына қызығушылықтың артуы байқалды. Тіпті Фарадей бұл құбылыстарды мұқият зерттеді, разрядтың әртүрлі формаларын сипаттады, сиректелген газдың жарқыраған колоннасында қараңғы кеңістікті тапты. Фарадей қараңғы кеңістігі көкшіл, катодты жарқырауды қызғылт, анодты жарқылдан бөледі.

Газдың сиректеуінің одан әрі жоғарылауы жарқырау сипатын айтарлықтай өзгертеді. Математик Плюкер (1801-1868) 1859 жылы жеткілікті күшті сиректеу кезінде катодтан шығып, анодқа жетіп, түтік шынысының жарқырауын тудыратын әлсіз көкшіл сәулелер шоғын ашты. 1869 жылы Плюкердің шәкірті Гитторф (1824-1914) ұстазының зерттеуін жалғастырып, катод пен осы бет арасына қатты дене орналастырса, түтіктің флуоресценттік бетінде айқын көлеңке пайда болатынын көрсетті.

Голдштейн (1850-1931) сәулелердің қасиеттерін зерттей отырып, оларды катодтық сәулелер деп атады (1876). Үш жылдан кейін Уильям Крукс (1832-1919) катодтық сәулелердің заттық табиғатын дәлелдеп, оларды «сәулелі материя» - ерекше төртінші күйдегі зат деп атады.Оның дәлелдемелері нанымды және анық болды.«Крукс түтігімен» жасалған тәжірибелер көрсетілді. кейінірек барлық физикалық сыныптарда. Крукс түтігіндегі магнит өрісінің катод сәулесінің ауытқуы мектептегі классикалық демонстрацияға айналды.

Алайда катодтық сәулелердің электрлік ауытқуы бойынша жүргізілген тәжірибелер соншалықты сенімді болмады. Герц мұндай ауытқуды байқамай, катодтық сәуле эфирдегі тербелмелі процесс деген қорытындыға келді. Герцтің шәкірті Ф.Ленард катодтық сәулелермен тәжірибе жасай отырып, 1893 жылы алюминий фольгамен жабылған терезе арқылы өтіп, терезенің артындағы кеңістікте жарқырау туғызатынын көрсетті. Герц 1892 жылы жарық көрген соңғы мақаласын катод сәулелерінің жұқа металл денелер арқылы өту құбылысына арнады.Ол мынадай сөздермен басталды:

«Катодтық сәулелер қатты денелерге өту қабілеті бойынша жарықтан айтарлықтай ерекшеленеді.» Алтын, күміс, платина, алюминий және т.б. жапырақтар арқылы катод сәулелерінің өтуі бойынша жүргізілген тәжірибелердің нәтижелерін сипаттай отырып, Герц оның бұлай емес екенін атап өтеді. құбылыстардағы кез келген ерекше айырмашылықтарды байқаңыз. Сәулелер жапырақтардан түзу сызықпен өтпейді, бірақ дифракция арқылы шашыраңқы болады. Катодтық сәулелердің табиғаты әлі де түсініксіз болды.

1895 жылдың соңында Вюрцбург профессоры Вильгельм Конрад Рентген Крукстың, Ленардтың және басқалардың осындай түтіктерімен тәжірибе жасады. Бірде тәжірибе аяқталғаннан кейін ол түтікшені қара картон қақпақпен жауып, жарықты өшірді, бірақ түтікті қоректендіретін индукторды өшірмеді, ол түтікке жақын орналасқан барий цианогенінен экранның жарқылын байқады. Осы жағдайға таң қалған Рентген экранмен тәжірибе жасай бастады. 1895 жылғы 28 желтоқсандағы «Сәулелердің жаңа түрі туралы» атты бірінші баяндамасында ол осы алғашқы тәжірибелер туралы былай деп жазды: «Барий платина-цианидімен қапталған қағаз, түтікке жақындағанда, жұқа қара картон қақпақпен жабылған. бұл оған жеткілікті түрде сәйкес келеді, әрбір разрядта ол жарқын жарықпен жыпылықтайды: ол флуоресцентті бастайды. Флуоресценция жеткілікті қараңғыланғанда көрінеді және қағазды барий синерогенімен қапталған немесе барий синерогенмен қапталмаған жағымен әкелуімізге байланысты емес. Флуоресценция тіпті түтіктен екі метр қашықтықта да байқалады».

Мұқият тексеру Рентгенге «күннің көрінетін және ультракүлгін сәулелеріне де, электр доғасының сәулелеріне де мөлдір емес қара картонның қандай да бір флуоресцентті агентпен енетінін» көрсетті. Рентген бұл «агенттің» ену қабілетін зерттеді. , ол қысқаша «рентген сәулелері» деп атады, әртүрлі заттар үшін.Ол сәулелердің қағаз, ағаш, эбонит, жұқа металл қабаттары арқылы еркін өтетінін, бірақ қорғасынмен күшті кешіктірілетінін анықтады.

Содан кейін ол сенсациялық тәжірибені сипаттайды:

«Егер сіз қолыңызды ағызатын түтік пен экранның арасында ұстасаңыз, қолдың көлеңкесінің әлсіз контурларында сүйектердің қара көлеңкелерін көре аласыз.» Бұл адам денесін алғашқы рентгендік зерттеу болды.

Бұл кадрлар үлкен әсер қалдырды; ашу әлі аяқталмады, ал рентгендік диагностика өз сапарын бастады. Ағылшын физигі Шустер: «Менің зертханамды дененің әртүрлі бөліктерінде инелері бар деп күдіктенген науқастарды әкелетін дәрігерлер толтырды», - деп жазды.

Алғашқы тәжірибелерден кейін Рентген рентген сәулелерінің катодтық сәулелерден ерекшеленетінін, зарядты көтермейтінін және магнит өрісінің әсерінен ауытқымайтынын, бірақ катодтық сәулелермен қоздыратынын нақты анықтады.«Рентген сәулелері катодпен бірдей емес. сәулелер, бірақ олар разрядтық түтіктің шыны қабырғаларында олармен қозғалады », - деп жазды Рентген.

Ол сондай-ақ олардың шыныда ғана емес, металдарда да қоздыратынын анықтады.

Катодтық сәулелер «эфирде болатын құбылыс» деген Герц-Ленард гипотезасын айта отырып, Рентген «біздің сәулелеріміз туралы ұқсас нәрсені айта аламыз» деп көрсетеді. Алайда, ол сәулелердің толқындық қасиеттерін анықтай алмады, олар «бұрын белгілі ультракүлгін, көрінетін, инфрақызыл сәулелерден басқаша әрекет етеді.» Өздерінің химиялық және люминесценттік әрекеттері бойынша олар, Рентгеннің пікірінше, ультракүлгін сәулелерге ұқсас. хабарламада, ол эфирдегі бойлық толқындар болуы мүмкін деген болжамды кейінірек білдірді.

Рентгеннің ашылуы ғылыми әлемде үлкен қызығушылық тудырды. Оның тәжірибелері әлемнің барлық дерлік зертханаларында қайталанды. Мәскеуде оларды П.Н. Лебедев. Санкт-Петербургте радионың өнертапқышы А.С. Попов рентген сәулелерімен тәжірибе жасады, оларды ашық дәрістерде көрсетті, әртүрлі рентген сәулелерін алды. Кембриджде D.D. Томсон газдар арқылы электр тогының өтуін зерттеу үшін бірден рентген сәулелерінің иондаушы әсерін қолданды. Оның зерттеулері электронның ашылуына әкелді.

2-тарау

Рентгендік сәулелену – гамма мен ультракүлгін сәулелер арасындағы спектрлік аймақты 10 -4-тен 103-ке дейінгі толқын ұзындығында (10 -12-ден 10 -5 см-ге дейін) алып жатқан электромагниттік иондаушы сәулелену.R. л. толқын ұзындығы λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - жұмсақ.

2.1 Рентген сәулелерінің көздері

Рентген сәулелерінің ең көп тараған көзі рентгендік түтік болып табылады. - электровакуумдық құрылғы рентген сәулесінің көзі ретінде қызмет етеді. Мұндай сәулелену катодтың шығаратын электрондары тежеліп, анодқа (антикатод) соқтығысқанда пайда болады; бұл жағдайда анод пен катод арасындағы кеңістікте күшті электр өрісі арқылы үдетілген электрондардың энергиясы ішінара рентгендік энергияға айналады. Рентген түтігінің сәулеленуі - анодтық материалға тән сәулеленуге рентген сәулесінің суперпозициясы. Рентген түтіктері ажыратылады: электрон ағынын алу әдісі бойынша – термионды (қыздырылған) катодты, өрістік эмиссиялық (ұшты) катодты, оң иондармен бомбаланған катодты және радиоактивті (β) электрон көзімен; вакуумдау әдісі бойынша – герметикалық, жиналмалы; сәулелену уақыты бойынша – үздіксіз әрекетті, импульстік; анодты салқындату түріне сәйкес – сумен, маймен, ауамен, радиациялық салқындатумен; фокустың өлшемі бойынша (анодтағы сәулелену аймағы) - макрофокус, өткір фокус және микрофокус; пішіні бойынша – сақина, дөңгелек, сызғыш; электрондарды анодқа фокустау әдісі бойынша – электростатикалық, магниттік, электромагниттік фокустаумен.

Рентгендік түтіктер рентгендік құрылымдық талдауда қолданылады (1-қосымша), рентген-спектрлік талдау, дефектоскопия (1-қосымша), рентгендік диагностика (1-қосымша), сәулелік терапия , рентгендік микроскопия және микрорадиография. Термиондық катодты, сумен салқындатылатын анодты және электростатикалық электронды фокустау жүйесі бар тығыздалған рентгендік түтіктер барлық аймақтарда кеңінен қолданылады (2-қосымша). Рентген түтіктерінің термионды катоды әдетте электр тогы арқылы қыздырылған вольфрам сымының спиральды немесе түзу жіптері болып табылады. Анодтың жұмыс бөлімі – металл айна беті – электрон ағынына перпендикуляр немесе қандай да бір бұрышта орналасқан. Жоғары энергиялы және қарқынды рентгендік сәулеленудің үздіксіз спектрін алу үшін Au, W анодтары қолданылады; Құрылымдық талдауда Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag анодтары бар рентгендік түтіктер қолданылады.

Рентген түтіктерінің негізгі сипаттамалары - максималды рұқсат етілген үдеткіш кернеу (1-500 кВ), электронды ток (0,01 мА - 1А), анодпен бөлінетін меншікті қуат (10-10 4 Вт / мм 2), жалпы қуат тұтыну. (0,002 Вт - 60 кВт) және фокус өлшемдері (1 мкм - 10 мм). Рентген түтігінің тиімділігі 0,1-3% құрайды.

Кейбір радиоактивті изотоптар рентген сәулелерінің көзі ретінде де қызмет ете алады. : олардың кейбіреулері тікелей рентген сәулелерін шығарады, басқаларының ядролық сәулелері (электрондар немесе λ-бөлшектер) рентген сәулелерін шығаратын металл нысананы бомбалайды. Изотоптық көздердің рентгендік интенсивтілігі рентгендік түтіктің сәулелену қарқындылығынан бірнеше рет аз, бірақ изотоптық көздердің өлшемдері, салмағы және құны рентгендік түтікке қарағанда салыстырмалы түрде аз.

Бірнеше ГэВ энергиясы бар синхротрондар мен электронды сақтау сақиналары ондаған және жүздеген реттік λ бар жұмсақ рентген сәулелерінің көзі ретінде қызмет ете алады. Интенсивтілік бойынша синхротрондардың рентгендік сәулеленуі спектрдің көрсетілген аймағындағы рентгендік түтіктің сәулеленуінен 2-3 реттік дәрежеге асып түседі.

Рентген сәулелерінің табиғи көздері – Күн және басқа ғарыш объектілері.

2.2 Рентген сәулелерінің қасиеттері

Рентген сәулелерінің шығу механизміне байланысты олардың спектрлері үздіксіз (бремстрахлунг) немесе сызықтық (сипатты) болуы мүмкін. Үздіксіз рентгендік спектр жылдам зарядталған бөлшектердің нысана атомдарымен әрекеттесу кезінде олардың тежелуі нәтижесінде шығарылады; бұл спектр нысананы электрондармен бомбалағанда ғана айтарлықтай қарқындылыққа жетеді. Рентген сәулелерінің интенсивтілігі 0 жоғары жиілік шекарасына дейін барлық жиіліктерге таралады, бұл кезде фотон энергиясы h 0 (h - Планк тұрақтысы). ) бомбалаушы электрондардың eV энергиясына тең (e – электрон заряды, V – олардан өтетін үдеу өрісінің потенциалдар айырымы). Бұл жиілік спектрдің қысқа толқынды жиегіне сәйкес келеді 0 = hc/eV (c – жарық жылдамдығы).

Сызықтық сәулелену атомның иондалуынан кейін оның ішкі қабықтарының бірінен электронның шығуымен пайда болады. Мұндай иондану атомның электрон сияқты жылдам бөлшекпен соқтығысуы (бастапқы рентген сәулелері) немесе атомның фотонды жұтуы (флуоресцентті рентген сәулелері) нәтижесінде болуы мүмкін. Иондалған атом жоғары энергия деңгейлерінің бірінде бастапқы кванттық күйде болады және 10 -16 -10 -15 секундтан кейін энергиясы төмен соңғы күйге өтеді. Бұл жағдайда атом белгілі бір жиіліктегі фотон түрінде артық энергия шығара алады. Мұндай сәулелену спектрінің сызықтарының жиіліктері әрбір элемент атомдарына тән, сондықтан рентгендік спектрдің сызығы сипаттамалық деп аталады. Бұл спектрдің сызықтық жиілігінің Z атомдық нөміріне тәуелділігі Мозли заңымен анықталады.

Мозли заңы, сериялық нөмірі бар химиялық элементтің сипаттамалық рентген сәулелерінің спектрлік сызықтарының жиілігіне қатысты заң. G. Moseley эксперименталды түрде орнатылған 1913 ж. Мозли заңы бойынша элементтің сипаттамалық сәулеленуінің спектрлік сызығының  жиілігінің квадрат түбірі оның сериялық нөмірі Z сызықтық функциясы болып табылады:

мұндағы R – Ридберг тұрақтысы , S n – скринингтік константа, n – бас кванттық сан. Мозли диаграммасында (3-қосымша) Z-ге тәуелділік түзу сызықтар тізбегі болып табылады (n = 1, 2, 3,. мәндеріне сәйкес келетін K-, L-, M- және т.б. қатарлар).

Мозли заңы элементтердің периодтық жүйесіндегі элементтердің дұрыс орналасуының бұлтартпас дәлелі болды. Д.И. Менделеев және З-ның физикалық мағынасын ашуға үлес қосты.

Мозли заңына сәйкес рентгендік сипаттамалық спектрлер оптикалық спектрлерге тән периодтық заңдылықтарды көрсетпейді. Бұл сипаттамалық рентгендік спектрлерде көрінетін барлық элементтер атомдарының ішкі электрондық қабаттарының ұқсас құрылымға ие екендігін көрсетеді.

Кейінгі эксперименттер сыртқы электронды қабаттардың толтырылу ретінің өзгеруімен байланысты элементтердің ауысу топтары үшін сызықтық тәуелділіктен кейбір ауытқулар анықталды, сондай-ақ релятивистік әсерлер нәтижесінде пайда болатын ауыр атомдар үшін (шартты түрде түсіндіріледі). ішкі жылдамдықтарының жарық жылдамдығымен салыстыруға болатындығы).

Бірқатар факторларға байланысты – ядродағы нуклондар санына (изотоникалық ығысу), сыртқы электрон қабаттарының күйіне (химиялық ығысу) және т.б. – Мозли диаграммасындағы спектрлік сызықтардың орны біршама өзгеруі мүмкін. Бұл жылжуларды зерттеу атом туралы толық ақпарат алуға мүмкіндік береді.

Өте жұқа нысаналар шығаратын бремсстрахлунг рентген сәулелері 0-ге жақын жерде толығымен поляризацияланады; 0 азайған сайын поляризация дәрежесі төмендейді. Тәндік сәулелену, әдетте, поляризацияланбайды.

Рентген сәулелері затпен әрекеттескенде фотоэффект пайда болуы мүмкін. Рентген сәулелерін жұтуымен және олардың шашырауымен бірге фотоэлектрлік эффект атом рентгендік фотонды жұтып, өзінің ішкі электрондарының бірін шығарғанда байқалады, содан кейін ол радиациялық ауысуды жасай алады, сипаттамалық фотонды шығара алады. сәулелену немесе сәулеленбейтін ауысу кезінде екінші электронды шығару (Auger электроны). Рентген сәулелерінің металл емес кристалдарға (мысалы, тас тұзына) әсерінен атом торының кейбір түйіндерінде қосымша оң зарядты иондар пайда болады, ал олардың жанында артық электрондар пайда болады. Кристалдардың құрылымындағы мұндай бұзылулар рентгендік экситондар деп аталады , түс орталықтары болып табылады және температураның айтарлықтай жоғарылауымен ғана жоғалады.

Рентген сәулелері қалыңдығы x зат қабатынан өткенде олардың бастапқы интенсивтілігі I 0 мәніне дейін төмендейді I = I 0 e - μ x мұндағы μ – әлсіреу коэффициенті. I-нің әлсіреуі екі процестің әсерінен болады: заттың рентгендік фотондарды жұтуы және шашырау кезінде олардың бағытының өзгеруі. Спектрдің ұзын толқынды аймағында рентген сәулелерінің жұтылуы, қысқа толқынды аймақта олардың шашырауы басым болады. Жұтылу дәрежесі Z және λ ұлғаюымен тез артады. Мысалы, қатты рентген сәулелері ~ 10 см ауа қабаты арқылы еркін өтеді; қалыңдығы 3 см алюминий пластина λ = 0,027 рентген сәулелерін екі есе әлсіретеді; жұмсақ рентген сәулелері ауада айтарлықтай сіңеді және оларды пайдалану және зерттеу тек вакуумда немесе әлсіз жұтатын газда (мысалы, He) мүмкін болады. Рентген сәулелерін жұтқанда заттың атомдары иондалады.

Рентген сәулелерінің тірі организмдерге әсері олардың ұлпаларда тудыратын иондануына байланысты пайдалы немесе зиянды болуы мүмкін. Рентген сәулелерінің жұтылуы λ-ға тәуелді болғандықтан, олардың қарқындылығы рентген сәулелерінің биологиялық әсерінің өлшемі бола алмайды. Рентгендік өлшемдер рентген сәулелерінің затқа әсерін өлшеу үшін қолданылады. , өлшем бірлігі рентген болып табылады

Үлкен Z және λ аймағында рентген сәулелерінің шашырауы негізінен λ өзгермей жүреді және когерентті шашырау деп аталады, ал кіші Z және λ аймағында ол әдетте артады (когерентсіз шашырау). Когерентсіз рентгендік шашыраудың 2 түрі бар - Комптон және Раман. Серпімсіз корпускулалық шашырау сипатына ие Комптондық шашырауда рентгендік фотонның жартылай жоғалтқан энергиясы есебінен кері айналу электроны атомдық қабаттан ұшып шығады. Бұл жағдайда фотонның энергиясы азайып, оның бағыты өзгереді; λ өзгерісі шашырау бұрышына байланысты. Жарық атомымен жоғары энергиялы рентген фотонының Раман шашырауы кезінде оның энергиясының аз бөлігі атомның иондалуына жұмсалады және фотонның қозғалыс бағыты өзгереді. Мұндай фотондардың өзгеруі шашырау бұрышына байланысты емес.

Рентген сәулелері үшін n сыну көрсеткіші 1-ден өте аз мөлшерде δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 ерекшеленеді. Рентген сәулелерінің ортадағы фазалық жылдамдығы вакуумдегі жарық жылдамдығынан үлкен. Бір ортадан екіншісіне өту кезінде рентген сәулелерінің ауытқуы өте аз (бірнеше доғалы минут). Рентген сәулелері вакуумнан дененің бетіне өте аз бұрышпен түскенде, олардың толық сыртқы шағылуы жүреді.

2.3 Рентген сәулелерін тіркеу

Адамның көзі рентген сәулелеріне сезімтал емес. рентген

сәулелер Ag, Br жоғары мөлшері бар арнайы рентгендік пленка арқылы жазылады. Аймақта λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, кәдімгі позитивті пленканың сезімталдығы айтарлықтай жоғары және оның дәндері рентгендік пленка түйірлерінен әлдеқайда аз, бұл рұқсатты арттырады. Ондық және жүздік ретті λ кезінде рентген сәулелері фото эмульсияның ең жұқа беткі қабатына ғана әсер етеді; пленканың сезімталдығын арттыру үшін оны люминесцентті майлармен сенсибилизациялайды. Рентгендік диагностикада және ақауларды анықтауда кейде рентген сәулелерін жазу үшін электрофотография қолданылады. (электрорадиография).

Жоғары интенсивті рентген сәулелерін ионизациялық камераның көмегімен жазуға болады (4-қосымша), λ кезіндегі орташа және төмен интенсивтік рентген сәулелері< 3 - сцинтилляционным счётчиком NaI (Tl) кристалымен (5-қосымша), 0,5-те< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (6-қосымша) және дәнекерленген пропорционалды есептегіш (7-қосымша), 1-де< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (8-қосымша). Өте үлкен λ аймағында (ондықтан 1000-ға дейін) рентген сәулелерін жазу үшін кірісінде әртүрлі фотокатодтары бар ашық типті екінші реттік электронды көбейткіштерді қолдануға болады.

2.4 Рентген сәулелерін қолдану

Рентген сәулелері медицинада рентгендік диагностика үшін кеңінен қолданылады. және сәулелік терапия . Рентгендік ақауларды анықтау техниканың көптеген салаларында маңызды. , мысалы, құймалардағы ішкі ақауларды (қабықшалар, шлак қосындылары), рельстердегі жарықтар, дәнекерленген жіктердегі ақауларды анықтау.

Рентгендік құрылымдық талдау минералдар мен қосылыстардың кристалдық торларында, бейорганикалық және органикалық молекулалардағы атомдардың кеңістікте орналасуын орнатуға мүмкіндік береді. Шифрланған көптеген атомдық құрылымдардың негізінде кері мәселені де шешуге болады: рентгендік үлгі бойынша поликристалды зат, мысалы, легирленген болат, қорытпа, руда, ай топырағы, бұл заттың кристалдық құрамы белгіленуі мүмкін, яғни. кезеңдік талдау жүргізілді. R. l-дің көптеген қолданбалары. қатты денелердің қасиеттерін зерттеу үшін материалдардың рентгенографиясы қолданылады .

Рентгендік микроскопия мысалы, жасушаның, микроорганизмнің бейнесін алуға, олардың ішкі құрылысын көруге мүмкіндік береді. Рентгендік спектроскопия рентгендік спектрлерді пайдалана отырып, ол әртүрлі заттардағы энергиялар бойынша электрондық күйлердің тығыздығының таралуын зерттейді, химиялық байланыстың табиғатын зерттейді, қатты денелер мен молекулалардағы иондардың тиімді зарядын табады. Спектрлік рентгендік талдау сипаттамалық спектр сызықтарының орналасуы мен қарқындылығы бойынша заттың сапалық және сандық құрамын анықтауға мүмкіндік береді және металлургиялық және цемент зауыттарында, өңдеу зауыттарында материалдардың құрамын экспресс-бұзбайтын сынау үшін қолданылады. Бұл кәсіпорындарды автоматтандыру кезінде заттың құрамын анықтайтын датчиктер ретінде рентгендік спектрометрлер мен квантометрлер қолданылады.

Ғарыштан келетін рентген сәулелері ғарыштық денелердің химиялық құрамы туралы және ғарышта болып жатқан физикалық процестер туралы ақпарат береді. Рентген астрономиясы ғарыштық рентген сәулелерін зерттеумен айналысады . Қуатты рентген сәулелері радиациялық химияда белгілі бір реакцияларды, материалдардың полимерленуін және органикалық заттардың крекингін ынталандыру үшін қолданылады. Рентген сәулелері сонымен қатар кеш бояу қабатының астына жасырылған көне картиналарды анықтау үшін, тамақ өнеркәсібінде тамақ өнімдеріне кездейсоқ түскен бөгде заттарды анықтау үшін, сот сараптамасында, археологияда және т.б.

3-тарау

Рентгендік дифракциялық талдаудың негізгі міндеттерінің бірі материалдың нақты немесе фазалық құрамын анықтау болып табылады. Рентгендік дифракция әдісі тікелей және жоғары сенімділігімен, жылдамдығымен және салыстырмалы арзандығымен ерекшеленеді. Әдіс заттың көп мөлшерін қажет етпейді, талдауды бөлшекті бұзбай жүргізуге болады. Сапалық фазалық талдауды қолдану салалары ғылыми зерттеулер үшін де, өндірісте бақылау үшін де өте алуан түрлі. Металлургиялық өндіріс шикізатының құрамын, синтез өнімдерін, өңдеуді, термиялық және химиялық-термиялық өңдеу кезіндегі фазалық өзгерістердің нәтижесін тексеруге, әртүрлі жабындарды, жұқа пленкаларды және т.б.

Әрбір фазаның өзіндік кристалдық құрылымы бар, тек осы фазаға тән максимумнан және төменнен d/n жазықаралық қашықтықтардың белгілі бір дискретті мәндер жиынтығымен сипатталады. Вульф-Брагг теңдеуінен келесідей, жазықаралық қашықтықтың әрбір мәні белгілі θ бұрышында (λ толқын ұзындығының берілген мәнінде) поликристалды үлгіден алынған рентгендік үлгідегі сызыққа сәйкес келеді. Осылайша, белгілі бір сызықтар жүйесі (дифракциялық максимумдар) рентгендік дифракциялық суреттегі әрбір фаза үшін белгілі бір жазықаралық қашықтыққа сәйкес болады. Рентгендік суреттегі бұл сызықтардың салыстырмалы қарқындылығы ең алдымен фазаның құрылымына байланысты. Сондықтан рентгенограммадағы сызықтардың орналасуын (оның бұрышы θ) анықтау және рентгенограмма түсірілген сәулеленудің толқын ұзындығын білу арқылы Вульф көмегімен d/n жазықаралық қашықтықтардың мәндерін анықтауға болады. -Брегг формуласы:

/n = λ/ (2sin θ). (бір)

Зерттелетін материал үшін d/n жиынын анықтап және оны таза заттар, олардың әртүрлі қосылыстары үшін бұрын белгілі d/n мәліметтерімен салыстыра отырып, берілген материалдың қай фазадан тұратынын анықтауға болады. Химиялық құрам емес, фазалар анықталатынын атап өту керек, бірақ кейде белгілі бір фазаның элементтік құрамы туралы қосымша деректер болған жағдайда соңғысын шығаруға болады. Сапалық фазалық талдаудың міндеті, егер зерттелетін материалдың химиялық құрамы белгілі болса, айтарлықтай жеңілдетіледі, өйткені бұл жағдайда мүмкін болатын фазалар туралы алдын ала болжам жасауға болады.

Фазалық талдаудың кілті d/n және сызық қарқындылығын дәл өлшеу болып табылады. Бұған дифрактометрдің көмегімен қол жеткізу принципті түрде оңай болғанымен, сапалы талдаудың фотоәдісінің кейбір артықшылықтары бар, ең алдымен сезімталдық (үлгіде фазаның аз мөлшерінің болуын анықтау мүмкіндігі), сондай-ақ анықтаудың қарапайымдылығы. эксперименттік техника.

Рентген суретінен d/n есептеу Вульф-Брагг теңдеуінің көмегімен жүзеге асырылады.

Бұл теңдеудегі λ мәні ретінде әдетте λ α cf K сериясы қолданылады:

λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)

Кейде K α1 сызығы қолданылады. Барлық рентгендік сызықтар үшін θ дифракциялық бұрыштарды анықтау (1) теңдеу бойынша d/n есептеуге және β-сызықтарды бөлуге мүмкіндік береді (егер (β-сәулелері) үшін сүзгі болмаса).

3.1 Кристалл құрылымының кемшіліктерін талдау

Барлық нақты монокристалды және одан да көп поликристалды материалдарда белгілі бір құрылымдық кемшіліктер (нүктелік ақаулар, дислокациялар, интерфейстердің әртүрлі түрлері, микро- және макростресстер) бар, олар барлық құрылымға сезімтал қасиеттер мен процестерге өте күшті әсер етеді.

Құрылымдық кемшіліктер әртүрлі сипаттағы кристалдық тордың бұрмалануын тудырады және нәтижесінде дифракциялық заңдылықтағы өзгерістердің әртүрлі түрлері: атомаралық және жазықаралық қашықтықтардың өзгеруі дифракциялық максимумдардың, микростресстердің және ішкі құрылымның дисперстілігінің ығысуын тудырады. дифракциялық максимумдардың, тордың микробұзылуларының - осы максимумдардың қарқындылығының өзгеруіне, дислокациялардың болуы рентген сәулелерінің өтуі кезінде аномальды құбылыстарды және соның салдарынан рентгендік топограммалардағы жергілікті контрастты біртекті еместерді және т.б.

Нәтижесінде, рентгендік дифракциялық талдау құрылымдық кемшіліктерді, олардың түрі мен концентрациясын, таралу сипатын зерттеудің ең ақпаратты әдістерінің бірі болып табылады.

Қозғалмайтын дифрактометрлерде жүзеге асырылатын дәстүрлі тікелей рентгендік дифракция әдісі, олардың конструкциялық ерекшеліктеріне байланысты, тек бөлшектерден немесе заттардан кесілген шағын үлгілерде кернеулер мен деформацияларды сандық анықтауға мүмкіндік береді.

Сондықтан қазіргі уақытта стационарлықтан портативті шағын өлшемді рентгендік дифрактометрлерге көшу жүріп жатыр, олар бөлшектердің немесе заттардың материалындағы кернеулерді оларды жасау және пайдалану кезеңдерінде бұзбай бағалауды қамтамасыз етеді.

DRP * 1 сериясының портативті рентгендік дифрактометрлері үлкен өлшемді бөлшектердегі, бұйымдар мен құрылымдардағы қалдық және тиімді кернеулерді бұзылмай бақылауға мүмкіндік береді.

Windows ортасындағы бағдарлама нақты уақыт режимінде «sin 2 ψ» әдісі арқылы кернеулерді анықтауға ғана емес, сонымен қатар фазалық құрамы мен текстурасының өзгеруін бақылауға мүмкіндік береді. Сызықтық координат детекторы 2θ = 43° дифракциялық бұрыштарда бір уақытта тіркеуді қамтамасыз етеді. «Түлкі» типті үлкен жарықтылығы және қуаты аз (5 Вт) шағын өлшемді рентгендік түтіктер сәулелену аймағынан 25 см қашықтықта сәулелену деңгейінің радиациялық деңгейіне тең болатын құрылғының радиологиялық қауіпсіздігін қамтамасыз етеді. табиғи фон деңгейі. DRP сериясының құрылғылары осы технологиялық операцияларды оңтайландыру мақсатында металды қалыптаудың, кесудің, ұнтақтаудың, термиялық өңдеудің, дәнекерлеудің, бетті шынықтырудың әртүрлі кезеңдеріндегі кернеулерді анықтауда қолданылады. Ерекше маңызды бұйымдар мен конструкцияларды пайдалану кезінде индукцияланған қалдық қысу кернеулерінің деңгейінің төмендеуін бақылау өнімді бұзылғанға дейін пайдаланудан шығаруға мүмкіндік береді, мүмкін болатын авариялар мен апаттардың алдын алады.

3.2 Спектрлік талдау

Материалдың атомдық кристалдық құрылымын және фазалық құрамын анықтаумен қатар оның толық сипаттамасы үшін оның химиялық құрамын анықтау міндетті.

Осы мақсаттар үшін тәжірибеде спектрлік талдаудың әртүрлі аспаптық әдістері деп аталатын барған сайын жиі қолданылады. Олардың әрқайсысының өзіндік артықшылықтары мен қосымшалары бар.

Көптеген жағдайларда маңызды талаптардың бірі - қолданылатын әдіс талданатын объектінің қауіпсіздігін қамтамасыз етеді; Дәл осы бөлімде қарастырылатын талдау әдістері. Осы бөлімде сипатталған талдау әдістері таңдалған келесі критерий олардың орналасуы болып табылады.

Флуоресцентті рентгендік спектрлік талдау әдісі талданатын объектіге біршама қатты рентгендік сәулеленудің (рентгендік түтіктен) енуіне, қалыңдығы бірнеше микрометрлік қабатқа енуге негізделген. Бұл жағдайда объектіде пайда болатын тән рентгендік сәулелену оның химиялық құрамы туралы орташаланған мәліметтерді алуға мүмкіндік береді.

Заттың элементтік құрамын анықтау үшін рентгендік түтіктің анодына орналастырылған және электронды бомбалауға ұшыраған үлгінің тән рентгендік спектрін талдауды – эмиссия әдісін немесе спектрді талдауды қолдануға болады. рентгендік түтіктен немесе басқа көзден қатты рентген сәулелерімен сәулеленуге ұшыраған үлгінің қайталама (флуоресцентті) рентгендік сәулеленуі - флуоресцентті әдіс.

Эмиссиялық әдістің кемшілігі, біріншіден, үлгіні рентгендік түтіктің анодына қою, содан кейін вакуумдық сорғылармен эвакуациялау қажеттілігі; бұл әдіс балқитын және ұшатын заттар үшін жарамсыз екені анық. Екінші кемшілік тіпті отқа төзімді объектілердің электронды бомбалаудан зақымдануымен байланысты. Флуоресцентті әдіс бұл кемшіліктерден таза және сондықтан әлдеқайда кеңірек қолданылады. Флуоресценция әдісінің артықшылығы да талдаудың сезімталдығын жақсартатын бремсстрахлунгтың болмауы. Өлшенген толқын ұзындығын химиялық элементтердің спектрлік сызықтарының кестелерімен салыстыру сапалық талдаудың негізі болып табылады, ал үлгі затты құрайтын әртүрлі элементтердің спектрлік сызықтарының салыстырмалы қарқындылығы сандық талдаудың негізін құрайды. Тәндік рентгендік сәулеленудің қозу механизмін қарастыра отырып, бір немесе басқа қатардағы сәулелердің (K немесе L, M және т.б.) бір мезгілде пайда болатыны және қатардағы сызық қарқындылығының қатынасы әрқашан болатыны анық. тұрақты. Демек, осы немесе басқа элементтің болуы жеке жолдармен емес, тұтас жолдар қатарымен (осы элементтің мазмұнын ескере отырып, ең әлсіздерін қоспағанда) белгіленеді. Салыстырмалы түрде жеңіл элементтер үшін K сериялы сызықтарды талдау, ауыр элементтер үшін L сериялы сызықтар қолданылады; әртүрлі жағдайларда (пайдаланылатын жабдыққа және талданатын элементтерге байланысты) сипаттамалық спектрдің әртүрлі аймақтары ең қолайлы болуы мүмкін.

Рентгендік спектрлік талдаудың негізгі ерекшеліктері төмендегідей.

Ауыр элементтер үшін де рентгендік сипаттамалық спектрлердің қарапайымдылығы (оптикалық спектрлермен салыстырғанда), бұл талдауды жеңілдетеді (сызықтар санының аздығы; олардың өзара орналасуының ұқсастығы; сериялық нөмірдің ұлғаюымен спектрдің жүйелі түрде ығысуы қысқа толқынды аймақ пайда болады;сандық талдаудың салыстырмалы қарапайымдылығы).

Толқын ұзындығының талданатын элемент атомдарының күйінен тәуелсіздігі (бос немесе химиялық қосылыстағы). Бұл тән рентгендік сәулеленудің пайда болуы көп жағдайда атомдардың иондану дәрежесімен іс жүзінде өзгермейтін ішкі электрондық деңгейлердің қозуымен байланысты.

Сыртқы қабықшалардың электрондық құрылымының ұқсастығына байланысты оптикалық диапазондағы спектрлерде аздаған айырмашылықтары бар және олардың химиялық қасиеттері бойынша өте аз ерекшеленетін сирек жерді және кейбір басқа элементтерді талдау кезінде бөлу мүмкіндігі.

Рентгендік флуоресценциялық спектроскопия «бұзбайтын» болып табылады, сондықтан жұқа үлгілерді - жұқа металл қаңылтыр, фольга және т.б. талдау кезінде әдеттегі оптикалық спектроскопиядан артықшылығы бар.

Рентгендік флуоресценциялық спектрометрлер, олардың ішінде көп арналы спектрометрлер немесе квантометрлер, анықталған мәннен 1% кем қателігі бар элементтердің экспресс-сандық талдауын қамтамасыз ететін (Na немесе Mg-ден U-ға дейін), сезімталдық шегі 10 -3 ... 10 -4%.

рентген сәулесі

Рентген сәулелерінің спектрлік құрамын анықтау әдістері

Спектрометрлер екі түрге бөлінеді: кристалды-дифракциялық және кристалсыз.

Рентген сәулелерінің табиғи дифракциялық тордың – кристалдың көмегімен спектрге ыдырауы шын мәнінде периодты штрихтар түріндегі жасанды дифракциялық тордың көмегімен қарапайым жарық сәулелерінің спектрін алуға ұқсас. Дифракциялық максимумның пайда болу шартын d hkl ара қашықтығымен бөлінген параллель атомдық жазықтықтар жүйесінен «шағылу» шарты ретінде жазуға болады.

Сапалық талдауды жүргізген кезде үлгідегі элементтің бар-жоғын бір сызық бойынша бағалауға болады – әдетте берілген анализатор кристалына қолайлы спектрлік қатардың ең қарқынды сызығы. Кристалдық дифракциялық спектрометрлердің рұқсат ету қабілеті периодтық жүйеде орналасқан іргелес элементтердің сипаттамалық сызықтарын бөлуге жеткілікті. Дегенмен, әртүрлі элементтердің әртүрлі сызықтарын таңуды, сондай-ақ әртүрлі тәртіптердің шағылыстарын енгізуді де ескеру қажет. Бұл жағдайды аналитикалық сызықтарды таңдау кезінде ескеру қажет. Бұл ретте құралдың ажыратымдылығын жақсарту мүмкіндіктерін пайдалану қажет.

Қорытынды

Сонымен, рентген сәулелері толқын ұзындығы 10 5 - 10 2 нм болатын көрінбейтін электромагниттік сәулелену болып табылады. Рентген сәулелері көрінетін жарыққа мөлдір емес кейбір материалдардан өте алады. Олар заттағы жылдам электрондардың тежелуі (үздіксіз спектр) кезінде және электрондардың атомның сыртқы электрондық қабаттарынан ішкілеріне ауысуы кезінде (сызықтық спектр) шығарылады. Рентген сәулеленуінің көздері: рентгендік түтік, кейбір радиоактивті изотоптар, электрондардың үдеткіштері мен аккумуляторлары (синхротрондық сәулелену). Қабылдағыштар – пленка, люминесцентті экрандар, ядролық сәуле детекторлары. Рентген сәулелері рентгендік дифракциялық талдауда, медицинада, ақауларды анықтауда, рентгендік спектрлік талдауда және т.б.

В.Рентген ашуының оң жақтарын қарастыра отырып, оның зиянды биологиялық әсерін атап өту керек. Рентген сәулелері терінің тереңірек және тұрақты зақымдануымен бірге жүретін қатты күйіп қалу (эритема) сияқты нәрсені тудыруы мүмкін екендігі анықталды. Пайда болған жаралар жиі қатерлі ісікке айналады. Көптеген жағдайларда саусақтарды немесе қолдарды кесуге тура келді. Қаза тапқандар да болды.

Экрандау (мысалы, қорғасын) және қашықтан басқару құралдарын қолдану арқылы әсер ету уақыты мен дозасын азайту арқылы терінің зақымдануын болдырмауға болатыны анықталды. Бірақ бірте-бірте рентгендік әсердің басқа, ұзақ мерзімді әсерлері анықталды, олар кейін расталды және тәжірибелік жануарларда зерттелді. Рентген сәулелерінің және басқа иондаушы сәулелердің (радиактивті материалдар шығаратын гамма сәулелері сияқты) әсерлеріне мыналар жатады:

) салыстырмалы аз мөлшердегі артық әсерден кейін қан құрамының уақытша өзгеруі;

) ұзақ уақыт шамадан тыс әсер етуден кейін қан құрамының қайтымсыз өзгеруі (гемолитикалық анемия);

) қатерлі ісік (лейкозды қоса) жиілігінің артуы;

) тезірек қартаю және ерте өлім;

) катарактаның пайда болуы.

Рентген сәулелерінің адам ағзасына биологиялық әсері сәулелену дозасының деңгейімен, сондай-ақ дененің қандай органының сәулеленуге ұшырағанымен анықталады.

Рентгендік сәулеленудің адам ағзасына әсері туралы білімдердің жинақталуы әртүрлі анықтамалық кітаптарда жарияланған рұқсат етілген сәулелену дозаларының ұлттық және халықаралық стандарттарын жасауға әкелді.

Рентген сәулелерінің зиянды әсерін болдырмау үшін бақылау әдістері қолданылады:

) сәйкес жабдықтың болуы,

) қауіпсіздік ережелерінің сақталуын бақылау;

) жабдықты дұрыс пайдалану.

Пайдаланылған көздер тізімі

1) Блохин М.А., Рентген сәулелерінің физикасы, 2-бас., М., 1957;

) Блохин М.А., Рентгендік спектральды зерттеулердің әдістері, М., 1959;

) Рентген сәулелері. Сенбі. ред. М.А. Блохин, транс. онымен бірге. және ағылшын, М., 1960;

) Хараджа Ф., Рентгендік инженерияның жалпы курсы, 3-бас., М. - Л., 1966;

) Миркин Л.И., Поликристалдардың рентгендік дифракциялық анализі анықтамалығы, М., 1961;

) Вайнштейн Е.Е., Кахана М.М., Рентгендік спектроскопия бойынша анықтамалық кестелер, М., 1953 ж.

) Рентгендік және электронды-оптикалық талдау. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н.: Прок. Университеттерге жәрдемақы. - 4-ші басылым. қосу. Және қайта жұмысшы. – М.: «МИСиС», 2002. – 360 б.

Қолданбалар

1-қосымша

Рентген түтіктерінің жалпы көрінісі

2-қосымша

Құрылымдық талдау үшін рентгендік түтік схемасы

Құрылымдық талдауға арналған рентгендік түтіктің схемасы: 1 - металл анодты шыны (әдетте жерге тұйықталған); 2 - рентген сәулесін шығаруға арналған бериллийден жасалған терезелер; 3 - термионды катод; 4 - түтіктің анодтық бөлігін катодтан оқшаулайтын шыны шам; 5 - катодты терминалдар, оларға жіп кернеуі, сондай-ақ жоғары (анодқа қатысты) кернеу; 6 - электрондарды фокустау үшін электростатикалық жүйе; 7 - анод (антикатод); 8 - анодты шыны салқындатқыш ағынды суды енгізуге және шығаруға арналған салалық құбырлар.

3-қосымша

Мозли диаграммасы

Тәндік рентген сәулелерінің K-, L- және M сериялары үшін Мозли диаграммасы. Абцисса Z элементінің реттік нөмірін көрсетеді, ордината - ( біргежарық жылдамдығы).

4-қосымша

Иондаушы камера.

1-сурет. Цилиндрлік ионизациялық камераның бөлімі: 1 - теріс электрод қызметін атқаратын камераның цилиндрлік корпусы; 2 - оң электрод қызметін атқаратын цилиндрлік өзек; 3 - оқшаулағыштар.

Күріш. 2. Ток ионизациялау камерасын қосу схемасы: V - камераның электродтарындағы кернеу; G - иондану тогын өлшейтін гальванометр.

Күріш. 3. Иондаушы камераның ток-кернеу сипаттамасы.

Күріш. 4. Импульстік ионизациялық камераны қосу схемасы: С – жинақтаушы электродтың сыйымдылығы; R - қарсылық.

5-қосымша

Сцинтилляция есептегіші.

Сцинтилляциялық санауыштың сұлбасы: жарық кванттары (фотондар) фотокатодтан электрондарды «қағып шығарады»; динодтан динодқа ауыса отырып, электронды көшкін көбейеді.

6-қосымша

Гейгер-Мюллер есептегіші.

Күріш. 1. Шыны Гейгер-Мюллер есептегішінің схемасы: 1 - герметикалық жабылған шыны түтік; 2 - катод (тот баспайтын болаттан жасалған түтіктегі жұқа мыс қабаты); 3 - катодтың шығуы; 4 - анод (жұқа созылған жіп).

Күріш. 2. Гейгер-Мюллер есептегішін қосу схемасы.

Күріш. 3. Гейгер-Мюллер санағышының санау сипаттамасы.

7-қосымша

пропорционалды санауыш.

Пропорционалды санағыштың сұлбасы: а - электрондардың дрейф аймағы; b - газды күшейту аймағы.

8-қосымша

Жартылай өткізгішті детекторлар

Жартылай өткізгіш детекторлар; сезімтал аймақ штрихтау арқылы бөлектеледі; n – электрондық өткізгіштігі бар жартылай өткізгіштің облысы, р – тесігі бар, i – меншікті өткізгіштігі бар; а - кремний беттік-барьерлік детектор; b - дрейфтік германий-литий жазық детекторы; c - германий-литий коаксиалды детектор.