Ако U е изразен во киловолти и се земе предвид односот помеѓу другите количини, тогаш формулата изгледа вака: l k = 1,24/U (nm) или l k = 1,24/U (Å) (1 Å = 10 -10 m).

Од горенаведените графикони може да се утврди дека брановата должина l m, која ја отпаѓа максималната енергија на зрачење, е во постојана врска со граничната бранова должина l k:

.

Брановата должина ја карактеризира енергијата на фотонот, од која зависи продорната способност на зрачењето кога е во интеракција со материјата.

Рендгенските зраци со кратки бранови обично имаат висока продорна моќ и се нарекуваат тврди, додека рендгенските зраци со долги бранови се нарекуваат меки. Како што може да се види од горната формула, брановата должина на која се јавува максималната енергија на зрачење е обратно пропорционална на напонот помеѓу анодата и катодата на цевката. Со зголемување на напонот на анодата на рендгенската цевка се менува спектралниот состав на зрачењето и се зголемува неговата цврстина.

Кога се менува напонот на влакното (температурата на филаментот на катодата се менува), се менува бројот на електрони што ги емитира катодата по единица време, или, соодветно, се менува јачината на струјата во колото на анодната цевка. Во овој случај, моќта на зрачење се менува пропорционално на првата моќност на тековната јачина. Спектралниот состав на зрачењето нема да се промени.

Вкупниот флукс (моќта) на зрачењето, дистрибуцијата на енергијата преку брановите должини, како и границата на спектарот на страната на кратки бранови должини зависи од следните три причини: напонот U што ги забрзува електроните и се применува помеѓу анодата и катодата на цевката ; бројот на електрони вклучени во формирањето на зрачењето, т.е. струја на филаментот на цевката; атомски број Z на анодната супстанција во која се јавува забавување на електроните.

Флуксот bremsstrahlung на Х-зраци се пресметува со помош на формулата: , каде ,

Z-атомски број на супстанција (атомски број).

Со зголемување на напонот на рендгенската цевка, може да се забележи појава на поединечни линии (линиски спектар) наспроти позадината на континуираното бремстралунг зрачење на Х-зраци, што одговара на карактеристичното зрачење на Х-зраци. Се јавува за време на транзицијата на електроните помеѓу внатрешните обвивки на атомите во супстанцијата (обвивки K, L, M). Линиската природа на спектарот на карактеристично зрачење се јавува поради фактот што забрзаните електрони продираат длабоко во атомите и ги исфрлаат електроните од нивните внатрешни слоеви надвор од атомот. Електроните (слика 2) од горните слоеви се движат на слободни места, како резултат на што фотоните на Х-зраци се емитуваат со фреквенција што одговара на разликата во нивоата на енергија на транзиција. Линиите во спектарот на карактеристичното зрачење се комбинираат во серии што одговараат на транзиции на електрони со повисоко ниво на ниво K, L, M.

Надворешното влијание, како резултат на кое електронот е исфрлен од внатрешните слоеви, мора да биде доста силно. За разлика од оптичките спектри, карактеристичните спектри на Х-зраци на различни атоми се од ист тип. Еднообразноста на овие спектри се должи на фактот што внатрешните слоеви на различни атоми се идентични и се разликуваат само по енергија, бидејќи влијанието на силата од јадрото се зголемува како што се зголемува редниот број на елементот. Ова води до фактот дека карактеристичните спектри се поместуваат кон повисоки фреквенции со зголемување на нуклеарното полнење. Овој однос е познат како Мозелевиот закон: , каде што A и B се константи; Z-реден број на елементот.

Постои уште една разлика помеѓу рендгенските и оптичките спектри. Карактеристичниот спектар на атомот не зависи од хемиското соединение во кое е вклучен атомот. На пример, спектарот на рендгенските зраци на атомот на кислород е ист за O, O 2, H 2 O, додека оптичките спектри на овие соединенија се значително различни. Оваа карактеристика на спектрите на атомите на Х-зраци послужи како основа за името „карактеристика“.

Карактеристичното зрачење се јавува секогаш кога има слободни простори во внатрешните слоеви на атомот, без оглед на причините што го предизвикале. На пример, тој придружува еден вид радиоактивно распаѓање, кое вклучува фаќање на електрон од внатрешниот слој од јадрото.

2. Распоред на рендгенски цевки и протозои

Апарат за рендген.

Најчест извор на рендгенско зрачење е рендгенска цевка - вакуумски уред со две електроди (сл. 3). Тоа е стаклен балон (p = 10 -6 – 10 -7 mm Hg) со две електроди - анода А и катода К, меѓу кои се создава висок напон. Загреаната катода (К) емитува електрони. Анодата А често се нарекува антикатода. Има наклонета површина за да го насочи добиеното зрачење на Х-зраци под агол на оската на цевката. Анодата е направена од метал со добра топлинска спроводливост (бакар) за да се отстрани топлината што се создава при удар на електроните. На закосениот крај на анодата има плоча 3 од огноотпорен метал (волфрам) со висок атомски број, наречено огледало на анодата. Во некои случаи, анодата специјално се лади со вода или масло. За дијагностички цевки, важна е прецизноста на изворот на Х-зраци, што може да се постигне со фокусирање на електроните на едно место на анодата. Затоа, конструктивно е неопходно да се земат предвид две спротивставени задачи: од една страна, електроните мора да паднат на едно место од анодата, од друга страна, за да се спречи прегревање, пожелно е да се дистрибуираат електрони на различни области на анодата. Поради оваа причина, некои рендгенски цевки се произведуваат со ротирачка анода.

Во цевка со кој било дизајн, електроните, забрзани од напонот помеѓу анодата и катодата, паѓаат на огледалото на анодата и продираат длабоко во супстанцијата, комуницираат со атомите и се инхибирани од полето на атомите. Ова произведува bremsstrahlung рендгенско зрачење. Истовремено со bremsstrahlung, се формира мала количина (неколку проценти) на карактеристично зрачење. Само 1-2% од електроните што ја погодуваат анодата предизвикуваат bremsstrahlung, а остатокот е термички ефект. За да се концентрираат електроните, катодата има водичка капа. Делот од волфрамовото огледало на кој паѓа главниот проток на електрони се нарекува фокус на цевката. Ширината на зрачниот зрак зависи од неговата површина (острината на фокусот).

За напојување на цевката, потребни се два извора: извор на висок напон за анодното коло и извор на низок (6-8 V) за напојување на блескаво коло. Двата извори мора да бидат независно регулирани. Со промена на напонот на анодата се регулира тврдоста на рендгенското зрачење, а со промена на влакното се регулира струјата на излезното коло и соодветно на тоа моќноста на зрачењето.

Основниот електричен дијаграм на едноставна машина за рендген е прикажан на Сл. 4. Колото има два трансформатори Tr.1 за висок напон и Tr.2 за блескаво напојување. Високиот напон на цевката се регулира со автотрансформатор Тр.3, поврзан со примарното намотување на трансформаторот Тр.1. Прекинувачот K го регулира бројот на вртења на намотката на автотрансформаторот. Во овој поглед, се менува и напонот на секундарното намотување на трансформаторот, доставено до анодата на цевката, т.е. тврдоста е прилагодлива.

Струјата на влакното на цевката се регулира со реостат R поврзан со колото на примарното намотување на трансформаторот Tr.2. Струјата на колото на анодата се мери со милиамметар. Напонот доставен до електродите на цевката се мери со киловолтметар kV, или напонот во анодното коло може да се процени според положбата на прекинувачот K. Количината на струјата на влакното, регулирана со реостат, се мери со амперметар А. Во колото што се разгледува, рендгенската цевка истовремено исправа висок наизменичен напон.

Лесно е да се види дека таквата цевка емитира само еден полуциклус на наизменична струја. Следствено, нејзината моќ ќе биде мала. Со цел да се зголеми моќноста на зрачењето, многу уреди користат високонапонски исправувачи на рендген со полно бранови. За таа цел се користат 4 специјални кенотрони, кои се поврзани во мостно коло. Во една дијагонала на мостот е вклучена рендгенска цевка.

3. Интеракција на Х-зраците со материјата

(кохерентно расејување, некохерентно расејување, фотоелектричен ефект).

Кога рендгенското зрачење паѓа на тело, тоа се рефлектира во мала количина од него, но главно поминува длабоко во него. Во масата на телото зрачењето делумно се апсорбира, делумно се расфрла и делумно поминува низ. Минувајќи низ телото, фотоните на Х-зраци главно комуницираат со електроните на атомите и молекулите на супстанцијата. Регистрацијата и употребата на рендгенското зрачење, како и неговото влијание врз биолошките објекти, се одредуваат со примарните процеси на интеракција на фотонот на Х-зраци со електрони. Во зависност од односот на фотонската енергија E и енергијата на јонизација A I, се случуваат три главни процеси.

А)Кохерентно расејување.

Расејувањето на рендгенските зраци со долги бранови во суштина се случува без промена на брановата должина и се нарекува кохерентно. Интеракцијата на фотонот со електроните на внатрешните обвивки, цврсто врзани за јадрото, ја менува само неговата насока, без да ја менува неговата енергија, а со тоа и брановата должина (сл. 5).

Кохерентно расејување настанува ако енергијата на фотонот е помала од енергијата на јонизација: 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)Некохерентно расејување (Ефект на Комптон).

Во 1922 година, А. Комптон, набљудувајќи го расејувањето на тврдите рендгенски зраци, открил намалување на продорната моќ на расеаниот зрак во споредба со инцидентот. Расејувањето на Х-зраците со промени во брановата должина се нарекува Комптонов ефект. Се јавува кога фотон од која било енергија е во интеракција со електроните на надворешните обвивки на атомите слабо врзани за јадрото (сл. 6). Електронот се отстранува од атомот (таквите електрони се нарекуваат повратни електрони). Енергијата на фотонот се намалува (соодветно се зголемува брановата должина), а се менува и насоката на неговото движење. Комптоновиот ефект се јавува ако енергијата на фотонот на Х-зраци е поголема од енергијата на јонизација: , . Во овој случај се појавуваат повратни електрони со кинетичка енергија E K. Атомите и молекулите стануваат јони. Ако Е К е значајно, тогаш електроните можат да ги јонизираат соседните атоми со судир, формирајќи нови (секундарни) електрони.

V)Фото ефект.

Ако фотонската енергија hn е доволна за одвојување на електрон, тогаш при интеракција со атом, фотонот се апсорбира и електронот се одвојува од него. Овој феномен се нарекува фотоелектричен ефект. Атомот е јонизиран (фотојонизација). Во овој случај, електронот стекнува кинетичка енергија и, ако втората е значајно, може да ги јонизира соседните атоми со судир, формирајќи нови (секундарни) електрони. Ако енергијата на фотонот е недоволна за јонизација, тогаш фотоелектричниот ефект може да се манифестира во побудување на атом или молекула. Кај некои супстанции тоа доведува до последователна емисија на фотони во видливиот регион (луминисценција на рентген), а во ткивата до активирање на молекули и фотохемиски реакции.

Фотоелектричниот ефект е карактеристичен за фотоните со енергија од редот од 0,5-1 MeV.

Трите главни процеси на интеракција дискутирани погоре се примарни, тие водат до последователни секундарни, терциерни итн. феномени. Кога рендгенските зраци влегуваат во супстанција, може да се случат бројни процеси пред енергијата на фотонот на Х-зраци да се претвори во енергија на термичко движење.

Како резултат на горенаведените процеси, примарниот флукс на зрачење на Х-зраци е ослабен. Овој процес го почитува законот на Буге. Да го запишеме во форма: Ф = Ф 0 e - mх, каде што m е линеарен коефициент на слабеење, во зависност од природата на супстанцијата (главно од густината и атомскиот број) и од брановата должина на зрачењето (фотонската енергија) . Може да се претстави како што се состои од три поими кои одговараат на кохерентно расејување, некохерентно расејување и фотоелектричен ефект: .

Бидејќи линеарниот коефициент на апсорпција зависи од густината на супстанцијата, тие претпочитаат да го користат коефициентот на слабеење на масата, кој е еднаков на односот на коефициентот на линеарното слабеење до густината на апсорберот и не зависи од густината на супстанцијата. Зависноста на флуксот на рендгенските зраци (интензитетот) од дебелината на апсорбирачкиот филтер е прикажана на слика 7 за H 2 O, Al и Cu. Пресметките покажуваат дека слој од вода со дебелина од 36 mm, алуминиум 15 mm и бакар 1,6 mm го намалуваат интензитетот на зрачењето на Х-зраци за 2 пати. Оваа дебелина се нарекува дебелина на половина слој d. Ако некоја супстанција го ослабува зрачењето со рендген за половина, тогаш , Потоа , или , ; ; . Знаејќи ја дебелината на половина слој, секогаш можете да одредите m. Димензија.

4. Употреба на Х-зраци во медицината

(флуороскопија, радиографија, рендген томографија, флуорографија, радиотерапија).

Една од најчестите употреби на рендгенското зрачење во медицината е испитувањето на внатрешните органи за дијагностички цели - рендген дијагностика.

За дијагностика се користат фотони со енергија од 60-120 keV. Во овој случај, коефициентот на апсорпција на масата се одредува главно од фотоелектричниот ефект. Неговата вредност е пропорционална на l 3 (што ја манифестира високата продорна способност на тврдото зрачење) и пропорционална на третата моќност од бројот на атомите на супстанцијата - апсорбер: , каде K е коефициент на пропорционалност.

Човечкото тело се состои од ткива и органи кои имаат различни способности за апсорпција во однос на зрачењето со рентген. Затоа, кога се осветлува со рендген, на екранот се добива нееднаква слика во сенка, која дава слика за локацијата на внатрешните органи и ткива. Најгустите ткива што апсорбираат зрачење (срце, големи садови, коски) се видливи темни, а ткивата што најмалку апсорбираат (белите дробови) се светли.

Во многу случаи, можно е да се процени нивната нормална или патолошка состојба. Рендгенската дијагностика користи два главни методи: флуороскопија (пренос) и радиографија (слика). Ако органот што се проучува и ткивата што го опкружуваат приближно подеднакво го апсорбираат флуксот на Х-зраци, тогаш се користат специјални контрастни средства. На пример, во пресрет на рендгенски преглед на желудникот или цревата, се дава маса слична на каша од бариум сулфат, во овој случај можете да ја видите нивната слика во сенка. Во флуороскопијата и радиографијата, рендгенската слика е збирна слика на целата дебелина на објектот низ кој минуваат рендгенските зраци. Оние детали кои се најблиску до екранот или филмот се најјасно исцртани, додека оние кои се оддалечени стануваат нејасни и матни. Ако има патолошки изменета област во некој орган, на пример, уништување на ткивото на белите дробови во голем фокус на воспаление, тогаш во некои случаи оваа област може да се „изгуби“ на радиографијата во збирот на сенките. За да биде видливо, се користи посебен метод - томографија (снимање слој-по-слој), што ви овозможува да добиете слики од поединечни слоеви на проучуваната област. Овој вид на слики слој-по-слој-томограми се добиваат со помош на специјален апарат наречен томограф, во кој рендгенската цевка (RT) и фотографскиот филм (FP) периодично се поместуваат заедно, во антифаза, во однос на површината на студија. Во овој случај, Х-зраците на која било позиција на RT ќе поминат низ истата точка на објектот (променета област), која е центар во однос на кој се случува периодичното движење на RT и FP. Сликата во сенка на областа ќе биде снимена на филм. Со менување на положбата на „центарот за нишање“, можно е да се добијат слики од објектот слој-по-слој. Со помош на тенок зрак на рендгенско зрачење, специјален екран (наместо FP) кој се состои од полупроводнички детектори на јонизирачко зрачење, можно е да се обработи сликата за време на томографија со помош на компјутер. Оваа модерна верзија на томографија се нарекува компјутеризирана томографија. Томографијата е широко користена во проучувањето на белите дробови, бубрезите, жолчниот меур, желудникот, коските итн.

Светлината на сликата на екранот и времето на експозиција на филмот зависат од интензитетот на зрачењето со рентген. Кога се користи за дијагностика, интензитетот не може да биде висок за да не предизвика непожелен биолошки ефект. Затоа, постојат голем број технички уреди кои ја подобруваат осветленоста на сликата при низок интензитет на Х-зраци. Еден таков уред е електронско-оптички конвертор.

Друг пример е флуорографијата, во која се добива слика од голем луминисцентен екран на Х-зраци на чувствителен филм со мал формат. Кога снимате, се користи објектив со висока решетка, а готовите слики се испитуваат со помош на специјален лупа.

Флуорографијата комбинира поголема способност за откривање скриени болести (болести на органите на градниот кош, гастроинтестиналниот тракт, параназалните синуси итн.) со значителна пропусна моќ, и затоа е многу ефикасен метод за масовно (во линија) истражување.

Бидејќи фотографирањето на рендгенска слика за време на флуорографијата се прави со фотографска оптика, сликата на флуорограмот е намалена во споредба со рендгенската снимка. Во овој поглед, резолуцијата на флуорограмот (т.е., препознатливоста на малите детали) е помала од онаа на конвенционалната радиографија, но сепак, таа е поголема отколку со флуороскопија.

Дизајниран е уред - томофлуорограф, кој овозможува да се добијат флуорограми на делови од телото и поединечни органи на дадена длабочина - таканаречените слики (парчиња) слој-по-слој - томофлуорограми.

Рендгенското зрачење се користи и за терапевтски цели (терапија со рендген). Биолошкиот ефект на зрачењето е да ја наруши виталната активност на клетките, особено оние кои брзо се развиваат. Во овој поглед, терапијата со Х-зраци се користи за лекување на малигни тумори. Можно е да се избере доза на зрачење доволна за целосно уништување на туморот со релативно мало оштетување на околното здраво ткиво, кое се обновува поради последователната регенерација.

Ефектот на зрачењето со Х-зраци врз материјата се одредува со примарните процеси на интеракција на фотонот на Х-зраци со електроните на атомите и молекулите на супстанцијата.

3. Х-зраци компјутеризирана томографија.

Методот на компјутерска томографија со рендген се заснова на реконструкција на слика на одреден дел (парче) од телото на пациентот со снимање на голем број рендгенски проекции на овој дел, изведени под различни агли (сл. 5). Информациите од сензорите кои ги снимаат овие проекции влегуваат во компјутер, кој со помош на специјална програма, пресметувадистрибуција густина на примерокотво делот што се проучува и го прикажува на екранот за прикажување. Пресечната слика на телото на пациентот добиена на овој начин се карактеризира со одлична јасност и висока содржина на информации. Програмата дозволува, доколку е потребно, зголемување на контрастот на сликатадесетици, па дури и стотици пати. Ова ги проширува дијагностичките способности на методот.

Ориз. 5. Шема на рендгенски преглед на дел од органот што се проучува (точка 1 и точка 2 - две последователни позиции на изворот на рендген)

4. Со флуорографијаСликата од големиот екран се снима на чувствителен филм со мал формат (сл. 6). За време на анализата, сликите се испитуваат со помош на специјален зголемувач.

Овој метод се користи за масовни истражувања на населението. Во овој случај, изложеноста на зрачење на пациентот е многу помала отколку во традиционалната флуороскопија.

Терапија со Х-зраци- употреба на рендгенско зрачење за уништување на малигни тумори.

Биолошкиот ефект на зрачењето е да ја наруши виталната активност на клетките на туморот кои брзо се размножуваат. Во овој случај, енергијата на R - фотоните е 150-200 keV.

Визиографи (уреди со дигитална рендгенска обработка на слики) во современата стоматологија

Во стоматологијата, рендгенскиот преглед е главниот дијагностички метод. Сепак, голем број традиционални организациски и технички карактеристики на дијагностиката со рендген го прават тоа не е сосема удобно и за пациентот и за стоматолошките клиники. Ова е, пред сè, потребата за контакт на пациентот со јонизирачко зрачење, што често создава значително оптоварување со зрачење на телото; тоа е и потреба од фотопроцес, а со тоа и потреба од фотореагенси, вклучително и токсични. Ова е, конечно, гломазна архива, тешки папки и пликови со рентген филмови.

Дополнително, сегашното ниво на развој на стоматологијата ја прави недоволна субјективната проценка на радиографијата од човечкото око. Како што се испостави, од разновидноста на нијанси на сива боја содржани во сликата со рентген, окото перцепира само 64.

Очигледно, за да се добие јасна и детална слика на тврдите ткива на забо-фацијалниот систем со минимална изложеност на зрачење, потребни се други решенија. Денес, пребарувањето доведе до создавање на таканаречени радиографски системи, видеографии - системи за дигитална радиографија (1987 година, компанијата Трофи).

Без технички детали, принципот на работа на таквите системи е како што следува. Зрачењето на Х-зраци поминува низ објектот не до фотосензитивен филм, туку до посебен интраорален сензор (специјална електронска матрица). Соодветниот сигнал од матрицата се пренесува на уред за дигитализирање (аналогно-дигитален конвертор, ADC) поврзан со компјутерот, кој го претвора во дигитална форма. Специјален софтвер создава слика со рендген на компјутерски екран и ви овозможува да ја обработите, да ја зачувате на тврд или флексибилен медиум за складирање (хард диск, диск) и да ја испечатите како датотека како слика.

Во дигитален систем, рендгенската слика е збирка точки што одговараат на различни нијанси на сиво. Оптимизацијата на приказот на информациите што ја обезбедува програмата овозможува да се добие рамка која е оптимална по осветленост и контраст со релативно мала доза на зрачење.

Во современите системи, создадени, на пример, од Trophy (Франција) или Schick (САД), се користат 4096 нијанси на сиво при формирање рамка, времето на експозиција зависи од предметот на проучување и, во просек, е стотинки - десетини од второ, намалување на изложеноста на радијација во однос на филмот - до 90% за интраорални системи, до 70% за панорамски видеографи.

Кога обработуваат слики, видеографите можат:

1. Примајте позитивни и негативни слики, псевдо-боја слики, релјефни слики.

2. Зголемете го контрастот и зголемете го интересниот фрагмент од сликата.

3. Проценете ги промените во густината на забните ткива и коскените структури, контролирајте ја униформноста на полнењето на каналите.

4. Во ендодонцијата, определете ја должината на каналот од која било кривина, а во операцијата, изберете ја големината на имплантот со точност од 0,1 mm.

Уникатниот систем за детектор на кариес со елементи на вештачка интелигенција при анализа на слика ви овозможува да откриете кариес во фаза на самото место, кариес на коренот и скриен кариес.

Решавајте проблеми:

1. Колку пати е максималната енергија на рендгенски квант bremsstrahlung произведен при напон на цевка од 80 kV поголема од енергијата на фотон што одговара на зеленото светло со бранова должина од 500 nm?

2. Определете ја минималната бранова должина во спектарот на зрачење што произлегува од забавувањето на електроните забрзани во бетатронот до енергија од 60 MeV на целта.

3. Полу-слабениот слој на монохроматските рендгенски зраци во одредена супстанција е 10 mm. Најдете ја стапката на слабеење на ова зрачење во оваа супстанција.

[*] Φ l е односот на енергијата емитирана во тесен опсег на бранови должини за 1 s. до ширината на овој интервал

* „F“ во формулата (4) се однесува на целиот опсег на емитирани бранови должини и често се нарекува „Интегрален енергетски флукс“.

Зрачењето со Х-зраци се однесува на електромагнетни бранови со должина од приближно 80 до 10 -5 nm. Зрачењето на Х-зраци со најдолг бран е преклопено со ултравиолетово зрачење со кратки бранови, а зрачењето со рендген со кратки бранови се преклопува со γ-зрачење со долг бран. Врз основа на методот на возбудување, зрачењето на Х-зраци е поделено на bremsstrahlung и карактеристично.

31.1. УРЕД ЗА РТГ-ЦЕВКА. Бремстралунг рендген

Најчестиот извор на зрачење со Х-зраци е рендгенската цевка, која е вакуумски уред со две електроди (сл. 31.1). Загреана катода 1 емитира електрони 4. Анодата 2, честопати наречена антикатода, има наклонета површина со цел да го насочи добиеното зрачење со Х-зраци 3 под агол на оската на цевката. Анодата е направена од материјал со високо спроводливост на топлина за да се отстрани топлината што се создава од удари на електрони. Површината на анодата е направена од огноотпорни материјали кои имаат голем атомски број во периодниот систем, на пример, волфрам. Во некои случаи, анодата специјално се лади со вода или масло.

За дијагностички цевки, прецизноста на изворот на Х-зраци е важна, што може да се постигне со фокусирање на електроните на едно место од антикатодата. Затоа, конструктивно е неопходно да се земат предвид две спротивставени задачи: од една страна, електроните мора да паднат на едно место од анодата, од друга страна, за да се спречи прегревање, пожелно е да се дистрибуираат електрони на различни области на анодата. Едно интересно техничко решение е рендгенска цевка со ротирачка анода (сл. 31.2).

Како резултат на сопирање на електрон (или друга наелектризирана честичка) од електростатското поле на атомското јадро и атомските електрони на супстанцијата, се јавува антикатода Bremsstrahlung рендгенско зрачење.

Неговиот механизам може да се објасни на следниов начин. Со движечки електричен полнеж е поврзано магнетно поле, чија индукција зависи од брзината на електронот. При сопирање, магнетното поле се намалува

индукција и, во согласност со теоријата на Максвел, се појавува електромагнетен бран.

Кога електроните се забавуваат, само дел од енергијата се користи за создавање фотон на рендген, а другиот дел се троши на загревање на анодата. Бидејќи односот помеѓу овие делови е случаен, кога голем број електрони се забавуваат, се формира континуиран спектар на зрачење на Х-зраци. Во овој поглед, bremsstrahlung се нарекува и континуирано зрачење. На сл. Слика 31.3 ја покажува зависноста на флуксот на Х-зраци од брановата должина λ (спектри) при различни напони во рендгенската цевка: U 1< U 2 < U 3 .

Во секој од спектрите, најкратката бранова должина е bremsstrahlung λ ηίη се случува кога енергијата добиена од електрон во полето што забрзува целосно се претвора во фотонска енергија:

Забележете дека врз основа на (31.2), развиен е еден од најточните методи за експериментално определување на Планковата константа.

Рендгенските зраци со кратки бранови генерално се попродорни од рендгенските зраци со долги бранови и се т.н. тешки,и долг бран - меки.

Со зголемување на напонот на рендгенската цевка се менува спектралниот состав на зрачењето, како што може да се види од сл. 31.3 и формули (31.3), и ја зголемуваат ригидноста.

Ако ја зголемите температурата на филаментот на катодата, емисијата на електрони и струјата во цевката ќе се зголемат. Ова ќе го зголеми бројот на фотони на Х-зраци кои се емитуваат секоја секунда. Неговиот спектрален состав нема да се промени. На сл. Слика 31.4 ги прикажува спектрите на рендгенските зраци со ист напон, но со различни катодни топлински струи: / n1< / н2 .

Флуксот на Х-зраци се пресметува со формулата:

Каде УИ јас -напон и струја во рендгенската цевка; З- сериски број на атомот на анодната супстанција; к- коефициент на пропорционалност. Спектри добиени од различни антикатоди во исто време Уи I H се прикажани на сл. 31.5.

31.2. КАРАКТЕРИСТИЧНО ЗРАЧЕЊЕ НА РНГ. СПЕКТРА НА АТОМСКИ РТГ

Со зголемување на напонот на рендгенската цевка, на позадината на континуиран спектар може да се забележи појава на линиски спектар, што одговара на

карактеристично зрачење со рендген(Сл. 31.6). Се јавува поради фактот што забрзаните електрони продираат длабоко во атомот и ги исфрлаат електроните од внатрешните слоеви. Електроните од горните нивоа се движат на слободни места (сл. 31.7), како резултат на тоа, се емитуваат фотони со карактеристично зрачење. Како што може да се види од сликата, карактеристичното рендгенско зрачење се состои од серија К, Л, Митн., чие име служеше за означување на електронските слоеви. Бидејќи емисијата на серијата К ослободува места во повисоките слоеви, линиите од други серии исто така се емитуваат во исто време.

За разлика од оптичките спектри, карактеристичните спектри на Х-зраци на различни атоми се од ист тип. На сл. Слика 31.8 ги прикажува спектрите на различни елементи. Еднообразноста на овие спектри се должи на фактот дека внатрешните слоеви на различни атоми се идентични и се разликуваат само енергетски, бидејќи дејството на силата од јадрото се зголемува како што се зголемува атомскиот број на елементот. Оваа околност води до фактот дека карактеристичните спектри се поместуваат кон повисоки фреквенции со зголемување на нуклеарното полнење. Оваа шема е видлива од Сл. 31.8 и е познат како Мозелевиот закон:

Каде v-фреквенција на спектрална линија; З-атомски број на елементот што емитува; АИ ВО- трајно.

Постои уште една разлика помеѓу оптичките и рендгенските спектри.

Карактеристичниот спектар на рендгенски зраци на атомот не зависи од хемиското соединение во кое е вклучен овој атом. На пример, спектарот на рендгенските зраци на атомот на кислород е ист за O, O 2 и H 2 O, додека оптичките спектри на овие соединенија се значително различни. Оваа карактеристика на спектарот на Х-зраци на атомот послужи како основа за името карактеристика.

Карактеристичното зрачење секогаш се јавува кога има слободен простор во внатрешните слоеви на атомот, без оглед на причината што го предизвикала. На пример, карактеристичното зрачење придружува еден од видовите на радиоактивно распаѓање (види 32.1), кој се состои во фаќање на електрон од внатрешниот слој од страна на јадрото.

31.3. ИНТЕРАКЦИЈА НА ЗРАЧЕЊЕТО НА Х-ЗРАЧЕЊЕ СО МАТЕРИЈАТА

Регистрацијата и употребата на зрачењето на Х-зраци, како и неговото влијание врз биолошките објекти, се одредуваат со примарните процеси на интеракција на фотонот на Х-зраци со електроните на атомите и молекулите на супстанцијата.

Во зависност од односот на енергијата hvфотон и енергија на јонизација 1 А и се одвиваат три главни процеси.

Кохерентно (класично) расејување

Расејувањето на рендгенските зраци со долги бранови во суштина се случува без промена на брановата должина и се нарекува кохерентна.Тоа се случува ако енергијата на фотонот е помала од енергијата на јонизација: hv< А и.

Бидејќи во овој случај енергијата на фотонот на Х-зраци и атомот не се менува, кохерентното расејување само по себе не предизвикува биолошки ефект. Меѓутоа, при креирање на заштита од рендгенско зрачење, треба да се земе предвид можноста за промена на насоката на примарниот зрак. Овој тип на интеракција е важен за анализа на дифракција на Х-зраци (види 24.7).

Некохерентно расејување (Ефект на Комптон)

Во 1922 година А.К. Комптон, набљудувајќи го расејувањето на тврдите рендгенски зраци, открил намалување на моќта на продор на расеаниот зрак во споредба со инцидентот. Ова значеше дека брановата должина на расеаните рендгенски зраци беше подолга од инцидентните рендгенски зраци. Расејувањето на Х-зраците со промена на брановата должина се нарекува некохерентнаном, и самиот феномен - Комптон ефект.Се јавува ако енергијата на фотонот на Х-зраци е поголема од енергијата на јонизација: hv > A и.

Овој феномен се должи на фактот дека при интеракција со атом, енергијата hvфотонот се троши на формирање на нов расеан фотон на Х-зраци со енергија hv",да се отстрани електрон од атомот (енергија на јонизација А и) и да се пренесе кинетичка енергија на електронот Е до:

hv= hv" + A и + E k.(31.6)

1 Овде, енергијата на јонизација се однесува на енергијата потребна за отстранување на внатрешните електрони од атом или молекула.

Бидејќи во многу случаи hv>> А и Комптоновиот ефект се јавува на слободните електрони, тогаш можеме да напишеме приближно:

hv = hv"+ E K.(31.7)

Значајно е дека во оваа појава (сл. 31.9), заедно со секундарното рендгенско зрачење (енергија hv" фотон) се појавуваат повратни електрони (кинетичка енергија Е келектрон). Атомите или молекулите потоа стануваат јони.

Фото ефект

Во фотоелектричниот ефект, рендгенските зраци се апсорбираат од атом, предизвикувајќи електрон да се исфрли и атомот да се јонизира (фотојонизација).

Трите главни процеси на интеракција дискутирани погоре се примарни, тие водат до последователни секундарни, терциерни итн. феномени. На пример, јонизираните атоми можат да испуштаат карактеристичен спектар, возбудените атоми можат да станат извори на видлива светлина (луминисценција на рентген) итн.

На сл. 31.10 покажува дијаграм на можни процеси што се случуваат кога рендгенското зрачење влегува во супстанција. Неколку десетици процеси слични на прикажаниот може да се случат пред енергијата на фотонот на Х-зраци да се претвори во енергија на молекуларно термичко движење. Како резултат на тоа, ќе се појават промени во молекуларниот состав на супстанцијата.

Процесите претставени со дијаграмот на Сл. 31.10, ја формираат основата на појавите забележани кога рендгенските зраци дејствуваат на материјата. Да наведеме некои од нив.

Х-зраци луминисценција- сјај на голем број супстанции под рендгенско зрачење. Овој сјај на платина-синоксид бариум му овозможи на Рентген да ги открие зраците. Овој феномен се користи за создавање специјални прозрачни екрани со цел визуелно набљудување на зрачењето со Х-зраци, понекогаш и за подобрување на ефектот на Х-зраците на фотографската плоча.

Познати се хемиските ефекти на рендгенското зрачење, на пример, формирањето на водород пероксид во водата. Практично важен пример е ефектот на фотографска плоча, што овозможува снимање на такви зраци.

Јонизирачкиот ефект се манифестира со зголемување на електричната спроводливост под влијание на Х-зраците. Овој имот се користи

во дозиметрија за квантифицирање на ефектите од овој тип на зрачење.

Како резултат на многу процеси, примарниот зрак на рендгенско зрачење е ослабен во согласност со законот (29.3). Ајде да го напишеме во форма:

јас = јас 0 е-/", (31.8)

Каде μ - линеарен коефициент на слабеење. Може да се претстави како што се состои од три члена што одговараат на кохерентно расејување μ κ, некохерентно μ ΗK и фотоелектричен ефект μ ѓ:

μ = μ k + μ hk + μ f. (31,9)

Интензитетот на зрачењето со Х-зраци се намалува пропорционално со бројот на атоми на супстанцијата низ која минува овој флукс. Ако компресирате супстанција по должината на оската X,на пример, во бпати, зголемувајќи се за бод неговата густина, тогаш

31.4. ФИЗИЧКИ ОСНОВИ НА ПРИМЕНА НА РНГ-ЗРАЧЕЊЕТО ВО МЕДИЦИНАТА

Една од најважните медицински употреби на Х-зраците е осветлувањето на внатрешните органи за дијагностички цели. (Рентген дијагностика).

За дијагностика се користат фотони со енергија од околу 60-120 keV. При оваа енергија, коефициентот на слабеење на масата главно се одредува со фотоелектричниот ефект. Неговата вредност е обратно пропорционална со третата моќност на енергијата на фотонот (пропорционална на λ 3), што ја покажува поголемата продорна моќ на тврдото зрачење и пропорционална на третата моќност на атомскиот број на супстанцијата што апсорбира:

Значајната разлика во апсорпцијата на зрачењето на Х-зраци од различни ткива овозможува да се видат слики од внатрешните органи на човечкото тело во проекција во сенка.

Рендгенската дијагностика се користи во две верзии: флуороскопија - сликата се гледа на луминисцентен екран со Х-зраци, радиографија - сликата е снимена на фотографски филм.

Ако органот што се испитува и околните ткива приближно подеднакво го ослабуваат зрачењето со Х-зраци, тогаш се користат специјални контрастни средства. На пример, откако ги наполнивте желудникот и цревата со маса слична на каша од бариум сулфат, можете да ја видите нивната слика во сенка.

Светлината на сликата на екранот и времето на експозиција на филмот зависат од интензитетот на зрачењето со рентген. Ако се користи за дијагностика, тогаш интензитетот не може да биде висок за да не се предизвикаат несакани биолошки последици. Затоа, постојат голем број технички уреди кои ги подобруваат сликите при низок интензитет на Х-зраци. Пример за таков уред се електро-оптичките конвертори (види 27.8). При масовно испитување на населението, широко се користи варијанта на радиографија - флуорографија, во која слика од голем луминисцентен екран на Х-зраци се снима на чувствителен филм со мал формат. Кога снимате, се користи објектив со висока решетка, а готовите слики се испитуваат со помош на специјален лупа.

Интересна и ветувачка опција за радиографија е метод наречен Х-зраци томографија, и неговата „машинска верзија“ - КТ скен.

Ајде да го разгледаме ова прашање.

Типична рендгенска снимка покрива голема површина од телото, со различни органи и ткива кои се заматуваат едни со други. Ова може да се избегне ако периодично ја преместувате цевката за рендген заедно (сл. 31.11) во антифаза RTи фотографски филм FPво однос на предметот Заистражување. Телото содржи голем број на подмножества кои се непроѕирни за рентген, тие се прикажани како кругови на сликата. Како што може да се види, Х-зраците на која било позиција на рендгенската цевка (1, 2 итн.) помине низ

сечење на истата точка на објектот, која е центар во однос на кој се случува периодично движење RTИ Fp.Оваа точка, поточно мала непроѕирна инклузија, е прикажана со темен круг. Неговата слика во сенка се движи со FP,заземајќи секвенцијални позиции 1, 2 итн. Останатите подмножества во телото (коски, набивања и сл.) се создаваат на FPнекаква општа позадина, бидејќи рендгенските зраци не се постојано затскриени од нив. Со менување на положбата на центарот за нишање, можете да добиете рендгенска слика на телото слој по слој. Оттука и името - томографија(слоевито снимање).

Можно е, користејќи тенок зрак на рендгенско зрачење, екран (наместо Fp),составен од полупроводнички детектори на јонизирачко зрачење (види 32.5) и компјутер, ја обработуваат сликата со рендген во сенка за време на томографијата. Оваа модерна верзија на томографија (компјутерска или компјутеризирана рендгенска томографија) ви овозможува да добивате слики од телото слој по слој на екран од катодна цевка или на хартија со детали помали од 2 mm со разлика во апсорпцијата на рендген до 0,1%. Ова овозможува, на пример, да се направи разлика помеѓу сивата и белата материја на мозокот и да се видат многу мали туморски формации.

ФЕДЕРАЛНА АГЕНЦИЈА ЗА ОБРАЗОВАНИЕ НА РФ

ДРЖАВНА ОБРАЗОВНА ИНСТИТУЦИЈА

ВИСОКО СТРУЧНО ОБРАЗОВАНИЕ

МОСКВА ДРЖАВЕН ИНСТИТУТ ЗА ЧЕЛИК И ЛЕГУРИ

(ТЕХНОЛОШКИ УНИВЕРЗИТЕТ)

ФЛИЈАНДА НОВОТРОИЦКИ

Одделение за ОЕД

КУРСНА РАБОТА

Дисциплина: физика

Тема: РТГ

Ученичка: Недорезова Н.А.

Група: EiU-2004-25, бр. Z.K.: 04N036

Проверено од: Ожегова С.М.

Вовед

Поглавје 1. Откривање на Х-зраци

1.1 Биографија на Рентген Вилхелм Конрад

1.2 Откривање на Х-зраци

Поглавје 2. Х-зраци зрачење

2.1 Извори на Х-зраци

2.2 Својства на Х-зраците

2.3 Детекција на Х-зраци

2.4 Употреба на Х-зраци

Поглавје 3. Примена на рендгенските зраци во металургијата

3.1 Анализа на несовршености на кристалната структура

3.2 Спектрална анализа

Заклучок

Список на користени извори

Апликации

Вовед

Тоа беше ретка личност која не помина низ просторијата за рендген. Сликите на Х-зраци се познати на сите. Во 1995 година се одбележа стогодишнината од ова откритие. Тешко е да се замисли огромниот интерес што предизвика пред еден век. Во рацете на еден човек имало уред со чија помош можело да се види невидливото.

Ова невидливо зрачење, способно да навлезе, иако во различен степен, во сите супстанции, што претставува електромагнетно зрачење со бранова должина од околу 10 -8 cm, беше наречено рендгенско зрачење, во чест на Вилхелм Рентген, кој го открил.

Како видливата светлина, Х-зраците предизвикуваат фотографскиот филм да стане црно. Овој имот е важен за медицината, индустријата и научните истражувања. Поминувајќи низ предметот што се проучува и потоа паѓајќи на фотографскиот филм, зрачењето на Х-зраци ја прикажува неговата внатрешна структура на него. Бидејќи продорната моќ на рендгенското зрачење варира за различни материјали, делови од објектот што се помалку транспарентни за него создаваат полесни области на фотографијата од оние низ кои зрачењето добро продира. Така, коскеното ткиво е помалку транспарентно за рендген од ткивото што ја сочинува кожата и внатрешните органи. Затоа, на рендген, коските ќе изгледаат како полесни области и местото на фрактура, кое е помалку транспарентно за зрачење, може да се открие прилично лесно. Рендгенските снимки се користат и во стоматологијата за откривање на кариес и апсцеси во корените на забите, како и во индустријата за откривање на пукнатини во одливки, пластика и гуми, во хемијата за анализа на соединенија и во физиката за проучување на структурата на кристалите.

Откритието на Рентген беше проследено со експерименти од други истражувачи кои открија многу нови својства и примени на ова зрачење. Голем придонес дале М. Лау, В. Фридрих и П. Книпинг, кои во 1912 година ја демонстрирале дифракцијата на рендгенските зраци кои минуваат низ кристал; В. Кулиџ, кој во 1913 година измислил високовакуумска рендгенска цевка со загреана катода; G. Moseley, кој во 1913 година ја воспоставил врската помеѓу брановата должина на зрачењето и атомскиот број на елементот; Г. и Л. Брег, кои ја добија Нобеловата награда во 1915 година за развивање на основите на структурната анализа на Х-зраци.

Целта на оваа работа на курсот е да се проучи феноменот на зрачењето со Х-зраци, историјата на откривањето, својствата и да се идентификува опсегот на неговата примена.

Поглавје 1. Откривање на Х-зраци

1.1 Биографија на Рентген Вилхелм Конрад

Вилхелм Конрад Рентген е роден на 17 март 1845 година во регионот на Германија што се граничи со Холандија, во градот Ленепе. Своето техничко образование го добил во Цирих на истата Виша техничка школа (Политехника) каде подоцна студирал Ајнштајн. Неговата страст за физиката го принудила, по завршувањето на училиштето во 1866 година, да го продолжи своето образование по физика.

Откако ја одбранил својата дисертација за доктор по филозофија во 1868 година, работел како асистент на катедрата за физика, најпрвин во Цирих, потоа во Гисен, а потоа во Стразбур (1874-1879) кај Кунд. Тука Рентген поминал добро експериментално училиште и станал експериментатор од прва класа. Рентген извршил некои од неговите важни истражувања со својот ученик, еден од основачите на советската физика А.Ф. Јофе.

Научните истражувања се однесуваат на електромагнетизам, кристална физика, оптика, молекуларна физика.

Во 1895 година открил зрачење со бранова должина пократка од онаа на ултравиолетовите зраци (Х-зраци), подоцна наречени Х-зраци и ги проучувал нивните својства: способност да се рефлектира, апсорбира, јонизира воздухот итн. Тој предложи правилен дизајн на цевка за производство на Х-зраци - наклонета платина антикатода и конкавна катода: тој беше првиот што фотографираше со помош на рендгенски зраци. Тој го открил во 1885 година магнетното поле на диелектрик што се движи во електрично поле (т.н. „струја на Х-зраци“). електронска теорија од X. Лоренц. Значителен број дела на Рентген се посветени на проучувањето на својствата на течностите, гасовите, кристалите, електромагнетните феномени, ја откриле врската помеѓу електричните и оптичките феномени во кристалите. За откривање на зраците што го носат неговото име , Рентген беше првиот меѓу физичарите на кој му беше доделена Нобеловата награда во 1901 година.

Од 1900 година до последните денови од животот (починал на 10 февруари 1923 година), работел на Универзитетот во Минхен.

1.2 Откривање на Х-зраци

Крај на 19 век беше одбележан со зголемен интерес за појавите на поминување на електрична енергија низ гасови. Фарадеј, исто така, сериозно ги проучувал овие феномени, опишал различни форми на испуштање и открил темен простор во прозрачна колона од редок гас. Темниот простор на Фарадеј го одвојува синкавиот, катоден сјај од розовиот, аноден сјај.

Понатамошното зголемување на реткоста на гас значително ја менува природата на сјајот. Математичарот Плукер (1801-1868) открил во 1859 година, при доволно силен вакуум, слаб синкав зрак на зраци што излегува од катодата, достигнувајќи до анодата и предизвикувајќи стаклото на цевката да свети. Ученикот на Плукер, Хиторф (1824-1914) во 1869 година го продолжил истражувањето на неговиот учител и покажал дека на флуоресцентната површина на цевката се појавува посебна сенка ако цврсто тело се постави помеѓу катодата и оваа површина.

Голдштајн (1850-1931), проучувајќи ги својствата на зраците, ги нарекол катодни зраци (1876). Три години подоцна, Вилијам Крукс (1832-1919) ја докажал материјалната природа на катодните зраци и ги нарекол „зрачна материја“, супстанца во посебна четврта состојба. Неговите докази беа убедливи и визуелни. Експериментите со „цевката Крукс“ беа подоцна демонстриран во сите училници по физика . Отклонувањето на катодниот зрак со магнетно поле во цевката Крукс стана класична училишна демонстрација.

Сепак, експериментите за електричното отклонување на катодните зраци не беа толку убедливи. Херц не открил такво отстапување и дошол до заклучок дека катодниот зрак е осцилаторен процес во етерот. Ученикот на Херц, Ф. Ленард, експериментирајќи со катодните зраци, во 1893 година покажал дека тие минуваат низ прозорец покриен со алуминиумска фолија и предизвикуваат сјај во просторот зад прозорецот. Херц ја посвети својата последна статија објавена во 1892 година на феноменот на минување на катодните зраци низ тенки метални тела. Таа започна со зборовите:

„Катодните зраци значително се разликуваат од светлината во однос на нивната способност да навлезат во цврсти тела.“ Опишувајќи ги резултатите од експериментите за минување на катодните зраци низ лисјата од злато, сребро, платина, алуминиум итн. не забележуваат посебни разлики во појавите Зраците не минуваат низ листовите праволиниски, туку се расфрлаат со дифракција. Природата на катодните зраци сè уште беше нејасна.

Токму со овие цевки на Крукс, Ленард и други експериментираше професорот од Вирцбург Вилхелм Конрад Рентген на крајот на 1895 година. Еднаш, на крајот на експериментот, откако ја покри цевката со црн картонски капак, ја исклучи светлината, но не сепак, исклучувајќи го индукторот што ја напојува цевката, тој го забележа сјајот на екранот од бариум синоксид лоциран во близина на цевката. Погоден од оваа околност, Рентген почна да експериментира со екранот. Во својот прв извештај, „На нов вид зраци“, од 28 декември 1895 година, тој напишал за овие први експерименти: „Парче хартија обложена со бариум платина сулфур диоксид, кога ќе се приближи до цевка покриена со капак направен од тенок црн картон кој прилично цврсто се вклопува на него, при секое празнење трепка со силна светлина: почнува да флуоресцира. Флуоресценцијата е видлива кога е доволно затемнета и не зависи од тоа дали хартијата е претставена со страната обложена со бариум син оксид или не е покриена со бариум син оксид. Флуоресценцијата е забележлива дури и на растојание од два метри од цевката“.

Внимателно испитување покажа дека Рентген „дека црниот картон, непроѕирен ниту за видливите и ултравиолетовите зраци на сонцето, ниту за зраците на електричниот лак, е проникнат од некој агенс што предизвикува флуоресценција“. Тој открил дека зраците слободно минуваат низ хартија, дрво, тврда гума, тенки слоеви од метал, но силно се одложуваат од олово.

Потоа го опишува сензационалното искуство:

„Ако ја држите раката помеѓу цевката за испуштање и екранот, можете да ги видите темните сенки на коските во слабите контури на сенката на самата рака.“ Ова беше прво флуороскопско испитување на човечкото тело. првите рендгенски снимки со нивно нанесување на раката.

Овие слики оставија огромен впечаток; откритието сè уште не беше завршено, а рендгенската дијагностика веќе го започна своето патување. „Мојата лабораторија беше преплавена со лекари кои донесоа пациенти кои се сомневаа дека имаат игли на различни делови од телото“, напиша англискиот физичар Шустер.

Веќе по првите експерименти, Рентген цврсто утврдил дека рендгенските зраци се разликуваат од катодните зраци, тие не носат полнеж и не се отклонуваат од магнетно поле, туку се возбудени од катодните зраци.“ Х-зраците не се идентични со катодните зраци. , но се возбудени од нив во стаклените ѕидови на цевката за испуштање “, напишал Рентген.

Тој, исто така, утврди дека се возбудени не само во стаклото, туку и во металите.

Откако ја спомна хипотезата Херц-Ленард дека катодните зраци „се феномен што се јавува во етерот“, Рентген истакнува дека „ние можеме да кажеме нешто слично за нашите зраци“. Сепак, тој не можеше да ги открие брановите својства на зраците; тие „се однесуваат поинаку од досега познатите ултравиолетови, видливи и инфрацрвени зраци.“ Во нивните хемиски и луминисцентни дејства, според Рентген, тие се слични на ултравиолетовите зраци. неговата прва порака, тој ја изјавил претпоставката оставена подоцна дека тие би можеле да бидат надолжни бранови во етерот.

Откритието на Рентген предизвика голем интерес во научниот свет. Неговите експерименти беа повторени во речиси сите лаборатории во светот. Во Москва ги повтори П.Н. Лебедев. Во Санкт Петербург, радио пронаоѓачот А.С. Попов експериментираше со рендген, ги демонстрираше на јавни предавања и добиваше различни снимки со рендген. Во Кембриџ Д.Д. Томсон веднаш го искористи јонизирачкиот ефект на рендгенските зраци за да го проучи поминувањето на електрична енергија низ гасовите. Неговото истражување доведе до откривање на електронот.

Поглавје 2. Х-зраци зрачење

Зрачењето на Х-зраци е електромагнетно јонизирачко зрачење, кое го зафаќа спектралниот регион помеѓу гама и ултравиолетовото зрачење во бранови должини од 10 -4 до 10 3 (од 10 -12 до 10 -5 cm).R. л. со бранова должина λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - мека.

2.1 Извори на Х-зраци

Најчестиот извор на рентген е цевка за рендген. - електричен вакуум уред , служи како извор на рендгенско зрачење. Таквото зрачење настанува кога електроните што ги емитираат катодата се забавуваат и удираат во анодата (анти-катода); во овој случај, енергијата на електроните забрзана од силно електрично поле во просторот помеѓу анодата и катодата делумно се претвора во енергија на Х-зраци. Зрачењето на рендгенската цевка е суперпозиција на bremsstrahlung рендгенското зрачење на карактеристичното зрачење на анодната супстанција. Рендгенските цевки се разликуваат: со методот на добивање на проток на електрони - со термионска (загреана) катода, катода за емисија на поле (врв), катода бомбардирана со позитивни јони и со радиоактивен (β) извор на електрони; според методот на вакуум - запечатено, демонтирачко; со време на зрачење - континуирано, импулсно; по тип на анодно ладење - со вода, масло, воздух, ладење со зрачење; според големината на фокусот (област на зрачење на анодата) - макрофокален, остар фокус и микрофокус; според неговата форма - прстен, круг, линија форма; според методот на фокусирање на електроните на анодата - со електростатско, магнетно, електромагнетно фокусирање.

Рендгенските цевки се користат во структурната анализа на Х-зраци (Додаток 1), спектрална анализа на Х-зраци, откривање на недостатоци (Додаток 1), рендгенска дијагностика (Додаток 1), терапија со рендген , Х-зраци микроскопија и микрорадиографија. Најшироко користени во сите области се запечатените рендгенски цевки со термионска катода, анода што се лади со вода и електростатички систем за фокусирање на електрони (Додаток 2). Термионската катода на рендгенските цевки е обично спирална или права нишка од волфрамова жица, загреана со електрична струја. Работниот дел на анодата - метална огледална површина - се наоѓа нормално или под одреден агол на протокот на електроните. За да се добие континуиран спектар на високоенергетско и високоинтензивно зрачење на Х-зраци, се користат аноди направени од Au и W; при структурна анализа се користат рендгенски цевки со аноди направени од Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag.

Главните карактеристики на рендгенските цевки се максимално дозволениот забрзувачки напон (1-500 kV), струја на електрони (0,01 mA - 1A), специфична моќност потрошена од анодата (10-10 4 W/mm 2), вкупна потрошувачка на енергија (0,002 W - 60 kW) и големини на фокус (1 µm - 10 mm). Ефикасноста на рендгенската цевка е 0,1-3%.

Некои радиоактивни изотопи можат да послужат и како извори на Х-зраци. : некои од нив директно емитуваат рендгенски зраци, нуклеарното зрачење на други (електрони или λ-честички) бомбардираат метална цел, која емитува рендгенски зраци. Интензитетот на рендгенското зрачење од изотопските извори е неколку реда по големина помал од интензитетот на зрачењето од рентген цевка, но димензиите, тежината и цената на изворите на изотоп се неспоредливо помали од инсталациите со рендгенска цевка.

Синхротроните и прстените за складирање на електрони со енергија од неколку GeV можат да послужат како извори на меки рендгенски зраци со λ од редот на десетици и стотици. Интензитетот на зрачењето на Х-зраци од синхротроните го надминува оној на рендгенската цевка во овој регион од спектарот за 2-3 реда на величина.

Природни извори на Х-зраци се Сонцето и другите вселенски објекти.

2.2 Својства на Х-зраците

Во зависност од механизмот на создавање на Х-зраци, нивните спектри можат да бидат континуирани (bremsstrahlung) или линиски (карактеристични). Континуиран спектар на Х-зраци се емитува од брзо наелектризирани честички како резултат на нивното забавување при интеракција со целните атоми; овој спектар достигнува значителен интензитет само кога целта е бомбардирана со електрони. Интензитетот на bremsstrahlung X-зраците се дистрибуира на сите фреквенции до границата со висока фреквенција 0, на која енергијата на фотонот h 0 (h е Планкова константа ) е еднаква на енергијата eV на електроните кои бомбардираат (e е полнежот на електронот, V е потенцијалната разлика на полето за забрзување поминато покрај нив). Оваа фреквенција одговара на границата на краток бран на спектарот 0 = hc/eV (c е брзината на светлината).

Линиското зрачење се јавува по јонизацијата на атомот со исфрлање на електрон од една од неговите внатрешни обвивки. Таквата јонизација може да резултира од судир на атомот со брза честичка како што е електрон (примарни рендгенски зраци), или апсорпција на фотон од атомот (флуоресцентни рендгенски зраци). Јонизираниот атом се наоѓа во почетната квантна состојба на едно од високите енергетски нивоа и по 10 -16 -10 -15 секунди преминува во крајна состојба со помала енергија. Во овој случај, атомот може да емитува вишок енергија во форма на фотон со одредена фреквенција. Фреквенциите на линиите во спектарот на таквото зрачење се карактеристични за атомите на секој елемент, затоа линискиот спектар на Х-зраци се нарекува карактеристичен. Зависноста на фреквенцијата на линиите од овој спектар од атомскиот број Z е одредена со Мозелевиот закон.

Мозелевиот закон, закон кој ја поврзува фреквенцијата на спектралните линии на карактеристичното рендгенско зрачење на хемиски елемент со неговиот атомски број. Експериментално основана од G. Moseley во 1913 година. Според Мозелевиот закон, квадратниот корен на фреквенцијата  на спектралната линија на карактеристичното зрачење на елементот е линеарна функција од неговиот сериски број Z:

каде што R е Ридберговата константа , S n - скрининг константа, n - главен квантен број. На дијаграмот Мозел (Додаток 3), зависноста од Z е серија прави линии (серии K-, L-, M-, итн., што одговараат на вредностите n = 1, 2, 3,.).

Мозелевиот закон беше непобитен доказ за правилното поставување на елементите во периодниот систем на елементи ДИ. Менделеев и придонесе за разјаснување на физичкото значење на З.

Во согласност со Мозелевиот закон, карактеристичните спектри на Х-зраци не ги откриваат периодичните обрасци својствени за оптичките спектри. Ова покажува дека внатрешните електронски обвивки на атомите на сите елементи, кои се појавуваат во карактеристичните спектри на Х-зраци, имаат слична структура.

Подоцнежните експерименти открија некои отстапувања од линеарната врска за преодните групи елементи поврзани со промената на редоследот на полнење на надворешните електронски обвивки, како и за тешките атоми, кои произлегуваат од релативистички ефекти (условно објаснети со фактот дека брзините на внатрешните се споредливи со брзината на светлината).

Во зависност од голем број фактори - бројот на нуклеони во јадрото (изотонично поместување), состојбата на надворешните електронски обвивки (хемиско поместување) итн. - положбата на спектралните линии на Мозеловиот дијаграм може малку да се промени. Проучувањето на овие поместувања ни овозможува да добиеме детални информации за атомот.

Рендгенските зраци на Bremsstrahlung што се емитуваат од многу тенки цели се целосно поларизирани во близина на 0; Како што се намалува 0, степенот на поларизација се намалува. Карактеристичното зрачење, по правило, не е поларизирано.

Кога рендгенските зраци се во интеракција со материјата, може да се појави фотоелектричен ефект. , придружната апсорпција на Х-зраците и нивното расејување, фотоелектричниот ефект се забележува во случај кога атом, апсорбирајќи фотон на Х-зраци, исфрла еден од неговите внатрешни електрони, по што може или да направи радијативна транзиција, емитувајќи фотон на карактеристично зрачење, или исфрлање на втор електрон во не-радијативна транзиција (Auger електрон). Под влијание на рендгенските зраци на неметалните кристали (на пример, камената сол), јоните со дополнителен позитивен полнеж се појавуваат во некои места на атомската решетка, а вишокот електрони се појавуваат во близина на нив. Ваквите нарушувања во структурата на кристалите, наречени ексцитони на Х-зраци , се центри на боја и исчезнуваат само со значително зголемување на температурата.

Кога рендгенските зраци минуваат низ слој супстанција со дебелина x, нивниот почетен интензитет I 0 се намалува до вредноста I = I 0 e - μ x каде μ е коефициентот на слабеење. Слабеењето на I се јавува поради два процеса: апсорпција на фотоните на Х-зраци од материјата и промена на нивната насока за време на расејувањето. Во регионот со долги бранови на спектарот преовладува апсорпцијата на рендгенските зраци, во регионот на кратки бранови преовладува нивното расејување. Степенот на апсорпција се зголемува брзо со зголемување на Z и λ. На пример, тврдите рендгенски зраци слободно продираат низ слој од воздух ~ 10 cm; алуминиумска плоча со дебелина од 3 cm ги ослабува рендгенските зраци со λ = 0,027 на половина; меките рендгенски зраци значително се апсорбираат во воздухот и нивната употреба и истражување е можно само во вакуум или во слабо апсорбирачки гас (на пример, Тој). Кога се апсорбираат рендгенските зраци, атомите на супстанцијата се јонизираат.

Ефектот на Х-зраците врз живите организми може да биде корисен или штетен во зависност од јонизацијата што ја предизвикуваат во ткивата. Бидејќи апсорпцијата на Х-зраците зависи од λ, нивниот интензитет не може да послужи како мерка за биолошкиот ефект на Х-зраците. Мерењата на Х-зраци се користат за квантитативно мерење на ефектот на рендгенските зраци врз материјата. , мерна единица му е рентген

Расејувањето на рендгенските зраци во пределот на големите Z и λ настанува главно без промена на λ и се нарекува кохерентно расејување, а во регионот на малите Z и λ, по правило, се зголемува (некохерентно расејување). Постојат 2 познати типа на некохерентно расејување на Х-зраци - Комптон и Раман. Во Комптоновото расејување, кое има природа на нееластично корпускуларно расејување, поради енергијата делумно изгубена од фотонот на Х-зраците, од обвивката на атомот излетува електрон за повратен удар. Во овој случај, енергијата на фотонот се намалува и нејзината насока се менува; промената на λ зависи од аголот на расејување. За време на Рамановото расејување на високоенергетскиот фотон на Х-зраци на светлосниот атом, мал дел од неговата енергија се троши на јонизирање на атомот и се менува насоката на движење на фотонот. Промената на таквите фотони не зависи од аголот на расејување.

Индексот на рефракција n за Х-зраци се разликува од 1 за многу мала количина δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5. Фазната брзина на Х-зраците во медиум е поголема од брзината на светлината во вакуум. Девијацијата на рендгенските зраци при минување од еден медиум во друг е многу мал (неколку минути лак). Кога Х-зраците паѓаат од вакуум на површината на телото под многу мал агол, тие целосно се рефлектираат надворешно.

2.3 Детекција на Х-зраци

Човечкото око не е чувствително на Х-зраци. Х-зраци

Зраците се снимаат со помош на специјален фотографски филм со рендген кој содржи зголемено количество Ag и Br. Во регионот λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, чувствителноста на обичниот позитивен фотографски филм е доста висока, а неговите зрна се многу помали од зрната на филмот со рендген, што ја зголемува резолуцијата. Во λ од редот на десетици и стотици, рендгенските зраци дејствуваат само на најтенкиот површински слој на фотоемулзијата; За да се зголеми чувствителноста на филмот, тој се сензибилизира со луминисцентни масла. Во рендгенската дијагностика и откривањето на пропусти, електрофотографијата понекогаш се користи за снимање на Х-зраци. (електрорадиографија).

Х-зраците со висок интензитет може да се снимаат со помош на комора за јонизација (Прилог 4), Х-зраци со среден и низок интензитет на λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком со NaI (Tl) кристал (Додаток 5), на 0,5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (Прилог 6) и запечатен пропорционален бројач (Прилог 7), на 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (Прилог 8). Во регионот на многу големи λ (од десетици до 1000), секундарните електронски множители од отворен тип со различни фотокатоди на влезот може да се користат за регистрирање на Х-зраци.

2.4 Употреба на Х-зраци

Х-зраците се најшироко користени во медицината за дијагностика со рендген. и радиотерапија . Откривањето на дефекти со рендген е важно за многу гранки на технологијата. , на пример, за откривање внатрешни дефекти во одлеаноците (школки, подмножества на згура), пукнатини во шините и дефекти во заварите.

Структурна анализа на Х-зраци ви овозможува да го воспоставите просторниот распоред на атомите во кристалната решетка на минерали и соединенија, во неоргански и органски молекули. Врз основа на бројни веќе дешифрирани атомски структури, може да се реши и инверзниот проблем: користејќи шема на дифракција на рендген поликристална супстанција, на пример легиран челик, легура, руда, лунарна почва, може да се утврди кристалниот состав на оваа супстанца, т.е. направена е фазна анализа. Бројни апликации на R. l. радиографија на материјали се користи за проучување на својствата на цврстите материи .

Х-зраци микроскопија овозможува, на пример, да се добие слика на клетка или микроорганизам и да се види нивната внатрешна структура. Рендгенска спектроскопија користејќи спектри на Х-зраци, ја проучува распределбата на енергијата на густината на електронските состојби во различни супстанции, ја истражува природата на хемиските врски и го наоѓа ефективно полнење на јоните во цврстите материи и молекулите. Спектрална анализа на Х-зраци Врз основа на положбата и интензитетот на линиите на карактеристичниот спектар, овозможува да се одреди квалитативниот и квантитативниот состав на супстанцијата и служи за експресно недеструктивно тестирање на составот на материјалите во металуршките и цементарните погони и погоните за преработка. При автоматизирање на овие претпријатија, спектрометрите на Х-зраци и квантните метри се користат како сензори за составот на материјата.

Рендгенските зраци кои доаѓаат од вселената носат информации за хемискиот состав на космичките тела и физичките процеси што се случуваат во вселената. Астрономијата со рендген ги проучува космичките рендгенски зраци. . Моќните рендгенски зраци се користат во хемијата на зрачење за да стимулираат одредени реакции, полимеризација на материјалите и пукање на органски материи. Рендгенските снимки се користат и за откривање на антички слики скриени под слој на доцно сликарство, во прехранбената индустрија за идентификување на туѓи предмети што случајно навлегле во прехранбените производи, во форензиката, археологијата итн.

Поглавје 3. Примена на рендгенските зраци во металургијата

Една од главните задачи на анализата на дифракција на Х-зраци е да се одреди материјалот или фазниот состав на материјалот. Методот на дифракција на Х-зраци е директен и се карактеризира со висока доверливост, брзина и релативна евтина цена. Методот не бара голема количина супстанција, анализата може да се изврши без да се уништи делот. Областите на примена на квалитативната фазна анализа се многу разновидни, како за истражување, така и за контрола во производството. Можете да го проверите составот на почетните материјали на металуршкото производство, производите за синтеза, преработката, резултатот од фазните промени при термичка и хемиско-термичка обработка, да анализирате разни премази, тенки филмови итн.

Секоја фаза, има своја кристална структура, се карактеризира со одреден сет на дискретни вредности на меѓупланарни растојанија d/n, својствени само за оваа фаза, од максимумот и долу. Како што следува од равенката Вулф-Брег, секоја вредност на меѓупланското растојание одговара на линија на шемата за дифракција на рентген од поликристален примерок под одреден агол θ (за дадена бранова должина λ). Така, одреден сет на меѓупланарни растојанија за секоја фаза во шемата на дифракција на рентген ќе одговара на одреден систем на линии (дифракциони максими). Релативниот интензитет на овие линии во шемата на дифракција на рентген зависи првенствено од структурата на фазата. Затоа, со одредување на локацијата на линиите на сликата на рендген (неговиот агол θ) и со познавање на брановата должина на зрачењето на кое е направена рендгенската слика, можеме да ги одредиме вредностите на меѓупланарните растојанија d/ n користејќи ја формулата Вулф-Брег:

/n = λ/ (2sin θ). (1)

Со одредување на множество од d/n за материјалот што се проучува и споредувајќи го со претходно познатите d/n податоци за чистите супстанции и нивните различни соединенија, можно е да се одреди која фаза го сочинува дадениот материјал. Треба да се нагласи дека се одредуваат фазите, а не хемискиот состав, но последниов понекогаш може да се заклучи доколку постојат дополнителни податоци за елементарниот состав на одредена фаза. Задачата за квалитативна фазна анализа е многу поедноставена ако се знае хемискиот состав на материјалот што се проучува, бидејќи тогаш може да се направат прелиминарни претпоставки за можните фази во даден случај.

Главната работа за фазна анализа е точно да се измери d/n и интензитетот на линијата. Иако ова во принцип е полесно да се постигне со помош на дифрактометар, фотометодот за квалитативна анализа има одредени предности, првенствено во однос на чувствителноста (можноста да се открие присуство на мала количина на фаза во примерокот), како и едноставноста на експериментална техника.

Пресметката на d/n од шема на дифракција на рентген се врши со помош на равенката Wulff-Bragg.

Вредноста на λ во оваа равенка обично се користи λ α avg K-серија:

λ α av = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)

Понекогаш се користи линијата K α1. Одредувањето на аглите на дифракција θ за сите линии на фотографии со рендген ви овозможува да пресметате d/n користејќи ја равенката (1) и да ги одделите β-линии (ако немаше филтер за (β-зраци).

3.1 Анализа на несовршености на кристалната структура

Сите вистински еднокристални и, особено, поликристални материјали содржат одредени структурни несовршености (дефекти на точки, дислокации, различни типови на интерфејси, микро- и макронапрегања), кои имаат многу силно влијание врз сите својства и процеси чувствителни на структурата.

Структурните несовршености предизвикуваат нарушувања на кристалната решетка од различна природа и, како последица на тоа, различни видови промени во дифракцискиот модел: промените во меѓуатомските и меѓупланарните растојанија предизвикуваат поместување на максималните дифракции, микронапрегањата и дисперзијата на подструктурата доведуваат до проширување на максимумите на дифракција, Решетките микродисторзии доведуваат до промени во интензитетот на овие максими, присуството на дислокации предизвикува аномални појави при минување на рендгенските зраци и, следствено, локални нехомогености за разлика од рендгенските топограми итн.

Како резултат на тоа, анализата на дифракција на Х-зраци е еден од најинформативните методи за проучување на структурните несовршености, нивниот тип и концентрација и природата на дистрибуцијата.

Традиционалниот директен метод на дифракција на Х-зраци, кој се применува на стационарни дифрактометри, поради нивните дизајнерски карактеристики, овозможува квантитативно определување на напрегања и деформации само на мали примероци исечени од делови или предмети.

Затоа, во моментов има транзиција од стационарни кон преносливи рендгенски дифрактометри со мала големина, кои обезбедуваат проценка на напрегањата во материјалот на делови или предмети без уништување во фазите на нивното производство и работа.

Преносливите рендгенски дифрактометри од серијата DRP * 1 ви овозможуваат да ги следите преостанатите и ефективни напрегања во големи делови, производи и структури без уништување

Програмата во околината на Windows овозможува не само да се одредат напрегањата користејќи го методот „sin 2 ψ“ во реално време, туку и да се следат промените во фазниот состав и текстурата. Детекторот за линеарни координати обезбедува истовремена регистрација при агли на дифракција од 2θ = 43°. Рендгенските цевки од типот „Фокс“ со мала големина со голема осветленост и мала моќност (5 W) обезбедуваат радиолошка безбедност на уредот, во кој на растојание од 25 cm од озрачената област нивото на зрачење е еднакво на природно ниво на позадина. Уредите од серијата DRP се користат за одредување на напрегања во различни фази на формирање на метал, при сечење, мелење, термичка обработка, заварување, површинско стврднување со цел да се оптимизираат овие технолошки операции. Следењето на падот на нивото на предизвиканите преостанати напрегања на притисок кај особено критичните производи и структури за време на нивната работа овозможува производот да се извади од употреба пред да биде уништен, спречувајќи можни несреќи и катастрофи.

3.2 Спектрална анализа

Заедно со определувањето на атомската кристална структура и фазниот состав на материјалот, за негова целосна карактеризација потребно е да се одреди неговиот хемиски состав.

За овие цели во пракса се повеќе се користат различни таканаречени инструментални методи на спектрална анализа. Секој од нив има свои предности и апликации.

Еден од важните барања во многу случаи е користениот метод да ја осигурува безбедноста на анализираниот објект; Токму овие методи на анализа се дискутирани во овој дел. Следниот критериум според кој беа избрани методите за анализа опишани во овој дел е нивната локалитет.

Методот на флуоресцентна спектрална анализа на Х-зраци се заснова на пенетрација на прилично тешко зрачење на Х-зраци (од рендгенска цевка) во анализираниот објект, продирајќи во слој со дебелина од околу неколку микрометри. Карактеристичната рендгенска радијација што се појавува во објектот овозможува да се добијат просечни податоци за неговиот хемиски состав.

За да го одредите елементарниот состав на супстанцијата, можете да користите анализа на спектарот на карактеристичното рендгенско зрачење на примерокот поставен на анодата на рендгенска цевка и подложен на бомбардирање со електрони - методот на емисија или анализа на спектар на секундарно (флуоресцентно) рендгенско зрачење на примерок озрачен со тврди рендгенски зраци од рендгенска цевка или друг извор - флуоресцентна метода.

Недостаток на методот на емисија е, прво, потребата да се постави примерокот на анодата на рендгенската цевка, а потоа да се испумпува со вакуумски пумпи; Очигледно, овој метод е несоодветен за топливи и испарливи материи. Вториот недостаток е поврзан со фактот дека дури и огноотпорните објекти се оштетени со електронско бомбардирање. Флуоресцентниот метод е ослободен од овие недостатоци и затоа има многу поширока примена. Предноста на флуоресцентниот метод е и отсуството на зрачење bremsstrahlung, што ја подобрува чувствителноста на анализата. Споредбата на измерените бранови должини со табелите на спектралните линии на хемиските елементи ја формира основата на квалитативната анализа, а релативните вредности на интензитетот на спектралните линии на различни елементи што ја формираат супстанцијата на примерокот ја формираат основата на квантитативната анализа. Од испитувањето на механизмот на побудување на карактеристичното рендгенско зрачење, јасно е дека зрачењето од една или друга серија (K или L, M, итн.) се јавува истовремено, а соодносите на интензитетите на линиите во серијата се секогаш константни . Затоа, присуството на еден или друг елемент се утврдува не со поединечни линии, туку со низа линии како целина (освен најслабите, земајќи ја предвид содржината на даден елемент). За релативно лесни елементи, се користи анализа на линии од серијата К, за тешки елементи - линии од серијата L; под различни услови (во зависност од употребената опрема и елементите што се анализираат), различните региони од карактеристичниот спектар може да бидат најзгодни.

Главните карактеристики на спектралната анализа на Х-зраци се како што следува.

Едноставноста на рендгенските карактеристични спектри дури и за тешки елементи (во споредба со оптичките спектри), што ја поедноставува анализата (мал број на линии; сличност во нивниот релативен распоред; со зголемување на редниот број има природно поместување на спектарот до регионот на кратки бранови, компаративна едноставност на квантитативната анализа).

Независност на брановите должини од состојбата на атомите на елементот што се анализира (слободен или во хемиско соединение). Ова се должи на фактот дека појавата на карактеристично зрачење на Х-зраци е поврзана со возбудување на внатрешните електронски нивоа, кои во повеќето случаи практично не се менуваат во зависност од степенот на јонизација на атомите.

Способност да се издвојат во анализата ретка земја и некои други елементи кои имаат мали разлики во спектрите во оптичкиот опсег поради сличноста на електронската структура на надворешните обвивки и многу малку се разликуваат во нивните хемиски својства.

Методот на рендгенска флуоресцентна спектроскопија е „недеструктивен“, така што има предност во однос на конвенционалниот метод на оптичка спектроскопија кога се анализираат тенки примероци - тенок метален лим, фолија итн.

Спектрометрите за флуоресценција на рендген станаа особено широко користени во металуршките претпријатија, вклучувајќи повеќеканални спектрометри или квантометри кои обезбедуваат брза квантитативна анализа на елементите (од Na или Mg до U) со грешка помала од 1% од одредената вредност, праг на чувствителност од 10 -3 ... 10 -4% .

рентген зрак

Методи за определување на спектралниот состав на рендгенското зрачење

Спектрометрите се поделени на два вида: кристално-дифракциони и без кристали.

Распаѓањето на Х-зраците во спектар со помош на природна решетка за дифракција - кристал - во суштина е слично на добивањето на спектарот на обичните светлосни зраци со помош на вештачка решетка за дифракција во форма на периодични линии на стаклото. Условот за формирање на максимум на дифракција може да се запише како услов за „рефлексија“ од систем на паралелни атомски рамнини одделени со растојание d hkl.

Кога се врши квалитативна анализа, може да се процени присуството на одреден елемент во примерокот по една линија - обично најинтензивната линија од спектралната серија погодна за даден кристален анализатор. Резолуцијата на спектрометрите на кристална дифракција е доволна за да се раздвојат карактеристичните линии на парните елементи кои се соседни по позиција во периодниот систем. Сепак, мора да го земеме предвид и преклопувањето на различни линии на различни елементи, како и преклопувањето на рефлексиите од различни редови. Оваа околност мора да се земе предвид при изборот на аналитички линии. Во исто време, неопходно е да се искористат можностите за подобрување на резолуцијата на уредот.

Заклучок

Така, Х-зраците се невидливо електромагнетно зрачење со бранова должина од 10 5 - 10 2 nm. Х-зраците можат да навлезат во некои материјали кои се непроѕирни за видлива светлина. Тие се емитуваат за време на забавувањето на брзите електрони во супстанцијата (континуиран спектар) и за време на транзициите на електроните од надворешните електронски обвивки на атомот во внатрешните (линиски спектар). Извори на рендгенско зрачење се: рендгенска цевка, некои радиоактивни изотопи, акцелератори и уреди за складирање на електрони (синхротронско зрачење). Приемници - фотографски филм, флуоресцентни екрани, детектори за нуклеарно зрачење. Рендгенските зраци се користат во анализата на дифракција на Х-зраци, медицината, откривањето на дефекти, спектралната анализа на рендгенските зраци итн.

Имајќи ги предвид позитивните аспекти на откритието на V. Roentgen, неопходно е да се забележи неговиот штетен биолошки ефект. Се испостави дека рендгенското зрачење може да предизвика нешто како тешка изгореница (еритема), придружена, сепак, со подлабоко и потрајно оштетување на кожата. Чировите што се појавуваат често се претвораат во рак. Во многу случаи, прстите или рацете мораа да бидат ампутирани. Имаше и смртни случаи.

Утврдено е дека оштетувањето на кожата може да се избегне со намалување на времето и дозата на изложување, со користење на заштитни (на пр. олово) и далечински управувачи. Но, постепено се појавија други, подолготрајни последици од зрачењето со Х-зраци, кои потоа беа потврдени и проучувани кај експериментални животни. Ефектите предизвикани од Х-зраци и други јонизирачки зрачења (како што е гама зрачење емитирана од радиоактивни материјали) вклучуваат:

) привремени промени во составот на крвта по релативно мало вишок зрачење;

) неповратни промени во составот на крвта (хемолитична анемија) по продолжено прекумерно зрачење;

) зголемена инциденца на рак (вклучувајќи леукемија);

) побрзо стареење и порана смрт;

) појава на катаракта.

Биолошкото влијание на рендгенското зрачење врз човечкото тело се одредува според нивото на дозата на зрачење, како и од тоа кој орган на телото бил изложен на зрачење.

Акумулацијата на знаење за ефектите на рендгенското зрачење врз човечкото тело доведе до развој на национални и меѓународни стандарди за дозволени дози на зрачење, објавени во различни референтни публикации.

За да се избегнат штетните ефекти на рендгенското зрачење, се користат методи за контрола:

) достапност на соодветна опрема,

) следење на усогласеноста со прописите за безбедност,

) правилна употреба на опремата.

Список на користени извори

1) Блохин М.А., Физика на рендгенските зраци, 2. издание, М., 1957 година;

) Блохин М.А., Методи на спектрални студии на Х-зраци, М., 1959 година;

) Х-зраци. Саб. Изменето од М.А. Блохина, на. со него. и англиски, М., 1960;

) Kharaja F., Општ курс на технологијата на Х-зраци, 3-то издание, M. - L., 1966;

) Миркин Л.И., Прирачник за рендгенска структурна анализа на поликристали, М., 1961 година;

) Вајнштајн Е.Е., Кахана М.М., Референтни табели за спектроскопија на Х-зраци, М., 1953 година.

) Х-зраци и електронско-оптичка анализа. Горелик С.С., Скаков Ју.А., Расторгуев Л.Н.: Учебник. Прирачник за универзитети. - 4-то издание. Додадете. И преработен. - М.: „МИСиС“, 2002. - 360 стр.

Апликации

Анекс 1

Општ поглед на рендгенските цевки

Додаток 2

Дијаграм на рендгенска цевка за структурна анализа

Дијаграм на рендгенска цевка за структурна анализа: 1 - метална анодна чаша (обично заземјена); 2 - берилиумски прозорци за емисија на Х-зраци; 3 - термионска катода; 4 - стаклена колба, изолирајќи го анодниот дел од цевката од катодата; 5 - катодни терминали, на кои се напојува напонот на филаментот, како и висок (во однос на анодата) напон; 6 - електростатички систем за фокусирање на електрони; 7 - анодна (анти-катодна); 8 - цевки за влез и излез на проточна вода за ладење на анодната чаша.

Додаток 3

Мозелевиот дијаграм

Мозелевиот дијаграм за К-, L- и М-серија на карактеристично зрачење со рендген. Оската на апсцисата го покажува серискиот број на елементот Z, а оската на ординатите покажува ( Со- брзина на светлината).

Додаток 4

Комора за јонизација.

Сл.1. Пресек на цилиндрична комора за јонизација: 1 - цилиндрично тело на комората, кое служи како негативна електрода; 2 - цилиндрична прачка која служи како позитивна електрода; 3 - изолатори.

Ориз. 2. Дијаграм на коло за вклучување на струјна јонизирачка комора: V - напон на електродите на комората; G - галванометар за мерење на струјата на јонизација.

Ориз. 3. Струјно-напонски карактеристики на комората за јонизација.

Ориз. 4. Дијаграм за поврзување на комората за јонизација на импулсот: C - капацитет на собирната електрода; R - отпор.

Додаток 5

Бројач за сцинтилација.

Коло за бројач на сцинтилација: светлосни кванти (фотони) ги „нокаутираат“ електроните од фотокатодата; движејќи се од динода до динад, електронската лавина се размножува.

Додаток 6

Гајгер-Милер бројач.

Ориз. 1. Дијаграм на стаклен бројач Гајгер-Милер: 1 - херметички затворена стаклена цевка; 2 - катода (тенок слој од бакар на цевка од нерѓосувачки челик); 3 - катоден излез; 4 - анодна (тенка испружена нишка).

Ориз. 2. Дијаграм на коло за поврзување на бројач Гајгер-Милер.

Ориз. 3. Карактеристики на броење на бројач Гајгер-Милер.

Додаток 7

Пропорционален бројач.

Шема на пропорционален бројач: а - регион на дрифт на електрони; б - регион на подобрување на гасот.

Додаток 8

Полупроводнички детектори

Полупроводнички детектори; Чувствителната област се истакнува со засенчување; n - регион на полупроводникот со електронска спроводливост, p - со спроводливост на дупка, i - со внатрешна спроводливост; a - детектор за бариера на површината на силиконот; б - планарен детектор за дрифт германиум-литиум; в - коаксијален детектор на германиум-литиум.