Om U uttrycks i kilovolt och förhållandet mellan andra kvantiteter tas med i beräkningen, ser formeln ut så här: l k \u003d 1,24 / U (nm) eller l k \u003d 1,24 / U (Å) (1Å \u003d 10 -10 m) ).

Från graferna ovan kan det fastställas att våglängden l m, som står för den maximala strålningsenergin, står i konstant relation till den begränsande våglängden l k:

.

Våglängden kännetecknar energin hos en foton, på vilken strålningens penetrerande kraft beror på när den interagerar med materia.

Kortvågig röntgenstrålning har vanligtvis hög penetrerande kraft och kallas hård, medan långvågig röntgenstrålning kallas mjuk. Som framgår av formeln ovan är våglängden vid vilken den maximala strålningsenergin faller omvänt proportionell mot spänningen mellan anoden och katoden hos röret. Öka spänningen vid anoden på röntgenröret, ändra strålningens spektrala sammansättning och öka dess hårdhet.

När glödtrådsspänningen ändras (katodens glödtrådstemperatur ändras), ändras antalet elektroner som emitteras av katoden per tidsenhet, eller följaktligen strömstyrkan i röranodkretsen. I detta fall ändras strålningseffekten i proportion till strömmens första effekt. Strålningens spektrala sammansättning kommer inte att förändras.

Det totala flödet (effekten) av strålning, fördelningen av energi över våglängder och även gränsen för spektrumet på sidan av korta våglängder beror på följande tre faktorer: spänningen U, som accelererar elektroner och appliceras mellan anoden och katoden av röret; antalet elektroner som är involverade i bildandet av strålning, dvs. rör filament ström; atomnummer Z för anodmaterialet, i vilket elektronretardationen sker.

Bremsstrahlungsflödet beräknas med formeln: , där ,

Z-serienummer för en atom av ett ämne (atomnummer).

Genom att öka spänningen på röntgenröret kan man märka uppkomsten av separata linjer (linjespektrum) mot bakgrund av kontinuerlig bremsstrahlung-strålning, vilket motsvarar den karakteristiska röntgenstrålningen. Det uppstår under övergången av elektroner mellan de inre skalen av atomer i ett ämne (skal K, L, M). Linjekaraktären hos det karakteristiska strålningsspektrumet uppstår på grund av att accelererade elektroner tränger djupt in i atomerna och slår ut elektroner från deras inre lager utanför atomen. Elektroner (fig. 2) från de övre skikten passerar till fria platser, som ett resultat av vilka röntgenfotoner emitteras med en frekvens som motsvarar skillnaden i övergångsenerginivåerna. Linjerna i spektrumet av karakteristisk strålning kombineras i serier som motsvarar övergångar av elektroner med en högre nivå på nivån K, L, M.

Den yttre verkan, som ett resultat av vilken elektronen slås ut ur de inre skikten, måste vara tillräckligt stark. Till skillnad från optiska spektra är de karakteristiska röntgenspektra för olika atomer av samma typ. Likformigheten hos dessa spektra beror på det faktum att de inre lagren av olika atomer är desamma och skiljer sig endast energimässigt, eftersom krafteffekten från sidan av kärnan ökar när elementets ordningsnummer ökar. Detta leder till att de karakteristiska spektra skiftar mot högre frekvenser med ökande kärnladdning. Detta förhållande är känt som Moseleys lag: där A och B är konstanter; Z-ordningens nummer för elementet.

Det finns en annan skillnad mellan röntgen och optiska spektra. Det karakteristiska spektrumet för en atom beror inte på den kemiska förening som atomen ingår i. Så till exempel är syreatomens röntgenspektrum detsamma för O, O 2 , H 2 O, medan de optiska spektra för dessa föreningar är signifikant olika. Denna egenskap hos röntgenspektra av atomer tjänade som grund för namnet "karakteristisk".

Karakteristisk strålning uppstår när det finns fria platser i de inre lagren av en atom, oavsett orsakerna som orsakade det. Till exempel följer den med en av de typer av radioaktivt sönderfall, som består i att kärnan fångar en elektron från det inre lagret.

2. Enheten av röntgenrör och protozoer

röntgenmaskin.

Den vanligaste källan till röntgenstrålning är ett röntgenrör - en vakuumanordning med två elektroder (fig. 3). Det är en glasbehållare (p = 10 -6 - 10 -7 mm Hg) med två elektroder - anod A och katod K, mellan vilka en högspänning skapas. Den uppvärmda katoden (K) avger elektroner. Anod A kallas ofta för antikatoden. Den har en lutande yta för att rikta den resulterande röntgenstrålningen i en vinkel mot rörets axel. Anoden är gjord av en metall med god värmeledningsförmåga (koppar) för att ta bort värmen som genereras av elektroner. I den avfasade änden av anoden finns en platta Z av eldfast metall (volfram) med ett högt atomnummer, kallad anodspegel. I vissa fall är anoden speciellt kyld med vatten eller olja. För diagnostiska rör är precisionen hos röntgenkällan viktig, vilket kan uppnås genom att fokusera elektronerna på ett ställe i anoden. Konstruktivt måste därför två motsatta uppgifter beaktas: å ena sidan måste elektroner falla på ett ställe av anoden, å andra sidan är det önskvärt att fördela elektroner över olika delar för att förhindra överhettning. anoden. Av denna anledning tillverkas vissa röntgenrör med en roterande anod.

I ett rör av vilken design som helst faller elektroner som accelereras av spänningen mellan anoden och katoden på anodspegeln och tränger djupt in i ämnet, interagerar med atomer och bromsas av atomfältet. Detta producerar bremsstrahlung röntgenstrålar. Samtidigt med bremsstrahlung bildas en liten mängd (flera procent) av karakteristisk strålning. Endast 1-2% av elektronerna som träffar anoden orsakar bremsstrahlung, och resten orsakar en termisk effekt. För koncentrationen av elektroner har katoden ett styrlock. Den del av volframspegeln som huvudelektronflödet faller på kallas rörets fokus. Strålningsstrålens bredd beror på dess område (fokusskärpa).

För att driva röret krävs två källor: en högspänningskälla för anodkretsen och en lågspänningskälla (6-8 V) för att driva glödtrådskretsen. Båda källorna måste regleras oberoende av varandra. Genom att ändra anodspänningen regleras hårdheten hos röntgenstrålningen, och genom att ändra glödlampan, strömmen i utgångskretsen och följaktligen strålningseffekten.

Schematiskt diagram av den enklaste röntgenmaskinen visas i Fig.4. Kretsen har två högspänningstransformatorer Tr.1 och Tr.2 för att driva glödtråden. Högspänningen på röret regleras av en autotransformator Tr.3 ansluten till transformatorns Tr.1 primärlindning. Omkopplare K reglerar antalet varv på autotransformatorlindningen. I detta avseende ändras också spänningen hos transformatorns sekundärlindning, som tillförs anoden på röret, d.v.s. hårdheten är justerbar.

Rörets filamentström regleras av en reostat R, som ingår i transformatorns Tr.2 primärkrets. Anodkretsströmmen mäts med en milliammeter. Spänningen som appliceras på elektroderna i röret mäts med en kV kilovoltmeter, eller så kan spänningen i anodkretsen bedömas av läget för omkopplaren K. Glödtrådsströmmen, som regleras av reostaten, mäts med en amperemeter A. I schemat under övervägande, röntgenröret likriktar samtidigt en hög växelspänning.

Det är lätt att se att ett sådant rör bara strålar i en halvcykel av växelström. Därför kommer dess kraft att vara liten. För att öka den utstrålade effekten använder många enheter högspänningsfullvågsröntgenlikriktare. För detta ändamål används 4 speciella kenotroner, som är anslutna i en bryggkrets. Ett röntgenrör ingår i ena diagonalen på bron.

3. Interaktion mellan röntgenstrålning och materia

(koherent spridning, inkoherent spridning, fotoelektrisk effekt).

När röntgenstrålar faller på en kropp reflekteras den från den i en liten mängd, men passerar mestadels djupt in. I kroppens massa absorberas strålning delvis, delvis spridd och delvis passerar genom. Genom att passera genom kroppen interagerar röntgenfotoner huvudsakligen med elektronerna i ämnets atomer och molekyler. Registrering och användning av röntgenstrålning, såväl som dess påverkan på biologiska objekt, bestäms av de primära processerna för interaktion mellan en röntgenfoton med elektroner. Tre huvudprocesser äger rum beroende på förhållandet mellan fotonenergi E och joniseringsenergi AI.

a) sammanhängande spridning.

Spridning av långvågig röntgenstrålning sker huvudsakligen utan att våglängden ändras, och det kallas koherent. Interaktionen av en foton med elektronerna i de inre skalen, tätt bundna till kärnan, ändrar bara dess riktning, utan att ändra sin energi, och därav våglängden (fig. 5).

Koherent spridning uppstår om fotonenergin är mindre än joniseringsenergin: 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.

b) Osammanhängande spridning (Compton-effekt).

År 1922 upptäckte A. Compton, som observerade spridningen av hårda röntgenstrålar, en minskning av den spridda strålens penetrerande kraft jämfört med den infallande strålen. Spridningen av röntgenstrålar med ändrad våglängd kallas Compton-effekten. Det uppstår när en foton av någon energi interagerar med elektronerna i de yttre skalen av atomer som är svagt bundna till kärnan (Fig. 6). En elektron lösgörs från en atom (sådana elektroner kallas rekylelektroner). Fotonens energi minskar (våglängden ökar i enlighet därmed), och riktningen för dess rörelse ändras också. Compton-effekten uppstår om röntgenfotonenergin är större än joniseringsenergin: , . I detta fall uppstår rekylelektroner med kinetisk energi E K. Atomer och molekyler blir joner. Om E K är signifikant kan elektroner jonisera närliggande atomer genom kollision och bilda nya (sekundära) elektroner.

i) Fotoelektrisk effekt.

Om energin hos en foton hn är tillräcklig för att frigöra en elektron, då när den interagerar med en atom, absorberas fotonen och elektronen lösgörs från den. Detta fenomen kallas den fotoelektriska effekten. Atomen joniseras (fotoinisering). I detta fall förvärvar elektronen kinetisk energi och, om den senare är signifikant, då kan den jonisera närliggande atomer genom kollision och bilda nya (sekundära) elektroner. Om fotonenergin är otillräcklig för jonisering, kan den fotoelektriska effekten manifestera sig i exciteringen av en atom eller molekyl. I vissa ämnen leder detta till efterföljande emission av fotoner i det synliga strålningsområdet (röntgenluminescens), och i vävnader, till aktivering av molekyler och fotokemiska reaktioner.

Den fotoelektriska effekten är typisk för fotoner med en energi i storleksordningen 0,5-1 MeV.

De tre huvudsakliga interaktionsprocesserna som diskuterats ovan är primära, de leder till efterföljande sekundära, tertiära, etc. fenomen. När röntgenstrålning kommer in i ett ämne kan ett antal processer inträffa innan energin hos en röntgenfoton omvandlas till energin för termisk rörelse.

Som ett resultat av ovanstående processer försvagas det primära röntgenflödet. Denna process följer Bouguers lag. Vi skriver det i formen: Ф =Ф 0 e - mx, där m är en linjär dämpningskoefficient som beror på ämnets natur (främst på densitet och atomnummer) och på strålningsvåglängden (fotonenergi). Det kan representeras som bestående av tre termer som motsvarar koherent spridning, inkoherent spridning och den fotoelektriska effekten: .

Eftersom den linjära absorptionskoefficienten beror på ämnets densitet är det att föredra att använda massdämpningskoefficienten, som är lika med förhållandet mellan den linjära dämpningskoefficienten och absorbatorns densitet och inte beror på ämnets densitet . Röntgenflödets (intensitet) beroende av tjockleken på det absorberande filtret visas i fig. 7 för H2O, Al och Cu. Beräkningar visar att ett vattenlager 36 mm tjockt, aluminium 15 mm och koppar 1,6 mm minskar röntgenintensiteten med 2 gånger. Denna tjocklek kallas halva lagertjockleken d. Om ett ämne dämpar röntgenstrålningen med hälften, alltså , då , eller , ; ; . Genom att känna till tjockleken på halvlagret kan du alltid bestämma m. Dimension .

4. Användningen av röntgenstrålar i medicin

(fluoroskopi, radiografi, röntgentomografi, fluorografi, strålbehandling).

En av de vanligaste tillämpningarna av röntgenstrålar inom medicin är genomlysning av inre organ för diagnostiska ändamål - röntgendiagnostik.

För diagnostik används fotoner med en energi på 60-120 keV. I detta fall bestäms massabsorptionskoefficienten huvudsakligen av den fotoelektriska effekten. Dess värde är proportionellt mot l 3 (där den stora penetrerande kraften av hård strålning manifesteras) och proportionell mot tredje potensen av antalet atomer av ämnet - absorbator: , där K är proportionalitetskoefficienten.

Människokroppen består av vävnader och organ som har olika absorptionsförmåga i förhållande till röntgenstrålar. Därför, när den belyses med röntgenstrålar, erhålls en ojämn skuggbild på skärmen, vilket ger en bild av platsen för inre organ och vävnader. De tätaste strålningsabsorberande vävnaderna (hjärta, stora kärl, ben) ses som mörka, medan de mindre absorberande vävnaderna (lungorna) ses som ljusa.

I många fall är det möjligt att bedöma deras normala eller patologiska tillstånd. Röntgendiagnostik använder två huvudmetoder: fluoroskopi (transmission) och radiografi (bild). Om organet som studeras och vävnaderna som omger det ungefär lika absorberar röntgenflödet, används speciella kontrastmedel. Så, till exempel, på tröskeln till en röntgenundersökning av magen eller tarmarna, ges en mosig massa av bariumsulfat, i vilket fall man kan se deras skuggbild. Vid fluoroskopi och röntgen är en röntgenbild en sammanfattande bild av hela tjockleken på det föremål som röntgenstrålarna passerar genom. De tydligast definierade är de detaljer som är närmare duken eller filmen, och de avlägsna blir suddiga och suddiga. Om det i något organ finns ett patologiskt förändrat område, till exempel förstörelsen av lungvävnad i ett omfattande fokus på inflammation, kan i vissa fall detta område på röntgenbilden i mängden skuggor "förloras". För att göra det synligt används en speciell metod - tomografi (skiktad inspelning), som låter dig ta bilder av enskilda lager av området som studeras. Denna typ av lager-för-lager tomogram erhålls med hjälp av en speciell apparat som kallas en tomograf, där röntgenröret (RT) och filmen (Fp) regelbundet, gemensamt, i motfas flyttas i förhållande till studieområdet. I det här fallet kommer röntgenstrålar vid vilken position som helst av RT att passera genom samma punkt på objektet (förändrat område), vilket är mitten i förhållande till vilket RT och FP periodiskt rör sig. Skuggbilden av området kommer att fångas på film. Genom att ändra positionen för "svingcentret" är det möjligt att få skiktade bilder av objektet. Med hjälp av en tunn stråle av röntgenstrålar, en speciell skärm (istället för Fp) som består av halvledardetektorer av joniserande strålning, är det möjligt att bearbeta bilden under tomografi med hjälp av en dator. Denna moderna variant av tomografi kallas datortomografi. Tomografi används i stor utsträckning vid studiet av lungor, njurar, gallblåsa, mage, ben, etc.

Bildens ljusstyrka på skärmen och exponeringstiden på filmen beror på intensiteten av röntgenstrålningen. När du använder det för diagnostik kan intensiteten inte vara hög, för att inte orsaka en oönskad biologisk effekt. Därför finns det ett antal tekniska enheter som förbättrar bildens ljusstyrka vid låga röntgenintensiteter. En av dessa enheter är ett bildförstärkarrör.

Ett annat exempel är fluorografi, där en bild erhålls på en känslig film i småformat från en stor röntgenbildskärm. Vid fotografering används en lins med stor bländare, de färdiga bilderna undersöks på en speciell förstoringsglas.

Fluorografi kombinerar en stor förmåga att upptäcka latenta sjukdomar (sjukdomar i bröstet, mag-tarmkanalen, paranasala bihålor, etc.) med en betydande genomströmning, och är därför en mycket effektiv metod för massforskning (in-line).

Eftersom fotografering av en röntgenbild under fluorografi utförs med fotografisk optik, reduceras bilden på fluorogrammet jämfört med röntgen. I detta avseende är upplösningen av fluorogrammet (d.v.s. synligheten av små detaljer) mindre än den för en konventionell röntgenbild, men den är större än med fluoroskopi.

En enhet designades - en tomofluorograf, som gör det möjligt att få fluorogram av kroppsdelar och enskilda organ på ett givet djup - de så kallade skiktade bilderna (sektionerna) - tomofluorograms.

Röntgenstrålning används också för terapeutiska ändamål (röntgenterapi). Den biologiska effekten av strålning är att störa den vitala aktiviteten hos celler, särskilt snabbt utvecklande sådana. I detta avseende används röntgenterapi för att påverka maligna tumörer. Det är möjligt att välja en stråldos tillräcklig för fullständig förstörelse av tumören med relativt liten skada på de omgivande friska vävnaderna, som återställs på grund av efterföljande regenerering.

Verkan av röntgenstrålning på ett ämne bestäms av de primära processerna för interaktion av en röntgenfoton med elektronerna i atomer och molekyler i ämnet.

3. Röntgen datortomografi.

Metoden för datortomografi med röntgen är baserad på rekonstruktion av en bild av en viss sektion (sektion) av patientens kropp genom att registrera ett stort antal röntgenprojektioner av denna sektion, gjorda i olika vinklar (fig. 5). . Information från sensorerna som registrerar dessa projektioner kommer in i datorn, som enligt ett speciellt program, beräknar distribution provdensitet i det undersökta avsnittet och visar det på bildskärmen. Bilden av sektionen av patientens kropp som erhålls på detta sätt kännetecknas av utmärkt tydlighet och högt informationsinnehåll. Programmet låter dig öka bildens kontrast tiotals eller till och med hundratals gånger. Detta utökar metodens diagnostiska möjligheter.

Ris. Fig. 5. Schema för röntgengenomlysning av en sektion av det organ som studeras (punkt 1 och punkt 2 - två på varandra följande positioner av röntgenkällan)

4. Med fluorografi en bild från en stor skärm spelas in på en känslig film i småformat (fig. 6). Under analysen undersöks bilderna på en speciell förstoringsglas.

Denna metod används för massundersökning av befolkningen. I det här fallet är strålbelastningen på patienten mycket mindre än vid konventionell fluoroskopi.

Röntgenterapi- användning av röntgenstrålar för att förstöra maligna tumörer.

Den biologiska effekten av strålning är att störa den vitala aktiviteten hos snabbt förökande tumörceller. I detta fall är energin för R - fotoner 150-200 keV.

Visiografer (apparater med digital röntgenbildbehandling) inom modern tandvård

Inom tandvården är röntgenundersökning den huvudsakliga diagnostiska metoden. Ett antal traditionella organisatoriska och tekniska egenskaper hos röntgendiagnostik gör det dock inte riktigt bekvämt för både patienten och tandläkarmottagningen. Detta är först och främst behovet av att patienten kommer i kontakt med joniserande strålning, vilket ofta skapar en betydande strålbelastning på kroppen, det är också behovet av en fotoprocess, och följaktligen behovet av fotoreagens, bl.a. giftiga. Det här är äntligen ett skrymmande arkiv, tunga mappar och kuvert med röntgenfilmer.

Dessutom gör den nuvarande utvecklingsnivån för tandvård den subjektiva bedömningen av röntgenbilder av det mänskliga ögat otillräcklig. Som det visade sig, av de olika nyanser av grått som finns i röntgenbilden, uppfattar ögat bara 64.

För att få en tydlig och detaljerad bild av de hårda vävnaderna i tandkäkesystemet med minimal strålningsexponering behövs uppenbarligen andra lösningar. Idag har sökandet lett till skapandet av så kallade radiografiska system, videografer - digitala radiografisystem (1987, Trophy company).

Utan tekniska detaljer är principen för driften av sådana system som följer. Röntgenstrålning kommer in genom objektet inte på en fotokänslig film, utan på en speciell intraoral sensor (särskild elektronisk matris). Motsvarande signal från matrisen sänds till en digitaliseringsenhet (analog-till-digital-omvandlare, ADC) som omvandlar den till digital form och ansluts till datorn. Specialprogramvara bygger en röntgenbild på datorskärmen och låter dig bearbeta den, spara den på ett hårt eller flexibelt lagringsmedium (hårddisk, disk), skriva ut den som en bild som en fil.

I ett digitalt system är en röntgenbild en samling punkter, som motsvarar olika gråtoner. Den informationsdisplayoptimering som programmet tillhandahåller gör det möjligt att få en optimal bildruta vad gäller ljusstyrka och kontrast vid en relativt låg stråldos.

I moderna system, skapade till exempel av Trophy (Frankrike) eller Schick (USA), används 4096 nyanser av grått när man bildar en ram, exponeringstiden beror på studieobjektet och är i genomsnitt hundradelar - tiondelar av en andra, en minskning av strålningsexponeringen i förhållande till film - upp till 90 % för intraorala system, upp till 70 % för panoramafotografer.

Vid bearbetning av bilder tillåter videografer:

1. Få positiva och negativa bilder, falska färgbilder, reliefbilder.

2. Öka kontrasten och förstora den del av bilden som är intressant.

3. Utvärdera förändringen i tätheten av dentala vävnader och benstrukturer, kontrollera enhetligheten för att fylla kanalerna.

4. Vid endodonti, bestäm längden på kanalen av en eventuell krökning, och vid kirurgi, välj storleken på implantatet med en noggrannhet på 0,1 mm.

Det unika kariesdetektorsystemet med inslag av artificiell intelligens under analysen av bilden gör att du kan upptäcka karies i fläckstadiet, rotkaries och dold karies.

Lösa problem:

1. Hur många gånger är den maximala energin för ett röntgenbremsstrahlung-kvantum som uppstår vid en rörspänning på 80 kV större än energin hos en foton som motsvarar grönt ljus med en våglängd på 500 nm?

2. Bestäm den minsta våglängden i strålningsspektrumet som härrör från retardation på målet för elektroner som accelereras i betatronen till en energi på 60 MeV.

3. Lagret med halvdämpning av monokromatisk röntgenstrålning i något ämne är 10 mm. Hitta dämpningen av denna strålning i det givna ämnet.

[*] Φ l - förhållandet mellan energi som emitteras i ett smalt våglängdsområde under 1s. till bredden av detta intervall

* "F" i formel (4) hänvisar till hela området av utstrålade våglängder och kallas ofta för "Integral Energy Flux".

Röntgenstrålar är elektromagnetiska vågor med en våglängd på cirka 80 till 10-5 nm. Den längsta våglängds röntgenstrålningen täcks av kortvågig ultraviolett, den korta våglängden - av långvågig γ-strålning. Enligt metoden för excitation är röntgenstrålning uppdelad i bremsstrahlung och karakteristisk.

31.1. ANORDNING AV RÖNTGENRÖR. Bremsstrahlung X-RAY

Den vanligaste källan till röntgenstrålning är röntgenröret, som är en vakuumanordning med två elektroder (fig. 31.1). Uppvärmd katod 1 avger elektroner 4. Anod 2, ofta kallad antikatoden, har en lutande yta för att rikta de resulterande röntgenstrålarna 3 i en vinkel mot rörets axel. Anoden är gjord av ett mycket värmeledande material för att ta bort värmen som genereras av elektroner. Anodytan är gjord av eldfasta material med ett stort atomnummer i det periodiska systemet, såsom volfram. I vissa fall är anoden speciellt kyld med vatten eller olja.

För diagnostiska rör är precisionen hos röntgenkällan viktig, vilket kan uppnås genom att fokusera elektroner på ett ställe av antikatoden. Konstruktivt måste därför två motsatta uppgifter beaktas: å ena sidan måste elektroner falla på ett ställe av anoden, å andra sidan är det önskvärt att fördela elektroner över olika delar för att förhindra överhettning. anoden. Som en av de intressanta tekniska lösningarna är ett röntgenrör med en roterande anod (Fig. 31.2).

Som ett resultat av retardation av en elektron (eller annan laddad partikel) av det elektrostatiska fältet i atomkärnan och atomelektroner av ämnet i antikatoden, en bremsstrahlung strålning.

Dess mekanism kan förklaras enligt följande. En rörlig elektrisk laddning är associerad med ett magnetfält, vars induktion beror på elektronens hastighet. Vid inbromsning, den magnetiska

induktion och, i enlighet med Maxwells teori, uppstår en elektromagnetisk våg.

När elektroner bromsar in går bara en del av energin till att skapa en röntgenfoton, den andra delen går åt till att värma anoden. Eftersom förhållandet mellan dessa delar är slumpmässigt, när ett stort antal elektroner bromsar in, bildas ett kontinuerligt spektrum av röntgenstrålning. Bremsstrahlung kallas i detta avseende också kontinuerlig. På fig. 31.3 visar röntgenflödets beroende av våglängden λ (spektra) vid olika spänningar i röntgenröret: U 1< U 2 < U 3 .

I vart och ett av spektra, den kortaste våglängden bremsstrahlung λ ηίη uppstår när energin som förvärvas av en elektron i ett accelererande fält helt omvandlas till energin hos en foton:

Observera att på basis av (31.2) har en av de mest exakta metoderna för experimentell bestämning av Plancks konstant utvecklats.

Kortvågiga röntgenstrålar har vanligtvis en större penetreringskraft än långvågiga och kallas hård, och långvåg mjuk.

Genom att öka spänningen på röntgenröret ändras strålningens spektrala sammansättning, vilket framgår av fig. 31.3 och formler (31.3), och öka styvheten.

Om katodglödtrådens temperatur ökar, kommer elektronemissionen och strömmen i röret att öka. Detta kommer att öka antalet röntgenfotoner som sänds ut varje sekund. Dess spektrala sammansättning kommer inte att förändras. På fig. 31.4 visar röntgen-bremsstrahlung-spektra vid samma spänning, men vid olika katodglödtrådsströmmar: / n1< / н2 .

Röntgenflödet beräknas med formeln:

var U och jag- spänning och ström i röntgenröret; Z- serienummer för en atom i anodämnet; k- Proportionalitetskoefficient. Spektra erhållna från olika antikatoder samtidigt U och IH visas i fig. 31,5.

31.2. KARAKTERISTISK RÖNTGEN STRÅLNING. ATOMRÖNTGENSPEKTRA

Genom att öka spänningen på röntgenröret kan man märka utseendet på en linje, vilket motsvarar

karakteristiska röntgenstrålar(Fig. 31.6). Det uppstår på grund av det faktum att accelererade elektroner tränger djupt in i atomen och slår ut elektroner från de inre lagren. Elektroner från övre nivåer rör sig till fria platser (Fig. 31.7), som ett resultat emitteras fotoner av karakteristisk strålning. Som framgår av figuren består den karakteristiska röntgenstrålningen av serier K, L, M etc., vars namn tjänade till att beteckna de elektroniska lagren. Eftersom emissionen från K-serien frigör utrymme i de högre skikten, emitteras linjerna i andra serier samtidigt.

Till skillnad från optiska spektra är de karakteristiska röntgenspektra för olika atomer av samma typ. På fig. 31.8 visar spektra för olika element. Likformigheten i dessa spektra beror på att de inre lagren av olika atomer är lika och skiljer sig endast energimässigt, eftersom krafteffekten från kärnan ökar när grundämnets atomnummer ökar. Denna omständighet leder till att de karakteristiska spektra skiftar mot högre frekvenser med ökande kärnladdning. Detta mönster är synligt från fig. 31,8 och känd som Moseleys lag:

var v- spektral linjefrekvens; Z- atomnummer för det emitterande elementet; MEN och PÅ- permanent.

Det finns en annan skillnad mellan optiska och röntgenspektra.

Det karakteristiska röntgenspektrumet för en atom beror inte på den kemiska förening som denna atom ingår i. Till exempel är syreatomens röntgenspektrum detsamma för O, O 2 och H 2 O, medan de optiska spektra för dessa föreningar är signifikant olika. Denna egenskap hos atomens röntgenspektrum var grunden för namnet karakteristisk.

Karakteristisk strålning uppstår alltid när det finns ledigt utrymme i de inre lagren av en atom, oavsett orsaken som orsakade det. Så till exempel följer karakteristisk strålning en av typerna av radioaktivt sönderfall (se 32.1), som består i att kärnan fångar en elektron från det inre lagret.

31.3. INTERAKTION AV RÖNTGEN STRÅLNING MED ÄMNET

Registreringen och användningen av röntgenstrålning, såväl som dess påverkan på biologiska objekt, bestäms av de primära processerna för interaktion mellan en röntgenfoton med elektroner från atomer och molekyler av ett ämne.

Beroende på energiförhållandet hv foton och joniseringsenergi 1 A och det finns tre huvudprocesser.

Koherent (klassisk) spridning

Spridning av långvågig röntgenstrålning sker huvudsakligen utan förändring i våglängd, och kallas sammanhängande. Det inträffar om fotonenergin är mindre än joniseringsenergin: hv< A och.

Eftersom energin hos röntgenfotonen och atomen i detta fall inte förändras, orsakar inte koherent spridning i sig en biologisk effekt. När man skapar skydd mot röntgenstrålning bör man dock ta hänsyn till möjligheten att ändra primärstrålens riktning. Denna typ av interaktion är viktig för röntgendiffraktionsanalys (se 24.7).

Osammanhängande spridning (Compton-effekt)

År 1922 A.Kh. Compton, som observerade spridningen av hårda röntgenstrålar, upptäckte en minskning av den spridda strålens penetreringskraft jämfört med den infallande strålen. Detta innebar att våglängden på de spridda röntgenstrålarna var större än den för de infallande röntgenstrålarna. Spridningen av röntgenstrålar med en förändring i våglängd kallas osammanhängande nym, och själva fenomenet - Compton-effekten. Det uppstår om energin hos röntgenfotonen är större än joniseringsenergin: hv > A och.

Detta fenomen beror på det faktum att när den interagerar med en atom, energin hv foton används för produktion av en ny spridd röntgenfoton med energi hv", att lossa en elektron från en atom (joniseringsenergi A u) och ge elektronen kinetisk energi E till:

hv \u003d hv " + A och + E k.(31.6)

1 Här förstås joniseringsenergi som den energi som krävs för att avlägsna inre elektroner från en atom eller molekyl.

Sedan i många fall hv>> A och och Compton-effekten inträffar på fria elektroner, då kan vi skriva ungefär:

hv = hv"+ E K .(31.7)

Det är signifikant att i detta fenomen (fig. 31.9), tillsammans med sekundär röntgenstrålning (energi) hv" foton) uppstår rekylelektroner (kinetisk energi E till elektron). Atomer eller molekyler blir då joner.

fotoelektrisk effekt

I den fotoelektriska effekten absorberas röntgenstrålning av en atom, vilket resulterar i att en elektron flyger ut och atomen joniseras (fotojonisering).

De tre huvudsakliga interaktionsprocesserna som diskuterats ovan är primära, de leder till efterföljande sekundära, tertiära, etc. fenomen. Till exempel kan joniserade atomer avge ett karakteristiskt spektrum, exciterade atomer kan bli källor för synligt ljus (röntgenluminescens) etc.

På fig. 31.10 är ett diagram över de möjliga processer som uppstår när röntgenstrålning kommer in i ett ämne. Flera tiotals processer liknande den som visas kan inträffa innan energin hos röntgenfotonen omvandlas till energin för molekylär termisk rörelse. Som ett resultat kommer det att ske förändringar i ämnets molekylära sammansättning.

De processer som representeras av diagrammet i fig. 31.10, ligger bakom de fenomen som observerats under inverkan av röntgenstrålar på materia. Låt oss lista några av dem.

Röntgenluminescens- glöden från ett antal ämnen under röntgenbestrålning. En sådan glöd av platina-cyanogenbarium gjorde att Roentgen kunde upptäcka strålarna. Detta fenomen används för att skapa speciella lysande skärmar för visuell observation av röntgenstrålar, ibland för att förstärka verkan av röntgenstrålar på en fotografisk platta.

Den kemiska verkan av röntgenstrålning är känd, till exempel bildandet av väteperoxid i vatten. Ett praktiskt viktigt exempel är effekten på en fotografisk platta, som gör det möjligt att upptäcka sådana strålar.

Den joniserande effekten manifesteras i en ökning av elektrisk ledningsförmåga under påverkan av röntgenstrålar. Denna egenskap används

i dosimetri för att kvantifiera effekten av denna typ av strålning.

Som ett resultat av många processer försvagas den primära röntgenstrålen i enlighet med lagen (29.3). Låt oss skriva det i formen:

I = I0 e-/", (31.8)

var μ - linjär dämpningskoefficient. Den kan representeras som bestående av tre termer som motsvarar koherent spridning μ κ , inkoherent μ ΗΚ och fotoeffekt μ f:

μ = μ k + μ hk + μ f. (31,9)

Intensiteten av röntgenstrålning dämpas i proportion till antalet atomer i ämnet genom vilket detta flöde passerar. Om vi ​​komprimerar materia längs axeln x, till exempel i b gånger genom att öka b gånger dess densitet alltså

31.4. FYSISK GRUND FÖR TILLÄMPNING AV RÖNTGEN STRÅLNING I MEDICIN

En av de viktigaste medicinska tillämpningarna av röntgenstrålning är genomlysning av inre organ för diagnostiska ändamål. (röntgendiagnostik).

För diagnostik används fotoner med en energi på ca 60-120 keV. Vid denna energi bestäms massutsläckningskoefficienten huvudsakligen av den fotoelektriska effekten. Dess värde är omvänt proportionellt mot fotonenergins tredje potens (proportionell mot λ 3), vilket visar en stor penetrerande kraft av hård strålning, och proportionell mot tredje potensen av det absorberande ämnets atomnummer:

En betydande skillnad i absorptionen av röntgenstrålning av olika vävnader gör att du kan se bilder av människokroppens inre organ i en skuggprojektion.

Röntgendiagnostik används i två versioner: genomlysning bilden ses på en självlysande röntgenskärm, röntgen - bilden är fixerad på filmen.

Om organet som studeras och de omgivande vävnaderna dämpar röntgenstrålning ungefär lika mycket, används speciella kontrastmedel. Så, till exempel, fylla magen och tarmarna med en mosig massa av bariumsulfat, kan man se deras skuggbild.

Bildens ljusstyrka på skärmen och exponeringstiden på filmen beror på röntgenstrålningens intensitet. Om det används för diagnos kan intensiteten inte vara hög, för att inte orsaka oönskade biologiska konsekvenser. Därför finns det ett antal tekniska apparater som förbättrar bilden vid låga röntgenintensiteter. Ett exempel på en sådan anordning är förstärkarrör (se 27.8). I en massundersökning av befolkningen används en variant av radiografi i stor utsträckning - fluorografi, där en bild från en stor röntgenluminiscerande skärm spelas in på en känslig film i småformat. Vid fotografering används en lins med stor bländare, de färdiga bilderna undersöks på en speciell förstoringsglas.

Ett intressant och lovande alternativ för röntgen är en metod som kallas röntgentomografi, och dess "maskinversion" - Datortomografi.

Låt oss överväga denna fråga.

En vanlig röntgenbild täcker ett stort område av kroppen, med olika organ och vävnader som skuggar varandra. Du kan undvika detta om du med jämna mellanrum flyttar ihop röntgenröret (bild 31.11) i motfas RT och film Fp i förhållande till föremålet Handla om forskning. Kroppen innehåller ett antal inneslutningar som är ogenomskinliga för röntgenstrålar, de visas med cirklar i figuren. Som du kan se, röntgenstrålar vid vilken position som helst av röntgenröret (1, 2 etc.) passera

skära samma punkt på föremålet, som är centrum, i förhållande till vilken den periodiska rörelsen utförs RT och Fp. Denna punkt, närmare bestämt en liten ogenomskinlig inneslutning, visas av en mörk cirkel. Hans skuggbild rör sig med fp, ockuperar successivt position 1, 2 etc. De återstående inneslutningarna i kroppen (ben, tätningar, etc.) skapar på Fp någon allmän bakgrund, eftersom röntgenstrålar inte permanent döljs av dem. Genom att ändra läget för swingcentret är det möjligt att få en lager-för-lager röntgenbild av kroppen. Därav namnet - tomografi(skiktad inspelning).

Det är möjligt att med en tunn röntgenstråle screena (istället för Fp), bestående av halvledardetektorer av joniserande strålning (se 32.5), och en dator, för att bearbeta skuggröntgenbilden i tomografi. Denna moderna version av tomografi (dator- eller datorröntgentomografi) låter dig få skiktade bilder av kroppen på skärmen av ett katodstrålerör eller på papper med detaljer på mindre än 2 mm med en skillnad i röntgenabsorption på upp till 0,1 %. Detta gör att man till exempel kan skilja mellan den grå och vita substansen i hjärnan och att se mycket små tumörformationer.

FEDERAL BYRÅ FÖR UTBILDNING AV RYSKA FEDERATIONEN

STATLIG UTBILDNINGSINSTITUT

HÖGRE YRKESUTBILDNING

MOSKVA STATINSTITUTET FÖR STÅL OCH LEGERINGAR

(TEKNISKA UNIVERSITET)

NOVOTROITSKY GREEN

Institutionen för OEND

KURSARBETE

Disciplin: Fysik

Ämne: RÖNTGEN

Elev: Nedorezova N.A.

Grupp: EiU-2004-25, nr. З.К.: 04Н036

Kontrolleras av: Ozhegova S.M.

Introduktion

Kapitel 1

1.1 Biografi om Röntgen Wilhelm Conrad

1.2 Upptäckt av röntgenstrålar

kapitel 2

2.1 Röntgenkällor

2.2 Röntgenstrålningens egenskaper

2.3 Registrering av röntgenstrålar

2.4 Användning av röntgenstrålar

Kapitel 3

3.1 Analys av brister i kristallstrukturen

3.2 Spektrumanalys

Slutsats

Lista över använda källor

Ansökningar

Introduktion

En sällsynt person har inte gått igenom ett röntgenrum. Bilder tagna på röntgen är bekanta för alla. 1995 var denna upptäckt 100 år gammal. Det är svårt att föreställa sig vilket stort intresse det väckte för ett sekel sedan. I händerna på en man visade sig vara en apparat med vilken det var möjligt att se det osynliga.

Denna osynliga strålning, kapabel att tränga in, om än i varierande grad, i alla ämnen, vilket är elektromagnetisk strålning med en våglängd på cirka 10 -8 cm, kallades för röntgenstrålning, för att hedra Wilhelm Roentgen, som upptäckte den.

Liksom synligt ljus orsakar röntgenstrålar svärtning av fotografisk film. Denna egenskap är av stor betydelse för medicin, industri och vetenskaplig forskning. Genom att passera genom föremålet som studeras och sedan falla på filmen, visar röntgenstrålning dess inre struktur på den. Eftersom genomträngningsförmågan hos röntgenstrålning är olika för olika material, ger delar av föremålet som är mindre genomskinliga för det ljusare områden på fotografiet än de som strålningen tränger igenom bra. Således är benvävnader mindre genomskinliga för röntgenstrålar än de vävnader som utgör huden och de inre organen. Därför kommer benen på röntgen att indikeras som ljusare områden och frakturstället, som är mindre genomskinligt för strålning, kan ganska lätt upptäckas. Röntgenbild används även inom tandvården för att upptäcka karies och bölder i tändernas rötter, samt inom industrin för att upptäcka sprickor i gjutgods, plast och gummi, inom kemi för att analysera föreningar och inom fysik för att studera kristallstrukturen. .

Roentgens upptäckt följdes av experiment av andra forskare som upptäckte många nya egenskaper och möjligheter att använda denna strålning. Ett stort bidrag gjordes av M. Laue, W. Friedrich och P. Knipping, som 1912 demonstrerade diffraktionen av röntgenstrålar när de passerar genom en kristall; W. Coolidge, som 1913 uppfann ett högvakuumröntgenrör med en uppvärmd katod; G. Moseley, som 1913 fastställde förhållandet mellan strålningens våglängd och ett elements atomnummer; G. och L. Braggi, som fick Nobelpriset 1915 för att utveckla grunderna för röntgendiffraktionsanalys.

Syftet med detta kursarbete är att studera fenomenet röntgenstrålning, upptäcktshistoria, egenskaper och identifiera omfattningen av dess tillämpning.

Kapitel 1

1.1 Biografi om Röntgen Wilhelm Conrad

Wilhelm Conrad Roentgen föddes den 17 mars 1845 i gränsområdet mellan Tyskland och Holland, i staden Lenepe. Han fick sin tekniska utbildning i Zürich vid samma Högre Tekniska Skola (Yrkeshögskola) där Einstein senare studerade. Passionen för fysik tvingade honom efter att ha lämnat skolan 1866 att fortsätta fysisk utbildning.

1868 disputerade han för filosofie doktorsexamen, han arbetade som assistent vid Fysiska institutionen, först i Zürich, sedan i Giessen och sedan i Strasbourg (1874-1879) hos Kundt. Här gick Roentgen en bra experimentskola och blev en förstklassig experimenterare. Roentgen utförde en del av den viktiga forskningen tillsammans med sin student, en av grundarna av den sovjetiska fysiken, A.F. Ioffe.

Vetenskaplig forskning relaterar till elektromagnetism, kristallfysik, optik, molekylär fysik.

1895 upptäckte han strålning med en våglängd som var kortare än våglängden för ultravioletta strålar (röntgenstrålar), som senare kallades för röntgenstrålar, och undersökte deras egenskaper: förmågan att reflektera, absorbera, jonisera luft osv. Han föreslog den korrekta designen av röret för att erhålla röntgenstrålar - en lutande platina-antikatod och en konkav katod: han var den första som tog fotografier med röntgenstrålar. Han upptäckte 1885 magnetfältet hos ett dielektrikum som rörde sig i ett elektriskt fält (den så kallade "röntgenströmmen"). Hans erfarenhet visade tydligt att magnetfältet skapas av rörliga laddningar, och var viktigt för skapandet av X. Lorentz's elektronisk teori. Ett betydande antal av Roentgens verk ägnas åt studier av egenskaper hos vätskor, gaser, kristaller, elektromagnetiska fenomen, upptäckte sambandet mellan elektriska och optiska fenomen i kristaller.För upptäckten av strålarna som bär hans namn, Roentgen 1901 var den första bland fysiker som tilldelades Nobelpriset.

Från 1900 till de sista dagarna av sitt liv (han dog den 10 februari 1923) arbetade han vid universitetet i München.

1.2 Upptäckt av röntgenstrålar

Slutet av 1800-talet präglades av ett ökat intresse för fenomenet elektricitets passage genom gaser. Även Faraday studerade på allvar dessa fenomen, beskrev olika former av urladdning, upptäckte ett mörkt utrymme i en lysande kolumn av förtärnad gas. Faradays mörka utrymme skiljer det blåaktiga katodglödet från det rosaaktiga anodglödet.

En ytterligare ökning av sällsyntheten av gasen förändrar avsevärt glödens natur. Matematikern Plücker (1801-1868) upptäckte 1859, vid tillräckligt stark sällsynthet, en svagt blåaktig stråle av strålar som emanerade från katoden, som nådde anoden och fick glaset i röret att glöda. Plückers elev Gittorf (1824-1914) 1869 fortsatte sin lärares forskning och visade att en distinkt skugga uppträder på den fluorescerande ytan av röret om en fast kropp placeras mellan katoden och denna yta.

Goldstein (1850-1931), som studerade strålarnas egenskaper, kallade dem katodstrålar (1876). Tre år senare bevisade William Crookes (1832-1919) katodstrålars materiella natur och kallade dem "strålande materia" - ett ämne i ett speciellt fjärde tillstånd. Hans bevis var övertygande och tydligt. Experiment med "Crookes-röret" demonstrerades senare i alla fysiska klassrum . Avböjningen av katodstrålen av ett magnetfält i ett Crookes-rör har blivit en klassisk skoldemonstration.

Experiment på den elektriska avböjningen av katodstrålar var dock inte så övertygande. Hertz upptäckte inte en sådan avvikelse och kom fram till att katodstrålen är en oscillerande process i etern. Hertz elev F. Lenard, som experimenterade med katodstrålar, visade 1893 att de passerar genom ett fönster täckt med aluminiumfolie och orsakar en glöd i utrymmet bakom fönstret. Hertz ägnade sin sista artikel, publicerad 1892, åt fenomenet katodstrålars passage genom tunna metallkroppar. Den började med orden:

"Katodstrålar skiljer sig från ljus på ett betydande sätt när det gäller deras förmåga att penetrera fasta ämnen." När han beskriver resultaten av experiment på katodstrålars passage genom blad av guld, silver, platina, aluminium, etc., noterar Hertz att han inte gjorde det. observera några speciella skillnader i fenomenen. Strålarna passerar inte genom löven i en rät linje, utan sprids genom diffraktion. Katodstrålarnas natur var fortfarande oklar.

Det var med sådana rör av Crookes, Lenard och andra som Würzburg-professorn Wilhelm Konrad Roentgen experimenterade i slutet av 1895. En gång, efter experimentets slut, stängde han röret med ett svart kartonglock, släckte ljuset, men inte stängde av induktorn som matade röret, märkte han ett sken på skärmen från bariumcyanogen som låg nära röret. Slås av denna omständighet började Roentgen experimentera med skärmen. I sin första rapport "Om en ny sorts strålar", daterad den 28 december 1895, skrev han om dessa första experiment: "Ett papper belagt med bariumplatina-cyanid, när man närmar sig ett rör, stängt med ett tunt svart kartongskydd som passar tillräckligt tätt till den, med varje urladdning blinkar den med ett starkt ljus: det börjar fluorescera. Fluorescens är synlig med tillräcklig mörkning och beror inte på om vi tar med papperet med sidan belagd med bariumsynerogen eller inte belagd med bariumsynerogen. Fluorescensen märks även på två meters avstånd från röret.”

Noggrann undersökning visade Roentgen "att svart kartong, varken genomskinlig för solens synliga och ultravioletta strålar eller för strålarna från en elektrisk ljusbåge, är genomträngd av någon form av fluorescerande medel." Roentgen undersökte den penetrerande kraften hos detta "medel" , som han kallade för korthet "röntgenstrålar", för olika ämnen.Han fann att strålarna fritt passerar genom papper, trä, ebonit, tunna lager av metall, men är starkt fördröjda av bly.

Han beskriver sedan den sensationella upplevelsen:

"Om du håller handen mellan urladdningsröret och skärmen kan du se de mörka skuggorna av benen i de svaga konturerna av själva handens skugga." Detta var den första röntgenundersökningen av människokroppen.

Dessa bilder gjorde ett enormt intryck; upptäckten var ännu inte avslutad och röntgendiagnostiken hade redan börjat sin resa. "Mitt laboratorium översvämmades av läkare som tog in patienter som misstänkte att de hade nålar i olika delar av kroppen", skrev den engelske fysikern Schuster.

Redan efter de första experimenten slog Roentgen fast att röntgenstrålar skiljer sig från katodstrålar, de bär ingen laddning och avböjes inte av ett magnetfält, men de exciteras av katodstrålar. "Röntgenstrålar är inte identiska med katodstrålar. strålar, men de upphetsas av dem i urladdningsrörets glasväggar”, skrev Roentgen.

Han konstaterade också att de är exalterade inte bara i glas, utan också i metaller.

Genom att nämna Hertz-Lenards hypotes att katodstrålar "är ett fenomen som förekommer i etern", påpekar Roentgen att "vi kan säga något liknande om våra strålar." Han misslyckades dock med att upptäcka strålarnas vågegenskaper, de "uppför sig annorlunda än hittills kända ultravioletta, synliga, infraröda strålar." I sina kemiska och självlysande handlingar liknar de, enligt Roentgen, ultravioletta strålar. I den första meddelande, uttryckte han antagandet som lämnades senare att de kan vara longitudinella vågor i etern.

Roentgens upptäckt väckte stort intresse i den vetenskapliga världen. Hans experiment upprepades i nästan alla laboratorier i världen. I Moskva upprepades de av P.N. Lebedev. I S:t Petersburg, uppfinnaren av radio A.S. Popov experimenterade med röntgenstrålar, visade dem vid offentliga föreläsningar och fick olika röntgenstrålar. I Cambridge D.D. Thomson tillämpade omedelbart den joniserande effekten av röntgenstrålar för att studera elektricitets passage genom gaser. Hans forskning ledde till upptäckten av elektronen.

kapitel 2

Röntgenstrålning - elektromagnetisk joniserande strålning, som upptar spektralområdet mellan gamma- och ultraviolett strålning inom våglängder från 10 -4 till 10 3 (från 10 -12 till 10 -5 cm).R. l. med våglängd λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - mjuk.

2.1 Röntgenkällor

Den vanligaste källan till röntgenstrålar är röntgenröret. - elektrovakuumanordning fungerar som röntgenkälla. Sådan strålning uppstår när elektronerna som emitteras av katoden bromsar in och träffar anoden (antikatoden); i detta fall omvandlas energin hos elektroner som accelereras av ett starkt elektriskt fält i utrymmet mellan anoden och katoden delvis till röntgenenergi. Röntgenrörstrålning är en överlagring av röntgenstrålning på anodmaterialets karakteristiska strålning. Röntgenrör särskiljs: enligt metoden för att erhålla ett elektronflöde - med en termionisk (uppvärmd) katod, fältemission (spetsad) katod, en katod bombarderad med positiva joner och med en radioaktiv (β) elektronkälla; enligt metoden för dammsugning - förseglad, hopfällbar; enligt strålningstiden - kontinuerlig verkan, pulsad; beroende på typen av anodkylning - med vatten, olja, luft, strålningskylning; enligt storleken på fokus (strålningsområde på anoden) - makrofokus, skarpt fokus och mikrofokus; enligt dess form - ring, rund, härskad; enligt metoden för att fokusera elektroner på anoden - med elektrostatisk, magnetisk, elektromagnetisk fokusering.

Röntgenrör används vid röntgenstrukturanalys (Bilaga 1), Röntgenspektralanalys, feldetektering (Bilaga 1), Röntgendiagnostik (Bilaga 1), strålbehandling röntgenmikroskopi och mikroradiografi. Förseglade röntgenrör med en termionisk katod, en vattenkyld anod och ett elektrostatiskt elektronfokuseringssystem används mest inom alla områden (bilaga 2). Den termioniska katoden hos röntgenrör är vanligtvis en spiral eller rak filament av volframtråd som värms upp av en elektrisk ström. Anodens arbetssektion - en metallspegelyta - är placerad vinkelrätt eller i någon vinkel mot elektronflödet. För att erhålla ett kontinuerligt spektrum av röntgenstrålning med hög energi och intensitet används anoder från Au, W; Röntgenrör med Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag anoder används i strukturanalys.

Huvudegenskaperna hos röntgenrör är den maximalt tillåtna accelerationsspänningen (1-500 kV), elektronisk ström (0,01 mA - 1A), specifik effekt som avges av anoden (10-10 4 W / mm 2), total strömförbrukning (0,002 W - 60 kW) och fokusstorlekar (1 µm - 10 mm). Röntgenrörets effektivitet är 0,1-3%.

Vissa radioaktiva isotoper kan också fungera som källor till röntgenstrålar. : några av dem sänder direkt ut röntgenstrålar, andras kärnstrålning (elektroner eller λ-partiklar) bombarderar ett metallmål, som sänder ut röntgenstrålar. Röntgenintensiteten hos isotopkällor är flera storleksordningar mindre än strålningsintensiteten för ett röntgenrör, men dimensionerna, vikten och kostnaden för isotopkällorna är ojämförligt mindre än de med ett röntgenrör.

Synkrotroner och elektronlagringsringar med energier på flera GeV kan fungera som källor för mjuka röntgenstrålar med λ i storleksordningen tiotals och hundratals. I intensitet överstiger röntgenstrålningen från synkrotroner strålningen från ett röntgenrör i det specificerade området av spektrumet med 2-3 storleksordningar.

Naturliga källor till röntgenstrålar - solen och andra rymdobjekt.

2.2 Röntgenstrålningens egenskaper

Beroende på ursprungsmekanismen för röntgenstrålar kan deras spektra vara kontinuerliga (bremsstrahlung) eller linje (karakteristisk). Ett kontinuerligt röntgenspektrum emitteras av snabbt laddade partiklar som ett resultat av deras retardation när de interagerar med målatomer; detta spektrum når en betydande intensitet endast när målet bombarderas med elektroner. Intensiteten hos bremsstrahlung röntgenstrålar är fördelad över alla frekvenser upp till högfrekvensgränsen 0 , vid vilken fotonenergin h 0 (h är Plancks konstant ) är lika med energin eV för de bombarderande elektronerna (e är elektronladdningen, V är potentialskillnaden för det accelererande fält som passerar av dem). Denna frekvens motsvarar den korta våglängdskanten av spektrumet 0 = hc/eV (c är ljusets hastighet).

Linjestrålning uppstår efter jonisering av en atom med utstötning av en elektron från ett av dess inre skal. Sådan jonisering kan vara resultatet av en atom som kolliderar med en snabb partikel, såsom en elektron (primära röntgenstrålar), eller absorptionen av en foton av en atom (fluorescerande röntgenstrålar). Den joniserade atomen befinner sig i det initiala kvanttillståndet vid en av de höga energinivåerna och övergår efter 10 -16 -10 -15 sekunder till sluttillståndet med lägre energi. I det här fallet kan en atom avge ett överskott av energi i form av en foton med en viss frekvens. Frekvenserna för linjerna i spektrumet av sådan strålning är karakteristiska för atomerna i varje element, därför kallas linjeröntgenspektrumet karakteristiskt. Beroendet av linjefrekvensen för detta spektrum av atomnumret Z bestäms av Moseleylagen.

Moseleys lag, lagen om frekvensen av spektrallinjerna för den karakteristiska röntgenstrålningen av ett kemiskt element med dess serienummer. G. Moseley experimentellt installerad år 1913. Enligt Moseleys lag är kvadratroten av frekvensen  av spektrallinjen för den karakteristiska strålningen av ett element en linjär funktion av dess serienummer Z:

där R är Rydbergskonstanten , S n - screeningskonstant, n - huvudkvanttal. På Moseley-diagrammet (bilaga 3) är beroendet av Z en serie räta linjer (K-, L-, M-, etc. serier som motsvarar värdena n = 1, 2, 3,.).

Moseleys lag var ett obestridligt bevis på den korrekta placeringen av element i det periodiska systemet för grundämnen DI. Mendeleev och bidrog till att klargöra den fysiska betydelsen av Z.

I enlighet med Moseleys lag uppvisar röntgenkarakteristiska spektra inte de periodiska mönstren som är inneboende i optiska spektra. Detta indikerar att de inre elektronskalen av atomer av alla element som förekommer i de karakteristiska röntgenspektra har en liknande struktur.

Senare experiment avslöjade vissa avvikelser från det linjära beroendet för övergångsgrupperna av element, associerade med en förändring i ordningen för fyllning av de yttre elektronskalen, såväl som för tunga atomer, som uppträdde som ett resultat av relativistiska effekter (villkorligt förklarat av faktum att hastigheterna för de inre är jämförbara med ljusets hastighet).

Beroende på ett antal faktorer - på antalet nukleoner i kärnan (isotonisk förskjutning), tillståndet för de yttre elektronskalen (kemisk förskjutning) etc. - kan spektrallinjernas position på Moseley-diagrammet ändras något. Studiet av dessa förskjutningar gör att man kan få detaljerad information om atomen.

Bremsstrahlung röntgenstrålar som sänds ut av mycket tunna mål är helt polariserade nära 0; när 0 minskar, minskar graden av polarisering. Karakteristisk strålning är som regel inte polariserad.

När röntgenstrålar interagerar med materia kan den fotoelektriska effekten uppstå. , som åtföljer dess absorption av röntgenstrålar och deras spridning, observeras den fotoelektriska effekten när en atom, som absorberar en röntgenfoton, stöter ut en av sina inre elektroner, varefter den antingen kan göra en strålningsövergång och sända ut en foton med karakteristiska egenskaper. strålning, eller stöta ut en andra elektron under en icke-strålningsövergång (Auger-elektron). Under verkan av röntgenstrålar på icke-metalliska kristaller (till exempel på bergsalt) uppträder joner med en extra positiv laddning i vissa noder i atomgittret, och överskott av elektroner visas nära dem. Sådana störningar i strukturen av kristaller, som kallas röntgenexcitoner , är färgcentra och försvinner endast med en signifikant ökning av temperaturen.

När röntgenstrålar passerar genom ett skikt av ämne med tjockleken x, minskar deras initiala intensitet I 0 till värdet I = I 0 e - μ x där μ är dämpningskoefficienten. Dämpningen av I sker på grund av två processer: absorptionen av röntgenfotoner av materia och förändringen i deras riktning vid spridning. I det långvågiga området av spektrumet dominerar absorptionen av röntgenstrålar, i det kortvågiga området, deras spridning. Absorptionsgraden ökar snabbt med ökande Z och λ. Till exempel tränger hårda röntgenstrålar fritt genom ett luftlager ~ 10 cm; en 3 cm tjock aluminiumplatta dämpar röntgenstrålar med λ = 0,027 med hälften; mjuka röntgenstrålar absorberas avsevärt i luft och deras användning och studier är endast möjlig i ett vakuum eller i en svagt absorberande gas (till exempel He). När röntgenstrålar absorberas joniseras ett ämnes atomer.

Effekten av röntgenstrålar på levande organismer kan vara fördelaktig eller skadlig, beroende på vilken jonisering de orsakar i vävnaderna. Eftersom absorptionen av röntgenstrålar beror på λ, kan deras intensitet inte tjäna som ett mått på den biologiska effekten av röntgenstrålar. Röntgenmätningar används för att mäta effekten av röntgenstrålar på materia. , är måttenheten röntgen

Spridning av röntgenstrålar i området för stora Z och λ sker huvudsakligen utan förändring av λ och kallas koherent spridning, medan det i området för små Z och λ i regel ökar (okoherent spridning). Det finns 2 typer av osammanhängande röntgenspridning - Compton och Raman. Vid Compton-spridning, som har karaktären av oelastisk korpuskulär spridning, flyger en rekylelektron ut ur atomskalet på grund av den energi som delvis förloras av röntgenfotonen. I detta fall minskar fotonens energi och dess riktning ändras; förändringen i λ beror på spridningsvinkeln. Under Raman-spridning av en högenergiröntgenfoton av en lätt atom, spenderas en liten del av dess energi på jonisering av atomen och riktningen för fotonens rörelse ändras. Förändringen av sådana fotoner beror inte på spridningsvinkeln.

Brytningsindex n för röntgenstrålar skiljer sig från 1 med en mycket liten mängd δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 . Fashastigheten för röntgenstrålar i ett medium är större än ljusets hastighet i vakuum. Röntgenstrålningens avvikelse under övergången från ett medium till ett annat är mycket liten (några bågminuter). När röntgenstrålar faller från ett vakuum på ytan av en kropp i en mycket liten vinkel, uppstår deras totala yttre reflektion.

2.3 Registrering av röntgenstrålar

Det mänskliga ögat är inte känsligt för röntgenstrålar. Röntgen

strålar registreras med hjälp av en speciell röntgenfilm som innehåller en ökad mängd Ag, Br. I regionen λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5 är känsligheten hos vanlig positiv film ganska hög, och dess korn är mycket mindre än kornen av röntgenfilm, vilket ökar upplösningen. Vid λ i storleksordningen tiotals och hundratal verkar röntgenstrålar endast på det tunnaste ytskiktet av den fotografiska emulsionen; för att öka filmens känslighet sensibiliseras den med självlysande oljor. Vid röntgendiagnostik och feldetektering används ibland elektrofotografering för att registrera röntgenstrålar. (elektroradiografi).

Röntgenstrålar med hög intensitet kan registreras med hjälp av en joniseringskammare (Bilaga 4), Röntgenstrålar med medelhög och låg intensitet vid λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком med NaI (Tl) kristall (bilaga 5), ​​vid 0,5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (Bilaga 6) och lödd proportionell räknare (Bilaga 7), vid 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (Bilaga 8). I området med mycket stor λ (från tiotals till 1000) kan sekundära elektronmultiplikatorer av öppen typ med olika fotokatoder vid ingången användas för att registrera röntgenstrålar.

2.4 Användning av röntgenstrålar

Röntgenstrålar används mest inom medicin för röntgendiagnostik. och strålbehandling . Detektion av röntgenfel är viktigt för många teknikgrenar. t.ex. för att upptäcka inre defekter i gjutgods (skal, slagginslutningar), sprickor i skenor, defekter i svetsar.

Röntgenstrukturanalys låter dig fastställa det rumsliga arrangemanget av atomer i kristallgittret av mineraler och föreningar, i oorganiska och organiska molekyler. På grundval av många atomära strukturer som redan har dechiffrerats kan det omvända problemet också lösas: enligt röntgenmönstret polykristallint ämne, till exempel legerat stål, legering, malm, månjord, kan den kristallina sammansättningen av detta ämne fastställas, d.v.s. fasanalys utfördes. Talrika tillämpningar av R. l. radiografi av material används för att studera fasta ämnens egenskaper .

Röntgenmikroskopi gör det till exempel möjligt att få en bild av en cell, en mikroorganism, för att se deras inre struktur. Röntgenspektroskopi med hjälp av röntgenspektra studerar han fördelningen av tätheten av elektroniska tillstånd över energier i olika ämnen, undersöker den kemiska bindningens natur och hittar den effektiva laddningen av joner i fasta ämnen och molekyler. Spektral röntgenanalys genom positionen och intensiteten av linjerna i det karakteristiska spektrumet kan du bestämma den kvalitativa och kvantitativa sammansättningen av ämnet och används för uttrycklig oförstörande testning av sammansättningen av material vid metallurgiska och cementfabriker, bearbetningsanläggningar. Vid automatisering av dessa företag används röntgenspektrometrar och kvantometrar som sensorer för sammansättningen av ett ämne.

Röntgenstrålar som kommer från rymden bär information om den kemiska sammansättningen av kosmiska kroppar och om de fysiska processer som äger rum i rymden. Röntgenastronomi handlar om studier av kosmisk röntgenstrålning . Kraftfulla röntgenstrålar används inom strålningskemin för att stimulera vissa reaktioner, polymerisation av material och sprickbildning av organiska ämnen. Röntgenstrålar används också för att upptäcka gamla målningar gömda under ett lager av sen målning, inom livsmedelsindustrin för att upptäcka främmande föremål som av misstag kommit in i livsmedel, inom kriminalteknik, arkeologi, etc.

Kapitel 3

En av huvuduppgifterna för röntgendiffraktionsanalys är bestämning av den verkliga eller fassammansättningen av ett material. Röntgendiffraktionsmetoden är direkt och kännetecknas av hög tillförlitlighet, snabbhet och relativ billighet. Metoden kräver inte en stor mängd substans, analysen kan utföras utan att förstöra delen. Tillämpningsområdena för kvalitativ fasanalys är mycket olika både för vetenskaplig forskning och för kontroll i produktionen. Du kan kontrollera sammansättningen av råvarorna för metallurgisk produktion, syntesprodukter, bearbetning, resultatet av fasförändringar under termisk och kemisk-termisk behandling, analysera olika beläggningar, tunna filmer, etc.

Varje fas, som har sin egen kristallstruktur, kännetecknas av en viss uppsättning diskreta värden av interplanära avstånd d/n från maximum och under, som endast är inneboende i denna fas. Som följer av Wulf-Braggs ekvation motsvarar varje värde på det interplanära avståndet en linje på röntgenmönstret från ett polykristallint prov vid en viss vinkel θ (vid ett givet värde på våglängden λ). Således kommer ett visst system av linjer (diffraktionsmaxima) att motsvara en viss uppsättning interplanära avstånd för varje fas i röntgendiffraktionsmönstret. Den relativa intensiteten av dessa linjer i röntgenmönstret beror i första hand på fasens struktur. Därför, genom att bestämma platsen för linjerna på röntgenbilden (dess vinkel θ) och känna till våglängden för strålningen vid vilken röntgenbilden togs, är det möjligt att bestämma värdena för de interplanära avstånden d/n med hjälp av Wulf -Bragg formel:

/n = X/ (2sin 6). (ett)

Efter att ha fastställt mängden d/n för materialet som studeras och jämfört den med tidigare kända d/n-data för rena ämnen, deras olika föreningar, är det möjligt att fastställa vilken fas det givna materialet omfattar. Det bör betonas att det är faserna som bestäms, och inte den kemiska sammansättningen, men den senare kan ibland utläsas om det finns ytterligare data om grundämnessammansättningen i en viss fas. Uppgiften med kvalitativ fasanalys underlättas avsevärt om den kemiska sammansättningen av materialet som studeras är känd, eftersom det då är möjligt att göra preliminära antaganden om möjliga faser i detta fall.

Nyckeln till fasanalys är att noggrant mäta d/n och linjeintensitet. Även om detta i princip är lättare att uppnå med en diffraktometer, har fotometoden för kvalitativ analys vissa fördelar, främst när det gäller känslighet (förmågan att detektera närvaron av en liten mängd fas i provet), samt enkelheten av den experimentella tekniken.

Beräkningen av d/n från röntgenmönstret utförs med hjälp av Wulf-Bragg-ekvationen.

Som värdet på λ i denna ekvation används vanligtvis λ α cf K-serien:

λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)

Ibland används K α1-linjen. Genom att bestämma diffraktionsvinklarna θ för alla röntgenlinjer kan du beräkna d / n enligt ekvation (1) och separera β-linjerna (om det inte fanns något filter för (β-strålar).

3.1 Analys av brister i kristallstrukturen

Alla riktiga enkristallina och ännu mer polykristallina material innehåller vissa strukturella imperfektioner (punktdefekter, dislokationer, olika typer av gränssnitt, mikro- och makrospänningar), som har en mycket stark effekt på alla strukturkänsliga egenskaper och processer.

Strukturella ofullkomligheter orsakar förvrängningar av kristallgittret av olika karaktär och, som ett resultat, olika typer av förändringar i diffraktionsmönstret: en förändring i interatomära och interplanära avstånd orsakar en förskjutning i diffraktionsmaxima, mikrospänningar och dispersitet av understrukturen leder till en breddning av diffraktionsmaxima, gittermikrodistortioner - till en förändring i intensiteten av dessa maxima, orsakar närvarodislokationer anomala fenomen under passagen av röntgenstrålar och följaktligen lokala kontrastinhomogeniteter på röntgentopogram, etc.

Som ett resultat är röntgendiffraktionsanalys en av de mest informativa metoderna för att studera strukturella brister, deras typ och koncentration och arten av deras fördelning.

Den traditionella direkta metoden för röntgendiffraktion, som implementeras på stationära diffraktometrar, på grund av deras konstruktionsegenskaper, tillåter kvantitativ bestämning av spänningar och töjningar endast på små prover skurna från delar eller föremål.

Därför finns det för närvarande en övergång från stationära till bärbara små röntgendiffraktometrar, som ger en bedömning av spänningar i materialet hos delar eller föremål utan att förstöras i stadierna av deras tillverkning och drift.

Bärbara röntgendiffraktometrar i DRP * 1-serien gör det möjligt att kontrollera kvarvarande och effektiva spänningar i stora delar, produkter och strukturer utan att förstöras

Programmet i Windows-miljön tillåter inte bara att bestämma spänningarna med "sin 2 ψ"-metoden i realtid, utan också att övervaka förändringen i fassammansättningen och texturen. Den linjära koordinatdetektorn ger samtidig registrering vid diffraktionsvinklar 2θ = 43°. små röntgenrör av typen "Fox" med hög ljusstyrka och låg effekt (5 W) säkerställer enhetens radiologiska säkerhet, där strålningsnivån på ett avstånd av 25 cm från det bestrålade området är lika med den naturliga bakgrundsnivån. Enheter i DRP-serien används för att bestämma spänningar i olika stadier av metallformning, skärning, slipning, värmebehandling, svetsning, ythärdning för att optimera dessa tekniska operationer. Kontroll över minskningen av nivån av inducerade kvarvarande tryckspänningar i särskilt kritiska produkter och strukturer under deras drift gör det möjligt att ta produkten ur bruk innan den förstörs, vilket förhindrar möjliga olyckor och katastrofer.

3.2 Spektrumanalys

Tillsammans med bestämning av den atomära kristallstrukturen och fassammansättningen av materialet, för dess fullständiga karakterisering, är det obligatoriskt att bestämma dess kemiska sammansättning.

För dessa ändamål används i allt högre grad olika så kallade instrumentella metoder för spektralanalys i praktiken. Var och en av dem har sina egna fördelar och tillämpningar.

Ett av de viktiga kraven i många fall är att metoden som används säkerställer det analyserade objektets säkerhet; Det är dessa analysmetoder som diskuteras i detta avsnitt. Nästa kriterium enligt vilket analysmetoderna som beskrivs i detta avsnitt valdes är deras lokalitet.

Metoden för fluorescensröntgenspektralanalys är baserad på penetrering av ganska hård röntgenstrålning (från ett röntgenrör) in i det analyserade föremålet, som tränger in i ett lager med en tjocklek av storleksordningen flera mikrometer. Den karakteristiska röntgenstrålningen som i detta fall uppstår i objektet gör det möjligt att erhålla genomsnittliga data om dess kemiska sammansättning.

För att bestämma grundämnessammansättningen av ett ämne kan man använda analysen av det karakteristiska röntgenspektrumet av ett prov placerat på anoden av ett röntgenrör och utsatt för elektronbombardement - emissionsmetoden, eller analys av spektrumet av sekundär (fluorescerande) röntgenstrålning av ett prov som utsatts för bestrålning med hårda röntgenstrålar från ett röntgenrör eller annan källa - fluorescerande metod.

Nackdelen med emissionsmetoden är för det första behovet av att placera provet på anoden på röntgenröret, följt av evakuering med vakuumpumpar; uppenbarligen är denna metod olämplig för smältbara och flyktiga ämnen. Den andra nackdelen är relaterad till det faktum att även eldfasta föremål skadas av elektronbombning. Den fluorescerande metoden är fri från dessa brister och har därför en mycket bredare tillämpning. Fördelen med fluorescensmetoden är också frånvaron av bremsstrahlung, vilket förbättrar analysens känslighet. Jämförelse av de uppmätta våglängderna med tabeller över spektrallinjer för kemiska grundämnen är grunden för en kvalitativ analys, och de relativa intensiteterna för spektrallinjerna för olika element som bildar provsubstansen utgör grunden för en kvantitativ analys. Från en övervägande av mekanismen för excitation av karakteristisk röntgenstrålning är det klart att strålningen från en eller annan serie (K eller L, M, etc.) uppstår samtidigt, och förhållandet mellan linjeintensiteter inom serien är alltid konstant. Därför fastställs närvaron av det här eller det elementet inte av enskilda linjer, utan av en serie linjer som helhet (förutom de svagaste, med hänsyn till innehållet i detta element). För relativt lätta element används analysen av K-seriens linjer, för tunga element L-seriens linjer; under olika förhållanden (beroende på den utrustning som används och på de analyserade elementen) kan olika regioner av det karakteristiska spektrumet vara mest lämpliga.

Huvuddragen för röntgenspektralanalys är följande.

Enkelheten hos röntgenkarakteristiska spektra även för tunga element (jämfört med optiska spektra), vilket förenklar analysen (litet antal linjer; likhet i deras inbördes arrangemang; med en ökning av serienumret, en regelbunden förskjutning av spektrumet till kortvåglängdsregion förekommer; jämförande enkelhet för kvantitativ analys).

Oberoende av våglängder från tillståndet hos atomerna i det analyserade elementet (fritt eller i en kemisk förening). Detta beror på det faktum att förekomsten av karakteristisk röntgenstrålning är förknippad med exciteringen av interna elektroniska nivåer, som i de flesta fall praktiskt taget inte förändras med graden av jonisering av atomer.

Möjligheten till separation i analysen av sällsynta jordartsmetaller och vissa andra element som har små skillnader i spektra i det optiska området på grund av likheten i den elektroniska strukturen hos de yttre skalen och skiljer sig mycket lite i deras kemiska egenskaper.

Röntgenfluorescensspektroskopi är "icke-destruktiv", så den har en fördel jämfört med konventionell optisk spektroskopi vid analys av tunna prover - tunn metallplåt, folie, etc.

Röntgenfluorescensspektrometrar, bland dem flerkanalsspektrometrar eller kvantometrar, ger uttrycklig kvantitativ analys av element (från Na eller Mg till U) med ett fel på mindre än 1% av det bestämda värdet, en känslighetströskel på 10 -3 ... 10-4 %.

röntgenstråle

Metoder för att bestämma den spektrala sammansättningen av röntgenstrålar

Spektrometrar är indelade i två typer: kristalldiffraktion och kristalllösa.

Nedbrytningen av röntgenstrålar till ett spektrum med hjälp av ett naturligt diffraktionsgitter - en kristall - liknar i huvudsak att erhålla ett spektrum av vanliga ljusstrålar med ett artificiellt diffraktionsgitter i form av periodiska slag på glas. Villkoret för bildandet av ett diffraktionsmaximum kan skrivas som villkoret för "reflektion" från ett system av parallella atomplan separerade med ett avstånd d hkl .

När man utför en kvalitativ analys kan man bedöma närvaron av ett element i ett prov med en linje - vanligtvis den mest intensiva linjen i spektralserien som är lämplig för en given analysatorkristall. Upplösningen hos kär tillräcklig för att separera de karakteristiska linjerna även för element intill varandra i position i det periodiska systemet. Det är dock också nödvändigt att ta hänsyn till påförandet av olika linjer av olika element, såväl som påförandet av reflektioner av olika ordningar. Denna omständighet bör beaktas vid val av analytiska linjer. Samtidigt är det nödvändigt att använda möjligheterna att förbättra enhetens upplösning.

Slutsats

Röntgenstrålar är således osynlig elektromagnetisk strålning med en våglängd på 10 5 - 10 2 nm. Röntgenstrålar kan penetrera vissa material som är ogenomskinliga för synligt ljus. De emitteras under retardationen av snabba elektroner i materia (kontinuerligt spektrum) och under övergångar av elektroner från atomens yttre elektronskal till de inre (linjärt spektrum). Källor till röntgenstrålning är: röntgenrör, några radioaktiva isotoper, acceleratorer och ackumulatorer av elektroner (synkrotronstrålning). Mottagare - film, självlysande skärmar, detektorer för nukleär strålning. Röntgenstrålar används i röntgendiffraktionsanalys, medicin, feldetektering, röntgenspektralanalys, etc.

Efter att ha övervägt de positiva aspekterna av V. Roentgens upptäckt är det nödvändigt att notera dess skadliga biologiska effekt. Det visade sig att röntgenstrålar kan orsaka något som en allvarlig solbränna (erytem), dock åtföljd av djupare och mer permanenta skador på huden. Sår som uppträder förvandlas ofta till cancer. I många fall fick fingrar eller händer amputeras. Det förekom också dödsfall.

Det har visat sig att hudskador kan undvikas genom att minska exponeringstid och dos, med hjälp av avskärmning (t.ex. bly) och fjärrkontroller. Men efter hand avslöjades andra, mer långvariga effekter av röntgenexponering, som sedan bekräftades och studerades i försöksdjur. Effekter på grund av röntgenstrålar och annan joniserande strålning (som gammastrålar som sänds ut av radioaktiva material) inkluderar:

) tillfälliga förändringar i blodets sammansättning efter en relativt liten överexponering;

) irreversibla förändringar i blodets sammansättning (hemolytisk anemi) efter långvarig överdriven exponering;

) en ökning av incidensen av cancer (inklusive leukemi);

) snabbare åldrande och tidig död;

) förekomsten av grå starr.

Den biologiska påverkan av röntgenstrålar på människokroppen bestäms av stråldosnivån, såväl som av vilket särskilt organ i kroppen som utsattes för strålning.

Den samlade kunskapen om effekterna av röntgenstrålning på människokroppen har lett till utvecklingen av nationella och internationella standarder för tillåtna stråldoser, publicerade i olika uppslagsböcker.

För att undvika de skadliga effekterna av röntgenstrålar används kontrollmetoder:

) tillgång till adekvat utrustning,

) övervaka efterlevnaden av säkerhetsföreskrifter,

) korrekt användning av utrustningen.

Lista över använda källor

1) Blokhin M.A., Physics of X-rays, 2:a upplagan, M., 1957;

) Blokhin M.A., Methods of X-ray spectral studies, M., 1959;

) Röntgen. lö. ed. M.A. Blokhin, övers. med honom. och English, M., 1960;

) Kharaja F., Allmän kurs i röntgenteknik, 3:e uppl., M. - L., 1966;

) Mirkin L.I., Handbook of X-ray diffraction analysis of polycrystals, M., 1961;

) Weinstein E.E., Kakhana M.M., Reference tables on X-ray spectroscopy, M., 1953.

) Röntgen och elektronoptisk analys. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Bidrag till universitet. - 4:e uppl. Lägg till. Och en omarbetare. - M.: "MISiS", 2002. - 360 sid.

Ansökningar

Bilaga 1

Allmän bild av röntgenrör

Bilaga 2

Schema av röntgenrör för strukturanalys

Schema för ett röntgenrör för strukturell analys: 1 - metallanodglas (vanligtvis jordat); 2 - fönster gjorda av beryllium för röntgenutmatning; 3 - termionisk katod; 4 - glaskolv, isolerar anoddelen av röret från katoden; 5 - katodterminaler, till vilka glödtrådsspänningen appliceras, såväl som hög (i förhållande till anoden) spänning; 6 - elektrostatiskt system för fokusering av elektroner; 7 - anod (antikatod); 8 - grenrör för in- och utmatning av rinnande vatten som kyler anodglaset.

Bilaga 3

Moseley diagram

Moseley-diagram för K-, L- och M-serier av karakteristiska röntgenstrålar. Abskissan visar serienumret på elementet Z, ordinatan - ( Medär ljusets hastighet).

Bilaga 4

Joniseringskammare.

Figur 1. Sektion av en cylindrisk joniseringskammare: 1 - cylindrisk kropp av kammaren, som fungerar som en negativ elektrod; 2 - cylindrisk stav som fungerar som en positiv elektrod; 3 - isolatorer.

Ris. 2. Schema för att slå på den nuvarande joniseringskammaren: V - spänning på kammarens elektroder; G är en galvanometer som mäter joniseringsströmmen.

Ris. 3. Strömspänningskarakteristik för joniseringskammaren.

Ris. 4. Schema för att slå på den pulserade joniseringskammaren: C - kapacitans för uppsamlingselektroden; R är motstånd.

Bilaga 5

Scintillationsräknare.

Schema för en scintillationsräknare: ljuskvanta (fotoner) "slår ut" elektroner från fotokatoden; rör sig från dynod till dynod, multiplicerar elektronlavinen.

Bilaga 6

Geiger-Muller disk.

Ris. 1. Schema för en Geiger-Muller-disk i glas: 1 - hermetiskt tillslutet glasrör; 2 - katod (ett tunt lager av koppar på ett rostfritt stålrör); 3 - utgång från katoden; 4 - anod (tunn sträckt tråd).

Ris. 2. Schema för att slå på Geiger-Muller-räknaren.

Ris. 3. Räknekarakteristiken för Geiger-Muller-räknaren.

Bilaga 7

proportionell räknare.

Schema för en proportionell räknare: a - elektrondriftregion; b - område för gasförstärkning.

Bilaga 8

Halvledardetektorer

Halvledardetektorer; det känsliga området markeras genom kläckning; n - område av en halvledare med elektronisk ledningsförmåga, p - med hål, i - med inneboende ledning; a - ytbarriärdetektor av kisel; b - drift germanium-litium plan detektor; c - germanium-litium koaxialdetektor.