Kung ang U ay ipinahayag sa kilovolts at ang kaugnayan sa pagitan ng iba pang mga dami ay isinasaalang-alang, kung gayon ang formula ay mukhang: l k = 1.24/U (nm) o l k = 1.24/U (Å) (1 Å = 10 -10 m).

Mula sa mga graph sa itaas maaari itong maitatag na ang haba ng daluyong l m, na tumutukoy sa pinakamataas na enerhiya ng radiation, ay nasa pare-parehong kaugnayan sa cutoff na haba ng daluyong l k:

.

Ang haba ng daluyong ay nagpapakilala sa enerhiya ng isang photon, kung saan nakasalalay ang kakayahang tumagos ng radiation kapag nakikipag-ugnayan ito sa bagay.

Ang mga short-wave na X-ray ay kadalasang may mataas na lakas ng pagtagos at tinatawag na matigas, habang ang mga long-wave na X-ray ay tinatawag na malambot. Tulad ng makikita mula sa formula sa itaas, ang haba ng daluyong kung saan nangyayari ang maximum na enerhiya ng radiation ay inversely proporsyonal sa boltahe sa pagitan ng anode at katod ng tubo. Sa pamamagitan ng pagtaas ng boltahe sa anode ng X-ray tube, ang spectral na komposisyon ng radiation ay nabago at ang katigasan nito ay tumataas.

Kapag nagbabago ang boltahe ng filament (nagbabago ang temperatura ng filament ng katod), ang bilang ng mga electron na ibinubuga ng katod sa bawat yunit ng oras ay nagbabago, o, nang naaayon, nagbabago ang kasalukuyang lakas sa circuit ng anode ng tubo. Sa kasong ito, ang kapangyarihan ng radiation ay nagbabago sa proporsyon sa unang kapangyarihan ng kasalukuyang lakas. Ang spectral na komposisyon ng radiation ay hindi magbabago.

Ang kabuuang pagkilos ng bagay (kapangyarihan) ng radiation, ang pamamahagi ng enerhiya sa mga wavelength, pati na rin ang hangganan ng spectrum sa gilid ng mga maikling wavelength ay nakasalalay sa sumusunod na tatlong dahilan: ang boltahe U accelerating electron at inilapat sa pagitan ng anode at cathode ng tubo ; ang bilang ng mga electron na kasangkot sa pagbuo ng radiation, i.e. kasalukuyang filament ng tubo; atomic number Z ng anode substance kung saan nangyayari ang electron deceleration.

Ang X-ray bremsstrahlung flux ay kinakalkula gamit ang formula: , kung saan ,

Z-atomic number ng isang substance (atomic number).

Sa pamamagitan ng pagtaas ng boltahe sa X-ray tube, mapapansin ng isa ang hitsura ng mga indibidwal na linya (line spectrum) laban sa background ng tuluy-tuloy na bremsstrahlung X-ray radiation, na tumutugma sa katangian ng X-ray radiation. Ito ay nangyayari sa panahon ng paglipat ng mga electron sa pagitan ng mga panloob na shell ng mga atomo sa isang sangkap (mga shell K, L, M). Ang likas na katangian ng linya ng spectrum ng katangian ng radiation ay lumitaw dahil sa ang katunayan na ang pinabilis na mga electron ay tumagos nang malalim sa mga atomo at pinatumba ang mga electron mula sa kanilang mga panloob na layer sa labas ng atom. Ang mga electron (Larawan 2) mula sa itaas na mga layer ay lumipat sa mga libreng lugar, bilang isang resulta kung saan ang mga X-ray photon ay ibinubuga na may dalas na naaayon sa pagkakaiba sa mga antas ng enerhiya ng paglipat. Ang mga linya sa spectrum ng katangian ng radiation ay pinagsama sa serye na tumutugma sa mga transition ng mga electron na may mas mataas na antas sa antas ng K, L, M.

Ang panlabas na impluwensya, bilang isang resulta kung saan ang elektron ay na-knock out sa mga panloob na layer, ay dapat na medyo malakas. Kabaligtaran sa optical spectra, ang katangian ng X-ray spectra ng iba't ibang mga atom ay may parehong uri. Ang pagkakapareho ng spectra na ito ay dahil sa katotohanan na ang panloob na mga layer ng iba't ibang mga atom ay magkapareho at naiiba lamang sa enerhiya, dahil tumataas ang epekto ng puwersa mula sa core habang tumataas ang ordinal na numero ng elemento. Ito ay humahantong sa katotohanan na ang katangian ng spectra ay lumilipat patungo sa mas mataas na mga frequency na may pagtaas ng nuclear charge. Ang kaugnayang ito ay kilala bilang batas ni Moseley: , kung saan ang A at B ay mga pare-pareho; Z-ordinal na numero ng elemento.

May isa pang pagkakaiba sa pagitan ng X-ray at optical spectra. Ang spectrum ng katangian ng isang atom ay hindi nakadepende sa kemikal na tambalan kung saan kasama ang atom. Halimbawa, ang X-ray spectrum ng oxygen atom ay pareho para sa O, O 2, H 2 O, habang ang optical spectra ng mga compound na ito ay makabuluhang naiiba. Ang tampok na ito ng X-ray spectra ng mga atom ay nagsilbing batayan para sa pangalang "katangian".

Ang katangian ng radiation ay nangyayari sa tuwing may mga libreng puwang sa mga panloob na layer ng atom, anuman ang mga dahilan na nagdulot nito. Halimbawa, kasama nito ang isang uri ng radioactive decay, na kinabibilangan ng pagkuha ng isang electron mula sa panloob na layer ng nucleus.

2. Pag-aayos ng X-ray tubes at protozoa

X-ray machine.

Ang pinakakaraniwang pinagmumulan ng X-ray radiation ay isang X-ray tube - isang two-electrode vacuum device (Larawan 3). Ito ay isang glass balloon (p = 10 -6 – 10 -7 mm Hg) na may dalawang electrodes - anode A at cathode K, sa pagitan ng kung saan ang isang mataas na boltahe ay nilikha. Ang heated cathode (K) ay naglalabas ng mga electron. Anode A ay madalas na tinatawag na anticathode. Ito ay may hilig na ibabaw upang maidirekta ang nagreresultang X-ray radiation sa isang anggulo sa axis ng tubo. Ang anode ay gawa sa isang metal na may magandang thermal conductivity (tanso) upang alisin ang init na nabuo kapag ang mga electron ay tumama. Sa beveled na dulo ng anode mayroong isang plate 3 ng isang refractory metal (tungsten) na may mataas na atomic number, na tinatawag na anode mirror. Sa ilang mga kaso, ang anode ay espesyal na pinalamig ng tubig o langis. Para sa diagnostic tubes, ang katumpakan ng X-ray source ay mahalaga, na maaaring makamit sa pamamagitan ng pagtutok ng mga electron sa isang lugar sa anode. Samakatuwid, constructively ito ay kinakailangan upang isaalang-alang ang dalawang magkasalungat na mga gawain: sa isang banda, ang mga electron ay dapat mahulog sa isang lugar ng anode, sa kabilang banda, upang maiwasan ang overheating, ito ay kanais-nais na ipamahagi ang mga electron sa iba't ibang mga lugar ng ang anod. Para sa kadahilanang ito, ang ilang mga X-ray tube ay ginawa gamit ang isang umiikot na anode.

Sa isang tubo ng anumang disenyo, ang mga electron, na pinabilis ng boltahe sa pagitan ng anode at ng katod, ay nahuhulog sa salamin ng anode at tumagos nang malalim sa sangkap, nakikipag-ugnayan sa mga atomo at pinipigilan ng larangan ng mga atomo. Gumagawa ito ng bremsstrahlung X-ray radiation. Kasabay ng bremsstrahlung, ang isang maliit na halaga (ilang porsyento) ng katangian ng radiation ay nabuo. 1-2% lamang ng mga electron na tumatama sa anode ang sanhi ng bremsstrahlung, at ang natitira ay isang thermal effect. Upang tumutok sa mga electron, ang katod ay may takip ng gabay. Ang bahagi ng salamin ng tungsten kung saan nahuhulog ang pangunahing daloy ng mga electron ay tinatawag na pokus ng tubo. Ang lapad ng radiation beam ay depende sa lugar nito (focus sharpness).

Upang paandarin ang tubo, kailangan ang dalawang pinagmumulan: isang mataas na boltahe na pinagmumulan para sa anode circuit at isang mababang (6-8 V) na pinagmumulan upang mapagana ang incandescent circuit. Ang parehong mga mapagkukunan ay dapat na independiyenteng kinokontrol. Sa pamamagitan ng pagbabago ng anode boltahe, ang katigasan ng X-ray radiation ay kinokontrol, at sa pamamagitan ng pagbabago ng filament, ang output circuit kasalukuyang at, nang naaayon, ang radiation power ay kinokontrol.

Ang pangunahing electrical diagram ng isang simpleng X-ray machine ay ipinapakita sa Fig. 4. Ang circuit ay may dalawang transformer na Tr.1 para sa mataas na boltahe at Tr.2 para sa incandescent power supply. Ang mataas na boltahe sa tubo ay kinokontrol ng autotransformer Tr.3, na konektado sa pangunahing paikot-ikot ng transpormer Tr.1. Kinokontrol ng Switch K ang bilang ng mga pagliko ng autotransformer winding. Sa pagsasaalang-alang na ito, ang boltahe ng pangalawang paikot-ikot ng transpormer, na ibinibigay sa anode ng tubo, ay nagbabago din, i.e. adjustable ang tigas.

Ang kasalukuyang filament ng tubo ay kinokontrol ng isang rheostat R na konektado sa circuit ng pangunahing paikot-ikot ng transpormer Tr.2. Ang kasalukuyang anode circuit ay sinusukat gamit ang isang milliammeter. Ang boltahe na ibinibigay sa mga electrodes ng tubo ay sinusukat ng isang kilovoltmeter kV, o ang boltahe sa anode circuit ay maaaring hatulan ng posisyon ng switch K. Ang dami ng filament current, na kinokontrol ng isang rheostat, ay sinusukat ng ammeter A. Sa circuit na isinasaalang-alang, ang X-ray tube ay sabay na itinutuwid ang isang mataas na alternating boltahe.

Madaling makita na ang naturang tubo ay naglalabas lamang ng isang kalahating cycle ng alternating current. Dahil dito, magiging maliit ang kapangyarihan nito. Upang mapataas ang radiated power, maraming device ang gumagamit ng high-voltage full-wave X-ray rectifier. Para sa layuning ito, 4 na espesyal na kenotron ang ginagamit, na konektado sa isang circuit ng tulay. Ang isang X-ray tube ay kasama sa isang dayagonal ng tulay.

3. Pakikipag-ugnayan ng X-ray sa bagay

(coherent scattering, incoherent scattering, photoelectric effect).

Kapag ang X-ray radiation ay bumagsak sa isang katawan, ito ay makikita sa isang maliit na halaga mula dito, ngunit higit sa lahat ay pumasa nang malalim dito. Sa masa ng katawan, ang radiation ay bahagyang hinihigop, bahagyang nakakalat, at bahagyang dumadaan. Sa pagdaan sa katawan, ang mga X-ray photon ay pangunahing nakikipag-ugnayan sa mga electron ng mga atomo at molekula ng sangkap. Ang pagpaparehistro at paggamit ng X-ray radiation, pati na rin ang epekto nito sa mga biological na bagay, ay tinutukoy ng mga pangunahing proseso ng pakikipag-ugnayan ng X-ray photon sa mga electron. Depende sa ratio ng photon energy E at ang ionization energy A I, tatlong pangunahing proseso ang nagaganap.

A) magkakaugnay na pagkakalat.

Ang scattering ng long-wave X-ray ay nangyayari nang hindi binabago ang wavelength, at tinatawag itong coherent. Ang pakikipag-ugnayan ng isang photon sa mga electron ng mga panloob na shell, na mahigpit na nakagapos sa nucleus, ay nagbabago lamang ng direksyon nito, nang hindi binabago ang enerhiya nito, at samakatuwid ang haba ng daluyong (Larawan 5).

Ang magkakaugnay na scattering ay nangyayari kung ang photon energy ay mas mababa sa ionization energy: 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) Hindi magkakaugnay na pagkakalat (Epekto ng Compton).

Noong 1922, si A. Compton, na nagmamasid sa pagkalat ng matitigas na X-ray, ay natuklasan ang pagbawas sa lakas ng pagtagos ng nakakalat na sinag kumpara sa isang insidente. Ang scattering ng X-ray na may mga pagbabago sa wavelength ay tinatawag na Compton effect. Ito ay nangyayari kapag ang isang photon ng anumang enerhiya ay nakikipag-ugnayan sa mga electron ng mga panlabas na shell ng mga atom na mahinang nakagapos sa nucleus (Larawan 6). Ang isang electron ay tinanggal mula sa isang atom (ang mga electron ay tinatawag na recoil electron). Ang enerhiya ng photon ay bumababa (ang wavelength ay tumataas nang naaayon), at ang direksyon ng paggalaw nito ay nagbabago din. Ang Compton effect ay nangyayari kung ang enerhiya ng X-ray photon ay mas malaki kaysa sa ionization energy: , . Sa kasong ito, lumilitaw ang mga recoil electron na may kinetic energy na E K. Ang mga atom at molekula ay nagiging mga ion. Kung ang E K ay makabuluhan, ang mga electron ay maaaring mag-ionize ng mga kalapit na atomo sa pamamagitan ng banggaan, na bumubuo ng mga bagong (pangalawang) electron.

V) Epekto ng larawan.

Kung ang enerhiya ng photon hn ay sapat upang matanggal ang isang elektron, kung gayon kapag nakikipag-ugnayan sa isang atom, ang photon ay nasisipsip at ang elektron ay nahiwalay dito. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na photoelectric effect. Ang atom ay ionized (photoionization). Sa kasong ito, ang elektron ay nakakakuha ng kinetic energy at, kung ang huli ay makabuluhan, maaari nitong i-ionize ang mga kalapit na atomo sa pamamagitan ng banggaan, na bumubuo ng mga bagong (pangalawang) electron. Kung ang enerhiya ng photon ay hindi sapat para sa ionization, kung gayon ang photoelectric na epekto ay maaaring magpakita mismo sa paggulo ng isang atom o molekula. Sa ilang mga sangkap, humahantong ito sa kasunod na paglabas ng mga photon sa nakikitang rehiyon (x-ray luminescence), at sa mga tisyu sa pag-activate ng mga molekula at mga reaksyong photochemical.

Ang photoelectric effect ay katangian ng mga photon na may enerhiya na 0.5-1 MeV.

Ang tatlong pangunahing proseso ng pakikipag-ugnayan na tinalakay sa itaas ay pangunahin, humahantong sila sa kasunod na pangalawa, tersiyaryo, atbp. phenomena. Kapag ang X-ray ay pumasok sa isang substance, maraming proseso ang maaaring mangyari bago ang enerhiya ng X-ray photon ay ma-convert sa enerhiya ng thermal motion.

Bilang resulta ng mga proseso sa itaas, ang pangunahing pagkilos ng bagay ng X-ray radiation ay humina. Ang prosesong ito ay sumusunod sa batas ni Bouguer. Isulat natin ito sa anyo: Ф = Ф 0 e - mх, kung saan ang m ay ang linear attenuation coefficient, depende sa likas na katangian ng sangkap (pangunahin sa density at atomic number) at sa wavelength ng radiation (photon energy) . Ito ay maaaring katawanin bilang binubuo ng tatlong termino na nauugnay sa magkakaugnay na pagkakalat, hindi magkakaugnay na pagkakalat at photoelectric na epekto: .

Dahil ang linear absorption coefficient ay nakasalalay sa density ng substance, mas gusto nilang gamitin ang mass attenuation coefficient, na katumbas ng ratio ng linear attenuation coefficient sa density ng absorber at hindi nakasalalay sa density ng substance. Ang pag-asa ng X-ray flux (intensity) sa kapal ng absorbing filter ay ipinapakita sa Fig. 7 para sa H 2 O, Al, at Cu. Ipinapakita ng mga kalkulasyon na ang isang layer ng tubig na 36 mm ang kapal, aluminyo na 15 mm at tanso na 1.6 mm ay nagbabawas ng intensity ng X-ray radiation ng 2 beses. Ang kapal na ito ay tinatawag na kapal ng kalahating layer d. Kung ang isang sangkap ay nagpapahina ng x-ray radiation sa kalahati, kung gayon , Pagkatapos , o , ; ; . Alam ang kapal ng kalahating layer, maaari mong palaging matukoy ang m. Dimensyon.

4. Paggamit ng X-ray sa medisina

(fluoroscopy, radiography, X-ray tomography, fluorography, radiotherapy).

Ang isa sa mga pinaka-karaniwang paggamit ng X-ray radiation sa gamot ay ang pagsusuri ng mga panloob na organo para sa mga layunin ng diagnostic - mga diagnostic ng x-ray.

Para sa mga diagnostic, ginagamit ang mga photon na may enerhiya na 60-120 keV. Sa kasong ito, ang mass absorption coefficient ay pangunahing tinutukoy ng photoelectric effect. Ang halaga nito ay proporsyonal sa l 3 (na nagpapakita ng mataas na kakayahang tumagos ng matapang na radiation) at proporsyonal sa ikatlong kapangyarihan ng bilang ng mga atom ng sangkap - absorber: , kung saan ang K ay ang koepisyent ng proporsyonalidad.

Ang katawan ng tao ay binubuo ng mga tissue at organ na may iba't ibang kakayahan sa pagsipsip na may kinalaman sa x-ray radiation. Samakatuwid, kapag ito ay iluminado sa X-ray, ang isang hindi pantay na imahe ng anino ay nakuha sa screen, na nagbibigay ng isang larawan ng lokasyon ng mga panloob na organo at tisyu. Ang pinakasiksik na mga tisyu na sumisipsip ng radiation (puso, malalaking sisidlan, buto) ay nakikitang madilim, at ang hindi gaanong sumisipsip na mga tisyu (baga) ay magaan.

Sa maraming mga kaso, posible na hatulan ang kanilang normal o pathological na kondisyon. Gumagamit ang X-ray diagnostics ng dalawang pangunahing pamamaraan: fluoroscopy (transmission) at radiography (image). Kung ang organ na pinag-aaralan at ang mga tisyu na nakapaligid dito ay sumisipsip ng X-ray flux nang humigit-kumulang pantay, pagkatapos ay ginagamit ang mga espesyal na ahente ng kaibahan. Halimbawa, sa bisperas ng pagsusuri sa X-ray ng tiyan o bituka, ang isang tulad ng lugaw na masa ng barium sulfate ay ibinibigay, sa kasong ito maaari mong makita ang kanilang anino na imahe. Sa fluoroscopy at radiography, ang x-ray na imahe ay isang buod na larawan ng buong kapal ng bagay kung saan dumadaan ang mga x-ray. Ang mga detalyeng iyon na pinakamalapit sa screen o pelikula ay pinakamalinaw na nakabalangkas, habang ang mga nasa malayo ay nagiging malabo at malabo. Kung mayroong isang pathologically nagbago na lugar sa ilang organ, halimbawa, pagkasira ng tissue ng baga sa loob ng isang malaking pokus ng pamamaga, kung gayon sa ilang mga kaso ang lugar na ito ay maaaring "nawala" sa radiograph sa kabuuan ng mga anino. Upang gawin itong nakikita, isang espesyal na paraan ang ginagamit - tomography (layer-by-layer recording), na nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha ng mga larawan ng mga indibidwal na layer ng pinag-aralan na lugar. Ang ganitong uri ng layer-by-layer images-tomograms ay nakuha gamit ang isang espesyal na apparatus na tinatawag na tomograph, kung saan ang isang X-ray tube (RT) at photographic film (FP) ay pana-panahong pinagagalaw nang magkasama, sa antiphase, na may kaugnayan sa lugar ng pag-aaral. Sa kasong ito, ang mga X-ray sa anumang posisyon ng RT ay dadaan sa parehong punto ng bagay (nabagong lugar), na kung saan ay ang sentro na nauugnay kung saan nangyayari ang pana-panahong paggalaw ng RT at FP. Isang anino na imahe ng lugar ang kukunan sa pelikula. Sa pamamagitan ng pagbabago ng posisyon ng "swing center", posible na makakuha ng layer-by-layer na mga imahe ng bagay. Gamit ang isang manipis na sinag ng X-ray radiation, isang espesyal na screen (sa halip na FP) na binubuo ng mga semiconductor detector ng ionizing radiation, posible na iproseso ang imahe sa panahon ng tomography gamit ang isang computer. Ang modernong bersyon ng tomography ay tinatawag na computed tomography. Ang tomography ay malawakang ginagamit sa pag-aaral ng mga baga, bato, gallbladder, tiyan, buto, atbp.

Ang liwanag ng imahe sa screen at ang oras ng pagkakalantad sa pelikula ay nakasalalay sa intensity ng x-ray radiation. Kapag ginagamit ito para sa mga diagnostic, ang intensity ay hindi maaaring mataas upang hindi magdulot ng hindi kanais-nais na biological effect. Samakatuwid, mayroong isang bilang ng mga teknikal na aparato na nagpapabuti sa liwanag ng imahe sa mababang intensity ng X-ray. Ang isang ganoong device ay isang electron-optical converter.

Ang isa pang halimbawa ay fluorography, kung saan ang isang imahe mula sa isang malaking X-ray luminescent screen ay nakuha sa isang sensitibong maliit na format na pelikula. Kapag nag-shoot, isang high-aperture lens ang ginagamit, at ang mga natapos na imahe ay sinusuri gamit ang isang espesyal na magnifier.

Pinagsasama ng Fluorography ang isang mas malaking kakayahang tuklasin ang mga nakatagong sakit (mga sakit ng mga organo ng dibdib, gastrointestinal tract, paranasal sinuses, atbp.) na may makabuluhang throughput, at samakatuwid ay isang napaka-epektibong paraan ng mass (in-line) na pananaliksik.

Dahil ang pagkuha ng larawan ng X-ray sa panahon ng fluorography ay ginagawa gamit ang photographic optics, ang larawan sa fluorogram ay nababawasan kumpara sa X-ray. Kaugnay nito, ang resolution ng isang fluorogram (ibig sabihin, ang discernibility ng maliliit na detalye) ay mas mababa kaysa sa isang conventional radiograph, gayunpaman, ito ay mas malaki kaysa sa fluoroscopy.

Ang isang aparato ay idinisenyo - isang tomofluorograph, na ginagawang posible upang makakuha ng mga fluorograms ng mga bahagi ng katawan at indibidwal na mga organo sa isang partikular na lalim - ang tinatawag na layer-by-layer na mga imahe (mga hiwa) - tomofluorograms.

Ginagamit din ang X-ray radiation para sa mga layuning panterapeutika (x-ray therapy). Ang biological na epekto ng radiation ay upang sirain ang mahahalagang aktibidad ng mga selula, lalo na ang mabilis na pag-unlad. Kaugnay nito, ginagamit ang X-ray therapy upang gamutin ang mga malignant na tumor. Posible na pumili ng isang dosis ng radiation na sapat upang ganap na sirain ang tumor na may medyo maliit na pinsala sa nakapalibot na malusog na tisyu, na naibalik dahil sa kasunod na pagbabagong-buhay.

Ang epekto ng X-ray radiation sa bagay ay tinutukoy ng mga pangunahing proseso ng pakikipag-ugnayan ng X-ray photon sa mga electron ng mga atomo at molekula ng sangkap.

3. X-ray computed tomography.

Ang pamamaraan ng X-ray computed tomography ay batay sa muling pagtatayo ng isang imahe ng isang partikular na seksyon (hiwa) ng katawan ng pasyente sa pamamagitan ng pagtatala ng malaking bilang ng mga X-ray projection ng seksyong ito, na isinagawa sa iba't ibang mga anggulo (Fig. 5). Ang impormasyon mula sa mga sensor na nagtatala ng mga projection na ito ay pumapasok sa isang computer, na, gamit ang isang espesyal na programa, nagkalkula pamamahagi sample density sa seksyong pinag-aaralan at ipinapakita ito sa display screen. Ang cross-sectional na imahe ng katawan ng pasyente na nakuha sa ganitong paraan ay nailalarawan sa pamamagitan ng mahusay na kalinawan at mataas na nilalaman ng impormasyon. Ang programa ay nagpapahintulot, kung kinakailangan, dagdagan ang contrast ng larawan sampu at kahit daan-daang beses. Pinapalawak nito ang mga kakayahan sa diagnostic ng pamamaraan.

kanin. 5. Scheme ng x-ray examination ng isang seksyon ng organ na pinag-aaralan (point 1 at point 2 - dalawang magkasunod na posisyon ng x-ray source)

4. Gamit ang fluorography Ang imahe mula sa malaking screen ay naitala sa sensitibong maliit na format na pelikula (Larawan 6). Sa panahon ng pagsusuri, ang mga imahe ay sinusuri gamit ang isang espesyal na magnifier.

Ang paraang ito ay ginagamit para sa mass population surveys. Sa kasong ito, ang pagkakalantad ng radiation sa pasyente ay mas mababa kaysa sa tradisyonal na fluoroscopy.

X-ray therapy- paggamit ng X-ray radiation upang sirain ang mga malignant na tumor.

Ang biological na epekto ng radiation ay upang guluhin ang mahahalagang aktibidad ng mabilis na pagpaparami ng mga selula ng tumor. Sa kasong ito, ang enerhiya ng R - photon ay 150-200 keV.

Visiographs (mga device na may digital X-ray image processing) sa modernong dentistry

Sa dentistry, ang pagsusuri sa X-ray ay ang pangunahing paraan ng diagnostic. Gayunpaman, ang ilang tradisyonal na organisasyonal at teknikal na mga tampok ng x-ray diagnostics ay ginagawang hindi lubos na komportable para sa parehong pasyente at mga dental na klinika. Ito ay, una sa lahat, ang pangangailangan para sa pakikipag-ugnay sa pasyente sa ionizing radiation, na kadalasang lumilikha ng isang makabuluhang pagkarga ng radiation sa katawan; ito rin ang pangangailangan para sa isang photoprocess, at samakatuwid ang pangangailangan para sa mga photoreagent, kabilang ang mga nakakalason. Ito ay, sa wakas, isang napakalaking archive, mabibigat na folder at mga sobre na may mga x-ray na pelikula.

Bilang karagdagan, ang kasalukuyang antas ng pag-unlad ng dentistry ay ginagawang hindi sapat ang subjective na pagtatasa ng radiographs ng mata ng tao. Tulad ng nangyari, mula sa iba't ibang mga kulay ng grey na nilalaman sa isang x-ray na imahe, ang mata ay nakakakita lamang ng 64.

Malinaw, para makakuha ng malinaw at detalyadong larawan ng matitigas na tisyu ng dental-facial system na may kaunting radiation exposure, kailangan ng iba pang solusyon. Ngayon, ang paghahanap ay humantong sa paglikha ng tinatawag na radiographic system, videographs - digital radiography system (1987, Trophy company).

Kung walang mga teknikal na detalye, ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng naturang mga sistema ay ang mga sumusunod. Ang X-ray radiation ay dumadaan sa bagay hindi sa isang photosensitive na pelikula, ngunit sa isang espesyal na intraoral sensor (isang espesyal na electronic matrix). Ang kaukulang signal mula sa matrix ay ipinapadala sa isang digitalizing device (analog-to-digital converter, ADC) na konektado sa computer, na nagko-convert nito sa digital form. Ang espesyal na software ay lumilikha ng isang X-ray na imahe sa screen ng computer at nagbibigay-daan sa iyong iproseso ito, i-save ito sa isang hard o flexible storage medium (hard drive, disk), at i-print ito bilang isang file bilang isang larawan.

Sa isang digital system, ang isang X-ray na imahe ay isang koleksyon ng mga puntos na tumutugma sa iba't ibang kulay ng grey. Ang pag-optimize ng pagpapakita ng impormasyon na ibinigay ng programa ay ginagawang posible na makakuha ng isang frame na pinakamainam sa liwanag at kaibahan sa isang medyo mababang dosis ng radiation.

Sa mga modernong sistema, na nilikha, halimbawa, ng Trophy (France) o Schick (USA), 4096 na kulay ng kulay abo ang ginagamit kapag bumubuo ng isang frame, ang oras ng pagkakalantad ay nakasalalay sa bagay ng pag-aaral at, sa karaniwan, ay daan-daang - ikasampu ng isang segundo, binabawasan ang pagkakalantad sa radiation kaugnay ng pelikula - hanggang 90% para sa mga intraoral system, hanggang 70% para sa mga panoramic na videographer.

Kapag nagpoproseso ng mga larawan, ang mga videographer ay maaaring:

1. Makatanggap ng mga positibo at negatibong larawan, pseudo-color na mga larawan, mga larawang panlunas.

2. Palakihin ang contrast at palakihin ang fragment ng imahe ng interes.

3. Suriin ang mga pagbabago sa density ng mga tisyu ng ngipin at mga istruktura ng buto, kontrolin ang pagkakapareho ng pagpuno sa mga kanal.

4. Sa endodontics, tukuyin ang haba ng isang kanal ng anumang curvature, at sa operasyon, piliin ang laki ng implant na may katumpakan na 0.1 mm.

Ang natatanging Caries detector system na may mga elemento ng artificial intelligence kapag nagsusuri ng isang imahe ay nagbibigay-daan sa iyo na makakita ng mga karies sa spot stage, root caries at hidden caries.

Lutasin ang mga problema:

1. Ilang beses ang maximum na enerhiya ng isang X-ray bremsstrahlung quantum na ginawa sa boltahe ng tubo na 80 kV na mas malaki kaysa sa enerhiya ng isang photon na tumutugma sa berdeng ilaw na may wavelength na 500 nm?

2. Tukuyin ang pinakamababang wavelength sa spectrum ng radiation na nagreresulta mula sa deceleration ng mga electron na pinabilis sa betatron sa isang enerhiya na 60 MeV sa target.

3. Ang half-attenuation layer ng monochromatic X-ray sa isang partikular na substance ay 10 mm. Hanapin ang attenuation rate ng radiation na ito sa sangkap na ito.

[*] Ang Φ l ay ang ratio ng enerhiya na ibinubuga sa isang makitid na hanay ng mga wavelength sa 1 s. sa lapad ng pagitan na ito

* Ang "F" sa formula (4) ay tumutukoy sa buong hanay ng mga ibinubuga na wavelength at kadalasang tinatawag na "Integral na energy flux".

Ang X-ray radiation ay tumutukoy sa mga electromagnetic wave na may haba na humigit-kumulang 80 hanggang 10 -5 nm. Ang longest-wave X-ray radiation ay na-overlapped ng short-wave ultraviolet radiation, at ang short-wave X-ray radiation ay na-overlapped ng long-wave γ-radiation. Batay sa paraan ng paggulo, ang X-ray radiation ay nahahati sa bremsstrahlung at katangian.

31.1. X-RAY TUBE DEVICE. Bremsstrahlung X-Ray

Ang pinakakaraniwang pinagmumulan ng X-ray radiation ay isang X-ray tube, na isang two-electrode vacuum device (Fig. 31.1). Pinainit na katod 1 naglalabas ng mga electron 4. Anode 2, madalas na tinatawag na anticathode, ay may hilig na ibabaw upang idirekta ang resultang X-ray radiation 3 sa isang anggulo sa axis ng tubo. Ang anode ay gawa sa isang mataas na init-conducting na materyal upang alisin ang init na nabuo ng mga epekto ng elektron. Ang ibabaw ng anode ay gawa sa mga refractory na materyales na may malaking atomic number sa periodic table, halimbawa, tungsten. Sa ilang mga kaso, ang anode ay espesyal na pinalamig ng tubig o langis.

Para sa diagnostic tubes, ang katumpakan ng X-ray source ay mahalaga, na maaaring makamit sa pamamagitan ng pagtutok ng mga electron sa isang lugar ng anticathode. Samakatuwid, constructively ito ay kinakailangan upang isaalang-alang ang dalawang magkasalungat na mga gawain: sa isang banda, ang mga electron ay dapat mahulog sa isang lugar ng anode, sa kabilang banda, upang maiwasan ang overheating, ito ay kanais-nais na ipamahagi ang mga electron sa iba't ibang mga lugar ng ang anod. Ang isang kawili-wiling teknikal na solusyon ay isang X-ray tube na may umiikot na anode (Larawan 31.2).

Bilang resulta ng pagpepreno ng isang electron (o iba pang sisingilin na particle) ng electrostatic field ng atomic nucleus at atomic electron ng substance, isang anticathode ang lumitaw. Bremsstrahlung X-ray radiation.

Ang mekanismo nito ay maaaring ipaliwanag bilang mga sumusunod. Nauugnay sa isang gumagalaw na singil sa kuryente ay isang magnetic field, ang induction nito ay depende sa bilis ng electron. Kapag nagpepreno, bumababa ang magnetic field

induction at, alinsunod sa teorya ni Maxwell, lumilitaw ang isang electromagnetic wave.

Kapag ang mga electron ay decelerated, bahagi lamang ng enerhiya ang ginagamit upang lumikha ng isang x-ray photon, ang iba pang bahagi ay ginugol sa pag-init ng anode. Dahil ang ugnayan sa pagitan ng mga bahaging ito ay random, kapag ang isang malaking bilang ng mga electron ay decelerated, isang tuluy-tuloy na spectrum ng X-ray radiation ay nabuo. Kaugnay nito, ang bremsstrahlung ay tinatawag ding tuloy-tuloy na radiation. Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 31.3 ang pag-asa ng X-ray flux sa wavelength λ (spectra) sa iba't ibang boltahe sa X-ray tube: U 1< U 2 < U 3 .

Sa bawat spectra, ang pinakamaikling haba ng daluyong bremsstrahlung ay λ ηίη nangyayari kapag ang enerhiya na nakuha ng isang electron sa isang accelerating field ay ganap na na-convert sa photon energy:

Tandaan na batay sa (31.2), ang isa sa mga pinakatumpak na pamamaraan para sa eksperimentong pagtukoy ng pare-pareho ng Planck ay binuo.

Ang mga short-wave na X-ray ay karaniwang mas tumatagos kaysa long-wave X-ray at tinatawag ito matigas, at mahabang alon - malambot.

Sa pamamagitan ng pagtaas ng boltahe sa X-ray tube, ang spectral na komposisyon ng radiation ay nagbabago, tulad ng makikita mula sa Fig. 31.3 at mga formula (31.3), at dagdagan ang higpit.

Kung tataas mo ang temperatura ng filament ng katod, tataas ang paglabas ng mga electron at ang kasalukuyang nasa tubo. Dadagdagan nito ang bilang ng mga X-ray photon na ibinubuga bawat segundo. Hindi magbabago ang spectral na komposisyon nito. Sa Fig. Ang Figure 31.4 ay nagpapakita ng spectra ng X-ray bremsstrahlung sa parehong boltahe, ngunit sa iba't ibang cathode heating currents: / n1< / н2 .

Ang X-ray flux ay kinakalkula gamit ang formula:

saan U At ako - boltahe at kasalukuyang sa X-ray tube; Z- serial number ng atom ng anode substance; k- koepisyent ng proporsyonalidad. Spectra nakuha mula sa iba't ibang anticathodes sa parehong U at ang I H ay ipinapakita sa Fig. 31.5.

31.2. KATANGIAN X-RAY RADIATION. ATOMIC X-RAY SPECTRA

Sa pamamagitan ng pagtaas ng boltahe sa X-ray tube, mapapansin ng isa laban sa background ng isang tuluy-tuloy na spectrum ang hitsura ng isang line spectrum, na tumutugma sa

katangian ng x-ray radiation(Larawan 31.6). Ito ay lumitaw dahil sa ang katunayan na ang pinabilis na mga electron ay tumagos nang malalim sa atom at nagpapatumba ng mga electron mula sa mga panloob na layer. Ang mga electron mula sa itaas na antas ay lumipat sa mga libreng lugar (Larawan 31.7), bilang isang resulta, ang mga photon ng katangian ng radiation ay ibinubuga. Tulad ng makikita mula sa figure, ang katangian ng X-ray radiation ay binubuo ng serye K, L, M atbp., ang pangalan na nagsilbi upang italaga ang mga elektronikong layer. Dahil ang paglabas ng K-series ay nagpapalaya ng mga lugar sa mas matataas na layer, ang mga linya ng iba pang serye ay sabay ding inilalabas.

Kabaligtaran sa optical spectra, ang katangian ng X-ray spectra ng iba't ibang mga atom ay may parehong uri. Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 31.8 ang spectra ng iba't ibang elemento. Ang pagkakapareho ng spectra na ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga panloob na layer ng iba't ibang mga atom ay magkapareho at naiiba lamang nang masigla, dahil ang puwersa ng pagkilos mula sa nucleus ay tumataas habang ang atomic na numero ng elemento ay tumataas. Ang sitwasyong ito ay humahantong sa katotohanan na ang katangian ng spectra ay lumilipat patungo sa mas mataas na mga frequency na may pagtaas ng nuclear charge. Ang pattern na ito ay makikita mula sa Fig. 31.8 at kilala bilang Batas ni Moseley:

saan v- parang multo na dalas ng linya; Z- atomic number ng naglalabas na elemento; A At SA- permanente.

May isa pang pagkakaiba sa pagitan ng optical at x-ray spectra.

Ang katangian ng X-ray spectrum ng isang atom ay hindi nakadepende sa kemikal na tambalan kung saan kasama ang atom na ito. Halimbawa, ang X-ray spectrum ng oxygen atom ay pareho para sa O, O 2 at H 2 O, habang ang optical spectra ng mga compound na ito ay makabuluhang naiiba. Ang tampok na ito ng X-ray spectrum ng atom ay nagsilbing batayan para sa pangalan katangian.

Ang katangiang radiation ay palaging nangyayari kapag may libreng espasyo sa mga panloob na layer ng atom, anuman ang dahilan kung bakit ito naging sanhi. Halimbawa, ang katangian ng radiation ay kasama ng isa sa mga uri ng radioactive decay (tingnan ang 32.1), na binubuo sa pagkuha ng isang electron mula sa panloob na layer ng nucleus.

31.3. INTERAKSYON NG X-RAY RADIATION SA MATTER

Ang pagpaparehistro at paggamit ng X-ray radiation, pati na rin ang epekto nito sa mga biological na bagay, ay tinutukoy ng mga pangunahing proseso ng pakikipag-ugnayan ng X-ray photon sa mga electron ng mga atomo at molekula ng sangkap.

Depende sa ratio ng enerhiya hv photon at ionization energy 1 A at tatlong pangunahing proseso ang nagaganap.

Ang magkakaugnay (klasikal) na pagkakalat

Ang pagkalat ng mga long-wave na X-ray ay nangyayari nang walang pagbabago sa wavelength, at tinatawag ito magkakaugnay. Ito ay nangyayari kung ang enerhiya ng photon ay mas mababa kaysa sa enerhiya ng ionization: hv< A at.

Dahil sa kasong ito ang enerhiya ng X-ray photon at ang atom ay hindi nagbabago, ang magkakaugnay na pagkakalat sa sarili nito ay hindi nagiging sanhi ng isang biological na epekto. Gayunpaman, kapag lumilikha ng proteksyon laban sa X-ray radiation, ang posibilidad na baguhin ang direksyon ng pangunahing sinag ay dapat isaalang-alang. Ang ganitong uri ng pakikipag-ugnayan ay mahalaga para sa pagsusuri ng X-ray diffraction (tingnan ang 24.7).

Hindi magkakaugnay na pagkakalat (Epekto ng Compton)

Noong 1922 A.Kh. Si Compton, na nagmamasid sa pagkalat ng matitigas na X-ray, ay natuklasan ang pagbaba sa lakas ng pagtagos ng nakakalat na sinag kumpara sa sinag ng insidente. Nangangahulugan ito na ang wavelength ng nakakalat na X-ray ay mas mahaba kaysa sa insidente na X-ray. Ang scattering ng X-ray na may pagbabago sa wavelength ay tinatawag hindi magkakaugnay nom, at ang kababalaghan mismo - Compton effect. Ito ay nangyayari kung ang enerhiya ng X-ray photon ay mas malaki kaysa sa enerhiya ng ionization: hv > A at.

Ang kababalaghan na ito ay dahil sa ang katunayan na kapag nakikipag-ugnayan sa isang atom, ang enerhiya hv ang photon ay ginugugol sa pagbuo ng isang bagong nakakalat na X-ray photon na may enerhiya hv", upang alisin ang isang electron mula sa isang atom (ionization energy A at) at magbigay ng kinetic energy sa electron E sa:

hv= hv" + A at + E k.(31.6)

1 Dito, ang enerhiya ng ionization ay tumutukoy sa enerhiya na kinakailangan upang alisin ang mga panloob na electron mula sa isang atom o molekula.

Dahil sa maraming pagkakataon hv>> At at ang epekto ng Compton ay nangyayari sa mga libreng electron, pagkatapos ay maaari naming isulat ang humigit-kumulang:

hv = hv"+ E K .(31.7)

Mahalaga na sa hindi pangkaraniwang bagay na ito (Larawan 31.9), kasama ang pangalawang X-ray radiation (enerhiya hv" photon) lumilitaw ang mga recoil electron (kinetic energy E k elektron). Ang mga atomo o molekula ay nagiging mga ion.

Epekto ng larawan

Sa photoelectric effect, ang mga X-ray ay nasisipsip ng isang atom, na nagiging sanhi ng isang electron na maalis at ang atom ay na-ionize (photoionization).

Ang tatlong pangunahing proseso ng pakikipag-ugnayan na tinalakay sa itaas ay pangunahin, humahantong sila sa kasunod na pangalawa, tersiyaryo, atbp. phenomena. Halimbawa, ang mga ionized na atom ay maaaring maglabas ng isang spectrum ng katangian, ang mga nasasabik na atom ay maaaring maging mapagkukunan ng nakikitang liwanag (x-ray luminescence), atbp.

Sa Fig. Ang 31.10 ay nagpapakita ng diagram ng mga posibleng proseso na nangyayari kapag ang X-ray radiation ay pumasok sa isang substance. Ilang dosenang mga proseso na katulad ng isang inilalarawan ay maaaring mangyari bago ang enerhiya ng X-ray photon ay na-convert sa enerhiya ng molecular thermal motion. Bilang resulta, ang mga pagbabago sa molekular na komposisyon ng sangkap ay magaganap.

Ang mga proseso na kinakatawan ng diagram sa Fig. 31.10, bumubuo ng batayan ng mga phenomena na naobserbahan kapag kumikilos ang X-ray sa bagay. Ilista natin ang ilan sa kanila.

X-ray luminescence- glow ng isang bilang ng mga substance sa ilalim ng X-ray irradiation. Ang glow na ito ng platinum-synoxide barium ay nagbigay-daan sa Roentgen na matuklasan ang mga sinag. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ginagamit upang lumikha ng mga espesyal na makinang na screen para sa layunin ng visual na pagmamasid ng X-ray radiation, kung minsan upang mapahusay ang epekto ng X-ray sa isang photographic plate.

Ang mga kemikal na epekto ng X-ray radiation ay kilala, halimbawa ang pagbuo ng hydrogen peroxide sa tubig. Ang isang praktikal na mahalagang halimbawa ay ang epekto sa isang photographic plate, na nagpapahintulot sa mga sinag na maitala.

Ang epekto ng ionizing ay ipinahayag sa isang pagtaas sa electrical conductivity sa ilalim ng impluwensya ng X-ray. Ginagamit ang ari-arian na ito

sa dosimetry upang mabilang ang mga epekto ng ganitong uri ng radiation.

Bilang resulta ng maraming proseso, ang pangunahing sinag ng X-ray radiation ay humina alinsunod sa batas (29.3). Isulat natin ito sa form:

Ako = ako 0 e-/", (31.8)

saan μ - linear attenuation coefficient. Ito ay maaaring katawanin bilang binubuo ng tatlong termino na tumutugma sa magkakaugnay na scattering μ κ, incoherent μ ΗK at photoelectric effect μ f:

μ = μ k + μ hk + μ f. (31.9)

Ang intensity ng X-ray radiation ay pinahina sa proporsyon sa bilang ng mga atom ng sangkap kung saan dumadaan ang flux na ito. Kung i-compress mo ang isang substance sa kahabaan ng axis X, halimbawa, sa b beses, tumataas ng b dahil ang density nito, noon

31.4. MGA BATAYANG PISIKAL NG APPLICATION NG X-RAY RADIATION SA GAMOT

Ang isa sa pinakamahalagang medikal na paggamit ng X-ray ay upang maipaliwanag ang mga panloob na organo para sa mga layuning diagnostic. (Mga diagnostic ng X-ray).

Para sa mga diagnostic, ginagamit ang mga photon na may enerhiya na humigit-kumulang 60-120 keV. Sa enerhiya na ito, ang mass attenuation coefficient ay pangunahing tinutukoy ng photoelectric effect. Ang halaga nito ay inversely proportional sa ikatlong kapangyarihan ng photon energy (proporsyonal sa λ 3), na nagpapakita ng mas malaking penetrating power ng hard radiation, at proporsyonal sa ikatlong kapangyarihan ng atomic number ng absorbing substance:

Ang makabuluhang pagkakaiba sa pagsipsip ng X-ray radiation ng iba't ibang mga tisyu ay nagpapahintulot sa isa na makita ang mga larawan ng mga panloob na organo ng katawan ng tao sa projection ng anino.

Ang mga diagnostic ng X-ray ay ginagamit sa dalawang bersyon: fluoroscopy - ang imahe ay tiningnan sa isang X-ray luminescent screen, radiography - ang imahe ay naitala sa photographic film.

Kung ang organ na sinusuri at ang mga nakapaligid na tisyu ay nagpapahina ng X-ray radiation nang humigit-kumulang pantay, pagkatapos ay ginagamit ang mga espesyal na ahente ng kaibahan. Halimbawa, kapag napuno ang tiyan at bituka ng parang sinigang na masa ng barium sulfate, makikita mo ang kanilang anino na imahe.

Ang liwanag ng imahe sa screen at ang oras ng pagkakalantad sa pelikula ay nakasalalay sa intensity ng x-ray radiation. Kung ito ay ginagamit para sa mga diagnostic, kung gayon ang intensity ay hindi maaaring mataas upang hindi maging sanhi ng hindi kanais-nais na biological na mga kahihinatnan. Samakatuwid, mayroong isang bilang ng mga teknikal na aparato na nagpapahusay ng mga imahe sa mababang intensity ng X-ray. Ang isang halimbawa ng naturang aparato ay mga electro-optical converter (tingnan ang 27.8). Sa panahon ng mass examination ng populasyon, malawakang ginagamit ang isang variant ng radiography - fluorography, kung saan ang isang imahe mula sa isang malaking X-ray luminescent screen ay naitala sa isang sensitibong maliit na format na pelikula. Kapag nag-shoot, isang high-aperture lens ang ginagamit, at ang mga natapos na imahe ay sinusuri gamit ang isang espesyal na magnifier.

Ang isang kawili-wili at promising na opsyon para sa radiography ay tinatawag na pamamaraan X-ray tomography, at ang "bersyon ng makina" nito - CT scan.

Isaalang-alang natin ang tanong na ito.

Ang isang tipikal na x-ray ay sumasaklaw sa isang malaking bahagi ng katawan, na may iba't ibang mga organo at tisyu na nagtatakip sa isa't isa. Maiiwasan ito kung pana-panahon mong ililipat ang X-ray tube nang magkasama (Fig. 31.11) sa antiphase RT at photographic na pelikula FP kaugnay sa bagay Tungkol sa pananaliksik. Ang katawan ay naglalaman ng isang bilang ng mga inklusyon na opaque sa x-ray; ipinapakita ang mga ito bilang mga bilog sa figure. Tulad ng makikita, ang mga X-ray sa anumang posisyon ng X-ray tube (1, 2 atbp.) dumaan

pagputol ng parehong punto ng bagay, na kung saan ay ang sentro na nauugnay sa kung saan nangyayari ang pana-panahong paggalaw RT At Fp. Ang puntong ito, o sa halip ay isang maliit na opaque na pagsasama, ay ipinapakita na may isang madilim na bilog. Gumagalaw ang kanyang anino na imahe FP, sumasakop sa mga sunud-sunod na posisyon 1, 2 atbp. Ang natitirang mga inklusyon sa katawan (mga buto, mga compaction, atbp.) ay nilikha sa FP ilang pangkalahatang background, dahil ang X-ray ay hindi palaging natatakpan ng mga ito. Sa pamamagitan ng pagbabago ng posisyon ng swing center, maaari kang makakuha ng layer-by-layer na X-ray na imahe ng katawan. Samakatuwid ang pangalan - tomography(layered recording).

Posible, gamit ang isang manipis na sinag ng X-ray radiation, isang screen (sa halip na Fp), na binubuo ng mga semiconductor detector ng ionizing radiation (tingnan ang 32.5), at isang computer, na nagpoproseso ng shadow X-ray na imahe sa panahon ng tomography. Ang modernong bersyon ng tomography (computational o computed x-ray tomography) na ito ay nagbibigay-daan sa iyo na makakuha ng layer-by-layer na mga larawan ng katawan sa isang cathode ray tube screen o sa papel na may mga detalyeng mas mababa sa 2 mm na may pagkakaiba sa x-ray absorption. ng hanggang 0.1%. Ginagawa nitong posible, halimbawa, na makilala ang pagitan ng kulay abo at puting bagay ng utak at makita ang napakaliit na pagbuo ng tumor.

FEDERAL AGENCY PARA SA EDUKASYON NG RF

INSTITUSYON NG EDUKASYONAL NG ESTADO

HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION

MOSCOW STATE INSTITUTE OF STEEL AND ALLOYS

(UNIBERSIDAD NG TEKNOLOHIYA)

NOVOTROITSKY BRANCH

Kagawaran ng OED

TRABAHO NG KURSO

Disiplina: Physics

Paksa: X-RAY

Mag-aaral: Nedorezova N.A.

Pangkat: EiU-2004-25, No. Z.K.: 04N036

Sinuri ni: Ozhegova S.M.

Panimula

Kabanata 1. Pagtuklas ng X-ray

1.1 Talambuhay ni Roentgen Wilhelm Conrad

1.2 Pagtuklas ng mga X-ray

Kabanata 2. X-ray radiation

2.1 Mga mapagkukunan ng X-ray

2.2 Mga Katangian ng X-ray

2.3 Pagtuklas ng mga X-ray

2.4 Paggamit ng X-ray

Kabanata 3. Paglalapat ng X-ray sa metalurhiya

3.1 Pagsusuri ng mga di-kasakdalan sa istraktura ng kristal

3.2 Pagsusuri ng parang multo

Konklusyon

Listahan ng mga mapagkukunang ginamit

Mga aplikasyon

Panimula

Ito ay isang bihirang tao na hindi dumaan sa X-ray room. Ang mga larawan ng X-ray ay pamilyar sa lahat. Ang 1995 ay minarkahan ang ika-daang anibersaryo ng pagtuklas na ito. Mahirap isipin ang napakalaking interes na napukaw nito isang siglo na ang nakakaraan. Sa mga kamay ng isang tao mayroong isang aparato sa tulong kung saan posible na makita ang hindi nakikita.

Ang invisible radiation na ito, na may kakayahang tumagos, bagaman sa iba't ibang antas, sa lahat ng mga sangkap, na kumakatawan sa electromagnetic radiation na may wavelength na mga 10 -8 cm, ay tinawag na x-ray radiation, bilang parangal kay Wilhelm Roentgen, na natuklasan ito.

Tulad ng nakikitang liwanag, ang X-ray ay nagiging sanhi ng pagiging itim ng photographic film. Ang ari-arian na ito ay mahalaga para sa medisina, industriya at siyentipikong pananaliksik. Ang pagdaan sa bagay na pinag-aaralan at pagkatapos ay nahuhulog sa photographic film, inilalarawan ng X-ray radiation ang panloob na istraktura nito. Dahil ang lakas ng pagtagos ng X-ray radiation ay nag-iiba-iba para sa iba't ibang materyales, ang mga bahagi ng bagay na hindi gaanong transparent dito ay gumagawa ng mas magaan na bahagi sa litrato kaysa sa kung saan ang radiation ay tumagos nang maayos. Kaya, ang tissue ng buto ay hindi gaanong transparent sa x-ray kaysa sa tissue na bumubuo sa balat at mga panloob na organo. Samakatuwid, sa isang x-ray, ang mga buto ay lilitaw bilang mas magaan na mga lugar at ang lugar ng bali, na hindi gaanong transparent sa radiation, ay madaling matukoy. Ginagamit din ang X-ray sa dentistry upang makita ang mga karies at abscesses sa mga ugat ng ngipin, gayundin sa industriya upang makita ang mga bitak sa mga casting, plastic at rubbers, sa kimika upang pag-aralan ang mga compound at sa pisika upang pag-aralan ang istruktura ng mga kristal.

Ang pagtuklas ni Roentgen ay sinundan ng mga eksperimento ng ibang mga mananaliksik na nakatuklas ng maraming bagong katangian at aplikasyon ng radiation na ito. Isang malaking kontribusyon ang ginawa nina M. Laue, W. Friedrich at P. Knipping, na nagpakita noong 1912 ng diffraction ng x-ray na dumadaan sa isang kristal; W. Coolidge, na noong 1913 ay nag-imbento ng high-vacuum X-ray tube na may heated cathode; G. Moseley, na itinatag noong 1913 ang ugnayan sa pagitan ng wavelength ng radiation at atomic number ng isang elemento; G. at L. Bragg, na nakatanggap ng Nobel Prize noong 1915 para sa pagbuo ng mga batayan ng X-ray structural analysis.

Ang layunin ng gawaing kursong ito ay pag-aralan ang phenomenon ng X-ray radiation, ang kasaysayan ng pagtuklas, mga katangian at tukuyin ang saklaw ng aplikasyon nito.

Kabanata 1. Pagtuklas ng X-ray

1.1 Talambuhay ni Roentgen Wilhelm Conrad

Si Wilhelm Conrad Roentgen ay isinilang noong Marso 17, 1845 sa rehiyon ng Alemanya na karatig ng Holland, sa lungsod ng Lenepe. Natanggap niya ang kanyang teknikal na edukasyon sa Zurich sa parehong Higher Technical School (Polytechnic) kung saan nag-aral si Einstein. Ang kanyang pagkahilig sa pisika ay nagpilit sa kanya, pagkatapos ng pagtatapos sa paaralan noong 1866, na ipagpatuloy ang kanyang edukasyon sa pisika.

Ang pagkakaroon ng pagtatanggol sa kanyang disertasyon para sa degree ng Doctor of Philosophy noong 1868, nagtrabaho siya bilang isang katulong sa departamento ng pisika, una sa Zurich, pagkatapos ay sa Giessen, at pagkatapos ay sa Strasbourg (1874-1879) sa ilalim ng Kundt. Dito dumaan si Roentgen sa isang magandang experimental school at naging first-class experimenter. Isinagawa ni Roentgen ang ilan sa kanyang mahalagang pananaliksik kasama ang kanyang estudyante, isa sa mga tagapagtatag ng Soviet physics na si A.F. Ioff.

Ang siyentipikong pananaliksik ay nauugnay sa electromagnetism, crystal physics, optics, molecular physics.

Noong 1895 natuklasan niya ang radiation na may wavelength na mas maikli kaysa sa ultraviolet rays (X-rays), na kalaunan ay tinawag na X-ray, at pinag-aralan ang kanilang mga katangian: ang kakayahang maipakita, masipsip, mag-ionize ng hangin, atbp. Iminungkahi niya ang tamang disenyo ng isang tubo para sa paggawa ng X-ray - isang inclined platinum anticathode at isang concave cathode: siya ang unang kumuha ng litrato gamit ang X-ray. Natuklasan niya noong 1885 ang magnetic field ng isang dielectric na gumagalaw sa isang electric field (ang tinatawag na "X-ray current"). electronic theory ni X. Lorentz. Ang isang makabuluhang bilang ng mga gawa ni Roentgen ay nakatuon sa pag-aaral ng mga katangian ng mga likido, gas, kristal, electromagnetic phenomena, natuklasan ang ugnayan sa pagitan ng electrical at optical phenomena sa mga kristal.Para sa pagtuklas ng mga sinag na nagdadala ng kanyang pangalan , si Roentgen ang una sa mga physicist na ginawaran ng Nobel Prize noong 1901.

Mula 1900 hanggang sa mga huling araw ng kanyang buhay (namatay siya noong Pebrero 10, 1923), nagtrabaho siya sa Unibersidad ng Munich.

1.2 Pagtuklas ng mga X-ray

Katapusan ng ika-19 na siglo ay minarkahan ng pagtaas ng interes sa mga phenomena ng pagpasa ng kuryente sa pamamagitan ng mga gas. Seryosong pinag-aralan din ni Faraday ang mga phenomena na ito, inilarawan ang iba't ibang anyo ng discharge, at natuklasan ang isang madilim na espasyo sa isang maliwanag na hanay ng rarefied gas. Ang madilim na espasyo ng Faraday ay naghihiwalay sa mala-bughaw, cathode glow mula sa pinkish, anodic glow.

Ang isang karagdagang pagtaas sa gas rarefaction ay makabuluhang nagbabago sa likas na katangian ng glow. Natuklasan ng mathematician na si Plücker (1801-1868) noong 1859, sa isang sapat na malakas na vacuum, isang mahinang mala-bughaw na sinag ng mga sinag na nagmumula sa cathode, na umaabot sa anode at nagiging sanhi ng pagkinang ng salamin ng tubo. Ang mag-aaral ni Plücker na si Hittorf (1824-1914) noong 1869 ay nagpatuloy sa pagsasaliksik ng kanyang guro at ipinakita na ang isang natatanging anino ay lilitaw sa fluorescent na ibabaw ng tubo kung ang isang solidong katawan ay inilagay sa pagitan ng katod at ibabaw na ito.

Goldstein (1850-1931), na pinag-aaralan ang mga katangian ng mga sinag, tinawag silang cathode rays (1876). Pagkaraan ng tatlong taon, pinatunayan ni William Crookes (1832-1919) ang materyal na kalikasan ng mga cathode ray at tinawag itong "radiant matter," isang sangkap sa isang espesyal na pang-apat na estado. Ang kanyang ebidensya ay nakakumbinsi at nakikita. Ang mga eksperimento sa "Crookes tube" ay kalaunan. ipinakita sa lahat ng silid-aralan ng pisika. Ang pagpapalihis ng isang cathode beam ng magnetic field sa isang Crookes tube ay naging isang klasikong demonstrasyon ng paaralan.

Gayunpaman, ang mga eksperimento sa electrical deflection ng cathode rays ay hindi masyadong nakakumbinsi. Hindi nakita ni Hertz ang gayong paglihis at dumating sa konklusyon na ang cathode ray ay isang proseso ng oscillatory sa eter. Ang estudyante ni Hertz na si F. Lenard, na nag-eeksperimento sa mga cathode ray, ay nagpakita noong 1893 na dumaan sila sa isang bintana na natatakpan ng aluminum foil at nagdudulot ng ningning sa espasyo sa likod ng bintana. Inilaan ni Hertz ang kanyang huling artikulo, na inilathala noong 1892, sa kababalaghan ng pagdaan ng mga cathode ray sa pamamagitan ng manipis na mga katawan ng metal. Nagsimula ito sa mga salitang:

"Ang mga sinag ng cathode ay naiiba sa liwanag sa isang makabuluhang paraan na may kinalaman sa kanilang kakayahang tumagos sa mga solidong katawan." Inilarawan ang mga resulta ng mga eksperimento sa pagpasa ng mga cathode ray sa pamamagitan ng mga dahon ng ginto, pilak, platinum, aluminyo, atbp, sinabi ni Hertz na ginawa niya hindi obserbahan ang anumang mga espesyal na pagkakaiba sa mga phenomena Ang mga sinag ay hindi dumadaan sa mga dahon nang rectilinearly, ngunit nakakalat sa pamamagitan ng diffraction. Ang likas na katangian ng cathode ray ay hindi pa rin malinaw.

Sa mga tubo na ito nina Crookes, Lenard at iba pa na ang propesor ng Würzburg na si Wilhelm Conrad Roentgen ay nag-eksperimento sa pagtatapos ng 1895. Minsan, sa pagtatapos ng eksperimento, na tinakpan ang tubo ng isang itim na takip ng karton, pinatay ang ilaw, ngunit hindi ngunit pinatay ang inductor na nagpapagana sa tubo, napansin niya ang ningning ng screen mula sa barium synoxide na matatagpuan malapit sa tubo. Natamaan ng ganitong pangyayari, nagsimulang mag-eksperimento si Roentgen sa screen. Sa kanyang unang ulat, "On a New Kind of Rays," na may petsang Disyembre 28, 1895, isinulat niya ang tungkol sa mga unang eksperimento na ito: "Isang piraso ng papel na pinahiran ng barium platinum sulfur dioxide, kapag inilapit sa isang tubo na natatakpan ng takip na gawa sa manipis na itim na karton na halos magkasya dito, sa bawat paglabas ay kumikislap ito ng maliwanag na liwanag: nagsisimula itong mag-fluoresce. Ang fluorescence ay makikita kapag sapat na madilim at hindi nakasalalay sa kung ang papel ay ipinakita sa gilid na pinahiran ng barium blue oxide o hindi natatakpan ng barium blue oxide. Ang fluorescence ay kapansin-pansin kahit sa layong dalawang metro mula sa tubo."

Ang maingat na pagsusuri ay nagpakita kay Roentgen "na ang itim na karton, na hindi transparent alinman sa nakikita at ultraviolet rays ng araw, o sa mga sinag ng isang electric arc, ay natagos ng ilang ahente na nagdudulot ng fluorescence." Sinuri ni Roentgen ang tumagos na kapangyarihan ng "ahente, ” na tinawag niya para sa maikling “X-ray”, para sa iba't ibang sangkap. Natuklasan niya na ang mga sinag ay malayang dumadaan sa papel, kahoy, matigas na goma, manipis na mga layer ng metal, ngunit malakas na naantala ng tingga.

Pagkatapos ay inilarawan niya ang kahindik-hindik na karanasan:

"Kung hawak mo ang iyong kamay sa pagitan ng discharge tube at ng screen, makikita mo ang madilim na anino ng mga buto sa malabong balangkas ng anino ng mismong kamay." Ito ang unang fluoroscopic na pagsusuri ng katawan ng tao. Nakuha rin ni Roentgen ang unang X-ray na mga imahe sa pamamagitan ng paglalapat ng mga ito sa kanyang kamay.

Ang mga larawang ito ay gumawa ng malaking impresyon; ang pagtuklas ay hindi pa nakumpleto, at ang X-ray diagnostics ay nagsimula na sa paglalakbay nito. "Ang aking laboratoryo ay binaha ng mga doktor na nagdadala ng mga pasyente na naghihinala na sila ay may mga karayom ​​sa iba't ibang bahagi ng katawan," ang isinulat ng Ingles na physicist na si Schuster.

Matapos ang mga unang eksperimento, matatag na itinatag ni Roentgen na ang X-ray ay naiiba sa mga cathode ray, hindi sila nagdadala ng singil at hindi pinalihis ng isang magnetic field, ngunit nasasabik ng mga cathode ray." Ang mga X-ray ay hindi magkapareho sa mga cathode ray. , ngunit nasasabik sila sa mga dingding na salamin ng discharge tube ", isinulat ni Roentgen.

Itinatag din niya na sila ay nasasabik hindi lamang sa salamin, kundi pati na rin sa mga metal.

Sa pagbanggit sa Hertz-Lennard hypothesis na ang mga cathode ray ay "isang phenomenon na nagaganap sa ether," itinuro ni Roentgen na "maaari nating sabihin ang isang bagay na katulad tungkol sa ating mga sinag." Gayunpaman, hindi niya nadiskubre ang mga katangian ng alon ng mga sinag; ang mga ito ay "iba ang kilos kaysa sa kilalang ultraviolet, nakikita, at infrared na sinag." Sa kanilang kemikal at luminescent na pagkilos, ayon kay Roentgen, ang mga ito ay katulad ng ultraviolet rays. ang kanyang unang mensahe, sinabi niya ang palagay na naiwan sa ibang pagkakataon na maaari silang maging mga longitudinal wave sa eter.

Ang pagtuklas ni Roentgen ay nagpukaw ng malaking interes sa mundong siyentipiko. Ang kanyang mga eksperimento ay paulit-ulit sa halos lahat ng mga laboratoryo sa mundo. Sa Moscow sila ay inulit ni P.N. Lebedev. Sa St. Petersburg, ang imbentor ng radyo na si A.S. Nag-eksperimento si Popov sa mga X-ray, ipinakita ang mga ito sa mga pampublikong lektura, at nakakuha ng iba't ibang mga x-ray na imahe. Sa Cambridge D.D. Agad na ginamit ni Thomson ang ionizing effect ng X-ray upang pag-aralan ang pagdaan ng kuryente sa pamamagitan ng mga gas. Ang kanyang pananaliksik ay humantong sa pagkatuklas ng elektron.

Kabanata 2. X-ray radiation

Ang X-ray radiation ay electromagnetic ionizing radiation, na sumasakop sa spectral na rehiyon sa pagitan ng gamma at ultraviolet radiation sa loob ng mga wavelength mula 10 -4 hanggang 10 3 (mula 10 -12 hanggang 10 -5 cm).R. l. na may wavelength λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - malambot.

2.1 Mga mapagkukunan ng X-ray

Ang pinakakaraniwang pinagmumulan ng x-ray ay isang x-ray tube. - electric vacuum device , nagsisilbing pinagmumulan ng X-ray radiation. Ang ganitong radiation ay nangyayari kapag ang mga electron na ibinubuga ng katod ay nababawasan ng bilis at tumama sa anode (anti-cathode); sa kasong ito, ang enerhiya ng mga electron na pinabilis ng isang malakas na electric field sa espasyo sa pagitan ng anode at cathode ay bahagyang na-convert sa X-ray energy. Ang radiation ng X-ray tube ay isang superposisyon ng bremsstrahlung X-ray radiation sa katangian ng radiation ng anode substance. Ang mga tubo ng X-ray ay nakikilala: sa pamamagitan ng paraan ng pagkuha ng daloy ng mga electron - na may thermionic (pinainit) na katod, field emission (tip) cathode, isang katod na binomba ng mga positibong ion at may radioactive (β) na mapagkukunan ng mga electron; ayon sa paraan ng vacuum - selyadong, dismountable; sa pamamagitan ng oras ng radiation - tuloy-tuloy, pulsed; sa pamamagitan ng uri ng anode cooling - na may tubig, langis, hangin, radiation cooling; sa pamamagitan ng laki ng focus (radiation area sa anode) - macrofocal, sharp-focus at microfocus; ayon sa hugis nito - singsing, bilog, hugis ng linya; ayon sa paraan ng pagtutok ng mga electron sa anode - na may electrostatic, magnetic, electromagnetic focusing.

Ang mga tubo ng X-ray ay ginagamit sa pagsusuri ng istruktura ng X-ray (Appendix 1), X-ray spectral analysis, flaw detection (Appendix 1), X-ray diagnostics (Appendix 1), X-ray therapy , X-ray microscopy at microradiography. Ang pinakamalawak na ginagamit sa lahat ng lugar ay ang mga selyadong X-ray tube na may thermionic cathode, isang water-cooled anode, at isang electrostatic electron focusing system (Appendix 2). Ang thermionic cathode ng X-ray tubes ay karaniwang isang spiral o straight filament ng tungsten wire, na pinainit ng electric current. Ang gumaganang seksyon ng anode - isang metal mirror surface - ay matatagpuan patayo o sa isang tiyak na anggulo sa daloy ng mga electron. Upang makakuha ng tuluy-tuloy na spectrum ng high-energy at high-intensity X-ray radiation, ginagamit ang mga anod na gawa sa Au at W; sa pagsusuri sa istruktura, ginagamit ang mga X-ray tube na may anod na gawa sa Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag.

Ang mga pangunahing katangian ng X-ray tubes ay ang maximum na pinahihintulutang accelerating boltahe (1-500 kV), kasalukuyang electron (0.01 mA - 1A), tiyak na kapangyarihan na nawala ng anode (10-10 4 W/mm 2), kabuuang paggamit ng kuryente (0.002 W - 60 kW) at mga laki ng focus (1 µm - 10 mm). Ang kahusayan ng X-ray tube ay 0.1-3%.

Ang ilang radioactive isotopes ay maaari ding magsilbi bilang mga mapagkukunan ng X-ray. : ang ilan sa kanila ay direktang naglalabas ng X-ray, ang nuclear radiation ng iba (electrons o λ-particles) ay nagbobomba ng isang metal na target, na naglalabas ng X-ray. Ang intensity ng X-ray radiation mula sa isotope source ay ilang mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa intensity ng radiation mula sa isang X-ray tube, ngunit ang mga sukat, bigat at halaga ng isotope source ay hindi maihahambing na mas maliit kaysa sa mga installation na may X-ray tube.

Ang mga synchrotron at mga singsing na imbakan ng elektron na may mga enerhiya ng ilang GeV ay maaaring magsilbi bilang mga mapagkukunan ng malambot na X-ray na may λ ng pagkakasunud-sunod ng sampu at daan-daan. Ang intensity ng X-ray radiation mula sa mga synchrotron ay lumampas sa isang X-ray tube sa rehiyong ito ng spectrum ng 2-3 order ng magnitude.

Ang mga likas na pinagmumulan ng X-ray ay ang Araw at iba pang mga bagay sa kalawakan.

2.2 Mga Katangian ng X-ray

Depende sa mekanismo ng pagbuo ng X-ray, ang kanilang spectra ay maaaring tuloy-tuloy (bremsstrahlung) o linya (characteristic). Ang isang tuluy-tuloy na spectrum ng X-ray ay ibinubuga ng mabilis na sisingilin na mga particle bilang resulta ng kanilang pagbabawas ng bilis kapag nakikipag-ugnayan sa mga target na atomo; ang spectrum na ito ay umaabot lamang ng makabuluhang intensity kapag ang target ay binomba ng mga electron. Ang intensity ng bremsstrahlung X-ray ay ipinamamahagi sa lahat ng mga frequency hanggang sa high-frequency na hangganan 0, kung saan ang photon energy h 0 (h ay ang pare-pareho ng Planck ) ay katumbas ng enerhiya na eV ng mga nagbobomba na electron (e ang singil ng electron, ang V ay ang potensyal na pagkakaiba ng accelerating field na ipinasa ng mga ito). Ang dalas na ito ay tumutugma sa short-wave na hangganan ng spectrum 0 = hc/eV (c ay ang bilis ng liwanag).

Ang radiation ng linya ay nangyayari pagkatapos ng ionization ng isang atom na may pagbuga ng isang electron mula sa isa sa mga panloob na shell nito. Ang ganitong ionization ay maaaring magresulta mula sa banggaan ng isang atom na may mabilis na particle gaya ng isang electron (pangunahing X-ray), o ang pagsipsip ng isang photon ng atom (fluorescent X-ray). Nahanap ng ionized atom ang sarili nito sa paunang estado ng quantum sa isa sa mga mataas na antas ng enerhiya at pagkatapos ng 10 -16 -10 -15 segundo ay pumasa ito sa huling estado na may mas mababang enerhiya. Sa kasong ito, ang atom ay maaaring maglabas ng labis na enerhiya sa anyo ng isang photon ng isang tiyak na dalas. Ang mga frequency ng mga linya sa spectrum ng naturang radiation ay katangian ng mga atomo ng bawat elemento, samakatuwid ang line X-ray spectrum ay tinatawag na katangian. Ang pag-asa ng dalas ng mga linya ng spectrum na ito sa atomic number Z ay tinutukoy ng batas ni Moseley.

Batas ni Moseley, isang batas na nag-uugnay sa dalas ng mga spectral na linya ng katangiang X-ray radiation ng isang kemikal na elemento kasama ang atomic number nito. Eksperimental na itinatag ni G. Moseley noong 1913. Ayon sa batas ni Moseley, ang square root ng frequency  ng spectral line ng katangiang radiation ng isang elemento ay isang linear function ng serial number nito na Z:

kung saan ang R ay ang Rydberg constant , S n - screening constant, n - principal quantum number. Sa diagram ng Moseley (Appendix 3), ang pag-asa sa Z ay isang serye ng mga tuwid na linya (K-, L-, M-, atbp. serye, na tumutugma sa mga halaga n = 1, 2, 3,.).

Ang batas ni Moseley ay hindi maikakailang patunay ng tamang paglalagay ng mga elemento sa periodic table ng mga elemento DI. Mendeleev at nag-ambag sa paglilinaw ng pisikal na kahulugan ng Z.

Alinsunod sa batas ni Moseley, ang spectra ng katangian ng X-ray ay hindi naghahayag ng mga pana-panahong pattern na likas sa optical spectra. Ipinapahiwatig nito na ang panloob na mga shell ng elektron ng mga atomo ng lahat ng mga elemento, na lumilitaw sa katangian ng X-ray spectra, ay may katulad na istraktura.

Ang mga eksperimento sa ibang pagkakataon ay nagsiwalat ng ilang mga paglihis mula sa linear na relasyon para sa mga pangkat ng paglipat ng mga elemento na nauugnay sa isang pagbabago sa pagkakasunud-sunod ng pagpuno ng mga panlabas na shell ng elektron, gayundin para sa mga mabibigat na atomo, na nagreresulta mula sa relativistic effect (kondisyon na ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga bilis ng ang mga panloob ay maihahambing sa bilis ng liwanag).

Depende sa isang bilang ng mga kadahilanan - ang bilang ng mga nucleon sa nucleus (isotonic shift), ang estado ng mga panlabas na shell ng elektron (chemical shift), atbp. - ang posisyon ng mga parang multo na linya sa Moseley diagram ay maaaring bahagyang magbago. Ang pag-aaral ng mga pagbabagong ito ay nagpapahintulot sa amin na makakuha ng detalyadong impormasyon tungkol sa atom.

Ang mga Bremsstrahlung X-ray na ibinubuga ng napakanipis na mga target ay ganap na polarized malapit sa 0; Habang bumababa ang 0, bumababa ang antas ng polariseysyon. Ang katangian ng radiation ay, bilang panuntunan, ay hindi polarized.

Kapag nakikipag-ugnayan ang X-ray sa bagay, maaaring magkaroon ng photoelectric effect. , ang kasamang pagsipsip ng mga X-ray at ang kanilang pagkalat, ang photoelectric na epekto ay sinusunod sa kaso kapag ang isang atom, na sumisipsip ng isang X-ray photon, ay naglalabas ng isa sa mga panloob na electron nito, pagkatapos nito ay maaaring gumawa ng radiative transition, na naglalabas ng isang photon ng katangiang radiation, o mag-eject ng pangalawang electron sa isang non-radiative transition (Auger electron). Sa ilalim ng impluwensya ng X-ray sa mga non-metallic na kristal (halimbawa, rock salt), ang mga ion na may karagdagang positibong singil ay lumilitaw sa ilang mga site ng atomic lattice, at ang mga labis na electron ay lumilitaw malapit sa kanila. Ang ganitong mga kaguluhan sa istraktura ng mga kristal, na tinatawag na X-ray excitons , ay mga sentro ng kulay at nawawala lamang sa isang makabuluhang pagtaas sa temperatura.

Kapag dumaan ang X-ray sa isang layer ng substance na may kapal x, ang kanilang paunang intensity I 0 ay bumababa sa halaga I = I 0 e - μ x kung saan ang μ ay ang attenuation coefficient. Ang pagpapahina ng I ay nangyayari dahil sa dalawang proseso: ang pagsipsip ng X-ray photon sa pamamagitan ng bagay at ang pagbabago sa kanilang direksyon sa panahon ng scattering. Sa mahabang alon na rehiyon ng spectrum, ang pagsipsip ng X-ray ay nangingibabaw, sa maikling alon na rehiyon ang kanilang pagkalat ay nangingibabaw. Ang antas ng pagsipsip ay mabilis na tumataas sa pagtaas ng Z at λ. Halimbawa, ang matigas na X-ray ay malayang tumagos sa isang layer ng hangin ~ 10 cm; ang isang aluminyo na plato na 3 cm ang kapal ay nagpapahina sa mga X-ray na may λ = 0.027 ng kalahati; Ang malambot na X-ray ay makabuluhang nasisipsip sa hangin at ang kanilang paggamit at pagsasaliksik ay posible lamang sa isang vacuum o sa isang mahinang sumisipsip ng gas (halimbawa, He). Kapag ang X-ray ay nasisipsip, ang mga atomo ng sangkap ay nagiging ionized.

Ang epekto ng X-ray sa mga buhay na organismo ay maaaring maging kapaki-pakinabang o nakakapinsala depende sa ionization na dulot ng mga ito sa mga tisyu. Dahil ang pagsipsip ng X-ray ay nakasalalay sa λ, ang kanilang intensity ay hindi maaaring magsilbi bilang isang sukatan ng biological na epekto ng X-ray. Ang mga pagsukat ng X-ray ay ginagamit upang sukatin ang dami ng epekto ng X-ray sa bagay. , ang yunit ng pagsukat nito ay ang x-ray

Ang pagkalat ng X-ray sa rehiyon ng malaking Z at λ ay nangyayari pangunahin nang hindi nagbabago ang λ at tinatawag na magkakaugnay na pagkakalat, at sa rehiyon ng maliit na Z at λ, bilang panuntunan, ito ay tumataas (hindi magkakaugnay na pagkakalat). Mayroong 2 kilalang uri ng incoherent na pagkakalat ng X-ray - Compton at Raman. Sa Compton scattering, na may katangian ng inelastic corpuscular scattering, dahil sa enerhiya na bahagyang nawala ng X-ray photon, isang recoil electron ang lumilipad palabas ng shell ng atom. Sa kasong ito, bumababa ang enerhiya ng photon at nagbabago ang direksyon nito; ang pagbabago sa λ ay depende sa scattering angle. Sa panahon ng Raman na scattering ng isang high-energy X-ray photon sa isang light atom, ang isang maliit na bahagi ng enerhiya nito ay ginugugol sa pag-ionize ng atom at ang direksyon ng paggalaw ng photon ay nagbabago. Ang pagbabago sa naturang mga photon ay hindi nakasalalay sa scattering angle.

Ang refractive index n para sa X-ray ay naiiba sa 1 sa napakaliit na halaga δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5. Ang bilis ng phase ng X-ray sa isang medium ay mas malaki kaysa sa bilis ng liwanag sa isang vacuum. Ang pagpapalihis ng X-ray kapag dumadaan mula sa isang daluyan patungo sa isa pa ay napakaliit (ilang minuto ng arko). Kapag ang X-ray ay nahulog mula sa isang vacuum papunta sa ibabaw ng isang katawan sa isang napakaliit na anggulo, sila ay ganap na makikita sa labas.

2.3 Pagtuklas ng mga X-ray

Ang mata ng tao ay hindi sensitibo sa X-ray. X-ray

Ang mga sinag ay naitala gamit ang isang espesyal na X-ray photographic film na naglalaman ng mas mataas na halaga ng Ag at Br. Sa rehiyon λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, ang sensitivity ng ordinaryong positibong photographic film ay medyo mataas, at ang mga butil nito ay mas maliit kaysa sa mga butil ng X-ray film, na nagpapataas ng resolution. Sa λ ng pagkakasunud-sunod ng sampu at daan-daan, kumikilos lamang ang X-ray sa pinakamanipis na layer ng ibabaw ng photoemulsion; Upang mapataas ang sensitivity ng pelikula, ito ay sensitized na may luminescent oils. Sa X-ray diagnostics at flaw detection, minsan ginagamit ang electrophotography para mag-record ng X-ray. (electroradiography).

Ang mga X-ray na may mataas na intensity ay maaaring maitala gamit ang isang ionization chamber (Appendix 4), X-ray ng katamtaman at mababang intensity sa λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком na may NaI (Tl) na kristal (Appendix 5), sa 0.5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (Appendix 6) at isang selyadong proporsyonal na counter (Appendix 7), sa 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (Appendix 8). Sa rehiyon ng napakalaking λ (mula sampu hanggang 1000), ang mga open-type na pangalawang electron multiplier na may iba't ibang photocathodes sa input ay maaaring gamitin upang magrehistro ng mga X-ray.

2.4 Paggamit ng X-ray

Ang mga X-ray ay pinakamalawak na ginagamit sa gamot para sa mga diagnostic ng x-ray. at radiotherapy . Ang X-ray flaw detection ay mahalaga para sa maraming sangay ng teknolohiya. , halimbawa, upang makita ang mga panloob na depekto sa mga casting (shells, slag inclusions), mga bitak sa riles, at mga depekto sa mga welds.

Pagsusuri ng istruktura ng X-ray ay nagbibigay-daan sa iyo upang maitaguyod ang spatial na pag-aayos ng mga atomo sa kristal na sala-sala ng mga mineral at compound, sa mga inorganic at organikong molekula. Batay sa maraming na-decipher na atomic structures, ang kabaligtaran na problema ay maaari ding malutas: gamit ang isang x-ray diffraction pattern polycrystalline substance, halimbawa haluang metal na bakal, haluang metal, ore, lunar na lupa, ang mala-kristal na komposisyon ng sangkap na ito ay maaaring maitatag, i.e. isinagawa ang phase analysis. Maraming mga aplikasyon ng R. l. radiography ng mga materyales ay ginagamit upang pag-aralan ang mga katangian ng solids .

X-ray mikroskopya nagbibigay-daan, halimbawa, upang makakuha ng isang imahe ng isang cell o microorganism, at upang makita ang kanilang panloob na istraktura. X-ray spectroscopy gamit ang X-ray spectra, pinag-aaralan ang pamamahagi ng enerhiya ng density ng mga elektronikong estado sa iba't ibang mga sangkap, sinisiyasat ang likas na katangian ng mga bono ng kemikal, at hinahanap ang mabisang singil ng mga ion sa mga solido at molekula. X-ray spectral analysis Batay sa posisyon at intensity ng mga linya ng spectrum ng katangian, pinapayagan nito ang isa na matukoy ang qualitative at quantitative na komposisyon ng isang substance at nagsisilbi para sa express non-destructive testing ng komposisyon ng mga materyales sa metalurgical at cement plants, at processing plants. Kapag nag-automate ng mga negosyong ito, ginagamit ang mga X-ray spectrometer at quantum meter bilang mga sensor para sa komposisyon ng bagay.

Ang mga X-ray na nagmumula sa kalawakan ay nagdadala ng impormasyon tungkol sa kemikal na komposisyon ng mga cosmic body at ang mga pisikal na proseso na nagaganap sa kalawakan. Ang X-ray astronomy ay nag-aaral ng cosmic X-ray. . Ang makapangyarihang X-ray ay ginagamit sa radiation chemistry upang pasiglahin ang ilang mga reaksyon, polimerisasyon ng mga materyales, at pag-crack ng mga organikong sangkap. Ginagamit din ang mga X-ray upang makita ang mga sinaunang painting na nakatago sa ilalim ng layer ng late painting, sa industriya ng pagkain upang matukoy ang mga dayuhang bagay na hindi sinasadyang napasok sa mga produktong pagkain, sa forensics, archeology, atbp.

Kabanata 3. Paglalapat ng X-ray sa metalurhiya

Ang isa sa mga pangunahing gawain ng pagsusuri ng X-ray diffraction ay upang matukoy ang materyal o bahagi ng komposisyon ng isang materyal. Ang pamamaraan ng X-ray diffraction ay direkta at nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na pagiging maaasahan, bilis at kamag-anak na mura. Ang pamamaraan ay hindi nangangailangan ng isang malaking halaga ng sangkap, ang pagsusuri ay maaaring isagawa nang hindi sinisira ang bahagi. Ang mga lugar ng aplikasyon ng qualitative phase analysis ay napaka-magkakaibang, parehong para sa pananaliksik at kontrol sa produksyon. Maaari mong suriin ang komposisyon ng mga panimulang materyales ng paggawa ng metalurhiko, mga produkto ng synthesis, pagproseso, ang resulta ng mga pagbabago sa phase sa panahon ng thermal at chemical-thermal treatment, pag-aralan ang iba't ibang mga coatings, manipis na pelikula, atbp.

Ang bawat yugto, na may sariling kristal na istraktura, ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na hanay ng mga discrete na halaga ng mga interplanar na distansya d/n, na likas lamang sa yugtong ito, mula sa maximum at sa ibaba. Tulad ng sumusunod mula sa Wulff-Bragg equation, ang bawat halaga ng interplanar distance ay tumutugma sa isang linya sa x-ray diffraction pattern mula sa isang polycrystalline sample sa isang tiyak na anggulo θ (para sa isang naibigay na wavelength λ). Kaya, ang isang tiyak na hanay ng mga interplanar na distansya para sa bawat yugto sa pattern ng x-ray diffraction ay tumutugma sa isang tiyak na sistema ng mga linya (diffraction maxima). Ang relatibong intensity ng mga linyang ito sa pattern ng x-ray diffraction ay pangunahing nakasalalay sa istruktura ng phase. Samakatuwid, sa pamamagitan ng pagtukoy sa lokasyon ng mga linya sa X-ray na imahe (anggulo nito θ) at pag-alam sa wavelength ng radiation kung saan kinuha ang X-ray na imahe, matutukoy natin ang mga halaga ng mga interplanar na distansya d/ n gamit ang Wulff-Bragg formula:

/n = λ/ (2sin θ). (1)

Sa pamamagitan ng pagtukoy ng isang set ng d/n para sa materyal na pinag-aaralan at paghahambing nito sa dati nang kilalang d/n na data para sa mga purong sangkap at iba't ibang compound nito, posibleng matukoy kung aling bahagi ang bumubuo sa ibinigay na materyal. Dapat itong bigyang-diin na ang mga yugto ang tinutukoy, at hindi ang kemikal na komposisyon, ngunit ang huli ay maaaring minsan ay mahinuha kung mayroong karagdagang data sa elementong komposisyon ng isang partikular na yugto. Ang gawain ng qualitative phase analysis ay lubos na pinasimple kung ang kemikal na komposisyon ng materyal na pinag-aaralan ay nalalaman, dahil pagkatapos ay maaaring gawin ang mga paunang pagpapalagay tungkol sa mga posibleng yugto sa isang partikular na kaso.

Ang pangunahing bagay para sa pagsusuri ng bahagi ay ang tumpak na sukatin ang d/n at intensity ng linya. Bagaman ito ay sa prinsipyo ay mas madaling makamit gamit ang isang diffractometer, ang photomethod para sa qualitative analysis ay may ilang mga pakinabang, lalo na sa mga tuntunin ng sensitivity (ang kakayahang makita ang pagkakaroon ng isang maliit na halaga ng phase sa isang sample), pati na rin ang pagiging simple ng eksperimental na pamamaraan.

Ang pagkalkula ng d/n mula sa isang x-ray diffraction pattern ay isinasagawa gamit ang Wulff-Bragg equation.

Ang halaga ng λ sa equation na ito ay karaniwang ginagamit λ α avg K-series:

λ α av = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)

Minsan ginagamit ang linyang K α1. Ang pagtukoy sa mga anggulo ng diffraction θ para sa lahat ng linya ng X-ray na litrato ay nagbibigay-daan sa iyong kalkulahin ang d/n gamit ang equation (1) at hiwalay na β-lines (kung walang filter para sa (β-rays).

3.1 Pagsusuri ng mga di-kasakdalan sa istraktura ng kristal

Ang lahat ng tunay na single-crystalline at, lalo na, polycrystalline na materyales ay naglalaman ng ilang partikular na structural imperfections (point defects, dislocations, iba't ibang uri ng interface, micro- at macrostresses), na may napakalakas na impluwensya sa lahat ng structure-sensitive na katangian at proseso.

Ang mga di-kasakdalan sa istruktura ay nagdudulot ng mga kaguluhan sa kristal na sala-sala ng iba't ibang kalikasan at, bilang kinahinatnan, ang iba't ibang uri ng mga pagbabago sa pattern ng diffraction: ang mga pagbabago sa interatomic at interplanar na distansya ay nagdudulot ng pagbabago ng diffraction maxima, microstresses at substructure dispersion ay humantong sa pagpapalawak ng diffraction maxima, Ang mga microdistortion ng lattice ay humahantong sa mga pagbabago sa intensity ng maxima na ito, ang mga dislokasyon ng presensya ay nagdudulot ng mga anomalyang phenomena sa panahon ng pagpasa ng mga X-ray at, dahil dito, ang mga lokal na inhomogeneities sa kaibahan sa X-ray topograms, atbp.

Bilang resulta, ang pagsusuri ng X-ray diffraction ay isa sa mga pinaka-kaalaman na pamamaraan para sa pag-aaral ng mga imperpeksyon sa istruktura, ang kanilang uri at konsentrasyon, at ang likas na katangian ng pamamahagi.

Ang tradisyunal na direktang paraan ng X-ray diffraction, na ipinapatupad sa mga nakatigil na diffractometer, dahil sa kanilang mga tampok sa disenyo, ay nagbibigay-daan para sa dami ng pagpapasiya ng mga stress at strains lamang sa maliliit na sample na pinutol mula sa mga bahagi o bagay.

Samakatuwid, sa kasalukuyan mayroong isang paglipat mula sa nakatigil hanggang sa portable na maliit na laki ng X-ray diffractometer, na nagbibigay ng pagtatasa ng mga stress sa materyal ng mga bahagi o bagay nang walang pagkasira sa mga yugto ng kanilang paggawa at operasyon.

Ang mga portable X-ray diffractometer ng DRP * 1 series ay nagbibigay-daan sa iyo na subaybayan ang mga nalalabi at epektibong stress sa malalaking bahagi, produkto at istruktura nang walang pagkasira

Ang programa sa kapaligiran ng Windows ay nagbibigay-daan hindi lamang upang matukoy ang mga stress gamit ang "sin 2 ψ" na pamamaraan sa real time, ngunit din upang subaybayan ang mga pagbabago sa komposisyon at texture ng phase. Ang linear coordinate detector ay nagbibigay ng sabay-sabay na pagpaparehistro sa mga anggulo ng diffraction na 2θ = 43°. Ang mga maliliit na X-ray tubes ng uri ng "Fox" na may mataas na ningning at mababang kapangyarihan (5 W) ay tinitiyak ang kaligtasan ng radiological ng aparato, kung saan sa layo na 25 cm mula sa lugar na na-irradiated ang antas ng radiation ay katumbas ng natural na antas ng background. Ang mga aparato ng serye ng DRP ay ginagamit sa pagtukoy ng mga stress sa iba't ibang yugto ng pagbuo ng metal, sa panahon ng pagputol, paggiling, paggamot sa init, hinang, pagpapatigas sa ibabaw upang ma-optimize ang mga teknolohikal na operasyong ito. Ang pagsubaybay sa pagbaba sa antas ng induced residual compressive stresses sa partikular na mga kritikal na produkto at istruktura sa panahon ng kanilang operasyon ay nagbibigay-daan sa produkto na alisin sa serbisyo bago ito masira, na maiwasan ang mga posibleng aksidente at sakuna.

3.2 Pagsusuri ng parang multo

Kasama ang pagtukoy ng atomic crystal na istraktura at bahagi ng komposisyon ng isang materyal, para sa kumpletong paglalarawan nito ay kinakailangan upang matukoy ang komposisyon ng kemikal nito.

Ang iba't ibang tinatawag na instrumental na pamamaraan ng spectral analysis ay ginagamit sa pagsasanay para sa mga layuning ito. Ang bawat isa sa kanila ay may sariling mga pakinabang at aplikasyon.

Ang isa sa mga mahalagang kinakailangan sa maraming mga kaso ay ang paraan na ginamit ay nagsisiguro sa kaligtasan ng nasuri na bagay; Ito ay tiyak na mga pamamaraan ng pagsusuri na tinalakay sa seksyong ito. Ang susunod na pamantayan kung saan napili ang mga pamamaraan ng pagsusuri na inilarawan sa seksyong ito ay ang kanilang lokalidad.

Ang pamamaraan ng fluorescent X-ray spectral analysis ay batay sa pagtagos ng medyo matigas na X-ray radiation (mula sa X-ray tube) sa nasuri na bagay, na tumagos sa isang layer na may kapal na halos ilang micrometers. Ang katangian ng X-ray radiation na lumilitaw sa bagay ay ginagawang posible na makakuha ng average na data sa komposisyon ng kemikal nito.

Upang matukoy ang elemental na komposisyon ng isang sangkap, maaari mong gamitin ang pagsusuri ng spectrum ng katangian ng X-ray radiation ng isang sample na inilagay sa anode ng isang X-ray tube at sumailalim sa pambobomba ng mga electron - ang paraan ng paglabas, o pagsusuri ng spectrum ng pangalawang (fluorescent) X-ray radiation ng isang sample na na-irradiated ng matitigas na X-ray mula sa X-ray tube o iba pang pinagmulan - fluorescent na paraan.

Ang kawalan ng paraan ng paglabas ay, una, ang pangangailangan na ilagay ang sample sa anode ng X-ray tube at pagkatapos ay i-pump ito gamit ang mga vacuum pump; Malinaw, ang pamamaraang ito ay hindi angkop para sa mga fusible at pabagu-bago ng isip na mga sangkap. Ang pangalawang disbentaha ay nauugnay sa katotohanan na kahit na ang mga refractory na bagay ay nasira ng pambobomba ng elektron. Ang fluorescent na pamamaraan ay libre mula sa mga kawalan na ito at samakatuwid ay may mas malawak na aplikasyon. Ang bentahe ng fluorescent na paraan ay din ang kawalan ng bremsstrahlung radiation, na nagpapabuti sa sensitivity ng pagsusuri. Ang paghahambing ng mga sinusukat na wavelength sa mga talahanayan ng mga spectral na linya ng mga elemento ng kemikal ay bumubuo ng batayan ng pagsusuri ng husay, at ang mga kamag-anak na halaga ng mga intensity ng mga parang multo na linya ng iba't ibang elemento na bumubuo ng sample na sangkap ay bumubuo ng batayan ng pagsusuri ng dami. Mula sa pagsusuri ng mekanismo ng paggulo ng katangian ng X-ray radiation, malinaw na ang radiation ng isa o ibang serye (K o L, M, atbp.) ay bumangon nang sabay-sabay, at ang mga ratios ng mga intensity ng linya sa loob ng serye ay palaging pare-pareho. . Samakatuwid, ang pagkakaroon ng isa o isa pang elemento ay itinatag hindi sa pamamagitan ng mga indibidwal na linya, ngunit sa pamamagitan ng isang serye ng mga linya sa kabuuan (maliban sa pinakamahina, na isinasaalang-alang ang nilalaman ng isang naibigay na elemento). Para sa medyo magaan na elemento, ang pagsusuri ng mga linya ng K-series ay ginagamit, para sa mabibigat na elemento - mga linya ng L-series; sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon (depende sa kagamitan na ginamit at ang mga elementong sinusuri), ang iba't ibang mga rehiyon ng spectrum ng katangian ay maaaring pinaka-maginhawa.

Ang mga pangunahing tampok ng pagsusuri ng spectral ng X-ray ay ang mga sumusunod.

Ang pagiging simple ng X-ray na katangian spectra kahit para sa mabibigat na elemento (kumpara sa optical spectra), na pinapasimple ang pagsusuri (maliit na bilang ng mga linya; pagkakapareho sa kanilang kamag-anak na pag-aayos; na may pagtaas sa ordinal na numero ay may natural na paglilipat ng spectrum sa short-wave na rehiyon, comparative simple ng quantitative analysis).

Kalayaan ng mga wavelength mula sa estado ng mga atomo ng elementong sinusuri (libre o sa isang kemikal na tambalan). Ito ay dahil sa ang katunayan na ang hitsura ng katangian ng X-ray radiation ay nauugnay sa paggulo ng mga panloob na antas ng elektroniko, na sa karamihan ng mga kaso ay halos hindi nagbabago depende sa antas ng ionization ng mga atomo.

Ang kakayahang maghiwalay sa pagsusuri ng bihirang lupa at ilang iba pang mga elemento na may maliit na pagkakaiba sa spectra sa optical range dahil sa pagkakapareho ng elektronikong istraktura ng mga panlabas na shell at napakakaunting pagkakaiba sa kanilang mga kemikal na katangian.

Ang X-ray fluorescence spectroscopy method ay "non-destructive", kaya ito ay may kalamangan sa conventional optical spectroscopy method kapag nagsusuri ng mga manipis na sample - manipis na metal sheet, foil, atbp.

Ang mga X-ray fluorescence spectrometer ay naging lalo na malawakang ginagamit sa mga metalurhiko na negosyo, at kabilang sa mga ito ang mga multichannel spectrometer o quantometer na nagbibigay ng mabilis na quantitative analysis ng mga elemento (mula sa Na o Mg hanggang U) na may error na mas mababa sa 1% ng tinukoy na halaga, isang sensitivity threshold na 10 -3 ... 10 -4% .

x-ray beam

Mga pamamaraan para sa pagtukoy ng spectral na komposisyon ng X-ray radiation

Ang mga spectrometer ay nahahati sa dalawang uri: crystal-diffraction at crystal-free.

Ang agnas ng mga X-ray sa isang spectrum gamit ang isang natural na diffraction grating - isang kristal - ay mahalagang katulad sa pagkuha ng spectrum ng mga ordinaryong light ray gamit ang isang artipisyal na diffraction grating sa anyo ng mga panaka-nakang linya sa salamin. Ang kundisyon para sa pagbuo ng maximum na diffraction ay maaaring isulat bilang kundisyon ng "reflection" mula sa isang sistema ng parallel atomic planes na pinaghihiwalay ng distansya d hkl.

Kapag nagsasagawa ng pagsusuri ng husay, maaaring hatulan ng isa ang pagkakaroon ng isang partikular na elemento sa isang sample sa pamamagitan ng isang linya - kadalasan ang pinaka matinding linya ng serye ng parang multo na angkop para sa isang naibigay na crystal analyzer. Ang resolution ng crystal diffraction spectrometers ay sapat na upang paghiwalayin ang mga katangiang linya ng kahit na mga elemento na magkalapit sa posisyon sa periodic table. Gayunpaman, dapat din nating isaalang-alang ang overlap ng iba't ibang linya ng iba't ibang elemento, pati na rin ang overlap ng mga reflection ng iba't ibang mga order. Ang sitwasyong ito ay dapat isaalang-alang kapag pumipili ng mga analytical na linya. Kasabay nito, kinakailangang gamitin ang mga posibilidad ng pagpapabuti ng resolution ng device.

Konklusyon

Kaya, ang X-ray ay invisible electromagnetic radiation na may wavelength na 10 5 - 10 2 nm. Ang mga X-ray ay maaaring tumagos sa ilang mga materyales na malabo sa nakikitang liwanag. Ang mga ito ay ibinubuga sa panahon ng pagbabawas ng bilis ng mga mabilis na electron sa isang sangkap (patuloy na spectrum) at sa panahon ng mga paglipat ng mga electron mula sa mga panlabas na shell ng elektron ng isang atom patungo sa mga panloob (line spectrum). Ang mga pinagmumulan ng X-ray radiation ay: isang X-ray tube, ilang radioactive isotopes, accelerators at electron storage device (synchrotron radiation). Mga Receiver - photographic film, fluorescent screen, nuclear radiation detector. Ginagamit ang mga X-ray sa pagsusuri ng X-ray diffraction, gamot, pagtuklas ng kapintasan, pagsusuri ng spectral ng X-ray, atbp.

Ang pagkakaroon ng pagsasaalang-alang sa mga positibong aspeto ng pagtuklas ni V. Roentgen, kinakailangang tandaan ang nakakapinsalang biological na epekto nito. Ito ay lumabas na ang X-ray radiation ay maaaring maging sanhi ng isang bagay tulad ng isang matinding sunburn (erythema), na sinamahan, gayunpaman, ng mas malalim at mas permanenteng pinsala sa balat. Ang mga ulser na lumilitaw ay madalas na nagiging kanser. Sa maraming kaso, kailangang putulin ang mga daliri o kamay. May mga namatay din.

Napag-alaman na ang pinsala sa balat ay maiiwasan sa pamamagitan ng pagbabawas ng oras at dosis ng pagkakalantad, gamit ang shielding (hal. lead) at remote control. Ngunit ang iba, mas pangmatagalang mga kahihinatnan ng X-ray irradiation ay unti-unting lumitaw, na pagkatapos ay nakumpirma at pinag-aralan sa mga eksperimentong hayop. Ang mga epektong dulot ng X-ray at iba pang ionizing radiation (tulad ng gamma radiation na ibinubuga ng mga radioactive na materyales) ay kinabibilangan ng:

) pansamantalang pagbabago sa komposisyon ng dugo pagkatapos ng medyo maliit na labis na radiation;

) hindi maibabalik na mga pagbabago sa komposisyon ng dugo (hemolytic anemia) pagkatapos ng matagal na labis na radiation;

) tumaas na saklaw ng kanser (kabilang ang leukemia);

) mas mabilis na pagtanda at mas maagang pagkamatay;

) ang paglitaw ng mga katarata.

Ang biological na epekto ng X-ray radiation sa katawan ng tao ay tinutukoy ng antas ng dosis ng radiation, pati na rin kung aling organ ng katawan ang nalantad sa radiation.

Ang akumulasyon ng kaalaman tungkol sa mga epekto ng X-ray radiation sa katawan ng tao ay humantong sa pagbuo ng pambansa at internasyonal na mga pamantayan para sa mga pinahihintulutang dosis ng radiation, na inilathala sa iba't ibang mga publikasyong sanggunian.

Upang maiwasan ang mga nakakapinsalang epekto ng X-ray radiation, ginagamit ang mga paraan ng pagkontrol:

) pagkakaroon ng sapat na kagamitan,

) pagsubaybay sa pagsunod sa mga regulasyon sa kaligtasan,

) wastong paggamit ng kagamitan.

Listahan ng mga mapagkukunang ginamit

1) Blokhin M.A., Physics of X-rays, 2nd ed., M., 1957;

) Blokhin M.A., Mga Paraan ng X-ray spectral studies, M., 1959;

) X-ray. Sab. inedit ni M.A. Blokhina, bawat. Kasama siya. at English, M., 1960;

) Kharaja F., Pangkalahatang kurso ng teknolohiyang X-ray, 3rd ed., M. - L., 1966;

) Mirkin L.I., Handbook sa X-ray structural analysis ng polycrystals, M., 1961;

) Vainshtein E.E., Kahana M.M., Mga talahanayan ng sanggunian para sa X-ray spectroscopy, M., 1953.

) X-ray at electron-optical analysis. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Textbook. Isang manwal para sa mga unibersidad. - ika-4 na ed. Idagdag. At muling ginawa. - M.: "MISiS", 2002. - 360 p.

Mga aplikasyon

Annex 1

Pangkalahatang view ng X-ray tubes

Appendix 2

X-ray tube diagram para sa structural analysis

Diagram ng X-ray tube para sa structural analysis: 1 - metal anode cup (karaniwan ay grounded); 2 - mga bintana ng beryllium para sa paglabas ng X-ray; 3 - thermionic cathode; 4 - glass flask, ihiwalay ang anode na bahagi ng tubo mula sa katod; 5 - mga terminal ng katod, kung saan ang boltahe ng filament ay ibinibigay, pati na rin ang mataas (kamag-anak sa anode) boltahe; 6 - electrostatic electron focusing system; 7 - anode (anti-cathode); 8 - mga tubo para sa inlet at outlet ng tumatakbong tubig na nagpapalamig sa anode cup.

Appendix 3

Diagram ng Moseley

Moseley diagram para sa K-, L- at M-series ng katangiang X-ray radiation. Ang abscissa axis ay nagpapakita ng serial number ng elementong Z, at ang ordinate axis ay nagpapakita ng ( Sa- bilis ng liwanag).

Appendix 4

Ionization chamber.

Fig.1. Cross-section ng isang cylindrical ionization chamber: 1 - cylindrical chamber body, nagsisilbing negatibong elektrod; 2 - cylindrical rod na nagsisilbing positibong elektrod; 3 - mga insulator.

kanin. 2. Circuit diagram para sa paglipat sa isang kasalukuyang ionization chamber: V - boltahe sa mga electrodes ng kamara; G - galvanometer na sumusukat sa kasalukuyang ionization.

kanin. 3. Mga katangian ng kasalukuyang boltahe ng silid ng ionization.

kanin. 4. Diagram ng koneksyon ng silid ng pulse ionization: C - kapasidad ng pagkolekta ng elektrod; R - paglaban.

Appendix 5

Counter ng scintillation.

Scintillation counter circuit: light quanta (photon) "knock out" na mga electron mula sa photocathode; paglipat mula sa dynode patungo sa dynode, dumarami ang electron avalanche.

Appendix 6

Geiger-Muller counter.

kanin. 1. Diagram ng salamin na Geiger-Müller counter: 1 - hermetically sealed glass tube; 2 - katod (isang manipis na layer ng tanso sa isang hindi kinakalawang na asero tube); 3 - output ng katod; 4 - anode (manipis na nakaunat na sinulid).

kanin. 2. Circuit diagram para sa pagkonekta ng Geiger-Müller counter.

kanin. 3. Nagbibilang ng mga katangian ng isang Geiger-Müller counter.

Appendix 7

Proporsyonal na counter.

Scheme ng isang proporsyonal na counter: a - electron drift region; b - rehiyon ng pagpapahusay ng gas.

Appendix 8

Mga detektor ng semiconductor

Mga detektor ng semiconductor; Ang sensitibong lugar ay na-highlight sa pamamagitan ng pagtatabing; n - rehiyon ng semiconductor na may electronic conductivity, p - na may hole conductivity, i - na may intrinsic conductivity; a - silicon surface barrier detector; b - drift germanium-lithium planar detector; c - germanium-lithium coaxial detector.