1895 yılında, bir vakumda iki elektrot arasında akımın geçişi üzerine deneyler yapan Alman fizikçi Roentgen, deşarj tüpü siyah bir karton ekranla kaplı olmasına rağmen, ışıldayan bir madde (baryum tuzu) ile kaplı bir ekranın parladığını keşfetti - bu X-ışını X-ışınları adı verilen opak engellerden geçen radyasyonun nasıl keşfedildiğidir. İnsanlar tarafından görülemeyen X-ışınlarının opak nesnelerde daha güçlü, engelin atom numarası (yoğunluğu) ne kadar yüksek olursa, X ışınlarının insan vücudunun yumuşak dokularından kolayca geçtiği bulunmuştur. iskeletin kemikleri tarafından tutulur. Yüksek güçlü X-ışını kaynakları, metal parçaların arasından parlamak ve içlerindeki kusurları bulmak için tasarlanmıştır.

Alman fizikçi Laue, X-ışınlarının görünür ışığın ışınlarıyla aynı elektromanyetik radyasyon olduğunu, ancak daha kısa bir dalga boyuna sahip olduğunu ve olası kırınım da dahil olmak üzere tüm optik yasalarının bunlara uygulanabilir olduğunu öne sürdü. Görünür ışığın optiğinde, temel düzeydeki kırınım, ışığın bir oluk sisteminden yansıması olarak temsil edilebilir - sadece belirli açılarda meydana gelen bir kırınım ızgarası, ışınların yansıma açısı ise gelme açısı ile ilgilidir. , kırınım ızgarasının vuruşları ile gelen radyasyonun dalga boyu arasındaki mesafe. Kırınım için, vuruşlar arasındaki mesafe, gelen ışığın dalga boyuna yaklaşık olarak eşit olmalıdır.

Laue, X-ışınlarının kristallerdeki tek tek atomlar arasındaki mesafeye yakın bir dalga boyuna sahip olduğunu öne sürdü, yani. kristaldeki atomlar bir X-ışını kırınım ızgarası oluşturur. Kristalin yüzeyine yönlendirilen X-ışınları, teorinin öngördüğü gibi fotoğraf plakasına yansıdı.

Atomların pozisyonundaki herhangi bir değişiklik kırınım modelini etkiler ve X-ışını kırınımını inceleyerek, kristaldeki atomların düzenini ve kristal üzerindeki herhangi bir fiziksel, kimyasal ve mekanik etki altında bu düzendeki değişikliği bulabilir.

Artık X-ışını analizi bilim ve teknolojinin birçok alanında kullanılmaktadır, onun yardımıyla mevcut malzemelerdeki atomların düzenini öğrenmişler ve verilen yapı ve özelliklere sahip yeni malzemeler yaratmışlardır. Bu alandaki son gelişmeler (nanomalzemeler, amorf metaller, kompozit malzemeler) gelecek bilimsel nesiller için bir faaliyet alanı oluşturmaktadır.

X-ışını radyasyonunun görünümü ve özellikleri

X-ışını kaynağı, iki elektrotu olan bir X-ışını tüpüdür - bir katot ve bir anot. Katot ısıtıldığında elektron emisyonu meydana gelir, katottan yayılan elektronlar elektrik alan tarafından hızlandırılır ve anot yüzeyine çarpar. Bir X-ışını tüpü, geleneksel bir radyo tüpünden (diyot) esas olarak daha yüksek bir hızlanma voltajı (1 kV'dan fazla) ile ayırt edilir.

Bir elektron katottan kaçtığında, elektrik alanı onu anoda doğru uçurur, hızı sürekli artarken elektron, gücü elektronun hızıyla artan bir manyetik alan taşır. Anot yüzeyine ulaşan elektron keskin bir şekilde yavaşlar ve belirli bir aralıkta (bremsstrahlung) dalga boylarında bir elektromanyetik darbe belirir. Radyasyon yoğunluğunun dalga boyları üzerindeki dağılımı, X-ışını tüpünün anodunun malzemesine ve uygulanan voltaja bağlıdır; bu durumda, kısa dalgalar tarafından, bu eğri, belirli bir eşik minimum dalga boyundan başlar. uygulanan gerilim. Tüm olası dalga boylarına sahip ışınların toplanması sürekli bir spektrum oluşturur ve maksimum yoğunluğa karşılık gelen dalga boyu minimum dalga boyunun 1,5 katıdır.

Artan voltajla, atomların yüksek enerjili elektronlar ve birincil X-ışınlarının kuantası ile etkileşimi nedeniyle X-ışını spektrumu çarpıcı biçimde değişir. Bir atom, sayıları atom numarasına bağlı olan (K, L, M, vb. harflerle gösterilir) dahili elektron kabukları (enerji seviyeleri) içerir. Elektronlar ve birincil X-ışınları, elektronları bir enerji seviyesinden diğerine vurur. Yarı kararlı bir durum ortaya çıkar ve kararlı bir duruma geçiş, elektronların bir sıçrama yapmasını gerektirir. ters yön... Bu sıçramaya bir miktar enerjinin serbest bırakılması ve X-ışını radyasyonunun ortaya çıkması eşlik eder. Sürekli spektrumlu X-ışınlarının aksine, bu radyasyon çok dar bir dalga boyu aralığına ve yüksek yoğunluğa (karakteristik radyasyon) sahiptir ( santimetre... pilav.). Karakteristik radyasyonun yoğunluğunu belirleyen atom sayısı çok büyüktür, örneğin, 1 kV voltajda bakır anotlu ve 1 s için 15 mA akımlı bir X-ışını tüpü için, karakteristik radyasyon 10 verir. 14 –10 15 atom. Bu değer, X-ışını radyasyonunun toplam gücünün K-kabuğundan (K-serisi karakteristik X-ışını radyasyonu) X-ışını kuantumunun enerjisine oranı olarak hesaplanır. Bu durumda, X-ışını radyasyonunun toplam gücü, tüketilen gücün sadece% 0.1'idir, geri kalanı esas olarak ısıya geçiş nedeniyle kaybolur.

Yüksek yoğunluğu ve dar dalga boyu aralığı nedeniyle, karakteristik X-ışını radyasyonu, bilimsel araştırma ve süreç kontrolünde kullanılan ana radyasyon türüdür. K-serisi ışınlarıyla eş zamanlı olarak, önemli ölçüde daha uzun dalga boylarına sahip olan L ve M-serisi ışınları üretilir, ancak kullanımları sınırlıdır. K-serisi, a ve b yakın dalga boylarına sahip iki bileşene sahipken, b bileşeninin yoğunluğu, a'nınkinden 5 kat daha azdır. Buna karşılık, a bileşeni, birinin yoğunluğu diğerinden 2 kat daha büyük olan iki çok yakın dalga boyu ile karakterize edilir. Bir dalga boyunda (tek renkli radyasyon) radyasyon elde etmek için, X ışınlarının absorpsiyon ve kırınımının dalga boyuna bağımlılığını kullanan özel yöntemler geliştirilmiştir. Bir elementin atom numarasındaki bir artış, elektron kabuklarının özelliklerindeki bir değişiklik ile ilişkilidir, X-ışını tüpü anot malzemesinin atom numarası ne kadar yüksek olursa, K serisi dalga boyu o kadar kısa olur. En yaygın olarak kullanılan tüpler, atom numaraları 24 ila 42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) ve dalga boyları 2,29 ila 0,712 A (0,229 - 0,712 nm) olan elementlerin anotlarıdır.

X-ışını tüpüne ek olarak, X-ışını kaynakları radyoaktif izotoplar olabilir, bazıları doğrudan X-ışınları yayabilir, diğerleri ise metal hedefler bombalandığında X-ışınları üreten elektronlar ve a-parçacıkları yayabilir. Radyoaktif kaynaklardan gelen X-ışını radyasyonunun yoğunluğu genellikle bir X-ışını tüpününkinden çok daha azdır (kusur tespitinde kullanılan ve çok kısa dalga boyunda radyasyon veren radyoaktif kobalt hariç - g-radyasyonu), küçük boyutludurlar ve elektrik gerektirmezler. Elektron hızlandırıcılarda Synchrotron X-ışını radyasyonu elde edilir, bu radyasyonun dalga boyu X-ışını tüplerinde elde edilenden (yumuşak X-ışını radyasyonu) çok daha yüksektir, yoğunluğu X'in radyasyon yoğunluğundan birkaç kat daha yüksektir. ışın tüpleri. X-ışınlarının doğal kaynakları da vardır. Birçok mineralde radyoaktif safsızlıklar bulundu, yıldızlar da dahil olmak üzere uzay nesnelerinden gelen X-ışınları kaydedildi.

X-ışınlarının kristallerle etkileşimi

Kristal yapıya sahip malzemelerin X-ışını çalışmasında, kristal kafesin atomlarına ait elektronlar tarafından X-ışınlarının saçılmasından kaynaklanan girişim desenleri analiz edilir. Atomlar hareketsiz kabul edilir, termal titreşimleri dikkate alınmaz ve aynı atomun tüm elektronlarının bir noktada - kristal kafesin bir yerinde - konsantre olduğu kabul edilir.

Bir kristaldeki X-ışını kırınımının temel denklemlerini elde etmek için, düz bir çizgi boyunca yer alan atomlar tarafından saçılan ışınların girişimi. kristal kafes... Bu atomların üzerine kosinüsü 0'a eşit bir açıyla monokromatik X-ışını radyasyonunun bir düzlem dalgası gelir. Atomlar tarafından saçılan ışınların girişim yasaları, ışığı görünür dalga boyu aralığında saçan bir kırınım ızgarası için mevcut olanlara benzer. Tüm salınımların genliklerinin atom sırasından çok uzakta toplanması için, her bir komşu atom çiftinden gelen ışınların yollarındaki farkın tam sayıda dalga boyu içermesi gerekli ve yeterlidir. Atomlar arasında bir mesafede a bu koşul şu şekildedir:

a(a – a 0) = h ben,

a, atomik sıra ile sapmış ışın arasındaki açının kosinüsü olduğunda, H - tamsayı. Bu denklemi sağlamayan tüm yönlerde ışınlar yayılmaz. Böylece saçılan ışınlar, ortak ekseni atomik sıra olan bir koaksiyel koni sistemi oluşturur. Atom sırasına paralel düzlemde konilerin izleri hiperbol, sıraya dik düzlemde ise daireler vardır.

Işınlar sabit bir açıyla geldiğinde, polikromatik (beyaz) radyasyon, sabit açılarda sapan bir ışın spektrumuna ayrıştırılır. Bu nedenle, atomik seri bir X-ışını spektrografıdır.

İki boyutlu (düzlemsel) bir atomik kafese ve daha sonra üç boyutlu bir toplu (uzaysal) kristal kafese genelleme, X-ışını radyasyonunun geliş ve yansıma açılarını ve atomlar arasındaki mesafeyi içeren iki benzer denklem daha verir. üç yönde. Bu denklemlere Laue denklemleri denir ve X-ışını yapısal analizinin temelidir.

Paralel atom düzlemlerinden yansıyan ışınların genlikleri toplanır ve atom sayısı çok fazladır, yansıyan radyasyon deneysel olarak tespit edilebilir. Yansıma koşulu Wolfe - Bragg denklemi 2d sinq = nl ile tanımlanır, burada d bitişik atom düzlemleri arasındaki mesafedir, q gelen ışının yönü ile kristaldeki bu düzlemler arasındaki sıyırma açısıdır, l X- ışın dalga boyu, n, yansıma sırası adı verilen bir tamsayıdır. q açısı, incelenen numunenin yüzeyi ile aynı doğrultuda olması gerekmeyen atom düzlemlerine göre gelme açısıdır.

Hem sürekli spektrumlu radyasyon hem de monokromatik radyasyon kullanılarak çeşitli X-ışını yapısal analizi yöntemleri geliştirilmiştir. Bu durumda, incelenen nesne sabit veya dönen olabilir, bir kristalden (tek kristal) veya çok sayıda (çok kristalden) oluşabilir, kırılan radyasyon düz veya silindirik bir X-ışını filmi veya bir X-ışını dedektörü kullanılarak kaydedilebilir. Bununla birlikte, deney sırasında her durumda çevre etrafında hareket etmek ve sonuçların yorumlanması Wolfe - Bragg denklemini kullanır.

Bilim ve teknolojide röntgen analizi

X-ışını kırınımının keşfiyle birlikte, araştırmacılar, tek tek atomların düzenini ve bu düzendeki değişiklikleri dış etkiler altında mikroskop olmadan incelemeye izin veren bir yönteme sahip oldular.

X-ışınlarının temel bilimdeki ana uygulaması yapısal analizdir, yani. bir kristalde tek tek atomların uzaysal düzenini kurmak. Bunun için tek kristaller büyütülür ve yansımaların hem konumu hem de yoğunluğu incelenerek X-ışını analizi yapılır. Artık sadece metallerin değil, birim hücrelerinde binlerce atom içeren kompleks organik maddelerin de yapıları belirlendi.

Mineralojide binlerce mineralin yapıları retgenoanaliz yöntemi ile belirlenmiş ve mineral hammaddelerin analizi için ekspres yöntemler geliştirilmiştir.

Metaller nispeten basit bir kristal yapıya sahiptir ve X-ışını yöntemi, kişinin çeşitli teknolojik işlemler sırasında değişikliklerini incelemesine ve yeni teknolojilerin fiziksel temellerini oluşturmasına olanak tanır.

Çizgilerin X-ışını kırınım desenleri üzerindeki konumu, alaşımların faz bileşimini, genişliklerine göre belirler - kırınım konisindeki yoğunluk dağılımına göre kristallerin sayısı, boyutu ve şekli - kristallerin yönü ( doku).

Bu teknikler, kristallerin ezilmesi, iç gerilmelerin oluşumu ve kristal yapıdaki kusurlar (çıkıklar) dahil olmak üzere plastik deformasyon sırasındaki süreçleri incelemek için kullanılır. Deforme olmuş malzemeler ısıtıldığında, gerilim giderme ve kristal büyümesi (yeniden kristalleşme) incelenir.

Alaşımların X-ışını analizi, katı çözeltilerin bileşimini ve konsantrasyonunu belirler. Katı bir çözelti göründüğünde, atomlar arası mesafeler ve dolayısıyla atom düzlemleri arasındaki mesafeler değişir. Bu değişiklikler küçüktür; bu nedenle, kristal kafesin periyotlarını, geleneksel X-ışını araştırma yöntemleri için ölçüm doğruluğundan iki kat daha yüksek bir doğrulukla ölçmek için özel kesinlik yöntemleri geliştirilmiştir. Kristal kafes periyotlarının hassas ölçümlerinin ve faz analizinin kombinasyonu, faz bölgelerinin sınırlarını faz diyagramında çizmeyi mümkün kılar. X-ışını yöntemi aynı zamanda katı çözeltiler ve kimyasal bileşikler arasındaki ara durumları da tespit edebilir - sıralı katı çözümler safsızlık atomlarının katı çözeltilerde olduğu gibi kaotik olmadığı ve aynı zamanda kimyasal bileşiklerde olduğu gibi üç boyutlu düzende olmadığı. Sıralı katı çözeltilerin X-ışını kırınım modellerinde ek çizgiler vardır; X-ışını kırınım modellerinin yorumlanması, safsızlık atomlarının kristal kafeste belirli yerleri, örneğin bir küpün köşelerinde işgal ettiğini gösterir.

Faz dönüşümlerine uğramayan bir alaşımı söndürürken, aşırı doymuş bir katı çözelti ortaya çıkabilir ve daha fazla ısıtıldığında veya hatta oda sıcaklığında tutulduğunda, katı çözelti bir kimyasal bileşiğin parçacıklarının salınmasıyla ayrışır. Bu yaşlanma etkisidir ve radyografilerde çizgilerin pozisyonunda ve genişliğinde değişiklik olarak kendini gösterir. Yaşlandırma araştırması özellikle demir dışı alaşımlar için önemlidir; örneğin, yaşlanma yumuşak, sertleştirilmiş bir alüminyum alaşımını güçlü bir yapısal malzeme olan duralumin'e dönüştürür.

Çeliğin ısıl işlemine ilişkin X-ışını çalışmaları en büyük teknolojik öneme sahiptir. Çeliğin söndürülmesi (hızlı soğutma) sırasında, yapıda kübikten tetragonal, yani. birim hücre dikdörtgen prizma şeklini alır. Radyografilerde bu, çizgilerin genişlemesi ve bazı çizgilerin ikiye ayrılması olarak kendini gösterir. Bu etkinin nedenleri sadece kristal yapıda bir değişiklik değil, aynı zamanda martensitik yapının termodinamik dengesizliği ve keskin soğuma nedeniyle büyük iç gerilmelerin ortaya çıkmasıdır. Temperleme sırasında (sertleştirilmiş çeliğin ısıtılması), X-ışını kırınım desenlerindeki çizgiler daralır, bu denge yapısına geri dönüş nedeniyledir.

Son yıllarda, konsantre enerji akışlarıyla (lazer ışınları, şok dalgaları, nötronlar, elektron darbeleri), yeni teknikler gerektirdiler ve yeni X-ışını efektleri verdiler. Örneğin, lazer ışınlarının metaller üzerindeki etkisi altında, ısıtma ve soğutma o kadar hızlı gerçekleşir ki, metalde, soğuduktan sonra, kristallerin yalnızca birkaç birim hücre (nanokristaller) boyutuna büyümek için zamanları olur veya görünmek için zamanları olmaz. herşey. Soğuduktan sonra, böyle bir metal sıradan bir metal gibi görünür, ancak X-ışını kırınım deseni üzerinde net çizgiler vermez ve yansıyan X-ışınları, tüm otlatma açıları aralığına dağıtılır.

Nötron ışımasından sonra, X-ışını kırınım modellerinde ek noktalar (yaygın maksimumlar) belirir. Radyoaktif bozunma ayrıca yapısal değişikliklerle ilişkili spesifik X-ışını etkilerine ve ayrıca incelenen numunenin kendisinin bir X-ışını radyasyonu kaynağı haline gelmesine neden olur.

X-ışını radyasyonu, dalga boyu yaklaşık 80 ila 10 -5 nm olan elektromanyetik dalgaları ifade eder. En uzun dalga boylu X-ışını radyasyonu, kısa dalga boylu ultraviyole radyasyon tarafından ve kısa dalga boylu, uzun dalga boylu y-radyasyonu tarafından engellenir. Uyarma yöntemine göre, X-ışını radyasyonu bremsstrahlung ve karakteristik olarak ayrılır.

31.1. X-RAY TÜP CİHAZI. FREN X-RADYASYONU

En yaygın X-ışını kaynağı, iki elektrotlu bir vakum ünitesi olan X-ışını tüpüdür (Şekil 31.1). ısıtmalı katot 1 elektron yayar 4. Genellikle anti-katot olarak adlandırılan Anot 2, ortaya çıkan X-ışını radyasyonunu yönlendirmek için eğimli bir yüzeye sahiptir. 3 boru eksenine bir açıyla. Anot, elektron çarpması tarafından üretilen ısıyı uzaklaştırmak için iyi bir ısı ileten malzemeden yapılmıştır. Anotun yüzeyi, periyodik tabloda, örneğin tungsten gibi büyük bir atom numarasına sahip refrakter malzemelerden yapılmıştır. Bazı durumlarda anot, su veya yağ ile özel olarak soğutulur.

Teşhis tüpleri için, elektronları anti-katodun tek bir yerine odaklayarak elde edilebilen X-ışını kaynağının kesin noktası önemlidir. Bu nedenle, yapıcı olarak iki zıt problemi hesaba katmak gerekir: bir yandan elektronlar anotun bir yerine düşmelidir, diğer yandan aşırı ısınmayı önlemek için elektronların farklı parçalara dağıtılması istenir. anot. İlginç teknik çözümlerden biri, dönen anotlu X-ışını tüpüdür (Şekil 31.2).

Bir elektronun (veya diğer yüklü parçacığın) atom çekirdeğinin elektrostatik alanı ve anti-katod maddesinin atom elektronları tarafından yavaşlamasının bir sonucu olarak, bremsstrahlung x-ışını radyasyonu.

Mekanizması şu şekilde açıklanabilir. Hareketli bir elektrik yükü, indüksiyonu elektronun hızına bağlı olan bir manyetik alanla ilişkilidir. Fren yaparken, manyetik

indüksiyon ve Maxwell'in teorisine göre bir elektromanyetik dalga ortaya çıkar.

Elektronlar yavaşladığında, enerjinin yalnızca bir kısmı bir X-ışını fotonu oluşturmak için gider, diğer kısmı ise anodu ısıtmak için harcanır. Bu parçalar arasındaki ilişki rastgele olduğu için, çok sayıda elektron yavaşladığında, sürekli bir X-ışını spektrumu oluşur. Bu bağlamda bremsstrahlung, sürekli olarak da adlandırılır. İncirde. 31.3, X-ışını tüpündeki farklı voltajlarda X-ışını akısının λ dalga boyuna (spektra) bağımlılığını gösterir: 1< U 2 < U 3 .

Spektrumların her birinde, en kısa dalga boyu bremsstrahlung λ ηίη Hızlanan bir alanda bir elektron tarafından elde edilen enerji tamamen bir fotonun enerjisine dönüştürüldüğünde ortaya çıkar:

(31.2) temelinde Planck sabitinin deneysel olarak belirlenmesi için en doğru yöntemlerden birinin geliştirildiğine dikkat edin.

Kısa dalga X-ışınları genellikle uzun dalgadan daha fazla nüfuz eder ve bu ışınlar olarak adlandırılır. zorlu ve uzun dalga - yumuşak.

X-ışını tüpü boyunca voltajı artırarak, Şekil 2'de görülebileceği gibi radyasyonun spektral bileşimi değiştirilir. 31.3 ve formüller (31.3) ve rijitliği arttırır.

Katodun filaman sıcaklığını arttırırsanız, elektron emisyonu ve tüpteki akım artacaktır. Bu, her saniye yayılan X-ışını fotonlarının sayısını artıracaktır. Spektral bileşimi değişmeyecektir. İncirde. 31.4, aynı voltajda, ancak farklı katot ısıtma akımlarında X-ışını bremsstrahlung spektrumlarını gösterir: / h1< / н2 .

X-ışını akısı aşağıdaki formülle hesaplanır:

nerede sen ve İ - X-ışını tüpü voltajı ve akımı; Z- anot madde atomunun seri numarası; k- orantılılık katsayısı. Aynı anda farklı antikotlardan elde edilen spektrumlar sen ve I H, Şek. 31.5.

31.2. KARAKTERİSTİK X-RAY RADYASYONU. ATOMİK X-RAY SPEKTRALARI

X-ışını tüpü boyunca voltajı artırarak, sürekli spektrumun arka planına karşı çizgi benzeri bir çizginin görünümünü fark edebilirsiniz;

karakteristik X-ışını radyasyonu(şek.31.6). Hızlandırılmış elektronların atomun derinliklerine nüfuz etmesi ve elektronları iç katmanlardan nakavt etmesi nedeniyle ortaya çıkar. Üst seviyelerden elektronlar serbest yerlere aktarılır (Şekil 31.7), bunun sonucunda karakteristik radyasyon fotonları yayılır. Şekilden de görülebileceği gibi, karakteristik X-ışını radyasyonu serilerden oluşur. K, L, M vb., adı elektronik katmanları belirlemeye hizmet etti. K-serisi radyasyonu daha yüksek katmanlardaki yerleri serbest bıraktığından, aynı zamanda diğer serilerin çizgileri de yayılır.

Optik spektrumun aksine, farklı atomların karakteristik X-ışını spektrumları aynı tiptedir. İncirde. 31.8, çeşitli elementlerin spektrumlarını gösterir. Bu spektrumların homojenliği, farklı atomların iç katmanlarının aynı olması ve sadece enerjisel olarak farklı olması gerçeğinden kaynaklanmaktadır, çünkü elementin sıra sayısı arttıkça çekirdeğin yanından gelen kuvvet etkisi de artmaktadır. Bu durum, nükleer yükteki bir artışla karakteristik spektrumların daha yüksek frekanslara kaymasına neden olur. Bu desen Şekil 2'den görülebilir. 31.8 ve olarak bilinir Moseley yasası:

nerede v - spektral hat frekansı; Z- yayan elementin atom numarası; A ve V- kalıcı.

Optik ve X-ışını spektrumları arasında başka bir fark daha vardır.

Bir atomun karakteristik X-ışını spektrumu, bu atomun dahil olduğu kimyasal bileşiğe bağlı değildir. Örneğin oksijen atomunun X-ışını spektrumu O, O2 ve H2O için aynıdır, bu bileşiklerin optik spektrumları ise önemli ölçüde farklıdır. Atomun X-ışını spektrumunun bu özelliği, ismin temelini oluşturdu. karakteristik.

Nedeni ne olursa olsun, bir atomun iç katmanlarında boş alan olduğunda, karakteristik radyasyon her zaman oluşur. Örneğin, karakteristik radyasyon, çekirdek tarafından iç katmandan bir elektronun yakalanmasından oluşan radyoaktif bozunma türlerinden birine (bkz. 32.1) eşlik eder.

31.3. X-RAY RADYASYONUNUN MADDE İLE ETKİLEŞİMİ

X-ışını radyasyonunun kaydı ve kullanımı ile biyolojik nesneler üzerindeki etkisi, bir X-ışını fotonunun bir maddenin atomlarının elektronları ve molekülleri ile etkileşiminin birincil süreçleri tarafından belirlenir.

Enerji oranına bağlı olarak hv foton ve iyonlaşma enerjisi 1 A ve üç ana işlem vardır.

Tutarlı (klasik) saçılma

Uzun dalga boylu X-ışınlarının saçılması, esas olarak dalga boyunu değiştirmeden meydana gelir ve buna denir. tutarlı. Foton enerjisi iyonlaşma enerjisinden daha az ise oluşur: hv< bir ve.

Bu durumda X-ışını fotonunun ve atomun enerjisi değişmediğinden, kendi içinde tutarlı saçılma biyolojik bir etkiye neden olmaz. Ancak, X-ışını radyasyonuna karşı koruma oluştururken, birincil ışının yönünü değiştirme olasılığı göz önünde bulundurulmalıdır. Bu etkileşim türü, X-ışını yapısal analizi için önemlidir (bakınız 24.7).

Tutarsız saçılma (Compton etkisi)

1922 yılında H.K. Compton, sert X-ışınlarının saçılmasını gözlemleyerek, saçılan ışının nüfuz etme gücünde olaya kıyasla bir azalma buldu. Bu, saçılan X-ışını radyasyonunun dalga boyunun, olaydan daha büyük olduğu anlamına geliyordu. X-ışınlarının dalga boyunun değişmesiyle saçılmasına ne denir tutarsız nym ve fenomenin kendisi - Compton etkisi. X-ışını fotonunun enerjisi iyonlaşma enerjisinden büyükse oluşur: hv> A ve.

Bu fenomen, bir atomla etkileşime girdiğinde, enerjinin hv foton, enerji ile yeni bir saçılmış X-ışını fotonunun oluşumu için harcanır. hv", bir elektronun bir atomdan ayrılması (iyonlaşma enerjisi A ve) ve kinetik enerjinin elektrona iletilmesi üzerine E'den:

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

1 Burada iyonlaşma enerjisi, atom veya molekülün dışındaki iç elektronları uzaklaştırmak için gereken enerji olarak anlaşılır.

Çünkü birçok durumda hv>> Ve Compton etkisi serbest elektronlar üzerinde oluşur, o zaman yaklaşık olarak şunu yazabiliriz:

hv = hv "+ E K.(31.7)

Bu fenomende (Şekil 31.9), ikincil X-ışını radyasyonu (enerji hv foton), geri tepme elektronları ortaya çıkar (kinetik enerji E ila elektron). Atomlar veya moleküller daha sonra iyon haline gelir.

Fotoğraf efekti

Fotoetkide, X-ışını radyasyonu atom tarafından emilir, bunun sonucunda bir elektron yayılır ve atom iyonize olur (fotoiyonizasyon).

Yukarıda tartışılan üç ana etkileşim süreci birincildir, sonraki ikincil, üçüncül vb. fenomenler. Örneğin, iyonize atomlar karakteristik bir spektrum yayabilir, uyarılmış atomlar görünür ışık kaynakları olabilir (X-ışını lüminesansı), vb.

İncirde. 31.10, X-ışını radyasyonu bir maddeye çarptığında meydana gelen olası süreçlerin bir diyagramını gösterir. X-ışını fotonunun enerjisi moleküler-termal hareket enerjisine dönüşmeden önce, gösterilene benzer birkaç düzine süreç meydana gelebilir. Sonuç olarak, maddenin moleküler bileşiminde değişiklikler meydana gelecektir.

Şekil 2'deki diyagramla temsil edilen süreçler. 31.10, X-ışınları maddeye etki ettiğinde gözlemlenen fenomenlerin temelini oluşturur. Bunlardan bazılarını listeleyelim.

X-ışını ışıldaması- X-ışını ışıması altında bir dizi maddenin parlaması. Platin-siyanür baryumunun bu ışıldaması, Röntgen'in ışınları keşfetmesini sağladı. Bu fenomen, X-ışınlarının görsel olarak gözlemlenmesi için özel ışıklı ekranlar oluşturmak için, bazen de X-ışınlarının bir fotoğraf plakası üzerindeki etkisini arttırmak için kullanılır.

X-ışınlarının kimyasal etkisi bilinmektedir, örneğin suda hidrojen peroksit oluşumu. Pratik olarak önemli bir örnek, bu tür ışınları sabitlemeyi mümkün kılan bir fotoğraf plakası üzerindeki etkidir.

İyonlaştırıcı etki, X ışınlarının etkisi altında elektriksel iletkenlikte bir artışla kendini gösterir. Bu özellik kullanılır

Bu tür radyasyonun etkilerini ölçmek için dozimetride.

Birçok işlem sonucunda birincil X-ışını ışını yasaya (29.3) uygun olarak zayıflatılır. şeklinde yazalım:

ben = ben 0 e- / ", (31.8)

nerede μ lineer zayıflama katsayısıdır. Tutarlı saçılma μ κ, tutarsız μ ΗΚ ve fotoelektrik etki μ'ye karşılık gelen üç terimden oluşan olarak temsil edilebilir. F:

μ = μ k + μ hk + μ f. (31.9)

X-ışını radyasyonunun yoğunluğu, bu akışın içinden geçtiği maddenin atomlarının sayısıyla orantılı olarak azalır. Maddeyi eksen boyunca sıkıştırırsanız X,örneğin, içinde B kez artan B yoğunluğu bir kez, o zaman

31.4. TIPTA X-RAY RADYASYONUNUN FİZİKSEL TEMELLERİ

X-ışınlarının en önemli tıbbi kullanımlarından biri, teşhis amacıyla iç organları taramaktır. (Röntgen teşhisi).

Teşhis için 60-120 keV mertebesinde enerjiye sahip fotonlar kullanılır. Bu enerjide, kütle zayıflama katsayısı esas olarak fotoelektrik etki tarafından belirlenir. Değeri, sert radyasyonun yüksek nüfuz gücünün ortaya çıktığı foton enerjisinin üçüncü gücüyle (λ 3 orantılı) ters orantılıdır ve emici maddenin atom numarasının üçüncü gücüyle orantılıdır:

X-ışını radyasyonunun farklı dokular tarafından soğurulmasındaki önemli fark, gölge projeksiyonunda insan vücudunun iç organlarının görüntülerini görmeyi mümkün kılar.

Röntgen teşhisi iki şekilde kullanılır: floroskopi - görüntü bir X-ışını ışıldayan ekranda görüntülenir, radyografi - görüntü bir fotoğraf filmine sabitlenir.

İncelenen organ ve çevre dokular X-ışını radyasyonunu yaklaşık olarak eşit derecede zayıflatıyorsa, özel kontrast maddeleri kullanılır. Örneğin, mide ve bağırsakları duygusal bir baryum sülfat kütlesi ile doldururken, gölge görüntülerini görebilirsiniz.

Ekrandaki görüntünün parlaklığı ve film üzerindeki maruz kalma süresi, X-ışını radyasyonunun yoğunluğuna bağlıdır. Teşhis için kullanılıyorsa, istenmeyen biyolojik sonuçlara neden olmamak için yoğunluk yüksek olamaz. Bu nedenle, X-ışını radyasyonunun düşük yoğunluklarında görüntüyü iyileştiren bir dizi teknik cihaz vardır. Böyle bir cihaza örnek olarak bir görüntü dönüştürücü verilebilir (bkz. 27.8). Nüfusun toplu bir incelemesinde, bir X-ışını çeşidi yaygın olarak kullanılır - büyük bir X-ışını ışıldayan ekranından bir görüntünün hassas küçük formatlı bir filme kaydedildiği florografi. Çekim yaparken, yüksek diyafram açıklığına sahip bir lens kullanılır, bitmiş görüntüler özel bir büyüteçle incelenir.

Radyografi için ilginç ve umut verici bir seçenek, adı verilen bir yöntemdir. röntgen tomografisi, ve onun "makine versiyonu" - CT tarama.

Bu soruyu ele alalım.

Tipik bir radyografi, vücudun geniş bir alanını kaplar ve farklı organlar ve dokular birbirini gizler. Bu, periyodik olarak birlikte (Şekil 31.11) X-ışını tüpünü antifazda hareket ettirirse önlenebilir RT ve film FP nesneye göre Hakkında Araştırma. Gövde, X ışınlarına karşı opak olan bir dizi inklüzyon içerir; bunlar şekilde dairelerle gösterilmiştir. Gördüğünüz gibi, X-ışını tüpünün herhangi bir konumunda X-ışınları (1, 2 vb) geçmek

periyodik hareketin gerçekleştirildiği merkez olan nesnenin aynı noktasını kesin RT ve FP. Bu nokta, ya da daha doğrusu küçük, opak bir kapanım, koyu bir daire ile gösterilir. Gölge görüntüsü ile hareket eder FP, sırayla işgal pozisyonları 1, 2 vesaire. Vücuttaki geri kalan kapanımlar (kemikler, mühürler vb.) FP bazı genel arka plan, çünkü X-ışınları sürekli olarak onlar tarafından gizlenmez. Salınım merkezinin konumunu değiştirerek, gövdenin katman katman X-ışını görüntüsü elde edilebilir. Bu nedenle adı - tomografi(katman katman kayıt).

İnce bir X-ışını ışını, bir ekran (yerine Фp), tomografi sırasında gölge X-ışını görüntüsünü işlemek için iyonlaştırıcı radyasyonun yarı iletken dedektörlerinden (bkz. 32.5) ve bir bilgisayardan oluşur. Tomografinin bu modern versiyonu (hesaplamalı veya bilgisayarlı X-ışını tomografisi), bir katot ışını tüpünün ekranında veya 2 mm'den daha az ayrıntılara sahip kağıt üzerinde vücudun katman katman görüntülerini X farkıyla elde etmenizi sağlar. -% 0.1'e kadar ışın emilimi. Bu, örneğin, beynin gri ve beyaz maddesini ayırt etmeyi ve çok küçük tümör oluşumlarını görmeyi sağlar.

röntgen radyasyonu
Değişen derecelerde de olsa tüm maddelere nüfuz edebilen görünmez radyasyon. 10-8 cm dalga boyuna sahip elektromanyetik radyasyondur. görülebilir ışık, X ışınları fotoğraf filminin kararmasına neden olur. Bu özellik tıp, sanayi ve bilimsel araştırma ... İncelenen nesneden geçen ve ardından fotoğraf filminin üzerine düşen X-ışını radyasyonu, üzerindeki iç yapısını tasvir eder. X-ışını radyasyonunun nüfuz etme gücü farklı malzemeler için farklı olduğundan, nesnenin kendisine daha az şeffaf olan kısımları, fotoğrafta radyasyonun iyi nüfuz ettiği alanlardan daha açık alanlar verir. Bu nedenle, kemik dokusu, cildi ve iç organları oluşturan dokudan X ışınlarına daha az şeffaftır. Bu nedenle radyografide kemikler daha hafif alanlar olarak gösterilecek ve radyasyon için daha şeffaf olan kırık bölgesi oldukça kolay tespit edilebilecektir. X-ışınları ayrıca diş hekimliğinde diş köklerindeki çürük ve apseleri tespit etmek için ve endüstride kalıp, plastik ve kauçuklardaki çatlakları tespit etmek için kullanılır. X-ışınları kimyada bileşikleri analiz etmek için ve fizikte kristallerin yapısını incelemek için kullanılır. Kimyasal bir bileşikten geçen bir X-ışını radyasyonu ışını, spektroskopik analizi kimyagerin bileşiğin bileşimini belirlemesine izin veren karakteristik bir ikincil radyasyona neden olur. Kristal bir madde üzerine düştüğünde, X-ışını ışını kristalin atomları tarafından saçılır ve fotoğraf plakası üzerinde kristalin iç yapısını oluşturmayı mümkün kılan net, doğru bir nokta ve şerit modeli verir. X ışınlarının kanser tedavisinde kullanılması kanser hücrelerini öldürmesine dayanmaktadır. Bununla birlikte, normal hücreler üzerinde de istenmeyen etkileri olabilir. Bu nedenle, X-ışınlarını bu şekilde kullanırken çok dikkatli olunmalıdır. X-ışınları Alman fizikçi W. Roentgen (1845-1923) tarafından keşfedildi. Adı, bu radyasyonla ilişkili diğer bazı fiziksel terimlerle ölümsüzleştirildi: X-ışını, iyonlaştırıcı radyasyon dozunun uluslararası birimidir; X-ray makinesinde çekilen bir fotoğrafa X-ray denir; Hastalıkları teşhis etmek ve tedavi etmek için X-ışınlarını kullanan radyolojik tıp alanına radyoloji denir. Röntgen, 1895 yılında Würzburg Üniversitesi'nde fizik profesörüyken radyasyonu keşfetti. Katot ışınlarıyla (boşaltma tüplerindeki elektron akışları) deneyler yaparken, vakum tüpünün yanında bulunan ve kristal baryum siyanoplatinitle kaplı bir ekranın, tüpün kendisi siyah kartonla kaplı olmasına rağmen parlak bir şekilde parladığını fark etti. Ayrıca Röntgen, keşfettiği ve X-ışınları adını verdiği bilinmeyen ışınların nüfuz etme gücünün, emici malzemenin bileşimine bağlı olduğunu buldu. Ayrıca, katot ışınlarına sahip bir deşarj tüpü ile baryum siyanoplatinit ile kaplanmış bir ekran arasına yerleştirerek kendi elinin kemiklerinin bir görüntüsünü elde etti. Röntgen'in keşfini, bu radyasyonun birçok yeni özelliğini ve uygulamasını keşfeden diğer araştırmacıların deneyleri izledi. 1912'de X-ışını radyasyonunun bir kristalden geçerken kırınımını gösteren M. Laue, W. Friedrich ve P. Knipping tarafından büyük bir katkı yapılmıştır; 1913'te ısıtılmış katotlu yüksek vakumlu X-ışını tüpünü icat eden W. Coolidge; 1913 yılında bir elementin radyasyon dalga boyu ile atom numarası arasındaki ilişkiyi kuran G. Moseley; 1915'te alınan G. ve L. Braggi Nobel Ödülü X-ışını yapısal analizinin temellerinin geliştirilmesi için.
X-RAY RADYASYONUNUN ELDE EDİLMESİ
X-ışını radyasyonu, yüksek hızlarda hareket eden elektronlar madde ile etkileşime girdiğinde meydana gelir. Elektronlar herhangi bir maddenin atomlarıyla çarpıştığında, kinetik enerjilerini hızla kaybederler. Bu durumda, çoğu ısıya dönüşür ve genellikle %1'den az olan küçük bir kısım X-ışını enerjisine dönüştürülür. Bu enerji, enerjiye sahip, ancak durgun kütlesi sıfır olan fotonlar adı verilen kuantum parçacıkları şeklinde salınır. X-ışını fotonları, dalga boylarıyla ters orantılı olan enerjilerinde farklılık gösterir. Geleneksel X-ışınları üretme yöntemi, X-ışını spektrumu adı verilen geniş bir dalga boyu aralığı üretir. Spektrum, Şekil 2'de gösterildiği gibi belirgin bileşenler içerir. 1. Geniş bir "süreklilik", sürekli bir spektrum veya beyaz radyasyon olarak adlandırılır. Üzerine bindirilmiş keskin tepe noktalarına karakteristik X-ışını emisyon çizgileri denir. Tüm spektrum, elektronların madde ile çarpışmasının sonucu olmasına rağmen, geniş kısmının ve çizgilerinin ortaya çıkma mekanizmaları farklıdır. madde oluşur Büyük bir sayı her biri elektron kabuklarıyla çevrili bir çekirdeğe sahip olan atomlar ve belirli bir elementin atomunun kabuğundaki her elektron belirli bir ayrı enerji seviyesini işgal eder. Genellikle bu kabuklar veya enerji seviyeleri, çekirdeğe en yakın kabuktan başlayarak K, L, M vb. Yeterince yüksek enerjili bir elektron, atoma bağlı elektronlardan biriyle çarpıştığında, o elektronu kabuğundan çıkarır. Boş yer, büyük bir enerjiye karşılık gelen kabuktan başka bir elektron tarafından işgal edilir. Bu sonuncusu, bir X-ışını fotonu yayarak fazla enerjiden vazgeçer. Kabukların elektronları ayrı enerji değerlerine sahip olduğundan, ortaya çıkan X-ışını fotonları da ayrı bir spektruma sahiptir. Bu, belirli değerleri hedef elemana bağlı olan belirli dalga boyları için keskin tepelere karşılık gelir. Karakteristik çizgiler, elektronun hangi kabuktan (K, L veya M) çıkarıldığına bağlı olarak K-, L- ve M serisini oluşturur. X-ışınlarının dalga boyu ile atom numarası arasındaki ilişkiye Moseley yasası denir (Şekil 2).

Elektronlar, katodu çevreleyen özel olarak şekillendirilmiş bir elektrot kullanılarak anoda odaklanır. Bu elektrot odaklama olarak adlandırılır ve katot ile birlikte tüpün "elektron spot ışığını" oluşturur. Elektron bombardımanına maruz kalan anot, bombardıman eden elektronların kinetik enerjisinin çoğu ısıya dönüştürüldüğü için refrakter bir malzemeden yapılmalıdır. Ek olarak, anotun yüksek atom numarasına sahip bir malzemeden yapılması arzu edilir, çünkü artan atom numarası ile X-ışını verimi artar. Tungsten genellikle atom numarası 74 olan anot malzemesi olarak seçilir. X-ışını tüplerinin tasarımı, kullanım koşullarına ve gereksinimlere bağlı olarak farklı olabilir.
X-RAY RADYASYONUNUN TESPİTİ
Tüm X-ışını algılama yöntemleri, madde ile etkileşimlerine dayanır. Dedektörler iki tip olabilir: görüntü verenler ve vermeyenler. Birincisi, X-ışını florografisi ve floroskopi için cihazları içerir, burada X-ışını demeti incelenen nesneden geçer ve iletilen radyasyon bir ışıldayan ekrana veya fotoğraf filmine çarpar. Görüntü, incelenen nesnenin farklı bölümlerinin, maddenin kalınlığına ve bileşimine bağlı olarak radyasyonu farklı şekillerde emmesi nedeniyle ortaya çıkar. Lüminesans ekranlı dedektörlerde, X-ışını radyasyonunun enerjisi doğrudan gözlemlenen bir görüntüye dönüştürülürken, X-ışını kırınımında hassas bir emülsiyon üzerine kaydedilir ve ancak film geliştikten sonra gözlemlenebilir. İkinci tip dedektörler, X-ışını radyasyonunun enerjisinin, radyasyonun göreceli yoğunluğunu karakterize eden elektrik sinyallerine dönüştürüldüğü çok çeşitli cihazları içerir. Buna iyonizasyon odaları, bir Geiger sayacı, orantılı sayaç, bir sintilasyon sayacı ve kadmiyum sülfür ve selenide dayalı bazı özel dedektörler. Şu anda, en verimli dedektörler, çok çeşitli enerjilerde iyi çalışan sintilasyon sayaçları olarak kabul edilebilir.
Ayrıca bakınız PARÇACIK DEDEKTÖRLERİ. Dedektör, sorunun koşulları dikkate alınarak seçilir. Örneğin, kırılan X-ışını radyasyonunun yoğunluğunu doğru bir şekilde ölçmek gerekiyorsa, o zaman ölçümlerin yüzde kesir doğruluğu ile yapılmasına izin veren sayaçlar kullanılır. Çok sayıda kırınım huzmesinin kaydedilmesi gerekiyorsa, bu durumda yoğunluğu aynı doğrulukla belirlemek mümkün olmasa da, bir X-ışını filmi kullanılması tavsiye edilir.
X-RAY VE GAMA DEFEKTOSKOPİSİ
X-ışınlarının endüstrideki en yaygın uygulamalarından biri malzeme kalite kontrolü ve tahribatsız muayenedir. X-ray yöntemi tahribatsızdır, böylece test edilen malzemenin gerekli gereksinimleri karşıladığı bulunursa, amaçlandığı gibi kullanılabilir. Hem X-ışını hem de gama-ışını kusur tespiti, X-ışını radyasyonunun nüfuz etme gücüne ve onun malzemelerdeki absorpsiyonunun özelliklerine dayanır. Penetrasyon, X-ışını tüpündeki hızlanan voltaja bağlı olan X-ışını fotonlarının enerjisi ile belirlenir. Bu nedenle, kalın numuneler ve altın ve uranyum gibi ağır metal numuneleri, çalışmaları için daha yüksek voltajlı bir X-ışını kaynağı gerektirir ve ince numuneler için daha düşük voltajlı bir kaynak yeterlidir. Çok büyük dökümlerin ve büyük haddelenmiş ürünlerin gama ışını kusur tespiti için, parçacıkları 25 MeV ve daha fazla enerjiye hızlandıran betatronlar ve lineer hızlandırıcılar kullanılır. Bir malzemede X-ışını radyasyonunun absorpsiyonu, soğurucunun kalınlığına d ve soğurma katsayısına m bağlıdır ve I = I0e-md formülü ile belirlenir, burada I, soğurucudan iletilen radyasyonun yoğunluğu, I0 ise gelen radyasyonun yoğunluğu ve e = 2.718, doğal logaritmaların temelidir. X-ışını radyasyonunun belirli bir dalga boyunda (veya enerjisinde) belirli bir malzeme için absorpsiyon katsayısı sabittir. Ancak bir X-ışını kaynağının radyasyonu monokromatik değildir, ancak geniş bir dalga boyu spektrumu içerir, bunun bir sonucu olarak emicinin aynı kalınlığındaki absorpsiyon radyasyonun dalga boyuna (frekansına) bağlıdır. X-ışınları tüm metal şekillendirme endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca topçu namlularını, gıda maddelerini, plastikleri incelemek ve elektronik mühendisliğindeki karmaşık cihazları ve sistemleri incelemek için kullanılır. (Nötron kırınımı da benzer amaçlar için kullanılır, burada X-ışınları yerine nötron ışınları kullanılır.) X-ışınları ayrıca başka görevler için de kullanılır, örneğin, orijinalliklerini belirlemek için resimleri incelemek veya ek katmanları tespit etmek. ana katmanın üstüne boya.
X-RAY RADYASYONUNUN KIRINMASI
X-ışını kırınımı, katılar hakkında - atomik yapıları ve kristal şekilleri ile sıvılar, amorf cisimler ve büyük moleküller hakkında önemli bilgiler sağlar. Kırınım yöntemi aynı zamanda atomlar arası mesafelerin doğru bir şekilde (10-5'ten daha az bir hatayla) belirlenmesi, streslerin ve kusurların tespiti ve tek kristallerin oryantasyonunun belirlenmesi için de kullanılır. Kırınım deseni, bilinmeyen malzemeleri tanımlayabilir ve ayrıca numunedeki safsızlıkların varlığını tespit edebilir ve bunları belirleyebilir. Modern fiziğin ilerlemesi için X-ışını kırınım yönteminin önemi fazla tahmin edilemez, çünkü maddenin özelliklerinin modern anlayışı nihayetinde çeşitli kimyasal bileşiklerdeki atomların düzenine, bağların doğasına ilişkin verilere dayanmaktadır. aralarında ve yapısal kusurlarda. Bu bilgiyi elde etmek için ana araç, X-ışını kırınım yöntemidir. X-ışını kırınım kristalografisi, canlı organizmaların genetik materyali olan deoksiribonükleik asit (DNA) molekülleri gibi karmaşık büyük moleküllerin yapılarını belirlemek için son derece önemlidir. X-ışını radyasyonunun keşfinden hemen sonra, bilimsel ve tıbbi ilgi, hem bu radyasyonun cisimlere nüfuz etme kabiliyetine hem de doğasına odaklandı. X-ışını radyasyonunun yarıklar ve kırınım ızgaraları tarafından kırınımı üzerine yapılan deneyler, elektromanyetik radyasyona ait olduğunu ve 10-8-10-9 cm mertebesinde bir dalga boyuna sahip olduğunu gösterdi, daha önce bilim adamları, özellikle W. Barlow, tahmin ettiler. doğal kristallerin doğru ve simetrik şeklinin, kristali oluşturan atomların sıralı dizilişinden kaynaklandığını. Bazı durumlarda, Barlow kristal yapıyı doğru bir şekilde tahmin edebildi. Öngörülen atomlar arası mesafelerin büyüklüğü 10-8 cm idi, atomlar arası mesafelerin prensipte X-ışını dalga boyu mertebesinde olması, kırınımlarını gözlemlemeyi mümkün kıldı. Sonuç, fizik tarihindeki en önemli deneylerden birinin fikriydi. M. Laue, meslektaşları W. Friedrich ve P. Knipping tarafından yürütülen bu fikrin deneysel bir testini düzenledi. 1912'de üçü, X-ışını kırınımının sonuçları üzerine çalışmalarını yayınladı. X-ışını kırınımının ilkeleri. X-ışını kırınımı olgusunu anlamak için, sırayla düşünmek gerekir: ilk olarak, X-ışını spektrumu, ikinci olarak, kristal yapının doğası ve üçüncü olarak, kırınım olgusunun kendisi. Yukarıda bahsedildiği gibi, karakteristik X-ışını radyasyonu, anot malzemesi tarafından belirlenen, yüksek derecede monokromatikliğe sahip bir dizi spektral çizgiden oluşur. Filtreleri kullanarak en yoğun olanları seçebilirsiniz. Bu nedenle, anotun malzemesini uygun şekilde seçerek, çok kesin olarak tanımlanmış bir dalga boyu değerine sahip neredeyse tek renkli bir radyasyon kaynağı elde etmek mümkündür. Karakteristik radyasyon dalga boyları tipik olarak krom için 2.285'ten gümüş için 0.558'e kadar değişir (çeşitli elementlerin değerlerinin altı önemli basamak içinde olduğu bilinmektedir). Karakteristik spektrum, anotta gelen elektronların yavaşlaması nedeniyle çok daha düşük bir yoğunluğa sahip sürekli "beyaz" spektrum üzerine bindirilir. Böylece, her anottan iki tür radyasyon elde edilebilir: her biri kendi yolunda önemli bir rol oynayan karakteristik ve bremsstrahlung. Kristal yapıdaki atomlar, doğru periyodiklik ile düzenlenir ve bir dizi özdeş hücre - bir uzaysal kafes oluşturur. Bazı kafesler (örneğin, en yaygın metaller için) oldukça basitken, diğerleri (örneğin protein molekülleri için) oldukça karmaşıktır. Kristal yapının özelliği şudur: Bir hücrenin belirli bir noktasından komşu hücrenin karşılık gelen noktasına hareket edilirse, tam olarak aynı atomik ortam bulunacaktır. Ve eğer bir atom bir hücrenin bir noktasında veya başka bir noktasında bulunuyorsa, o zaman aynı atom herhangi bir komşu hücrenin eşdeğer noktasında bulunacaktır. Bu ilke, kusursuz, kusursuz biçimde düzenlenmiş bir kristal için kesinlikle doğrudur. Bununla birlikte, birçok kristal (örneğin, metal katı çözeltileri) bir dereceye kadar düzensizdir, yani. kristalografik olarak eşdeğer yerler farklı atomlar tarafından işgal edilebilir. Bu durumlarda, belirlenen her bir atomun konumu değil, yalnızca atomun çok sayıda parçacık (veya hücre) üzerinden "istatistiksel olarak ortalaması alınan" konumudur. Kırınım olgusu OPTICS makalesinde tartışılmıştır ve okuyucu, devam etmeden önce bu makaleye başvurabilir. Dalgalar (örneğin, ses, ışık, X-ışını radyasyonu) küçük bir yarıktan veya delikten geçerse, ikincisinin ikincil bir dalga kaynağı olarak kabul edilebileceğini ve yarık veya deliğin görüntüsünün alternatiften oluştuğunu gösterir. açık ve koyu çizgiler. Ayrıca, periyodik bir delik veya yarık yapısı varsa, o zaman farklı deliklerden gelen ışınların girişimini güçlendirmenin ve azaltmanın bir sonucu olarak, net bir kırınım modeli ortaya çıkar. X-ışını kırınımı, kristal yapının periyodik olarak yerleştirilmiş atomları tarafından deliklerin ve saçılma merkezlerinin rolünün oynadığı toplu bir saçılma olgusudur. Görüntülerinin belirli açılarda karşılıklı olarak iyileştirilmesi, ışığın üç boyutlu bir kırınım ızgarası üzerindeki kırınımında ortaya çıkacak olana benzer bir kırınım deseni verir. Saçılma, gelen X-ışını radyasyonunun kristaldeki elektronlarla etkileşimi nedeniyle oluşur. X-ışını radyasyonunun dalga boyu atomun boyutları ile aynı büyüklük mertebesinde olduğundan, saçılan X-ışını radyasyonunun dalga boyu, gelen radyasyonun dalga boyu ile aynıdır. Bu süreç, gelen X-ışını radyasyonunun etkisi altındaki elektronların zorunlu salınımlarının sonucudur. Şimdi, üzerine X-ışınlarının geldiği (çekirdeği çevreleyen) bağlı elektron bulutuna sahip bir atom düşünün. Elektronlar her yöne aynı anda olayı saçarlar ve farklı yoğunluklarda da olsa aynı dalga boyunda kendi X-ışınlarını yayarlar. Saçılan radyasyonun yoğunluğu, elementin atom numarası ile ilişkilidir, çünkü atom numarası, saçılmaya katılabilecek yörünge elektronlarının sayısına eşittir. (Yoğunluğun saçılma elemanının atom numarasına ve yoğunluğun ölçüldüğü yöne olan bu bağımlılığı, kristallerin yapısının analizinde son derece önemli bir rol oynayan atomik saçılma faktörü ile karakterize edilir.) kristal yapıda, birbirinden aynı uzaklıkta bulunan doğrusal bir atom zinciri seçin ve kırınım modellerini göz önünde bulundurun. X-ışını spektrumunun sürekli bir kısımdan ("süreklilik") ve anotun malzemesi olan elementin karakteristiği olan bir dizi daha yoğun çizgiden oluştuğu zaten belirtilmişti. Diyelim ki sürekli spektrumu filtreledik ve doğrusal atom zincirimize yönelik neredeyse tek renkli bir X-ışını ışını aldık. Komşu atomlar tarafından saçılan dalgalar arasındaki yol farkı, dalga boyunun bir katıysa, büyütme (güçlendirici girişim) koşulu sağlanır. Işın, a (periyot) aralıklarıyla ayrılmış atomik çizgiye a0 açısında geliyorsa, o zaman kırınım açısı a için, amplifikasyona karşılık gelen yol farkı a (cos a - cosa0) = hl olarak yazılır, burada l dalga boyudur ve h bir tamsayıdır (şekil 4 ve 5).

Bunlar, x-ışını kırınımı için üç temel Laue denklemidir; h, k ve c sayıları kırınım düzlemi için Miller indisleridir.
Ayrıca bakınız KRİSTALLER VE KRİSTALLOGRAFİ. Laue denklemlerinden herhangi biri, örneğin birincisi göz önüne alındığında, a, a0, l sabit olduğundan ve h = 0, 1, 2, ... ortak bir eksen a (Şekil . 5). Aynı durum b ve c yönleri için de geçerlidir. Genel olarak üç boyutlu saçılma (kırınım) durumunda, üç Laue denklemi şu özelliklere sahip olmalıdır: ortak karar, yani eksenlerin her birinde bulunan üç kırınım konisi kesişmelidir; genel kesişme çizgisi, Şek. 6. Ortak karar denklemler Bragg - Wolfe yasasına yol açar:

Modern tıbbi teşhis ve bazı hastalıkların tedavisi, X-ışını radyasyonunun özelliklerini kullanan cihazlar olmadan hayal edilemez. X-ışınlarının keşfi 100 yıldan fazla bir süre önce gerçekleşti, ancak şimdi bile radyasyonun insan vücudu üzerindeki olumsuz etkisini en aza indirmeye izin veren yeni teknikler ve cihazların oluşturulması için çalışmalar devam ediyor.

X-ışınlarını kim ve nasıl keşfetti?

Doğal koşullar altında, X-ışınlarının akışı nadirdir ve yalnızca bazı radyoaktif izotoplar tarafından yayılır. X-ışınları veya X-ışınları sadece 1895'te Alman bilim adamı Wilhelm Röntgen tarafından keşfedildi. Bu keşif, bir vakuma yaklaşan koşullarda ışık ışınlarının davranışını incelemek için yapılan bir deney sırasında tesadüfen oldu. Deney, düşük basınca sahip bir katot gaz deşarj tüpü ve tüp her çalışmaya başladığında parlamaya başlayan bir flüoresan ekran içeriyordu.

Garip etkinin ilgisini çeken Roentgen, gözle görülmeyen radyasyonun çeşitli engellerden geçebileceğini gösteren bir dizi çalışma yürüttü: kağıt, ahşap, cam, bazı metaller ve hatta insan vücudu. Olanların doğasının tam olarak anlaşılmamasına rağmen, böyle bir fenomenin bilinmeyen parçacıklar veya dalgalardan oluşan bir akımın oluşmasından kaynaklanıp kaynaklanmadığı, aşağıdaki model kaydedildi - radyasyon vücudun yumuşak dokularından kolayca geçer ve sert canlı dokular ve cansız maddeler sayesinde çok daha ağırdır.

X-ışınları ilk araştıran değildi benzer fenomen... 19. yüzyılın ortalarında, Fransız Antoine Mason ve İngiliz William Crookes benzer olasılıkları incelediler. Bununla birlikte, tıpta kullanılabilecek katot tüpünü ve indikatörü ilk icat eden Röntgen'di. Fizikçiler arasında kendisine ilk Nobel ödüllü unvanını kazandıran bilimsel bir çalışma yayınlayan ilk kişiydi.

1901'de radyoloji ve radyolojinin kurucu babaları olan üç bilim adamı arasında verimli bir işbirliği başladı.

X-ışını özellikleri

X-ışınları bileşen elektromanyetik radyasyonun toplam spektrumu. Dalga boyu gama ile ultraviyole ışınlar... X-ışınları, tüm olağan dalga özellikleri ile karakterize edilir:

• kırınım;
• refraksiyon;
• girişim;
• yayılma hızı (ışık hızına eşittir).

Yapay olarak bir X-ışını akışı oluşturmak için özel cihazlar kullanılır - X-ışını tüpleri. X-ışınları, hızlı tungsten elektronlarının sıcak anottan buharlaşan maddelerle temasından kaynaklanır. Etkileşimin arka planında, 100 ila 0.01 nm aralığında ve 100-0.1 MeV enerji aralığında küçük uzunlukta elektromanyetik dalgalar ortaya çıkar. Işınların dalga boyu 0,2 nm'den küçükse sert radyasyon, dalga boyu belirtilen değerden büyükse yumuşak X ışınları olarak adlandırılır.

Elektronların anot maddesi ile temasından kaynaklanan kinetik enerjinin %99'unun ısı enerjisine dönüşmesi ve sadece %1'inin X-ışınları olması önemlidir.

X-ışını radyasyonu - bremsstrahlung ve karakteristik

X-radyasyonu, iki tür ışının bir üst üste binmesidir - bremsstrahlung ve karakteristik ışınlar. Aynı anda tüpte üretilirler. Bu nedenle, X-ışını ışınlaması ve her bir spesifik X-ışını tüpünün özelliği - radyasyon spektrumu, bu göstergelere bağlıdır ve örtüşmelerini temsil eder.

Frenleme veya sürekli X-ışınları, tungsten bobininden buharlaşan elektronların frenlenmesinin sonucudur.

Karakteristik veya lineer X-ışını ışınları, X-ışını tüpü anodunun atomlarının yeniden düzenlenmesi anında oluşur. Karakteristik ışınların dalga boyu, tüp anotunu yapmak için kullanılan kimyasal elementin atom numarasına doğrudan bağlıdır.

X-ışınlarının listelenen özellikleri, bunları pratikte uygulamayı mümkün kılar:

• sıradan gözlere görünmezlik;
• görünür spektrumun ışınlarını iletmeyen canlı dokular ve cansız maddeler yoluyla yüksek nüfuz etme yeteneği;
• moleküler yapılar üzerinde iyonlaşma etkisi.

Bir röntgen görüntüsü elde etmenin ilkeleri

Görüntülemenin dayandığı X-ışınlarının özellikleri, bazı maddelerin parçalanması veya parlamasına neden olma yeteneğidir.

X-ışını ışıması, kadmiyum ve çinko sülfürlerde yeşil ve kalsiyum tungstatta mavi floresan bir parıltıya neden olur. Bu özellik, tıbbi X-ışını transillüminasyon tekniğinde kullanılır ve ayrıca X-ray ekranlarının işlevselliğini arttırır.

X-ışınlarının ışığa duyarlı gümüş halojenür malzemeler (pozlama) üzerindeki fotokimyasal etkisi, teşhise izin verir - X-ışını görüntüleri oluşturur. Bu özellik, laboratuvar teknisyenlerinin röntgen odalarında aldığı toplam dozun değeri ölçülürken de kullanılır. Vücuda takılan dozimetreler özel hassas bantlara ve göstergelere sahiptir. X ışınlarının iyonlaştırıcı etkisi, elde edilen X ışınlarının kalitatif özelliklerinin belirlenmesini mümkün kılar.

Geleneksel X ışınlarından tek bir maruz kalma, kanser riskini yalnızca %0,001 oranında artırır.

X ışınlarının kullanıldığı alanlar

X-ışınlarının kullanımı aşağıdaki endüstrilerde kabul edilebilir:

1. Güvenlik. Havaalanlarında, gümrüklerde veya kalabalık yerlerde tehlikeli ve yasaklanmış maddelerin tespiti için sabit ve taşınabilir cihazlar.
2. Kimya endüstrisi, metalurji, arkeoloji, mimari, inşaat, restorasyon çalışmaları - kusurların tespiti ve maddelerin kimyasal analizi için.
3. Astronomi. X-ışını teleskoplarını kullanarak uzay cisimlerini ve fenomenlerini gözlemlemeye yardımcı olur.
4. Askeri sanayi. Lazer silahlarının geliştirilmesi için.

X-ışınlarının ana uygulaması tıp alanındadır. Bugün tıbbi radyoloji bölümü şunları içerir: radyodiagnostik, radyoterapi (X-ışını tedavisi), radyocerrahi. Tıp üniversitelerinde dar profilli uzmanlar - radyologlar - mezun oluyor.

X-Radyasyonu - zarar ve yarar, vücut üzerindeki etkisi

X ışınlarının yüksek nüfuz gücü ve iyonlaştırıcı etkisi hücrenin DNA'sının yapısında değişikliğe neden olabilir, bu nedenle insanlar için tehlikelidir. X ışınlarından kaynaklanan hasar, alınan radyasyon dozu ile doğru orantılıdır. Farklı organlar radyasyona değişen derecelerde tepki verir. En duyarlı olanlar:

• kemik iliği ve kemik dokusu;
• göz merceği;
• tiroid;
• meme ve seks bezleri;
• Akciğer dokusu.

Kontrolsüz X-ışını radyasyonu kullanımı, geri dönüşü olmayan ve geri dönüşü olmayan patolojilere neden olabilir.

X-ışınına maruz kalmanın sonuçları:

• kemik iliğinde hasar ve hematopoietik sistem patolojilerinin ortaya çıkması - eritrositopeni, trombositopeni, lösemi;
• müteakip katarakt gelişimi ile merceğe hasar;
• kalıtsal hücre mutasyonları;
• onkolojik hastalıkların gelişimi;
• radyasyon yanıkları almak;
• radyasyon hastalığının gelişimi.

Önemli! Radyoaktif maddelerin aksine, X ışınları vücudun dokularında birikmez, bu da X ışınlarının vücuttan uzaklaştırılmasının gerekli olmadığı anlamına gelir. Tıbbi cihaz kapatıldığında röntgen ışınlarının zararlı etkisi sona erer.

X-ışınlarının tıpta kullanımına sadece teşhis (travmatoloji, diş hekimliği) için değil, aynı zamanda terapötik amaçlar için de izin verilir:

• küçük dozlarda X-ışınları canlı hücrelerde ve dokularda metabolizmayı uyarır;
• onkolojik ve iyi huylu neoplazmların tedavisinde belirli doz limitleri kullanılmaktadır.

X-ışınlarını kullanarak patolojileri teşhis etme yöntemleri

Radyo teşhisi aşağıdaki teknikleri içerir:

1. Floroskopi, floresan bir ekranda gerçek zamanlı olarak bir görüntünün elde edildiği bir çalışmadır. Vücudun bir bölümünün görüntüsünün gerçek zamanlı olarak klasik olarak elde edilmesinin yanı sıra, bugün X-ışını televizyon iletimi için teknolojiler var - görüntü floresan bir ekrandan başka bir odada bulunan bir televizyon monitörüne aktarılıyor. Elde edilen görüntünün işlenmesi ve ardından ekrandan kağıda aktarılması için çeşitli dijital yöntemler geliştirilmiştir.
2. Florografi, 7x7 cm boyutlarında küçültülmüş bir resim yapmaktan oluşan göğüs organlarını incelemek için en ucuz yöntemdir.Bir hata olasılığına rağmen, nüfusun yıllık toplu anketinin tek yoludur. Yöntem tehlikeli değildir ve alınan radyasyon dozunun vücuttan çekilmesini gerektirmez.
3. Radyografi - bir organın şeklini, konumunu veya tonunu netleştirmek için film veya kağıt üzerinde özet bir görüntü elde etmek. Mukoza zarlarının peristalsis ve durumunu değerlendirmek için kullanılabilir. Bir seçenek varsa, o zaman modern X-ray cihazları arasında, x-ışınlarının akışının eski cihazlardan daha yüksek olabileceği dijital cihazlar ve düz düz olan düşük dozlu X-ray cihazları tercih edilmelidir. yarı iletken dedektörler. Vücuttaki yükü 4 kat azaltabilirler.
4. Bilgisayarlı X-ışını tomografisi, seçilen bir organın gerekli sayıda kesit görüntüsünü elde etmek için X-ışınlarını kullanan bir tekniktir. Modern BT makinelerinin birçok çeşidi arasında, bir dizi tekrarlanan inceleme için düşük dozlu yüksek çözünürlüklü bilgisayarlı tomografiler kullanılır.

Radyoterapi

Röntgen tedavisi topikal bir tedavidir. Çoğu zaman, yöntem kanser hücrelerini yok etmek için kullanılır. Maruz kalmanın etkisi cerrahi olarak çıkarılmasıyla karşılaştırılabilir olduğundan, bu tedavi yöntemine genellikle radyocerrahi denir.

Günümüzde röntgen tedavisi aşağıdaki şekillerde gerçekleştirilir:

1. Harici (proton tedavisi) - radyasyon ışını hastanın vücuduna dışarıdan girer.
2. Dahili (brakioterapi) - radyoaktif kapsüllerin vücuda yerleştirilmeleri ve kanserli tümöre daha yakın yerleştirilmeleri ile kullanılması. Bu tedavi yönteminin dezavantajı, kapsül vücuttan çıkarılıncaya kadar hastanın izolasyona ihtiyaç duymasıdır.

Bu yöntemler naziktir ve bazı durumlarda kullanımları kemoterapiye tercih edilir. Bu popülerlik, ışınların birikmemesi ve vücuttan atılımını gerektirmemesinden kaynaklanmaktadır; diğer hücre ve dokuları etkilemeden seçici bir etkiye sahiptirler.

Güvenli X-ray maruz kalma oranı

İzin verilen yıllık maruz kalma oranının bu göstergesinin kendi adı vardır - genetik olarak anlamlı eşdeğer doz (GZD). Bu göstergenin net nicel değerleri yoktur.

1. Bu gösterge yaşa ve hastanın gelecekte çocuk sahibi olma isteğine bağlıdır.
2. Hangi organların muayene edildiğine veya tedavi edildiğine bağlıdır.
3. GZD, insanların ikamet ettiği bölgedeki doğal radyoaktif arka plan seviyesinden etkilenir.

Bugün, aşağıdaki ortalama MCD standartları yürürlüktedir:

• tıbbi olanlar hariç ve doğal arka plan radyasyonunu hesaba katmadan tüm kaynaklardan maruz kalma seviyesi - yılda 167 mRem;
• yıllık tıbbi muayene için norm, yılda 100 mReg'den fazla değildir;
• toplam güvenli değer yılda 392 mRem'dir.

X-ışını radyasyonunun vücuttan atılmasına gerek yoktur ve yalnızca yoğun ve uzun süreli maruz kalma durumunda tehlikelidir. Modern tıbbi ekipman, kısa süreli düşük enerjili radyasyon kullanır, bu nedenle kullanımı nispeten zararsız olarak kabul edilir.

X-ışını radyasyonu, yüksek hızlarda hareket eden elektronlar madde ile etkileşime girdiğinde meydana gelir. Elektronlar herhangi bir maddenin atomlarıyla çarpıştığında, kinetik enerjilerini hızla kaybederler. Bu durumda, çoğu ısıya dönüşür ve genellikle %1'den az olan küçük bir kısım X-ışını enerjisine dönüştürülür. Bu enerji, enerjiye sahip, ancak durgun kütlesi sıfır olan fotonlar adı verilen kuantum parçacıkları şeklinde salınır. X-ışını fotonları, dalga boylarıyla ters orantılı olan enerjilerinde farklılık gösterir. Geleneksel X-ışınları üretme yöntemi, X-ışını spektrumu adı verilen geniş bir dalga boyu aralığı üretir. Spektrum, Şekil 2'de gösterildiği gibi belirgin bileşenler içerir. 1.

Pirinç. 1. DÜZENLİ X-RAY SPEKTRUM, sürekli bir spektrumdan (süreklilik) ve karakteristik çizgilerden (keskin tepe noktaları) oluşur. Кia ve Кib çizgileri, hızlandırılmış elektronların iç K kabuğunun elektronları ile etkileşimleri nedeniyle ortaya çıkar.

Geniş "süreklilik", sürekli spektrum veya beyaz radyasyon olarak adlandırılır. Üzerine bindirilmiş keskin tepe noktalarına karakteristik X-ışını emisyon çizgileri denir. Tüm spektrum, elektronların madde ile çarpışmasının sonucu olmasına rağmen, geniş kısmının ve çizgilerinin ortaya çıkma mekanizmaları farklıdır. Madde, her biri elektron kabuklarıyla çevrili bir çekirdeğe sahip olan çok sayıda atomdan oluşur ve belirli bir elementin atomunun kabuğundaki her elektron belirli bir ayrı enerji seviyesini işgal eder. Genellikle bu kabuklar veya enerji seviyeleri, çekirdeğe en yakın kabuktan başlayarak K, L, M vb. Yeterince yüksek enerjili bir elektron, atoma bağlı elektronlardan biriyle çarpıştığında, o elektronu kabuğundan çıkarır. Boş yer, büyük bir enerjiye karşılık gelen kabuktan başka bir elektron tarafından işgal edilir. Bu sonuncusu, bir X-ışını fotonu yayarak fazla enerjiden vazgeçer. Kabukların elektronları ayrı enerji değerlerine sahip olduğundan, ortaya çıkan X-ışını fotonları da ayrı bir spektruma sahiptir. Bu, belirli değerleri hedef elemana bağlı olan belirli dalga boyları için keskin tepelere karşılık gelir. Karakteristik çizgiler, elektronun hangi kabuktan (K, L veya M) çıkarıldığına bağlı olarak K-, L- ve M serisini oluşturur. X-ışınlarının dalga boyu ile atom numarası arasındaki ilişkiye Moseley yasası denir (Şekil 2).

Pirinç. 2. Kimyasal elementlerin yaydığı KARAKTERİSTİK X-RAY IŞINLARININ DALGA UZUNLUĞU, elementin atom numarasına bağlıdır. Eğri Moseley yasasına karşılık gelir: Bir elementin atom numarası ne kadar yüksekse, karakteristik çizginin dalga boyu o kadar kısadır.

Bir elektron nispeten ağır bir çekirdeğe çarparsa, yavaşlar ve kinetik enerjisi, yaklaşık olarak aynı enerjiye sahip bir X-ışını fotonu şeklinde serbest bırakılır. Çekirdeğin yanından uçarsa enerjisinin yalnızca bir kısmını kaybeder ve geri kalanı yoluna çıkan diğer atomlara aktarılır. Her bir enerji kaybı eylemi, bir miktar enerjili bir fotonun emisyonuna yol açar. Üst sınırı en hızlı elektronun enerjisine karşılık gelen sürekli bir X-ışını spektrumu belirir. Bu, sürekli bir spektrumun oluşum mekanizmasıdır ve sürekli spektrumun sınırını sabitleyen maksimum enerji (veya minimum dalga boyu), gelen elektronların hızını belirleyen hızlanan voltajla orantılıdır. Spektral çizgiler, bombalanan hedefin malzemesini karakterize eder ve sürekli spektrum, elektron ışınının enerjisi tarafından belirlenir ve pratik olarak hedef malzemeden bağımsızdır.

X-ışınları sadece elektron bombardımanı ile değil, aynı zamanda hedefin başka bir kaynaktan X-ışınları ile ışınlanmasıyla da elde edilebilir. Ancak bu durumda, gelen ışın enerjisinin çoğu karakteristik X-ışını spektrumuna geçer ve çok küçük bir kısmı sürekli olanın üzerine düşer. Açıktır ki, gelen X-ışını ışını, enerjisi bombardıman edilen elemanın karakteristik çizgilerini uyarmak için yeterli olan fotonları içermelidir. Karakteristik spektrumdaki yüksek enerji yüzdesi, bu X-ışını uyarım yöntemini bilimsel araştırmalar için uygun hale getirir.

X-ışını tüpleri. Elektronların madde ile etkileşimi nedeniyle X-ışını radyasyonu elde etmek için, bir elektron kaynağına, onları yüksek hızlara çıkaracak araçlara ve elektron bombardımanına dayanabilecek ve gerekli yoğunlukta X-ışınları üretebilecek bir hedefe sahip olmanız gerekir. Tüm bunları içeren cihaza X-ışını tüpü denir. İlk araştırmacılar, modern gaz boşaltma tüpleri türünden "derin olarak boşaltılmış" tüpler kullandılar. İçlerindeki boşluk çok yüksek değildi.

Gaz deşarj tüpleri az miktarda gaz içerir ve tüpün elektrotlarına büyük bir potansiyel farkı uygulandığında gaz atomları pozitif ve negatif iyonlara dönüşür. Pozitif olanlar negatif elektroda (katot) hareket eder ve üzerine düşerek elektronları ondan çıkarır ve sırayla pozitif elektroda (anoda) hareket eder ve onu bombalayarak bir X-ışını fotonları akışı oluşturur. .

Coolidge tarafından geliştirilen modern X-ışını tüpünde (Şekil 3) elektronların kaynağı, yüksek sıcaklığa ısıtılmış bir tungsten katottur. Elektronlar, anot (veya anti-katot) ve katot arasındaki yüksek potansiyel farkı ile yüksek hızlara hızlandırılır. Elektronların atomlarla çarpışmadan anoda ulaşması gerektiğinden, tüpün iyi boşaltılması gereken çok yüksek bir vakum gereklidir. Bu ayrıca kalan gaz atomlarının iyonlaşma olasılığını ve ortaya çıkan yan akımları azaltır.

Pirinç. 3. COULIDGE X-RAY TÜPÜ. Elektronlarla bombardıman edildiğinde, tungsten anti-katot karakteristik X-ışınları yayar. X-ışını ışınının enine kesiti, gerçek ışınlanmış alandan daha küçüktür. 1 - elektron ışını; 2 - odaklama elektrotlu katot; 3 - cam kabuk (tüp); 4 - tungsten hedefi (anti-katot); 5 - katodun filamanı; 6 - aslında ışınlanmış alan; 7 - etkili odak noktası; 8 - bakır anot; 9 - pencere; 10 - dağınık X-ışını radyasyonu.

Elektronlar, katodu çevreleyen özel olarak şekillendirilmiş bir elektrot kullanılarak anoda odaklanır. Bu elektrot odaklama olarak adlandırılır ve katot ile birlikte tüpün "elektron spot ışığını" oluşturur. Elektron bombardımanına maruz kalan anot, bombardıman eden elektronların kinetik enerjisinin çoğu ısıya dönüştürüldüğü için refrakter bir malzemeden yapılmalıdır. Ek olarak, anotun yüksek atom numarasına sahip bir malzemeden yapılması arzu edilir, çünkü artan atom numarası ile X-ışını verimi artar. Tungsten en çok atom numarası 74 olan anot malzemesi olarak seçilir.

X-ray tüplerinin tasarımı, uygulamaya ve gereksinimlere bağlı olarak değişebilir.