يلعب إشعاع الأشعة السينية دورًا كبيرًا في الطب الحديث ؛ يعود تاريخ اكتشاف الأشعة السينية إلى القرن التاسع عشر.

الأشعة السينية هي موجات كهرومغناطيسية يتم إنتاجها بمشاركة الإلكترونات. مع التسارع القوي للجسيمات المشحونة ، يتم إنشاء أشعة سينية اصطناعية. يمر عبر معدات خاصة:

• مسرعات الجسيمات.

تاريخ الاكتشاف

تم اختراع هذه الأشعة في عام 1895 من قبل العالم الألماني رونتجن: أثناء العمل مع أنبوب أشعة الكاثود ، اكتشف تأثير مضان لسيانيد الباريوم البلاتيني. ثم كان هناك وصف لهذه الأشعة وقدرتها المذهلة على اختراق أنسجة الجسم. بدأت تسمى الأشعة بالأشعة السينية (الأشعة السينية). في وقت لاحق في روسيا بدأوا يطلق عليهم الأشعة السينية.

الأشعة السينية قادرة على اختراق الجدران. لذلك أدرك رونتجن أنه حقق أكبر اكتشاف في مجال الطب. ومنذ ذلك الوقت بدأت تتشكل أقسام منفصلة في العلوم ، مثل الأشعة والأشعة.

الأشعة قادرة على اختراق الأنسجة الرخوة ، لكنها تتأخر ، يتم تحديد طولها من خلال عقبة السطح الصلب. الأنسجة الرخوة في جسم الإنسان هي الجلد والأنسجة الصلبة هي العظام. في عام 1901 ، حصل العالم على جائزة نوبل.

ومع ذلك ، حتى قبل اكتشاف فيلهلم كونراد رونتجن ، كان علماء آخرون مهتمين أيضًا بموضوع مماثل. في عام 1853 ، درس الفيزيائي الفرنسي أنطوان فيليبر ماسون التفريغ عالي الجهد بين الأقطاب الكهربائية في أنبوب زجاجي. بدأ الغاز الموجود بداخله عند ضغط منخفض في إصدار وهج ضارب إلى الحمرة. أدى ضخ الغاز الزائد من الأنبوب إلى تحلل الوهج إلى سلسلة معقدة من الطبقات المضيئة الفردية ، والتي يعتمد لونها على كمية الغاز.

في عام 1878 ، اقترح ويليام كروكس (الفيزيائي الإنجليزي) أن الفلورة تحدث بسبب تأثير الأشعة على السطح الزجاجي للأنبوب. لكن كل هذه الدراسات لم تُنشر في أي مكان ، لذلك لم يكن رونتجن على علم بمثل هذه الاكتشافات. بعد نشر اكتشافاته عام 1895 في مجلة علمية ، حيث كتب العالم أن جميع الأجسام شفافة تجاه هذه الأشعة ، وإن كانت بدرجة مختلفة جدًا ، أصبح علماء آخرون مهتمين بتجارب مماثلة. أكدوا اختراع رونتجن ، وبدأ المزيد من التطوير والتحسين للأشعة السينية.

نشر فيلهلم رونتجن بنفسه ورقتين علميتين إضافيتين حول موضوع الأشعة السينية في عامي 1896 و 1897 ، وبعد ذلك تولى أنشطة أخرى. وهكذا ، اخترع العديد من العلماء ، لكن رونتجن هو من نشر أوراقًا علمية حول هذا الموضوع.

مبادئ التصوير

يتم تحديد ميزات هذا الإشعاع من خلال طبيعة مظهره. يحدث الإشعاع بسبب موجة كهرومغناطيسية. تشمل خصائصه الرئيسية ما يلي:

1. انعكاس. إذا اصطدمت الموجة بالسطح بشكل عمودي ، فلن تنعكس. في بعض الحالات ، يكون للماس خاصية الانعكاس.
2. القدرة على اختراق الأنسجة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تمر الأشعة عبر الأسطح غير الشفافة من المواد مثل الخشب والورق وما شابه.
3. الامتصاص. يعتمد الامتصاص على كثافة المادة: فكلما كانت أكثر كثافة ، زاد امتصاص الأشعة السينية لها.
4. تتألق بعض المواد ، أي أنها تتوهج. بمجرد توقف الإشعاع ، يختفي الوهج أيضًا. إذا استمر بعد توقف عمل الأشعة ، فإن هذا التأثير يسمى الفسفرة.
5. يمكن للأشعة السينية أن تضيء فيلم فوتوغرافي ، تمامًا مثل الضوء المرئي.
6. إذا مرت الحزمة عبر الهواء ، يحدث التأين في الغلاف الجوي. تسمى هذه الحالة الموصلة للكهرباء ، ويتم تحديدها باستخدام مقياس الجرعات ، الذي يحدد معدل جرعة الإشعاع.

الإشعاع - ضرر وفائدة

عندما تم الاكتشاف ، لم يستطع الفيزيائي رونتجن حتى تخيل مدى خطورة اختراعه. في الأيام الخوالي ، كانت جميع الأجهزة التي تنتج الإشعاع بعيدة عن الكمال ، ونتيجة لذلك ، تم الحصول على جرعات كبيرة من الأشعة المنبعثة. لم يفهم الناس مخاطر هذا الإشعاع. على الرغم من أن بعض العلماء طرحوا حتى ذلك الحين إصدارات حول مخاطر الأشعة السينية.

الأشعة السينية ، التي تخترق الأنسجة ، لها تأثير بيولوجي عليها. وحدة قياس جرعة الإشعاع هي رونتجن في الساعة. التأثير الرئيسي هو على الذرات المؤينة الموجودة داخل الأنسجة. تعمل هذه الأشعة مباشرة على بنية الحمض النووي للخلية الحية. تشمل عواقب الإشعاع غير المنضبط ما يلي:

• طفرة خلوية
• ظهور الأورام.
• حروق إشعاعية
• مرض الإشعاع.

موانع إجراء فحوصات الأشعة السينية:

1. المرضى في حالة حرجة.
2. فترة الحمل بسبب الآثار السلبية على الجنين.
3. المرضى الذين يعانون من نزيف أو استرواح الصدر المفتوح.

كيف تعمل الأشعة السينية وأين يتم استخدامها

1. في الطب. يستخدم التشخيص بالأشعة السينية لشفافية الأنسجة الحية من أجل تحديد اضطرابات معينة داخل الجسم. يتم إجراء العلاج بالأشعة السينية للقضاء على تكوينات الورم.
2. في العلم. تم الكشف عن بنية المواد وطبيعة الأشعة السينية. يتم التعامل مع هذه القضايا من خلال علوم مثل الكيمياء والكيمياء الحيوية وعلم البلورات.
3. في الصناعة. للكشف عن الانتهاكات في المنتجات المعدنية.
4. من أجل سلامة السكان. يتم تثبيت حزم الأشعة السينية في المطارات والأماكن العامة الأخرى لمسح الأمتعة.

الاستخدام الطبي للأشعة السينية. تستخدم الأشعة السينية على نطاق واسع في الطب وطب الأسنان للأغراض التالية:

1. لتشخيص الأمراض.
2. لرصد عمليات التمثيل الغذائي.
3. لعلاج العديد من الأمراض.

استخدام الأشعة السينية للأغراض الطبية

بالإضافة إلى الكشف عن كسور العظام ، تستخدم الأشعة السينية على نطاق واسع للأغراض الطبية. يتمثل التطبيق المتخصص للأشعة السينية في تحقيق الأهداف التالية:

1. لتدمير الخلايا السرطانية.
2. لتقليل حجم الورم.
3. لتقليل الألم.

على سبيل المثال ، يستخدم اليود المشع ، المستخدم في أمراض الغدد الصماء ، بنشاط في سرطان الغدة الدرقية ، مما يساعد الكثير من الناس على التخلص من هذا المرض الرهيب. حاليًا ، لتشخيص الأمراض المعقدة ، يتم توصيل الأشعة السينية بأجهزة الكمبيوتر ، ونتيجة لذلك تظهر أحدث طرق البحث ، مثل التصوير المقطعي المحوري المحوسب.

يوفر هذا الفحص للأطباء صورًا ملونة تُظهر الأعضاء الداخلية للشخص. للكشف عن عمل الأعضاء الداخلية ، يكفي جرعة صغيرة من الإشعاع. تستخدم الأشعة السينية أيضًا على نطاق واسع في العلاج الطبيعي.

الخصائص الأساسية للأشعة السينية

1. القدرة على الاختراق. جميع الأجسام شفافة بالنسبة للأشعة السينية ، ودرجة الشفافية تعتمد على سمك الجسم. بسبب هذه الخاصية ، بدأ استخدام الحزمة في الطب للكشف عن عمل الأعضاء ووجود الكسور والأجسام الغريبة في الجسم.
2. هم قادرون على إحداث توهج لبعض الأشياء. على سبيل المثال ، إذا تم تطبيق الباريوم والبلاتين على الورق المقوى ، فبعد المرور عبر مسح الشعاع ، سوف يتوهج باللون الأصفر المخضر. إذا وضعت يدك بين أنبوب الأشعة السينية والشاشة ، فسوف يتغلغل الضوء في العظام أكثر من النسيج ، وبالتالي ستلمع أنسجة العظام على الشاشة ، وستكون الأنسجة العضلية أقل سطوعًا.
3. العمل على الفيلم. يمكن للأشعة السينية ، مثل الضوء ، أن تغمق الفيلم ، مما يجعل من الممكن تصوير جانب الظل الذي يتم الحصول عليه عند فحص الأشياء بواسطة الأشعة السينية.
4. يمكن للأشعة السينية تأين الغازات. هذا يجعل من الممكن ليس فقط العثور على الأشعة ، ولكن أيضًا للكشف عن شدتها عن طريق قياس تيار التأين في الغاز.
5. لديهم تأثير كيميائي حيوي على جسم الكائنات الحية. بفضل هذه الخاصية ، وجدت الأشعة السينية تطبيقاتها الواسعة في الطب: يمكنها علاج كل من الأمراض الجلدية وأمراض الأعضاء الداخلية. في هذه الحالة ، يتم تحديد جرعة الإشعاع المطلوبة ومدة الأشعة. الاستخدام المطول والمفرط لهذا العلاج ضار للغاية وضار للجسم.

كانت نتيجة استخدام الأشعة السينية هي إنقاذ العديد من الأرواح البشرية. لا تساعد الأشعة السينية في تشخيص المرض في الوقت المناسب فحسب ، بل إن طرق العلاج باستخدام العلاج الإشعاعي تخفف المرضى من مختلف الأمراض ، من فرط نشاط الغدة الدرقية إلى الأورام الخبيثة في أنسجة العظام.

في عام 1895 ، اكتشف الفيزيائي الألماني دبليو رونتجن نوعًا جديدًا غير معروف سابقًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، والذي أطلق عليه اسم الأشعة السينية تكريما لمكتشفه. أصبح دبليو رونتجن مؤلف اكتشافه في سن الخمسين ، حيث شغل منصب رئيس جامعة فورتسبورغ وله سمعة كواحد من أفضل المجربين في عصره. كان إديسون الأمريكي من أوائل من اكتشفوا تطبيقًا تقنيًا لاكتشاف رونتجن. لقد أنشأ جهازًا توضيحيًا مفيدًا وقام بالفعل في مايو 1896 بتنظيم معرض للأشعة السينية في نيويورك ، حيث يمكن للزوار النظر إلى أيديهم على شاشة مضيئة. بعد وفاة مساعد إديسون من الحروق الشديدة التي تلقاها من المظاهرات المستمرة ، أوقف المخترع إجراء المزيد من التجارب على الأشعة السينية.

بدأ استخدام الأشعة السينية في الطب بسبب قدرتها العالية على الاختراق. في البداية ، تم استخدام الأشعة السينية لفحص كسور العظام وتحديد أماكن الأجسام الغريبة في جسم الإنسان. حاليًا ، هناك عدة طرق تعتمد على الأشعة السينية. لكن هذه الأساليب لها عيوبها: يمكن للإشعاع أن يسبب ضررًا عميقًا للجلد. غالبا ما تتحول القرحة إلى سرطان. في كثير من الحالات ، كان لابد من بتر الأصابع أو اليدين. التنظير(مرادف للشفافية) هي إحدى الطرق الرئيسية لفحص الأشعة السينية ، والتي تتمثل في الحصول على صورة إيجابية مستوية للكائن قيد الدراسة على شاشة شفافة (فلورية). أثناء التنظير الفلوري ، يكون الموضوع بين شاشة شفافة وأنبوب الأشعة السينية. على شاشات الأشعة السينية الشفافة الحديثة ، تظهر الصورة في اللحظة التي يتم فيها تشغيل أنبوب الأشعة السينية ويختفي فور إيقاف تشغيله. يتيح التنظير التألقي دراسة وظيفة العضو - نبض القلب ، حركات التنفس للأضلاع ، الرئتين ، الحجاب الحاجز ، التمعج في الجهاز الهضمي ، إلخ. يستخدم التنظير الفلوري في علاج أمراض المعدة والجهاز الهضمي والاثني عشر وأمراض الكبد والمرارة والقنوات الصفراوية. في الوقت نفسه ، يتم إدخال المجس الطبي والمتلاعبين دون تلف الأنسجة ، ويتم التحكم في الإجراءات أثناء العملية عن طريق التنظير الفلوري وتكون مرئية على الشاشة.
التصوير الشعاعي -طريقة تشخيص الأشعة السينية مع تسجيل صورة ثابتة على مادة حساسة للضوء - خاصة. فيلم فوتوغرافي (فيلم أشعة إكس) أو ورق فوتوغرافي مع معالجة لاحقة للصور ؛ مع التصوير الشعاعي الرقمي ، يتم إصلاح الصورة في ذاكرة الكمبيوتر. يتم إجراؤه على أجهزة التشخيص بالأشعة السينية - الثابتة ، المثبتة في غرف الأشعة السينية المجهزة خصيصًا ، أو المتنقلة والمحمولة - بجانب سرير المريض أو في غرفة العمليات. في الصور الشعاعية ، يتم عرض عناصر هياكل الأعضاء المختلفة بشكل أكثر وضوحًا من شاشة الفلورسنت. يتم إجراء التصوير الشعاعي من أجل الكشف عن الأمراض المختلفة والوقاية منها ، وهدفها الرئيسي هو مساعدة الأطباء من مختلف التخصصات بشكل صحيح وسريع في إجراء التشخيص. تلتقط صورة الأشعة السينية حالة العضو أو الأنسجة فقط في وقت التعرض. ومع ذلك ، فإن صورة شعاعية واحدة تلتقط فقط التغييرات التشريحية في لحظة معينة ، فهي تعطي احصائيات العملية ؛ من خلال سلسلة من الصور الشعاعية المأخوذة على فترات زمنية معينة ، من الممكن دراسة ديناميات العملية ، أي التغييرات الوظيفية. الأشعة المقطعية.يمكن ترجمة كلمة التصوير المقطعي من اليونانية إلى صورة شريحة.هذا يعني أن الغرض من التصوير المقطعي هو الحصول على صورة ذات طبقات للبنية الداخلية لهدف الدراسة. يتميز التصوير المقطعي المحوسب بالدقة العالية ، مما يجعل من الممكن التمييز بين التغيرات الطفيفة في الأنسجة الرخوة. يسمح التصوير المقطعي المحوسب باكتشاف مثل هذه العمليات المرضية التي لا يمكن اكتشافها بطرق أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يتيح استخدام التصوير المقطعي المحوسب تقليل جرعة الأشعة السينية التي يتلقاها المرضى أثناء عملية التشخيص.
التصوير الفلوري- طريقة تشخيصية تسمح لك بالحصول على صورة للأعضاء والأنسجة ، تم تطويرها في نهاية القرن العشرين ، بعد عام من اكتشاف الأشعة السينية. في الصور يمكنك رؤية التصلب والتليف والأجسام الغريبة والأورام والالتهابات التي لها درجة متطورة ووجود الغازات وتسلل إلى التجاويف والخراجات والخراجات وما إلى ذلك. في أغلب الأحيان ، يتم إجراء تصوير الصدر بالأشعة السينية ، والذي يسمح باكتشاف مرض السل ، والورم الخبيث في الرئتين أو الصدر ، وأمراض أخرى.
العلاج بالأشعة السينية- هذه طريقة حديثة يتم من خلالها علاج بعض أمراض المفاصل. الاتجاهات الرئيسية لعلاج أمراض العظام بهذه الطريقة هي: المزمنة. العمليات الالتهابية للمفاصل (التهاب المفاصل ، التهاب المفاصل) ؛ التنكسية (هشاشة العظام ، تنخر العظم ، داء الفقار المشوه). الغرض من العلاج الإشعاعيهو تثبيط النشاط الحيوي لخلايا الأنسجة المعدلة مرضيًا أو تدميرها الكامل. في الأمراض غير الورمية ، يهدف العلاج بالأشعة السينية إلى قمع التفاعل الالتهابي ، وتثبيط العمليات التكاثرية ، وتقليل حساسية الألم والنشاط الإفرازي للغدد. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الغدد الجنسية ، والأعضاء المكونة للدم ، وخلايا الدم البيضاء ، وخلايا الورم الخبيث هي الأكثر حساسية للأشعة السينية. يتم تحديد جرعة الإشعاع في كل حالة على حدة.

لاكتشاف الأشعة السينية ، حصل رونتجن على جائزة نوبل الأولى في الفيزياء عام 1901 ، وأكدت لجنة نوبل على الأهمية العملية لاكتشافه.
وبالتالي ، فإن الأشعة السينية هي إشعاع كهرومغناطيسي غير مرئي بطول موجة 105-102 نانومتر. يمكن للأشعة السينية اختراق بعض المواد غير الشفافة للضوء المرئي. تنبعث أثناء تباطؤ الإلكترونات السريعة في المادة (الطيف المستمر) وأثناء انتقالات الإلكترونات من غلاف الإلكترون الخارجي للذرة إلى الأصداف الداخلية (الطيف الخطي). مصادر الأشعة السينية هي: أنبوب الأشعة ، بعض النظائر المشعة ، مسرعات ومراكمات الإلكترونات (إشعاع السنكروترون). المستقبلات - الأفلام ، شاشات الإنارة ، أجهزة الكشف عن الإشعاع النووي. تُستخدم الأشعة السينية في تحليل حيود الأشعة السينية ، والطب ، وكشف الخلل ، والتحليل الطيفي للأشعة السينية ، إلخ.

الأشعة السينية: إشعاع غير مرئي قادر على اختراق جميع المواد وإن بدرجات متفاوتة. إنه إشعاع كهرومغناطيسي يبلغ طوله الموجي حوالي 10-8 سم.

مثل الضوء المرئي ، تسبب الأشعة السينية اسوداد الفيلم الفوتوغرافي. هذه الخاصية لها أهمية كبيرة في الطب والصناعة والبحث العلمي. مرورًا بالجسم قيد الدراسة ثم السقوط على الفيلم ، يصور إشعاع الأشعة السينية هيكله الداخلي عليه. نظرًا لأن قوة الاختراق لإشعاع الأشعة السينية تختلف باختلاف المواد ، فإن أجزاء الجسم الأقل شفافية لها تعطي مناطق أكثر إشراقًا في الصورة من تلك التي يخترق من خلالها الإشعاع جيدًا. وبالتالي ، فإن أنسجة العظام أقل شفافية في الأشعة السينية من الأنسجة التي يتكون منها الجلد والأعضاء الداخلية. لذلك ، في الصورة الشعاعية ، ستتم الإشارة إلى العظام على أنها مناطق أفتح ويمكن اكتشاف موقع الكسر ، وهو أكثر شفافية للإشعاع ، بسهولة تامة. يستخدم التصوير بالأشعة السينية أيضًا في طب الأسنان للكشف عن التسوس والخراجات في جذور الأسنان ، وكذلك في الصناعة للكشف عن الشقوق في المسبوكات والبلاستيك والمطاط.

تستخدم الأشعة السينية في الكيمياء لتحليل المركبات وفي الفيزياء لدراسة بنية البلورات. تسبب شعاع الأشعة السينية التي تمر عبر مركب كيميائي إشعاعًا ثانويًا مميزًا ، يسمح التحليل الطيفي للكيميائي بتحديد تكوين المركب. عند السقوط على مادة بلورية ، تتناثر شعاع الأشعة السينية بواسطة ذرات البلورة ، مما يعطي نمطًا واضحًا ومنتظمًا من البقع والخطوط على لوحة فوتوغرافية ، مما يجعل من الممكن إنشاء البنية الداخلية للبلورة.

يعتمد استخدام الأشعة السينية في علاج السرطان على حقيقة أنها تقتل الخلايا السرطانية. ومع ذلك ، يمكن أن يكون لها أيضًا تأثير غير مرغوب فيه على الخلايا الطبيعية. لذلك ، يجب توخي الحذر الشديد عند استخدام الأشعة السينية.

الحصول على الأشعة السينية

تحدث الأشعة السينية عندما تتفاعل الإلكترونات التي تتحرك بسرعات عالية مع المادة. عندما تصطدم الإلكترونات بذرات أي مادة ، فإنها تفقد طاقتها الحركية بسرعة. في هذه الحالة ، يتم تحويل معظمها إلى حرارة ، ويتم تحويل جزء صغير ، عادة أقل من 1٪ ، إلى طاقة الأشعة السينية. يتم إطلاق هذه الطاقة في شكل جسيمات كمومية تسمى الفوتونات التي لديها طاقة ولكن ليس لها كتلة راحة. تختلف فوتونات الأشعة السينية في طاقتها ، والتي تتناسب عكسيا مع طولها الموجي. مع الطريقة المعتادة للحصول على الأشعة السينية ، يتم الحصول على مجموعة واسعة من الأطوال الموجية ، والتي تسمى طيف الأشعة السينية.

أنابيب الأشعة السينية. من أجل الحصول على إشعاع الأشعة السينية بسبب تفاعل الإلكترونات مع المادة ، من الضروري أن يكون لديك مصدر للإلكترونات ، ووسائل لتسريعها إلى سرعات عالية ، وهدف قادر على تحمل القصف الإلكتروني وإنتاج الأشعة السينية من الشدة المرغوبة. الجهاز الذي يحتوي على كل هذا يسمى أنبوب الأشعة السينية. استخدم المستكشفون الأوائل أنابيب "مفرغة عميقة" مثل أنابيب التفريغ الحالية. لم يكن الفراغ فيها مرتفعًا جدًا.

تحتوي أنابيب التفريغ على كمية صغيرة من الغاز ، وعندما يتم تطبيق فرق جهد كبير على أقطاب الأنبوب ، تتحول ذرات الغاز إلى أيونات موجبة وسالبة. تتحرك الموجب نحو القطب السالب (الكاثود) ، وعند السقوط عليه ، يخرج الإلكترونات منه ، ويتحركون بدورهم نحو القطب الموجب (الأنود) ، ويقذفونه ، وينشئون تيارًا من فوتونات الأشعة السينية .

في أنبوب الأشعة السينية الحديث الذي طوره كوليدج (الشكل 11) ، يكون مصدر الإلكترونات عبارة عن كاثود تنجستن يتم تسخينه إلى درجة حرارة عالية.

أرز. أحد عشر.

تتسارع الإلكترونات إلى سرعات عالية بفارق الجهد العالي بين القطب الموجب (أو القطب المعاكس) والكاثود. نظرًا لأن الإلكترونات يجب أن تصل إلى القطب الموجب دون الاصطدام بالذرات ، يلزم تفريغ عالي جدًا ، حيث يجب تفريغ الأنبوب جيدًا. هذا يقلل أيضًا من احتمال تأين ذرات الغاز المتبقية والتيارات الجانبية المرتبطة بها.

عند قصفه بالإلكترونات ، يصدر مضاد التنغستن المضاد أشعة سينية مميزة. المقطع العرضي لحزمة الأشعة السينية أقل من المنطقة المشعة الفعلية. 1 - شعاع الإلكترون 2 - كاثود بقطب تركيز ؛ 3 - قشرة زجاجية (أنبوب) ؛ 4 - هدف التنغستن (anticathode) ؛ 5 - خيوط الكاثود. 6 - المنطقة المعرضة للإشعاع بالفعل ؛ 7 - بقعة بؤرية فعالة ؛ 8 - أنود نحاسي ؛ 9 - نافذة 10- أشعة سينية متفرقة.

تركز الإلكترونات على القطب الموجب بواسطة قطب كهربائي مصمم خصيصًا يحيط بالكاثود. يسمى هذا القطب الكهربائي بالتركيز ، ويشكل مع الكاثود "الضوء الكشاف الإلكتروني" للأنبوب. يجب أن يكون الأنود الذي يتعرض للقصف الإلكتروني مصنوعًا من مادة مقاومة للحرارة ، حيث يتم تحويل معظم الطاقة الحركية للإلكترونات المتساقطة إلى حرارة. بالإضافة إلى ذلك ، من المستحسن أن يكون الأنود مصنوعًا من مادة ذات عدد ذري ​​مرتفع ، منذ ذلك الحين يزداد إنتاج الأشعة السينية مع زيادة العدد الذري. غالبًا ما يتم اختيار التنجستن ، الذي يبلغ رقمه الذري 74 ، كمواد الأنود.يمكن أن يختلف تصميم أنابيب الأشعة السينية وفقًا لشروط ومتطلبات التطبيق.

الوكالة الفيدرالية لتعليم الاتحاد الروسي

المؤسسة التعليمية الحكومية

التعليم المهني العالي

معهد ولاية موسكو للصلب والسبائك

(جامعة التكنولوجيا)

فرع نوفوترويتسكي

قسم OEND

عمل الدورة

الانضباط: الفيزياء

الموضوع: X-RAY

الطالبة: Nedorezova N.A.

المجموعة: EiU-2004-25 ، رقم З.К: 04Н036

فحص بواسطة: Ozhegova S.M.

مقدمة

الفصل 1

1.1 سيرة رونتجن فيلهلم كونراد

1.2 اكتشاف الأشعة السينية

الفصل 2

2.1 مصادر الأشعة السينية

2.2 خصائص الأشعة السينية

2.3 تسجيل الأشعة السينية

2.4 استخدام الأشعة السينية

الفصل 3

3.1 تحليل عيوب التركيب البلوري

3.2 تحليل الطيف

استنتاج

قائمة المصادر المستخدمة

التطبيقات

مقدمة

شخص نادر لم يمر بغرفة أشعة إكس. الصور الملتقطة بالأشعة السينية مألوفة للجميع. في عام 1995 ، كان هذا الاكتشاف عمره 100 عام. من الصعب تخيل الاهتمام الكبير الذي أثارته قبل قرن من الزمان. في يد رجل تبين أنه جهاز يمكن من خلاله رؤية غير المرئي.

هذا الإشعاع غير المرئي ، القادر على الاختراق ، وإن بدرجات متفاوتة ، إلى جميع المواد ، وهو إشعاع كهرومغناطيسي يبلغ طوله الموجي حوالي 10-8 سم ، أطلق عليه اسم إشعاع الأشعة السينية ، تكريما لفيلهلم رونتجن الذي اكتشفه.

مثل الضوء المرئي ، تسبب الأشعة السينية اسوداد الفيلم الفوتوغرافي. هذه الخاصية لها أهمية كبيرة في الطب والصناعة والبحث العلمي. مرورًا بالجسم قيد الدراسة ثم السقوط على الفيلم ، يصور إشعاع الأشعة السينية هيكله الداخلي عليه. نظرًا لأن قوة الاختراق لإشعاع الأشعة السينية تختلف باختلاف المواد ، فإن أجزاء الجسم الأقل شفافية لها تعطي مناطق أكثر إشراقًا في الصورة من تلك التي يخترق من خلالها الإشعاع جيدًا. وبالتالي ، فإن أنسجة العظام أقل شفافية في الأشعة السينية من الأنسجة التي يتكون منها الجلد والأعضاء الداخلية. لذلك ، في الصورة الشعاعية ، ستتم الإشارة إلى العظام على أنها مناطق أفتح ويمكن اكتشاف موقع الكسر ، وهو أقل شفافية للإشعاع ، بسهولة تامة. يستخدم التصوير بالأشعة السينية أيضًا في طب الأسنان للكشف عن التسوس والخراجات في جذور الأسنان ، وكذلك في الصناعة للكشف عن الشقوق في المسبوكات والبلاستيك والمطاط ، وفي الكيمياء لتحليل المركبات ، وفي الفيزياء لدراسة بنية البلورات .

أعقب اكتشاف رونتجن تجارب قام بها باحثون آخرون اكتشفوا العديد من الخصائص والإمكانيات الجديدة لاستخدام هذا الإشعاع. تم تقديم مساهمة كبيرة من قبل M. Laue و W. Friedrich و P. Knipping ، الذين أظهروا في عام 1912 حيود الأشعة السينية أثناء مرورها عبر بلورة ؛ دبليو كوليدج ، الذي اخترع في عام 1913 أنبوب أشعة سينية عالي التفريغ مزود بمهبط مسخن ؛ موسلي ، الذي أسس في عام 1913 العلاقة بين الطول الموجي للإشعاع والعدد الذري للعنصر ؛ G. و L. Braggi ، الحائزان على جائزة نوبل في عام 1915 لتطوير أساسيات تحليل حيود الأشعة السينية.

الغرض من عمل هذا المقرر الدراسي هو دراسة ظاهرة إشعاع الأشعة السينية وتاريخ الاكتشاف وخصائصها وتحديد نطاق تطبيقها.

الفصل 1

1.1 سيرة رونتجن فيلهلم كونراد

ولد فيلهلم كونراد رونتجن في 17 مارس 1845 في المنطقة الحدودية بين ألمانيا وهولندا في مدينة لينيب. تلقى تعليمه الفني في زيورخ في نفس المدرسة التقنية العليا (البوليتكنيك) حيث درس أينشتاين لاحقًا. أجبره شغفه بالفيزياء بعد ترك المدرسة عام 1866 على مواصلة التربية البدنية.

في عام 1868 دافع عن أطروحته للحصول على درجة دكتوراه في الفلسفة ، وعمل مساعدًا في قسم الفيزياء ، أولاً في زيورخ ، ثم في جيسن ، ثم في ستراسبورغ (1874-1879) مع كوندت. هنا مر رونتجن بمدرسة تجريبية جيدة وأصبح مجربًا من الدرجة الأولى. أجرى رونتجن جزءًا من البحث المهم مع تلميذه ، أحد مؤسسي الفيزياء السوفيتية أ. إيفي.

يتعلق البحث العلمي بالكهرومغناطيسية والفيزياء البلورية والبصريات والفيزياء الجزيئية.

في عام 1895 ، اكتشف إشعاعًا بطول موجي أقصر من الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية (الأشعة السينية) ، والذي سمي لاحقًا بالأشعة السينية ، وقام بفحص خصائصها: القدرة على عكس ، امتصاص ، تأين الهواء ، إلخ. اقترح التصميم الصحيح للأنبوب للحصول على الأشعة السينية - كاثود بلاتيني مائل وكاثود مقعر: كان أول من التقط صورًا باستخدام الأشعة السينية. اكتشف في عام 1885 المجال المغناطيسي لعزل كهربائي يتحرك في مجال كهربائي (ما يسمى ب "تيار رونتجن"). أظهرت تجربته بوضوح أن المجال المغناطيسي يتم إنشاؤه عن طريق الشحنات المتحركة ، وكان مهمًا لإنشاء X. لورنتز النظرية الإلكترونية: خصص عدد كبير من أعمال رونتجن لدراسة خصائص السوائل والغازات والبلورات والظواهر الكهرومغناطيسية واكتشف العلاقة بين الظواهر الكهربية والضوئية في البلورات ، ومن أجل اكتشاف الأشعة التي تحمل اسمه رونتجن عام 1901 كان أول من حصل على جائزة نوبل بين علماء الفيزياء.

من عام 1900 حتى آخر أيام حياته (توفي في 10 فبراير 1923) عمل في جامعة ميونيخ.

1.2 اكتشاف الأشعة السينية

نهاية القرن التاسع عشر تميزت باهتمام متزايد بظاهرة مرور الكهرباء عبر الغازات. حتى فاراداي درس هذه الظواهر بجدية ، ووصف أشكالًا مختلفة من التفريغ ، واكتشف مساحة مظلمة في عمود مضيء من الغاز المتخلخل. تفصل مساحة فاراداي المظلمة توهج الكاثود المزرق عن وهج الأنود الوردي.

تؤدي الزيادة الإضافية في خلخلة الغاز إلى تغيير طبيعة التوهج بشكل كبير. اكتشف عالم الرياضيات Plücker (1801-1868) في عام 1859 ، في خلخلة قوية بما فيه الكفاية ، شعاعًا مزرقًا ضعيفًا من الأشعة المنبثقة من الكاثود ، يصل إلى القطب الموجب ويسبب توهج زجاج الأنبوب. تابع طالب بلوكر جيتورف (1824-1914) في عام 1869 بحث معلمه وأظهر أن ظلًا مميزًا يظهر على السطح الفلوري للأنبوب إذا تم وضع جسم صلب بين الكاثود وهذا السطح.

غولدشتاين (1850-1931) ، الذي درس خصائص الأشعة ، أطلق عليها أشعة الكاثود (1876). بعد ثلاث سنوات ، أثبت ويليام كروكس (1832-1919) الطبيعة المادية لأشعة الكاثود وأطلق عليها اسم "مادة مشعة" - وهي مادة في حالة رابعة خاصة. وكان دليله مقنعًا وواضحًا. وتم عرض التجارب على "أنبوب كروكس" لاحقًا في جميع الفصول الدراسية المادية. أصبح انحراف شعاع الكاثود بواسطة مجال مغناطيسي في أنبوب كروكس عرضًا مدرسيًا كلاسيكيًا.

ومع ذلك ، لم تكن التجارب على الانحراف الكهربائي لأشعة الكاثود مقنعة. لم يكتشف Hertz مثل هذا الانحراف وتوصل إلى استنتاج مفاده أن أشعة الكاثود هي عملية تذبذبية في الأثير. لينارد ، طالب هيرتز ، أثناء تجربة أشعة الكاثود ، أظهر في عام 1893 أنها تمر عبر نافذة مغطاة بورق الألمنيوم وتتسبب في توهج في الفضاء خلف النافذة. كرّس هيرتز مقاله الأخير الذي نشر عام 1892 لظاهرة مرور أشعة الكاثود عبر الأجسام المعدنية الرقيقة ، وقد بدأ بالكلمات التالية:

"تختلف أشعة الكاثود عن الضوء بشكل كبير من حيث قدرتها على اختراق المواد الصلبة." ووصف نتائج التجارب على مرور أشعة الكاثود من خلال أوراق الذهب والفضة والبلاتين والألمنيوم وغيرها ، يلاحظ هيرتز أنه لم يفعل لاحظ أي اختلافات خاصة في الظواهر ، فالأشعة لا تمر عبر الأوراق في خط مستقيم ، بل تنتشر بفعل الانعراج ، ولا تزال طبيعة أشعة الكاثود غير واضحة.

باستخدام أنابيب كروكس ولينارد وآخرين ، أجرى الأستاذ في ورزبورج فيلهلم كونراد رونتجن التجارب في نهاية عام 1895. وبمجرد انتهاء التجربة ، أغلق الأنبوب بغطاء أسود من الورق المقوى ، وأطفأ الضوء ، لكن لم يقم بإيقاف تشغيل المحرِّض الذي يغذي الأنبوب ، فقد لاحظ توهج الشاشة من سيانوجين الباريوم الموجود بالقرب من الأنبوب. بدأ رونتجن ، الذي صدمه هذا الظرف ، في تجربة الشاشة. في أول تقرير له بعنوان "على نوع جديد من الأشعة" ، بتاريخ 28 ديسمبر 1895 ، كتب عن هذه التجارب الأولى: "قطعة من الورق مطلية بالباريوم والبلاتينيوم السيانيد ، عند الاقتراب من الأنبوب ، ومغلقة بغطاء رفيع من الورق المقوى الأسود. يناسبها بشكل مريح بما فيه الكفاية ، مع كل تفريغ يومض بضوء ساطع: يبدأ في التألق. يكون الإسفار مرئيًا مع تعتيم كافٍ ولا يعتمد على ما إذا كنا نحضر الورق مع الجانب المطلي بمؤازر الباريوم أو غير المطلي بمواد الباريوم. يمكن ملاحظة التألق حتى على مسافة مترين من الأنبوب ".

أظهر الفحص الدقيق لرونتجن "أن الورق المقوى الأسود ، الذي لا يتسم بالشفافية تجاه أشعة الشمس المرئية والأشعة فوق البنفسجية ، ولا لأشعة القوس الكهربائي ، يتخللها نوع من عامل الفلورسنت." الذي دعا إلى اختصار "الأشعة السينية" للمواد المختلفة ، ووجد أن هذه الأشعة تمر بحرية عبر الورق ، والخشب ، والإبونيت ، وطبقات رقيقة من المعدن ، لكنها تتأخر بشدة بسبب الرصاص.

ثم يصف التجربة المثيرة:

"إذا وضعت يدك بين أنبوب التفريغ والشاشة ، يمكنك رؤية الظلال الداكنة للعظام في الخطوط العريضة الباهتة لظل اليد نفسها." كان هذا أول فحص بالأشعة السينية لجسم الإنسان.

تركت هذه اللقطات انطباعًا كبيرًا ؛ لم يكتمل الاكتشاف بعد ، وبدأت التشخيصات بالأشعة السينية رحلتها بالفعل. كتب عالم الفيزياء الإنجليزي شوستر: "غمر مختبري بالأطباء الذين جلبوا المرضى الذين اشتبهوا في أن لديهم إبرًا في أجزاء مختلفة من الجسم".

بالفعل بعد التجارب الأولى ، أثبت رونتجن بحزم أن الأشعة السينية تختلف عن تلك التي تعمل بالكاثود ، فهي لا تحمل شحنة ولا ينحرف عنها مجال مغناطيسي ، ولكنها تثيرها أشعة الكاثود ". الأشعة السينية ليست متطابقة مع الكاثود الأشعة ، لكنهم متحمسون بها في الجدران الزجاجية لأنبوب التفريغ "، كتب رونتجن.

كما أثبت أنهم متحمسون ليس فقط في الزجاج ، ولكن أيضًا في المعادن.

في معرض ذكر فرضية هيرتز لينارد القائلة بأن أشعة الكاثود "هي ظاهرة تحدث في الأثير" ، يشير رونتجن إلى أنه "يمكننا أن نقول شيئًا مشابهًا عن أشعةنا". ومع ذلك ، فقد فشل في الكشف عن الخصائص الموجية للأشعة ، فهي "تتصرف بشكل مختلف عن الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء المعروفة حتى الآن." رسالة ، عبر عن الافتراض المتبقي فيما بعد أنه يمكن أن تكون موجات طولية في الأثير.

أثار اكتشاف رونتجن اهتمامًا كبيرًا بالعالم العلمي. تكررت تجاربه في جميع المختبرات تقريبًا في العالم. في موسكو تم تكرارها من قبل P.N. ليبيديف. في سان بطرسبرج ، اخترع مخترع راديو أ. جرب بوبوف الأشعة السينية ، وعرضها في محاضرات عامة ، وتلقى أشعة سينية مختلفة. في كامبريدج D.D. قام طومسون على الفور بتطبيق التأثير المؤين للأشعة السينية لدراسة مرور الكهرباء عبر الغازات. أدى بحثه إلى اكتشاف الإلكترون.

الفصل 2

الأشعة السينية - الإشعاع المؤين الكهرومغناطيسي ، يشغل المنطقة الطيفية بين أشعة جاما والأشعة فوق البنفسجية ضمن أطوال موجية من 10-4 إلى 10 3 (من 10-12 إلى 10-5 سم). ل. مع الطول الموجي λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - ناعم.

2.1 مصادر الأشعة السينية

المصدر الأكثر شيوعًا للأشعة السينية هو أنبوب الأشعة السينية. - جهاز الفراغ الكهربائي بمثابة مصدر للأشعة السينية. يحدث هذا الإشعاع عندما تتباطأ الإلكترونات المنبعثة من الكاثود وتضرب القطب الموجب (القطب المعاكس) ؛ في هذه الحالة ، يتم تحويل طاقة الإلكترونات المتسارعة بواسطة مجال كهربائي قوي في الفراغ بين القطب الموجب والكاثود جزئيًا إلى طاقة الأشعة السينية. إشعاع أنبوب الأشعة السينية هو تراكب أشعة إكس على الإشعاع المميز لمادة الأنود. تتميز أنابيب الأشعة السينية: وفقًا لطريقة الحصول على تدفق الإلكترون - باستخدام كاثود حراري (ساخن) ، كاثود انبعاث ميداني (مدبب) ، كاثود مقصف بالأيونات الموجبة وبمصدر إلكترون مشع (β) ؛ وفقًا لطريقة التنظيف بالمكنسة الكهربائية - مختومة وقابلة للطي ؛ وفقًا لوقت الإشعاع - العمل المستمر ، النبضي ؛ وفقًا لنوع تبريد الأنود - بالماء والزيت والهواء والتبريد الإشعاعي ؛ وفقًا لحجم التركيز (منطقة الإشعاع على الأنود) - التركيز الكلي والتركيز الحاد والتركيز الدقيق ؛ حسب شكلها - حلقة ، دائرية ، مسطرة ؛ وفقًا لطريقة تركيز الإلكترونات على الأنود - مع التركيز الكهروستاتيكي والمغناطيسي والكهرومغناطيسي.

تستخدم أنابيب الأشعة السينية في التحليل الإنشائي للأشعة السينية (الملحق 1) ، التحليل الطيفي للأشعة السينية ، كشف الخلل (الملحق 1) ، التشخيص بالأشعة السينية (الملحق 1) العلاج الإشعاعي الفحص المجهري بالأشعة السينية والتصوير الشعاعي الدقيق. تستخدم أنابيب الأشعة السينية المختومة ذات الكاثود الحراري والأنود المبرد بالماء ونظام تركيز الإلكترون الكهروستاتيكي على نطاق واسع في جميع المجالات (الملحق 2). عادةً ما يكون الكاثود الحراري لأنابيب الأشعة السينية عبارة عن خيوط لولبية أو مستقيمة من سلك التنغستن يتم تسخينه بواسطة تيار كهربائي. يقع قسم العمل من الأنود - سطح مرآة معدني - بشكل عمودي أو بزاوية معينة لتدفق الإلكترون. للحصول على طيف مستمر من الأشعة السينية ذات الطاقات العالية والشدة ، يتم استخدام الأنودات من Au ، W ؛ تستخدم أنابيب الأشعة السينية ذات الأنودات Ti ، Cr ، Fe ، Co ، Ni ، Cu ، Mo ، Ag في التحليل الإنشائي.

الخصائص الرئيسية لأنابيب الأشعة السينية هي الحد الأقصى المسموح به لجهد التسارع (1-500 كيلو فولت) ، التيار الإلكتروني (0.01 مللي أمبير - 1 أمبير) ، الطاقة المحددة المشتتة بواسطة الأنود (10-10 4 واط / مم 2) ، إجمالي استهلاك الطاقة (0.002 واط - 60 كيلو واط) وأحجام التركيز (1 ميكرومتر - 10 مم). كفاءة أنبوب الأشعة السينية هي 0.1-3٪.

يمكن أيضًا أن تعمل بعض النظائر المشعة كمصادر للأشعة السينية. : بعضها يصدر أشعة سينية مباشرة ، والإشعاع النووي للآخرين (إلكترونات أو جسيمات بيتا) يقصف هدفًا معدنيًا ينبعث منه أشعة سينية. إن شدة الأشعة السينية للمصادر النظيرية أقل بعدة مرات من شدة إشعاع أنبوب الأشعة السينية ، لكن أبعاد مصادر النظائر ووزنها وتكلفتها أقل بما لا يقاس من تلك التي تحتوي على أنبوب الأشعة السينية.

يمكن أن تعمل السنكروترونات وحلقات تخزين الإلكترون مع طاقات متعددة من GeV كمصادر للأشعة السينية الناعمة مع بترتيب العشرات والمئات. في الشدة ، يتجاوز إشعاع الأشعة السينية للسنكروترونات إشعاع أنبوب الأشعة السينية في المنطقة المحددة من الطيف بمقدار 2-3 مرات.

المصادر الطبيعية للأشعة السينية - الشمس والأجسام الفضائية الأخرى.

2.2 خصائص الأشعة السينية

اعتمادًا على آلية منشأ الأشعة السينية ، يمكن أن تكون أطيافها مستمرة (bremsstrahlung) أو خطية (مميزة). ينبعث طيف مستمر من الأشعة السينية بواسطة جسيمات مشحونة بسرعة نتيجة لتباطؤها عند التفاعل مع الذرات المستهدفة ؛ يصل هذا الطيف إلى شدة كبيرة فقط عندما يتم قصف الهدف بالإلكترونات. يتم توزيع شدة الأشعة السينية bremsstrahlung على جميع الترددات حتى حد التردد العالي 0 ، حيث تكون طاقة الفوتون h 0 (h هي ثابت بلانك ) تساوي الطاقة eV لإلكترونات القصف (e هي شحنة الإلكترون ، V هي فرق الجهد للحقل المتسارع الذي يمر بهما). يتوافق هذا التردد مع حافة الطول الموجي القصير للطيف 0 = hc / eV (c هي سرعة الضوء).

يحدث إشعاع الخط بعد تأين الذرة مع طرد إلكترون من إحدى أغلفةها الداخلية. يمكن أن يكون هذا التأين نتيجة اصطدام ذرة بجسيم سريع ، مثل الإلكترون (الأشعة السينية الأولية) ، أو امتصاص الفوتون بواسطة ذرة (الأشعة السينية الفلورية). تجد الذرة المؤينة نفسها في الحالة الكمومية الأولية عند أحد مستويات الطاقة العالية وبعد 10-16-10-15 ثانية تمر إلى الحالة النهائية بطاقة أقل. في هذه الحالة ، يمكن للذرة أن تبعث طاقة زائدة على شكل فوتون بتردد معين. تعد ترددات خطوط طيف هذا الإشعاع من سمات ذرات كل عنصر ، لذلك يُطلق على طيف الأشعة السينية الخطية خاصية مميزة. يتم تحديد اعتماد تردد الخط لهذا الطيف على العدد الذري Z بواسطة قانون Moseley.

قانون موزلي، القانون المتعلق بتكرار الخطوط الطيفية لانبعاث الأشعة السينية المميز لعنصر كيميائي برقمه التسلسلي. موسلي مثبت تجريبيا في عام 1913. وفقًا لقانون موزلي ، فإن الجذر التربيعي للتردد  للخط الطيفي للإشعاع المميز لعنصر ما هو دالة خطية لرقمه التسلسلي Z:

أين R هو ثابت ريدبيرج ، S n - غربلة ثابتة ، n - رقم كم رئيسي. في مخطط Moseley (الملحق 3) ، الاعتماد على Z عبارة عن سلسلة من الخطوط المستقيمة (K- ، L- ، M- ، إلخ. سلسلة تتوافق مع القيم n = 1 ، 2 ، 3 ،.).

كان قانون موزلي دليلاً قاطعًا على المكانة الصحيحة للعناصر في الجدول الدوري للعناصر دي. Mendeleev وساهم في توضيح المعنى المادي لـ Z.

وفقًا لقانون موسلي ، لا تُظهر أطياف خصائص الأشعة السينية الأنماط الدورية المتأصلة في الأطياف البصرية. يشير هذا إلى أن غلاف الإلكترون الداخلي لذرات جميع العناصر التي تظهر في أطياف الأشعة السينية المميزة لها بنية مماثلة.

كشفت التجارب اللاحقة عن بعض الانحرافات عن الاعتماد الخطي للمجموعات الانتقالية للعناصر ، المرتبطة بتغيير في ترتيب ملء غلاف الإلكترون الخارجي ، وكذلك بالنسبة للذرات الثقيلة ، والتي تظهر نتيجة التأثيرات النسبية (مشروطة بشرط من قبل حقيقة أن السرعات الداخلية يمكن مقارنتها بسرعة الضوء).

اعتمادًا على عدد من العوامل - على عدد النيوكليونات في النواة (التحول متساوي التوتر) ، وحالة غلاف الإلكترون الخارجي (التحول الكيميائي) ، وما إلى ذلك - قد يتغير موضع الخطوط الطيفية على مخطط موزلي إلى حد ما. تسمح دراسة هذه التحولات بالحصول على معلومات مفصلة عن الذرة.

الأشعة السينية Bremsstrahlung المنبعثة من أهداف رفيعة جدًا مستقطبة تمامًا بالقرب من الصفر ؛ عندما ينخفض ​​0 ، تنخفض درجة الاستقطاب. الإشعاع المميز ، كقاعدة عامة ، ليس مستقطبًا.

عندما تتفاعل الأشعة السينية مع المادة ، يمكن أن يحدث التأثير الكهروضوئي. يصاحب امتصاصه للأشعة السينية وتشتتها ، يُلاحظ التأثير الكهروضوئي عندما تقوم ذرة بامتصاص فوتون الأشعة السينية بإخراج أحد إلكتروناتها الداخلية ، وبعد ذلك يمكنها إما إجراء انتقال إشعاعي ، ينبعث منها فوتونًا مميزًا إشعاع ، أو إخراج إلكترون ثانٍ أثناء انتقال غير إشعاعي (إلكترون أوجيه). تحت تأثير الأشعة السينية على البلورات غير المعدنية (على سبيل المثال ، على الملح الصخري) ، تظهر أيونات ذات شحنة موجبة إضافية في بعض عقد الشبكة الذرية ، وتظهر الإلكترونات الزائدة بالقرب منها. تسمى هذه الاضطرابات في بنية البلورات بإكسيتونات الأشعة السينية ، هي مراكز لونية وتختفي فقط مع زيادة ملحوظة في درجة الحرارة.

عندما تمر الأشعة السينية عبر طبقة مادة بسمك x ، تنخفض شدتها الأولية I 0 إلى القيمة I = I 0 e - μ x حيث μ هي معامل التوهين. يحدث توهين I بسبب عمليتين: امتصاص فوتونات الأشعة السينية بالمادة والتغير في اتجاهها عند التشتت. في منطقة الطول الموجي الطويل من الطيف ، يسود امتصاص الأشعة السينية ، في منطقة الطول الموجي القصير ، تشتت هذه الأشعة. تزداد درجة الامتصاص بسرعة مع زيادة Z و. على سبيل المثال ، الأشعة السينية الصلبة تخترق بحرية من خلال طبقة من الهواء ~ 10 سم ؛ يخفف لوح الألمنيوم بسمك 3 سم الأشعة السينية بـ λ = 0.027 بمقدار النصف ؛ يتم امتصاص الأشعة السينية اللينة بشكل كبير في الهواء ولا يمكن استخدامها ودراستها إلا في فراغ أو في غاز ماص بشكل ضعيف (على سبيل المثال ، He). عندما يتم امتصاص الأشعة السينية ، تتأين ذرات المادة.

يمكن أن يكون تأثير الأشعة السينية على الكائنات الحية مفيدًا أو ضارًا ، اعتمادًا على التأين الذي تسببه في الأنسجة. نظرًا لأن امتصاص الأشعة السينية يعتمد على λ ، فإن شدتها لا يمكن أن تكون بمثابة مقياس للتأثير البيولوجي للأشعة السينية. تُستخدم قياسات الأشعة السينية لقياس تأثير الأشعة السينية على المادة. ، وحدة القياس هي رونتجن

يحدث تشتت الأشعة السينية في منطقة Z الكبيرة و بشكل أساسي دون تغيير في λ ويسمى الانتثار المتماسك ، بينما في منطقة Z و الصغيرة ، كقاعدة عامة ، يزداد (تشتت غير متماسك). هناك نوعان من تشتت الأشعة السينية غير المتماسك - كومبتون ورامان. في تشتت كومبتون ، الذي له طابع التشتت العضلي غير المرن ، يطير إلكترون الارتداد من الغلاف الذري بسبب الطاقة المفقودة جزئيًا بفوتون الأشعة السينية. في هذه الحالة ، تقل طاقة الفوتون ويتغير اتجاهه ؛ التغيير في λ يعتمد على زاوية التشتت. أثناء تشتت رامان لفوتون أشعة سينية عالي الطاقة بواسطة ذرة ضوئية ، يتم إنفاق جزء صغير من طاقته على تأين الذرة ويتغير اتجاه حركة الفوتون. لا يعتمد تغيير هذه الفوتونات على زاوية التشتت.

يختلف معامل الانكسار n للأشعة السينية عن 1 بمقدار صغير جدًا δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5. سرعة طور الأشعة السينية في وسط أكبر من سرعة الضوء في الفراغ. إن انحراف الأشعة السينية أثناء الانتقال من وسط إلى آخر صغير جدًا (بضع دقائق قوسية). عندما تسقط الأشعة السينية من فراغ على سطح الجسم بزاوية صغيرة جدًا ، يحدث انعكاسها الخارجي الكلي.

2.3 تسجيل الأشعة السينية

العين البشرية ليست حساسة للأشعة السينية. الأشعة السينية

يتم تسجيل الأشعة باستخدام فيلم خاص بالأشعة السينية يحتوي على كمية متزايدة من Ag ، Br. في المنطقة λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5 ، حساسية الفيلم الإيجابي العادي عالية جدًا ، وحبيباته أصغر بكثير من حبيبات فيلم الأشعة السينية ، مما يزيد من الدقة. عند بترتيب عشرات ومئات ، تعمل الأشعة السينية فقط على الطبقة السطحية الرقيقة من المستحلب الفوتوغرافي ؛ لزيادة حساسية الفيلم ، يتم تحسسه بزيوت الإنارة. في تشخيصات الأشعة السينية واكتشاف العيوب ، يُستخدم التصوير الكهربائي أحيانًا لتسجيل الأشعة السينية. (التصوير الشعاعي الكهربائي).

يمكن تسجيل الأشعة السينية عالية الكثافة باستخدام غرفة التأين (الملحق 4) ، أشعة سينية ذات شدة متوسطة ومنخفضة عند λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком مع بلورة NaI (Tl) (الملحق 5) ، عند 0.5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (ملحق 6) وعداد متناسب ملحوم (الملحق 7) ، في 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (الملحق 8). في منطقة كبيرة جدًا λ (من عشرات إلى 1000) ، يمكن استخدام مضاعفات الإلكترون الثانوية من النوع المفتوح مع كاثودات ضوئية مختلفة عند الإدخال لتسجيل الأشعة السينية.

2.4 استخدام الأشعة السينية

تستخدم الأشعة السينية على نطاق واسع في الطب لتشخيص الأشعة السينية. والعلاج الإشعاعي . يعد اكتشاف عيوب الأشعة السينية أمرًا مهمًا للعديد من فروع التكنولوجيا. ، على سبيل المثال ، للكشف عن العيوب الداخلية في المصبوبات (الأصداف ، محتويات الخبث) ، الشقوق في القضبان ، عيوب اللحامات.

التحليل الإنشائي بالأشعة السينية يسمح لك بإنشاء الترتيب المكاني للذرات في الشبكة البلورية للمعادن والمركبات ، في الجزيئات العضوية وغير العضوية. على أساس العديد من الهياكل الذرية التي تم فك رموزها بالفعل ، يمكن أيضًا حل المشكلة العكسية: وفقًا لنمط الأشعة السينية مادة متعددة الكريستالات ، على سبيل المثال ، سبائك الصلب ، سبائك ، خام ، تربة القمر ، يمكن إنشاء التركيب البلوري لهذه المادة ، أي تم إجراء تحليل المرحلة. تطبيقات عديدة لـ R. l. يستخدم التصوير الشعاعي للمواد لدراسة خصائص المواد الصلبة .

الفحص المجهري بالأشعة السينية يسمح ، على سبيل المثال ، بالحصول على صورة لخلية ، كائن دقيق ، لرؤية بنيتها الداخلية. مطيافية الأشعة السينية باستخدام أطياف الأشعة السينية ، يدرس توزيع كثافة الحالات الإلكترونية على الطاقات في المواد المختلفة ، ويتحرى طبيعة الرابطة الكيميائية ، ويجد الشحنة الفعالة للأيونات في المواد الصلبة والجزيئات. التحليل الطيفي للأشعة السينية يسمح لك موقع وشدة خطوط الطيف المميز بتحديد التركيب النوعي والكمي للمادة ويستخدم للاختبار السريع غير المدمر لتكوين المواد في مصانع المعادن والأسمنت ومعامل المعالجة. عند أتمتة هذه المؤسسات ، يتم استخدام مطياف الأشعة السينية ومقاييس الكم كمستشعرات لتكوين المادة.

تحمل الأشعة السينية القادمة من الفضاء معلومات حول التركيب الكيميائي للأجسام الكونية وحول العمليات الفيزيائية التي تحدث في الفضاء. يتعامل علم الفلك بالأشعة السينية مع دراسة الأشعة السينية الكونية . تُستخدم الأشعة السينية القوية في كيمياء الإشعاع لتحفيز تفاعلات معينة ، وبلمرة المواد ، وتكسير المواد العضوية. تستخدم الأشعة السينية أيضًا للكشف عن اللوحات القديمة المخبأة تحت طبقة من الرسم المتأخر ، في صناعة الأغذية للكشف عن الأجسام الغريبة التي دخلت عن طريق الخطأ في المنتجات الغذائية ، في علم الطب الشرعي ، وعلم الآثار ، وما إلى ذلك.

الفصل 3

تتمثل إحدى المهام الرئيسية لتحليل حيود الأشعة السينية في تحديد التركيب الحقيقي أو التركيب الطوري للمادة. طريقة حيود الأشعة السينية مباشرة وتتميز بموثوقية عالية وسرعة ورخص نسبي. لا تتطلب الطريقة كمية كبيرة من المادة ، يمكن إجراء التحليل دون إتلاف الجزء. تتنوع مجالات تطبيق تحليل المرحلة النوعية بشكل كبير لكل من البحث العلمي والتحكم في الإنتاج. يمكنك التحقق من تكوين المواد الخام لإنتاج المعادن ، ومنتجات التوليف ، والمعالجة ، ونتائج تغيرات الطور أثناء المعالجة الحرارية والكيميائية الحرارية ، وتحليل الطلاءات المختلفة ، والأغشية الرقيقة ، إلخ.

تتميز كل مرحلة ، لها هيكلها البلوري الخاص ، بمجموعة معينة من القيم المنفصلة للمسافات بين الكواكب d / n من الحد الأقصى والأدنى ، المتأصلة فقط في هذه المرحلة. على النحو التالي من معادلة Wulf-Bragg ، فإن كل قيمة للمسافة بين الكواكب تقابل خطًا على نمط الأشعة السينية من عينة متعددة البلورات بزاوية معينة θ (بقيمة معينة من الطول الموجي λ). وبالتالي ، فإن نظامًا معينًا من الخطوط (الحد الأقصى للحيود) سوف يتوافق مع مجموعة معينة من المسافات بين الكواكب لكل مرحلة في نمط حيود الأشعة السينية. تعتمد الكثافة النسبية لهذه الخطوط في نمط الأشعة السينية بشكل أساسي على بنية المرحلة. لذلك ، من خلال تحديد موقع الخطوط على الصورة الشعاعية (زاويتها θ) ومعرفة الطول الموجي للإشعاع الذي تم التقاط الصورة الشعاعية عنده ، من الممكن تحديد قيم المسافات بين الكواكب d / n باستخدام Wulf صيغة براغ:

/ ن = λ / (2sin θ). (واحد)

بعد تحديد مجموعة d / n للمادة قيد الدراسة ومقارنتها ببيانات d / n المعروفة سابقًا للمواد النقية ، ومركباتها المختلفة ، من الممكن تحديد المرحلة التي تشتمل عليها المادة المعينة. يجب التأكيد على أن المراحل هي التي يتم تحديدها ، وليس التركيب الكيميائي ، ولكن يمكن أحيانًا استنتاج الأخير إذا كانت هناك بيانات إضافية عن التركيب الأولي لمرحلة معينة. يتم تسهيل مهمة تحليل المرحلة النوعية إلى حد كبير إذا كان التركيب الكيميائي للمادة قيد الدراسة معروفًا ، لأنه من الممكن بعد ذلك وضع افتراضات أولية حول المراحل المحتملة في هذه الحالة.

مفتاح تحليل الطور هو قياس كثافة d / n وشدة الخط بدقة. على الرغم من أن تحقيق ذلك أسهل من حيث المبدأ باستخدام مقياس الحيود ، إلا أن الطريقة الضوئية للتحليل النوعي لها بعض المزايا ، في المقام الأول من حيث الحساسية (القدرة على اكتشاف وجود كمية صغيرة من الطور في العينة) ، فضلاً عن بساطة التقنية التجريبية.

يتم حساب d / n من نمط الأشعة السينية باستخدام معادلة Wulf-Bragg.

كقيمة λ في هذه المعادلة ، عادة ما تستخدم λ α cf K-series:

λ α cf = (2λ α1 + α2) / 3 (2)

في بعض الأحيان يتم استخدام خط K α1. يتيح لك تحديد زوايا الانعراج θ لجميع خطوط الأشعة السينية حساب d / n وفقًا للمعادلة (1) وفصل خطوط β (إذا لم يكن هناك مرشح لـ (أشعة).

3.1 تحليل عيوب التركيب البلوري

تحتوي جميع المواد أحادية البلورة الحقيقية وحتى المواد متعددة الكريستالات على عيوب هيكلية معينة (عيوب في النقاط ، والخلع ، وأنواع مختلفة من الواجهات ، والميكرو- والماكروستريس) ، والتي لها تأثير قوي جدًا على جميع الخصائص والعمليات الحساسة للبنية.

تسبب العيوب الهيكلية تشوهات في الشبكة البلورية ذات الطبيعة المختلفة ، ونتيجة لذلك ، فإن أنواعًا مختلفة من التغييرات في نمط الانعراج: يؤدي التغيير في المسافات بين الذرات وبين الكواكب إلى حدوث تحول في الحد الأقصى للحيود ، وتؤدي الضغوط الدقيقة والتشتت في البنية التحتية إلى توسيع الحد الأقصى للحيود ، التشوهات الدقيقة الشبكية - إلى تغيير في شدة هذه الحدود القصوى ، يتسبب وجود الاضطرابات في حدوث ظواهر شاذة أثناء مرور الأشعة السينية ، وبالتالي عدم تجانس التباين المحلي على مخططات الأشعة السينية ، وما إلى ذلك.

نتيجة لذلك ، يعد تحليل حيود الأشعة السينية أحد أكثر الطرق إفادة لدراسة العيوب الهيكلية ونوعها وتركيزها وطبيعة توزيعها.

تسمح الطريقة التقليدية المباشرة لانحراف الأشعة السينية ، والتي يتم تنفيذها على مقاييس الحيود الثابتة ، نظرًا لخصائصها التصميمية ، بالتحديد الكمي للضغوط والسلالات فقط على عينات صغيرة مقطوعة من أجزاء أو كائنات.

لذلك ، في الوقت الحاضر ، هناك انتقال من مقاييس حيود الأشعة السينية الثابتة إلى المحمولة الصغيرة الحجم ، والتي توفر تقييمًا للضغوط في مادة الأجزاء أو الأشياء دون تدميرها في مراحل تصنيعها وتشغيلها.

تتيح مقاييس حيود الأشعة السينية المحمولة لسلسلة DRP * 1 التحكم في الضغوط المتبقية والفعالة في الأجزاء والمنتجات والهياكل كبيرة الحجم دون تدمير

يسمح البرنامج في بيئة Windows ليس فقط بتحديد الضغوط باستخدام طريقة "sin 2" في الوقت الفعلي ، ولكن أيضًا لمراقبة التغيير في تكوين المرحلة والملمس. يوفر كاشف الإحداثيات الخطية تسجيلًا متزامنًا بزوايا الانعراج 2θ = 43 °. تضمن أنابيب الأشعة السينية صغيرة الحجم من نوع "فوكس" ذات الإضاءة العالية والطاقة المنخفضة (5 وات) السلامة الإشعاعية للجهاز ، حيث يكون مستوى الإشعاع على مسافة 25 سم من المنطقة المشعة مستوى الخلفية الطبيعية. تُستخدم أجهزة سلسلة DRP في تحديد الضغوط في مراحل مختلفة من تشكيل المعادن والقطع والطحن والمعالجة الحرارية واللحام وتصلب السطح من أجل تحسين هذه العمليات التكنولوجية. إن التحكم في الانخفاض في مستوى الضغوط الانضغاطية المستحثة في المنتجات والهياكل الهامة بشكل خاص أثناء تشغيلها يجعل من الممكن إخراج المنتج من الخدمة قبل تدميره ، مما يمنع الحوادث والكوارث المحتملة.

3.2 تحليل الطيف

إلى جانب تحديد التركيب البلوري الذري وتكوين الطور للمادة ، من أجل توصيفها الكامل ، من الضروري تحديد تركيبتها الكيميائية.

على نحو متزايد ، يتم استخدام العديد من الأساليب الآلية للتحليل الطيفي في الممارسة العملية لهذه الأغراض. كل واحد منهم له مزاياه وتطبيقاته الخاصة.

أحد المتطلبات المهمة في كثير من الحالات هو أن الطريقة المستخدمة تضمن سلامة الكائن الذي تم تحليله ؛ هذه هي طرق التحليل التي تمت مناقشتها في هذا القسم. المعيار التالي الذي تم بموجبه اختيار طرق التحليل الموصوفة في هذا القسم هو موقعها.

تعتمد طريقة التحليل الطيفي للأشعة السينية الفلورية على تغلغل إشعاع الأشعة السينية القاسي (من أنبوب الأشعة السينية) في الجسم الذي تم تحليله ، ويخترق طبقة بسمك يصل إلى عدة ميكرومترات. إن خاصية إشعاع الأشعة السينية التي تنشأ في هذه الحالة في الجسم تجعل من الممكن الحصول على بيانات متوسطة عن تركيبته الكيميائية.

لتحديد التركيب الأولي للمادة ، يمكن للمرء استخدام تحليل طيف الأشعة السينية المميز لعينة موضوعة على أنود أنبوب الأشعة السينية وتعرض للقصف الإلكتروني - طريقة الانبعاث ، أو تحليل الطيف من الأشعة السينية الثانوية (الفلورية) لعينة تعرضت للإشعاع بالأشعة السينية القاسية من أنبوب الأشعة السينية أو مصدر آخر - طريقة الفلورسنت.

يتمثل عيب طريقة الانبعاث ، أولاً ، في الحاجة إلى وضع العينة على أنود أنبوب الأشعة السينية ، متبوعًا بإخلاء بمضخات تفريغ ؛ من الواضح أن هذه الطريقة غير مناسبة للمواد القابلة للانصهار والمتطايرة. يتعلق العيب الثاني بحقيقة أنه حتى الأجسام المقاومة للحرارة تتضرر بسبب القصف الإلكتروني. طريقة الفلورسنت خالية من هذه العيوب وبالتالي لها تطبيق أوسع بكثير. ميزة طريقة الفلورسنت هي أيضًا عدم وجود أشعة الشمس ، مما يحسن حساسية التحليل. تعتبر مقارنة الأطوال الموجية المقاسة بجداول الخطوط الطيفية للعناصر الكيميائية أساس التحليل النوعي ، وتشكل الكثافة النسبية للخطوط الطيفية للعناصر المختلفة التي تشكل مادة العينة أساس التحليل الكمي. من خلال النظر في آلية إثارة إشعاع الأشعة السينية المميز ، من الواضح أن إشعاعات سلسلة أو سلسلة أخرى (K أو L ، M ، إلخ) تنشأ في وقت واحد ، ونسبة شدة الخط داخل السلسلة دائمًا مستمر. لذلك ، فإن وجود هذا العنصر أو ذاك لا يتم إنشاؤه بواسطة الخطوط الفردية ، ولكن من خلال سلسلة من الخطوط ككل (باستثناء الأضعف منها ، مع مراعاة محتوى هذا العنصر). بالنسبة للعناصر الخفيفة نسبيًا ، يتم استخدام تحليل خطوط السلسلة K ، للعناصر الثقيلة ، خطوط السلسلة L ؛ في ظل ظروف مختلفة (اعتمادًا على المعدات المستخدمة وعلى العناصر التي تم تحليلها) ، قد تكون المناطق المختلفة من الطيف المميز هي الأكثر ملاءمة.

الملامح الرئيسية للتحليل الطيفي للأشعة السينية هي كما يلي.

بساطة أطياف خصائص الأشعة السينية حتى بالنسبة للعناصر الثقيلة (مقارنة بالأطياف الضوئية) ، مما يبسط التحليل (عدد قليل من الخطوط ؛ التشابه في ترتيبها المتبادل ؛ مع زيادة الرقم التسلسلي ، تحول منتظم للطيف إلى تحدث منطقة الطول الموجي القصير ؛ بساطة مقارنة للتحليل الكمي).

استقلال الأطوال الموجية عن حالة ذرات العنصر الذي تم تحليله (حرة أو في مركب كيميائي). هذا يرجع إلى حقيقة أن حدوث إشعاع الأشعة السينية المميز يرتبط بإثارة المستويات الإلكترونية الداخلية ، والتي في معظم الحالات لا تتغير عمليًا مع درجة تأين الذرات.

إمكانية الفصل في تحليل الأرض النادرة وبعض العناصر الأخرى التي لها اختلافات طفيفة في الأطياف في المدى البصري بسبب تشابه التركيب الإلكتروني للأغلفة الخارجية وتختلف قليلاً في خواصها الكيميائية.

يعتبر التحليل الطيفي للأشعة السينية "غير مدمر" ، لذلك فهو يتمتع بميزة على التحليل الطيفي البصري التقليدي عند تحليل العينات الرقيقة - الصفائح المعدنية الرقيقة ، والرقائق المعدنية ، وما إلى ذلك.

مطياف الأشعة السينية ، من بينها مطياف متعدد القنوات أو مقاييس كمية ، مما يوفر تحليلًا كميًا صريحًا للعناصر (من Na أو Mg إلى U) مع خطأ أقل من 1 ٪ من القيمة المحددة ، عتبة حساسية 10 -3 ... 10 -4٪.

شعاع الأشعة السينية

طرق تحديد التركيب الطيفي للأشعة السينية

تنقسم أجهزة قياس الطيف إلى نوعين: الحيود البلوري والبلوري.

إن تحلل الأشعة السينية إلى طيف باستخدام محزوز حيود طبيعية - بلورة - يشبه بشكل أساسي الحصول على طيف من أشعة الضوء العادية باستخدام محزوز حيود اصطناعي على شكل ضربات دورية على الزجاج. يمكن كتابة شرط تكوين أقصى حيود كشرط "انعكاس" من نظام من المستويات الذرية المتوازية مفصولة بمسافة d hkl.

عند إجراء تحليل نوعي ، يمكن للمرء أن يحكم على وجود عنصر في عينة بسطر واحد - عادة ما يكون الخط الأكثر كثافة في السلسلة الطيفية المناسبة لبلورة محلل معين. دقة مقاييس الطيف البلورية كافية لفصل الخطوط المميزة حتى للعناصر المجاورة في الموضع في الجدول الدوري. ومع ذلك ، من الضروري أيضًا مراعاة فرض خطوط مختلفة لعناصر مختلفة ، فضلاً عن فرض انعكاسات لأوامر مختلفة. يجب أن يؤخذ هذا الظرف في الاعتبار عند اختيار الخطوط التحليلية. في الوقت نفسه ، من الضروري استخدام إمكانيات تحسين دقة الجهاز.

استنتاج

وبالتالي ، فإن الأشعة السينية هي إشعاع كهرومغناطيسي غير مرئي بطول موجة 10 5-10 2 نانومتر. يمكن للأشعة السينية اختراق بعض المواد غير الشفافة للضوء المرئي. تنبعث أثناء تباطؤ الإلكترونات السريعة في المادة (الطيف المستمر) وأثناء انتقالات الإلكترونات من غلاف الإلكترون الخارجي للذرة إلى الأصداف الداخلية (الطيف الخطي). مصادر الأشعة السينية هي: أنبوب الأشعة ، بعض النظائر المشعة ، مسرعات ومراكمات الإلكترونات (إشعاع السنكروترون). المستقبلات - الأفلام ، شاشات الإنارة ، أجهزة الكشف عن الإشعاع النووي. تُستخدم الأشعة السينية في تحليل حيود الأشعة السينية ، والطب ، وكشف الخلل ، والتحليل الطيفي للأشعة السينية ، إلخ.

بعد النظر في الجوانب الإيجابية لاكتشاف V. Roentgen ، من الضروري ملاحظة تأثيره البيولوجي الضار. اتضح أن الأشعة السينية يمكن أن تسبب شيئًا مثل حروق الشمس الشديدة (الحمامي) ، مصحوبة ، مع ذلك ، بضرر أعمق ودائم للجلد. غالبا ما تتحول القرحة إلى سرطان. في كثير من الحالات ، كان لابد من بتر الأصابع أو اليدين. كان هناك أيضا وفيات.

لقد وجد أنه يمكن تجنب تلف الجلد عن طريق تقليل وقت التعرض والجرعة ، باستخدام التدريع (مثل الرصاص) وأجهزة التحكم عن بعد. ولكن تم الكشف تدريجيًا عن تأثيرات أخرى طويلة المدى للتعرض للأشعة السينية ، والتي تم تأكيدها ودراستها بعد ذلك في حيوانات التجارب. تشمل التأثيرات الناتجة عن الأشعة السينية والإشعاعات المؤينة الأخرى (مثل أشعة جاما المنبعثة من المواد المشعة) ما يلي:

) تغييرات مؤقتة في تكوين الدم بعد التعرض الزائد طفيف نسبيًا ؛

) تغييرات لا رجعة فيها في تكوين الدم (فقر الدم الانحلالي) بعد التعرض المفرط لفترات طويلة ؛

) زيادة الإصابة بالسرطان (بما في ذلك اللوكيميا) ؛

) الشيخوخة الأسرع والموت المبكر ؛

) حدوث إعتام عدسة العين.

يتم تحديد التأثير البيولوجي للأشعة السينية على جسم الإنسان من خلال مستوى جرعة الإشعاع ، وكذلك عن طريق تعرض عضو معين من الجسم للإشعاع.

أدى تراكم المعرفة حول آثار الأشعة السينية على جسم الإنسان إلى تطوير معايير وطنية ودولية لجرعات الإشعاع المسموح بها ، والمنشورة في كتب مرجعية مختلفة.

لتجنب الآثار الضارة للأشعة السينية ، يتم استخدام طرق التحكم:

) توافر المعدات المناسبة ،

) مراقبة الامتثال لأنظمة السلامة ،

) الاستخدام الصحيح للمعدات.

قائمة المصادر المستخدمة

1) Blokhin MA ، فيزياء الأشعة السينية ، الطبعة الثانية ، M. ، 1957 ؛

) Blokhin MA ، طرق الدراسات الطيفية للأشعة السينية ، M. ، 1959 ؛

) الأشعة السينية. جلس. إد. ماجستير بلوخين ، العابرة. معه. والإنجليزية ، M. ، 1960 ؛

خراجا ف. مقرر عام لهندسة الأشعة السينية ، الطبعة الثالثة ، M. - L. ، 1966 ؛

) Mirkin L.I. كتيب تحليل حيود الأشعة السينية للبلورات المتعددة ، M. ، 1961 ؛

) Weinstein E.E. ، Kakhana M.M. ، جداول مرجعية في التحليل الطيفي للأشعة السينية ، M. ، 1953.

) تحليل الأشعة السينية والإلكترون البصري. Gorelik SS، Skakov Yu.A.، Rastorguev L.N: Proc. بدل للجامعات. - الطبعة الرابعة. يضيف. ومُجدد. - م: "ميسيس" 2002. - 360 ص.

التطبيقات

المرفقات 1

منظر عام لأنابيب الأشعة السينية

الملحق 2

مخطط أنبوب الأشعة السينية للتحليل الإنشائي

مخطط أنبوب الأشعة السينية للتحليل الهيكلي: 1 - زجاج الأنود المعدني (مؤرض عادة) ؛ 2 - نوافذ مصنوعة من البريليوم لإخراج الأشعة السينية ؛ 3 - الكاثود الحراري ؛ 4 - لمبة زجاجية ، عزل الأنود من الأنبوب عن الكاثود ؛ 5 - محطات الكاثود ، التي يتم تطبيق جهد الفتيل عليها ، وكذلك الجهد العالي (بالنسبة إلى الأنود) ؛ 6 - نظام إلكتروستاتيكي لتركيز الإلكترونات ؛ 7 - الأنود (أنود) ؛ 8- أنابيب متفرعة لإدخال وإخراج مياه جارية تبريد زجاج الأنود.

الملحق 3

مخطط موسلي

مخطط Moseley للأشعة السينية المميزة K- و L- و M. يُظهر الإحداثي السيني الرقم التسلسلي للعنصر Z ، الإحداثي - ( معهي سرعة الضوء).

الملحق 4

غرفة التأين.

رسم بياني 1. قسم غرفة التأين الأسطوانية: 1 - جسم أسطواني للغرفة يعمل كقطب سالب. 2 - قضيب أسطواني يعمل كقطب موجب ؛ 3 - عوازل.

أرز. 2. مخطط تشغيل غرفة التأين الحالية: V - الجهد على أقطاب الغرفة. G هو مقياس جلفانومتر يقيس تيار التأين.

أرز. 3. خاصية الجهد الحالي لغرفة التأين.

أرز. 4. مخطط تشغيل غرفة التأين النبضي: C - سعة قطب التجميع. R هي المقاومة.

الملحق 5

عداد الوميض.

مخطط عداد الوميض: الكميات الضوئية (الفوتونات) "تقضي على" الإلكترونات من الكاثود الضوئي ؛ بالانتقال من الدينود إلى الدينود ، يتضاعف الانهيار الإلكترونى.

الملحق 6

عداد جيجر مولر.

أرز. 1. مخطط عداد جيجر مولر الزجاجي: 1 - أنبوب زجاجي محكم الإغلاق. 2 - الكاثود (طبقة رقيقة من النحاس على أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ) ؛ 3 - خرج الكاثود ؛ 4 - الأنود (خيط رفيع مشدود).

أرز. 2. مخطط التبديل على عداد جيجر مولر.

أرز. 3. خاصية العد لعداد جيجر مولر.

الملحق 7

العداد النسبي.

مخطط العداد النسبي: أ - منطقة انجراف الإلكترون ؛ ب - منطقة تضخيم الغازات.

الملحق 8

كاشفات أشباه الموصلات

كاشفات أشباه الموصلات يتم تمييز المنطقة الحساسة عن طريق الفقس ؛ ن - منطقة أشباه الموصلات ذات الموصلية الإلكترونية ، p - مع الفتحة ، أنا - مع التوصيل الداخلي ؛ أ - كاشف حاجز سطح السيليكون ؛ ب - كاشف مستوٍ من الجرمانيوم والليثيوم ؛ ج - كاشف محوري الجرمانيوم والليثيوم.

الأشعة هي فرع من فروع الأشعة التي تدرس آثار الأشعة السينية على جسم الحيوانات والبشر الناتجة عن هذا المرض وعلاجها والوقاية منها ، وكذلك طرق تشخيص الأمراض المختلفة باستخدام الأشعة السينية (تشخيصات الأشعة السينية) . يشتمل جهاز التشخيص بالأشعة السينية النموذجي على مصدر طاقة (محولات) ، ومُعدِّل الجهد العالي الذي يحول التيار المتردد للشبكة الكهربائية إلى تيار مباشر ، ولوحة تحكم ، وحامل ثلاثي القوائم وأنبوب أشعة سينية.

الأشعة السينية هي نوع من التذبذبات الكهرومغناطيسية التي تتشكل في أنبوب الأشعة السينية أثناء تباطؤ حاد للإلكترونات المتسارعة في لحظة اصطدامها بذرات مادة الأنود. في الوقت الحاضر ، يتم قبول وجهة النظر بشكل عام بأن الأشعة السينية ، بطبيعتها الفيزيائية ، هي أحد أنواع الطاقة المشعة ، والتي يشمل طيفها أيضًا موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية وأشعة جاما من العناصر المشعة. يمكن وصف إشعاع الأشعة السينية بأنه مجموعة من أصغر الجسيمات - الكميات أو الفوتونات.

أرز. 1 - جهاز تصوير متنقل بالأشعة السينية:

أ - أنبوب الأشعة السينية ؛
ب - مزود الطاقة ؛
ب - ترايبود قابل للتعديل.

أرز. 2 - لوحة تحكم جهاز الأشعة السينية (ميكانيكي - يسار وإلكتروني - يمين):

أ - لوحة لضبط التعرض والصلابة ؛
ب- زر إمداد الجهد العالي.

أرز. الشكل 3 هو رسم تخطيطي لآلة أشعة سينية نموذجية

1 - شبكة
2 - محول ذاتي ؛
3 - محول تصعيد ؛
4 - أنبوب الأشعة السينية ؛
5 - الأنود
6 - الكاثود.
7 - محول تنحي.

آلية إنتاج الأشعة السينية

تتشكل الأشعة السينية في لحظة اصطدام تيار من الإلكترونات المتسارعة بمادة الأنود. عندما تتفاعل الإلكترونات مع هدف ، يتم تحويل 99٪ من طاقتها الحركية إلى طاقة حرارية و 1٪ فقط إلى أشعة سينية.

يتكون أنبوب الأشعة السينية من وعاء زجاجي يتم فيه لحام قطبين كهربائيين: كاثود وأنود. يُضخ الهواء من الأسطوانة الزجاجية: حركة الإلكترونات من القطب السالب إلى القطب الموجب ممكنة فقط في ظل ظروف الفراغ النسبي (10 -7 -10 -8 ملم زئبق). يوجد على الكاثود خيوط ، وهي عبارة عن خيوط تنجستن ملتوية بإحكام. عندما يتم تطبيق تيار كهربائي على الشعيرة ، يحدث انبعاث الإلكترون ، حيث يتم فصل الإلكترونات عن اللولب وتشكيل سحابة إلكترونية بالقرب من القطب السالب. تتركز هذه السحابة في كوب التركيز للكاثود ، والذي يحدد اتجاه حركة الإلكترون. الكأس - انخفاض صغير في الكاثود. يحتوي الأنود بدوره على صفيحة معدنية من التنجستن تتركز عليها الإلكترونات - وهذا هو موقع تكوين الأشعة السينية.

أرز. 4 - جهاز انبوب الاشعة:

أ - الكاثود
ب - الأنود
ب - خيوط التنغستن.
ز - تركيز كوب من الكاثود ؛
د - تيار من الإلكترونات المتسارعة ؛
ه - هدف التنغستن ؛
G - قارورة زجاجية
З - نافذة من البريليوم.
و- تشكل الأشعة السينية.
ك - فلتر الألمنيوم.

محولاتان متصلتان بأنبوب الإلكترون: خطوة لأسفل وتصعيد. يقوم المحول التدريجي بتسخين خيوط التنجستن بجهد منخفض (5-15 فولت) ، مما يؤدي إلى انبعاث الإلكترون. يذهب المحول التصاعدي ، أو الجهد العالي ، مباشرة إلى الكاثود والأنود ، اللذين يتم إمدادهما بجهد 20-140 كيلوفولت. يتم وضع كلا المحولين في كتلة الجهد العالي لآلة الأشعة السينية ، المليئة بزيت المحولات ، والتي توفر تبريدًا للمحولات وعزلًا موثوقًا به.

بعد تكوين سحابة إلكترونية بمساعدة محول تنحي ، يتم تشغيل محول الصعود ، ويتم تطبيق جهد عالي الجهد على قطبي الدائرة الكهربائية: نبضة موجبة على القطب الموجب ، ونبضة سالبة. نبض إلى الكاثود. يتم طرد الإلكترونات سالبة الشحنة من القطب السالب الشحنة وتميل إلى أنود موجب الشحنة - بسبب هذا الاختلاف في الجهد ، يتم تحقيق سرعة عالية للحركة - 100 ألف كم / ثانية. بهذه السرعة ، تقصف الإلكترونات صفيحة الأنود التنغستن ، مما يؤدي إلى إكمال دائرة كهربائية ، مما ينتج عنه أشعة سينية وطاقة حرارية.

تنقسم الأشعة السينية إلى أشعة الشمس وخصائصها. يحدث Bremsstrahlung بسبب التباطؤ الحاد في سرعة الإلكترونات المنبعثة من خيوط التنجستن. يحدث الإشعاع المميز في لحظة إعادة ترتيب الأصداف الإلكترونية للذرات. يتشكل كلا النوعين في أنبوب الأشعة السينية في لحظة اصطدام الإلكترونات المتسارعة بذرات مادة الأنود. طيف الانبعاث لأنبوب الأشعة السينية هو تراكب للأشعة السينية وأشعة سينية مميزة.

أرز. 5- مبدأ تكوين أشعة إكس.
أرز. 6- مبدأ تكوين الأشعة السينية المميزة.

الخصائص الأساسية للأشعة السينية

1. الأشعة السينية غير مرئية للإدراك البصري.
2. تتمتع الأشعة السينية بقدرة اختراق كبيرة عبر أعضاء وأنسجة الكائن الحي ، فضلاً عن الهياكل الكثيفة ذات الطبيعة غير الحية ، والتي لا تنقل أشعة الضوء المرئية.
3. تتسبب الأشعة السينية في توهج مركبات كيميائية معينة تسمى الفلورة.

• يتألق الزنك وكبريتيدات الكادميوم باللون الأصفر والأخضر ،
• بلورات تنجستات الكالسيوم - بنفسجي-أزرق.

للأشعة السينية تأثير كيميائي ضوئي: فهي تحلل مركبات الفضة بالهالوجينات وتتسبب في اسوداد طبقات التصوير ، وتشكل صورة على الأشعة السينية.

تنقل الأشعة السينية طاقتها إلى ذرات وجزيئات البيئة التي تمر من خلالها ، مما يظهر تأثيرًا مؤينًا.

للأشعة السينية تأثير بيولوجي واضح في الأعضاء والأنسجة المعرضة للإشعاع: في الجرعات الصغيرة تحفز عملية التمثيل الغذائي ، وفي الجرعات الكبيرة يمكن أن تؤدي إلى حدوث إصابات إشعاعية ، فضلاً عن مرض الإشعاع الحاد. تسمح الخاصية البيولوجية باستخدام الأشعة السينية لعلاج الأورام وبعض الأمراض غير السرطانية.

مقياس التذبذبات الكهرومغناطيسية

الأشعة السينية لها طول موجي محدد وتواتر التذبذب. الطول الموجي (λ) وتردد التذبذب (ν) يرتبطان بالعلاقة: λ ν = c ، حيث c هي سرعة الضوء ، مقربة 300000 كم في الثانية. يتم تحديد طاقة الأشعة السينية بالصيغة E = h ν ، حيث h هو ثابت بلانك ، وهو ثابت عالمي يساوي 6.626 10 -34 J⋅s. يرتبط الطول الموجي للأشعة (λ) بطاقتها (E) من خلال العلاقة: λ = 12.4 / E.

يختلف إشعاع الأشعة السينية عن الأنواع الأخرى من التذبذبات الكهرومغناطيسية في الطول الموجي (انظر الجدول) والطاقة الكمومية. كلما كان الطول الموجي أقصر ، زاد تردده وطاقته وقوته المخترقة. الطول الموجي للأشعة السينية في النطاق

. من خلال تغيير الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية ، من الممكن التحكم في قدرتها على الاختراق. الأشعة السينية لها طول موجي قصير جدًا ، ولكن تردد عالي من التذبذب ، لذا فهي غير مرئية للعين البشرية. نظرًا لطاقتها الهائلة ، تتمتع الكميات بقدرة اختراق عالية ، وهي إحدى الخصائص الرئيسية التي تضمن استخدام الأشعة السينية في الطب والعلوم الأخرى.

خصائص الأشعة السينية

الشدة- الخاصية الكمية لإشعاع الأشعة السينية ، والتي يتم التعبير عنها بعدد الأشعة المنبعثة من الأنبوب لكل وحدة زمنية. يتم قياس شدة الأشعة السينية بالمللي أمبير. بمقارنتها مع شدة الضوء المرئي من المصباح المتوهج التقليدي ، يمكننا رسم تشبيه: على سبيل المثال ، سوف يلمع مصباح بقوة 20 وات بقوة أو شدة واحدة ، وسيضيء مصباح بقدرة 200 وات مع مصباح آخر ، بينما جودة الضوء نفسه (طيفه) هي نفسها. في الواقع ، شدة إشعاع الأشعة السينية هي كميتها. ينشئ كل إلكترون واحدًا أو أكثر من كمات الإشعاع على الأنود ، وبالتالي ، يتم تنظيم عدد الأشعة السينية أثناء التعرض للجسم عن طريق تغيير عدد الإلكترونات التي تميل إلى القطب الموجب وعدد تفاعلات الإلكترونات مع ذرات هدف التنغستن ، والتي يمكن إجراؤها بطريقتين:

1. عن طريق تغيير درجة الإنارة في لولب الكاثود باستخدام محول تنازلي (سيعتمد عدد الإلكترونات المنتجة أثناء الانبعاث على مدى سخونة لولب التنغستن ، وسيعتمد عدد كمات الإشعاع على عدد الإلكترونات) ؛
2. عن طريق تغيير قيمة الجهد العالي الذي يوفره المحول التصاعدي لأقطاب الأنبوب - الكاثود والأنود (كلما زاد الجهد المطبق على أقطاب الأنبوب ، زادت الطاقة الحركية التي تتلقاها الإلكترونات ، والتي بسبب طاقتها ، يمكن أن تتفاعل مع عدة ذرات من مادة الأنود بدورها - انظر الشكل. أرز. 5؛ ستكون الإلكترونات ذات الطاقة المنخفضة قادرة على الدخول في عدد أقل من التفاعلات).

تتوافق شدة الأشعة السينية (تيار الأنود) مضروبة في التعرض (وقت الأنبوب) مع التعرض للأشعة السينية ، والذي يقاس بالمللي أمبير في الثانية. التعرض هو معامل ، مثل الشدة ، يميز كمية الأشعة المنبعثة من أنبوب الأشعة السينية. الاختلاف الوحيد هو أن التعرض يأخذ في الاعتبار أيضًا وقت تشغيل الأنبوب (على سبيل المثال ، إذا كان الأنبوب يعمل لمدة 0.01 ثانية ، فسيكون عدد الأشعة واحدًا ، وإذا كان 0.02 ثانية ، فسيكون عدد الأشعة مختلفة - مرتين أكثر). يتم تحديد التعرض للإشعاع بواسطة أخصائي الأشعة على لوحة التحكم بجهاز الأشعة السينية ، اعتمادًا على نوع الفحص وحجم الجسم قيد الدراسة ومهمة التشخيص.

الاستعلاء- الخصائص النوعية للأشعة السينية. يقاس بالجهد العالي على الأنبوب - بالكيلو فولت. تحدد قوة الاختراق للأشعة السينية. يتم تنظيمه من خلال الجهد العالي المزود لأنبوب الأشعة السينية بواسطة محول تصاعدي. كلما زاد فرق الجهد على أقطاب الأنبوب ، زادت قوة الإلكترونات التي تتنافر من الكاثود وتندفع إلى القطب الموجب ، وكلما زاد تصادمها مع القطب الموجب. كلما كان تصادمهم أقوى ، كان الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية الناتج أقصر وزادت قوة اختراق هذه الموجة (أو صلابة الإشعاع ، والتي ، مثل الشدة ، يتم تنظيمها على لوحة التحكم بواسطة معامل الجهد على الأنبوب - كيلو فولت).

أرز. 7- اعتماد الطول الموجي على طاقة الموجة:

λ - الطول الموجي.
ه - طاقة الموجة

• كلما زادت الطاقة الحركية للإلكترونات المتحركة ، كان تأثيرها أقوى على القطب الموجب واقصر الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية الناتج. الأشعة السينية ذات الطول الموجي الطويل وقوة الاختراق المنخفضة تسمى "لينة" ، ولها طول موجي قصير وقوة اختراق عالية - "صلبة".

أرز. 8 - نسبة الجهد على أنبوب الأشعة السينية والطول الموجي الناتج من الأشعة السينية:

• كلما زاد الجهد المطبق على أقطاب الأنبوب ، كلما ظهر فرق الجهد عليها أقوى ، وبالتالي ، فإن الطاقة الحركية للإلكترونات المتحركة ستكون أعلى. يحدد الجهد على الأنبوب سرعة الإلكترونات وقوة تصادمها مع مادة الأنود ، وبالتالي ، يحدد الجهد الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية الناتج.

تصنيف أنابيب الأشعة السينية

1. بالميعاد
1. التشخيص
2. علاجي
3. للتحليل الإنشائي
4. للتألق
2. من تصمبم
1. من خلال التركيز

• تركيز مفرد (حلزوني واحد على القطب السالب ، ونقطة بؤرية واحدة على الأنود)
• ثنائي البؤرة (حلزون بأحجام مختلفة على الكاثود ، ونقطتان محوريتان على الأنود)

1. حسب نوع الأنود

• ثابت (ثابت)
• لف

تستخدم الأشعة السينية ليس فقط لأغراض التشخيص الإشعاعي ، ولكن أيضًا للأغراض العلاجية. كما هو مذكور أعلاه ، فإن قدرة الأشعة السينية على تثبيط نمو الخلايا السرطانية تجعل من الممكن استخدامها في العلاج الإشعاعي لأمراض الأورام. بالإضافة إلى مجال التطبيق الطبي ، وجد إشعاع الأشعة السينية تطبيقًا واسعًا في المجال الهندسي والتقني ، وعلوم المواد ، وعلم البلورات ، والكيمياء ، والكيمياء الحيوية: على سبيل المثال ، من الممكن تحديد العيوب الهيكلية في المنتجات المختلفة (القضبان ، اللحامات ، إلخ) باستخدام الأشعة السينية. يسمى نوع هذا البحث بتنظير العيوب. وفي المطارات ومحطات السكك الحديدية وغيرها من الأماكن المزدحمة ، تُستخدم أجهزة المجهر التلفزيونية بالأشعة السينية بشكل نشط لفحص حقائب اليد والأمتعة لأغراض أمنية.

اعتمادًا على نوع الأنود ، تختلف أنابيب الأشعة السينية في التصميم. نظرًا لحقيقة أن 99 ٪ من الطاقة الحركية للإلكترونات يتم تحويلها إلى طاقة حرارية ، أثناء تشغيل الأنبوب ، يتم تسخين الأنود بشكل كبير - غالبًا ما يحترق هدف التنغستن الحساس. يتم تبريد القطب الموجب في أنابيب الأشعة السينية الحديثة عن طريق تدويره. الأنود الدوار له شكل قرص ، يوزع الحرارة بالتساوي على سطحه بالكامل ، مما يمنع ارتفاع درجة الحرارة الموضعية لهدف التنغستن.

يختلف تصميم أنابيب الأشعة السينية أيضًا في التركيز. البقعة البؤرية - قسم الأنود الذي يتم إنشاء حزمة الأشعة السينية العاملة عليه. ينقسم إلى النقطة المحورية الحقيقية والبؤرة الفعالة ( أرز. 12). نظرًا لزاوية الأنود ، تكون النقطة البؤرية الفعالة أصغر من النقطة البؤرية الحقيقية. يتم استخدام أحجام بؤرية مختلفة بناءً على حجم منطقة الصورة. كلما كانت مساحة الصورة أكبر ، يجب أن تكون النقطة البؤرية أوسع لتغطية مساحة الصورة بأكملها. ومع ذلك ، فإن النقطة البؤرية الأصغر تنتج وضوحًا أفضل للصورة. لذلك ، عند إنتاج صور صغيرة ، يتم استخدام خيوط قصيرة ويتم توجيه الإلكترونات إلى منطقة صغيرة من هدف الأنود ، مما يؤدي إلى إنشاء بقعة بؤرية أصغر.

أرز. 9- انبوب اشعة ذو انود ثابت.
أرز. 10- انبوب اشعة ذو انود دوار.
أرز. 11- جهاز انبوب اشعة مع انود دوار.
أرز. 12 هو رسم تخطيطي لتشكيل نقطة محورية حقيقية وفعالة.