Rendgensko zračenje igra veliku ulogu u modernoj medicini; istorija otkrića rendgenskih zraka datira iz 19. stoljeća.

X-zrake su elektromagnetski talasi koji nastaju uz učešće elektrona. Snažnim ubrzanjem nabijenih čestica stvaraju se umjetni rendgenski zraci. Prolazi kroz specijalnu opremu:

• akceleratori čestica.

Istorija otkrića

Ove zrake je 1895. godine izumio njemački naučnik Rentgen: dok je radio s katodnom cijevi, otkrio je fluorescentni efekat barijum-platin-cijanida. Zatim je postojao opis takvih zraka i njihove nevjerovatne sposobnosti da prodru u tkiva tijela. Zrake su se počele nazivati ​​rendgenskim zracima (rendgenskim zracima). Kasnije su u Rusiji počeli da se zovu rendgenski snimci.

Rendgenski zraci mogu prodrijeti čak i kroz zidove. Tako je Rentgen shvatio da je napravio najveće otkriće na polju medicine. Od tog vremena počinju da se formiraju odvojene sekcije u nauci, kao što su radiologija i radiologija.

Zraci mogu prodrijeti u meka tkiva, ali kasne, njihova dužina je određena preprekom tvrde površine. Meka tkiva u ljudskom tijelu su koža, a tvrda tkiva su kosti. 1901. naučnik je dobio Nobelovu nagradu.

Međutim, i prije otkrića Wilhelma Conrada Roentgena, i drugi naučnici su bili zainteresirani za sličnu temu. Godine 1853. francuski fizičar Antoine-Philiber Mason proučavao je visokonaponsko pražnjenje između elektroda u staklenoj cijevi. Gas koji se nalazi u njemu pod niskim pritiskom počeo je emitovati crvenkasti sjaj. Ispumpavanje viška plina iz cijevi dovelo je do raspada sjaja u složeni niz pojedinačnih svjetlećih slojeva, čija je nijansa ovisila o količini plina.

Godine 1878. William Crookes (engleski fizičar) sugerirao je da fluorescencija nastaje zbog utjecaja zraka na staklenu površinu cijevi. Ali sve te studije nisu nigdje objavljene, tako da Roentgen nije znao za takva otkrića. Nakon objavljivanja njegovih otkrića 1895. godine u naučnom časopisu, gdje je naučnik napisao da su sva tijela transparentna za ove zrake, iako u vrlo različitom stepenu, drugi naučnici su se zainteresovali za slične eksperimente. Oni su potvrdili pronalazak Rentgena i započeo je dalji razvoj i poboljšanje rendgenskih zraka.

Sam Wilhelm Roentgen je objavio još dva naučna rada na temu rendgenskih zraka 1896. i 1897. godine, nakon čega se bavio drugim aktivnostima. Tako je nekoliko naučnika izmislilo, ali je Rentgen objavio naučne radove na ovu temu.

Imaging Principles

Karakteristike ovog zračenja određene su samom prirodom njihovog izgleda. Zračenje nastaje zbog elektromagnetnog talasa. Njegova glavna svojstva uključuju:

1. Refleksija. Ako val udari u površinu okomito, neće se reflektirati. U nekim situacijama dijamant ima svojstvo refleksije.
2. Sposobnost prodiranja u tkivo. Osim toga, zraci mogu proći kroz neprozirne površine materijala kao što su drvo, papir i slično.
3. upijanje. Apsorpcija zavisi od gustine materijala: što je gušći, to ga više rendgenskih zraka apsorbuje.
4. Neke supstance fluoresciraju, odnosno sijaju. Čim prestane zračenje, nestaje i sjaj. Ako se nastavi nakon prestanka djelovanja zraka, tada se ovaj efekat naziva fosforescencija.
5. Rendgenski zraci mogu osvetliti fotografski film, baš kao i vidljiva svetlost.
6. Ako je snop prošao kroz zrak, tada dolazi do jonizacije u atmosferi. Ovo stanje se naziva električno provodljivo, a određuje se pomoću dozimetra koji određuje brzinu doziranja zračenja.

Zračenje - šteta i korist

Kada je došlo do otkrića, fizičar Rentgen nije mogao ni zamisliti koliko je opasan njegov izum. U stara vremena, svi uređaji koji su proizvodili zračenje bili su daleko od savršenih, a kao rezultat toga, dobivale su se velike doze emitiranih zraka. Ljudi nisu shvaćali opasnosti takvog zračenja. Iako su neki naučnici i tada iznosili verzije o opasnostima rendgenskih zraka.

X-zrake, koje prodiru u tkiva, imaju biološki učinak na njih. Jedinica mjerenja doze zračenja je rentgen po satu. Glavni uticaj je na jonizujuće atome koji se nalaze unutar tkiva. Ove zrake djeluju direktno na DNK strukturu žive stanice. Posledice nekontrolisanog zračenja uključuju:

• ćelijska mutacija;
• pojava tumora;
• opekotine od zračenja;
• radijaciona bolest.

Kontraindikacije za rendgenske preglede:

1. Pacijenti su u kritičnom stanju.
2. Period trudnoće zbog negativnih efekata na fetus.
3. Pacijenti sa krvarenjem ili otvorenim pneumotoraksom.

Kako rade rendgenski zraci i gdje se koriste

1. U medicini. Rentgenska dijagnostika se koristi za prozirnost živih tkiva kako bi se identificirali određeni poremećaji u tijelu. Radi uklanjanja tumorskih formacija provodi se rendgenska terapija.
2. U nauci. Otkriva se struktura supstanci i priroda rendgenskih zraka. Ovim pitanjima se bave nauke kao što su hemija, biohemija, kristalografija.
3. U industriji. Za otkrivanje kršenja u metalnim proizvodima.
4. Za sigurnost stanovništva. Rendgenski snopovi se postavljaju na aerodromima i drugim javnim mestima za skeniranje prtljaga.

Medicinska upotreba rendgenskog zračenja. X-zrake se široko koriste u medicini i stomatologiji u sljedeće svrhe:

1. Za dijagnosticiranje bolesti.
2. Za praćenje metaboličkih procesa.
3. Za liječenje mnogih bolesti.

Upotreba rendgenskih zraka u medicinske svrhe

Osim za otkrivanje prijeloma kostiju, rendgenski zraci se široko koriste u medicinske svrhe. Specijalizirana primjena rendgenskih zraka je za postizanje sljedećih ciljeva:

1. Da uništi ćelije raka.
2. Za smanjenje veličine tumora.
3. Za smanjenje bolova.

Na primjer, radioaktivni jod, koji se koristi u endokrinološkim bolestima, aktivno se koristi kod raka štitnjače, čime se mnogima pomaže da se oslobode ove strašne bolesti. Trenutno, za dijagnosticiranje složenih bolesti, rendgenski zraci su povezani s kompjuterima, kao rezultat toga, pojavljuju se najnovije metode istraživanja, poput kompjuterske aksijalne tomografije.

Takvo skeniranje pruža doktorima slike u boji koje prikazuju unutrašnje organe osobe. Za otkrivanje rada unutrašnjih organa dovoljna je mala doza zračenja. X-zrake se takođe široko koriste u fizioterapiji.

Osnovna svojstva rendgenskih zraka

1. sposobnost prodora. Sva tijela su transparentna za rendgenske zrake, a stepen transparentnosti zavisi od debljine tijela. Zbog ovog svojstva snop se počeo koristiti u medicini za otkrivanje funkcioniranja organa, prisutnost prijeloma i stranih tijela u tijelu.
2. Oni su u stanju da izazovu sjaj nekih objekata. Na primjer, ako se barij i platina nanesu na karton, tada će, nakon prolaska kroz skeniranje snopa, svijetliti zelenkasto-žuto. Ako stavite ruku između rendgenske cijevi i ekrana, tada će svjetlost više prodrijeti u kost nego u tkivo, pa će koštano tkivo najsjajnije zasjati na ekranu, a mišićno će biti manje svijetlo.
3. Akcija na filmu. Rendgenski zraci mogu, poput svjetla, potamniti film, što omogućava fotografiranje sjene koja se dobije kada se objekti pregledaju rendgenskim zracima.
4. X-zraci mogu jonizovati gasove. Ovo omogućava ne samo pronalaženje zraka, već i otkrivanje njihovog intenziteta mjerenjem jonizacijske struje u plinu.
5. Imaju biohemijski efekat na organizam živih bića. Zahvaljujući ovom svojstvu, rendgenski zraci su našli svoju široku primjenu u medicini: mogu liječiti i kožne bolesti i bolesti unutrašnjih organa. U tom slučaju odabire se željena doza zračenja i trajanje zraka. Dugotrajna i prekomjerna upotreba takvog tretmana je vrlo štetna i štetna za organizam.

Posljedica upotrebe rendgenskih zraka bila je spašavanje mnogih ljudskih života. Rendgen pomaže ne samo u pravovremenoj dijagnostici bolesti, metode liječenja uz pomoć zračne terapije oslobađaju pacijente od različitih patologija, od hiperfunkcije štitnjače do malignih tumora koštanog tkiva.

Njemački fizičar W. Roentgen je 1895. godine otkrio novu, do tada nepoznatu vrstu elektromagnetnog zračenja, koja je u čast svog otkrića nazvana X-zračenje. W. Roentgen je postao autor svog otkrića u dobi od 50 godina, držeći mjesto rektora Univerziteta u Würzburgu i slovi kao jedan od najboljih eksperimentatora svog vremena. Jedan od prvih koji je pronašao tehničku primjenu za Rentgenovo otkriće bio je američki Edison. Stvorio je praktičan demonstracijski aparat i već u maju 1896. organizovao izložbu rendgenskih zraka u New Yorku, na kojoj su posjetitelji mogli gledati vlastitu ruku na svjetlećem ekranu. Nakon što je Edisonov pomoćnik umro od teških opekotina koje je zadobio od stalnih demonstracija, izumitelj je prekinuo dalje eksperimente sa rendgenskim zracima.

Rentgensko zračenje počelo se koristiti u medicini zbog svoje velike prodorne moći. U početku su se rendgenski zraci koristili za ispitivanje fraktura kostiju i lociranje stranih tijela u ljudskom tijelu. Trenutno postoji nekoliko metoda zasnovanih na rendgenskim zracima. Ali ove metode imaju svoje nedostatke: zračenje može uzrokovati duboka oštećenja kože. Čirevi koji se pojavljuju često su se pretvarali u rak. U mnogim slučajevima, prsti ili šake su morali biti amputirani. Fluoroskopija(sinonim za translucenciju) je jedna od glavnih metoda rendgenskog pregleda, koja se sastoji u dobijanju planarne pozitivne slike objekta koji se proučava na prozirnom (fluorescentnom) ekranu. Tokom fluoroskopije, subjekt se nalazi između prozirnog ekrana i rendgenske cijevi. Na modernim rendgenskim prozirnim ekranima, slika se pojavljuje u trenutku kada je rendgenska cijev uključena i nestaje odmah nakon što se isključi. Fluoroskopija omogućava proučavanje funkcije organa - pulsiranje srca, respiratorni pokreti rebara, pluća, dijafragme, peristaltika probavnog trakta itd. Fluoroskopija se koristi u liječenju bolesti želuca, gastrointestinalnog trakta, duodenuma, bolesti jetre, žučne kese i žučnih puteva. Istovremeno, medicinska sonda i manipulatori se ubacuju bez oštećenja tkiva, a radnje tokom operacije se kontrolišu fluoroskopijom i vidljive su na monitoru.
radiografija - metoda rendgenske dijagnostike sa registracijom fiksne slike na fotoosjetljivom materijalu - specijalna. fotografski film (rendgenski film) ili fotografski papir s naknadnom obradom fotografija; Kod digitalne radiografije, slika je fiksirana u memoriji računara. Izvodi se na rendgenskim dijagnostičkim uređajima - stacionarnim, ugrađenim u posebno opremljenim rendgen salama, ili mobilnim i prenosivim - uz pacijentov krevet ili u operacionoj sali. Na rendgenskim snimcima elementi struktura različitih organa prikazani su mnogo jasnije nego na fluorescentnom ekranu. Radiografija se radi u cilju otkrivanja i prevencije raznih bolesti, njen glavni cilj je da pomogne liječnicima različitih specijalnosti da pravilno i brzo postave dijagnozu. Rendgenska slika snima stanje organa ili tkiva samo u trenutku ekspozicije. Međutim, jedna radiografija bilježi samo anatomske promjene u određenom trenutku, daje statiku procesa; kroz seriju rendgenskih snimaka napravljenih u određenim intervalima moguće je proučavati dinamiku procesa, odnosno funkcionalne promjene. Tomografija. Riječ tomografija može se prevesti sa grčkog kao slice image. To znači da je svrha tomografije da dobije slojevitu sliku unutrašnje strukture predmeta proučavanja. Kompjuteriziranu tomografiju karakterizira visoka rezolucija, što omogućava razlikovanje suptilnih promjena u mekim tkivima. CT omogućava otkrivanje takvih patoloških procesa koji se ne mogu otkriti drugim metodama. Osim toga, korištenje CT-a omogućava smanjenje doze rendgenskog zračenja koje primaju pacijenti tijekom dijagnostičkog procesa.
Fluorografija- dijagnostička metoda koja vam omogućava da dobijete sliku organa i tkiva, razvijena je krajem 20. stoljeća, godinu dana nakon što su otkriveni rendgenski zraci. Na slikama se vide skleroza, fibroza, strani predmeti, neoplazme, upale koje imaju razvijeni stepen, prisustvo gasova i infiltrata u šupljinama, apscesi, ciste itd. Najčešće se radi rendgenski snimak grudnog koša koji omogućava otkrivanje tuberkuloze, malignog tumora u plućima ili prsima i drugih patologija.
Rentgenska terapija- Ovo je savremena metoda kojom se vrši lečenje određenih patologija zglobova. Glavni pravci liječenja ortopedskih bolesti ovom metodom su: Hronični. Upalni procesi zglobova (artritis, poliartritis); Degenerativni (osteoartritis, osteohondroza, deformirajuća spondiloza). Svrha radioterapije je inhibicija vitalne aktivnosti stanica patološki izmijenjenih tkiva ili njihovo potpuno uništenje. Kod netumorskih bolesti, rendgenska terapija je usmjerena na suzbijanje upalne reakcije, inhibiciju proliferativnih procesa, smanjenje osjetljivosti na bol i sekretornu aktivnost žlijezda. Treba imati na umu da su na rendgenske zrake najosjetljivije polne žlijezde, hematopoetski organi, leukociti i maligne tumorske ćelije. Doza zračenja u svakom slučaju određuje se pojedinačno.

Za otkriće rendgenskih zraka, Rentgen je 1901. godine dobio prvu Nobelovu nagradu za fiziku, a Nobelov komitet je naglasio praktičnu važnost njegovog otkrića.
Dakle, rendgenski zraci su nevidljivo elektromagnetno zračenje sa talasnom dužinom od 105 - 102 nm. X-zrake mogu prodrijeti u neke materijale koji su neprozirni za vidljivu svjetlost. Emituju se prilikom usporavanja brzih elektrona u materiji (neprekidni spektar) i tokom prelaza elektrona sa spoljašnjih elektronskih omotača atoma na unutrašnje (linearni spektar). Izvori rendgenskog zračenja su: rendgenska cijev, neki radioaktivni izotopi, akceleratori i akumulatori elektrona (sinhrotronsko zračenje). Prijemnici - film, luminescentni ekrani, detektori nuklearnog zračenja. X-zrake se koriste u analizi difrakcije rendgenskih zraka, medicini, detekciji mana, rendgenskoj spektralnoj analizi itd.

X-zrake, nevidljivo zračenje sposobno da prodre, iako u različitom stepenu, u sve supstance. To je elektromagnetno zračenje sa talasnom dužinom od oko 10-8 cm.

Poput vidljive svjetlosti, rendgenski zraci uzrokuju zacrnjenje fotografskog filma. Ova nekretnina je od velikog značaja za medicinu, industriju i naučna istraživanja. Prolazeći kroz predmet koji se proučava, a zatim padajući na film, rendgensko zračenje oslikava njegovu unutrašnju strukturu na njemu. Budući da je prodorna moć rendgenskog zračenja različita za različite materijale, dijelovi objekta koji su za njega manje transparentni daju svjetlije površine na fotografiji od onih kroz koje zračenje dobro prodire. Dakle, koštano tkivo je manje transparentno za rendgenske zrake od tkiva koje čine kožu i unutrašnje organe. Stoga će na rendgenskom snimku kosti biti označene kao svjetlije površine, a mjesto prijeloma, koje je transparentnije za zračenje, može se vrlo lako otkriti. Rendgensko snimanje se također koristi u stomatologiji za otkrivanje karijesa i apscesa u korijenu zuba, kao i u industriji za otkrivanje pukotina na odljevcima, plastici i gumama.

X-zrake se koriste u hemiji za analizu jedinjenja i u fizici za proučavanje strukture kristala. Rendgenski snop koji prolazi kroz hemijsko jedinjenje izaziva karakteristično sekundarno zračenje, čija spektroskopska analiza omogućava hemičaru da odredi sastav jedinjenja. Prilikom pada na kristalnu tvar, snop rendgenskih zraka se raspršuje od strane atoma kristala, dajući jasan, pravilan uzorak mrlja i pruga na fotografskoj ploči, što omogućava utvrđivanje unutrašnje strukture kristala.

Upotreba rendgenskih zraka u liječenju raka temelji se na činjenici da ubija ćelije raka. Međutim, može imati i nepoželjan učinak na normalne stanice. Stoga se pri ovoj upotrebi rendgenskih zraka mora biti izuzetno oprezan.

Dobivanje rendgenskih zraka

Rendgensko zračenje nastaje kada elektroni koji se kreću velikom brzinom stupaju u interakciju s materijom. Kada se elektroni sudare s atomima bilo koje tvari, oni brzo gube svoju kinetičku energiju. U ovom slučaju, većina se pretvara u toplinu, a mali dio, obično manje od 1%, pretvara se u energiju rendgenskih zraka. Ova energija se oslobađa u obliku kvanta - čestica zvanih fotoni koji imaju energiju, ali nemaju masu mirovanja. Rentgenski fotoni se razlikuju po svojoj energiji, koja je obrnuto proporcionalna njihovoj talasnoj dužini. Uobičajenom metodom dobijanja rendgenskih zraka dobija se širok raspon talasnih dužina, koji se naziva rendgenski spektar.

Rendgenske cijevi. Da bi se dobilo rendgensko zračenje zbog interakcije elektrona sa materijom, potrebno je imati izvor elektrona, sredstva za njihovo ubrzanje do velikih brzina i metu sposobnu izdržati bombardiranje elektrona i proizvoditi rendgensko zračenje potrebnog intenziteta. Uređaj koji ima sve to zove se rendgenska cijev. Rani istraživači koristili su "duboke vakuumske" cijevi kao što su današnje cijevi za pražnjenje. Vakum u njima nije bio veliki.

Cijevi za pražnjenje sadrže malu količinu plina, a kada se na elektrode cijevi primijeni velika razlika potencijala, atomi plina se pretvaraju u pozitivne i negativne ione. Pozitivni se kreću prema negativnoj elektrodi (katodi) i, padajući na nju, izbijaju elektrone iz nje, a oni se zauzvrat kreću prema pozitivnoj elektrodi (anodi) i bombardirajući je stvaraju tok rendgenskih fotona. .

U modernoj rendgenskoj cijevi koju je razvio Coolidge (slika 11), izvor elektrona je volframova katoda zagrijana na visoku temperaturu.

Rice. jedanaest.

Elektroni se ubrzavaju do velikih brzina zbog velike razlike potencijala između anode (ili antikatode) i katode. Budući da elektroni moraju doći do anode bez sudara s atomima, potreban je vrlo visok vakuum, za koji cijev mora biti dobro evakuirana. Ovo također smanjuje vjerovatnoću jonizacije preostalih atoma plina i pridruženih bočnih struja.

Kada je bombardirana elektronima, volframova antikatoda emituje karakteristične rendgenske zrake. Poprečni presjek zraka rendgenskih zraka manji je od stvarnog ozračenog područja. 1 - elektronski snop; 2 - katoda sa elektrodom za fokusiranje; 3 - staklena školjka (cijev); 4 - volframova meta (antikatoda); 5 - katodna nit; 6 - stvarno ozračeno područje; 7 - efektivna žarišna tačka; 8 - bakarna anoda; 9 - prozor; 10 - raspršeni rendgenski zraci.

Elektroni su fokusirani na anodu pomoću posebno oblikovane elektrode koja okružuje katodu. Ova elektroda se naziva elektroda za fokusiranje i, zajedno sa katodom, čini "elektronski reflektor" cijevi. Anoda podvrgnuta bombardovanju elektrona mora biti izrađena od vatrostalnog materijala, jer se većina kinetičke energije bombardirajućih elektrona pretvara u toplinu. Osim toga, poželjno je da anoda bude izrađena od materijala sa visokim atomskim brojem, jer prinos rendgenskih zraka raste sa povećanjem atomskog broja. Za materijal anode najčešće se bira volfram čiji je atomski broj 74. Dizajn rendgenskih cijevi može biti različit u zavisnosti od uvjeta primjene i zahtjeva.

FEDERALNA AGENCIJA ZA OBRAZOVANJE RUSKOG FEDERACIJE

DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA

VISOKO STRUČNO OBRAZOVANJE

MOSKVSKI DRŽAVNI INSTITUT ZA ČELIK I LEGURE

(TEHNOLOŠKI UNIVERZITET)

NOVOTROITSKY BRANCH

Odjel za OEND

NASTAVNI RAD

Disciplina: fizika

Tema: RTG

Student: Nedorezova N.A.

Grupa: EiU-2004-25, br. Z.K.: 04N036

Provjerio: Ozhegova S.M.

Uvod

Poglavlje 1

1.1 Biografija Roentgena Wilhelma Conrada

1.2 Otkriće rendgenskih zraka

Poglavlje 2

2.1 Izvori rendgenskih zraka

2.2 Svojstva rendgenskih zraka

2.3 Registracija rendgenskih zraka

2.4 Upotreba rendgenskih zraka

Poglavlje 3

3.1 Analiza nesavršenosti kristalne strukture

3.2 Analiza spektra

Zaključak

Spisak korištenih izvora

Prijave

Uvod

Rijetka osoba nije prošla kroz rendgensku salu. Slike snimljene rendgenskim snimcima svima su poznate. Godine 1995. ovo otkriće je bilo staro 100 godina. Teško je zamisliti kakvo je veliko interesovanje izazvalo prije jednog stoljeća. Ispostavilo se da je u rukama čovjeka aparat pomoću kojeg je bilo moguće vidjeti nevidljivo.

Ovo nevidljivo zračenje, sposobno da prodre, doduše u različitom stepenu, u sve supstance, a to je elektromagnetno zračenje talasne dužine od oko 10-8 cm, nazvano je rendgenskim zračenjem, u čast Wilhelma Rentgena, koji ga je otkrio.

Poput vidljive svjetlosti, rendgenski zraci uzrokuju zacrnjenje fotografskog filma. Ova nekretnina je od velikog značaja za medicinu, industriju i naučna istraživanja. Prolazeći kroz predmet koji se proučava, a zatim padajući na film, rendgensko zračenje oslikava njegovu unutrašnju strukturu na njemu. Budući da je prodorna moć rendgenskog zračenja različita za različite materijale, dijelovi objekta koji su za njega manje transparentni daju svjetlije površine na fotografiji od onih kroz koje zračenje dobro prodire. Dakle, koštano tkivo je manje transparentno za rendgenske zrake od tkiva koje čine kožu i unutrašnje organe. Stoga će na rendgenskom snimku kosti biti označene kao svjetlije površine, a mjesto prijeloma, koje je manje prozirno za zračenje, može se vrlo lako otkriti. Rendgensko snimanje se također koristi u stomatologiji za otkrivanje karijesa i apscesa u korijenu zuba, kao i u industriji za otkrivanje pukotina u odljevcima, plastici i gumama, u hemiji za analizu spojeva i u fizici za proučavanje strukture kristala .

Rentgenovo otkriće pratili su eksperimenti drugih istraživača koji su otkrili mnoga nova svojstva i mogućnosti za korištenje ovog zračenja. Veliki doprinos dali su M. Laue, W. Friedrich i P. Knipping, koji su 1912. demonstrirali difrakciju rendgenskih zraka dok prolaze kroz kristal; W. Coolidge, koji je 1913. izumio rendgensku cijev visokog vakuuma sa zagrijanom katodom; G. Moseley, koji je 1913. uspostavio vezu između talasne dužine zračenja i atomskog broja elementa; G. i L. Braggi, koji su 1915. dobili Nobelovu nagradu za razvoj osnova analize rendgenske difrakcije.

Svrha ovog kursa je proučavanje fenomena rendgenskog zračenja, istorijat otkrića, svojstva i utvrđivanje obima njegove primjene.

Poglavlje 1

1.1 Biografija Roentgena Wilhelma Conrada

Wilhelm Conrad Roentgen rođen je 17. marta 1845. godine u pograničnom području Njemačke sa Holandijom, u gradu Lenepe. Tehničko obrazovanje stekao je u Cirihu na istoj Višoj tehničkoj školi (Polytechnic) gdje je kasnije studirao Ajnštajn. Strast prema fizici primorala ga je nakon što je završio školu 1866. da nastavi fizičko obrazovanje.

Godine 1868. odbranio je disertaciju za zvanje doktora filozofije, radio je kao asistent na Odsjeku za fiziku, prvo u Cirihu, zatim u Giesenu, a zatim u Strazburu (1874-1879) kod Kundta. Ovdje je Rentgen prošao dobru eksperimentalnu školu i postao prvoklasni eksperimentator. Roentgen je dio važnog istraživanja izveo sa svojim učenikom, jednim od osnivača sovjetske fizike, A.F. Ioffe.

Naučna istraživanja se odnose na elektromagnetizam, kristalnu fiziku, optiku, molekularnu fiziku.

1895. otkrio je zračenje s talasnom dužinom kraćom od talasne dužine ultraljubičastih zraka (X-zraka), kasnije nazvanih rendgenskim zracima, i istražio njihova svojstva: sposobnost reflektiranja, apsorpcije, jonizacije zraka itd. Predložio je ispravan dizajn cijevi za dobivanje rendgenskih zraka - nagnutu platinastu antikatodu i konkavnu katodu: on je prvi napravio fotografije pomoću rendgenskih zraka. On je 1885. godine otkrio magnetsko polje dielektrika koji se kreće u električnom polju (tzv. "rendgenska struja"). Njegovo iskustvo je jasno pokazalo da magnetsko polje stvaraju pokretni naboji i bilo je važno za stvaranje X. Lorentzovog elektronska teorija. Značajan broj Rentgenovih radova posvećen je proučavanju svojstava tečnosti, gasova, kristala, elektromagnetnih pojava, otkrio vezu između električnih i optičkih pojava u kristalima. Za otkriće zraka koje nose njegovo ime, Rentgen je 1901. bio je prvi među fizičarima koji je dobio Nobelovu nagradu.

Od 1900. do poslednjih dana života (umro 10. februara 1923.) radio je na Univerzitetu u Minhenu.

1.2 Otkriće rendgenskih zraka

Kraj 19. vijeka je obilježeno pojačanim interesovanjem za fenomene prolaska električne energije kroz gasove. Čak je i Faraday ozbiljno proučavao ove pojave, opisao različite oblike pražnjenja, otkrio tamni prostor u svjetlećem stupcu razrijeđenog plina. Faradejev tamni prostor razdvaja plavičasti, katodni sjaj od ružičastog, anodnog sjaja.

Dalje povećanje razrjeđivanja plina značajno mijenja prirodu sjaja. Matematičar Plücker (1801-1868) otkrio je 1859. godine, pri dovoljno jakom razrjeđivanju, slabo plavičasti snop zraka koji je izlazio iz katode, koji je dospio do anode i uzrokovao sjaj stakla cijevi. Plückerov učenik Gittorf (1824-1914) 1869. nastavio je istraživanje svog učitelja i pokazao da se na fluorescentnoj površini cijevi pojavljuje izrazita sjena ako se između katode i ove površine postavi čvrsto tijelo.

Goldstein (1850-1931), proučavajući svojstva zraka, nazvao ih je katodnim zracima (1876). Tri godine kasnije, William Crookes (1832-1919) dokazao je materijalnu prirodu katodnih zraka i nazvao ih "zračećom materijom" - supstancom u posebnom četvrtom stanju. Njegov dokaz je bio uvjerljiv i jasan. Eksperimenti sa "Crookesovom cijevi" su demonstrirani. kasnije u svim fizičkim učionicama . Skretanje katodnog snopa magnetnim poljem u Crookesovoj cijevi postalo je klasična školska demonstracija.

Međutim, eksperimenti o električnom otklonu katodnih zraka nisu bili tako uvjerljivi. Hertz nije otkrio takvo odstupanje i došao je do zaključka da je katodna zraka oscilatorni proces u eteru. Hercov učenik F. Lenard, eksperimentišući sa katodnim zrakama, pokazao je 1893. da one prolaze kroz prozor prekriven aluminijumskom folijom i izazivaju sjaj u prostoru iza prozora. Hertz je svoj posljednji članak, objavljen 1892. godine, posvetio fenomenu prolaska katodnih zraka kroz tanka metalna tijela, a počeo je riječima:

“Katodne zrake se razlikuju od svjetlosti na značajan način u smislu njihove sposobnosti da prodiru u čvrste tvari.” Opisujući rezultate eksperimenata na prolasku katodnih zraka kroz listove zlata, srebra, platine, aluminija itd., Hertz napominje da nije uočiti posebne razlike u fenomenima Zraci ne prolaze kroz listove pravolinijski, već se raspršuju difrakcijom. Priroda katodnih zraka još je bila nejasna.

S takvim cijevima Crookesa, Lenarda i drugih eksperimentirao je krajem 1895. würzburški profesor Wilhelm Konrad Roentgen. Jednom, nakon završetka eksperimenta, zatvorio je cijev crnim kartonskim poklopcem, ugasio svjetlo, ali nije isključio induktor koji je napajao cev, primetio je sjaj ekrana od barijum cijanogena koji se nalazi u blizini cevi. Pogođen ovom okolnošću, Rentgen je počeo da eksperimentiše sa ekranom. U svom prvom izvještaju "O novoj vrsti zraka" od 28. decembra 1895. o ovim prvim eksperimentima pisao je: "Komče papira obloženog barijum-platin-cijanidom, kada se približio cijevi, zatvoren je tankim crnim kartonskim poklopcem koji dovoljno dobro pristaje uz njega, sa svakim pražnjenjem bljesne jarkim svjetlom: počinje fluorescirati. Fluorescencija je vidljiva uz dovoljno zatamnjenja i ne zavisi od toga da li papir donosimo sa bočne strane obložene barijum sinerogenom ili nije premazana barijum sinerogenom. Fluorescencija je uočljiva čak i na udaljenosti od dva metra od cijevi.”

Pažljivo ispitivanje je pokazalo Rentgenu "da je crni karton, koji nije proziran ni za vidljive i ultraljubičaste zrake sunca, ni za zrake električnog luka, prožet nekom vrstom fluorescentnog sredstva." Rentgen je istraživao prodornu moć ovog "agensa" , koje je za kratkoću nazvao "rendgenskim zracima", za razne supstance.Utvrdio je da zraci slobodno prolaze kroz papir, drvo, ebonit, tanke slojeve metala, ali ih snažno odlaže olovo.

Zatim opisuje senzacionalno iskustvo:

“Ako držite ruku između cijevi za pražnjenje i ekrana, možete vidjeti tamne sjene kostiju u slabim obrisima sjene same ruke.” Ovo je bio prvi rendgenski pregled ljudskog tijela.

Ovi snimci su ostavili ogroman utisak; otkriće još nije bilo završeno, a rendgenska dijagnostika je već započela svoj put. "Moja laboratorija je bila preplavljena doktorima koji su dovodili pacijente koji su sumnjali da imaju igle u različitim dijelovima tijela", napisao je engleski fizičar Šuster.

Već nakon prvih eksperimenata, Roentgen je čvrsto utvrdio da se rendgenski zraci razlikuju od katodnih, ne nose naboj i ne odbijaju ih magnetsko polje, ali ih pobuđuju katodni zraci. "Rentgensko zračenje nije identično katodnom zrake, ali ih pobuđuju u staklenim stijenkama cijevi za pražnjenje”, napisao je Roentgen.

Takođe je ustanovio da su uzbuđeni ne samo u staklu, već i u metalima.

Spominjući Hertz-Lenardovu hipotezu da su katodne zrake “fenomen koji se javlja u eteru”, Roentgen ističe da “možemo reći nešto slično o našim zracima”. Međutim, nije uspio da otkrije valna svojstva zraka, one se "ponašaju drugačije od do sada poznatih ultraljubičastih, vidljivih, infracrvenih zraka." Po svom hemijskom i luminiscentnom djelovanju, oni su, prema Rentgenu, slični ultraljubičastim zracima. U prvom poruku, on je izneo pretpostavku ostavljenu kasnije da to mogu biti longitudinalni talasi u etru.

Rentgenovo otkriće izazvalo je veliko interesovanje u naučnom svetu. Njegovi eksperimenti su ponovljeni u gotovo svim laboratorijima u svijetu. U Moskvi ih je ponovio P.N. Lebedev. U Sankt Peterburgu, izumitelj radija A.S. Popov je eksperimentisao sa rendgenskim zracima, demonstrirao ih na javnim predavanjima, primajući razne rendgenske snimke. U Kembridžu D.D. Thomson je odmah primijenio jonizujući efekat rendgenskih zraka kako bi proučio prolaz električne energije kroz plinove. Njegovo istraživanje dovelo je do otkrića elektrona.

Poglavlje 2

Rentgensko zračenje - elektromagnetno jonizujuće zračenje, koje zauzima područje spektra između gama i ultraljubičastog zračenja u talasnim dužinama od 10 -4 do 10 3 (od 10 -12 do 10 -5 cm).R. l. sa talasnom dužinom λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - mekano.

2.1 Izvori rendgenskih zraka

Najčešći izvor rendgenskih zraka je rendgenska cijev. - elektrovakuum uređaj služi kao izvor rendgenskih zraka. Takvo zračenje nastaje kada se elektroni koje emituje katoda usporavaju i udare u anodu (antikatodu); u ovom slučaju, energija elektrona ubrzana jakim električnim poljem u prostoru između anode i katode se djelimično pretvara u energiju X zraka. Zračenje rendgenske cijevi je superpozicija rendgenskog kočnog zračenja na karakteristično zračenje anodnog materijala. Rentgenske cijevi razlikuju se: prema načinu dobivanja protoka elektrona - sa termoionskom (zagrijanom) katodom, emisionom poljem (šiljatom) katodom, katodom bombardiranom pozitivnim jonima i sa radioaktivnim (β) izvorom elektrona; prema načinu usisavanja - zatvoreno, sklopivo; prema vremenu zračenja - kontinuirano djelovanje, impulsno; prema vrsti anodnog hlađenja - vodenim, uljnim, vazdušnim, radijacionim hlađenjem; prema veličini fokusa (oblast zračenja na anodi) - makrofokus, oštar fokus i mikrofokus; prema obliku - prstenasto, okruglo, rebrasto; prema metodi fokusiranja elektrona na anodu - sa elektrostatičkim, magnetskim, elektromagnetnim fokusiranjem.

Rendgenske cijevi se koriste u rendgenskoj strukturnoj analizi (Dodatak 1), rendgenska spektralna analiza, detekcija grešaka (Prilog 1), rendgenska dijagnostika (Dodatak 1), radioterapija , rendgenska mikroskopija i mikroradiografiju. Zapečaćene rendgenske cijevi sa termoionskom katodom, vodom hlađenom anodom i elektrostatičkim sistemom fokusiranja elektrona najčešće se koriste u svim područjima (Dodatak 2). Termionička katoda rendgenskih cijevi je obično spiralna ili ravna niti od volframove žice koja se zagrijava električnom strujom. Radni dio anode - metalna zrcalna površina - nalazi se okomito ili pod nekim kutom na tok elektrona. Za dobijanje kontinuiranog spektra rendgenskog zračenja visokih energija i intenziteta koriste se anode od Au, W; U strukturnoj analizi koriste se rendgenske cijevi sa Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag anodama.

Glavne karakteristike rendgenskih cijevi su maksimalni dozvoljeni napon ubrzanja (1-500 kV), elektronska struja (0,01 mA - 1A), specifična snaga raspršena anodom (10-10 4 W / mm 2), ukupna potrošnja energije (0,002 W - 60 kW) i veličine fokusa (1 µm - 10 mm). Efikasnost rendgenske cijevi je 0,1-3%.

Neki radioaktivni izotopi mogu poslužiti i kao izvori rendgenskih zraka. : neki od njih direktno emituju X-zrake, nuklearno zračenje drugih (elektrona ili λ-čestica) bombarduju metalnu metu, koja emituje X-zrake. Intenzitet rendgenskog zračenja izotopskih izvora je nekoliko redova veličine manji od intenziteta zračenja rendgenske cijevi, ali su dimenzije, težina i cijena izvora izotopa neuporedivo manji od onih s rendgenskom cijevi.

Sinhrotroni i prstenovi za skladištenje elektrona sa energijama od nekoliko GeV mogu poslužiti kao izvori mekih X-zraka sa λ reda desetina i stotina. Po intenzitetu, rendgensko zračenje sinhrotrona premašuje zračenje rendgenske cijevi u navedenom području spektra za 2-3 reda veličine.

Prirodni izvori rendgenskih zraka - Sunce i drugi svemirski objekti.

2.2 Svojstva rendgenskih zraka

U zavisnosti od mehanizma nastanka rendgenskih zraka, njihovi spektri mogu biti kontinuirani (kočni) ili linijski (karakteristični). Kontinuirani rendgenski spektar emituju brzo nabijene čestice kao rezultat njihovog usporavanja pri interakciji sa ciljnim atomima; ovaj spektar dostiže značajan intenzitet samo kada se meta bombarduje elektronima. Intenzitet kočnog rendgenskog zračenja je raspoređen na svim frekvencijama do visokofrekventne granice 0 , na kojoj je energija fotona h 0 (h je Plankova konstanta ) jednaka je energiji eV bombardirajućih elektrona (e je naelektrisanje elektrona, V je razlika potencijala ubrzanog polja koje prolaze pored njih). Ova frekvencija odgovara kratkotalasnoj ivici spektra 0 = hc/eV (c je brzina svetlosti).

Linijsko zračenje nastaje nakon jonizacije atoma sa izbacivanjem elektrona iz jedne od njegovih unutrašnjih ljuski. Takva jonizacija može biti rezultat sudara atoma sa brzom česticom, kao što je elektron (primarni rendgenski zraci), ili apsorpcije fotona od strane atoma (fluorescentno rendgensko zračenje). Jonizovani atom se nalazi u početnom kvantnom stanju na jednom od visokih energetskih nivoa i nakon 10 -16 -10 -15 sekundi prelazi u konačno stanje sa nižom energijom. U ovom slučaju, atom može emitovati višak energije u obliku fotona određene frekvencije. Frekvencije linija spektra takvog zračenja karakteristične su za atome svakog elementa, pa se linijski rendgenski spektar naziva karakterističnim. Ovisnost linijske frekvencije ovog spektra od atomskog broja Z određena je Moseleyjevim zakonom.

Moseleyjev zakon, zakon koji povezuje frekvenciju spektralnih linija karakteristične rendgenske emisije hemijskog elementa sa njegovim serijskim brojem. G. Moseley eksperimentalno instaliran 1913. Prema Moseleyjevom zakonu, kvadratni korijen frekvencije  spektralne linije karakterističnog zračenja elementa je linearna funkcija njegovog serijskog broja Z:

gdje je R Rydbergova konstanta , S n - konstanta skrininga, n - glavni kvantni broj. Na Moseley dijagramu (Dodatak 3), zavisnost od Z je niz pravih linija (K-, L-, M- itd. serije koje odgovaraju vrijednostima n = 1, 2, 3,.).

Moseleyjev zakon je bio nepobitan dokaz ispravnog postavljanja elemenata u periodni sistem elemenata DI. Mendeljejeva i pridonio rasvjetljavanju fizičkog značenja Z.

U skladu sa Moseleyjevim zakonom, rendgenski karakteristični spektri ne pokazuju periodične obrasce svojstvene optičkim spektrima. Ovo ukazuje da unutrašnje elektronske ljuske atoma svih elemenata koji se pojavljuju u karakterističnim rendgenskim spektrima imaju sličnu strukturu.

Kasniji eksperimenti su otkrili neka odstupanja od linearne zavisnosti za prelazne grupe elemenata, povezana sa promenom redosleda punjenja spoljašnjih elektronskih omotača, kao i za teške atome, koja se javljaju kao rezultat relativističkih efekata (uslovno objašnjenih činjenica da su brzine unutrašnjih uporedive sa brzinom svjetlosti).

Ovisno o brojnim faktorima - o broju nukleona u jezgru (izotonični pomak), stanju vanjskih elektronskih ljuski (hemijski pomak), itd. - položaj spektralnih linija na Moseley dijagramu može se donekle promijeniti. Proučavanje ovih pomaka omogućava dobijanje detaljnih informacija o atomu.

Rendgensko zračenje kočnog zračenja koje emituju veoma tanke mete potpuno su polarizovane blizu 0; kako 0 opada, stepen polarizacije opada. Karakteristično zračenje, po pravilu, nije polarizovano.

Kada rendgenski zraci stupaju u interakciju sa materijom, može doći do fotoelektričnog efekta. , prateći njegovu apsorpciju rendgenskih zraka i njihovo raspršivanje, fotoelektrični efekat se opaža kada atom, apsorbirajući foton rendgenskog zraka, izbacuje jedan od svojih unutrašnjih elektrona, nakon čega može ili napraviti radijacijski prijelaz, emitujući foton karakterističnog zračenja, ili izbaciti drugi elektron tokom neradijativne tranzicije (Auger elektron). Pod djelovanjem rendgenskih zraka na nemetalne kristale (na primjer, na kamenu sol), ioni s dodatnim pozitivnim nabojem pojavljuju se u nekim čvorovima atomske rešetke, a višak elektrona se pojavljuje u njihovoj blizini. Takvi poremećaji u strukturi kristala nazivaju se rendgenskim ekscitonima , su centri boja i nestaju tek sa značajnim porastom temperature.

Kada X-zrake prođu kroz sloj tvari debljine x, njihov početni intenzitet I 0 opada na vrijednost I = I 0 e - μ x gdje je μ koeficijent slabljenja. Slabljenje I nastaje zbog dva procesa: apsorpcije rendgenskih fotona materijom i promjene njihovog smjera nakon raspršivanja. U dugovalnom području spektra dominira apsorpcija rendgenskih zraka, au kratkovalnom području njihovo raspršivanje. Stepen apsorpcije se brzo povećava sa povećanjem Z i λ. Na primjer, tvrdi rendgenski zraci slobodno prodiru kroz sloj zraka ~ 10 cm; aluminijumska ploča debljine 3 cm slabi rendgenske zrake sa λ = 0,027 upola; meki rendgenski zraci se značajno apsorbuju u vazduhu i njihovo korišćenje i proučavanje moguće je samo u vakuumu ili u gasu koji slabo apsorbuje (na primer He). Kada se X-zraci apsorbuju, atomi supstance se joniziraju.

Utjecaj rendgenskih zraka na žive organizme može biti koristan ili štetan, ovisno o jonizaciji koju uzrokuju u tkivima. Pošto apsorpcija rendgenskih zraka zavisi od λ, njihov intenzitet ne može poslužiti kao mjera biološkog efekta rendgenskih zraka. Mjerenja rendgenskih zraka koriste se za mjerenje uticaja rendgenskih zraka na materiju. , jedinica mjere je rendgen

Rasipanje rendgenskih zraka u području velikih Z i λ događa se uglavnom bez promjene λ i naziva se koherentno rasejanje, dok se u području malih Z i λ po pravilu povećava (nekoherentno rasejanje). Postoje 2 vrste nekoherentnog raspršenja rendgenskih zraka - Compton i Raman. U Comptonovom rasejanju, koje ima karakter neelastičnog korpuskularnog rasejanja, elektron trzanja izleti iz atomske ljuske zbog energije koju delimično gubi foton X zraka. U tom slučaju energija fotona se smanjuje i njegov smjer se mijenja; promjena λ zavisi od ugla raspršenja. Prilikom Ramanskog raspršenja visokoenergetskog rendgenskog fotona svjetlosnim atomom, mali dio njegove energije troši se na jonizaciju atoma i smjer kretanja fotona se mijenja. Promjena takvih fotona ne zavisi od ugla raspršenja.

Indeks prelamanja n za x-zrake razlikuje se od 1 za vrlo mali iznos δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 . Fazna brzina rendgenskih zraka u mediju je veća od brzine svjetlosti u vakuumu. Devijacija rendgenskih zraka pri prelasku iz jednog medija u drugi je vrlo mala (nekoliko lučnih minuta). Kada rendgenske zrake padaju iz vakuuma na površinu tijela pod vrlo malim uglom, dolazi do njihove totalne vanjske refleksije.

2.3 Registracija rendgenskih zraka

Ljudsko oko nije osjetljivo na rendgenske zrake. rendgenski snimak

zraci se snimaju pomoću posebnog rendgenskog filma koji sadrži povećanu količinu Ag, Br. U regionu λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, osjetljivost običnog pozitivnog filma je prilično visoka, a njegova zrna su mnogo manja od zrna rendgenskog filma, što povećava rezoluciju. Na λ reda desetina i stotina, rendgenski zraci djeluju samo na najtanji površinski sloj fotografske emulzije; kako bi se povećala osjetljivost filma, senzibilizira se luminiscentnim uljima. U rendgenskoj dijagnostici i detekciji kvarova, elektrofotografija se ponekad koristi za snimanje rendgenskih zraka. (elektroradiografija).

Rendgenski zraci visokog intenziteta mogu se snimiti pomoću jonizacijske komore (Dodatak 4), X-zrake srednjeg i niskog intenziteta na λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком sa NaI (Tl) kristalom (Dodatak 5), na 0,5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (Prilog 6) i zalemljeni proporcionalni brojač (Dodatak 7), na 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (Dodatak 8). U području vrlo velikih λ (od desetina do 1000) za snimanje X-zraka mogu se koristiti otvoreni množitelji sekundarnih elektrona sa različitim fotokatodama na ulazu.

2.4 Upotreba rendgenskih zraka

X-zrake se najčešće koriste u medicini za rendgensku dijagnostiku. i radioterapija . Rendgenska detekcija grešaka je važna za mnoge grane tehnologije. , na primjer, za otkrivanje unutarnjih nedostataka u odljevcima (ljuske, inkluzije šljake), pukotina na šinama, nedostataka u zavarenim spojevima.

Analiza rendgenske strukture omogućava vam da uspostavite prostorni raspored atoma u kristalnoj rešetki minerala i jedinjenja, u neorganskim i organskim molekulima. Na osnovu brojnih atomskih struktura koje su već dešifrovane, može se riješiti i inverzni problem: prema rendgenskom uzorku polikristalna tvar, na primjer legirani čelik, legura, ruda, lunarno tlo, može se ustanoviti kristalni sastav ove tvari, tj. izvršena je fazna analiza. Brojne primjene R. l. radiografija materijala se koristi za proučavanje svojstava čvrstih materija .

Rentgenska mikroskopija omogućava, na primjer, da se dobije slika ćelije, mikroorganizma, da se vidi njihova unutrašnja struktura. rendgenska spektroskopija koristeći rendgenske spektre, proučava distribuciju gustine elektronskih stanja po energijama u različitim supstancama, istražuje prirodu hemijske veze i pronalazi efektivni naboj jona u čvrstim materijama i molekulima. Spektralna X-Ray analiza po položaju i intenzitetu linija karakterističnog spektra omogućava određivanje kvalitativnog i kvantitativnog sastava tvari i koristi se za ekspresno ispitivanje sastava materijala bez razaranja u metalurškim i cementnim tvornicama, prerađivačkim postrojenjima. Prilikom automatizacije ovih preduzeća, kao senzori za sastav supstance koriste se rendgenski spektrometri i kvantometri.

X-zrake koje dolaze iz svemira nose informacije o hemijskom sastavu kosmičkih tijela i o fizičkim procesima koji se odvijaju u svemiru. Rentgenska astronomija se bavi proučavanjem kosmičkih rendgenskih zraka . Snažni rendgenski zraci se koriste u radijacijskoj hemiji da stimuliraju određene reakcije, polimerizaciju materijala i pucanje organskih tvari. X-zrake se koriste i za otkrivanje antičkih slika skrivenih ispod sloja kasnog slikarstva, u prehrambenoj industriji za otkrivanje stranih predmeta koji su slučajno dospjeli u prehrambene proizvode, u forenzici, arheologiji itd.

Poglavlje 3

Jedan od glavnih zadataka analize rendgenske difrakcije je određivanje stvarnog ili faznog sastava materijala. Metoda rendgenske difrakcije je direktna i odlikuje se visokom pouzdanošću, brzinom i relativnom jeftinošću. Metoda ne zahtijeva veliku količinu tvari, analiza se može izvesti bez uništavanja dijela. Područja primjene kvalitativne fazne analize su veoma raznolika kako za naučna istraživanja tako i za kontrolu u proizvodnji. Možete provjeriti sastav sirovina metalurške proizvodnje, proizvode sinteze, preradu, rezultat faznih promjena tokom termičke i hemijsko-termalne obrade, analizirati različite premaze, tanke filmove itd.

Svaku fazu, koja ima svoju kristalnu strukturu, karakterizira određeni skup diskretnih vrijednosti međuplanarnih udaljenosti d/n od maksimuma i ispod, svojstvenih samo ovoj fazi. Kao što slijedi iz Wulf-Braggove jednačine, svaka vrijednost međuplanarne udaljenosti odgovara liniji na rendgenskom uzorku iz polikristalnog uzorka pod određenim uglom θ (pri datoj vrijednosti talasne dužine λ). Dakle, određeni sistem linija (difrakcijski maksimumi) će odgovarati određenom skupu međuplanarnih udaljenosti za svaku fazu u dijagramu difrakcije rendgenskih zraka. Relativni intenzitet ovih linija u rendgenskom uzorku zavisi prvenstveno od strukture faze. Dakle, određivanjem lokacije linija na radiografiji (njegov ugao θ) i poznavanjem talasne dužine zračenja na kojoj je rendgenski snimak snimljen, moguće je odrediti vrednosti međuplanarne udaljenosti d/n pomoću Wulfove - Braggova formula:

/n = λ/ (2sin θ). (jedan)

Određivanjem skupa d/n za materijal koji se proučava i upoređivanjem sa prethodno poznatim d/n podacima za čiste supstance, njihova različita jedinjenja, moguće je utvrditi koju fazu dati materijal sadrži. Treba naglasiti da se određuju faze, a ne hemijski sastav, ali se potonji ponekad može zaključiti ako postoje dodatni podaci o elementarnom sastavu određene faze. Zadatak kvalitativne fazne analize uvelike je olakšan ako je poznat hemijski sastav materijala koji se proučava, jer je tada moguće napraviti preliminarne pretpostavke o mogućim fazama u ovom slučaju.

Ključ za faznu analizu je precizno mjerenje d/n i intenziteta linije. Iako je to u principu lakše postići korištenjem difraktometra, fotometoda za kvalitativnu analizu ima neke prednosti, prvenstveno u smislu osjetljivosti (mogućnost detekcije prisustva male količine faze u uzorku), kao i jednostavnosti analize. eksperimentalnu tehniku.

Izračunavanje d/n iz rendgenskog uzorka vrši se pomoću Wulf-Braggove jednačine.

Kao vrijednost λ u ovoj jednadžbi, obično se koristi λ α cf K-serija:

λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)

Ponekad se koristi linija K α1. Određivanje uglova difrakcije θ za sve rendgenske linije omogućava vam da izračunate d/n prema jednačini (1) i odvojite β-linije (ako nije bilo filtera za (β-zrake).

3.1 Analiza nesavršenosti kristalne strukture

Svi pravi monokristalni, a još više polikristalni materijali sadrže određene strukturne nesavršenosti (tačkaste defekte, dislokacije, različite vrste interfejsa, mikro- i makronaprezanja), koje imaju veoma snažan uticaj na sva strukturno osetljiva svojstva i procese.

Strukturne nesavršenosti uzrokuju izobličenja kristalne rešetke različite prirode i, kao rezultat toga, različite vrste promjena u difrakcijskom uzorku: promjena međuatomskih i interplanarnih udaljenosti uzrokuje pomak difrakcijskih maksimuma, mikronaprezanja i disperznost podstrukture dovode do širenja difrakcijskih maksimuma, mikrodistorzije rešetke - do promjene intenziteta ovih maksimuma, prisutnost dislokacija uzrokuje anomalne pojave pri prolasku rendgenskih zraka i, posljedično, lokalne kontrastne nehomogenosti na rendgenskim topogramima itd.

Kao rezultat toga, analiza difrakcije rendgenskih zraka jedna je od najinformativnijih metoda za proučavanje strukturnih nesavršenosti, njihove vrste i koncentracije, te prirode njihove distribucije.

Tradicionalna direktna metoda difrakcije rendgenskih zraka, koja se primjenjuje na stacionarnim difraktometrima, zbog svojih konstrukcijskih karakteristika, omogućava kvantitativno određivanje napona i deformacija samo na malim uzorcima izrezanim iz dijelova ili predmeta.

Stoga, trenutno postoji prijelaz sa stacionarnih na prijenosne rendgenske difraktometre male veličine, koji daju procjenu naprezanja u materijalu dijelova ili predmeta bez razaranja u fazama njihove proizvodnje i rada.

Prijenosni rendgenski difraktometri serije DRP * 1 omogućavaju kontrolu zaostalih i efektivnih napona u velikim dijelovima, proizvodima i strukturama bez razaranja

Program u Windows okruženju omogućava ne samo određivanje napona metodom "sin 2 ψ" u realnom vremenu, već i praćenje promjene faznog sastava i teksture. Linearni koordinatni detektor omogućava istovremenu registraciju pri uglovima difrakcije 2θ = 43°. rendgenske cijevi male veličine tipa "Fox" velike svjetline i male snage (5 W) osiguravaju radiološka sigurnost uređaja, u kojima je na udaljenosti od 25 cm od ozračenog područja nivo zračenja jednak prirodni nivo pozadine. Uređaji serije DRP se koriste za određivanje napona u različitim fazama oblikovanja metala, rezanja, brušenja, termičke obrade, zavarivanja, površinskog kaljenja u cilju optimizacije ovih tehnoloških operacija. Kontrola pada nivoa indukovanih zaostalih tlačnih napona u posebno kritičnim proizvodima i konstrukcijama u toku njihovog rada omogućava stavljanje proizvoda van upotrebe pre njegovog uništenja, sprečavajući moguće nesreće i katastrofe.

3.2 Analiza spektra

Uz određivanje atomske kristalne strukture i faznog sastava materijala, za njegovu potpunu karakterizaciju, obavezno je određivanje njegovog hemijskog sastava.

U te svrhe u praksi se sve više koriste različite takozvane instrumentalne metode spektralne analize. Svaki od njih ima svoje prednosti i primjenu.

Jedan od važnih zahtjeva u mnogim slučajevima je da korištena metoda osigurava sigurnost analiziranog objekta; Upravo o ovim metodama analize govori se u ovom odeljku. Sljedeći kriterij prema kojem su odabrane metode analize opisane u ovom dijelu je njihov lokalitet.

Metoda fluorescentne rendgenske spektralne analize zasniva se na prodiranju prilično tvrdog rendgenskog zračenja (iz rendgenske cijevi) u analizirani objekt, prodirući u sloj debljine reda nekoliko mikrometara. Karakteristično rendgensko zračenje koje nastaje u ovom slučaju u objektu omogućava da se dobiju prosječni podaci o njegovom kemijskom sastavu.

Za određivanje elementarnog sastava tvari može se koristiti analiza karakterističnog rendgenskog spektra uzorka postavljenog na anodu rendgenske cijevi i podvrgnutog bombardiranju elektronima - emisiona metoda ili analiza spektra sekundarnog (fluorescentnog) rendgenskog zračenja uzorka koji je podvrgnut zračenju tvrdim rendgenskim zracima iz rendgenske cijevi ili drugog izvora - fluorescentna metoda.

Nedostatak emisione metode je, prvo, potreba da se uzorak postavi na anodu rendgenske cijevi, nakon čega slijedi evakuacija vakuum pumpama; očito, ova metoda nije pogodna za topljive i isparljive tvari. Drugi nedostatak je povezan s činjenicom da su čak i vatrostalni objekti oštećeni bombardiranjem elektrona. Fluorescentna metoda nema ovih nedostataka i stoga ima mnogo širu primjenu. Prednost fluorescentne metode je i odsustvo kočnog zračenja, što poboljšava osjetljivost analize. Poređenje izmerenih talasnih dužina sa tabelama spektralnih linija hemijskih elemenata je osnova kvalitativne analize, a relativni intenziteti spektralnih linija različitih elemenata koji čine supstancu uzorka čine osnovu kvantitativne analize. Iz razmatranja mehanizma pobuđivanja karakterističnog rendgenskog zračenja, jasno je da zračenja jedne ili druge serije (K ili L, M, itd.) nastaju istovremeno, a odnos intenziteta linija unutar serije je uvijek konstantan. Stoga se prisutnost ovog ili onog elementa utvrđuje ne pojedinačnim linijama, već nizom linija u cjelini (osim onih najslabijih, uzimajući u obzir sadržaj ovog elementa). Za relativno lake elemente koristi se analiza linija K-serije, a za teške elemente linije L-serije; pod različitim uslovima (u zavisnosti od opreme koja se koristi i od analiziranih elemenata), različita područja karakterističnog spektra mogu biti najpogodnija.

Glavne karakteristike rendgenske spektralne analize su sljedeće.

Jednostavnost rendgenskih karakterističnih spektra čak i za teške elemente (u poređenju sa optičkim spektrima), što pojednostavljuje analizu (mali broj linija; sličnost u njihovom međusobnom rasporedu; sa povećanjem serijskog broja, redovno pomeranje spektra na javlja se kratkotalasna oblast; komparativna jednostavnost kvantitativne analize).

Nezavisnost valnih dužina od stanja atoma analiziranog elementa (slobodnog ili u hemijskom spoju). To je zbog činjenice da je pojava karakterističnog rendgenskog zračenja povezana s pobudom unutrašnjih elektronskih nivoa, koji se u većini slučajeva praktički ne mijenjaju sa stupnjem jonizacije atoma.

Mogućnost razdvajanja u analizi rijetkih zemalja i nekih drugih elemenata koji imaju male razlike u spektrima u optičkom opsegu zbog sličnosti elektronske strukture vanjskih ljuski i vrlo se malo razlikuju po svojim hemijskim svojstvima.

Fluorescentna spektroskopija X zraka je "nedestruktivna", pa ima prednost u odnosu na konvencionalnu optičku spektroskopiju kada se analiziraju tanki uzorci - tanki metalni lim, folija itd.

Rendgenski fluorescentni spektrometri, među njima i višekanalni spektrometri ili kvantometri, koji omogućavaju ekspresnu kvantitativnu analizu elemenata (od Na ili Mg do U) sa greškom manjom od 1% utvrđene vrijednosti, pragom osjetljivosti od 10 -3 ... 10 -4% .

rendgenski snop

Metode za određivanje spektralnog sastava rendgenskih zraka

Spektrometri se dijele na dva tipa: kristalno difrakcijski i bezkristalni.

Razlaganje rendgenskih zraka u spektar korištenjem prirodne difrakcijske rešetke - kristala - u suštini je slično dobivanju spektra običnih svjetlosnih zraka korištenjem umjetne difrakcijske rešetke u obliku periodičnih poteza na staklu. Uslov za formiranje difrakcionog maksimuma može se zapisati kao uslov "refleksije" od sistema paralelnih atomskih ravni razdvojenih rastojanjem d hkl .

Prilikom kvalitativne analize, prisustvo elementa u uzorku može se suditi po jednoj liniji - obično najintenzivnijoj liniji spektralnog niza pogodnoj za dati kristal analizatora. Rezolucija spektrometara kristalne difrakcije dovoljna je da odvoji karakteristične linije čak i elemenata koji su susedni na poziciji u periodnom sistemu. Međutim, potrebno je uzeti u obzir i nametanje različitih linija različitih elemenata, kao i nametanje refleksija različitih redova. Ovu okolnost treba uzeti u obzir pri odabiru analitičkih linija. Istovremeno, potrebno je iskoristiti mogućnosti poboljšanja rezolucije instrumenta.

Zaključak

Dakle, rendgenski zraci su nevidljivo elektromagnetno zračenje sa talasnom dužinom od 10 5 - 10 2 nm. X-zrake mogu prodrijeti u neke materijale koji su neprozirni za vidljivu svjetlost. Emituju se prilikom usporavanja brzih elektrona u materiji (neprekidni spektar) i tokom prelaza elektrona sa spoljašnjih elektronskih omotača atoma na unutrašnje (linearni spektar). Izvori rendgenskog zračenja su: rendgenska cijev, neki radioaktivni izotopi, akceleratori i akumulatori elektrona (sinhrotronsko zračenje). Prijemnici - film, luminescentni ekrani, detektori nuklearnog zračenja. X-zrake se koriste u analizi difrakcije rendgenskih zraka, medicini, detekciji mana, rendgenskoj spektralnoj analizi itd.

Uzimajući u obzir pozitivne aspekte otkrića V. Roentgena, potrebno je ukazati na njegovo štetno biološko djelovanje. Pokazalo se da rendgenski zraci mogu izazvati nešto poput jakih opekotina od sunca (eritema), praćenih, međutim, dubljim i trajnijim oštećenjem kože. Čirevi koji se pojavljuju često se pretvaraju u rak. U mnogim slučajevima, prsti ili šake su morali biti amputirani. Bilo je i smrtnih slučajeva.

Utvrđeno je da se oštećenje kože može izbjeći smanjenjem vremena izlaganja i doze, korištenjem zaštite (npr. olovo) i daljinskih upravljača. Ali postepeno su otkriveni drugi, dugoročniji efekti izlaganja rendgenskim zracima, koji su potom potvrđeni i proučavani na eksperimentalnim životinjama. Efekti rendgenskih zraka i drugih jonizujućih zračenja (kao što su gama zraci koje emituju radioaktivni materijali) uključuju:

) privremene promjene u sastavu krvi nakon relativno male ekspozicije;

) nepovratne promjene u sastavu krvi (hemolitička anemija) nakon dužeg prekomjernog izlaganja;

) povećanje incidencije raka (uključujući leukemiju);

) brže starenje i ranu smrt;

) pojava katarakte.

Biološki uticaj rendgenskih zraka na ljudski organizam određen je nivoom doze zračenja, kao i time koji je organ tijela bio izložen zračenju.

Akumulacija znanja o uticaju rendgenskog zračenja na ljudski organizam dovela je do razvoja nacionalnih i međunarodnih standarda za dozvoljene doze zračenja, objavljenih u različitim referentnim knjigama.

Da bi se izbjeglo štetno djelovanje rendgenskih zraka, koriste se metode kontrole:

) dostupnost adekvatne opreme,

) praćenje poštivanja sigurnosnih propisa,

) pravilnu upotrebu opreme.

Spisak korištenih izvora

1) Blokhin M.A., Fizika X-zraka, 2. izd., M., 1957;

) Blokhin M.A., Metode rendgenskih spektralnih studija, M., 1959;

) X-zrake. Sat. ed. M.A. Blokhin, trans. s njim. i engleski, M., 1960;

) Kharaja F., Opšti kurs rendgenskog inženjerstva, 3. izd., M. - L., 1966;

) Mirkin L.I., Priručnik za analizu rendgenske difrakcije polikristala, M., 1961;

) Weinstein E.E., Kakhana M.M., Referentne tablice za rendgensku spektroskopiju, M., 1953.

) Rentgenska i elektronsko-optička analiza. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Dodatak za univerzitete. - 4. izd. Dodati. I prerađivač. - M.: "MISiS", 2002. - 360 str.

Prijave

Prilog 1

Opšti pogled na rendgenske cijevi

Dodatak 2

Shema rendgenske cijevi za strukturnu analizu

Šema rendgenske cijevi za strukturnu analizu: 1 - metalno anodno staklo (obično uzemljeno); 2 - prozori od berilija za izlaz rendgenskih zraka; 3 - termionska katoda; 4 - staklena sijalica, koja izoluje anodni dio cijevi od katode; 5 - katodni terminali, na koje se primjenjuje napon žarne niti, kao i visoki (u odnosu na anodu) napon; 6 - elektrostatički sistem za fokusiranje elektrona; 7 - anoda (antikatoda); 8 - grane za ulaz i izlaz tekuće vode koja hladi anodno staklo.

Aneks 3

Moseley dijagram

Moseley dijagram za K-, L- i M-seriju karakterističnih rendgenskih zraka. Apscisa prikazuje serijski broj elementa Z, ordinata - ( With je brzina svetlosti).

Dodatak 4

Jonizaciona komora.

Fig.1. Presjek cilindrične jonizacijske komore: 1 - cilindrično tijelo komore, koje služi kao negativna elektroda; 2 - cilindrična šipka koja služi kao pozitivna elektroda; 3 - izolatori.

Rice. 2. Šema uključivanja strujne jonizacijske komore: V - napon na elektrodama komore; G je galvanometar koji mjeri jonizacionu struju.

Rice. 3. Strujno-naponska karakteristika jonizacijske komore.

Rice. 4. Šema uključivanja pulsne jonizacione komore: C - kapacitet sabirne elektrode; R je otpor.

Aneks 5

Scintilacioni brojač.

Šema scintilacionog brojača: svjetlosni kvanti (fotoni) "izbijaju" elektrone sa fotokatode; krećući se od dinoda do dinoda, lavina elektrona se umnožava.

Dodatak 6

Geiger-Muller brojač.

Rice. 1. Šema staklenog Geiger-Muller brojača: 1 - hermetički zatvorena staklena cijev; 2 - katoda (tanki sloj bakra na cijevi od nehrđajućeg čelika); 3 - izlaz katode; 4 - anoda (tanka rastegnuta nit).

Rice. 2. Šema uključivanja Geiger-Muller brojača.

Rice. 3. Karakteristika brojanja Geiger-Muller brojača.

Dodatak 7

proporcionalni brojač.

Šema proporcionalnog brojača: a - oblast drifta elektrona; b - područje pojačanja plina.

Aneks 8

Poluprovodnički detektori

Poluvodički detektori; osjetljivo područje je istaknuto šrafiranjem; n - oblast poluprovodnika sa elektronskom provodljivošću, p - sa rupom, i - sa intrinzičnom provodljivošću; a - silikonski detektor površinske barijere; b - drift germanijum-litijum planarni detektor; c - germanijum-litijum koaksijalni detektor.

Radiologija je grana radiologije koja proučava efekte rendgenskog zračenja na organizam životinja i ljudi koji nastaju zbog ove bolesti, njihovo liječenje i prevenciju, kao i metode za dijagnosticiranje različitih patologija pomoću rendgenskih zraka (rentgenska dijagnostika) . Tipični aparat za rendgensku dijagnostiku uključuje napajanje (transformatore), visokonaponski ispravljač koji pretvara naizmjeničnu struju električne mreže u jednosmjernu, kontrolnu ploču, stativ i rendgensku cijev.

X-zrake su vrsta elektromagnetnih oscilacija koje nastaju u rendgenskoj cijevi prilikom naglog usporavanja ubrzanih elektrona u trenutku njihovog sudara s atomima anodne tvari. Trenutno je općeprihvaćeno gledište da su rendgenske zrake, po svojoj fizičkoj prirodi, jedna od vrsta zračeće energije, čiji spektar uključuje i radio valove, infracrvene zrake, vidljivu svjetlost, ultraljubičaste zrake i gama zrake radioaktivnih elemenata. Rentgensko zračenje se može okarakterisati kao skup njegovih najmanjih čestica – kvanta ili fotona.

Rice. 1 - mobilni rendgen aparat:

A - rendgenska cijev;
B - napajanje;
B - podesivi stativ.

Rice. 2 - Kontrolna tabla rendgenskog aparata (mehanička - lijevo i elektronska - desno):

A - panel za podešavanje ekspozicije i tvrdoće;
B - dugme za napajanje visokog napona.

Rice. 3 je blok dijagram tipičnog rendgenskog aparata

1 - mreža;
2 - autotransformator;
3 - pojačani transformator;
4 - rendgenska cijev;
5 - anoda;
6 - katoda;
7 - opadajući transformator.

Mehanizam generisanja rendgenskih zraka

X-zrake nastaju u trenutku sudara struje ubrzanih elektrona sa materijalom anode. Kada elektroni stupe u interakciju sa metom, 99% njihove kinetičke energije pretvara se u toplotnu energiju, a samo 1% u rendgenske zrake.

Rendgenska cijev se sastoji od staklene posude u koju su zalemljene 2 elektrode: katoda i anoda. Vazduh se ispumpava iz staklenog cilindra: kretanje elektrona od katode do anode moguće je samo u uslovima relativnog vakuuma (10 -7 -10 -8 mm Hg). Na katodi se nalazi filament, koji je čvrsto uvijena volframova nit. Kada se električna struja dovede na filament, dolazi do emisije elektrona, u kojoj se elektroni odvajaju od spirale i formiraju elektronski oblak u blizini katode. Ovaj oblak je koncentrisan na čašici za fokusiranje katode, koja postavlja smjer kretanja elektrona. Čaša - mala depresija na katodi. Anoda, zauzvrat, sadrži volframovu metalnu ploču na koju su fokusirani elektroni - ovo je mjesto formiranja rendgenskih zraka.

Rice. 4 - Uređaj s rendgenskom cijevi:

A - katoda;
B - anoda;
B - volframova nit;
G - šolja za fokusiranje katode;
D - tok ubrzanih elektrona;
E - volfram meta;
G - staklena boca;
Z - prozor od berilija;
I - formirani rendgenski zraci;
K - aluminijumski filter.

Na elektronsku cijev su spojena 2 transformatora: niži i pojačani. Step-down transformator zagrijava volframovu nit niskim naponom (5-15 volti), što rezultira emisijom elektrona. Pojačavajući ili visokonaponski transformator ide direktno na katodu i anodu, koje se napajaju naponom od 20-140 kilovolti. Oba transformatora su smeštena u visokonaponski blok rendgen aparata koji je napunjen transformatorskim uljem, koje obezbeđuje hlađenje transformatora i njihovu pouzdanu izolaciju.

Nakon formiranja oblaka elektrona uz pomoć step-down transformatora, pojačani transformator se uključuje, a visokonaponski napon se primjenjuje na oba pola električnog kola: pozitivan impuls na anodu, a negativan puls na katodu. Negativno nabijeni elektroni odbijaju se od negativno nabijene katode i teže pozitivno nabijenoj anodi - zbog takve potencijalne razlike postiže se velika brzina kretanja - 100 tisuća km / s. Pri ovoj brzini, elektroni bombardiraju volframovu anodnu ploču, dovršavajući električni krug, što rezultira rendgenskim zracima i toplinskom energijom.

Rendgensko zračenje se dijeli na kočno i karakteristično. Do kočnog zračenja dolazi zbog naglog usporavanja brzine elektrona koje emituje volframova nit. Karakteristično zračenje nastaje u trenutku preuređivanja elektronskih omotača atoma. Oba ova tipa nastaju u rendgenskoj cijevi u trenutku sudara ubrzanih elektrona s atomima anodnog materijala. Emisioni spektar rendgenske cijevi je superpozicija kočnog zraka i karakterističnih rendgenskih zraka.

Rice. 5 - princip formiranja kočnog rendgenskog zraka.
Rice. 6 - princip formiranja karakterističnih rendgenskih zraka.

Osnovna svojstva rendgenskih zraka

1. Rendgenski zraci su nevidljivi za vizuelnu percepciju.
2. Rentgensko zračenje ima veliku prodornu moć kroz organe i tkiva živog organizma, kao i guste strukture nežive prirode, koje ne propuštaju zrake vidljive svjetlosti.
3. X-zrake uzrokuju sjaj određenih hemijskih jedinjenja, što se naziva fluorescencija.

• Cink i kadmijum sulfidi fluoresciraju žuto-zeleno,
• Kristali kalcijum volframata - ljubičasto-plavi.

Rendgenski zraci imaju fotohemijski efekat: razlažu jedinjenja srebra halogenima i uzrokuju zacrnjenje fotografskih slojeva, formirajući sliku na rendgenskom snimku.

X-zrake prenose svoju energiju na atome i molekule okoline kroz koju prolaze, pokazujući jonizujući efekat.

Rentgensko zračenje ima izražen biološki učinak u ozračenim organima i tkivima: u malim dozama stimulira metabolizam, u velikim dozama može dovesti do razvoja radijacijskih ozljeda, kao i akutne radijacijske bolesti. Biološka svojstva omogućavaju upotrebu rendgenskih zraka za liječenje tumora i nekih netumorskih bolesti.

Skala elektromagnetnih oscilacija

X-zrake imaju određenu talasnu dužinu i frekvenciju oscilovanja. Talasna dužina (λ) i frekvencija oscilacija (ν) povezane su odnosom: λ ν = c, gdje je c brzina svjetlosti, zaokružena na 300.000 km u sekundi. Energija rendgenskih zraka određena je formulom E = h ν, gdje je h Plankova konstanta, univerzalna konstanta jednaka 6,626 10 -34 J⋅s. Talasna dužina zraka (λ) povezana je sa njihovom energijom (E) relacijom: λ = 12,4 / E.

Rentgensko zračenje se razlikuje od drugih vrsta elektromagnetnih oscilacija po talasnoj dužini (vidi tabelu) i kvantnoj energiji. Što je talasna dužina kraća, veća je njena frekvencija, energija i moć prodiranja. Talasna dužina X-zraka je u opsegu

. Promjenom talasne dužine rendgenskog zračenja moguće je kontrolisati njegovu prodornu moć. X-zrake imaju vrlo kratku valnu dužinu, ali visoku frekvenciju oscilacija, stoga su nevidljive ljudskom oku. Zbog svoje ogromne energije, kvanti imaju veliku prodornu moć, što je jedno od glavnih svojstava koja osiguravaju upotrebu rendgenskih zraka u medicini i drugim naukama.

rendgenske karakteristike

Intenzitet- kvantitativna karakteristika rendgenskog zračenja, koja se izražava brojem zraka koje emituje cijev u jedinici vremena. Intenzitet rendgenskih zraka mjeri se u miliamperima. Upoređujući ga sa intenzitetom vidljive svjetlosti iz konvencionalne žarulje sa žarnom niti, možemo povući analogiju: na primjer, lampa od 20 W sija jednim intenzitetom ili snagom, a lampa od 200 W svijetli drugim, dok kvalitet same svjetlosti (njenog spektra) je isti. Intenzitet rendgenskog zračenja je, u stvari, njegova količina. Svaki elektron stvara jedan ili više kvanta zračenja na anodi, stoga se broj rendgenskih zraka tokom ekspozicije objekta regulira promjenom broja elektrona koji teže anodi i broja interakcija elektrona s atomima volframove mete. , što se može uraditi na dva načina:

1. Promjenom stepena usijanja katodne spirale pomoću opadajućeg transformatora (broj elektrona proizvedenih tokom emisije ovisit će o tome koliko je volframova spirala vruća, a broj kvanta zračenja ovisit će o broju elektrona);
2. Promjenom vrijednosti visokog napona koji pojačani transformator dovodi do polova cijevi – katode i anode (što je veći napon doveden na polove cijevi, to više kinetičke energije primaju elektroni, što , zbog svoje energije, mogu stupiti u interakciju s nekoliko atoma anodne tvari zauzvrat - vidi sl. pirinač. 5; elektroni sa malom energijom moći će da uđu u manji broj interakcija).

Intenzitet X zraka (anodna struja) pomnožen sa ekspozicijom (vrijeme cijevi) odgovara ekspoziciji rendgenskim zracima, koja se mjeri u mAs (miliamperima u sekundi). Ekspozicija je parametar koji, kao i intenzitet, karakterizira količinu zraka koje emituje rendgenska cijev. Jedina razlika je u tome što ekspozicija uzima u obzir i vrijeme rada cijevi (na primjer, ako cijev radi 0,01 s, tada će broj zraka biti jedan, a ako je 0,02 s, tada će broj zraka biti drugačije - još dva puta). Izloženost zračenju postavlja radiolog na kontrolnoj tabli rendgenskog aparata, ovisno o vrsti pregleda, veličini objekta koji se proučava i dijagnostičkom zadatku.

Krutost- kvalitativna karakteristika rendgenskog zračenja. Mjeri se visokim naponom na cijevi - u kilovoltima. Određuje prodornu moć rendgenskih zraka. Regulira se visokim naponom koji se na rendgensku cijev dovodi preko transformatora za povećanje. Što je veća razlika potencijala stvorena na elektrodama cijevi, to je veća sila koju elektroni odbijaju od katode i jure prema anodi, a njihov sudar s anodom je jači. Što je njihov sudar jači, to je kraća talasna dužina nastalog rendgenskog zračenja i veća je prodorna moć ovog talasa (odnosno tvrdoća zračenja, koja se, kao i intenzitet, na kontrolnoj tabli reguliše parametrom napona na cijev - kilonapon).

Rice. 7 - Ovisnost talasne dužine o energiji talasa:

λ - talasna dužina;
E - energija talasa

• Što je veća kinetička energija elektrona koji se kreću, to je jači njihov uticaj na anodu i kraća je talasna dužina rezultirajućeg rendgenskog zračenja. Rendgensko zračenje duge talasne dužine i male prodorne moći naziva se "meko", a kratko talasne dužine i velike prodorne moći - "tvrdo".

Rice. 8 - Omjer napona na rendgenskoj cijevi i valne dužine rezultirajućeg rendgenskog zračenja:

• Što se veći napon primjenjuje na polove cijevi, to se na njima pojavljuje jača razlika potencijala, stoga će kinetička energija elektrona koji se kreću biti veća. Napon na cijevi određuje brzinu elektrona i silu njihovog sudara s materijalom anode, stoga napon određuje valnu dužinu rezultirajućeg rendgenskog zračenja.

Klasifikacija rendgenskih cijevi

1. Po dogovoru
1. Diagnostic
2. Terapeutski
3. Za strukturnu analizu
4. Za transiluminaciju
2. Po dizajnu
1. Po fokusu

• Pojedinačni fokus (jedna spirala na katodi i jedna fokusna tačka na anodi)
• Bifokalni (dvije spirale različitih veličina na katodi i dvije žarišne točke na anodi)

1. Po vrsti anode

• Stacionarni (fiksni)
• Rotirajuće

X-zrake se koriste ne samo u radiodijagnostičke svrhe, već i u terapeutske svrhe. Kao što je gore navedeno, sposobnost rendgenskog zračenja da suzbije rast tumorskih ćelija omogućava njegovu upotrebu u zračnoj terapiji onkoloških bolesti. Pored medicinskog područja primjene, rendgensko zračenje je našlo široku primjenu u inženjerskom i tehničkom području, nauci o materijalima, kristalografiji, hemiji i biohemiji: na primjer, moguće je identificirati strukturne defekte u različitim proizvodima (šine, zavarivanje itd.) korišćenjem rendgenskog zračenja. Vrsta takvog istraživanja naziva se defektoskopija. A na aerodromima, željezničkim stanicama i drugim mjestima gužve, rendgenski televizijski introskopi se aktivno koriste za skeniranje ručne prtljage i prtljage u svrhu sigurnosti.

Ovisno o vrsti anode, rendgenske cijevi se razlikuju po dizajnu. Zbog činjenice da se 99% kinetičke energije elektrona pretvara u toplinsku energiju, tijekom rada cijevi, anoda se značajno zagrijava - osjetljiva volframova meta često izgara. Anoda se hladi u modernim rendgenskim cijevima rotacijom. Rotirajuća anoda ima oblik diska, koji ravnomjerno raspoređuje toplinu po cijeloj površini, sprječavajući lokalno pregrijavanje volframove mete.

Dizajn rendgenskih cijevi također se razlikuje u fokusu. Fokalna tačka - dio anode na kojem se stvara radni snop rendgenskih zraka. Podijeljen je na stvarnu žarišnu tačku i efektivnu žarišnu tačku ( pirinač. 12). Zbog ugla anode, efektivna žarišna tačka je manja od stvarne. Koriste se različite veličine žarišne tačke ovisno o veličini područja slike. Što je veća površina slike, to žižna tačka mora biti šira da pokrije čitavu oblast slike. Međutim, manja žarišna tačka daje bolju jasnoću slike. Stoga se pri proizvodnji malih slika koristi kratka nit i elektroni se usmjeravaju na malu površinu anodne mete, stvarajući manju žarišnu točku.

Rice. 9 - rendgenska cijev sa stacionarnom anodom.
Rice. 10 - rendgenska cijev sa rotirajućom anodom.
Rice. 11 - Uređaj sa rendgenskom cijevi sa rotirajućom anodom.
Rice. 12 je dijagram formiranja stvarne i efektivne žarišne tačke.