• Όσο υψηλότερη είναι η τάση που εφαρμόζεται στους πόλους του σωλήνα, τόσο ισχυρότερη εμφανίζεται η διαφορά δυναμικού σε αυτούς, επομένως, η κινητική ενέργεια των κινούμενων ηλεκτρονίων θα είναι μεγαλύτερη. Η τάση στον σωλήνα καθορίζει την ταχύτητα των ηλεκτρονίων και τη δύναμη της σύγκρουσής τους με το υλικό της ανόδου, επομένως, η τάση καθορίζει το μήκος κύματος της προκύπτουσας ακτινοβολίας ακτίνων Χ.

Ταξινόμηση σωλήνων ακτίνων Χ

1. Με ραντεβού
1. Διαγνωστικός
2. Θεραπευτικός
3. Για δομική ανάλυση
4. Για μεταφωτισμό
2. Από το σχεδιασμό
1. Με εστίαση

• Μονή εστίαση (μία σπείρα στην κάθοδο και ένα εστιακό σημείο στην άνοδο)
• Διεστιακή (δύο σπείρες διαφορετικών μεγεθών στην κάθοδο και δύο εστιακά σημεία στην άνοδο)

1. Ανά τύπο ανόδου

• Σταθερό (σταθερό)
• Περιστροφικός

Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται όχι μόνο για ακτινοδιαγνωστικούς σκοπούς, αλλά και για θεραπευτικούς σκοπούς. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, η ικανότητα της ακτινοβολίας ακτίνων Χ να καταστέλλει την ανάπτυξη των καρκινικών κυττάρων καθιστά δυνατή τη χρήση της στην ακτινοθεραπεία ογκολογικών ασθενειών. Εκτός από τον ιατρικό τομέα εφαρμογής, η ακτινοβολία ακτίνων Χ έχει βρει ευρεία εφαρμογή στον μηχανολογικό και τεχνικό τομέα, την επιστήμη των υλικών, την κρυσταλλογραφία, τη χημεία και τη βιοχημεία: για παράδειγμα, είναι δυνατός ο εντοπισμός δομικών ελαττωμάτων σε διάφορα προϊόντα (ράγες, συγκολλήσεις κ.λπ.) χρησιμοποιώντας ακτινοβολία ακτίνων Χ. Το είδος μιας τέτοιας έρευνας ονομάζεται ελαττωματοσκόπηση. Και σε αεροδρόμια, σιδηροδρομικούς σταθμούς και άλλα μέρη με πολύ κόσμο, τα ενδοσκόπια τηλεόρασης ακτίνων Χ χρησιμοποιούνται ενεργά για τη σάρωση χειραποσκευών και αποσκευών για λόγους ασφαλείας.

Ανάλογα με τον τύπο της ανόδου, οι σωλήνες ακτίνων Χ διαφέρουν ως προς το σχεδιασμό. Λόγω του γεγονότος ότι το 99% της κινητικής ενέργειας των ηλεκτρονίων μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, κατά τη λειτουργία του σωλήνα, η άνοδος θερμαίνεται σημαντικά - ο ευαίσθητος στόχος βολφραμίου συχνά καίγεται. Η άνοδος ψύχεται σε σύγχρονους σωλήνες ακτίνων Χ περιστρέφοντάς την. Η περιστρεφόμενη άνοδος έχει σχήμα δίσκου, ο οποίος κατανέμει τη θερμότητα ομοιόμορφα σε ολόκληρη την επιφάνειά της, αποτρέποντας την τοπική υπερθέρμανση του στόχου βολφραμίου.

Ο σχεδιασμός των σωλήνων ακτίνων Χ διαφέρει επίσης ως προς την εστίαση. Εστιακό σημείο - το τμήμα της ανόδου στο οποίο δημιουργείται η δέσμη ακτίνων Χ που λειτουργεί. Υποδιαιρείται στο πραγματικό εστιακό σημείο και στο αποτελεσματικό εστιακό σημείο ( ρύζι. 12). Λόγω της γωνίας της ανόδου, το ενεργό εστιακό σημείο είναι μικρότερο από το πραγματικό. Χρησιμοποιούνται διαφορετικά μεγέθη εστιακών σημείων ανάλογα με το μέγεθος της περιοχής εικόνας. Πως περισσότερη περιοχήεικόνας, τόσο ευρύτερο πρέπει να είναι το εστιακό σημείο για να καλύψει ολόκληρη την περιοχή της εικόνας. Ωστόσο, ένα μικρότερο εστιακό σημείο παράγει καλύτερη ευκρίνεια εικόνας. Επομένως, κατά την παραγωγή μικρών εικόνων, χρησιμοποιείται ένα κοντό νήμα και τα ηλεκτρόνια κατευθύνονται σε μια μικρή περιοχή του στόχου της ανόδου, δημιουργώντας ένα μικρότερο εστιακό σημείο.

Ρύζι. 9 - σωλήνας ακτίνων Χ με σταθερή άνοδο.
Ρύζι. 10 - Σωλήνας ακτίνων Χ με περιστρεφόμενη άνοδο.
Ρύζι. 11 - Συσκευή σωλήνα ακτίνων Χ με περιστρεφόμενη άνοδο.
Ρύζι. Το 12 είναι ένα διάγραμμα του σχηματισμού ενός πραγματικού και αποτελεσματικού εστιακού σημείου.

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑΚΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΤΗΣ ΡΩΣΙΚΗΣ ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑΣ

ΚΡΑΤΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ

ΑΝΩΤΕΡΗ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ

ΚΡΑΤΙΚΟ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΧΑΛΥΒΟΥ ΚΑΙ ΚΡΑΜΑΤΩΝ ΜΟΣΧΑΣ

(ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ)

ΚΛΑΔΟΣ NOVOTROITSKY

Τμήμα ΟΕΝΤ

ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Πειθαρχία: Φυσική

Θέμα: ακτινογραφία

Μαθητής: Nedorezova N.A.

Ομάδα: EiU-2004-25, Αρ. З.К.: 04Н036

Έλεγχος: Ozhegova S.M.

Εισαγωγή

Κεφάλαιο 1

1.1 Βιογραφία του Roentgen Wilhelm Conrad

1.2 Ανακάλυψη ακτίνων Χ

Κεφάλαιο 2

2.1 Πηγές ακτίνων Χ

2.2 Ιδιότητες των ακτίνων Χ

2.3 Καταγραφή ακτινογραφιών

2.4 Χρήση ακτίνων Χ

κεφάλαιο 3

3.1 Ανάλυση ατελειών κρυσταλλική δομή

3.2 Ανάλυση φάσματος

συμπέρασμα

Κατάλογος πηγών που χρησιμοποιήθηκαν

Εφαρμογές

Εισαγωγή

Ένα σπάνιο άτομο δεν έχει περάσει από αίθουσα ακτίνων Χ. Οι φωτογραφίες που λαμβάνονται με ακτίνες Χ είναι γνωστές σε όλους. Το 1995, αυτή η ανακάλυψη ήταν 100 ετών. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς τι μεγάλο ενδιαφέρον προκάλεσε πριν από έναν αιώνα. Στα χέρια ενός άνδρα αποδείχθηκε ότι ήταν μια συσκευή με την οποία ήταν δυνατό να δει κανείς το αόρατο.

Αυτή η αόρατη ακτινοβολία, ικανή να διεισδύσει, αν και σε διάφορους βαθμούς, σε όλες τις ουσίες, που είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος περίπου 10 -8 cm, ονομάστηκε ακτινοβολία ακτίνων Χ, προς τιμήν του Wilhelm Roentgen, που την ανακάλυψε.

Όπως το ορατό φως, οι ακτίνες Χ προκαλούν μαύρισμα του φωτογραφικού φιλμ. Αυτή η ιδιοκτησία έχει μεγάλη σημασία για την ιατρική, τη βιομηχανία και την επιστημονική έρευνα. Περνώντας μέσα από το υπό μελέτη αντικείμενο και στη συνέχεια πέφτοντας πάνω στο φιλμ, η ακτινοβολία ακτίνων Χ απεικονίζει την εσωτερική του δομή πάνω του. Δεδομένου ότι η διεισδυτική ισχύς των ακτίνων Χ είναι διαφορετική για διαφορετικά υλικά, τμήματα του αντικειμένου που είναι λιγότερο διαφανή σε αυτό δίνουν φωτεινότερες περιοχές στη φωτογραφία από εκείνες στις οποίες η ακτινοβολία διεισδύει καλά. Έτσι, οι ιστοί των οστών είναι λιγότερο διαφανείς στις ακτινογραφίες από τους ιστούς που αποτελούν το δέρμα και τα εσωτερικά όργανα. Επομένως, στην ακτινογραφία, τα οστά θα υποδεικνύονται ως ελαφρύτερες περιοχές και η θέση του κατάγματος, η οποία είναι λιγότερο διαφανής για την ακτινοβολία, μπορεί να ανιχνευθεί αρκετά εύκολα. Η απεικόνιση με ακτίνες Χ χρησιμοποιείται επίσης στην οδοντιατρική για την ανίχνευση τερηδόνας και αποστημάτων στις ρίζες των δοντιών, καθώς και στη βιομηχανία για την ανίχνευση ρωγμών σε χυτά υλικά, πλαστικά και καουτσούκ, στη χημεία για την ανάλυση ενώσεων και στη φυσική για τη μελέτη της δομής των κρυστάλλων .

Την ανακάλυψη του Ρέντγκεν ακολούθησαν πειράματα από άλλους ερευνητές που ανακάλυψαν πολλές νέες ιδιότητες και δυνατότητες χρήσης αυτής της ακτινοβολίας. Μια σημαντική συνεισφορά έγινε από τους M. Laue, W. Friedrich και P. Knipping, οι οποίοι το 1912 απέδειξαν την περίθλαση των ακτίνων Χ καθώς περνούν μέσα από έναν κρύσταλλο. Ο W. Coolidge, ο οποίος το 1913 εφηύρε έναν σωλήνα ακτίνων Χ υψηλού κενού με θερμαινόμενη κάθοδο. G. Moseley, ο οποίος καθιέρωσε το 1913 τη σχέση μεταξύ του μήκους κύματος της ακτινοβολίας και του ατομικού αριθμού ενός στοιχείου. G. και L. Braggi, οι οποίοι έλαβαν το βραβείο Νόμπελ το 1915 για την ανάπτυξη των θεμελιωδών αρχών της ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να μελετήσει το φαινόμενο της ακτινοβολίας ακτίνων Χ, την ιστορία της ανακάλυψης, τις ιδιότητες και να εντοπίσει το πεδίο εφαρμογής της.

Κεφάλαιο 1

1.1 Βιογραφία του Roentgen Wilhelm Conrad

Ο Wilhelm Conrad Roentgen γεννήθηκε στις 17 Μαρτίου 1845 στη συνοριακή περιοχή της Γερμανίας με την Ολλανδία, στην πόλη Lenepe. Έλαβε την τεχνική του εκπαίδευση στη Ζυρίχη στην ίδια Ανώτερη Τεχνική Σχολή (Πολυτεχνείο) όπου αργότερα σπούδασε ο Αϊνστάιν. Το πάθος για τη φυσική τον ανάγκασε αφού άφησε το σχολείο το 1866 να συνεχίσει τη φυσική αγωγή.

Το 1868 υπερασπίστηκε τη διατριβή του για το πτυχίο του διδάκτορα της Φιλοσοφίας, εργάστηκε ως βοηθός στο Τμήμα Φυσικής, πρώτα στη Ζυρίχη, μετά στο Giessen και μετά στο Στρασβούργο (1874-1879) με τον Kundt. Εδώ ο Ρέντγκεν πέρασε από ένα καλό πειραματικό σχολείο και έγινε πειραματιστής πρώτης κατηγορίας. Ο Ρέντγκεν πραγματοποίησε μέρος της σημαντικής έρευνας με τον μαθητή του, έναν από τους ιδρυτές της σοβιετικής φυσικής, τον A.F. Ioffe.

Η επιστημονική έρευνα σχετίζεται με τον ηλεκτρομαγνητισμό, την κρυσταλλική φυσική, την οπτική, τη μοριακή φυσική.

Το 1895, ανακάλυψε ακτινοβολία με μήκος κύματος μικρότερο από το μήκος κύματος των υπεριωδών ακτίνων (ακτίνες Χ), που αργότερα ονομάστηκαν ακτίνες Χ, και ερεύνησε τις ιδιότητές τους: την ικανότητα να ανακλούν, να απορροφούν, να ιονίζουν τον αέρα κ.λπ. Πρότεινε τον σωστό σχεδιασμό του σωλήνα για τη λήψη ακτίνων Χ - μια κεκλιμένη αντικάθοδο πλατίνας και μια κοίλη κάθοδο: ήταν ο πρώτος που τράβηξε φωτογραφίες χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ. Ανακάλυψε το 1885 το μαγνητικό πεδίο ενός διηλεκτρικού που κινείται σε ηλεκτρικό πεδίο (το λεγόμενο «ρεύμα roentgen»).Η εμπειρία του έδειξε ξεκάθαρα ότι το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από κινούμενα φορτία και ήταν σημαντικό για τη δημιουργία του X. Lorentz ηλεκτρονική θεωρία. Ένας σημαντικός αριθμός έργων του Roentgen είναι αφιερωμένος στη μελέτη των ιδιοτήτων υγρών, αερίων, κρυστάλλων, ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα, ανακάλυψε τη σχέση μεταξύ ηλεκτρικών και οπτικών φαινομένων στους κρυστάλλους. Για την ανακάλυψη των ακτίνων που φέρουν το όνομά του, ο Ρέντγκεν το 1901 ήταν ο πρώτος μεταξύ των φυσικών που τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ.

Από το 1900 μέχρι τις τελευταίες μέρες της ζωής του (πέθανε στις 10 Φεβρουαρίου 1923) εργάστηκε στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου.

1.2 Ανακάλυψη ακτίνων Χ

Τέλη 19ου αιώνα σημαδεύτηκε από αυξημένο ενδιαφέρον για τα φαινόμενα της διέλευσης του ηλεκτρισμού μέσω των αερίων. Ακόμη και ο Faraday μελέτησε σοβαρά αυτά τα φαινόμενα, περιέγραψε διάφορες μορφές εκκένωσης, ανακάλυψε ένα σκοτεινό χώρο σε μια φωτεινή στήλη από σπάνιο αέριο. Ο σκοτεινός χώρος Faraday διαχωρίζει τη μπλε, καθοδική λάμψη από τη ροζ, ανοδική λάμψη.

Μια περαιτέρω αύξηση της αραίωσης του αερίου αλλάζει σημαντικά τη φύση της λάμψης. Ο μαθηματικός Plücker (1801-1868) ανακάλυψε το 1859, σε αρκετά ισχυρή αραίωση, μια ασθενώς μπλε δέσμη ακτίνων που προέρχονταν από την κάθοδο, φτάνοντας στην άνοδο και προκαλώντας τη λάμψη του γυαλιού του σωλήνα. Ο μαθητής του Plücker, Gittorf (1824-1914) το 1869 συνέχισε την έρευνα του δασκάλου του και έδειξε ότι μια ευδιάκριτη σκιά εμφανίζεται στη φθορίζουσα επιφάνεια του σωλήνα εάν τοποθετηθεί ένα στερεό σώμα μεταξύ της καθόδου και αυτής της επιφάνειας.

Ο Goldstein (1850-1931), μελετώντας τις ιδιότητες των ακτίνων, τις ονόμασε καθοδικές ακτίνες (1876). Τρία χρόνια αργότερα, ο William Crookes (1832-1919) απέδειξε την υλική φύση των καθοδικών ακτίνων και τις ονόμασε "ακτινοβόλο ύλη" - μια ουσία σε ειδική τέταρτη κατάσταση. Τα στοιχεία του ήταν πειστικά και ξεκάθαρα. Τα πειράματα με τον "σωλήνα Crookes" αποδείχθηκαν αργότερα σε όλες τις τάξεις φυσικής . Η εκτροπή της καθόδου από ένα μαγνητικό πεδίο σε ένα σωλήνα Crookes έχει γίνει μια κλασική σχολική επίδειξη.

Ωστόσο, τα πειράματα σχετικά με την ηλεκτρική εκτροπή των καθοδικών ακτίνων δεν ήταν τόσο πειστικά. Ο Hertz δεν ανίχνευσε μια τέτοια απόκλιση και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η καθοδική ακτίνα είναι μια ταλαντωτική διαδικασία στον αιθέρα. Ο μαθητής του Hertz, F. Lenard, πειραματιζόμενος με τις καθοδικές ακτίνες, έδειξε το 1893 ότι περνούν από ένα παράθυρο καλυμμένο με αλουμινόχαρτο και προκαλούν λάμψη στο χώρο πίσω από το παράθυρο. Το φαινόμενο της διέλευσης των καθοδικών ακτίνων μέσα από λεπτά μεταλλικά σώματα αφιέρωσε ο Hertz τελευταίο άρθρο, που εκδόθηκε το 1892. Άρχιζε με τις λέξεις:

"Οι καθοδικές ακτίνες διαφέρουν σημαντικά από το φως ως προς την ικανότητά τους να διαπερνούν στερεά." Περιγράφοντας τα αποτελέσματα των πειραμάτων για τη διέλευση των καθοδικών ακτίνων μέσα από φύλλα χρυσού, αργύρου, πλατίνας, αλουμινίου κ.λπ., ο Hertz σημειώνει ότι δεν το έκανε παρατηρήστε τυχόν ιδιαίτερες διαφορές στα φαινόμενα Οι ακτίνες δεν περνούν μέσα από τα φύλλα σε ευθεία γραμμή, αλλά διασκορπίζονται με περίθλαση. Η φύση των καθοδικών ακτίνων ήταν ακόμα ασαφής.

Ήταν με τέτοιους σωλήνες του Crookes, του Lenard και άλλων που πειραματίστηκε ο καθηγητής του Würzburg Wilhelm Konrad Roentgen στα τέλη του 1895. Μια φορά, μετά το τέλος του πειράματος, έκλεισε το σωλήνα με ένα μαύρο κάλυμμα από χαρτόνι, έσβησε το φως, αλλά δεν απενεργοποίησε τον επαγωγέα που τροφοδοτούσε τον σωλήνα, παρατήρησε μια λάμψη της οθόνης από κυανογόνο βάριο που βρίσκεται κοντά στο σωλήνα. Κτυπημένος από αυτή την περίσταση, ο Ρέντγκεν άρχισε να πειραματίζεται με την οθόνη. Στην πρώτη του έκθεση "On a new kind of rays", με ημερομηνία 28 Δεκεμβρίου 1895, έγραψε για αυτά τα πρώτα πειράματα: "Ένα κομμάτι χαρτί επικαλυμμένο με βάριο πλατίνα-κυανιούχο, όταν πλησιάζει ένα σωλήνα, κλειστό με ένα λεπτό μαύρο κάλυμμα από χαρτόνι που του ταιριάζει αρκετά σφιχτά, με κάθε εκκένωση αναβοσβήνει με έντονο φως: αρχίζει να φθορίζει. Ο φθορισμός είναι ορατός με επαρκή σκούραση και δεν εξαρτάται από το αν φέρουμε το χαρτί με την πλευρά επικαλυμμένη με συνεργογόνο βαρίου ή όχι με επικάλυψη συνεργογόνου βαρίου. Ο φθορισμός είναι αισθητός ακόμη και σε απόσταση δύο μέτρων από τον σωλήνα.»

Η προσεκτική εξέταση έδειξε ότι το μαύρο χαρτόνι, που δεν είναι διαφανές ούτε στις ορατές και υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου, ούτε στις ακτίνες ενός ηλεκτρικού τόξου, είναι διαποτισμένο με κάποιο είδος φθορισμού. Ο Ρέντγκεν ερεύνησε τη διεισδυτική ισχύ αυτού του «παράγοντα». , τις οποίες ονόμασε για συντομία «ακτίνες Χ», για διάφορες ουσίες.Διαπίστωσε ότι οι ακτίνες περνούν ελεύθερα μέσα από χαρτί, ξύλο, εβονίτη, λεπτά στρώματα μετάλλου, αλλά καθυστερούν έντονα από τον μόλυβδο.

Στη συνέχεια περιγράφει τη συγκλονιστική εμπειρία:

«Αν κρατάτε το χέρι σας μεταξύ του σωλήνα εκκένωσης και της οθόνης, μπορείτε να δείτε τις σκοτεινές σκιές των οστών στα αμυδρά περιγράμματα της σκιάς του ίδιου του χεριού.» Αυτή ήταν η πρώτη εξέταση με ακτίνες Χ του ανθρώπινου σώματος.

Αυτά τα πλάνα έκαναν τεράστια εντύπωση. η ανακάλυψη δεν είχε ακόμη ολοκληρωθεί και η διάγνωση με ακτίνες Χ είχε ήδη ξεκινήσει το ταξίδι της. «Το εργαστήριό μου πλημμύρισε από γιατρούς που έφερναν ασθενείς που υποψιάζονταν ότι είχαν βελόνες σε διάφορα μέρη του σώματος», έγραψε ο Άγγλος φυσικός Σούστερ.

Ήδη μετά τα πρώτα πειράματα, ο Roentgen διαπίστωσε σταθερά ότι οι ακτίνες Χ διαφέρουν από τις καθόδου, δεν φέρουν φορτίο και δεν εκτρέπονται από μαγνητικό πεδίο, αλλά διεγείρονται από τις καθοδικές ακτίνες. "Οι ακτίνες Χ δεν είναι πανομοιότυπες με την κάθοδο ακτίνες, αλλά ενθουσιάζονται από αυτές στα γυάλινα τοιχώματα του σωλήνα εκκένωσης», έγραψε ο Ρέντγκεν.

Διαπίστωσε επίσης ότι ενθουσιάζονται όχι μόνο στο γυαλί, αλλά και στα μέταλλα.

Αναφέροντας την υπόθεση Hertz-Lenard ότι οι καθοδικές ακτίνες «είναι ένα φαινόμενο που συμβαίνει στον αιθέρα», ο Roentgen επισημαίνει ότι «μπορούμε να πούμε κάτι παρόμοιο για τις ακτίνες μας». Ωστόσο, δεν κατάφερε να βρει ιδιότητες κυμάτωνΟι ακτίνες, «συμπεριφέρονται διαφορετικά από τις μέχρι τώρα γνωστές υπεριώδεις, ορατές, υπέρυθρες ακτίνες.» Στις χημικές και φωταυγείς δράσεις τους, σύμφωνα με τον Roentgen, είναι παρόμοιες με τις υπεριώδεις ακτίνες. Στο πρώτο μήνυμα, εξέφρασε την υπόθεση που έμεινε αργότερα ότι μπορούν να είναι διαμήκη κύματαστον αέρα.

Η ανακάλυψη του Ρέντγκεν προκάλεσε μεγάλο ενδιαφέρον στον επιστημονικό κόσμο. Τα πειράματά του επαναλήφθηκαν σχεδόν σε όλα τα εργαστήρια του κόσμου. Στη Μόσχα επαναλήφθηκαν από τον Π.Ν. Λεμπέντεφ. Στην Αγία Πετρούπολη, ο εφευρέτης του ραδιοφώνου A.S. Ο Ποπόφ πειραματίστηκε με ακτίνες Χ, τις έδειξε δημόσιες διαλέξειςκατά τη λήψη διαφορετικών ακτινογραφιών. Στο Cambridge D.D. Ο Thomson εφάρμοσε αμέσως το ιονιστικό αποτέλεσμα των ακτίνων Χ για να μελετήσει τη διέλευση του ηλεκτρισμού μέσω των αερίων. Η έρευνά του οδήγησε στην ανακάλυψη του ηλεκτρονίου.

Κεφάλαιο 2

Ακτινοβολία ακτίνων Χ - ηλεκτρομαγνητική ιονίζουσα ακτινοβολία, που καταλαμβάνει τη φασματική περιοχή μεταξύ ακτινοβολίας γάμμα και υπεριώδους ακτινοβολίας σε μήκη κύματος από 10 -4 έως 10 3 (από 10 -12 έως 10 -5 cm).R. μεγάλο. με μήκος κύματος λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - μαλακό.

2.1 Πηγές ακτίνων Χ

Η πιο κοινή πηγή ακτίνων Χ είναι ο σωλήνας ακτίνων Χ. - συσκευή ηλεκτροκενού χρησιμεύει ως πηγή ακτίνων Χ. Αυτή η ακτινοβολία συμβαίνει όταν τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την κάθοδο επιβραδύνουν και χτυπούν την άνοδο (αντικαθόδιο). Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια των ηλεκτρονίων που επιταχύνεται από ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο στο χώρο μεταξύ της ανόδου και της καθόδου μετατρέπεται εν μέρει σε ενέργεια ακτίνων Χ. Η ακτινοβολία σωλήνων ακτίνων Χ είναι μια υπέρθεση του bremsstrahlung ακτίνων Χ στη χαρακτηριστική ακτινοβολία του υλικού ανόδου. Οι σωλήνες ακτίνων Χ διακρίνονται: σύμφωνα με τη μέθοδο λήψης ροής ηλεκτρονίων - με θερμιονική (θερμασμένη) κάθοδο, κάθοδο εκπομπής πεδίου (αιχμηρή), κάθοδο βομβαρδισμένη με θετικά ιόντα και με ραδιενεργό (β) πηγή ηλεκτρονίων. σύμφωνα με τη μέθοδο σκούπας με ηλεκτρική σκούπα - σφραγισμένο, πτυσσόμενο. σύμφωνα με το χρόνο ακτινοβολίας - συνεχής δράση, παλμική. ανάλογα με τον τύπο ψύξης ανόδου - με ψύξη νερού, λάδι, αέρα, ακτινοβολία. ανάλογα με το μέγεθος της εστίασης (περιοχή ακτινοβολίας στην άνοδο) - μακροεστίαση, ευκρινή εστίαση και μικροεστίαση. σύμφωνα με το σχήμα του - δαχτυλίδι, στρογγυλό, κυβερνητό. σύμφωνα με τη μέθοδο εστίασης των ηλεκτρονίων στην άνοδο - με ηλεκτροστατική, μαγνητική, ηλεκτρομαγνητική εστίαση.

Οι σωλήνες ακτίνων Χ χρησιμοποιούνται στη δομική ανάλυση ακτίνων Χ (Παράρτημα 1), φασματική ανάλυση ακτίνων Χ, ανίχνευση ελαττωμάτων (Παράρτημα 1), ακτινογραφικά διαγνωστικά (Παράρτημα 1), ακτινοθεραπεία , μικροσκοπία ακτίνων Χ και μικροακτινογραφία. Οι σφραγισμένοι σωλήνες ακτίνων Χ με θερμιονική κάθοδο, υδρόψυκτη άνοδο και σύστημα ηλεκτροστατικής εστίασης ηλεκτρονίων χρησιμοποιούνται ευρέως σε όλους τους τομείς (Παράρτημα 2). Η θερμιονική κάθοδος των σωλήνων ακτίνων Χ είναι συνήθως ένα σπειροειδές ή ευθύ νήμα σύρμα βολφραμίουθερμαίνεται με ηλεκτρικό ρεύμα. Το τμήμα εργασίας της ανόδου - μια μεταλλική επιφάνεια καθρέφτη - βρίσκεται κάθετα ή σε κάποια γωνία στη ροή των ηλεκτρονίων. Για να ληφθεί ένα συνεχές φάσμα ακτινοβολίας ακτίνων Χ υψηλής ενέργειας και έντασης, χρησιμοποιούνται άνοδοι από Au, W. Στη δομική ανάλυση χρησιμοποιούνται σωλήνες ακτίνων Χ με ανόδους Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag.

Τα κύρια χαρακτηριστικά των σωλήνων ακτίνων Χ είναι η μέγιστη επιτρεπόμενη τάση επιτάχυνσης (1-500 kV), το ηλεκτρονικό ρεύμα (0,01 mA - 1A), η ειδική ισχύς που καταναλώνεται από την άνοδο (10-10 4 W / mm 2), η συνολική κατανάλωση ισχύος (0,002 W - 60 kW) και μεγέθη εστίασης (1 μm - 10 mm). Η απόδοση του σωλήνα ακτίνων Χ είναι 0,1-3%.

Ορισμένα ραδιενεργά ισότοπα μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως πηγές ακτίνων Χ. : μερικά από αυτά εκπέμπουν απευθείας ακτίνες Χ, η πυρηνική ακτινοβολία άλλων (ηλεκτρόνια ή σωματίδια λ) βομβαρδίζουν έναν μεταλλικό στόχο, ο οποίος εκπέμπει ακτίνες Χ. Η ένταση ακτίνων Χ των ισοτοπικών πηγών είναι αρκετές τάξεις μεγέθους μικρότερη από την ένταση ακτινοβολίας ενός σωλήνα ακτίνων Χ, αλλά οι διαστάσεις, το βάρος και το κόστος των πηγών ισοτόπων είναι ασύγκριτα μικρότερα από αυτά με έναν σωλήνα ακτίνων Χ.

Τα σύγχρονα και οι δακτύλιοι αποθήκευσης ηλεκτρονίων με ενέργειες πολλών GeV μπορούν να χρησιμεύσουν ως πηγές μαλακών ακτίνων Χ με λ της τάξης των δεκάδων και των εκατοντάδων. Σε ένταση, η ακτινοβολία ακτίνων Χ των σύγχρονων υπερβαίνει την ακτινοβολία ενός σωλήνα ακτίνων Χ στην καθορισμένη περιοχή του φάσματος κατά 2-3 τάξεις μεγέθους.

Φυσικές πηγές ακτίνων Χ - ο Ήλιος και άλλα διαστημικά αντικείμενα.

2.2 Ιδιότητες των ακτίνων Χ

Ανάλογα με τον μηχανισμό προέλευσης των ακτίνων Χ, τα φάσματα τους μπορεί να είναι συνεχή (bremsstrahlung) ή ευθεία (χαρακτηριστικά). Ένα συνεχές φάσμα ακτίνων Χ εκπέμπεται από γρήγορα φορτισμένα σωματίδια ως αποτέλεσμα της επιβράδυνσής τους όταν αλληλεπιδρούν με άτομα στόχους. αυτό το φάσμα φτάνει σε σημαντική ένταση μόνο όταν ο στόχος βομβαρδίζεται με ηλεκτρόνια. Η ένταση των ακτίνων Χ bremsstrahlung κατανέμεται σε όλες τις συχνότητες μέχρι το όριο υψηλής συχνότητας 0 , στο οποίο η ενέργεια του φωτονίου h 0 (h είναι η σταθερά του Planck ) ισούται με την ενέργεια eV των ηλεκτρονίων που βομβαρδίζουν (e είναι το φορτίο ηλεκτρονίων, V είναι η διαφορά δυναμικού του επιταχυνόμενου πεδίου που διέρχεται από αυτά). Αυτή η συχνότητα αντιστοιχεί στο άκρο μικρού μήκους κύματος του φάσματος 0 = hc/eV (c είναι η ταχύτητα του φωτός).

Η ακτινοβολία γραμμής εμφανίζεται μετά τον ιονισμό ενός ατόμου με την εκτίναξη ενός ηλεκτρονίου από ένα από τα εσωτερικά του κελύφη. Ένας τέτοιος ιονισμός μπορεί να είναι το αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης ατόμου με ένα γρήγορο σωματίδιο, όπως ένα ηλεκτρόνιο (πρωτογενείς ακτίνες Χ), ή η απορρόφηση ενός φωτονίου από ένα άτομο (φθορισμού ακτίνες Χ). Το ιονισμένο άτομο βρίσκεται στην αρχική κβαντική κατάσταση σε ένα από τα υψηλά επίπεδαενέργειας και μετά από 10 -16 -10 -15 δευτερόλεπτα περνά στην τελική κατάσταση με λιγότερη ενέργεια. Σε αυτή την περίπτωση, ένα άτομο μπορεί να εκπέμψει μια περίσσεια ενέργειας με τη μορφή φωτονίου συγκεκριμένης συχνότητας. Οι συχνότητες των γραμμών του φάσματος μιας τέτοιας ακτινοβολίας είναι χαρακτηριστικές των ατόμων κάθε στοιχείου, επομένως η γραμμή φάσματος ακτίνων Χ ονομάζεται χαρακτηριστική. Η εξάρτηση της συχνότητας γραμμής αυτού του φάσματος από τον ατομικό αριθμό Z καθορίζεται από το νόμο Moseley.

Ο νόμος του Moseley, ο νόμος που σχετίζεται με τη συχνότητα των φασματικών γραμμών της χαρακτηριστικής εκπομπής ακτίνων Χ ενός χημικού στοιχείου με τον αύξοντα αριθμό του. Το G. Moseley εγκαταστάθηκε πειραματικά το 1913. Σύμφωνα με το νόμο του Moseley, η τετραγωνική ρίζα της συχνότητας  της φασματικής γραμμής χαρακτηριστική ακτινοβολίαστοιχείο είναι γραμμική συνάρτησητον αύξοντα αριθμό του Z:

όπου R είναι η σταθερά Rydberg , S n - σταθερά διαλογής, n - κύρια κβαντικός αριθμός. Στο διάγραμμα Moseley (Παράρτημα 3), η εξάρτηση από το Z είναι μια σειρά από ευθείες γραμμές (σειρές K-, L-, M-, κ.λπ. που αντιστοιχούν στις τιμές n = 1, 2, 3,.).

Ο νόμος του Moseley ήταν αδιάψευστη απόδειξη της σωστής τοποθέτησης στοιχείων στον περιοδικό πίνακα στοιχείων DI. Mendeleev και συνέβαλε στη διευκρίνιση φυσική αίσθησηΖ.

Σύμφωνα με το νόμο του Moseley, τα χαρακτηριστικά φάσματα ακτίνων Χ δεν εμφανίζουν τα περιοδικά μοτίβα που είναι εγγενή στα οπτικά φάσματα. Αυτό δείχνει ότι τα εσωτερικά κελύφη ηλεκτρονίων των ατόμων όλων των στοιχείων που εμφανίζονται στα χαρακτηριστικά φάσματα ακτίνων Χ έχουν παρόμοια δομή.

Αργότερα πειράματα αποκάλυψαν ορισμένες αποκλίσεις από τη γραμμική εξάρτηση για τις μεταβατικές ομάδες στοιχείων, που σχετίζονται με μια αλλαγή στη σειρά πλήρωσης των εξωτερικών φλοιών ηλεκτρονίων, καθώς και για βαριά άτομα, που εμφανίζονται ως αποτέλεσμα σχετικιστικών επιδράσεων (εξηγείται υπό όρους από το γεγονός ότι οι ταχύτητες των εσωτερικών είναι συγκρίσιμες με την ταχύτητα του φωτός).

Ανάλογα με διάφορους παράγοντες - με τον αριθμό των νουκλεονίων στον πυρήνα (ισότονη μετατόπιση), την κατάσταση των εξωτερικών κελυφών ηλεκτρονίων (χημική μετατόπιση) κ.λπ. - η θέση των φασματικών γραμμών στο διάγραμμα Moseley μπορεί να αλλάξει κάπως. Η μελέτη αυτών των μετατοπίσεων επιτρέπει σε κάποιον να αποκτήσει λεπτομερείς πληροφορίες για το άτομο.

Οι ακτίνες Χ Bremsstrahlung που εκπέμπονται από πολύ λεπτούς στόχους είναι πλήρως πολωμένοι κοντά στο 0. όσο μειώνεται το 0, μειώνεται ο βαθμός πόλωσης. Η χαρακτηριστική ακτινοβολία, κατά κανόνα, δεν είναι πολωμένη.

Όταν οι ακτίνες Χ αλληλεπιδρούν με την ύλη, μπορεί να συμβεί το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. , που συνοδεύει την απορρόφηση των ακτίνων Χ και τη σκέδασή τους, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο παρατηρείται όταν ένα άτομο, απορροφώντας ένα φωτόνιο ακτίνων Χ, εκτοξεύει ένα από τα εσωτερικά του ηλεκτρόνια, μετά το οποίο μπορεί είτε να κάνει μια ακτινοβολία μετάβασης, εκπέμποντας ένα φωτόνιο χαρακτηριστικών ακτινοβολία, ή εκτοξεύει ένα δεύτερο ηλεκτρόνιο κατά τη διάρκεια μιας μη ακτινοβολούμενης μετάβασης (ηλεκτρόνιο Auger). Κάτω από τη δράση ακτίνων Χ σε μη μεταλλικούς κρυστάλλους (για παράδειγμα, επάνω ορυκτό αλάτι) σε ορισμένες θέσεις του ατομικού πλέγματος εμφανίζονται ιόντα με πρόσθετο θετικό φορτίο και περίσσεια ηλεκτρονίων εμφανίζονται κοντά τους. Τέτοιες διαταραχές στη δομή των κρυστάλλων, που ονομάζονται εξιτόνια ακτίνων Χ , είναι χρωματικά κέντρα και εξαφανίζονται μόνο με σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας.

Όταν οι ακτίνες Χ διέρχονται από ένα στρώμα ουσίας με πάχος x, η αρχική τους ένταση I 0 μειώνεται στην τιμή I = I 0 e - μ x όπου μ είναι ο συντελεστής εξασθένησης. Η εξασθένηση του I συμβαίνει λόγω δύο διεργασιών: της απορρόφησης φωτονίων ακτίνων Χ από την ύλη και της αλλαγής της κατεύθυνσής τους κατά τη σκέδαση. Στην περιοχή μεγάλου μήκους κύματος του φάσματος κυριαρχεί η απορρόφηση των ακτίνων Χ, στην περιοχή μικρού μήκους κύματος η σκέδασή τους. Ο βαθμός απορρόφησης αυξάνεται γρήγορα με την αύξηση των Z και λ. Για παράδειγμα, οι σκληρές ακτίνες Χ διεισδύουν ελεύθερα μέσα από ένα στρώμα αέρα ~ 10 cm. μια πλάκα αλουμινίου πάχους 3 cm εξασθενεί τις ακτίνες Χ με λ = 0,027 κατά το ήμισυ. Οι μαλακές ακτίνες Χ απορροφώνται σημαντικά στον αέρα και η χρήση και η μελέτη τους είναι δυνατή μόνο σε κενό ή σε ασθενώς απορροφητικό αέριο (για παράδειγμα, He). Όταν οι ακτίνες Χ απορροφώνται, τα άτομα μιας ουσίας ιονίζονται.

Η επίδραση των ακτίνων Χ στους ζωντανούς οργανισμούς μπορεί να είναι ευεργετική ή επιβλαβής, ανάλογα με τον ιονισμό που προκαλούν στους ιστούς. Δεδομένου ότι η απορρόφηση των ακτίνων Χ εξαρτάται από το λ, η έντασή τους δεν μπορεί να χρησιμεύσει ως μέτρο της βιολογικής επίδρασης των ακτίνων Χ. Οι μετρήσεις ακτίνων Χ χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της επίδρασης των ακτίνων Χ στην ύλη. , μονάδα μέτρησης είναι το roentgen

Η σκέδαση των ακτίνων Χ στην περιοχή του μεγάλου Ζ και λ συμβαίνει κυρίως χωρίς μεταβολή του λ και ονομάζεται συνεκτική σκέδαση, ενώ στην περιοχή του μικρού Ζ και λ κατά κανόνα αυξάνεται (ασυνάρτητη σκέδαση). Υπάρχουν 2 τύποι ασυνάρτητης σκέδασης ακτίνων Χ - το Compton και το Raman. Στη σκέδαση Compton, η οποία έχει τον χαρακτήρα της ανελαστικής σωματιδιακής σκέδασης, ένα ηλεκτρόνιο ανάκρουσης πετάει έξω από το ατομικό κέλυφος λόγω της ενέργειας που χάνεται μερικώς από το φωτόνιο των ακτίνων Χ. Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια του φωτονίου μειώνεται και η κατεύθυνσή του αλλάζει. η μεταβολή του λ εξαρτάται από τη γωνία σκέδασης. Κατά τη διάρκεια της σκέδασης Raman ενός φωτονίου ακτίνων Χ υψηλής ενέργειας από ένα άτομο φωτός, ένα μικρό μέρος της ενέργειάς του δαπανάται στον ιονισμό του ατόμου και η κατεύθυνση της κίνησης του φωτονίου αλλάζει. Η αλλαγή τέτοιων φωτονίων δεν εξαρτάται από τη γωνία σκέδασης.

Ο δείκτης διάθλασης n για τις ακτίνες Χ διαφέρει από το 1 κατά πολύ μικρή ποσότητα δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 . Η ταχύτητα φάσης των ακτίνων Χ σε ένα μέσο είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός στο κενό. Η απόκλιση των ακτίνων Χ κατά τη μετάβαση από το ένα μέσο στο άλλο είναι πολύ μικρή (μερικά λεπτά τόξου). Όταν οι ακτίνες Χ πέφτουν από το κενό στην επιφάνεια ενός σώματος με πολύ μικρή γωνία, εμφανίζεται η συνολική τους εξωτερική ανάκλαση.

2.3 Καταγραφή ακτινογραφιών

Το ανθρώπινο μάτι δεν είναι ευαίσθητο στις ακτινογραφίες. ακτινογραφία

Οι ακτίνες καταγράφονται χρησιμοποιώντας ένα ειδικό φιλμ ακτίνων Χ που περιέχει αυξημένη ποσότητα Ag, Br. Στην περιοχή λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, η ευαισθησία του συνηθισμένου θετικού φιλμ είναι αρκετά υψηλή και οι κόκκοι του είναι πολύ μικρότεροι από τους κόκκους του φιλμ ακτίνων Χ, γεγονός που αυξάνει την ανάλυση. Σε λ της τάξης των δεκάδων και των εκατοντάδων, οι ακτίνες Χ δρουν μόνο στο λεπτότερο επιφανειακό στρώμα του φωτογραφικού γαλακτώματος. για να αυξηθεί η ευαισθησία του φιλμ, ευαισθητοποιείται με έλαια φωταύγειας. Στη διάγνωση ακτίνων Χ και στην ανίχνευση ελαττωμάτων, μερικές φορές χρησιμοποιείται ηλεκτροφωτογραφία για την καταγραφή ακτίνων Χ. (ηλεκτροακτινογραφία).

Οι ακτίνες Χ υψηλής έντασης μπορούν να καταγραφούν χρησιμοποιώντας θάλαμο ιονισμού (Παράρτημα 4), ακτινογραφίες μέτριας και χαμηλής έντασης στο λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком με κρύσταλλο NaI (Tl) (Παράρτημα 5), σε 0,5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (Παράρτημα 6) και συγκολλημένος αναλογικός μετρητής (Παράρτημα 7), στο 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (Παράρτημα 8). Στην περιοχή των πολύ μεγάλων λ (από δεκάδες έως 1000), μπορούν να χρησιμοποιηθούν δευτερεύοντες πολλαπλασιαστές ηλεκτρονίων ανοιχτού τύπου με διάφορες φωτοκάθοδοι στην είσοδο για την καταγραφή ακτίνων Χ.

2.4 Χρήση ακτίνων Χ

Οι ακτινογραφίες χρησιμοποιούνται ευρέως στην ιατρική για τη διάγνωση ακτίνων Χ. και ακτινοθεραπεία . Η ανίχνευση ελαττωμάτων με ακτίνες Χ είναι σημαντική για πολλούς κλάδους της τεχνολογίας. , για παράδειγμα, για την ανίχνευση εσωτερικών ελαττωμάτων σε χυτά υλικά (κελύφη, εγκλείσματα σκωρίας), ρωγμές σε σιδηροτροχιές, ελαττώματα σε συγκολλήσεις.

Δομική ανάλυση ακτίνων Χ σας επιτρέπει να καθορίσετε τη χωρική διάταξη των ατόμων στο κρυσταλλικό πλέγμα ορυκτών και ενώσεων, σε ανόργανα και οργανικά μόρια. Με βάση πολυάριθμες ατομικές δομές που έχουν ήδη αποκρυπτογραφηθεί, το αντίστροφο πρόβλημα μπορεί επίσης να λυθεί: σύμφωνα με το σχέδιο ακτίνων Χ πολυκρυσταλλική ουσία, όπως κράμα χάλυβα, κράμα, μετάλλευμα, σεληνιακό έδαφος, η κρυσταλλική σύνθεση αυτής της ουσίας μπορεί να διαπιστωθεί, δηλ. διενεργήθηκε ανάλυση φάσης. Πολυάριθμες εφαρμογές του R. l. Η ακτινογραφία υλικών χρησιμοποιείται για τη μελέτη των ιδιοτήτων των στερεών .

Μικροσκόπιο ακτίνων Χ επιτρέπει, για παράδειγμα, να λάβουμε μια εικόνα ενός κυττάρου, ενός μικροοργανισμού, να δούμε την εσωτερική τους δομή. Φασματοσκοπία ακτίνων Χ χρησιμοποιώντας φάσματα ακτίνων Χ, μελετά την κατανομή της πυκνότητας των ηλεκτρονικών καταστάσεων στις ενέργειες σε διάφορες ουσίες, διερευνά τη φύση χημικός δεσμός, βρίσκει το αποτελεσματικό φορτίο των ιόντων σε στερεά και μόρια. Φασματική Ανάλυση ακτίνων Χ από τη θέση και την ένταση των γραμμών του χαρακτηριστικού φάσματος σας επιτρέπει να προσδιορίσετε την ποιοτική και ποσοτική σύνθεση της ουσίας και χρησιμοποιείται για ρητή μη καταστροφική δοκιμή της σύστασης των υλικών σε μεταλλουργικές και τσιμεντοβιομηχανίες, εργοστάσια επεξεργασίας. Κατά την αυτοματοποίηση αυτών των επιχειρήσεων, φασματόμετρα ακτίνων Χ και κβαντόμετρα χρησιμοποιούνται ως αισθητήρες για τη σύνθεση μιας ουσίας.

Οι ακτίνες Χ που προέρχονται από το διάστημα μεταφέρουν πληροφορίες για τη χημική σύνθεση των κοσμικών σωμάτων και περίπου φυσικές διεργασίεςλαμβάνει χώρα στο διάστημα. Η αστρονομία των ακτίνων Χ ασχολείται με τη μελέτη των κοσμικών ακτίνων Χ . Οι ισχυρές ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται στη χημεία της ακτινοβολίας για την διέγερση ορισμένων αντιδράσεων, τον πολυμερισμό υλικών, την πυρόλυση οργανική ύλη. Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται επίσης για την ανίχνευση αρχαίων έργων ζωγραφικής που κρύβονται κάτω από ένα στρώμα όψιμης ζωγραφικής, στη βιομηχανία τροφίμων για την ανίχνευση ξένων αντικειμένων που εισήλθαν κατά λάθος σε προϊόντα τροφίμων, στην ιατροδικαστική, την αρχαιολογία κ.λπ.

κεφάλαιο 3

Ένα από τα κύρια καθήκοντα της ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ είναι ο προσδιορισμός της πραγματικής ή της φασικής σύνθεσης ενός υλικού. Η μέθοδος περίθλασης ακτίνων Χ είναι άμεση και χαρακτηρίζεται από υψηλή αξιοπιστία, ταχύτητα και σχετική φθηνότητα. Η μέθοδος δεν απαιτεί ένας μεγάλος αριθμόςουσίες, η ανάλυση μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς να καταστραφεί το εξάρτημα. Οι τομείς εφαρμογής της ποιοτικής ανάλυσης φάσης είναι πολύ διαφορετικοί τόσο για επιστημονική έρευνα όσο και για έλεγχο στην παραγωγή. Μπορείτε να ελέγξετε τη σύνθεση των πρώτων υλών μεταλλουργικής παραγωγής, προϊόντων σύνθεσης, επεξεργασίας, το αποτέλεσμα αλλαγών φάσης κατά τη θερμική και χημική-θερμική επεξεργασία, να αναλύσετε διάφορες επικαλύψεις, λεπτές μεμβράνες κ.λπ.

Κάθε φάση, έχοντας τη δική της κρυσταλλική δομή, χαρακτηρίζεται από ένα ορισμένο σύνολο διακριτών τιμών διαεπίπεδων αποστάσεων d/n από το μέγιστο και κάτω, εγγενές μόνο σε αυτήν τη φάση. Όπως προκύπτει από την εξίσωση Wulf-Bragg, κάθε τιμή της διαεπίπεδης απόστασης αντιστοιχεί σε μια γραμμή στο σχέδιο ακτίνων Χ από ένα πολυκρυσταλλικό δείγμα σε μια ορισμένη γωνία θ (σε μια δεδομένη τιμή του μήκους κύματος λ). Έτσι, ένα συγκεκριμένο σύστημα γραμμών (μέγιστα περίθλασης) θα αντιστοιχεί σε ένα ορισμένο σύνολο διαεπίπεδων αποστάσεων για κάθε φάση στο μοτίβο περίθλασης ακτίνων Χ. Η σχετική ένταση αυτών των γραμμών στο μοτίβο ακτίνων Χ εξαρτάται κυρίως από τη δομή της φάσης. Επομένως, προσδιορίζοντας τη θέση των γραμμών στην ακτινογραφία (τη γωνία θ) και γνωρίζοντας το μήκος κύματος της ακτινοβολίας στην οποία έγινε η ακτινογραφία, είναι δυνατός ο προσδιορισμός των τιμών των διαεπίπεδων αποστάσεων d/n χρησιμοποιώντας το Wulf -Φόρμουλα Bragg:

/n = λ/ (2sin θ). (ένας)

Έχοντας καθορίσει το σύνολο d/n για το υπό μελέτη υλικό και συγκρίνοντάς το με τα προηγουμένως γνωστά δεδομένα d/n για καθαρές ουσίες, διάφορες συνδέσεις, είναι δυνατό να καθοριστεί ποια φάση αποτελεί το δεδομένο υλικό. Θα πρέπει να τονιστεί ότι είναι οι φάσεις που καθορίζονται, και όχι χημική σύνθεση, αλλά το τελευταίο μπορεί μερικές φορές να προκύψει εάν υπάρχουν πρόσθετα δεδομένα για τη στοιχειακή σύνθεση μιας συγκεκριμένης φάσης. Το έργο της ποιοτικής ανάλυσης φάσης διευκολύνεται πολύ εάν είναι γνωστή η χημική σύσταση του υπό μελέτη υλικού, γιατί τότε είναι δυνατόν να γίνουν προκαταρκτικές υποθέσεις σχετικά με την πιθανή αυτή η υπόθεσηφάσεις.

Το κλειδί για την ανάλυση φάσης είναι η ακριβής μέτρηση του d/n και της έντασης γραμμής. Αν και αυτό είναι καταρχήν ευκολότερο να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας ένα περιθλασίμετρο, η φωτομέθοδος για ποιοτική ανάλυση έχει ορισμένα πλεονεκτήματα, κυρίως όσον αφορά την ευαισθησία (την ικανότητα ανίχνευσης της παρουσίας μικρής ποσότητας φάσης στο δείγμα), καθώς και την απλότητα την πειραματική τεχνική.

Ο υπολογισμός του d/n από το μοτίβο ακτίνων Χ πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας την εξίσωση Wulf-Bragg.

Ως τιμή του λ σε αυτήν την εξίσωση, χρησιμοποιείται συνήθως η σειρά λ α cf K:

λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)

Μερικές φορές χρησιμοποιείται η γραμμή K α1. Ο προσδιορισμός των γωνιών περίθλασης θ για όλες τις γραμμές ακτίνων Χ σάς επιτρέπει να υπολογίσετε το d / n σύμφωνα με την εξίσωση (1) και να διαχωρίσετε τις β-γραμμές (αν δεν υπήρχε φίλτρο για τις (ακτίνες β).

3.1 Ανάλυση ατελειών κρυσταλλικής δομής

Όλα τα πραγματικά μονοκρυσταλλικά και ακόμη περισσότερο πολυκρυσταλλικά υλικά περιέχουν ορισμένες δομικές ατέλειες (σημειακές ατέλειες, εξαρθρώσεις, διάφοροι τύποι διεπαφών, μικρο- και μακροεντάσεις), οι οποίες έχουν πολύ ισχυρή επιρροήσε όλες τις ευαίσθητες στη δομή ιδιότητες και διαδικασίες.

Οι δομικές ατέλειες προκαλούν παραμορφώσεις του κρυσταλλικού πλέγματος διαφορετικής φύσης και, ως αποτέλεσμα, διαφορετικοί τύποι αλλαγών στο σχέδιο περίθλασης: μια αλλαγή στις διατομικές και διαεπίπεδες αποστάσεις προκαλεί μετατόπιση στα μέγιστα περίθλασης, μικροεντάσεις και διασπορά της υποδομής οδηγούν σε διεύρυνση των μέγιστων περίθλασης, των μικροπαραμορφώσεων πλέγματος - σε μια αλλαγή στην ένταση αυτών των μεγίστων, η παρουσία εξαρθρώσεων προκαλεί ανώμαλα φαινόμενα κατά τη διέλευση των ακτίνων Χ και, κατά συνέπεια, ανομοιογένειες τοπικής αντίθεσης σε τοπογράμματα ακτίνων Χ κ.λπ.

Ως αποτέλεσμα, η ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ είναι μια από τις πιο κατατοπιστικές μεθόδους για τη μελέτη των δομικών ατελειών, του τύπου και της συγκέντρωσής τους και της φύσης της κατανομής τους.

Η παραδοσιακή άμεση μέθοδος περίθλασης ακτίνων Χ, η οποία εφαρμόζεται σε σταθερά περιθλασίμετρα, λόγω των σχεδιαστικών τους χαρακτηριστικών, επιτρέπει τον ποσοτικό προσδιορισμό τάσεων και παραμορφώσεων μόνο σε μικρά δείγματα κομμένα από μέρη ή αντικείμενα.

Ως εκ τούτου, επί του παρόντος, υπάρχει μια μετάβαση από σταθερά στα φορητά περιθλασίμετρα ακτίνων Χ μικρού μεγέθους, τα οποία παρέχουν αξιολόγηση των τάσεων στο υλικό εξαρτημάτων ή αντικειμένων χωρίς καταστροφή στα στάδια της κατασκευής και λειτουργίας τους.

Τα φορητά περιθλασίμετρα ακτίνων Χ της σειράς DRP * 1 καθιστούν δυνατό τον έλεγχο των υπολειπόμενων και αποτελεσματικών τάσεων σε εξαρτήματα, προϊόντα και κατασκευές μεγάλου μεγέθους χωρίς καταστροφή

Το πρόγραμμα στο περιβάλλον των Windows επιτρέπει όχι μόνο τον προσδιορισμό των τάσεων χρησιμοποιώντας τη μέθοδο "sin 2 ψ" σε πραγματικό χρόνο, αλλά και την παρακολούθηση της αλλαγής στη σύνθεση και την υφή φάσης. Ο ανιχνευτής γραμμικών συντεταγμένων παρέχει ταυτόχρονη καταγραφή σε γωνίες περίθλασης 2θ = 43°. μικρού μεγέθους σωλήνες ακτίνων Χ τύπου "Fox" με υψηλή φωτεινότητα και χαμηλή ισχύ (5 W) εξασφαλίζουν την ακτινολογική ασφάλεια της συσκευής, στην οποία σε απόσταση 25 cm από την ακτινοβολούμενη περιοχή, το επίπεδο ακτινοβολίας είναι ίσο με το φυσικό επίπεδο υποβάθρου. Οι συσκευές της σειράς DRP χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των τάσεων σε διάφορα στάδια διαμόρφωσης μετάλλων, κοπής, λείανσης, θερμικής επεξεργασίας, συγκόλλησης, σκλήρυνσης επιφανειών προκειμένου να βελτιστοποιηθούν αυτές οι τεχνολογικές εργασίες. Ο έλεγχος της πτώσης του επιπέδου των επαγόμενων υπολειμματικών θλιπτικών τάσεων σε ιδιαίτερα κρίσιμα προϊόντα και κατασκευές κατά τη λειτουργία τους καθιστά δυνατή την απομάκρυνση του προϊόντος πριν από την καταστροφή του, αποτρέποντας πιθανά ατυχήματα και καταστροφές.

3.2 Ανάλυση φάσματος

Μαζί με τον προσδιορισμό της ατομικής κρυσταλλικής δομής και σύστασης φάσης του υλικού για αυτό πλήρη χαρακτηριστικάείναι υποχρεωτικό να οριστεί χημική σύνθεση.

Όλο και περισσότερο, διάφορες αποκαλούμενες ενόργανες μέθοδοι φασματικής ανάλυσης χρησιμοποιούνται στην πράξη για αυτούς τους σκοπούς. Κάθε ένα από αυτά έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και εφαρμογές.

Μία από τις σημαντικές απαιτήσεις σε πολλές περιπτώσεις είναι ότι η μέθοδος που χρησιμοποιείται διασφαλίζει την ασφάλεια του αναλυόμενου αντικειμένου. Αυτές οι μέθοδοι ανάλυσης συζητούνται σε αυτήν την ενότητα. Το επόμενο κριτήριο σύμφωνα με το οποίο επιλέχθηκαν οι μέθοδοι ανάλυσης που περιγράφονται σε αυτή την ενότητα είναι η τοπικότητά τους.

Η μέθοδος φασματικής ανάλυσης ακτίνων Χ φθορισμού βασίζεται στη διείσδυση μάλλον σκληρής ακτινοβολίας ακτίνων Χ (από έναν σωλήνα ακτίνων Χ) στο αναλυόμενο αντικείμενο, που διεισδύει σε ένα στρώμα με πάχος της τάξης πολλών μικρομέτρων. Η χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ που προκύπτει σε αυτήν την περίπτωση στο αντικείμενο καθιστά δυνατή τη λήψη κατά μέσο όρο δεδομένων για τη χημική του σύνθεση.

Για να προσδιοριστεί η στοιχειακή σύνθεση μιας ουσίας, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει την ανάλυση του χαρακτηριστικού φάσματος ακτίνων Χ ενός δείγματος που τοποθετείται στην άνοδο ενός σωλήνα ακτίνων Χ και υποβάλλεται σε βομβαρδισμό ηλεκτρονίων - τη μέθοδο εκπομπής ή την ανάλυση του φάσματος δευτερογενούς (φθορισμού) ακτινοβολίας ακτίνων Χ δείγματος που υποβάλλεται σε ακτινοβολία με σκληρές ακτίνες Χ από σωλήνα ακτίνων Χ ή άλλη πηγή - μέθοδος φθορισμού.

μειονέκτημα μέθοδος εκπομπήςείναι, πρώτον, η ανάγκη τοποθέτησης του δείγματος στην άνοδο του σωλήνα ακτίνων Χ, ακολουθούμενη από άντληση με αντλίες κενού. προφανώς, αυτή η μέθοδος είναι ακατάλληλη για εύτηκτες και πτητικές ουσίες. Το δεύτερο μειονέκτημα σχετίζεται με το γεγονός ότι ακόμη και πυρίμαχα αντικείμενα καταστρέφονται από βομβαρδισμό ηλεκτρονίων. Η μέθοδος φθορισμού είναι απαλλαγμένη από αυτές τις ελλείψεις και επομένως έχει πολύ ευρύτερη εφαρμογή. Το πλεονέκτημα της μεθόδου φθορισμού είναι επίσης η απουσία bremsstrahlung, που βελτιώνει την ευαισθησία της ανάλυσης. Η σύγκριση των μετρούμενων μηκών κύματος με πίνακες φασματικών γραμμών χημικών στοιχείων είναι η βάση μιας ποιοτικής ανάλυσης και οι σχετικές εντάσεις των φασματικών γραμμών διαφορετικών στοιχείων που σχηματίζουν την ουσία του δείγματος αποτελούν τη βάση μιας ποσοτικής ανάλυσης. Από την εξέταση του μηχανισμού διέγερσης της χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ, είναι σαφές ότι οι ακτινοβολίες της μιας ή της άλλης σειράς (K ή L, M, κ.λπ.) προκύπτουν ταυτόχρονα και ο λόγος των εντάσεων γραμμής εντός της σειράς είναι πάντα συνεχής. Επομένως, η παρουσία αυτού ή εκείνου του στοιχείου καθορίζεται όχι από μεμονωμένες γραμμές, αλλά από μια σειρά γραμμών ως σύνολο (εκτός από τις πιο αδύναμες, λαμβάνοντας υπόψη το περιεχόμενο αυτού του στοιχείου). Για σχετικά ελαφριά στοιχεία, χρησιμοποιείται η ανάλυση των γραμμών της σειράς K, για βαριά στοιχεία, οι γραμμές της σειράς L. σε διαφορετικές συνθήκες(ανάλογα με τα όργανα που χρησιμοποιούνται και τα στοιχεία που αναλύονται) διαφορετικές περιοχές του χαρακτηριστικού φάσματος μπορεί να είναι πιο βολικές.

Τα κύρια χαρακτηριστικά της φασματικής ανάλυσης ακτίνων Χ είναι τα ακόλουθα.

Η απλότητα των χαρακτηριστικών φασμάτων ακτίνων Χ ακόμη και για βαριά στοιχεία (σε σύγκριση με οπτικά φάσματα), το οποίο απλοποιεί την ανάλυση (μικρός αριθμός γραμμών, ομοιότητα στην αμοιβαία διάταξη τους, με αύξηση του σειριακού αριθμού, εμφανίζεται μια τακτική μετατόπιση του φάσματος στην περιοχή μικρού μήκους κύματος, η συγκριτική απλότητα της ποσοτικής ανάλυσης).

Ανεξαρτησία των μηκών κύματος από την κατάσταση των ατόμων του αναλυόμενου στοιχείου (ελεύθερο ή σε χημική ένωση). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η εμφάνιση χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ σχετίζεται με τη διέγερση εσωτερικών ηλεκτρονικών επιπέδων, τα οποία στις περισσότερες περιπτώσεις πρακτικά δεν αλλάζουν με τον βαθμό ιονισμού των ατόμων.

Η δυνατότητα διαχωρισμού στην ανάλυση σπάνιων γαιών και κάποιων άλλων στοιχείων που έχουν μικρές διαφορές στα φάσματα στο οπτικό εύρος λόγω ομοιότητας ηλεκτρονική δομήεξωτερικά κελύφη και διαφέρουν ελάχιστα στις χημικές τους ιδιότητες.

Η φασματοσκοπία φθορισμού ακτίνων Χ είναι «μη καταστροφική», επομένως έχει πλεονέκτημα έναντι της συμβατικής οπτικής φασματοσκοπίας κατά την ανάλυση λεπτών δειγμάτων - λεπτό μεταλλικό φύλλο, φύλλο κ.λπ.

Φασματόμετρα φθορισμού ακτίνων Χ, μεταξύ των οποίων πολυκάναλα φασματόμετρα ή κβαντόμετρα, που παρέχουν ρητή ποσοτική ανάλυση στοιχείων (από Na ή Mg έως U) με σφάλμα μικρότερο από 1% της καθορισμένης τιμής, όριο ευαισθησίας 10 -3 ... 10-4%.

ακτίνα Χ

Μέθοδοι προσδιορισμού της φασματικής σύστασης των ακτίνων Χ

Τα φασματόμετρα χωρίζονται σε δύο τύπους: κρυσταλλική περίθλαση και χωρίς κρυστάλλους.

Αποσύνθεση των ακτίνων Χ σε φάσμα με χρήση φυσικών κιγκλίδωμα- κρύσταλλο - ουσιαστικά παρόμοιο με τη λήψη ενός φάσματος συνηθισμένων ακτίνων φωτός χρησιμοποιώντας ένα τεχνητό πλέγμα περίθλασης με τη μορφή περιοδικών χτυπημάτων στο γυαλί. Η συνθήκη για το σχηματισμό ενός μέγιστου περίθλασης μπορεί να γραφτεί ως η συνθήκη "αντανάκλασης" από ένα σύστημα παράλληλων ατομικών επιπέδων που χωρίζονται με απόσταση d hkl .

Κατά τη διεξαγωγή μιας ποιοτικής ανάλυσης, μπορεί κανείς να κρίνει την παρουσία ενός στοιχείου σε ένα δείγμα από μια γραμμή - συνήθως την πιο έντονη γραμμή της φασματικής σειράς που είναι κατάλληλη για έναν δεδομένο κρύσταλλο αναλυτή. Η διακριτική ικανότητα των φασματόμετρων περίθλασης κρυστάλλων είναι επαρκής για να διαχωρίσει τις χαρακτηριστικές γραμμές ακόμη και των στοιχείων που γειτνιάζουν στη θέση τους στον περιοδικό πίνακα. Ωστόσο, είναι επίσης απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η επιβολή διαφορετικών γραμμών διαφορετικών στοιχείων, καθώς και η επιβολή αντανακλάσεων διαφορετικών τάξεων. Αυτή η περίσταση πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή αναλυτικών γραμμών. Ταυτόχρονα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν οι δυνατότητες βελτίωσης της ανάλυσης του οργάνου.

συμπέρασμα

Έτσι, οι ακτίνες Χ είναι αόρατη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος 10 5 - 10 2 nm. Οι ακτίνες Χ μπορούν να διαπεράσουν ορισμένα υλικά που είναι αδιαφανή στο ορατό φως. Εκπέμπονται κατά την επιβράδυνση των γρήγορων ηλεκτρονίων στην ύλη (συνεχές φάσμα) και κατά τις μεταβάσεις ηλεκτρονίων από τα εξωτερικά ηλεκτρονιακά κελύφη του ατόμου στα εσωτερικά (γραμμικό φάσμα). Πηγές ακτίνων Χ είναι: σωλήνας ακτίνων Χ, μερικά ραδιενεργά ισότοπα, επιταχυντές και συσσωρευτές ηλεκτρονίων ( ακτινοβολία σύγχροτρον). Δέκτες - φιλμ, οθόνες φωταύγειας, ανιχνευτές πυρηνικής ακτινοβολίας. Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται σε ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ, ιατρική, ανίχνευση ελαττωμάτων, φασματική ανάλυση ακτίνων Χ κ.λπ.

Έχοντας σκεφτεί θετικές πλευρέςη ανακάλυψη του V. Roentgen, είναι απαραίτητο να σημειωθεί η επιβλαβής βιολογική του επίδραση. Αποδείχθηκε ότι οι ακτινογραφίες μπορεί να προκαλέσουν κάτι σαν σοβαρό ηλιακό έγκαυμα (ερύθημα), συνοδευόμενο, ωστόσο, από βαθύτερη και πιο μόνιμη βλάβη στο δέρμα. Τα εμφανιζόμενα έλκη συχνά μετατρέπονται σε καρκίνο. Σε πολλές περιπτώσεις χρειάστηκε να ακρωτηριαστούν τα δάχτυλα ή τα χέρια. Υπήρχαν και θάνατοι.

Έχει διαπιστωθεί ότι η βλάβη του δέρματος μπορεί να αποφευχθεί με τη μείωση του χρόνου έκθεσης και της δόσης, χρησιμοποιώντας θωράκιση (π.χ. μόλυβδο) και τηλεχειριστήρια. Σταδιακά όμως αποκαλύφθηκαν άλλες, πιο μακροπρόθεσμες επιπτώσεις της έκθεσης σε ακτίνες Χ, οι οποίες στη συνέχεια επιβεβαιώθηκαν και μελετήθηκαν σε πειραματόζωα. Οι επιδράσεις που οφείλονται στις ακτίνες Χ και άλλες ιονίζουσες ακτινοβολίες (όπως οι ακτίνες γάμμα που εκπέμπονται από ραδιενεργά υλικά) περιλαμβάνουν:

) προσωρινές αλλαγές στη σύνθεση του αίματος μετά από σχετικά μικρή υπερβολική έκθεση.

) μη αναστρέψιμες αλλαγές στη σύνθεση του αίματος (αιμολυτική αναιμία) μετά από παρατεταμένη υπερβολική έκθεση.

) αύξηση της συχνότητας εμφάνισης καρκίνου (συμπεριλαμβανομένης της λευχαιμίας).

) ταχύτερη γήρανση και πρόωρο θάνατο;

) η εμφάνιση καταρράκτη.

Η βιολογική επίδραση των ακτίνων Χ στο ανθρώπινο σώμα καθορίζεται από το επίπεδο δόσης ακτινοβολίας, καθώς και από το ποιο συγκεκριμένο όργανο του σώματος εκτέθηκε σε ακτινοβολία.

Η συσσώρευση γνώσεων σχετικά με τις επιπτώσεις της ακτινοβολίας ακτίνων Χ στο ανθρώπινο σώμα οδήγησε στην ανάπτυξη εθνικών και διεθνών προτύπων για τις επιτρεπόμενες δόσεις ακτινοβολίας, που δημοσιεύθηκαν σε διάφορα βιβλία αναφοράς.

Να αποφύγω βλαβερές συνέπειεςΧρησιμοποιούνται μέθοδοι ελέγχου ακτινοβολίας ακτίνων Χ:

) διαθεσιμότητα επαρκούς εξοπλισμού,

) παρακολούθηση της συμμόρφωσης με τους κανονισμούς ασφαλείας,

) σωστή χρήση του εξοπλισμού.

Κατάλογος πηγών που χρησιμοποιήθηκαν

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

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

) Ακτινογραφίες. Σάβ. εκδ. Μ.Α. Blokhin, μτφρ. με αυτόν. and English, Μ., 1960;

) Kharaja F., Γενικό μάθημα X-ray engineering, 3rd ed., M. - L., 1966;

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

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

) Ακτινογραφία και ηλεκτρονιοοπτική ανάλυση. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Επίδομα για τα πανεπιστήμια. - 4η έκδ. Προσθήκη. Και εργάτης. - Μ.: «MISiS», 2002. - 360 σελ.

Εφαρμογές

Συνημμένο 1

Γενική άποψη σωλήνων ακτίνων Χ

Παράρτημα 2

Σχέδιο σωλήνα ακτίνων Χ για δομική ανάλυση

Σχέδιο ενός σωλήνα ακτίνων Χ για δομική ανάλυση: 1 - μεταλλικό γυαλί ανόδου (συνήθως γειωμένο). 2 - παράθυρα από βηρύλλιο για έξοδο ακτίνων Χ. 3 - θερμιονική κάθοδος. 4 - γυάλινη λάμπα, που απομονώνει το τμήμα ανόδου του σωλήνα από την κάθοδο. 5 - ακροδέκτες καθόδου, στους οποίους εφαρμόζεται η τάση του νήματος, καθώς και υψηλή (σε σχέση με την άνοδο) τάση. 6 - ηλεκτροστατικό σύστημα εστίασης ηλεκτρονίων. 7 - άνοδος (αντικαθόδιο); 8 - σωλήνες διακλάδωσης για είσοδο και έξοδο τρεχούμενου νερού ψύξης του γυαλιού ανόδου.

Παράρτημα 3

Διάγραμμα Moseley

Διάγραμμα Moseley για σειρές K, L και M χαρακτηριστικών ακτίνων Χ. Η τετμημένη δείχνει τον αύξοντα αριθμό του στοιχείου Z, την τεταγμένη - ( Μεείναι η ταχύτητα του φωτός).

Παράρτημα 4

Θάλαμος ιοντισμού.

Εικ.1. Τμήμα κυλινδρικού θαλάμου ιονισμού: 1 - κυλινδρικό σώμα του θαλάμου, το οποίο χρησιμεύει ως αρνητικό ηλεκτρόδιο. 2 - κυλινδρική ράβδος που χρησιμεύει ως θετικό ηλεκτρόδιο. 3 - μονωτές.

Ρύζι. 2. Σχέδιο ενεργοποίησης του θαλάμου ιονισμού ρεύματος: V - τάση στα ηλεκτρόδια του θαλάμου. Το G είναι ένα γαλβανόμετρο που μετρά το ρεύμα ιονισμού.

Ρύζι. 3. Χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης του θαλάμου ιονισμού.

Ρύζι. 4. Σχέδιο ενεργοποίησης του θαλάμου παλμικού ιονισμού: C - χωρητικότητα του ηλεκτροδίου συλλογής. Το R είναι αντίσταση.

Παράρτημα 5

Μετρητής σπινθηρισμών.

Σχέδιο ενός μετρητή σπινθηρισμού: κβάντα φωτός (φωτόνια) "βγάζουν άουτ" ηλεκτρόνια από τη φωτοκάθοδο. κινούμενος από δύνοδο σε δύνοδο, η χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων πολλαπλασιάζεται.

Παράρτημα 6

Μετρητής Geiger-Muller.

Ρύζι. 1. Σχέδιο γυάλινου μετρητή Geiger-Muller: 1 - ερμητικά σφραγισμένος γυάλινος σωλήνας. 2 - κάθοδος (ένα λεπτό στρώμα χαλκού σε σωλήνα από ανοξείδωτο χάλυβα). 3 - έξοδος της καθόδου. 4 - άνοδος (λεπτό τεντωμένο νήμα).

Ρύζι. 2. Σχέδιο ενεργοποίησης του μετρητή Geiger-Muller.

Ρύζι. 3. Το μετρητικό χαρακτηριστικό του μετρητή Geiger-Muller.

Παράρτημα 7

αναλογικός μετρητής.

Σχέδιο αναλογικού μετρητή: α - περιοχή μετατόπισης ηλεκτρονίων. β - περιοχή ενίσχυσης αερίου.

Παράρτημα 8

Ανιχνευτές ημιαγωγών

Ανιχνευτές ημιαγωγών; η ευαίσθητη περιοχή επισημαίνεται με εκκόλαψη. n - περιοχή ημιαγωγού με ηλεκτρονική αγωγιμότητα, p - με οπή, i - με εγγενή αγωγιμότητα. α - ανιχνευτής φραγμού επιφάνειας πυριτίου. β - επίπεδος ανιχνευτής γερμανίου-λιθίου μετατόπισης. γ - ομοαξονικός ανιχνευτής γερμανίου-λιθίου.

Η σύγχρονη ιατρική διάγνωση και θεραπεία ορισμένων ασθενειών δεν μπορεί να φανταστεί χωρίς συσκευές που χρησιμοποιούν τις ιδιότητες των ακτίνων Χ. Η ανακάλυψη των ακτίνων Χ συνέβη πριν από περισσότερα από 100 χρόνια, αλλά ακόμη και τώρα συνεχίζονται οι εργασίες για τη δημιουργία νέων μεθόδων και συσκευών για την ελαχιστοποίηση της αρνητικής επίδρασης της ακτινοβολίας στο ανθρώπινο σώμα.

Ποιος και πώς ανακάλυψε τις ακτίνες Χ

Υπό φυσικές συνθήκες, η ροή των ακτίνων Χ είναι σπάνια και εκπέμπεται μόνο από ορισμένους ραδιομετάδοση. Οι ακτίνες Χ ή ακτίνες Χ ανακαλύφθηκαν μόλις το 1895 από τον Γερμανό επιστήμονα Wilhelm Röntgen. Αυτή η ανακάλυψη έγινε τυχαία, κατά τη διάρκεια ενός πειράματος για τη μελέτη της συμπεριφοράς των ακτίνων φωτός υπό συνθήκες που πλησιάζουν το κενό. Το πείραμα περιελάμβανε έναν σωλήνα εκκένωσης αερίου καθόδου με μειωμένη πίεση και μια φθορίζουσα οθόνη, η οποία κάθε φορά άρχιζε να λάμπει τη στιγμή που ο σωλήνας άρχιζε να ενεργεί.

Ενδιαφερόμενος για ένα περίεργο αποτέλεσμα, ο Roentgen διεξήγαγε μια σειρά μελετών που έδειξαν ότι το προκύπτον ορατή στο μάτιη ακτινοβολία είναι σε θέση να διαπεράσει διάφορα εμπόδια: χαρτί, ξύλο, γυαλί, ορισμένα μέταλλα, ακόμη και μέσω ανθρώπινο σώμα. Παρά την έλλειψη κατανόησης της ίδιας της φύσης αυτού που συμβαίνει, εάν ένα τέτοιο φαινόμενο προκαλείται από τη δημιουργία ενός ρεύματος άγνωστων σωματιδίων ή κυμάτων, σημειώθηκε το ακόλουθο μοτίβο - η ακτινοβολία περνά εύκολα μέσα από τους μαλακούς ιστούς του σώματος και πολύ πιο σκληρό μέσω στερεών ζωντανών ιστών και άψυχων ουσιών.

Ο Ρέντγκεν δεν ήταν ο πρώτος που μελέτησε αυτό το φαινόμενο. ΣΤΟ μέσα του δέκατου ένατουαιώνες, παρόμοιες δυνατότητες μελετήθηκαν από τον Γάλλο Antoine Mason και τον Άγγλο William Crookes. Ωστόσο, ήταν ο Ρέντγκεν που εφηύρε πρώτος τον καθοδικό σωλήνα και έναν δείκτη που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στην ιατρική. Πρωτοδημοσίευσε πραγματεία, που του έφερε τον τίτλο του πρώτου νομπελίστα μεταξύ των φυσικών.

Το 1901 ξεκίνησε μια γόνιμη συνεργασία μεταξύ των τριών επιστημόνων, οι οποίοι έγιναν οι ιδρυτές της ακτινολογίας και της ακτινολογίας.

Ιδιότητες ακτίνων Χ

Οι ακτίνες Χ αποτελούν μέρος του συνολικού φάσματος ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Το μήκος κύματος είναι μεταξύ γάμμα και υπεριώδεις ακτίνες. Οι ακτίνες Χ έχουν όλες τις συνήθεις κυματικές ιδιότητες:

• περίθλαση;
• διάθλαση;
• παρέμβαση;
• ταχύτητα διάδοσης (ισούται με το φως).

Για την τεχνητή δημιουργία ροής ακτίνων Χ, χρησιμοποιούνται ειδικές συσκευές - σωλήνες ακτίνων Χ. Η ακτινοβολία ακτίνων Χ προκύπτει από την επαφή ταχέων ηλεκτρονίων βολφραμίου με ουσίες που εξατμίζονται από μια θερμή άνοδο. Στο πλαίσιο της αλληλεπίδρασης, προκύπτουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα μικρού μήκους, τα οποία βρίσκονται στο φάσμα από 100 έως 0,01 nm και στην περιοχή ενέργειας 100-0,1 MeV. Εάν το μήκος κύματος των ακτίνων είναι μικρότερο από 0,2 nm - αυτό είναι σκληρή ακτινοβολία, εάν το μήκος κύματος είναι μεγαλύτερο από την καθορισμένη τιμή, ονομάζονται μαλακές ακτίνες Χ.

Είναι σημαντικό ότι η κινητική ενέργεια που προκύπτει από την επαφή των ηλεκτρονίων και της ουσίας της ανόδου μετατρέπεται κατά 99% σε θερμική ενέργεια και μόνο το 1% είναι ακτίνες Χ.

Ακτινοβολία ακτίνων Χ - bremsstrahlung και χαρακτηριστική

Η ακτινοβολία Χ είναι μια υπέρθεση δύο τύπων ακτίνων - bremsstrahlung και χαρακτηριστικών. Δημιουργούνται στο ακουστικό ταυτόχρονα. Επομένως, η ακτινοβολία ακτίνων Χ και το χαρακτηριστικό κάθε συγκεκριμένου σωλήνα ακτίνων Χ - το φάσμα της ακτινοβολίας του, εξαρτάται από αυτούς τους δείκτες και αντιπροσωπεύει την υπέρθεση τους.

Οι ακτίνες Χ Bremsstrahlung ή οι συνεχείς ακτίνες Χ είναι το αποτέλεσμα της επιβράδυνσης των ηλεκτρονίων που εξατμίζονται από ένα νήμα βολφραμίου.

Οι χαρακτηριστικές ή γραμμικές ακτίνες Χ σχηματίζονται τη στιγμή της αναδιάταξης των ατόμων της ουσίας της ανόδου του σωλήνα ακτίνων Χ. Το μήκος κύματος των χαρακτηριστικών ακτίνων εξαρτάται άμεσα από τον ατομικό αριθμό του χημικού στοιχείου που χρησιμοποιείται για την κατασκευή της ανόδου του σωλήνα.

Οι αναφερόμενες ιδιότητες των ακτίνων Χ τους επιτρέπουν να χρησιμοποιηθούν στην πράξη:

• αόρατο στο συνηθισμένο μάτι.
• υψηλή ικανότητα διείσδυσης μέσω ζωντανών ιστών και άψυχων υλικών που δεν μεταδίδουν ορατό φως.
• επίδραση ιονισμού στις μοριακές δομές.

Αρχές Απεικόνισης ακτίνων Χ

Η ιδιότητα των ακτίνων Χ στην οποία βασίζεται η απεικόνιση είναι η ικανότητα είτε να αποσυντίθενται είτε να προκαλούν λάμψη ορισμένων ουσιών.

Η ακτινοβολία με ακτίνες Χ προκαλεί μια φθορίζουσα λάμψη στα θειούχα κάδμιο και ψευδάργυρο - πράσινο, και στο βολφραμικό ασβέστιο - μπλε. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται στην τεχνική της ιατρικής μεταφωτισμού ακτίνων Χ και επίσης αυξάνει τη λειτουργικότητα των οθονών ακτίνων Χ.

Η φωτοχημική επίδραση των ακτίνων Χ σε ευαίσθητα στο φως υλικά αλογονιδίου αργύρου (φωτισμός) καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή διαγνωστικών - τη λήψη εικόνων ακτίνων Χ. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται επίσης για τη μέτρηση της συνολικής δόσης που λαμβάνουν οι εργαστηριακοί βοηθοί σε αίθουσες ακτίνων Χ. Τα φορητά δοσίμετρα έχουν ειδικές ευαίσθητες ταινίες και δείκτες. Η ιονιστική επίδραση των ακτίνων Χ καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό και ποιοτικό χαρακτηριστικόέλαβε ακτινογραφίες.

Μία μόνο έκθεση σε συμβατικές ακτίνες Χ αυξάνει τον κίνδυνο καρκίνου μόνο κατά 0,001%.

Περιοχές όπου χρησιμοποιούνται ακτινογραφίες

Η χρήση ακτίνων Χ είναι αποδεκτή στις ακόλουθες βιομηχανίες:

1. Ασφάλεια. Σταθερές και φορητές συσκευές για τον εντοπισμό επικίνδυνων και απαγορευμένων αντικειμένων σε αεροδρόμια, τελωνεία ή σε χώρους με συνωστισμό.
2. Χημική βιομηχανία, μεταλλουργία, αρχαιολογία, αρχιτεκτονική, κατασκευές, εργασίες αποκατάστασης - για τον εντοπισμό ελαττωμάτων και την εκτέλεση χημική ανάλυσηουσίες.
3. Αστρονομία. Βοηθά στην παρακολούθηση διαστημικά σώματακαι φαινόμενα που χρησιμοποιούν τηλεσκόπια ακτίνων Χ.
4. στρατιωτική βιομηχανία. Για την ανάπτυξη όπλων λέιζερ.

Η κύρια εφαρμογή των ακτίνων Χ είναι στον ιατρικό τομέα. Σήμερα, ο τομέας της ιατρικής ακτινολογίας περιλαμβάνει: ακτινοδιαγνωστικά, ακτινοθεραπεία (ακτινοθεραπεία), ακτινοχειρουργική. Ιατρικές σχολέςπαράγουν στενού προφίλ ειδικούς - ακτινολόγους.

Ακτινοβολία Χ - βλάβη και όφελος, επιπτώσεις στο σώμα

Η υψηλή διεισδυτική ισχύς και η ιονιστική δράση των ακτίνων Χ μπορεί να προκαλέσει αλλαγή στη δομή του DNA του κυττάρου, επομένως είναι επικίνδυνο για τον άνθρωπο. Η βλάβη από την ακτινοβολία ακτίνων Χ είναι ευθέως ανάλογη της λαμβανόμενης δόσης ακτινοβολίας. Διαφορετικά όργανα ανταποκρίνονται στην ακτινοβολία σε διάφορους βαθμούς. Τα πιο ευαίσθητα περιλαμβάνουν:

• μυελός των οστών και ιστός των οστών.
• φακός του ματιού?
• θυροειδής;
• μαστικοί και σεξουαλικοί αδένες.
• πνευμονικός ιστός.

Η ανεξέλεγκτη χρήση ακτινοβολίας με ακτίνες Χ μπορεί να προκαλέσει αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες παθολογίες.

Συνέπειες της έκθεσης σε ακτίνες Χ:

• βλάβη του μυελού των οστών και την εμφάνιση παθολογιών αιμοποιητικό σύστημα- ερυθροκυτταροπενία, θρομβοπενία, λευχαιμία.
• βλάβη στον φακό, με την επακόλουθη ανάπτυξη καταρράκτη.
• κυτταρικές μεταλλάξεις που κληρονομούνται.
• ανάπτυξη ογκολογικών ασθενειών ·
• να πάρει εγκαύματα ακτινοβολίας?
• ανάπτυξη ασθένειας ακτινοβολίας.

Σπουδαίος! Σε αντίθεση με τις ραδιενεργές ουσίες, οι ακτίνες Χ δεν συσσωρεύονται στους ιστούς του σώματος, πράγμα που σημαίνει ότι δεν χρειάζεται να αφαιρεθούν οι ακτίνες Χ από το σώμα. Η επιβλαβής επίδραση των ακτίνων Χ τελειώνει όταν η ιατρική συσκευή είναι απενεργοποιημένη.

Η χρήση ακτίνων Χ στην ιατρική επιτρέπεται όχι μόνο για διαγνωστικούς (τραυματολογία, οδοντιατρική), αλλά και για θεραπευτικούς σκοπούς:

• από ακτινογραφίες σε μικρές δόσεις, διεγείρεται ο μεταβολισμός σε ζωντανά κύτταρα και ιστούς.
• ορισμένες περιοριστικές δόσεις χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία ογκολογικών και καλοήθων νεοπλασμάτων.

Μέθοδοι διάγνωσης παθολογιών χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ

Η ακτινοδιαγνωστική περιλαμβάνει τις ακόλουθες μεθόδους:

1. Η ακτινοσκόπηση είναι μια μελέτη στην οποία λαμβάνεται μια εικόνα σε μια φθορίζουσα οθόνη σε πραγματικό χρόνο. Μαζί με την κλασική απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο ενός μέρους του σώματος, σήμερα υπάρχουν τεχνολογίες μεταφωτισμού τηλεόρασης με ακτίνες Χ - η εικόνα μεταφέρεται από μια φθορίζουσα οθόνη σε μια οθόνη τηλεόρασης που βρίσκεται σε άλλο δωμάτιο. Έχουν αναπτυχθεί αρκετές ψηφιακές μέθοδοι για την επεξεργασία της εικόνας που προκύπτει, ακολουθούμενη από τη μεταφορά της από την οθόνη στο χαρτί.
2. Η ακτινογραφία είναι η φθηνότερη μέθοδος για την εξέταση των οργάνων του θώρακα, η οποία συνίσταται στη δημιουργία μιας μικρής εικόνας 7x7 εκ. Παρά την πιθανότητα λάθους, είναι ο μόνος τρόπος για να γίνει μαζική ετήσια εξέταση του πληθυσμού. Η μέθοδος δεν είναι επικίνδυνη και δεν απαιτεί την απόσυρση της λαμβανόμενης δόσης ακτινοβολίας από τον οργανισμό.
3. Ακτινογραφία - λήψη μιας συνοπτικής εικόνας σε φιλμ ή χαρτί για να αποσαφηνιστεί το σχήμα ενός οργάνου, η θέση ή ο τόνος του. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση της περισταλτικής και της κατάστασης των βλεννογόνων. Εάν υπάρχει δυνατότητα επιλογής, τότε μεταξύ των σύγχρονων συσκευών ακτίνων Χ, δεν θα πρέπει να προτιμώνται ούτε οι ψηφιακές συσκευές, όπου η ροή ακτίνων Χ μπορεί να είναι υψηλότερη από αυτή των παλαιών συσκευών, αλλά οι συσκευές ακτίνων Χ χαμηλής δόσης με απευθείας επίπεδο ανιχνευτές ημιαγωγών. Σας επιτρέπουν να μειώσετε το φορτίο στο σώμα κατά 4 φορές.
4. Η αξονική τομογραφία ακτίνων Χ είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί ακτίνες Χ για τη λήψη του απαιτούμενου αριθμού εικόνων τμημάτων ενός επιλεγμένου οργάνου. Μεταξύ των πολλών ποικιλιών σύγχρονων συσκευών CT, αξονικοί τομογράφοι χαμηλής δόσης υψηλής ανάλυσης χρησιμοποιούνται για μια σειρά επαναλαμβανόμενων μελετών.

Ακτινοθεραπεία

Η ακτινοθεραπεία αναφέρεται σε τοπικές μεθόδους θεραπείας. Τις περισσότερες φορές, η μέθοδος χρησιμοποιείται για την καταστροφή των καρκινικών κυττάρων. Δεδομένου ότι το αποτέλεσμα της έκθεσης είναι συγκρίσιμο με τη χειρουργική αφαίρεση, αυτή η μέθοδος θεραπείας ονομάζεται συχνά ακτινοχειρουργική.

Σήμερα, η θεραπεία με ακτίνες Χ πραγματοποιείται με τους ακόλουθους τρόπους:

1. Εξωτερική (θεραπεία πρωτονίων) - η ακτίνα ακτινοβολίας εισέρχεται στο σώμα του ασθενούς από έξω.
2. Εσωτερική (βραχυθεραπεία) - η χρήση ραδιενεργών καψουλών με εμφύτευσή τους στο σώμα, με την τοποθέτηση πιο κοντά στον καρκινικό όγκο. Το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου θεραπείας είναι ότι μέχρι να αφαιρεθεί η κάψουλα από το σώμα, ο ασθενής πρέπει να απομονωθεί.

Αυτές οι μέθοδοι είναι ήπιες και η χρήση τους είναι προτιμότερη από τη χημειοθεραπεία σε ορισμένες περιπτώσεις. Αυτή η δημοτικότητα οφείλεται στο γεγονός ότι οι ακτίνες δεν συσσωρεύονται και δεν απαιτούν απομάκρυνση από το σώμα, έχουν επιλεκτικό αποτέλεσμα, χωρίς να επηρεάζουν άλλα κύτταρα και ιστούς.

Ασφαλής ρυθμός έκθεσης σε ακτίνες Χ

Αυτός ο δείκτης του κανόνα της επιτρεπόμενης ετήσιας έκθεσης έχει το δικό του όνομα - μια γενετικά σημαντική ισοδύναμη δόση (GED). Δεν υπάρχουν σαφείς ποσοτικές τιμές για αυτόν τον δείκτη.

1. Αυτός ο δείκτης εξαρτάται από την ηλικία και την επιθυμία του ασθενούς να κάνει παιδιά στο μέλλον.
2. Εξαρτάται από τα όργανα που εξετάστηκαν ή υποβλήθηκαν σε θεραπεία.
3. Το GZD επηρεάζεται από το επίπεδο του φυσικού ραδιενεργού υποβάθρου της περιοχής όπου ζει ένα άτομο.

Σήμερα, ισχύουν τα ακόλουθα μέσα πρότυπα GZD:

• το επίπεδο έκθεσης από όλες τις πηγές, με εξαίρεση τις ιατρικές, και χωρίς να λαμβάνεται υπόψη το φυσικό υπόβαθρο ακτινοβολίας - 167 mRem ετησίως.
• ο κανόνας για ετήσια ιατρική εξέταση δεν υπερβαίνει τα 100 mRem ετησίως.
• η συνολική ασφαλής τιμή είναι 392 mRem ετησίως.

Η ακτινοβολία ακτίνων Χ δεν απαιτεί απέκκριση από το σώμα και είναι επικίνδυνη μόνο σε περίπτωση έντονης και παρατεταμένης έκθεσης. Ο σύγχρονος ιατρικός εξοπλισμός χρησιμοποιεί ακτινοβολία χαμηλής ενέργειας μικρής διάρκειας, επομένως η χρήση του θεωρείται σχετικά αβλαβής.