Sinaran X-ray memainkan peranan yang besar dalam perubatan moden; sejarah penemuan sinar-X bermula pada abad ke-19.

X-ray adalah gelombang elektromagnet yang dihasilkan dengan penyertaan elektron. Dengan pecutan kuat zarah bercas, x-ray buatan dicipta. Ia melalui peralatan khas:

• pemecut zarah.

Sejarah penemuan

Sinar ini dicipta pada tahun 1895 oleh saintis Jerman Roentgen: semasa bekerja dengan tiub sinar katod, dia menemui kesan pendarfluor barium platinum sianida. Kemudian terdapat penerangan tentang sinar tersebut dan keupayaan luar biasa mereka untuk menembusi tisu badan. Sinar itu mula dipanggil x-ray (x-ray). Kemudian di Rusia mereka mula dipanggil X-ray.

X-ray mampu menembusi walaupun melalui dinding. Jadi Roentgen menyedari bahawa dia telah membuat penemuan terbesar dalam bidang perubatan. Dari masa itu bahagian yang berasingan dalam sains mula terbentuk, seperti radiologi dan radiologi.

Sinaran dapat menembusi tisu lembut, tetapi ditangguhkan, panjangnya ditentukan oleh halangan permukaan keras. Tisu lembut dalam tubuh manusia ialah kulit, dan tisu keras ialah tulang. Pada tahun 1901, saintis itu dianugerahkan Hadiah Nobel.

Walau bagaimanapun, sebelum penemuan Wilhelm Conrad Roentgen, saintis lain juga berminat dengan topik yang sama. Pada tahun 1853, ahli fizik Perancis Antoine-Philiber Mason mengkaji pelepasan voltan tinggi antara elektrod dalam tiub kaca. Gas yang terkandung di dalamnya pada tekanan rendah mula mengeluarkan cahaya kemerahan. Mengepam keluar gas berlebihan dari tiub membawa kepada pereputan cahaya ke dalam urutan kompleks lapisan bercahaya individu, warna yang bergantung pada jumlah gas.

Pada tahun 1878, William Crookes (ahli fizik Inggeris) mencadangkan bahawa pendarfluor berlaku disebabkan oleh kesan sinar pada permukaan kaca tiub. Tetapi semua kajian ini tidak diterbitkan di mana-mana, jadi Roentgen tidak tahu tentang penemuan sedemikian. Selepas penerbitan penemuannya pada tahun 1895 dalam jurnal saintifik, di mana saintis menulis bahawa semua badan adalah telus kepada sinar ini, walaupun pada tahap yang sangat berbeza, saintis lain mula berminat dengan eksperimen yang sama. Mereka mengesahkan penciptaan Roentgen, dan pembangunan lanjut dan penambahbaikan x-ray bermula.

Wilhelm Roentgen sendiri menerbitkan dua lagi kertas saintifik mengenai subjek x-ray pada tahun 1896 dan 1897, selepas itu dia mengambil aktiviti lain. Oleh itu, beberapa saintis mencipta, tetapi Roentgen yang menerbitkan kertas saintifik mengenai subjek ini.

Prinsip Pengimejan

Ciri-ciri sinaran ini ditentukan oleh sifat penampilannya. Sinaran berlaku disebabkan oleh gelombang elektromagnet. Ciri-ciri utamanya termasuk:

1. Refleksi. Jika gelombang mengenai permukaan secara berserenjang, ia tidak akan dipantulkan. Dalam sesetengah keadaan, berlian mempunyai sifat pantulan.
2. Keupayaan untuk menembusi tisu. Di samping itu, sinar boleh melalui permukaan legap bahan seperti kayu, kertas, dan seumpamanya.
3. daya serap. Penyerapan bergantung kepada ketumpatan bahan: semakin padat, semakin banyak sinar-X menyerapnya.
4. Sesetengah bahan pendarfluor, iaitu, ia bercahaya. Sebaik sahaja sinaran berhenti, cahaya itu juga hilang. Jika ia berterusan selepas pemberhentian tindakan sinar, maka kesan ini dipanggil pendarfluor.
5. X-ray boleh menerangi filem fotografi, sama seperti cahaya yang boleh dilihat.
6. Jika rasuk melalui udara, maka pengionan berlaku di atmosfera. Keadaan ini dipanggil konduktif elektrik, dan ia ditentukan menggunakan dosimeter, yang menetapkan kadar dos sinaran.

Sinaran - bahaya dan faedah

Apabila penemuan itu dibuat, ahli fizik Roentgen tidak dapat membayangkan betapa bahayanya ciptaannya. Pada zaman dahulu, semua peranti yang menghasilkan sinaran adalah jauh dari sempurna, dan akibatnya, dos besar sinaran yang dipancarkan diperolehi. Orang ramai tidak memahami bahaya sinaran sedemikian. Walaupun beberapa saintis kemudian mengemukakan versi tentang bahaya x-ray.

X-ray, menembusi ke dalam tisu, mempunyai kesan biologi pada mereka. Unit ukuran dos sinaran ialah roentgen sejam. Pengaruh utama adalah pada atom pengion yang berada di dalam tisu. Sinar ini bertindak secara langsung pada struktur DNA sel hidup. Akibat sinaran yang tidak terkawal termasuk:

• mutasi sel;
• penampilan tumor;
• terbakar sinaran;
• penyakit radiasi.

Kontraindikasi untuk pemeriksaan sinar-X:

1. Pesakit berada dalam keadaan kritikal.
2. Tempoh kehamilan akibat kesan negatif pada janin.
3. Pesakit dengan pendarahan atau pneumothorax terbuka.

Bagaimana x-ray berfungsi dan di mana ia digunakan

1. Dalam perubatan. Diagnostik sinar-X digunakan untuk lut sinaran tisu hidup untuk mengenal pasti gangguan tertentu dalam badan. Terapi sinar-X dilakukan untuk menghapuskan pembentukan tumor.
2. Dalam sains. Struktur bahan dan sifat sinar-X didedahkan. Isu-isu ini ditangani oleh sains seperti kimia, biokimia, kristalografi.
3. Dalam industri. Untuk mengesan pelanggaran dalam produk logam.
4. Demi keselamatan penduduk. Rasuk X-ray dipasang di lapangan terbang dan tempat awam lain untuk mengimbas bagasi.

Penggunaan perubatan sinaran X-ray. X-ray digunakan secara meluas dalam perubatan dan pergigian untuk tujuan berikut:

1. Untuk mendiagnosis penyakit.
2. Untuk memantau proses metabolik.
3. Untuk merawat pelbagai penyakit.

Penggunaan sinar-X untuk tujuan perubatan

Selain mengesan patah tulang, x-ray digunakan secara meluas untuk tujuan perubatan. Aplikasi sinar-x khusus adalah untuk mencapai matlamat berikut:

1. Untuk memusnahkan sel kanser.
2. Untuk mengurangkan saiz tumor.
3. Untuk mengurangkan kesakitan.

Sebagai contoh, iodin radioaktif, yang digunakan dalam penyakit endokrinologi, digunakan secara aktif dalam kanser tiroid, dengan itu membantu ramai orang menyingkirkan penyakit yang dahsyat ini. Pada masa ini, untuk mendiagnosis penyakit kompleks, sinar-X disambungkan ke komputer, akibatnya, kaedah penyelidikan terkini muncul, seperti tomografi paksi yang dikira.

Imbasan sedemikian menyediakan doktor dengan imej berwarna yang menunjukkan organ dalaman seseorang. Untuk mengesan kerja organ dalaman, dos radiasi yang kecil adalah mencukupi. X-ray juga digunakan secara meluas dalam fisioterapi.

Sifat asas sinar-X

1. keupayaan menembusi. Semua badan adalah telus kepada x-ray, dan tahap ketelusan bergantung pada ketebalan badan. Ia disebabkan oleh sifat ini bahawa rasuk mula digunakan dalam perubatan untuk mengesan fungsi organ, kehadiran patah tulang dan badan asing di dalam badan.
2. Mereka mampu menyebabkan cahaya beberapa objek. Sebagai contoh, jika barium dan platinum digunakan pada kadbod, maka, selepas melalui pengimbasan rasuk, ia akan bersinar kuning kehijauan. Jika anda meletakkan tangan anda di antara tiub sinar-X dan skrin, maka cahaya akan menembusi lebih banyak ke dalam tulang daripada ke dalam tisu, jadi tisu tulang akan bersinar paling terang pada skrin, dan tisu otot akan menjadi kurang terang.
3. Aksi pada filem. X-ray boleh, seperti cahaya, menggelapkan filem, yang memungkinkan untuk mengambil gambar bahagian bayang-bayang yang diperoleh apabila objek diperiksa oleh x-ray.
4. X-ray boleh mengionkan gas. Ini membolehkan bukan sahaja untuk mencari sinar, tetapi juga untuk mendedahkan keamatannya dengan mengukur arus pengionan dalam gas.
5. Mereka mempunyai kesan biokimia pada tubuh makhluk hidup. Terima kasih kepada harta ini, X-ray telah menemui aplikasinya yang meluas dalam bidang perubatan: mereka boleh merawat kedua-dua penyakit kulit dan penyakit organ dalaman. Dalam kes ini, dos sinaran yang dikehendaki dan tempoh sinaran dipilih. Penggunaan rawatan sedemikian secara berpanjangan dan berlebihan amat memudaratkan dan memudaratkan badan.

Akibat penggunaan sinar-X adalah menyelamatkan banyak nyawa manusia. X-ray membantu bukan sahaja untuk mendiagnosis penyakit tepat pada masanya, kaedah rawatan menggunakan terapi sinaran melegakan pesakit dari pelbagai patologi, dari hiperfungsi kelenjar tiroid kepada tumor ganas tisu tulang.

Pada tahun 1895, ahli fizik Jerman W. Roentgen menemui jenis sinaran elektromagnet baru yang sebelum ini tidak diketahui, yang dinamakan sinar-X sebagai penghormatan kepada penemunya. W. Roentgen menjadi pengarang penemuannya pada usia 50 tahun, memegang jawatan rektor Universiti Würzburg dan mempunyai reputasi sebagai salah satu penguji terbaik pada zamannya. Salah satu yang pertama mencari aplikasi teknikal untuk penemuan Roentgen ialah Edison Amerika. Dia mencipta alat demonstrasi yang berguna dan pada Mei 1896 telah menganjurkan pameran X-ray di New York, di mana pelawat boleh melihat tangan mereka sendiri pada skrin bercahaya. Selepas pembantu Edison meninggal dunia akibat melecur teruk yang diterimanya daripada demonstrasi berterusan, pencipta menghentikan eksperimen selanjutnya dengan X-ray.

Sinaran X-ray mula digunakan dalam bidang perubatan kerana kuasa penembusannya yang tinggi. Pada mulanya, sinar-X digunakan untuk memeriksa patah tulang dan mengesan badan asing di dalam badan manusia. Pada masa ini, terdapat beberapa kaedah berdasarkan X-ray. Tetapi kaedah ini mempunyai kelemahannya: sinaran boleh menyebabkan kerosakan mendalam pada kulit. Muncul ulser sering bertukar menjadi kanser. Dalam banyak kes, jari atau tangan terpaksa dipotong. Fluoroskopi(sinonim dengan lut sinar) adalah salah satu kaedah utama pemeriksaan sinar-X, yang terdiri daripada mendapatkan imej positif planar objek yang dikaji pada skrin lut sinar (pendarfluor). Semasa fluoroskopi, subjek berada di antara skrin lut sinar dan tiub x-ray. Pada skrin lut sinar X-ray moden, imej muncul pada saat tiub sinar-X dihidupkan dan hilang serta-merta selepas ia dimatikan. Fluoroskopi memungkinkan untuk mengkaji fungsi organ - denyutan jantung, pergerakan pernafasan tulang rusuk, paru-paru, diafragma, peristalsis saluran pencernaan, dll. Fluoroskopi digunakan dalam rawatan penyakit perut, saluran gastrousus, duodenum, penyakit hati, pundi hempedu dan saluran hempedu. Pada masa yang sama, siasatan perubatan dan manipulator dimasukkan tanpa kerosakan tisu, dan tindakan semasa operasi dikawal oleh fluoroskopi dan boleh dilihat pada monitor.
Radiografi - kaedah diagnostik sinar-X dengan pendaftaran imej tetap pada bahan fotosensitif - khas. filem fotografi (filem sinar-X) atau kertas fotografi dengan pemprosesan foto berikutnya; Dengan radiografi digital, imej ditetapkan dalam ingatan komputer. Ia dilakukan pada peranti diagnostik sinar-X - pegun, dipasang di bilik sinar-X yang dilengkapi khas, atau mudah alih dan mudah alih - di sisi katil pesakit atau di dalam bilik pembedahan. Pada radiograf, unsur-unsur struktur pelbagai organ dipaparkan dengan lebih jelas daripada pada skrin pendarfluor. Radiografi dilakukan untuk mengesan dan mencegah pelbagai penyakit, matlamat utamanya adalah untuk membantu doktor pelbagai kepakaran dengan betul dan cepat membuat diagnosis. Imej x-ray menangkap keadaan organ atau tisu hanya pada masa pendedahan. Walau bagaimanapun, radiograf tunggal menangkap hanya perubahan anatomi pada masa tertentu, ia memberikan statik proses; melalui satu siri radiograf yang diambil pada selang waktu tertentu, adalah mungkin untuk mengkaji dinamik proses, iaitu, perubahan fungsi. Tomografi. Perkataan tomografi boleh diterjemahkan daripada bahasa Yunani sebagai gambar hirisan. Ini bermakna tujuan tomografi adalah untuk mendapatkan imej berlapis struktur dalaman objek kajian. Tomografi yang dikira dicirikan oleh resolusi tinggi, yang memungkinkan untuk membezakan perubahan halus dalam tisu lembut. CT membolehkan untuk mengesan proses patologi sedemikian yang tidak dapat dikesan oleh kaedah lain. Di samping itu, penggunaan CT memungkinkan untuk mengurangkan dos sinaran X-ray yang diterima oleh pesakit semasa proses diagnostik.
Fluorografi- kaedah diagnostik yang membolehkan anda mendapatkan imej organ dan tisu, telah dibangunkan pada akhir abad ke-20, setahun selepas X-ray ditemui. Dalam gambar, anda boleh melihat sklerosis, fibrosis, objek asing, neoplasma, keradangan yang mempunyai tahap yang maju, kehadiran gas dan menyusup dalam rongga, abses, sista, dan sebagainya. Selalunya, x-ray dada dilakukan, yang membolehkan untuk mengesan tuberkulosis, tumor malignan di paru-paru atau dada, dan patologi lain.
Terapi sinar-X- Ini adalah kaedah moden yang mana rawatan patologi tertentu sendi dilakukan. Arah utama rawatan penyakit ortopedik dengan kaedah ini ialah: Kronik. Proses keradangan sendi (arthritis, polyarthritis); Degeneratif (osteoartritis, osteochondrosis, ubah bentuk spondylosis). Tujuan radioterapi adalah perencatan aktiviti penting sel-sel tisu yang diubah secara patologi atau kemusnahannya sepenuhnya. Dalam penyakit bukan tumor, terapi sinar-X bertujuan untuk menyekat tindak balas keradangan, menghalang proses proliferatif, mengurangkan sensitiviti kesakitan dan aktiviti rembesan kelenjar. Perlu diingat bahawa kelenjar seks, organ hematopoietik, leukosit, dan sel tumor malignan adalah paling sensitif kepada sinar-X. Dos sinaran dalam setiap kes ditentukan secara individu.

Untuk penemuan sinar-X, Roentgen telah dianugerahkan Hadiah Nobel pertama dalam Fizik pada tahun 1901, dan Jawatankuasa Nobel menekankan kepentingan praktikal penemuannya.
Oleh itu, sinar-X adalah sinaran elektromagnet yang tidak kelihatan dengan panjang gelombang 105 - 102 nm. X-ray boleh menembusi beberapa bahan yang legap kepada cahaya yang boleh dilihat. Ia dipancarkan semasa nyahpecutan elektron cepat dalam jirim (spektrum berterusan) dan semasa peralihan elektron dari kulit elektron luar atom kepada yang dalam (spektrum linear). Sumber sinaran sinar-X ialah: tiub sinar-X, beberapa isotop radioaktif, pemecut dan penumpuk elektron (sinarisasi sinkrotron). Penerima - filem, skrin bercahaya, pengesan sinaran nuklear. X-ray digunakan dalam analisis pembelauan sinar-X, perubatan, pengesanan kecacatan, analisis spektrum sinar-X, dsb.

X-ray, sinaran tidak kelihatan yang mampu menembusi, walaupun pada tahap yang berbeza-beza, semua bahan. Ia adalah sinaran elektromagnet dengan panjang gelombang kira-kira 10-8 cm.

Seperti cahaya yang boleh dilihat, sinar-X menyebabkan filem fotografi menjadi hitam. Harta ini sangat penting untuk perubatan, industri dan penyelidikan saintifik. Melepasi objek yang dikaji dan kemudian jatuh pada filem, sinaran X-ray menggambarkan struktur dalamannya di atasnya. Memandangkan kuasa penembusan sinaran sinar-X adalah berbeza untuk bahan yang berbeza, bahagian objek yang kurang telus kepadanya memberikan kawasan yang lebih cerah dalam gambar berbanding yang melaluinya sinaran menembusi dengan baik. Oleh itu, tisu tulang kurang telus kepada x-ray berbanding tisu yang membentuk kulit dan organ dalaman. Oleh itu, pada radiograf, tulang akan ditunjukkan sebagai kawasan yang lebih ringan dan tapak patah, yang lebih telus untuk sinaran, boleh dikesan dengan mudah. Pengimejan sinar-X juga digunakan dalam pergigian untuk mengesan karies dan abses pada akar gigi, serta dalam industri untuk mengesan keretakan pada tuangan, plastik dan getah.

X-ray digunakan dalam kimia untuk menganalisis sebatian dan dalam fizik untuk mengkaji struktur kristal. Rasuk sinar-X yang melalui sebatian kimia menyebabkan sinaran sekunder ciri, analisis spektroskopi yang membolehkan ahli kimia menentukan komposisi sebatian. Apabila jatuh pada bahan kristal, pancaran sinar-X bertaburan oleh atom-atom kristal, memberikan corak bintik-bintik dan jalur yang jelas dan teratur pada plat fotografi, yang memungkinkan untuk mewujudkan struktur dalaman kristal.

Penggunaan sinar-X dalam rawatan kanser adalah berdasarkan fakta bahawa ia membunuh sel-sel kanser. Walau bagaimanapun, ia juga boleh memberi kesan yang tidak diingini pada sel normal. Oleh itu, berhati-hati yang melampau mesti dilakukan dalam penggunaan sinar-X ini.

Mendapat x-ray

Sinaran X-ray berlaku apabila elektron yang bergerak pada kelajuan tinggi berinteraksi dengan jirim. Apabila elektron berlanggar dengan atom apa-apa bahan, ia dengan cepat kehilangan tenaga kinetiknya. Dalam kes ini, kebanyakannya ditukar kepada haba, dan pecahan kecil, biasanya kurang daripada 1%, ditukar kepada tenaga sinar-X. Tenaga ini dibebaskan dalam bentuk kuanta - zarah yang dipanggil foton yang mempunyai tenaga tetapi mempunyai jisim rehat sifar. Foton sinar-X berbeza dalam tenaganya, yang berkadar songsang dengan panjang gelombangnya. Dengan kaedah biasa untuk mendapatkan sinar-X, pelbagai panjang gelombang diperoleh, yang dipanggil spektrum sinar-X.

tiub sinar-X. Untuk mendapatkan sinaran sinar-X akibat interaksi elektron dengan jirim, perlu mempunyai sumber elektron, cara mempercepatkannya ke kelajuan tinggi, dan sasaran yang mampu menahan pengeboman elektron dan menghasilkan sinaran sinar-X intensiti yang diperlukan. Peranti yang mempunyai semua ini dipanggil tiub x-ray. Penjelajah awal menggunakan tiub "vakum dalam" seperti tiub nyahcas hari ini. Vakum di dalamnya tidak terlalu tinggi.

Tiub nyahcas mengandungi sejumlah kecil gas, dan apabila perbezaan potensi yang besar digunakan pada elektrod tiub, atom gas bertukar menjadi ion positif dan negatif. Yang positif bergerak ke arah elektrod negatif (katod) dan, jatuh di atasnya, mengetuk elektron daripadanya, dan mereka, seterusnya, bergerak ke arah elektrod positif (anod) dan, mengebomnya, mencipta aliran foton sinar-X .

Dalam tiub sinar-X moden yang dibangunkan oleh Coolidge (Rajah 11), sumber elektron ialah katod tungsten yang dipanaskan pada suhu tinggi.

nasi. sebelas.

Elektron dipercepatkan ke kelajuan tinggi dengan beza keupayaan tinggi antara anod (atau antikatod) dan katod. Oleh kerana elektron mesti mencapai anod tanpa berlanggar dengan atom, vakum yang sangat tinggi diperlukan, yang mana tiub mesti dialihkan dengan baik. Ini juga mengurangkan kebarangkalian pengionan atom gas yang tinggal dan arus sisi yang berkaitan.

Apabila dihujani dengan elektron, antikatoda tungsten memancarkan sinar-x ciri. Keratan rentas pancaran sinar-X adalah kurang daripada kawasan penyinaran sebenar. 1 - rasuk elektron; 2 - katod dengan elektrod fokus; 3 - cangkang kaca (tiub); 4 - sasaran tungsten (antikatod); 5 - filamen katod; 6 - kawasan yang sebenarnya disinari; 7 - tempat tumpuan yang berkesan; 8 - anod tembaga; 9 - tingkap; 10 - x-ray bertaburan.

Elektron difokuskan pada anod oleh elektrod berbentuk khas yang mengelilingi katod. Elektrod ini dipanggil elektrod pemfokus dan, bersama-sama dengan katod, membentuk "lampu sorot elektronik" tiub. Anod yang tertakluk kepada pengeboman elektron mesti dibuat daripada bahan refraktori, kerana kebanyakan tenaga kinetik elektron pengeboman ditukar kepada haba. Di samping itu, adalah wajar anod dibuat daripada bahan dengan nombor atom yang tinggi, kerana hasil x-ray meningkat dengan peningkatan nombor atom. Tungsten, yang nombor atomnya ialah 74, paling kerap dipilih sebagai bahan anod. Reka bentuk tiub sinar-X boleh berbeza bergantung pada keadaan aplikasi dan keperluan.

AGENSI PERSEKUTUAN UNTUK PENDIDIKAN PERSEKUTUAN RUSIA

INSTITUSI PENDIDIKAN NEGERI

PENDIDIKAN PROFESIONAL TINGGI

INSTITUT KELULI DAN ALOI NEGERI MOSCOW

(UNIVERSITI TEKNOLOGI)

CAWANGAN NOVOTROITSKY

Jabatan OEND

KERJA KURSUS

Disiplin: Fizik

Topik: X-RAY

Pelajar: Nedorezova N.A.

Kumpulan: EiU-2004-25, No. З.К.: 04Н036

Disemak oleh: Ozhegova S.M.

pengenalan

Bab 1

1.1 Biografi Roentgen Wilhelm Conrad

1.2 Penemuan sinar-X

bab 2

2.1 Sumber sinar-X

2.2 Sifat X-ray

2.3 Pendaftaran X-ray

2.4 Penggunaan sinar-X

Bab 3

3.1 Analisis ketidaksempurnaan struktur kristal

3.2 Analisis spektrum

Kesimpulan

Senarai sumber yang digunakan

Aplikasi

pengenalan

Orang yang jarang ditemui tidak melalui bilik x-ray. Gambar yang diambil dalam x-ray adalah biasa kepada semua orang. Pada tahun 1995, penemuan ini berusia 100 tahun. Sukar untuk membayangkan minat yang besar yang ditimbulkannya seabad yang lalu. Di tangan seorang lelaki ternyata menjadi alat yang memungkinkan untuk melihat yang tidak kelihatan.

Sinaran yang tidak kelihatan ini, yang mampu menembusi, walaupun pada tahap yang berbeza-beza, ke dalam semua bahan, iaitu sinaran elektromagnet dengan panjang gelombang kira-kira 10 -8 cm, dipanggil sinaran sinar-X, sebagai penghormatan kepada Wilhelm Roentgen, yang menemuinya.

Seperti cahaya yang boleh dilihat, sinar-X menyebabkan filem fotografi menjadi hitam. Harta ini sangat penting untuk perubatan, industri dan penyelidikan saintifik. Melepasi objek yang dikaji dan kemudian jatuh pada filem, sinaran X-ray menggambarkan struktur dalamannya di atasnya. Memandangkan kuasa penembusan sinaran sinar-X adalah berbeza untuk bahan yang berbeza, bahagian objek yang kurang telus kepadanya memberikan kawasan yang lebih cerah dalam gambar berbanding yang melaluinya sinaran menembusi dengan baik. Oleh itu, tisu tulang kurang telus kepada x-ray berbanding tisu yang membentuk kulit dan organ dalaman. Oleh itu, pada radiograf, tulang akan ditunjukkan sebagai kawasan yang lebih ringan dan tapak patah, yang kurang telus untuk sinaran, boleh dikesan dengan mudah. Pengimejan sinar-X juga digunakan dalam pergigian untuk mengesan karies dan abses pada akar gigi, serta dalam industri untuk mengesan keretakan dalam tuangan, plastik dan getah, dalam kimia untuk menganalisis sebatian, dan dalam fizik untuk mengkaji struktur kristal. .

Penemuan Roentgen diikuti oleh eksperimen oleh penyelidik lain yang menemui banyak sifat dan kemungkinan baru untuk menggunakan sinaran ini. Sumbangan besar telah dibuat oleh M. Laue, W. Friedrich, dan P. Knipping, yang pada tahun 1912 menunjukkan pembelauan sinar-X semasa ia melalui kristal; W. Coolidge, yang pada tahun 1913 mencipta tiub x-ray vakum tinggi dengan katod yang dipanaskan; G. Moseley, yang menubuhkan pada tahun 1913 hubungan antara panjang gelombang sinaran dan nombor atom unsur; G. dan L. Braggi, yang menerima Hadiah Nobel pada tahun 1915 kerana membangunkan asas analisis difraksi sinar-X.

Tujuan kerja kursus ini adalah untuk mengkaji fenomena sinaran x-ray, sejarah penemuan, sifat dan mengenal pasti skop penggunaannya.

Bab 1

1.1 Biografi Roentgen Wilhelm Conrad

Wilhelm Conrad Roentgen dilahirkan pada 17 Mac 1845 di wilayah sempadan Jerman dengan Belanda, di bandar Lenepe. Beliau menerima pendidikan teknikal di Zurich di Sekolah Teknikal Tinggi (Politeknik) yang sama di mana Einstein kemudian belajar. Keghairahan terhadap fizik memaksanya selepas meninggalkan sekolah pada tahun 1866 untuk meneruskan pendidikan jasmani.

Pada tahun 1868 beliau mempertahankan disertasinya untuk ijazah Doktor Falsafah, beliau bekerja sebagai pembantu di Jabatan Fizik, pertama di Zurich, kemudian di Giessen, dan kemudian di Strasbourg (1874-1879) dengan Kundt. Di sini Roentgen melalui sekolah eksperimen yang baik dan menjadi penguji kelas pertama. Roentgen melakukan sebahagian daripada penyelidikan penting dengan pelajarnya, salah seorang pengasas fizik Soviet, A.F. Ioff.

Penyelidikan saintifik berkaitan dengan elektromagnetisme, fizik kristal, optik, fizik molekul.

Pada tahun 1895, beliau menemui sinaran dengan panjang gelombang lebih pendek daripada panjang gelombang sinaran ultraungu (X-ray), kemudiannya dipanggil sinar-x, dan menyiasat sifatnya: keupayaan untuk memantulkan, menyerap, mengion udara, dsb. Dia mencadangkan reka bentuk tiub yang betul untuk mendapatkan sinar-X - antikatod platinum condong dan katod cekung: dia adalah orang pertama yang mengambil gambar menggunakan sinar-X. Dia menemui pada tahun 1885 medan magnet dielektrik yang bergerak dalam medan elektrik (yang dipanggil "arus roentgen").Pengalamannya dengan jelas menunjukkan bahawa medan magnet dicipta oleh cas bergerak, dan penting untuk penciptaan X. Lorentz's teori elektronik Sebilangan besar karya Roentgen ditumpukan kepada kajian sifat cecair, gas, kristal, fenomena elektromagnet, menemui hubungan antara fenomena elektrik dan optik dalam kristal.Untuk penemuan sinar yang membawa namanya, Roentgen pada tahun 1901 adalah yang pertama dalam kalangan ahli fizik yang dianugerahkan Hadiah Nobel.

Dari 1900 hingga hari-hari terakhir hidupnya (dia meninggal dunia pada 10 Februari 1923) dia bekerja di Universiti Munich.

1.2 Penemuan sinar-X

Akhir abad ke-19 telah ditandakan dengan peningkatan minat dalam fenomena laluan elektrik melalui gas. Malah Faraday mengkaji secara serius fenomena ini, menerangkan pelbagai bentuk pelepasan, menemui ruang gelap dalam lajur bercahaya gas jarang. Ruang gelap Faraday memisahkan cahaya katod kebiruan daripada cahaya anod merah jambu.

Peningkatan selanjutnya dalam rarefaction gas dengan ketara mengubah sifat cahaya. Ahli matematik Plücker (1801-1868) menemui pada tahun 1859, pada rarefaction yang cukup kuat, pancaran sinar kebiruan lemah yang terpancar dari katod, sampai ke anod dan menyebabkan kaca tiub bercahaya. Pelajar Plücker, Gittorf (1824-1914) pada tahun 1869 meneruskan penyelidikan gurunya dan menunjukkan bahawa bayang-bayang yang berbeza muncul pada permukaan pendarfluor tiub jika jasad pepejal diletakkan di antara katod dan permukaan ini.

Goldstein (1850-1931), mengkaji sifat sinar, memanggilnya sinar katod (1876). Tiga tahun kemudian, William Crookes (1832-1919) membuktikan sifat material sinar katod dan memanggilnya "bahan berseri" - bahan dalam keadaan keempat khas. Buktinya meyakinkan dan jelas. Eksperimen dengan "tiub Crookes" telah ditunjukkan kemudian dalam semua bilik darjah fizikal. Pesongan rasuk katod oleh medan magnet dalam tiub Crookes telah menjadi demonstrasi sekolah klasik.

Walau bagaimanapun, eksperimen mengenai pesongan elektrik sinar katod tidak begitu meyakinkan. Hertz tidak mengesan sisihan sedemikian dan membuat kesimpulan bahawa sinar katod adalah proses berayun dalam eter. Pelajar Hertz F. Lenard, bereksperimen dengan sinar katod, menunjukkan pada tahun 1893 bahawa mereka melalui tingkap yang ditutup dengan kerajang aluminium dan menyebabkan cahaya di ruang di belakang tingkap. Hertz menumpukan artikel terakhirnya, yang diterbitkan pada tahun 1892, kepada fenomena laluan sinar katod melalui badan logam nipis. Ia bermula dengan perkataan:

"Sinar katod berbeza daripada cahaya dengan cara yang ketara dari segi keupayaannya untuk menembusi pepejal." Menggambarkan hasil eksperimen mengenai laluan sinar katod melalui daun emas, perak, platinum, aluminium, dll., Hertz menyatakan bahawa dia tidak amati sebarang perbezaan khas dalam fenomena Sinaran tidak melalui daun dalam garis lurus, tetapi bertaburan melalui pembelauan. Sifat sinar katod masih tidak jelas.

Ia adalah dengan tiub seperti Crookes, Lenard dan lain-lain bahawa profesor Würzburg Wilhelm Konrad Roentgen bereksperimen pada akhir tahun 1895. Sekali, selepas tamat percubaan, dia menutup tiub dengan penutup kadbod hitam, mematikan lampu, tetapi tidak mematikan induktor yang menyuap tiub, dia melihat cahaya skrin dari barium cyanogen yang terletak berhampiran tiub. Tersentuh oleh keadaan ini, Roentgen mula bereksperimen dengan skrin. Dalam laporan pertamanya "On a new kind of rays", bertarikh 28 Disember 1895, dia menulis tentang eksperimen pertama ini: "Sekeping kertas yang disalut dengan barium platinum-cyanide, apabila menghampiri tiub, ditutup dengan penutup kadbod hitam nipis. yang cukup sesuai untuknya, dengan setiap pelepasan ia berkelip dengan cahaya terang: ia mula berpendar. Pendarfluor kelihatan dengan kegelapan yang mencukupi dan tidak bergantung kepada sama ada kita membawa kertas dengan sisi bersalut barium synerogen atau tidak bersalut barium synerogen. Pendarfluor dapat dilihat walaupun pada jarak dua meter dari tiub."

Pemeriksaan yang teliti menunjukkan Roentgen "bahawa kadbod hitam, lutsinar tidak kepada sinaran matahari yang kelihatan dan ultraungu, mahupun kepada sinaran arka elektrik, diserap dengan sejenis agen pendarfluor." Roentgen menyiasat kuasa penembusan "agen" ini , yang dia panggil untuk kependekan "X-ray", untuk pelbagai bahan. Dia mendapati bahawa sinaran bebas melalui kertas, kayu, ebonit, lapisan nipis logam, tetapi sangat tertunda oleh plumbum.

Dia kemudian menerangkan pengalaman sensasi:

"Jika anda memegang tangan anda di antara tiub pelepasan dan skrin, anda boleh melihat bayang-bayang gelap tulang dalam garis samar bayang-bayang tangan itu sendiri." Ini adalah pemeriksaan X-ray pertama badan manusia.

Tangkapan ini memberi kesan yang besar; penemuan itu belum selesai, dan diagnostik sinar-X telah pun memulakan perjalanannya. "Makmal saya dibanjiri dengan doktor yang membawa masuk pesakit yang mengesyaki bahawa mereka mempunyai jarum di pelbagai bahagian badan," tulis ahli fizik Inggeris Schuster.

Sudah selepas eksperimen pertama, Roentgen dengan tegas mengesahkan bahawa sinar-X berbeza daripada katod, ia tidak membawa cas dan tidak dipesongkan oleh medan magnet, tetapi ia teruja oleh sinar katod. "Sinar-X tidak sama dengan katod sinaran, tetapi mereka teruja dengannya di dinding kaca tiub pelepasan ", tulis Roentgen.

Dia juga menegaskan bahawa mereka teruja bukan sahaja dalam kaca, tetapi juga dalam logam.

Menyebut hipotesis Hertz-Lenard bahawa sinar katod "adalah fenomena yang berlaku dalam eter," Roentgen menunjukkan bahawa "kita boleh mengatakan sesuatu yang serupa tentang sinar kita." Walau bagaimanapun, dia gagal untuk mengesan sifat gelombang sinar, mereka "berkelakuan berbeza daripada sinar ultraviolet, kelihatan, inframerah yang diketahui sebelum ini." Dalam tindakan kimia dan luminescent mereka, mereka, menurut Roentgen, adalah serupa dengan sinar ultraviolet. Pada yang pertama mesej, dia menyatakan andaian yang ditinggalkan kemudian bahawa mereka boleh menjadi gelombang membujur dalam eter.

Penemuan Roentgen menimbulkan minat yang besar dalam dunia saintifik. Eksperimennya diulang di hampir semua makmal di dunia. Di Moscow mereka diulangi oleh P.N. Lebedev. Di St. Petersburg, pencipta radio A.S. Popov bereksperimen dengan X-ray, menunjukkannya di kuliah umum, menerima pelbagai X-ray. Di Cambridge D.D. Thomson segera menggunakan kesan pengionan sinar-X untuk mengkaji laluan elektrik melalui gas. Penyelidikannya membawa kepada penemuan elektron.

bab 2

Sinaran X-ray - sinaran pengion elektromagnet, menduduki kawasan spektrum antara sinaran gamma dan ultraungu dalam jarak gelombang dari 10 -4 hingga 10 3 (dari 10 -12 hingga 10 -5 cm).R. l. dengan panjang gelombang λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - lembut.

2.1 Sumber sinar-X

Sumber sinar-X yang paling biasa ialah tiub sinar-X. - peranti elektrovakum berfungsi sebagai sumber sinar-X. Sinaran sedemikian berlaku apabila elektron yang dipancarkan oleh katod berkurangan dan terkena anod (antikatod); dalam kes ini, tenaga elektron yang dipercepatkan oleh medan elektrik yang kuat dalam ruang antara anod dan katod sebahagiannya ditukar kepada tenaga sinar-X. Sinaran tiub sinar-X ialah superposisi sinar-X bremsstrahlung pada sinaran ciri bahan anod. Tiub sinar-X dibezakan: mengikut kaedah mendapatkan aliran elektron - dengan katod termionik (dipanaskan), katod pelepasan medan (menunjuk), katod yang dibombardir dengan ion positif dan dengan sumber elektron radioaktif (β); mengikut kaedah vakum - dimeteraikan, boleh dilipat; mengikut masa sinaran - tindakan berterusan, berdenyut; mengikut jenis penyejukan anod - dengan air, minyak, udara, penyejukan sinaran; mengikut saiz fokus (kawasan sinaran pada anod) - fokus makro, fokus tajam dan fokus mikro; mengikut bentuknya - cincin, bulat, diperintah; mengikut kaedah memfokuskan elektron pada anod - dengan pemfokusan elektrostatik, magnetik, elektromagnet.

Tiub sinar-X digunakan dalam analisis struktur sinar-X (Lampiran 1), analisis spektrum sinar-X, pengesanan kecacatan (Lampiran 1), diagnostik sinar-X (Lampiran 1), radioterapi , mikroskop sinar-X dan mikroradiografi. Tiub sinar-X yang dimeterai dengan katod termionik, anod yang disejukkan air, dan sistem pemfokusan elektron elektrostatik paling banyak digunakan di semua kawasan (Lampiran 2). Katod termionik tiub sinar-X biasanya berbentuk lingkaran atau filamen lurus dawai tungsten yang dipanaskan oleh arus elektrik. Bahagian kerja anod - permukaan cermin logam - terletak berserenjang atau pada beberapa sudut kepada aliran elektron. Untuk mendapatkan spektrum sinaran sinar-X yang berterusan dengan tenaga dan keamatan tinggi, anod daripada Au, W digunakan; Tiub sinar-X dengan anod Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag digunakan dalam analisis struktur.

Ciri-ciri utama tiub sinar-X ialah voltan pecutan maksimum yang dibenarkan (1-500 kV), arus elektronik (0.01 mA - 1A), kuasa khusus yang dilesapkan oleh anod (10-10 4 W / mm 2), jumlah penggunaan kuasa (0.002 W - 60 kW) dan saiz fokus (1 µm - 10 mm). Kecekapan tiub x-ray ialah 0.1-3%.

Sesetengah isotop radioaktif juga boleh berfungsi sebagai sumber sinar-X. : sesetengah daripada mereka secara langsung memancarkan sinar-X, sinaran nuklear yang lain (elektron atau zarah-λ) mengebom sasaran logam, yang memancarkan sinar-X. Keamatan sinar-X bagi sumber isotop adalah beberapa urutan magnitud kurang daripada keamatan sinaran tiub sinar-X, tetapi dimensi, berat dan kos sumber isotop adalah jauh lebih rendah daripada yang mempunyai tiub sinar-X.

Synchrotrons dan cincin simpanan elektron dengan tenaga beberapa GeV boleh berfungsi sebagai sumber sinar-X lembut dengan λ pada susunan puluhan dan ratusan. Dalam keamatan, sinaran sinar-X synchrotron melebihi sinaran tiub sinar-X di kawasan spektrum yang ditentukan dengan 2-3 pesanan magnitud.

Sumber semula jadi sinar-X - Matahari dan objek angkasa yang lain.

2.2 Sifat X-ray

Bergantung pada mekanisme asal sinar-X, spektrumnya boleh berterusan (bremsstrahlung) atau garisan (ciri). Spektrum sinar-X berterusan dipancarkan oleh zarah bercas pantas akibat nyahpecutannya apabila berinteraksi dengan atom sasaran; spektrum ini mencapai keamatan yang ketara hanya apabila sasaran dihujani dengan elektron. Keamatan sinar-X bremsstrahlung diedarkan ke atas semua frekuensi sehingga sempadan frekuensi tinggi 0, di mana tenaga foton h 0 (h ialah pemalar Planck ) adalah sama dengan tenaga eV bagi elektron pengeboman (e ialah cas elektron, V ialah beza keupayaan medan pecutan yang dilalui oleh mereka). Frekuensi ini sepadan dengan tepi panjang gelombang pendek spektrum 0 = hc/eV (c ialah kelajuan cahaya).

Sinaran garisan berlaku selepas pengionan atom dengan pelepasan elektron dari salah satu petala dalamannya. Pengionan sedemikian boleh menjadi hasil daripada perlanggaran atom dengan zarah cepat, seperti elektron (sinar-x utama), atau penyerapan foton oleh atom (sinar-x pendarfluor). Atom terion mendapati dirinya dalam keadaan kuantum awal pada salah satu tahap tenaga tinggi dan selepas 10 -16 -10 -15 saat berlalu ke keadaan akhir dengan tenaga yang lebih rendah. Dalam kes ini, atom boleh mengeluarkan lebihan tenaga dalam bentuk foton dengan frekuensi tertentu. Kekerapan garis-garis spektrum sinaran tersebut adalah ciri-ciri atom bagi setiap unsur, oleh itu spektrum sinar-X garis dipanggil ciri. Kebergantungan frekuensi garis spektrum ini pada nombor atom Z ditentukan oleh hukum Moseley.

undang-undang Moseley, undang-undang yang mengaitkan kekerapan garis spektrum pancaran sinar-X ciri unsur kimia dengan nombor sirinya. G. Moseley dipasang secara eksperimen pada tahun 1913. Menurut undang-undang Moseley, punca kuasa dua bagi frekuensi  garis spektrum sinaran ciri unsur ialah fungsi linear bagi nombor sirinya Z:

di mana R ialah pemalar Rydberg , S n - pemalar saringan, n - nombor kuantum utama. Pada rajah Moseley (Lampiran 3), pergantungan pada Z ialah satu siri garis lurus (K-, L-, M-, dsb. siri sepadan dengan nilai n = 1, 2, 3,.).

Undang-undang Moseley adalah bukti yang tidak dapat disangkal tentang penempatan unsur yang betul dalam jadual unsur berkala DI. Mendeleev dan menyumbang kepada penjelasan makna fizikal Z.

Selaras dengan undang-undang Moseley, spektrum ciri sinar-X tidak menunjukkan corak berkala yang wujud dalam spektrum optik. Ini menunjukkan bahawa kulit elektron dalam atom semua unsur yang muncul dalam spektrum sinar-X ciri mempunyai struktur yang serupa.

Eksperimen kemudiannya mendedahkan beberapa penyimpangan daripada pergantungan linear untuk kumpulan peralihan unsur, yang dikaitkan dengan perubahan dalam susunan pengisian kulit elektron luar, serta untuk atom berat, yang muncul akibat kesan relativistik (dijelaskan secara bersyarat oleh fakta bahawa kelajuan bahagian dalam adalah setanding dengan kelajuan cahaya).

Bergantung kepada beberapa faktor - pada bilangan nukleon dalam nukleus (anjakan isotonik), keadaan kulit elektron luar (anjakan kimia), dll. - kedudukan garis spektrum pada rajah Moseley mungkin berubah sedikit. Kajian tentang anjakan ini membolehkan seseorang memperoleh maklumat terperinci tentang atom.

X-ray Bremsstrahlung yang dipancarkan oleh sasaran yang sangat nipis terkutub sepenuhnya berhampiran 0; apabila 0 berkurang, tahap polarisasi berkurangan. Radiasi ciri, sebagai peraturan, tidak terpolarisasi.

Apabila sinar-X berinteraksi dengan jirim, kesan fotoelektrik boleh berlaku. , mengiringi penyerapan sinar-X dan penyerakannya, kesan fotoelektrik diperhatikan apabila atom, menyerap foton sinar-X, mengeluarkan salah satu elektron dalamannya, selepas itu ia boleh sama ada membuat peralihan sinaran, memancarkan foton berciri. sinaran, atau mengeluarkan elektron kedua semasa peralihan bukan sinaran (Elektron Auger). Di bawah tindakan sinar-X pada kristal bukan logam (contohnya, pada garam batu), ion dengan caj positif tambahan muncul dalam beberapa nod kekisi atom, dan elektron berlebihan muncul berhampiran mereka. Gangguan sedemikian dalam struktur kristal, dipanggil exciton sinar-X , adalah pusat warna dan hilang hanya dengan peningkatan suhu yang ketara.

Apabila sinar-X melalui lapisan bahan dengan ketebalan x, keamatan awalnya I 0 berkurangan kepada nilai I = I 0 e - μ x dengan μ ialah pekali pengecilan. Pengecilan I berlaku disebabkan oleh dua proses: penyerapan foton sinar-X oleh jirim dan perubahan arahnya apabila diserakan. Di rantau panjang gelombang panjang spektrum, penyerapan sinar-X mendominasi, di rantau panjang gelombang pendek, penyebarannya. Darjah penyerapan meningkat dengan cepat dengan peningkatan Z dan λ. Sebagai contoh, sinar-X keras bebas menembusi melalui lapisan udara ~ 10 cm; plat aluminium setebal 3 cm melemahkan sinar-X dengan λ = 0.027 separuh; sinar-x lembut diserap dengan ketara dalam udara dan penggunaan dan kajiannya hanya boleh dilakukan dalam vakum atau dalam gas yang menyerap lemah (contohnya, He). Apabila sinar-X diserap, atom-atom bahan terion.

Kesan sinar-X pada organisma hidup boleh memberi manfaat atau memudaratkan, bergantung kepada pengionan yang disebabkannya dalam tisu. Memandangkan penyerapan sinar-X bergantung kepada λ, keamatannya tidak boleh berfungsi sebagai ukuran kesan biologi sinar-X. Pengukuran sinar-X digunakan untuk mengukur kesan sinar-X pada jirim. , unit ukuran ialah roentgen

Penyerakan sinar-X di kawasan Z dan λ yang besar berlaku terutamanya tanpa perubahan dalam λ dan dipanggil serakan koheren, manakala di kawasan Z dan λ kecil, sebagai peraturan, ia meningkat (penyerakan tidak koheren). Terdapat 2 jenis hamburan sinar-X yang tidak koheren - Compton dan Raman. Dalam penyerakan Compton, yang mempunyai ciri penyerakan korpuskular tidak anjal, elektron bergetar terbang keluar dari petala atom disebabkan oleh tenaga yang hilang sebahagiannya oleh foton sinar-X. Dalam kes ini, tenaga foton berkurangan dan arahnya berubah; perubahan dalam λ bergantung kepada sudut serakan. Semasa Raman menyerakkan foton sinar-X bertenaga tinggi oleh atom cahaya, sebahagian kecil tenaganya dibelanjakan untuk pengionan atom dan arah pergerakan foton berubah. Perubahan foton tersebut tidak bergantung pada sudut serakan.

Indeks biasan n untuk sinar-x berbeza daripada 1 dengan jumlah yang sangat kecil δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 . Halaju fasa sinar-X dalam medium lebih besar daripada kelajuan cahaya dalam vakum. Sisihan sinar-X semasa peralihan dari satu medium ke medium lain adalah sangat kecil (beberapa minit arka). Apabila sinar-X jatuh dari vakum ke permukaan badan pada sudut yang sangat kecil, jumlah pantulan luarannya berlaku.

2.3 Pendaftaran X-ray

Mata manusia tidak sensitif kepada x-ray. X-ray

sinaran direkodkan menggunakan filem x-ray khas yang mengandungi peningkatan jumlah Ag, Br. Di rantau λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, sensitiviti filem positif biasa agak tinggi, dan butirannya jauh lebih kecil daripada butiran filem X-ray, yang meningkatkan resolusi. Pada λ daripada susunan puluhan dan ratusan, sinar-X hanya bertindak pada lapisan permukaan paling nipis emulsi fotografi; untuk meningkatkan sensitiviti filem, ia disensitisasi dengan minyak pendarfluor. Dalam diagnostik sinar-X dan pengesanan kecacatan, elektrofotografi kadangkala digunakan untuk merakam sinar-X. (elektroradiografi).

X-ray dengan intensiti tinggi boleh dirakam menggunakan kebuk pengionan (Lampiran 4), sinar-X dengan intensiti sederhana dan rendah pada λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком dengan kristal NaI (Tl) (Lampiran 5), pada 0.5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (Lampiran 6) dan pembilang berkadar dipateri (Lampiran 7), pada 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (Lampiran 8). Di kawasan λ yang sangat besar (dari puluhan hingga 1000), pengganda elektron sekunder jenis terbuka dengan pelbagai fotokatod pada input boleh digunakan untuk merakam sinar-X.

2.4 Penggunaan sinar-X

X-ray paling banyak digunakan dalam perubatan untuk diagnostik sinar-X. dan radioterapi . Pengesanan kecacatan sinar-X adalah penting untuk banyak cabang teknologi. , sebagai contoh, untuk mengesan kecacatan dalaman dalam tuangan (cengkerang, kemasukan sanga), retak pada rel, kecacatan pada kimpalan.

Analisis struktur sinar-X membolehkan anda mewujudkan susunan spatial atom dalam kekisi kristal mineral dan sebatian, dalam molekul bukan organik dan organik. Berdasarkan banyak struktur atom yang telah diuraikan, masalah songsang juga boleh diselesaikan: mengikut corak sinar-X bahan polihablur, sebagai contoh, keluli aloi, aloi, bijih, tanah lunar, komposisi kristal bahan ini boleh ditubuhkan, i.e. analisis fasa dilakukan. Banyak aplikasi R. l. radiografi bahan digunakan untuk mengkaji sifat pepejal .

Mikroskopi sinar-X membolehkan, sebagai contoh, untuk mendapatkan imej sel, mikroorganisma, untuk melihat struktur dalaman mereka. spektroskopi sinar-X menggunakan spektrum sinar-X, beliau mengkaji taburan ketumpatan keadaan elektronik ke atas tenaga dalam pelbagai bahan, menyiasat sifat ikatan kimia, dan mencari cas berkesan ion dalam pepejal dan molekul. Analisis X-Ray Spektrum dengan kedudukan dan keamatan garisan spektrum ciri membolehkan anda menentukan komposisi kualitatif dan kuantitatif bahan dan digunakan untuk ujian nyata tidak merosakkan komposisi bahan di loji metalurgi dan simen, loji pemprosesan. Apabila mengautomasikan perusahaan ini, spektrometer sinar-X dan kuantometer digunakan sebagai penderia untuk komposisi bahan.

X-ray yang datang dari angkasa membawa maklumat tentang komposisi kimia jasad kosmik dan tentang proses fizikal yang berlaku di angkasa. Astronomi sinar-X berkaitan dengan kajian sinar-x kosmik . X-ray yang berkuasa digunakan dalam kimia sinaran untuk merangsang tindak balas tertentu, pempolimeran bahan, dan keretakan bahan organik. X-ray juga digunakan untuk mengesan lukisan purba yang tersembunyi di bawah lapisan lukisan lewat, dalam industri makanan untuk mengesan objek asing yang secara tidak sengaja masuk ke dalam produk makanan, dalam sains forensik, arkeologi, dll.

Bab 3

Salah satu tugas utama analisis difraksi sinar-X ialah penentuan komposisi sebenar atau fasa sesuatu bahan. Kaedah pembelauan sinar-X adalah langsung dan dicirikan oleh kebolehpercayaan yang tinggi, kepantasan dan kemurahan relatif. Kaedah ini tidak memerlukan sejumlah besar bahan, analisis boleh dilakukan tanpa memusnahkan bahagian tersebut. Bidang aplikasi analisis fasa kualitatif sangat pelbagai untuk penyelidikan saintifik dan untuk kawalan dalam pengeluaran. Anda boleh menyemak komposisi bahan mentah pengeluaran metalurgi, produk sintesis, pemprosesan, hasil perubahan fasa semasa rawatan haba dan kimia-terma, menganalisis pelbagai lapisan, filem nipis, dll.

Setiap fasa, mempunyai struktur kristalnya sendiri, dicirikan oleh set tertentu nilai diskret jarak antara satah d/n dari maksimum dan ke bawah, yang wujud hanya kepada fasa ini. Seperti berikut daripada persamaan Wulf-Bragg, setiap nilai jarak antara satah sepadan dengan garis pada corak sinar-x daripada sampel polihablur pada sudut tertentu θ (pada nilai panjang gelombang λ tertentu). Oleh itu, sistem garisan tertentu (maksimum pembelauan) akan sepadan dengan set jarak antara satah tertentu untuk setiap fasa dalam corak pembelauan sinar-X. Keamatan relatif garisan ini dalam corak sinar-X bergantung terutamanya pada struktur fasa. Oleh itu, dengan menentukan lokasi garisan pada radiograf (sudutnya θ) dan mengetahui panjang gelombang sinaran di mana radiograf diambil, adalah mungkin untuk menentukan nilai jarak antara satah d/n menggunakan Wulf -Formula Bragg:

/n = λ/ (2sin θ). (satu)

Setelah menentukan set d/n untuk bahan yang dikaji dan membandingkannya dengan data d/n yang diketahui sebelum ini untuk bahan tulen, pelbagai sebatian mereka, adalah mungkin untuk menentukan fasa mana yang terkandung dalam bahan yang diberikan. Perlu ditekankan bahawa fasa yang ditentukan, dan bukan komposisi kimia, tetapi yang terakhir kadang-kadang boleh disimpulkan jika terdapat data tambahan mengenai komposisi unsur fasa tertentu. Tugas analisis fasa kualitatif sangat dipermudahkan jika komposisi kimia bahan yang dikaji diketahui, kerana dengan itu adalah mungkin untuk membuat andaian awal tentang fasa yang mungkin dalam kes ini.

Kunci kepada analisis fasa adalah untuk mengukur dengan tepat d/n dan keamatan garis. Walaupun ini pada dasarnya lebih mudah dicapai menggunakan difraktometer, kaedah foto untuk analisis kualitatif mempunyai beberapa kelebihan, terutamanya dari segi sensitiviti (keupayaan untuk mengesan kehadiran sejumlah kecil fasa dalam sampel), serta kesederhanaan teknik eksperimen.

Pengiraan d/n daripada corak sinar-X dijalankan menggunakan persamaan Wulf-Bragg.

Sebagai nilai λ dalam persamaan ini, λ α cf siri K biasanya digunakan:

λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)

Kadangkala garisan K α1 digunakan. Menentukan sudut pembelauan θ untuk semua garis sinar-X membolehkan anda mengira d / n mengikut persamaan (1) dan memisahkan garis-β (jika tiada penapis untuk (sinar-β).

3.1 Analisis ketidaksempurnaan struktur kristal

Semua bahan kristal tunggal sebenar dan lebih-lebih lagi bahan polihabluran mengandungi ketidaksempurnaan struktur tertentu (kecacatan titik, kehelan, pelbagai jenis antara muka, mikro dan makrotegasan), yang mempunyai kesan yang sangat kuat pada semua sifat dan proses sensitif struktur.

Ketidaksempurnaan struktur menyebabkan herotan kekisi kristal yang berbeza sifat dan, akibatnya, pelbagai jenis perubahan dalam corak pembelauan: perubahan dalam jarak interatomik dan antara satah menyebabkan pergeseran maksimum pembelauan, mikrotegasan dan penyebaran substruktur membawa kepada pelebaran. maksima pembelauan, penyelewengan mikro kekisi - kepada perubahan dalam keamatan maksimum ini, kehelan kehadiran menyebabkan fenomena anomali semasa laluan sinar-X dan, akibatnya, ketidakhomogenan kontras tempatan pada topogram sinar-X, dsb.

Akibatnya, analisis pembelauan sinar-X adalah salah satu kaedah yang paling bermaklumat untuk mengkaji ketidaksempurnaan struktur, jenis dan kepekatannya, dan sifat pengedarannya.

Kaedah langsung tradisional pembelauan sinar-X, yang dilaksanakan pada difraktometer pegun, disebabkan ciri reka bentuknya, membenarkan penentuan kuantitatif tegasan dan terikan hanya pada sampel kecil yang dipotong daripada bahagian atau objek.

Oleh itu, pada masa ini, terdapat peralihan daripada pegun kepada difraktometer sinar-X bersaiz kecil mudah alih, yang memberikan penilaian tegasan dalam bahan bahagian atau objek tanpa pemusnahan pada peringkat pembuatan dan operasinya.

Difraktometer sinar-X mudah alih siri DRP * 1 membolehkan anda mengawal tegasan sisa dan berkesan dalam bahagian, produk dan struktur bersaiz besar tanpa pemusnahan

Program dalam persekitaran Windows membolehkan bukan sahaja untuk menentukan tegasan menggunakan kaedah "sin 2 ψ" dalam masa nyata, tetapi juga untuk memantau perubahan dalam komposisi dan tekstur fasa. Pengesan koordinat linear menyediakan pendaftaran serentak pada sudut pembelauan 2θ = 43°. tiub sinar-X bersaiz kecil jenis "Fox" dengan kilauan tinggi dan kuasa rendah (5 W) memastikan keselamatan radiologi peranti, di mana pada jarak 25 cm dari kawasan yang disinari, tahap sinaran adalah sama dengan tahap latar belakang semula jadi. Peranti siri DRP digunakan dalam menentukan tegasan pada pelbagai peringkat pembentukan logam, pemotongan, pengisaran, rawatan haba, kimpalan, pengerasan permukaan untuk mengoptimumkan operasi teknologi ini. Kawalan ke atas penurunan tahap tegasan mampatan sisa teraruh dalam produk dan struktur kritikal terutamanya semasa operasinya membolehkan produk keluar daripada perkhidmatan sebelum kemusnahannya, mengelakkan kemungkinan kemalangan dan malapetaka.

3.2 Analisis spektrum

Bersama-sama dengan penentuan struktur kristal atom dan komposisi fasa bahan, untuk pencirian lengkapnya, adalah wajib untuk menentukan komposisi kimianya.

Semakin banyak, pelbagai kaedah analisis spektrum yang dipanggil instrumental digunakan dalam amalan untuk tujuan ini. Setiap daripada mereka mempunyai kelebihan dan aplikasi sendiri.

Salah satu keperluan penting dalam banyak kes ialah kaedah yang digunakan memastikan keselamatan objek yang dianalisis; Kaedah analisis inilah yang dibincangkan dalam bahagian ini. Kriteria seterusnya mengikut mana kaedah analisis yang diterangkan dalam bahagian ini dipilih ialah lokaliti mereka.

Kaedah analisis spektrum sinar-X pendarfluor adalah berdasarkan penembusan sinaran sinar-X yang agak keras (dari tiub sinar-X) ke dalam objek yang dianalisis, menembusi ke dalam lapisan dengan ketebalan susunan beberapa mikrometer. Sinaran sinar-X ciri yang timbul dalam kes ini dalam objek memungkinkan untuk mendapatkan data purata pada komposisi kimianya.

Untuk menentukan komposisi unsur bahan, seseorang boleh menggunakan analisis spektrum sinar-X ciri sampel yang diletakkan pada anod tiub sinar-X dan tertakluk kepada pengeboman elektron - kaedah pelepasan, atau analisis spektrum sinaran X-ray sekunder (pendarfluor) sampel yang tertakluk kepada penyinaran dengan sinar-X keras daripada tiub sinar-X atau sumber lain - kaedah pendarfluor.

Kelemahan kaedah pelepasan adalah, pertama, keperluan untuk meletakkan sampel pada anod tiub sinar-X, diikuti dengan pemindahan dengan pam vakum; jelas sekali, kaedah ini tidak sesuai untuk bahan lebur dan meruap. Kelemahan kedua adalah berkaitan dengan fakta bahawa walaupun objek refraktori rosak oleh pengeboman elektron. Kaedah pendarfluor bebas daripada kekurangan ini dan oleh itu mempunyai aplikasi yang lebih luas. Kelebihan kaedah pendarfluor juga adalah ketiadaan bremsstrahlung, yang meningkatkan sensitiviti analisis. Perbandingan panjang gelombang yang diukur dengan jadual garis spektrum unsur kimia ialah asas analisis kualitatif, dan keamatan relatif garis spektrum unsur berbeza yang membentuk bahan sampel membentuk asas analisis kuantitatif. Daripada pertimbangan mekanisme pengujaan sinaran sinar-X ciri, adalah jelas bahawa sinaran satu atau siri lain (K atau L, M, dsb.) timbul serentak, dan nisbah keamatan garisan dalam siri itu sentiasa tetap. Oleh itu, kehadiran elemen ini atau itu ditubuhkan bukan oleh baris individu, tetapi oleh satu siri baris secara keseluruhan (kecuali untuk yang paling lemah, dengan mengambil kira kandungan elemen ini). Untuk elemen yang agak ringan, analisis garisan siri K digunakan, untuk unsur berat, garisan siri L; di bawah keadaan yang berbeza (bergantung pada peralatan yang digunakan dan pada elemen yang dianalisis), kawasan spektrum ciri yang berbeza mungkin paling mudah.

Ciri-ciri utama analisis spektrum sinar-X adalah seperti berikut.

Kesederhanaan spektrum ciri sinar-X walaupun untuk unsur berat (berbanding dengan spektrum optik), yang memudahkan analisis (sebilangan kecil garisan; persamaan dalam susunan bersama mereka; dengan peningkatan dalam nombor siri, peralihan tetap spektrum kepada rantau panjang gelombang pendek berlaku; kesederhanaan perbandingan analisis kuantitatif).

Kebebasan panjang gelombang daripada keadaan atom unsur yang dianalisis (bebas atau dalam sebatian kimia). Ini disebabkan oleh fakta bahawa berlakunya sinaran sinar-X ciri dikaitkan dengan pengujaan tahap elektronik dalaman, yang dalam kebanyakan kes praktikal tidak berubah dengan tahap pengionan atom.

Kemungkinan pemisahan dalam analisis nadir bumi dan beberapa unsur lain yang mempunyai perbezaan kecil dalam spektrum dalam julat optik disebabkan oleh persamaan struktur elektronik cangkerang luar dan berbeza sangat sedikit dalam sifat kimianya.

Spektroskopi pendarfluor sinar-X adalah "tidak merosakkan", jadi ia mempunyai kelebihan berbanding spektroskopi optik konvensional apabila menganalisis sampel nipis - kepingan logam nipis, kerajang, dsb.

Spektrometer pendarfluor sinar-X, antaranya spektrometer berbilang saluran atau kuantometer, menyediakan analisis kuantitatif ekspres unsur-unsur (dari Na atau Mg ke U) dengan ralat kurang daripada 1% daripada nilai yang ditentukan, ambang sensitiviti 10 -3 ... 10 -4% .

sinar x-ray

Kaedah untuk menentukan komposisi spektrum sinar-x

Spektrometer dibahagikan kepada dua jenis: pembelauan hablur dan tanpa hablur.

Penguraian sinar-X kepada spektrum menggunakan parut pembelauan semula jadi - hablur - pada asasnya serupa dengan mendapatkan spektrum sinar cahaya biasa menggunakan parut pembelauan buatan dalam bentuk pukulan berkala pada kaca. Syarat pembentukan maksimum pembelauan boleh ditulis sebagai keadaan "pantulan" daripada sistem satah atom selari yang dipisahkan oleh jarak d hkl .

Apabila menjalankan analisis kualitatif, seseorang boleh menilai kehadiran unsur dalam sampel dengan satu baris - biasanya garis paling sengit dalam siri spektrum yang sesuai untuk kristal penganalisis tertentu. Resolusi spektrometer pembelauan kristal adalah mencukupi untuk memisahkan garis ciri walaupun unsur-unsur yang bersebelahan dalam kedudukan dalam jadual berkala. Walau bagaimanapun, ia juga perlu mengambil kira pengenaan garis yang berbeza dari unsur yang berbeza, serta pengenaan pantulan perintah yang berbeza. Keadaan ini harus diambil kira apabila memilih garisan analitikal. Pada masa yang sama, adalah perlu untuk menggunakan kemungkinan untuk meningkatkan resolusi peranti.

Kesimpulan

Oleh itu, sinar-x ialah sinaran elektromagnet yang tidak kelihatan dengan panjang gelombang 10 5 - 10 2 nm. X-ray boleh menembusi beberapa bahan yang legap kepada cahaya yang boleh dilihat. Ia dipancarkan semasa nyahpecutan elektron cepat dalam jirim (spektrum berterusan) dan semasa peralihan elektron dari kulit elektron luar atom kepada yang dalam (spektrum linear). Sumber sinaran sinar-X ialah: tiub sinar-X, beberapa isotop radioaktif, pemecut dan penumpuk elektron (sinarisasi sinkrotron). Penerima - filem, skrin bercahaya, pengesan sinaran nuklear. X-ray digunakan dalam analisis pembelauan sinar-X, perubatan, pengesanan kecacatan, analisis spektrum sinar-X, dsb.

Setelah mempertimbangkan aspek positif penemuan V. Roentgen, perlu diperhatikan kesan biologi yang berbahaya. Ternyata sinar-X boleh menyebabkan sesuatu seperti selaran matahari yang teruk (eritema), disertai, bagaimanapun, oleh kerosakan yang lebih mendalam dan lebih kekal pada kulit. Muncul ulser selalunya bertukar menjadi kanser. Dalam banyak kes, jari atau tangan terpaksa dipotong. Terdapat juga kematian.

Telah didapati bahawa kerosakan kulit boleh dielakkan dengan mengurangkan masa dan dos pendedahan, menggunakan pelindung (cth plumbum) dan alat kawalan jauh. Tetapi secara beransur-ansur lain, lebih banyak kesan jangka panjang pendedahan sinar-X telah didedahkan, yang kemudiannya disahkan dan dikaji dalam haiwan eksperimen. Kesan akibat sinar-X dan sinaran mengion lain (seperti sinar gamma yang dipancarkan oleh bahan radioaktif) termasuk:

) perubahan sementara dalam komposisi darah selepas pendedahan berlebihan yang agak kecil;

) perubahan tidak dapat dipulihkan dalam komposisi darah (anemia hemolitik) selepas pendedahan berlebihan yang berpanjangan;

) peningkatan dalam kejadian kanser (termasuk leukemia);

) penuaan yang lebih cepat dan kematian awal;

) kejadian katarak.

Kesan biologi sinar-X pada tubuh manusia ditentukan oleh tahap dos sinaran, serta organ badan tertentu yang terdedah kepada sinaran.

Pengumpulan pengetahuan tentang kesan sinaran X-ray pada tubuh manusia telah membawa kepada pembangunan piawaian kebangsaan dan antarabangsa untuk dos sinaran yang dibenarkan, yang diterbitkan dalam pelbagai buku rujukan.

Untuk mengelakkan kesan berbahaya sinar-X, kaedah kawalan digunakan:

) ketersediaan peralatan yang mencukupi,

) memantau pematuhan peraturan keselamatan,

) penggunaan peralatan yang betul.

Senarai sumber yang digunakan

1) Blokhin M.A., Fizik sinar-X, ed. ke-2, M., 1957;

) Blokhin M.A., Kaedah kajian spektrum sinar-X, M., 1959;

) X-ray. Sab. ed. M.A. Blokhin, terj. dengan dia. dan Inggeris, M., 1960;

) Kharaja F., Kursus am kejuruteraan sinar-X, ed. ke-3, M. - L., 1966;

) Mirkin L.I., Buku Panduan analisis pembelauan sinar-X polihablur, M., 1961;

) Weinstein E.E., Kakhana M.M., Jadual rujukan mengenai spektroskopi sinar-X, M., 1953.

) X-ray dan analisis elektron-optik. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Elaun untuk universiti. - ed ke-4. Tambah. Dan pekerja semula. - M.: "MISiS", 2002. - 360 p.

Aplikasi

Lampiran 1

Pandangan umum tiub X-ray

Lampiran 2

Skim tiub sinar-X untuk analisis struktur

Skim tiub sinar-X untuk analisis struktur: 1 - kaca anod logam (biasanya dibumikan); 2 - tingkap yang diperbuat daripada berilium untuk keluaran x-ray; 3 - katod termionik; 4 - mentol kaca, mengasingkan bahagian anod tiub dari katod; 5 - terminal katod, yang mana voltan filamen digunakan, serta voltan tinggi (berbanding dengan anod); 6 - sistem elektrostatik untuk memfokuskan elektron; 7 - anod (antikatod); 8 - paip cawangan untuk input dan output air yang mengalir menyejukkan kaca anod.

Lampiran 3

Gambar rajah Moseley

Gambar rajah Moseley untuk siri K-, L- dan M bagi ciri-ciri sinar-X. Abscissa menunjukkan nombor siri unsur Z, ordinat - ( Dengan ialah kelajuan cahaya).

Lampiran 4

kebuk pengionan.

Rajah 1. Bahagian ruang pengionan silinder: 1 - badan silinder ruang, yang berfungsi sebagai elektrod negatif; 2 - rod silinder berfungsi sebagai elektrod positif; 3 - penebat.

nasi. 2. Skim menukar ruang pengionan semasa: V - voltan pada elektrod ruang; G ialah galvanometer yang mengukur arus pengionan.

nasi. 3. Ciri voltan semasa kebuk pengionan.

nasi. 4. Skim menghidupkan ruang pengionan berdenyut: C - kemuatan elektrod pengumpul; R ialah rintangan.

Lampiran 5

Kaunter kilauan.

Skim pembilang kilauan: kuanta cahaya (foton) "mematikan" elektron daripada fotokatod; bergerak dari dynode ke dynode, longsoran elektron berganda.

Lampiran 6

Kaunter Geiger-Muller.

nasi. 1. Skim kaunter Geiger-Muller kaca: 1 - tiub kaca tertutup rapat; 2 - katod (lapisan nipis tembaga pada tiub keluli tahan karat); 3 - keluaran katod; 4 - anod (benang regangan nipis).

nasi. 2. Skim menghidupkan kaunter Geiger-Muller.

nasi. 3. Ciri pengiraan pembilang Geiger-Muller.

Lampiran 7

kaunter berkadar.

Skim pembilang berkadar: a - kawasan hanyut elektron; b - kawasan penguatan gas.

Lampiran 8

Pengesan semikonduktor

Pengesan semikonduktor; kawasan sensitif diserlahkan dengan penetasan; n - rantau semikonduktor dengan kekonduksian elektronik, p - dengan lubang, i - dengan pengaliran intrinsik; a - pengesan penghalang permukaan silikon; b - pengesan satah germanium-lithium hanyut; c - pengesan sepaksi germanium-litium.

Radiologi adalah cabang radiologi yang mengkaji kesan sinaran X-ray pada tubuh haiwan dan manusia yang timbul daripada penyakit ini, rawatan dan pencegahannya, serta kaedah untuk mendiagnosis pelbagai patologi menggunakan X-ray (diagnostik sinar-X) . Radas diagnostik sinar-X biasa termasuk bekalan kuasa (pengubah), penerus voltan tinggi yang menukarkan arus ulang alik rangkaian elektrik kepada arus terus, panel kawalan, tripod dan tiub sinar-X.

Sinar-X ialah sejenis ayunan elektromagnet yang terbentuk dalam tiub sinar-X semasa nyahpecutan mendadak elektron dipercepatkan pada saat perlanggaran dengan atom bahan anod. Pada masa ini, sudut pandangan diterima umum bahawa sinar-X, mengikut sifat fizikalnya, adalah salah satu jenis tenaga sinaran, spektrumnya juga termasuk gelombang radio, sinar inframerah, cahaya boleh dilihat, sinar ultraungu dan sinar gamma unsur radioaktif. Sinaran sinar-X boleh dicirikan sebagai koleksi zarah terkecil - quanta atau foton.

nasi. 1 - mesin x-ray mudah alih:

A - tiub x-ray;
B - bekalan kuasa;
B - tripod boleh laras.

nasi. 2 - Panel kawalan mesin X-ray (mekanikal - di sebelah kiri dan elektronik - di sebelah kanan):

A - panel untuk melaraskan pendedahan dan kekerasan;
B - butang bekalan voltan tinggi.

nasi. 3 ialah gambarajah blok mesin x-ray biasa

1 - rangkaian;
2 - autotransformer;
3 - pengubah langkah naik;
4 - tiub x-ray;
5 - anod;
6 - katod;
7 - pengubah injak turun.

Mekanisme penghasilan sinar-X

Sinar-X terbentuk pada saat perlanggaran aliran elektron dipercepatkan dengan bahan anod. Apabila elektron berinteraksi dengan sasaran, 99% tenaga kinetiknya ditukar kepada tenaga haba dan hanya 1% menjadi sinar-X.

Tiub sinar-X terdiri daripada bekas kaca di mana 2 elektrod dipateri: katod dan anod. Udara dipam keluar dari silinder kaca: pergerakan elektron dari katod ke anod hanya mungkin dalam keadaan vakum relatif (10 -7 -10 -8 mm Hg). Pada katod terdapat filamen, yang merupakan filamen tungsten yang dipintal dengan ketat. Apabila arus elektrik dikenakan pada filamen, pelepasan elektron berlaku, di mana elektron dipisahkan daripada lingkaran dan membentuk awan elektron berhampiran katod. Awan ini tertumpu pada cawan pemfokusan katod, yang menetapkan arah pergerakan elektron. Cawan - kemurungan kecil dalam katod. Anod pula mengandungi plat logam tungsten di mana elektron difokuskan - ini adalah tapak pembentukan sinar-x.

nasi. 4 - Peranti tiub sinar-X:

A - katod;
B - anod;
B - filamen tungsten;
G - cawan pemfokusan katod;
D - aliran elektron dipercepatkan;
E - sasaran tungsten;
G - kelalang kaca;
З - tingkap dari berilium;
Dan - membentuk x-ray;
K - penapis aluminium.

2 transformer disambungkan ke tiub elektron: step-down dan step-up. Transformer injak turun memanaskan filamen tungsten dengan voltan rendah (5-15 volt), mengakibatkan pelepasan elektron. Transformer step-up, atau voltan tinggi, pergi terus ke katod dan anod, yang dibekalkan dengan voltan 20-140 kilovolt. Kedua-dua transformer diletakkan di dalam blok voltan tinggi mesin X-ray, yang diisi dengan minyak transformer, yang menyediakan penyejukan transformer dan penebatnya yang boleh dipercayai.

Selepas awan elektron telah terbentuk dengan bantuan pengubah injak turun, pengubah injak naik dihidupkan, dan voltan voltan tinggi digunakan pada kedua-dua kutub litar elektrik: nadi positif ke anod, dan negatif nadi ke katod. Elektron bercas negatif ditolak dari katod bercas negatif dan cenderung kepada anod bercas positif - disebabkan perbezaan potensi sedemikian, kelajuan pergerakan tinggi dicapai - 100 ribu km / s. Pada kelajuan ini, elektron mengebom plat anod tungsten, melengkapkan litar elektrik, menghasilkan sinar-X dan tenaga haba.

Sinaran X-ray dibahagikan kepada bremsstrahlung dan ciri. Bremsstrahlung berlaku disebabkan oleh nyahpecutan mendadak kelajuan elektron yang dipancarkan oleh filamen tungsten. Sinaran ciri berlaku pada saat penyusunan semula kulit elektron atom. Kedua-dua jenis ini terbentuk dalam tiub sinar-X pada saat perlanggaran elektron dipercepatkan dengan atom bahan anod. Spektrum pelepasan tiub sinar-X ialah superposisi bremsstrahlung dan sinar-X ciri.

nasi. 5 - prinsip pembentukan bremsstrahlung X-ray.
nasi. 6 - prinsip pembentukan sinar-x ciri.

Sifat asas sinar-X

1. X-ray tidak dapat dilihat oleh persepsi visual.
2. Sinaran sinar-X mempunyai kuasa penembusan yang hebat melalui organ dan tisu organisma hidup, serta struktur padat sifat tidak bernyawa, yang tidak menghantar sinar cahaya yang boleh dilihat.
3. X-ray menyebabkan sebatian kimia tertentu bersinar, dipanggil pendarfluor.

• Zink dan kadmium sulfida pendarfluor kuning-hijau,
• Kristal kalsium tungstate - ungu-biru.

X-ray mempunyai kesan fotokimia: ia mengurai sebatian perak dengan halogen dan menyebabkan lapisan fotografi menjadi hitam, membentuk imej pada x-ray.

Sinar-X memindahkan tenaganya kepada atom dan molekul persekitaran yang dilaluinya, menunjukkan kesan pengionan.

Sinaran sinar-X mempunyai kesan biologi yang ketara dalam organ dan tisu yang disinari: dalam dos yang kecil ia merangsang metabolisme, dalam dos yang besar ia boleh membawa kepada perkembangan kecederaan radiasi, serta penyakit radiasi akut. Harta biologi membenarkan penggunaan sinar-X untuk rawatan tumor dan beberapa penyakit bukan tumor.

Skala ayunan elektromagnet

X-ray mempunyai panjang gelombang dan kekerapan ayunan yang tertentu. Panjang gelombang (λ) dan frekuensi ayunan (ν) dikaitkan dengan hubungan: λ ν = c, dengan c ialah kelajuan cahaya, dibundarkan kepada 300,000 km sesaat. Tenaga sinar-X ditentukan oleh formula E = h ν, di mana h ialah pemalar Planck, pemalar universal bersamaan dengan 6.626 10 -34 J⋅s. Panjang gelombang sinar (λ) dikaitkan dengan tenaganya (E) dengan hubungan: λ = 12.4 / E.

Sinaran sinar-X berbeza daripada jenis ayunan elektromagnet lain dalam panjang gelombang (lihat jadual) dan tenaga kuantum. Semakin pendek panjang gelombang, semakin tinggi frekuensi, tenaga dan kuasa penembusannya. Panjang gelombang sinar-X berada dalam julat

. Dengan menukar panjang gelombang sinaran X-ray, adalah mungkin untuk mengawal kuasa penembusannya. X-ray mempunyai panjang gelombang yang sangat pendek, tetapi frekuensi ayunan yang tinggi, jadi ia tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Oleh kerana tenaganya yang sangat besar, quanta mempunyai kuasa penembusan yang tinggi, yang merupakan salah satu sifat utama yang memastikan penggunaan sinar-X dalam perubatan dan sains lain.

Ciri-ciri sinar-X

Intensiti- ciri kuantitatif sinaran x-ray, yang dinyatakan dengan bilangan sinar yang dipancarkan oleh tiub per unit masa. Keamatan sinar-X diukur dalam miliamp. Membandingkannya dengan keamatan cahaya yang boleh dilihat daripada lampu pijar konvensional, kita boleh membuat analogi: sebagai contoh, lampu 20 watt akan bersinar dengan satu keamatan, atau kuasa, dan lampu 200 watt akan bersinar dengan yang lain, manakala kualiti cahaya itu sendiri (spektrumnya) adalah sama . Keamatan sinaran X-ray sebenarnya adalah kuantitinya. Setiap elektron mencipta satu atau lebih kuanta sinaran pada anod, oleh itu, bilangan sinar-X semasa pendedahan objek dikawal dengan menukar bilangan elektron yang cenderung kepada anod dan bilangan interaksi elektron dengan atom sasaran tungsten. , yang boleh dilakukan dalam dua cara:

1. Dengan menukar tahap pijar lingkaran katod menggunakan pengubah injak turun (bilangan elektron yang dihasilkan semasa pelepasan akan bergantung pada berapa panas lingkaran tungsten, dan bilangan kuanta sinaran akan bergantung pada bilangan elektron);
2. Dengan menukar nilai voltan tinggi yang dibekalkan oleh pengubah injak ke kutub tiub - katod dan anod (semakin tinggi voltan digunakan pada kutub tiub, semakin banyak tenaga kinetik yang diterima oleh elektron, yang , disebabkan tenaganya, boleh berinteraksi dengan beberapa atom bahan anod secara bergilir - lihat Rajah. nasi. 5; elektron dengan tenaga yang rendah akan dapat memasuki bilangan interaksi yang lebih kecil).

Keamatan sinar-X (arus anod) didarab dengan pendedahan (masa tiub) sepadan dengan pendedahan sinar-X, yang diukur dalam mAs (miliamp sesaat). Pendedahan ialah parameter yang, seperti keamatan, mencirikan jumlah sinar yang dipancarkan oleh tiub sinar-x. Satu-satunya perbezaan ialah pendedahan juga mengambil kira masa operasi tiub (contohnya, jika tiub berfungsi selama 0.01 saat, maka bilangan sinar akan menjadi satu, dan jika 0.02 saat, maka bilangan sinar akan menjadi berbeza - dua kali lagi). Pendedahan sinaran ditetapkan oleh ahli radiologi pada panel kawalan mesin X-ray, bergantung pada jenis pemeriksaan, saiz objek yang dikaji dan tugas diagnostik.

Ketegaran- ciri kualitatif sinaran x-ray. Ia diukur dengan voltan tinggi pada tiub - dalam kilovolt. Menentukan kuasa penembusan sinar-x. Ia dikawal oleh voltan tinggi yang dibekalkan kepada tiub sinar-X oleh pengubah injak naik. Semakin tinggi beza keupayaan tercipta pada elektrod tiub, semakin banyak daya elektron menolak dari katod dan tergesa-gesa ke anod, dan semakin kuat perlanggaran mereka dengan anod. Lebih kuat perlanggaran mereka, lebih pendek panjang gelombang sinaran sinar-X yang terhasil dan lebih tinggi kuasa penembusan gelombang ini (atau kekerasan sinaran, yang, seperti keamatan, dikawal pada panel kawalan oleh parameter voltan pada tiub - kilovoltan).

nasi. 7 - Pergantungan panjang gelombang pada tenaga gelombang:

λ - panjang gelombang;
E - tenaga gelombang

• Semakin tinggi tenaga kinetik elektron yang bergerak, semakin kuat impaknya pada anod dan semakin pendek panjang gelombang sinaran sinar-X yang terhasil. Sinaran sinar-X dengan panjang gelombang panjang dan kuasa penembusan rendah dipanggil "lembut", dengan panjang gelombang pendek dan kuasa penembusan tinggi - "keras".

nasi. 8 - Nisbah voltan pada tiub sinar-X dan panjang gelombang sinaran sinar-X yang terhasil:

• Semakin tinggi voltan digunakan pada kutub tiub, semakin kuat perbezaan potensi muncul pada mereka, oleh itu, tenaga kinetik elektron yang bergerak akan lebih tinggi. Voltan pada tiub menentukan kelajuan elektron dan daya perlanggaran mereka dengan bahan anod, oleh itu, voltan menentukan panjang gelombang sinaran sinar-X yang terhasil.

Klasifikasi tiub x-ray

1. Dengan temu janji
1. Diagnostik
2. Terapeutik
3. Untuk analisis struktur
4. Untuk transiluminasi
2. Mengikut reka bentuk
1. Dengan fokus

• Tumpuan tunggal (satu lingkaran pada katod, dan satu titik fokus pada anod)
• Bifokal (dua lingkaran berbeza saiz pada katod, dan dua titik fokus pada anod)

1. Mengikut jenis anod

• Pegun (tetap)
• Berpusing

X-ray digunakan bukan sahaja untuk tujuan radiodiagnostik, tetapi juga untuk tujuan terapeutik. Seperti yang dinyatakan di atas, keupayaan sinaran X-ray untuk menyekat pertumbuhan sel tumor memungkinkan untuk menggunakannya dalam terapi sinaran penyakit onkologi. Sebagai tambahan kepada bidang perubatan aplikasi, sinaran sinar-X telah menemui aplikasi yang meluas dalam bidang kejuruteraan dan teknikal, sains bahan, kristalografi, kimia dan biokimia: sebagai contoh, adalah mungkin untuk mengenal pasti kecacatan struktur dalam pelbagai produk (rel, kimpalan). , dsb.) menggunakan sinaran X-ray. Jenis penyelidikan sedemikian dipanggil defectoscopy. Dan di lapangan terbang, stesen kereta api dan tempat sesak lain, introskop televisyen X-ray digunakan secara aktif untuk mengimbas bagasi tangan dan bagasi untuk tujuan keselamatan.

Bergantung pada jenis anod, tiub sinar-X berbeza dalam reka bentuk. Disebabkan fakta bahawa 99% daripada tenaga kinetik elektron ditukar kepada tenaga haba, semasa operasi tiub, anod dipanaskan dengan ketara - sasaran tungsten sensitif sering terbakar. Anod disejukkan dalam tiub sinar-X moden dengan memutarkannya. Anod berputar mempunyai bentuk cakera, yang mengedarkan haba secara sama rata ke seluruh permukaannya, menghalang pemanasan melampau tempatan sasaran tungsten.

Reka bentuk tiub sinar-X juga berbeza dalam fokus. Titik fokus - bahagian anod di mana pancaran sinar-X yang berfungsi dijana. Ia dibahagikan kepada titik fokus sebenar dan titik fokus berkesan ( nasi. 12). Oleh kerana sudut anod, titik fokus berkesan adalah lebih kecil daripada yang sebenar. Saiz titik fokus yang berbeza digunakan bergantung pada saiz kawasan imej. Lebih besar kawasan imej, lebih luas tempat fokus mestilah meliputi keseluruhan kawasan imej. Walau bagaimanapun, tempat fokus yang lebih kecil menghasilkan kejelasan imej yang lebih baik. Oleh itu, apabila menghasilkan imej kecil, filamen pendek digunakan dan elektron diarahkan ke kawasan kecil sasaran anod, mewujudkan titik fokus yang lebih kecil.

nasi. 9 - tiub x-ray dengan anod pegun.
nasi. 10 - Tiub sinar-X dengan anod berputar.
nasi. 11 - Peranti tiub sinar-X dengan anod berputar.
nasi. 12 ialah gambar rajah pembentukan titik fokus yang nyata dan berkesan.