• 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. Bagaimana lebih banyak 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.

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. Oleh kerana kuasa penembusan sinar-X adalah berbeza untuk bahan yang berbeza, bahagian objek yang kurang telus padanya memberikan kawasan yang lebih terang dalam gambar berbanding bahagian 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 sifat kajian cecair, gas, hablur, 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. Fenomena laluan sinar katod melalui badan logam nipis Hertz mengabdikan dirinya artikel terkini, diterbitkan pada tahun 1892. 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." Namun, dia gagal menemuinya sifat gelombang sinar, mereka "berkelakuan berbeza daripada sinar ultraviolet, kelihatan, inframerah yang diketahui." Dalam tindakan kimia dan pendarfluor mereka, mereka, menurut Roentgen, adalah serupa dengan sinar ultraviolet. Dalam mesej pertama, beliau menyatakan andaian yang ditinggalkan kemudian bahawa mereka boleh akan menjadi gelombang membujur di udara.

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 kuliah umum semasa mengambil radiograf yang berbeza. 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 wayar tungsten 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 daripada tahap tinggi tenaga dan selepas 10 -16 -10 -15 saat masuk ke keadaan akhir dengan kurang tenaga. Dalam kes ini, atom boleh mengeluarkan lebihan tenaga dalam bentuk foton dengan frekuensi tertentu. Kekerapan garis spektrum sinaran tersebut adalah ciri atom 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 nombor sirinya Z:

di mana R ialah pemalar Rydberg , S n - pemalar saringan, n - prinsipal nombor kuantum. 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 dinafikan tentang penempatan unsur yang betul dalam jadual unsur berkala DI. Mendeleev dan menyumbang kepada penjelasan rasa fizikal Z.

Selaras dengan undang-undang Moseley, spektrum ciri sinar-X tidak mempamerkan 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) di beberapa tapak kekisi atom, ion dengan cas positif tambahan muncul, 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 bukan organik dan molekul organik. Berdasarkan banyak struktur atom yang telah diuraikan, masalah songsang juga boleh diselesaikan: mengikut corak sinar-X bahan polihablur, seperti keluli aloi, aloi, bijih, tanah bulan, 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, mengkaji taburan ketumpatan keadaan elektronik ke atas tenaga dalam pelbagai bahan, menyiasat sifat ikatan kimia, 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.

Sinar-X yang datang dari angkasa membawa maklumat tentang komposisi kimia jasad kosmik dan tentangnya proses fizikal berlaku di angkasa. Astronomi sinar-X berkaitan dengan kajian sinar-x kosmik . X-ray berkuasa digunakan dalam kimia sinaran untuk merangsang tindak balas tertentu, pempolimeran bahan, 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 tidak memerlukan sebilangan besar bahan, analisis boleh dijalankan tanpa memusnahkan bahagian. 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, mereka pelbagai sambungan, adalah mungkin untuk menentukan fasa mana bahan yang diberikan itu. Perlu ditekankan bahawa fasa-fasa yang ditentukan, dan bukan komposisi kimia, tetapi yang terakhir kadangkala boleh diperoleh jika terdapat data tambahan tentang 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 kemungkinan kes ini fasa.

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 pengaruh yang 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 untuknya ciri yang lengkap ia adalah wajib untuk menentukan komposisi kimia.

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.

keburukan kaedah pelepasan adalah, pertama, keperluan untuk meletakkan sampel pada anod tiub sinar-X, diikuti dengan mengepam keluar 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; dalam keadaan yang berbeza(bergantung pada instrumentasi yang digunakan dan unsur-unsur yang dianalisis) kawasan yang berbeza bagi spektrum ciri mungkin paling sesuai.

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

Kesederhanaan spektrum ciri X-ray walaupun untuk unsur berat (berbanding dengan spektrum optik), yang memudahkan analisis (sebilangan kecil baris; persamaan dalam susunan bersama mereka; dengan peningkatan dalam nombor siri, peralihan tetap spektrum ke 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 kerana persamaan struktur elektronik kulit 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 semula jadi parut- kristal - pada asasnya serupa dengan mendapatkan spektrum sinar cahaya biasa menggunakan kisi pembelauan buatan dalam bentuk sapuan 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 sinar-x ialah: tiub sinar-x, beberapa isotop radioaktif, pemecut dan akumulator elektron ( sinaran 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 sisi 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 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 Kaedah kawalan sinaran X-ray 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.

Diagnostik perubatan moden dan rawatan penyakit tertentu tidak dapat dibayangkan tanpa peranti yang menggunakan sifat sinar-X. Penemuan sinar-X berlaku lebih daripada 100 tahun yang lalu, tetapi kini kerja-kerja meneruskan penciptaan kaedah dan radas baru untuk meminimumkan kesan negatif sinaran pada tubuh manusia.

Siapa dan bagaimana X-ray ditemui

Di bawah keadaan semula jadi, fluks sinar-X jarang berlaku dan hanya dipancarkan oleh sesetengah orang isotop radioaktif. X-ray atau X-ray hanya ditemui pada tahun 1895 oleh saintis Jerman Wilhelm Röntgen. Penemuan ini berlaku secara kebetulan, semasa eksperimen untuk mengkaji kelakuan sinar cahaya dalam keadaan menghampiri vakum. Eksperimen itu melibatkan tiub nyahcas gas katod dengan tekanan yang dikurangkan dan skrin pendarfluor, yang setiap kali mula bersinar pada saat tiub mula bertindak.

Tertarik dengan kesan pelik, Roentgen menjalankan satu siri kajian menunjukkan bahawa terhasil nampak pada mata sinaran mampu menembusi pelbagai halangan: kertas, kayu, kaca, beberapa logam, dan juga melalui badan manusia. Walaupun kekurangan pemahaman tentang sifat sebenar apa yang berlaku, sama ada fenomena sedemikian disebabkan oleh penjanaan aliran zarah atau gelombang yang tidak diketahui, corak berikut telah diperhatikan - sinaran mudah melalui tisu lembut badan, dan lebih keras melalui tisu hidup pepejal dan bahan tidak bernyawa.

Roentgen bukanlah yang pertama mengkaji fenomena ini. AT pertengahan sembilan belas berabad-abad, kemungkinan yang sama telah dikaji oleh orang Perancis Antoine Mason dan orang Inggeris William Crookes. Bagaimanapun, Roentgenlah yang pertama kali mencipta tiub katod dan penunjuk yang boleh digunakan dalam perubatan. Dia pertama kali menerbitkan risalah, yang membawanya gelaran pemenang Nobel pertama di kalangan ahli fizik.

Pada tahun 1901, kerjasama yang membuahkan hasil bermula antara tiga saintis, yang menjadi bapa pengasas radiologi dan radiologi.

sifat sinar-X

X-ray adalah sebahagian daripada jumlah spektrum radiasi elektromagnetik. Panjang gelombang adalah antara gamma dan Sinar ultraviolet. X-ray mempunyai semua sifat gelombang biasa:

• pembelauan;
• pembiasan;
• gangguan;
• kelajuan perambatan (ia sama dengan cahaya).

Untuk menjana fluks sinar-X secara buatan, peranti khas digunakan - tiub sinar-X. Sinaran sinar-X timbul daripada sentuhan elektron tungsten pantas dengan bahan yang menyejat daripada anod panas. Terhadap latar belakang interaksi, timbul gelombang elektromagnet panjang pendek, yang berada dalam spektrum dari 100 hingga 0.01 nm dan dalam julat tenaga 100-0.1 MeV. Jika panjang gelombang sinar kurang daripada 0.2 nm - ini adalah sinaran keras, jika panjang gelombang lebih besar daripada nilai yang ditentukan, ia dipanggil sinar-x lembut.

Adalah penting bahawa tenaga kinetik yang timbul daripada sentuhan elektron dan bahan anod adalah 99% ditukar kepada tenaga haba dan hanya 1% adalah sinar-X.

Sinaran X-ray - bremsstrahlung dan ciri

Sinaran-X ialah superposisi dua jenis sinar - bremsstrahlung dan ciri. Ia dijana dalam telefon bimbit secara serentak. Oleh itu, penyinaran sinar-X dan ciri-ciri setiap tiub sinar-X tertentu - spektrum sinarannya, bergantung kepada penunjuk ini, dan mewakili superposisi mereka.

Bremsstrahlung atau sinar-X berterusan adalah hasil nyahpecutan elektron yang menyejat daripada filamen tungsten.

Ciri atau garis X-ray terbentuk pada saat penyusunan semula atom bahan anod tiub sinar-X. Panjang gelombang sinar ciri secara langsung bergantung pada nombor atom unsur kimia yang digunakan untuk membuat anod tiub.

Ciri-ciri sinar-X yang disenaraikan membolehkan mereka digunakan dalam amalan:

• tidak dapat dilihat oleh mata biasa;
• keupayaan menembusi tinggi melalui tisu hidup dan bahan tidak bernyawa yang tidak menghantar cahaya yang boleh dilihat;
• kesan pengionan pada struktur molekul.

Prinsip Pengimejan X-ray

Sifat sinar-x yang menjadi asas pengimejan ialah keupayaan untuk sama ada terurai atau menyebabkan beberapa bahan bercahaya.

Penyinaran sinar-X menyebabkan cahaya pendarfluor dalam kadmium dan zink sulfida - hijau, dan dalam kalsium tungstat - biru. Sifat ini digunakan dalam teknik transiluminasi sinar-X perubatan, dan juga meningkatkan kefungsian skrin sinar-X.

Kesan fotokimia sinar-X pada bahan halida perak peka cahaya (pencahayaan) memungkinkan untuk menjalankan diagnostik - untuk mengambil imej sinar-X. Harta ini juga digunakan dalam mengukur jumlah dos yang diterima oleh pembantu makmal di bilik X-ray. Dosimeter boleh pakai mempunyai pita dan penunjuk sensitif khas. Kesan pengionan sinar-X memungkinkan untuk menentukan dan ciri kualitatif menerima x-ray.

Satu pendedahan kepada sinar-X konvensional meningkatkan risiko kanser sebanyak 0.001% sahaja.

Kawasan di mana X-ray digunakan

Penggunaan sinar-X boleh diterima dalam industri berikut:

1. Keselamatan. Peranti tetap dan mudah alih untuk mengesan barang berbahaya dan terlarang di lapangan terbang, kastam atau di tempat yang sesak.
2. Industri kimia, metalurgi, arkeologi, seni bina, pembinaan, kerja pemulihan - untuk mengesan kecacatan dan menjalankan analisis kimia bahan-bahan.
3. Astronomi. Membantu memantau badan angkasa dan fenomena menggunakan teleskop sinar-x.
4. industri ketenteraan. Untuk pembangunan senjata laser.

Aplikasi utama sinar-X adalah dalam bidang perubatan. Hari ini, bahagian radiologi perubatan termasuk: radiodiagnostik, radioterapi (terapi sinar-X), radiosurgeri. Sekolah perubatan menghasilkan pakar berprofil sempit - ahli radiologi.

X-Radiation - bahaya dan faedah, kesan pada badan

Kuasa penembusan yang tinggi dan kesan pengionan sinar-X boleh menyebabkan perubahan dalam struktur DNA sel, oleh itu ia berbahaya bagi manusia. Kemudaratan daripada sinaran sinar-X adalah berkadar terus dengan dos sinaran yang diterima. Organ yang berbeza bertindak balas terhadap penyinaran pada tahap yang berbeza-beza. Yang paling terdedah termasuk:

• sumsum tulang dan tisu tulang;
• kanta mata;
• tiroid;
• kelenjar susu dan seks;
• tisu paru-paru.

Penggunaan sinaran X-ray yang tidak terkawal boleh menyebabkan patologi yang boleh diterbalikkan dan tidak dapat dipulihkan.

Akibat pendedahan sinar-X:

• kerosakan sumsum tulang dan berlakunya patologi sistem hematopoietik- erythrocytopenia, thrombocytopenia, leukemia;
• kerosakan pada kanta, dengan perkembangan katarak berikutnya;
• mutasi selular yang diwarisi;
• perkembangan penyakit onkologi;
• mendapat luka bakar radiasi;
• perkembangan penyakit radiasi.

Penting! Tidak seperti bahan radioaktif, sinar-X tidak terkumpul di dalam tisu badan, yang bermaksud bahawa tidak perlu mengeluarkan sinar-X dari badan. Kesan berbahaya sinar-X berakhir apabila peranti perubatan dimatikan.

Penggunaan sinar-X dalam perubatan dibenarkan bukan sahaja untuk diagnostik (traumatologi, pergigian), tetapi juga untuk tujuan terapeutik:

• dari x-ray dalam dos yang kecil, metabolisme dalam sel dan tisu hidup dirangsang;
• dos pengehad tertentu digunakan untuk rawatan neoplasma onkologi dan jinak.

Kaedah untuk mendiagnosis patologi menggunakan X-ray

Radiodiagnostik termasuk kaedah berikut:

1. Fluoroskopi ialah kajian di mana imej diperoleh pada skrin pendarfluor dalam masa nyata. Bersama-sama dengan pengimejan masa nyata klasik bahagian badan, hari ini terdapat teknologi transiluminasi televisyen X-ray - imej dipindahkan dari skrin pendarfluor ke monitor televisyen yang terletak di bilik lain. Beberapa kaedah digital telah dibangunkan untuk memproses imej yang terhasil, diikuti dengan memindahkannya dari skrin ke kertas.
2. Fluorografi adalah kaedah termurah untuk memeriksa organ dada, yang terdiri daripada membuat gambar kecil 7x7 cm Walaupun terdapat kemungkinan ralat, ia adalah satu-satunya cara untuk menjalankan pemeriksaan tahunan besar-besaran penduduk. Kaedah ini tidak berbahaya dan tidak memerlukan pengeluaran dos sinaran yang diterima dari badan.
3. Radiografi - mendapatkan imej ringkasan pada filem atau kertas untuk menjelaskan bentuk organ, kedudukan atau nadanya. Boleh digunakan untuk menilai peristalsis dan keadaan membran mukus. Sekiranya terdapat pilihan, maka antara peranti X-ray moden, keutamaan tidak harus diberikan kepada peranti digital, di mana fluks sinar-x boleh lebih tinggi daripada peranti lama, tetapi kepada peranti X-ray dos rendah dengan flat langsung pengesan semikonduktor. Mereka membolehkan anda mengurangkan beban pada badan sebanyak 4 kali.
4. Tomografi sinar-X yang dikira ialah teknik yang menggunakan sinar-x untuk mendapatkan bilangan imej yang diperlukan bagi bahagian organ yang dipilih. Di antara pelbagai jenis peranti CT moden, pengimbas CT resolusi tinggi dos rendah digunakan untuk satu siri kajian berulang.

Radioterapi

Terapi sinar-X merujuk kepada kaedah rawatan tempatan. Selalunya, kaedah ini digunakan untuk memusnahkan sel-sel kanser. Oleh kerana kesan pendedahan adalah setanding dengan pembuangan pembedahan, kaedah rawatan ini sering dipanggil radiosurgeri.

Hari ini, rawatan x-ray dijalankan dengan cara berikut:

1. Luaran (terapi proton) - pancaran sinaran masuk ke dalam badan pesakit dari luar.
2. Dalaman (brachytherapy) - penggunaan kapsul radioaktif dengan menanamnya ke dalam badan, dengan penempatan lebih dekat dengan tumor kanser. Kelemahan kaedah rawatan ini ialah sehingga kapsul dikeluarkan dari badan, pesakit perlu diasingkan.

Kaedah ini adalah lembut, dan penggunaannya adalah lebih baik daripada kemoterapi dalam beberapa kes. Populariti sedemikian adalah disebabkan oleh fakta bahawa sinar tidak terkumpul dan tidak memerlukan penyingkiran dari badan, mereka mempunyai kesan selektif, tanpa menjejaskan sel dan tisu lain.

Kadar pendedahan sinar-X yang selamat

Penunjuk norma pendedahan tahunan yang dibenarkan ini mempunyai namanya sendiri - dos setara genetik (GED). Tiada nilai kuantitatif yang jelas untuk penunjuk ini.

1. Penunjuk ini bergantung kepada umur dan keinginan pesakit untuk mempunyai anak pada masa hadapan.
2. Ia bergantung pada organ mana yang diperiksa atau dirawat.
3. GZD dipengaruhi oleh tahap latar belakang radioaktif semula jadi di wilayah tempat tinggal seseorang.

Hari ini, purata standard GZD berikut berkuat kuasa:

• tahap pendedahan dari semua sumber, kecuali yang perubatan, dan tanpa mengambil kira latar belakang sinaran semula jadi - 167 mRem setahun;
• norma untuk pemeriksaan perubatan tahunan tidak lebih daripada 100 mRem setahun;
• jumlah nilai selamat ialah 392 mRem setahun.

Sinaran X-ray tidak memerlukan perkumuhan dari badan, dan berbahaya hanya dalam kes pendedahan yang sengit dan berpanjangan. Peralatan perubatan moden menggunakan sinaran tenaga rendah dalam tempoh yang singkat, jadi penggunaannya dianggap tidak berbahaya.