Røntgenstråling spiller en stor rolle i moderne medisin; historien til oppdagelsen av røntgenstråler går tilbake til 1800-tallet.

Røntgenstråler er elektromagnetiske bølger som produseres med deltakelse av elektroner. Med sterk akselerasjon av ladede partikler skapes kunstige røntgenstråler. Den går gjennom spesialutstyr:

• partikkelakseleratorer.

Oppdagelseshistorie

Disse strålene ble oppfunnet i 1895 av den tyske forskeren Roentgen: mens han jobbet med et katodestrålerør, oppdaget han fluorescenseffekten til bariumplatinacyanid. Så var det en beskrivelse av slike stråler og deres fantastiske evne til å trenge inn i kroppens vev. Strålene begynte å bli kalt røntgenstråler (røntgenstråler). Senere i Russland begynte de å bli kalt røntgen.

Røntgenstråler er i stand til å trenge gjennom selv gjennom vegger. Så Roentgen innså at han hadde gjort den største oppdagelsen innen medisin. Det var fra den tiden det begynte å dannes egne seksjoner i vitenskapen, som radiologi og radiologi.

Strålene er i stand til å trenge gjennom bløtvev, men er forsinket, lengden bestemmes av hindringen til en hard overflate. Det myke vevet i menneskekroppen er huden, og det harde vevet er bein. I 1901 ble forskeren tildelt Nobelprisen.

Men selv før oppdagelsen av Wilhelm Conrad Roentgen var andre forskere også interessert i et lignende emne. I 1853 studerte den franske fysikeren Antoine-Philiber Mason en høyspentutladning mellom elektroder i et glassrør. Gassen i den ved lavt trykk begynte å avgi en rødlig glød. Å pumpe ut overflødig gass fra røret førte til at gløden forfalt til en kompleks sekvens av individuelle lysende lag, hvis fargetone var avhengig av mengden gass.

I 1878 foreslo William Crookes (engelsk fysiker) at fluorescens oppstår på grunn av innvirkningen av stråler på glassoverflaten til røret. Men alle disse studiene ble ikke publisert noe sted, så Roentgen visste ikke om slike funn. Etter publiseringen av oppdagelsene hans i 1895 i et vitenskapelig tidsskrift, hvor forskeren skrev at alle kropper er gjennomsiktige for disse strålene, om enn i en helt annen grad, ble andre forskere interessert i lignende eksperimenter. De bekreftet oppfinnelsen av Roentgen, og videreutvikling og forbedring av røntgenstråler startet.

Wilhelm Roentgen publiserte selv ytterligere to vitenskapelige artikler om temaet røntgen i 1896 og 1897, hvoretter han tok opp andre aktiviteter. Dermed oppfant flere forskere, men det var Roentgen som publiserte vitenskapelige artikler om dette emnet.

Bildeprinsipper

Egenskapene til denne strålingen bestemmes av naturen til deres utseende. Stråling oppstår på grunn av en elektromagnetisk bølge. Hovedegenskapene inkluderer:

1. Speilbilde. Hvis bølgen treffer overflaten vinkelrett, vil den ikke bli reflektert. I noen situasjoner har en diamant egenskapen til refleksjon.
2. Evnen til å penetrere vev. I tillegg kan strålene passere gjennom ugjennomsiktige overflater av materialer som tre, papir og lignende.
3. absorberingsevne. Absorpsjon avhenger av materialets tetthet: jo tettere det er, jo mer røntgenstråler absorberer det.
4. Noen stoffer fluorescerer, det vil si at de lyser. Så snart strålingen stopper, forsvinner også gløden. Hvis det fortsetter etter opphør av virkningen av strålene, kalles denne effekten fosforescens.
5. Røntgenstråler kan belyse fotografisk film, akkurat som synlig lys.
6. Hvis strålen passerte gjennom luften, skjer ionisering i atmosfæren. Denne tilstanden kalles elektrisk ledende, og den bestemmes ved hjelp av et dosimeter, som setter hastigheten på strålingsdoseringen.

Stråling - skade og nytte

Da oppdagelsen ble gjort, kunne fysikeren Roentgen ikke engang forestille seg hvor farlig oppfinnelsen hans var. I gamle dager var alle enheter som produserte stråling langt fra perfekte, og som et resultat ble det oppnådd store doser av stråler. Folk forsto ikke farene ved slik stråling. Selv om noen forskere allerede da la frem versjoner om farene ved røntgenstråler.

Røntgenstråler, som trenger inn i vev, har en biologisk effekt på dem. Måleenheten for stråledose er røntgen per time. Hovedpåvirkningen er på de ioniserende atomene som er inne i vevene. Disse strålene virker direkte på DNA-strukturen til en levende celle. Konsekvensene av ukontrollert stråling inkluderer:

• cellemutasjon;
• utseendet av svulster;
• stråling brannskader;
• strålingssykdom.

Kontraindikasjoner for røntgenundersøkelser:

1. Pasientene er i kritisk tilstand.
2. Graviditetsperiode på grunn av negative effekter på fosteret.
3. Pasienter med blødning eller åpen pneumothorax.

Hvordan røntgenstråler fungerer og hvor det brukes

1. I medisin. Røntgendiagnostikk brukes til gjennomskinnelig levende vev for å identifisere visse lidelser i kroppen. Røntgenbehandling utføres for å eliminere tumorformasjoner.
2. I vitenskap. Strukturen til stoffer og naturen til røntgenstråler avsløres. Disse spørsmålene behandles av slike vitenskaper som kjemi, biokjemi, krystallografi.
3. I industrien. For å oppdage brudd på metallprodukter.
4. For befolkningens sikkerhet. Røntgenstråler er installert på flyplasser og andre offentlige steder for å skanne bagasje.

Medisinsk bruk av røntgenstråling. Røntgenstråler er mye brukt i medisin og odontologi for følgende formål:

1. For å diagnostisere sykdommer.
2. For overvåking av metabolske prosesser.
3. For behandling av mange sykdommer.

Bruk av røntgenstråler til medisinske formål

I tillegg til å oppdage beinbrudd, er røntgenstråler mye brukt til medisinske formål. Den spesialiserte anvendelsen av røntgenstråler er å oppnå følgende mål:

1. Å ødelegge kreftceller.
2. For å redusere størrelsen på svulsten.
3. For å redusere smerte.

For eksempel brukes radioaktivt jod, brukt i endokrinologiske sykdommer, aktivt i skjoldbruskkjertelkreft, og hjelper derved mange mennesker med å bli kvitt denne forferdelige sykdommen. For øyeblikket, for å diagnostisere komplekse sykdommer, er røntgenstråler koblet til datamaskiner, som et resultat vises de nyeste forskningsmetodene, for eksempel computeraksial tomografi.

En slik skanning gir leger fargebilder som viser de indre organene til en person. For å oppdage arbeidet til indre organer er en liten dose stråling tilstrekkelig. Røntgen er også mye brukt i fysioterapi.

Grunnleggende egenskaper ved røntgenstråler

1. penetrerende evne. Alle kropper er gjennomsiktige for røntgen, og graden av gjennomsiktighet avhenger av tykkelsen på kroppen. Det er på grunn av denne egenskapen at strålen begynte å bli brukt i medisin for å oppdage funksjonen til organer, tilstedeværelsen av brudd og fremmedlegemer i kroppen.
2. De er i stand til å forårsake glød av noen gjenstander. For eksempel, hvis barium og platina påføres papp, vil det, etter å ha passert gjennom stråleskanningen, lyse grønngult. Plasser du hånden mellom røntgenrøret og skjermen, så vil lyset trenge mer inn i beinet enn inn i vevet, så beinvevet vil skinne sterkest på skjermen, og muskelvevet blir mindre lyst.
3. Action på film. Røntgenstråler kan i likhet med lys gjøre film mørkere, noe som gjør det mulig å fotografere skyggesiden som får man når objekter undersøkes med røntgen.
4. Røntgenstråler kan ionisere gasser. Dette gjør det mulig ikke bare å finne stråler, men også å avsløre deres intensitet ved å måle ioniseringsstrømmen i gassen.
5. De har en biokjemisk effekt på kroppen til levende vesener. Takket være denne egenskapen har røntgenstråler funnet sin brede anvendelse i medisin: de kan behandle både hudsykdommer og sykdommer i indre organer. I dette tilfellet velges ønsket strålingsdose og varigheten av strålene. Langvarig og overdreven bruk av slik behandling er svært skadelig og skadelig for kroppen.

Konsekvensen av bruken av røntgenstråler var redningen av mange menneskeliv. Røntgen hjelper ikke bare med å diagnostisere sykdommen i tide, behandlingsmetoder ved bruk av strålebehandling lindrer pasienter med forskjellige patologier, fra hyperfunksjon av skjoldbruskkjertelen til ondartede svulster i beinvev.

I 1895 oppdaget den tyske fysikeren W. Roentgen en ny, tidligere ukjent type elektromagnetisk stråling, som fikk navnet X-ray til ære for oppdageren. W. Roentgen ble forfatteren av sin oppdagelse i en alder av 50 år, og hadde stillingen som rektor ved universitetet i Würzburg og hadde et rykte som en av de beste eksperimenter i sin tid. En av de første som fant en teknisk applikasjon for Roentgens oppdagelse var amerikaneren Edison. Han skapte et hendig demonstrasjonsapparat og arrangerte allerede i mai 1896 en røntgenutstilling i New York, hvor besøkende kunne se på sin egen hånd på en lysende skjerm. Etter at Edisons assistent døde av de alvorlige forbrenningene han fikk fra konstante demonstrasjoner, stoppet oppfinneren ytterligere eksperimenter med røntgenstråler.

Røntgenstråling begynte å bli brukt i medisin på grunn av dens høye penetreringskraft. Opprinnelig ble røntgenstråler brukt til å undersøke beinbrudd og lokalisere fremmedlegemer i menneskekroppen. Foreløpig finnes det flere metoder basert på røntgen. Men disse metodene har sine ulemper: stråling kan forårsake dyp skade på huden. Sår som vises, ble ofte til kreft. I mange tilfeller måtte fingre eller hender amputeres. Fluoroskopi(synonymt med translucens) er en av hovedmetodene for røntgenundersøkelse, som består i å få et plan positivt bilde av objektet som studeres på en gjennomskinnelig (fluorescerende) skjerm. Under fluoroskopi befinner motivet seg mellom en gjennomskinnelig skjerm og et røntgenrør. På moderne røntgengjennomsiktige skjermer vises bildet i det øyeblikket røntgenrøret slås på og forsvinner umiddelbart etter at det er slått av. Fluoroskopi gjør det mulig å studere organets funksjon - hjertepulsering, respirasjonsbevegelser i ribbeina, lungene, mellomgulvet, peristaltikk i fordøyelseskanalen, etc. Fluoroskopi brukes til behandling av sykdommer i magen, mage-tarmkanalen, tolvfingertarmen, sykdommer i leveren, galleblæren og galleveiene. Samtidig settes den medisinske sonden og manipulatorene inn uten vevsskade, og handlingene under operasjonen styres av fluoroskopi og er synlige på monitoren.
Radiografi - metode for røntgendiagnostikk med registrering av et fast bilde på et fotosensitivt materiale - spesiell. fotografisk film (røntgenfilm) eller fotografisk papir med påfølgende fotobehandling; Med digital radiografi fikseres bildet i datamaskinens minne. Det utføres på røntgendiagnostikkapparater - stasjonære, installert i spesialutstyrte røntgenrom, eller mobilt og bærbart - ved pasientens seng eller på operasjonsstuen. På røntgenbilder vises elementene i strukturene til forskjellige organer mye tydeligere enn på en fluorescerende skjerm. Radiografi utføres for å oppdage og forebygge ulike sykdommer, hovedmålet er å hjelpe leger av ulike spesialiteter riktig og raskt å stille en diagnose. Et røntgenbilde fanger kun tilstanden til et organ eller vev på eksponeringstidspunktet. Imidlertid fanger et enkelt røntgenbilde bare anatomiske endringer i et bestemt øyeblikk, det gir statikken i prosessen; gjennom en serie røntgenbilder tatt med visse intervaller, er det mulig å studere dynamikken i prosessen, det vil si funksjonelle endringer. Tomografi. Ordet tomografi kan oversettes fra gresk som skivebilde. Dette betyr at hensikten med tomografi er å få et lagdelt bilde av den indre strukturen til studieobjektet. Computertomografi er preget av høy oppløsning, noe som gjør det mulig å skille subtile endringer i bløtvev. CT gjør det mulig å oppdage slike patologiske prosesser som ikke kan oppdages med andre metoder. I tillegg gjør bruken av CT det mulig å redusere dosen av røntgenstråling som mottas av pasienter under diagnoseprosessen.
Fluorografi- en diagnostisk metode som lar deg få et bilde av organer og vev, ble utviklet på slutten av 1900-tallet, et år etter at røntgenstråler ble oppdaget. På bildene kan du se sklerose, fibrose, fremmedlegemer, neoplasmer, betennelser som har en utviklet grad, tilstedeværelse av gasser og infiltrerer i hulrommene, abscesser, cyster, og så videre. Oftest utføres røntgen av brystet, som gjør det mulig å oppdage tuberkulose, en ondartet svulst i lungene eller brystet og andre patologier.
Røntgenterapi- Dette er en moderne metode som utfører behandlingen av visse patologier i leddene. Hovedretningene for behandling av ortopediske sykdommer ved denne metoden er: Kronisk. Inflammatoriske prosesser i leddene (leddgikt, polyartritt); Degenerativ (slitasjegikt, osteokondrose, deformerende spondylose). Formålet med strålebehandling er hemming av den vitale aktiviteten til celler av patologisk endret vev eller deres fullstendige ødeleggelse. Ved ikke-tumorsykdommer er røntgenterapi rettet mot å undertrykke den inflammatoriske reaksjonen, hemme proliferative prosesser, redusere smertefølsomhet og sekretorisk aktivitet i kjertlene. Det bør huskes at kjønnskjertlene, hematopoietiske organer, leukocytter og ondartede tumorceller er mest følsomme for røntgenstråler. Stråledosen i hvert enkelt tilfelle bestemmes individuelt.

For oppdagelsen av røntgenstråler ble Roentgen tildelt den første Nobelprisen i fysikk i 1901, og Nobelkomiteen la vekt på den praktiske betydningen av oppdagelsen hans.
Dermed er røntgenstråler usynlig elektromagnetisk stråling med en bølgelengde på 105 - 102 nm. Røntgenstråler kan trenge gjennom noen materialer som er ugjennomsiktige for synlig lys. De sendes ut under retardasjonen av raske elektroner i materie (kontinuerlig spektrum) og under overganger av elektroner fra atomets ytre elektronskall til de indre (lineært spektrum). Kilder til røntgenstråling er: røntgenrør, noen radioaktive isotoper, akseleratorer og akkumulatorer av elektroner (synkrotronstråling). Mottakere - film, selvlysende skjermer, kjernefysiske strålingsdetektorer. Røntgenstråler brukes i røntgendiffraksjonsanalyse, medisin, feildeteksjon, røntgenspektralanalyse, etc.

Røntgen, usynlig stråling som er i stand til å trenge gjennom, om enn i varierende grad, alle stoffer. Det er elektromagnetisk stråling med en bølgelengde på ca 10-8 cm.

I likhet med synlig lys forårsaker røntgenstråler sverting av fotografisk film. Denne egenskapen er av stor betydning for medisin, industri og vitenskapelig forskning. Ved å passere gjennom objektet som studeres og deretter falle på filmen, viser røntgenstråling dens indre struktur på den. Siden gjennomtrengningskraften til røntgenstråling er forskjellig for ulike materialer, gir deler av objektet som er mindre gjennomsiktig for det lysere områder på fotografiet enn de som strålingen trenger godt gjennom. Således er beinvev mindre gjennomsiktig for røntgenstråler enn vevet som utgjør huden og indre organer. Derfor vil beinene på røntgen bli indikert som lysere områder og bruddstedet, som er mer gjennomsiktig for stråling, kan ganske enkelt oppdages. Røntgenavbildning brukes også i tannlegen for å oppdage karies og abscesser i tannrøtter, samt i industrien for å oppdage sprekker i støpegods, plast og gummi.

Røntgenstråler brukes i kjemi for å analysere forbindelser og i fysikk for å studere strukturen til krystaller. En røntgenstråle som passerer gjennom en kjemisk forbindelse forårsaker en karakteristisk sekundær stråling, hvis spektroskopiske analyse lar kjemikeren bestemme sammensetningen av forbindelsen. Når du faller på et krystallinsk stoff, spres en røntgenstråle av krystallens atomer, noe som gir et klart, regelmessig mønster av flekker og striper på en fotografisk plate, som gjør det mulig å etablere den indre strukturen til krystallen.

Bruken av røntgen i kreftbehandling er basert på at det dreper kreftceller. Det kan imidlertid også ha en uønsket effekt på normale celler. Derfor må det utvises ekstrem forsiktighet ved denne bruken av røntgenstråler.

Får røntgenbilder

Røntgenstråling oppstår når elektroner som beveger seg med høy hastighet samhandler med materie. Når elektroner kolliderer med atomer av et hvilket som helst stoff, mister de raskt sin kinetiske energi. I dette tilfellet blir det meste omdannet til varme, og en liten brøkdel, vanligvis mindre enn 1 %, omdannes til røntgenenergi. Denne energien frigjøres i form av kvanter - partikler kalt fotoner som har energi, men som har null hvilemasse. Røntgenfotoner varierer i energi, som er omvendt proporsjonal med deres bølgelengde. Med den vanlige metoden for å oppnå røntgenstråler oppnås et bredt spekter av bølgelengder, som kalles røntgenspekteret.

Røntgenrør. For å oppnå røntgenstråling på grunn av samspillet mellom elektroner og materie, er det nødvendig å ha en kilde til elektroner, midler for å akselerere dem til høye hastigheter, og et mål som er i stand til å motstå elektronbombardement og produsere røntgenstråling av den nødvendige intensiteten. Enheten som har alt dette kalles et røntgenrør. Tidlige oppdagere brukte "dyp vakuum"-rør som dagens utladningsrør. Vakuumet i dem var ikke særlig høyt.

Utladningsrør inneholder en liten mengde gass, og når en stor potensialforskjell påføres elektrodene i røret, blir gassatomene til positive og negative ioner. De positive beveger seg mot den negative elektroden (katoden) og, faller på den, slår elektroner ut av den, og de beveger seg på sin side mot den positive elektroden (anode) og, bombarderer den, skaper en strøm av røntgenfotoner .

I det moderne røntgenrøret utviklet av Coolidge (fig. 11), er kilden til elektroner en wolframkatode oppvarmet til høy temperatur.

Ris. elleve.

Elektronene akselereres til høye hastigheter av den høye potensialforskjellen mellom anoden (eller antikatoden) og katoden. Siden elektronene må nå anoden uten å kollidere med atomer, kreves det et veldig høyt vakuum, som røret må være godt evakuert for. Dette reduserer også sannsynligheten for ionisering av de gjenværende gassatomene og de tilhørende sidestrømmene.

Når den bombarderes med elektroner, avgir wolframantikatoden karakteristiske røntgenstråler. Tverrsnittet av røntgenstrålen er mindre enn det faktiske bestrålte området. 1 - elektronstråle; 2 - katode med en fokuseringselektrode; 3 - glasskall (rør); 4 - wolframmål (antikatode); 5 - katodefilament; 6 - faktisk bestrålt område; 7 - effektivt fokuspunkt; 8 - kobberanode; 9 - vindu; 10 - spredte røntgenbilder.

Elektronene er fokusert på anoden av en spesialformet elektrode som omgir katoden. Denne elektroden kalles fokuseringselektroden og danner sammen med katoden det "elektroniske søkelyset" til røret. Anoden som utsettes for elektronbombardement må være laget av et ildfast materiale, siden mesteparten av den kinetiske energien til de bombarderende elektronene omdannes til varme. I tillegg er det ønskelig at anoden er laget av et materiale med høyt atomnummer, siden røntgenutbyttet øker med økende atomnummer. Som anodemateriale velges oftest wolfram, hvis atomnummer er 74. Utformingen av røntgenrør kan være forskjellig avhengig av bruksforhold og krav.

FORBUNDSBYRÅ FOR UTDANNING AV DEN RUSSISKE FØDERASJON

STATS UTDANNINGSINSTITUTION

HØYERE PROFESJONELL UTDANNING

MOSKVA STATSINSTITUTT FOR STÅL OG LEGERINGER

(TEKNOLOGISK UNIVERSITET)

NOVOTROITSKY BRANCH

Institutt for OEND

KURSARBEID

Disiplin: Fysikk

Tema: Røntgen

Student: Nedorezova N.A.

Gruppe: EiU-2004-25, nr. З.К.: 04Н036

Sjekket av: Ozhegova S.M.

Introduksjon

Kapittel 1

1.1 Biografi om Roentgen Wilhelm Conrad

1.2 Oppdagelse av røntgenstråler

Kapittel 2

2.1 Røntgenkilder

2.2 Egenskaper ved røntgenstråler

2.3 Registrering av røntgenbilder

2.4 Bruk av røntgen

kapittel 3

3.1 Analyse av ufullkommenhet i krystallstruktur

3.2 Spektrumanalyse

Konklusjon

Liste over kilder som er brukt

applikasjoner

Introduksjon

En sjelden person har ikke gått gjennom et røntgenrom. Bilder tatt på røntgen er kjent for alle. I 1995 var denne oppdagelsen 100 år gammel. Det er vanskelig å forestille seg hvilken stor interesse det vakte for et århundre siden. I hendene på en mann viste det seg å være et apparat som det var mulig å se det usynlige med.

Denne usynlige strålingen, i stand til å trenge, om enn i varierende grad, inn i alle stoffer, som er elektromagnetisk stråling med en bølgelengde på ca. 10 -8 cm, ble kalt røntgenstråling, til ære for Wilhelm Roentgen, som oppdaget den.

I likhet med synlig lys forårsaker røntgenstråler sverting av fotografisk film. Denne egenskapen er av stor betydning for medisin, industri og vitenskapelig forskning. Ved å passere gjennom objektet som studeres og deretter falle på filmen, viser røntgenstråling dens indre struktur på den. Siden gjennomtrengningskraften til røntgenstråling er forskjellig for ulike materialer, gir deler av objektet som er mindre gjennomsiktig for det lysere områder på fotografiet enn de som strålingen trenger godt gjennom. Således er beinvev mindre gjennomsiktig for røntgenstråler enn vevet som utgjør huden og indre organer. Derfor vil beinene på røntgen bli indikert som lysere områder og bruddstedet, som er mindre gjennomsiktig for stråling, kan ganske enkelt oppdages. Røntgenavbildning brukes også i tannlegen for å oppdage karies og abscesser i tannrøtter, samt i industrien for å oppdage sprekker i støpegods, plast og gummi, i kjemi for å analysere forbindelser, og i fysikk for å studere strukturen til krystaller .

Roentgens oppdagelse ble fulgt av eksperimenter fra andre forskere som oppdaget mange nye egenskaper og muligheter for å bruke denne strålingen. Et stort bidrag ble gitt av M. Laue, W. Friedrich og P. Knipping, som i 1912 demonstrerte diffraksjonen av røntgenstråler når de passerer gjennom en krystall; W. Coolidge, som i 1913 oppfant et høyvakuum røntgenrør med en oppvarmet katode; G. Moseley, som etablerte i 1913 forholdet mellom bølgelengden til stråling og atomnummeret til et grunnstoff; G. og L. Braggi, som mottok Nobelprisen i 1915 for å utvikle det grunnleggende innen røntgendiffraksjonsanalyse.

Formålet med dette kursarbeidet er å studere fenomenet røntgenstråling, oppdagelseshistorien, egenskaper og identifisere omfanget av dets anvendelse.

Kapittel 1

1.1 Biografi om Roentgen Wilhelm Conrad

Wilhelm Conrad Roentgen ble født 17. mars 1845 i grenseområdet mellom Tyskland og Holland, i byen Lenepe. Han fikk sin tekniske utdannelse i Zürich ved den samme høyere tekniske skolen (polyteknisk) hvor Einstein senere studerte. Lidenskap for fysikk tvang ham etter å ha forlatt skolen i 1866 til å fortsette kroppsøving.

I 1868 disputerte han for graden doktor i filosofi, han arbeidet som assistent ved Institutt for fysikk, først i Zürich, deretter i Giessen, og deretter i Strasbourg (1874-1879) hos Kundt. Her gikk Roentgen gjennom en god forsøksskole og ble førsteklasses forsøksmann. Roentgen utførte en del av den viktige forskningen sammen med sin student, en av grunnleggerne av sovjetisk fysikk, A.F. Ioffe.

Vitenskapelig forskning er relatert til elektromagnetisme, krystallfysikk, optikk, molekylær fysikk.

I 1895 oppdaget han stråling med en bølgelengde kortere enn bølgelengden til ultrafiolette stråler (røntgenstråler), senere kalt røntgenstråler, og undersøkte egenskapene deres: evnen til å reflektere, absorbere, ionisere luft osv. Han foreslo riktig utforming av røret for å oppnå røntgenstråler - en skrånende platina-antikatode og en konkav katode: han var den første som tok bilder ved hjelp av røntgenstråler. Han oppdaget i 1885 magnetfeltet til et dielektrikum som beveger seg i et elektrisk felt (den såkalte "roentgenstrømmen"). Hans erfaring viste tydelig at magnetfeltet skapes ved å bevege ladninger, og var viktig for dannelsen av X. Lorentz's elektronisk teori. Et betydelig antall av Roentgens arbeider er viet til studiet av egenskapene til væsker, gasser, krystaller, elektromagnetiske fenomener, oppdaget forholdet mellom elektriske og optiske fenomener i krystaller. For oppdagelsen av strålene som bærer hans navn, Roentgen i 1901 var den første blant fysikere som ble tildelt Nobelprisen.

Fra 1900 til de siste dagene av sitt liv (han døde 10. februar 1923) arbeidet han ved universitetet i München.

1.2 Oppdagelse av røntgenstråler

Slutten av 1800-tallet var preget av økt interesse for fenomenene med passasje av elektrisitet gjennom gasser. Til og med Faraday studerte disse fenomenene seriøst, beskrev ulike former for utslipp, oppdaget et mørkt rom i en lysende søyle av forsjelden gass. Faradays mørke rom skiller den blåaktige katodegløden fra den rosaaktige anodegløden.

En ytterligere økning i sjeldenheten av gassen endrer betraktelig glødens natur. Matematikeren Plücker (1801-1868) oppdaget i 1859, ved tilstrekkelig sterk sjeldenhet, en svakt blåaktig stråle av stråler som kom fra katoden, som nådde anoden og fikk glasset i røret til å gløde. Plückers student Gittorf (1824-1914) i 1869 fortsatte sin lærers forskning og viste at en distinkt skygge vises på den fluorescerende overflaten av røret hvis et solid legeme plasseres mellom katoden og denne overflaten.

Goldstein (1850-1931), som studerte egenskapene til stråler, kalte dem katodestråler (1876). Tre år senere beviste William Crookes (1832-1919) katodestrålenes materielle natur og kalte dem "strålende materie" - et stoff i en spesiell fjerde tilstand. Bevisene hans var overbevisende og klare. Eksperimenter med "Crookes-røret" ble demonstrert senere i alle fysiske klasserom . Avbøyningen av katodestrålen av et magnetfelt i et Crookes-rør har blitt en klassisk skoledemonstrasjon.

Eksperimenter på elektrisk avbøyning av katodestråler var imidlertid ikke så overbevisende. Hertz oppdaget ikke et slikt avvik og kom til den konklusjon at katodestrålen er en oscillerende prosess i eteren. Hertz' student F. Lenard, som eksperimenterte med katodestråler, viste i 1893 at de passerer gjennom et vindu dekket med aluminiumsfolie og forårsaker en glød i rommet bak vinduet. Hertz viet sin siste artikkel, publisert i 1892, til fenomenet katodestrålers passasje gjennom tynne metalllegemer. Den begynte med ordene:

«Katodestråler skiller seg fra lys på en betydelig måte når det gjelder deres evne til å trenge gjennom faste stoffer.» Når han beskriver resultatene av eksperimenter på passasje av katodestråler gjennom blader av gull, sølv, platina, aluminium, etc., bemerker Hertz at han ikke gjorde det. observer eventuelle spesielle forskjeller i fenomenene Strålene går ikke gjennom bladene i en rett linje, men spres ved diffraksjon. Katodestrålenes natur var fortsatt uklar.

Det var med slike rør av Crookes, Lenard og andre Würzburg-professoren Wilhelm Konrad Roentgen eksperimenterte i slutten av 1895. En gang, etter endt forsøk, lukket han røret med et svart pappdeksel, slo av lyset, men ikke slått av induktoren som matet røret, la han merke til en glød på skjermen fra bariumcyanogen som ligger nær røret. Regnet av denne omstendigheten begynte Roentgen å eksperimentere med skjermen. I sin første rapport "Om en ny type stråler", datert 28. desember 1895, skrev han om disse første eksperimentene: "Et stykke papir belagt med bariumplatina-cyanid, når man nærmer seg et rør, lukket med et tynt svart pappdeksel som passer tett nok til den, med hver utladning blinker den med et sterkt lys: det begynner å fluorescere. Fluorescens er synlig med tilstrekkelig mørkning og er ikke avhengig av om vi tar papiret med siden belagt med bariumsynerogen eller ikke belagt med bariumsynerogen. Fluorescensen er merkbar selv i en avstand på to meter fra røret."

Nøye undersøkelser viste Roentgen "at svart papp, som verken er gjennomsiktig for de synlige og ultrafiolette strålene fra solen, eller for strålene fra en elektrisk lysbue, er gjennomsyret av et slags fluorescerende middel." Roentgen undersøkte den penetrerende kraften til dette "midlet" , som han kalte for korthet "røntgenstråler", for forskjellige stoffer. Han fant at strålene fritt passerer gjennom papir, tre, ebonitt, tynne lag av metall, men er sterkt forsinket av bly.

Deretter beskriver han den oppsiktsvekkende opplevelsen:

"Hvis du holder hånden mellom utladningsrøret og skjermen, kan du se de mørke skyggene av beinene i de svake konturene av skyggen av selve hånden." Dette var den første røntgenundersøkelsen av menneskekroppen.

Disse bildene gjorde et enormt inntrykk; oppdagelsen var ennå ikke fullført, og røntgendiagnostikk hadde allerede begynt sin reise. "Laboratoriet mitt ble oversvømmet av leger som brakte inn pasienter som mistenkte at de hadde nåler i forskjellige deler av kroppen," skrev den engelske fysikeren Schuster.

Allerede etter de første eksperimentene slo Roentgen fast at røntgenstråler skiller seg fra katodestråler, de har ingen ladning og avledes ikke av et magnetfelt, men de eksiteres av katodestråler. "Røntgenstråler er ikke identiske med katode. stråler, men de er opphisset av dem i glassveggene til utladningsrøret”, skrev Roentgen.

Han slo også fast at de er begeistret ikke bare i glass, men også i metaller.

Ved å nevne Hertz-Lenard-hypotesen om at katodestråler "er et fenomen som forekommer i eteren," påpeker Roentgen at "vi kan si noe lignende om strålene våre." Han klarte imidlertid ikke å oppdage bølgeegenskapene til strålene, de "oppfører seg annerledes enn hittil kjente ultrafiolette, synlige, infrarøde stråler." I sine kjemiske og selvlysende virkninger ligner de, ifølge Roentgen, på ultrafiolette stråler. I den første melding, uttrykte han antakelsen som ble igjen senere at de kan være langsgående bølger i eteren.

Roentgens oppdagelse vakte stor interesse i den vitenskapelige verden. Eksperimentene hans ble gjentatt i nesten alle laboratorier i verden. I Moskva ble de gjentatt av P.N. Lebedev. I St. Petersburg ble oppfinneren av radio A.S. Popov eksperimenterte med røntgenstråler, demonstrerte dem på offentlige forelesninger, og mottok forskjellige røntgenbilder. I Cambridge D.D. Thomson brukte umiddelbart den ioniserende effekten av røntgenstråler for å studere passasje av elektrisitet gjennom gasser. Forskningen hans førte til oppdagelsen av elektronet.

Kapittel 2

Røntgenstråling - elektromagnetisk ioniserende stråling, som okkuperer spektralområdet mellom gamma- og ultrafiolett stråling innenfor bølgelengder fra 10 -4 til 10 3 (fra 10 -12 til 10 -5 cm).R. l. med bølgelengde λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - myk.

2.1 Røntgenkilder

Den vanligste kilden til røntgenstråler er røntgenrøret. - elektrovakuum enhet fungerer som røntgenkilde. Slik stråling oppstår når elektronene som sendes ut av katoden bremser og treffer anoden (antikatoden); i dette tilfellet blir energien til elektroner akselerert av et sterkt elektrisk felt i rommet mellom anoden og katoden delvis omdannet til røntgenenergi. Røntgenrørstråling er en superposisjon av røntgenstråle-bremsstrahlung på den karakteristiske strålingen til anodematerialet. Røntgenrør skilles ut: i henhold til metoden for å oppnå en elektronstrøm - med en termionisk (oppvarmet) katode, feltemisjon (spiss) katode, en katode bombardert med positive ioner og med en radioaktiv (β) elektronkilde; i henhold til metoden for støvsuging - forseglet, sammenleggbar; i henhold til strålingstiden - kontinuerlig handling, pulsert; i henhold til typen anodekjøling - med vann, olje, luft, strålingskjøling; i henhold til størrelsen på fokuset (strålingsområde på anoden) - makrofokus, skarpt fokus og mikrofokus; i henhold til formen - ring, rund, styrt; i henhold til metoden for å fokusere elektroner på anoden - med elektrostatisk, magnetisk, elektromagnetisk fokusering.

Røntgenrør brukes i røntgenstrukturanalyse (vedlegg 1), røntgenspektralanalyse, feildeteksjon (vedlegg 1), røntgendiagnostikk (vedlegg 1), strålebehandling , røntgenmikroskopi og mikroradiografi. Forseglede røntgenrør med en termionisk katode, en vannkjølt anode og et elektrostatisk elektronfokuseringssystem er mest brukt på alle områder (vedlegg 2). Den termioniske katoden til røntgenrør er vanligvis en spiral eller rett filament av wolframtråd oppvarmet av en elektrisk strøm. Arbeidsdelen av anoden - en metallspeiloverflate - er plassert vinkelrett eller i en vinkel på elektronstrømmen. For å oppnå et kontinuerlig spektrum av røntgenstråling med høy energi og intensitet, brukes anoder fra Au, W; Røntgenrør med Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag anoder brukes i strukturanalyse.

Hovedkarakteristikkene til røntgenrør er maksimal tillatt akselerasjonsspenning (1-500 kV), elektronisk strøm (0,01 mA - 1A), spesifikk effekt som forsvinner av anoden (10-10 4 W / mm 2), totalt strømforbruk (0,002 W - 60 kW) og fokusstørrelser (1 µm - 10 mm). Effektiviteten til røntgenrøret er 0,1-3%.

Noen radioaktive isotoper kan også tjene som kilder til røntgenstråler. : noen av dem sender direkte ut røntgenstråler, andres kjernefysiske stråling (elektroner eller λ-partikler) bombarderer et metallmål, som sender ut røntgenstråler. Røntgenintensiteten til isotopkilder er flere størrelsesordener mindre enn strålingsintensiteten til et røntgenrør, men dimensjonene, vekten og kostnadene til isotopkilder er uforlignelig mindre enn de med røntgenrør.

Synkrotroner og elektronlagringsringer med energier på flere GeV kan tjene som kilder til myke røntgenstråler med λ i størrelsesorden titalls og hundrevis. I intensitet overstiger røntgenstrålingen til synkrotroner strålingen fra et røntgenrør i det spesifiserte området av spekteret med 2-3 størrelsesordener.

Naturlige kilder til røntgenstråler - Solen og andre romobjekter.

2.2 Egenskaper ved røntgenstråler

Avhengig av opprinnelsesmekanismen til røntgenstråler, kan deres spektre være kontinuerlige (bremsstrahlung) eller linje (karakteristisk). Et kontinuerlig røntgenspektrum sendes ut av hurtigladede partikler som et resultat av deres retardasjon når de interagerer med målatomer; dette spekteret når en betydelig intensitet bare når målet blir bombardert med elektroner. Intensiteten til bremsstrahlung røntgenstråler er fordelt over alle frekvenser opp til høyfrekvensgrensen 0 , hvor fotonenergien h 0 (h er Plancks konstant ) er lik energien eV til de bombarderende elektronene (e er elektronladningen, V er potensialforskjellen til akselerasjonsfeltet som passerer dem). Denne frekvensen tilsvarer kortbølgelengdekanten til spekteret 0 = hc/eV (c er lysets hastighet).

Linjestråling oppstår etter ionisering av et atom med utstøting av et elektron fra et av dets indre skall. Slik ionisering kan være et resultat av at et atom kolliderer med en rask partikkel, for eksempel et elektron (primære røntgenstråler), eller absorpsjon av et foton av et atom (fluorescerende røntgenstråler). Det ioniserte atomet befinner seg i den innledende kvantetilstanden på et av de høye energinivåene og går etter 10 -16 -10 -15 sekunder over i den endelige tilstanden med lavere energi. I dette tilfellet kan et atom sende ut et overskudd av energi i form av et foton med en viss frekvens. Frekvensene til linjene i spekteret til slik stråling er karakteristiske for atomene til hvert element, derfor kalles linjerøntgenspekteret karakteristisk. Avhengigheten av linjefrekvensen til dette spekteret av atomnummeret Z er bestemt av Moseley-loven.

Moseleys lov, loven om frekvensen av spektrallinjene til den karakteristiske røntgenstrålingen til et kjemisk element med serienummeret. G. Moseley eksperimentelt installert i 1913. I følge Moseleys lov er kvadratroten av frekvensen  av spektrallinjen til den karakteristiske strålingen til et element en lineær funksjon av dets serienummer Z:

hvor R er Rydberg-konstanten , S n - screeningskonstant, n - hovedkvantenummer. På Moseley-diagrammet (vedlegg 3) er avhengigheten av Z en rekke rette linjer (K-, L-, M-, etc. serier som tilsvarer verdiene n = 1, 2, 3,.).

Moseleys lov var et ugjendrivelig bevis på riktig plassering av elementer i det periodiske system av elementer DI. Mendeleev og bidro til å belyse den fysiske betydningen av Z.

I samsvar med Moseleys lov viser ikke røntgenkarakteristiske spektre de periodiske mønstrene som er iboende i optiske spektre. Dette indikerer at de indre elektronskallene til atomer av alle grunnstoffer som vises i de karakteristiske røntgenspektrene har en lignende struktur.

Senere eksperimenter avslørte noen avvik fra den lineære avhengigheten for overgangsgruppene til elementer, assosiert med en endring i rekkefølgen for fylling av de ytre elektronskallene, så vel som for tunge atomer, som dukker opp som et resultat av relativistiske effekter (betinget forklart av faktum at hastighetene til de indre er sammenlignbare med lysets hastighet).

Avhengig av en rekke faktorer - av antall nukleoner i kjernen (isotonisk skift), tilstanden til de ytre elektronskallene (kjemisk skift) etc. - kan plasseringen av spektrallinjene på Moseley-diagrammet endres noe. Studiet av disse skiftene lar en få detaljert informasjon om atomet.

Bremsstrahlung røntgenstråler som sendes ut av svært tynne mål er fullstendig polarisert nær 0; når 0 minker, reduseres graden av polarisering. Karakteristisk stråling er som regel ikke polarisert.

Når røntgenstråler interagerer med materie, kan den fotoelektriske effekten oppstå. , som ledsager dens absorpsjon av røntgenstråler og deres spredning, observeres den fotoelektriske effekten når et atom, som absorberer et røntgenfoton, sender ut et av dets indre elektroner, hvoretter det enten kan foreta en strålingsovergang og sende ut et foton med karakteristikk stråling, eller støte ut et andre elektron under en ikke-strålingsovergang (Auger-elektron). Under påvirkning av røntgenstråler på ikke-metalliske krystaller (for eksempel på steinsalt), vises ioner med en ekstra positiv ladning i noen noder i atomgitteret, og overskytende elektroner vises i nærheten av dem. Slike forstyrrelser i strukturen til krystaller, kalt røntgeneksitoner , er fargesentre og forsvinner bare med en betydelig økning i temperaturen.

Når røntgenstråler passerer gjennom et stofflag med tykkelse x, synker deres begynnelsesintensitet I 0 til verdien I = I 0 e - μ x hvor μ er dempningskoeffisienten. Dempningen av I oppstår på grunn av to prosesser: absorpsjon av røntgenfotoner av materie og endringen i deres retning ved spredning. I langbølgelengdeområdet av spekteret dominerer absorpsjonen av røntgenstråler, i kortbølgelengdeområdet deres spredning. Absorpsjonsgraden øker raskt med økende Z og λ. For eksempel trenger harde røntgenstråler fritt gjennom et luftlag ~ 10 cm; en aluminiumsplate 3 cm tykk demper røntgenstråler med λ = 0,027 med halvparten; myke røntgenstråler absorberes betydelig i luft, og deres bruk og studier er bare mulig i et vakuum eller i en svakt absorberende gass (for eksempel He). Når røntgenstråler absorberes, ioniseres atomene til et stoff.

Effekten av røntgenstråler på levende organismer kan være gunstig eller skadelig, avhengig av ioniseringen de forårsaker i vevene. Siden absorpsjonen av røntgenstråler avhenger av λ, kan ikke deres intensitet tjene som et mål på den biologiske effekten av røntgenstråler. Røntgenmålinger brukes til å måle effekten av røntgenstråler på materie. , er måleenheten røntgen

Spredning av røntgenstråler i området med store Z og λ skjer hovedsakelig uten endring i λ og kalles koherent spredning, mens det i området med liten Z og λ som regel øker (usammenhengende spredning). Det er 2 typer usammenhengende røntgenspredning - Compton og Raman. I Compton-spredning, som har karakter av uelastisk korpuskulær spredning, flyr et rekylelektron ut av atomskallet på grunn av energien som delvis går tapt av røntgenfotonet. I dette tilfellet avtar fotonets energi og retningen endres; endringen i λ avhenger av spredningsvinkelen. Under Raman-spredning av et høyenergi røntgenfoton av et lysatom, blir en liten del av energien brukt på ionisering av atomet og retningen på fotonets bevegelse endres. Endringen av slike fotoner er ikke avhengig av spredningsvinkelen.

Brytningsindeksen n for røntgenstråler skiller seg fra 1 med en svært liten mengde δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 . Fasehastigheten til røntgenstråler i et medium er større enn lysets hastighet i et vakuum. Avviket til røntgenstråler under overgangen fra et medium til et annet er svært lite (noen få bueminutter). Når røntgenstråler faller fra et vakuum på overflaten av en kropp i en veldig liten vinkel, oppstår deres totale ytre refleksjon.

2.3 Registrering av røntgenbilder

Det menneskelige øyet er ikke følsomt for røntgenstråler. Røntgen

stråler registreres ved hjelp av en spesiell røntgenfilm som inneholder en økt mengde Ag, Br. I regionen λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, er følsomheten til vanlig positiv film ganske høy, og kornene er mye mindre enn kornene til røntgenfilm, noe som øker oppløsningen. Ved λ i størrelsesorden titalls og hundrevis virker røntgenstråler bare på det tynneste overflatelaget av den fotografiske emulsjonen; for å øke følsomheten til filmen sensibiliseres den med selvlysende oljer. I røntgendiagnostikk og feildeteksjon brukes elektrofotografering noen ganger for å ta opp røntgenstråler. (elektroradiografi).

Røntgenstråler med høy intensitet kan tas opp ved hjelp av et ioniseringskammer (Vedlegg 4), røntgenbilder av middels og lav intensitet ved λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком med NaI (Tl) krystall (vedlegg 5), ved 0,5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (vedlegg 6) og loddet proporsjonalteller (Vedlegg 7), ved 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (Vedlegg 8). I området med veldig stor λ (fra titalls til 1000) kan sekundære elektronmultiplikatorer av åpen type med forskjellige fotokatoder ved inngangen brukes til å registrere røntgenstråler.

2.4 Bruk av røntgen

Røntgen er mest brukt i medisin for røntgendiagnostikk. og strålebehandling . Deteksjon av røntgenfeil er viktig for mange grener av teknologi. for eksempel for å oppdage indre defekter i støpegods (skall, slagginneslutninger), sprekker i skinner, defekter i sveiser.

Røntgenstrukturanalyse lar deg etablere det romlige arrangementet av atomer i krystallgitteret til mineraler og forbindelser, i uorganiske og organiske molekyler. På grunnlag av mange atomstrukturer som allerede er dechiffrert, kan det omvendte problemet også løses: i henhold til røntgenmønsteret polykrystallinsk substans, for eksempel legert stål, legering, malm, månejord, kan den krystallinske sammensetningen av dette stoffet fastslås, dvs. faseanalyse ble utført. Tallrike anvendelser av R. l. radiografi av materialer brukes til å studere egenskapene til faste stoffer .

Røntgenmikroskopi gjør det for eksempel mulig å få et bilde av en celle, en mikroorganisme, for å se deres indre struktur. Røntgenspektroskopi ved hjelp av røntgenspektra studerer han fordelingen av tettheten til elektroniske tilstander over energier i ulike stoffer, undersøker naturen til den kjemiske bindingen og finner den effektive ladningen av ioner i faste stoffer og molekyler. Spektral røntgenanalyse ved posisjon og intensitet av linjene i det karakteristiske spekteret lar deg bestemme den kvalitative og kvantitative sammensetningen av stoffet og brukes til ekspress ikke-destruktiv testing av sammensetningen av materialer på metallurgiske og sementanlegg, prosessanlegg. Ved automatisering av disse virksomhetene brukes røntgenspektrometre og kvantometre som sensorer for sammensetningen av et stoff.

Røntgenstråler som kommer fra verdensrommet bærer informasjon om den kjemiske sammensetningen av kosmiske kropper og om de fysiske prosessene som foregår i rommet. Røntgenastronomi omhandler studiet av kosmiske røntgenstråler . Kraftige røntgenstråler brukes i strålingskjemi for å stimulere visse reaksjoner, polymerisering av materialer og oppsprekking av organiske stoffer. Røntgenstråler brukes også til å oppdage eldgamle malerier skjult under et lag med sent maling, i næringsmiddelindustrien for å oppdage fremmedlegemer som ved et uhell har kommet inn i matvarer, innen rettsmedisin, arkeologi, etc.

kapittel 3

En av hovedoppgavene til røntgendiffraksjonsanalyse er å bestemme den virkelige eller fasesammensetningen til et materiale. Røntgendiffraksjonsmetoden er direkte og er preget av høy pålitelighet, hurtighet og relativ billighet. Metoden krever ikke mye stoff, analysen kan utføres uten å ødelegge delen. Anvendelsesområdene for kvalitativ faseanalyse er svært mangfoldige både for vitenskapelig forskning og for kontroll i produksjonen. Du kan sjekke sammensetningen av råvarene til metallurgisk produksjon, synteseprodukter, prosessering, resultatet av faseendringer under termisk og kjemisk-termisk behandling, analysere forskjellige belegg, tynne filmer, etc.

Hver fase, som har sin egen krystallstruktur, er preget av et visst sett med diskrete verdier av interplanare avstander d/n fra maksimum og under, kun iboende for denne fasen. Som det følger av Wulf-Bragg-ligningen, tilsvarer hver verdi av den interplanare avstanden en linje på røntgenmønsteret fra en polykrystallinsk prøve ved en viss vinkel θ (ved en gitt verdi av bølgelengden λ). Dermed vil et visst system av linjer (diffraksjonsmaksima) tilsvare et visst sett av interplanare avstander for hver fase i røntgendiffraksjonsmønsteret. Den relative intensiteten til disse linjene i røntgenmønsteret avhenger først og fremst av fasens struktur. Derfor, ved å bestemme plasseringen av linjene på røntgenbildet (dets vinkel θ) og vite bølgelengden til strålingen der røntgenbildet ble tatt, er det mulig å bestemme verdiene til de interplanare avstandene d/n ved hjelp av Wulf -Bragg formel:

/n = λ/ (2sin θ). (en)

Etter å ha bestemt settet av d/n for materialet som studeres og sammenligne det med tidligere kjente d/n-data for rene stoffer, deres forskjellige forbindelser, er det mulig å fastslå hvilken fase det gitte materialet omfatter. Det skal understrekes at det er fasene som bestemmes, og ikke den kjemiske sammensetningen, men sistnevnte kan noen ganger utledes dersom det finnes tilleggsdata om grunnstoffsammensetningen til en bestemt fase. Oppgaven med kvalitativ faseanalyse er mye lettere dersom den kjemiske sammensetningen av materialet som studeres er kjent, for da er det mulig å gjøre foreløpige antakelser om mulige faser i dette tilfellet.

Nøkkelen til faseanalyse er å nøyaktig måle d/n og linjeintensitet. Selv om dette i prinsippet er lettere å oppnå ved bruk av et diffraktometer, har fotometoden for kvalitativ analyse noen fordeler, først og fremst når det gjelder sensitivitet (evnen til å oppdage tilstedeværelsen av en liten mengde fase i prøven), samt enkelheten av den eksperimentelle teknikken.

Beregningen av d/n fra røntgenmønsteret utføres ved bruk av Wulf-Bragg-ligningen.

Som verdien av λ i denne ligningen, brukes vanligvis λ α cf K-serien:

λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)

Noen ganger brukes K α1-linjen. Ved å bestemme diffraksjonsvinklene θ for alle røntgenlinjer kan du beregne d / n i henhold til ligning (1) og skille β-linjene (hvis det ikke var noe filter for (β-stråler).

3.1 Analyse av ufullkommenhet i krystallstruktur

Alle ekte enkrystall og enda mer polykrystallinske materialer inneholder visse strukturelle ufullkommenheter (punktdefekter, dislokasjoner, ulike typer grensesnitt, mikro- og makrobelastninger), som har en meget sterk effekt på alle struktursensitive egenskaper og prosesser.

Strukturelle ufullkommenheter forårsaker forvrengninger av krystallgitteret av forskjellig natur, og som et resultat forskjellige typer endringer i diffraksjonsmønsteret: en endring i interatomiske og interplanare avstander forårsaker et skifte i diffraksjonsmaksima, mikrospenninger og dispersitet av understrukturen fører til en utvidelse av diffraksjonsmaksima, gittermikroforvrengninger - til en endring i intensiteten til disse maksima, forårsaker tilstedeværelsesdislokasjoner unormale fenomener under passasjen av røntgenstråler og, følgelig, lokale kontrastinhomogeniteter på røntgentopogrammer, etc.

Som et resultat er røntgendiffraksjonsanalyse en av de mest informative metodene for å studere strukturelle ufullkommenheter, deres type og konsentrasjon, og arten av deres distribusjon.

Den tradisjonelle direkte metoden for røntgendiffraksjon, som er implementert på stasjonære diffraktometre, på grunn av deres designfunksjoner, tillater kvantitativ bestemmelse av spenninger og tøyninger kun på små prøver kuttet fra deler eller gjenstander.

Derfor er det for tiden en overgang fra stasjonære til bærbare røntgendiffraktometre i liten størrelse, som gir en vurdering av spenninger i materialet til deler eller gjenstander uten ødeleggelse på stadiene av deres produksjon og drift.

Bærbare røntgendiffraktometre i DRP * 1-serien gjør det mulig å kontrollere gjenværende og effektive spenninger i store deler, produkter og strukturer uten ødeleggelse

Programmet i Windows-miljøet tillater ikke bare å bestemme spenningene ved å bruke "sin 2 ψ"-metoden i sanntid, men også å overvåke endringen i fasesammensetning og tekstur. Den lineære koordinatdetektoren gir samtidig registrering ved diffraksjonsvinkler 2θ = 43°. små røntgenrør av typen "Fox" med høy lysstyrke og lav effekt (5 W) sikrer den radiologiske sikkerheten til enheten, der strålingsnivået i en avstand på 25 cm fra det bestrålte området er lik. det naturlige bakgrunnsnivået. Enheter i DRP-serien brukes til å bestemme spenninger i ulike stadier av metallforming, skjæring, sliping, varmebehandling, sveising, overflateherding for å optimere disse teknologiske operasjonene. Kontroll over fallet i nivået av induserte gjenværende trykkspenninger i spesielt kritiske produkter og strukturer under driften gjør det mulig å ta produktet ut av drift før det ødelegges, og forhindrer mulige ulykker og katastrofer.

3.2 Spektrumanalyse

Sammen med bestemmelsen av den atomære krystallstrukturen og fasesammensetningen til materialet, for fullstendig karakterisering, er det obligatorisk å bestemme dets kjemiske sammensetning.

I økende grad brukes ulike såkalte instrumentelle metoder for spektralanalyse i praksis til disse formålene. Hver av dem har sine egne fordeler og bruksområder.

Et av de viktige kravene i mange tilfeller er at metoden som brukes sikrer sikkerheten til det analyserte objektet; Det er disse analysemetodene som diskuteres i denne delen. Det neste kriteriet som analysemetodene beskrevet i denne delen ble valgt etter, er deres lokalitet.

Metoden for fluorescensrøntgenspektralanalyse er basert på penetrering av ganske hard røntgenstråling (fra et røntgenrør) inn i det analyserte objektet, og trenger inn i et lag med en tykkelse i størrelsesorden flere mikrometer. Den karakteristiske røntgenstrålingen som oppstår i dette tilfellet i objektet gjør det mulig å oppnå gjennomsnittlige data om dens kjemiske sammensetning.

For å bestemme grunnstoffsammensetningen til et stoff, kan man bruke analysen av det karakteristiske røntgenspekteret til en prøve plassert på anoden til et røntgenrør og utsatt for elektronbombardement - emisjonsmetoden, eller analysen av spekteret av sekundær (fluorescerende) røntgenstråling av en prøve utsatt for bestråling med harde røntgenstråler fra et røntgenrør eller annen kilde - fluorescerende metode.

Ulempen med emisjonsmetoden er for det første behovet for å plassere prøven på anoden til røntgenrøret, etterfulgt av evakuering med vakuumpumper; åpenbart er denne metoden uegnet for smeltbare og flyktige stoffer. Den andre ulempen er knyttet til det faktum at selv ildfaste gjenstander blir skadet av elektronbombardement. Den fluorescerende metoden er fri for disse manglene og har derfor en mye bredere anvendelse. Fordelen med den fluorescerende metoden er også fraværet av bremsstrahlung, som forbedrer følsomheten til analysen. Sammenligning av de målte bølgelengdene med tabeller over spektrallinjer av kjemiske elementer er grunnlaget for en kvalitativ analyse, og de relative intensitetene til spektrallinjene til forskjellige grunnstoffer som danner prøvestoffet danner grunnlaget for en kvantitativ analyse. Fra en vurdering av mekanismen for eksitasjon av karakteristisk røntgenstråling er det klart at strålingen fra en eller annen serie (K eller L, M, etc.) oppstår samtidig, og forholdet mellom linjeintensiteter i serien er alltid konstant. Derfor er tilstedeværelsen av dette eller det elementet etablert ikke av individuelle linjer, men av en serie linjer som helhet (bortsett fra de svakeste, med tanke på innholdet i dette elementet). For relativt lette elementer brukes analysen av K-serielinjene, for tunge elementer brukes L-serielinjene; under forskjellige forhold (avhengig av utstyret som brukes og de analyserte elementene), kan forskjellige områder av det karakteristiske spekteret være mest hensiktsmessige.

Hovedtrekkene ved røntgenspektralanalyse er som følger.

Enkelheten av røntgenkarakteristiske spektre selv for tunge elementer (sammenlignet med optiske spektre), noe som forenkler analysen (lite antall linjer; likhet i deres innbyrdes arrangement; med en økning i serienummeret, en regelmessig forskyvning av spekteret til kortbølgelengderegion forekommer; komparativ enkelhet av kvantitativ analyse).

Uavhengighet av bølgelengder fra tilstanden til atomene til det analyserte elementet (fritt eller i en kjemisk forbindelse). Dette skyldes det faktum at forekomsten av karakteristisk røntgenstråling er assosiert med eksitering av interne elektroniske nivåer, som i de fleste tilfeller praktisk talt ikke endres med graden av ionisering av atomer.

Muligheten for separasjon i analysen av sjeldne jordarter og noen andre elementer som har små forskjeller i spektrene i det optiske området på grunn av likheten i den elektroniske strukturen til de ytre skallene og skiller seg veldig lite i deres kjemiske egenskaper.

Røntgenfluorescensspektroskopi er "ikke-destruktiv", så den har en fordel fremfor konvensjonell optisk spektroskopi når man analyserer tynne prøver - tynn metallplate, folie, etc.

Røntgenfluorescensspektrometre, blant dem multikanalspektrometre eller kvantometre, gir ekspress kvantitativ analyse av elementer (fra Na eller Mg til U) med en feil på mindre enn 1% av den fastsatte verdien, en følsomhetsterskel på 10 -3 ... 10-4 %.

røntgenstråle

Metoder for å bestemme den spektrale sammensetningen av røntgenstråler

Spektrometre er delt inn i to typer: krystalldiffraksjon og krystallløse.

Nedbrytningen av røntgenstråler til et spektrum ved hjelp av et naturlig diffraksjonsgitter - en krystall - ligner i hovedsak på å oppnå et spektrum av vanlige lysstråler ved bruk av et kunstig diffraksjonsgitter i form av periodiske strøk på glass. Betingelsen for dannelsen av et diffraksjonsmaksimum kan skrives som betingelsen for "refleksjon" fra et system av parallelle atomplan atskilt med en avstand d hkl .

Når man utfører en kvalitativ analyse, kan man bedømme tilstedeværelsen av et element i en prøve med én linje - vanligvis den mest intense linjen i spektralserien som passer for en gitt analysatorkrystall. Oppløsningen til er tilstrekkelig til å skille de karakteristiske linjene til og med til elementer som er tilstøtende i posisjon i det periodiske systemet. Det er imidlertid også nødvendig å ta hensyn til påføringen av forskjellige linjer med forskjellige elementer, samt påføring av refleksjoner av forskjellige rekkefølger. Denne omstendigheten bør tas i betraktning når du velger analytiske linjer. Samtidig er det nødvendig å bruke mulighetene for å forbedre oppløsningen til enheten.

Konklusjon

Dermed er røntgenstråler usynlig elektromagnetisk stråling med en bølgelengde på 10 5 - 10 2 nm. Røntgenstråler kan trenge gjennom noen materialer som er ugjennomsiktige for synlig lys. De sendes ut under retardasjonen av raske elektroner i materie (kontinuerlig spektrum) og under overganger av elektroner fra atomets ytre elektronskall til de indre (lineært spektrum). Kilder til røntgenstråling er: røntgenrør, noen radioaktive isotoper, akseleratorer og akkumulatorer av elektroner (synkrotronstråling). Mottakere - film, selvlysende skjermer, kjernefysiske strålingsdetektorer. Røntgenstråler brukes i røntgendiffraksjonsanalyse, medisin, feildeteksjon, røntgenspektralanalyse, etc.

Etter å ha vurdert de positive aspektene ved V. Roentgens oppdagelse, er det nødvendig å merke seg dens skadelige biologiske effekt. Det viste seg at røntgenstråler kan forårsake noe sånt som alvorlig solbrenthet (erytem), men ledsaget av dypere og mer permanent skade på huden. Sår som vises, blir ofte til kreft. I mange tilfeller måtte fingre eller hender amputeres. Det var også dødsfall.

Det har vist seg at hudskader kan unngås ved å redusere eksponeringstid og dose, ved å bruke skjerming (f.eks. bly) og fjernkontroller. Men etter hvert ble andre, mer langsiktige effekter av røntgeneksponering avdekket, som deretter ble bekreftet og studert i forsøksdyr. Effekter på grunn av røntgenstråler og annen ioniserende stråling (som gammastråler som sendes ut av radioaktive materialer) inkluderer:

) midlertidige endringer i blodets sammensetning etter en relativt liten overflødig eksponering;

) irreversible endringer i blodets sammensetning (hemolytisk anemi) etter langvarig overdreven eksponering;

) en økning i forekomsten av kreft (inkludert leukemi);

) raskere aldring og tidlig død;

) forekomsten av grå stær.

Den biologiske påvirkningen av røntgenstråler på menneskekroppen bestemmes av nivået på stråledose, samt av hvilket bestemt organ i kroppen som ble utsatt for stråling.

Akkumuleringen av kunnskap om virkningene av røntgenstråling på menneskekroppen har ført til utviklingen av nasjonale og internasjonale standarder for tillatte stråledoser, publisert i ulike oppslagsverk.

For å unngå de skadelige effektene av røntgenstråler, brukes kontrollmetoder:

) tilgjengelighet av tilstrekkelig utstyr,

) overvåke overholdelse av sikkerhetsforskrifter,

) riktig bruk av utstyret.

Liste over kilder som er brukt

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

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

) Røntgen. Lør. utg. M.A. Blokhin, overs. med ham. og English, M., 1960;

) Kharaja F., Generelt kurs i røntgenteknikk, 3. utgave, M. - L., 1966;

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

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

) Røntgen og elektronoptisk analyse. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Godtgjørelse til universiteter. - 4. utg. Legge til. Og en omarbeider. - M.: "MISiS", 2002. - 360 s.

applikasjoner

Vedlegg 1

Generelt bilde av røntgenrør

Vedlegg 2

Skjema av røntgenrør for strukturell analyse

Skjema av et røntgenrør for strukturell analyse: 1 - metallanodeglass (vanligvis jordet); 2 - vinduer laget av beryllium for røntgenutgang; 3 - termionisk katode; 4 - glasspære, isolerer anodedelen av røret fra katoden; 5 - katodeterminaler, som filamentspenningen påføres, så vel som høy (i forhold til anoden) spenning; 6 - elektrostatisk system for fokusering av elektroner; 7 - anode (antikatode); 8 - grenrør for inngang og utgang av rennende vann som kjøler anodeglasset.

Vedlegg 3

Moseley-diagram

Moseley-diagram for K-, L- og M-serier av karakteristiske røntgenstråler. Abscissen viser serienummeret til elementet Z, ordinaten - ( Med er lysets hastighet).

Vedlegg 4

Ioniseringskammer.

Figur 1. Seksjon av et sylindrisk ioniseringskammer: 1 - sylindrisk legeme av kammeret, som fungerer som en negativ elektrode; 2 - sylindrisk stang som tjener som en positiv elektrode; 3 - isolatorer.

Ris. 2. Skjema for å slå på det nåværende ioniseringskammeret: V - spenning på elektrodene til kammeret; G er et galvanometer som måler ioniseringsstrømmen.

Ris. 3. Strømspenningskarakteristikk for ioniseringskammeret.

Ris. 4. Skjema for å slå på det pulserte ioniseringskammeret: C - kapasitans til samleelektroden; R er motstand.

Vedlegg 5

Scintillasjonsteller.

Skjema for en scintillasjonsteller: lyskvanter (fotoner) "slår ut" elektroner fra fotokatoden; beveger seg fra dynode til dynode, multipliserer elektronskredet.

Vedlegg 6

Geiger-Muller teller.

Ris. 1. Ordning av et glass Geiger-Muller-teller: 1 - hermetisk forseglet glassrør; 2 - katode (et tynt lag kobber på et rustfritt stålrør); 3 - utgang av katoden; 4 - anode (tynn strukket tråd).

Ris. 2. Opplegg for å slå på Geiger-Muller-telleren.

Ris. 3. Tellekarakteristikken til Geiger-Muller-telleren.

Vedlegg 7

proporsjonal teller.

Skjema av en proporsjonal teller: a - elektrondriftsområde; b - område for gassforsterkning.

Vedlegg 8

Halvlederdetektorer

Halvleder detektorer; det følsomme området fremheves ved skravering; n - område av en halvleder med elektronisk ledningsevne, p - med hull, i - med egenledning; a -r; b - drift germanium-litium plan detektor; c - germanium-litium koaksial detektor.

Radiologi er en gren av radiologi som studerer effekten av røntgenstråling på kroppen til dyr og mennesker som oppstår fra denne sykdommen, deres behandling og forebygging, samt metoder for å diagnostisere ulike patologier ved hjelp av røntgenstråler (røntgendiagnostikk) . Et typisk røntgendiagnoseapparat inkluderer en strømforsyning (transformatorer), en høyspent likeretter som konverterer vekselstrømmen til det elektriske nettverket til likestrøm, et kontrollpanel, et stativ og et røntgenrør.

Røntgenstråler er en type elektromagnetiske oscillasjoner som dannes i et røntgenrør under en kraftig retardasjon av akselererte elektroner i øyeblikket de kollisjoner med atomene i anodestoffet. For tiden er synspunktet generelt akseptert at røntgenstråler, etter sin fysiske natur, er en av typene strålingsenergi, hvis spektrum også inkluderer radiobølger, infrarøde stråler, synlig lys, ultrafiolette stråler og gammastråler av radioaktive grunnstoffer. Røntgenstråling kan karakteriseres som en samling av dens minste partikler - kvanter eller fotoner.

Ris. 1 - mobil røntgenmaskin:

A - røntgenrør;
B - strømforsyning;
B - justerbart stativ.

Ris. 2 - Kontrollpanel for røntgenmaskin (mekanisk - til venstre og elektronisk - til høyre):

A - panel for justering av eksponering og hardhet;
B - høyspenningsforsyningsknapp.

Ris. 3 er et blokkskjema av en typisk røntgenmaskin

1 - nettverk;
2 - autotransformator;
3 - step-up transformator;
4 - røntgenrør;
5 - anode;
6 - katode;
7 - nedtrappingstransformator.

Mekanisme for røntgenproduksjon

Røntgenstråler dannes i øyeblikket av kollisjon av en strøm av akselererte elektroner med anodematerialet. Når elektroner samhandler med et mål, omdannes 99 % av deres kinetiske energi til termisk energi og bare 1 % til røntgenstråler.

Et røntgenrør består av en glassbeholder hvor 2 elektroder er loddet: en katode og en anode. Luft pumpes ut av glassylinderen: bevegelsen av elektroner fra katoden til anoden er bare mulig under forhold med relativt vakuum (10 -7 -10 -8 mm Hg). På katoden er det en filament, som er en tett vridd wolframfilament. Når en elektrisk strøm påføres glødetråden, oppstår elektronemisjon, hvor elektroner skilles fra spiralen og danner en elektronsky nær katoden. Denne skyen er konsentrert ved fokuseringskoppen til katoden, som setter retningen for elektronbevegelse. Cup - en liten fordypning i katoden. Anoden inneholder på sin side en wolframmetallplate som elektronene er fokusert på - dette er stedet for dannelsen av røntgenstråler.

Ris. 4 - Røntgenrørapparat:

A - katode;
B - anode;
B - wolfram filament;
G - fokuseringskopp av katoden;
D - strøm av akselererte elektroner;
E - wolfram mål;
G - glasskolbe;
З - et vindu fra beryllium;
Og - dannet røntgenstråler;
K - aluminiumsfilter.

2 transformatorer er koblet til elektronrøret: step-down og step-up. En nedtrappingstransformator varmer opp wolframfilamentet med lav spenning (5-15 volt), noe som resulterer i elektronemisjon. En step-up, eller høyspent, transformator går direkte til katoden og anoden, som forsynes med en spenning på 20–140 kilovolt. Begge transformatorene er plassert i høyspenningsblokken til røntgenmaskinen, som er fylt med transformatorolje, som gir kjøling av transformatorene og deres pålitelige isolasjon.

Etter at en elektronsky har dannet seg ved hjelp av en nedtrappingstransformator, slås opptrappingstransformatoren på, og høyspenning tilføres begge polene i den elektriske kretsen: en positiv puls til anoden, og en negativ puls til katoden. Negativt ladede elektroner blir frastøtt fra en negativt ladet katode og har en tendens til en positivt ladet anode - på grunn av en slik potensialforskjell oppnås en høy bevegelseshastighet - 100 tusen km / s. Ved denne hastigheten bombarderer elektroner wolframanodeplaten, og fullfører en elektrisk krets, noe som resulterer i røntgenstråler og termisk energi.

Røntgenstråling er delt inn i bremsstrahlung og karakteristisk. Bremsstrahlung oppstår på grunn av en kraftig nedbremsing av hastigheten til elektroner som sendes ut av et wolframfilament. Karakteristisk stråling oppstår i øyeblikket av omorganisering av elektronskallene til atomer. Begge disse typene dannes i et røntgenrør i øyeblikket av kollisjon av akselererte elektroner med atomer i anodematerialet. Emisjonsspekteret til et røntgenrør er en superposisjon av bremsstrahlung og karakteristiske røntgenstråler.

Ris. 5 - prinsippet om dannelsen av bremsstrahlung røntgenstråler.
Ris. 6 - prinsippet om dannelse av den karakteristiske røntgenstrålingen.

Grunnleggende egenskaper ved røntgenstråler

1. Røntgenstråler er usynlige for visuell persepsjon.
2. Røntgenstråling har en stor penetrerende kraft gjennom organer og vev til en levende organisme, samt tette strukturer av livløs natur, som ikke overfører synlige lysstråler.
3. Røntgenstråler får visse kjemiske forbindelser til å gløde, kalt fluorescens.

• Sink og kadmiumsulfider fluorescerer gulgrønt,
• Krystaller av kalsiumwolframat - fiolettblå.

Røntgenstråler har en fotokjemisk effekt: de bryter ned sølvforbindelser med halogener og forårsaker svartning av fotografiske lag, og danner et bilde på en røntgenstråle.

Røntgenstråler overfører energien sin til atomene og molekylene i miljøet de passerer gjennom, og viser en ioniserende effekt.

Røntgenstråling har en uttalt biologisk effekt i bestrålte organer og vev: i små doser stimulerer det stoffskiftet, i store doser kan det føre til utvikling av stråleskader, samt akutt strålesyke. Den biologiske egenskapen tillater bruk av røntgenstråler for behandling av tumor og enkelte ikke-tumorsykdommer.

Skala for elektromagnetiske oscillasjoner

Røntgenstråler har en bestemt bølgelengde og svingningsfrekvens. Bølgelengde (λ) og oscillasjonsfrekvens (ν) er knyttet til sammenhengen: λ ν = c, der c er lysets hastighet, avrundet til 300 000 km per sekund. Energien til røntgenstråler bestemmes av formelen E = h ν, hvor h er Plancks konstant, en universell konstant lik 6,626 10 -34 J⋅s. Bølgelengden til strålene (λ) er relatert til deres energi (E) ved forholdet: λ = 12,4 / E.

Røntgenstråling skiller seg fra andre typer elektromagnetiske oscillasjoner i bølgelengde (se tabell) og kvanteenergi. Jo kortere bølgelengden er, desto høyere er dens frekvens, energi og penetreringskraft. Røntgenbølgelengden er i området

. Ved å endre bølgelengden til røntgenstråling er det mulig å kontrollere dens gjennomtrengende kraft. Røntgenstråler har en veldig kort bølgelengde, men en høy svingningsfrekvens, så de er usynlige for det menneskelige øyet. På grunn av sin enorme energi har kvanter en høy penetreringskraft, som er en av hovedegenskapene som sikrer bruken av røntgenstråler i medisin og andre vitenskaper.

Røntgenkarakteristikker

Intensitet- kvantitativ karakteristikk av røntgenstråling, som uttrykkes ved antall stråler som sendes ut av røret per tidsenhet. Intensiteten til røntgenstråler måles i milliampere. Ved å sammenligne det med intensiteten av synlig lys fra en konvensjonell glødelampe, kan vi tegne en analogi: for eksempel vil en 20-watts lampe skinne med en intensitet, eller kraft, og en 200-watts lampe vil skinne med en annen, mens kvaliteten på selve lyset (spekteret) er det samme. Intensiteten til røntgenstråling er faktisk dens mengde. Hvert elektron skaper en eller flere strålingskvanter på anoden, derfor reguleres antall røntgenstråler under eksponering av objektet ved å endre antall elektroner som har en tendens til anoden og antall interaksjoner av elektroner med atomer i wolframmålet , som kan gjøres på to måter:

1. Ved å endre glødegraden til katodespiralen ved hjelp av en nedtrappingstransformator (antall elektroner produsert under emisjon vil avhenge av hvor varm wolframspiralen er, og antall strålingskvanter vil avhenge av antall elektroner);
2. Ved å endre verdien av høyspenningen som leveres av opptrappingstransformatoren til polene på røret - katoden og anoden (jo høyere spenningen påføres polene i røret, jo mer kinetisk energi mottar elektronene, som , på grunn av sin energi, kan samhandle med flere atomer av anodesubstansen i sin tur - se fig. ris. 5; elektroner med lav energi vil kunne gå inn i et mindre antall interaksjoner).

Røntgenintensiteten (anodestrømmen) multiplisert med eksponeringen (rørtiden) tilsvarer røntgeneksponeringen, som måles i mAs (milliampere per sekund). Eksponering er en parameter som, i likhet med intensitet, karakteriserer mengden stråler som sendes ut av et røntgenrør. Den eneste forskjellen er at eksponeringen også tar hensyn til rørets driftstid (hvis for eksempel røret fungerer i 0,01 sek, vil antall stråler være én, og hvis 0,02 sek, vil antall stråler være annerledes - to ganger til). Stråleeksponeringen settes av radiologen på kontrollpanelet til røntgenmaskinen, avhengig av type undersøkelse, størrelsen på objektet som studeres og diagnoseoppgaven.

Stivhet- kvalitativ karakteristikk av røntgenstråling. Det måles ved høyspenningen på røret - i kilovolt. Bestemmer gjennomtrengningskraften til røntgenstråler. Den reguleres av høyspenningen som tilføres røntgenrøret av en opptrappingstransformator. Jo høyere potensialforskjellen skapes på elektrodene til røret, jo mer kraft frastøter elektronene fra katoden og skynder seg til anoden, og jo sterkere kollisjoner de med anoden. Jo sterkere kollisjonen deres er, desto kortere er bølgelengden til den resulterende røntgenstrålingen og desto høyere er penetreringskraften til denne bølgen (eller hardheten til strålingen, som i likhet med intensiteten reguleres på kontrollpanelet av spenningsparameteren på røret - kilospenning).

Ris. 7 - Avhengighet av bølgelengden på energien til bølgen:

λ - bølgelengde;
E - bølgeenergi

• Jo høyere den kinetiske energien til bevegelige elektroner er, desto sterkere er deres innvirkning på anoden og desto kortere er bølgelengden til den resulterende røntgenstrålingen. Røntgenstråling med lang bølgelengde og lav penetreringskraft kalles "myk", med kort bølgelengde og høy penetreringskraft - "hard".

Ris. 8 - Forholdet mellom spenningen på røntgenrøret og bølgelengden til den resulterende røntgenstrålingen:

• Jo høyere spenningen påføres polene til røret, desto sterkere vises potensialforskjellen på dem, derfor vil den kinetiske energien til bevegelige elektroner være høyere. Spenningen på røret bestemmer hastigheten til elektronene og kraften til deres kollisjon med anodematerialet, derfor bestemmer spenningen bølgelengden til den resulterende røntgenstrålingen.

Klassifisering av røntgenrør

1. Etter avtale
1. Diagnostisk
2. Terapeutisk
3. For strukturell analyse
4. For gjennomlysning
2. Av design
1. Ved fokus

• Enkeltfokus (en spiral på katoden og ett fokuspunkt på anoden)
• Bifokal (to spiraler av forskjellige størrelser på katoden, og to brennpunkter på anoden)

1. Etter type anode

• Stasjonær (fast)
• Roterende

Røntgenstråler brukes ikke bare til radiodiagnostiske formål, men også til terapeutiske formål. Som nevnt ovenfor, gjør røntgenstrålingens evne til å undertrykke veksten av tumorceller det mulig å bruke den i strålebehandling av onkologiske sykdommer. I tillegg til det medisinske bruksområdet, har røntgenstråling funnet bred anvendelse innen ingeniør- og teknisk felt, materialvitenskap, krystallografi, kjemi og biokjemi: for eksempel er det mulig å identifisere strukturelle defekter i ulike produkter (skinner, sveiser). osv.) ved bruk av røntgenstråling. Typen slik forskning kalles defektoskopi. Og på flyplasser, jernbanestasjoner og andre overfylte steder brukes røntgen-tv-introskoper aktivt for å skanne håndbagasje og bagasje av sikkerhetshensyn.

Avhengig av type anode, varierer røntgenrør i design. På grunn av det faktum at 99% av den kinetiske energien til elektronene omdannes til termisk energi, under driften av røret, blir anoden betydelig oppvarmet - det følsomme wolframmålet brenner ofte ut. Anoden avkjøles i moderne røntgenrør ved å rotere den. Den roterende anoden har form som en skive, som fordeler varmen jevnt over hele overflaten, og forhindrer lokal overoppheting av wolframmålet.

Utformingen av røntgenrør er også forskjellig i fokus. Brennpunkt - delen av anoden som den arbeidende røntgenstrålen genereres på. Det er delt inn i det virkelige brennpunktet og det effektive brennpunktet ( ris. 12). På grunn av vinkelen på anoden er det effektive brennpunktet mindre enn det virkelige. Ulike brennpunktstørrelser brukes avhengig av størrelsen på bildeområdet. Jo større bildeområdet er, desto bredere må brennpunktet være for å dekke hele bildeområdet. Et mindre brennpunkt gir imidlertid bedre bildeklarhet. Derfor, når du produserer små bilder, brukes et kort filament og elektronene blir rettet mot et lite område av anodemålet, og skaper et mindre brennpunkt.

Ris. 9 - røntgenrør med en stasjonær anode.
Ris. 10 - Røntgenrør med roterende anode.
Ris. 11 - Røntgenrørapparat med en roterende anode.
Ris. 12 er et diagram over dannelsen av et reelt og effektivt brennpunkt.