• Điện áp đặt vào các cực của ống càng cao thì hiệu điện thế xuất hiện trên chúng càng mạnh, do đó động năng của các electron chuyển động sẽ càng cao. Điện áp trên ống xác định tốc độ của các electron và lực va chạm của chúng với vật liệu cực dương, do đó, điện áp xác định bước sóng của bức xạ tia X thu được.

Phân loại ống tia X

1. Theo lịch hẹn
1. chẩn đoán
2. trị liệu
3. Vì phân tích cấu trúc
4. Để truyền ánh sáng
2. Thiết kế bởi
1. theo tiêu điểm

• Tiêu điểm đơn (một tiêu điểm trên cực âm và một tiêu điểm trên cực dương)
• Hai tròng (hai vòng xoắn có kích thước khác nhau trên cực âm và hai tiêu điểm trên cực dương)

1. Theo loại anode

• Văn phòng phẩm (cố định)
• xoay

Tia X không chỉ được sử dụng cho mục đích chẩn đoán phóng xạ mà còn cho mục đích điều trị. Như đã lưu ý ở trên, khả năng bức xạ tia X ngăn chặn sự phát triển của các tế bào khối u cho phép sử dụng nó trong xạ trị các bệnh ung thư. Ngoài lĩnh vực ứng dụng y tế, bức xạ tia X đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực kỹ thuật và kỹ thuật, khoa học vật liệu, tinh thể học, hóa học và hóa sinh: ví dụ, có thể xác định các khuyết tật cấu trúc trong các sản phẩm khác nhau (đường ray, mối hàn , v.v.) sử dụng bức xạ tia X. Loại nghiên cứu như vậy được gọi là nội soi khuyết tật. Và tại các sân bay, nhà ga và những nơi đông đúc khác, nội soi truyền hình tia X được sử dụng tích cực để quét hành lý xách tay và hành lý cho mục đích an ninh.

Tùy thuộc vào loại cực dương, các ống tia X có thiết kế khác nhau. Do 99% động năng của các electron được chuyển thành nhiệt năng nên trong quá trình hoạt động của ống, cực dương được làm nóng đáng kể - mục tiêu vonfram nhạy cảm thường bị cháy. Cực dương được làm mát trong các ống tia X hiện đại bằng cách xoay nó. Cực dương quay có hình dạng của một đĩa, giúp phân phối nhiệt đều trên toàn bộ bề mặt của nó, ngăn chặn quá nhiệt cục bộ của mục tiêu vonfram.

Thiết kế của các ống tia X cũng khác nhau về tiêu điểm. Tiêu điểm - phần cực dương mà chùm tia X hoạt động được tạo ra. Nó được chia thành tiêu điểm thực và tiêu điểm hiệu quả ( cơm. 12). Do góc của cực dương, tiêu điểm hiệu dụng nhỏ hơn tiêu điểm thực. Các kích thước tiêu điểm khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào kích thước của vùng hình ảnh. Làm sao nhiều diện tích hơnảnh thì tiêu điểm phải càng rộng để bao phủ toàn bộ diện tích ảnh. Tuy nhiên, tiêu điểm nhỏ hơn tạo ra hình ảnh rõ nét hơn. Do đó, khi tạo ra các hình ảnh nhỏ, một dây tóc ngắn được sử dụng và các electron được hướng đến một khu vực nhỏ của mục tiêu cực dương, tạo ra một tiêu điểm nhỏ hơn.

Cơm. 9 - ống tia X có cực dương cố định.
Cơm. 10 - Ống tia X có cực dương quay.
Cơm. 11 - Thiết bị ống tia X có cực dương quay.
Cơm. 12 là sơ đồ hình thành một tiêu điểm thực sự và hiệu quả.

CƠ QUAN GIÁO DỤC LIÊN BANG LIÊN BANG NGA

CƠ SỞ GIÁO DỤC NHÀ NƯỚC

GIÁO DỤC CHUYÊN NGHIỆP CAO

VIỆN THÉP VÀ HỢP KIM NHÀ NƯỚC MOSCOW

(ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ)

CHI NHÁNH NOVOTROITSKY

Sở OEND

KHÓA HỌC LÀM VIỆC

Môn học: Vật lý

Chủ đề: X-quang

Sinh viên: Nedorezova N.A.

Nhóm: EiU-2004-25, Số З.К.: 04Н036

Kiểm tra bởi: Ozhegova S.M.

Giới thiệu

Chương 1

1.1 Tiểu sử của Roentgen Wilhelm Conrad

1.2 Khám phá tia X

chương 2

2.1 Nguồn tia X

2.2 Tính chất của tia X

2.3 Đăng ký tia X

2.4 Sử dụng tia X

Chương 3

3.1 Phân tích sự không hoàn hảo cấu trúc tinh thể

3.2 Phân tích phổ

Sự kết luận

Danh sách các nguồn được sử dụng

Các ứng dụng

Giới thiệu

Một người hiếm hoi chưa đi qua phòng chụp x-quang. Hình ảnh chụp x-quang quen thuộc với mọi người. Năm 1995, khám phá này tròn 100 tuổi. Thật khó để tưởng tượng nó đã gây ra sự quan tâm lớn như thế nào một thế kỷ trước. Trong tay của một người đàn ông hóa ra là một thiết bị có thể nhìn thấy cái vô hình.

Bức xạ vô hình này, có khả năng xuyên qua, mặc dù ở các mức độ khác nhau, vào tất cả các chất, là bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 10 -8 cm, được gọi là bức xạ tia X, để vinh danh Wilhelm Roentgen, người đã phát hiện ra nó.

Giống như ánh sáng khả kiến, tia X gây ra hiện tượng đen phim ảnh. Tài sản này có tầm quan trọng lớn đối với y học, công nghiệp và nghiên cứu khoa học. Đi qua đối tượng nghiên cứu và sau đó chiếu vào phim, bức xạ tia X mô tả cấu trúc bên trong của nó trên đó. Vì khả năng đâm xuyên của tia X là khác nhau đối với chất liệu khác nhau, các phần của vật thể ít trong suốt hơn đối với nó sẽ tạo ra các vùng sáng hơn trong ảnh so với các phần mà bức xạ xuyên qua tốt. Do đó, các mô xương ít trong suốt hơn đối với tia X so với các mô tạo nên da và các cơ quan nội tạng. Do đó, trên X quang, xương sẽ được chỉ định là những vùng sáng hơn và vị trí gãy xương, ít trong suốt hơn đối với bức xạ, có thể được phát hiện khá dễ dàng. Hình ảnh tia X cũng được sử dụng trong nha khoa để phát hiện sâu răng và áp xe ở chân răng, cũng như trong công nghiệp để phát hiện các vết nứt trên vật đúc, nhựa và cao su, trong hóa học để phân tích các hợp chất và trong vật lý để nghiên cứu cấu trúc tinh thể. .

Phát hiện của Roentgen được theo sau bởi các thí nghiệm của các nhà nghiên cứu khác, những người đã khám phá ra nhiều tính chất và khả năng mới cho việc sử dụng bức xạ này. Một đóng góp lớn là của M. Laue, W. Friedrich, và P. Knipping, những người vào năm 1912 đã chứng minh sự nhiễu xạ của tia X khi chúng đi qua một tinh thể; W. Coolidge, người vào năm 1913 đã phát minh ra ống tia X chân không cao với cực âm được nung nóng; G. Moseley, người đã thiết lập mối quan hệ giữa bước sóng của bức xạ và số hiệu nguyên tử của một nguyên tố vào năm 1913; G. và L. Braggi, người đã nhận giải thưởng Nobel năm 1915 vì đã phát triển các nguyên tắc cơ bản của phân tích nhiễu xạ tia X.

Mục đích của khóa học này là nghiên cứu hiện tượng bức xạ tia X, lịch sử khám phá, tính chất và xác định phạm vi ứng dụng của nó.

Chương 1

1.1 Tiểu sử của Roentgen Wilhelm Conrad

Wilhelm Conrad Roentgen sinh ngày 17 tháng 3 năm 1845 tại vùng biên giới của Đức với Hà Lan, tại thành phố Lenepe. Ông đã được đào tạo kỹ thuật tại Zurich tại cùng một Trường Kỹ thuật Cao hơn (Bách khoa), nơi Einstein đã học sau này. Niềm đam mê vật lý đã buộc ông phải tiếp tục học thể dục sau khi rời ghế nhà trường năm 1866.

Năm 1868, ông bảo vệ luận án Tiến sĩ Triết học. Ông làm trợ lý tại Khoa Vật lý, đầu tiên ở Zurich, sau đó ở Giessen, và sau đó ở Strasbourg (1874-1879) cùng với Kundt. Tại đây Roentgen đã trải qua một trường thực nghiệm tốt và trở thành một nhà thực nghiệm hạng nhất. Roentgen đã thực hiện một phần của nghiên cứu quan trọng cùng với học trò của mình, một trong những người sáng lập ra ngành vật lý Liên Xô, A.F. không có gì.

Nghiên cứu khoa học liên quan đến điện từ học, vật lý tinh thể, quang học, vật lý phân tử.

Năm 1895, ông phát hiện ra bức xạ có bước sóng ngắn hơn bước sóng của tia cực tím (tia X), sau này gọi là tia X và khảo sát các tính chất của chúng: khả năng phản xạ, hấp thụ, ion hóa không khí, v.v. Ông đề xuất thiết kế chính xác của ống thu tia X - một cực bạch kim nghiêng và một cực âm lõm: ông là người đầu tiên chụp ảnh bằng tia X. Ông đã phát hiện ra từ trường của một chất điện môi chuyển động trong điện trường vào năm 1885 (cái gọi là "dòng điện roentgen"). Kinh nghiệm của ông cho thấy rõ ràng rằng từ trường được tạo ra bởi các điện tích chuyển động và rất quan trọng đối với việc tạo ra X. Lorentz's lý thuyết điện tử. Một số lượng đáng kể các công trình của Roentgen được dành cho việc nghiên cứu các tính chất của chất lỏng, khí, tinh thể, hiện tượng điện từ, khám phá ra mối quan hệ giữa các hiện tượng điện và quang trong tinh thể. Đối với việc phát hiện ra các tia mang tên ông, Roentgen vào năm 1901 là người đầu tiên trong số các nhà vật lý được trao giải thưởng Nobel.

Từ năm 1900 cho đến những ngày cuối đời (ông mất ngày 10 tháng 2 năm 1923) ông làm việc tại Đại học München.

1.2 Khám phá tia X

Cuối thế kỷ 19 được đánh dấu bằng sự quan tâm ngày càng tăng đối với hiện tượng dòng điện chạy qua chất khí. Ngay cả Faraday cũng nghiêm túc nghiên cứu những hiện tượng này, mô tả các dạng phóng điện khác nhau, phát hiện ra một khoảng tối trong một cột phát sáng của khí hiếm. Không gian tối Faraday ngăn cách ánh sáng cực âm hơi xanh với ánh sáng cực dương hơi hồng.

Sự gia tăng hơn nữa độ hiếm của khí làm thay đổi đáng kể bản chất của ánh sáng. Nhà toán học Plücker (1801-1868) đã phát hiện ra vào năm 1859, với độ phản xạ đủ mạnh, một chùm tia hơi xanh yếu phát ra từ cực âm, chạm tới cực dương và làm cho thủy tinh của ống phát sáng. Học trò của Plücker là Gittorf (1824-1914) vào năm 1869 đã tiếp tục nghiên cứu của thầy mình và chỉ ra rằng một bóng rõ rệt xuất hiện trên bề mặt huỳnh quang của ống nếu một vật thể rắn được đặt giữa cực âm và bề mặt này.

Goldstein (1850-1931), nghiên cứu tính chất của tia, gọi chúng là tia âm cực (1876). Ba năm sau, William Crookes (1832-1919) đã chứng minh bản chất vật chất của tia âm cực và gọi chúng là "vật chất bức xạ" - một chất ở trạng thái đặc biệt thứ 4. Bằng chứng của ông rất thuyết phục và rõ ràng. Thí nghiệm với "ống Crookes" đã được chứng minh sau này trong tất cả các lớp học vật lý. Sự lệch hướng của chùm âm cực bởi từ trường trong ống Crookes đã trở thành một minh chứng kinh điển của trường học.

Tuy nhiên, các thí nghiệm về sự lệch hướng điện của tia âm cực không thuyết phục lắm. Hertz đã không phát hiện ra sự sai lệch như vậy và đi đến kết luận rằng tia âm cực là một quá trình dao động trong ether. F. Lenard, sinh viên của Hertz, khi thử nghiệm với tia âm cực, đã chỉ ra vào năm 1893 rằng chúng đi qua một cửa sổ được che bằng lá nhôm và gây ra ánh sáng trong không gian phía sau cửa sổ. Hiện tượng truyền tia âm cực qua các vật thể kim loại mỏng Hertz đã cống hiến bài báo mới nhất, xuất bản năm 1892. Nó bắt đầu bằng những từ:

"Tia catốt khác với ánh sáng ở chỗ đáng kể về khả năng xuyên qua chất rắn." Mô tả kết quả thí nghiệm về sự truyền tia catốt qua lá vàng, bạc, bạch kim, nhôm, v.v., Hertz lưu ý rằng ông không quan sát bất kỳ sự khác biệt đặc biệt nào trong hiện tượng Các tia không xuyên qua lá cây theo đường thẳng mà bị tán xạ do nhiễu xạ. Bản chất của tia âm cực vẫn chưa rõ ràng.

Chính với những ống như vậy của Crookes, Lenard và những người khác, giáo sư Wilhelm Konrad Roentgen của Würzburg đã thử nghiệm vào cuối năm 1895. Một lần, sau khi kết thúc thí nghiệm, ông đậy ống bằng bìa cứng màu đen, tắt đèn, nhưng không tắt cuộn cảm cấp điện cho ống, anh ta nhận thấy màn hình phát sáng từ bari xyanua nằm gần ống. Bị mắc kẹt bởi hoàn cảnh này, Roentgen bắt đầu thử nghiệm với màn hình. Trong báo cáo đầu tiên của mình "Về một loại tia mới", ngày 28 tháng 12 năm 1895, ông đã viết về những thí nghiệm đầu tiên này: "Một mảnh giấy được phủ bari bạch kim-xyanua, khi tiếp cận một cái ống, được đậy bằng một tấm bìa các tông mỏng màu đen vừa khít với nó, với mỗi lần phóng điện, nó sẽ phát ra ánh sáng rực rỡ: nó bắt đầu phát huỳnh quang. Huỳnh quang có thể nhìn thấy với đủ độ tối và không phụ thuộc vào việc chúng ta mang theo tờ giấy có mặt được phủ bari synerogen hay không được phủ bari synerogen. Sự phát huỳnh quang có thể nhận thấy ngay cả ở khoảng cách hai mét so với ống.”

Kiểm tra cẩn thận cho thấy Roentgen "rằng bìa cứng màu đen, không trong suốt với tia cực tím và khả kiến ​​​​của mặt trời, cũng như tia hồ quang điện, được thấm một số loại chất huỳnh quang." Roentgen đã điều tra khả năng xuyên thấu của "tác nhân" này , mà ông gọi ngắn gọn là "tia X", cho nhiều chất khác nhau. Ông phát hiện ra rằng các tia này tự do xuyên qua giấy, gỗ, ebonit, các lớp kim loại mỏng, nhưng bị chì cản trở mạnh.

Sau đó, anh ấy mô tả trải nghiệm giật gân:

“Nếu bạn giữ bàn tay của mình ở giữa ống phóng điện và màn hình, bạn có thể nhìn thấy bóng tối của xương trong những đường viền mờ của bóng bàn tay.” Đây là lần kiểm tra tia X đầu tiên trên cơ thể người.

Những bức ảnh này đã gây ấn tượng rất lớn; khám phá vẫn chưa được hoàn thành và chẩn đoán bằng tia X đã bắt đầu hành trình của nó. Nhà vật lý người Anh Schuster viết: “Phòng thí nghiệm của tôi tràn ngập các bác sĩ mang đến những bệnh nhân nghi ngờ rằng họ có kim tiêm ở nhiều bộ phận khác nhau trên cơ thể.

Ngay sau những thí nghiệm đầu tiên, Roentgen đã khẳng định chắc chắn rằng tia X khác với tia catốt, chúng không mang điện tích và không bị lệch hướng bởi từ trường, nhưng chúng bị kích thích bởi tia catốt. Roentgen viết.

Ông cũng khẳng định rằng chúng bị kích thích không chỉ ở thủy tinh mà còn ở kim loại.

Đề cập đến giả thuyết Hertz-Lenard rằng các tia âm cực “là một hiện tượng xảy ra trong ether,” Roentgen chỉ ra rằng “chúng ta có thể nói điều gì đó tương tự về các tia của chúng ta.” Tuy nhiên, ông đã không tìm thấy tính chất sóng các tia này, chúng "hành xử khác với các tia cực tím, tia nhìn thấy, tia hồng ngoại được biết đến cho đến nay." Trong các hoạt động hóa học và phát quang của chúng, theo Roentgen, chúng tương tự như tia cực tím. Trong thông điệp đầu tiên, ông bày tỏ giả định để lại sau đó rằng chúng có thể được Sóng dọc trên không trung.

Phát hiện của Roentgen đã khơi dậy sự quan tâm lớn trong giới khoa học. Các thí nghiệm của ông đã được lặp lại ở hầu hết các phòng thí nghiệm trên thế giới. Ở Moscow, chúng được lặp lại bởi P.N. Lebedev. Ở St. Petersburg, người phát minh ra đài phát thanh A.S. Popov đã thử nghiệm với tia X, chứng minh chúng trên bài giảng công cộng trong khi chụp X quang khác nhau. Ở Cambridge D.D. Thomson ngay lập tức áp dụng hiệu ứng ion hóa của tia X để nghiên cứu sự truyền điện qua các chất khí. Nghiên cứu của ông đã dẫn đến việc phát hiện ra điện tử.

chương 2

Bức xạ tia X - bức xạ ion hóa điện từ, chiếm vùng phổ nằm giữa bức xạ gamma và tử ngoại nằm trong các bước sóng từ 10 -4 đến 10 3 (từ 10 -12 đến 10 -5 cm).R. l. với bước sóng λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - mềm.

2.1 Nguồn tia X

Nguồn tia X phổ biến nhất là ống tia X. - thiết bị điện chân không đóng vai trò là nguồn tia X. Bức xạ như vậy xảy ra khi các electron phát ra từ cực âm giảm tốc và đập vào cực dương (anticothode); trong trường hợp này, năng lượng của các electron được gia tốc bởi một điện trường mạnh trong không gian giữa cực dương và cực âm được chuyển đổi một phần thành năng lượng tia X. Bức xạ ống tia X là sự chồng chất của bức xạ hãm tia X trên bức xạ đặc trưng của vật liệu cực dương. Các ống tia X được phân biệt: theo phương pháp thu được dòng điện tử - với cực âm nhiệt (được nung nóng), cực âm phát xạ trường (nhọn), cực âm bị bắn phá bằng các ion dương và bằng nguồn electron (β) phóng xạ; theo phương pháp hút chân không - đóng kín, đóng mở; theo thời gian bức xạ - hành động liên tục, xung động; theo loại làm mát cực dương - bằng nước, dầu, không khí, làm mát bức xạ; theo kích thước của tiêu cự (vùng bức xạ trên cực dương) - lấy nét macro, lấy nét sắc nét và lấy nét vi mô; theo hình dạng của nó - vòng, tròn, cai trị; theo phương pháp tập trung êlectron về cực dương - có tập trung tĩnh điện, từ trường, điện từ.

Các ống tia X được sử dụng trong phân tích cấu trúc tia X (Phụ lục 1), Phân tích quang phổ tia X, phát hiện khuyết tật (Phụ lục 1), Chẩn đoán X-quang (Phụ lục 1), xạ trị , kính hiển vi tia X và microradiography. Các ống tia X kín với cực âm nhiệt, cực dương làm mát bằng nước và hệ thống hội tụ điện tử tĩnh điện được sử dụng rộng rãi nhất trong mọi lĩnh vực (Phụ lục 2). Cực âm nhiệt của ống tia X thường là dây tóc xoắn ốc hoặc thẳng dây vonframđốt nóng bằng dòng điện. Phần làm việc của cực dương - bề mặt gương kim loại - được đặt vuông góc hoặc ở một góc nào đó so với dòng điện tử. Để thu được phổ liên tục của bức xạ tia X có năng lượng và cường độ cao, người ta sử dụng các cực dương từ Au, W; Các ống tia X với cực dương Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag được sử dụng trong phân tích cấu trúc.

Các đặc điểm chính của ống tia X là điện áp gia tốc tối đa cho phép (1-500 kV), dòng điện tử (0,01 mA - 1A), công suất riêng tiêu tán bởi cực dương (10-10 4 W / mm 2), tổng mức tiêu thụ điện năng (0,002 W - 60 kW) và kích thước tiêu điểm (1 µm - 10 mm). Hiệu suất của ống tia X là 0,1-3%.

Một số đồng vị phóng xạ cũng có thể dùng làm nguồn tia X. : một số trong số chúng trực tiếp phát ra tia X, bức xạ hạt nhân của những hạt khác (electron hoặc hạt λ) bắn phá mục tiêu kim loại, mục tiêu phát ra tia X. Cường độ tia X của các nguồn đồng vị thấp hơn vài bậc so với cường độ bức xạ của ống tia X, nhưng kích thước, trọng lượng và giá thành của các nguồn đồng vị ít hơn nhiều so với các nguồn có ống tia X.

Các synchrotron và các vòng chứa electron có năng lượng vài GeV có thể đóng vai trò là nguồn phát tia X mềm với λ theo thứ tự hàng chục và hàng trăm. Về cường độ, bức xạ tia X của synchrotron vượt quá bức xạ của ống tia X trong vùng xác định của quang phổ 2-3 bậc độ lớn.

Nguồn tia X tự nhiên - Mặt trời và các vật thể không gian khác.

2.2 Tính chất của tia X

Tùy thuộc vào cơ chế nguồn gốc của tia X, quang phổ của chúng có thể là liên tục (ngưỡng bức xạ) hoặc vạch (đặc tuyến). Phổ tia X liên tục được phát ra bởi các hạt tích điện nhanh do sự giảm tốc của chúng khi tương tác với các nguyên tử mục tiêu; phổ này chỉ đạt đến cường độ đáng kể khi mục tiêu bị bắn phá bằng các electron. Cường độ của tia X bức xạ hãm được phân bố trên tất cả các tần số cho đến ranh giới tần số cao 0 , tại đó năng lượng photon h 0 (h là hằng số Planck ) bằng năng lượng eV của các electron bắn phá (e là điện tích của electron, V là hiệu điện thế của trường gia tốc truyền qua chúng). Tần số này tương ứng với cạnh bước sóng ngắn của quang phổ 0 = hc/eV (c là tốc độ ánh sáng).

Bức xạ vạch xảy ra sau quá trình ion hóa nguyên tử với sự bứt electron ra khỏi một trong các lớp vỏ bên trong của nó. Sự ion hóa như vậy có thể là kết quả của một nguyên tử va chạm với một hạt nhanh, chẳng hạn như một electron (tia X sơ cấp), hoặc sự hấp thụ một photon bởi một nguyên tử (tia X huỳnh quang). Nguyên tử bị ion hóa tìm thấy chính nó ở trạng thái lượng tử ban đầu trên một trong mức độ cao năng lượng và sau 10 -16 -10 -15 giây chuyển sang trạng thái cuối cùng với ít năng lượng hơn. Trong trường hợp này, một nguyên tử có thể phát ra một năng lượng dư thừa dưới dạng một photon có tần số nhất định. Tần số của các vạch trong phổ của bức xạ đó là đặc trưng của các nguyên tử của từng nguyên tố, do đó phổ vạch của tia X được gọi là đặc trưng. Sự phụ thuộc của tần số vạch của quang phổ này vào số nguyên tử Z được xác định bởi định luật Moseley.

Định luật Moseley, định luật liên hệ giữa tần số của các vạch quang phổ phát xạ tia X đặc trưng của một nguyên tố hóa học với số thứ tự của nó. G. Moseley đã cài đặt thử nghiệm năm 1913. Theo định luật Moseley, căn bậc hai của tần số  của vạch quang phổ bức xạ đặc trưng phần tử là hàm tuyến tính số sê-ri của nó Z:

trong đó R là hằng số Rydberg , S n - hằng số sàng lọc, n - hiệu trưởng số lượng tử. Trên biểu đồ Moseley (Phụ lục 3), sự phụ thuộc vào Z là một chuỗi các đường thẳng (K-, L-, M-, v.v. chuỗi tương ứng với các giá trị n = 1, 2, 3, .).

Định luật Moseley là bằng chứng không thể chối cãi về vị trí chính xác của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn các nguyên tố DI. Mendeleev và góp phần làm sáng tỏ giác quan vật lý z.

Theo định luật Moseley, quang phổ đặc trưng của tia X không thể hiện các dạng tuần hoàn vốn có trong quang phổ quang học. Điều này chỉ ra rằng lớp vỏ electron bên trong của các nguyên tử của tất cả các nguyên tố xuất hiện trong phổ tia X đặc trưng có cấu trúc tương tự nhau.

Các thí nghiệm sau đó cho thấy một số sai lệch so với sự phụ thuộc tuyến tính đối với các nhóm nguyên tố chuyển tiếp, liên quan đến sự thay đổi thứ tự lấp đầy lớp vỏ electron bên ngoài, cũng như đối với các nguyên tử nặng, xuất hiện do hiệu ứng tương đối tính (được giải thích một cách có điều kiện bởi thực tế là tốc độ của những cái bên trong tương đương với tốc độ ánh sáng).

Tùy thuộc vào một số yếu tố - vào số lượng nucleon trong hạt nhân (sự dịch chuyển đẳng vị), trạng thái của lớp vỏ electron bên ngoài (sự dịch chuyển hóa học), v.v. - vị trí của các vạch quang phổ trên sơ đồ Moseley có thể thay đổi đôi chút. Việc nghiên cứu những chuyển dịch này cho phép người ta có được thông tin chi tiết về nguyên tử.

Bremsstrahlung X-quang phát ra bởi các mục tiêu rất mỏng được phân cực hoàn toàn gần 0; khi 0 giảm, mức độ phân cực giảm. Bức xạ đặc trưng, ​​​​như một quy luật, không bị phân cực.

Khi tia X tương tác với vật chất, hiệu ứng quang điện có thể xảy ra. , cùng với sự hấp thụ tia X và sự tán xạ của chúng, hiệu ứng quang điện được quan sát thấy khi một nguyên tử, hấp thụ một photon tia X, đẩy ra một trong các electron bên trong của nó, sau đó nó có thể thực hiện quá trình chuyển đổi bức xạ, phát ra một photon đặc trưng bức xạ, hoặc đẩy một điện tử thứ hai trong quá trình chuyển tiếp không bức xạ (điện tử Auger). Dưới tác dụng của tia X lên các tinh thể phi kim loại (ví dụ: trên đá muối) tại một số vị trí của mạng nguyên tử, các ion có thêm điện tích dương xuất hiện và các electron dư thừa xuất hiện gần chúng. Những rối loạn như vậy trong cấu trúc tinh thể, được gọi là các exciton tia X , là các trung tâm màu và chỉ biến mất khi nhiệt độ tăng đáng kể.

Khi tia X đi qua một lớp chất có bề dày x thì cường độ ban đầu I 0 của chúng giảm đến giá trị I = I 0 e - μ x trong đó μ là hệ số suy giảm. Sự suy giảm của I xảy ra do hai quá trình: sự hấp thụ các photon tia X bởi vật chất và sự thay đổi hướng của chúng khi tán xạ. Trong vùng bước sóng dài của quang phổ, sự hấp thụ tia X chiếm ưu thế, trong vùng bước sóng ngắn, sự tán xạ của chúng chiếm ưu thế. Mức độ hấp thụ tăng nhanh khi tăng Z và λ. Ví dụ, tia X cứng xuyên tự do qua một lớp không khí ~ 10 cm; một tấm nhôm dày 3 cm làm suy giảm tia X với λ = 0,027 đi một nửa; tia X mềm được hấp thụ đáng kể trong không khí và việc sử dụng cũng như nghiên cứu chúng chỉ có thể thực hiện được trong chân không hoặc trong khí hấp thụ yếu (ví dụ: He). Khi tia X được hấp thụ, các nguyên tử của một chất bị ion hóa.

Ảnh hưởng của tia X đối với các sinh vật sống có thể có lợi hoặc có hại, tùy thuộc vào sự ion hóa mà chúng gây ra trong các mô. Vì sự hấp thụ tia X phụ thuộc vào λ nên cường độ của chúng không thể dùng làm thước đo tác dụng sinh học của tia X. Các phép đo tia X được sử dụng để đo ảnh hưởng của tia X lên vật chất. , đơn vị đo là roentgen

Sự tán xạ của tia X trong vùng Z và λ lớn xảy ra chủ yếu mà không có sự thay đổi trong λ và được gọi là tán xạ kết hợp, trong khi ở vùng Z và λ nhỏ, theo quy luật, nó tăng lên (tán xạ không kết hợp). Có 2 loại tán xạ tia X không liên tục - Compton và Raman. Trong tán xạ Compton, có đặc tính là tán xạ hạt không đàn hồi, một electron giật lùi bay ra khỏi vỏ nguyên tử do năng lượng bị mất đi một phần bởi photon tia X. Trong trường hợp này, năng lượng của photon giảm và hướng của nó thay đổi; sự thay đổi trong λ phụ thuộc vào góc tán xạ. Trong quá trình tán xạ Raman của một photon tia X năng lượng cao bởi một nguyên tử ánh sáng, một phần nhỏ năng lượng của nó được dùng để ion hóa nguyên tử và hướng chuyển động của photon thay đổi. Sự thay đổi của các photon như vậy không phụ thuộc vào góc tán xạ.

Chiết suất n đối với tia X khác 1 một lượng rất nhỏ δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 . Vận tốc pha của tia X trong môi trường lớn hơn vận tốc ánh sáng trong chân không. Độ lệch của tia X trong quá trình chuyển từ môi trường này sang môi trường khác là rất nhỏ (vài phút cung). Khi tia X rơi từ chân không xuống bề mặt của vật thể ở một góc rất nhỏ, phản xạ toàn phần bên ngoài của chúng xảy ra.

2.3 Đăng ký tia X

Mắt người không nhạy cảm với tia X. tia X

tia X được ghi lại bằng cách sử dụng phim X-quang đặc biệt có chứa lượng Ag, Br tăng lên. Trong miền λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, độ nhạy của phim dương bản thông thường khá cao và các hạt của nó nhỏ hơn nhiều so với các hạt của phim X-quang, giúp tăng độ phân giải. Ở λ theo thứ tự hàng chục và hàng trăm, tia X chỉ tác động lên lớp bề mặt mỏng nhất của nhũ tương ảnh; để tăng độ nhạy của phim, nó được làm nhạy bằng dầu phát quang. Trong chẩn đoán tia X và phát hiện khuyết tật, chụp ảnh điện đôi khi được sử dụng để ghi lại tia X. (điện quang).

Tia X cường độ cao có thể được ghi lại bằng buồng ion hóa (Phụ lục 4), tia X có cường độ trung bình và thấp ở λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком với tinh thể NaI(Tl) (Phụ lục 5), ở mức 0,5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (Phụ lục 6) và bộ đếm tỷ lệ hàn (Phụ lục 7), tại 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (Phụ lục 8). Trong vùng λ rất lớn (từ hàng chục đến 1000), các hệ số nhân electron thứ cấp kiểu hở với các catốt quang khác nhau ở đầu vào có thể được sử dụng để ghi tia X.

2.4 Sử dụng tia X

Tia X được sử dụng rộng rãi nhất trong y học để chẩn đoán bằng tia X. và xạ trị . Phát hiện khuyết tật bằng tia X rất quan trọng đối với nhiều ngành công nghệ. , ví dụ, để phát hiện các khuyết tật bên trong vật đúc (vỏ, xỉ xỉ), vết nứt trên đường ray, khuyết tật trong mối hàn.

phân tích cấu trúc tia X cho phép bạn thiết lập sự sắp xếp không gian của các nguyên tử trong mạng tinh thể của khoáng chất và hợp chất, vô cơ và các phân tử hữu cơ. Trên cơ sở nhiều cấu trúc nguyên tử đã được giải mã, bài toán nghịch đảo cũng có thể được giải: theo mẫu tia X chất đa tinh thể, chẳng hạn như thép hợp kim, hợp kim, quặng, đất mặt trăng, thành phần tinh thể của chất này có thể được thiết lập, tức là phân tích giai đoạn đã được thực hiện. Nhiều ứng dụng của R. l. chụp ảnh phóng xạ của vật liệu được sử dụng để nghiên cứu tính chất của chất rắn .

kính hiển vi tia X cho phép, ví dụ, để có được hình ảnh của một tế bào, một vi sinh vật, để xem cấu trúc bên trong của chúng. quang phổ tia X sử dụng quang phổ tia X, nghiên cứu sự phân bố mật độ của các trạng thái điện tử trên năng lượng trong các chất khác nhau, nghiên cứu bản chất liên kết hóa học, tìm điện tích hiệu dụng của các ion trong chất rắn và trong phân tử. Phân tích tia X quang phổ bằng vị trí và cường độ của các vạch phổ đặc trưng cho phép xác định thành phần định tính và định lượng của chất và được sử dụng để kiểm tra không phá hủy rõ ràng thành phần vật liệu tại các nhà máy luyện kim và xi măng, nhà máy chế biến. Khi tự động hóa các doanh nghiệp này, máy quang phổ tia X và máy đo lượng tử được sử dụng làm cảm biến cho thành phần của một chất.

Tia X đến từ không gian mang thông tin về thành phần hóa học của các thiên thể vũ trụ và về quá trình vật lý diễn ra trong không gian. Thiên văn học tia X đề cập đến việc nghiên cứu tia X vũ trụ . Tia X mạnh được sử dụng trong hóa học bức xạ để kích thích một số phản ứng, trùng hợp vật liệu, nứt chất hữu cơ. Tia X cũng được sử dụng để phát hiện các bức tranh cổ ẩn dưới một lớp sơn muộn, trong ngành công nghiệp thực phẩm để phát hiện các vật lạ vô tình lọt vào sản phẩm thực phẩm, trong khoa học pháp y, khảo cổ học, v.v.

Chương 3

Một trong những nhiệm vụ chính của phân tích nhiễu xạ tia X là xác định thành phần thực hoặc pha của vật liệu. Phương pháp nhiễu xạ tia X là phương pháp trực tiếp và được đặc trưng bởi độ tin cậy cao, nhanh chóng và tương đối rẻ. Phương pháp không yêu cầu một số lượng lớn các chất, việc phân tích có thể được thực hiện mà không phá hủy bộ phận. Các lĩnh vực ứng dụng của phân tích pha định tính rất đa dạng cả cho nghiên cứu khoa học và kiểm soát trong sản xuất. Bạn có thể kiểm tra thành phần nguyên liệu thô của sản xuất luyện kim, sản phẩm tổng hợp, quá trình xử lý, kết quả của sự thay đổi pha trong quá trình xử lý nhiệt và hóa-nhiệt, phân tích các lớp phủ khác nhau, màng mỏng, v.v.

Mỗi pha, có cấu trúc tinh thể riêng, được đặc trưng bởi một tập hợp nhất định các giá trị rời rạc của khoảng cách giữa các hành tinh d/n từ cực đại trở xuống, vốn chỉ dành cho pha này. Như sau từ phương trình Wulf-Bragg, mỗi giá trị của khoảng cách giữa các mặt phẳng tương ứng với một vạch trên mẫu tia X từ một mẫu đa tinh thể ở một góc nhất định θ (tại một giá trị bước sóng λ đã cho). Do đó, một hệ thống các vạch nhất định (cực đại nhiễu xạ) sẽ tương ứng với một tập hợp khoảng cách giữa các mặt phẳng nhất định cho mỗi pha trong hệ nhiễu xạ tia X. Cường độ tương đối của các vạch này trong mẫu tia X phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc của pha. Do đó, bằng cách xác định vị trí của các vạch trên ảnh chụp X quang (góc của nó θ) và biết bước sóng của bức xạ mà ảnh chụp X quang được chụp, có thể xác định các giá trị của khoảng cách giữa các hành tinh d/n bằng Wulf -Công thức Bragg:

/n = λ/ (2sin θ). (một)

Sau khi xác định tập hợp d/n cho vật liệu đang nghiên cứu và so sánh nó với dữ liệu d/n đã biết trước đó cho các chất tinh khiết, chúng các hợp chất khác nhau, có thể thiết lập pha mà vật liệu đã cho cấu thành. Cần nhấn mạnh rằng chính các giai đoạn được xác định chứ không phải Thành phần hóa học, nhưng cái sau đôi khi có thể được suy ra nếu có dữ liệu bổ sung về thành phần nguyên tố của một pha cụ thể. Nhiệm vụ phân tích pha định tính được tạo điều kiện thuận lợi rất nhiều nếu biết thành phần hóa học của vật liệu đang nghiên cứu, bởi vì khi đó có thể đưa ra các giả định sơ bộ về khả năng có thể xảy ra. trường hợp này các giai đoạn.

Chìa khóa để phân tích pha là đo chính xác d/n và cường độ dòng. Mặc dù về nguyên tắc, điều này dễ đạt được hơn khi sử dụng máy đo nhiễu xạ, nhưng phương pháp quang để phân tích định tính có một số ưu điểm, chủ yếu là về độ nhạy (khả năng phát hiện sự có mặt của một lượng nhỏ pha trong mẫu), cũng như sự đơn giản của kỹ thuật thực nghiệm.

Việc tính toán d/n từ mẫu tia X được thực hiện bằng phương trình Wulf-Bragg.

Là giá trị của λ trong phương trình này, chuỗi λ α cf K thường được sử dụng:

λ α cf = (2λ α1 + λ α2)/3 (2)

Đôi khi dòng K α1 được sử dụng. Việc xác định các góc nhiễu xạ θ cho tất cả các vạch tia X cho phép bạn tính toán d / n theo phương trình (1) và tách các vạch β (nếu không có bộ lọc cho (tia β).

3.1 Phân tích sự không hoàn hảo của cấu trúc tinh thể

Tất cả các vật liệu đơn tinh thể và thậm chí hơn thế nữa là các vật liệu đa tinh thể đều chứa những khiếm khuyết cấu trúc nhất định (khuyết tật điểm, lệch vị trí, các loại giao diện khác nhau, ứng suất vi mô và vĩ mô), chúng có rất nhiều ảnh hưởng mạnh mẽ trên tất cả các thuộc tính và quy trình nhạy cảm với cấu trúc.

Sự không hoàn hảo về cấu trúc gây ra sự biến dạng của mạng tinh thể có bản chất khác nhau và kết quả là các loại thay đổi khác nhau trong mô hình nhiễu xạ: sự thay đổi khoảng cách giữa các nguyên tử và giữa các hành tinh gây ra sự thay đổi về cực đại nhiễu xạ, vi ứng suất và độ phân tán của cấu trúc con dẫn đến sự mở rộng của các cực đại nhiễu xạ, vi biến dạng mạng - đối với sự thay đổi cường độ của các cực đại này, sự sai lệch hiện diện gây ra hiện tượng dị thường trong quá trình truyền tia X và do đó, tính không đồng nhất tương phản cục bộ trên sơ đồ tia X, v.v.

Kết quả là, phân tích nhiễu xạ tia X là một trong những phương pháp hữu ích nhất để nghiên cứu sự không hoàn hảo về cấu trúc, loại và nồng độ cũng như bản chất phân bố của chúng.

Phương pháp nhiễu xạ tia X trực tiếp truyền thống, được thực hiện trên máy đo nhiễu xạ cố định, do các đặc điểm thiết kế của chúng, cho phép xác định định lượng ứng suất và biến dạng chỉ trên các mẫu nhỏ được cắt từ các bộ phận hoặc vật thể.

Do đó, hiện nay có sự chuyển đổi từ máy đo nhiễu xạ tia X cỡ nhỏ cố định sang máy đo nhiễu xạ tia X cỡ nhỏ, giúp đánh giá ứng suất trong vật liệu của các bộ phận hoặc vật thể mà không bị phá hủy ở các giai đoạn sản xuất và vận hành.

Máy đo nhiễu xạ tia X di động của sê-ri DRP * 1 giúp kiểm soát ứng suất dư và hiệu quả trong các bộ phận, sản phẩm và cấu trúc có kích thước lớn mà không bị phá hủy

Chương trình trong môi trường Windows không chỉ cho phép xác định ứng suất bằng phương pháp "sin 2 ψ" trong thời gian thực mà còn theo dõi sự thay đổi thành phần pha và kết cấu. Máy dò tọa độ tuyến tính cung cấp đăng ký đồng thời ở các góc nhiễu xạ 2θ = 43°. bóng tia X cỡ nhỏ kiểu “Fox” có độ sáng cao, công suất thấp (5 W) đảm bảo an toàn phóng xạ cho thiết bị, trong đó ở khoảng cách 25 cm tính từ vùng chiếu, mức bức xạ bằng mức nền tự nhiên. Các thiết bị thuộc dòng DRP được sử dụng để xác định ứng suất ở các giai đoạn khác nhau của quá trình tạo hình kim loại, cắt, mài, xử lý nhiệt, hàn, làm cứng bề mặt nhằm tối ưu hóa các hoạt động công nghệ này. Kiểm soát việc giảm mức ứng suất nén dư gây ra trong các sản phẩm và cấu trúc đặc biệt quan trọng trong quá trình vận hành giúp sản phẩm có thể ngừng hoạt động trước khi bị phá hủy, ngăn ngừa tai nạn và thảm họa có thể xảy ra.

3.2 Phân tích phổ

Cùng với việc xác định cấu trúc tinh thể nguyên tử và thành phần pha của vật liệu cho đặc điểm hoàn chỉnh bắt buộc phải xác định Thành phần hóa học.

Ngày càng có nhiều cái gọi là phương pháp công cụ phân tích quang phổ được sử dụng trong thực tế cho các mục đích này. Mỗi người trong số họ có những ưu điểm và ứng dụng riêng.

Một trong những yêu cầu quan trọng trong nhiều trường hợp là phương pháp được sử dụng phải đảm bảo an toàn cho đối tượng được phân tích; Đó là những phương pháp phân tích được thảo luận trong phần này. Tiêu chí tiếp theo mà các phương pháp phân tích được mô tả trong phần này được chọn là địa phương của chúng.

Phương pháp phân tích quang phổ tia X huỳnh quang dựa trên sự xâm nhập của bức xạ tia X khá cứng (từ ống tia X) vào đối tượng được phân tích, xuyên qua một lớp có độ dày cỡ vài micromet. Bức xạ tia X đặc trưng phát sinh trong trường hợp này trong vật thể giúp có thể thu được dữ liệu trung bình về thành phần hóa học của nó.

Để xác định thành phần nguyên tố của một chất, người ta có thể sử dụng phép phân tích phổ tia X đặc trưng của một mẫu đặt trên cực dương của ống tia X và chịu sự bắn phá của điện tử - phương pháp phát xạ, hoặc phép phân tích quang phổ. của bức xạ tia X thứ cấp (huỳnh quang) của mẫu được chiếu xạ bằng tia X cứng từ ống tia X hoặc nguồn khác - phương pháp huỳnh quang.

bất lợi phương pháp phát xạđầu tiên là cần đặt mẫu lên cực dương của ống tia X, sau đó bơm ra ngoài bằng bơm chân không; rõ ràng, phương pháp này không phù hợp với các chất dễ nóng chảy và dễ bay hơi. Hạn chế thứ hai liên quan đến thực tế là ngay cả các vật thể chịu lửa cũng bị hư hại do bắn phá điện tử. Phương pháp huỳnh quang không có những thiếu sót này và do đó có ứng dụng rộng rãi hơn nhiều. Ưu điểm của phương pháp huỳnh quang cũng là không có hiệu ứng hãm, giúp cải thiện độ nhạy của phép phân tích. So sánh các bước sóng đo được với các bảng vạch quang phổ của các nguyên tố hóa học là cơ sở của phân tích định tính và cường độ tương đối của các vạch quang phổ của các nguyên tố khác nhau tạo thành chất mẫu là cơ sở của phân tích định lượng. Từ việc xem xét cơ chế kích thích của bức xạ tia X đặc trưng, ​​rõ ràng là các bức xạ của một hoặc một dãy khác (K hoặc L, M, v.v.) phát sinh đồng thời và tỷ lệ cường độ vạch trong dãy luôn luôn là không thay đổi. Do đó, sự hiện diện của phần tử này hoặc phần tử kia được thiết lập không phải bởi từng dòng riêng lẻ mà bởi một loạt các dòng nói chung (ngoại trừ những dòng yếu nhất, có tính đến nội dung của phần tử này). Đối với các nguyên tố tương đối nhẹ, việc phân tích các dòng K-series được sử dụng, đối với các nguyên tố nặng, các dòng L-series; Trong điều kiện khác nhau(tùy thuộc vào thiết bị được sử dụng và các nguyên tố được phân tích) các vùng khác nhau của phổ đặc trưng có thể thuận tiện nhất.

Các đặc điểm chính của phân tích quang phổ tia X như sau.

Tính đơn giản của phổ đặc trưng tia X ngay cả đối với các nguyên tố nặng (so với quang phổ), giúp đơn giản hóa việc phân tích (một số lượng nhỏ các vạch; sự giống nhau trong cách sắp xếp lẫn nhau của chúng; với sự gia tăng số sê-ri, xảy ra sự dịch chuyển đều đặn của phổ sang vùng bước sóng ngắn; sự đơn giản so sánh của phân tích định lượng).

Sự độc lập của bước sóng với trạng thái nguyên tử của nguyên tố được phân tích (tự do hoặc trong hợp chất hóa học). Điều này là do sự xuất hiện của bức xạ tia X đặc trưng có liên quan đến sự kích thích của các mức điện tử bên trong, trong hầu hết các trường hợp thực tế không thay đổi theo mức độ ion hóa của các nguyên tử.

Khả năng phân tách trong phân tích đất hiếm và một số nguyên tố khác có sự khác biệt nhỏ về phổ trong dải quang học do sự giống nhau cấu trúc điện tử vỏ ngoài và khác nhau rất ít về tính chất hóa học.

Quang phổ huỳnh quang tia X là "không phá hủy", vì vậy nó có lợi thế hơn so với quang phổ quang học thông thường khi phân tích các mẫu mỏng - tấm kim loại mỏng, lá mỏng, v.v.

Máy quang phổ huỳnh quang tia X, trong số đó có máy quang phổ hoặc máy đo lượng tử đa kênh, cung cấp phân tích định lượng rõ ràng các nguyên tố (từ Na hoặc Mg đến U) với sai số nhỏ hơn 1% giá trị xác định, ngưỡng độ nhạy 10 -3 ... 10 -4% .

chùm tia X

Các phương pháp xác định thành phần quang phổ của tia X

Máy quang phổ được chia thành hai loại: nhiễu xạ tinh thể và không tinh thể.

Phân tách tia X thành quang phổ bằng cách sử dụng tự nhiên ghê tai- tinh thể - về cơ bản tương tự như thu được quang phổ của các tia sáng thông thường bằng cách sử dụng cách tử nhiễu xạ nhân tạo ở dạng các nét tuần hoàn trên kính. Điều kiện để hình thành cực đại nhiễu xạ có thể được viết là điều kiện "phản xạ" từ một hệ gồm các mặt phẳng nguyên tử song song cách nhau một khoảng d hkl .

Khi tiến hành phân tích định tính, người ta có thể đánh giá sự có mặt của một nguyên tố trong mẫu bằng một vạch - thường là vạch có cường độ cao nhất trong dãy quang phổ phù hợp với một tinh thể phân tích nhất định. Độ phân giải của máy quang phổ nhiễu xạ tinh thể đủ để tách các vạch đặc trưng ngay cả của các nguyên tố ở vị trí liền kề nhau trong bảng tuần hoàn. Tuy nhiên, cũng cần phải tính đến việc áp đặt các dòng khác nhau của các yếu tố khác nhau, cũng như việc áp đặt các phản ánh của các trật tự khác nhau. Trường hợp này nên được tính đến khi lựa chọn các dòng phân tích. Đồng thời, cần sử dụng các khả năng cải thiện độ phân giải của thiết bị.

Sự kết luận

Như vậy, tia X là bức xạ điện từ không nhìn thấy được có bước sóng 10 5 - 10 2 nm. Tia X có thể xuyên qua một số vật liệu mờ đục đối với ánh sáng khả kiến. Chúng được phát ra trong quá trình giảm tốc của các electron nhanh trong vật chất (phổ liên tục) và trong quá trình chuyển đổi của các electron từ lớp vỏ electron bên ngoài của nguyên tử sang lớp bên trong (phổ tuyến tính). Nguồn tia X là: ống tia X, một số đồng vị phóng xạ, máy gia tốc và bộ tích lũy điện tử ( bức xạ synchrotron). Máy thu - phim, màn hình phát quang, máy dò bức xạ hạt nhân. Tia X được sử dụng trong phân tích nhiễu xạ tia X, y học, phát hiện lỗ hổng, phân tích quang phổ tia X, v.v.

Đã xem xét mặt tích cực việc phát hiện ra V. Roentgen, cần lưu ý tác dụng sinh học có hại của nó. Hóa ra tia X có thể gây ra một thứ gì đó giống như cháy nắng nghiêm trọng (ban đỏ), tuy nhiên, kèm theo tổn thương sâu hơn và lâu dài hơn cho da. Xuất hiện vết loét thường biến chứng thành ung thư. Nhiều trường hợp phải cắt bỏ ngón tay hoặc bàn tay. Cũng có người chết.

Người ta đã phát hiện ra rằng có thể tránh được tổn thương da bằng cách giảm thời gian và liều lượng tiếp xúc, sử dụng tấm chắn (ví dụ: chì) và điều khiển từ xa. Nhưng dần dần, những tác động khác, lâu dài hơn của việc tiếp xúc với tia X đã được tiết lộ, sau đó được xác nhận và nghiên cứu trên động vật thí nghiệm. Các hiệu ứng do tia X và các bức xạ ion hóa khác (chẳng hạn như tia gamma do vật liệu phóng xạ phát ra) bao gồm:

) những thay đổi tạm thời trong thành phần của máu sau khi tiếp xúc quá mức tương đối nhỏ;

) những thay đổi không thể đảo ngược trong thành phần của máu (thiếu máu tán huyết) sau khi tiếp xúc quá nhiều trong thời gian dài;

) sự gia tăng tỷ lệ mắc bệnh ung thư (bao gồm cả bệnh bạch cầu);

) lão hóa nhanh hơn và chết sớm;

) sự xuất hiện của đục thủy tinh thể.

Tác động sinh học của tia X đối với cơ thể con người được xác định bởi mức độ liều bức xạ, cũng như cơ quan cụ thể nào của cơ thể đã tiếp xúc với bức xạ.

Việc tích lũy kiến ​​thức về tác động của bức xạ tia X đối với cơ thể con người đã dẫn đến sự phát triển của các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về liều lượng bức xạ cho phép, được xuất bản trong nhiều sách tham khảo.

Tránh tác hại Các phương pháp kiểm soát bức xạ tia X được sử dụng:

) sự sẵn có của thiết bị phù hợp,

) giám sát việc tuân thủ các quy định về an toàn,

) sử dụng đúng thiết bị.

Danh sách các nguồn được sử dụng

1) Blokhin M.A., Vật lý tia X, xuất bản lần thứ 2, M., 1957;

) Blokhin M.A., Phương pháp nghiên cứu quang phổ tia X, M., 1959;

) tia X. Đã ngồi. biên tập Thạc sĩ Blokhin, dịch. với anh ấy. và tiếng Anh, M., 1960;

) Kharaja F., Khoá học chung Kỹ thuật tia X, tái bản lần thứ 3, M. - L., 1966;

) Mirkin L.I., Sổ tay phân tích nhiễu xạ tia X của đa tinh thể, M., 1961;

) Weinstein E.E., Kakhana M.M., Các bảng tham chiếu về quang phổ tia X, M., 1953.

) Phân tích tia X và quang điện tử. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Trợ cấp cho các trường đại học. - Tái bản lần thứ 4. Cộng. Và một người làm lại. - M.: "MISiS", 2002. - 360 tr.

Các ứng dụng

Tệp đính kèm 1

Tổng quan về ống tia X

Phụ lục 2

Sơ đồ ống tia X để phân tích cấu trúc

Sơ đồ ống tia X để phân tích cấu trúc: 1 - thủy tinh cực dương kim loại (thường được nối đất); 2 - cửa sổ làm bằng berili cho đầu ra tia X; 3 - cực âm nhiệt; 4 - bóng đèn thủy tinh, cách ly phần cực dương của ống với cực âm; 5 - các cực âm, nơi đặt điện áp dây tóc, cũng như điện áp cao (so với cực dương); 6 - hệ thống tĩnh điện để tập trung các electron; 7 - cực dương (anticothode); 8 - ống nhánh cho đầu vào và đầu ra của nước chảy làm mát kính cực dương.

Phụ lục 3

Sơ đồ Moseley

Giản đồ Moseley cho dãy tia X đặc trưng K-, L- và M. Abscissa hiển thị số sê-ri của phần tử Z, thứ tự - ( Với là vận tốc ánh sáng).

Phụ lục 4

Buồng ion hóa.

Hình.1. Phần của buồng ion hóa hình trụ: 1 - thân hình trụ của buồng, đóng vai trò là điện cực âm; 2 - thanh hình trụ đóng vai trò là điện cực dương; 3 - chất cách điện.

Cơm. 2. Sơ đồ chuyển mạch trên buồng ion hóa hiện tại: V - điện áp trên các điện cực của buồng; G là điện kế đo dòng điện ion hóa.

Cơm. 3. Đặc tính dòng điện-điện áp của buồng ion hóa.

Cơm. 4. Sơ đồ chuyển mạch buồng ion hóa xung: C - điện dung của điện cực thu; R là điện trở.

Phụ lục 5

Máy đo tần số nháy.

Sơ đồ của máy đếm nhấp nháy: lượng tử ánh sáng (photon) "đánh bật" các electron khỏi cực âm quang; di chuyển từ dynode này sang dynode khác, thác điện tử sẽ nhân lên.

Phụ lục 6

Máy đếm Geiger-Muller.

Cơm. 1. Sơ đồ bộ đếm Geiger-Muller bằng thủy tinh: 1 - ống thủy tinh được hàn kín; 2 - cực âm (một lớp đồng mỏng trên ống thép không gỉ); 3 - đầu ra của cực âm; 4 - cực dương (sợi kéo dài mỏng).

Cơm. 2. Sơ đồ bật máy đếm Geiger-Muller.

Cơm. 3. Đặc tính đếm của máy đếm Geiger-Muller.

Phụ lục 7

bộ đếm tỷ lệ.

Sơ đồ của bộ đếm tỷ lệ: a - vùng trôi của điện tử; b - diện tích khuyếch đại khí.

Phụ lục 8

máy dò bán dẫn

Máy dò bán dẫn; khu vực nhạy cảm được làm nổi bật bằng cách nở; n - vùng của chất bán dẫn có độ dẫn điện tử, p - có lỗ trống, i - có độ dẫn nội tại; a - máy dò bề mặt silicon; b - máy dò phẳng germanium-lithium; c - máy dò đồng trục germanium-lithium.

Chẩn đoán y tế hiện đại và điều trị một số bệnh không thể tưởng tượng được nếu không có các thiết bị sử dụng các đặc tính của tia X. Việc phát hiện ra tia X đã xảy ra hơn 100 năm trước, nhưng ngay cả bây giờ công việc vẫn tiếp tục tạo ra các phương pháp và thiết bị mới để giảm thiểu tác động tiêu cực của bức xạ lên cơ thể con người.

Ai và làm thế nào phát hiện ra tia X

Trong điều kiện tự nhiên, dòng tia X rất hiếm và chỉ được phát ra bởi một số đồng vị phóng xạ. Tia X hay tia X chỉ được phát hiện vào năm 1895 bởi nhà khoa học người Đức Wilhelm Röntgen. Phát hiện này xảy ra một cách tình cờ, trong một thí nghiệm nghiên cứu hành vi của các tia sáng trong điều kiện tiến gần đến chân không. Thí nghiệm liên quan đến một ống xả khí catốt với áp suất giảm và màn hình huỳnh quang, mỗi lần bắt đầu phát sáng vào thời điểm ống bắt đầu hoạt động.

Quan tâm đến một hiệu ứng kỳ lạ, Roentgen đã tiến hành một loạt nghiên cứu cho thấy kết quả có thể nhìn thấy bằng mắt bức xạ có thể xuyên qua các vật cản khác nhau: giấy, gỗ, thủy tinh, một số kim loại và thậm chí xuyên qua cơ thể con người. Mặc dù thiếu hiểu biết về bản chất của những gì đang xảy ra, liệu hiện tượng như vậy có phải do sự tạo ra một dòng hạt hoặc sóng chưa biết gây ra hay không, mô hình sau đây đã được ghi nhận - bức xạ dễ dàng đi qua các mô mềm của cơ thể và khó khăn hơn nhiều thông qua các mô sống rắn và các chất vô tri.

Roentgen không phải là người đầu tiên nghiên cứu hiện tượng này. TẠI giữa ngày mười chín trong nhiều thế kỷ, những khả năng tương tự đã được nghiên cứu bởi người Pháp Antoine Mason và người Anh William Crookes. Tuy nhiên, chính Roentgen là người đầu tiên phát minh ra ống cực âm và một chất chỉ thị có thể dùng trong y học. Ông lần đầu tiên xuất bản khái niệm, mang lại cho ông danh hiệu người đoạt giải Nobel đầu tiên trong số các nhà vật lý.

Năm 1901, một sự hợp tác hiệu quả đã bắt đầu giữa ba nhà khoa học, những người đã trở thành những người sáng lập ra X quang và X quang.

đặc tính tia X

Tia X là một phần của quang phổ tổng bức xạ điện từ. Bước sóng nằm giữa gamma và tia cực tím. Tia X có tất cả các tính chất sóng thông thường:

• nhiễu xạ;
• khúc xạ;
• sự can thiệp;
• tốc độ lan truyền (nó bằng với ánh sáng).

Để tạo ra dòng tia X một cách giả tạo, người ta sử dụng các thiết bị đặc biệt - ống tia X. Bức xạ tia X phát sinh từ sự tiếp xúc của các electron vonfram nhanh với các chất bay hơi từ cực dương nóng. Trong bối cảnh tương tác, các sóng điện từ có độ dài ngắn phát sinh, nằm trong phổ từ 100 đến 0,01nm và trong dải năng lượng 100-0,1 MeV. Nếu bước sóng của tia nhỏ hơn 0,2nm - đây là bức xạ cứng, nếu bước sóng lớn hơn giá trị xác định, chúng được gọi là tia X mềm.

Điều quan trọng là động năng phát sinh từ sự tiếp xúc của các electron và chất cực dương được chuyển đổi 99% thành năng lượng nhiệt và chỉ 1% là tia X.

Bức xạ tia X - bức xạ hãm và đặc trưng

Bức xạ X là sự chồng chất của hai loại tia - hãm và đặc trưng. Chúng được tạo ra trong thiết bị cầm tay cùng một lúc. Do đó, bức xạ tia X và đặc tính của từng ống tia X cụ thể - phổ bức xạ của nó, phụ thuộc vào các chỉ số này và thể hiện sự chồng chất của chúng.

Bremsstrahlung hoặc tia X liên tục là kết quả của sự giảm tốc của các electron bay hơi từ dây tóc vonfram.

Các tia X đặc trưng hoặc vạch được hình thành tại thời điểm sắp xếp lại các nguyên tử của chất làm cực dương của ống tia X. Bước sóng của các tia đặc trưng trực tiếp phụ thuộc vào số nguyên tử của nguyên tố hóa học được sử dụng để làm cực dương của ống.

Các thuộc tính được liệt kê của tia X cho phép chúng được sử dụng trong thực tế:

• vô hình với mắt thường;
• khả năng thâm nhập cao thông qua các mô sống và vật liệu vô tri không truyền ánh sáng nhìn thấy được;
• tác dụng ion hóa lên cấu trúc phân tử.

Nguyên tắc tạo ảnh X-quang

Tính chất của tia X mà hình ảnh dựa vào đó là khả năng phân hủy hoặc làm cho một số chất phát sáng.

Chiếu xạ tia X gây ra ánh sáng huỳnh quang trong cadmium và kẽm sulfua - màu xanh lá cây, và trong tungstate canxi - màu xanh lam. Thuộc tính này được sử dụng trong kỹ thuật truyền tia X y tế và cũng làm tăng chức năng của màn hình tia X.

Hiệu ứng quang hóa của tia X trên các vật liệu halogen bạc nhạy cảm với ánh sáng (chiếu sáng) cho phép thực hiện chẩn đoán - chụp ảnh X-quang. Đặc tính này cũng được sử dụng để đo lượng tổng liều mà các trợ lý phòng thí nghiệm nhận được trong phòng X-quang. Liều kế đeo được có băng và chỉ số nhạy cảm đặc biệt. Hiệu ứng ion hóa của tia X làm cho nó có thể xác định và đặc tính định tính nhận được x-quang.

Một lần tiếp xúc với tia X thông thường làm tăng nguy cơ ung thư chỉ 0,001%.

Các khu vực sử dụng tia X

Việc sử dụng tia X được chấp nhận trong các ngành công nghiệp sau:

1. Sự an toàn. Thiết bị cố định và di động để phát hiện các vật phẩm nguy hiểm và bị cấm tại sân bay, hải quan hoặc những nơi đông người.
2. Công nghiệp hóa chất, luyện kim, khảo cổ học, kiến ​​trúc, xây dựng, phục hồi - để phát hiện các khuyết tật và thực hiện phân tích hóa học vật liệu xây dựng.
3. thiên văn học. Giúp theo dõi cơ quan không gian và các hiện tượng sử dụng kính thiên văn tia X.
4. công nghiệp quân sự. Đối với sự phát triển của vũ khí laser.

Ứng dụng chính của tia X là trong lĩnh vực y tế. Ngày nay, phần X quang y tế bao gồm: chẩn đoán bằng tia phóng xạ, xạ trị (liệu pháp tia X), phẫu thuật bằng tia phóng xạ. trường y sản xuất các chuyên gia hồ sơ hẹp - bác sĩ X quang.

Bức xạ X - tác hại và lợi ích, ảnh hưởng đến cơ thể

Khả năng xuyên thấu cao và hiệu ứng ion hóa của tia X có thể gây ra sự thay đổi cấu trúc DNA của tế bào, do đó rất nguy hiểm cho con người. Tác hại từ bức xạ tia X tỷ lệ thuận với liều bức xạ nhận được. Các cơ quan khác nhau phản ứng với chiếu xạ ở các mức độ khác nhau. Dễ bị tổn thương nhất bao gồm:

• tủy xương và mô xương;
• thấu kính của mắt;
• tuyến giáp;
• tuyến vú và tuyến sinh dục;
• mô phổi.

Việc sử dụng bức xạ tia X không được kiểm soát có thể gây ra các bệnh lý có thể đảo ngược và không thể đảo ngược.

Hậu quả của việc tiếp xúc với tia X:

• tổn thương tủy xương và sự xuất hiện của các bệnh lý hệ thống tạo máu- giảm hồng cầu, giảm tiểu cầu, bệnh bạch cầu;
• thiệt hại cho ống kính, với sự phát triển tiếp theo của đục thủy tinh thể;
• đột biến tế bào được di truyền;
• sự phát triển của bệnh ung thư;
• bị bỏng phóng xạ;
• sự phát triển của bệnh phóng xạ.

Quan trọng! Không giống như các chất phóng xạ, tia X không tích tụ trong các mô của cơ thể, điều đó có nghĩa là không cần phải loại bỏ tia X ra khỏi cơ thể. Tác hại của tia X chấm dứt khi tắt thiết bị y tế.

Việc sử dụng tia X trong y học không chỉ được cho phép để chẩn đoán (chấn thương, nha khoa) mà còn cho mục đích điều trị:

• từ tia X với liều lượng nhỏ, quá trình trao đổi chất trong các tế bào và mô sống được kích thích;
• liều giới hạn nhất định được sử dụng để điều trị ung thư và khối u lành tính.

Phương pháp chẩn đoán bệnh lý bằng tia X

Radiodiagnostics bao gồm các phương pháp sau:

1. Nội soi huỳnh quang là một nghiên cứu trong đó hình ảnh thu được trên màn hình huỳnh quang trong thời gian thực. Cùng với hình ảnh thời gian thực cổ điển của một bộ phận cơ thể, ngày nay còn có các công nghệ truyền hình tia X - hình ảnh được chuyển từ màn hình huỳnh quang sang màn hình tivi đặt trong phòng khác. Một số phương pháp kỹ thuật số đã được phát triển để xử lý hình ảnh kết quả, sau đó chuyển nó từ màn hình sang giấy.
2. Chụp huỳnh quang là phương pháp rẻ nhất để kiểm tra các cơ quan ở ngực, bao gồm tạo một bức ảnh nhỏ 7x7 cm, mặc dù có khả năng xảy ra sai sót nhưng đây là cách duy nhất để tiến hành kiểm tra dân số hàng loạt hàng năm. Phương pháp này không nguy hiểm và không yêu cầu rút liều bức xạ đã nhận ra khỏi cơ thể.
3. Chụp X quang - thu được một hình ảnh tóm tắt trên phim hoặc giấy để làm rõ hình dạng của một cơ quan, vị trí hoặc giai điệu của nó. Có thể được sử dụng để đánh giá nhu động và tình trạng của màng nhầy. Nếu có sự lựa chọn, thì trong số các thiết bị X-quang hiện đại, không nên ưu tiên cho các thiết bị kỹ thuật số, trong đó thông lượng tia X có thể cao hơn so với các thiết bị cũ, mà nên ưu tiên cho các thiết bị X-quang liều thấp phẳng trực tiếp. máy dò bán dẫn. Chúng cho phép bạn giảm tải cho cơ thể 4 lần.
4. Chụp cắt lớp X-quang điện toán là một kỹ thuật sử dụng tia X để thu được số lượng hình ảnh cần thiết của các phần của một cơ quan được chọn. Trong số nhiều loại thiết bị CT hiện đại, máy quét CT độ phân giải cao liều thấp được sử dụng cho một loạt các nghiên cứu lặp đi lặp lại.

xạ trị

Liệu pháp tia X đề cập đến các phương pháp điều trị tại chỗ. Thông thường, phương pháp này được sử dụng để tiêu diệt tế bào ung thư. Vì ảnh hưởng của phơi nhiễm có thể so sánh với phẫu thuật cắt bỏ, nên phương pháp điều trị này thường được gọi là phẫu thuật phóng xạ.

Ngày nay, điều trị bằng tia X được thực hiện theo các cách sau:

1. Bên ngoài (liệu pháp proton) - chùm bức xạ đi vào cơ thể bệnh nhân từ bên ngoài.
2. Bên trong (xạ trị) - việc sử dụng các viên nang phóng xạ bằng cách cấy chúng vào cơ thể, với vị trí gần khối u ung thư hơn. Nhược điểm của phương pháp điều trị này là cho đến khi viên nang được lấy ra khỏi cơ thể, bệnh nhân cần được cách ly.

Những phương pháp này nhẹ nhàng và việc sử dụng chúng tốt hơn hóa trị trong một số trường hợp. Sự phổ biến như vậy là do các tia không tích tụ và không cần loại bỏ khỏi cơ thể, chúng có tác dụng chọn lọc mà không ảnh hưởng đến các tế bào và mô khác.

Tỷ lệ phơi nhiễm tia X an toàn

Chỉ số về định mức phơi nhiễm hàng năm cho phép này có tên riêng - liều tương đương có ý nghĩa di truyền (GED). Không có giá trị định lượng rõ ràng cho chỉ số này.

1. Chỉ số này phụ thuộc vào độ tuổi và mong muốn có con của bệnh nhân trong tương lai.
2. Nó phụ thuộc vào cơ quan nào đã được kiểm tra hoặc điều trị.
3. GZD bị ảnh hưởng bởi mức độ phóng xạ tự nhiên của khu vực nơi một người sinh sống.

Ngày nay, các tiêu chuẩn GZD trung bình sau đây có hiệu lực:

• mức độ phơi nhiễm từ tất cả các nguồn, ngoại trừ nguồn y tế và không tính đến nền bức xạ tự nhiên - 167 mRem mỗi năm;
• định mức khám sức khỏe định kỳ hàng năm không quá 100 mRem/năm;
• tổng giá trị an toàn là 392 mRem mỗi năm.

Bức xạ tia X không cần bài tiết ra khỏi cơ thể và chỉ nguy hiểm trong trường hợp phơi nhiễm mạnh và kéo dài. Thiết bị y tế hiện đại sử dụng bức xạ năng lượng thấp trong thời gian ngắn, vì vậy việc sử dụng nó được coi là tương đối vô hại.