FEDERÁLNA AGENTÚRA PRE VZDELÁVANIE RUSKEJ FEDERÁCIE
ŠTÁTNA VZDELÁVACIA INŠTITÚCIA
VYŠŠIE ODBORNÉ VZDELANIE
MOSKVA ŠTÁTNY INŠTITÚT OCELE A ZLIATIEN
(TECHNICKÁ UNIVERZITA)
POBOČKA NOVOTROITSK
Katedra OEND
KURZOVÁ PRÁCA
Disciplína: fyzika
Téma: RTG ŽIARENIE
Študentka: N.A. Nedorezová
Skupina: EiU-2004-25, č. З.К .: 04Н036
Kontroloval: Ozhegova S.M.
Úvod
Kapitola 1. Objav röntgenového žiarenia
1.1 Životopis Roentgena Wilhelma Konrada
1.2 Objav rtg
Kapitola 2. Röntgenové lúče
2.1 Zdroje röntgenového žiarenia
2.2 Vlastnosti röntgenového žiarenia
2.3 Registrácia röntgenových lúčov
2.4 Aplikácia röntgenových lúčov
Kapitola 3. Aplikácia röntgenového žiarenia v metalurgii
3.1 Analýza nedokonalostí kryštálovej štruktúry
3.2 Spektrálna analýza
Záver
Zoznam použitých zdrojov
Aplikácie
Úvod
Je zriedkavé, že človek neprešiel röntgenovou miestnosťou. Röntgenové snímky pozná každý. V roku 1995 uplynulo sté výročie tohto objavu. Je ťažké si predstaviť, aký veľký záujem vyvolala pred storočím. V rukách človeka bol prístroj, pomocou ktorého bol schopný vidieť neviditeľné.
Toto neviditeľné žiarenie, schopné prenikať, aj keď v rôznej miere, do všetkých látok, čo je elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou rádovo 10 -8 cm, sa na počesť Wilhelma Roentgena, ktorý ho objavil, nazývalo röntgenové žiarenie.
Ako viditeľné svetlo röntgen spôsobí sčernenie filmu. Táto vlastnosť je dôležitá pre medicínu, priemysel a vedecký výskum... Röntgenové žiarenie prechádzajúce skúmaným objektom a potom dopadajúce na fotografický film na ňom zobrazuje jeho vnútornú štruktúru. Keďže penetračná sila röntgenového žiarenia je pre rôzne materiály rôzna, časti objektu, ktoré sú preň menej priehľadné, dávajú na fotografii svetlejšie oblasti ako tie, cez ktoré žiarenie dobre preniká. Kostné tkanivo je teda pre röntgenové lúče menej transparentné ako tkanivo, ktoré tvorí kožu a vnútorné orgány. Preto na röntgene budú kosti označené ako svetlejšie oblasti a miesto zlomeniny, ktoré je menej priehľadné pre žiarenie, sa dá celkom ľahko odhaliť. Röntgenové zobrazovanie sa používa aj v zubnom lekárstve na zisťovanie kazov a abscesov v koreňoch zubov, ako aj v priemysle na zisťovanie trhlín vo výliskoch, plastoch a gumách, v chémii na analýzu zlúčenín a vo fyzike na štúdium štruktúry kryštály.
Po objave Roentgena nasledovali experimenty ďalších výskumníkov, ktorí objavili mnoho nových vlastností a aplikácií tohto žiarenia. Veľkým prínosom boli M. Laue, W. Friedrich a P. Knipping, ktorí v roku 1912 demonštrovali difrakciu röntgenového žiarenia pri prechode kryštálom; W. Coolidge, ktorý v roku 1913 vynašiel vysokovákuovú röntgenovú trubicu s vyhrievanou katódou; G. Moseley, ktorý v roku 1913 stanovil vzťah medzi vlnovou dĺžkou žiarenia a atómovým číslom prvku; G. a L. Braggi, ktorí v roku 1915 dostali Nobelovu cenu za vývoj základov rtg. štrukturálna analýza.
Účelom tohto ročníková práca je štúdium fenoménu röntgenového žiarenia, histórie objavovania, vlastností a identifikácia rozsahu jeho aplikácie.
Kapitola 1. Objav röntgenového žiarenia
1.1 Životopis Roentgena Wilhelma Konrada
Wilhelm Konrad Roentgen sa narodil 17. marca 1845 v oblasti Nemecka hraničiacej s Holandskom, v meste Lenepe. Technické vzdelanie získal v Zürichu na tej istej vysokej škole technickej (polytechnická), na ktorej neskôr študoval Einstein. Vášeň pre fyziku ho prinútila po ukončení školy v roku 1866 pokračovať v telesnej výchove.
Po obhajobe dizertačnej práce v roku 1868 pracoval ako asistent na Katedre fyziky, najskôr v Zürichu, potom v Giessene a potom v Štrasburgu (1874-1879) u Kundta. Tu Roentgen prešiel dobrou experimentálnou školou a stal sa prvotriednym experimentátorom. Roentgen uskutočnil časť svojho dôležitého výskumu so svojím študentom, jedným zo zakladateľov sovietskej fyziky A.F. Ioffe.
Vedecký výskum sa týka elektromagnetizmu, kryštálovej fyziky, optiky, molekulovej fyziky.
V roku 1895 objavil žiarenie s vlnovou dĺžkou kratšou ako vlnová dĺžka ultrafialových lúčov (röntgenové lúče), neskôr nazývané röntgenové lúče, a skúmal ich vlastnosti: schopnosť odrážať sa, pohlcovať, ionizovať vzduch atď. Navrhol správnu konštrukciu trubice na získavanie röntgenových lúčov - naklonenú platinovú antikatódu a konkávnu katódu: prvý fotografoval pomocou röntgenového žiarenia. V roku 1885 objavil magnetické pole dielektrika pohybujúceho sa v elektrickom poli (tzv. „röntgenový prúd“) Jeho skúsenosti jasne ukázali, že magnetické pole je vytvárané pohyblivými nábojmi, a bolo dôležité pre vznik X Lorentzova elektronická teória. vlastnosti kvapalín, plynov, kryštálov, elektromagnetické javy, objavil prepojenie elektrických a optických javov v kryštáloch. Za objav lúčov nesúcich jeho meno bol Roentgen v roku 1901 prvým medzi fyzikmi, ktorému bola udelená Nobelova cena cena.
Od roku 1900 do posledné dniživota (zomrel 10. 2. 1923), pôsobil na univerzite v Mníchove.
1.2 Objav rtg
Koniec 19. storočia sa vyznačoval zvýšeným záujmom o javy prechodu elektriny cez plyny. Dokonca aj Faraday vážne študoval tieto javy, opísal rôzne formy výboja, objavil temný priestor vo svietiacom stĺpe riedeného plynu. Faradayov tmavý priestor oddeľuje modrastú, katódovú žiaru od ružovkastej, anodickej.
Ďalšie zvýšenie riedenia plynu výrazne mení charakter žiary. Matematik Plucker (1801-1868) objavil v roku 1859 pri dostatočne silnom zriedení slabo modrastý lúč lúčov vychádzajúci z katódy, dosahujúci anódu a rozžiarujúci sklo trubice. Plückerov žiak Gittorf (1824-1914) v roku 1869 pokračoval vo výskume učiteľa a ukázal, že na fluorescenčnom povrchu trubice sa objaví zreteľný tieň, ak sa medzi katódu a tento povrch umiestni tuhá látka.
Goldstein (1850-1931), ktorý študoval vlastnosti lúčov, ich nazval katódové lúče (1876). O tri roky neskôr William Crookes (1832-1919) dokázal materiálnu podstatu katódových lúčov a nazval ich „žiariacou hmotou" – látkou v špeciálnom štvrtom stave. Jeho dôkazy boli presvedčivé a jasné. Boli preukázané pokusy s „Crookesovou trubicou". neskôr vo všetkých fyzikálnych miestnostiach... Klasickou školskou ukážkou sa stalo vychýlenie katódového lúča magnetickým poľom v Crookesovej trubici.
Pokusy o elektrickom vychyľovaní katódových lúčov však neboli také presvedčivé. Hertz nenašiel takú odchýlku a dospel k záveru, že katódový lúč je oscilačný proces v éteri. Hertzov študent F. Lenard pri pokusoch s katódovými lúčmi v roku 1893 ukázal, že prechádzajú oknom pokrytým hliníkovou fóliou a spôsobujú žiaru v priestore mimo okna. Hertz venoval svoj posledný článok, publikovaný v roku 1892, fenoménu prechodu katódových lúčov cez tenké kovové telesá. Začal slovami:
„Katódové lúče sa líšia od svetla významným spôsobom, pokiaľ ide o ich schopnosť prenikať pevnými telesami.“ Pri opise výsledkov experimentov na prechode katódových lúčov cez listy zlata, striebra, platiny, hliníka atď., Hertz poznamenáva, že to urobil nepozorovať žiadne zvláštne rozdiely v javoch Lúče neprechádzajú cez listy v priamke, ale sú difrakčne rozptýlené. Povaha katódových lúčov bola stále nejasná.
Práve s takými Crookesovými, Lenardovými a inými trubicami würzburský profesor Wilhelm Konrad Roentgen koncom roku 1895 experimentoval s báriovým synergikom umiestneným v blízkosti trubice. Zasiahnutý touto okolnosťou začal Roentgen experimentovať s obrazovkou. Vo svojom prvom oznámení „O novom druhu lúčov“ z 28. decembra 1895 písal o týchto prvých experimentoch: záblesky jasným svetlom pri každom výboji: začína fluoreskovať. Fluorescencia je viditeľná pri dostatočnom zatienení a nezávisí od toho, či je papier nesený stranou potiahnutou synergikou bária alebo nepotiahnutou synergikou bária. Fluorescencia je viditeľná aj vo vzdialenosti dvoch metrov od trubice.
Starostlivý výskum ukázal Roentgenovi, že „čierny kartón, ktorý nie je priehľadný pre viditeľné a ultrafialové lúče slnka alebo pre lúče elektrického oblúka, je preniknutý nejakým činidlom, ktoré spôsobuje fluorescenciu.“ Roentgen skúmal prenikavú silu tohto“ agent“, ktorý nazýval skratkou „röntgenové lúče“, pre rôzne látky Zistil, že lúče voľne prechádzajú papierom, drevom, ebonitom, tenkými vrstvami kovu, ale sú silne oneskorené olovom.
Potom opisuje senzačný zážitok:
"Ak držíte ruku medzi výbojkou a obrazovkou, môžete vidieť tmavé tiene kostí v slabom obryse tieňa samotnej ruky." Toto bolo prvé fluoroskopické vyšetrenie ľudského tela.
Tieto obrázky urobili obrovský dojem; objav ešte nebol dokončený, ale röntgenová diagnostika už začala svoju cestu. „Moje laboratórium bolo zaplavené lekármi, ktorí privážali pacientov, ktorí mali podozrenie, že majú ihly v rôznych častiach tela,“ napísal anglický fyzik Schuster.
Už po prvých experimentoch Roentgen pevne stanovil, že röntgenové lúče sa líšia od katódových, nenesú náboj a nie sú vychyľované magnetickým poľom, ale sú excitované katódovými lúčmi.“ Röntgenové lúče nie sú totožné s katódou lúče, ale sú nimi vzrušené v sklenených stenách výbojky. “- napísal Roentgen.
Zistil tiež, že ich vzrušuje nielen sklo, ale aj kovy.
S odvolaním sa na Hertzovu-Lenardovu hypotézu, že katódové lúče „sú jav, ktorý sa vyskytuje v éteri“, Roentgen poukazuje na to, že „niečo podobné môžeme povedať o našich lúčoch“. Nepodarilo sa mu však odhaliť vlnové vlastnosti lúčov, „správajú sa inak ako doteraz známe ultrafialové, viditeľné, infračervené lúče.“ Vo svojom chemickom a luminiscenčnom pôsobení sú podľa Roentgena podobné ultrafialovým lúčom. neskôr, že to môžu byť pozdĺžne vlny v éteri.
Roentgenov objav vzbudil vo vedeckom svete veľký záujem. Jeho experimenty sa opakovali takmer vo všetkých laboratóriách na svete. V Moskve ich zopakoval P.N. Lebedev. V Petrohrade vynálezca rádia A.S. Popov experimentoval s röntgenovými lúčmi, demonštroval ich na verejných prednáškach a prijímal rôzne röntgenové snímky. V Cambridge D.D. Thomson okamžite využil ionizačný účinok röntgenových lúčov na štúdium prechodu elektriny cez plyny. Jeho výskum viedol k objavu elektrónu.
Kapitola 2. Röntgenové lúče
Röntgenové žiarenie - elektromagnetické ionizujúce žiarenie, ktoré zaberá spektrálnu oblasť medzi gama a ultrafialovým žiarením v rozsahu vlnových dĺžok od 10 -4 do 10 3 (od 10 -12 do 10 -5 cm). l. s vlnovou dĺžkou λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - mäkké.
2.1 Zdroje röntgenového žiarenia
Najbežnejším zdrojom röntgenového žiarenia je röntgenová trubica
Röntgenové trubice sa používajú pri röntgenovej štruktúrnej analýze
Hlavnými charakteristikami röntgenových trubíc sú maximálne prípustné urýchľovacie napätie (1-500 kV), elektrónový prúd (0,01 mA - 1A), merný výkon rozptýlený anódou (10-10 4 W / mm 2), celková spotreba energie (0,002 W - 60 kW) a veľkosti ohniska (1 μm - 10 mm). Účinnosť röntgenovej trubice je 0,1-3%.
Niektoré rádioaktívne izotopy môžu slúžiť aj ako zdroje röntgenového žiarenia.
Synchrotróny a elektrónové zásobníky s energiami niekoľkých GeV môžu slúžiť ako zdroje mäkkého röntgenového žiarenia s λ rádovo v desiatkach a stovkách. Z hľadiska intenzity prevyšuje RTG žiarenie synchrotrónov žiarenie röntgenovej trubice v naznačenej oblasti spektra o 2-3 rády.
Prirodzenými zdrojmi röntgenového žiarenia sú Slnko a iné vesmírne objekty.
2.2 Vlastnosti röntgenového žiarenia
V závislosti od mechanizmu vzniku röntgenových lúčov môžu byť ich spektrá spojité (inhibičné) alebo lineárne (charakteristické). Kontinuálne röntgenové spektrum je emitované rýchlo nabitými časticami v dôsledku ich spomalenia pri interakcii s cieľovými atómami; toto spektrum dosahuje významnú intenzitu len vtedy, keď je cieľ bombardovaný elektrónmi. Intenzita brzdného röntgenového žiarenia je rozdelená na všetky frekvencie až po vysokofrekvenčnú hranicu 0, pri ktorej je energia fotónu h 0 (h je Planckova konštanta
Lineárne žiarenie vzniká po ionizácii atómu vymrštením elektrónu z jedného z jeho vnútorných obalov. Táto ionizácia môže byť výsledkom kolízie atómu s rýchlou časticou, ako je elektrón (primárne röntgenové lúče), alebo absorpciou fotónu atómom (fluorescenčné röntgenové lúče). Ukáže sa, že ionizovaný atóm je v počiatočnom kvantovom stave na jednej z nich vysoké úrovne energie a po 10 -16 -10 -15 sek prechádza do konečného stavu s menšou energiou. Atóm môže zároveň vyžarovať prebytok energie vo forme fotónu určitej frekvencie. Frekvencie čiar spektra takéhoto žiarenia sú charakteristické pre atómy každého prvku, preto sa čiarové röntgenové spektrum nazýva charakteristické. Závislosť frekvencie čiar v tomto spektre od atómového čísla Z určuje Moseleyho zákon.
Moseleyho zákon, zákon o frekvencii spektrálnych čiar charakteristického röntgenového žiarenia chemického prvku s jeho poradovým číslom. Experimentálne stanovil G. Moseley
kde R je Rydbergova konštanta
Moseleyho zákon bol nevyvrátiteľným dôkazom správneho umiestnenia prvkov v periodickej tabuľke prvkov
Podľa Moseleyho zákona charakteristické spektrá röntgenového žiarenia nevykazujú periodické vzory, ktoré sú vlastné optickým spektrám. To naznačuje, že vnútorné elektrónové obaly atómov všetkých prvkov, ktoré sa objavujú v charakteristických röntgenových spektrách, majú podobnú štruktúru.
Neskoršie experimenty odhalili určité odchýlky od lineárnej závislosti pre prechodné skupiny prvkov spojené so zmenou poradia plnenia vonkajších elektrónových obalov, ako aj pre ťažké atómy, ktoré sa objavujú v dôsledku relativistických efektov (podmienečne vysvetlené skutočnosťou, že vnútorné rýchlosti sú porovnateľné s rýchlosťou svetla).
V závislosti od množstva faktorov - od počtu nukleónov v jadre (izotonický posun), stavu vonkajších elektrónových obalov (chemický posun) atď. - sa poloha spektrálnych čiar na Moseleyho diagrame môže mierne meniť. Štúdium týchto posunov poskytuje podrobné informácie o atóme.
Bremsstrahlung röntgenové lúče emitované veľmi tenkými cieľmi sú úplne polarizované blízko 0; s klesajúcou 0 sa miera polarizácie znižuje. Charakteristické žiarenie zvyčajne nie je polarizované.
Keď röntgenové lúče interagujú s hmotou, môže dôjsť k fotoelektrickému javu
Pri prechode röntgenového žiarenia vrstvou látky s hrúbkou x ich počiatočná intenzita I 0 klesá na hodnotu I = I 0 e - μ x kde μ je koeficient útlmu. K oslabeniu I dochádza v dôsledku dvoch procesov: absorpcia rtg fotónov hmotou a zmena ich smeru počas rozptylu. V dlhovlnnej oblasti spektra prevláda absorpcia röntgenových lúčov, v krátkovlnnej oblasti ich rozptyl. Rýchlosť absorpcie sa rýchlo zvyšuje so zvyšujúcou sa hodnotou Z a λ. Napríklad tvrdé röntgenové lúče voľne prenikajú vrstvou vzduchu ~ 10 cm; hliníková platňa s hrúbkou 3 cm zoslabuje röntgenové žiarenie s λ = 0,027 na polovicu; mäkké röntgenové lúče sú výrazne absorbované na vzduchu a ich využitie a štúdium je možné len vo vákuu alebo v slabo absorbujúcom plyne (napríklad He). Keď sú röntgenové lúče absorbované, atómy látky ionizujú.
Účinok röntgenových lúčov na živé organizmy môže byť prospešný a škodlivý v závislosti od ním spôsobenej ionizácie v tkanivách. Keďže absorpcia röntgenového žiarenia závisí od λ, ich intenzita nemôže slúžiť ako miera biologického účinku röntgenového žiarenia. Kvantitatívne účtovanie účinku röntgenového žiarenia na látku sa vykonáva pomocou röntgenového žiarenia
Rozptyl röntgenového žiarenia v oblasti veľkých Z a λ prebieha prevažne bez zmeny λ a nazýva sa koherentný rozptyl, kým v oblasti malých Z a λ sa spravidla zvyšuje (nekoherentný rozptyl). Existujú 2 typy nekoherentného röntgenového rozptylu - Compton a Raman. Pri Comptonovom rozptyle, ktorý má charakter nepružného korpuskulárneho rozptylu, dochádza k vyžarovaniu spätného elektrónu z obalu atómu v dôsledku energie čiastočne stratenej röntgenovým fotónom. V tomto prípade sa energia fotónu znižuje a mení sa jej smer; zmena λ závisí od uhla rozptylu. Pri Ramanovom rozptyle vysokoenergetického röntgenového fotónu na svetelnom atóme sa malá časť jeho energie minie na ionizáciu atómu a mení sa smer pohybu fotónu. Zmena takýchto fotónov nezávisí od uhla rozptylu.
Index lomu n pre röntgenové lúče sa líši od 1 o veľmi malé množstvo δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5. Fázová rýchlosť röntgenového žiarenia v prostredí je väčšia ako rýchlosť svetla vo vákuu. Odklon röntgenových lúčov z jedného média do druhého je veľmi malý (niekoľko oblúkových minút). Keď röntgenové lúče z vákua dopadajú na povrch telesa pod veľmi malým uhlom, dochádza k ich úplnému vonkajšiemu odrazu.
2.3 Registrácia röntgenových lúčov
Ľudské oko nie je citlivé na röntgenové žiarenie. röntgen
lúče sa zaznamenávajú pomocou špeciálneho röntgenového fotografického filmu obsahujúceho zvýšené množstvo Ag, Br. V oblasti λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть
искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В
области λ>5, citlivosť bežného pozitívneho fotografického filmu je pomerne vysoká a jeho zrná sú oveľa menšie ako zrná röntgenového filmu, čo zvyšuje rozlíšenie. Pri λ rádovo desiatky a stovky pôsobí röntgenové lúče len na najtenšie povrchová vrstva fotoemulzie; pre zvýšenie citlivosti filmu sa senzibilizuje luminiscenčnými olejmi. V röntgenovej diagnostike a detekcii chýb sa niekedy na registráciu röntgenových lúčov používa elektrofotografia.
Röntgenové lúče vysokej intenzity je možné zaznamenávať pomocou ionizačnej komory
2.4 Aplikácia röntgenových lúčov
Najrozšírenejšie využitie röntgenového žiarenia nachádzame v medicíne na röntgenovú diagnostiku.
Röntgenová štrukturálna analýza
Röntgenová mikroskopia
Röntgenové lúče prichádzajúce z vesmíru nesú informácie o chemickom zložení kozmických telies a o fyzikálnych procesoch prebiehajúcich vo vesmíre. Kozmický röntgenový výskum sa zaoberá röntgenovou astronómiou
Kapitola 3. Aplikácia röntgenového žiarenia v metalurgii
Jednou z hlavných úloh röntgenovej štrukturálnej analýzy je určiť materiálové alebo fázové zloženie materiálu. Metóda röntgenovej difrakcie je jednoduchá a vyznačuje sa vysokou spoľahlivosťou, rýchlosťou a relatívnou lacnosťou. Metóda nevyžaduje Vysoké číslo látok, analýzu možno vykonať bez zničenia dielu. Oblasti použitia pre kvalitatívnu fázovú analýzu sú veľmi rôznorodé pre výskum a vývoj a riadenie výroby. Môžete si skontrolovať zloženie východiskových materiálov hutníckej výroby, syntéznych produktov, spracovania, výsledok fázových zmien pri tepelnom a chemicko-tepelnom spracovaní, analyzovať rôzne povlaky, tenké filmy a pod.
Každá fáza, ktorá má svoju vlastnú kryštálovú štruktúru, sa vyznačuje určitým súborom diskrétnych hodnôt medziplanárnych vzdialeností d / n od maxima a nižšie, ktoré sú vlastné iba tejto fáze. Ako vyplýva z Wolfe-Braggovej rovnice, každá hodnota medzirovinnej vzdialenosti zodpovedá čiare na röntgenovom difrakčnom obrazci z polykryštalickej vzorky pod určitým uhlom θ (pri danej hodnote vlnovej dĺžky λ). Určitý systém čiar (difrakčné maximá) teda bude zodpovedať určitému súboru medzirovinných vzdialeností pre každú fázu v röntgenovom difrakčnom obrazci. Relatívna intenzita týchto čiar v röntgenovom difraktograme závisí predovšetkým od štruktúry fázy. Preto po určení polohy čiar na röntgenovom obrazci (jeho uhol θ) a poznaní vlnovej dĺžky žiarenia, pri ktorom bol röntgenový obrazec nasnímaný, je možné určiť hodnoty medzirovinných vzdialeností. d / n pomocou Wolfeho-Braggovho vzorca:
/ n = λ / (2 sin θ). (jeden)
Po určení súboru d / n pre skúmaný materiál a jeho porovnaní s predtým známymi údajmi d / n pre čisté látky, ich rôzne zlúčeniny, je možné určiť, ktorá fáza je tento materiál... Malo by sa zdôrazniť, že sa určujú fázy a nie chemické zloženie, ale to druhé možno niekedy odvodiť, ak existujú dodatočné údaje o elementárnom zložení konkrétnej fázy. Úloha kvalitatívnej fázovej analýzy je značne uľahčená, ak je známe chemické zloženie študovaného materiálu, pretože potom je možné urobiť predbežné predpoklady o možných v tomto prípade fázy.
Kľúčom k fázovej analýze je presné meranie d/n a intenzity čiary. Aj keď je to v zásade jednoduchšie dosiahnuť použitím difraktometra, fotometóda pre kvalitatívnu analýzu má určité výhody, predovšetkým z hľadiska citlivosti (možnosť zaznamenať prítomnosť malého množstva fázy vo vzorke), pretože ako aj jednoduchosť experimentálnej techniky.
Výpočet d/n z rôntgenového difraktogramu sa vykonáva pomocou Wolfe-Braggovej rovnice.
Ako hodnota λ v tejto rovnici sa zvyčajne používa λ α cf série K:
λ α cf = (2λ α1 + λ α2) / 3 (2)
Niekedy sa používa čiara Kα1. Určenie difrakčných uhlov θ pre všetky čiary röntgenových difrakčných obrazcov vám umožňuje vypočítať d / n podľa rovnice (1) a oddeliť β-čiary (ak tam nebol filter pre (β-lúče).
3.1 Analýza nedokonalostí kryštálovej štruktúry
Všetky skutočné monokryštalické a najmä polykryštalické materiály obsahujú určité štrukturálne nedokonalosti (bodové defekty, dislokácie, rôznych typov rozhrania, mikro- a makronapätia), ktoré majú veľmi silný vplyv na všetky štruktúrne citlivé vlastnosti a procesy.
Štrukturálne nedokonalosti spôsobujú narušenie kryštálovej mriežky rôzneho charakteru a v dôsledku toho odlišné typy zmeny v difrakčnom obrazci: zmena medziatómových a medziplanárnych vzdialeností spôsobuje posun difrakčných maxím, mikronapätia a disperzia subštruktúry vedú k rozšíreniu difrakčných maxím, mikrodistorziem mriežky - k zmene intenzity týchto maxím, prítomnosť dislokácií spôsobuje anomálne javy pri prechode RTG žiarenia a následne lokálne nehomogenity kontrastných RTG topogramov atď.
V dôsledku toho je röntgenová difrakčná analýza jednou z najinformatívnejších metód na štúdium štrukturálnych nedokonalostí, ich typu a koncentrácie a povahy ich distribúcie.
Tradičná priama metóda röntgenovej difrakcie, ktorá je implementovaná na stacionárnych difraktometroch, vďaka ich konštrukčným vlastnostiam umožňuje kvantitatívne určiť napätia a deformácie len na malých vzorkách vyrezaných z dielov alebo predmetov.
Preto sa v súčasnosti prechádza zo stacionárnych na prenosné röntgenové difraktometre malých rozmerov, ktoré poskytujú hodnotenie napätí v materiáli dielov alebo predmetov bez deštrukcie v etapách ich výroby a prevádzky.
Prenosné röntgenové difraktometre série DRP * 1 umožňujú monitorovanie zvyškových a prevádzkových napätí vo veľkých dieloch, výrobkoch a konštrukciách bez zničenia
Program v prostredí Windows umožňuje nielen zisťovať napätia metódou „sin 2 ψ“ v reálnom čase, ale aj sledovať zmeny fázového zloženia a textúry. Lineárny súradnicový detektor poskytuje súčasnú registráciu pri difrakčných uhloch 2θ = 43°. malé RTG trubice typu „Lisa“ s vysokou svietivosťou a slaby prud(5 W) zabezpečiť rádiologickú bezpečnosť zariadenia, v ktorom sa vo vzdialenosti 25 cm od ožarovaného priestoru úroveň žiarenia rovná úrovni prirodzeného pozadia. Zariadenia radu DRP sa používajú pri zisťovaní napätí v rôznych fázach obrábania kovov tlakom, pri rezaní, brúsení, tepelnom spracovaní, zváraní, povrchovom kalení za účelom optimalizácie týchto technologických operácií. Kontrola poklesu úrovne indukovaných zvyškových tlakových napätí v obzvlášť kritických výrobkoch a konštrukciách počas ich prevádzky umožňuje vyradiť výrobok z prevádzky pred jeho zničením, čím sa predchádza možným haváriám a katastrofám.
3.2 Spektrálna analýza
Spolu s určením atómovej kryštálovej štruktúry a fázového zloženia materiálu je pre jeho úplnú charakterizáciu potrebné určiť jeho chemické zloženie.
Na tieto účely sa v praxi čoraz častejšie používajú rôzne takzvané inštrumentálne metódy spektrálnej analýzy. Každý z nich má svoje výhody a oblasti použitia.
Jednou z dôležitých požiadaviek v mnohých prípadoch je, že použitá metóda zaisťuje bezpečnosť analyzovaného objektu; toto sú metódy analýzy, o ktorých sa hovorí v tejto časti. Ďalším kritériom pre výber metód analýzy opísaných v tejto časti je ich lokalita.
Metóda fluorescenčnej röntgenovej spektrálnej analýzy je založená na prenikaní pomerne tvrdého röntgenového žiarenia (z röntgenovej trubice) do analyzovaného objektu, prenikajúceho do vrstvy s hrúbkou rádovo niekoľkých mikrometrov. Charakteristické röntgenové žiarenie vznikajúce v tomto prípade v objekte umožňuje získať spriemerované údaje o jeho chemickom zložení.
Na určenie elementárneho zloženia látky môžete použiť analýzu charakteristického röntgenového spektra vzorky umiestnenej na anóde röntgenovej trubice a podrobenej elektrónovému bombardovaniu - emisnú metódu alebo analýzu spektra sekundárne (fluorescenčné) röntgenové žiarenie vzorky vystavenej tvrdému röntgenovému žiareniu z röntgenovej trubice alebo iného zdroja - fluorescenčná metóda.
Nevýhodou emisnej metódy je po prvé potreba umiestniť vzorku na anódu röntgenovej trubice s následnou evakuáciou vákuovými pumpami; je zrejmé, že táto metóda nie je vhodná pre taviteľné a prchavé látky. Druhou nevýhodou je, že aj žiaruvzdorné predmety sa poškodzujú bombardovaním elektrónmi. Fluorescenčná metóda nemá tieto nevýhody, a preto má oveľa širšie uplatnenie. Výhodou fluorescenčnej metódy je aj absencia brzdného žiarenia, čo zvyšuje citlivosť analýzy. Porovnanie nameraných vlnových dĺžok s tabuľkami spektrálnych čiar chemické prvky tvorí základ kvalitatívnej analýzy a relatívne hodnoty intenzity spektrálnych čiar rôznych prvkov, ktoré tvoria látku vzorky, tvoria základ kvantitatívnej analýzy. Z uváženia mechanizmu budenia charakteristického röntgenového žiarenia je zrejmé, že žiarenie určitej série (K alebo L, M atď.) vzniká súčasne a pomer intenzít čiar v rámci série je vždy konštantný. Prítomnosť tohto alebo toho prvku teda nie je stanovená jednotlivými riadkami, ale radom riadkov ako celku (okrem tých najslabších, berúc do úvahy obsah tohto prvku). Pre relatívne ľahké prvky sa používa analýza liniek série K, pre ťažké linky série L; v rôznych podmienkach (v závislosti od použitého zariadenia a od analyzovaných prvkov) môžu byť najvhodnejšie rôzne oblasti charakteristického spektra.
Hlavné znaky röntgenovej spektrálnej analýzy sú nasledujúce.
Jednoduchosť röntgenových charakteristických spektier aj pre ťažké prvky (v porovnaní s optickými spektrami), čo zjednodušuje analýzu (malý počet čiar; podobnosť v ich relatívnej polohe; s nárastom sériové číslo dochádza k pravidelnému posunu spektra do krátkovlnnej oblasti, čo je porovnateľná jednoduchosť vykonávania kvantitatívnej analýzy).
Nezávislosť vlnových dĺžok od stavu atómov analyzovaného prvku (voľného alebo v chemickej zlúčenine). Je to spôsobené tým, že výskyt charakteristického röntgenového žiarenia je spojený s excitáciou vnútorných elektronických úrovní, ktoré sa vo väčšine prípadov prakticky nemenia so stupňom ionizácie atómov.
Možnosť separácie pri analýze vzácnych zemín a niektorých ďalších prvkov, ktoré majú malé rozdiely v spektrách v optickom rozsahu v dôsledku podobnosti elektronickej štruktúry vonkajších obalov a veľmi málo sa líšia svojimi chemickými vlastnosťami.
Röntgenová fluorescenčná spektroskopia je „nedeštruktívna“, takže má výhodu oproti bežnej optickej spektroskopii pri analýze tenkých vzoriek – tenkého plechu, fólie atď.
Röntgenové fluorescenčné spektrometre sa stali obzvlášť široko používanými v metalurgických podnikoch a medzi nimi sú viackanálové spektrometre alebo kvantové merače, ktoré poskytujú rýchlu kvantitatívnu analýzu prvkov (od Na alebo Mg po U) s chybou menšou ako 1 % určenej hodnoty. , prah citlivosti je 10 -3 ... 10 -4 % ...
röntgenový lúč
Metódy stanovenia spektrálneho zloženia röntgenového žiarenia
Spektrometre sa delia na dva typy: kryštálovo-difrakčné a bezkryštálové.
Rozklad röntgenových lúčov do spektra pomocou prirodzeného difrakčná mriežka- krištáľ - v podstate analogický získaniu spektra lúčov bežného svetla pomocou umelej difrakčnej mriežky vo forme periodických ťahov na skle. Podmienku vzniku difrakčného maxima možno zapísať ako podmienku „odrazu“ od sústavy rovnobežných atómových rovín oddelených vzdialenosťou d hkl.
Pri vykonávaní kvalitatívnej analýzy je možné posúdiť prítomnosť jedného alebo druhého prvku vo vzorke podľa jednej čiary - zvyčajne najintenzívnejšej čiary spektrálnej série vhodnej pre daný kryštálový analyzátor. Rozlíšenie kryštálových difrakčných spektrometrov je dostatočné na oddelenie charakteristických čiar dokonca aj prvkov susediacich v polohe v periodickej tabuľke. Treba však brať do úvahy aj uloženie rôznych línií rôznych prvkov, ako aj uloženie odrazov rôznych rádov. Túto okolnosť je potrebné vziať do úvahy pri výbere analytických línií. Zároveň je potrebné využiť možnosti zlepšenia rozlíšenia zariadenia.
Záver
Röntgenové žiarenie je teda neviditeľné elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou 10 5 - 10 2 nm. Röntgenové lúče môžu preniknúť do niektorých materiálov, ktoré sú nepriepustné pre viditeľné svetlo. Vyžarujú sa pri spomaľovaní rýchlych elektrónov v hmote (spojité spektrum) a pri prechodoch elektrónov z vonkajších elektrónových obalov atómu do vnútorného (lineárne spektrum). Zdrojmi röntgenového žiarenia sú: röntgenová trubica, niektoré rádioaktívne izotopy, urýchľovače a zariadenia na uchovávanie elektrónov (synchrotrónové žiarenie). Prijímače - fotografický film, luminiscenčné obrazovky, detektory jadrového žiarenia. Röntgenové lúče sa používajú v röntgenovej štruktúrnej analýze, medicíne, detekcii chýb, röntgenovej spektrálnej analýze atď.
Po zvážení pozitívne stránky objav V. Roentgena, je potrebné poznamenať jeho škodlivý biologický účinok. Ukázalo sa, že röntgenové žiarenie môže spôsobiť niečo ako ťažké spálenie od slnka (erytém), sprevádzané však hlbším a trvalejším poškodením kože. Vredy, ktoré sa objavia, sa často menia na rakovinu. V mnohých prípadoch museli byť prsty alebo ruky amputované. Boli aj smrteľné úrazy.
Zistilo sa, že poškodeniu kože možno predísť skrátením času a dávky žiarenia použitím tienenia (napr. olova) a diaľkových ovládačov. No postupne vyšli najavo ďalšie, dlhodobejšie účinky röntgenového žiarenia, ktoré sa potom potvrdili a študovali na pokusných zvieratách. Účinky v dôsledku pôsobenia röntgenového žiarenia, ako aj iného ionizujúceho žiarenia (ako je gama žiarenie emitované rádioaktívnymi materiálmi) zahŕňajú:
) dočasné zmeny v zložení krvi po relatívne malom prebytku žiarenia;
) nezvratné zmeny v zložení krvi (hemolytická anémia) po dlhšej nadmernej expozícii;
) zvýšenie výskytu rakoviny (vrátane leukémie);
) rýchlejšie starnutie a skorá smrť;
) výskyt šedého zákalu.
Biologický účinok röntgenového žiarenia na ľudský organizmus je určený úrovňou dávky žiarenia, ako aj tým, ktorý orgán tela bol žiareniu vystavený.
Nahromadenie poznatkov o účinkoch röntgenového žiarenia na ľudský organizmus viedlo k vypracovaniu národných a medzinárodných noriem pre prípustné dávky žiarenia, publikovaných v rôznych referenčných publikáciách.
Vyhnúť sa škodlivé účinky Používajú sa metódy kontroly röntgenového žiarenia:
) dostupnosť primeraného vybavenia,
) kontrolovať dodržiavanie bezpečnostných predpisov,
) správne používanie zariadenia.
Zoznam použitých zdrojov
1) Blokhin M.A., Physics of X-rays, 2. vydanie, M., 1957;
Blokhin M.A., Metódy röntgenových spektrálnych štúdií, M., 1959;
) Röntgenové lúče. So. vyd. M.A. Blokhin, prekl. s ním. and English, M., 1960;
) Kharaja F., Všeobecný kurz Röntgenoví technici, 3. vydanie, M. - L., 1966;
) Mirkin L.I., Príručka röntgenovej štruktúrnej analýzy polykryštálov, M., 1961;
) Weinstein E.E., Kahana M.M., referenčné tabuľky röntgenovej spektroskopie, M., 1953.
) Röntgenová a elektrooptická analýza. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Učebnica. Manuál pre univerzity. - 4. vyd. Pridať. A prepracované. - M .: "MISiS", 2002. - 360 s.
Aplikácie
Príloha 1
Celkový pohľad na röntgenové trubice
Dodatok 2
Schéma röntgenovej trubice pre štrukturálnu analýzu
Schéma röntgenovej trubice pre štrukturálnu analýzu: 1 - kovová anódová miska (zvyčajne uzemnená); 2 - berýliové okná na výstup röntgenového žiarenia; 3 - termionická katóda; 4 - sklenená banka, ktorá izoluje anódovú časť trubice od katódovej; 5 - katódové vodiče, na ktoré je privedené napätie vlákna, ako aj vysoké (vzhľadom na anódu) napätie; 6 - elektrostatický systém zaostrovania elektrónov; 7 - anóda (antikatóda); 8 - odbočné potrubia pre vstup a výstup tečúcej vody chladiacej anódové sklo.
Dodatok 3
Moseleyho diagram
Moseleyho diagram pre K-, L- a M-série charakteristických röntgenových lúčov. Na vodorovnej osi je uvedené poradové číslo prvku Z, ordináta - ( S je rýchlosť svetla).
Dodatok 4
Ionizačná komora.
Obr. Rez valcovou ionizačnou komorou: 1 - valcové telo komory, ktoré slúži ako negatívna elektróda; 2 - valcová tyč slúžiaca ako kladná elektróda; 3 - izolátory.
Ryža. 2. Schéma zapínania prúdovej ionizačnej komory: V - napätie na elektródach komory; G je galvanometer, ktorý meria ionizačný prúd.
Ryža. 3. Voltampérová charakteristika ionizačnej komory.
Ryža. 4. Schéma zapínania pulznej ionizačnej komory: С - kapacita zbernej elektródy; R - odpor.
Dodatok 5
Scintilačný počítač.
Schéma scintilačného čítača: svetelné kvantá (fotóny) "vyradia" elektróny z fotokatódy; pohybom z dynódy na dynódu sa elektrónová lavína znásobuje.
Dodatok 6
Geigerov počítač - Muller.
Ryža. 1. Schéma skleneného Geiger-Müllerovho počítača: 1 - hermeticky uzavretá sklenená trubica; 2 - katóda (tenká medená vrstva na rúrke z nehrdzavejúcej ocele); 3 - výstup katódy; 4 - anóda (tenká natiahnutá niť).
Ryža. 2. Schéma zapnutia Geiger - Mullerovho počítadla.
Ryža. 3. Charakteristika počítania Geiger-Mullerovho počítača.
Dodatok 7
Proporcionálne počítadlo.
Obvod proporcionálneho čítača: a - oblasť driftu elektrónov; b - oblasť zosilnenia plynu.
Dodatok 8
Polovodičové detektory
Polovodičové detektory; citlivá oblasť je zvýraznená šrafovaním; n - polovodičová oblasť s elektronickou vodivosťou, p - s otvorom, i - s vlastnou vodivosťou; a - detektor kremíkovej povrchovej bariéry; b - driftový germánium-lítiový planárny detektor; c - lítium-germániový koaxiálny detektor.
Vyžaruje sa za účasti elektrónov, na rozdiel od žiarenia gama, ktoré je jadrové. Umelo vzniká röntgenové žiarenie silným urýchľovaním nabitých častíc a prenosom elektrónov z jednej energetickej úrovne na druhú, pričom sa uvoľňuje veľké množstvo energie. Zariadenia, ktoré je možné získať, sú röntgenové trubice a urýchľovače častíc. Jeho prirodzenými zdrojmi sú rádioaktívne nestabilné atómy a vesmírne objekty.
História objavov
Vyrobil ho v novembri 1895 Roentgen, nemecký vedec, ktorý objavil fluorescenčný efekt kyanidu bárnatého platiny počas prevádzky katódovej trubice. Podrobne opísal vlastnosti týchto lúčov, vrátane schopnosti prenikať do živého tkaniva. Vedec ich nazval X-rays, názov "X-rays" uviaznutý v Rusku neskôr.
Čím sa vyznačuje tento typ žiarenia?
Je logické, že vlastnosti tohto žiarenia sú dané jeho povahou. Elektromagnetická vlna je to, čo sú röntgenové lúče. Jeho vlastnosti sú nasledovné:
Röntgenové lúče - poškodenie
Samozrejme, v čase jeho objavenia a ešte mnoho rokov po ňom si nikto nevedel predstaviť, aké je to nebezpečné.
Kde sa používa röntgen
- Liek. Röntgenová diagnostika – „röntgen“ živých organizmov. Röntgenová terapia - vplyv na nádorové bunky.
- Veda. Kryštalografia, chémia a biochémia ich využívajú na odhalenie štruktúry látky.
- priemysel. Identifikácia defektov kovových častí.
- Bezpečnosť. Röntgenové zariadenie sa používa na detekciu nebezpečných predmetov v batožine na letiskách a iných miestach.
Pri štúdiu a praktickom využití atómových javov je jedným z kritických rolí Röntgenové lúče hrajú. Vďaka ich výskumu sa uskutočnilo mnoho objavov a vyvinuli sa metódy na analýzu látok, ktoré sa používajú v rôznych oblastiach. Tu sa pozrieme na jeden z typov röntgenových lúčov – charakteristické röntgenové lúče.
Povaha a vlastnosti röntgenového žiarenia
Röntgenové žiarenie je vysokofrekvenčná zmena stavu elektromagnetického poľa, ktorá sa šíri v priestore rýchlosťou asi 300 000 km/s, teda elektromagnetické vlny. Na škále rozsahu elektromagnetického žiarenia sa röntgenové žiarenie nachádza v rozsahu vlnových dĺžok približne od 10 -8 do 5 ∙ 10 -12 metrov, čo je o niekoľko rádov kratšie ako optické vlny. To zodpovedá frekvenciám od 3 ∙ 10 16 do 6 ∙ 10 19 Hz a energiám od 10 eV do 250 keV alebo 1,6 ∙ 10 -18 až 4 ∙ 10 -14 J. Treba poznamenať, že hranice frekvenčných rozsahov elektromagnetického žiarenia sú skôr ľubovoľné z dôvodu ich prekrývania.
Ide o interakciu zrýchlených nabitých častíc (vysokoenergetických elektrónov) s elektrickými a magnetickými poľami a s atómami hmoty.
Röntgenové fotóny majú vysoké energie a vysokú penetračnú a ionizačnú kapacitu, najmä pre tvrdé röntgenové lúče s vlnovými dĺžkami menšími ako 1 nanometer (10 -9 m).
Röntgenové lúče interagujú s hmotou, ionizujúc jej atómy, v procesoch fotoelektrického efektu (fotoabsorpcia) a nekoherentného (Comptonovho) rozptylu. Počas fotoabsorpcie mu röntgenový fotón, ktorý je absorbovaný elektrónom atómu, odovzdáva energiu. Ak jeho hodnota prekročí väzbovú energiu elektrónu v atóme, potom opustí atóm. Comptonov rozptyl je charakteristický pre tvrdšie (energetické) rtg fotóny. Časť energie absorbovaného fotónu sa minie na ionizáciu; zatiaľ čo v určitom uhle k smeru primárneho fotónu je sekundárny vyžarovaný s nižšou frekvenciou.
Druhy röntgenového žiarenia. Brzdné žiarenie
Na získanie lúčov sa používajú sklenené vákuové valce s elektródami umiestnenými vo vnútri. Potenciálny rozdiel medzi elektródami je veľmi vysoký - až stovky kilovoltov. Na volfrámovej katóde vyhrievanej prúdom termionická emisia, to znamená, že sa z neho vyžarujú elektróny, ktoré sú urýchľované rozdielom potenciálov bombardujú anódu. V dôsledku ich interakcie s atómami anódy (niekedy sa to nazýva antikatóda) vznikajú fotóny röntgenového žiarenia.
V závislosti od toho, aký proces vedie k produkcii fotónu, sa rozlišujú také typy röntgenového žiarenia, ako je brzdné žiarenie a charakteristické žiarenie.
Elektróny sa môžu pri stretnutí s anódou spomaliť, to znamená stratiť energiu v elektrických poliach jej atómov. Táto energia je emitovaná vo forme röntgenových fotónov. Takéto žiarenie sa nazýva brzdné žiarenie.
Je jasné, že podmienky brzdenia sa budú pre jednotlivé elektróny líšiť. To znamená, že rôzne množstvá ich kinetickej energie sa premieňajú na röntgenové lúče. Výsledkom je, že brzdné žiarenie zahŕňa fotóny rôznych frekvencií a podľa toho aj vlnových dĺžok. Preto je jeho spektrum spojité (spojité). Niekedy sa z tohto dôvodu nazýva aj „biele“ röntgenové žiarenie.
Energia brzdného fotónu nemôže prekročiť kinetickú energiu elektrónu, ktorý ho generuje, takže maximálna frekvencia (a najmenšia vlnová dĺžka) brzdného žiarenia zodpovedá najväčšiu hodnotu kinetická energia elektrónov dopadajúcich na anódu. Ten závisí od potenciálneho rozdielu aplikovaného na elektródy.
Existuje ďalší typ röntgenového žiarenia, ktorého zdrojom je iný proces. Toto žiarenie sa nazýva charakteristické a budeme sa mu venovať podrobnejšie.
Ako vznikajú charakteristické röntgenové lúče
Po dosiahnutí anti-katódy môže rýchly elektrón preniknúť do atómu a vyradiť akýkoľvek elektrón z jedného z nižších orbitálov, to znamená, že mu prenesie energiu dostatočnú na prekonanie potenciálnej bariéry. Ak sú však v atóme obsadenom elektrónmi vyššie energetické hladiny, voľné miesto nezostane prázdne.
Je potrebné mať na pamäti, že elektronická štruktúra atómu, ako každý energetický systém, má tendenciu minimalizovať energiu. Prázdne miesto vytvorené v dôsledku knock-outu je vyplnené elektrónom z jednej z vyšších úrovní. Jeho energia je vyššia a na nižšej úrovni vyžaruje prebytok vo forme kvanta charakteristického röntgenového žiarenia.
Elektrónová štruktúra atómu je diskrétna množina možných energetických stavov elektrónov. Preto röntgenové fotóny emitované pri výmene elektronických voľných miest môžu mať tiež iba prísne definované energetické hodnoty odrážajúce rozdiel hladiny. V dôsledku toho charakteristické röntgenové žiarenie nemá spojité spektrum, ale spektrum podobné čiare. Takéto spektrum umožňuje charakterizovať podstatu anódy - odtiaľ názov týchto lúčov. Práve kvôli spektrálnym rozdielom je jasné, čo sa myslí brzdným žiarením a charakteristickým röntgenovým žiarením.
Niekedy prebytočnú energiu atóm nevyžaruje, ale vynakladá sa na vyradenie tretieho elektrónu. K tomuto procesu – takzvanému Augerovmu efektu – dôjde skôr vtedy, keď väzbová energia elektrónu nepresiahne 1 keV. Energia uvoľneného Augerovho elektrónu závisí od štruktúry energetických hladín atómu, preto sú aj spektrá takýchto elektrónov diskrétne.
Celkový pohľad na charakteristické spektrum
V röntgenovom spektrálnom obrazci sú prítomné úzke charakteristické čiary spolu so spojitým brzdným spektrom. Ak spektrum znázorníme ako graf závislosti intenzity na vlnovej dĺžke (frekvencii), v miestach čiar uvidíme ostré vrcholy. Ich poloha závisí od materiálu anódy. Tieto vrcholy sú prítomné pri akomkoľvek potenciálnom rozdiele - ak existujú röntgenové lúče, vždy existujú aj vrcholy. S nárastom napätia na trubicových elektródach sa zvyšuje intenzita spojitého aj charakteristického röntgenového žiarenia, ale umiestnenie vrcholov a pomer ich intenzít sa nemení.
Vrcholy v röntgenových spektrách majú rovnaký vzhľad bez ohľadu na materiál antikatódy ožiarenej elektrónmi, ale pre rôzne materiály sa nachádzajú na rôznych frekvenciách, ktoré sa kombinujú v sérii podľa blízkosti frekvenčných hodnôt. Oveľa výraznejší je frekvenčný rozdiel medzi samotnými sériami. Typ maxima nijako nezávisí od toho, či je materiál anódy čistý chemický prvok alebo komplexná látka. V druhom prípade sú charakteristické röntgenové spektrá jeho základných prvkov jednoducho navrstvené na seba.
S nárastom sériového čísla chemického prvku sa všetky čiary jeho röntgenového spektra posúvajú smerom k zvýšeniu frekvencie. V tomto prípade si spektrum zachováva svoju formu.
Moseleyho zákon
Fenomén spektrálneho posunu charakteristických čiar experimentálne objavil anglický fyzik Henry Moseley v roku 1913. To mu umožnilo spojiť frekvencie maxima spektra s poradovými číslami chemických prvkov. Vlnová dĺžka charakteristického röntgenového žiarenia teda, ako sa ukázalo, môže byť jasne korelovaná s určitým prvkom. V všeobecný pohľad Moseleyho zákon možno zapísať takto: √f = (Z - S n) / n√R, kde f je frekvencia, Z je poradové číslo prvku, S n je skríningová konštanta, n je hlavné kvantové číslo a R je Rydbergova konštanta. Táto závislosť je lineárna a na Moseleyovom diagrame vyzerá ako séria priamych čiar pre každú hodnotu n.
Hodnoty n zodpovedajú jednotlivým sériám charakteristických röntgenových píkov. Moseleyho zákon umožňuje použiť namerané hodnoty vlnových dĺžok (jednoznačne súvisia s frekvenciami) maxima röntgenového spektra na stanovenie poradového čísla chemického prvku ožiareného tvrdými elektrónmi.
Štruktúra elektrónových obalov chemických prvkov je identická. Naznačuje to monotónnosť zmeny šmyku v charakteristickom spektre röntgenového žiarenia. Frekvenčný posun neodráža štrukturálne, ale energetické rozdiely medzi elektrónovými obalmi, ktoré sú jedinečné pre každý prvok.
Úloha Moseleyho zákona v atómovej fyzike
Existujú malé odchýlky od prísneho lineárneho vzťahu vyjadreného Moseleyho zákonom. Sú spojené po prvé so zvláštnosťami poradia plnenia elektrónových obalov niektorých prvkov a po druhé s relativistickými účinkami pohybu elektrónov ťažkých atómov. Navyše so zmenou počtu neutrónov v jadre (tzv. izotopový posun) sa môže poloha čiar mierne zmeniť. Tento efekt umožnil podrobne študovať atómovú štruktúru.
Význam Moseleyho zákona je mimoriadne veľký. Jeho dôsledná aplikácia na prvky Mendelejevovho periodického systému stanovila pravidelnosť zvyšovania poradového čísla pre každý malý posun charakteristických maxím. To pomohlo objasniť otázku fyzikálneho významu radového počtu prvkov. Hodnota Z nie je len číslo: je to kladný elektrický náboj jadra, ktorý je súčtom jednotkových kladných nábojov častíc, ktoré ho tvoria. Správne umiestnenie prvkov v tabuľke a prítomnosť prázdnych pozícií v nej (vtedy ešte existovali) dostali silné potvrdenie. Platnosť periodického zákona bola preukázaná.
Moseleyho zákon sa navyše stal základom, na ktorom vznikla celá oblasť experimentálneho výskumu - röntgenová spektrometria.
Štruktúra elektrónových obalov atómu
V krátkosti si pripomeňme, ako je štruktúrovaná elektrónová štruktúra Pozostáva z obalov označených písmenami K, L, M, N, O, P, Q alebo číslami od 1 do 7. Elektróny v obale sú charakterizované rovnakým princípom kvantové číslo n, ktoré určuje možné energetické hodnoty. Vo vonkajších obaloch je energia elektrónov vyššia a ionizačný potenciál pre vonkajšie elektróny je zodpovedajúcim spôsobom nižší.
Shell obsahuje jednu alebo viac podúrovní: s, p, d, f, g, h, i. V každej škrupine sa počet podúrovní zvýši o jednu oproti predchádzajúcej. Počet elektrónov v každej podúrovni a v každom obale nemôže prekročiť určitú hodnotu. Vyznačujú sa okrem hlavného kvantového čísla aj rovnakou hodnotou orbitálu, ktorá určuje tvar elektrónového oblaku. Podúrovne sú označené označením shellu, do ktorého patria, napríklad 2s, 4d atď.
Podúroveň obsahuje, ktoré sú okrem hlavnej a orbitálnej špecifikované ďalším kvantovým číslom - magnetickým, ktoré určuje priemet orbitálneho momentu elektrónu do smeru magnetického poľa. Jeden orbitál môže mať najviac dva elektróny, ktoré sa líšia hodnotou štvrtého kvantového čísla – spinového.
Pozrime sa podrobnejšie na to, ako vzniká charakteristické röntgenové žiarenie. Pretože pôvod tohto typu elektromagnetickej emisie je spojený s javmi vyskytujúcimi sa vo vnútri atómu, je najvhodnejšie ho opísať v aproximácii elektronických konfigurácií.
Mechanizmus generovania charakteristického röntgenového žiarenia
Dôvodom objavenia sa tohto žiarenia je teda vytváranie elektronických voľných miest vo vnútorných obaloch v dôsledku prenikania vysokoenergetických elektrónov hlboko do atómu. Pravdepodobnosť, že tvrdý elektrón bude interagovať, sa zvyšuje so zvyšujúcou sa hustotou elektrónových oblakov. Preto sú kolízie najpravdepodobnejšie v rámci husto nahromadených vnútorných obalov, ako je najnižší obal K. Tu sa atóm ionizuje a v 1s obale sa vytvorí voľné miesto.
Toto prázdne miesto je vyplnené elektrónom z obalu s vyššou energiou, ktorého prebytok odnesie röntgenový fotón. Tento elektrón môže „spadnúť“ z druhého obalu L, z tretieho M atď. Takto vzniká charakteristický rad, v tento príklad- Séria K. Označenie, odkiaľ pochádza elektrón, ktorý vyplnil voľné miesto, je uvedené vo forme gréckeho indexu v označení série. Alfa znamená, že pochádza z L-škrupiny, beta znamená M-škrupina. V súčasnosti existuje tendencia nahradiť grécke písmenové indexy latinskými, ktoré sa používajú na označenie lastúr.
Intenzita alfa čiary v rade je vždy najvyššia, čo znamená, že pravdepodobnosť zaplnenia voľného miesta zo susednej škrupiny je najvyššia.
Teraz môžeme odpovedať na otázku, aká je maximálna kvantová energia charakteristického röntgenového žiarenia. Je určená rozdielom v energetických hodnotách úrovní, medzi ktorými dochádza k prechodu elektrónov, podľa vzorca E = E n 2 - E n 1, kde E n 2 a E n 1 sú energie elektrónového štátov, medzi ktorými sa prechod uskutočnil. Najvyššiu hodnotu tohto parametra udávajú prechody K-série z najvyšších úrovní atómov ťažkých prvkov. Ale intenzita týchto čiar (výšky vrcholov) je najmenšia, pretože sú najmenej pravdepodobné.
Ak v dôsledku nedostatočného napätia na elektródach tvrdý elektrón nemôže dosiahnuť úroveň K, vytvorí sa vakancia na úrovni L a vytvorí sa menej energetická séria L s dlhými vlnovými dĺžkami. Nasledujúce série sa rodia podobným spôsobom.
Okrem toho, keď sa v dôsledku elektronického prechodu obsadí voľné miesto, v nadložnom obale sa objaví nové voľné miesto. Tým sa vytvárajú podmienky na generovanie ďalšej série. Elektronické voľné miesta sa pohybujú vyššie z úrovne na úroveň a atóm vyžaruje kaskádu charakteristických spektrálnych sérií, pričom zostáva ionizovaný.
Jemná štruktúra charakteristických spektier
Atómové röntgenové spektrá charakteristických röntgenových lúčov sa vyznačujú jemnou štruktúrou, ktorá sa prejavuje podobne ako v optických spektrách delením čiar.
Jemná štruktúra je spôsobená skutočnosťou, že energetická hladina - elektrónový obal - je súbor tesne umiestnených komponentov - podplášťov. Na charakterizáciu podplášťov sa zavádza ešte jedno, vnútorné kvantové číslo j, ktoré odráža interakciu vnútorných a orbitálnych magnetických momentov elektrónu.
Vplyvom interakcie spin-orbita sa energetická štruktúra atómu skomplikuje a v dôsledku toho má charakteristické röntgenové žiarenie spektrum, ktoré je charakterizované delenými čiarami s veľmi tesne rozmiestnenými prvkami.
Je zvykom označovať prvky jemnej štruktúry dodatočnými digitálnymi indexmi.
Charakteristické röntgenové žiarenie má vlastnosť, ktorá sa odráža len v jemnej štruktúre spektra. Prechod elektrónu na nižšiu energetickú hladinu nenastáva z nižšej podplášťovej vrstvy vyššej úrovne. Takáto udalosť má zanedbateľnú pravdepodobnosť.
Využitie röntgenového žiarenia v spektrometrii
Toto žiarenie, vzhľadom na jeho vlastnosti opísané Moseleyho zákonom, je základom rôznych röntgenových spektrálnych metód na analýzu látok. Pri analýze röntgenového spektra sa využíva buď difrakcia žiarenia kryštálmi (vlnodisperzná metóda), alebo detektory, ktoré sú citlivé na energiu absorbovaných rtg fotónov (energeticky disperzná metóda). Väčšina elektrónových mikroskopov je vybavená nejakým druhom röntgenového spektrometrického príslušenstva.
Disperzná spektrometria vlnových dĺžok je obzvlášť presná. Pomocou špeciálnych filtrov sa rozlišujú najintenzívnejšie vrcholy spektra, vďaka čomu je možné získať prakticky monochromatické žiarenie s presne známou frekvenciou. Materiál anódy je starostlivo vybraný, aby sa zabezpečilo získanie monochromatického lúča požadovanej frekvencie. Jeho difrakcia na kryštálovej mriežke skúmanej látky umožňuje študovať štruktúru mriežky s veľkou presnosťou. Táto metóda sa používa aj pri štúdiu DNA a iných zložitých molekúl.
Jedna z vlastností charakteristického röntgenového žiarenia sa zohľadňuje aj v gama spektrometrii. Ide o vysokú intenzitu charakteristických vrcholov. V gama spektrometroch sa používa ochrana olova proti externému žiareniu pozadia rušiacemu merania. Ale olovo, ktoré absorbuje gama kvantá, zažíva vnútornú ionizáciu, v dôsledku čoho aktívne vyžaruje v oblasti röntgenového žiarenia. Na absorpciu intenzívnych maxím charakteristického röntgenového žiarenia olova sa používa dodatočné kadmiové tienenie. Ten je zase ionizovaný a tiež vyžaruje röntgenové lúče. Na neutralizáciu charakteristických píkov kadmia sa používa tretia tieniaca vrstva - meď, ktorej maximá röntgenového žiarenia ležia mimo rozsahu pracovných frekvencií gama spektrometra.
Spektrometria využíva brzdné žiarenie aj charakteristické röntgenové lúče. Takže pri analýze látok sa absorpčné spektrá kontinuálneho röntgenového žiarenia študujú rôznymi látkami.
Objav a zásluhy v štúdiu základných vlastností röntgenového žiarenia právom patrí nemeckému vedcovi Wilhelmovi Konradovi Roentgenovi. Úžasné vlastnosti ním objavených röntgenových lúčov okamžite získali obrovskú rezonanciu vo vedeckom svete. Hoci vtedy, v roku 1895, vedec len ťažko tušil, aký úžitok a niekedy aj škodu môže röntgenové žiarenie priniesť.
Dozvieme sa v tomto článku, ako tento typ žiarenia ovplyvňuje ľudské zdravie.
Čo je röntgen
Prvá otázka, ktorá zaujímala výskumníka, bola, čo je röntgenové žiarenie? Množstvo experimentov umožnilo uistiť sa, že ide o elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou 10 -8 cm, ktoré zaberá medzipolohu medzi ultrafialovým a gama žiarením.
Röntgenové aplikácie
Všetky tieto aspekty ničivých účinkov záhadných röntgenových lúčov vôbec nevylučujú prekvapivo rozsiahle aspekty ich použitia. Kde sa používa röntgenové žiarenie?
- Štúdium štruktúry molekúl a kryštálov.
- Röntgenová detekcia chýb (v priemysle detekcia chýb vo výrobkoch).
- Metódy lekárskeho výskumu a terapie.
Najdôležitejšie aplikácie röntgenového žiarenia umožňujú veľmi krátke vlnové dĺžky celého rozsahu týchto vĺn a ich jedinečné vlastnosti.
Keďže nás zaujíma vplyv röntgenového žiarenia na ľudí, ktorí sa s ním stretávajú len pri lekárskej prehliadke alebo liečbe, ďalej sa budeme zaoberať len touto oblasťou použitia röntgenového žiarenia.
Aplikácia röntgenového žiarenia v medicíne
Napriek osobitnému významu svojho objavu si Roentgen nedal patent na jeho použitie, čím sa stal neoceniteľným darom pre celé ľudstvo. Už v prvej svetovej vojne sa používali röntgenové inštalácie, ktoré umožňovali rýchlo a presne diagnostikovať ranených. V súčasnosti existujú dve hlavné oblasti použitia röntgenového žiarenia v medicíne:
- Röntgenová diagnostika;
- Röntgenová terapia.
Röntgenová diagnostika
Röntgenová diagnostika sa používa rôznymi spôsobmi:
Poďme zistiť rozdiel medzi týmito metódami.
Všetky tieto diagnostické metódy sú založené na schopnosti röntgenového žiarenia osvetľovať fotografický film a na ich rozdielnej priepustnosti pre tkanivá a kostný skelet.
Röntgenová terapia
Schopnosť röntgenového žiarenia biologicky pôsobiť na tkanivá sa využíva v medicíne na liečbu nádorov. Ionizujúci účinok tohto žiarenia sa najaktívnejšie prejavuje v účinku na rýchlo sa deliace bunky, ktorými sú bunky zhubných nádorov.
Mali by ste si však byť vedomí vedľajších účinkov, ktoré röntgenovú terapiu nevyhnutne sprevádzajú. Faktom je, že bunky hematopoetického, endokrinného a imunitného systému sa tiež rýchlo delia. Negatívny vplyv na ne vyvoláva príznaky choroby z ožiarenia.
Účinok röntgenového žiarenia na človeka
Čoskoro po pozoruhodnom objave röntgenového žiarenia sa zistilo, že röntgenové lúče majú vplyv na ľudí.
Tieto údaje boli získané z pokusov na pokusných zvieratách, genetikovia však naznačujú, že podobné dôsledky môžu platiť aj pre ľudské telo.
Štúdium následkov röntgenového ožarovania umožnilo rozvinúť sa medzinárodné normy o prípustných dávkach žiarenia.
Dávky röntgenového žiarenia na röntgenovú diagnostiku
Mnohí pacienti po návšteve röntgenovej miestnosti pociťujú úzkosť - ako sa prijatá dávka žiarenia prejaví na ich zdraví?
Celková dávka žiarenia pre telo závisí od charakteru vykonávaného zákroku. Pre pohodlie porovnáme prijatú dávku s prirodzeným žiarením, ktoré sprevádza človeka počas jeho života.
- Rádiografia: hrudník - prijatá dávka žiarenia je ekvivalentná 10 dňom žiarenia pozadia; horný žalúdok a tenké črevo - 3 roky.
- Počítačová tomografia brušných a panvových orgánov, ako aj celého tela - 3 roky.
- Mamografia - 3 mesiace.
- Röntgen končatín je prakticky neškodný.
- Čo sa týka zubného röntgenového žiarenia, dávka žiarenia je minimálna, pretože pacient je vystavený úzko smerovanému röntgenovému lúču s krátkym trvaním žiarenia.
Tieto dávky žiarenia spĺňajú prijateľné normy, ale ak pacient pociťuje pred röntgenom úzkosť, má právo požiadať o špeciálnu ochrannú zásteru.
Vystavenie röntgenovému žiareniu u tehotných žien
Každý človek je nútený podstúpiť röntgenové vyšetrenie niekoľkokrát. Existuje však pravidlo - túto diagnostickú metódu nemožno predpísať tehotným ženám. Vyvíjajúce sa embryo je mimoriadne zraniteľné. Röntgenové lúče môžu spôsobiť abnormality chromozómov a v dôsledku toho narodenie detí s vývojovými chybami. Najzraniteľnejšie v tomto ohľade je obdobie tehotenstva do 16 týždňov. Navyše, pre budúce dieťa je najnebezpečnejšie röntgenové vyšetrenie chrbtice, panvy a brucha.
Vediac o škodlivých účinkoch röntgenového žiarenia na tehotenstvo, lekári sa ho všetkými možnými spôsobmi vyhýbajú používaniu počas tohto rozhodujúceho obdobia v živote ženy.
Existujú však vedľajšie zdroje röntgenového žiarenia:
- elektrónové mikroskopy;
- obrazoviek farebných televízorov atď.
Budúce mamičky by si mali uvedomiť nebezpečenstvo, ktoré z nich vyplýva.
Pre dojčiace matky nie je röntgenová diagnostika nebezpečná.
Čo robiť po röntgene
Aby ste sa vyhli aj tým najmenším účinkom röntgenového žiarenia, môžete vykonať niekoľko jednoduchých krokov:
- po röntgene vypite pohár mlieka - odstraňuje malé dávky žiarenia;
- veľmi praktický pohár suchého vína alebo hroznovej šťavy;
- nejaký čas po zákroku je vhodné zvýšiť podiel potravín s vysokým obsahom jódu (morské plody).
Nevyžadujú sa však žiadne lekárske postupy ani špeciálne opatrenia na odstránenie žiarenia po röntgene!
Napriek nepochybne závažným následkom vystavenia röntgenovému žiareniu netreba preceňovať jeho nebezpečenstvo pri lekárskych prehliadkach – vykonávajú sa len na určitých častiach tela a veľmi rýchlo. Výhody z nich sú mnohonásobne väčšie ako riziko tohto zákroku pre ľudský organizmus.
Röntgenové žiarenie zohráva v modernej medicíne obrovskú úlohu, história objavu röntgenového žiarenia siaha až do 19. storočia.
Röntgenové lúče sú elektromagnetické vlny, ktoré vznikajú za účasti elektrónov. Keď sú nabité častice silne zrýchlené, vytvárajú sa umelé röntgenové lúče. Prechádza špeciálnym vybavením:
- urýchľovače častíc.
História objavov
Tieto lúče vynašiel v roku 1895 nemecký vedec Roentgen: pri práci s katódovou trubicou objavil fluorescenčný efekt platinokyanidového bária. Potom tam bol popis takýchto lúčov a ich úžasná schopnosť prenikať do tkanív tela. Lúče sa začali nazývať röntgenové lúče (röntgenové lúče). Neskôr sa v Rusku nazývali röntgen.
Röntgenové lúče sú schopné preniknúť aj cez steny. Roentgen si teda uvedomil, že urobil najväčší objav v oblasti medicíny. Od tej doby sa začali formovať oddelené sekcie vo vede, ako je rádiológia a rádiológia.
Lúče sú schopné preniknúť do mäkkých tkanív, ale sú oneskorené, ich dĺžka je určená prekážkou tvrdého povrchu. Mäkké tkanivá v ľudskom tele sú koža a tvrdé tkanivá sú kosti. V roku 1901 bol vedec ocenený Nobelovou cenou.
Ešte pred objavom Wilhelma Konrada Roentgena sa však o podobnú tému zaujímali aj iní vedci. V roku 1853 študoval francúzsky fyzik Antoine-Philibert Mason vysokonapäťový výboj medzi elektródami v sklenenej trubici. Plyn, ktorý obsahoval, začal pri nízkom tlaku vyžarovať červenkastú žiaru. Odčerpanie prebytočného plynu z trubice viedlo k rozpadu žiary na zložitý sled samostatných svietiacich vrstiev, ktorých odtieň závisel od množstva plynu.
V roku 1878 William Crookes (anglický fyzik) navrhol, že fluorescencia vzniká dopadom lúčov na sklenený povrch trubice. Všetky tieto štúdie však neboli nikde publikované, takže Roentgen o takýchto objavoch nevedel. Po zverejnení jeho objavov v roku 1895 vo vedeckom časopise, kde vedec napísal, že všetky telesá sú pre tieto lúče priehľadné, aj keď vo veľmi odlišnej miere, sa o podobné experimenty začali zaujímať aj ďalší vedci. Potvrdili vynález Roentgena a začal sa ďalší vývoj a zdokonaľovanie röntgenových lúčov.
Sám Wilhelm Roentgen zverejnil ďalšie dve vedecká práca na tému röntgenové lúče v rokoch 1896 a 1897, po ktorých sa venoval ďalším aktivitám. Tak vynašli viacerí vedci, ale bol to Roentgen, kto publikoval vedecké práce na túto tému.
Princípy získavania obrazu
Vlastnosti tohto žiarenia sú určené samotnou povahou ich vzhľadu. Žiarenie vzniká v dôsledku elektromagnetickej vlny. Jeho hlavné vlastnosti sú:
- Reflexia. Ak vlna dopadne na povrch kolmo, potom sa neodrazí. V niektorých situáciách má diamant vlastnosť odrazu.
- Schopnosť preniknúť do tkaniva. Okrem toho môžu lúče prechádzať cez nepriehľadné povrchy materiálov, ako je drevo, papier atď.
- Vstrebateľnosť. Absorbancia závisí od hustoty materiálu: čím je hustejšia, tým viac ju röntgenové lúče absorbujú.
- Niektoré látky majú fluorescenciu, teda žiaru. Akonáhle sa emisia zastaví, prejde aj žiara. Ak po ukončení pôsobenia lúčov pokračuje, potom sa tento efekt nazýva fosforescencia.
- Röntgenové lúče môžu osvetliť fotografický film, rovnako ako viditeľné svetlo.
- Ak lúč prešiel vzduchom, v atmosfére dochádza k ionizácii. Tento stav sa nazýva elektricky vodivý a zisťuje sa pomocou dozimetra, ktorý nastavuje dávkový príkon žiarenia.
Žiarenie - škoda a úžitok
Keď sa objavil objav, fyzik Roentgen si ani nevedel predstaviť, aký nebezpečný je jeho vynález. V starých časoch boli všetky zariadenia, ktoré produkovali žiarenie, ďaleko od dokonalosti a v dôsledku toho sa získali veľké dávky vyžarovaných lúčov. Ľudia nechápali nebezpečenstvo takéhoto žiarenia. Hoci niektorí vedci už vtedy predložili verzie nebezpečenstva röntgenového žiarenia.
Röntgenové lúče prenikajúce do tkanív majú na ne biologický účinok. Jednotkou na meranie dávky žiarenia je röntgen za hodinu. Hlavný účinok je na ionizujúce atómy, ktoré sú vo vnútri tkanív. Tieto lúče pôsobia priamo na štruktúru DNA živej bunky. Dôsledky nekontrolovaného žiarenia zahŕňajú:
- bunková mutácia;
- výskyt nádorov;
- radiačné popáleniny;
- choroba z ožiarenia.
Kontraindikácie röntgenového vyšetrenia:
- Pacienti vo vážnom stave.
- Obdobie tehotenstva z dôvodu negatívny vplyv na plod.
- Pacienti s krvácaním alebo otvoreným pneumotoraxom.
Ako röntgen funguje a kde sa aplikuje
- V medicíne. Röntgenová diagnostika sa používa na skenovanie živých tkanív s cieľom identifikovať určité poruchy vo vnútri tela. Na odstránenie nádorových formácií sa vykonáva röntgenová terapia.
- Vo vede. Odhalí sa štruktúra látok a povaha röntgenových lúčov. Týmito otázkami sa zaoberajú také vedy ako chémia, biochémia, kryštalografia.
- V priemysle. Na zistenie porušení v kovových výrobkoch.
- Pre bezpečnosť obyvateľstva. Röntgenové lúče inštalované na letiskách a iné na verejných miestach na účely skenovania batožiny.
Lekárske využitie röntgenového žiarenia. Röntgenové lúče sa široko používajú v medicíne a zubnom lekárstve na tieto účely:
- Na diagnostiku chorôb.
- Na sledovanie metabolických procesov.
- Na liečbu mnohých chorôb.
Použitie röntgenových lúčov na lekárske účely
Okrem detekcie zlomenín kostí sa röntgenové lúče široko používajú na lekárske účely. Špecializované použitie röntgenových lúčov je na dosiahnutie nasledujúcich cieľov:
- Na zabíjanie rakovinových buniek.
- Na zníženie veľkosti nádoru.
- Na zníženie bolesti.
Napríklad rádioaktívny jód, ktorý sa používa na endokrinologické ochorenia, sa aktívne používa na rakovinu štítnej žľazy, čím pomáha mnohým ľuďom zbaviť sa tejto hroznej choroby. V súčasnosti sú na diagnostiku zložitých chorôb röntgenové lúče pripojené k počítačom, v dôsledku čoho existujú najnovšie technikyštúdie, ako je počítačová axiálna tomografia.
Toto skenovanie poskytuje lekárom farebné obrázky, ktoré zobrazujú vnútorné orgány osoby. Na identifikáciu práce vnútorné orgány stačí malá dávka žiarenia. Röntgenové lúče sú tiež široko používané vo fyzioterapii.
Základné vlastnosti röntgenového žiarenia
- Penetračná schopnosť. Všetky telesá sú priehľadné pre röntgenový lúč a stupeň priehľadnosti závisí od hrúbky telesa. Vďaka tejto vlastnosti sa lúč začal používať v medicíne na detekciu práce orgánov, prítomnosti zlomenín a cudzích telies v tele.
- Sú schopné spôsobiť, že niektoré predmety budú žiariť. Napríklad, ak sa bárium a platina nanesú na kartón, potom po prechode skenovaním lúčom bude svietiť zeleno-žlto. Ak vložíte ruku medzi röntgenovú trubicu a obrazovku, svetlo prenikne viac do kosti ako do tkaniva, takže kostné tkanivo sa na obrazovke zobrazí jasnejšie a svalové tkanivo menej jasne.
- Akcia na fotografický film. Röntgenové lúče môžu podobne ako svetlo stmaviť film, čo vám umožňuje fotografovať tieňovú stranu, ktorá sa získa pri skúmaní röntgenových lúčov tiel.
- Röntgenové lúče môžu ionizovať plyny. To umožňuje nielen nájsť lúče, ale aj odhaliť ich intenzitu meraním ionizačného prúdu v plyne.
- Majú biochemický účinok na organizmus živých bytostí. Vďaka tejto vlastnosti našli röntgenové lúče svoje široké využitie v medicíne: dokážu liečiť kožné choroby aj choroby vnútorných orgánov. V tomto prípade sa zvolí požadovaná dávka žiarenia a trvanie lúčov. Dlhodobé a nadmerné používanie takejto liečby je veľmi škodlivé a škodlivé pre telo.
V dôsledku použitia röntgenových lúčov bolo zachránených veľa životov. Röntgen pomáha nielen včas diagnostikovať ochorenie, ale metódy liečby s použitím radiačnej terapie zbavujú pacientov rôznych patológií, počnúc hyperfunkciou štítnej žľazy a končiac malígnymi nádormi kostného tkaniva.