FEDERAL AGENCY PARA SA EDUKASYON NG RUSSIAN FEDERATION
INSTITUSYON NG EDUKASYON NG ESTADO
HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION
MOSCOW STATE INSTITUTE OF STEEL AND ALLOYS
(UNIBERSIDAD NG TEKNOLOHIYA)
NOVOTROITSKY BRANCH
Kagawaran ng OEND
TRABAHO NG KURSO
Disiplina: Physics
Paksa: X-RAY
Mag-aaral: Nedorezova N.A.
Pangkat: EiU-2004-25, No. З.К.: 04Н036
Sinuri ni: Ozhegova S.M.
Panimula
Kabanata 1
1.1 Talambuhay ni Roentgen Wilhelm Conrad
1.2 Pagtuklas ng mga X-ray
Kabanata 2
2.1 Mga mapagkukunan ng X-ray
2.2 Mga Katangian ng X-ray
2.3 Pagpaparehistro ng mga X-ray
2.4 Paggamit ng X-ray
Kabanata 3
3.1 Pagsusuri ng mga di-kasakdalan ng istrukturang kristal
3.2 Pagsusuri ng spectrum
Konklusyon
Listahan ng mga mapagkukunang ginamit
Mga aplikasyon
Panimula
Ang isang bihirang tao ay hindi dumaan sa isang x-ray room. Ang mga larawang kinunan sa x-ray ay pamilyar sa lahat. Noong 1995, ang pagtuklas na ito ay 100 taong gulang. Mahirap isipin kung anong malaking interes ang napukaw nito noong isang siglo. Sa mga kamay ng isang tao ay naging isang kagamitan kung saan posible na makita ang hindi nakikita.
Ang invisible radiation na ito na may kakayahang tumagos, kahit na sa iba't ibang antas, sa lahat ng mga sangkap, na electromagnetic radiation na may wavelength na humigit-kumulang 10 -8 cm, ay tinawag na X-ray radiation, bilang parangal kay Wilhelm Roentgen na natuklasan ito.
Tulad ng nakikitang liwanag x-ray nagiging sanhi ng pag-itim ng pelikula. Ang ari-arian na ito ay may malaking kahalagahan para sa medisina, industriya at siyentipikong pananaliksik. Ang pagdaan sa bagay na pinag-aaralan at pagkatapos ay nahuhulog sa pelikula, inilalarawan ng X-ray radiation ang panloob na istraktura nito. Dahil ang penetrating power ng X-ray radiation ay iba para sa iba't ibang mga materyales, ang mga bahagi ng bagay na hindi gaanong transparent dito ay nagbibigay ng mas maliwanag na mga lugar sa litrato kaysa sa mga kung saan ang radiation ay tumagos ng mabuti. Kaya, ang mga tisyu ng buto ay hindi gaanong transparent sa x-ray kaysa sa mga tisyu na bumubuo sa balat at mga panloob na organo. Samakatuwid, sa radiograph, ang mga buto ay ipahiwatig bilang mas magaan na mga lugar at ang lugar ng bali, na hindi gaanong transparent para sa radiation, ay madaling matukoy. Ginagamit din ang X-ray imaging sa dentistry upang makita ang mga karies at abscesses sa mga ugat ng ngipin, gayundin sa industriya upang makita ang mga bitak sa castings, plastics at rubbers, sa chemistry para pag-aralan ang mga compound, at sa physics para pag-aralan ang istruktura ng mga kristal. .
Ang pagtuklas ni Roentgen ay sinundan ng mga eksperimento ng iba pang mga mananaliksik na nakatuklas ng maraming bagong katangian at mga posibilidad para sa paggamit ng radiation na ito. Isang malaking kontribusyon ang ginawa nina M. Laue, W. Friedrich, at P. Knipping, na noong 1912 ay nagpakita ng diffraction ng X-ray habang dumadaan sila sa isang kristal; W. Coolidge, na noong 1913 ay nag-imbento ng high-vacuum X-ray tube na may heated cathode; G. Moseley, na itinatag noong 1913 ang ugnayan sa pagitan ng wavelength ng radiation at atomic number ng isang elemento; G. at L. Braggy, na tumanggap ng Nobel Prize noong 1915 para sa pagbuo ng mga batayan ng X-ray pagsusuri sa istruktura.
Ito term paper ay upang pag-aralan ang kababalaghan ng x-ray radiation, ang kasaysayan ng pagtuklas, mga katangian at tukuyin ang saklaw ng aplikasyon nito.
Kabanata 1
1.1 Talambuhay ni Roentgen Wilhelm Conrad
Si Wilhelm Conrad Roentgen ay ipinanganak noong Marso 17, 1845 sa rehiyon ng hangganan ng Alemanya kasama ang Holland, sa lungsod ng Lenepe. Natanggap niya ang kanyang teknikal na edukasyon sa Zurich sa parehong Higher Technical School (Polytechnic) kung saan nag-aral si Einstein. Pinilit siya ng pagkahilig sa pisika pagkatapos umalis sa paaralan noong 1866 upang ipagpatuloy ang pisikal na edukasyon.
Noong 1868 ipinagtanggol niya ang kanyang disertasyon para sa antas ng Doktor ng Pilosopiya, nagtrabaho siya bilang isang katulong sa Departamento ng Physics, una sa Zurich, pagkatapos ay sa Giessen, at pagkatapos ay sa Strasbourg (1874-1879) kasama si Kundt. Dito dumaan si Roentgen sa isang magandang experimental school at naging first-class experimenter. Ginawa ni Roentgen ang bahagi ng mahalagang pananaliksik kasama ang kanyang estudyante, isa sa mga tagapagtatag ng pisika ng Sobyet, si A.F. Ioff.
Ang siyentipikong pananaliksik ay nauugnay sa electromagnetism, crystal physics, optics, molecular physics.
Noong 1895, natuklasan niya ang radiation na may wavelength na mas maikli kaysa sa wavelength ng ultraviolet rays (X-rays), na kalaunan ay tinawag na x-ray, at inimbestigahan ang kanilang mga katangian: ang kakayahang mag-reflect, sumipsip, mag-ionize ng hangin, atbp. Iminungkahi niya ang tamang disenyo ng tubo para sa pagkuha ng X-ray - isang inclined platinum anticathode at concave cathode: siya ang unang kumuha ng litrato gamit ang X-ray. Natuklasan niya noong 1885 ang magnetic field ng isang dielectric na gumagalaw sa isang electric field (ang tinatawag na "roentgen current"). teoryang elektroniko. Ang isang makabuluhang bilang ng mga gawa ni Roentgen ay nakatuon sa pag-aaral ng mga katangian ng mga likido, gas, kristal, electromagnetic phenomena, natuklasan ang kaugnayan sa pagitan ng mga electrical at optical phenomena sa mga kristal. Para sa pagtuklas ng mga sinag na nagdadala sa kanyang pangalan, Roentgen noong 1901 ay ang una sa mga physicist na ginawaran ng Nobel Prize.
Mula 1900 hanggang mga huling Araw buhay (namatay siya noong Pebrero 10, 1923), nagtrabaho siya sa Unibersidad ng Munich.
1.2 Pagtuklas ng mga X-ray
Katapusan ng ika-19 na siglo ay minarkahan ng pagtaas ng interes sa mga phenomena ng pagpasa ng kuryente sa pamamagitan ng mga gas. Kahit na si Faraday ay seryosong pinag-aralan ang mga phenomena na ito, na inilarawan ang iba't ibang anyo ng discharge, natuklasan ang isang madilim na espasyo sa isang maliwanag na hanay ng rarefied gas. Ang madilim na espasyo ng Faraday ay naghihiwalay sa mala-bughaw, cathode glow mula sa pinkish, anode glow.
Ang isang karagdagang pagtaas sa rarefaction ng gas ay makabuluhang nagbabago sa likas na katangian ng glow. Natuklasan ng mathematician na si Plücker (1801-1868) noong 1859, sa isang sapat na malakas na rarefaction, isang mahinang mala-bughaw na sinag ng mga sinag na nagmumula sa katod, na umaabot sa anode at nagiging sanhi ng pagkinang ng salamin ng tubo. Ang mag-aaral ni Plücker na si Gittorf (1824-1914) noong 1869 ay nagpatuloy sa pagsasaliksik ng kanyang guro at ipinakita na ang isang natatanging anino ay lilitaw sa fluorescent na ibabaw ng tubo kung ang isang solidong katawan ay inilagay sa pagitan ng katod at ng ibabaw na ito.
Goldstein (1850-1931), na pinag-aaralan ang mga katangian ng mga sinag, tinawag silang cathode rays (1876). Pagkalipas ng tatlong taon, pinatunayan ni William Crookes (1832-1919) ang materyal na kalikasan ng mga cathode ray at tinawag itong "radiant matter" - isang sangkap sa isang espesyal na ikaapat na estado. Ang kanyang ebidensya ay nakakumbinsi at malinaw. Ang mga eksperimento sa "Crookes tube" ay ipinakita. mamaya sa lahat ng pisikal na silid-aralan. Ang pagpapalihis ng cathode beam ng magnetic field sa isang Crookes tube ay naging isang klasikong demonstrasyon ng paaralan.
Gayunpaman, ang mga eksperimento sa electrical deflection ng cathode rays ay hindi masyadong nakakumbinsi. Hindi nakita ni Hertz ang gayong paglihis at dumating sa konklusyon na ang cathode ray ay isang proseso ng oscillatory sa eter. Ang estudyante ni Hertz na si F. Lenard, na nag-eksperimento sa mga cathode ray, ay nagpakita noong 1893 na dumaan sila sa isang bintana na natatakpan ng aluminum foil at nagdudulot ng pagkinang sa espasyo sa likod ng bintana. Inilaan ni Hertz ang kanyang huling artikulo, na inilathala noong 1892, sa kababalaghan ng pagdaan ng mga cathode ray sa pamamagitan ng manipis na mga katawan ng metal. Nagsimula ito sa mga salitang:
"Ang mga sinag ng cathode ay naiiba sa liwanag sa isang makabuluhang paraan sa mga tuntunin ng kanilang kakayahang tumagos sa mga solido." Inilarawan ang mga resulta ng mga eksperimento sa pagpasa ng mga cathode ray sa pamamagitan ng mga dahon ng ginto, pilak, platinum, aluminyo, atbp, sinabi ni Hertz na hindi niya ginawa. obserbahan ang anumang mga espesyal na pagkakaiba sa mga phenomena Ang mga sinag ay hindi dumadaan sa mga dahon sa isang tuwid na linya, ngunit nakakalat sa pamamagitan ng diffraction. Ang likas na katangian ng mga sinag ng cathode ay hindi pa rin malinaw.
Ito ay kasama ng gayong mga tubo ng Crookes, Lenard at iba pa na ang propesor ng Würzburg na si Wilhelm Conrad Roentgen ay nag-eksperimento sa pagtatapos ng 1895. Minsan, pagkatapos ng pagtatapos ng eksperimento, isinara niya ang tubo na may isang itim na takip ng karton, pinatay ang ilaw, ngunit hindi pinatay ang inductor na nagpapakain sa tubo, napansin niya ang glow ng screen mula sa barium cyanogen na matatagpuan malapit sa tubo. Natamaan ng pangyayaring ito, nagsimulang mag-eksperimento si Roentgen sa screen. Sa kanyang unang ulat na "On a new kind of rays", na may petsang Disyembre 28, 1895, isinulat niya ang tungkol sa mga unang eksperimentong ito: "Isang piraso ng papel na pinahiran ng barium platinum-cyanide, kapag papalapit sa isang tubo, sarado na may takip ng manipis na itim. karton na angkop na angkop dito, sa bawat paglabas ay kumikislap ito ng maliwanag na liwanag: nagsisimula itong mag-fluoresce. Nakikita ang fluorescence na may sapat na pagdidilim at hindi nakadepende kung dadalhin natin ang papel na ang gilid ay pinahiran ng barium synerogen o hindi pinahiran ng barium synerogen. Ang fluorescence ay kapansin-pansin kahit na sa layong dalawang metro mula sa tubo."
Ang maingat na pagsusuri ay nagpakita kay Roentgen "na ang itim na karton, na transparent ni sa nakikita at ultraviolet rays ng araw, o sa mga sinag ng isang electric arc, ay natagos ng isang uri ng ahente na nagdudulot ng fluorescence." Inimbestigahan ni Roentgen ang tumatagos na kapangyarihan nitong " ahente", na tinawag niyang maikli na "X-ray", para sa iba't ibang mga sangkap. Nalaman niya na ang mga sinag ay malayang dumadaan sa papel, kahoy, ebonite, manipis na mga layer ng metal, ngunit malakas na naantala ng lead.
Pagkatapos ay inilarawan niya ang kahindik-hindik na karanasan:
"Kung hawak mo ang iyong kamay sa pagitan ng discharge tube at ng screen, makikita mo ang madilim na anino ng mga buto sa malabong balangkas ng anino ng mismong kamay." Ito ang unang x-ray na pagsusuri sa katawan ng tao. Roentgen nakatanggap din ng unang x-ray sa pamamagitan ng pagkabit nito sa kanyang kamay.
Ang mga kuha na ito ay gumawa ng malaking impresyon; ang pagtuklas ay hindi pa nakumpleto, at ang X-ray diagnostics ay nagsimula na sa paglalakbay nito. "Ang aking laboratoryo ay binaha ng mga doktor na nagdadala ng mga pasyente na naghinala na sila ay may mga karayom sa iba't ibang bahagi ng katawan," ang isinulat ng Ingles na pisiko na si Schuster.
Pagkatapos ng mga unang eksperimento, matatag na itinatag ni Roentgen na ang mga X-ray ay naiiba sa mga cathode, hindi sila nagdadala ng singil at hindi pinalihis ng isang magnetic field, ngunit sila ay nasasabik ng mga cathode ray. "Ang mga X-ray ay hindi kapareho ng cathode ray, ngunit sila ay nasasabik sa kanila sa mga dingding ng salamin ng discharge tube ", isinulat ni Roentgen.
Itinatag din niya na sila ay nasasabik hindi lamang sa salamin, kundi pati na rin sa mga metal.
Sa pagbanggit sa hypothesis ng Hertz-Lenard na ang mga cathode ray ay "isang phenomenon na nagaganap sa ether," itinuro ni Roentgen na "maaari nating sabihin ang isang bagay na katulad tungkol sa ating mga sinag." Gayunpaman, nabigo siyang makita ang mga katangian ng alon ng mga sinag, ang mga ito ay "kumikilos nang iba kaysa sa kilalang ultraviolet, nakikita, infrared rays." Sa kanilang kemikal at luminescent na pagkilos, ayon kay Roentgen, sila ay katulad ng mga sinag ng ultraviolet. Sa unang mensahe , ipinahayag niya ang palagay na naiwan sa ibang pagkakataon na maaari silang maging mga longitudinal wave sa eter.
Ang pagtuklas ni Roentgen ay pumukaw ng malaking interes sa mundong siyentipiko. Ang kanyang mga eksperimento ay paulit-ulit sa halos lahat ng mga laboratoryo sa mundo. Sa Moscow sila ay inulit ni P.N. Lebedev. Sa St. Petersburg, ang imbentor ng radyo A.S. Nag-eksperimento si Popov sa X-ray, ipinakita ang mga ito sa mga pampublikong lektura, tumatanggap ng iba't ibang X-ray. Sa Cambridge D.D. Agad na inilapat ni Thomson ang ionizing effect ng X-ray upang pag-aralan ang pagpasa ng kuryente sa pamamagitan ng mga gas. Ang kanyang pananaliksik ay humantong sa pagkatuklas ng elektron.
Kabanata 2
X-ray radiation - electromagnetic ionizing radiation, na sumasakop sa spectral na rehiyon sa pagitan ng gamma at ultraviolet radiation sa loob ng mga wavelength mula 10 -4 hanggang 10 3 (mula 10 -12 hanggang 10 -5 cm).R. l. na may wavelength λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - malambot.
2.1 Mga mapagkukunan ng X-ray
Ang pinakakaraniwang pinagmumulan ng X-ray ay ang X-ray tube.
Ang mga tubo ng X-ray ay ginagamit sa pagsusuri ng istruktura ng X-ray
Ang mga pangunahing katangian ng X-ray tubes ay ang maximum na pinahihintulutang accelerating boltahe (1-500 kV), electronic na kasalukuyang (0.01 mA - 1A), tiyak na kapangyarihan na nawala ng anode (10-10 4 W / mm 2), kabuuang paggamit ng kuryente (0.002 W - 60 kW) at mga laki ng focus (1 µm - 10 mm). Ang kahusayan ng x-ray tube ay 0.1-3%.
Ang ilang radioactive isotopes ay maaari ding magsilbi bilang mga mapagkukunan ng X-ray.
Ang mga synchrotron at mga singsing na imbakan ng elektron na may mga enerhiya ng ilang GeV ay maaaring magsilbi bilang mga mapagkukunan ng malambot na X-ray na may λ sa pagkakasunud-sunod ng sampu at daan-daan. Sa intensity, ang X-ray radiation ng mga synchrotron ay lumampas sa radiation ng isang X-ray tube sa tinukoy na rehiyon ng spectrum ng 2-3 order ng magnitude.
Mga likas na pinagmumulan ng X-ray - ang Araw at iba pang mga bagay sa kalawakan.
2.2 Mga Katangian ng X-ray
Depende sa mekanismo ng pinagmulan ng X-ray, ang kanilang spectra ay maaaring tuloy-tuloy (bremsstrahlung) o linya (characteristic). Ang isang tuluy-tuloy na spectrum ng X-ray ay ibinubuga ng mga particle na mabilis na na-charge bilang resulta ng kanilang pagbabawas ng bilis kapag nakikipag-ugnayan sa mga target na atom; ang spectrum na ito ay umabot lamang sa isang makabuluhang intensity kapag ang target ay binomba ng mga electron. Ang intensity ng bremsstrahlung X-ray ay ipinamamahagi sa lahat ng frequency hanggang sa high-frequency na hangganan 0 , kung saan ang photon energy h 0 (h ay ang pare-pareho ng Planck
Ang radiation ng linya ay nangyayari pagkatapos ng ionization ng isang atom na may pagbuga ng isang electron mula sa isa sa mga panloob na shell nito. Ang nasabing ionization ay maaaring resulta ng pagbangga ng isang atom sa isang mabilis na particle, tulad ng isang electron (pangunahing x-ray), o ang pagsipsip ng isang photon ng isang atom (fluorescent x-ray). Ang ionized atom ay matatagpuan ang sarili nito sa paunang estado ng kabuuan sa isa sa mataas na antas enerhiya at pagkatapos ng 10 -16 -10 -15 segundo ay pupunta sa huling estado na may mas kaunting enerhiya. Sa kasong ito, ang isang atom ay maaaring maglabas ng labis na enerhiya sa anyo ng isang photon ng isang tiyak na dalas. Ang mga frequency ng mga linya ng spectrum ng naturang radiation ay katangian ng mga atomo ng bawat elemento, samakatuwid ang line X-ray spectrum ay tinatawag na katangian. Ang dependence ng line frequency ng spectrum na ito sa atomic number Z ay tinutukoy ng batas ng Moseley.
batas ni Moseley, ang batas na nauugnay sa dalas ng mga parang multo na linya ng katangiang paglabas ng X-ray ng isang kemikal na elemento kasama ang serial number nito. Eksperimento na inilagay ni G. Moseley
kung saan ang R ay ang Rydberg constant
Ang batas ni Moseley ay hindi masasagot na patunay ng tamang paglalagay ng mga elemento sa periodic table ng mga elemento
Alinsunod sa batas ni Moseley, ang spectra ng katangian ng X-ray ay hindi nagpapakita ng mga pana-panahong pattern na likas sa optical spectra. Ito ay nagpapahiwatig na ang panloob na mga shell ng elektron ng mga atomo ng lahat ng mga elemento na lumilitaw sa katangian ng X-ray spectra ay may katulad na istraktura.
Ang mga eksperimento sa ibang pagkakataon ay nagsiwalat ng ilang mga paglihis mula sa linear na pag-asa para sa mga pangkat ng paglipat ng mga elemento, na nauugnay sa isang pagbabago sa pagkakasunud-sunod ng pagpuno ng mga panlabas na shell ng elektron, pati na rin para sa mga mabibigat na atomo, na nagreresulta mula sa relativistic effect (kondisyon na ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang ang bilis ng mga panloob ay maihahambing sa bilis ng liwanag).
Depende sa isang bilang ng mga kadahilanan - sa bilang ng mga nucleon sa nucleus (isotonic shift), ang estado ng mga panlabas na shell ng elektron (chemical shift), atbp. - ang posisyon ng mga parang multo na linya sa Moseley diagram ay maaaring magbago nang kaunti. Ang pag-aaral ng mga pagbabagong ito ay nagpapahintulot sa isa na makakuha ng detalyadong impormasyon tungkol sa atom.
Ang mga Bremsstrahlung X-ray na ibinubuga ng napakanipis na mga target ay ganap na polarized malapit sa 0; habang bumababa ang 0, bumababa ang antas ng polariseysyon. Ang katangian ng radiation, bilang panuntunan, ay hindi polarized.
Kapag nakikipag-ugnayan ang X-ray sa bagay, maaaring mangyari ang photoelectric effect.
Kapag ang X-ray ay dumaan sa isang layer ng substance na may kapal x, ang kanilang paunang intensity I 0 ay bumababa sa halaga I = I 0 e - μ x kung saan ang μ ay ang attenuation coefficient. Ang pagpapalambing ng I ay nangyayari dahil sa dalawang proseso: ang pagsipsip ng X-ray photon sa pamamagitan ng materya at ang pagbabago sa kanilang direksyon sa pagkalat. Sa long-wavelength na rehiyon ng spectrum, ang pagsipsip ng X-ray ay nangingibabaw, sa maikling wavelength na rehiyon, ang kanilang pagkalat. Mabilis na tumataas ang antas ng pagsipsip sa pagtaas ng Z at λ. Halimbawa, ang matigas na X-ray ay malayang tumagos sa isang layer ng hangin ~ 10 cm; ang isang aluminyo na plato na 3 cm ang kapal ay nagpapahina sa mga X-ray na may λ = 0.027 ng kalahati; Ang malambot na x-ray ay makabuluhang nasisipsip sa hangin at ang paggamit at pag-aaral nito ay posible lamang sa isang vacuum o sa isang mahinang sumisipsip ng gas (halimbawa, He). Kapag ang X-ray ay nasisipsip, ang mga atomo ng isang sangkap ay na-ionize.
Ang epekto ng X-ray sa mga buhay na organismo ay maaaring maging kapaki-pakinabang o nakakapinsala, depende sa ionization na dulot ng mga ito sa mga tisyu. Dahil ang pagsipsip ng X-ray ay nakasalalay sa λ, ang kanilang intensity ay hindi maaaring magsilbi bilang isang sukatan ng biological na epekto ng X-ray. Ang mga sukat ng X-ray ay ginagamit upang sukatin ang epekto ng X-ray sa bagay.
Ang pagkalat ng X-ray sa rehiyon ng malaking Z at λ ay nangyayari pangunahin nang walang pagbabago sa λ at tinatawag na magkakaugnay na pagkakalat, at sa rehiyon ng maliit na Z at λ, bilang panuntunan, ito ay tumataas (hindi magkakaugnay na pagkakalat). Mayroong 2 uri ng incoherent na X-ray scattering - Compton at Raman. Sa Compton scattering, na may katangian ng inelastic corpuscular scattering, isang recoil electron ang lumilipad palabas ng atomic shell dahil sa enerhiya na bahagyang nawala ng X-ray photon. Sa kasong ito, ang enerhiya ng photon ay bumababa at ang direksyon nito ay nagbabago; ang pagbabago sa λ ay depende sa scattering angle. Sa panahon ng Raman na scattering ng isang high-energy X-ray photon ng isang light atom, isang maliit na bahagi ng enerhiya nito ang ginugugol sa ionization ng atom at ang direksyon ng paggalaw ng photon ay nagbabago. Ang pagbabago ng naturang mga photon ay hindi nakasalalay sa scattering angle.
Ang refractive index n para sa mga x-ray ay naiiba sa 1 sa napakaliit na halaga δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 . Ang bilis ng phase ng X-ray sa isang medium ay mas malaki kaysa sa bilis ng liwanag sa isang vacuum. Ang paglihis ng X-ray sa panahon ng paglipat mula sa isang daluyan patungo sa isa pa ay napakaliit (ilang arc minuto). Kapag ang X-ray ay nahulog mula sa isang vacuum papunta sa ibabaw ng isang katawan sa isang napakaliit na anggulo, ang kanilang kabuuang panlabas na pagmuni-muni ay nangyayari.
2.3 Pagpaparehistro ng mga X-ray
Ang mata ng tao ay hindi sensitibo sa x-ray. X-ray
Ang mga sinag ay naitala gamit ang isang espesyal na x-ray film na naglalaman ng mas mataas na halaga ng Ag, Br. Sa rehiyon λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть
искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В
области λ>5, ang sensitivity ng ordinaryong positibong pelikula ay medyo mataas, at ang mga butil nito ay mas maliit kaysa sa mga butil ng X-ray film, na nagpapataas ng resolution. Para sa λ ng pagkakasunud-sunod ng sampu at daan-daan, kumikilos lamang ang X-ray sa pinakamanipis ibabaw na layer photographic emulsion; upang mapataas ang sensitivity ng pelikula, ito ay sensitized na may luminescent oils. Sa X-ray diagnostics at flaw detection, minsan ginagamit ang electrophotography para mag-record ng X-ray.
Ang mga X-ray na may mataas na intensity ay maaaring maitala gamit ang isang ionization chamber
2.4 Paggamit ng X-ray
Ang X-ray ay pinaka-malawak na ginagamit sa gamot para sa X-ray diagnostics.
Pagsusuri ng istruktura ng X-ray
X-ray mikroskopya
Ang mga X-ray na nagmumula sa kalawakan ay nagdadala ng impormasyon tungkol sa kemikal na komposisyon ng mga cosmic na katawan at tungkol sa mga pisikal na proseso na nagaganap sa kalawakan. Ang X-ray astronomy ay tumatalakay sa pag-aaral ng cosmic x-ray
Kabanata 3
Ang isa sa mga pangunahing gawain ng pagsusuri ng X-ray diffraction ay ang pagtukoy ng tunay o bahaging komposisyon ng isang materyal. Ang pamamaraan ng X-ray diffraction ay direkta at nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na pagiging maaasahan, bilis at kamag-anak na mura. Ang pamamaraan ay hindi nangangailangan isang malaking bilang sangkap, ang pagsusuri ay maaaring isagawa nang hindi sinisira ang bahagi. Ang mga lugar ng aplikasyon ng qualitative phase analysis ay lubhang magkakaibang kapwa para sa siyentipikong pananaliksik at para sa kontrol sa produksyon. Maaari mong suriin ang komposisyon ng mga hilaw na materyales ng produksyon ng metalurhiko, mga produkto ng synthesis, pagproseso, ang resulta ng mga pagbabago sa yugto sa panahon ng thermal at chemical-thermal na paggamot, pag-aralan ang iba't ibang mga coatings, manipis na pelikula, atbp.
Ang bawat yugto, na may sariling kristal na istraktura, ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na hanay ng mga discrete na halaga ng mga interplanar na distansya d/n mula sa maximum at sa ibaba, na likas lamang sa yugtong ito. Tulad ng sumusunod mula sa Wulf-Bragg equation, ang bawat halaga ng interplanar distance ay tumutugma sa isang linya sa x-ray pattern mula sa isang polycrystalline sample sa isang tiyak na anggulo θ (sa isang ibinigay na halaga ng wavelength λ). Kaya, ang isang tiyak na sistema ng mga linya (diffraction maxima) ay tumutugma sa isang tiyak na hanay ng mga interplanar na distansya para sa bawat yugto sa pattern ng X-ray diffraction. Ang relatibong intensity ng mga linyang ito sa X-ray pattern ay pangunahing nakasalalay sa istruktura ng phase. Samakatuwid, sa pamamagitan ng pagtukoy sa lokasyon ng mga linya sa radiograph (anggulo nito θ) at pag-alam sa wavelength ng radiation kung saan kinuha ang radiograph, posibleng matukoy ang mga halaga ng mga interplanar na distansya d/n gamit ang Wulf -Bragg formula:
/n = λ/ (2sin θ). (isa)
Ang pagkakaroon ng pagtukoy sa hanay ng d/n para sa materyal na pinag-aaralan at paghahambing nito sa dating kilalang d/n data para sa mga purong sangkap, ang kanilang iba't ibang mga compound, posible na maitatag kung aling yugto ang ibinigay na materyal. Dapat itong bigyang-diin na ang mga yugto ang tinutukoy, at hindi ang kemikal na komposisyon, ngunit ang huli ay maaaring minsan ay mahihinuha kung mayroong karagdagang data sa elementong komposisyon ng isang partikular na yugto. Ang gawain ng qualitative phase analysis ay lubos na pinadali kung ang kemikal na komposisyon ng materyal na pinag-aaralan ay kilala, dahil pagkatapos ay posible na gumawa ng mga paunang pagpapalagay tungkol sa posibleng kasong ito mga yugto.
Ang susi sa phase analysis ay ang tumpak na sukatin ang d/n at line intensity. Bagaman ito ay sa prinsipyo ay mas madaling makamit gamit ang isang diffractometer, ang photomethod para sa qualitative analysis ay may ilang mga pakinabang, pangunahin sa mga tuntunin ng sensitivity (ang kakayahang makita ang pagkakaroon ng isang maliit na halaga ng bahagi sa sample), pati na rin ang pagiging simple ng ang eksperimentong teknik.
Ang pagkalkula ng d/n mula sa pattern ng X-ray ay isinasagawa gamit ang Wulf-Bragg equation.
Bilang halaga ng λ sa equation na ito, karaniwang ginagamit ang λ α cf K-series:
λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)
Minsan ginagamit ang linyang K α1. Ang pagtukoy sa mga anggulo ng diffraction θ para sa lahat ng linya ng X-ray ay nagbibigay-daan sa iyong kalkulahin ang d / n ayon sa equation (1) at paghiwalayin ang mga β-lines (kung walang filter para sa (β-ray).
3.1 Pagsusuri ng mga di-kasakdalan ng istrukturang kristal
Ang lahat ng tunay na single-crystal at higit pa sa mga polycrystalline na materyales ay naglalaman ng ilang partikular na di-kasakdalan sa istruktura (point defects, dislocations, iba't ibang uri interface, micro- at macrostresses), na may napakalakas na impluwensya sa lahat ng mga katangian at proseso na sensitibo sa istruktura.
Ang mga di-kasakdalan sa istruktura ay nagdudulot ng mga pagbaluktot ng kristal na sala-sala ng iba't ibang kalikasan at, bilang isang resulta, iba't ibang uri mga pagbabago sa pattern ng diffraction: ang pagbabago sa interatomic at interplanar na mga distansya ay nagdudulot ng pagbabago sa diffraction maxima, ang mga microstresses at dispersion ng substructure ay humahantong sa pagpapalawak ng diffraction maxima, ang mga microdistortion ng lattice ay humantong sa pagbabago sa intensity ng maxima na ito, ang pagkakaroon ng mga dislokasyon ay nagdudulot ng maanomalyang phenomena sa panahon ng pagpasa ng X-ray at, dahil dito, ang mga lokal na inhomogeneities ng contrast sa x-ray topograms, atbp.
Bilang resulta, ang pagsusuri ng X-ray diffraction ay isa sa mga pinaka-kaalaman na pamamaraan para sa pag-aaral ng mga imperpeksyon sa istruktura, ang kanilang uri at konsentrasyon, at ang likas na katangian ng kanilang pamamahagi.
Ang tradisyunal na direktang paraan ng X-ray diffraction, na ipinapatupad sa mga nakatigil na diffractometer, dahil sa kanilang mga tampok sa disenyo, ay nagbibigay-daan sa dami ng pagpapasiya ng mga stress at strains lamang sa maliliit na sample na pinutol mula sa mga bahagi o bagay.
Samakatuwid, sa kasalukuyan, mayroong isang paglipat mula sa nakatigil hanggang sa portable na maliit na laki ng X-ray diffractometer, na nagbibigay ng isang pagtatasa ng mga stress sa materyal ng mga bahagi o bagay nang walang pagkasira sa mga yugto ng kanilang paggawa at operasyon.
Ginagawang posible ng mga portable X-ray diffractometer ng serye ng DRP * 1 na kontrolin ang nalalabi at epektibong mga stress sa malalaking bahagi, produkto at istruktura nang walang pagkasira
Ang programa sa kapaligiran ng Windows ay nagbibigay-daan hindi lamang upang matukoy ang mga stress gamit ang "sin 2 ψ" na pamamaraan sa real time, ngunit din upang subaybayan ang pagbabago sa komposisyon at texture ng bahagi. Ang linear coordinate detector ay nagbibigay ng sabay-sabay na pagpaparehistro sa diffraction angles 2θ = 43°. maliit na laki ng X-ray tubes ng "Fox" na uri na may mataas na ningning at mababang kapangyarihan(5 W) tiyakin ang radiological na kaligtasan ng aparato, kung saan sa layo na 25 cm mula sa irradiated area, ang antas ng radiation ay katumbas ng antas ng natural na background. Ang mga aparato ng serye ng DRP ay ginagamit sa pagtukoy ng mga stress sa iba't ibang yugto ng pagbuo ng metal, pagputol, paggiling, paggamot sa init, hinang, pagpapatigas sa ibabaw upang ma-optimize ang mga teknolohikal na operasyong ito. Ang kontrol sa pagbaba ng antas ng induced residual compressive stresses lalo na sa mga kritikal na produkto at istruktura sa panahon ng kanilang operasyon ay ginagawang posible na alisin ang produkto sa serbisyo bago ito masira, na maiwasan ang mga posibleng aksidente at sakuna.
3.2 Pagsusuri ng spectrum
Kasama ang pagpapasiya ng istraktura ng atomic na kristal at komposisyon ng bahagi ng materyal, para sa kumpletong paglalarawan nito, obligado na matukoy ang komposisyon ng kemikal nito.
Ang iba't ibang tinatawag na instrumental na pamamaraan ng spectral analysis ay ginagamit sa pagsasanay para sa mga layuning ito. Ang bawat isa sa kanila ay may sariling mga pakinabang at aplikasyon.
Ang isa sa mga mahalagang kinakailangan sa maraming mga kaso ay ang paraan na ginamit ay nagsisiguro sa kaligtasan ng nasuri na bagay; Ito ang mga pamamaraan ng pagsusuri na tinalakay sa seksyong ito. Ang susunod na pamantayan kung saan napili ang mga pamamaraan ng pagsusuri na inilarawan sa seksyong ito ay ang kanilang lokalidad.
Ang pamamaraan ng fluorescence X-ray spectral analysis ay batay sa pagtagos ng medyo matigas na X-ray radiation (mula sa isang X-ray tube) sa nasuri na bagay, na tumagos sa isang layer na may kapal ng pagkakasunud-sunod ng ilang micrometers. Ang katangian ng X-ray radiation na nagmumula sa kasong ito sa bagay ay ginagawang posible na makakuha ng average na data sa komposisyon ng kemikal nito.
Upang matukoy ang elemental na komposisyon ng isang sangkap, maaaring gamitin ang pagsusuri ng katangian ng X-ray spectrum ng isang sample na inilagay sa anode ng isang X-ray tube at sumailalim sa electron bombardment - ang paraan ng paglabas, o ang pagsusuri ng spectrum ng pangalawang (fluorescent) X-ray radiation ng sample na sumailalim sa pag-iilaw gamit ang matitigas na X-ray mula sa X-ray tube o iba pang pinagmulan - fluorescent na paraan.
Ang kawalan ng paraan ng paglabas ay, una, ang pangangailangan na ilagay ang sample sa anode ng X-ray tube, na sinusundan ng paglisan gamit ang mga vacuum pump; malinaw naman, ang pamamaraang ito ay hindi angkop para sa mga fusible at pabagu-bagong sangkap. Ang pangalawang disbentaha ay nauugnay sa katotohanan na kahit na ang mga refractory na bagay ay nasira ng pambobomba ng elektron. Ang fluorescent na paraan ay libre mula sa mga pagkukulang na ito at samakatuwid ay may mas malawak na aplikasyon. Ang bentahe ng paraan ng pag-ilaw ay ang kawalan din ng bremsstrahlung, na nagpapabuti sa pagiging sensitibo ng pagsusuri. Paghahambing ng mga sinusukat na wavelength sa mga talahanayan ng mga parang multo na linya mga elemento ng kemikal bumubuo ng batayan ng qualitative analysis, at ang relatibong intensity ng spectral lines ng iba't ibang elemento na bumubuo sa substance ng sample ay bumubuo ng batayan ng quantitative analysis. Mula sa pagsasaalang-alang sa mekanismo ng paggulo ng katangian ng X-ray radiation, malinaw na ang mga radiation ng isa o ibang serye (K o L, M, atbp.) ay bumangon nang sabay-sabay, at ang ratio ng mga intensity ng linya sa loob ng serye ay palaging pare-pareho. Samakatuwid, ang pagkakaroon ng ito o ang elementong iyon ay itinatag hindi ng mga indibidwal na linya, ngunit sa pamamagitan ng isang serye ng mga linya sa kabuuan (maliban sa mga pinakamahina, na isinasaalang-alang ang nilalaman ng elementong ito). Para sa medyo magaan na elemento, ang pagsusuri ng mga linya ng K-series ay ginagamit, para sa mabibigat na elemento, ang mga linya ng L-series; sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon (depende sa kagamitan na ginamit at sa mga nasuri na elemento), ang iba't ibang mga rehiyon ng spectrum ng katangian ay maaaring pinaka-maginhawa.
Ang mga pangunahing tampok ng pagsusuri ng spectral ng X-ray ay ang mga sumusunod.
Ang pagiging simple ng spectra ng katangian ng X-ray kahit na para sa mabibigat na elemento (kumpara sa optical spectra), na pinapasimple ang pagsusuri (maliit na bilang ng mga linya; pagkakapareho sa kanilang pagkakaayos; na may pagtaas serial number mayroong isang regular na paglilipat ng spectrum sa maikling-wavelength na rehiyon, ang comparative na pagiging simple ng quantitative analysis).
Kalayaan ng mga wavelength mula sa estado ng mga atomo ng nasuri na elemento (libre o sa isang kemikal na tambalan). Ito ay dahil sa ang katunayan na ang paglitaw ng katangian ng X-ray radiation ay nauugnay sa paggulo ng mga panloob na antas ng elektroniko, na sa karamihan ng mga kaso ay halos hindi nagbabago sa antas ng ionization ng mga atomo.
Ang posibilidad ng paghihiwalay sa pagsusuri ng bihirang lupa at ilang iba pang mga elemento na may maliit na pagkakaiba sa spectra sa optical range dahil sa pagkakapareho ng elektronikong istraktura ng mga panlabas na shell at naiiba nang kaunti sa kanilang mga kemikal na katangian.
Ang X-ray fluorescence spectroscopy ay "non-destructive", kaya ito ay may kalamangan kaysa sa conventional optical spectroscopy kapag sinusuri ang mga manipis na sample - manipis na metal sheet, foil, atbp.
X-ray fluorescence spectrometers, kasama ng mga ito multichannel spectrometers o quantometers, na nagbibigay ng express quantitative analysis ng mga elemento (mula Na o Mg hanggang U) na may error na mas mababa sa 1% ng tinukoy na halaga, isang sensitivity threshold na 10 -3 ... 10 -4% .
x-ray beam
Mga pamamaraan para sa pagtukoy ng spectral na komposisyon ng x-ray
Ang mga spectrometer ay nahahati sa dalawang uri: crystal-diffraction at crystalless.
Pagbulok ng X-ray sa isang spectrum gamit ang natural rehas na bakal- kristal - mahalagang katulad sa pagkuha ng isang spectrum ng mga ordinaryong light ray gamit ang isang artipisyal na diffraction grating sa anyo ng mga panaka-nakang stroke sa salamin. Ang kundisyon para sa pagbuo ng maximum na diffraction ay maaaring isulat bilang kundisyon ng "reflection" mula sa isang sistema ng parallel atomic planes na pinaghihiwalay ng distansya d hkl .
Kapag nagsasagawa ng isang pagsusuri ng husay, maaaring hatulan ng isa ang pagkakaroon ng isang elemento sa isang sample sa pamamagitan ng isang linya - kadalasan ang pinaka matinding linya ng serye ng parang multo na angkop para sa isang naibigay na kristal na analyzer. Ang resolution ng crystal diffraction spectrometers ay sapat na upang paghiwalayin ang mga katangiang linya kahit ng mga elementong katabi ng posisyon sa periodic table. Gayunpaman, kinakailangan ding isaalang-alang ang pagpapataw ng iba't ibang linya ng iba't ibang elemento, pati na rin ang pagpapataw ng mga pagmuni-muni ng iba't ibang mga order. Ang sitwasyong ito ay dapat isaalang-alang kapag pumipili ng mga analytical na linya. Kasabay nito, kinakailangang gamitin ang mga posibilidad ng pagpapabuti ng resolution ng device.
Konklusyon
Kaya, ang mga x-ray ay invisible electromagnetic radiation na may wavelength na 10 5 - 10 2 nm. Ang mga X-ray ay maaaring tumagos sa ilang mga materyales na malabo sa nakikitang liwanag. Ang mga ito ay ibinubuga sa panahon ng pagbabawas ng bilis ng mga mabibilis na electron sa bagay (patuloy na spectrum) at sa panahon ng mga transisyon ng mga electron mula sa mga panlabas na electron shell ng atom patungo sa mga panloob (linear spectrum). Ang mga pinagmumulan ng X-ray radiation ay: X-ray tube, ilang radioactive isotopes, accelerators at accumulators ng mga electron (synchrotron radiation). Mga Receiver - pelikula, luminescent screen, nuclear radiation detector. Ginagamit ang mga X-ray sa pagsusuri ng X-ray diffraction, gamot, pagtuklas ng kapintasan, pagsusuri ng spectral ng X-ray, atbp.
Napag-isipan positibong panig ang pagtuklas ng V. Roentgen, kinakailangang tandaan ang nakakapinsalang biological effect nito. Ito ay lumabas na ang X-ray ay maaaring maging sanhi ng isang bagay tulad ng isang matinding sunburn (erythema), na sinamahan, gayunpaman, ng mas malalim at mas permanenteng pinsala sa balat. Ang paglitaw ng mga ulser ay kadalasang nagiging kanser. Sa maraming kaso, kailangang putulin ang mga daliri o kamay. May mga namatay din.
Napag-alaman na ang mga sugat sa balat ay maiiwasan sa pamamagitan ng pagbabawas ng oras at dosis ng pagkakalantad, gamit ang shielding (hal. lead) at remote control. Ngunit unti-unting nahayag ang iba, mas pangmatagalang epekto ng pagkakalantad sa X-ray, na pagkatapos ay nakumpirma at pinag-aralan sa mga eksperimentong hayop. Ang mga epekto dahil sa X-ray at iba pang ionizing radiation (tulad ng gamma rays na ibinubuga ng mga radioactive na materyales) ay kinabibilangan ng:
) pansamantalang pagbabago sa komposisyon ng dugo pagkatapos ng medyo maliit na labis na pagkakalantad;
) hindi maibabalik na mga pagbabago sa komposisyon ng dugo (hemolytic anemia) pagkatapos ng matagal na labis na pagkakalantad;
) isang pagtaas sa saklaw ng kanser (kabilang ang leukemia);
) mas mabilis na pagtanda at maagang pagkamatay;
) ang paglitaw ng mga katarata.
Ang biological na epekto ng X-ray sa katawan ng tao ay tinutukoy ng antas ng dosis ng radiation, gayundin kung saan ang partikular na organ ng katawan ay nalantad sa radiation.
Ang akumulasyon ng kaalaman tungkol sa mga epekto ng X-ray radiation sa katawan ng tao ay humantong sa pagbuo ng pambansa at internasyonal na mga pamantayan para sa pinahihintulutang dosis ng radiation, na inilathala sa iba't ibang mga publikasyong sanggunian.
Para maiwasan masamang epekto Ginagamit ang mga paraan ng pagkontrol ng X-ray radiation:
) pagkakaroon ng sapat na kagamitan,
) pagsubaybay sa pagsunod sa mga regulasyon sa kaligtasan,
) wastong paggamit ng kagamitan.
Listahan ng mga mapagkukunang ginamit
1) Blokhin M.A., Physics of X-rays, 2nd ed., M., 1957;
) Blokhin M.A., Mga Paraan ng X-ray spectral studies, M., 1959;
) X-ray. Sab. ed. M.A. Blokhin, trans. Kasama siya. at English, M., 1960;
) Kharaja F., Pangkalahatang kurso X-ray engineering, 3rd ed., M. - L., 1966;
) Mirkin L.I., Handbook ng X-ray diffraction analysis ng polycrystals, M., 1961;
) Weinstein E.E., Kakhana M.M., Mga talahanayan ng sanggunian sa X-ray spectroscopy, M., 1953.
) X-ray at electron-optical analysis. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Allowance para sa mga unibersidad. - ika-4 na ed. Idagdag. At isang reworker. - M.: "MISiS", 2002. - 360 p.
Mga aplikasyon
Annex 1
Pangkalahatang view ng X-ray tubes
Annex 2
Scheme ng X-ray tube para sa structural analysis
Scheme ng X-ray tube para sa structural analysis: 1 - metal anode glass (karaniwan ay grounded); 2 - mga bintana na gawa sa beryllium para sa x-ray na output; 3 - thermionic cathode; 4 - salamin bombilya, isolating ang anode bahagi ng tubo mula sa katod; 5 - mga terminal ng katod, kung saan inilalapat ang boltahe ng filament, pati na rin ang mataas (kamag-anak sa anode) boltahe; 6 - electrostatic system para sa pagtutok ng mga electron; 7 - anode (anticathode); 8 - mga tubo ng sangay para sa input at output ng tumatakbong tubig na nagpapalamig sa anode glass.
Appendix 3
Diagram ng Moseley
Moseley diagram para sa K-, L- at M-series ng mga katangiang X-ray. Ipinapakita ng abscissa ang serial number ng elementong Z, ang ordinate - ( Sa ay ang bilis ng liwanag).
Appendix 4
Ionization chamber.
Fig.1. Seksyon ng isang cylindrical ionization chamber: 1 - cylindrical body ng chamber, na nagsisilbing negatibong elektrod; 2 - cylindrical rod na nagsisilbing positibong elektrod; 3 - mga insulator.
kanin. 2. Scheme ng paglipat sa kasalukuyang ionization chamber: V - boltahe sa mga electrodes ng kamara; Ang G ay isang galvanometer na sumusukat sa kasalukuyang ionization.
kanin. 3. Katangian ng kasalukuyang boltahe ng silid ng ionization.
kanin. 4. Scheme ng paglipat sa pulsed ionization chamber: C - capacitance ng collecting electrode; Ang R ay paglaban.
Appendix 5
Counter ng scintillation.
Scheme ng scintillation counter: light quanta (photon) "knock out" electron mula sa photocathode; paglipat mula sa dynode patungo sa dynode, dumarami ang electron avalanche.
Appendix 6
Geiger-Muller counter.
kanin. 1. Scheme ng isang glass Geiger-Muller counter: 1 - hermetically sealed glass tube; 2 - katod (isang manipis na layer ng tanso sa isang hindi kinakalawang na asero tube); 3 - output ng katod; 4 - anode (manipis na nakaunat na sinulid).
kanin. 2. Scheme ng paglipat sa Geiger-Muller counter.
kanin. 3. Ang katangian ng pagbibilang ng Geiger-Muller counter.
Appendix 7
proporsyonal na counter.
Scheme ng isang proporsyonal na counter: a - electron drift region; b - lugar ng pagpapalakas ng gas.
Appendix 8
Mga detektor ng semiconductor
Mga detektor ng semiconductor; ang sensitibong lugar ay na-highlight sa pamamagitan ng pagpisa; n - rehiyon ng isang semiconductor na may electronic conductivity, p - na may butas, i - na may intrinsic na pagpapadaloy; a - silicon surface-barrier detector; b - drift germanium-lithium planar detector; c - germanium-lithium coaxial detector.
Ang mga ito ay ibinubuga sa paglahok ng mga electron, sa kaibahan sa gamma radiation, na nuclear. Ang mga artipisyal na X-ray ay nilikha sa pamamagitan ng malakas na pagpapabilis ng mga sisingilin na particle at sa pamamagitan ng paglipat ng mga electron mula sa isang antas ng enerhiya patungo sa isa pa, na naglalabas ng malaking halaga ng enerhiya. Ang mga device na maaaring makuha ay X-ray tubes at particle accelerators. Ang mga likas na pinagmumulan nito ay radioactively unstable atoms at space objects.
Kasaysayan ng pagtuklas
Ginawa ito noong Nobyembre 1895 ni Roentgen, isang German scientist na natuklasan ang fluorescence effect ng barium platinum cyanide sa panahon ng operasyon ng isang cathode ray tube. Inilarawan niya ang mga katangian ng mga sinag na ito sa ilang detalye, kabilang ang kakayahang tumagos sa buhay na tisyu. Tinawag silang X-ray ng siyentipiko, ang pangalang "X-ray" ay nag-ugat sa Russia mamaya.
Ano ang katangian ng ganitong uri ng radiation
Ito ay lohikal na ang mga tampok ng radiation na ito ay dahil sa likas na katangian nito. Ang isang electromagnetic wave ay kung ano ang X-ray. Ang mga katangian nito ay ang mga sumusunod:
X-ray radiation - pinsala
Siyempre, sa oras ng pagtuklas at sa loob ng maraming taon pagkatapos nito, walang naisip kung gaano ito mapanganib.
Saan ginagamit ang x-ray?
- Ang gamot. X-ray diagnostics - "transmission" ng mga buhay na organismo. X-ray therapy - ang epekto sa mga selula ng tumor.
- Ang agham. Ginagamit ang mga ito ng crystallography, chemistry at biochemistry upang ipakita ang istruktura ng bagay.
- Industriya. Pagtuklas ng mga depekto sa mga bahagi ng metal.
- Kaligtasan. Ginagamit ang X-ray equipment para makita ang mga mapanganib na bagay sa mga bagahe sa mga paliparan at iba pang lugar.
Sa pag-aaral at praktikal na paggamit ng atomic phenomena, isa sa mga kritikal na tungkulin naglalaro ng x-ray. Salamat sa kanilang pananaliksik, maraming mga pagtuklas ang ginawa at ang mga pamamaraan para sa pagsusuri ng mga sangkap ay binuo, na ginagamit sa iba't ibang larangan. Dito ay isasaalang-alang natin ang isa sa mga uri ng X-ray - mga katangian ng X-ray.
Kalikasan at katangian ng X-ray
Ang X-ray radiation ay isang mataas na dalas na pagbabago sa estado ng isang electromagnetic field na nagpapalaganap sa espasyo sa bilis na humigit-kumulang 300,000 km / s, iyon ay, mga electromagnetic wave. Sa sukat ng saklaw ng electromagnetic radiation, ang mga X-ray ay matatagpuan sa hanay ng wavelength mula sa humigit-kumulang 10 -8 hanggang 5∙10 -12 metro, na ilang mga order ng magnitude na mas maikli kaysa sa mga optical wave. Ito ay tumutugma sa mga frequency mula 3∙10 16 hanggang 6∙10 19 Hz at energies mula 10 eV hanggang 250 keV, o 1.6∙10 -18 hanggang 4∙10 -14 J. Dapat tandaan na ang mga hangganan ng mga saklaw ng dalas ng Ang electromagnetic radiation ay medyo conventional dahil sa kanilang overlap.
Ay ang pakikipag-ugnayan ng mga pinabilis na sisingilin na mga particle (mga electron na may mataas na enerhiya) na may mga electric at magnetic field at sa mga atomo ng bagay.
Ang mga X-ray photon ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na enerhiya at mataas na penetrating at ionizing power, lalo na para sa mga matitigas na X-ray na may mga wavelength na mas mababa sa 1 nanometer (10 -9 m).
Ang X-ray ay nakikipag-ugnayan sa bagay, na nag-ionize ng mga atomo nito, sa mga proseso ng photoelectric effect (photoabsorption) at incoherent (Compton) scattering. Sa photoabsorption, ang isang X-ray photon, na sinisipsip ng isang electron ng isang atom, ay naglilipat ng enerhiya dito. Kung ang halaga nito ay lumampas sa nagbubuklod na enerhiya ng isang elektron sa isang atom, pagkatapos ay umalis ito sa atom. Ang pagkalat ng compton ay katangian ng mas mahirap (energetic) na X-ray photon. Ang bahagi ng enerhiya ng hinihigop na photon ay ginugol sa ionization; sa kasong ito, sa isang tiyak na anggulo sa direksyon ng pangunahing photon, ang pangalawang photon ay ibinubuga, na may mas mababang dalas.
Mga uri ng X-ray radiation. Bremsstrahlung
Upang makakuha ng mga sinag, ginagamit ang mga bote ng vacuum na salamin na may mga electrodes na matatagpuan sa loob. Ang potensyal na pagkakaiba sa mga electrodes ay kailangang napakataas - hanggang sa daan-daang kilovolt. Sa isang tungsten cathode na pinainit ng kasalukuyang, thermionic emission, iyon ay, ang mga electron ay ibinubuga mula dito, na, pinabilis ng potensyal na pagkakaiba, binomba ang anode. Bilang resulta ng kanilang pakikipag-ugnayan sa mga atomo ng anode (minsan ay tinatawag na anticathode), ang mga X-ray photon ay ipinanganak.
Depende sa kung anong proseso ang humahantong sa pagsilang ng isang photon, mayroong mga uri ng X-ray radiation bilang bremsstrahlung at katangian.
Ang mga electron, na nakikipagkita sa anode, ay maaaring bumagal, iyon ay, mawalan ng enerhiya sa mga electric field ng mga atom nito. Ang enerhiya na ito ay ibinubuga sa anyo ng mga X-ray photon. Ang nasabing radiation ay tinatawag na bremsstrahlung.
Malinaw na ang mga kondisyon ng pagpepreno ay mag-iiba para sa mga indibidwal na electron. Nangangahulugan ito na ang iba't ibang halaga ng kanilang kinetic energy ay na-convert sa X-ray. Bilang resulta, ang bremsstrahlung ay kinabibilangan ng mga photon ng iba't ibang frequency at, nang naaayon, mga wavelength. Samakatuwid, ang spectrum nito ay tuloy-tuloy (continuous). Minsan sa kadahilanang ito ay tinatawag din itong "puting" X-ray.
Ang enerhiya ng bremsstrahlung photon ay hindi maaaring lumampas sa kinetic energy ng electron na bumubuo nito, upang ang maximum frequency (at pinakamaliit na wavelength) ng bremsstrahlung ay tumutugma sa pinakamataas na halaga kinetic energy ng mga electron na insidente sa anode. Ang huli ay nakasalalay sa potensyal na pagkakaiba na inilapat sa mga electrodes.
May isa pang uri ng X-ray na nagmumula sa ibang proseso. Ang radiation na ito ay tinatawag na katangian, at tatalakayin natin ito nang mas detalyado.
Paano ginagawa ang mga katangian ng X-ray
Ang pagkakaroon ng maabot ang anticathode, ang isang mabilis na elektron ay maaaring tumagos sa loob ng atom at patumbahin ang anumang elektron mula sa isa sa mga mas mababang orbital, iyon ay, ilipat dito ang enerhiya na sapat upang mapagtagumpayan ang potensyal na hadlang. Gayunpaman, kung mayroong mas mataas na antas ng enerhiya na inookupahan ng mga electron sa atom, ang bakanteng lugar ay hindi mananatiling walang laman.
Dapat alalahanin na ang elektronikong istraktura ng atom, tulad ng anumang sistema ng enerhiya, ay naglalayong bawasan ang enerhiya. Ang bakante na nabuo bilang isang resulta ng knockout ay napuno ng isang electron mula sa isa sa mga mas mataas na antas. Ang enerhiya nito ay mas mataas, at, na sumasakop sa isang mas mababang antas, ito ay nagpapalabas ng labis sa anyo ng isang dami ng katangian ng X-ray radiation.
Ang elektronikong istraktura ng isang atom ay isang discrete set ng mga posibleng estado ng enerhiya ng mga electron. Samakatuwid, ang mga X-ray photon na ibinubuga sa panahon ng pagpapalit ng mga bakante ng elektron ay maaari ding magkaroon lamang ng mahigpit na tinukoy na mga halaga ng enerhiya, na sumasalamin sa pagkakaiba ng antas. Bilang resulta, ang katangian ng X-ray radiation ay may spectrum na hindi tuluy-tuloy, ngunit isang uri ng linya. Ang ganitong spectrum ay ginagawang posible na makilala ang sangkap ng anode - samakatuwid ang pangalan ng mga sinag na ito. Ito ay tiyak na dahil sa mga pagkakaiba-iba ng parang multo na malinaw kung ano ang ibig sabihin ng bremsstrahlung at mga katangian ng X-ray.
Minsan ang labis na enerhiya ay hindi ibinubuga ng atom, ngunit ginugol sa pag-knock out sa ikatlong elektron. Ang prosesong ito - ang tinatawag na Auger effect - ay mas malamang na mangyari kapag ang electron binding energy ay hindi lalampas sa 1 keV. Ang enerhiya ng inilabas na Auger electron ay nakasalalay sa istraktura ng mga antas ng enerhiya ng atom, kaya ang spectra ng naturang mga electron ay discrete din.
Pangkalahatang pagtingin sa spectrum ng katangian
Ang makitid na mga linya ng katangian ay naroroon sa X-ray spectral pattern kasama ng tuloy-tuloy na bremsstrahlung spectrum. Kung kinakatawan natin ang spectrum bilang isang plot ng intensity kumpara sa wavelength (frequency), makikita natin ang matalim na mga taluktok sa mga lokasyon ng mga linya. Ang kanilang posisyon ay nakasalalay sa materyal na anode. Ang mga maxima na ito ay naroroon sa anumang potensyal na pagkakaiba - kung mayroong X-ray, palaging may mga peak din. Sa pagtaas ng boltahe sa mga electrodes ng tubo, ang intensity ng parehong tuluy-tuloy at katangian ng X-ray radiation ay tumataas, ngunit ang lokasyon ng mga taluktok at ang ratio ng kanilang mga intensity ay hindi nagbabago.
Ang mga taluktok sa X-ray spectra ay may parehong hugis anuman ang materyal ng anti-cathode na irradiated ng mga electron, ngunit para sa iba't ibang mga materyales ay matatagpuan sila sa iba't ibang mga frequency, na nagkakaisa sa serye ayon sa kalapitan ng mga halaga ng dalas. Sa pagitan ng mga serye mismo, ang pagkakaiba sa mga frequency ay mas makabuluhan. Ang hugis ng maxima ay hindi nakasalalay sa anumang paraan kung ang anode na materyal ay kumakatawan sa isang purong kemikal na elemento o kung ito ay isang kumplikadong sangkap. Sa huling kaso, ang katangian ng X-ray spectra ng mga elementong nasasakupan nito ay nakapatong lamang sa isa't isa.
Sa pagtaas ng atomic number ng isang kemikal na elemento, ang lahat ng linya ng X-ray spectrum nito ay inililipat patungo sa pagtaas ng dalas. Ang spectrum ay nagpapanatili ng anyo nito.
batas ni Moseley
Ang kababalaghan ng parang multo na pagbabago ng mga linya ng katangian ay eksperimento na natuklasan ng English physicist na si Henry Moseley noong 1913. Ito ay nagpapahintulot sa kanya na iugnay ang mga frequency ng maxima ng spectrum sa mga ordinal na numero ng mga elemento ng kemikal. Kaya, ang haba ng daluyong ng katangian ng X-ray radiation, tulad ng nangyari, ay maaaring malinaw na maiugnay sa isang partikular na elemento. V pangkalahatang pananaw Ang batas ni Moseley ay maaaring isulat tulad ng sumusunod: √f = (Z - S n)/n√R, kung saan f ang frequency, Z ang atomic number ng elemento, S n ang screening constant, n ang principal quantum number , at ang R ay ang Rydberg constant. Ang relasyon na ito ay linear at lumilitaw sa Moseley diagram bilang isang serye ng mga tuwid na linya para sa bawat halaga ng n.
Ang mga halaga ng n ay tumutugma sa indibidwal na serye ng mga katangian ng X-ray peak. Ang batas ni Moseley ay nagpapahintulot sa isa na matukoy ang serial number ng isang kemikal na elemento na na-irradiated ng matitigas na electron mula sa mga sinusukat na wavelength (natatangi silang nauugnay sa mga frequency) ng X-ray spectrum maxima.
Ang istraktura ng mga shell ng elektron ng mga elemento ng kemikal ay magkapareho. Ito ay ipinahiwatig ng monotonicity ng pagbabago ng shift sa spectrum ng katangian ng X-ray. Ang frequency shift ay hindi sumasalamin sa istruktura, ngunit ang mga pagkakaiba sa enerhiya sa pagitan ng mga shell ng elektron, na natatangi para sa bawat elemento.
Ang papel ng batas ni Moseley sa atomic physics
Mayroong maliit na paglihis mula sa mahigpit na linear na relasyon na ipinahayag ng batas ni Moseley. Ang mga ito ay konektado, una, sa mga kakaibang pagkakasunud-sunod ng pagpuno ng mga shell ng elektron sa ilang mga elemento, at, pangalawa, sa mga relativistic na epekto ng paggalaw ng mga electron sa mabibigat na atomo. Bilang karagdagan, kapag ang bilang ng mga neutron sa nucleus ay nagbabago (ang tinatawag na isotopic shift), ang posisyon ng mga linya ay maaaring bahagyang magbago. Ang epektong ito ay naging posible upang pag-aralan ang atomic na istraktura nang detalyado.
Ang kahalagahan ng batas ni Moseley ay lubhang dakila. Ang pare-parehong aplikasyon nito sa mga elemento ng periodic system ni Mendeleev ay nagtatag ng pattern ng pagtaas ng serial number ayon sa bawat maliit na pagbabago sa katangian na maxima. Nag-ambag ito sa paglilinaw ng tanong ng pisikal na kahulugan ng ordinal na bilang ng mga elemento. Ang halaga ng Z ay hindi lamang isang numero: ito ay ang positibong singil ng kuryente ng nucleus, na siyang kabuuan ng mga positibong singil ng yunit ng mga particle na bumubuo dito. Ang tamang paglalagay ng mga elemento sa talahanayan at ang pagkakaroon ng mga walang laman na posisyon sa loob nito (noon ay umiiral pa rin sila) ay nakatanggap ng malakas na kumpirmasyon. Napatunayan ang bisa ng periodic law.
Bilang karagdagan, ang batas ni Moseley ay naging batayan kung saan lumitaw ang isang buong lugar ng eksperimentong pananaliksik - X-ray spectrometry.
Ang istraktura ng mga shell ng elektron ng atom
Alalahanin natin sa madaling sabi kung paano nakaayos ang electron. Binubuo ito ng mga shell, na tinutukoy ng mga titik K, L, M, N, O, P, Q, o mga numero mula 1 hanggang 7. Ang mga electron sa loob ng shell ay nailalarawan ng parehong pangunahing quantum number n, na tumutukoy sa mga posibleng halaga ng enerhiya. Sa mga panlabas na shell, ang enerhiya ng mga electron ay mas mataas, at ang potensyal ng ionization para sa mga panlabas na electron ay katumbas na mas mababa.
Kasama sa shell ang isa o higit pang mga sublevel: s, p, d, f, g, h, i. Sa bawat shell, ang bilang ng mga sublevel ay tumataas ng isa kumpara sa nauna. Ang bilang ng mga electron sa bawat sublevel at sa bawat shell ay hindi maaaring lumampas sa isang tiyak na halaga. Ang mga ito ay nailalarawan, bilang karagdagan sa pangunahing quantum number, sa pamamagitan ng parehong halaga ng orbital electron cloud na tumutukoy sa hugis. Ang mga sublevel ay may label na may shell na kinabibilangan nila, gaya ng 2s, 4d, at iba pa.
Naglalaman ang sublevel na itinakda, bilang karagdagan sa pangunahing at orbital, ng isa pang quantum number - magnetic, na tumutukoy sa projection ng orbital momentum ng elektron sa direksyon ng magnetic field. Ang isang orbital ay maaaring magkaroon ng hindi hihigit sa dalawang electron, na naiiba sa halaga ng ikaapat na quantum number - spin.
Isaalang-alang natin nang mas detalyado kung paano lumitaw ang katangian ng X-ray radiation. Dahil ang pinagmulan ng ganitong uri ng electromagnetic emission ay nauugnay sa mga phenomena na nagaganap sa loob ng atom, ito ay pinaka-maginhawa upang ilarawan ito nang tumpak sa approximation ng electronic configurations.
Ang mekanismo ng pagbuo ng mga katangian ng X-ray
Kaya, ang sanhi ng radiation na ito ay ang pagbuo ng mga bakante ng elektron sa mga panloob na shell, dahil sa pagtagos ng mga electron na may mataas na enerhiya na malalim sa atom. Ang posibilidad na ang isang matigas na elektron ay nakikipag-ugnayan ay tumataas sa density ng mga ulap ng elektron. Samakatuwid, ang mga banggaan ay malamang na nasa loob ng makapal na nakaimpake na mga panloob na shell, gaya ng pinakamababang K-shell. Dito na-ionize ang atom, at nabuo ang isang bakante sa 1s shell.
Ang bakanteng ito ay pinupuno ng isang electron mula sa shell na may mas mataas na enerhiya, na ang labis ay dinadala ng X-ray photon. Ang electron na ito ay maaaring "mahulog" mula sa pangalawang shell L, mula sa ikatlong shell M at iba pa. Ito ay kung paano nabuo ang katangiang serye, sa halimbawang ito- K-serye. Ang indikasyon kung saan nagmumula ang electron na pumupuno sa bakante ay ibinibigay sa anyo ng isang Greek index kapag itinalaga ang serye. Ang ibig sabihin ng "Alpha" ay nagmula ito sa L-shell, "beta" - mula sa M-shell. Sa kasalukuyan, may posibilidad na palitan ang mga indeks ng titik ng Griyego ng mga Latin na pinagtibay upang italaga ang mga shell.
Ang intensity ng alpha line sa serye ay palaging ang pinakamataas, na nangangahulugan na ang posibilidad na punan ang isang bakante mula sa isang kalapit na shell ay ang pinakamataas.
Ngayon ay maaari nating sagutin ang tanong, ano ang pinakamataas na enerhiya ng katangian ng x-ray quantum. Ito ay tinutukoy ng pagkakaiba sa mga halaga ng enerhiya ng mga antas sa pagitan ng kung saan nangyayari ang paglipat ng elektron, ayon sa formula E \u003d E n 2 - E n 1, kung saan ang E n 2 at E n 1 ay ang mga enerhiya ng mga elektronikong estado kung saan naganap ang paglipat. Ang pinakamataas na halaga ng parameter na ito ay ibinibigay ng K-series na mga transition mula sa pinakamataas na posibleng antas ng mga atom ng mabibigat na elemento. Ngunit ang intensity ng mga linyang ito (peak heights) ay ang pinakamaliit, dahil sila ang pinakamaliit.
Kung, dahil sa hindi sapat na boltahe sa mga electrodes, ang isang hard electron ay hindi maabot ang K-level, ito ay bumubuo ng isang bakante sa L-level, at isang hindi gaanong masiglang L-series na may mas mahabang wavelength ay nabuo. Ang mga kasunod na serye ay ipinanganak sa katulad na paraan.
Bilang karagdagan, kapag napunan ang isang bakante, isang bagong bakante ang lilitaw sa nakapatong na shell bilang resulta ng isang elektronikong paglipat. Lumilikha ito ng mga kundisyon para sa pagbuo ng susunod na serye. Ang mga elektronikong bakante ay gumagalaw nang mas mataas mula sa antas hanggang sa antas, at ang atom ay naglalabas ng isang kaskad ng katangiang spectral na serye, habang nananatiling naka-ionize.
Pinong istraktura ng spectra ng katangian
Atomic X-ray spectra ng katangian X-ray radiation ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang pinong istraktura, na kung saan ay ipinahayag, tulad ng sa optical spectra, sa line splitting.
Ang pinong istraktura ay dahil sa ang katunayan na ang antas ng enerhiya - ang shell ng elektron - ay isang hanay ng mga malapit na espasyo na bahagi - mga subshell. Upang makilala ang mga subshell, isa pa, ang panloob na quantum number j ay ipinakilala, na sumasalamin sa interaksyon ng intrinsic at orbital magnetic moments ng electron.
Kaugnay ng impluwensya ng interaksyon ng spin-orbit, ang istraktura ng enerhiya ng atom ay nagiging mas kumplikado, at bilang isang resulta, ang katangian ng X-ray radiation ay may spectrum na nailalarawan sa pamamagitan ng mga split lines na may napakalapit na mga elemento.
Ang mga elemento ng pinong istraktura ay karaniwang tinutukoy ng mga karagdagang digital na indeks.
Ang katangian ng X-ray radiation ay may tampok na makikita lamang sa pinong istraktura ng spectrum. Ang paglipat ng isang electron sa pinakamababang antas ng enerhiya ay hindi nangyayari mula sa mas mababang subshell ng nakapatong na antas. Ang ganitong kaganapan ay may maliit na posibilidad.
Ang paggamit ng X-ray sa spectrometry
Ang radiation na ito, dahil sa mga tampok nito na inilarawan ng batas ni Moseley, ay sumasailalim sa iba't ibang X-ray spectral na pamamaraan para sa pagsusuri ng mga sangkap. Kapag sinusuri ang X-ray spectrum, ang alinman sa diffraction ng radiation sa pamamagitan ng mga kristal (wave-dispersive method) o mga detector na sensitibo sa enerhiya ng absorbed X-ray photon (energy-dispersive method) ay ginagamit. Karamihan sa mga electron microscope ay nilagyan ng ilang anyo ng X-ray spectrometry attachment.
Ang wave-dispersive spectrometry ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na katumpakan. Sa tulong ng mga espesyal na filter, ang pinaka matinding mga taluktok sa spectrum ay napili, salamat sa kung saan posible na makakuha ng halos monochromatic radiation na may isang tiyak na kilalang dalas. Ang anode na materyal ay pinili nang maingat upang matiyak na ang isang monochromatic beam ng nais na dalas ay nakuha. Ang diffraction nito sa kristal na sala-sala ng pinag-aralan na sangkap ay ginagawang posible na pag-aralan ang istraktura ng sala-sala na may mahusay na katumpakan. Ginagamit din ang pamamaraang ito sa pag-aaral ng DNA at iba pang kumplikadong molekula.
Ang isa sa mga tampok ng katangian ng X-ray radiation ay isinasaalang-alang din sa gamma spectrometry. Ito ang mataas na intensity ng mga peak na katangian. Gumagamit ang mga gamma spectrometer ng lead shielding laban sa external background radiation na nakakasagabal sa mga sukat. Ngunit ang lead, na sumisipsip ng gamma quanta, ay nakakaranas ng panloob na ionization, bilang isang resulta kung saan ito ay aktibong naglalabas sa saklaw ng X-ray. Ang karagdagang cadmium shielding ay ginagamit upang sumipsip ng matinding peak ng katangian ng x-ray radiation mula sa lead. Ito naman ay na-ionize at naglalabas din ng X-ray. Upang neutralisahin ang mga katangian ng mga peak ng cadmium, ginagamit ang isang ikatlong shielding layer - tanso, ang X-ray maxima na kung saan ay nasa labas ng operating frequency range ng gamma spectrometer.
Ginagamit ng spectrometry ang parehong bremsstrahlung at mga katangiang X-ray. Kaya, sa pagsusuri ng mga sangkap, ang spectra ng pagsipsip ng tuluy-tuloy na X-ray ng iba't ibang mga sangkap ay pinag-aralan.
Ang pagtuklas at merito sa pag-aaral ng mga pangunahing katangian ng X-ray ay nararapat na pagmamay-ari ng Aleman na siyentipiko na si Wilhelm Conrad Roentgen. Ang mga kamangha-manghang katangian ng X-ray na natuklasan niya ay agad na nakatanggap ng isang malaking tugon sa mundo ng siyentipiko. Bagama't noon, noong 1895, halos hindi maisip ng siyentipiko kung ano ang pakinabang, at kung minsan ay nakakapinsala, ang maaaring idulot ng X-ray.
Alamin natin sa artikulong ito kung paano nakakaapekto ang ganitong uri ng radiation sa kalusugan ng tao.
Ano ang x-ray radiation
Ang unang tanong na interesado sa mananaliksik ay kung ano ang X-ray radiation? Ang isang bilang ng mga eksperimento ay naging posible upang ma-verify na ito ay electromagnetic radiation na may wavelength na 10 -8 cm, na sumasakop sa isang intermediate na posisyon sa pagitan ng ultraviolet at gamma radiation.
Paglalapat ng X-ray
Ang lahat ng mga aspetong ito ng mga mapanirang epekto ng mahiwagang X-ray ay hindi sa lahat ay nagbubukod ng nakakagulat na malawak na mga aspeto ng kanilang aplikasyon. Saan ginagamit ang X-ray?
- Pag-aaral ng istraktura ng mga molekula at kristal.
- X-ray flaw detection (sa industriya, pagtuklas ng mga depekto sa mga produkto).
- Mga pamamaraan ng medikal na pananaliksik at therapy.
Ang pinakamahalagang aplikasyon ng X-ray ay naging posible dahil sa napakaikling wavelength ng buong hanay ng mga alon na ito at ang kanilang mga natatanging katangian.
Dahil interesado kami sa epekto ng X-ray radiation sa mga taong nakatagpo lamang nito sa panahon ng medikal na pagsusuri o paggamot, isasaalang-alang lamang namin ang lugar na ito ng paglalapat ng X-ray.
Ang paggamit ng x-ray sa medisina
Sa kabila ng espesyal na kahalagahan ng kanyang pagtuklas, hindi naglabas ng patent si Roentgen para sa paggamit nito, na ginagawa itong isang napakahalagang regalo para sa lahat ng sangkatauhan. Nasa Unang Digmaang Pandaigdig, nagsimulang gamitin ang mga yunit ng X-ray, na naging posible upang mabilis at tumpak na masuri ang mga nasugatan. Ngayon ay maaari nating makilala ang dalawang pangunahing lugar ng aplikasyon ng x-ray sa medisina:
- X-ray diagnostics;
- x-ray therapy.
Mga diagnostic ng X-ray
Ang mga diagnostic ng X-ray ay ginagamit sa iba't ibang mga opsyon:
Tingnan natin ang pagkakaiba sa pagitan ng mga pamamaraang ito.
Ang lahat ng mga diagnostic na pamamaraan na ito ay batay sa kakayahan ng mga x-ray na maipaliwanag ang pelikula at sa kanilang iba't ibang pagkamatagusin sa mga tisyu at balangkas ng buto.
X-ray therapy
Ang kakayahan ng X-ray na magkaroon ng biological na epekto sa mga tisyu ay ginagamit sa gamot para sa paggamot ng mga tumor. Ang epekto ng ionizing ng radiation na ito ay pinaka-aktibong ipinakita sa epekto sa mabilis na paghahati ng mga selula, na mga selula ng mga malignant na tumor.
Gayunpaman, dapat mo ring malaman ang mga side effect na hindi maiiwasang kasama ng radiotherapy. Ang katotohanan ay ang mga selula ng hematopoietic, endocrine, at immune system ay mabilis ding naghahati. Ang isang negatibong epekto sa kanila ay nagbibigay ng mga senyales ng radiation sickness.
Ang epekto ng X-ray radiation sa mga tao
Di-nagtagal pagkatapos ng kahanga-hangang pagtuklas ng X-ray, natuklasan na ang X-ray ay may epekto sa mga tao.
Ang mga datos na ito ay nakuha sa mga eksperimento sa mga eksperimentong hayop, gayunpaman, iminumungkahi ng mga geneticist na ang mga katulad na epekto ay maaaring mailapat sa katawan ng tao.
Ang pag-aaral ng mga epekto ng X-ray exposure ay naging posible upang bumuo internasyonal na pamantayan sa pinahihintulutang dosis ng radiation.
Mga dosis ng x-ray radiation sa x-ray diagnostics
Matapos bisitahin ang X-ray room, maraming mga pasyente ang nag-aalala - paano makakaapekto ang natanggap na dosis ng radiation sa kanilang kalusugan?
Ang dosis ng pangkalahatang pag-iilaw ng katawan ay depende sa likas na katangian ng pamamaraan. Para sa kaginhawahan, ihahambing namin ang natanggap na dosis sa natural na pagkakalantad, na kasama ng isang tao sa buong buhay niya.
- X-ray: dibdib - ang natanggap na dosis ng radiation ay katumbas ng 10 araw ng pagkakalantad sa background; itaas na tiyan at maliit na bituka - 3 taon.
- Computed tomography ng cavity ng tiyan at pelvis, pati na rin ang buong katawan - 3 taon.
- Mammography - 3 buwan.
- Ang radioography ng mga paa't kamay ay halos hindi nakakapinsala.
- Tungkol sa mga x-ray ng ngipin, ang dosis ng radiation ay minimal, dahil ang pasyente ay nalantad sa isang makitid na sinag ng mga x-ray na may maikling tagal ng radiation.
Ang mga dosis ng radiation na ito ay nakakatugon sa mga katanggap-tanggap na pamantayan, ngunit kung ang pasyente ay nakakaramdam ng pagkabalisa bago ang X-ray, siya ay may karapatang humingi ng isang espesyal na proteksiyon na apron.
Exposure ng X-ray sa mga buntis na kababaihan
Ang bawat tao ay kailangang sumailalim sa pagsusuri ng X-ray nang paulit-ulit. Ngunit mayroong isang panuntunan - ang diagnostic na pamamaraan na ito ay hindi maaaring inireseta sa mga buntis na kababaihan. Ang pagbuo ng embryo ay lubhang mahina. Ang X-ray ay maaaring magdulot ng mga abnormalidad ng chromosome at, bilang resulta, ang pagsilang ng mga batang may malformations. Ang pinaka-mahina sa bagay na ito ay ang gestational age na hanggang 16 na linggo. Bukod dito, ang pinaka-mapanganib para sa hinaharap na sanggol ay isang x-ray ng gulugod, pelvic at mga rehiyon ng tiyan.
Dahil alam ang masamang epekto ng x-ray sa pagbubuntis, iniiwasan ng mga doktor na gamitin ito sa lahat ng posibleng paraan sa mahalagang yugtong ito sa buhay ng isang babae.
Gayunpaman, may mga side source ng X-ray:
- mga mikroskopyo ng elektron;
- mga color TV kinescope, atbp.
Ang mga umaasang ina ay dapat magkaroon ng kamalayan sa panganib na dulot ng mga ito.
Para sa mga nanay na nagpapasuso, ang radiodiagnosis ay hindi mapanganib.
Ano ang gagawin pagkatapos ng x-ray
Upang maiwasan kahit ang kaunting epekto ng pagkakalantad sa X-ray, maaaring gawin ang ilang simpleng hakbang:
- pagkatapos ng x-ray, uminom ng isang baso ng gatas - inaalis nito ang maliliit na dosis ng radiation;
- napakadaling kumuha ng isang baso ng tuyong alak o katas ng ubas;
- ilang oras pagkatapos ng pamamaraan, ito ay kapaki-pakinabang upang madagdagan ang proporsyon ng mga pagkain na may mataas na nilalaman ng yodo (seafood).
Ngunit, walang mga medikal na pamamaraan o mga espesyal na hakbang ang kinakailangan upang alisin ang radiation pagkatapos ng x-ray!
Sa kabila ng walang alinlangan na malubhang kahihinatnan ng pagkakalantad sa X-ray, ang isa ay hindi dapat mag-overestimate sa kanilang panganib sa panahon ng mga medikal na eksaminasyon - sila ay isinasagawa lamang sa ilang mga lugar ng katawan at napakabilis. Ang mga benepisyo ng mga ito ay maraming beses na lumampas sa panganib ng pamamaraang ito para sa katawan ng tao.
Malaki ang papel na ginagampanan ng X-ray radiation sa modernong medisina; ang kasaysayan ng pagtuklas ng X-ray ay nagsimula noong ika-19 na siglo.
Ang mga X-ray ay mga electromagnetic wave na ginawa sa partisipasyon ng mga electron. Sa malakas na pagbilis ng mga sisingilin na particle, ang mga artipisyal na x-ray ay nilikha. Dumadaan ito sa mga espesyal na kagamitan:
- mga accelerator ng butil.
Kasaysayan ng pagtuklas
Ang mga sinag na ito ay naimbento noong 1895 ng German scientist na si Roentgen: habang nagtatrabaho sa isang cathode ray tube, natuklasan niya ang fluorescence effect ng barium platinum cyanide. Pagkatapos ay mayroong isang paglalarawan ng gayong mga sinag at ang kanilang kamangha-manghang kakayahang tumagos sa mga tisyu ng katawan. Ang mga sinag ay nagsimulang tawaging x-ray (x-ray). Nang maglaon sa Russia nagsimula silang tawaging X-ray.
Nagagawa ng X-ray na tumagos kahit sa mga dingding. Kaya napagtanto ni Roentgen na siya ang gumawa ng pinakamalaking pagtuklas sa larangan ng medisina. Ito ay mula sa oras na ito na sila ay nagsimulang bumuo magkahiwalay na mga seksyon sa agham, tulad ng radiology at radiology.
Ang mga sinag ay maaaring tumagos sa malambot na mga tisyu, ngunit naantala, ang kanilang haba ay tinutukoy ng balakid ng isang matigas na ibabaw. Ang malambot na mga tisyu sa katawan ng tao ay ang balat, at ang matigas na mga tisyu ay ang mga buto. Noong 1901, ang siyentipiko ay iginawad sa Nobel Prize.
Gayunpaman, bago pa man matuklasan si Wilhelm Conrad Roentgen, interesado rin ang ibang mga siyentipiko sa isang katulad na paksa. Noong 1853, pinag-aralan ng French physicist na si Antoine-Philiber Mason ang isang high-voltage discharge sa pagitan ng mga electrodes sa isang glass tube. Ang gas na nakapaloob dito sa mababang presyon ay nagsimulang maglabas ng isang mapula-pula na glow. Ang pagpapalabas ng labis na gas mula sa tubo ay humantong sa pagkabulok ng glow sa isang kumplikadong pagkakasunud-sunod ng mga indibidwal na makinang na layer, ang kulay nito ay nakasalalay sa dami ng gas.
Noong 1878, iminungkahi ni William Crookes (English physicist) na ang fluorescence ay nangyayari dahil sa epekto ng mga sinag sa salamin na ibabaw ng tubo. Ngunit ang lahat ng mga pag-aaral na ito ay hindi nai-publish kahit saan, kaya hindi alam ni Roentgen ang tungkol sa mga naturang pagtuklas. Matapos ang paglalathala ng kanyang mga natuklasan noong 1895 sa isang siyentipikong journal, kung saan isinulat ng siyentipiko na ang lahat ng mga katawan ay transparent sa mga sinag na ito, kahit na sa ibang antas, ang iba pang mga siyentipiko ay naging interesado sa mga katulad na eksperimento. Kinumpirma nila ang pag-imbento ng Roentgen, at nagsimula ang karagdagang pag-unlad at pagpapabuti ng x-ray.
Si Wilhelm Roentgen mismo ay naglathala ng dalawa pa gawaing siyentipiko sa paksa ng x-ray noong 1896 at 1897, pagkatapos ay kinuha niya ang iba pang mga aktibidad. Kaya, maraming mga siyentipiko ang nag-imbento, ngunit si Roentgen ang naglathala ng mga siyentipikong papel sa paksang ito.
Mga Prinsipyo ng Imaging
Ang mga tampok ng radiation na ito ay tinutukoy ng mismong likas na katangian ng kanilang hitsura. Ang radiation ay nangyayari dahil sa isang electromagnetic wave. Ang mga pangunahing katangian nito ay kinabibilangan ng:
- Pagninilay. Kung ang alon ay tumama sa ibabaw nang patayo, hindi ito masasalamin. Sa ilang mga sitwasyon, ang isang brilyante ay may pag-aari ng pagmuni-muni.
- Ang kakayahang tumagos sa tissue. Bilang karagdagan, ang mga sinag ay maaaring dumaan sa mga opaque na ibabaw ng mga materyales tulad ng kahoy, papel, at mga katulad nito.
- absorbency. Ang pagsipsip ay depende sa density ng materyal: mas siksik ito, mas maraming X-ray ang sumisipsip nito.
- Ang ilang mga sangkap ay fluoresce, iyon ay, kumikinang sila. Sa sandaling huminto ang radiation, nawawala rin ang glow. Kung magpapatuloy ito pagkatapos ng pagtigil ng pagkilos ng mga sinag, kung gayon ang epekto na ito ay tinatawag na phosphorescence.
- Ang X-ray ay maaaring magpapaliwanag ng photographic film, tulad ng nakikitang liwanag.
- Kung ang sinag ay dumaan sa hangin, ang ionization ay nangyayari sa atmospera. Ang estado na ito ay tinatawag na electrically conductive, at ito ay tinutukoy gamit ang isang dosimeter, na nagtatakda ng rate ng radiation dosage.
Radiation - pinsala at benepisyo
Nang magawa ang pagtuklas, hindi man lang maisip ng physicist na si Roentgen kung gaano kapanganib ang kanyang imbensyon. Noong unang panahon, ang lahat ng mga aparato na gumagawa ng radiation ay malayo sa perpekto, at bilang isang resulta, ang malalaking dosis ng mga ibinubuga na sinag ay nakuha. Hindi naiintindihan ng mga tao ang mga panganib ng naturang radiation. Bagaman ang ilang mga siyentipiko ay naglagay pa ng mga bersyon tungkol sa mga panganib ng x-ray.
Ang X-ray, na tumagos sa mga tisyu, ay may biological na epekto sa kanila. Ang yunit ng pagsukat ng dosis ng radiation ay roentgen kada oras. Ang pangunahing impluwensya ay sa ionizing atoms na nasa loob ng mga tisyu. Ang mga sinag na ito ay direktang kumikilos sa istruktura ng DNA ng isang buhay na selula. Ang mga kahihinatnan ng hindi nakokontrol na radiation ay kinabibilangan ng:
- mutation ng cell;
- ang hitsura ng mga tumor;
- pagkasunog ng radiation;
- sakit sa radiation.
Contraindications para sa X-ray na pagsusuri:
- Ang mga pasyente ay nasa kritikal na kondisyon.
- panahon ng pagbubuntis dahil sa negatibong epekto sa prutas.
- Mga pasyente na may pagdurugo o bukas na pneumothorax.
Paano gumagana ang x-ray at kung saan ito ginagamit
- Sa medisina. Ang mga diagnostic ng X-ray ay ginagamit sa translucent na buhay na mga tisyu upang matukoy ang ilang mga karamdaman sa loob ng katawan. Ginagawa ang X-ray therapy upang maalis ang mga pagbuo ng tumor.
- Sa agham. Ang istraktura ng mga sangkap at ang likas na katangian ng X-ray ay ipinahayag. Ang mga isyung ito ay tinatalakay ng mga agham gaya ng chemistry, biochemistry, crystallography.
- Sa industriya. Upang makita ang mga paglabag sa mga produktong metal.
- Para sa kaligtasan ng populasyon. Ang mga X-ray beam ay inilalagay sa mga paliparan at iba pa sa mga pampublikong lugar para sa layunin ng screening luggage.
Medikal na paggamit ng X-ray radiation. Ang X-ray ay malawakang ginagamit sa medisina at dentistry para sa mga sumusunod na layunin:
- Para sa pag-diagnose ng mga sakit.
- Para sa pagsubaybay sa mga proseso ng metabolic.
- Para sa paggamot ng maraming sakit.
Ang paggamit ng X-ray para sa mga layuning medikal
Bilang karagdagan sa pagtuklas ng mga bali ng buto, ang mga x-ray ay malawakang ginagamit para sa mga layuning medikal. Ang espesyal na aplikasyon ng x-ray ay upang makamit ang mga sumusunod na layunin:
- Upang sirain ang mga selula ng kanser.
- Upang bawasan ang laki ng tumor.
- Para mabawasan ang sakit.
Halimbawa, ang radioactive iodine, na ginagamit sa mga endocrinological na sakit, ay aktibong ginagamit sa thyroid cancer, sa gayon ay tinutulungan ang maraming tao na mapupuksa ang kakila-kilabot na sakit na ito. Sa kasalukuyan, upang masuri ang mga kumplikadong sakit, ang mga X-ray ay konektado sa mga computer, bilang isang resulta, mayroong pinakabagong mga pamamaraan pag-aaral tulad ng computed axial tomography.
Ang ganitong pag-scan ay nagbibigay sa mga doktor ng mga larawang may kulay na nagpapakita ng mga panloob na organo ng isang tao. Upang makilala ang trabaho lamang loob isang maliit na dosis ng radiation ay sapat. Ang X-ray ay malawak ding ginagamit sa physiotherapy.
Mga pangunahing katangian ng X-ray
- kakayahang tumagos. Ang lahat ng mga katawan ay transparent sa x-ray, at ang antas ng transparency ay depende sa kapal ng katawan. Ito ay dahil sa pag-aari na ito na ang sinag ay nagsimulang gamitin sa gamot upang makita ang paggana ng mga organo, ang pagkakaroon ng mga bali at mga banyagang katawan sa katawan.
- Nagagawa nilang magdulot ng glow ng ilang bagay. Halimbawa, kung ang barium at platinum ay inilapat sa karton, pagkatapos, pagkatapos na dumaan sa pag-scan ng sinag, ito ay magliliwanag na maberde-dilaw. Kung ilalagay mo ang iyong kamay sa pagitan ng X-ray tube at ng screen, kung gayon ang ilaw ay mas tatagos sa buto kaysa sa tissue, kaya ang bone tissue ay mai-highlight nang mas maliwanag sa screen, at ang muscle tissue ay magiging hindi gaanong maliwanag. .
- Aksyon sa pelikula. Ang X-ray ay maaaring, tulad ng liwanag, na gawing madilim ang pelikula, ito ay nagbibigay-daan sa iyong kunan ng larawan ang anino na bahagi na nakuha kapag sinusuri ang X-ray ng mga katawan.
- Ang X-ray ay maaaring mag-ionize ng mga gas. Ginagawa nitong posible hindi lamang upang makahanap ng mga sinag, kundi pati na rin upang ipakita ang kanilang intensity sa pamamagitan ng pagsukat ng kasalukuyang ionization sa gas.
- Mayroon silang biochemical effect sa katawan ng mga nabubuhay na nilalang. Salamat sa ari-arian na ito, natagpuan ng X-ray ang kanilang malawak na aplikasyon sa gamot: maaari nilang gamutin ang parehong mga sakit sa balat at mga sakit ng mga panloob na organo. Sa kasong ito, ang nais na dosis ng radiation at ang tagal ng mga sinag ay pinili. Ang matagal at labis na paggamit ng naturang paggamot ay lubhang nakapipinsala at nakapipinsala sa katawan.
Ang kinahinatnan ng paggamit ng X-ray ay ang pagliligtas ng maraming buhay ng tao. Ang X-ray ay tumutulong hindi lamang upang masuri ang sakit sa isang napapanahong paraan, ang mga pamamaraan ng paggamot gamit ang radiation therapy ay nagpapagaan sa mga pasyente ng iba't ibang mga pathologies, mula sa hyperfunction ng thyroid gland hanggang sa mga malignant na tumor ng mga tisyu ng buto.