التأثير الكهروضوئي

hv ³ A و

يُمتص الفوتون ، ينفصل عن الذرة - التأين

hv \ u003d A و + E إلى

ذرة أ متحمس بامتصاص الفوتون ،ص - تألق الأشعة السينية

تشتت غير متماسك

hv »أ و

hv \ u003d hv "+ A و + E إلى

العمليات الثانوية في التأثير الكهروضوئي

أرز. 3 آليات تفاعل الأشعة السينية مع المادة

الأساس المادي لاستخدام الأشعة السينية في الطب

عندما تسقط الأشعة السينية على الجسم ، فإنها تنعكس قليلاً عن سطحه ، ولكنها تمر بشكل أساسي بعمق ، بينما يتم امتصاصها جزئيًا وتناثرها ، وعبورها جزئيًا.

قانون الضعف.

يتم تخفيف تدفق الأشعة السينية في المادة وفقًا للقانون:

F \ u003d F 0 e - م × س (6)

أين م - خطي عامل التوهينوالتي تعتمد بشكل أساسي على كثافة المادة. إنه يساوي مجموع ثلاثة شروط مقابلة للتشتت المتماسكم 1 ، غير متماسك م 2 وتأثير كهروضوئي م 3:

م \ u003d م 1 + م 2 + م 3. (7)

يتم تحديد مساهمة كل مصطلح بواسطة طاقة الفوتون. فيما يلي نسب هذه العمليات للأنسجة الرخوة (الماء).

استمتع معامل التوهين الكتليالتي لا تعتمد على كثافة المادةص:

م م = م / ص. (8)

يعتمد معامل التوهين الكتلي على طاقة الفوتون والعدد الذري للمادة الماصة:

م م = ل ل 3 ع 3. (تسع)

معاملات التوهين الكتلي للعظام والأنسجة الرخوة (الماء) اختلف:م م عظام / م م ماء = 68.

إذا تم وضع جسم غير متجانس في مسار الأشعة السينية وتم وضع شاشة فلورية أمامه ، فإن هذا الجسم ، الذي يمتص الإشعاع ويخففه ، يشكل ظلًا على الشاشة. من خلال طبيعة هذا الظل ، يمكن للمرء أن يحكم على الشكل والكثافة والبنية وفي كثير من الحالات على طبيعة الأجسام. أولئك. يسمح لك الاختلاف الكبير في امتصاص الأنسجة المختلفة للأشعة السينية برؤية صورة الأعضاء الداخلية في إسقاط الظل.

إذا كان العضو قيد الدراسة والأنسجة المحيطة تخفف بالتساوي من إشعاع الأشعة السينية ، يتم استخدام عوامل التباين. لذلك ، على سبيل المثال ، ملء المعدة والأمعاء بكتلة طرية من كبريتات الباريوم (بكالوريوس 0 4) ، يمكنك رؤية صورة الظل الخاصة بهم (نسبة معاملات التوهين 354).

استخدم في الطب.

في الطب ، يتم استخدام إشعاع الأشعة السينية مع طاقة الفوتون من 60 إلى 100-120 كيلوفولت للتشخيص و 150-200 كيلوفولت للعلاج.

تشخيص الأشعة السينية – التعرف على الأمراض عن طريق إضاءة الجسم بالأشعة السينية.

يتم استخدام تشخيصات الأشعة السينية في العديد من الخيارات الموضحة أدناه.

1. مع التنظير يقع أنبوب الأشعة خلف المريض. أمامه شاشة فلورية. هناك صورة ظل (موجبة) على الشاشة. في كل حالة على حدة ، يتم اختيار الصلابة المناسبة للإشعاع بحيث يمر عبر الأنسجة الرخوة ، ولكن تمتصه الأنسجة الكثيفة بشكل كافٍ. خلاف ذلك ، يتم الحصول على ظل موحد. على الشاشة ، يظهر القلب والأضلاع مظلمة ، والرئتان خفيفتان.

2. عند التصوير الشعاعي يتم وضع الكائن على شريط يحتوي على فيلم مع مستحلب فوتوغرافي خاص. يتم وضع أنبوب الأشعة السينية فوق الجسم. يعطي التصوير الشعاعي الناتج صورة سلبية ، أي على عكس الصورة التي لوحظت أثناء النقل. في هذه الطريقة ، يكون هناك وضوح أكبر للصورة مما هو عليه في (1) ، لذلك يتم ملاحظة التفاصيل التي يصعب رؤيتها عند الإضاءة.

البديل الواعد لهذه الطريقة هو الأشعة السينية الأشعة المقطعيةو "إصدار الجهاز" - الكمبيوتر الأشعة المقطعية.

3. مع التنظير الفلوري ،في فيلم صغير الحجم حساس ، يتم إصلاح الصورة من الشاشة الكبيرة. عند المشاهدة ، يتم فحص الصور على عدسة مكبرة خاصة.

العلاج بالأشعة السينية - استخدام الأشعة السينية لتدمير الأورام الخبيثة.

التأثير البيولوجي للإشعاع هو تعطيل النشاط الحيوي ، وخاصة الخلايا التي تتكاثر بسرعة.

التصوير المقطعي المحوسب (CT)

تعتمد طريقة التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية على إعادة بناء الصورةقسم معين من جسم المريض عن طريق تسجيل عدد كبير من إسقاطات الأشعة السينية لهذا القسم ، والتي يتم إجراؤها من زوايا مختلفة. المعلومات الواردة من المستشعرات التي تسجل هذه الإسقاطات تدخل إلى الكمبيوتر ، والتي وفق برنامج خاص يحسبتوزيع بإحكام حجم العينةفي قسم التحقيق ويعرضه على شاشة العرض. الصورة الناتجةيتميز قسم من جسم المريض بوضوح ممتاز ومحتوى معلوماتي عالٍ. البرنامج يسمح لكزيادة تباين الصورةفي عشرات وحتى مئات المرات. هذا يوسع القدرات التشخيصية للطريقة.

مصوري الفيديو (أجهزة مع معالجة رقمية للصور بالأشعة السينية) في طب الأسنان الحديث.

في طب الأسنان ، يعتبر الفحص بالأشعة السينية هو طريقة التشخيص الرئيسية. ومع ذلك ، فإن عددًا من الميزات التنظيمية والتقنية التقليدية لتشخيص الأشعة السينية تجعلها غير مريحة تمامًا لكل من عيادات المريض والأسنان. هذا ، أولاً وقبل كل شيء ، حاجة المريض إلى ملامسة الإشعاع المؤين ، والذي غالبًا ما ينتج عنه عبء إشعاعي كبير على الجسم ، كما أنه يحتاج إلى معالجة ضوئية ، وبالتالي الحاجة إلى صور ضوئية ، بما في ذلك منها السامة. هذا ، أخيرًا ، أرشيف ضخم ، مجلدات وأظرف ثقيلة بأفلام أشعة إكس.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن المستوى الحالي لتطور طب الأسنان يجعل التقييم الذاتي للأشعة بواسطة العين البشرية غير كافٍ. كما اتضح ، من بين مجموعة متنوعة من ظلال الرمادي الموجودة في صورة الأشعة السينية ، لا ترى العين سوى 64 درجة.

من الواضح ، للحصول على صورة واضحة ومفصلة للأنسجة الصلبة للنظام السنخي مع الحد الأدنى من التعرض للإشعاع ، هناك حاجة إلى حلول أخرى. أدى البحث إلى إنشاء ما يسمى أنظمة التصوير الشعاعي ، مصوري الفيديو - أنظمة التصوير الشعاعي الرقمي.

بدون تفاصيل فنية ، يكون مبدأ تشغيل هذه الأنظمة على النحو التالي. يدخل إشعاع الأشعة السينية من خلال الكائن ليس على فيلم حساس للضوء ، ولكن على جهاز استشعار خاص داخل الفم (مصفوفة إلكترونية خاصة). يتم إرسال الإشارة المقابلة من المصفوفة إلى جهاز رقمنة (المحول التناظري إلى الرقمي ، ADC) الذي يحولها إلى شكل رقمي ومتصل بالكمبيوتر. يقوم برنامج خاص ببناء صورة بالأشعة السينية على شاشة الكمبيوتر ويسمح لك بمعالجتها وحفظها على وسيط تخزين صلب أو مرن (محرك الأقراص الثابتة والأقراص المرنة) وطباعتها كصورة كملف.

في النظام الرقمي ، تكون صورة الأشعة السينية عبارة عن مجموعة من النقاط التي لها قيم رقمية مختلفة لتدرج الرمادي. يتيح تحسين عرض المعلومات الذي يوفره البرنامج الحصول على إطار مثالي من حيث السطوع والتباين عند جرعة إشعاع منخفضة نسبيًا.

في الأنظمة الحديثة التي تم إنشاؤها ، على سبيل المثال ، من قبل الشركاتالكأس (فرنسا) او شيك (الولايات المتحدة الأمريكية) عند تكوين إطار ، يتم استخدام 4096 ظلال من اللون الرمادي ، ويعتمد وقت التعرض على موضوع الدراسة ، وفي المتوسط ​​، جزء من المئات - أعشار الثانية ، تقليل التعرض للإشعاع بالنسبة للفيلم - ما يصل إلى 90٪ للأنظمة داخل الفم ، حتى 70٪ لمصوري الفيديو البانورامي.

عند معالجة الصور ، يسمح مصوري الفيديو بما يلي:

1. الحصول على صور إيجابية وسلبية ، وصور ملونة زائفة ، وصور منقوشة.

2. قم بزيادة التباين وتكبير منطقة الاهتمام في الصورة.

3. تقييم التغيرات في كثافة أنسجة الأسنان وهياكل العظام ، والتحكم في توحيد حشو القناة.

4. في اللبية لتحديد طول القناة لأي انحناء ، وفي الجراحة يتم تحديد حجم الزرعة بدقة 0.1 مم.

5. نظام فريدكاشف تسوس مع عناصر الذكاء الاصطناعي في تحليل الصورة يسمح لك باكتشاف التسوس في مرحلة البقع ، وتسوس الجذر ، والتسوس المخفي.

* « Ф "في الصيغة (3) تشير إلى النطاق الكامل لأطوال الموجات المنبعثة وغالبًا ما يشار إليها باسم" تدفق الطاقة المتكامل ".

الأشعة السينية (مرادفة للأشعة السينية) لها نطاق واسع من الأطوال الموجية (من 8 · 10 -6 إلى 10-12 سم). تحدث الأشعة السينية عندما تتباطأ الجسيمات المشحونة ، غالبًا الإلكترونات ، في المجال الكهربائي لذرات المادة. تمتلك الكميات الناتجة طاقات مختلفة وتشكل طيفًا مستمرًا. الطاقة القصوى للفوتون في مثل هذا الطيف تساوي طاقة الإلكترونات الساقطة. في (انظر) الطاقة القصوى لكوانتا الأشعة السينية ، معبراً عنها بالكيلو إلكترون فولت ، تساوي عدديًا مقدار الجهد المطبق على الأنبوب ، معبرًا عنه بالكيلو فولت. عند المرور عبر مادة ما ، تتفاعل الأشعة السينية مع إلكترونات ذراتها. بالنسبة إلى كوانتا الأشعة السينية مع طاقات تصل إلى 100 كيلو فولت ، فإن أكثر أنواع التفاعل المميزة هو التأثير الكهروضوئي. نتيجة لمثل هذا التفاعل ، يتم إنفاق الطاقة الكمومية بالكامل على سحب إلكترون من الغلاف الذري ونقل الطاقة الحركية إليه. مع زيادة طاقة كمية الأشعة السينية ، تقل احتمالية التأثير الكهروضوئي وتصبح عملية تشتت الكميات على الإلكترونات الحرة ، ما يسمى بتأثير كومبتون ، هي السائدة. نتيجة لمثل هذا التفاعل ، يتم أيضًا تكوين إلكترون ثانوي ، وبالإضافة إلى ذلك ، يطير الكم مع طاقة أقل من طاقة الكم الأولي. إذا تجاوزت طاقة كمية الأشعة السينية واحد ميغا إلكترون فولت ، فيمكن أن يحدث ما يسمى بتأثير الاقتران ، حيث يتكون الإلكترون والبوزيترون (انظر). وبالتالي ، عند المرور عبر مادة ما ، يحدث انخفاض في طاقة إشعاع الأشعة السينية ، أي انخفاض في شدتها. نظرًا لأنه من المرجح أن يتم امتصاص الكميات منخفضة الطاقة في هذه الحالة ، يتم إثراء إشعاع الأشعة السينية بكميات عالية الطاقة. تُستخدم خاصية إشعاع الأشعة السينية هذه لزيادة متوسط ​​طاقة الكم ، أي لزيادة صلابتها. يتم تحقيق زيادة في صلابة الأشعة السينية باستخدام مرشحات خاصة (انظر). تستخدم الأشعة السينية لتشخيص الأشعة السينية (انظر) و (انظر). انظر أيضًا الإشعاع المؤين.

إشعاع الأشعة السينية (مرادف: الأشعة السينية ، الأشعة السينية) - الإشعاع الكهرومغناطيسي الكمي بطول موجي من 250 إلى 0.025 ألف (أو كمية الطاقة من 5 10-2 إلى 5 10 2 كيلو إلكترون فولت). في عام 1895 ، تم اكتشافه بواسطة V.K. Roentgen. المنطقة الطيفية للإشعاع الكهرومغناطيسي المتاخمة للأشعة السينية ، والتي تتجاوز طاقة كماتها 500 كيلو فولت ، تسمى إشعاع جاما (انظر) ؛ الإشعاع ، الذي تقل كمات طاقته عن 0.05 كيلو فولت ، هو الأشعة فوق البنفسجية (انظر).

وهكذا ، يمثل جزء صغير نسبيًا من الطيف الواسع للإشعاع الكهرومغناطيسي ، والذي يشمل كلاً من موجات الراديو والضوء المرئي ، ينتشر إشعاع الأشعة السينية ، مثل أي إشعاع كهرومغناطيسي ، بسرعة الضوء (حوالي 300 ألف كم / ثانية في الفراغ) ) وتتميز بطول موجة λ (المسافة التي ينتشر فيها الإشعاع في فترة تذبذب واحدة). يحتوي إشعاع الأشعة السينية أيضًا على عدد من خصائص الموجة الأخرى (الانكسار ، التداخل ، الانعراج) ، ولكن من الصعب جدًا ملاحظتها مقارنة بالإشعاع ذي الطول الموجي الأطول: الضوء المرئي ، موجات الراديو.

أطياف الأشعة السينية: a1 - طيف الإشعاع المستمر عند 310 كيلو فولت ؛ أ - طيف إشعاع مستمر عند 250 كيلو فولت ، a1 - طيف مفلتر بمقدار 1 مم نحاس ، أ 2 - طيف مفلتر بمقدار 2 مم نحاس ، ب - سلسلة K لخط التنجستن.

لتوليد الأشعة السينية ، يتم استخدام أنابيب الأشعة السينية (انظر) ، حيث يحدث الإشعاع عندما تتفاعل الإلكترونات السريعة مع ذرات مادة الأنود. هناك نوعان من الأشعة السينية: الأشعة السينية و المميزة. إشعاع الأشعة السينية Bremsstrahlung ، الذي له طيف مستمر ، يشبه الضوء الأبيض العادي. يتم تمثيل توزيع الكثافة حسب الطول الموجي (الشكل) بمنحنى بحد أقصى ؛ في اتجاه الموجات الطويلة ، ينخفض ​​المنحنى برفق ، وفي اتجاه الموجات القصيرة ، ينقطع بشدة وينقطع عند طول موجي معين (λ0) ، يسمى حد الطول الموجي القصير للطيف المستمر. قيمة λ0 تتناسب عكسيا مع الجهد على الأنبوب. ينشأ Bremsstrahlung من تفاعل الإلكترونات السريعة مع النوى الذرية. تتناسب شدة الإشعاع الشمسي طرديًا مع قوة تيار الأنود ، ومربع جهد الأنبوب ، والعدد الذري (Z) لمادة الأنود.

إذا تجاوزت طاقة الإلكترونات المتسارعة في أنبوب الأشعة السينية القيمة الحرجة لمادة الأنود (يتم تحديد هذه الطاقة بواسطة جهد الأنبوب Vcr ، وهو أمر بالغ الأهمية لهذه المادة) ، عندئذٍ يحدث الإشعاع المميز. الطيف المميز هو الخط ، وتشكل خطوطه الطيفية سلسلة ، يُشار إليها بالأحرف K ، L ، M ، N.

السلسلة K هي أقصر طول موجي ، والسلسلة L أطول طول موجي ، والسلسلة M و N يتم ملاحظتها فقط في العناصر الثقيلة (Vcr من التنغستن للسلسلة K هو 69.3 كيلو فولت ، للسلسلة L - 12.1 كيلو فولت). ينشأ الإشعاع المميز على النحو التالي. تقوم الإلكترونات السريعة بإخراج الإلكترونات الذرية من الأصداف الداخلية. تتحمس الذرة ثم تعود إلى الحالة الأساسية. في هذه الحالة ، تملأ الإلكترونات من الغلاف الخارجي والأغلفة الأقل ارتباطًا الفراغات الفارغة في الأصداف الداخلية ، وتنبعث فوتونات من الإشعاع المميز بطاقة تساوي الفرق بين طاقات الذرة في الحالة المثارة والأرضية. هذا الاختلاف (وبالتالي طاقة الفوتون) له قيمة معينة ، مميزة لكل عنصر. هذه الظاهرة تكمن وراء التحليل الطيفي للأشعة السينية للعناصر. يوضح الشكل طيف خط التنغستن على خلفية طيف مستمر من الإشعاع.

يتم تحويل طاقة الإلكترونات المتسارعة في أنبوب الأشعة السينية بالكامل تقريبًا إلى طاقة حرارية (يتم تسخين الأنود بقوة في هذه الحالة) ، يتم تحويل جزء ضئيل فقط (حوالي 1 ٪ بجهد قريب من 100 كيلو فولت) إلى طاقة بريمستراهلونغ .

يعتمد استخدام الأشعة السينية في الطب على قوانين امتصاص الأشعة السينية بالمادة. إن امتصاص الأشعة السينية مستقل تمامًا عن الخصائص البصرية لمادة الامتصاص. زجاج الرصاص الشفاف عديم اللون والشفاف المستخدم لحماية الأفراد في غرف الأشعة السينية يمتص الأشعة السينية بالكامل تقريبًا. على النقيض من ذلك ، فإن الورقة غير الشفافة للضوء لا تخفف من الأشعة السينية.

شدة شعاع الأشعة السينية المتجانسة (أي طول موجي معين) ، عند المرور عبر طبقة ماصة ، تنخفض وفقًا لقانون أسي (على سبيل المثال) ، حيث يمثل e أساس اللوغاريتمات الطبيعية (2.718) ، والأس x يساوي ناتج معامل التوهين الكتلي (μ / p) سم 2 / جم لكل سمك ماص بوحدة جم / سم 2 (هنا p كثافة المادة بوحدة جم / سم 3). يتم تخفيف الأشعة السينية عن طريق التشتت والامتصاص. وفقًا لذلك ، فإن معامل التوهين الكتلي هو مجموع معاملات امتصاص وانتشار الكتلة. يزداد معامل امتصاص الكتلة بشكل حاد مع زيادة العدد الذري (Z) للممتص (يتناسب مع Z3 أو Z5) ومع زيادة الطول الموجي (يتناسب مع λ3). لوحظ هذا الاعتماد على الطول الموجي داخل نطاقات الامتصاص ، حيث يقفز المعامل عند حدودها.

يزداد معامل التشتت الكتلي مع زيادة العدد الذري للمادة. بالنسبة إلى λ≥0،3Å ، لا يعتمد معامل التشتت على الطول الموجي لـ λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

يؤدي الانخفاض في معاملات الامتصاص والتشتت مع تناقص الطول الموجي إلى زيادة قوة اختراق الأشعة السينية. معامل امتصاص الكتلة للعظام [الامتصاص يرجع أساسًا إلى الكالسيوم 3 (PO 4) 2] أكبر بنحو 70 مرة من الأنسجة الرخوة ، حيث يرجع الامتصاص أساسًا إلى الماء. وهذا ما يفسر سبب ظهور ظل العظام بشكل حاد على الصور الشعاعية على خلفية الأنسجة الرخوة.

إن انتشار حزمة غير متجانسة من الأشعة السينية عبر أي وسيط ، إلى جانب انخفاض في شدتها ، مصحوب بتغير في التركيب الطيفي ، وتغير في جودة الإشعاع: يتم امتصاص جزء الموجة الطويلة من الطيف إلى على مدى أكبر من جزء الموجة القصيرة ، يصبح الإشعاع أكثر انتظامًا. يتيح تصفية الجزء ذي الطول الموجي الطويل من الطيف تحسين النسبة بين الجرعات العميقة والسطحية أثناء العلاج بالأشعة السينية للبؤر الموجودة في أعماق جسم الإنسان (انظر مرشحات الأشعة السينية). لتوصيف جودة حزمة الأشعة السينية غير المتجانسة ، يتم استخدام مفهوم "طبقة التوهين النصفية (L)" - طبقة من مادة تخفف الإشعاع بمقدار النصف. سمك هذه الطبقة يعتمد على الجهد على الأنبوب ، سمك ومادة المرشح. يتم استخدام السيلوفان (حتى طاقة 12 كيلو فولت) والألمنيوم (20-100 كيلو فولت) والنحاس (60-300 كيلو فولت) والرصاص والنحاس (> 300 كيلو فولت) لقياس نصف طبقات التوهين. بالنسبة للأشعة السينية المتولدة بجهد 80-120 كيلو فولت ، فإن 1 مم من النحاس تعادل في سعة الترشيح 26 مم من الألومنيوم ، و 1 مم من الرصاص تعادل 50.9 مم من الألومنيوم.

يرجع امتصاص وانتشار الأشعة السينية إلى خصائصها الجسدية ؛ تتفاعل الأشعة السينية مع الذرات كتيار من الجسيمات (الجسيمات) - الفوتونات ، لكل منها طاقة معينة (تتناسب عكسياً مع الطول الموجي للأشعة السينية). نطاق طاقة فوتونات الأشعة السينية هو 0.05-500 كيلو فولت.

يرجع امتصاص الأشعة السينية إلى التأثير الكهروضوئي: يترافق امتصاص الفوتون بواسطة غلاف الإلكترون مع طرد الإلكترون. تكون الذرة متحمسة ، وتعود إلى الحالة الأرضية ، وتصدر إشعاعًا مميزًا. يحمل الإلكترون الضوئي المنبعث كل طاقة الفوتون (ناقص طاقة الارتباط للإلكترون في الذرة).

يرجع تشتت الأشعة السينية إلى إلكترونات وسيط الانتثار. هناك تشتت كلاسيكي (الطول الموجي للإشعاع لا يتغير ، لكن اتجاه الانتشار يتغير) والتشتت مع تغير في الطول الموجي - تأثير كومبتون (الطول الموجي للإشعاع المنتثر أكبر من الطول الموجي للإشعاع الساقط). في الحالة الأخيرة ، يتصرف الفوتون مثل الكرة المتحركة ، ويحدث تشتت الفوتونات ، وفقًا للتعبير المجازي لكومنتون ، مثل لعبة البلياردو مع الفوتونات والإلكترونات: الاصطدام مع الإلكترون ، ينقل الفوتون جزءًا من طاقته إليها وتشتت ، مع وجود طاقة أقل بالفعل (على التوالي ، يزداد الطول الموجي للإشعاع المتناثر) ، يطير الإلكترون من الذرة بطاقة ارتداد (تسمى هذه الإلكترونات إلكترونات كومبتون ، أو إلكترونات الارتداد). يحدث امتصاص طاقة الأشعة السينية أثناء تكوين الإلكترونات الثانوية (كومبتون والإلكترونات الضوئية) ونقل الطاقة إليها. تحدد طاقة الأشعة السينية المنقولة إلى وحدة كتلة من المادة الجرعة الممتصة من الأشعة السينية. وحدة هذه الجرعة 1 راد تقابل 100 ميكروجرام / جرام. بسبب الطاقة الممتصة في مادة الممتص ، يحدث عدد من العمليات الثانوية التي تعتبر مهمة لقياس جرعات الأشعة السينية ، حيث تعتمد طرق قياس الأشعة السينية عليها. (انظر قياس الجرعات).

جميع الغازات والعديد من السوائل وأشباه الموصلات والعوازل الكهربائية ، تحت تأثير الأشعة السينية ، تزيد من التوصيل الكهربائي. تم العثور على الموصلية بواسطة أفضل المواد العازلة: البارافين ، والميكا ، والمطاط ، والعنبر. يرجع التغيير في الموصلية إلى تأين الوسط ، أي فصل الجزيئات المحايدة إلى أيونات موجبة وسالبة (ينتج التأين بواسطة الإلكترونات الثانوية). يستخدم التأين في الهواء لتحديد جرعة التعرض للأشعة السينية (الجرعة في الهواء) ، والتي يتم قياسها في رونتجين (انظر جرعات الإشعاع المؤين). بجرعة 1 ص تكون الجرعة الممتصة في الهواء 0.88 راد.

تحت تأثير الأشعة السينية ، نتيجة لإثارة جزيئات المادة (وأثناء إعادة تركيب الأيونات) ، في كثير من الحالات ، يتم إثارة وهج مرئي للمادة. لوحظ توهج مرئي للهواء والورق والبارافين وما إلى ذلك عند شدة الأشعة السينية (المعادن استثناء). يتم الحصول على أعلى إنتاج للضوء المرئي عن طريق الفوسفور البلوري مثل Zn · CdS · Ag-phosphorus وغيرها من الفوسفور المستخدم في التنظير الفلوري.

تحت تأثير الأشعة السينية ، يمكن أن تحدث أيضًا عمليات كيميائية مختلفة في مادة ما: تحلل هاليدات الفضة (تأثير فوتوغرافي يستخدم في الأشعة السينية) ، تحلل الماء والمحاليل المائية لبيروكسيد الهيدروجين ، تغيير في خواص السليلويد (التعتيم وإطلاق الكافور) ، البارافين (التعتيم والتبييض).

نتيجة للتحويل الكامل ، يتم تحويل كل طاقة الأشعة السينية التي تمتصها المادة الخاملة كيميائيًا إلى حرارة. يتطلب قياس الكميات الصغيرة جدًا من الحرارة طرقًا شديدة الحساسية ، ولكنها الطريقة الرئيسية للقياسات المطلقة للأشعة السينية.

الآثار البيولوجية الثانوية من التعرض للأشعة السينية هي أساس العلاج الإشعاعي الطبي (انظر). يتم امتصاص الأشعة السينية ، التي يتراوح حجمها بين 6 و 16 كيلو فولت (أطوال موجية فعالة من 2 إلى 5 أوم) ، بالكامل تقريبًا عن طريق تكامل الجلد لنسيج جسم الإنسان ؛ يطلق عليهم أشعة حدودية ، أو في بعض الأحيان أشعة بوكا (انظر أشعة بوكا). بالنسبة للعلاج بالأشعة السينية العميقة ، يتم استخدام الإشعاع المصفى بقوة مع طاقة فعالة من 100 إلى 300 كيلو فولت.

يجب أن يؤخذ التأثير البيولوجي للإشعاع بالأشعة السينية في الاعتبار ليس فقط في العلاج بالأشعة السينية ، ولكن أيضًا في تشخيص الأشعة السينية ، وكذلك في جميع حالات الاتصال بالأشعة السينية الأخرى التي تتطلب استخدام الحماية من الإشعاع ( يرى).

المحاضرة 32: الأشعة السينية

المحاضرة 32: الأشعة السينية

1. مصادر الأشعة السينية.

2. الأشعة السينية Bremsstrahlung.

3. الأشعة السينية المميزة. قانون موزلي.

4. تفاعل أشعة إكس مع المادة. قانون الضعف.

5. الأساس المادي لاستخدام الأشعة السينية في الطب.

6. المفاهيم والصيغ الأساسية.

7. المهام.

إشعاع الأشعة السينية -موجات كهرومغناطيسية بطول موجي من 100 إلى 10 -3 نانومتر. على نطاق الموجات الكهرومغناطيسية ، تحتل الأشعة السينية المنطقة الواقعة بين الأشعة فوق البنفسجية و γ -إشعاع. تم اكتشاف الأشعة السينية (X-rays) في عام 1895 بواسطة K. Roentgen ، الذي أصبح في عام 1901 أول حائز على جائزة نوبل في الفيزياء.

32.1. مصادر الأشعة السينية

المصادر الطبيعية للأشعة السينية هي بعض النظائر المشعة (على سبيل المثال ، 55 Fe). المصادر الاصطناعية للأشعة السينية القوية هي أنابيب الأشعة السينية(الشكل 32.1).

أرز. 32.1.جهاز أنبوب الأشعة السينية

أنبوب الأشعة السينية عبارة عن قارورة زجاجية مفرغة ذات قطبين كهربائيين: الأنود A والكاثود K ، حيث يتم إنشاء الجهد العالي U (1-500 كيلو فولت). الكاثود عبارة عن ملف يتم تسخينه بواسطة التيار الكهربائي. يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود الساخن (انبعاث حراري) بواسطة مجال كهربائي إلى كبيرسرعات (لهذا تحتاج إلى جهد عالٍ) وتسقط على أنود الأنبوب. عندما تتفاعل هذه الإلكترونات مع مادة الأنود ، يظهر نوعان من إشعاع الأشعة السينية: الفراملو صفة مميزة.

يقع سطح عمل الأنود بزاوية معينة في اتجاه شعاع الإلكترون من أجل إنشاء الاتجاه المطلوب للأشعة السينية.

يتم تحويل ما يقرب من 1٪ من الطاقة الحركية للإلكترونات إلى أشعة سينية. يتم إطلاق بقية الطاقة على شكل حرارة. لذلك ، فإن سطح عمل الأنود مصنوع من مادة مقاومة للحرارة.

32.2. الأشعة السينية Bremsstrahlung

الإلكترون الذي يتحرك في وسط ما يفقد سرعته. هذا يخلق تسارعًا سلبيًا. وفقا لنظرية ماكسويل ، أي معجلحركة الجسيم المشحون مصحوبة بالإشعاع الكهرومغناطيسي. يسمى الإشعاع الذي يحدث عندما يتباطأ الإلكترون في مادة الأنود أشعة إكس.

يتم تحديد خصائص bremsstrahlung من خلال العوامل التالية.

1. يصدر الإشعاع بواسطة كمات فردية ترتبط طاقاتها بالتردد بواسطة الصيغة (26.10)

أين ν هو التردد ، هو الطول الموجي.

2. جميع الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب لها نفس الشيءطاقة حركية تساوي عمل المجال الكهربائي بين القطب الموجب والكاثود:

حيث e هي شحنة الإلكترون ، U هي الجهد المتسارع.

3. يتم نقل الطاقة الحركية للإلكترون جزئيًا إلى المادة وتسخينها (Q) ، ويتم إنفاقها جزئيًا على إنشاء كمية الأشعة السينية:

4. العلاقة بين Q و hv مصادفة.

بسبب الخاصية الأخيرة (4) ، فإن الكميات المتولدة من متنوعالإلكترونات متنوعالترددات والأطوال الموجية. لذلك ، فإن طيف bremsstrahlung هو صلب.عرض نموذجي الكثافة الطيفيةيظهر تدفق الأشعة السينية (Φ λ = άΦ / άλ) في الشكل. 32.2.

أرز. 32.2.طيف Bremsstrahlung

من جانب الموجات الطويلة ، يكون الطيف محدودًا بطول موجة 100 نانومتر ، وهو حد إشعاع الأشعة السينية. من جانب الموجات القصيرة ، يكون الطيف محدودًا بطول الموجة λ دقيقة. حسب المعادلة (32.2) الطول الموجي الأدنىيتوافق مع الحالة Q = 0 (يتم تحويل الطاقة الحركية للإلكترون بالكامل إلى طاقة الكم):

تظهر الحسابات أن تدفق bremsstrahlung (Φ) يتناسب طرديًا مع مربع الجهد U بين

الأنود والكاثود ، التيار I في الأنبوب والرقم الذري Z لمادة الأنود:

أطياف أشعة X-ray bremsstrahlung في الفولتية المختلفة ودرجات حرارة الكاثود المختلفة ومواد الأنود المختلفة موضحة في التين. 32.3.

أرز. 32.3.طيف Bremsstrahlung (Φ λ):

أ - عند الفولتية المختلفة U في الأنبوب ؛ ب - عند درجات حرارة مختلفة ت

الكاثود. ج - مع اختلاف مواد الأنود في المعلمة Z.

مع زيادة الجهد الأنود ، القيمة λ دقيقةتحولات نحو أطوال موجية أقصر. في الوقت نفسه ، يزداد ارتفاع المنحنى الطيفي أيضًا (الشكل 32.3 ، لكن).

مع زيادة درجة حرارة الكاثود ، يزداد انبعاث الإلكترون. في المقابل ، يزداد أيضًا التيار I في الأنبوب. يزداد ارتفاع المنحنى الطيفي ، لكن التركيب الطيفي للإشعاع لا يتغير (الشكل 32.3 ، ب).

عندما تتغير مادة الأنود ، يتغير ارتفاع المنحنى الطيفي بما يتناسب مع العدد الذري Z (الشكل 32.3 ، ج).

32.3. الأشعة السينية المميزة. قانون موزلي

عندما تتفاعل إلكترونات الكاثود مع ذرات الأنود ، جنبًا إلى جنب مع أشعة X-ray bremsstrahlung ، ينشأ إشعاع الأشعة السينية ، والذي يتكون طيفه من خطوط فردية.هذا الإشعاع

له الأصل التالي. تخترق بعض الإلكترونات الكاثودية الذرة بعمق وتخرج الإلكترونات منها. قذائف داخلية.يتم ملء الفراغات التي تشكلت على هذا النحو بالإلكترونات بـ العلويقذائف ، مما أدى إلى انبعاث إشعاع كمات. يحتوي هذا الإشعاع على مجموعة منفصلة من الترددات التي تحددها مادة الأنود ويسمى الإشعاع المميز.الطيف الكامل لأنبوب الأشعة السينية هو تراكب للطيف المميز على طيف أشعة الشمس (الشكل 32.4).

أرز. 32.4.طيف انبعاث أنبوب الأشعة السينية

تم اكتشاف وجود أطياف الأشعة السينية المميزة باستخدام أنابيب الأشعة السينية. في وقت لاحق وجد أن مثل هذه الأطياف تنشأ أثناء أي تأين للمدارات الداخلية للعناصر الكيميائية. بعد دراسة الأطياف المميزة للعناصر الكيميائية المختلفة ، أنشأ G.Moseley (1913) القانون التالي ، الذي يحمل اسمه.

الجذر التربيعي لتردد الإشعاع المميز هو دالة خطية للرقم الترتيبي للعنصر:

حيث ν هو تردد الخط الطيفي ، Z هو الرقم الذري للعنصر الباعث ، A ، B ثوابت.

يسمح قانون موزلي بتحديد العدد الذري لعنصر كيميائي من الطيف المرصود للإشعاع المميز. لعب هذا دورًا كبيرًا في وضع العناصر في النظام الدوري.

32.4. تفاعل أشعة إكس مع المادة. قانون الضعف

هناك نوعان رئيسيان من تفاعل إشعاع الأشعة السينية مع المادة: التشتت والتأثير الكهروضوئي. عندما يتشتت ، يتغير اتجاه حركة الفوتون. في التأثير الكهروضوئي ، الفوتون يمتص.

1. تشتت متماسك (مرن)يحدث عندما تكون طاقة فوتون الأشعة السينية غير كافية للتأين الداخلي للذرة (إخراج إلكترون من إحدى الأصداف الداخلية). في هذه الحالة ، يتغير اتجاه حركة الفوتون ، ولا تتغير طاقته وطوله الموجي (لذلك ، يسمى هذا الانتثار المرن).

2. تشتت (كومبتون) غير المتماسكيحدث عندما تكون طاقة الفوتون أكبر بكثير من طاقة التأين الداخلية A u: hv >> A u.

في هذه الحالة ، ينفصل الإلكترون عن الذرة ويكتسب طاقة حركية معينة E k. يتغير اتجاه الفوتون أثناء تشتت كومبتون ، وتنخفض طاقته:

يرتبط نثر كومبتون بتأين ذرات المادة.

3. التأثير الكهروضوئييحدث عندما تكون طاقة الفوتون hv كافية لتأين الذرة: hv> A u. في نفس الوقت ، كمية الأشعة السينية يمتصوتنفق طاقتها على تأين الذرة وتوصيل الطاقة الحركية إلى الإلكترون المقذوف E k \ u003d hv - AI.

نثر كومبتون والتأثير الكهروضوئي مصحوب بإشعاع الأشعة السينية المميز ، لأنه بعد خروج الإلكترونات الداخلية ، تمتلئ الفراغات بالإلكترونات من الأصداف الخارجية.

تألق الأشعة السينية.في بعض المواد ، تتسبب الإلكترونات وكميات تشتت كومبتون ، وكذلك إلكترونات التأثير الكهروضوئي ، في إثارة الجزيئات ، والتي تصاحبها انتقالات إشعاعية إلى الحالة الأرضية. ينتج عن هذا توهج يسمى تألق الأشعة السينية. سمح تألق الباريوم والبلاتينيوم السيانوجين باكتشاف الأشعة السينية بواسطة رونتجن.

قانون الضعف

يؤدي تشتت الأشعة السينية والتأثير الكهروضوئي إلى حقيقة أن الأشعة السينية تخترق أعمق في الحزمة الأولية للإشعاع تضعف (الشكل 32.5). التخفيف أسي:

تعتمد قيمة μ على المادة الماصة وطيف الإشعاع. للحسابات العملية ، كخاصية للضعفاء

أرز. 32.5.ضعف تدفق الأشعة السينية في اتجاه الأشعة الساقطة

أين λ - الطول الموجي Z هو الرقم الذري للعنصر ؛ k ثابت بعض الشيء.

32.5. قواعد الاستخدام المادية

الأشعة السينية في الطب

في الطب ، تستخدم الأشعة السينية لأغراض التشخيص والعلاج.

تشخيص الأشعة السينية- طرق الحصول على صور للأعضاء الداخلية بالأشعة السينية.

الأساس المادي لهذه الأساليب هو قانون توهين الأشعة السينية في المادة (32.10). مستعرضة تدفق موحدة للأشعة السينية بعد المرور نسيج غير متجانسسوف تصبح غير متجانسة. يمكن تسجيل عدم التجانس هذا على فيلم فوتوغرافي أو شاشة فلورية أو باستخدام جهاز كشف ضوئي مصفوفة. على سبيل المثال ، تختلف معاملات الضعف الجماعي لأنسجة العظام - Ca 3 (PO 4) 2 - والأنسجة الرخوة - H 2 O بشكل رئيسي - بمقدار 68 مرة (μ m عظم / μ m ماء = 68). كثافة العظام أعلى أيضًا من كثافة الأنسجة الرخوة. لذلك ، تنتج صورة الأشعة السينية صورة ضوئية للعظم على خلفية داكنة من الأنسجة الرخوة.

إذا كان للعضو قيد الدراسة والأنسجة المحيطة به معاملات توهين متشابهة ، فعندئذ يكون خاصًا عوامل التباين.لذلك ، على سبيل المثال ، أثناء التنظير التألقي للمعدة ، يأخذ المريض كتلة طرية من كبريتات الباريوم (BaSO 4) ، حيث يكون معامل التوهين الكتلي أكبر 354 مرة من الأنسجة الرخوة.

للتشخيص ، يتم استخدام إشعاع الأشعة السينية بطاقة فوتون من 60-120 كيلو فولت. في الممارسة الطبية ، يتم استخدام الطرق التالية لتشخيص الأشعة السينية.

1. الأشعة السينية.تم تشكيل الصورة على شاشة الفلورسنت. سطوع الصورة منخفض ولا يمكن رؤيته إلا في غرفة مظلمة. يجب حماية الطبيب من التعرض.

تتمثل ميزة التنظير الفلوري في أنه يتم إجراؤه في الوقت الفعلي. العيب هو حمل إشعاعي كبير على المريض والطبيب (مقارنة بالطرق الأخرى).

النسخة الحديثة من التنظير الفلوري - تلفزيون الأشعة السينية - تستخدم مكثفات صور الأشعة السينية. يدرك مكبر الصوت التوهج الضعيف لشاشة الأشعة السينية ، ويقوم بتضخيمها ونقلها إلى شاشة التلفزيون. ونتيجة لذلك ، انخفض الحمل الإشعاعي على الطبيب بشكل حاد ، وزاد سطوع الصورة ، وأصبح من الممكن تسجيل نتائج الفحص بالفيديو.

2. التصوير الشعاعي.تتكون الصورة على فيلم خاص حساس للأشعة السينية. يتم التقاط الصور في إسقاطين متعامدين بشكل متبادل (مباشر وجانبي). تصبح الصورة مرئية بعد معالجة الصور. يتم عرض الصورة المجففة النهائية في الضوء المرسل.

في الوقت نفسه ، تظهر التفاصيل بشكل مرضٍ ، ويختلف تباينها بنسبة 1-2٪.

في بعض الحالات قبل الفحص يعطى المريض خصوصية عامل تباين.على سبيل المثال ، محلول يحتوي على اليود (عن طريق الوريد) في دراسة الكلى والمسالك البولية.

وتتمثل مزايا التصوير الشعاعي في الدقة العالية وقصر مدة التعرض وتقريبًا السلامة الكاملة للطبيب. تشمل العيوب الصورة الثابتة (لا يمكن تتبع الكائن في الديناميكيات).

3. التصوير الفلوري.في هذا الفحص ، يتم تصوير الصورة التي تم الحصول عليها على الشاشة على فيلم صغير الحجم حساس. يستخدم التصوير الفلوري على نطاق واسع في المسح الشامل للسكان. إذا تم العثور على تغييرات مرضية في مخطط الفلور ، يتم وصف المريض لفحص أكثر تفصيلاً.

4. تخطيط كهربية الجين.يختلف هذا النوع من الفحص عن التصوير الشعاعي التقليدي في طريقة التقاط الصورة. استخدم بدلا من الفيلم لوحة السيلينيوممكهرب بواسطة الأشعة السينية. والنتيجة هي صورة كامنة للشحنات الكهربائية التي يمكن جعلها مرئية وتحويلها إلى ورق.

5. تصوير الأوعية.تستخدم هذه الطريقة في فحص الأوعية الدموية. يتم حقن عامل التباين في الوريد من خلال قسطرة ، وبعد ذلك تلتقط آلة أشعة سينية قوية سلسلة من الصور متتابعة واحدة تلو الأخرى في أجزاء من الثانية. يوضح الشكل 32.6 صورة وعائية في منطقة الشريان السباتي.

6. التصوير المقطعي بالأشعة السينية.يسمح لك هذا النوع من الفحص بالأشعة السينية بالحصول على صورة لجزء مسطح من الجسم بسمك عدة مم. في هذه الحالة ، يتم إضاءة القسم المحدد بشكل متكرر بزوايا مختلفة مع تثبيت كل صورة فردية في ذاكرة الكمبيوتر. ثم

أرز. 32.6.تصوير الأوعية الدموية يظهر تضيق في قناة الشريان السباتي

أرز. 32.7. مخطط المسح بالتصوير المقطعي (أ) ؛ رسم مقطعي للرأس في المقطع العرضي عند مستوى العين (ب).

يتم إجراء إعادة بناء الكمبيوتر ، والنتيجة هي صورة الطبقة الممسوحة ضوئيًا (الشكل 32.7).

يتيح التصوير المقطعي المحوسب التمييز بين العناصر التي تختلف كثافة بينها بنسبة تصل إلى 1٪. يسمح لك التصوير الشعاعي التقليدي بالتقاط حد أدنى من الاختلاف في الكثافة بين المناطق المجاورة بنسبة 10-20٪.

العلاج بالأشعة السينية - استخدام الأشعة السينية لتدمير الأورام الخبيثة.

يتمثل التأثير البيولوجي للإشعاع في تعطيل النشاط الحيوي للخلايا التي تتكاثر بسرعة بشكل خاص. تُستخدم أشعة سينية شديدة الصعوبة (مع طاقة فوتونية تقارب 10 ميغا إلكترون فولت) لتدمير الخلايا السرطانية في أعماق الجسم. لتقليل الضرر الذي يلحق بالأنسجة المحيطة السليمة ، تدور الحزمة حول المريض بحيث تظل المنطقة المتضررة فقط تحت تأثيرها في جميع الأوقات.

32.6. المفاهيم والصيغ الأساسية

استمرار الجدول

نهاية الجدول

32.7. مهام

1. لماذا تصطدم شعاع الإلكترون في أنابيب الأشعة السينية الطبية بنقطة واحدة من القطب المعاكس ولا تسقط عليها في شعاع عريض؟

إجابه:للحصول على مصدر نقطي للأشعة السينية ، مما يعطي مخططًا حادًا للأشياء شبه الشفافة على الشاشة.

2. أوجد حدود الأشعة السينية (التردد والطول الموجي) للجهود U 1 = 2 kV و U 2 = 20 kV.

4. تستخدم شاشات الرصاص للحماية من الأشعة السينية. الامتصاص الخطي للأشعة السينية في الرصاص هو 52 سم -1. ما هو سمك طبقة التدريع من الرصاص لتقليل شدة الأشعة السينية بمقدار 30 مرة؟

5. أوجد تدفق إشعاع أنبوب الأشعة السينية عند U = 50 kV ، I = 1 mA. الأنود مصنوع من التنجستن (Z = 74). أوجد كفاءة الأنبوب.

6. لتشخيص الأنسجة الرخوة بالأشعة السينية ، يتم استخدام عوامل التباين. على سبيل المثال ، تمتلئ المعدة والأمعاء بكتلة من كبريتات الباريوم (BaSO 4). قارن معاملات التوهين الكتلي لكبريتات الباريوم والأنسجة الرخوة (الماء).

7. ما الذي يعطي ظلًا أكثر سمكًا على شاشة الأشعة السينية: الألومنيوم (Z = 13 ، ρ = 2.7 جم / سم 3) أو نفس الطبقة من النحاس (Z = 29 ، ρ = 8.9 جم / سم 3)؟

8. كم مرة يكون سمك طبقة الألمنيوم أكبر من سمك الطبقة النحاسية ، إذا كانت الطبقات تخفف الأشعة السينية بنفس الطريقة؟

الأشعة السينية هي موجات كهرومغناطيسية يبلغ طولها الموجي حوالي 80 إلى 10 -5 نانومتر. يتم تغطية إشعاع الأشعة السينية ذي الطول الموجي الأطول بواسطة الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي القصير ، وطول الموجة القصيرة - بإشعاع γ طويل الموجة. وفقًا لطريقة الإثارة ، تنقسم الأشعة السينية إلى أشعة الشمس والمميزة.

31.1. جهاز أنبوب الأشعة السينية. الأشعة السينية Bremsstrahlung

المصدر الأكثر شيوعًا للأشعة السينية هو أنبوب الأشعة السينية ، وهو عبارة عن جهاز تفريغ ثنائي القطب (الشكل 31.1). تسخين الكاثود 1 ينبعث منها إلكترونات 4. الأنود 2 ، الذي يشار إليه غالبًا باسم مضاد القطب السالب ، له سطح مائل لتوجيه الأشعة السينية الناتجة 3 بزاوية على محور الأنبوب. يتكون القطب الموجب من مادة عالية التوصيل للحرارة لإزالة الحرارة الناتجة عن تأثير الإلكترونات. يتكون سطح الأنود من مواد مقاومة للصهر لها عدد ذري ​​كبير في الجدول الدوري ، مثل التنجستن. في بعض الحالات ، يتم تبريد الأنود بشكل خاص بالماء أو الزيت.

بالنسبة لأنابيب التشخيص ، يعد تحديد مصدر الأشعة السينية أمرًا مهمًا ، والذي يمكن تحقيقه من خلال تركيز الإلكترونات في مكان واحد من القطب المضاد. لذلك ، بشكل بناء ، يجب أخذ مهمتين متعاكستين في الاعتبار: من ناحية ، يجب أن تقع الإلكترونات على مكان واحد من الأنود ، ومن ناحية أخرى ، لمنع ارتفاع درجة الحرارة ، من المستحسن توزيع الإلكترونات على أجزاء مختلفة من الأنود. كواحد من الحلول التقنية المثيرة للاهتمام هو أنبوب الأشعة السينية مع الأنود الدوار (الشكل 31.2).

نتيجة لتباطؤ إلكترون (أو جسيم مشحون آخر) بواسطة المجال الكهروستاتيكي للنواة الذرية والإلكترونات الذرية لمادة القطب المضاد ، إشعاع bremsstrahlung.

يمكن تفسير آليتها على النحو التالي. ترتبط الشحنة الكهربائية المتحركة بمجال مغناطيسي يعتمد تحريضه على سرعة الإلكترون. عند الكبح المغناطيسي

الحث ، ووفقًا لنظرية ماكسويل ، تظهر موجة كهرومغناطيسية.

عندما تتباطأ الإلكترونات ، يذهب جزء فقط من الطاقة لتكوين فوتون للأشعة السينية ، ويتم إنفاق الجزء الآخر على تسخين الأنود. نظرًا لأن النسبة بين هذه الأجزاء عشوائية ، فعندما يتباطأ عدد كبير من الإلكترونات ، يتشكل طيف مستمر من إشعاع الأشعة السينية. في هذا الصدد ، يُطلق على bremsstrahlung أيضًا اسم مستمر. على التين. يوضح الشكل 31.3 اعتماد تدفق الأشعة السينية على الطول الموجي λ (الأطياف) عند الفولتية المختلفة في أنبوب الأشعة السينية: يو 1< U 2 < U 3 .

في كل من الأطياف ، أقصر طول موجي bremsstrahlung λ ηίη تنشأ عندما تتحول الطاقة التي يكتسبها إلكترون في مجال متسارع بالكامل إلى طاقة فوتون:

لاحظ أنه على أساس (31.2) تم تطوير إحدى أكثر الطرق دقة في التحديد التجريبي لثابت بلانك.

عادةً ما تتمتع الأشعة السينية ذات الطول الموجي القصير بقوة اختراق أكبر من تلك ذات الموجات الطويلة وتسمى الصعب،والموجة الطويلة لين.

عن طريق زيادة الجهد على أنبوب الأشعة السينية ، يتغير التركيب الطيفي للإشعاع ، كما يتضح من الشكل. 31.3 والصيغ (31.3) ، وزيادة الصلابة.

إذا زادت درجة حرارة فتيل الكاثود ، سيزداد انبعاث الإلكترون والتيار في الأنبوب. سيؤدي هذا إلى زيادة عدد فوتونات الأشعة السينية المنبعثة كل ثانية. لن يتغير تركيبها الطيفي. على التين. يُظهر الشكل الشكل 31.4 أطياف الأشعة السينية الإشعاعية عند نفس الجهد ، ولكن في تيارات خيوط الكاثود المختلفة: / n1< / н2 .

يتم حساب تدفق الأشعة السينية بالصيغة:

أين يوو أنا-الجهد والتيار في أنبوب الأشعة السينية ؛ ض- الرقم التسلسلي لذرة مادة الأنود ؛ ك- معامل التناسب. تم الحصول على الأطياف من أنتيكاثودات مختلفة في نفس الوقت يووتظهر I H في الشكل. 31.5.

31.2. خاصية الأشعة السينية. جهاز طيفي الأشعة السينية الذري

من خلال زيادة الجهد على أنبوب الأشعة السينية ، يمكن للمرء أن يلاحظ ظهور خط يتوافق مع

الأشعة السينية المميزة(الشكل 31.6). ينشأ بسبب حقيقة أن الإلكترونات المتسارعة تخترق عمق الذرة وتطرد الإلكترونات من الطبقات الداخلية. تتحرك الإلكترونات من المستويات العليا إلى أماكن خالية (الشكل 31.7) ، ونتيجة لذلك ، تنبعث فوتونات من الإشعاع المميز. كما يتضح من الشكل ، تتكون أشعة X-ray المميزة من سلسلة ك ، ل ، موما إلى ذلك ، يعمل اسمها على تعيين الطبقات الإلكترونية. نظرًا لأن انبعاث سلسلة K يحرر مساحة في الطبقات العليا ، فإن خطوط السلاسل الأخرى تنبعث في نفس الوقت.

على عكس الأطياف الضوئية ، فإن أطياف الأشعة السينية المميزة لذرات مختلفة من نفس النوع. على التين. يوضح الشكل 31.8 أطياف العناصر المختلفة. يرجع توحيد هذه الأطياف إلى حقيقة أن الطبقات الداخلية للذرات المختلفة متشابهة وتختلف بقوة فقط ، لأن تأثير القوة من النواة يزداد مع زيادة العدد الترتيبي للعنصر. يؤدي هذا الظرف إلى حقيقة أن أطياف الخصائص تتحول نحو ترددات أعلى مع زيادة الشحنة النووية. هذا النمط مرئي من الشكل. 31.8 والمعروف باسم قانون موزلي:

أين الخامس-تردد الخط الطيفي Z-العدد الذري للعنصر المنبعث ؛ لكنو في- دائم.

هناك فرق آخر بين أطياف الأشعة الضوئية والأشعة السينية.

لا يعتمد طيف الأشعة السينية المميز للذرة على المركب الكيميائي الذي تدخل فيه هذه الذرة. على سبيل المثال ، طيف الأشعة السينية لذرة الأكسجين هو نفسه بالنسبة لـ O و O 2 و H 2 O ، بينما تختلف الأطياف الضوئية لهذه المركبات اختلافًا كبيرًا. كانت هذه الميزة في طيف الأشعة السينية للذرة هي أساس الاسم صفة مميزة.

يحدث الإشعاع المميز دائمًا عندما يكون هناك مساحة خالية في الطبقات الداخلية للذرة ، بغض النظر عن السبب الذي تسبب في ذلك. لذلك ، على سبيل المثال ، يصاحب الإشعاع المميز أحد أنواع الانحلال الإشعاعي (انظر 32.1) ، والذي يتكون من التقاط إلكترون من الطبقة الداخلية بواسطة النواة.

31.3. تفاعل الأشعة السينية مع مادة

يتم تحديد تسجيل واستخدام الأشعة السينية ، وكذلك تأثيرها على الكائنات البيولوجية ، من خلال العمليات الأولية لتفاعل فوتون الأشعة السينية مع إلكترونات الذرات وجزيئات المادة.

حسب نسبة الطاقة hvالفوتون وطاقة التأين 1 أ وهناك ثلاث عمليات رئيسية.

تشتت متماسك (كلاسيكي)

يحدث تشتت الأشعة السينية طويلة الموجة بشكل رئيسي دون تغيير في الطول الموجي ، ويسمى متماسك.يحدث إذا كانت طاقة الفوتون أقل من طاقة التأين: hv< أ و.

نظرًا لأن طاقة فوتون الأشعة السينية والذرة في هذه الحالة لا تتغير ، فإن الانتثار المتماسك في حد ذاته لا يسبب تأثيرًا بيولوجيًا. ومع ذلك ، عند إنشاء حماية ضد إشعاع الأشعة السينية ، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار إمكانية تغيير اتجاه الحزمة الأولية. هذا النوع من التفاعل مهم لتحليل حيود الأشعة السينية (انظر 24.7).

تشتت غير متماسك (تأثير كومبتون)

في عام 1922 م. اكتشف كومبتون ، بملاحظة تشتت الأشعة السينية الصلبة ، انخفاضًا في قوة اختراق الحزمة المبعثرة مقارنة بالحزمة الساقطة. هذا يعني أن الطول الموجي للأشعة السينية المتناثرة كان أكبر من الطول الموجي للأشعة السينية الساقطة. يسمى تشتت الأشعة السينية مع تغير الطول الموجي غير متماسك nym ، والظاهرة نفسها - تأثير كومبتون.يحدث إذا كانت طاقة فوتون الأشعة السينية أكبر من طاقة التأين: hv> A و.

ترجع هذه الظاهرة إلى حقيقة أنه عند التفاعل مع الذرة ، فإن الطاقة hvيُنفق الفوتون على إنتاج فوتون جديد للأشعة السينية مبعثر بالطاقة hv "،لفصل إلكترون عن ذرة (طاقة التأين A u) ونقل الطاقة الحركية إلى الإلكترون E إلى:

hv \ u003d hv "+ A و + E k.(31.6)

1 هنا ، تُفهم طاقة التأين على أنها الطاقة المطلوبة لإزالة الإلكترونات الداخلية من ذرة أو جزيء.

منذ ذلك الحين في كثير من الحالات hv>> يحدث تأثير A و Compton على الإلكترونات الحرة ، ثم يمكننا أن نكتب تقريبًا:

hv = hv "+ E K.(31.7)

من المهم أن في هذه الظاهرة (الشكل 31.9) ، جنبا إلى جنب مع إشعاع الأشعة السينية الثانوية (الطاقة hvتظهر إلكترونات الارتداد "الفوتون" (طاقة حركية ه الىإلكترون). ثم تصبح الذرات أو الجزيئات أيونات.

التأثير الكهروضوئي

في التأثير الكهروضوئي ، تمتص ذرة إشعاع الأشعة السينية ، ونتيجة لذلك يطير الإلكترون ، وتتأين الذرة (التأين الضوئي).

عمليات التفاعل الرئيسية الثلاث التي تمت مناقشتها أعلاه هي عمليات أولية ، فهي تؤدي إلى ثانوية وثانوية لاحقة وما إلى ذلك. الظواهر. على سبيل المثال ، يمكن أن تنبعث الذرات المتأينة طيفًا مميزًا ، ويمكن أن تصبح الذرات المثارة مصادر للضوء المرئي (تلألؤ الأشعة السينية) ، إلخ.

على التين. الشكل 31.10 هو رسم تخطيطي للعمليات المحتملة التي تحدث عندما يدخل إشعاع الأشعة السينية إلى مادة ما. قد تحدث عدة عشرات من العمليات المشابهة لتلك الموضحة قبل أن يتم تحويل طاقة فوتون الأشعة السينية إلى طاقة الحركة الحرارية الجزيئية. نتيجة لذلك ، ستكون هناك تغييرات في التركيب الجزيئي للمادة.

العمليات التي يمثلها الرسم التخطيطي في الشكل. الشكل 31.10 ، تكمن وراء الظواهر التي لوحظت تحت تأثير الأشعة السينية على المادة. دعنا نسرد بعض منهم.

تألق الأشعة السينية- توهج عدد من المواد تحت أشعة إكس. سمح توهج البلاتين والسيانوجين الباريوم لروينتجن باكتشاف الأشعة. تُستخدم هذه الظاهرة لإنشاء شاشات مضيئة خاصة لغرض المراقبة البصرية للأشعة السينية ، وأحيانًا لتعزيز عمل الأشعة السينية على لوحة فوتوغرافية.

يُعرف التأثير الكيميائي لإشعاع الأشعة السينية ، على سبيل المثال ، تكوين بيروكسيد الهيدروجين في الماء. والمثال المهم عمليًا هو التأثير على لوحة فوتوغرافية ، مما يجعل من الممكن اكتشاف مثل هذه الأشعة.

يتجلى التأثير المؤين في زيادة التوصيل الكهربائي تحت تأثير الأشعة السينية. هذه الخاصية مستخدمة

في قياس الجرعات لتحديد تأثير هذا النوع من الإشعاع.

نتيجة للعديد من العمليات ، يتم إضعاف حزمة الأشعة السينية الأولية وفقًا للقانون (29.3). دعنا نكتبها بالشكل:

أنا = I0 هـ- / "، (31.8)

أين μ - معامل التوهين الخطي. يمكن تمثيله على أنه يتكون من ثلاثة مصطلحات تتوافق مع التشتت المتماسك μ κ ، μ ΗΚ غير المتماسك و مؤثر الصورة F:

μ = μ k + μ hk + μ f. (31.9)

يتم تخفيف شدة الأشعة السينية بما يتناسب مع عدد ذرات المادة التي يمر من خلالها هذا التدفق. إذا ضغطنا المادة على طول المحور س ،على سبيل المثال ، في بمرات بالزيادة بأضعاف كثافته ، إذن

31.4. الأسس الفيزيائية لتطبيق الأشعة السينية في الطب

من أهم التطبيقات الطبية للأشعة السينية هو نقل الأعضاء الداخلية لأغراض التشخيص. (التشخيص بالأشعة السينية).

للتشخيص ، يتم استخدام الفوتونات التي تبلغ طاقتها حوالي 60-120 كيلو فولت. عند هذه الطاقة ، يتم تحديد معامل الانقراض الجماعي بشكل أساسي من خلال التأثير الكهروضوئي. تتناسب قيمته عكسياً مع القوة الثالثة لطاقة الفوتون (تتناسب مع λ 3) ، والتي تظهر قوة اختراق كبيرة للإشعاع الصلب ، وتتناسب مع القوة الثالثة للعدد الذري للمادة الممتصة:

يسمح لك الاختلاف الكبير في امتصاص الأنسجة المختلفة للأشعة السينية بمشاهدة صور للأعضاء الداخلية لجسم الإنسان في إسقاط الظل.

يتم استخدام تشخيصات الأشعة السينية في نسختين: التنظير يتم عرض الصورة على شاشة مضيئة للأشعة السينية ، التصوير الشعاعي - الصورة ثابتة على الفيلم.

إذا كان العضو قيد الدراسة والأنسجة المحيطة به تضعف الأشعة السينية بالتساوي تقريبًا ، يتم استخدام عوامل تباين خاصة. لذلك ، على سبيل المثال ، ملء المعدة والأمعاء بكتلة طرية من كبريتات الباريوم ، يمكن للمرء أن يرى صورة الظل الخاصة بهم.

يعتمد سطوع الصورة على الشاشة ووقت التعرض على الفيلم على شدة الأشعة السينية. إذا تم استخدامه للتشخيص ، فلا يمكن أن تكون الشدة عالية ، حتى لا تسبب عواقب بيولوجية غير مرغوب فيها. لذلك ، هناك عدد من الأجهزة التقنية التي تعمل على تحسين الصورة بكثافة الأشعة السينية المنخفضة. مثال على هذا الجهاز هو أنابيب التكثيف (انظر 27.8). في الفحص الجماعي للسكان ، يتم استخدام نوع مختلف من التصوير الشعاعي على نطاق واسع - التصوير الفلوري ، حيث يتم تسجيل صورة من شاشة إنارة كبيرة للأشعة السينية على فيلم صغير الحجم حساس. عند التصوير ، يتم استخدام عدسة ذات فتحة كبيرة ، ويتم فحص الصور النهائية على مكبر خاص.

هناك خيار مثير للاهتمام وواعد للتصوير الشعاعي وهو طريقة تسمى التصوير المقطعي بالأشعة السينية ، و "نسخته الآلية" - الاشعة المقطعية.

لنفكر في هذا السؤال.

يغطي التصوير الشعاعي البسيط مساحة كبيرة من الجسم ، مع تظليل مختلف الأعضاء والأنسجة بعضها البعض. يمكنك تجنب ذلك إذا قمت بتحريك أنبوب الأشعة السينية معًا بشكل دوري (الشكل 31.11) في الطور المضاد RTوفيلم Fpنسبة إلى الكائن حولابحاث. يحتوي الجسم على عدد من الشوائب غير الشفافة بالنسبة للأشعة السينية ؛ وهي موضحة بدوائر في الشكل. كما ترون ، فإن الأشعة السينية في أي موضع لأنبوب الأشعة السينية (1 ، 2 إلخ) تمر

قطع نفس النقطة من الجسم ، وهي المركز ، التي يتم تنفيذ الحركة الدورية عليها RTو Fp.تظهر هذه النقطة ، وهي عبارة عن إدراج صغير مبهم ، من خلال دائرة مظلمة. صورة الظل الخاصة به تتحرك مع fp ،احتلال المناصب 1 على التوالي ، 2 إلخ. الشوائب المتبقية في الجسم (العظام ، الأختام ، إلخ) تتشكل Fpبعض الخلفية العامة ، لأن الأشعة السينية لا تحجبها بشكل دائم. من خلال تغيير موضع مركز التأرجح ، من الممكن الحصول على صورة أشعة سينية للجسم طبقة تلو الأخرى. ومن هنا الاسم - الأشعة المقطعية(تسجيل طبقات).

من الممكن ، باستخدام حزمة رقيقة من الأشعة السينية ، الفحص (بدلاً من Fp) ،تتكون من كاشفات أشباه الموصلات للإشعاع المؤين (انظر 32.5) ، وجهاز كمبيوتر لمعالجة صورة الأشعة السينية الظل في التصوير المقطعي. تتيح لك هذه النسخة الحديثة من التصوير المقطعي (التصوير المقطعي المحوسب أو بالأشعة السينية) الحصول على صور ذات طبقات للجسم على شاشة أنبوب أشعة الكاثود أو على ورق بتفاصيل أقل من 2 مم مع اختلاف في امتصاص الأشعة السينية لـ تصل إلى 0.1٪. يسمح هذا ، على سبيل المثال ، بالتمييز بين المادة الرمادية والبيضاء في الدماغ ورؤية تكوينات الورم الصغيرة جدًا.

وزارة التربية والتعليم والعلوم في الاتحاد الروسي

الوكالة الاتحادية للتعليم

GOU VPO SUSU

قسم الكيمياء الفيزيائية

في دورة KSE: "أشعة X-ray"

مكتمل:

نوموفا داريا جيناديفنا

التحقق:

أستاذ مشارك ، K.T.N.

تانكليفسكايا إن إم.

تشيليابينسك 2010

مقدمة

الفصل الأول اكتشاف الأشعة السينية

إيصال

التفاعل مع المادة

التأثير البيولوجي

التسجيل

تطبيق

كيف يتم أخذ الأشعة السينية

الأشعة السينية الطبيعية

الباب الثاني. التصوير الشعاعي

تطبيق

طريقة الحصول على الصورة

فوائد التصوير الشعاعي

عيوب التصوير الشعاعي

التنظير

مبدأ الاستلام

فوائد التنظير التألقي

عيوب التنظير التألقي

التقنيات الرقمية في التنظير الفلوري

طريقة المسح متعدد الأسطر

خاتمة

قائمة الأدب المستخدم

مقدمة

إشعاع الأشعة السينية - موجات كهرومغناطيسية ، يتم تحديد طاقة الفوتون من خلال نطاق الطاقة من الأشعة فوق البنفسجية إلى إشعاع غاما ، والذي يتوافق مع مدى الطول الموجي من 10-4 إلى 10² Å (من 10-14 إلى 10−8 م).

مثل الضوء المرئي ، تسبب الأشعة السينية اسوداد فيلم التصوير. هذه الخاصية لها أهمية كبيرة في الطب والصناعة والبحث العلمي. مرورًا بالجسم قيد الدراسة ثم السقوط على الفيلم ، يصور إشعاع الأشعة السينية هيكله الداخلي عليه. نظرًا لأن قوة الاختراق لإشعاع الأشعة السينية تختلف باختلاف المواد ، فإن أجزاء الجسم الأقل شفافية بالنسبة لها تعطي مناطق أكثر إشراقًا في الصورة من تلك التي يخترق من خلالها الإشعاع جيدًا. وبالتالي ، فإن أنسجة العظام أقل شفافية في الأشعة السينية من الأنسجة التي يتكون منها الجلد والأعضاء الداخلية. لذلك ، في الصورة الشعاعية ، ستتم الإشارة إلى العظام على أنها مناطق أفتح ويمكن اكتشاف موقع الكسر ، وهو أكثر شفافية للإشعاع ، بسهولة تامة. يستخدم التصوير بالأشعة السينية أيضًا في طب الأسنان للكشف عن التسوس والخراجات في جذور الأسنان ، وكذلك في الصناعة للكشف عن الشقوق في المسبوكات والبلاستيك والمطاط.

تستخدم الأشعة السينية في الكيمياء لتحليل المركبات وفي الفيزياء لدراسة بنية البلورات. تسبب شعاع الأشعة السينية التي تمر عبر مركب كيميائي إشعاعًا ثانويًا مميزًا ، يسمح التحليل الطيفي للكيميائي بتحديد تكوين المركب. عند السقوط على مادة بلورية ، تتناثر شعاع الأشعة السينية بواسطة ذرات البلورة ، مما يعطي نمطًا واضحًا ومنتظمًا من البقع والخطوط على لوحة فوتوغرافية ، مما يجعل من الممكن إنشاء البنية الداخلية للبلورة.

يعتمد استخدام الأشعة السينية في علاج السرطان على حقيقة أنها تقتل الخلايا السرطانية. ومع ذلك ، يمكن أن يكون لها أيضًا تأثير غير مرغوب فيه على الخلايا الطبيعية. لذلك ، يجب توخي الحذر الشديد عند استخدام الأشعة السينية.

الفصل الأول اكتشاف الأشعة السينية

يُعزى اكتشاف الأشعة السينية إلى Wilhelm Conrad Roentgen. كان أول من نشر مقالاً عن الأشعة السينية أطلق عليه اسم الأشعة السينية (x-ray). نُشر مقال بقلم Roentgen بعنوان "On a new type of rays" في 28 ديسمبر 1895 في مجلة Würzburg Physico-Medical Society. ومع ذلك ، فقد ثبت أن الأشعة السينية قد تم الحصول عليها من قبل. تم تطوير أنبوب أشعة الكاثود الذي استخدمه رونتجن في تجاربه بواسطة J. Hittorf و W. Kruks. ينتج هذا الأنبوب أشعة سينية. ظهر هذا في تجارب كروكس ومن عام 1892 في تجارب هاينريش هيرتز وتلميذه فيليب لينارد من خلال اسوداد لوحات التصوير. ومع ذلك ، لم يدرك أي منهم أهمية اكتشافهم ولم ينشر نتائجه. أيضًا ، أجرى نيكولا تيسلا ، بدءًا من عام 1897 ، تجارب على أنابيب أشعة الكاثود ، وتلقى الأشعة السينية ، لكنه لم ينشر نتائجه.

لهذا السبب ، لم يكن رونتجن على علم بالاكتشافات التي تمت قبله واكتشف الأشعة ، التي سميت لاحقًا باسمه ، بشكل مستقل - أثناء مراقبة التألق الذي يحدث أثناء تشغيل أنبوب أشعة الكاثود. درس رونتجن الأشعة السينية لأكثر من عام بقليل (من 8 نوفمبر 1895 إلى مارس 1897) ونشر ثلاث مقالات صغيرة نسبيًا عنها ، لكنها قدمت وصفًا شاملاً للأشعة الجديدة لدرجة أن مئات الأوراق من قبل أتباعه ، تم نشرها على مدار 12 عامًا ، ولم تستطع إضافة أو تغيير أي شيء أساسي. رونتجن ، الذي فقد الاهتمام بالأشعة السينية ، أخبر زملائه: "لقد كتبت بالفعل كل شيء ، لا تضيعوا وقتكم". كما ساهمت في شهرة رونتجن الصورة الشهيرة ليد زوجته ، والتي نشرها في مقالته (انظر الصورة على اليمين). جلبت هذه الشهرة رونتجن في عام 1901 جائزة نوبل الأولى في الفيزياء ، وشددت لجنة نوبل على الأهمية العملية لاكتشافه. في عام 1896 ، تم استخدام اسم "الأشعة السينية" لأول مرة. في بعض البلدان ، يبقى الاسم القديم - الأشعة السينية. في روسيا ، بدأ يطلق على الأشعة اسم "الأشعة السينية" بناءً على اقتراح من الطالب ف.ك. رونتجن - أبرام فيدوروفيتش إيفي.

الموقف على مقياس الموجات الكهرومغناطيسية

تتداخل نطاقات طاقة الأشعة السينية وأشعة جاما في نطاق طاقة واسع. كلا النوعين من الإشعاع هما إشعاع كهرومغناطيسي ومتكافئان لنفس طاقة الفوتون. يكمن الاختلاف في المصطلحات في طريقة الحدوث - تنبعث الأشعة السينية بمشاركة الإلكترونات (سواء في الذرات أو تلك الحرة) ، بينما تنبعث أشعة جاما في عمليات إزالة إثارة النوى الذرية. تمتلك فوتونات الأشعة السينية طاقات من 100 فولت إلى 250 كيلو فولت ، وهو ما يتوافق مع الإشعاع بتردد 3 1016 هرتز إلى 6 1019 هرتز وطول موجي من 0.005 - 10 نانومتر (لا يوجد تعريف مقبول بشكل عام للحد الأدنى من X نطاق الأشعة في مقياس الطول الموجي). تتميز الأشعة السينية اللينة بأقل طاقة فوتونية وتردد إشعاع (وأطول موجة طول موجي) ، بينما تتميز الأشعة السينية الصلبة بأعلى طاقة فوتون وتردد إشعاع (وأقصر طول موجي).

(صورة بالأشعة السينية (تصوير شعاعي) ليد زوجته ، التقطها ف.ك. رونتجن)

إيصال

يتم إنتاج الأشعة السينية من خلال التسارع القوي للجسيمات المشحونة (الإلكترونات بشكل أساسي) أو عن طريق التحولات عالية الطاقة في غلاف الإلكترون للذرات أو الجزيئات. يتم استخدام كلا التأثيرين في أنابيب الأشعة السينية ، حيث يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود الساخن (لا تنبعث أشعة سينية ، لأن التسارع منخفض جدًا) وتضرب الأنود ، حيث تتباطأ بشكل حاد (الأشعة السينية هي المنبعثة: ما يسمى بـ. المساحات الفارغة في القذائف تشغلها إلكترونات أخرى للذرة. في هذه الحالة ، يتم إصدار إشعاع الأشعة السينية بخاصية طاقة معينة لمادة الأنود (الإشعاع المميز ، يتم تحديد الترددات بموجب قانون موزلي:

حيث Z هو الرقم الذري لعنصر الأنود ، A و B هما ثوابت لقيمة معينة للعدد الكمومي الأساسي n لقذيفة الإلكترون). في الوقت الحاضر ، تصنع الأنودات أساسًا من السيراميك ، والجزء الذي تصطدم فيه الإلكترونات مصنوع من الموليبدينوم. في عملية التسارع والتباطؤ ، يذهب 1٪ فقط من الطاقة الحركية للإلكترون إلى الأشعة السينية ، ويتم تحويل 99٪ من الطاقة إلى حرارة.

يمكن أيضًا الحصول على الأشعة السينية في مسرعات الجسيمات. ما يسمى. يحدث الإشعاع السنكروتروني عندما تنحرف حزمة من الجسيمات في مجال مغناطيسي ، ونتيجة لذلك فإنها تختبر تسارعًا في اتجاه عمودي على حركتها. إشعاع السنكروترون له طيف مستمر بحد أعلى. باستخدام المعلمات المختارة بشكل مناسب (حجم المجال المغناطيسي وطاقة الجسيمات) ، يمكن أيضًا الحصول على الأشعة السينية في طيف الإشعاع السنكروتروني.

تمثيل تخطيطي لأنبوب الأشعة السينية. X - الأشعة السينية ، K - الكاثود ، A - الأنود (يسمى أحيانًا anticathode) ، C - المشتت الحراري ، Uh - جهد فتيل الكاثود ، Ua - تسريع الجهد ، Win - مدخل تبريد الماء ، Wout - منفذ تبريد المياه (انظر x- أنبوب الأشعة).

التفاعل مع المادة

يختلف معامل الانكسار لأي مادة تقريبًا بالنسبة للأشعة السينية قليلاً عن الوحدة. والنتيجة هي عدم وجود مادة يمكن من خلالها صنع عدسة الأشعة السينية. بالإضافة إلى ذلك ، عندما تحدث الأشعة السينية بشكل عمودي على السطح ، فإنها لا تنعكس تقريبًا. على الرغم من ذلك ، في بصريات الأشعة السينية ، تم العثور على طرق لبناء عناصر بصرية للأشعة السينية.

يمكن للأشعة السينية أن تخترق المادة ، وتمتصها المواد المختلفة بشكل مختلف. يعد امتصاص الأشعة السينية أهم خصائصها في التصوير بالأشعة السينية. تنخفض شدة الأشعة السينية بشكل كبير اعتمادًا على المسار الذي تنتقل إليه في الطبقة الممتصة (I = I0e-kd ، حيث d هي سماكة الطبقة ، والمعامل k يتناسب مع Z3λ3 ، Z هو الرقم الذري للعنصر ، λ هو الطول الموجي).

يحدث الامتصاص نتيجة امتصاص ضوئي وتناثر كومبتون:

يُفهم الامتصاص الضوئي على أنه عملية إخراج إلكترون من غلاف الذرة بواسطة فوتون ، مما يتطلب أن تكون طاقة الفوتون أكبر من قيمة دنيا معينة. إذا أخذنا في الاعتبار احتمال فعل الامتصاص اعتمادًا على طاقة الفوتون ، فعند الوصول إلى طاقة معينة ، تزداد (الاحتمالية) بشكل حاد إلى أقصى قيمتها. بالنسبة للطاقات الأعلى ، يتناقص الاحتمال باستمرار. بسبب هذا الاعتماد ، يقال أن هناك حدًا للامتصاص. يشغل إلكترون آخر مكان الإلكترون المطروح أثناء عملية الامتصاص ، بينما ينبعث الإشعاع ذو طاقة الفوتون المنخفضة ، ما يسمى. عملية التألق.