اثر فوتوالکتریک

hv ³ A و

فوتون جذب می شود، e - از اتم جدا می شود - یونیزاسیون

hv \u003d A و + E به

اتم A برانگیخته شدن با جذب یک فوتون،آر - لومینسانس اشعه ایکس

پراکندگی نامنسجم

hv » A و

hv \u003d hv "+ A و + E به

فرآیندهای ثانویه در اثر فوتوالکتریک

برنج. 3 مکانیسم های برهمکنش اشعه ایکس با ماده

مبنای فیزیکی استفاده از اشعه ایکس در پزشکی

هنگامی که اشعه ایکس بر روی جسمی می افتد، کمی از سطح آن منعکس می شود، اما عمدتاً به عمق می رود، در حالی که تا حدی جذب و پراکنده می شود و تا حدی از آن عبور می کند.

قانون تضعیف

شار اشعه ایکس در ماده طبق قانون کاهش می یابد:

F \u003d F 0 e - m × x (6)

جایی که m - خطی عامل تضعیف،که اساساً به چگالی ماده بستگی دارد. برابر است با مجموع سه جمله مربوط به پراکندگی منسجم m 1، m 2 نامنسجم و اثر فوتوالکتریک m 3:

m \u003d m 1 + m 2 + m 3. (7)

سهم هر عبارت با انرژی فوتون تعیین می شود. در زیر نسبت این فرآیندها برای بافت نرم (آب) آمده است.

لذت ببرید ضریب تضعیف جرم،که به چگالی ماده بستگی ندارد r:

m m = m / r. (8)

ضریب تضعیف جرم به انرژی فوتون و عدد اتمی ماده جاذب بستگی دارد:

m m = k l 3 Z 3 . (نه)

ضرایب تضعیف جرم استخوان و بافت نرم (آب) فرق داشتن:متر متر استخوان / متر متر آب = 68.

اگر جسم ناهمگنی در مسیر پرتو ایکس قرار گیرد و صفحه فلورسنت در مقابل آن قرار گیرد، این جسم با جذب و تضعیف تشعشع، سایه ای روی صفحه ایجاد می کند. با توجه به ماهیت این سایه می توان در مورد شکل، چگالی، ساختار و در بسیاری از موارد ماهیت اجسام قضاوت کرد. آن ها تفاوت قابل توجهی در جذب تابش اشعه ایکس توسط بافت های مختلف به شما امکان می دهد تصویری از اندام های داخلی را در طرح ریزی سایه مشاهده کنید.

اگر اندام مورد مطالعه و بافت های اطراف به یک اندازه اشعه ایکس را ضعیف کنند، از مواد حاجب استفاده می شود. بنابراین، برای مثال، پر کردن معده و روده با توده‌ای از سولفات باریم ( BaS 0 4)، می توانید تصویر سایه آنها را ببینید (نسبت ضرایب تضعیف 354 است).

در پزشکی استفاده کنید.

در پزشکی، تابش اشعه ایکس با انرژی فوتون از 60 تا 100-120 کو برای تشخیص و 150-200 کو برای درمان استفاده می شود.

تشخیص اشعه ایکس – تشخیص بیماری ها از طریق ترانس روشن کردن بدن با اشعه ایکس.

تشخیص اشعه ایکس در گزینه های مختلفی استفاده می شود که در زیر آورده شده است.

1. با فلوروسکوپی لوله اشعه ایکس در پشت بیمار قرار دارد. در جلوی آن یک صفحه فلورسنت قرار دارد. یک تصویر سایه (مثبت) روی صفحه وجود دارد. در هر مورد، سختی مناسب تابش به گونه ای انتخاب می شود که از بافت های نرم عبور کند، اما به اندازه کافی توسط بافت های متراکم جذب شود. در غیر این صورت یک سایه یکنواخت به دست می آید. روی صفحه نمایش، قلب، دنده ها تاریک، ریه ها روشن هستند.

2. وقتی رادیوگرافی جسم روی نوار کاست قرار می گیرد که حاوی فیلمی با امولسیون عکاسی ویژه است. لوله اشعه ایکس روی جسم قرار می گیرد. رادیوگرافی به دست آمده یک تصویر منفی می دهد، یعنی. برعکس در مقابل تصویر مشاهده شده در طول transillumination. در این روش وضوح تصویر بیشتر از (1) است، بنابراین جزئیاتی مشاهده می شود که در هنگام ترانس روشن شدن به سختی دیده می شوند.

یک نوع امیدوارکننده از این روش اشعه ایکس است توموگرافیو "نسخه ماشین" - کامپیوتر توموگرافی

3. با فلوروسکوپی،در یک فیلم حساس با فرمت کوچک، تصویر از صفحه بزرگ ثابت می شود. هنگام مشاهده، تصاویر بر روی یک ذره بین ویژه بررسی می شوند.

اشعه ایکس درمانی - استفاده از اشعه ایکس برای از بین بردن تومورهای بدخیم.

اثر بیولوژیکی تشعشع، مختل کردن فعالیت حیاتی، به ویژه سلول‌های در حال تکثیر سریع است.

توموگرافی کامپیوتری (CT)

روش توموگرافی کامپیوتری اشعه ایکس بر اساس بازسازی تصویر استاز بخش خاصی از بدن بیمار با ثبت تعداد زیادی برجستگی اشعه ایکس از این بخش که در زوایای مختلف ساخته شده است. اطلاعات از سنسورهایی که این پیش بینی ها را ثبت می کنند وارد رایانه می شود که طبق برنامه خاصی محاسبه می کندتوزیع تنگ اندازهی نمونهدر بخش بررسی شده و آن را روی صفحه نمایش نمایش می دهد. تصویر حاصلبخشی از بدن بیمار با وضوح عالی و محتوای اطلاعات بالا مشخص می شود. برنامه به شما این امکان را می دهدافزایش دادن کنتراست تصویرکه در ده ها و حتی صدها بار. این باعث گسترش قابلیت های تشخیصی روش می شود.

فیلمبرداران (دستگاه هایی با پردازش تصویر دیجیتال با اشعه ایکس) در دندانپزشکی مدرن.

در دندانپزشکی، معاینه اشعه ایکس روش اصلی تشخیصی است. با این حال، تعدادی از ویژگی های سازمانی و فنی سنتی تشخیص اشعه ایکس باعث می شود که هم برای بیمار و هم برای کلینیک های دندانپزشکی راحت نباشد. این قبل از هر چیز نیاز بیمار به تماس با پرتوهای یونیزان است که اغلب بار تشعشعی قابل توجهی روی بدن ایجاد می کند، همچنین نیاز به فرآیند نوری و در نتیجه نیاز به واکنشگرهای نوری از جمله آنهایی که سمی هستند در نهایت، این یک بایگانی حجیم، پوشه های سنگین و پاکت هایی با فیلم های اشعه ایکس است.

علاوه بر این، سطح پیشرفت فعلی دندانپزشکی باعث می شود که ارزیابی ذهنی رادیوگرافی توسط چشم انسان ناکافی باشد. همانطور که مشخص شد، از بین انواع سایه های خاکستری موجود در تصویر اشعه ایکس، چشم تنها 64 رنگ را درک می کند.

بدیهی است که برای به دست آوردن تصویری واضح و دقیق از بافت های سخت سیستم آلوئولار دندانی با حداقل تابش اشعه، راه حل های دیگری مورد نیاز است. جستجو منجر به ایجاد سیستم های به اصطلاح رادیوگرافی، فیلمبرداران - سیستم های رادیوگرافی دیجیتال شد.

بدون جزئیات فنی، اصل عملکرد چنین سیستم هایی به شرح زیر است. تابش اشعه ایکس از طریق جسم نه روی یک فیلم حساس به نور، بلکه روی یک حسگر داخل دهانی ویژه (ماتریس الکترونیکی ویژه) وارد می شود. سیگنال مربوطه از ماتریس به یک دستگاه دیجیتالی (مبدل آنالوگ به دیجیتال، ADC) منتقل می شود که آن را به شکل دیجیتال تبدیل می کند و به رایانه متصل می شود. نرم افزار خاصی یک تصویر اشعه ایکس را روی صفحه کامپیوتر می سازد و به شما امکان می دهد آن را پردازش کنید، آن را در یک محیط ذخیره سازی سخت یا انعطاف پذیر (هارد دیسک، فلاپی دیسک) ذخیره کنید، آن را به عنوان یک تصویر به عنوان یک فایل چاپ کنید.

در یک سیستم دیجیتال، یک تصویر اشعه ایکس مجموعه ای از نقاط با مقادیر مختلف مقیاس خاکستری دیجیتال است. بهینه سازی نمایش اطلاعات ارائه شده توسط این برنامه امکان به دست آوردن یک فریم بهینه از نظر روشنایی و کنتراست با دوز تابش نسبتاً کم را فراهم می کند.

در سیستم های مدرن ایجاد شده، به عنوان مثال، توسط شرکت هاتروفی (فرانسه) یا شیک (ایالات متحده آمریکا) هنگام تشکیل یک قاب، از 4096 سایه خاکستری استفاده می شود، زمان نوردهی به موضوع مطالعه بستگی دارد و به طور متوسط ​​صدم تا دهم ثانیه است. کاهش قرار گرفتن در معرض تابش در رابطه با فیلم - تا 90٪ برای سیستم های داخل دهانی، تا 70٪ برای فیلمبرداران پانوراما.

هنگام پردازش تصاویر، فیلمبرداران اجازه می دهند:

1. دریافت تصاویر مثبت و منفی، تصاویر رنگی کاذب، تصاویر برجسته.

2. کنتراست را افزایش دهید و ناحیه مورد علاقه در تصویر را بزرگ کنید.

3. ارزیابی تغییرات در تراکم بافت های دندانی و ساختار استخوان، کنترل یکنواختی پر شدن کانال.

4. در ریشه دندان برای تعیین طول کانال هر انحنا و در جراحی اندازه ایمپلنت با دقت 0.1 میلی متر انتخاب شود.

5. سیستم منحصر به فردآشکارساز پوسیدگی با عناصر هوش مصنوعی در تجزیه و تحلیل تصویر به شما امکان می دهد پوسیدگی در مرحله لکه، پوسیدگی ریشه و پوسیدگی پنهان را تشخیص دهید.

* « Ф" در فرمول (3) به کل محدوده طول موج های ساطع شده اشاره دارد و اغلب به عنوان "شار انرژی یکپارچه" نامیده می شود.

تابش اشعه ایکس (مترادف با اشعه ایکس) با طیف گسترده ای از طول موج ها (از 8·10 -6 تا 10-12 سانتی متر) است. تابش اشعه ایکس زمانی رخ می دهد که ذرات باردار، اغلب الکترون ها، در میدان الکتریکی اتم های یک ماده کاهش می یابند. کوانتوم های حاصل انرژی های متفاوتی دارند و یک طیف پیوسته را تشکیل می دهند. حداکثر انرژی فوتون در چنین طیفی برابر با انرژی الکترون های فرودی است. در (نگاه کنید به) حداکثر انرژی کوانتوم های پرتو ایکس، که بر حسب کیلوالکترون ولت بیان می شود، از نظر عددی برابر با بزرگی ولتاژ اعمال شده به لوله است که بر حسب کیلوولت بیان می شود. هنگام عبور از یک ماده، اشعه ایکس با الکترون های اتم های آن برهمکنش می کند. برای کوانتوم های پرتو ایکس با انرژی تا 100 کو، مشخص ترین نوع برهمکنش، اثر فوتوالکتریک است. در نتیجه چنین برهمکنشی، انرژی کوانتومی به طور کامل صرف بیرون کشیدن یک الکترون از پوسته اتمی و انتقال انرژی جنبشی به آن می شود. با افزایش انرژی یک کوانتوم پرتو ایکس، احتمال اثر فوتوالکتریک کاهش می‌یابد و فرآیند پراکندگی کوانتوم‌ها روی الکترون‌های آزاد، به اصطلاح اثر کامپتون، غالب می‌شود. در نتیجه چنین برهمکنشی، یک الکترون ثانویه نیز تشکیل می شود و علاوه بر این، یک کوانتوم با انرژی کمتر از انرژی کوانتوم اولیه به بیرون پرواز می کند. اگر انرژی یک کوانتوم پرتو ایکس از یک مگاالکترون ولت تجاوز کند، به اصطلاح اثر جفت شدن می‌تواند رخ دهد که در آن یک الکترون و یک پوزیترون تشکیل می‌شوند (نگاه کنید به). در نتیجه، هنگام عبور از یک ماده، انرژی تابش اشعه ایکس کاهش می یابد، یعنی شدت آن کاهش می یابد. از آنجایی که جذب کوانتوم های کم انرژی با احتمال بیشتری اتفاق می افتد، تابش اشعه ایکس با کوانتوم های با انرژی بالاتر غنی می شود. این خاصیت تابش اشعه ایکس برای افزایش میانگین انرژی کوانتومی، یعنی افزایش صلبیت آن استفاده می شود. افزایش سختی تابش اشعه ایکس با استفاده از فیلترهای مخصوص به دست می آید (نگاه کنید به). تابش اشعه ایکس برای تشخیص اشعه ایکس استفاده می شود (نگاه کنید به) و (نگاه کنید). تابش یونیزان را نیز ببینید.

تابش اشعه ایکس (مترادف: اشعه ایکس، اشعه ایکس) - تابش الکترومغناطیسی کوانتومی با طول موج 250 تا 0.025 A (یا کوانتای انرژی از 5 10 -2 تا 5 10 2 کو). در سال 1895 توسط V.K. Roentgen کشف شد. ناحیه طیفی تشعشعات الکترومغناطیسی مجاور پرتوهای ایکس، که کوانتای انرژی آن بیش از 500 کو ولت است، تابش گاما نامیده می شود. تابش، که کوانتوم های انرژی آن زیر 0.05 کو ولت است، تابش فرابنفش است (نگاه کنید به).

بنابراین، تابش اشعه ایکس که بخش نسبتاً کوچکی از طیف گسترده تابش الکترومغناطیسی را شامل می شود، که شامل امواج رادیویی و نور مرئی است، مانند هر تابش الکترومغناطیسی، با سرعت نور (حدود 300 هزار کیلومتر بر ثانیه در خلاء) منتشر می شود. ) و با طول موج λ (فاصله ای که تابش در یک دوره نوسان منتشر می شود) مشخص می شود. تابش اشعه ایکس همچنین دارای تعدادی ویژگی موج دیگر (شکست، تداخل، پراش) است، اما مشاهده آنها بسیار دشوارتر از تابش با طول موج بلندتر است: نور مرئی، امواج رادیویی.

طیف اشعه ایکس: a1 - طیف bremsstrahlung پیوسته در 310 کیلو ولت. a - طیف bremsstrahlung پیوسته در 250 کیلو ولت، a1 - طیف فیلتر شده با 1 میلی متر مس، a2 - طیف فیلتر شده با 2 میلی متر مس، b - سری K خط تنگستن.

برای تولید اشعه ایکس، از لوله های اشعه ایکس استفاده می شود (نگاه کنید به)، که در آنها تابش زمانی رخ می دهد که الکترون های سریع با اتم های ماده آند برهم کنش می کنند. دو نوع اشعه ایکس وجود دارد: bremsstrahlung و مشخصه. تابش اشعه ایکس Bremsstrahlung که دارای طیف پیوسته است، مشابه نور سفید معمولی است. توزیع شدت بسته به طول موج (شکل) با یک منحنی با حداکثر نشان داده می شود. در جهت امواج بلند، منحنی به آرامی پایین می‌آید و در جهت امواج کوتاه، با شیب تند می‌شکند و در طول موج معینی (λ0) می‌شکند که به آن مرز طول موج کوتاه طیف پیوسته می‌گویند. مقدار λ0 با ولتاژ روی لوله نسبت معکوس دارد. Bremsstrahlung از برهمکنش الکترون های سریع با هسته اتم ناشی می شود. شدت bremsstrahlung مستقیماً با قدرت جریان آند، مربع ولتاژ لوله و عدد اتمی (Z) ماده آند متناسب است.

اگر انرژی الکترون‌های شتاب‌گرفته در لوله پرتو ایکس از مقدار بحرانی ماده آند بیشتر شود (این انرژی توسط ولتاژ لوله Vcr تعیین می‌شود که برای این ماده حیاتی است)، تابش مشخصه رخ می‌دهد. طیف مشخصه خط است، خطوط طیفی آن یک سری را تشکیل می دهند که با حروف K، L، M، N مشخص می شوند.

سری K کوتاه ترین طول موج است، سری L طول موج بیشتری دارد، سری M و N فقط در عناصر سنگین مشاهده می شود (Vcr تنگستن برای سری K 69.3 kv، برای سری L - 12.1 kv). تشعشعات مشخصه به شرح زیر ایجاد می شود. الکترون‌های سریع، الکترون‌های اتمی را از لایه‌های داخلی بیرون می‌زنند. اتم برانگیخته شده و سپس به حالت اولیه باز می گردد. در این حالت، الکترون‌های بیرونی، لایه‌های کمتر محدود، فضاهای خالی در لایه‌های داخلی را پر می‌کنند و فوتون‌های تابش مشخصه با انرژی برابر با تفاوت بین انرژی اتم در حالت برانگیخته و پایه منتشر می‌شوند. این تفاوت (و در نتیجه انرژی فوتون) دارای مقدار مشخصی است که مشخصه هر عنصر است. این پدیده زیربنای تجزیه و تحلیل طیفی اشعه ایکس عناصر است. شکل، طیف خط تنگستن را در برابر پس‌زمینه طیف پیوسته bremsstrahlung نشان می‌دهد.

انرژی الکترون های شتاب گرفته در لوله اشعه ایکس تقریباً به طور کامل به انرژی حرارتی تبدیل می شود (در این مورد آند به شدت گرم می شود)، تنها بخش ناچیزی (حدود 1٪ در ولتاژ نزدیک به 100 کیلو ولت) به انرژی برمسترالونگ تبدیل می شود. .

استفاده از اشعه ایکس در پزشکی بر اساس قوانین جذب اشعه ایکس توسط ماده است. جذب اشعه ایکس کاملاً مستقل از خواص نوری مواد جاذب است. شیشه بی رنگ و شفاف سربی که برای محافظت از پرسنل در اتاق های اشعه ایکس استفاده می شود، اشعه ایکس را تقریباً به طور کامل جذب می کند. در مقابل، ورق کاغذی که در برابر نور شفاف نیست، اشعه ایکس را کاهش نمی دهد.

شدت یک پرتو پرتو ایکس همگن (یعنی یک طول موج معین) هنگام عبور از یک لایه جاذب، طبق قانون نمایی (ex)، که e پایه لگاریتم های طبیعی (2.718) و توان x است کاهش می یابد. برابر است با حاصلضرب ضریب تضعیف جرم (μ / p) cm 2 / g در ضخامت جاذب بر حسب گرم / سانتی متر مربع (در اینجا p چگالی ماده در گرم / سانتی متر 3 است). اشعه ایکس هم با پراکندگی و هم با جذب ضعیف می شود. بر این اساس، ضریب تضعیف جرم، مجموع ضرایب جذب و پراکندگی جرم است. ضریب جذب جرم با افزایش عدد اتمی (Z) جاذب (متناسب با Z3 یا Z5) و با افزایش طول موج (متناسب با λ3) به شدت افزایش می یابد. این وابستگی به طول موج در باندهای جذب مشاهده می شود که در مرزهای آن ضریب پرش را نشان می دهد.

ضریب پراکندگی جرم با افزایش عدد اتمی ماده افزایش می یابد. برای λ≥0,3Å ضریب پراکندگی به طول موج بستگی ندارد، برای λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

کاهش ضرایب جذب و پراکندگی با کاهش طول موج باعث افزایش قدرت نفوذ اشعه ایکس می شود. ضریب جذب جرمی برای استخوان ها [جذب عمدتاً به دلیل Ca 3 (PO 4) 2 است] تقریباً 70 برابر بیشتر از بافت های نرم است، جایی که جذب عمدتاً به دلیل آب است. این توضیح می دهد که چرا سایه استخوان ها به شدت در عکس های رادیوگرافی در برابر پس زمینه بافت های نرم برجسته می شود.

انتشار یک پرتو پرتو ایکس ناهمگن از طریق هر محیطی، همراه با کاهش شدت، با تغییر در ترکیب طیفی، تغییر در کیفیت تابش همراه است: بخش موج بلند طیف جذب می شود. تا حد بیشتری نسبت به قسمت موج کوتاه، تابش یکنواخت تر می شود. فیلتر کردن بخش با طول موج بلند طیف، بهبود نسبت بین دوزهای عمقی و سطحی را در طول درمان با اشعه ایکس کانون های واقع در عمق بدن انسان ممکن می سازد (به فیلترهای اشعه ایکس مراجعه کنید). برای مشخص کردن کیفیت پرتو پرتو ایکس ناهمگن، از مفهوم "نیم لایه تضعیف (L)" استفاده می شود - لایه ای از یک ماده که تابش را به نصف کاهش می دهد. ضخامت این لایه به ولتاژ لوله، ضخامت و مواد فیلتر بستگی دارد. سلفون (تا انرژی 12 کیلو ولت)، آلومینیوم (20 تا 100 کیلو ولت)، مس (60 تا 300 کیلو ولت)، سرب و مس (بیش از 300 کیلو ولت) برای اندازه گیری نیم لایه های میرایی استفاده می شود. برای اشعه ایکس تولید شده در ولتاژهای 80-120 کیلوولت، 1 میلی متر مس معادل ظرفیت فیلتر کردن 26 میلی متر آلومینیوم، 1 میلی متر سرب معادل 50.9 میلی متر آلومینیوم است.

جذب و پراکندگی اشعه ایکس به دلیل خاصیت جسمی آن است. پرتوهای ایکس با اتم ها به عنوان جریانی از ذرات (ذرات) - فوتون ها، که هر کدام انرژی خاصی دارند (با طول موج اشعه ایکس نسبت معکوس دارد) برهم کنش دارند. محدوده انرژی فوتون های اشعه ایکس 0.05-500 کو است.

جذب تابش اشعه ایکس به دلیل اثر فوتوالکتریک است: جذب یک فوتون توسط پوسته الکترونی با پرتاب یک الکترون همراه است. اتم برانگیخته می شود و با بازگشت به حالت پایه، تشعشع مشخصی از خود ساطع می کند. فوتوالکترون ساطع شده تمام انرژی فوتون (منهای انرژی اتصال الکترون در اتم) را با خود می برد.

پراکندگی تابش اشعه ایکس به دلیل الکترون های محیط پراکنده است. پراکندگی کلاسیک وجود دارد (طول موج تابش تغییر نمی کند، اما جهت انتشار تغییر می کند) و پراکندگی با تغییر طول موج - اثر کامپتون (طول موج تابش پراکنده بیشتر از تابش فرودی است). در حالت دوم، فوتون مانند یک توپ متحرک رفتار می کند و پراکندگی فوتون ها، طبق بیان مجازی کامنتون، مانند بازی بیلیارد با فوتون ها و الکترون ها رخ می دهد: در برخورد با یک الکترون، فوتون بخشی از انرژی خود را به آن منتقل می کند. و پراکنده می شود، با داشتن انرژی کمتر (به ترتیب، طول موج تابش پراکنده افزایش می یابد)، الکترون با انرژی پس زدن از اتم پرواز می کند (این الکترون ها، الکترون های کامپتون یا الکترون های پس زدن نامیده می شوند). جذب انرژی پرتو ایکس در هنگام تشکیل الکترون های ثانویه (کامپتون و فوتوالکترون) و انتقال انرژی به آنها اتفاق می افتد. انرژی اشعه ایکس که به واحد جرم یک ماده منتقل می شود، دوز جذب شده اشعه ایکس را تعیین می کند. واحد این دوز 1 راد معادل 100 erg/g است. با توجه به انرژی جذب شده در ماده جاذب، تعدادی از فرآیندهای ثانویه رخ می دهد که برای دزیمتری اشعه ایکس مهم هستند، زیرا روش های اندازه گیری اشعه ایکس بر اساس آنها است. (دزیمتری را ببینید).

همه گازها و بسیاری از مایعات، نیمه هادی ها و دی الکتریک ها، تحت تأثیر اشعه ایکس، هدایت الکتریکی را افزایش می دهند. رسانایی توسط بهترین مواد عایق یافت می شود: پارافین، میکا، لاستیک، کهربا. تغییر رسانایی به دلیل یونیزه شدن محیط است، یعنی جدا شدن مولکول های خنثی به یون های مثبت و منفی (یونیزاسیون توسط الکترون های ثانویه ایجاد می شود). یونیزاسیون در هوا برای تعیین دوز قرار گرفتن در معرض تابش اشعه ایکس (دوز در هوا) استفاده می شود که در رونتگن ها اندازه گیری می شود (به دوز پرتوهای یون ساز مراجعه کنید). در دوز 1 r، دوز جذب شده در هوا 0.88 راد است.

تحت تأثیر اشعه ایکس، در نتیجه تحریک مولکول های یک ماده (و در حین ترکیب مجدد یون ها)، در بسیاری از موارد درخشش قابل مشاهده ای از ماده برانگیخته می شود. در شدت های بالای تابش اشعه ایکس، درخشش قابل مشاهده ای از هوا، کاغذ، پارافین و غیره مشاهده می شود (فلزات استثنا هستند). بالاترین بازده نور مرئی توسط فسفرهای کریستالی مانند Zn·CdS·Ag-فسفر و سایر مواردی که برای نمایشگرها در فلوروسکوپی استفاده می شوند به دست می آید.

تحت تأثیر اشعه ایکس، فرآیندهای شیمیایی مختلفی نیز می تواند در یک ماده انجام شود: تجزیه هالیدهای نقره (اثر عکاسی مورد استفاده در اشعه ایکس)، تجزیه آب و محلول های آبی پراکسید هیدروژن، تغییر در خواص سلولوئید (کدر شدن و آزادسازی کافور)، پارافین (کدر شدن و سفید کننده) .

در نتیجه تبدیل کامل، تمام انرژی اشعه ایکس جذب شده توسط ماده شیمیایی بی اثر به گرما تبدیل می شود. اندازه گیری مقادیر بسیار کم گرما به روش های بسیار حساس نیاز دارد، اما این روش اصلی برای اندازه گیری مطلق اشعه ایکس است.

اثرات بیولوژیکی ثانویه از قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس اساس پرتودرمانی پزشکی است (نگاه کنید به). اشعه ایکس، کوانتای آن 6-16 کو (طول موج موثر از 2 تا 5 A) است، تقریباً به طور کامل توسط پوست بافت بدن انسان جذب می شود. آنها را پرتوهای مرزی یا گاهی اوقات پرتوهای Bucca می نامند (به پرتوهای Bucca مراجعه کنید). برای درمان با اشعه ایکس عمیق، از تابش سخت فیلتر شده با کوانتای انرژی موثر از 100 تا 300 کو استفاده می شود.

اثر بیولوژیکی اشعه ایکس باید نه تنها در درمان با اشعه ایکس، بلکه در تشخیص اشعه ایکس، و همچنین در سایر موارد تماس با اشعه ایکس که نیاز به استفاده از محافظت در برابر اشعه دارد، در نظر گرفته شود. دیدن).

سخنرانی 32 تابش اشعه ایکس

سخنرانی 32 تابش اشعه ایکس

1. منابع اشعه ایکس.

2. اشعه ایکس Bremsstrahlung.

3. تابش اشعه ایکس مشخصه. قانون موزلی

4. برهمکنش تابش اشعه ایکس با ماده. قانون تضعیف

5. مبنای فیزیکی استفاده از اشعه ایکس در پزشکی.

6. مفاهیم و فرمول های اساسی.

7. وظایف.

تابش اشعه ایکس -امواج الکترومغناطیسی با طول موج 100 تا 10 -3 نانومتر. در مقیاس امواج الکترومغناطیسی، تابش اشعه ایکس منطقه بین تابش UV و γ -تابش - تشعشع. پرتوهای ایکس (اشعه ایکس) در سال 1895 توسط K. Roentgen کشف شد که در سال 1901 اولین برنده جایزه نوبل در فیزیک شد.

32.1. منابع اشعه ایکس

منابع طبیعی اشعه ایکس برخی از ایزوتوپ های رادیواکتیو (مثلاً 55 Fe) هستند. منابع مصنوعی اشعه ایکس قدرتمند هستند لوله های اشعه ایکس(شکل 32.1).

برنج. 32.1.دستگاه تیوب اشعه ایکس

لوله اشعه ایکس یک فلاسک شیشه ای تخلیه شده با دو الکترود است: آند A و کاتد K که بین آنها یک ولتاژ بالا U (1-500 کیلو ولت) ایجاد می شود. کاتد یک سیم پیچ است که توسط جریان الکتریکی گرم می شود. الکترون های ساطع شده توسط یک کاتد گرم شده (گسیل ترمیونی) توسط یک میدان الکتریکی شتاب می گیرند تا بزرگسرعت می دهد (برای این به ولتاژ بالا نیاز دارید) و روی آند لوله می افتد. هنگامی که این الکترون ها با ماده آند برهمکنش می کنند، دو نوع تابش اشعه ایکس ایجاد می شود: ترمزو مشخصه.

سطح کار آند در زاویه ای نسبت به جهت پرتو الکترونی قرار می گیرد تا جهت مورد نظر پرتوهای ایکس ایجاد شود.

تقریباً 1٪ از انرژی جنبشی الکترون ها به اشعه ایکس تبدیل می شود. بقیه انرژی به صورت گرما آزاد می شود. بنابراین، سطح کار آند از یک ماده نسوز ساخته شده است.

32.2. اشعه ایکس Bremsstrahlung

الکترونی که در یک محیط حرکت می کند سرعت خود را از دست می دهد. این یک شتاب منفی ایجاد می کند. طبق نظریه ماکسول، هر شتاب گرفتحرکت یک ذره باردار با تابش الکترومغناطیسی همراه است. تابشی که هنگام کاهش سرعت الکترون در ماده آند ایجاد می شود نامیده می شود اشعه ایکس bremsstrahlung

خواص bremsstrahlung توسط عوامل زیر تعیین می شود.

1. تشعشع توسط کوانتوم های منفرد ساطع می شود که انرژی های آنها با فرمول (26.10) به فرکانس مربوط می شود.

جایی که ν فرکانس است، λ طول موج است.

2. تمام الکترون های رسیدن به آند دارند همانانرژی جنبشی برابر با کار میدان الکتریکی بین آند و کاتد:

جایی که e بار الکترون است، U ولتاژ شتاب دهنده است.

3. انرژی جنبشی یک الکترون تا حدی به ماده منتقل می شود و آن را گرم می کند (Q) و تا حدی صرف ایجاد یک کوانتوم پرتو ایکس می شود:

4. رابطه بین Q و hv اتفاقی.

با توجه به آخرین ویژگی (4)، کوانتوم تولید شده توسط مختلفالکترون ها، دارند مختلففرکانس ها و طول موج ها بنابراین، طیف bremsstrahlung است جامد.نمای معمولی چگالی طیفیشار اشعه ایکس (Φ λ = άΦ/άλ) در شکل نشان داده شده است. 32.2.

برنج. 32.2.طیف Bremsstrahlung

از سمت امواج بلند، طیف با طول موج 100 نانومتر محدود می شود که مرز تابش اشعه ایکس است. از سمت امواج کوتاه، طیف با طول موج λ min محدود می شود. طبق فرمول (32.2) حداقل طول موجمربوط به حالت Q = 0 است (انرژی جنبشی الکترون به طور کامل به انرژی کوانتوم تبدیل می شود):

محاسبات نشان می دهد که شار bremsstrahlung (Φ) با مجذور ولتاژ U بین مستقیماً متناسب است.

آند و کاتد، جریان I در لوله و عدد اتمی Z ماده آند:

طیف bremsstrahlung اشعه ایکس در ولتاژهای مختلف، دماهای مختلف کاتد و مواد آند مختلف در شکل‌ها نشان داده شده است. 32.3.

برنج. 32.3.طیف Bremsstrahlung (Φ λ):

الف - در ولتاژهای مختلف U در لوله؛ ب - در دماهای مختلف T

کاتد ج - با مواد آند مختلف که در پارامتر Z متفاوت هستند

با افزایش ولتاژ آند، مقدار λminبه سمت طول موج های کوتاه تر تغییر می کند. در همان زمان، ارتفاع منحنی طیفی نیز افزایش می یابد (شکل 32.3، ولی).

با افزایش دمای کاتد، انتشار الکترون افزایش می یابد. به همین ترتیب، جریان I در لوله نیز افزایش می یابد. ارتفاع منحنی طیفی افزایش می یابد، اما ترکیب طیفی تابش تغییر نمی کند (شکل 32.3، ب).

هنگامی که ماده آند تغییر می کند، ارتفاع منحنی طیفی متناسب با عدد اتمی Z تغییر می کند (شکل 32.3، ج).

32.3. تابش اشعه ایکس مشخصه. قانون موزلی

هنگامی که الکترون‌های کاتدی با اتم‌های آند برهمکنش می‌کنند، همراه با برمسترالانگ اشعه ایکس، تابش اشعه ایکس پدید می‌آید که طیف آن شامل خطوط فردیاین تشعشع

منشأ زیر را دارد. برخی از الکترون های کاتدی به اعماق اتم نفوذ می کنند و الکترون ها را از آن خارج می کنند. پوسته های داخلیجای خالی ایجاد شده با الکترون ها پر می شود بالاپوسته، که منجر به انتشار کوانتوم های تابشی می شود. این تابش شامل مجموعه ای مجزا از فرکانس های تعیین شده توسط ماده آند است و نامیده می شود تشعشع مشخصهطیف کامل یک لوله اشعه ایکس برهم نهی طیف مشخصه بر روی طیف bremsstrahlung است (شکل 32.4).

برنج. 32.4.طیف انتشار لوله اشعه ایکس

وجود طیف مشخصه اشعه ایکس با استفاده از لوله های اشعه ایکس کشف شده است. بعدها مشخص شد که چنین طیف هایی در هنگام یونیزاسیون مدارهای داخلی عناصر شیمیایی به وجود می آیند. G. Moseley (1913) پس از مطالعه طیف مشخصه عناصر شیمیایی مختلف، قانون زیر را ایجاد کرد که نام او را دارد.

جذر فرکانس تابش مشخصه تابعی خطی از عدد ترتیبی عنصر است:

جایی که ν بسامد خط طیفی است، Z عدد اتمی عنصر گسیلنده است، A، B ثابت هستند.

قانون موزلی امکان تعیین عدد اتمی یک عنصر شیمیایی را از طیف مشاهده شده تابش مشخصه ممکن می سازد. این امر نقش زیادی در قرارگیری عناصر در سیستم تناوبی داشت.

32.4. برهمکنش تابش اشعه ایکس با ماده. قانون تضعیف

دو نوع اصلی برهمکنش پرتو ایکس با ماده وجود دارد: پراکندگی و اثر فوتوالکتریک. هنگامی که پراکنده می شود، جهت حرکت فوتون تغییر می کند. در اثر فوتوالکتریک، یک فوتون جذب شده است.

1. پراکندگی منسجم (الاستیک).زمانی اتفاق می‌افتد که انرژی یک فوتون پرتو ایکس برای یونیزاسیون داخلی یک اتم کافی نباشد (یک الکترون را از یکی از لایه‌های داخلی خارج کند). در این حالت جهت حرکت فوتون تغییر می کند و انرژی و طول موج آن تغییر نمی کند (بنابراین به این پراکندگی می گویند. کشسان).

2. پراکندگی نامنسجم (Compton).زمانی اتفاق می افتد که انرژی فوتون بسیار بیشتر از انرژی یونیزاسیون داخلی A u: hv >> A u باشد.

در این حالت، الکترون از اتم جدا می شود و انرژی جنبشی مشخصی به دست می آورد E k. جهت فوتون در حین پراکندگی کامپتون تغییر می کند و انرژی آن کاهش می یابد:

پراکندگی کامپتون با یونیزاسیون اتم های ماده همراه است.

3. اثر فوتوالکتریکزمانی اتفاق می افتد که انرژی فوتون hv برای یونیزه کردن اتم کافی باشد: hv > A u. در همان زمان، کوانتوم اشعه ایکس جذب شده استو انرژی آن صرف یونیزاسیون اتم و ارتباط انرژی جنبشی به الکترون خارج شده E k \u003d hv - AI می شود.

پراکندگی کامپتون و اثر فوتوالکتریک با تشعشع پرتو ایکس مشخصه همراه است، زیرا پس از کوبیدن الکترون های داخلی، جای خالی با الکترون های پوسته بیرونی پر می شود.

لومینسانس اشعه ایکس.در برخی از مواد، الکترون ها و کوانتوم های پراکندگی کامپتون و همچنین الکترون های اثر فوتوالکتریک باعث تحریک مولکول ها می شوند که با انتقال تابشی به حالت پایه همراه است. این درخششی به نام لومینسانس اشعه ایکس تولید می کند. لومینسانس باریم پلاتین-سیانوژن باعث شد تا اشعه ایکس توسط رونتگن کشف شود.

قانون تضعیف

پراکندگی اشعه ایکس و اثر فوتوالکتریک منجر به این واقعیت می شود که با نفوذ پرتو ایکس به عمق پرتو اولیه تابش ضعیف می شود (شکل 32.5). تسهیل به صورت تصاعدی است:

مقدار μ به ماده جذب کننده و طیف تابش بستگی دارد. برای محاسبات عملی، به عنوان مشخصه ضعیف شده

برنج. 32.5.تضعیف شار اشعه ایکس در جهت پرتوهای فرود

جایی که λ - طول موج؛ Z عدد اتمی عنصر است. k مقداری ثابت است.

32.5. مبانی فیزیکی استفاده

تابش اشعه ایکس در پزشکی

در پزشکی، اشعه ایکس برای اهداف تشخیصی و درمانی استفاده می شود.

تشخیص اشعه ایکس- روش های به دست آوردن تصاویر اندام های داخلی با استفاده از اشعه ایکس.

اساس فیزیکی این روش ها قانون تضعیف اشعه ایکس در ماده است (32.10). شار اشعه ایکس یکنواخت مقطعی پس از عبور بافت ناهمگنناهمگن خواهد شد. این ناهمگنی را می توان روی فیلم عکاسی، صفحه فلورسنت یا با استفاده از ردیاب نوری ماتریسی ثبت کرد. به عنوان مثال، ضرایب تضعیف جرم بافت استخوان - Ca 3 (PO 4) 2 - و بافت های نرم - عمدتا H 2 O - 68 برابر (μm استخوان / μm آب = 68) متفاوت است. تراکم استخوان نیز بیشتر از تراکم بافت نرم است. بنابراین، یک تصویر اشعه ایکس تصویر روشنی از استخوان در برابر پس زمینه تیره‌تر بافت‌های نرم ایجاد می‌کند.

اگر اندام مورد مطالعه و بافت های اطراف آن دارای ضرایب تضعیف مشابهی باشند، آنگاه خاص است عوامل کنتراستبنابراین، برای مثال، در طول فلوروسکوپی معده، آزمودنی توده‌ای از سولفات باریم (BaSO 4) را می‌گیرد که در آن ضریب تضعیف جرم 354 برابر بیشتر از بافت‌های نرم است.

برای تشخیص، از تابش اشعه ایکس با انرژی فوتون 60-120 کو استفاده می شود. در عمل پزشکی، از روش های زیر برای تشخیص اشعه ایکس استفاده می شود.

1. اشعه ایکس.تصویر بر روی یک صفحه فلورسنت تشکیل شده است. روشنایی تصویر کم است و فقط در یک اتاق تاریک قابل مشاهده است. پزشک باید از قرار گرفتن در معرض محافظت شود.

مزیت فلوروسکوپی این است که در زمان واقعی انجام می شود. نقطه ضعف آن، بار زیاد تشعشع بر روی بیمار و پزشک است (در مقایسه با روش های دیگر).

نسخه مدرن فلوروسکوپی - تلویزیون اشعه ایکس - از تقویت کننده های تصویر اشعه ایکس استفاده می کند. تقویت کننده درخشش ضعیف صفحه اشعه ایکس را درک می کند، آن را تقویت می کند و به صفحه تلویزیون منتقل می کند. در نتیجه، بار تشعشع بر روی پزشک به شدت کاهش یافته، روشنایی تصویر افزایش یافته و امکان ثبت نتایج معاینه به صورت ویدئویی فراهم شده است.

2. رادیوگرافیتصویر بر روی یک فیلم خاص که به اشعه ایکس حساس است تشکیل شده است. تصاویر در دو برجستگی عمود بر یکدیگر (مستقیم و جانبی) گرفته شده است. تصویر پس از پردازش عکس قابل مشاهده می شود. تصویر خشک شده تمام شده در نور عبوری مشاهده می شود.

در عین حال، جزئیات به طور رضایت بخشی قابل مشاهده است که کنتراست آن 1-2٪ متفاوت است.

در برخی موارد، قبل از معاینه، به بیمار دستور ویژه داده می شود عامل کنتراستبه عنوان مثال، یک محلول حاوی ید (به صورت داخل وریدی) در مطالعه کلیه ها و مجاری ادراری.

از مزایای رادیوگرافی وضوح بالا، زمان نوردهی کوتاه و ایمنی تقریباً کامل برای پزشک است. از معایب آن می توان به تصویر ثابت اشاره کرد (شخص را نمی توان در دینامیک ردیابی کرد).

3. فلوروگرافی.در این بررسی، تصویر به دست آمده بر روی صفحه نمایش بر روی یک فیلم حساس با فرمت کوچک عکاسی می شود. فلوروگرافی به طور گسترده ای در بررسی انبوه جمعیت استفاده می شود. اگر تغییرات پاتولوژیک در فلوئوروگرام یافت شود، بیمار معاینه دقیق تری تجویز می کند.

4. الکترورونتژنوگرافی.این نوع معاینه با رادیوگرافی معمولی در نحوه گرفتن تصویر متفاوت است. به جای فیلم استفاده کنید صفحه سلنیوم،توسط اشعه ایکس برق می گیرد. نتیجه یک تصویر نهفته از بارهای الکتریکی است که قابل مشاهده و انتقال به کاغذ است.

5. آنژیوگرافی.از این روش در بررسی رگ های خونی استفاده می شود. ماده حاجب از طریق یک کاتتر به داخل ورید تزریق می شود و پس از آن یک دستگاه اشعه ایکس قدرتمند در کسری از ثانیه مجموعه ای از تصاویر را به دنبال یکدیگر می گیرد. شکل 32.6 یک آنژیوگرافی در ناحیه شریان کاروتید را نشان می دهد.

6. توموگرافی کامپیوتری اشعه ایکس.این نوع معاینه اشعه ایکس به شما این امکان را می دهد که تصویری از قسمت صاف بدن با ضخامت چند میلی متر دریافت کنید. در این حالت، بخش داده شده به طور مکرر در زوایای مختلف با تثبیت هر تصویر در حافظه کامپیوتر شفاف می شود. سپس

برنج. 32.6.آنژیوگرافی باریک شدن کانال شریان کاروتید را نشان می دهد

برنج. 32.7. طرح اسکن توموگرافی (الف)؛ توموگرام سر به صورت مقطعی در سطح چشم (ب).

بازسازی کامپیوتر انجام می شود که نتیجه آن تصویر لایه اسکن شده است (شکل 32.7).

توموگرافی کامپیوتری تشخیص عناصر با اختلاف تراکم بین آنها تا 1٪ امکان پذیر است. رادیوگرافی معمولی به شما امکان می دهد حداقل تفاوت تراکم بین مناطق مجاور 10-20٪ را ثبت کنید.

اشعه ایکس درمانی - استفاده از اشعه ایکس برای از بین بردن تومورهای بدخیم.

اثر بیولوژیکی تشعشع، مختل کردن فعالیت حیاتی سلول‌هایی است که به‌ویژه در حال تکثیر سریع هستند. اشعه ایکس بسیار سخت (با انرژی فوتون تقریباً 10 مگا ولت) برای از بین بردن سلول های سرطانی در اعماق بدن استفاده می شود. برای کاهش آسیب به بافت های سالم اطراف، پرتو در اطراف بیمار به گونه ای می چرخد ​​که فقط ناحیه آسیب دیده همیشه تحت تأثیر آن باقی بماند.

32.6. مفاهیم و فرمول های اساسی

ادامه جدول

انتهای جدول

32.7. وظایف

1. چرا یک پرتو الکترونی در لوله های پرتو ایکس پزشکی به یک نقطه از آنتی کاتد برخورد می کند و در یک پرتو گسترده روی آن نمی افتد؟

پاسخ:برای به دست آوردن یک منبع نقطه ای از اشعه ایکس، که یک طرح کلی از اجسام نیمه شفاف روی صفحه نمایش ارائه می دهد.

2. مرز پرتوهای ایکس bremsstrahlung (فرکانس و طول موج) را برای ولتاژهای U 1 = 2 kV و U 2 = 20 kV بیابید.

4. صفحه نمایش سربی برای محافظت در برابر اشعه ایکس استفاده می شود. جذب خطی اشعه ایکس در سرب 52 سانتی متر در 1 است. ضخامت لایه محافظ سرب چقدر باید باشد تا 30 برابر از شدت اشعه ایکس کاسته شود؟

5. شار تابش لوله اشعه ایکس را در U = 50 کیلو ولت، I = 1 میلی آمپر پیدا کنید. آند از تنگستن (Z = 74) ساخته شده است. کارایی لوله را پیدا کنید.

6. برای تشخیص اشعه ایکس بافت نرم، از مواد حاجب استفاده می شود. به عنوان مثال، معده و روده با توده ای از سولفات باریم (BaSO 4) پر شده است. ضرایب تضعیف جرم سولفات باریم و بافت نرم (آب) را مقایسه کنید.

7. چه چیزی سایه ضخیم تری روی صفحه اشعه ایکس ایجاد می کند: آلومینیوم (Z = 13، ρ = 2.7 g/cm 3) یا همان لایه مس (Z = 29، ρ = 8.9 g/cm 3)؟

8. ضخامت لایه آلومینیوم چند برابر بیشتر از ضخامت لایه مس است، اگر لایه ها به همین ترتیب اشعه ایکس را ضعیف کنند؟

اشعه ایکس امواج الکترومغناطیسی با طول موج تقریباً 80 تا 10-5 نانومتر هستند. طولانی ترین طول موج اشعه ایکس توسط اشعه ماوراء بنفش با طول موج کوتاه و با طول موج کوتاه توسط تابش γ با طول موج بلند پوشش داده می شود. با توجه به روش تحریک، تابش اشعه ایکس به bremsstrahlung و مشخصه تقسیم می شود.

31.1. دستگاه تیوب اشعه ایکس. اشعه ایکس Bremsstrahlung

رایج ترین منبع اشعه ایکس لوله اشعه ایکس است که یک دستگاه خلاء دو الکترودی است (شکل 31.1). کاتد گرم شده 1 الکترون ساطع می کند 4. آند 2 که اغلب به عنوان آنتی کاتد شناخته می شود، دارای یک سطح شیبدار به منظور هدایت پرتوهای ایکس حاصله است. 3 با زاویه نسبت به محور لوله. آند از یک ماده بسیار رسانای گرما ساخته شده است تا گرمای ایجاد شده در اثر برخورد الکترون ها را حذف کند. سطح آند از مواد نسوز با عدد اتمی بزرگ در جدول تناوبی مانند تنگستن ساخته شده است. در برخی موارد، آند به طور خاص با آب یا روغن خنک می شود.

برای لوله های تشخیصی، دقت منبع اشعه ایکس مهم است که می توان با تمرکز الکترون ها در یک مکان از آنتی کاتد به آن دست یافت. بنابراین، به طور سازنده، دو وظیفه متضاد باید در نظر گرفته شود: از یک طرف، الکترون ها باید در یک محل آند بیفتند، از طرف دیگر، برای جلوگیری از گرمای بیش از حد، توزیع الکترون ها در قسمت های مختلف آند مطلوب است. آند به عنوان یکی از راه حل های فنی جالب، یک لوله اشعه ایکس با یک آند چرخان است (شکل 31.2).

در نتیجه کاهش سرعت یک الکترون (یا ذره باردار دیگر) توسط میدان الکترواستاتیک هسته اتم و الکترون های اتمی ماده آنتی کاتد، تشعشعات برمسترالونگ

مکانیسم آن را می توان به صورت زیر توضیح داد. بار الکتریکی متحرک با میدان مغناطیسی همراه است که القای آن به سرعت الکترون بستگی دارد. هنگام ترمز، مغناطیسی

القایی و مطابق با نظریه ماکسول، یک موج الکترومغناطیسی ظاهر می شود.

هنگامی که الکترون ها کاهش می یابند، تنها بخشی از انرژی صرف ایجاد یک فوتون پرتو ایکس می شود، بخش دیگر صرف گرم کردن آند می شود. از آنجایی که نسبت بین این بخش‌ها تصادفی است، وقتی تعداد زیادی الکترون کاهش می‌یابد، یک طیف پیوسته از تابش اشعه ایکس تشکیل می‌شود. در این راستا به bremsstrahlung پیوسته نیز گفته می شود. روی انجیر شکل 31.3 وابستگی شار پرتو ایکس به طول موج λ (طیف) را در ولتاژهای مختلف در لوله اشعه ایکس نشان می دهد: U 1< U 2 < U 3 .

در هر یک از طیف ها، کوتاه ترین طول موج bremsstrahlung λ ηίη زمانی بوجود می آید که انرژی بدست آمده توسط یک الکترون در یک میدان شتاب دهنده به طور کامل به انرژی یک فوتون تبدیل شود:

توجه داشته باشید که بر اساس (31.2) یکی از دقیق ترین روش ها برای تعیین تجربی ثابت پلانک ایجاد شده است.

پرتوهای ایکس با طول موج کوتاه معمولاً قدرت نفوذ بیشتری نسبت به طول موج های بلند دارند و به آنها می گویند. سخت،و موج بلند نرم

با افزایش ولتاژ در لوله اشعه ایکس، ترکیب طیفی تابش تغییر می کند، همانطور که در شکل 1 مشاهده می شود. 31.3 و فرمول (31.3)، و سفتی را افزایش دهید.

اگر دمای رشته کاتد افزایش یابد، انتشار الکترون و جریان در لوله افزایش می یابد. این باعث افزایش تعداد فوتون های اشعه ایکس می شود که در هر ثانیه ساطع می شوند. ترکیب طیفی آن تغییر نخواهد کرد. روی انجیر 31.4 طیف bremsstrahlung اشعه ایکس را با ولتاژ یکسان، اما در جریان های رشته ای کاتدی متفاوت نشان می دهد: / n1< / н2 .

شار اشعه ایکس با فرمول محاسبه می شود:

جایی که Uو من-ولتاژ و جریان در لوله اشعه ایکس؛ ز- شماره سریال اتم ماده آند؛ ک- ضریب تناسب. طیف به دست آمده از آنتی کاتدهای مختلف به طور همزمان Uو I H در شکل نشان داده شده است. 31.5.

31.2. تابش اشعه ایکس مشخصه. طیف اشعه ایکس اتمی

با افزایش ولتاژ روی لوله اشعه ایکس، می توان متوجه ظاهر خطی شد که مربوط به

اشعه ایکس مشخصه(شکل 31.6). این به دلیل این واقعیت است که الکترون‌های شتاب‌دار به عمق اتم نفوذ می‌کنند و الکترون‌ها را از لایه‌های داخلی خارج می‌کنند. الکترون‌ها از سطوح بالا به مکان‌های آزاد حرکت می‌کنند (شکل 31.7)، در نتیجه، فوتون‌های تابش مشخصه گسیل می‌شوند. همانطور که از شکل مشخص است، تابش پرتو ایکس از سری تشکیل شده است ک، ل، مو غیره که نام آنها برای تعیین لایه های الکترونیکی استفاده می شود. از آنجایی که انتشار سری K فضا را در لایه های بالاتر آزاد می کند، خطوط سری های دیگر به طور همزمان منتشر می شوند.

برخلاف طیف های نوری، طیف های پرتو ایکس مشخصه اتم های مختلف از یک نوع هستند. روی انجیر 31.8 طیف عناصر مختلف را نشان می دهد. یکنواختی این طیف‌ها به این دلیل است که لایه‌های داخلی اتم‌های مختلف یکسان هستند و فقط از نظر انرژی با هم تفاوت دارند، زیرا اثر نیروی هسته با افزایش تعداد ترتیبی عنصر افزایش می‌یابد. این شرایط منجر به این واقعیت می شود که با افزایش بار هسته ای، طیف مشخصه به سمت فرکانس های بالاتر تغییر می کند. این الگو از شکل قابل مشاهده است. 31.8 و معروف به قانون موزلی:

جایی که v-فرکانس خط طیفی; ز-عدد اتمی عنصر ساطع کننده؛ ولیو که در- دائمی

تفاوت دیگری بین طیف نوری و اشعه ایکس وجود دارد.

طیف مشخصه اشعه ایکس یک اتم به ترکیب شیمیایی که این اتم در آن قرار دارد بستگی ندارد. به عنوان مثال، طیف پرتو ایکس اتم اکسیژن برای O، O 2 و H 2 O یکسان است، در حالی که طیف نوری این ترکیبات به طور قابل توجهی متفاوت است. این ویژگی طیف اشعه ایکس اتم اساس این نام بود مشخصه.

تابش مشخصه همیشه زمانی رخ می دهد که فضای آزاد در لایه های داخلی اتم وجود داشته باشد، صرف نظر از دلیلی که باعث آن شده است. بنابراین، برای مثال، تشعشع مشخصه یکی از انواع واپاشی رادیواکتیو را همراهی می کند (نگاه کنید به 32.1)، که شامل گرفتن یک الکترون از لایه داخلی توسط هسته است.

31.3. برهمکنش تابش اشعه ایکس با ماده

ثبت و استفاده از تابش اشعه ایکس، و همچنین تأثیر آن بر اشیاء بیولوژیکی، توسط فرآیندهای اولیه برهمکنش یک فوتون پرتو ایکس با الکترون های اتم ها و مولکول های یک ماده تعیین می شود.

بسته به نسبت انرژی hvفوتون و انرژی یونیزاسیون 1 A و سه فرآیند اصلی وجود دارد.

پراکندگی منسجم (کلاسیک).

پراکندگی پرتوهای ایکس با طول موج بلند عمدتاً بدون تغییر در طول موج رخ می دهد و به نام منسجماگر انرژی فوتون کمتر از انرژی یونیزاسیون باشد اتفاق می افتد: hv< A و.

از آنجایی که در این حالت انرژی فوتون پرتو ایکس و اتم تغییر نمی کند، پراکندگی منسجم به خودی خود اثر بیولوژیکی ایجاد نمی کند. با این حال، هنگام ایجاد حفاظت در برابر تابش اشعه ایکس، باید امکان تغییر جهت پرتو اولیه را در نظر گرفت. این نوع برهمکنش برای تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس مهم است (به 24.7 مراجعه کنید).

پراکندگی نامنسجم (اثر کامپتون)

در سال 1922 ق.خ. کامپتون با مشاهده پراکندگی پرتوهای ایکس سخت، کاهش قدرت نفوذ پرتو پراکنده را در مقایسه با پرتو فرودی کشف کرد. این بدان معناست که طول موج پرتوهای ایکس پراکنده بیشتر از طول موج پرتوهای ایکس فرودی است. پراکندگی پرتوهای ایکس با تغییر طول موج نامیده می شود نامنسجم nym و خود پدیده - اثر کامپتوناگر انرژی فوتون پرتو ایکس از انرژی یونیزاسیون بیشتر باشد، اتفاق می افتد: hv > A و.

این پدیده به این دلیل است که هنگام تعامل با یک اتم، انرژی hvفوتون صرف تولید یک فوتون پراکنده جدید پرتو ایکس با انرژی می شود hv",جدا کردن الکترون از اتم (انرژی یونیزاسیون A u) و انتقال انرژی جنبشی به الکترون E به:

hv \u003d hv " + A و + E k.(31.6)

1 در اینجا، انرژی یونیزاسیون به عنوان انرژی مورد نیاز برای حذف الکترون های داخلی از یک اتم یا مولکول درک می شود.

از آنجایی که در بسیاری از موارد hv>> A and and اثر کامپتون روی الکترون های آزاد رخ می دهد، سپس می توانیم تقریباً بنویسیم:

hv = hv" + E K.(31.7)

قابل توجه است که در این پدیده (شکل 31.9)، همراه با تابش اشعه ایکس ثانویه (انرژی) hv" فوتون) الکترون های پس زدن ظاهر می شوند (انرژی جنبشی E بهالکترون). سپس اتم ها یا مولکول ها به یون تبدیل می شوند.

اثر فوتوالکتریک

در اثر فوتوالکتریک، تابش اشعه ایکس توسط یک اتم جذب می شود، در نتیجه یک الکترون به بیرون پرواز می کند و اتم یونیزه می شود (فتویونیزاسیون).

سه فرآیند تعامل اصلی مورد بحث در بالا اولیه هستند، آنها به ثانویه، ثالث و غیره بعدی منجر می شوند. پدیده ها. به عنوان مثال، اتم های یونیزه شده می توانند یک طیف مشخصه ساطع کنند، اتم های برانگیخته می توانند به منابع نور مرئی تبدیل شوند (لومینسانس اشعه ایکس) و غیره.

روی انجیر 31.10 نموداری از فرآیندهای احتمالی است که هنگام ورود تابش اشعه ایکس به یک ماده رخ می دهد. ممکن است قبل از اینکه انرژی فوتون پرتو ایکس به انرژی حرکت حرارتی مولکولی تبدیل شود، چندین ده فرآیند مشابه آنچه نشان داده شده است، رخ دهد. در نتیجه تغییراتی در ترکیب مولکولی ماده ایجاد خواهد شد.

فرآیندهای نشان داده شده توسط نمودار در شکل. 31.10، زیربنای پدیده های مشاهده شده تحت تأثیر اشعه ایکس بر روی ماده است. بیایید برخی از آنها را فهرست کنیم.

لومینسانس اشعه ایکس- درخشش تعدادی از مواد تحت تابش اشعه ایکس. چنین درخششی از باریم پلاتین-سیانوژن به رونتگن اجازه داد تا پرتوها را کشف کند. این پدیده برای ایجاد صفحه های نورانی ویژه به منظور مشاهده بصری اشعه ایکس، گاهی اوقات برای تقویت عملکرد اشعه ایکس بر روی صفحه عکاسی استفاده می شود.

عمل شیمیایی تابش اشعه ایکس شناخته شده است، به عنوان مثال، تشکیل پراکسید هیدروژن در آب. یک مثال عملی مهم، اثر روی صفحه عکاسی است که تشخیص چنین پرتوهایی را ممکن می سازد.

اثر یونیزان در افزایش هدایت الکتریکی تحت تأثیر اشعه ایکس آشکار می شود. از این خاصیت استفاده می شود

در دزیمتری برای تعیین کمیت اثر این نوع تابش.

در نتیجه بسیاری از فرآیندها، پرتو اولیه اشعه ایکس مطابق با قانون تضعیف می شود (29.3). بیایید آن را به شکل زیر بنویسیم:

I = I0 e-/" (31.8)

جایی که μ - ضریب تضعیف خطی. می توان آن را به صورت متشکل از سه عبارت مربوط به پراکندگی همدوس μ κ، μ ΗΚ نامنسجم و اثر فوتو μ نشان داد. f:

μ = μ k + μ hk + μ f. (31.9)

شدت تابش اشعه ایکس به نسبت تعداد اتم های ماده ای که این جریان از آن عبور می کند، کاهش می یابد. اگر ماده را در امتداد محور فشرده کنیم ایکس،به عنوان مثال، در ببار با افزایش ببرابر چگالی آن، پس

31.4. مبانی فیزیکی کاربرد پرتوهای اشعه ایکس در پزشکی

یکی از مهمترین کاربردهای پزشکی اشعه ایکس، نوردهی اندام های داخلی برای اهداف تشخیصی است. (تشخیص اشعه ایکس).

برای تشخیص از فوتون هایی با انرژی حدود 60-120 کو استفاده می شود. در این انرژی، ضریب انقراض جرمی عمدتاً توسط اثر فوتوالکتریک تعیین می شود. مقدار آن نسبت معکوس با توان سوم انرژی فوتون (متناسب با λ 3) است که قدرت نفوذ زیادی تابش سخت را نشان می دهد و متناسب با توان سوم عدد اتمی ماده جاذب است:

تفاوت قابل توجه در جذب تابش اشعه ایکس توسط بافت های مختلف به شما امکان می دهد تصاویری از اندام های داخلی بدن انسان را در یک طرح سایه مشاهده کنید.

تشخیص اشعه ایکس در دو نسخه استفاده می شود: فلوروسکوپی تصویر بر روی صفحه نمایش نورانی اشعه ایکس مشاهده می شود، رادیوگرافی - تصویر روی فیلم ثابت شده است.

اگر اندام مورد مطالعه و بافت های اطراف اشعه ایکس را تقریباً به طور مساوی کاهش دهند، از عوامل کنتراست ویژه استفاده می شود. بنابراین، به عنوان مثال، با پر کردن معده و روده ها با توده ای از سولفات باریم، می توان تصویر سایه آنها را مشاهده کرد.

روشنایی تصویر روی صفحه و زمان نوردهی روی فیلم به شدت اشعه ایکس بستگی دارد. اگر برای تشخیص استفاده شود، پس شدت آن نمی تواند زیاد باشد تا عواقب بیولوژیکی نامطلوب ایجاد نشود. بنابراین، تعدادی دستگاه فنی وجود دارد که تصویر را در شدت کم اشعه ایکس بهبود می بخشد. نمونه ای از چنین دستگاهی لوله های تقویت کننده هستند (به 27.8 مراجعه کنید). در یک معاینه انبوه جمعیت، یک نوع رادیوگرافی به طور گسترده استفاده می شود - فلوروگرافی، که در آن تصویری از یک صفحه بزرگ درخشان اشعه ایکس بر روی یک فیلم حساس با فرمت کوچک ثبت می شود. هنگام عکسبرداری، از یک لنز با دیافراگم بزرگ استفاده می شود، تصاویر تمام شده روی یک ذره بین ویژه بررسی می شوند.

یک گزینه جالب و امیدوارکننده برای رادیوگرافی روشی است به نام توموگرافی اشعه ایکس، و "نسخه ماشینی" آن - سی تی اسکن.

بیایید این سوال را در نظر بگیریم.

رادیوگرافی ساده، ناحیه وسیعی از بدن را پوشش می‌دهد و اندام‌ها و بافت‌های مختلف روی یکدیگر سایه می‌زنند. اگر به طور دوره ای لوله اشعه ایکس را با هم در حالت آنتی فاز حرکت دهید (شکل 31.11) می توانید از این امر جلوگیری کنید. RTو فیلم Fpنسبت به شی در بارهپژوهش. بدن شامل تعدادی اجزاء است که در برابر اشعه ایکس مات هستند؛ آنها با دایره هایی در شکل نشان داده شده اند. همانطور که می بینید، اشعه ایکس در هر موقعیتی از لوله اشعه ایکس (1، 2 و غیره) عبور کند

بریدن همان نقطه جسم که مرکز آن است که حرکت تناوبی نسبت به آن انجام می شود RTو Fpاین نقطه، به‌طور دقیق‌تر یک قسمت کوچک مات، با یک دایره تاریک نشان داده می‌شود. تصویر سایه او با fp،اشغال متوالی موقعیت های 1، 2 و غیره. اجزاء باقی مانده در بدن (استخوان ها، مهر و موم، و غیره) ایجاد می شود Fpبرخی از زمینه های کلی، زیرا اشعه ایکس به طور دائم توسط آنها پنهان نمی شود. با تغییر موقعیت مرکز چرخش، می توان تصویر لایه به لایه اشعه ایکس از بدن به دست آورد. از این رو نام - توموگرافی(ضبط لایه ای).

این امکان وجود دارد که با استفاده از یک پرتو نازک اشعه ایکس (به جای Fp)،متشکل از آشکارسازهای نیمه هادی تشعشعات یونیزان (نگاه کنید به 32.5)، و یک کامپیوتر، برای پردازش تصویر سایه اشعه ایکس در توموگرافی. این نسخه مدرن توموگرافی (توموگرافی کامپیوتری یا کامپیوتری اشعه ایکس) به شما امکان می دهد تصاویر لایه ای از بدن را بر روی صفحه یک لوله پرتو کاتدی یا روی کاغذ با جزئیات کمتر از 2 میلی متر با تفاوت در جذب اشعه ایکس دریافت کنید. تا 0.1٪. به عنوان مثال، این اجازه می دهد تا بین ماده خاکستری و سفید مغز تمایز قائل شویم و تومورهای بسیار کوچک را ببینیم.

وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیه

آژانس فدرال آموزش

GOU VPO SUSU

گروه شیمی فیزیک

در دوره KSE: "تابش اشعه ایکس"

تکمیل شد:

نائومووا داریا گنادیونا

بررسی شد:

دانشیار، K.T.N.

Tanklevskaya N.M.

چلیابینسک 2010

معرفی

فصل اول. کشف اشعه ایکس

اعلام وصول

تعامل با ماده

تاثیر بیولوژیکی

ثبت

کاربرد

نحوه عکسبرداری با اشعه ایکس

اشعه ایکس طبیعی

فصل دوم. رادیوگرافی

کاربرد

روش جذب تصویر

مزایای رادیوگرافی

معایب رادیوگرافی

فلوروسکوپی

اصل رسید

مزایای فلوروسکوپی

معایب فلوروسکوپی

فناوری های دیجیتال در فلوروسکوپی

روش اسکن چند خطی

نتیجه

فهرست ادبیات استفاده شده

معرفی

تابش اشعه ایکس - امواج الکترومغناطیسی، انرژی فوتون که با محدوده انرژی از اشعه ماوراء بنفش تا گاما تعیین می شود، که مربوط به محدوده طول موج از 10-4 تا 10² Å (از 10-14 تا 10-8 متر) است.

مانند نور مرئی، اشعه ایکس باعث سیاه شدن فیلم عکاسی می شود. این ویژگی برای پزشکی، صنعت و تحقیقات علمی از اهمیت بالایی برخوردار است. تابش اشعه ایکس با عبور از جسم مورد مطالعه و سپس افتادن روی فیلم، ساختار داخلی آن را بر روی آن به تصویر می کشد. از آنجایی که قدرت نفوذ تابش اشعه ایکس برای مواد مختلف متفاوت است، قسمت‌هایی از جسم که نسبت به آن شفافیت کمتری دارند، نسبت به آن‌هایی که پرتو به خوبی از طریق آنها نفوذ می‌کند، مناطق روشن‌تری در عکس ایجاد می‌کنند. بنابراین، بافت های استخوانی در برابر اشعه ایکس شفافیت کمتری نسبت به بافت هایی که پوست و اندام های داخلی را تشکیل می دهند، هستند. بنابراین، در رادیوگرافی، استخوان‌ها به عنوان نواحی سبک‌تر نشان داده می‌شوند و محل شکستگی که برای تشعشع شفاف‌تر است، به راحتی قابل تشخیص است. تصویربرداری با اشعه ایکس همچنین در دندانپزشکی برای تشخیص پوسیدگی و آبسه در ریشه دندان ها و همچنین در صنعت برای تشخیص ترک در ریخته گری ها، پلاستیک ها و لاستیک ها استفاده می شود.

اشعه ایکس در شیمی برای تجزیه و تحلیل ترکیبات و در فیزیک برای مطالعه ساختار بلورها استفاده می شود. یک پرتو اشعه ایکس که از یک ترکیب شیمیایی عبور می کند باعث ایجاد یک تشعشع ثانویه مشخصه می شود که تجزیه و تحلیل طیف سنجی آن به شیمیدان اجازه می دهد تا ترکیب ترکیب را تعیین کند. هنگامی که بر روی یک ماده کریستالی می افتد، یک پرتو اشعه ایکس توسط اتم های کریستال پراکنده می شود و یک الگوی واضح و منظم از لکه ها و نوارها روی صفحه عکاسی ایجاد می کند که امکان ایجاد ساختار داخلی کریستال را فراهم می کند.

استفاده از اشعه ایکس در درمان سرطان مبتنی بر این واقعیت است که سلول های سرطانی را از بین می برد. با این حال، می تواند اثر نامطلوبی بر سلول های طبیعی نیز داشته باشد. بنابراین، در استفاده از اشعه ایکس باید بسیار احتیاط کرد.

فصل اول. کشف اشعه ایکس

کشف اشعه ایکس به ویلهلم کنراد رونتگن نسبت داده می شود. او اولین کسی بود که مقاله ای در مورد اشعه ایکس منتشر کرد که آن را اشعه ایکس (اشعه ایکس) نامید. مقاله ای از رونتگن با عنوان "در مورد نوع جدیدی از پرتوها" در 28 دسامبر 1895 در مجله انجمن فیزیک و پزشکی وورزبورگ منتشر شد. با این حال، ثابت شده است که اشعه ایکس قبلاً به دست آمده است. لوله اشعه کاتدی که رونتگن در آزمایشات خود استفاده کرد توسط J. Hittorf و W. Kruks ساخته شد. این لوله اشعه ایکس تولید می کند. این در آزمایش‌های کروکس و از سال 1892 در آزمایش‌های هاینریش هرتز و شاگردش فیلیپ لنارد از طریق سیاه‌کردن صفحات عکاسی نشان داده شد. با این حال، هیچ یک از آنها به اهمیت کشف خود پی نبردند و نتایج خود را منتشر نکردند. همچنین، نیکولا تسلا، از سال 1897، با لوله های پرتو کاتدی آزمایش کرد، اشعه ایکس دریافت کرد، اما نتایج خود را منتشر نکرد.

به همین دلیل، رونتگن از اکتشافات قبل از خود اطلاعی نداشت و پرتوهایی را که بعداً به نام او نامگذاری شد، به طور مستقل کشف کرد - در حالی که فلورسانس را مشاهده کرد که در حین کار یک لوله پرتو کاتدی رخ می دهد. رونتگن کمی بیش از یک سال (از 8 نوامبر 1895 تا مارس 1897) پرتوهای ایکس را مطالعه کرد و تنها سه مقاله نسبتاً کوچک در مورد آنها منتشر کرد، اما آنها چنان توصیف جامعی از پرتوهای جدید ارائه کردند که صدها مقاله توسط پیروان او، پس از آن در طول 12 سال منتشر شد، نه می تواند چیزی اساسی اضافه کند و نه تغییر دهد. رونتگن که علاقه خود را به اشعه ایکس از دست داده بود، به همکارانش گفت: "من قبلاً همه چیز را نوشتم، وقت خود را تلف نکنید." همچنین در شهرت رونتگن، عکس معروف دست همسرش که او در مقاله خود منتشر کرد (به تصویر سمت راست نگاه کنید) کمک کرد. چنین شهرتی برای رونتگن در سال 1901 اولین جایزه نوبل فیزیک را به ارمغان آورد و کمیته نوبل بر اهمیت عملی کشف او تأکید کرد. در سال 1896 برای اولین بار از نام "اشعه ایکس" استفاده شد. در برخی از کشورها، نام قدیمی باقی می ماند - اشعه ایکس. در روسیه، به پیشنهاد دانش آموز V.K. رونتگن - آبرام فدوروویچ آیوف.

موقعیت در مقیاس امواج الکترومغناطیسی

محدوده انرژی پرتوهای ایکس و گاما در محدوده انرژی گسترده ای همپوشانی دارند. هر دو نوع تابش تابش الکترومغناطیسی هستند و معادل انرژی فوتون یکسانی هستند. تفاوت اصطلاحی در نحوه وقوع نهفته است - اشعه ایکس با مشارکت الکترون ها (چه در اتم یا آزاد) ساطع می شود، در حالی که تابش گاما در فرآیندهای غیر تحریک هسته های اتمی ساطع می شود. فوتون های پرتو ایکس دارای انرژی از 100 eV تا 250 کو هستند که مربوط به تابش با فرکانس 3 1016 هرتز تا 6 1019 هرتز و طول موج 0.005 - 10 نانومتر است (تعریف پذیرفته شده ای از حد پایین X وجود ندارد. محدوده اشعه در مقیاس طول موج). پرتوهای ایکس نرم با کمترین انرژی فوتون و فرکانس تابش (و طولانی ترین طول موج) مشخص می شوند، در حالی که پرتوهای ایکس سخت دارای بالاترین انرژی فوتون و فرکانس تابش (و کوتاه ترین طول موج) هستند.

(عکس اشعه ایکس (رونتگنوگرافی) از دست همسرش، گرفته شده توسط V.K. Roentgen)

اعلام وصول

اشعه ایکس با شتاب قوی ذرات باردار (عمدتاً الکترون ها) یا با انتقال انرژی بالا در لایه های الکترونی اتم ها یا مولکول ها تولید می شود. هر دو اثر در لوله های اشعه ایکس استفاده می شود، که در آنها الکترون های ساطع شده از یک کاتد داغ شتاب می گیرند (اشعه ایکس ساطع نمی شود، زیرا شتاب بسیار کم است) و به آند برخورد می کند، جایی که سرعت آنها به شدت کاهش می یابد (اشعه ایکس ساطع می شود: به اصطلاح . bremsstrahlung) و در عین حال الکترون ها را از پوسته های الکترونی داخلی اتم های فلزی که آند از آن ساخته شده است، حذف می کند. فضاهای خالی در پوسته توسط الکترون های دیگر اتم اشغال می شود. در این مورد، تابش اشعه ایکس با مشخصه انرژی خاصی از ماده آند ساطع می شود (تابش مشخصه، فرکانس ها توسط قانون موزلی تعیین می شود:

در جایی که Z عدد اتمی عنصر آند است، A و B برای مقدار معینی از عدد کوانتومی اصلی n پوسته الکترونی ثابت هستند. در حال حاضر آندها عمدتاً از سرامیک ساخته می شوند و قسمتی که الکترون ها به آن برخورد می کنند از مولیبدن ساخته شده است. در فرآیند شتاب - کاهش، تنها 1٪ از انرژی جنبشی الکترون به اشعه ایکس می رود، 99٪ از انرژی به گرما تبدیل می شود.

اشعه ایکس را می توان در شتاب دهنده های ذرات نیز به دست آورد. باصطلاح. تابش سنکروترون زمانی اتفاق می افتد که پرتوی از ذرات در یک میدان مغناطیسی منحرف می شود و در نتیجه آن ها شتابی را در جهت عمود بر حرکت خود تجربه می کنند. تابش سنکروترون دارای یک طیف پیوسته با حد بالایی است. با پارامترهای مناسب انتخاب شده (میزان میدان مغناطیسی و انرژی ذرات)، اشعه ایکس را می توان در طیف تابش سنکروترون نیز به دست آورد.

نمایش شماتیک یک لوله اشعه ایکس. X - اشعه ایکس، K - کاتد، A - آند (گاهی اوقات آنتی کاتد نامیده می شود)، C - هیت سینک، Uh - ولتاژ رشته کاتدی، Ua - ولتاژ شتاب دهنده، Win - ورودی خنک کننده آب، Wout - خروجی خنک کننده آب (نگاه کنید به x- لوله اشعه).

تعامل با ماده

ضریب شکست تقریباً هر ماده ای برای اشعه ایکس تفاوت کمی با واحد دارد. نتیجه این واقعیت این است که هیچ ماده ای وجود ندارد که بتوان از آن عدسی اشعه ایکس ساخت. علاوه بر این، هنگامی که اشعه ایکس عمود بر سطح برخورد می کند، تقریباً منعکس نمی شود. با وجود این، در اپتیک اشعه ایکس، روش هایی برای ساخت عناصر نوری برای اشعه ایکس یافت شده است.

اشعه ایکس می تواند به ماده نفوذ کند و مواد مختلف آنها را به طور متفاوتی جذب می کنند. جذب اشعه ایکس مهمترین خاصیت آنها در عکاسی با اشعه ایکس است. شدت پرتوهای ایکس بسته به مسیر طی شده در لایه جاذب به صورت تصاعدی کاهش می یابد (I = I0e-kd، جایی که d ضخامت لایه است، ضریب k متناسب با Z3λ3، Z عدد اتمی عنصر است، λ است. طول موج).

جذب در نتیجه جذب نوری و پراکندگی کامپتون رخ می دهد:

جذب نوری به عنوان فرآیند حذف یک الکترون از پوسته یک اتم توسط یک فوتون درک می شود که مستلزم آن است که انرژی فوتون بیشتر از یک مقدار حداقل معین باشد. اگر احتمال عمل جذب را بسته به انرژی فوتون در نظر بگیریم، پس از رسیدن به انرژی معین، آن (احتمال) به شدت به حداکثر مقدار خود افزایش می یابد. برای انرژی های بالاتر، احتمال به طور مداوم کاهش می یابد. به دلیل این وابستگی گفته می شود که حد جذب وجود دارد. محل الکترون کوبیده شده در حین عمل جذب توسط الکترون دیگری اشغال می شود، در حالی که تابش با انرژی فوتون کمتر منتشر می شود، به اصطلاح. فرآیند فلورسانس