Röntgenkiirgus viitab elektromagnetlainetele pikkusega ligikaudu 80–10–5 nm. Pikima lainega röntgenikiirgus kattub lühilainelise ultraviolettkiirgusega ja lühilainelise röntgenkiirguse kattub pikalainelise γ-kiirgusega. Ergastusmeetodi alusel jagatakse röntgenkiirgus bremsstrahlungiks ja iseloomulikuks.
31.1. Röntgentoru seade. Bremsstrahlung röntgen
Kõige tavalisem röntgenkiirguse allikas on röntgentoru, mis on kahe elektroodi vaakumseade (joon. 31.1). Soojendusega katood 1 kiirgab elektrone 4. Anoodil 2, mida sageli nimetatakse antikatoodiks, on kaldpind, et suunata tekkivat röntgenkiirgust 3 toru telje suhtes nurga all. Anood on valmistatud väga soojusjuhtivast materjalist, et eemaldada elektronide löökidest tekkiv soojus. Anoodi pind on valmistatud tulekindlatest materjalidest, millel on perioodilisuse tabelis suur aatomnumber, näiteks volfram. Mõnel juhul jahutatakse anood spetsiaalselt vee või õliga.
Diagnostikatorude puhul on oluline röntgeniallika täpsus, mida on võimalik saavutada elektronide fokuseerimisel antikatoodi ühte kohta. Seetõttu on konstruktiivselt vaja arvestada kahe vastandliku ülesandega: ühelt poolt peavad elektronid langema anoodi ühele kohale, teisalt on ülekuumenemise vältimiseks soovitav elektronid jaotada erinevatele anoodi piirkondadele. anood. Üks huvitav tehniline lahendus on pöörleva anoodiga röntgentoru (joon. 31.2).
Elektroni (või muu laetud osakese) pidurdamisel aatomituuma elektrostaatilise välja ja aine aatomielektronide toimel tekib antikatood. Bremsstrahlung röntgenkiirgus.
Selle mehhanismi saab selgitada järgmiselt. Liikuva elektrilaenguga on seotud magnetväli, mille induktsioon sõltub elektroni kiirusest. Pidurdamisel magnetväli väheneb
induktsioon ja Maxwelli teooria kohaselt tekib elektromagnetlaine.
Elektronide aeglustamisel kulub ainult osa energiast röntgenfootoni loomiseks, teine osa kulub anoodi soojendamiseks. Kuna nende osade vaheline seos on juhuslik, tekib suure hulga elektronide aeglustamisel pidev röntgenkiirguse spekter. Sellega seoses nimetatakse katkemist ka pidevaks kiirguseks. Joonisel fig. Joonisel 31.3 on näidatud röntgenikiirguse voo sõltuvus lainepikkusest λ (spektrid) erinevatel pingetel röntgentorus: U 1< U 2 < U 3 .
Igas spektris on lühima lainepikkusega bremsstrahlung λ ηίη tekib siis, kui elektroni poolt kiirenevas väljas omandatud energia muundatakse täielikult footoni energiaks:
Pange tähele, et (31.2) põhjal on välja töötatud üks kõige täpsemaid meetodeid Plancki konstandi eksperimentaalseks määramiseks.
Lühilaine röntgenikiirgus on üldiselt läbitungavam kui pikalaineline röntgenikiirgus ja seda nimetatakse karm, ja pikalaineline - pehme.
Suurendades röntgentoru pinget, muutub kiirguse spektraalne koostis, nagu on näha jooniselt fig. 31.3 ja valemid (31.3) ning suurendavad jäikust.
Kui tõstate katoodi hõõgniidi temperatuuri, suureneb elektronide emissioon ja vool torus. See suurendab igas sekundis kiiratavate röntgenfootonite arvu. Selle spektraalne koostis ei muutu. Joonisel fig. Joonisel 31.4 on kujutatud röntgenkiirguse vältimise spektrid sama pinge, kuid erinevate katoodiküttevoolude korral: / n1< / н2 .
Röntgenikiirguse voog arvutatakse järgmise valemi abil:
Kus U Ja mina - pinge ja vool röntgenitorus; Z- anoodaine aatomi seerianumber; k- proportsionaalsuskoefitsient. Erinevatelt antikatoodidelt korraga saadud spektrid U ja I H on näidatud joonisel fig. 31.5.
31.2. ISELOOMULIK RÖNTGIKIIRGUS. ATOMIC Röntgenispekter
Suurendades röntgentoru pinget, võib pideva spektri taustal märgata joonspektri tekkimist, mis vastab
iseloomulik röntgenikiirgus(joonis 31.6). See tekib tänu sellele, et kiirendatud elektronid tungivad sügavale aatomisse ja löövad elektronid sisekihtidest välja. Ülemistelt tasanditelt liiguvad elektronid vabadesse kohtadesse (joonis 31.7), mille tulemusena eralduvad iseloomuliku kiirguse footonid. Nagu jooniselt näha, koosneb iseloomulik röntgenikiirgus seeriatest K, L, M jne, mille nimi kasutas elektrooniliste kihtide tähistamist. Kuna K-seeria emissioon vabastab kohti kõrgemates kihtides, siis kiirguvad samal ajal ka teiste seeriate read.
Erinevalt optilistest spektritest on erinevate aatomite iseloomulikud röntgenispektrid sama tüüpi. Joonisel fig. Joonisel 31.8 on kujutatud erinevate elementide spektrid. Nende spektrite ühtlus tuleneb asjaolust, et erinevate aatomite sisekihid on identsed ja erinevad ainult energeetiliselt, kuna tuumast lähtuv jõud suureneb elemendi aatomarvu suurenedes. See asjaolu toob kaasa asjaolu, et iseloomulikud spektrid nihkuvad tuumalaengu suurenedes kõrgemate sageduste suunas. See muster on nähtav jooniselt fig. 31.8 ja on tuntud kui Moseley seadus:
Kus v- spektraaljoone sagedus; Z- kiirgava elemendi aatomnumber; A Ja IN- püsiv.
Optilise ja röntgenikiirguse spektri vahel on veel üks erinevus.
Aatomile iseloomulik röntgenispekter ei sõltu keemilisest ühendist, milles see aatom sisaldub. Näiteks hapnikuaatomi röntgenspekter on O, O 2 ja H 2 O puhul sama, samas kui nende ühendite optilised spektrid on oluliselt erinevad. See aatomi röntgenspektri tunnus oli nime aluseks iseloomulik.
Iseloomulik kiirgus tekib alati siis, kui aatomi sisemistes kihtides on vaba ruumi, olenemata selle põhjustanud põhjusest. Näiteks kaasneb ühe radioaktiivse lagunemise tüübiga (vt 32.1) iseloomulik kiirgus, mis seisneb elektroni kinnipüüdmises sisemisest kihist tuuma poolt.
31.3. Röntgenikiirguse koostoime AINEGA
Röntgenkiirguse registreerimine ja kasutamine, samuti selle mõju bioloogilistele objektidele määratakse röntgenfootoni ja aine aatomite ja molekulide elektronide interaktsiooni esmaste protsessidega.
Olenevalt energiasuhtest hv footon ja ionisatsioonienergia 1 A ning toimuvad kolm põhiprotsessi.
Sidus (klassikaline) hajumine
Pikalainelise röntgenikiirguse hajumine toimub sisuliselt ilma lainepikkust muutmata ja seda nimetatakse sidus. See juhtub siis, kui footoni energia on väiksem kui ionisatsioonienergia: hv< A ja.
Kuna sel juhul röntgenfootoni ja aatomi energia ei muutu, siis koherentne hajumine iseenesest bioloogilist efekti ei põhjusta. Röntgenkiirguse vastase kaitse loomisel tuleks aga arvestada primaarkiire suuna muutmise võimalusega. Seda tüüpi interaktsioon on röntgendifraktsioonianalüüsi jaoks oluline (vt 24.7).
Ebaühtlane hajumine (Comptoni efekt)
1922. aastal A.Kh. Compton avastas kõvade röntgenikiirte hajumist jälgides hajutatud kiire läbitungimisvõime vähenemist võrreldes langeva kiirega. See tähendas, et hajutatud röntgenikiirte lainepikkus oli pikem kui langeva röntgenikiirte lainepikkus. Röntgenikiirguse hajumist koos lainepikkuse muutumisega nimetatakse ebaühtlane nom ja nähtus ise - Comptoni efekt. See juhtub siis, kui röntgenfootoni energia on suurem kui ionisatsioonienergia: hv > A ja.
See nähtus on tingitud asjaolust, et aatomiga suhtlemisel tekib energia hv footon kulutatakse uue energiaga hajutatud röntgenfootoni moodustamiseks hv", eemaldada aatomilt elektron (ionisatsioonienergia A ja) ning anda elektronile kineetiline energia E kuni:
hv= hv" + A ja + E k.(31.6)
1 Siin viitab ionisatsioonienergia energiale, mis on vajalik sisemiste elektronide eemaldamiseks aatomist või molekulist.
Kuna paljudel juhtudel hv>> Ja Comptoni efekt ilmneb vabadel elektronidel, siis saame kirjutada ligikaudu:
hv = hv"+ E K .(31.7)
On märkimisväärne, et selle nähtuse puhul (joon. 31.9) koos sekundaarse röntgenkiirgusega (energiaga hv" footon) ilmuvad tagasilöögi elektronid (kineetiline energia E k elektron). Seejärel muutuvad aatomid või molekulid ioonideks.
Fotoefekt
Fotoelektrilise efekti korral neeldub aatom röntgenikiirgust, mille tulemusena väljub elektron ja aatom ioniseerub (fotoionisatsioon).
Eespool käsitletud kolm peamist interaktsiooniprotsessi on esmased, need viivad järgnevate sekundaarsete, tertsiaarsete jne. nähtusi. Näiteks ioniseeritud aatomid võivad kiirata iseloomulikku spektrit, ergastatud aatomitest võivad saada nähtava valguse allikad (röntgeni luminestsents) jne.
Joonisel fig. 31.10 näitab diagrammi võimalikest protsessidest, mis toimuvad röntgenkiirguse sattumisel ainesse. Enne röntgenfootoni energia muundamist molekulaarse soojusliikumise energiaks võib toimuda mitukümmend kujutatuga sarnast protsessi. Selle tulemusena toimuvad muutused aine molekulaarses koostises.
Protsessid, mis on kujutatud joonisel fig. 31.10, on aluseks nähtustele, mida täheldatakse, kui röntgenkiirgus ainele mõjub. Loetleme mõned neist.
Röntgenikiirguse luminestsents- mitmete ainete kuma röntgenkiirguse all. See plaatina-sünoksiidi baariumi sära võimaldas Röntgenil kiired avastada. Seda nähtust kasutatakse spetsiaalsete helendavate ekraanide loomiseks röntgenkiirguse visuaalseks jälgimiseks, mõnikord ka röntgenikiirguse mõju suurendamiseks fotoplaadil.
Röntgenkiirguse keemilised mõjud on teada, näiteks vesinikperoksiidi moodustumine vees. Praktiliselt oluline näide on efekt fotoplaadil, mis võimaldab selliseid kiiri salvestada.
Ioniseeriv toime avaldub elektrijuhtivuse suurenemises röntgenikiirguse mõjul. Seda kinnisvara kasutatakse
dosimeetria, et kvantifitseerida seda tüüpi kiirguse mõju.
Paljude protsesside tulemusena nõrgeneb röntgenkiirguse esmane kiir vastavalt seadusele (29.3). Kirjutame selle kujul:
I = I 0 e-/", (31.8)
Kus μ - lineaarne sumbumise koefitsient. Seda võib kujutada nii, et see koosneb kolmest terminist, mis vastavad koherentsele hajumisele μ κ, ebajärjekindlale μ ΗK ja fotoelektrilisele efektile μ f:
μ = μ k + μ hk + μ f. (31,9)
Röntgenkiirguse intensiivsus nõrgeneb võrdeliselt aine aatomite arvuga, mida see voog läbib. Kui surute ainet piki telge X, näiteks sisse b korda, suurenedes b alates selle tihedusest, siis
31.4. MEDITSIINIS Röntgenkiirguse KASUTAMISE FÜÜSIKALISED ALUSED
Röntgenikiirguse üks olulisemaid meditsiinilisi kasutusviise on siseorganite valgustamine diagnostilistel eesmärkidel. (röntgendiagnostika).
Diagnostikaks kasutatakse footoneid energiaga umbes 60-120 keV. Selle energia korral määrab massi sumbumise koefitsiendi peamiselt fotoelektriline efekt. Selle väärtus on pöördvõrdeline footoni energia kolmanda astmega (proportsionaalne λ 3-ga), mis näitab kõva kiirguse suuremat läbitungimisvõimet, ja võrdeline neelava aine aatomarvu kolmanda astmega:
Röntgenkiirguse neeldumise oluline erinevus erinevate kudede poolt võimaldab näha inimkeha siseorganite kujutisi varjuprojektsioonis.
Röntgendiagnostikat kasutatakse kahes versioonis: fluoroskoopia - pilti vaadatakse röntgen-luminestsentsekraanil, radiograafia - pilt salvestatakse fotofilmile.
Kui uuritav elund ja ümbritsevad koed nõrgendavad röntgenkiirgust ligikaudu võrdselt, siis kasutatakse spetsiaalseid kontrastaineid. Näiteks, olles täitnud mao ja sooled pudrulaadse baariumsulfaadi massiga, näete nende varjupilti.
Pildi heledus ekraanil ja säriaeg filmil sõltuvad röntgenkiirguse intensiivsusest. Kui seda kasutatakse diagnostikaks, ei saa intensiivsus olla kõrge, et mitte põhjustada soovimatuid bioloogilisi tagajärgi. Seetõttu on mitmeid tehnilisi seadmeid, mis parandavad pilte madala röntgenikiirguse intensiivsusega. Sellise seadme näiteks on elektrooptilised muundurid (vt 27.8). Elanikkonna massilise uurimise käigus kasutatakse laialdaselt radiograafia varianti - fluorograafiat, mille käigus salvestatakse tundlikule väikeseformaadilisele filmile suurelt röntgenkiirgusega luminestsentsekraanilt pärinev pilt. Pildistamisel kasutatakse suure avaga objektiivi ning valminud pilte uuritakse spetsiaalse luubi abil.
Huvitav ja paljutõotav radiograafia võimalus on meetod nimega röntgentomograafia, ja selle "masinaversioon" - CT skaneerimine.
Mõelgem sellele küsimusele.
Tüüpiline röntgenikiirgus katab suure kehapiirkonna, kusjuures erinevad elundid ja koed varjavad üksteist. Seda saab vältida, kui liigutate röntgentoru perioodiliselt koos (joon. 31.11) antifaasis RT ja fotofilm FP objekti suhtes Umbes uurimine. Keha sisaldab mitmeid röntgenikiirgusele läbipaistmatuid kandmeid; need on joonisel näidatud ringidena. Nagu näha, tehakse röntgenikiired röntgentoru mis tahes asendis (1, 2 jne) läbima
objekti sama punkti lõikamine, mis on keskpunkt, mille suhtes toimub perioodiline liikumine RT Ja Esiettekanne See punkt või pigem väike läbipaistmatu osa on näidatud tumeda ringiga. Tema varjupilt liigub kaasa FP, hõivavad järjestikused positsioonid 1, 2 jne. Ülejäänud kandmised kehas (luud, tihendused jne) tekivad FP teatud üldine taust, kuna röntgenikiirgust need pidevalt ei varja. Kiigekeskuse asendit muutes saate kehast kiht-kihilise röntgenpildi. Sellest ka nimi - tomograafia(kihiline salvestus).
Õhukese röntgenikiirguse abil on võimalik ekraani (selle asemel Fp), mis koosneb ioniseeriva kiirguse pooljuhtdetektoritest (vt 32.5) ja arvutist, töötlevad tomograafia ajal variröntgenpilti. See tomograafia (arvuti- või kompuuterröntgentomograafia) kaasaegne versioon võimaldab saada elektronkiiretoru ekraanil või paberil kehast kihtide kaupa kujutisi, mille detailid on väiksemad kui 2 mm ja röntgenkiirguse neeldumise erinevus kuni 0,1%. See võimaldab näiteks teha vahet aju hallil ja valgel ainel ning näha väga väikeseid kasvajamoodustisi.
1. Röntgenkiirguse allikad.
2. Bremsstrahlung röntgenkiirgus.
3. Iseloomulik röntgenikiirgus. Moseley seadus.
4. Röntgenkiirguse koostoime ainega. Nõrgenemise seadus.
5. Röntgenikiirguse kasutamise füüsikalised alused meditsiinis.
6. Põhimõisted ja valemid.
7. Ülesanded.
röntgenikiirgus - elektromagnetlained lainepikkusega 100 kuni 10-3 nm. Elektromagnetlainete skaalal hõivab röntgenkiirgus UV-kiirguse ja UV-kiirguse vahelise piirkonna. γ - kiirgus. Röntgenikiirgus (röntgenikiirgus) avastas 1895. aastal K. Roentgen, kellest 1901. aastal sai esimene Nobeli füüsikapreemia laureaat.
32.1. Röntgenikiirguse allikad
Looduslikud röntgenikiirguse allikad on mõned radioaktiivsed isotoobid (näiteks 55 Fe). Võimsa röntgenkiirguse kunstlikud allikad on röntgenitorud(joonis 32.1).
Riis. 32.1. Röntgentoru seade
Röntgentoru on tühjendatud klaaskolb, millel on kaks elektroodi: anood A ja katood K, mille vahele tekib kõrgepinge U (1-500 kV). Katood on elektrivooluga kuumutatud spiraal. Kuumutatud katoodi (termiooniline emissioon) kiiratavad elektronid kiirendatakse elektrivälja toimel suur kiirused (sellepärast on vaja kõrget pinget) ja langevad toru anoodile. Kui need elektronid interakteeruvad anoodainega, tekib kahte tüüpi röntgenkiirgust: pidurdamine Ja iseloomulik.
Anoodi tööpind paikneb elektronkiire suuna suhtes teatud nurga all, et tekitada vajalik röntgenkiirte suund.
Umbes 1% elektronide kineetilisest energiast muundatakse röntgenikiirguseks. Ülejäänud energia vabaneb soojusena. Seetõttu on anoodi tööpind valmistatud tulekindlast materjalist.
32.2. Bremsstrahlung röntgenikiirgus
Teatud keskkonnas liikuv elektron kaotab oma kiiruse. Sel juhul tekib negatiivne kiirendus. Maxwelli teooria järgi mis tahes kiirendatud laetud osakese liikumisega kaasneb elektromagnetkiirgus. Kiirgust, mis tekib siis, kui elektron aeglustub anoodaines, nimetatakse Bremsstrahlung röntgenkiirgus.
Bremsstrahlungi omadused määratakse järgmiste teguritega.
1. Kiirgust kiirgavad üksikud kvantid, mille energiad on sagedusega seotud valemiga (26.10)
kus ν on sagedus, λ on lainepikkus.
2. Kõigil anoodile jõudvatel elektronidel on sama kineetiline energia, mis võrdub anoodi ja katoodi vahelise elektrivälja tööga:
kus e on elektroni laeng, U on kiirenduspinge.
3. Elektroni kineetiline energia kandub osaliselt ainele ja läheb selle soojendamiseks (Q) ning kulutatakse osaliselt röntgenkvanti loomiseks:
4. Q ja hv vaheline seos kogemata.
Viimase omaduse (4) tõttu tekivad kvantid mitmesugused elektronid, on mitmesugused sagedused ja lainepikkused. Seetõttu on röntgenikiirguse bremsstrahlungi spekter pidev. Tüüpiline vaade spektraalne tihedus Röntgenikiirguse voog (Φ λ = άΦ/άλ) on näidatud joonisel fig. 32.2.
Riis. 32.2. Bremsstrahlung röntgenikiirguse spekter
Pika laine poolel on spekter piiratud lainepikkusega 100 nm, mis on röntgenikiirguse piir. Lühilaine poolel on spekter piiratud lainepikkusega λ min. Vastavalt valemile (32.2) minimaalne lainepikkus vastab juhule Q = 0 (elektroni kineetiline energia muundatakse täielikult kvantenergiaks):
Arvutused näitavad, et bremsstrahlung röntgenkiirte voog (Φ) on võrdeline pinge U ruuduga
anood ja katood, voolutugevus I torus ja anoodaine aatomarv Z:
Bremsstrahlungi röntgenispektrid erinevatel pingetel, erinevatel katooditemperatuuridel ja erinevatel anoodainetel on näidatud joonisel fig. 32.3.
Riis. 32.3. Bremsstrahlung röntgenispekter (Φ λ):
a - torus erinevatel pingetel U; b - erinevatel temperatuuridel T
katood; c - erinevate anoodainete jaoks, mis erinevad parameetri Z poolest
Anoodi pinge kasvades väärtus λmin nihkub lühemate lainepikkuste suunas. Samal ajal suureneb spektraalkõvera kõrgus (joon. 32.3, A).
Katoodi temperatuuri tõustes suureneb elektronide emissioon. Vastavalt sellele suureneb vool I torus. Spektrikõvera kõrgus suureneb, kuid kiirguse spektraalne koostis ei muutu (joon. 32.3, b).
Anoodi materjali muutumisel muutub spektraalkõvera kõrgus võrdeliselt aatomarvuga Z (joon. 32.3, c).
32.3. Iseloomulik röntgenikiirgus. Moseley seadus
Kui katoodelektronid interakteeruvad anoodiaatomitega, tekivad koos bremsstrahlung-röntgenikiirgusega röntgenkiired, mille spekter koosneb eraldi read. See on kiirgus
on järgmise päritoluga. Mõned katoodelektronid tungivad sügavale aatomisse ja löövad elektronid sealt välja. sisemised kestad. Sel juhul tekkinud vabad kohad täidetakse elektronidega ülemine kestad, mille tulemusena eralduvad kiirguskvandid. See kiirgus sisaldab diskreetset sageduste kogumit, mille määrab anoodimaterjal ja mida nimetatakse iseloomulik kiirgus. Röntgentoru täisspekter on iseloomuliku spektri superpositsioon bremsstrahlung-spektril (joonis 32.4).
Riis. 32.4. Röntgentoru kiirgusspekter
Iseloomulike röntgenispektrite olemasolu avastati röntgentorude abil. Hiljem leiti, et sellised spektrid tekivad keemiliste elementide siseorbiitide mis tahes ionisatsioonist. Uurinud erinevate keemiliste elementide iseloomulikke spektreid, kehtestas G. Moseley (1913) järgmise seaduse, mis kannab tema nime.
Iseloomuliku kiirguse sageduse ruutjuur on elemendi seerianumbri lineaarfunktsioon:
kus ν on spektrijoone sagedus, Z on kiirgava elemendi aatomnumber, A, B on konstandid.
Moseley seadus võimaldab määrata keemilise elemendi aatomnumbri vaadeldava iseloomuliku kiirguse spektrist. See mängis suurt rolli elementide paigutamisel perioodilisustabelisse.
32.4. Röntgenikiirguse koostoime ainega. Sumbumise seadus
Röntgenikiirgusel ainega suhtlemisel on kaks peamist tüüpi: hajumine ja fotoelektriline efekt. Hajumise käigus footoni liikumissuund muutub. Fotoelektrilises efektis footon imendunud.
1. Koherentne (elastne) hajumine tekib siis, kui röntgenfootoni energiast ei piisa aatomi sisemiseks ioniseerimiseks (elektroni väljalöömiseks ühest sisekestast). Sellisel juhul muutub footoni liikumissuund, kuid tema energia ja lainepikkus ei muutu (seetõttu nimetatakse seda hajumist nn. elastne).
2. Ebaühtlane (Comptoni) hajumine tekib siis, kui footoni energia on palju suurem sisemisest ionisatsioonienergiast A ja: hv >> A ja.
Sel juhul eraldub elektron aatomist ja omandab teatud kineetilise energia E k Footoni liikumissuund Comptoni hajumise ajal muutub ja tema energia väheneb:
Comptoni hajumine on seotud aine aatomite ionisatsiooniga.
3. Fotoefekt tekib siis, kui footoni energiast hv piisab aatomi ioniseerimiseks: hv > A u. Samal ajal röntgenikiirguse kvant imendunud ja selle energia kulub aatomi ioniseerimiseks ja väljapaisatud elektronile kineetilise energia edastamiseks E k = hv - A I.
Comptoni hajumise ja fotoelektrilise efektiga kaasneb iseloomulik röntgenikiirgus, kuna pärast sisemiste elektronide väljalöömist täituvad vabad positsioonid väliskesta elektronidega.
Röntgenikiirguse luminestsents. Mõnes aines põhjustavad Comptoni hajumise elektronid ja kvantid, aga ka fotoelektriefekti elektronid molekulide ergastumist, millega kaasnevad kiirgusüleminekud põhiolekusse. See tekitab sära, mida nimetatakse röntgenkiirguse luminestsentsiks. Baariumplaatinaoksiidi luminestsents võimaldas Röntgenil avastada röntgenikiirgust.
Sumbumise seadus
Röntgenikiirguse hajumine ja fotoelektriline efekt toovad kaasa asjaolu, et röntgenkiirguse sügavamale tungides nõrgeneb esmane kiirguskiir (joon. 32.5). Nõrgenemine on eksponentsiaalne:
μ väärtus sõltub neelduvast materjalist ja emissioonispektrist. Praktilisteks arvutusteks nõrgenemise tunnusena
Riis. 32.5. Röntgenikiirguse voo nõrgenemine langevate kiirte suunas
Kus λ
- lainepikkus; Z on elemendi aatomnumber; k on mingi konstant.
32.5. Kasutamise füüsiline alus
Röntgenikiirgus meditsiinis
Meditsiinis kasutatakse röntgenkiirgust diagnostilistel ja ravieesmärkidel.
Röntgendiagnostika- meetodid siseorganite kujutiste saamiseks röntgenikiirte abil.
Nende meetodite füüsikaliseks aluseks on aines esineva röntgenkiirguse nõrgenemise seadus (32.10). Röntgenikiirguse voog ühtlane kogu ristlõikes pärast läbimist heterogeenne kude muutub heterogeenseks. Seda heterogeensust saab salvestada fotofilmile, fluorestsentsekraanile või maatriksfotodetektori abil. Näiteks luukoe - Ca 3 (PO 4) 2 - ja pehmete kudede - peamiselt H 2 O - massi nõrgenemise koefitsiendid erinevad 68 korda (μm luu / μm vett = 68). Luutihedus on ka suurem kui pehmete kudede tihedus. Seetõttu annab röntgenikiirgus luust heleda kujutise pehmete kudede tumedamal taustal.
Kui uuritaval elundil ja ümbritsevatel kudedel on sarnased sumbumiskoefitsiendid, siis eriline kontrastained. Näiteks mao fluoroskoopia ajal võtab uuritav pudrutaolise massi baariumsulfaati (BaSO 4), mille massi sumbumise koefitsient on 354 korda suurem kui pehmete kudede oma.
Diagnostikaks kasutatakse röntgenikiirgust footoni energiaga 60-120 keV. Meditsiinipraktikas kasutatakse järgmisi röntgendiagnostika meetodeid.
1. röntgen. Pilt moodustatakse fluorestsentsekraanil. Pildi heledus on madal ja seda saab vaadata ainult pimedas ruumis. Arst peab olema kiirguse eest kaitstud.
Fluoroskoopia eeliseks on see, et seda tehakse reaalajas. Puuduseks on patsiendi ja arsti suur kiiritus (võrreldes teiste meetoditega).
Fluoroskoopia kaasaegne versioon - röntgentelevisioon - kasutab röntgenpildi võimendajaid. Võimendi tajub röntgeniekraani nõrka kuma, võimendab seda ja edastab selle teleriekraanile. Selle tulemusena vähenes järsult kiirguse mõju arstile, suurenes pildi heledus ja sai võimalikuks uuringutulemuste videosalvestus.
2. Radiograafia. Pilt moodustatakse spetsiaalsele röntgenikiirguse suhtes tundlikule filmile. Pildid tehakse kahes üksteisega risti asetsevas projektsioonis (ees ja külg). Pilt muutub nähtavaks pärast fototöötlust. Valmis kuivatatud fotot uuritakse läbiva valguse käes.
Samas on rahuldavalt nähtavad detailid, mille kontrastid erinevad 1-2%.
Mõnel juhul antakse patsiendile enne uuringut spetsiaalne kontrastaine. Näiteks joodi sisaldav lahus (intravenoosselt) neerude ja kuseteede uurimiseks.
Röntgenograafia eelised on kõrge eraldusvõime, lühike kokkupuuteaeg ja peaaegu täielik ohutus arsti jaoks. Puudusteks on pildi staatilisus (objekti ei saa dünaamikas jälgida).
3. Fluorograafia. Selle uuringu käigus pildistatakse ekraanile saadav pilt tundlikule väikeseformaadilisele filmile. Fluorograafiat kasutatakse laialdaselt elanikkonna massilisel sõeluuringul. Kui fluorogrammil leitakse patoloogilisi muutusi, määratakse patsiendile üksikasjalikum uuring.
4. Elektroradiograafia. Seda tüüpi uuring erineb tavapärasest radiograafiast pildi salvestamise viisi poolest. Kile asemel nad kasutavad seleeni plaat, mis elektrifitseeritakse röntgenikiirgusega. Tulemuseks on elektrilaengute peidetud kujutis, mille saab nähtavaks teha ja paberile üle kanda.
5. Angiograafia. Seda meetodit kasutatakse veresoonte uurimiseks. Kontrastainet süstitakse veeni läbi kateetri, misjärel teeb võimas röntgenaparaat rea pilte, mis jälgivad teineteist sekundi murdosadega. Joonis 32.6 näitab unearteri angiogrammi.
6. Röntgen-kompuutertomograafia. Seda tüüpi röntgenuuring võimaldab teil saada kujutise mitme mm paksusest tasasest kehaosast. Sel juhul skannitakse antud jaotist korduvalt erinevate nurkade all, kusjuures iga pilt salvestatakse arvuti mällu. Siis
Riis. 32.6. Angiogramm, mis näitab unearteri ahenemist
Riis. 32.7. skaneeriva tomograafia skeem (a); pea tomogramm silmade kõrgusel (b).
viiakse läbi arvutirekonstrueerimine, mille tulemuseks on skaneeritud kihi kujutis (joonis 32.7).
Kompuutertomograafia võimaldab eristada elemente, mille tiheduse erinevus on kuni 1%. Tavaline radiograafia võimaldab tuvastada minimaalset 10-20% tiheduse erinevust külgnevate alade vahel.
röntgenteraapia - röntgenikiirte kasutamine pahaloomuliste kasvajate hävitamiseks.
Kiirguse bioloogiline toime seisneb eriti kiiresti paljunevate rakkude elutegevuse häirimises. Vähirakkude hävitamiseks sügaval keha sees kasutatakse väga kõva röntgenikiirgust (footonite energiaga ligikaudu 10 MeV). Tervete ümbritsevate kudede kahjustuste vähendamiseks pöörleb kiir ümber patsiendi nii, et kogu aeg jääb selle mõju alla ainult kahjustatud piirkond.
32.6. Põhimõisted ja valemid
Tabeli jätk
Tabeli lõpp
32.7. Ülesanded
1. Miks meditsiinilistes röntgentorudes elektronkiir tabab ühte antikatoodi punkti, mitte ei lange sellele laia kiirga?
Vastus: röntgenikiirguse punktallika saamiseks, andes ekraanil läbivalgustatud objektide teravad piirjooned.
2. Leidke pingete U 1 = 2 kV ja U 2 = 20 kV röntgenkiirguse katkemise piir (sagedus ja lainepikkus).
4.
Röntgenkiirguse eest kaitsmiseks kasutatakse pliikilpe. Plii röntgenkiirguse lineaarne neeldumistegur on 52 cm -1. Kui paks peaks olema plii varjestuskiht, et vähendada röntgenikiirguse intensiivsust 30 korda?
5.
Leidke röntgentoru kiirgusvoog pingel U = 50 kV, I = 1 mA. Anood on valmistatud volframist (Z = 74). Leidke toru efektiivsus.
6.
Kontrastaineid kasutatakse pehmete kudede röntgendiagnostikaks. Näiteks on magu ja sooled täidetud baariumsulfaadi (BaSO 4) massiga. Võrrelge baariumsulfaadi ja pehmete kudede (vee) massi sumbumise koefitsiente.
7. Mis annab röntgenipaigaldise ekraanile tihedama varju: alumiinium (Z = 13, ρ = 2,7 g/cm3) või sama vasekiht (Z = 29, ρ = 8,9 g/cm3)?
8.
Mitu korda on alumiiniumikihi paksus suurem vasekihi paksusest, kui kihid nõrgendavad röntgenkiirgust võrdselt?
Aatominähtuste uurimisel ja praktilisel kasutamisel on röntgenikiirgusel üks olulisemaid rolle. Tänu nende uurimistööle tehti palju avastusi ja töötati välja meetodid ainete analüüsimiseks, mida kasutati erinevates valdkondades. Siin vaatleme ühte tüüpi röntgenikiirgust - iseloomulikke röntgenikiirgusid.
Röntgenikiirguse olemus ja omadused
Röntgenkiirgus on elektromagnetvälja oleku kõrgsageduslik muutus, mis levib ruumis kiirusega umbes 300 000 km/s ehk elektromagnetlained. Elektromagnetilise kiirguse ulatuse skaalal paiknevad röntgenikiirgus lainepikkuse piirkonnas umbes 10–8 kuni 5∙10–12 meetrit, mis on mitu suurusjärku lühem kui optilised lained. See vastab sagedustele 3∙10 16 kuni 6∙10 19 Hz ja energiatele 10 eV kuni 250 keV ehk 1,6∙10 -18 kuni 4∙10 -14 J. Tuleb märkida, et sagedusvahemike piirid on elektromagnetkiirgus on nende kattumise tõttu üsna meelevaldsed.
Kas kiirendatud laetud osakeste (kõrge energiaga elektronide) interaktsioon elektri- ja magnetväljadega ning aine aatomitega.
Röntgeni footoneid iseloomustavad suured energiad ning kõrge läbitungimis- ja ioniseerimisvõime, eriti kõvade röntgenkiirte puhul, mille lainepikkus on alla 1 nanomeetri (10–9 m).
Röntgenikiirgus interakteerub ainega, ioniseerides selle aatomeid, fotoelektrilise efekti (fotoabsorptsioon) ja ebajärjekindla (Comptoni) hajumise protsessides. Fotoabsorptsiooni käigus kannab aatomi elektroni neeldunud röntgenfooton talle energiat. Kui selle väärtus ületab elektroni sidumisenergiat aatomis, siis see lahkub aatomist. Komptoni hajumine on iseloomulik kõvematele (energilistele) röntgenfootonitele. Osa neeldunud footoni energiast kulub ionisatsioonile; sel juhul kiirgab primaarse footoni suuna suhtes teatud nurga all sekundaarne, madalama sagedusega.
Röntgenkiirguse tüübid. Bremsstrahlung
Talade tootmiseks kasutatakse klaasist vaakumsilindreid, mille sees asuvad elektroodid. Potentsiaalide erinevus elektroodide vahel peab olema väga suur – kuni sadu kilovolte. Volframkatoodil toimub termiooniline emissioon, mida kuumutatakse vooluga, see tähendab, et sellest eralduvad elektronid, mis potentsiaalide erinevuse tõttu pommitavad anoodi. Nende interaktsiooni tulemusena anoodi (mida mõnikord nimetatakse antikatoodiks) aatomitega sünnivad röntgenfootonid.
Sõltuvalt sellest, milline protsess viib footoni tekkeni, eristatakse röntgenkiirguse tüüpe: bremsstrahlung ja iseloomulik.
Elektronid võivad anoodiga kohtudes aeglustuda, st kaotada energiat oma aatomite elektriväljades. See energia eraldub röntgeni footonite kujul. Seda tüüpi kiirgust nimetatakse bremsstrahlungiks.
On selge, et pidurdustingimused on üksikute elektronide puhul erinevad. See tähendab, et erinevad kogused nende kineetilisest energiast muundatakse röntgenkiirteks. Selle tulemusena hõlmab bremsstrahlung erineva sagedusega ja vastavalt ka lainepikkusega footoneid. Seetõttu on selle spekter pidev (pidev). Mõnikord nimetatakse seda sel põhjusel ka "valgeks" röntgenkiirguseks.
Bremsstrahlung footoni energia ei saa ületada seda genereeriva elektroni kineetilist energiat, seega vastab tõmbekiirguse maksimaalne sagedus (ja lühim lainepikkus) anoodile langevate elektronide kineetilise energia suurimale väärtusele. Viimane sõltub elektroodidele rakendatud potentsiaalide erinevusest.
On ka teist tüüpi röntgenikiirgus, mille allikaks on erinev protsess. Seda kiirgust nimetatakse iseloomulikuks kiirguseks ja me peatume sellel üksikasjalikumalt.
Kuidas tekib iseloomulik röntgenkiirgus?
Jõudnud antikatoodile, võib kiire elektron tungida aatomi sisse ja ühelt madalamalt orbitaalilt elektroni välja lüüa, st anda sellele üle energia, mis on piisav potentsiaalse barjääri ületamiseks. Kui aga elektronide poolt hõivatud aatomis on kõrgemad energiatasemed, siis tühjaks jäänud ruum tühjaks ei jää.
Tuleb meeles pidada, et aatomi elektrooniline struktuur, nagu iga energiasüsteem, kipub energiat minimeerima. Väljalöömise tulemusena tekkinud vakants täidetakse elektroniga ühelt kõrgemalt tasemelt. Selle energia on kõrgem ja madalamal tasemel kiirgab see ülejäägi iseloomuliku röntgenkiirguse kvanti kujul.
Aatomi elektrooniline struktuur on elektronide võimalike energiaseisundite diskreetne kogum. Seetõttu võivad ka elektronide vabade kohtade asendamise käigus eralduvad röntgenfootonid omada ainult rangelt määratletud energiaväärtusi, mis peegeldavad tasemete erinevust. Selle tulemusena on iseloomuliku röntgenikiirguse spekter, mis ei ole pidev, vaid joonekujuline. See spekter võimaldab iseloomustada anoodi ainet – sellest ka nende kiirte nimi. Just tänu spektraalsetele erinevustele on selge, mida mõeldakse bremsstrahlungi ja iseloomuliku röntgenkiirguse all.
Mõnikord ei lase üleliigset energiat aatom välja, vaid kulutatakse kolmanda elektroni väljalöömiseks. See protsess – nn Augeri efekt – toimub tõenäolisemalt siis, kui elektronide sidumise energia ei ületa 1 keV. Vabanenud Augeri elektroni energia sõltub aatomi energiatasemete struktuurist, seetõttu on ka selliste elektronide spektrid oma olemuselt diskreetsed.
Iseloomuliku spektri üldvaade
Röntgenikiirguse spektraalpildis esinevad kitsad iseloomulikud jooned koos pideva bremsstrahlung-spektriga. Kui kujutame spektrit ette intensiivsuse ja lainepikkuse (sageduse) graafikuna, näeme joonte asukohtades teravaid piike. Nende asukoht sõltub anoodi materjalist. Need maksimumid on olemas mis tahes potentsiaalide erinevuse korral - kui on röntgenikiirgus, on alati ka piigid. Toruelektroodidel oleva pinge kasvades suureneb nii pideva kui ka iseloomuliku röntgenkiirguse intensiivsus, kuid piikide paiknemine ja nende intensiivsuste suhe ei muutu.
Röntgenispektrite piigid on sõltumata elektronidega kiiritatud antikatoodi materjalist ühesuguse väljanägemisega, kuid erinevate materjalide puhul paiknevad need erinevatel sagedustel, ühinedes järjestikku sagedusväärtuste läheduse alusel. Sarjade endi vahel on sageduste erinevus palju olulisem. Maksimumide tüüp ei sõltu kuidagi sellest, kas anoodimaterjal on puhas keemiline element või kompleksaine. Viimasel juhul asetsevad selle koostisosade iseloomulikud röntgenispektrid lihtsalt üksteise peale.
Kui keemilise elemendi aatomnumber suureneb, nihkuvad kõik selle röntgenikiirguse spektri jooned kõrgemate sageduste suunas. Spekter säilitab oma välimuse.
Moseley seadus
Iseloomulike joonte spektraalse nihke nähtuse avastas eksperimentaalselt inglise füüsik Henry Moseley 1913. aastal. See võimaldas tal ühendada spektri maksimumide sagedused keemiliste elementide seerianumbritega. Seega saab iseloomuliku röntgenikiirguse lainepikkust, nagu selgus, selgelt korreleerida konkreetse elemendiga. Üldiselt võib Moseley seaduse kirjutada järgmiselt: √f = (Z - S n)/n√R, kus f on sagedus, Z on elemendi seerianumber, S n on sõelumiskonstant, n on peakvantarv ja R on Rydbergi konstant. See sõltuvus on lineaarne ja Moseley diagrammil näeb välja sirgjoonte seeria iga n väärtuse jaoks.
N väärtused vastavad iseloomulike röntgenikiirguse piikide seeriatele. Moseley seadus võimaldab määrata kõvade elektronidega kiiritatud keemilise elemendi seerianumbrit röntgenspektri maksimumide mõõdetud lainepikkuste (need on üheselt seotud sagedustega) põhjal.
Keemiliste elementide elektrooniliste kestade struktuur on identne. Sellele viitab röntgenkiirguse iseloomuliku spektri nihkemuutuse monotoonsus. Sagedusnihe ei peegelda mitte struktuurseid, vaid energia erinevusi elektronkihtide vahel, mis on iga elemendi jaoks ainulaadsed.
Moseley seaduse roll aatomifüüsikas
Moseley seaduses väljendatud rangest lineaarsest suhtest on kergeid kõrvalekaldeid. Neid seostatakse esiteks mõne elemendi elektronkestade täitmise järjekorra iseärasustega ja teiseks raskete aatomite elektronide liikumise relativistlike mõjudega. Lisaks võib neutronite arvu muutumisel tuumas (nn isotoopnihe) joonte asend veidi muutuda. See efekt võimaldas üksikasjalikult uurida aatomi struktuuri.
Moseley seaduse tähendus on äärmiselt suur. Selle järjekindel rakendamine Mendelejevi perioodilise süsteemi elementidele lõi järjekorranumbri suurendamise mustri, mis vastab igale väikesele nihkele iseloomulikes maksimumides. See aitas selgitada elementide järjekorraarvu füüsikalise tähenduse küsimust. Z väärtus ei ole lihtsalt arv: see on tuuma positiivne elektrilaeng, mis on selle koostist moodustavate osakeste positiivsete ühikuliste laengute summa. Elementide õige paigutus tabelis ja tühjade positsioonide olemasolu selles (need olid siis veel olemas) sai võimsa kinnituse. Perioodilise seaduse kehtivus oli tõestatud.
Lisaks sai Moseley seadusest alus, millel tekkis terve eksperimentaalse uurimistöö suund - röntgenspektromeetria.
Aatomi elektronkestade struktuur
Tuletagem lühidalt meelde elektronide struktuuri ülesehitust, mis koosneb tähtedega K, L, M, N, O, P, Q või numbritega 1 kuni 7 tähistatud kestadest. Kestas olevaid elektrone iseloomustab sama põhikvant arv n, mis määrab võimalikud energiaväärtused. Väliskestes on elektronide energia suurem ja vastavalt väiksem ka välimiste elektronide ionisatsioonipotentsiaal.
Kest sisaldab ühte või mitut alamtasandit: s, p, d, f, g, h, i. Igas kestas suureneb alamtasandite arv eelmisega võrreldes ühe võrra. Elektronide arv igal alamtasemel ja igas kestas ei tohi ületada teatud väärtust. Neid iseloomustab lisaks põhikvantarvule ka orbiidi elektronpilve sama väärtus, mis määrab kuju. Alamtasandid on määratud kestaga, kuhu need kuuluvad, näiteks 2s, 4d jne.
Alamtasand sisaldab neid, mida lisaks põhi- ja orbitaaltasemele täpsustab teine kvantarv - magnetiline, mis määrab elektroni orbitaalimpulsi projektsiooni magnetvälja suunale. Ühel orbitaalil võib olla mitte rohkem kui kaks elektroni, mis erinevad neljanda kvantarvu - spinni - väärtusest.
Mõelgem üksikasjalikumalt, kuidas tekib iseloomulik röntgenikiirgus. Kuna seda tüüpi elektromagnetkiirguse päritolu on seotud aatomi sees toimuvate nähtustega, on kõige mugavam seda täpselt kirjeldada elektrooniliste konfiguratsioonide lähenduses.
Mehhanism iseloomuliku röntgenikiirguse tekitamiseks
Niisiis on selle kiirguse põhjuseks elektronide vabade kohtade teke sisekestes, mis on põhjustatud suure energiaga elektronide tungimisest sügavale aatomisse. Tõenäosus, et kõva elektron interakteerub, suureneb elektronipilvede tihedusega. Seetõttu tekivad kokkupõrked kõige tõenäolisemalt tihedalt pakitud sisemiste kestade, näiteks madalaima K-kesta sees. Siin aatom ioniseeritakse ja 1s kestas tekib vaba koht.
Selle vaba koha täidab kõrgema energiaga kestast pärit elektron, mille ülejäägi kannab ära röntgenfooton. See elektron võib "kukkuda" teisest kestast L, kolmandast kestast M ja nii edasi. Nii moodustub iseloomulik seeria, antud näites K-seeria. Viide selle kohta, kust vaba kohta täitev elektron pärineb, on antud seeria tähises kreeka indeksi kujul. "Alfa" tähendab, et see pärineb L-kest, "beeta" tähendab, et see pärineb M-kest. Praegu on tendents asendada kreeka täheindeksid ladina tähtedega, mida kasutatakse kestade tähistamiseks.
Alfarea intensiivsus seerias on alati kõrgeim – see tähendab, et naaberkestast vaba koha täitmise tõenäosus on suurim.
Nüüd saame vastata küsimusele, milline on iseloomuliku röntgenkiirguse kvanti maksimaalne energia. See määratakse nende tasemete energiaväärtuste erinevusega, mille vahel toimub elektronide üleminek, vastavalt valemile E = E n 2 - E n 1, kus E n 2 ja E n 1 on elektroni energiad. olekud, mille vahel üleminek toimus. Selle parameetri kõrgeima väärtuse annavad K-seeria üleminekud raskete elementide aatomite kõrgeimatest tasemetest. Kuid nende joonte intensiivsus (tippude kõrgus) on madalaim, kuna need on kõige vähem tõenäolised.
Kui elektroodide ebapiisava pinge tõttu ei jõua kõva elektron K-tasemele, siis tekib L-tasandil vakantsus ja tekib vähemenergiline pikemate lainepikkustega L-seeria. Sarnaselt sünnivad ka järgnevad sarjad.
Peale selle, kui vaba töökoht täidetakse elektroonilise ülemineku tulemusena, ilmub selle pealisesse kesta uus vaba töökoht. See loob tingimused järgmise seeria loomiseks. Elektronide vabad kohad liiguvad tasemelt kõrgemale ja aatom kiirgab ioniseerituks jäädes iseloomulike spektrisarjade kaskaadi.
Iseloomulike spektrite peenstruktuur
Iseloomuliku röntgenikiirguse aatomiröntgenispektreid iseloomustab peenstruktuur, mis nagu optilistes spektrites väljendub joonte lõhenemises.
Peenstruktuur on tingitud asjaolust, et energiatase – elektronkiht – on tihedalt paiknevate komponentide – alamkestade – kogum. Alamkestade iseloomustamiseks tuuakse sisse veel üks sisemine kvantarv j, mis peegeldab elektroni enda ja orbiidi magnetmomentide vastastikmõju.
Spin-orbiidi interaktsiooni mõjul muutub aatomi energiastruktuur keerukamaks ja selle tulemusena on iseloomuliku röntgenkiirguse spekter, mida iseloomustavad väga tihedalt asetsevate elementidega lõhestatud jooned.
Peenstruktuuri elemendid tähistatakse tavaliselt täiendavate digitaalsete indeksitega.
Iseloomulikul röntgenikiirgusel on omadus, mis peegeldub ainult spektri peenstruktuuris. Elektroni üleminek madalamale energiatasemele ei toimu kõrgema taseme alumisest alamkihist. Sellise sündmuse tõenäosus on tühine.
Röntgenikiirguse kasutamine spektromeetrias
See kiirgus on Moseley seaduses kirjeldatud omaduste tõttu erinevate ainete analüüsimise röntgenspektrimeetodite aluseks. Röntgenispektri analüüsimisel kasutatakse kas kiirguse difraktsiooni kristallidel (lainedispersiooni meetod) või neeldunud röntgenfootonite energia suhtes tundlikke detektoreid (energia-dispersiivmeetod). Enamik elektronmikroskoope on varustatud teatud tüüpi röntgenspektromeetria lisadega.
Lainedispersiivspektromeetria on eriti täpne. Spetsiaalsete filtrite abil tõstetakse esile spektri kõige intensiivsemad tipud, mis võimaldab saada täpselt teadaoleva sagedusega peaaegu monokromaatilist kiirgust. Anoodi materjal valitakse väga hoolikalt, et tagada soovitud sagedusega monokromaatiline kiire. Selle difraktsioon uuritava aine kristallvõrel võimaldab väga täpselt uurida võre struktuuri. Seda meetodit kasutatakse ka DNA ja teiste komplekssete molekulide uurimisel.
Ka gammaspektromeetrias võetakse arvesse üht iseloomuliku röntgenkiirguse tunnust. See on kõrge intensiivsusega iseloomulik tipp. Gamma-spektromeetrid kasutavad pliivarjestust välise taustkiirguse eest, mis segab mõõtmisi. Kuid gammakiirgust neelav plii kogeb sisemist ionisatsiooni, mille tulemusena kiirgab see aktiivselt röntgenikiirguse vahemikus. Pliile iseloomuliku röntgenikiirguse intensiivsete piikide neelamiseks kasutatakse täiendavat kaadmiumvarjestust. See omakorda on ioniseeritud ja kiirgab ka röntgenikiirgust. Kaadmiumi iseloomulike piikide neutraliseerimiseks kasutatakse kolmandat varjestuskihti – vaske, mille röntgenikiirguse maksimumid jäävad väljapoole gammaspektromeetri töösagedusvahemikku.
Spektromeetria kasutab nii bremsstrahlungi kui ka iseloomulikku röntgenikiirgust. Seega uuritakse ainete analüüsimisel pidevate röntgenikiirguste neeldumisspektreid erinevate ainete poolt.
1. Bremsstrahlung ja iseloomulik röntgenkiirgus,
peamised omadused ja omadused.
Saksa teadlane Roentgen avastas 1895. aastal esmakordselt fluorestsentsekraani kuma, mille põhjustas katoodi vastas asuva gaaslahendustoru klaasosast tuleva silmale nähtamatu kiirgus. Seda tüüpi kiirgusel oli võime läbida nähtavale valgusele mitteläbilaskvaid aineid. Röntgen nimetas neid röntgenkiirteks ja pani paika põhiomadused, mis võimaldavad neid kasutada erinevates teaduse ja tehnika valdkondades, sealhulgas meditsiinis.
Röntgenkiirgus on kiirgus lainepikkusega 80-10 -5 nm. Pikalaineline röntgenkiirgus kattub lühilainelise UV-kiirgusega, lühilaine kiirgus kattub pikalainelise g-kiirgusega. Meditsiinis kasutatakse röntgenkiirgust lainepikkusega 10 kuni 0,005 nm, mis vastab footoni energiale 10 2 EV kuni 0,5 MeV. Röntgenkiirgus on silmale nähtamatu, seetõttu tehakse kõik sellega seotud vaatlused fluorestseeruvate ekraanide või fotofilmide abil, kuna see põhjustab röntgenikiirguse luminestsentsi ja omab fotokeemilist toimet. On iseloomulik, et enamik optilisele kiirgusele mitteläbilaskvaid kehasid on suures osas läbipaistvad röntgenkiirgusele, millel on elektromagnetlainetele ühised omadused. Lühikese lainepikkuse tõttu on aga mõningaid omadusi raske tuvastada. Seetõttu tehti kiirguse laineline olemus kindlaks palju hiljem kui nende avastamine.
Ergastusmeetodi alusel jagatakse röntgenkiirgus bremsstrahlungiks ja iseloomulikuks kiirguseks.
Bremsstrahlung-röntgenikiirgus on põhjustatud kiiresti liikuvate elektronide aeglustumisest selle aine aatomi (tuuma ja elektronide) elektrivälja toimel, mille kaudu nad lendavad. Selle kiirguse mehhanismi saab seletada sellega, et igasugune liikuv laeng kujutab endast voolu, mille ümber tekib magnetväli, mille induktsioon (B) sõltub elektroni kiirusest. Pidurdamisel magnetinduktsioon väheneb ja Maxwelli teooria kohaselt tekib elektromagnetlaine.
Elektronide aeglustamisel kulub ainult osa energiast röntgenfootoni loomiseks, teine osa kulub anoodi soojendamiseks. Footoni sagedus (lainepikkus) sõltub elektroni algsest kineetilisest energiast ja selle aeglustumise intensiivsusest. Veelgi enam, isegi kui esialgne kineetiline energia on sama, on aine aeglustustingimused erinevad, seetõttu on kiiratud footonitel kõige erinevamad energiad ja sellest tulenevalt ka lainepikkused, s.t. röntgenikiirguse spekter on pidev. Joonisel 1 on kujutatud erinevate pingete U 1 juures röntgenkiirguse katkemise spekter
.
Kui U väljendatakse kilovoltides ja arvestada teiste suuruste vahelist seost, siis näeb valem välja järgmine: l k = 1,24/U (nm) või l k = 1,24/U (Å) (1 Å = 10 -10 m).
Ülaltoodud graafikutelt saab kindlaks teha, et lainepikkus l m, mis moodustab maksimaalse kiirgusenergia, on pidevas seoses piirlainepikkusega l k:
.
Lainepikkus iseloomustab footoni energiat, millest sõltub kiirguse läbitungimisvõime ainega vastasmõjul.
Lühilaine röntgenikiirgus on tavaliselt suure läbitungimisvõimega ja seda nimetatakse kõvaks, pikalainelisi aga pehmeks. Nagu ülaltoodud valemist näha, on lainepikkus, mille juures tekib maksimaalne kiirgusenergia, pöördvõrdeline toru anoodi ja katoodi vahelise pingega. Suurendades pinget röntgentoru anoodil, muudetakse kiirguse spektraalset koostist ja suureneb selle kõvadus.
Hõõgniidi pinge muutumisel (muutub katoodi hõõgniidi temperatuur) muutub katoodi poolt ajaühikus emiteeritud elektronide arv või vastavalt muutub voolutugevus toruanoodi ahelas. Sel juhul muutub kiirgusvõimsus võrdeliselt voolutugevuse esimese astmega. Kiirguse spektraalne koostis ei muutu.
Kiirguse summaarne voog (võimsus), energia jaotus lainepikkustel, aga ka spektri piir lühikeste lainepikkuste poolel sõltub kolmest järgmisest põhjusest: pinge U, mis kiirendab elektrone ja rakendatakse toru anoodi ja katoodi vahel. ; kiirguse tekkes osalevate elektronide arv, s.o. toru hõõgniidi vool; anoodaine aatomarv Z, milles elektronide aeglustumine toimub.
Röntgenikiirguse tõmbevoog arvutatakse valemiga: , kus 
,
Aine Z-aatomarv (aatomarv).
Suurendades röntgentoru pinget, võib pideva bremsstrahlung-röntgenikiirguse taustal märgata üksikute joonte (joonspektri) tekkimist, mis vastab iseloomulikule röntgenkiirgusele. See tekib elektronide üleminekul aines olevate aatomite sisekatete vahel (kestad K, L, M). Iseloomuliku kiirguse spektri joonelisus tuleneb asjaolust, et kiirendatud elektronid tungivad sügavale aatomitesse ja löövad elektronid välja nende sisemistest kihtidest väljaspool aatomit. Ülemistest kihtidest liiguvad elektronid (joonis 2) vabadesse kohtadesse, mille tulemusena kiirguvad röntgenfootonid sagedusega, mis vastab üleminekuenergia tasemete erinevusele. Iseloomuliku kiirguse spektris olevad jooned liidetakse jadadesse, mis vastavad kõrgema tasemega elektronide üleminekutele K, L, M tasemel.
Väline mõju, mille tulemusena elektron sisekihtidest välja lööb, peab olema üsna tugev. Erinevalt optilistest spektritest on erinevate aatomite iseloomulikud röntgenispektrid sama tüüpi. Nende spektrite ühtlus tuleneb asjaolust, et erinevate aatomite sisekihid on identsed ja erinevad ainult energia poolest, kuna jõu mõju südamikust suureneb elemendi järjekorranumbri kasvades. See toob kaasa asjaolu, et iseloomulikud spektrid nihkuvad tuumalaengu suurenedes kõrgemate sageduste suunas. Seda suhet tuntakse Moseley seadusena: 
, kus A ja B on konstandid; Elemendi Z-järjenumber.
Röntgenkiirguse ja optilise spektri vahel on veel üks erinevus. Aatomi iseloomulik spekter ei sõltu keemilisest ühendist, millesse aatom kuulub. Näiteks hapnikuaatomi röntgenspekter on O, O 2, H 2 O puhul sama, samas kui nende ühendite optilised spektrid on oluliselt erinevad. See aatomite röntgenispektri omadus oli nimetuse "iseloomulik" aluseks.
Iseloomulik kiirgus tekib alati, kui aatomi sisekihtides on vabu kohti, olenemata selle põhjustanud põhjustest. Näiteks kaasneb see ühte tüüpi radioaktiivse lagunemisega, mis hõlmab elektroni kinnipüüdmist sisemisest kihist tuuma poolt.
2. Röntgentorude ja algloomade paigutus
röntgeniaparaat.
Röntgenikiirguse levinuim allikas on röntgentoru – kaheelektroodiline vaakumseade (joon. 3). Tegemist on klaasist õhupalliga (p = 10 -6 – 10 -7 mm Hg), millel on kaks elektroodi - anood A ja katood K, mille vahele tekib kõrgepinge. Kuumutatud katood (K) kiirgab elektrone. Anoodi A nimetatakse sageli antikatoodiks. Sellel on kaldpind, et suunata tekkiv röntgenikiirgus toru telje suhtes nurga all. Anood on valmistatud hea soojusjuhtivusega metallist (vasest), et eemaldada elektronide tabamisel tekkiv soojus. Anoodi kaldus otsas on suure aatomarvuga tulekindlast metallist (volframist) plaat 3, mida nimetatakse anoodipeegliks. Mõnel juhul jahutatakse anood spetsiaalselt vee või õliga. Diagnostikatorude puhul on oluline röntgeniallika täpsus, mida on võimalik saavutada elektronide fokuseerimisega anoodil ühte kohta. Seetõttu on konstruktiivselt vaja arvestada kahe vastandliku ülesandega: ühelt poolt peavad elektronid langema anoodi ühele kohale, teisalt on ülekuumenemise vältimiseks soovitav elektronid jaotada erinevatele anoodi piirkondadele. anood. Sel põhjusel on mõned röntgentorud valmistatud pöörleva anoodiga.
Mis tahes konstruktsiooniga torus langevad elektronid, mida kiirendab anoodi ja katoodi vaheline pinge, anoodipeeglile ja tungivad sügavale ainesse, interakteeruvad aatomitega ja aatomiväli pärsib neid. See tekitab bremsstrahlung röntgenkiirgust. Samaaegselt bremsstrahlungiga moodustub väike kogus (mitu protsenti) iseloomulikku kiirgust. Vaid 1-2% anoodi tabavatest elektronidest põhjustavad tõmbehäireid ja ülejäänu on termiline efekt. Elektronide kontsentreerimiseks on katoodil juhtkork. Volframpeegli seda osa, millele langeb põhiline elektronide voog, nimetatakse toru fookuseks. Kiirguskiire laius sõltub selle pindalast (fookuse teravusest).
Toru toiteks on vaja kahte allikat: kõrgepingeallikat anoodahela jaoks ja madalat (6-8 V) allikat hõõglambi toiteks. Mõlemad allikad peavad olema sõltumatult reguleeritud. Anoodi pinge muutmisega reguleeritakse röntgenikiirguse kõvadust ning hõõgniidi vahetamisega väljundahela voolu ja vastavalt ka kiirgusvõimsust.
Lihtsa röntgeniaparaadi elektriline põhiskeem on näidatud joonisel 4. Ahelas on kaks trafot Tr.1 kõrgepinge jaoks ja Tr.2 hõõglampide toiteallika jaoks. Toru kõrget pinget reguleerib autotrafo Tr.3, mis on ühendatud trafo Tr.1 primaarmähisega. Lüliti K reguleerib autotransformaatori mähise pöörete arvu. Sellega seoses muutub ka trafo sekundaarmähise pinge, mis antakse toru anoodile, st. kõvadus on reguleeritav.
Toru hõõgniidi voolu reguleerib reostaat R, mis on ühendatud trafo Tr.2 primaarmähise ahelaga. Anoodahela voolu mõõdetakse milliampermeetriga. Toru elektroodidele antavat pinget mõõdetakse kilovoltmeetriga kV või anoodiahela pinget saab hinnata lüliti K asendi järgi. Reostaadiga reguleeritava hõõgniidi voolu suurust mõõdetakse ampermeetriga A. Vaadeldavas vooluringis alaldab röntgentoru samaaegselt kõrget vahelduvpinget.
On lihtne näha, et selline toru kiirgab ainult ühe poolperioodi vahelduvvoolu. Järelikult on selle võimsus väike. Kiirgusvõimsuse suurendamiseks kasutavad paljud seadmed kõrgepinge täislaine röntgenalaldeid. Selleks kasutatakse 4 spetsiaalset kenotronit, mis on ühendatud sillaahelasse. Silla ühes diagonaalis on röntgentoru.
3. Röntgenikiirguse koostoime ainega
(koherentne hajumine, ebajärjekindel hajumine, fotoelektriline efekt).
Kui röntgenikiirgus langeb kehale, peegeldub see sellelt vähesel määral, kuid peamiselt tungib sellesse sügavale. Keha massis kiirgus osaliselt neeldub, osaliselt hajub ja osaliselt läbib. Keha läbides interakteeruvad röntgenfootonid peamiselt aine aatomite ja molekulide elektronidega. Röntgenkiirguse registreerimine ja kasutamine, samuti selle mõju bioloogilistele objektidele on määratud röntgenfootoni ja elektronide interaktsiooni esmaste protsessidega. Sõltuvalt footoni energia E ja ionisatsioonienergia A I suhtest toimub kolm peamist protsessi.
A) Koherentne hajumine.
Pikalainelise röntgenikiirguse hajumine toimub sisuliselt ilma lainepikkust muutmata ja seda nimetatakse koherentseks. Footoni interaktsioon tuumaga tihedalt seotud sisemiste kestade elektronidega muudab ainult selle suunda, muutmata selle energiat ja seega ka lainepikkust (joon. 5).
Koherentne hajumine toimub siis, kui footoni energia on väiksem kui ionisatsioonienergia: E = hn<А И. Так как энергия фотона и энергия атома не изменяется, то когерентное рассеяние не вызывает биологического действия. Однако при создании защиты от рентгеновского излучения следует учитывать возможность изменения направления первичного пучка.
b) Ebaühtlane hajumine (Comptoni efekt).
1922. aastal avastas A. Compton kõvade röntgenikiirte hajumist jälgides hajutatud kiire läbitungimisvõime vähenemise võrreldes langeva kiirtega. Röntgenikiirguse hajumist koos lainepikkuse muutumisega nimetatakse Comptoni efektiks. See tekib siis, kui mis tahes energia footon interakteerub tuumaga nõrgalt seotud aatomite väliskesta elektronidega (joonis 6). Aatomilt eemaldatakse elektron (sellisi elektrone nimetatakse tagasilöögielektronideks). Footoni energia väheneb (vastavalt suureneb lainepikkus), muutub ka tema liikumise suund. Comptoni efekt tekib siis, kui röntgenfootoni energia on suurem kui ionisatsioonienergia: , . Sel juhul tekivad tagasilöögi elektronid kineetilise energiaga E K. Aatomid ja molekulid muutuvad ioonideks. Kui E K on oluline, võivad elektronid ioniseerida naaberaatomeid kokkupõrkel, moodustades uusi (sekundaarseid) elektrone.
V) Fotoefekt.
Kui elektroni eraldumiseks piisab footoni energiast hn, siis interaktsioonis aatomiga footon neeldub ja elektron eraldub sellest. Seda nähtust nimetatakse fotoelektriliseks efektiks. Aatom on ioniseeritud (fotoionisatsioon). Sel juhul omandab elektron kineetilise energia ja kui viimane 
on märkimisväärne, võib see kokkupõrkel ioniseerida naaberaatomeid, moodustades uusi (sekundaarseid) elektrone. Kui footoni energiast ei piisa ioniseerimiseks, siis võib fotoelektriline efekt avalduda aatomi või molekuli ergastamises. Mõnes aines põhjustab see fotonite järgnevat emissiooni nähtavas piirkonnas (röntgenikiirguse luminestsents) ja kudedes molekulide aktiveerimist ja fotokeemilisi reaktsioone.
Fotoelektriline efekt on iseloomulik footonitele, mille energia on suurusjärgus 0,5-1 MeV.
Eespool käsitletud kolm peamist interaktsiooniprotsessi on esmased, need viivad järgnevate sekundaarsete, tertsiaarsete jne. nähtusi. Kui röntgenikiirgus ainesse siseneb, võib enne röntgenfootoni energia muundamist soojusliikumise energiaks toimuda mitmeid protsesse.
Ülaltoodud protsesside tulemusena nõrgeneb röntgenkiirguse esmane voog. See protsess järgib Bougueri seadust. Kirjutame selle kujul: Ф = Ф 0 e - mх, kus m on lineaarne sumbumise koefitsient, olenevalt aine olemusest (peamiselt tihedusest ja aatomarvust) ning kiirguse lainepikkusest (footoni energia) . Seda võib kujutada koosnevana kolmest terminist, mis vastavad koherentsele hajumisele, ebajärjekindlale hajumisele ja fotoelektrilisele efektile: 
.
Kuna lineaarne neeldumistegur sõltub aine tihedusest, eelistavad nad kasutada massisummutuskoefitsienti, mis võrdub lineaarse sumbumise koefitsiendi ja neelduja tiheduse suhtega ega sõltu aine tihedusest. Röntgenikiirguse voo (intensiivsuse) sõltuvus neelava filtri paksusest on näidatud joonisel 7 H 2 O, Al ja Cu puhul. Arvutused näitavad, et 36 mm paksune veekiht, 15 mm alumiinium ja 1,6 mm vask vähendavad röntgenikiirguse intensiivsust 2 korda. Seda paksust nimetatakse poolkihi paksuseks d. Kui aine nõrgendab röntgenkiirgust poole võrra, siis 
, Siis 
, või , 
; ; . Teades poolkihi paksust, saate alati määrata m. Mõõtmed.
4. Röntgenikiirguse kasutamine meditsiinis
(fluoroskoopia, radiograafia, röntgentomograafia, fluorograafia, kiiritusravi).
Röntgenkiirguse üks levinumaid kasutusviise meditsiinis on siseorganite uurimine diagnostilisel eesmärgil – röntgendiagnostika.
Diagnostikaks kasutatakse footoneid energiaga 60-120 keV. Sel juhul määrab massi neeldumisteguri peamiselt fotoelektriline efekt. Selle väärtus on võrdeline l 3 -ga (mis väljendab kõva kiirguse suurt läbitungimisvõimet) ja võrdeline aine - neelduja aatomite arvu kolmanda astmega: , kus K on proportsionaalsuskoefitsient.
Inimkeha koosneb kudedest ja organitest, millel on röntgenkiirguse suhtes erinev neeldumisvõime. Seetõttu tekib selle röntgenkiirgusega valgustamisel ekraanile ebaühtlane varjupilt, mis annab pildi siseorganite ja kudede asukohast. Kõige tihedamad kiirgust neelavad koed (süda, suured veresooned, luud) on nähtavad tumedana ja kõige vähem neelavad kuded (kopsud) on heledad.
Paljudel juhtudel on võimalik hinnata nende normaalset või patoloogilist seisundit. Röntgendiagnostikas kasutatakse kahte peamist meetodit: fluoroskoopiat (ülekanne) ja radiograafiat (pilt). Kui uuritav elund ja seda ümbritsevad kuded neelavad röntgenikiirgust ligikaudu võrdselt, siis kasutatakse spetsiaalseid kontrastaineid. Näiteks mao või soolte röntgenuuringu eelõhtul antakse pudrutaoline baariumsulfaadi mass, sel juhul on näha nende varjupilti. Fluoroskoopias ja radiograafias on röntgenipilt kokkuvõtlik kujutis objekti kogu paksusest, mida röntgenikiirgus läbib. Ekraanile või filmile kõige lähemal olevad detailid on kõige selgemini välja joonistatud, kaugemal asuvad aga muutuvad häguseks ja uduseks. Kui mõnes elundis on patoloogiliselt muutunud piirkond, näiteks kopsukoe hävimine suure põletikukolde sees, siis mõnel juhul võib see piirkond röntgenpildil varjude summas “kadunud”. Selle nähtavaks tegemiseks kasutatakse spetsiaalset meetodit - tomograafiat (kihthaaval salvestamine), mis võimaldab teil saada pilte uuritava piirkonna üksikutest kihtidest. Sellised kihtide kaupa kujutised-tomogrammid saadakse spetsiaalse aparaadiga, mida nimetatakse tomograafiks, milles röntgentoru (RT) ja fotofilmi (FP) liigutatakse perioodiliselt koos, antifaasis, vastavalt piirkonnale. uuring. Sel juhul läbivad röntgenikiired RT mis tahes asendis objekti sama punkti (muutunud ala), mis on keskpunkt, mille suhtes toimub RT ja FP perioodiline liikumine. Piirkonnast jäädvustatakse filmile varjupilt. “Kiigekeskuse” asendit muutes on võimalik saada objektist kiht-kihilt pilte. Kasutades õhukest röntgenkiirguse kiirt, spetsiaalset ekraani (FP asemel), mis koosneb ioniseeriva kiirguse pooljuhtdetektoritest, on võimalik pilti töödelda tomograafia ajal arvuti abil. Seda tomograafia kaasaegset versiooni nimetatakse kompuutertomograafiaks. Tomograafiat kasutatakse laialdaselt kopsude, neerude, sapipõie, mao, luude jne uurimisel.
Pildi heledus ekraanil ja säriaeg filmil sõltuvad röntgenkiirguse intensiivsusest. Kasutades seda diagnostikaks, ei saa intensiivsus olla kõrge, et mitte tekitada soovimatut bioloogilist mõju. Seetõttu on mitmeid tehnilisi seadmeid, mis parandavad pildi heledust madala röntgenikiirguse intensiivsusega. Üks selline seade on elektron-optiline muundur.
Teiseks näiteks on fluorograafia, mille käigus saadakse suurelt röntgenikiirgusega luminestsentsekraanilt pilt tundlikule väikeseformaadilisele filmile. Pildistamisel kasutatakse suure avaga objektiivi ning valminud pilte uuritakse spetsiaalse luubi abil.
Fluorograafia ühendab endas suurema võime avastada peidetud haigusi (rindkere organite, seedetrakti, ninakõrvalkoobaste jm haigused) märkimisväärse läbilaskvusega ning on seetõttu väga tõhus massilise (in-line) uurimise meetod.
Kuna röntgenpildi pildistamine fluorograafia ajal toimub fotooptika abil, väheneb fluorogrammil olev pilt võrreldes röntgenpildiga. Sellega seoses on fluorogrammi eraldusvõime (st väikeste detailide eristatavus) väiksem kui tavalisel röntgenpildil, kuid see on suurem kui fluoroskoopia puhul.
Disainitud on seade - tomofluorograaf, mis võimaldab saada kehaosade ja üksikute elundite fluorogramme etteantud sügavusel - nn kihtide kaupa pilte (lõike) - tomofluorogramme.
Röntgenkiirgust kasutatakse ka ravieesmärkidel (röntgenteraapia). Kiirguse bioloogiline toime seisneb rakkude, eriti kiiresti arenevate rakkude elutegevuse häirimises. Sellega seoses kasutatakse pahaloomuliste kasvajate raviks röntgenteraapiat. Võimalik on valida kiirgusdoos, mis on piisav kasvaja täielikuks hävitamiseks, ümbritseva terve koe suhteliselt väikese kahjustusega, mis taastatakse järgneva regenereerimise tõttu.
Intensiivsus- röntgenkiirguse kvantitatiivne omadus, mida väljendatakse toru poolt ajaühikus kiirgavate kiirte arvuga. Röntgenkiirguse intensiivsust mõõdetakse milliamprites. Võrreldes seda tavalise hõõglambi nähtava valguse intensiivsusega, saame tuua analoogia: näiteks 20-vatine lamp särab ühe intensiivsuse ehk tugevusega ja 200-vatine teisega, samas kui valguse enda kvaliteet (selle spekter) on sama. Röntgenikiirguse intensiivsus on sisuliselt selle hulk. Iga elektron loob anoodil ühe või mitu kiirguskvanti, seetõttu reguleeritakse röntgenikiirte arvu objekti eksponeerimisel, muutes anoodile kalduvate elektronide arvu ja elektronide interaktsioonide arvu volframi sihtmärgi aatomitega. , mida saab teha kahel viisil:
1. Muutes katoodspiraali kuumutamisastet astmelise trafo abil (emissiooni käigus tekkivate elektronide arv sõltub volframspiraali kuumusest ja kiirguskvantide arv elektronide arvust) ;
2. Muutes astmelise trafo poolt toru poolustele - katoodile ja anoodile toidetud kõrgepinge väärtust (mida kõrgem pinge suunatakse toru poolustele, seda rohkem kineetilist energiat saavad elektronid , mis oma energia tõttu võivad omakorda interakteeruda mitme anoodaine aatomiga – vt. riis. 5; madala energiaga elektronid suudavad astuda vähem interaktsioone).
Röntgenikiirguse intensiivsus (anoodivool) korrutatuna säriajaga (toru tööaeg) vastab röntgenkiirgusele, mida mõõdetakse mAs (milliamprites sekundis). Säritus on parameeter, mis sarnaselt intensiivsusega iseloomustab röntgentoru poolt kiiratavate kiirte arvu. Ainus erinevus on see, et särituse puhul võetakse arvesse ka toru tööaega (näiteks kui toru töötab 0,01 sekundit, siis on kiirte arv üks ja kui 0,02 sekundit, siis kiirte arv on erinev - veel kaks korda). Kiirguskiirguse määrab radioloog röntgeniaparaadi juhtpaneelil, olenevalt uuringu tüübist, uuritava objekti suurusest ja diagnostikaülesandest.
Jäikus- röntgenikiirguse kvalitatiivsed omadused. Seda mõõdetakse toru kõrgepinge suuruse järgi - kilovoltides. Määrab röntgenikiirguse läbitungimisvõime. Seda reguleerib kõrgepinge, mida röntgentoru annab astmeline trafo. Mida suurem on potentsiaalide erinevus toru elektroodide vahel, seda suurema jõuga tõukuvad elektronid katoodilt ja sööstavad anoodile ning seda tugevam on nende kokkupõrge anoodiga. Mida tugevam on nende kokkupõrge, seda lühem on tekkiva röntgenkiirguse lainepikkus ja seda suurem on selle laine läbitungimisvõime (või kiirguse kõvadus, mida, nagu ka intensiivsust, reguleeritakse juhtpaneelil pingeparameetriga toru – kilopinge).
Riis. 7 – Lainepikkuse sõltuvus laineenergiast:
λ - lainepikkus;
E - laineenergia
· Mida suurem on liikuvate elektronide kineetiline energia, seda tugevam on nende mõju anoodile ja seda lühem on tekkiva röntgenikiirguse lainepikkus. Pika lainepikkuse ja väikese läbitungimisvõimega röntgenikiirgust nimetatakse "pehmeks"; lühikese lainepikkuse ja suure läbitungimisvõimega röntgenkiirgust nimetatakse "kõvaks".
Riis. 8 - röntgentoru pinge ja saadud röntgenkiirguse lainepikkuse suhe:
· Mida kõrgem pinge toru poolustele rakendatakse, seda tugevam on nende vahel potentsiaalide erinevus, mistõttu on liikuvate elektronide kineetiline energia suurem. Torul olev pinge määrab elektronide kiiruse ja nende kokkupõrke jõu anoodainega, seetõttu määrab pinge tekkiva röntgenikiirguse lainepikkuse.
