Ռենտգենյան ճառագայթների ազդեցությունը մարդկանց վրա. Ռենտգենյան ճառագայթների փոխազդեցությունը նյութի ռենտգենյան ճառագայթների հզորության հետ

Ռենտգենյան ճառագայթումը վերաբերում է մոտավորապես 80-ից 10-5 նմ երկարությամբ էլեկտրամագնիսական ալիքներին: Ամենաերկար ալիքի ռենտգենյան ճառագայթումը համընկնում է կարճ ալիքի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթմամբ, իսկ կարճ ալիքի ռենտգենյան ճառագայթումը համընկնում է երկար ալիքի γ-ճառագայթմամբ։ Ելնելով գրգռման մեթոդից՝ ռենտգենյան ճառագայթումը բաժանվում է bremsstrahlung-ի և բնորոշ:

31.1. Ռենտգենյան խողովակի ՍԱՐՔ. Bremsstrahlung X-RAY

Ռենտգենյան ճառագայթման ամենատարածված աղբյուրը ռենտգենյան խողովակն է, որը երկու էլեկտրոդից բաղկացած վակուումային սարք է (նկ. 31.1): Ջեռուցվող կաթոդ 1 արտանետում է էլեկտրոններ 4. Անոդ 2-ը, որը հաճախ կոչվում է հակակաթոդ, ունի թեքված մակերես՝ ստացված ռենտգենյան ճառագայթումը ուղղելու համար։ 3 խողովակի առանցքի անկյան տակ: Անոդը պատրաստված է բարձր ջերմահաղորդիչ նյութից, որը հեռացնում է էլեկտրոնների ազդեցությամբ առաջացած ջերմությունը: Անոդի մակերեսը պատրաստված է հրակայուն նյութերից, որոնք պարբերական աղյուսակում ունեն մեծ ատոմային թիվ, օրինակ՝ վոլֆրամ։ Որոշ դեպքերում անոդը հատուկ սառեցվում է ջրով կամ յուղով:

Ախտորոշիչ խողովակների համար կարևոր է ռենտգենյան աղբյուրի ճշգրտությունը, որին կարելի է հասնել հակակատոդի մեկ տեղում էլեկտրոնների կենտրոնացման միջոցով: Հետևաբար, կառուցողականորեն անհրաժեշտ է հաշվի առնել երկու հակադիր առաջադրանքներ. մի կողմից՝ էլեկտրոնները պետք է ընկնեն անոդի մի տեղ, մյուս կողմից՝ գերտաքացումից խուսափելու համար ցանկալի է էլեկտրոնները բաշխել տարբեր տարածքների վրա։ անոդը. Հետաքրքիր տեխնիկական լուծումներից է ռենտգենյան խողովակը պտտվող անոդով (նկ. 31.2):

Էլեկտրոնի (կամ այլ լիցքավորված մասնիկի) արգելակման արդյունքում ատոմային միջուկի և նյութի ատոմային էլեկտրոնների էլեկտրաստատիկ դաշտը առաջանում է հակակաթոդ. bremsstrahlung ճառագայթում.

Դրա մեխանիզմը կարելի է բացատրել հետևյալ կերպ. Շարժվող էլեկտրական լիցքի հետ կապված է մագնիսական դաշտը, որի ինդուկցիան կախված է էլեկտրոնի արագությունից։ Արգելակելիս մագնիս

ինդուկցիա և, Մաքսվելի տեսության համաձայն, առաջանում է էլեկտրամագնիսական ալիք։

Երբ էլեկտրոնները դանդաղում են, էներգիայի միայն մի մասն է օգտագործվում ռենտգեն ֆոտոն ստեղծելու համար, մյուս մասը ծախսվում է անոդի տաքացման վրա։ Քանի որ այս մասերի միջև կապը պատահական է, երբ մեծ թվով էլեկտրոններ դանդաղում են, ձևավորվում է ռենտգենյան ճառագայթման շարունակական սպեկտր: Այս առումով bremsstrahlung-ը կոչվում է նաև շարունակական ճառագայթում։ Նկ. Նկար 31.3-ը ցույց է տալիս ռենտգենյան հոսքի կախվածությունը λ ալիքի երկարությունից (սպեկտրներ) ռենտգենյան խողովակի տարբեր լարումների դեպքում. U 1< U 2 < U 3 .

Յուրաքանչյուր սպեկտրում ամենակարճ ալիքի երկարությունը bremsstrahlung է λ ηίη տեղի է ունենում, երբ արագացող դաշտում էլեկտրոնի կողմից ձեռք բերված էներգիան ամբողջությամբ վերածվում է ֆոտոնի էներգիայի.

Նշենք, որ (31.2) հիման վրա մշակվել է Պլանկի հաստատունի փորձարարական որոշման առավել ճշգրիտ մեթոդներից մեկը:

Կարճ ալիքային ռենտգենյան ճառագայթները սովորաբար ավելի թափանցող են, քան երկար ալիքների ռենտգենյան ճառագայթները և կոչվում են. կոշտ,և երկար ալիք - փափուկ.

Ռենտգենյան խողովակի վրա լարումը մեծացնելով՝ ճառագայթման սպեկտրալ կազմը փոխվում է, ինչպես երևում է Նկ. 31.3 և բանաձևեր (31.3), և մեծացնում են կոշտությունը:

Եթե ​​բարձրացնեք կաթոդի թելիկի ջերմաստիճանը, էլեկտրոնների արտանետումը և խողովակի հոսանքը կավելանան: Դա կմեծացնի յուրաքանչյուր վայրկյան արտանետվող ռենտգեն ֆոտոնների թիվը: Նրա սպեկտրալ կազմը չի փոխվի։ Նկ. 31.4-ը ցույց է տալիս ռենտգենյան bremsstrahlung սպեկտրները նույն լարման վրա, բայց կաթոդային թելիկի տարբեր հոսանքներում. / n1< / н2 .

Ռենտգենյան հոսքը հաշվարկվում է բանաձևով.

Որտեղ UԵվ Ես -լարումը և հոսանքը ռենտգենյան խողովակում; Զ- անոդ նյութի ատոմի սերիական համարը. կ- համաչափության գործակիցը. Միևնույն ժամանակ տարբեր հակակատոդներից ստացված սպեկտրներ Uիսկ I H-ը ներկայացված են Նկ. 31.5.

31.2. ԲՆՈՒԹԱԳԻՐ Ռենտգենյան ճառագայթում. ԱՏՈՄԻ Ռենտգենյան ՍՊԵԿՏՐԱ

Ռենտգենյան խողովակի վրա լարումը մեծացնելով, շարունակական սպեկտրի ֆոնի վրա կարելի է նկատել գծային սպեկտրի տեսք, որը համապատասխանում է.

բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթում(նկ. 31.6): Այն առաջանում է այն պատճառով, որ արագացված էլեկտրոնները ներթափանցում են ատոմի խորքը և էլեկտրոնները դուրս են մղում ներքին շերտերից։ Վերին մակարդակներից էլեկտրոնները շարժվում են դեպի ազատ տեղեր (նկ. 31.7), արդյունքում արտանետվում են բնորոշ ճառագայթման ֆոտոններ։ Ինչպես երևում է նկարից, բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթումը բաղկացած է շարքերից Կ, Լ, Մև այլն, որոնց անվանումը ծառայել է էլեկտրոնային շերտերի նշանակմանը։ Քանի որ K շարքի արտանետումը ազատում է ավելի բարձր շերտերի տեղերը, միաժամանակ արտանետվում են նաև այլ շարքերի տողեր։

Ի տարբերություն օպտիկական սպեկտրների, տարբեր ատոմների բնորոշ ռենտգենյան սպեկտրները նույն տիպի են։ Նկ. Նկար 31.8-ում ներկայացված են տարբեր տարրերի սպեկտրները: Այս սպեկտրների միատեսակությունը պայմանավորված է նրանով, որ տարբեր ատոմների ներքին շերտերը նույնական են և տարբերվում են միայն էներգետիկորեն, քանի որ միջուկից ուժի ազդեցությունը մեծանում է տարրի ատոմային թվի մեծացման հետ։ Այս հանգամանքը հանգեցնում է նրան, որ միջուկային լիցքի աճով բնորոշ սպեկտրները տեղափոխվում են դեպի ավելի բարձր հաճախականություններ։ Այս օրինակը տեսանելի է Նկ. 31.8 և հայտնի է որպես Մոզելիի օրենքը.

Որտեղ v-սպեկտրալ գծերի հաճախականություն; Զ-արտանետվող տարրի ատոմային համարը; ԱԵվ IN- մշտական.

Կա ևս մեկ տարբերություն օպտիկական և ռենտգենյան սպեկտրների միջև:

Ատոմի բնորոշ ռենտգենյան սպեկտրը կախված չէ այն քիմիական միացությունից, որում ներառված է այս ատոմը։ Օրինակ, թթվածնի ատոմի ռենտգենյան սպեկտրը նույնն է O, O 2 և H 2 O-ի համար, մինչդեռ այս միացությունների օպտիկական սպեկտրները զգալիորեն տարբերվում են: Ատոմի ռենտգենյան սպեկտրի այս հատկանիշը հիմք է հանդիսացել անվանման համար բնորոշիչ.

Բնութագրական ճառագայթումը միշտ առաջանում է, երբ ատոմի ներքին շերտերում ազատ տարածություն կա՝ անկախ այն պատճառից, որն առաջացրել է այն։ Այսպիսով, օրինակ, բնորոշ ճառագայթումը ուղեկցում է ռադիոակտիվ քայքայման տեսակներից մեկին (տես 32.1), որը բաղկացած է միջուկի կողմից ներքին շերտից էլեկտրոնի գրավումից:

31.3. Ռենտգենյան ճառագայթների փոխազդեցությունը նյութի հետ

Ռենտգենյան ճառագայթման գրանցումը և օգտագործումը, ինչպես նաև դրա ազդեցությունը կենսաբանական օբյեկտների վրա, որոշվում են ռենտգենյան ֆոտոնի փոխազդեցության առաջնային գործընթացներով ատոմների և նյութի մոլեկուլների էլեկտրոնների հետ:

Կախված էներգիայի հարաբերակցությունից հվֆոտոն և իոնացման էներգիա 1 Ա և տեղի են ունենում երեք հիմնական գործընթացներ.

Համահունչ (դասական) ցրում

Երկար ալիքների ռենտգենյան ճառագայթների ցրումը հիմնականում տեղի է ունենում առանց ալիքի երկարության փոփոխության և կոչվում է համահունչ.Դա տեղի է ունենում, եթե ֆոտոնի էներգիան ավելի քիչ է, քան իոնացման էներգիան. հվ< Ա և.

Քանի որ այս դեպքում ռենտգենյան ֆոտոնի և ատոմի էներգիան չի փոխվում, համահունչ ցրումն ինքնին կենսաբանական ազդեցություն չի առաջացնում։ Այնուամենայնիվ, ռենտգենյան ճառագայթումից պաշտպանություն ստեղծելիս պետք է հաշվի առնել առաջնային ճառագայթի ուղղությունը փոխելու հնարավորությունը: Այս տեսակի փոխազդեցությունը կարևոր է ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության համար (տես 24.7):

Անհամաձայն ցրում (Կոմպտոնի էֆեկտ)

1922 թվականին Ա.Խ. Քոմփթոնը, դիտարկելով կոշտ ռենտգենյան ճառագայթների ցրումը, հայտնաբերեց ցրված ճառագայթի ներթափանցման ուժի նվազում՝ ընկած ճառագայթի համեմատ։ Սա նշանակում էր, որ ցրված ռենտգենյան ճառագայթների ալիքի երկարությունը ավելի մեծ էր, քան պատահական ռենտգենյան ճառագայթները: Ռենտգենյան ճառագայթների ցրումը ալիքի երկարության փոփոխությամբ կոչվում է անհամապատասխան nom, և ինքնին երևույթը. Compton էֆեկտ.Դա տեղի է ունենում, եթե ռենտգենյան ֆոտոնի էներգիան ավելի մեծ է, քան իոնացման էներգիան. հվ > Ա և.

Այս երեւույթը պայմանավորված է նրանով, որ ատոմի հետ փոխազդեցության ժամանակ էներգիան հվֆոտոնը ծախսվում է էներգիայով ցրված ռենտգենյան նոր ֆոտոնի ձևավորման վրա հվ»,հեռացնել էլեկտրոնը ատոմից (իոնացման էներգիա A և) և էլեկտրոնին հաղորդել կինետիկ էներգիա E դեպի՝

հվ= հվ» + Ա և + Ե կ.(31.6)

1 Այստեղ իոնացման էներգիան հասկացվում է որպես էներգիա, որն անհրաժեշտ է ատոմից կամ մոլեկուլից ներքին էլեկտրոնները հեռացնելու համար:

Քանի որ շատ դեպքերում հվ>> A and and Compton-ի էֆեկտը տեղի է ունենում ազատ էլեկտրոնների վրա, ապա մենք կարող ենք մոտավորապես գրել.

հվ = հվ»+ Ե Կ.(31.7)

Հատկանշական է, որ այս երևույթում (նկ. 31.9), երկրորդական ռենտգենյան ճառագայթման հետ մեկտեղ (էներգիա) հվ« ֆոտոն) առաջանում են հետադարձ էլեկտրոններ (կինետիկ էներգիա Ե կէլեկտրոն): Ատոմները կամ մոլեկուլներն այնուհետև դառնում են իոններ:

Ֆոտո էֆեկտ

Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտում ռենտգենյան ճառագայթումը կլանում է ատոմը, որի արդյունքում էլեկտրոնը դուրս է թռչում, իսկ ատոմը իոնացվում է (ֆոտոիոնացում)։

Վերևում քննարկված երեք հիմնական փոխազդեցության գործընթացները առաջնային են, դրանք հանգեցնում են հետագա երկրորդական, երրորդական և այլն: երեւույթներ. Օրինակ, իոնացված ատոմները կարող են արտանետել բնորոշ սպեկտր, գրգռված ատոմները կարող են դառնալ տեսանելի լույսի աղբյուրներ (ռենտգենյան լուսարձակում) և այլն։

Նկ. 31.10-ը հնարավոր գործընթացների դիագրամ է, որոնք տեղի են ունենում, երբ ռենտգեն ճառագայթումը մտնում է նյութ: Մի քանի տասնյակ պրոցեսներ, որոնք նման են պատկերվածին, կարող են տեղի ունենալ մինչև ռենտգենյան ֆոտոնի էներգիան վերածվել մոլեկուլային ջերմային շարժման էներգիայի: Արդյունքում նյութի մոլեկուլային բաղադրության մեջ փոփոխություններ կլինեն։

Գործընթացները, որոնք ներկայացված են գծապատկերով նկ. 31.10, հիմք են հանդիսանում այն ​​երևույթների, որոնք դիտվում են, երբ ռենտգենյան ճառագայթները գործում են նյութի վրա: Թվարկենք դրանցից մի քանիսը.

Ռենտգենյան լուսարձակում- մի շարք նյութերի փայլը ռենտգեն ճառագայթման տակ. Պլատին-ցիանոգենի բարիումի նման փայլը Ռենտգենին թույլ տվեց բացահայտել ճառագայթները։ Այս երևույթը օգտագործվում է հատուկ լուսաշող էկրաններ ստեղծելու համար՝ ռենտգենյան ճառագայթման տեսողական դիտարկման նպատակով, երբեմն՝ ուժեղացնելու ռենտգենյան ճառագայթների ազդեցությունը լուսանկարչական ափսեի վրա:

Հայտնի են ռենտգենյան ճառագայթման քիմիական ազդեցությունները, օրինակ՝ ջրում ջրածնի պերօքսիդի առաջացումը։ Գործնականորեն կարևոր օրինակ է ազդեցությունը լուսանկարչական ափսեի վրա, որը թույլ է տալիս գրանցել նման ճառագայթները։

Իոնացնող ազդեցությունը դրսևորվում է ռենտգենյան ճառագայթների ազդեցության տակ էլեկտրական հաղորդունակության բարձրացմամբ։ Այս գույքը օգտագործվում է

դոզիմետրիայում՝ այս տեսակի ճառագայթման ազդեցությունը քանակականացնելու համար:

Բազմաթիվ պրոցեսների արդյունքում ռենտգենյան ճառագայթման առաջնային ճառագայթը թուլանում է օրենքին համապատասխան (29.3): Գրենք այն ձևով.

I = I 0 էլ-/», (31.8)

Որտեղ μ - գծային թուլացման գործակից: Այն կարող է ներկայացվել որպես բաղկացած երեք տերմիններից, որոնք համապատասխանում են կոհերենտ ցրմանը μ κ, անհամապատասխան μ ΗK և ֆոտոէլեկտրական էֆեկտին μ զ.

μ = μ k + μ hk + μ f. (31.9)

Ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվությունը թուլանում է նյութի ատոմների քանակին համամասնորեն, որով անցնում է այս հոսքը: Եթե ​​դուք սեղմում եք նյութը առանցքի երկայնքով x,օրինակ, մեջ բանգամ՝ աճելով բքանի որ դրա խտությունը, ապա

31.4. ԲԺՇԿՈՒԹՅԱՆ ՄԵՋ Ռենտգենյան Ճառագայթման ԿԻՐԱՌՄԱՆ ՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ՀԻՄՔՆԵՐԸ.

Ռենտգենյան ճառագայթների ամենակարևոր բժշկական կիրառություններից մեկը ներքին օրգանների լուսավորումն է ախտորոշման նպատակով: (Ռենտգեն ախտորոշում):

Ախտորոշման համար օգտագործվում են մոտ 60-120 կՎ էներգիա ունեցող ֆոտոններ։ Այս էներգիայի դեպքում զանգվածային մարման գործակիցը հիմնականում որոշվում է ֆոտոէլեկտրական էֆեկտով։ Դրա արժեքը հակադարձ համեմատական ​​է ֆոտոնների էներգիայի երրորդ ուժին (լ 3-ին համաչափ), որը դրսևորում է կոշտ ճառագայթման մեծ ներթափանցող ուժ և համամասնական ներծծող նյութի ատոմային թվի երրորդ ուժին.

Տարբեր հյուսվածքների կողմից ռենտգեն ճառագայթման կլանման զգալի տարբերությունը թույլ է տալիս տեսնել մարդու մարմնի ներքին օրգանների պատկերները ստվերային պրոյեկցիայում:

Ռենտգեն ախտորոշումը օգտագործվում է երկու տարբերակով. ֆտորոգրաֆիա - պատկերը դիտվում է ռենտգենյան լուսարձակ էկրանի վրա, ռադիոգրաֆիա - պատկերը գրանցված է լուսանկարչական ֆիլմի վրա:

Եթե ​​հետազոտվող օրգանը և շրջակա հյուսվածքները մոտավորապես հավասարապես թուլացնում են ռենտգենյան ճառագայթումը, ապա օգտագործվում են հատուկ կոնտրաստային նյութեր։ Օրինակ, ստամոքսը և աղիքները լցնելով բարիումի սուլֆատի շիլաման զանգվածով, կարող եք տեսնել դրանց ստվերային պատկերը։

Էկրանի վրա պատկերի պայծառությունը և ֆիլմի ազդեցության ժամանակը կախված են ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվությունից: Եթե ​​այն օգտագործվում է ախտորոշման համար, ապա ինտենսիվությունը չի կարող բարձր լինել, որպեսզի անցանկալի կենսաբանական հետեւանքներ չառաջացնի։ Հետեւաբար, կան մի շարք տեխնիկական սարքեր, որոնք բարելավում են պատկերները ցածր ռենտգենյան ինտենսիվությամբ: Նման սարքի օրինակ են էլեկտրաօպտիկական փոխարկիչները (տես 27.8): Բնակչության զանգվածային հետազոտության ժամանակ լայնորեն կիրառվում է ռադիոգրաֆիայի տարբերակ՝ ֆտորոգրաֆիա, որում ռենտգենյան մեծ լյումինեսցենտ էկրանից պատկեր է գրանցվում զգայուն փոքր ֆորմատի ֆիլմի վրա։ Նկարելիս օգտագործվում է բարձր բացվածքով ոսպնյակ, իսկ պատրաստի պատկերները հետազոտվում են հատուկ խոշորացույցի միջոցով։

Ռենտգենոգրաֆիայի համար հետաքրքիր և խոստումնալից տարբերակն այն մեթոդն է, որը կոչվում է ռենտգեն տոմոգրաֆիա, և դրա «մեքենայական տարբերակը» - CT սկանավորում.

Դիտարկենք այս հարցը.

Տիպիկ ռենտգենը ընդգրկում է մարմնի մեծ տարածք՝ տարբեր օրգաններով և հյուսվածքներով, որոնք ծածկում են միմյանց: Սա կարելի է խուսափել, եթե պարբերաբար տեղափոխեք ռենտգենյան խողովակը միասին (նկ. 31.11) հակափուլով RTև լուսանկարչական ֆիլմ FPօբյեկտի համեմատ Մասինհետազոտություն. Մարմինը պարունակում է մի շարք ներդիրներ, որոնք անթափանց են ռենտգենյան ճառագայթների համար, դրանք պատկերված են որպես շրջանակներ: Ինչպես երևում է, ռենտգենյան ճառագայթները ռենտգեն խողովակի ցանկացած դիրքում (1, 2 և այլն) անցնել

կտրելով օբյեկտի նույն կետը, որն այն կենտրոնն է, որի նկատմամբ տեղի է ունենում պարբերական շարժում RTԵվ Fp.Այս կետը, ավելի ճիշտ, փոքր անթափանց ընդգրկումը ցուցադրվում է մուգ շրջանով: Նրա ստվերային կերպարը շարժվում է հետ FP,զբաղեցնելով հաջորդական դիրքեր 1, 2 և այլն: Մարմնի մեջ մնացած ներդիրները (ոսկորներ, խտացումներ և այլն) առաջանում են վրա FPինչ-որ ընդհանուր նախապատմություն, քանի որ ռենտգենյան ճառագայթներն անընդհատ չեն մթագնվում դրանցով: Ճոճվող կենտրոնի դիրքը փոխելով՝ կարող եք մարմնի շերտ առ շերտ ռենտգեն պատկեր ստանալ։ Այստեղից էլ անունը - տոմոգրաֆիա(շերտային ձայնագրություն):

Հնարավոր է, օգտագործելով ռենտգենյան ճառագայթման բարակ ճառագայթ, էկրան (փոխարենը Fp),բաղկացած իոնացնող ճառագայթման կիսահաղորդչային դետեկտորներից (տես 32.5) և համակարգչից, տոմոգրաֆիայի ժամանակ մշակում են ստվերային ռենտգեն պատկերը: Տոմոգրաֆիայի այս ժամանակակից տարբերակը (հաշվարկային կամ հաշվարկված ռենտգեն տոմոգրաֆիա) թույլ է տալիս ստանալ մարմնի շերտ առ շերտ պատկերներ կաթոդային խողովակի էկրանին կամ թղթի վրա 2 մմ-ից պակաս մանրամասներով՝ ռենտգենյան ճառագայթների կլանման տարբերությամբ: մինչև 0,1%: Սա թույլ է տալիս, օրինակ, տարբերակել ուղեղի մոխրագույն և սպիտակ նյութը և տեսնել շատ փոքր ուռուցքային գոյացություններ։

1. Ռենտգեն աղբյուրներ.

2. Bremsstrahlung ռենտգեն.

3. Բնութագրական ռենտգենյան ճառագայթում. Մոզլիի օրենքը.

4. Ռենտգենյան ճառագայթման փոխազդեցությունը նյութի հետ: Թուլացման օրենքը.

5. Բժշկության մեջ ռենտգենյան ճառագայթների կիրառման ֆիզիկական հիմքերը.

6. Հիմնական հասկացություններ և բանաձևեր.

7. Առաջադրանքներ.

Ռենտգեն ճառագայթում -էլեկտրամագնիսական ալիքներ 100-ից 10-3 նմ ալիքի երկարությամբ: Էլեկտրամագնիսական ալիքների մասշտաբով ռենտգենյան ճառագայթումը զբաղեցնում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման և γ - ճառագայթում. Ռենտգենյան ճառագայթները (ռենտգենյան ճառագայթներ) հայտնաբերվել են 1895 թվականին Կ.Ռենտգենի կողմից, որը 1901 թվականին դարձել է ֆիզիկայի առաջին Նոբելյան մրցանակակիրը։

32.1. Ռենտգենյան աղբյուրներ

Ռենտգենյան ճառագայթման բնական աղբյուրները որոշ ռադիոակտիվ իզոտոպներ են (օրինակ՝ 55 Fe): Հզոր ռենտգենյան ճառագայթման արհեստական ​​աղբյուրներն են ռենտգենյան խողովակներ(նկ. 32.1):

Բրինձ. 32.1.Ռենտգեն խողովակի սարք

Ռենտգենյան խողովակը տարհանված ապակե կոլբ է՝ երկու էլեկտրոդներով՝ A անոդը և K կաթոդը, որոնց միջև առաջանում է բարձր լարման U (1-500 կՎ): Կաթոդը էլեկտրական հոսանքով տաքացվող կծիկ է։ Տաքացվող կաթոդով արտանետվող էլեկտրոնները (թերմիոնիկ արտանետում) արագանում են էլեկտրական դաշտի միջոցով մեծարագություններ (դրա համար անհրաժեշտ է բարձր լարում) և ընկնում խողովակի անոդի վրա: Երբ այս էլեկտրոնները փոխազդում են անոդի նյութի հետ, առաջանում է ռենտգենյան ճառագայթման երկու տեսակ. արգելակումԵվ բնորոշիչ.

Անոդի աշխատանքային մակերեսը գտնվում է էլեկտրոնային փնջի ուղղությամբ որոշակի անկյան տակ, որպեսզի ստեղծի ռենտգենյան ճառագայթների ցանկալի ուղղությունը:

Էլեկտրոնների կինետիկ էներգիայի մոտավորապես 1%-ը վերածվում է ռենտգենյան ճառագայթների։ Մնացած էներգիան ազատվում է ջերմության տեսքով: Հետեւաբար, անոդի աշխատանքային մակերեսը պատրաստված է հրակայուն նյութից:

32.2. Bremsstrahlung ռենտգեն

Էլեկտրոնը, որը շարժվում է որոշակի միջավայրում, կորցնում է իր արագությունը: Այս դեպքում առաջանում է բացասական արագացում։ Մաքսվելի տեսության համաձայն՝ ցանկացած արագացվածլիցքավորված մասնիկի շարժումն ուղեկցվում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթմամբ։ Անոդ նյութում էլեկտրոնի դանդաղման ժամանակ առաջացող ճառագայթումը կոչվում է Bremsstrahlung ռենտգեն ճառագայթում.

Bremsstrahlung-ի հատկությունները որոշվում են հետևյալ գործոններով.

1. Ճառագայթումն արտանետվում է առանձին քվանտներով, որոնց էներգիաները կապված են հաճախականության հետ բանաձևով (26.10)

որտեղ ν-ը հաճախականությունն է, λ-ն ալիքի երկարությունն է:

2. Անոդ հասնող բոլոր էլեկտրոններն ունեն նույնըկինետիկ էներգիան հավասար է անոդի և կաթոդի միջև էլեկտրական դաշտի աշխատանքին.

որտեղ e-ն էլեկտրոնի լիցքն է, U-ն արագացնող լարումն է։

3. Էլեկտրոնի կինետիկ էներգիան մասամբ փոխանցվում է նյութին և գնում այն ​​տաքացնելու (Q), և մասամբ ծախսվում է ռենտգենյան քվանտ ստեղծելու վրա.

4. Ք-ի և հվ-ի հարաբերությունները պատահաբար.

Վերջին հատկության (4) շնորհիվ առաջացած քվանտաները բազմազանէլեկտրոններ, ունեն բազմազանհաճախականություններ և ալիքի երկարություններ. Հետեւաբար, ռենտգենյան ճառագայթների սպեկտրը bremsstrahlung է շարունակական։Տիպիկ տեսք սպեկտրային խտությունՌենտգենյան հոսքը (Φ λ = άΦ/άλ) ներկայացված է Նկ. 32.2.

Բրինձ. 32.2. Bremsstrahlung ռենտգենյան սպեկտր

Երկար ալիքի կողմում սպեկտրը սահմանափակվում է 100 նմ ալիքի երկարությամբ, որը ռենտգենյան ճառագայթման սահմանն է։ Կարճ ալիքի կողմում սպեկտրը սահմանափակվում է λ min ալիքի երկարությամբ: Ըստ բանաձևի (32.2) նվազագույն ալիքի երկարությունըհամապատասխանում է Q = 0 դեպքին (էլեկտրոնի կինետիկ էներգիան ամբողջությամբ վերածվում է քվանտային էներգիայի).

Հաշվարկները ցույց են տալիս, որ bremsstrahlung ռենտգենյան ճառագայթների հոսքը (Φ) ուղիղ համեմատական ​​է U լարման քառակուսուն

անոդ և կաթոդ, հոսանքի ուժգնությունը I խողովակում և անոդ նյութի ատոմային թիվը.

Bremsstrahlung ռենտգենյան սպեկտրները տարբեր լարումների, կաթոդի տարբեր ջերմաստիճանների և տարբեր անոդային նյութերի վրա ներկայացված են Նկ. 32.3.

Բրինձ. 32.3. Bremsstrahlung ռենտգենյան սպեկտր (Φ λ):

ա - խողովակի մեջ U տարբեր լարումների ժամանակ; բ - տարբեր ջերմաստիճաններում Տ

կաթոդ; գ - Z պարամետրով տարբերվող տարբեր անոդ նյութերի համար

Քանի որ անոդի լարումը մեծանում է, արժեքը λ րոպեշարժվում է դեպի ավելի կարճ ալիքների երկարություններ: Միաժամանակ մեծանում է սպեկտրային կորի բարձրությունը (նկ. 32.3, Ա).

Քանի որ կաթոդի ջերմաստիճանը մեծանում է, էլեկտրոնների արտանետումը մեծանում է: Համապատասխանաբար, խողովակի մեջ I ընթացիկը մեծանում է: Սպեկտրային կորի բարձրությունը մեծանում է, սակայն ճառագայթման սպեկտրալ կազմը չի փոխվում (նկ. 32.3, բ):

Երբ անոդի նյութը փոխվում է, սպեկտրային կորի բարձրությունը փոխվում է Z ատոմային թվին համամասնորեն (նկ. 32.3, գ):

32.3. Բնութագրական ռենտգենյան ճառագայթում. Մոզելիի օրենքը

Երբ կաթոդային էլեկտրոնները փոխազդում են անոդի ատոմների հետ, բրեմսստրալունգ ռենտգենյան ճառագայթների հետ մեկտեղ, առաջանում են ռենտգենյան ճառագայթներ, որոնց սպեկտրը բաղկացած է. առանձին տողեր.Սա ճառագայթում է

ունի հետևյալ ծագումը. Որոշ կաթոդային էլեկտրոններ ներթափանցում են ատոմի խորքը և էլեկտրոնները դուրս հանում: ներքին պատյաններ.Այս դեպքում ձևավորված թափուր տեղերը լրացվում են էլեկտրոններով վերինխեցիները, որոնց արդյունքում արտանետվում են ճառագայթային քվանտաներ։ Այս ճառագայթումը պարունակում է անոդային նյութով որոշված ​​հաճախականությունների դիսկրետ շարք և կոչվում է բնորոշ ճառագայթում.Ռենտգենյան խողովակի ամբողջական սպեկտրը բնորոշ սպեկտրի սուպերպոզիցիան է bremsstrahlung սպեկտրի վրա (նկ. 32.4):

Բրինձ. 32.4.Ռենտգենյան խողովակի ճառագայթման սպեկտր

Ռենտգենյան ճառագայթների բնորոշ սպեկտրների առկայությունը հայտնաբերվել է ռենտգենյան խողովակների միջոցով: Հետագայում պարզվեց, որ նման սպեկտրներ առաջանում են քիմիական տարրերի ներքին ուղեծրերի ցանկացած իոնացումից։ Ուսումնասիրելով տարբեր քիմիական տարրերի բնորոշ սպեկտրները, Գ. Մոզելին (1913) սահմանեց հետևյալ օրենքը, որը կրում է իր անունը.

Բնորոշ ճառագայթման հաճախականության քառակուսի արմատը տարրի սերիական համարի գծային ֆունկցիան է.

որտեղ ν-ը սպեկտրային գծի հաճախականությունն է, Z-ը արձակող տարրի ատոմային թիվն է, A, B-ն հաստատուններ են:

Մոզելիի օրենքը թույլ է տալիս որոշել քիմիական տարրի ատոմային թիվը բնորոշ ճառագայթման դիտարկված սպեկտրից։ Սա մեծ դեր է խաղացել պարբերական աղյուսակում տարրերի տեղաբաշխման հարցում։

32.4. Ռենտգենյան ճառագայթման փոխազդեցությունը նյութի հետ. Թուլացման օրենքը

Գոյություն ունի նյութի հետ ռենտգենյան ճառագայթների փոխազդեցության երկու հիմնական տեսակ՝ ցրում և ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ։ Ցրման ժամանակ փոխվում է ֆոտոնի շարժման ուղղությունը։ Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտում՝ ֆոտոն կլանված.

1. Համահունչ (առաձգական) ցրումտեղի է ունենում, երբ ռենտգենյան ֆոտոնի էներգիան անբավարար է ատոմի ներքին իոնացման համար (ներքին թաղանթներից մեկից էլեկտրոնը թակելու համար): Այս դեպքում ֆոտոնի շարժման ուղղությունը փոխվում է, սակայն նրա էներգիան և ալիքի երկարությունը չեն փոխվում (այդ պատճառով էլ այս ցրումը կոչվում է. առաձգական):

2. Անհամաձայն (Կոմպտոն) ցրումտեղի է ունենում, երբ ֆոտոնի էներգիան շատ ավելի մեծ է, քան ներքին իոնացման էներգիան A և՝ hv >> A և.

Այս դեպքում էլեկտրոնն անջատվում է ատոմից և ստանում է որոշակի կինետիկ էներգիա E k։ Ֆոտոնի շարժման ուղղությունը Կոմպտոնի ցրման ժամանակ փոխվում է, և նրա էներգիան նվազում է.

Կոմպտոնի ցրումը կապված է նյութի ատոմների իոնացման հետ։

3. Ֆոտո էֆեկտտեղի է ունենում, երբ ֆոտոնի էներգիան hv բավարար է ատոմը իոնացնելու համար՝ hv > A u. Միաժամանակ ռենտգենյան քվանտ կլանվածև նրա էներգիան ծախսվում է ատոմի իոնացման և արտանետվող էլեկտրոնին կինետիկ էներգիա հաղորդելու վրա E k = hv - A I:

Կոմպտոնի ցրումը և ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը ուղեկցվում են բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթմամբ, քանի որ ներքին էլեկտրոնների նոկաուտից հետո թափուր դիրքերը լցվում են արտաքին թաղանթների էլեկտրոններով:

Ռենտգենյան լուսարձակում.Որոշ նյութերում Կոմպտոնի ցրման էլեկտրոնները և քվանտները, ինչպես նաև ֆոտոէլեկտրական ազդեցության էլեկտրոնները առաջացնում են մոլեկուլների գրգռում, որն ուղեկցվում է ճառագայթային անցումներով դեպի հիմնական վիճակ։ Սա առաջացնում է փայլ, որը կոչվում է ռենտգենյան լուսարձակում: Բարիումի պլատին-ցիանոգենի լուսարձակումը թույլ տվեց ռենտգենյան ճառագայթները հայտնաբերել Ռենտգենի կողմից։

Թուլացման օրենքը

Ռենտգենյան ճառագայթների ցրումը և ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը հանգեցնում են նրան, որ երբ ռենտգեն ճառագայթումը ավելի խորն է թափանցում, ճառագայթման առաջնային ճառագայթը թուլանում է (նկ. 32.5): Թուլացումը էքսպոնենցիալ է.

μ-ի արժեքը կախված է կլանող նյութից և ճառագայթման սպեկտրից։ Գործնական հաշվարկների համար՝ որպես թուլացման հատկանիշ

Բրինձ. 32.5.Ռենտգենյան հոսքի թուլացում ընկնող ճառագայթների ուղղությամբ

Որտեղ λ - ալիքի երկարություն; Z-ը տարրի ատոմային թիվն է. k-ն որոշակի հաստատուն է:

32.5. Օգտագործման ֆիզիկական հիմքը

Ռենտգեն ճառագայթումը բժշկության մեջ

Բժշկության մեջ ռենտգեն ճառագայթումը օգտագործվում է ախտորոշիչ և բուժական նպատակներով։

Ռենտգեն ախտորոշում- ռենտգենյան ճառագայթների միջոցով ներքին օրգանների պատկերներ ստանալու մեթոդներ.

Այս մեթոդների ֆիզիկական հիմքը նյութի մեջ ռենտգենյան ճառագայթման թուլացման օրենքն է (32.10): Ռենտգենյան հոսքի համազգեստը խաչմերուկով անցնելուց հետո տարասեռ հյուսվածքկդառնա տարասեռ. Այս տարասեռությունը կարելի է գրանցել լուսանկարչական ֆիլմի, լյումինեսցենտային էկրանի կամ մատրիցային ֆոտոդետեկտորի միջոցով: Օրինակ, ոսկրային հյուսվածքի զանգվածային թուլացման գործակիցները՝ Ca 3 (PO 4) 2 - և փափուկ հյուսվածքները՝ հիմնականում H 2 O - տարբերվում են 68 անգամ (μ մ ոսկոր / μ մ ջուր = 68): Ոսկրածուծի խտությունը նույնպես ավելի բարձր է, քան փափուկ հյուսվածքների խտությունը: Հետևաբար, ռենտգենը ստեղծում է ոսկորի թեթև պատկեր՝ փափուկ հյուսվածքների ավելի մուգ ֆոնի վրա:

Եթե ​​ուսումնասիրվող օրգանը եւ շրջակա հյուսվածքները ունեն նման թուլացման գործակիցներ, ապա հատուկ կոնտրաստային նյութեր.Օրինակ՝ ստամոքսի ֆտորոգրաֆիայի ժամանակ փորձարկվողը վերցնում է բարիումի սուլֆատի (BaSO 4) շիլայի նման զանգված, որի զանգվածի թուլացման գործակիցը 354 անգամ ավելի մեծ է, քան փափուկ հյուսվածքներինը։

Ախտորոշման համար օգտագործվում է 60-120 կՎ ֆոտոնների էներգիայով ռենտգենյան ճառագայթում։ Բժշկական պրակտիկայում օգտագործվում են ռենտգենյան ախտորոշման հետևյալ մեթոդները.

1. ռենտգեն.Պատկերը ձևավորվում է լյումինեսցենտային էկրանի վրա: Պատկերի պայծառությունը ցածր է և կարելի է դիտել միայն մութ սենյակում: Բժիշկը պետք է պաշտպանված լինի ճառագայթումից։

Ֆտորոգրաֆիայի առավելությունն այն է, որ այն իրականացվում է իրական ժամանակում։ Թերությունը հիվանդի և բժշկի բարձր ճառագայթային ազդեցությունն է (համեմատած այլ մեթոդների հետ):

Ֆտորոգրաֆիայի ժամանակակից տարբերակը՝ ռենտգեն հեռուստատեսությունը, օգտագործում է ռենտգեն պատկերի ուժեղացուցիչներ: Ուժեղացուցիչն ընկալում է ռենտգենյան էկրանի թույլ փայլը, ուժեղացնում է այն և փոխանցում հեռուստացույցի էկրանին։ Արդյունքում բժշկի նկատմամբ ճառագայթային ազդեցությունը կտրուկ նվազել է, պատկերի պայծառությունն աճել է, հնարավոր է դարձել տեսանկարահանել հետազոտության արդյունքները։

2. Ռադիոգրաֆիա.Պատկերը ձևավորվում է հատուկ թաղանթի վրա, որը զգայուն է ռենտգենյան ճառագայթման նկատմամբ: Նկարներն արված են երկու փոխադարձ ուղղահայաց ելուստներով (առջևի և կողային): Պատկերը տեսանելի է դառնում լուսանկարի մշակումից հետո։ Պատրաստի չորացրած լուսանկարը ուսումնասիրվում է փոխանցված լույսի ներքո:

Միաժամանակ գոհացուցիչ տեսանելի են դետալները, որոնց հակադրությունները տարբերվում են 1-2%-ով։

Որոշ դեպքերում, նախքան հետազոտությունը, հիվանդին տրվում է հատուկ հակադրություն նյութ.Օրինակ, յոդ պարունակող լուծույթ (ներերակային) երիկամների և միզուղիների ուսումնասիրության համար:

Ռենտգենոգրաֆիայի առավելություններն են բարձր լուծաչափը, ազդեցության կարճ ժամանակը և բժշկի համար գրեթե ամբողջական անվտանգությունը: Թերությունները ներառում են պատկերի ստատիկ բնույթը (օբյեկտը չի կարող հետագծվել դինամիկայի մեջ):

3. Ֆտորոգրաֆիա.Այս հետազոտության ընթացքում էկրանին ստացված պատկերը լուսանկարվում է զգայուն փոքր ֆորմատի ֆիլմի վրա։ Բնակչության զանգվածային սկրինինգում լայնորեն կիրառվում է ֆտորոգրաֆիան։ Եթե ​​ֆտորոգրամի վրա հայտնաբերվում են պաթոլոգիական փոփոխություններ, ապա հիվանդին նշանակվում է ավելի մանրամասն հետազոտություն։

4. Էլեկտրառադիոգրաֆիա.Այս տեսակի հետազոտությունը տարբերվում է սովորական ռադիոգրաֆիայից պատկերի ձայնագրման եղանակով: Ֆիլմի փոխարեն օգտագործում են սելենի ափսե,որը էլեկտրաֆիկացվում է ռենտգենյան ճառագայթներով։ Արդյունքը էլեկտրական լիցքերի թաքնված պատկերն է, որը կարելի է տեսանելի դարձնել և փոխանցել թղթին։

5. Անգիոգրաֆիա.Այս մեթոդը օգտագործվում է արյան անոթները հետազոտելու համար։ Կաթետերի միջոցով կոնտրաստ նյութ է ներարկվում երակում, որից հետո հզոր ռենտգեն ապարատը մի շարք պատկերներ է վերցնում, որոնք հաջորդում են միմյանց վայրկյանի կոտորակներում։ Նկար 32.6-ում ներկայացված է քնային զարկերակի անգիոգրամա:

6. Ռենտգեն համակարգչային տոմոգրաֆիա.Այս տեսակի ռենտգեն հետազոտությունը թույլ է տալիս ստանալ մարմնի հարթ հատվածի պատկեր՝ մի քանի մմ հաստությամբ: Այս դեպքում տվյալ հատվածը բազմիցս սկանավորվում է տարբեր անկյուններով, յուրաքանչյուր առանձին պատկեր գրանցվում է համակարգչի հիշողության մեջ: Հետո

Բրինձ. 32.6.Անգիոգրաֆիա, որը ցույց է տալիս քնային զարկերակի նեղացումը

Բրինձ. 32.7. Սկան տոմոգրաֆիայի սխեման (ա); գլխի տոմոգրաֆիա աչքի մակարդակի հատվածում (բ):

Կատարվում է համակարգչային վերակառուցում, որի արդյունքը սկանավորված շերտի պատկերն է (նկ. 32.7):

Համակարգչային տոմոգրաֆիան թույլ է տալիս տարբերակել տարրեր, որոնց միջև խտության տարբերությունը մինչև 1% է: Սովորական ռադիոգրաֆիան թույլ է տալիս հայտնաբերել խտության նվազագույն տարբերությունը հարակից տարածքների միջև 10-20%:

Ռենտգեն թերապիա - չարորակ ուռուցքները ոչնչացնելու համար ռենտգենյան ճառագայթների օգտագործումը.

Ճառագայթման կենսաբանական ազդեցությունն այն է, որ խաթարում է հատկապես արագ բազմացող բջիջների կենսագործունեությունը: Շատ կոշտ ռենտգենյան ճառագայթները (մոտավորապես 10 ՄէՎ ֆոտոնների էներգիայով) օգտագործվում են մարմնի խորքում քաղցկեղի բջիջները ոչնչացնելու համար: Առողջ շրջապատող հյուսվածքի վնասը նվազեցնելու համար ճառագայթը պտտվում է հիվանդի շուրջը, որպեսզի միայն վնասված տարածքը մնա նրա ազդեցության տակ մշտապես:

32.6. Հիմնական հասկացություններ և բանաձևեր

Սեղանի շարունակություն

Սեղանի վերջը

32.7. Առաջադրանքներ

1. Ինչու՞ բժշկական ռենտգենյան խողովակներում էլեկտրոնների ճառագայթը հարվածում է հակակատոդի մի կետին և չի ընկնում դրա վրա լայն ճառագայթով:

Պատասխան.ձեռք բերել ռենտգենյան ճառագայթների կետային աղբյուր՝ էկրանին տալով տրանսլուսավորված առարկաների կտրուկ ուրվագծեր։

2. Գտեք ռենտգենյան bremsstrahlung-ի սահմանը (հաճախականություն և ալիքի երկարություն) U 1 = 2 կՎ և U 2 = 20 կՎ լարումների համար:

4. Կապարի վահաններն օգտագործվում են ռենտգենյան ճառագայթներից պաշտպանվելու համար: Կապարի մեջ ռենտգենյան ճառագայթման գծային կլանման գործակիցը 52 սմ -1 է: Որքա՞ն հաստ պետք է լինի կապարի պաշտպանիչ շերտը՝ ռենտգենյան ճառագայթների ինտենսիվությունը 30 անգամ նվազեցնելու համար:

5. Գտեք ռենտգենյան խողովակի ճառագայթման հոսքը U = 50 կՎ, I = 1 մԱ: Անոդը պատրաստված է վոլֆրամից (Z = 74): Գտեք խողովակի արդյունավետությունը:

6. Կոնտրաստային նյութեր օգտագործվում են փափուկ հյուսվածքների ռենտգեն ախտորոշման համար: Օրինակ, ստամոքսը և աղիքները լցված են բարիումի սուլֆատի զանգվածով (BaSO 4): Համեմատեք բարիումի սուլֆատի և փափուկ հյուսվածքի (ջրի) զանգվածային թուլացման գործակիցները:

7. Ի՞նչը կտա ավելի խիտ ստվեր ռենտգեն կայանքի էկրանին՝ ալյումինը (Z = 13, ρ = 2,7 գ/սմ3) կամ պղնձի նույն շերտը (Z = 29, ρ = 8,9 գ/սմ3):

8. Քանի՞ անգամ է ալյումինի շերտի հաստությունը մեծ պղնձի շերտի հաստությունից, եթե շերտերը հավասարապես թուլացնում են ռենտգենյան ճառագայթումը:

Ատոմային երևույթների ուսումնասիրության և գործնական կիրառման մեջ ռենտգենյան ճառագայթները խաղում են կարևոր դերերից մեկը։ Նրանց հետազոտությունների շնորհիվ բազմաթիվ հայտնագործություններ են արվել, մշակվել են նյութերի վերլուծության մեթոդներ, որոնք օգտագործվել են տարբեր ոլորտներում։ Այստեղ մենք կանդրադառնանք ռենտգենյան ճառագայթների մեկ տեսակին` բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթներին:

Ռենտգենյան ճառագայթների բնույթն ու հատկությունները

Ռենտգենյան ճառագայթումը էլեկտրամագնիսական դաշտի վիճակի բարձր հաճախականության փոփոխությունն է, որը տարածվում է տիեզերքում մոտ 300000 կմ/վ արագությամբ, այսինքն՝ էլեկտրամագնիսական ալիքներ։ Էլեկտրամագնիսական ճառագայթման տիրույթի մասշտաբով ռենտգենյան ճառագայթները գտնվում են մոտավորապես 10 -8-ից մինչև 5∙10 -12 մետր ալիքի երկարության տարածքում, ինչը մի քանի կարգով ավելի կարճ է, քան օպտիկական ալիքները: Սա համապատասխանում է 3∙10 16-ից մինչև 6∙10 19 Հց հաճախականություններին և էներգիաներին 10 էՎ-ից մինչև 250 կՎ, կամ 1,6∙10 -18-ից մինչև 4∙10 -14 Ջ: Պետք է նշել, որ հաճախականությունների միջակայքերի սահմանները էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը բավականին կամայական է իրենց համընկնման պատճառով:

Արագացված լիցքավորված մասնիկների (բարձր էներգիայի էլեկտրոնների) փոխազդեցությունն է էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի և նյութի ատոմների հետ։

Ռենտգենյան ֆոտոնները բնութագրվում են բարձր էներգիաներով և բարձր ներթափանցող և իոնացնող հզորությամբ, հատկապես 1 նանոմետրից (10-9 մ) պակաս ալիքի երկարությամբ կոշտ ռենտգենյան ճառագայթների համար:

Ռենտգենյան ճառագայթները փոխազդում են նյութի հետ՝ իոնացնելով նրա ատոմները, ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի (ֆոտոներծծման) և անկապ (Կոմպտոն) ցրման գործընթացներում։ Ֆոտոներծծման ժամանակ ռենտգենյան ֆոտոնը, որը կլանված է ատոմի էլեկտրոնի կողմից, էներգիա է փոխանցում դրան: Եթե ​​դրա արժեքը գերազանցում է ատոմում էլեկտրոնի միացման էներգիան, ապա այն հեռանում է ատոմից: Կոմպտոնի ցրումը բնորոշ է ավելի կոշտ (էներգետիկ) ռենտգենյան ֆոտոններին։ Կլանված ֆոտոնի էներգիայի մի մասը ծախսվում է իոնացման վրա. այս դեպքում առաջնային ֆոտոնի ուղղությամբ որոշակի անկյան տակ արտանետվում է երկրորդական՝ ավելի ցածր հաճախականությամբ։

Ռենտգեն ճառագայթման տեսակները. Bremsstrahlung

Ճառագայթներ արտադրելու համար օգտագործվում են ապակե վակուումային բալոններ՝ ներսում տեղակայված էլեկտրոդներով։ Էլեկտրոդների միջև պոտենցիալ տարբերությունը պետք է լինի շատ բարձր՝ մինչև հարյուրավոր կիլովոլտ: Ջերմային արտանետումը տեղի է ունենում վոլֆրամի կաթոդի վրա, որը ջեռուցվում է հոսանքով, այսինքն, դրանից արտանետվում են էլեկտրոններ, որոնք, արագանալով պոտենցիալ տարբերությամբ, ռմբակոծում են անոդը։ Անոդի (երբեմն կոչվում է հակակաթոդ) ատոմների հետ նրանց փոխազդեցության արդյունքում ծնվում են ռենտգենյան ֆոտոններ։

Կախված նրանից, թե ինչ գործընթաց է հանգեցնում ֆոտոնի ստեղծմանը, առանձնանում են ռենտգենյան ճառագայթման տեսակները՝ bremsstrahlung և բնորոշ։

Անոդին հանդիպելիս էլեկտրոնները կարող են դանդաղել, այսինքն՝ էներգիա կորցնել նրա ատոմների էլեկտրական դաշտերում։ Այս էներգիան արտանետվում է ռենտգենյան ֆոտոնների տեսքով։ Այս տեսակի ճառագայթումը կոչվում է bremsstrahlung:

Պարզ է, որ արգելակման պայմանները կտարբերվեն առանձին էլեկտրոնների համար: Սա նշանակում է, որ նրանց կինետիկ էներգիայի տարբեր քանակությունները վերածվում են ռենտգենյան ճառագայթների: Արդյունքում, bremsstrahlung-ը ներառում է տարբեր հաճախականությունների և, համապատասխանաբար, ալիքի երկարությունների ֆոտոններ։ Հետեւաբար, նրա սպեկտրը շարունակական է (շարունակական): Երբեմն այդ պատճառով այն նաև կոչվում է «սպիտակ» ռենտգեն ճառագայթում:

Bremsstrahlung ֆոտոնի էներգիան չի կարող գերազանցել այն գեներացնող էլեկտրոնի կինետիկ էներգիան, ուստի bremsstrahlung ճառագայթման առավելագույն հաճախականությունը (և ամենակարճ ալիքի երկարությունը) համապատասխանում է անոդի վրա ընկած էլեկտրոնների կինետիկ էներգիայի ամենաբարձր արժեքին: Վերջինս կախված է էլեկտրոդների վրա կիրառվող պոտենցիալ տարբերությունից:

Գոյություն ունի ռենտգենյան ճառագայթման մեկ այլ տեսակ, որի աղբյուրը այլ գործընթաց է։ Այս ճառագայթումը կոչվում է բնորոշ ճառագայթում, և մենք դրա վրա կանդրադառնանք ավելի մանրամասն:

Ինչպե՞ս է առաջանում բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթումը:

Հասնելով հակակաթոդին, արագ էլեկտրոնը կարող է ներթափանցել ատոմի ներսում և տապալել էլեկտրոնը ստորին ուղեծրերից մեկից, այսինքն՝ նրան փոխանցել էներգիա, որը բավարար է պոտենցիալ արգելքը հաղթահարելու համար: Այնուամենայնիվ, եթե էլեկտրոններով զբաղեցրած ատոմում ավելի բարձր էներգիայի մակարդակներ լինեն, ազատված տարածքը դատարկ չի մնա:

Պետք է հիշել, որ ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքը, ինչպես ցանկացած էներգետիկ համակարգ, ձգտում է նվազագույնի հասցնել էներգիան: Նոկաուտի արդյունքում առաջացած թափուր տեղը լրացվում է ավելի բարձր մակարդակներից մեկի էլեկտրոնով։ Նրա էներգիան ավելի բարձր է, և, զբաղեցնելով ավելի ցածր մակարդակ, ավելցուկն արտանետում է բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթման քվանտի տեսքով։

Ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքը էլեկտրոնների հնարավոր էներգետիկ վիճակների դիսկրետ հավաքածու է։ Հետևաբար, էլեկտրոնների թափուր տեղերի փոխարինման ժամանակ արտանետվող ռենտգեն ֆոտոնները կարող են նաև ունենալ միայն խիստ սահմանված էներգիայի արժեքներ՝ արտացոլելով մակարդակների տարբերությունը: Արդյունքում, բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթումն ունի ոչ թե շարունակական, այլ գծաձեւ սպեկտր։ Այս սպեկտրը հնարավորություն է տալիս բնութագրել անոդի նյութը, այստեղից էլ այս ճառագայթների անվանումը: Սպեկտրային տարբերությունների շնորհիվ է, որ պարզ է դառնում, թե ինչ է նշանակում bremsstrahlung և բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթում:

Երբեմն ավելորդ էներգիան չի արտանետվում ատոմի կողմից, այլ ծախսվում է երրորդ էլեկտրոնը թակելու վրա։ Այս պրոցեսը, այսպես կոչված, Օգերի էֆեկտը, ավելի հավանական է, որ տեղի ունենա, երբ էլեկտրոնների կապող էներգիան չի գերազանցում 1 կՎ-ը: Ազատված Աուջեր էլեկտրոնի էներգիան կախված է ատոմի էներգիայի մակարդակների կառուցվածքից, հետևաբար նման էլեկտրոնների սպեկտրները նույնպես իրենց բնույթով դիսկրետ են։

Հատկանշական սպեկտրի ընդհանուր տեսք

Ռենտգենյան սպեկտրային պատկերում առկա են նեղ բնորոշ գծեր՝ շարունակական bremsstrahlung սպեկտրի հետ միասին: Եթե ​​սպեկտրը պատկերացնենք որպես ինտենսիվության գրաֆիկ՝ ընդդեմ ալիքի երկարության (հաճախականության), ապա կտեսնենք կտրուկ գագաթներ գծերի տեղակայման վայրերում: Նրանց դիրքը կախված է անոդի նյութից: Այս մաքսիմումներն առկա են ցանկացած պոտենցիալ տարբերության դեպքում. եթե կան ռենտգենյան ճառագայթներ, ապա միշտ կան նաև գագաթներ: Քանի որ խողովակի էլեկտրոդների վրա լարումը մեծանում է, ինչպես շարունակական, այնպես էլ բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվությունը մեծանում է, սակայն գագաթների տեղակայումը և դրանց ինտենսիվության հարաբերակցությունը չի փոխվում:

Ռենտգենյան ճառագայթների սպեկտրում գագաթները նույն տեսքն ունեն՝ անկախ էլեկտրոնների կողմից ճառագայթված հակակատոդի նյութից, սակայն տարբեր նյութերի համար դրանք տեղակայված են տարբեր հաճախականությունների վրա՝ միավորվելով շարքերում՝ հիմնված հաճախականության արժեքների մոտիկության վրա: Իրենց շարքերի միջև հաճախականությունների տարբերությունը շատ ավելի էական է: Առավելագույնի տեսակը ոչ մի կերպ կախված չէ նրանից, թե անոդ նյութը մաքուր քիմիական տարր է, թե բարդ նյութ: Վերջին դեպքում, նրա բաղկացուցիչ տարրերի բնորոշ ռենտգենյան սպեկտրները պարզապես դրվում են միմյանց վրա։

Քանի որ քիմիական տարրի ատոմային թիվը մեծանում է, նրա ռենտգենյան սպեկտրի բոլոր գծերը տեղափոխվում են դեպի ավելի բարձր հաճախականություններ: Սպեկտրը պահպանում է իր տեսքը:

Մոզելիի օրենքը

Բնորոշ գծերի սպեկտրային տեղաշարժի ֆենոմենը փորձնականորեն հայտնաբերել է անգլիացի ֆիզիկոս Հենրի Մոզելին 1913 թվականին։ Սա թույլ տվեց նրան կապել սպեկտրի առավելագույն հաճախականությունները քիմիական տարրերի սերիական համարների հետ։ Այսպիսով, բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթման ալիքի երկարությունը, ինչպես պարզվեց, կարող է հստակորեն փոխկապակցվել կոնկրետ տարրի հետ: Ընդհանուր առմամբ, Մոզելիի օրենքը կարելի է գրել հետևյալ կերպ. հիմնական քվանտային թիվը, իսկ R-ն Ռիդբերգի հաստատունն է: Այս կախվածությունը գծային է և Մոզելիի դիագրամում n-ի յուրաքանչյուր արժեքի համար ուղիղ գծերի շարք է թվում:

n արժեքները համապատասխանում են ռենտգենյան ճառագայթների արտանետման բնորոշ գագաթնակետերի առանձին շարքերին: Մոզելիի օրենքը թույլ է տալիս որոշել կոշտ էլեկտրոններով ճառագայթված քիմիական տարրի սերիական համարը՝ հիմնվելով ռենտգենյան սպեկտրի առավելագույն ալիքի չափված երկարությունների վրա (դրանք եզակիորեն կապված են հաճախականությունների հետ):

Քիմիական տարրերի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը նույնական է։ Սա ցույց է տալիս ռենտգենյան ճառագայթման բնորոշ սպեկտրի հերթափոխի փոփոխության միապաղաղությունը: Հաճախականության տեղաշարժը արտացոլում է ոչ թե կառուցվածքային, այլ էներգիայի տարբերությունները էլեկտրոնային թաղանթների միջև, որոնք եզակի են յուրաքանչյուր տարրի համար:

Մոզելիի օրենքի դերը ատոմային ֆիզիկայում

Փոքր շեղումներ կան Մոզելիի օրենքով արտահայտված խիստ գծային հարաբերություններից։ Դրանք կապված են, առաջին հերթին, որոշ տարրերի էլեկտրոնային թաղանթների լրացման կարգի առանձնահատկությունների հետ, և երկրորդ՝ ծանր ատոմներում էլեկտրոնների շարժման հարաբերական ազդեցությունների հետ։ Բացի այդ, երբ միջուկում նեյտրոնների թիվը փոխվում է (այսպես կոչված իզոտոպային տեղաշարժ), գծերի դիրքը կարող է փոքր-ինչ փոխվել։ Այս էֆեկտը հնարավորություն տվեց մանրամասն ուսումնասիրել ատոմի կառուցվածքը։

Մոզելիի օրենքի նշանակությունը չափազանց մեծ է։ Մենդելեևի պարբերական համակարգի տարրերի վրա դրա հետևողական կիրառումը հաստատեց սերիական համարի մեծացման օրինաչափությունը՝ ըստ բնորոշ առավելագույնի յուրաքանչյուր փոքր տեղաշարժի։ Սա նպաստեց տարրերի հերթական թվի ֆիզիկական նշանակության հարցի պարզաբանմանը։ Z արժեքը պարզապես թիվ չէ, դա միջուկի դրական էլեկտրական լիցքն է, որը կազմում է այն մասնիկների միավորի դրական լիցքերի գումարը: Աղյուսակում տարրերի ճիշտ տեղադրումը և դրանում դատարկ դիրքերի առկայությունը (այն ժամանակ դրանք դեռ կային) ստացան հզոր հաստատում։ Ապացուցվեց պարբերական օրենքի վավերականությունը։

Բացի այդ, Մոզելիի օրենքը դարձավ այն հիմքը, որի վրա առաջացավ փորձարարական հետազոտության մի ամբողջ տարածք՝ ռենտգենյան սպեկտրոմետրիա:

Ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը

Եկեք համառոտ հիշենք, թե ինչպես է դասավորված էլեկտրոնային կառուցվածքը: Այն բաղկացած է թաղանթներից, որոնք նշվում են K, L, M, N, O, P, Q տառերով կամ 1-ից 7 թվերով: Թաղանթի ներսում գտնվող էլեկտրոնները բնութագրվում են նույնությամբ: հիմնական քվանտային թիվը n, որը որոշում է էներգիայի հնարավոր արժեքները։ Արտաքին թաղանթներում էլեկտրոնների էներգիան ավելի մեծ է, իսկ արտաքին էլեկտրոնների իոնացման պոտենցիալը համապատասխանաբար ավելի ցածր է։

Կեղևը ներառում է մեկ կամ մի քանի ենթամակարդակներ՝ s, p, d, f, g, h, i: Յուրաքանչյուր կեղևում ենթամակարդակների թիվը նախորդի համեմատ ավելանում է մեկով: Յուրաքանչյուր ենթամակարդակում և յուրաքանչյուր շերտում էլեկտրոնների թիվը չի կարող գերազանցել որոշակի արժեքը: Դրանք, բացի հիմնական քվանտային թվից, բնութագրվում են ուղեծրային էլեկտրոնային ամպի նույն արժեքով, որը որոշում է ձևը։ Ենթամակարդակները պիտակավորված են պատյանով, որին պատկանում են, օրինակ՝ 2s, 4d և այլն:

Ենթամակարդակը պարունակում է որոնք, բացի հիմնականից և ուղեծրից, նշված են մեկ այլ քվանտային թվով՝ մագնիսական, որը որոշում է էլեկտրոնի ուղեծրային իմպուլսի պրոյեկցիան մագնիսական դաշտի ուղղությամբ: Մեկ ուղեծրը կարող է ունենալ ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն, որոնք տարբերվում են չորրորդ քվանտային թվի՝ սպինի արժեքով։

Եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք, թե ինչպես է առաջանում բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթումը: Քանի որ այս տեսակի էլեկտրամագնիսական արտանետումների ծագումը կապված է ատոմի ներսում տեղի ունեցող երևույթների հետ, առավել հարմար է այն նկարագրել ճշգրիտ էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաների մոտավորությամբ:

Հատկանշական ռենտգենյան ճառագայթման առաջացման մեխանիզմ

Այսպիսով, այս ճառագայթման պատճառը ատոմի խորքում բարձր էներգիայի էլեկտրոնների ներթափանցման հետևանքով ներքին թաղանթներում էլեկտրոնային թափուր տեղերի առաջացումն է։ Կարծր էլեկտրոնի փոխազդեցության հավանականությունը մեծանում է էլեկտրոնային ամպերի խտության հետ։ Հետևաբար, բախումները, ամենայն հավանականությամբ, տեղի կունենան սերտորեն փաթեթավորված ներքին պատյանների մեջ, ինչպիսին է ամենացածր K-կեղևը: Այստեղ ատոմը իոնացված է, և 1s թաղանթում առաջանում է դատարկ տեղ։

Այս թափուր տեղը լրացնում է թաղանթից բարձր էներգիա ունեցող էլեկտրոնը, որի ավելցուկը տանում է ռենտգենյան ֆոտոնը։ Այս էլեկտրոնը կարող է «ընկնել» երկրորդ L թաղանթից, երրորդ թաղանթից M և այլն։ Այսպես է ձևավորվում բնորոշ շարքը, այս օրինակում՝ K շարքը։ Ցուցումը, թե որտեղից է գալիս թափուր տեղը լրացնող էլեկտրոնը, տրված է հունական ինդեքսի տեսքով շարքի նշանակման մեջ: «Ալֆա» նշանակում է, որ այն գալիս է L կեղևից, «բետա» նշանակում է, որ այն գալիս է M կեղևից: Ներկայումս նկատվում է հունական տառերի ինդեքսները փոխարինելու լատիներենով, որոնք ընդունված են խեցիների նշանակման համար։

Շարքի ալֆա գծի ինտենսիվությունը միշտ ամենաբարձրն է, սա նշանակում է, որ հարևան պատյանից թափուր աշխատատեղ լրացնելու հավանականությունը ամենաբարձրն է:

Այժմ մենք կարող ենք պատասխանել հարցին, թե որքա՞ն է բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթման քվանտի առավելագույն էներգիան: Այն որոշվում է այն մակարդակների էներգիայի արժեքների տարբերությամբ, որոնց միջև տեղի է ունենում էլեկտրոնային անցում, համաձայն E = E n 2 - E n 1 բանաձևի, որտեղ E n 2 և E n 1 էլեկտրոնային էներգիան են: պետություններ, որոնց միջև տեղի է ունեցել անցումը: Այս պարամետրի ամենաբարձր արժեքը տրվում է K շարքի անցումներով ծանր տարրերի ատոմների ամենաբարձր մակարդակներից: Բայց այս գծերի ինտենսիվությունը (գագաթների բարձրությունը) ամենացածրն է, քանի որ դրանք ամենաքիչ հավանական են։

Եթե ​​էլեկտրոդների անբավարար լարման պատճառով կոշտ էլեկտրոնը չի կարող հասնել K մակարդակին, այն ստեղծում է թափուր տեղ L մակարդակում, և առաջանում է ավելի քիչ էներգետիկ L-շարք՝ ավելի երկար ալիքներով։ Հաջորդ շարքերը ծնվում են նույն ձևով:

Բացի այդ, երբ էլեկտրոնային անցման արդյունքում թափուր աշխատատեղ է համալրվում, ծածկված կեղևում հայտնվում է նոր թափուր աշխատատեղ։ Սա պայմաններ է ստեղծում հաջորդ շարքը ստեղծելու համար։ Էլեկտրոնների թափուր տեղերը բարձրանում են մակարդակից մակարդակ, և ատոմը արձակում է բնորոշ սպեկտրային շարքերի կասկադ՝ մնալով իոնացված:

Բնորոշ սպեկտրների նուրբ կառուցվածքը

Հատկանշական ռենտգենյան ճառագայթման ատոմային ռենտգենյան սպեկտրները բնութագրվում են նուրբ կառուցվածքով, որը, ինչպես օպտիկական սպեկտրներում, արտահայտվում է գծի ճեղքումով։

Նուրբ կառուցվածքը պայմանավորված է նրանով, որ էներգիայի մակարդակը՝ էլեկտրոնային թաղանթը, սերտորեն տեղակայված բաղադրիչների՝ ենթաշերտերի մի շարք է: Ենթափեղկերը բնութագրելու համար ներկայացվում է մեկ այլ ներքին քվանտային թիվ j, որն արտացոլում է էլեկտրոնի սեփական և ուղեծրի մագնիսական մոմենտների փոխազդեցությունը:

Սպին-ուղիղ փոխազդեցության ազդեցության պատճառով ատոմի էներգետիկ կառուցվածքը դառնում է ավելի բարդ, և արդյունքում բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթումը ունի սպեկտր, որը բնութագրվում է շատ սերտորեն բաժանված տարրերով պառակտված գծերով:

Նուրբ կառուցվածքի տարրերը սովորաբար նշանակվում են լրացուցիչ թվային ինդեքսներով:

Բնութագրական ռենտգենյան ճառագայթումն ունի առանձնահատկություն, որն արտացոլվում է միայն սպեկտրի նուրբ կառուցվածքում: Էլեկտրոնի անցումը ավելի ցածր էներգիայի մակարդակի չի լինում ավելի բարձր մակարդակի ստորին ենթաշեղից: Նման իրադարձությունը աննշան հավանականություն ունի։

Ռենտգենյան ճառագայթների օգտագործումը սպեկտրոմետրիայում

Այս ճառագայթումը, Մոզելիի օրենքով նկարագրված իր բնութագրերի շնորհիվ, ընկած է նյութերի վերլուծության տարբեր ռենտգենյան սպեկտրային մեթոդների հիմքում: Ռենտգենյան սպեկտրը վերլուծելիս օգտագործվում են կա՛մ բյուրեղների վրա ճառագայթման դիֆրակցիան (ալիքային ցրման մեթոդ), կա՛մ ներծծվող ռենտգենյան ֆոտոնների էներգիայի նկատմամբ զգայուն դետեկտորներ (էներգիա-ցրման մեթոդ): Էլեկտրոնային մանրադիտակների մեծամասնությունը հագեցած է ռենտգենյան սպեկտրաչափական կցորդներով:

Ալիքների ցրման սպեկտրոմետրիան հատկապես ճշգրիտ է: Օգտագործելով հատուկ զտիչներ, ընդգծվում են սպեկտրի ամենաինտենսիվ գագաթները, ինչը հնարավորություն է տալիս ստանալ գրեթե մոնոխրոմատիկ ճառագայթում ճշգրիտ հայտնի հաճախականությամբ: Անոդի նյութը ընտրվում է շատ ուշադիր, որպեսզի ապահովվի ցանկալի հաճախականության մոնոխրոմատիկ ճառագայթը: Դրա դիֆրակցիան ուսումնասիրվող նյութի բյուրեղային ցանցի վրա թույլ է տալիս մեծ ճշգրտությամբ ուսումնասիրել ցանցի կառուցվածքը։ Այս մեթոդը կիրառվում է նաև ԴՆԹ-ի և այլ բարդ մոլեկուլների ուսումնասիրության ժամանակ։

Բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթման առանձնահատկություններից մեկը հաշվի է առնվում նաև գամմա սպեկտրոմետրիայում։ Սա բարձր ինտենսիվության բնորոշ գագաթնակետ է: Գամմա սպեկտրոմետրերն օգտագործում են կապարի պաշտպանություն արտաքին ֆոնային ճառագայթման դեմ, որը խանգարում է չափումներին: Բայց կապարը, կլանելով գամմա ճառագայթները, ներքին իոնացում է ապրում, ինչի արդյունքում այն ​​ակտիվորեն արտանետում է ռենտգենյան ճառագայթների տիրույթում։ Կապարի բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվ գագաթները կլանելու համար օգտագործվում է լրացուցիչ կադմիումային պաշտպանություն: Այն իր հերթին իոնացված է և նաև ռենտգենյան ճառագայթներ է արձակում։ Կադմիումի բնորոշ գագաթները չեզոքացնելու համար օգտագործվում է երրորդ պաշտպանիչ շերտը` պղինձը, որի ռենտգենյան մաքսիմումը գտնվում է գամմա սպեկտրոմետրի աշխատանքային հաճախականության միջակայքից դուրս:

Սպեկտրոմետրիան օգտագործում է ինչպես bremsstrahlung, այնպես էլ բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթներ: Այսպիսով, նյութերը վերլուծելիս ուսումնասիրվում են տարբեր նյութերի կողմից շարունակական ռենտգենյան ճառագայթների կլանման սպեկտրները։

1. Bremsstrahlung և բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթում,

հիմնական հատկությունները և բնութագրերը.

1895 թվականին գերմանացի գիտնական Ռենտգենն առաջին անգամ հայտնաբերեց լյումինեսցենտային էկրանի փայլը, որն առաջանում էր կաթոդի դիմաց գտնվող գազի արտանետման խողովակի ապակե հատվածից եկող աչքի համար անտեսանելի ճառագայթումից: Ճառագայթման այս տեսակն ուներ տեսանելի լույսի համար անթափանց նյութերի միջով անցնելու հատկություն։ Ռենտգենը դրանք անվանեց ռենտգենյան ճառագայթներ և հաստատեց այն հիմնական հատկությունները, որոնք թույլ են տալիս դրանք օգտագործել գիտության և տեխնիկայի տարբեր ճյուղերում, այդ թվում՝ բժշկության մեջ:

Ռենտգենյան ճառագայթումը 80-10 -5 նմ ալիքի երկարությամբ ճառագայթումն է։ Երկար ալիքի ռենտգեն ճառագայթումը համընկնում է կարճ ալիքի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման, կարճ ալիքի համընկնում է երկար ալիքի g ճառագայթման հետ: Բժշկության մեջ օգտագործվում է 10-ից 0,005 նմ ալիքի երկարությամբ ռենտգենյան ճառագայթում, որը համապատասխանում է 10 2 EV-ից 0,5 ՄէՎ ֆոտոնների էներգիայի։ Ռենտգենյան ճառագայթումը անտեսանելի է աչքի համար, հետևաբար, դրա հետ կապված բոլոր դիտարկումները կատարվում են լյումինեսցենտային էկրանների կամ լուսանկարչական ֆիլմերի միջոցով, քանի որ այն առաջացնում է ռենտգենյան լուսարձակում և ունի ֆոտոքիմիական ազդեցություն: Հատկանշական է, որ օպտիկական ճառագայթման համար անթափանց մարմինների մեծամասնությունը հիմնականում թափանցիկ է ռենտգենյան ճառագայթման համար, որն ունի էլեկտրամագնիսական ալիքներին բնորոշ հատկություններ: Այնուամենայնիվ, կարճ ալիքի երկարության պատճառով որոշ հատկություններ դժվար է հայտնաբերել: Հետեւաբար, ճառագայթման ալիքային բնույթը հաստատվել է շատ ավելի ուշ, քան դրանց հայտնաբերումը:

Ելնելով գրգռման մեթոդից՝ ռենտգենյան ճառագայթումը բաժանվում է bremsstrahlung-ի և բնորոշ ճառագայթման։

Bremsstrahlung-ի ռենտգենյան ճառագայթները առաջանում են արագ շարժվող էլեկտրոնների դանդաղեցման հետևանքով այն նյութի ատոմի (միջուկ և էլեկտրոններ) էլեկտրական դաշտի կողմից, որոնցով նրանք թռչում են: Այս ճառագայթման մեխանիզմը կարելի է բացատրել նրանով, որ ցանկացած շարժվող լիցք ներկայացնում է հոսանք, որի շուրջ ստեղծվում է մագնիսական դաշտ, որի ինդուկցիան (B) կախված է էլեկտրոնի արագությունից։ Արգելակելիս մագնիսական ինդուկցիան նվազում է և, Մաքսվելի տեսության համաձայն, առաջանում է էլեկտրամագնիսական ալիք։

Երբ էլեկտրոնները դանդաղում են, էներգիայի միայն մի մասն է օգտագործվում ռենտգեն ֆոտոն ստեղծելու համար, մյուս մասը ծախսվում է անոդի տաքացման վրա։ Ֆոտոնի հաճախականությունը (ալիքի երկարությունը) կախված է էլեկտրոնի սկզբնական կինետիկ էներգիայից և նրա դանդաղման ինտենսիվությունից։ Ընդ որում, եթե նույնիսկ սկզբնական կինետիկ էներգիան նույնն է, ապա նյութի դանդաղման պայմանները տարբեր կլինեն, հետևաբար արտանետվող ֆոտոնները կունենան ամենատարբեր էներգիաները, հետևաբար՝ ալիքի երկարությունները, այսինքն. ռենտգենյան սպեկտրը շարունակական է լինելու։ Նկար 1-ը ցույց է տալիս ռենտգենյան ճառագայթների սպեկտրը U 1 տարբեր լարումների ժամանակ

.

Եթե ​​U-ն արտահայտված է կիլովոլտներով, և հաշվի է առնվում այլ մեծությունների միջև կապը, ապա բանաձևն ունի հետևյալ տեսքը՝ l k = 1,24/U (նմ) կամ l k = 1,24/U (Å) (1 Å = 10 -10 մ):

Վերոնշյալ գրաֆիկներից կարելի է պարզել, որ lm ալիքի երկարությունը, որը կազմում է ճառագայթման առավելագույն էներգիան, մշտական ​​կապի մեջ է l k ալիքի անջատման երկարության հետ.

.

Ալիքի երկարությունը բնութագրում է ֆոտոնի էներգիան, որից կախված է ճառագայթման ներթափանցման ունակությունը նյութի հետ փոխազդելու ժամանակ։

Կարճ ալիքների ռենտգենյան ճառագայթները սովորաբար ունեն բարձր թափանցող հզորություն և կոչվում են կոշտ, իսկ երկարալիք ռենտգենյան ճառագայթները կոչվում են փափուկ: Ինչպես երևում է վերը նշված բանաձևից, ալիքի երկարությունը, որով առաջանում է ճառագայթման առավելագույն էներգիան, հակադարձ համեմատական ​​է խողովակի անոդի և կաթոդի միջև եղած լարմանը: Ռենտգենյան խողովակի անոդում լարումը մեծացնելով՝ փոխվում է ճառագայթման սպեկտրալ կազմը և մեծանում նրա կարծրությունը։

Երբ թելքի լարումը փոխվում է (կաթոդի թելքի ջերմաստիճանը փոխվում է), փոխվում է կաթոդի կողմից թողարկված էլեկտրոնների թիվը մեկ միավորի ժամանակում, կամ, համապատասխանաբար, փոխվում է ընթացիկ ուժը խողովակի անոդի շղթայում: Այս դեպքում ճառագայթման հզորությունը փոխվում է ընթացիկ ուժի առաջին հզորության համամասնությամբ: Ճառագայթման սպեկտրալ կազմը չի փոխվի։

Ճառագայթման ընդհանուր հոսքը (հզորությունը), էներգիայի բաշխումը ալիքի երկարությունների վրա, ինչպես նաև սպեկտրի սահմանը կարճ ալիքի երկարությունների վրա կախված է հետևյալ երեք պատճառներից. ; ճառագայթման առաջացման մեջ ներգրավված էլեկտրոնների թիվը, այսինքն. խողովակի թելի հոսանքը; Անոդ նյութի Z ատոմային թիվը, որում տեղի է ունենում էլեկտրոնի դանդաղում:

Ռենտգենյան ճառագայթների bremsstrahlung հոսքը հաշվարկվում է բանաձևով ,

Z- նյութի ատոմային թիվը (ատոմային համարը).

Ռենտգենյան խողովակի վրա լարումը մեծացնելով՝ կարելի է նկատել առանձին գծերի (գծային սպեկտր) տեսքը շարունակական bremsstrahlung ռենտգեն ճառագայթման ֆոնի վրա, որը համապատասխանում է բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթմանը։ Այն առաջանում է նյութի ատոմների ներքին թաղանթների միջև էլեկտրոնների անցման ժամանակ (Կ, Լ, Մ թաղանթներ)։ Հատկանշական ճառագայթման սպեկտրի գծային բնույթն առաջանում է այն պատճառով, որ արագացված էլեկտրոնները ներթափանցում են ատոմների խորքերը և էլեկտրոնները դուրս են մղում ատոմից դուրս իրենց ներքին շերտերից: Վերին շերտերից էլեկտրոնները (նկ. 2) շարժվում են դեպի ազատ վայրեր, ինչի արդյունքում ռենտգենյան ֆոտոններն արտանետվում են անցումային էներգիայի մակարդակների տարբերությանը համապատասխան հաճախականությամբ։ Հատկանշական ճառագայթման սպեկտրի գծերը համակցված են շարքերի մեջ, որոնք համապատասխանում են K, L, M մակարդակներում ավելի բարձր մակարդակ ունեցող էլեկտրոնների անցումներին:

Արտաքին ազդեցությունը, որի արդյունքում էլեկտրոնը դուրս է մղվում ներքին շերտերից, պետք է լինի բավականին ուժեղ։ Ի տարբերություն օպտիկական սպեկտրների, տարբեր ատոմների բնորոշ ռենտգենյան սպեկտրները նույն տիպի են։ Այս սպեկտրների միատեսակությունը պայմանավորված է նրանով, որ տարբեր ատոմների ներքին շերտերը նույնական են և տարբերվում են միայն էներգիայով, քանի որ. միջուկից ուժի ազդեցությունը մեծանում է տարրի հերթական թվի մեծացման հետ: Սա հանգեցնում է նրան, որ միջուկային լիցքի աճով բնորոշ սպեկտրները տեղափոխվում են դեպի ավելի բարձր հաճախականություններ: Այս հարաբերությունը հայտնի է որպես Մոզելիի օրենք. , որտեղ A և B հաստատուններ են. Z- տարրի հերթական համարը.

Կա ևս մեկ տարբերություն ռենտգենյան և օպտիկական սպեկտրների միջև: Ատոմի բնորոշ սպեկտրը կախված չէ այն քիմիական միացությունից, որի մեջ ներառված է ատոմը։ Օրինակ, թթվածնի ատոմի ռենտգենյան սպեկտրը նույնն է O, O 2, H 2 O-ի համար, մինչդեռ այս միացությունների օպտիկական սպեկտրները զգալիորեն տարբերվում են: Ատոմների ռենտգենյան սպեկտրների այս հատկանիշը հիմք հանդիսացավ «բնութագիր» անվանման համար։

Հատկանշական ճառագայթումը տեղի է ունենում ամեն անգամ, երբ ատոմի ներքին շերտերում կան ազատ տարածություններ՝ անկախ դրա առաջացման պատճառներից։ Օրինակ, այն ուղեկցում է ռադիոակտիվ քայքայման մի տեսակ, որը ներառում է միջուկի կողմից ներքին շերտից էլեկտրոնի գրավումը։

2. Ռենտգենյան խողովակների և նախակենդանիների դասավորությունը

ռենտգեն մեքենա.

Ռենտգենյան ճառագայթման ամենատարածված աղբյուրը ռենտգենյան խողովակն է՝ երկու էլեկտրոդից բաղկացած վակուումային սարք (նկ. 3): Այն իրենից ներկայացնում է ապակե փուչիկ (p = 10 -6 – 10 -7 մմ ս.ս.) երկու էլեկտրոդներով՝ անոդ A և K կաթոդ, որոնց միջև առաջանում է բարձր լարում։ Տաքացվող կաթոդը (K) արտանետում է էլեկտրոններ։ Անոդ Ա-ն հաճախ անվանում են հակակաթոդ: Այն ունի թեք մակերես, որպեսզի ստացված ռենտգենյան ճառագայթումն ուղղի խողովակի առանցքի անկյան տակ։ Անոդը պատրաստված է լավ ջերմային հաղորդունակությամբ (պղինձ) մետաղից՝ էլեկտրոնների հարվածից առաջացած ջերմությունը հեռացնելու համար։ Անոդի թեքված ծայրում կա բարձր ատոմային թվով հրակայուն մետաղի (վոլֆրամի) թիթեղ 3, որը կոչվում է անոդային հայելի: Որոշ դեպքերում անոդը հատուկ սառեցվում է ջրով կամ յուղով: Ախտորոշիչ խողովակների համար կարևոր է ռենտգենյան աղբյուրի ճշգրտությունը, որին կարելի է հասնել՝ էլեկտրոնները մեկ տեղում կենտրոնացնելով անոդի վրա: Հետևաբար, կառուցողականորեն անհրաժեշտ է հաշվի առնել երկու հակադիր առաջադրանքներ. մի կողմից՝ էլեկտրոնները պետք է ընկնեն անոդի մի տեղ, մյուս կողմից՝ գերտաքացումից խուսափելու համար ցանկալի է էլեկտրոնները բաշխել տարբեր տարածքների վրա։ անոդը. Այդ պատճառով որոշ ռենտգենյան խողովակներ արտադրվում են պտտվող անոդով:

Ցանկացած դիզայնի խողովակում էլեկտրոնները, որոնք արագանում են անոդի և կաթոդի միջև լարման միջոցով, ընկնում են անոդի հայելու վրա և խորը ներթափանցում նյութի մեջ, փոխազդում են ատոմների հետ և արգելակվում են ատոմների դաշտով։ Սա առաջացնում է bremsstrahlung ռենտգեն ճառագայթում: Bremsstrahlung-ի հետ միաժամանակ ձևավորվում է բնորոշ ճառագայթման փոքր քանակություն (մի քանի տոկոս): Անոդին հարվածող էլեկտրոնների միայն 1-2%-ն է առաջացնում bremsstrahlung, իսկ մնացածը ջերմային էֆեկտ է։ Էլեկտրոնները կենտրոնացնելու համար կաթոդն ունի ուղղորդող գլխարկ։ Վոլֆրամի հայելու այն հատվածը, որի վրա ընկնում է էլեկտրոնների հիմնական հոսքը, կոչվում է խողովակի կիզակետ։ Ճառագայթման ճառագայթի լայնությունը կախված է դրա տարածքից (կենտրոնացման հստակությունը):

Խողովակի սնուցման համար պահանջվում է երկու աղբյուր՝ բարձր լարման աղբյուր անոդային շղթայի համար և ցածր (6-8 Վ) աղբյուր՝ շիկացման միացման համար: Երկու աղբյուրներն էլ պետք է ինքնուրույն կարգավորվեն։ Անոդի լարումը փոխելով՝ կարգավորվում է ռենտգենյան ճառագայթման կարծրությունը, իսկ թելիկը փոխելով՝ կարգավորվում է ելքային շղթայի հոսանքը և, համապատասխանաբար, ճառագայթման հզորությունը։

Պարզ ռենտգեն մեքենայի հիմնական էլեկտրական դիագրամը ներկայացված է Նկար 4-ում: Շղթան ունի երկու տրանսֆորմատոր Tr.1 բարձր լարման և Tr.2 շիկացած սնուցման համար: Խողովակի վրա բարձր լարումը կարգավորվում է Tr.3 ավտոտրանսֆորմատորով, որը միացված է Tr.1 տրանսֆորմատորի առաջնային ոլորուն: Անջատիչը K կարգավորում է ավտոտրանսֆորմատորի ոլորման պտույտների քանակը: Այս առումով փոխվում է նաև խողովակի անոդին մատակարարվող տրանսֆորմատորի երկրորդական ոլորման լարումը, այսինքն. կարծրությունը կարգավորելի է:

Խողովակի թելքի հոսանքը կարգավորվում է ռեոստատ R-ով, որը ներառված է տրանսֆորմատորի Tr.2 առաջնային շղթայում: Անոդի շղթայի հոսանքը չափվում է միլիամետրով: Խողովակի էլեկտրոդների վրա կիրառվող լարումը չափվում է կՎ կիլովոլտմետրով, կամ անոդային շղթայում լարումը կարելի է դատել անջատիչի դիրքով, թելիկի հոսանքը, որը կարգավորվում է ռեոստատով, չափվում է A ամպաչափով։ Քննարկվող սխեմայում ռենտգեն խողովակը միաժամանակ ուղղում է բարձր փոփոխական լարումը:

Հեշտ է տեսնել, որ նման խողովակը ճառագայթում է փոփոխական հոսանքի միայն մեկ կես ցիկլով: Հետեւաբար, նրա հզորությունը փոքր կլինի։ Ճառագայթման հզորությունը մեծացնելու համար շատ սարքեր օգտագործում են բարձր լարման լրիվ ալիքային ռենտգեն ուղղիչներ։ Այդ նպատակով օգտագործվում են 4 հատուկ կենոտրոններ, որոնք միացված են կամրջային շղթայում։ Կամրջի մեկ անկյունագծում ներառված է ռենտգենյան խողովակ:

3. Ռենտգենյան ճառագայթների փոխազդեցությունը նյութի հետ

(կոհերենտ ցրում, անհամապատասխան ցրում, ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ):

Երբ ռենտգենյան ճառագայթները ընկնում են մարմնի վրա, այն փոքր քանակությամբ արտացոլվում է դրանից, բայց հիմնականում անցնում է խորը: Մարմնի զանգվածում ճառագայթումը մասամբ կլանում է, մասամբ ցրվում և մասամբ անցնում։ Անցնելով մարմնի միջով՝ ռենտգենյան ֆոտոնները փոխազդում են հիմնականում նյութի ատոմների և մոլեկուլների էլեկտրոնների հետ։ Ռենտգենյան ճառագայթման գրանցումն ու օգտագործումը, ինչպես նաև դրա ազդեցությունը կենսաբանական օբյեկտների վրա որոշվում են ռենտգենյան ֆոտոնի էլեկտրոնների հետ փոխազդեցության առաջնային գործընթացներով։ Կախված E ֆոտոն էներգիայի և A I իոնացման էներգիայի հարաբերակցությունից՝ տեղի են ունենում երեք հիմնական գործընթացներ.

Ա)Համահունչ ցրում.

Երկար ալիքների ռենտգենյան ճառագայթների ցրումը հիմնականում տեղի է ունենում առանց ալիքի երկարության փոփոխության և կոչվում է կոհերենտ: Ֆոտոնի փոխազդեցությունը միջուկի հետ սերտորեն կապված ներքին թաղանթների էլեկտրոնների հետ փոխում է միայն նրա ուղղությունը՝ չփոխելով նրա էներգիան, հետևաբար և ալիքի երկարությունը (նկ. 5):

Կոհերենտ ցրումը տեղի է ունենում, եթե ֆոտոնի էներգիան փոքր է իոնացման էներգիայից՝ 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.

բ)Անհամաձայն ցրում (Կոմպտոնի էֆեկտ):

1922 թվականին Ա.Քոմփթոնը, դիտարկելով կոշտ ռենտգենյան ճառագայթների ցրումը, հայտնաբերեց ցրված փնջի թափանցող հզորության նվազում՝ ընկած ճառագայթի համեմատ։ Ռենտգենյան ճառագայթների ցրումը ալիքի երկարության փոփոխությամբ կոչվում է Կոմպտոնի էֆեկտ։ Այն տեղի է ունենում, երբ ցանկացած էներգիայի ֆոտոն փոխազդում է միջուկի հետ թույլ կապված ատոմների արտաքին թաղանթների էլեկտրոնների հետ (նկ. 6): Էլեկտրոնը հեռացվում է ատոմից (այդպիսի էլեկտրոնները կոչվում են հետադարձ էլեկտրոններ)։ Ֆոտոնի էներգիան նվազում է (ալիքի երկարությունը համապատասխանաբար մեծանում է), փոխվում է նաև նրա շարժման ուղղությունը։ Կոմպտոնի էֆեկտն առաջանում է, եթե ռենտգենյան ֆոտոնի էներգիան ավելի մեծ է, քան իոնացման էներգիան. Այս դեպքում առաջանում են հետադարձ էլեկտրոններ E K կինետիկ էներգիայով Ատոմներն ու մոլեկուլները դառնում են իոններ։ Եթե ​​E K-ն նշանակալի է, ապա էլեկտրոնները կարող են բախման միջոցով իոնացնել հարեւան ատոմները՝ առաջացնելով նոր (երկրորդային) էլեկտրոններ։

V)Ֆոտո էֆեկտ.

Եթե ​​ֆոտոն էներգիան բավարար է էլեկտրոնը անջատելու համար, ապա ատոմի հետ փոխազդեցության ժամանակ ֆոտոնը կլանվում է, և էլեկտրոնը առանձնանում է նրանից։ Այս երեւույթը կոչվում է ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ։ Ատոմը իոնացված է (ֆոտոիոնացում)։ Այս դեպքում էլեկտրոնը ձեռք է բերում կինետիկ էներգիա և, եթե վերջինս նշանակալից է, այն կարող է բախման միջոցով իոնացնել հարևան ատոմները՝ ձևավորելով նոր (երկրորդային) էլեկտրոններ։ Եթե ​​ֆոտոնների էներգիան անբավարար է իոնացման համար, ապա ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը կարող է դրսևորվել ատոմի կամ մոլեկուլի գրգռման մեջ։ Որոշ նյութերում դա հանգեցնում է տեսանելի հատվածում ֆոտոնների հետագա արտանետմանը (ռենտգենյան լուսարձակում), իսկ հյուսվածքներում՝ մոլեկուլների և ֆոտոքիմիական ռեակցիաների ակտիվացմանը:

Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը բնորոշ է 0,5-1 ՄէՎ կարգի էներգիա ունեցող ֆոտոններին։

Վերևում քննարկված երեք հիմնական փոխազդեցության գործընթացները առաջնային են, դրանք հանգեցնում են հետագա երկրորդական, երրորդական և այլն: երեւույթներ. Երբ ռենտգենյան ճառագայթները մտնում են նյութ, մի շարք գործընթացներ կարող են տեղի ունենալ մինչև ռենտգենյան ֆոտոնի էներգիան վերածվել ջերմային շարժման էներգիայի:

Վերոնշյալ գործընթացների արդյունքում ռենտգենյան ճառագայթման առաջնային հոսքը թուլանում է։ Այս գործընթացը ենթարկվում է Բուգեի օրենքին։ Գրենք այն տեսքով՝ Ф = Ф 0 e - mх, որտեղ m-ը գծային թուլացման գործակիցն է՝ կախված նյութի բնույթից (հիմնականում խտությունից և ատոմային թվից) և ճառագայթման ալիքի երկարությունից (ֆոտոնի էներգիա) . Այն կարող է ներկայացվել որպես բաղկացած երեք տերմիններից, որոնք համապատասխանում են համահունչ ցրմանը, անհամապատասխան ցրմանը և ֆոտոէլեկտրական էֆեկտին. .

Քանի որ գծային կլանման գործակիցը կախված է նյութի խտությունից, նրանք նախընտրում են օգտագործել զանգվածի թուլացման գործակիցը, որը հավասար է գծային թուլացման գործակցի հարաբերակցությանը կլանողի խտությանը և կախված չէ նյութի խտությունից։ Ռենտգենյան հոսքի (ինտենսիվության) կախվածությունը կլանող ֆիլտրի հաստությունից ներկայացված է Նկ. 7-ում H 2 O, Al և Cu-ի համար: Հաշվարկները ցույց են տալիս, որ 36 մմ հաստությամբ ջրի, 15 մմ ալյումինի և 1,6 մմ պղնձի շերտը 2 անգամ նվազեցնում է ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվությունը։ Այս հաստությունը կոչվում է կիսաշերտի հաստություն d. Եթե ​​նյութը կիսով չափ թուլացնում է ռենտգենյան ճառագայթումը, ապա , Հետո , կամ , ; ; . Իմանալով կիսաշերտի հաստությունը՝ միշտ կարող եք որոշել մ. Չափս.

4. Ռենտգենյան ճառագայթների օգտագործումը բժշկության մեջ

(ֆտորոգրաֆիա, ռադիոգրաֆիա, ռենտգեն տոմոգրաֆիա, ֆտորոգրաֆիա, ռադիոթերապիա):

Բժշկության մեջ ռենտգեն ճառագայթման ամենատարածված կիրառություններից է ներքին օրգանների հետազոտությունը ախտորոշման նպատակով՝ ռենտգեն ախտորոշումը։

Ախտորոշման համար օգտագործվում են 60-120 կՎ էներգիա ունեցող ֆոտոններ։ Այս դեպքում զանգվածի կլանման գործակիցը որոշվում է հիմնականում ֆոտոէլեկտրական էֆեկտով։ Դրա արժեքը համաչափ է l 3-ին (որն արտահայտում է կոշտ ճառագայթման բարձր թափանցող ունակությունը) և համամասնական նյութի՝ կլանիչի ատոմների թվի երրորդ հզորությանը, որտեղ K-ն համաչափության գործակիցն է։

Մարդու մարմինը բաղկացած է հյուսվածքներից և օրգաններից, որոնք ունեն ռենտգենյան ճառագայթման տարբեր կլանման ունակություններ: Հետեւաբար, երբ այն լուսավորվում է ռենտգենյան ճառագայթներով, էկրանին ստացվում է ոչ միատեսակ ստվերային պատկեր, որը պատկերում է ներքին օրգանների ու հյուսվածքների գտնվելու վայրը։ Ճառագայթումը կլանող ամենախիտ հյուսվածքները (սիրտ, խոշոր անոթներ, ոսկորներ) տեսանելի են մուգ գույնի, իսկ ամենաքիչ ներծծող հյուսվածքները (թոքերը) բաց են։

Շատ դեպքերում կարելի է դատել նրանց նորմալ կամ պաթոլոգիական վիճակի մասին։ Ռենտգեն ախտորոշումը օգտագործում է երկու հիմնական մեթոդ՝ ֆտորոգրաֆիա (փոխանցում) և ռադիոգրաֆիա (պատկեր): Եթե ​​հետազոտվող օրգանը և նրան շրջապատող հյուսվածքները մոտավորապես հավասարապես կլանում են ռենտգենյան հոսքը, ապա օգտագործվում են հատուկ կոնտրաստային նյութեր։ Օրինակ՝ ստամոքսի կամ աղիների ռենտգեն հետազոտության նախօրեին բարիումի սուլֆատի շիլային զանգված է տրվում, այս դեպքում կարելի է տեսնել դրանց ստվերային պատկերը։ Ֆտորոգրաֆիայի և ռադիոգրաֆիայի մեջ ռենտգեն պատկերը առարկայի ամբողջ հաստության ամփոփ պատկերն է, որով անցնում են ռենտգենյան ճառագայթները: Այն մանրամասները, որոնք ամենամոտն են էկրանին կամ ֆիլմին, առավել հստակ են ուրվագծվում, մինչդեռ հեռավորները դառնում են մշուշոտ և մշուշոտ: Եթե ​​ինչ-որ օրգանում կա պաթոլոգիկորեն փոփոխված տարածք, օրինակ՝ թոքերի հյուսվածքի քայքայումը բորբոքման մեծ օջախի ներսում, ապա որոշ դեպքերում այդ հատվածը կարող է «կորչել» ռադիոգրաֆիայի վրա՝ ստվերների հանրագումարով: Այն տեսանելի դարձնելու համար օգտագործվում է հատուկ մեթոդ՝ տոմոգրաֆիա (շերտ առ շերտ ձայնագրում), որը թույլ է տալիս ստանալ ուսումնասիրվող տարածքի առանձին շերտերի պատկերներ։ Այս տեսակի շերտ առ շերտ պատկերներ-տոմոգրամները ստացվում են հատուկ սարքի միջոցով, որը կոչվում է տոմոգրաֆ, որտեղ ռենտգենյան խողովակը (RT) և լուսանկարչական թաղանթը (FP) պարբերաբար տեղափոխվում են միասին, հակափուլով, համեմատած տարածքի հետ: ուսումնասիրություն. Այս դեպքում RT-ի ցանկացած դիրքում ռենտգենյան ճառագայթները կանցնեն օբյեկտի նույն կետով (փոփոխված տարածք), որն այն կենտրոնն է, որի նկատմամբ RT-ն և FP-ն պարբերաբար շարժվում են: Տարածքի ստվերային պատկերը կնկարահանվի ֆիլմի վրա: «Ճոճվող կենտրոնի» դիրքը փոխելով՝ հնարավոր է ստանալ օբյեկտի շերտավոր պատկերներ։ Օգտագործելով ռենտգենյան ճառագայթների բարակ ճառագայթը, հատուկ էկրանը (Fp-ի փոխարեն), որը բաղկացած է իոնացնող ճառագայթման կիսահաղորդչային դետեկտորներից, հնարավոր է պատկերը մշակել տոմոգրաֆիայի ժամանակ՝ օգտագործելով համակարգիչ։ Տոմոգրաֆիայի այս ժամանակակից տարբերակը կոչվում է համակարգչային տոմոգրաֆիա: Տոմոգրաֆիան լայնորեն կիրառվում է թոքերի, երիկամների, լեղապարկի, ստամոքսի, ոսկորների և այլնի ուսումնասիրության մեջ։

Էկրանի վրա պատկերի պայծառությունը և ֆիլմի ազդեցության ժամանակը կախված են ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվությունից: Ախտորոշման համար օգտագործելիս ինտենսիվությունը չի կարող բարձր լինել՝ անցանկալի կենսաբանական ազդեցություն չառաջացնելու համար։ Հետեւաբար, կան մի շարք տեխնիկական սարքեր, որոնք բարելավում են պատկերի պայծառությունը ցածր ռենտգենյան ինտենսիվության դեպքում: Այդպիսի սարքերից է էլեկտրոն-օպտիկական փոխարկիչը:

Մեկ այլ օրինակ է ֆտորոգրաֆիան, որտեղ ռենտգենյան մեծ լուսարձակող էկրանից պատկեր է ստացվում զգայուն փոքր ֆորմատի թաղանթի վրա: Նկարելիս օգտագործվում է բարձր բացվածքով ոսպնյակ, իսկ պատրաստի պատկերները հետազոտվում են հատուկ խոշորացույցի միջոցով։

Ֆտորոգրաֆիան միավորում է թաքնված հիվանդությունները (կրծքավանդակի օրգանների հիվանդություններ, ստամոքս-աղիքային տրակտ, պարանազալ սինուսներ և այլն) զգալի թողունակությամբ հայտնաբերելու ավելի մեծ կարողություն և, հետևաբար, զանգվածային (ներկառուցված) հետազոտության շատ արդյունավետ մեթոդ է:

Քանի որ ֆտորոգրաֆիայի ընթացքում ռենտգենյան պատկերը լուսանկարելը կատարվում է լուսանկարչական օպտիկայի միջոցով, ֆտորոգրամի վրա պատկերը ռենտգենի համեմատ կրճատվում է: Այս առումով, ֆտորոգրամի լուծույթը (այսինքն՝ փոքր մանրամասների բացահայտումը) ավելի քիչ է, քան սովորական ռադիոգրաֆիան, սակայն այն ավելի մեծ է, քան ֆտորոգրաֆիայի դեպքում:

Նախագծվել է սարք՝ տոմոֆտորոգրաֆ, որը հնարավորություն է տալիս տվյալ խորության վրա ստանալ մարմնի մասերի և առանձին օրգանների ֆտորոգրամներ՝ այսպես կոչված շերտ առ շերտ պատկերներ (շերտեր)՝ տոմոֆտորոգրամներ։

Ռենտգեն ճառագայթումը օգտագործվում է նաև թերապևտիկ նպատակներով (ռենտգենաբուժություն): Ճառագայթման կենսաբանական ազդեցությունը բջիջների, հատկապես արագ զարգացող բջիջների կենսագործունեության խախտումն է։ Այս առումով ռենտգեն թերապիան օգտագործվում է չարորակ ուռուցքների բուժման համար: Հնարավոր է ընտրել ճառագայթման չափաբաժին, որը բավարար է ուռուցքն ամբողջությամբ ոչնչացնելու համար՝ հարակից առողջ հյուսվածքի համեմատաբար փոքր վնասով, որը վերականգնվում է հետագա վերականգնման շնորհիվ:

Ինտենսիվացնել- ռենտգենյան ճառագայթման քանակական բնութագիրը, որն արտահայտվում է խողովակի արձակած ճառագայթների քանակով մեկ միավոր ժամանակում: Ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվությունը չափվում է միլիամպերով: Համեմատելով այն սովորական շիկացած լամպի տեսանելի լույսի ինտենսիվության հետ՝ մենք կարող ենք անալոգիա անել. օրինակ՝ 20 վտ հզորությամբ լամպը կփայլի մեկ ինտենսիվությամբ կամ ուժով, իսկ 200 վտ հզորությամբ լամպը կփայլի մյուսի հետ, մինչդեռ լույսի որակը (դրա սպեկտրը) նույնն է: Ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվությունը, ըստ էության, դրա քանակն է: Յուրաքանչյուր էլեկտրոն անոդի վրա ստեղծում է մեկ կամ մի քանի ճառագայթային քվանտա, հետևաբար, ռենտգենյան ճառագայթների քանակը կարգավորվում է օբյեկտի ազդեցության ժամանակ՝ փոխելով դեպի անոդ հակված էլեկտրոնների քանակը և վոլֆրամի թիրախի ատոմների հետ էլեկտրոնների փոխազդեցությունների քանակը։ , որը կարող է իրականացվել երկու եղանակով.

1. Կաթոդի պարույրի շիկացման աստիճանը փոխելով իջնող տրանսֆորմատորի միջոցով (արտանետման ժամանակ առաջացած էլեկտրոնների թիվը կախված կլինի նրանից, թե որքան տաք է վոլֆրամի պարույրը, իսկ ճառագայթման քվանտների թիվը՝ էլեկտրոնների քանակից) ;

2. Խողովակի բևեռներին՝ կաթոդին և անոդին, փոխելով բարձր լարման արժեքը, որը մատակարարվում է բարձր լարման տրանսֆորմատորով, էլեկտրոնները ստանում են կինետիկ էներգիա. , որոնք իրենց էներգիայի շնորհիվ կարող են հերթով փոխազդել անոդ նյութի մի քանի ատոմների հետ - տե՛ս. բրինձ. 5; ցածր էներգիա ունեցող էլեկտրոնները կկարողանան ավելի քիչ փոխազդեցությունների մեջ մտնել):

Ռենտգենյան ճառագայթների ինտենսիվությունը (անոդային հոսանքը) բազմապատկված ազդեցության ժամանակով (խողովակի շահագործման ժամանակով) համապատասխանում է ռենտգենյան ճառագայթմանը, որը չափվում է mAs-ով (միլիամպեր/վրկ): Էքսպոզիցիան պարամետր է, որը, ինչպես ինտենսիվությունը, բնութագրում է ռենտգենյան խողովակի արձակած ճառագայթների քանակը: Միակ տարբերությունն այն է, որ բացահայտումը հաշվի է առնում նաև խողովակի շահագործման ժամանակը (օրինակ, եթե խողովակը աշխատում է 0,01 վայրկյան, ապա ճառագայթների թիվը կլինի մեկ, իսկ եթե 0,02 վայրկյան, ապա ճառագայթների թիվը կլինի. տարբեր - երկու անգամ ավելի): Ճառագայթման ազդեցությունը սահմանվում է ռադիոլոգի կողմից ռենտգեն սարքի կառավարման վահանակի վրա՝ կախված հետազոտության տեսակից, հետազոտվող օբյեկտի չափից և ախտորոշիչ առաջադրանքից:

Կոշտություն- ռենտգենյան ճառագայթման որակական բնութագրերը. Այն չափվում է խողովակի վրա բարձր լարման մեծությամբ՝ կիլովոլտներով: Որոշում է ռենտգենյան ճառագայթների թափանցող ուժը. Այն կարգավորվում է բարձր լարման միջոցով, որը մատակարարվում է ռենտգենյան խողովակին բարձրացող տրանսֆորմատորով: Որքան մեծ է պոտենցիալ տարբերությունը ստեղծվում է խողովակի էլեկտրոդների միջով, այնքան ավելի մեծ ուժ են էլեկտրոնները դուրս մղվում կաթոդից և շտապում դեպի անոդ, և այնքան ուժեղ է նրանց բախումը անոդի հետ: Որքան ուժեղ է նրանց բախումը, այնքան ավելի կարճ է ստացվող ռենտգենյան ճառագայթման ալիքի երկարությունը և այնքան բարձր է այս ալիքի ներթափանցման ունակությունը (կամ ճառագայթման կարծրությունը, որը, ինչպես ինտենսիվությունը, կարգավորվում է կառավարման վահանակի վրա լարման պարամետրով. խողովակ - կիլովոլտ):

Բրինձ. 7 - Ալիքի երկարության կախվածությունը ալիքի էներգիայից.

λ - ալիքի երկարություն;
E - ալիքային էներգիա

· Որքան մեծ է շարժվող էլեկտրոնների կինետիկ էներգիան, այնքան ավելի ուժեղ է դրանց ազդեցությունը անոդի վրա և այնքան կարճ է ստացված ռենտգենյան ճառագայթման ալիքի երկարությունը։ Երկար ալիքի երկարությամբ և ցածր թափանցող հզորությամբ ռենտգենյան ճառագայթումը կոչվում է «փափուկ», իսկ ռենտգենյան ճառագայթումը կարճ ալիքի երկարությամբ և բարձր թափանցող հզորությամբ՝ «կոշտ»:

Բրինձ. 8 - Ռենտգենյան խողովակի վրա լարման և ստացված ռենտգենյան ճառագայթման ալիքի երկարության հարաբերությունը.

· Որքան բարձր է լարումը խողովակի բևեռներին, այնքան ավելի ուժեղ է պոտենցիալ տարբերությունը դրանց վրա, հետևաբար, շարժվող էլեկտրոնների կինետիկ էներգիան ավելի մեծ կլինի: Խողովակի վրա լարումը որոշում է էլեկտրոնների արագությունը և անոդ նյութի հետ նրանց բախման ուժը, հետևաբար, լարումը որոշում է ստացված ռենտգենյան ճառագայթման ալիքի երկարությունը: