რენტგენის ზემოქმედება ადამიანებზე. რენტგენის სხივების ურთიერთქმედება მატერიასთან რენტგენის სიმძლავრესთან

რენტგენის სხივები არის ელექტრომაგნიტური ტალღები, რომელთა ტალღის სიგრძე დაახლოებით 80-დან 10-5 ნმ-მდეა. ყველაზე გრძელი ტალღის სიგრძის რენტგენის გამოსხივება დაფარულია მოკლე ტალღის სიგრძის ულტრაიისფერი გამოსხივებით, მოკლე ტალღის სიგრძეზე - გრძელი ტალღის γ-გამოსხივებით. აგზნების მეთოდის მიხედვით, რენტგენის გამოსხივება იყოფა bremsstrahlung და დამახასიათებელ.

31.1. რენტგენის მილის მოწყობილობა. Bremsstrahlung X-RAY

რენტგენის სხივების ყველაზე გავრცელებული წყაროა რენტგენის მილი, რომელიც წარმოადგენს ორ ელექტროდიანი ვაკუუმ მოწყობილობას (ნახ. 31.1). გაცხელებული კათოდი 1 გამოყოფს ელექტრონებს 4. ანოდი 2, რომელსაც ხშირად ანტიკათოდს უწოდებენ, აქვს დახრილი ზედაპირი, რათა მართოს მიღებული რენტგენის სხივები. 3 მილის ღერძის კუთხით. ანოდი დამზადებულია მაღალი სითბოგამტარი მასალისგან, რათა ამოიღოს ელექტრონების ზემოქმედებით წარმოქმნილი სითბო. ანოდის ზედაპირი დამზადებულია ცეცხლგამძლე მასალებისგან, რომლებსაც აქვთ დიდი ატომური რიცხვი პერიოდულ სისტემაში, როგორიცაა ვოლფრამი. ზოგიერთ შემთხვევაში, ანოდი სპეციალურად გაცივებულია წყლით ან ზეთით.

დიაგნოსტიკური მილებისთვის მნიშვნელოვანია რენტგენის წყაროს სიზუსტე, რაც შეიძლება მიღწეული იყოს ელექტრონების ფოკუსირებით ანტიკათოდის ერთ ადგილას. ამიტომ, კონსტრუქციულად, გასათვალისწინებელია ორი საპირისპირო ამოცანა: ერთის მხრივ, ელექტრონები უნდა დაეცეს ანოდის ერთ ადგილზე, მეორეს მხრივ, გადახურების თავიდან ასაცილებლად, სასურველია ელექტრონების განაწილება სხვადასხვა ნაწილზე. ანოდი. ერთ-ერთი საინტერესო ტექნიკური გამოსავალია რენტგენის მილი მბრუნავი ანოდით (სურ. 31.2).

ატომის ბირთვის ელექტროსტატიკური ველის და ანტიკათოდის ნივთიერების ატომური ელექტრონების მიერ ელექტრონის (ან სხვა დამუხტული ნაწილაკების) შენელების შედეგად, ბრემსტრაჰლუნგის გამოსხივება.

მისი მექანიზმი შეიძლება აიხსნას შემდეგნაირად. მოძრავი ელექტრული მუხტი დაკავშირებულია მაგნიტურ ველთან, რომლის ინდუქცია დამოკიდებულია ელექტრონის სიჩქარეზე. დამუხრუჭებისას მაგნიტური

ინდუქცია და მაქსველის თეორიის შესაბამისად ჩნდება ელექტრომაგნიტური ტალღა.

როდესაც ელექტრონები ნელდება, ენერგიის მხოლოდ ნაწილი მიდის რენტგენის ფოტონის შესაქმნელად, მეორე ნაწილი იხარჯება ანოდის გათბობაზე. ვინაიდან ამ ნაწილებს შორის თანაფარდობა შემთხვევითია, როდესაც ელექტრონების დიდი რაოდენობა ნელდება, იქმნება რენტგენის გამოსხივების უწყვეტი სპექტრი. ამასთან დაკავშირებით, bremsstrahlung-ს ასევე უწოდებენ უწყვეტს. ნახ. 31.3 გვიჩვენებს რენტგენის ნაკადის დამოკიდებულებას ტალღის სიგრძეზე λ (სპექტრები) რენტგენის მილში სხვადასხვა ძაბვაზე: U 1< U 2 < U 3 .

თითოეულ სპექტრში, ყველაზე მოკლე ტალღის სიგრძე bremsstrahlung λ ηίη წარმოიქმნება, როდესაც ელექტრონის მიერ აჩქარებულ ველში მიღებული ენერგია მთლიანად გარდაიქმნება ფოტონის ენერგიად:

გაითვალისწინეთ, რომ (31.2) საფუძველზე შემუშავებულია პლანკის მუდმივის ექსპერიმენტული განსაზღვრის ერთ-ერთი ყველაზე ზუსტი მეთოდი.

მოკლე ტალღის სიგრძის რენტგენის სხივებს, როგორც წესი, აქვთ უფრო დიდი შეღწევის ძალა, ვიდრე გრძელტალღურს და ე.წ. მძიმე,და გრძელი ტალღა რბილი.

რენტგენის მილზე ძაბვის გაზრდით, რადიაციის სპექტრული შემადგენლობა იცვლება, როგორც ჩანს ნახ. 31.3 და ფორმულები (31.3) და გაზრდის სიმტკიცეს.

თუ კათოდური ძაფის ტემპერატურა გაიზარდა, მაშინ ელექტრონის ემისია და დენი გაიზრდება მილში. ეს გაზრდის რენტგენის ფოტონების რაოდენობას, რომლებიც ასხივებენ ყოველ წამს. მისი სპექტრული შემადგენლობა არ შეიცვლება. ნახ. 31.4 გვიჩვენებს რენტგენის bremsstrahlung სპექტრებს იმავე ძაბვაზე, მაგრამ სხვადასხვა კათოდური ძაფის დენებით: / n1< / н2 .

რენტგენის ნაკადი გამოითვლება ფორმულით:

სად უდა ᲛᲔ-ძაბვა და დენი რენტგენის მილში; ზ- ანოდური ნივთიერების ატომის სერიული ნომერი; კ- პროპორციულობის კოეფიციენტი. სპექტრები მიღებული სხვადასხვა ანტიკათოდებიდან ერთდროულად უდა I H ნაჩვენებია ნახ. 31.5.

31.2. დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივება. ატომური რენტგენის სპექტრი

რენტგენის მილზე ძაბვის გაზრდით, შეიძლება შეამჩნიოთ ხაზის გამოჩენა, რომელიც შეესაბამება

დამახასიათებელი რენტგენი(სურ. 31.6). ის წარმოიქმნება იმის გამო, რომ აჩქარებული ელექტრონები ღრმად აღწევენ ატომში და არღვევენ ელექტრონებს შიდა ფენებიდან. ელექტრონები ზედა დონეებიდან თავისუფალ ადგილებზე გადადიან (სურ. 31.7), რის შედეგადაც გამოიყოფა დამახასიათებელი გამოსხივების ფოტონები. როგორც ნახატიდან ჩანს, დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივება შედგება სერიებისგან კ, ლ, მდა ა.შ., რომელთა სახელწოდება ემსახურებოდა ელექტრონული ფენების აღნიშვნას. ვინაიდან K-სერიის ემისია ათავისუფლებს სივრცეს უფრო მაღალ ფენებში, სხვა სერიების ხაზები ერთდროულად გამოიყოფა.

ოპტიკური სპექტრისგან განსხვავებით, სხვადასხვა ატომების დამახასიათებელი რენტგენის სპექტრები ერთი და იგივე ტიპისაა. ნახ. 31.8 გვიჩვენებს სხვადასხვა ელემენტების სპექტრებს. ამ სპექტრების ერთგვაროვნება განპირობებულია იმით, რომ სხვადასხვა ატომების შიდა ფენები ერთნაირია და განსხვავდება მხოლოდ ენერგიულად, ვინაიდან ბირთვიდან ძალის ეფექტი იზრდება ელემენტის ატომური რიცხვის მატებასთან ერთად. ეს გარემოება იწვევს იმ ფაქტს, რომ დამახასიათებელი სპექტრები გადადის უფრო მაღალი სიხშირეებისკენ ბირთვული მუხტის გაზრდით. ეს ნიმუში ჩანს ნახ. 31.8 და ცნობილია როგორც მოსლის კანონი:

სად v-სპექტრული ხაზის სიხშირე; Z-ემიტირებული ელემენტის ატომური ნომერი; ადა IN- მუდმივი.

არსებობს კიდევ ერთი განსხვავება ოპტიკურ და რენტგენის სპექტრებს შორის.

ატომის დამახასიათებელი რენტგენის სპექტრი არ არის დამოკიდებული ქიმიურ ნაერთზე, რომელშიც შედის ეს ატომი. მაგალითად, ჟანგბადის ატომის რენტგენის სპექტრი ერთნაირია O, O 2 და H 2 O-სთვის, ხოლო ამ ნაერთების ოპტიკური სპექტრები მნიშვნელოვნად განსხვავდება. ატომის რენტგენის სპექტრის ეს თვისება იყო სახელის საფუძველი დამახასიათებელი.

დამახასიათებელი გამოსხივება ყოველთვის ხდება მაშინ, როდესაც ატომის შიდა ფენებში თავისუფალი სივრცეა, მიუხედავად მისი გამომწვევი მიზეზისა. ასე, მაგალითად, დამახასიათებელი გამოსხივება თან ახლავს რადიოაქტიური დაშლის ერთ-ერთ სახეობას (იხ. 32.1), რომელიც შედგება ბირთვის მიერ შიდა ფენიდან ელექტრონის დაჭერაში.

31.3. რენტგენის გამოსხივების ურთიერთქმედება ნივთიერებასთან

რენტგენის გამოსხივების რეგისტრაცია და გამოყენება, ისევე როგორც მისი გავლენა ბიოლოგიურ ობიექტებზე, განისაზღვრება რენტგენის ფოტონის ატომების ელექტრონებთან და ნივთიერების მოლეკულებთან ურთიერთქმედების პირველადი პროცესებით.

ენერგიის თანაფარდობიდან გამომდინარე hvფოტონი და იონიზაციის ენერგია 1 A და არსებობს სამი ძირითადი პროცესი.

თანმიმდევრული (კლასიკური) გაფანტვა

გრძელი ტალღის რენტგენის სხივების გაფანტვა ძირითადად ხდება ტალღის სიგრძის ცვლილების გარეშე და ე.წ. თანმიმდევრული.ეს ხდება იმ შემთხვევაში, თუ ფოტონის ენერგია ნაკლებია იონიზაციის ენერგიაზე: hv< ა და.

ვინაიდან ამ შემთხვევაში რენტგენის ფოტონისა და ატომის ენერგია არ იცვლება, თანმიმდევრული გაფანტვა თავისთავად არ იწვევს ბიოლოგიურ ეფექტს. ამასთან, რენტგენის გამოსხივებისგან დაცვის შექმნისას მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული პირველადი სხივის მიმართულების შეცვლის შესაძლებლობა. ამგვარი ურთიერთქმედება მნიშვნელოვანია რენტგენის დიფრაქციული ანალიზისთვის (იხ. 24.7).

არათანმიმდევრული გაფანტვა (კომპტონის ეფექტი)

1922 წელს ა.ხ. კომპტონმა, დააკვირდა მძიმე რენტგენის სხივების გაფანტვას, აღმოაჩინა გაფანტული სხივის შეღწევადობის დაქვეითება მოხვედრილ სხივთან შედარებით. ეს ნიშნავდა, რომ გაფანტული რენტგენის ტალღის სიგრძე უფრო დიდი იყო, ვიდრე ინციდენტის რენტგენის სხივები. რენტგენის სხივების გაფანტვას ტალღის სიგრძის ცვლილებით ეწოდება არათანმიმდევრული nym და თავად ფენომენი - კომპტონის ეფექტი.ეს ხდება, თუ რენტგენის ფოტონის ენერგია მეტია იონიზაციის ენერგიაზე: hv > A და.

ეს ფენომენი განპირობებულია იმით, რომ ატომთან ურთიერთობისას ენერგია hvფოტონი იხარჯება ენერგიით ახალი გაფანტული რენტგენის ფოტონის წარმოებაზე hv",ელექტრონის გამოყოფა ატომიდან (იონიზაციის ენერგია A u) და ელექტრონს კინეტიკური ენერგიის მინიჭება E-მდე:

hv \u003d hv " + A და + E k.(31.6)

1 აქ იონიზაციის ენერგია გაგებულია, როგორც ენერგია, რომელიც საჭიროა ატომიდან ან მოლეკულიდან შიდა ელექტრონების მოსაშორებლად.

ვინაიდან ხშირ შემთხვევაში hv>> A და და კომპტონის ეფექტი ხდება თავისუფალ ელექტრონებზე, მაშინ შეგვიძლია დავწეროთ დაახლოებით:

hv = hv"+ E K.(31.7)

მნიშვნელოვანია, რომ ამ ფენომენში (ნახ. 31.9), მეორადი რენტგენის გამოსხივებასთან ერთად (ენერგია hvფოტონი) ჩნდება უკუცემის ელექტრონები (კინეტიკური ენერგია E-მდეელექტრონი). შემდეგ ატომები ან მოლეკულები იონებად იქცევა.

ფოტოელექტრული ეფექტი

ფოტოელექტრული ეფექტის დროს რენტგენის გამოსხივება შეიწოვება ატომის მიერ, რის შედეგადაც ელექტრონი გაფრინდება, ხოლო ატომი იონიზებულია (ფოტოიონიზაცია).

ზემოთ განხილული სამი ძირითადი ურთიერთქმედების პროცესი არის პირველადი, ისინი იწვევს შემდგომ მეორად, მესამეულს და ა.შ. ფენომენებს. მაგალითად, იონიზებულ ატომებს შეუძლიათ გამოაქვეყნონ დამახასიათებელი სპექტრი, აღგზნებული ატომები შეიძლება გახდეს ხილული სინათლის წყარო (რენტგენის ლუმინესცენცია) და ა.შ.

ნახ. 31.10 არის შესაძლო პროცესების დიაგრამა, რომელიც ხდება რენტგენის გამოსხივების ნივთიერების შეღწევისას. რენტგენის ფოტონის ენერგია მოლეკულური თერმული მოძრაობის ენერგიად გარდაიქმნებამდე შეიძლება მოხდეს რამდენიმე ათეული პროცესის მსგავსი, რაც ნაჩვენებია. შედეგად, იქნება ცვლილებები ნივთიერების მოლეკულურ შემადგენლობაში.

პროცესები, რომლებიც წარმოდგენილია დიაგრამაზე ნახ. 31.10, საფუძვლად უდევს მატერიაზე რენტგენის სხივების მოქმედებით დაფიქსირებულ მოვლენებს. ჩამოვთვალოთ რამდენიმე მათგანი.

რენტგენის ლუმინესცენცია- რენტგენის დასხივების ქვეშ მთელი რიგი ნივთიერებების სიკაშკაშე. პლატინა-ციანოგენური ბარიუმის ასეთმა ბზინვარებამ რენტგენს საშუალება მისცა აღმოეჩინა სხივები. ეს ფენომენი გამოიყენება სპეციალური მანათობელი ეკრანების შესაქმნელად რენტგენის სხივების ვიზუალური დაკვირვების მიზნით, ზოგჯერ ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე რენტგენის მოქმედების გასაძლიერებლად.

ცნობილია რენტგენის გამოსხივების ქიმიური მოქმედება, მაგალითად, წყალში წყალბადის ზეჟანგის წარმოქმნა. პრაქტიკულად მნიშვნელოვანი მაგალითია ეფექტი ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე, რაც შესაძლებელს ხდის ასეთი სხივების აღმოჩენას.

მაიონებელი ეფექტი გამოიხატება ელექტრული გამტარობის მატებაში რენტგენის სხივების გავლენის ქვეშ. ეს ქონება გამოიყენება

დოზიმეტრიაში ამ ტიპის გამოსხივების ეფექტის რაოდენობრივი დასადგენად.

მრავალი პროცესის შედეგად პირველადი რენტგენის სხივი სუსტდება კანონის შესაბამისად (29.3). მოდით დავწეროთ ის ფორმით:

I = I0 e-/", (31.8)

სად μ - ხაზოვანი შესუსტების კოეფიციენტი. ის შეიძლება წარმოდგენილი იყოს სამი ტერმინისგან, რომლებიც შეესაბამება თანმიმდევრულ გაფანტვას μ κ, არათანმიმდევრულ μ ΗΚ და ფოტოეფექტს μ. ვ:

μ = μ k + μ hk + μ f. (31.9)

რენტგენის გამოსხივების ინტენსივობა სუსტდება იმ ნივთიერების ატომების რაოდენობის პროპორციულად, რომლითაც ეს ნაკადი გადის. თუ მატერიას შევკუმშავთ ღერძის გასწვრივ x,მაგალითად, in ბჯერ გაზრდით ბჯერ მისი სიმკვრივე, მაშინ

31.4. რენტგენის გამოსხივების გამოყენების ფიზიკური საფუძვლები მედიცინაში

რენტგენის სხივების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი სამედიცინო გამოყენება არის შინაგანი ორგანოების ტრანსილუმინაცია დიაგნოსტიკური მიზნებისათვის. (რენტგენის დიაგნოსტიკა).

დიაგნოსტიკისთვის გამოიყენება დაახლოებით 60-120 კევ ენერგიის მქონე ფოტონები. ამ ენერგიაზე მასის გადაშენების კოეფიციენტი ძირითადად განისაზღვრება ფოტოელექტრული ეფექტით. მისი მნიშვნელობა უკუპროპორციულია ფოტონის ენერგიის მესამე სიმძლავრის (λ 3-ის პროპორციული), რომელიც გამოხატავს მძიმე გამოსხივების დიდ შეღწევადობას და შთამნთქმელი ნივთიერების ატომური რიცხვის მესამე სიმძლავრის პროპორციულია:

სხვადასხვა ქსოვილების მიერ რენტგენის გამოსხივების შთანთქმაში მნიშვნელოვანი განსხვავება საშუალებას გაძლევთ ნახოთ ადამიანის სხეულის შინაგანი ორგანოების გამოსახულებები ჩრდილის პროექციაში.

რენტგენის დიაგნოსტიკა გამოიყენება ორი ვერსიით: ფლუოროსკოპია სურათი ჩანს რენტგენის ლუმინესცენტურ ეკრანზე, რადიოგრაფია - გამოსახულება ფიქსირდება ფილმზე.

თუ შესასწავლი ორგანო და მიმდებარე ქსოვილები ასუსტებენ რენტგენის სხივებს დაახლოებით თანაბრად, მაშინ გამოიყენება სპეციალური კონტრასტული აგენტები. ასე, მაგალითად, კუჭისა და ნაწლავების შევსება ბარიუმის სულფატის დაფქული მასით, შეიძლება დაინახოს მათი ჩრდილის გამოსახულება.

ეკრანზე გამოსახულების სიკაშკაშე და ფილმზე ექსპოზიციის დრო დამოკიდებულია რენტგენის სხივების ინტენსივობაზე. თუ იგი გამოიყენება დიაგნოსტიკისთვის, მაშინ ინტენსივობა არ შეიძლება იყოს მაღალი, რათა არ გამოიწვიოს არასასურველი ბიოლოგიური შედეგები. აქედან გამომდინარე, არსებობს მრავალი ტექნიკური მოწყობილობა, რომელიც აუმჯობესებს გამოსახულებას დაბალი რენტგენის ინტენსივობით. ასეთი მოწყობილობის მაგალითია გამაძლიერებელი მილები (იხ. 27.8). მოსახლეობის მასობრივი გამოკვლევისას ფართოდ გამოიყენება რენტგენოგრაფიის ვარიანტი - ფლუოროგრაფია, რომლის დროსაც რენტგენის დიდი ლუმინესცენტური ეკრანის გამოსახულება ჩაწერილია მგრძნობიარე მცირე ფორმატის ფილაზე. გადაღებისას გამოიყენება დიდი დიაფრაგმის ლინზა, მზა ნახატები განიხილება სპეციალურ გამადიდებელზე.

რენტგენოგრაფიის საინტერესო და პერსპექტიული ვარიანტია მეთოდი ე.წ რენტგენის ტომოგრაფია, და მისი "მანქანური ვერსია" - CT სკანირება.

განვიხილოთ ეს კითხვა.

უბრალო რენტგენოგრაფია მოიცავს სხეულის დიდ ფართობს, სხვადასხვა ორგანოები და ქსოვილები ერთმანეთს ჩრდილავს. ამის თავიდან აცილება შეგიძლიათ, თუ პერიოდულად გადაადგილებთ რენტგენის მილს ერთად (ნახ. 31.11) ანტიფაზაში. RTდა ფილმი Fpობიექტთან შედარებით შესახებკვლევა. სხეული შეიცავს უამრავ ჩანართს, რომლებიც გაუმჭვირვალეა რენტგენის სხივებისთვის; ისინი ნაჩვენებია ფიგურაში წრეებით. როგორც ხედავთ, რენტგენის სხივები რენტგენის მილის ნებისმიერ პოზიციაზე (1, 2 და სხვ.) გაივლის

ობიექტის იგივე წერტილის მოჭრა, რომელიც არის ცენტრი, რომლის მიმართაც ხდება პერიოდული მოძრაობა RTდა Fp.ეს წერტილი, უფრო ზუსტად, პატარა გაუმჭვირვალე ჩანართით, ნაჩვენებია მუქი წრით. მისი ჩრდილოვანი გამოსახულება მოძრაობს fp,თანმიმდევრულად იკავებს 1 პოზიციებს, 2 და ა.შ. სხეულში დარჩენილი ჩანართები (ძვლები, ბეჭდები და ა.შ.) იქმნება Fpზოგიერთი ზოგადი ფონი, რადგან რენტგენის სხივები მუდმივად არ არის დაფარული მათ მიერ. სვინგის ცენტრის პოზიციის შეცვლით შესაძლებელია სხეულის ფენა-ფენა რენტგენის გამოსახულების მიღება. აქედან მოდის სახელი - ტომოგრაფია(ფენიანი ჩანაწერი).

შესაძლებელია თხელი რენტგენის სხივის გამოყენებით ეკრანიზაცია (ნაცვლად Fp),შედგება მაიონებელი გამოსხივების ნახევარგამტარული დეტექტორებისგან (იხ. 32.5) და კომპიუტერისგან, ტომოგრაფიაში ჩრდილოვანი რენტგენის გამოსახულების დასამუშავებლად. ტომოგრაფიის ეს თანამედროვე ვერსია (კომპიუტერული ან კომპიუტერული რენტგენის ტომოგრაფია) საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ სხეულის ფენიანი გამოსახულებები კათოდური სხივის მილის ეკრანზე ან ქაღალდზე 2 მმ-ზე ნაკლები დეტალებით, რენტგენის შთანთქმის სხვაობით. 0.1%-მდე. ეს საშუალებას იძლევა, მაგალითად, განასხვავოს თავის ტვინის ნაცრისფერი და თეთრი მატერია და დაინახოს ძალიან მცირე სიმსივნური წარმონაქმნები.

1. რენტგენის წყაროები.

2. ბრემსტრაჰლუნგის რენტგენი.

3. დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივება. მოსელის კანონი.

4. რენტგენის გამოსხივების ურთიერთქმედება მატერიასთან. დასუსტების კანონი.

5. მედიცინაში რენტგენის გამოყენების ფიზიკური საფუძველი.

6. ძირითადი ცნებები და ფორმულები.

7. ამოცანები.

რენტგენის გამოსხივება -ელექტრომაგნიტური ტალღები ტალღის სიგრძით 100-დან 10-3 ნმ-მდე. ელექტრომაგნიტური ტალღების მასშტაბით, რენტგენის გამოსხივება იკავებს უბანს UV გამოსხივებასა და γ - რადიაცია. რენტგენის სხივები (რენტგენი) აღმოაჩინა 1895 წელს კ.რენტგენმა, რომელიც 1901 წელს გახდა პირველი ნობელის პრემიის ლაურეატი ფიზიკაში.

32.1. რენტგენის წყაროები

რენტგენის სხივების ბუნებრივი წყაროა ზოგიერთი რადიოაქტიური იზოტოპი (მაგალითად, 55 Fe). ძლიერი რენტგენის სხივების ხელოვნური წყაროებია რენტგენის მილები(სურ. 32.1).

ბრინჯი. 32.1.რენტგენის მილის მოწყობილობა

რენტგენის მილი არის ევაკუირებული მინის კოლბა ორი ელექტროდით: ანოდი A და კათოდი K, რომელთა შორის იქმნება მაღალი ძაბვა U (1-500 კვ). კათოდი არის ელექტრული დენით გაცხელებული ხვეული. გაცხელებული კათოდის მიერ გამოსხივებული ელექტრონები (თერმიონული ემისია) ელექტრული ველით აჩქარებულია დიდისიჩქარეები (ამისთვის საჭიროა მაღალი ძაბვა) და ეცემა მილის ანოდზე. როდესაც ეს ელექტრონები ურთიერთქმედებენ ანოდის მასალასთან, წარმოიქმნება რენტგენის გამოსხივების ორი ტიპი: სამუხრუჭედა დამახასიათებელი.

ანოდის სამუშაო ზედაპირი განლაგებულია გარკვეული კუთხით ელექტრონული სხივის მიმართულების მიმართ, რათა შეიქმნას რენტგენის სხივების სასურველი მიმართულება.

ელექტრონების კინეტიკური ენერგიის დაახლოებით 1% გარდაიქმნება რენტგენის სხივებად. დანარჩენი ენერგია გამოიყოფა სითბოს სახით. ამიტომ ანოდის სამუშაო ზედაპირი დამზადებულია ცეცხლგამძლე მასალისგან.

32.2. ბრემსტრაჰლუნგის რენტგენი

რაიმე გარემოში მოძრავი ელექტრონი კარგავს თავის სიჩქარეს. ეს ქმნის უარყოფით აჩქარებას. მაქსველის თეორიის მიხედვით, ნებისმიერი აჩქარდადამუხტული ნაწილაკების მოძრაობას თან ახლავს ელექტრომაგნიტური გამოსხივება. გამოსხივებას, რომელიც წარმოიქმნება ანოდის მასალაში ელექტრონის შენელებისას, ეწოდება bremsstrahlung რენტგენი.

bremsstrahlung-ის თვისებები განისაზღვრება შემდეგი ფაქტორებით.

1. გამოსხივება გამოიყოფა ცალკეული კვანტებით, რომელთა ენერგიები დაკავშირებულია სიხშირესთან ფორმულით (26.10)

სადაც ν არის სიხშირე, λ არის ტალღის სიგრძე.

2. ანოდამდე მისულ ყველა ელექტრონს აქვს იგივეკინეტიკური ენერგია ანოდსა და კათოდს შორის ელექტრული ველის მუშაობის ტოლია:

სადაც e არის ელექტრონის მუხტი, U არის აჩქარების ძაბვა.

3. ელექტრონის კინეტიკური ენერგია ნაწილობრივ გადაეცემა ნივთიერებას და მიდის მის გასათბობად (Q), ნაწილობრივ კი იხარჯება რენტგენის კვანტის შექმნაზე:

4. კავშირი Q-სა და hv-ს შორის შემთხვევით.

ბოლო თვისების გამო (4) მიერ წარმოქმნილი კვანტები სხვადასხვაელექტრონები, აქვს სხვადასხვასიხშირეები და ტალღის სიგრძე. აქედან გამომდინარე, bremsstrahlung სპექტრი არის მყარი.ტიპიური ხედი სპექტრული სიმკვრივერენტგენის ნაკადი (Φ λ = άΦ/άλ) ნაჩვენებია ნახ. 32.2.

ბრინჯი. 32.2. Bremsstrahlung სპექტრი

გრძელი ტალღების მხრიდან, სპექტრი შემოიფარგლება 100 ნმ ტალღის სიგრძით, რაც არის რენტგენის გამოსხივების საზღვარი. მოკლე ტალღების მხრიდან სპექტრი შემოიფარგლება ტალღის სიგრძით λ min. ფორმულის მიხედვით (32.2) მინიმალური ტალღის სიგრძეშეესაბამება შემთხვევას Q = 0 (ელექტრონის კინეტიკური ენერგია მთლიანად გარდაიქმნება კვანტის ენერგიად):

გამოთვლები აჩვენებს, რომ ბრემსტრაჰლუნგის ნაკადი (Φ) პირდაპირპროპორციულია ძაბვის კვადრატისა U შორის

ანოდი და კათოდი, დენი I მილში და ანოდური ნივთიერების ატომური ნომერი:

რენტგენის bremsstrahlung სპექტრები სხვადასხვა ძაბვაზე, სხვადასხვა კათოდის ტემპერატურაზე და სხვადასხვა ანოდურ მასალაზე ნაჩვენებია ნახ. 32.3.

ბრინჯი. 32.3. Bremsstrahlung სპექტრი (Φ λ):

a - სხვადასხვა ძაბვის დროს U მილში; ბ - სხვადასხვა ტემპერატურაზე ტ

კათოდი; c - სხვადასხვა ანოდური ნივთიერებებით, რომლებიც განსხვავდება პარამეტრით Z

ანოდის ძაბვის ზრდით, მნიშვნელობა λწთგადადის უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეზე. ამავდროულად, იზრდება სპექტრული მრუდის სიმაღლეც (ნახ. 32.3, ა).

კათოდის ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ელექტრონების ემისია იზრდება. შესაბამისად, მილში I დენიც იზრდება. სპექტრული მრუდის სიმაღლე იზრდება, მაგრამ რადიაციის სპექტრული შემადგენლობა არ იცვლება (სურ. 32.3, ბ).

როდესაც ანოდის მასალა იცვლება, სპექტრული მრუდის სიმაღლე იცვლება ატომური რიცხვის Z პროპორციულად (ნახ. 32.3, გ).

32.3. დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივება. მოსელის კანონი

როდესაც კათოდური ელექტრონები ურთიერთქმედებენ ანოდის ატომებთან, რენტგენის bremsstrahlung-თან ერთად, წარმოიქმნება რენტგენის გამოსხივება, რომლის სპექტრი შედგება: ინდივიდუალური ხაზები.ეს რადიაცია

აქვს შემდეგი წარმოშობა. ზოგიერთი კათოდური ელექტრონი ღრმად აღწევს ატომში და მისგან ელექტრონებს აფრქვევს. შიდა ჭურვები.ამგვარად წარმოქმნილი ვაკანსიები ივსება ელექტრონებით ზედაჭურვები, რაც იწვევს რადიაციის კვანტების ემისიას. ეს გამოსხივება შეიცავს ანოდური მასალის მიერ განსაზღვრულ სიხშირეების დისკრეტულ კომპლექტს და ე.წ დამახასიათებელი გამოსხივება.რენტგენის მილის სრული სპექტრი არის დამახასიათებელი სპექტრის სუპერპოზიცია bremsstrahlung სპექტრზე (ნახ. 32.4).

ბრინჯი. 32.4.რენტგენის მილის ემისიის სპექტრი

დამახასიათებელი რენტგენის სპექტრების არსებობა აღმოაჩინეს რენტგენის მილების გამოყენებით. მოგვიანებით გაირკვა, რომ ასეთი სპექტრები წარმოიქმნება ქიმიური ელემენტების შიდა ორბიტების ნებისმიერი იონიზაციის დროს. სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების დამახასიათებელი სპექტრების შესწავლის შემდეგ, გ. მოსელიმ (1913) დაადგინა შემდეგი კანონი, რომელიც მის სახელს ატარებს.

დამახასიათებელი გამოსხივების სიხშირის კვადრატული ფესვი არის ელემენტის რიგითი რიცხვის წრფივი ფუნქცია:

სადაც ν არის სპექტრული ხაზის სიხშირე, Z არის გამოსხივებული ელემენტის ატომური რიცხვი, A, B არის მუდმივები.

მოსელის კანონი შესაძლებელს ხდის ქიმიური ელემენტის ატომური რიცხვის დადგენა დამახასიათებელი გამოსხივების დაკვირვებული სპექტრიდან. ამან დიდი როლი ითამაშა პერიოდულ სისტემაში ელემენტების განთავსებაში.

32.4. რენტგენის გამოსხივების ურთიერთქმედება მატერიასთან. დასუსტების კანონი

არსებობს რენტგენის გამოსხივების მატერიასთან ურთიერთქმედების ორი ძირითადი ტიპი: გაფანტვა და ფოტოელექტრული ეფექტი. როდესაც გაფანტულია, ფოტონის მოძრაობის მიმართულება იცვლება. ფოტოელექტრული ეფექტის დროს, ფოტონი შეიწოვება.

1. თანმიმდევრული (ელასტიური) გაფანტვახდება მაშინ, როდესაც რენტგენის ფოტონის ენერგია არასაკმარისია ატომის შინაგანი იონიზაციისთვის (ერთ-ერთი შიდა გარსიდან ელექტრონის გამოდევნა). ამ შემთხვევაში ფოტონის მოძრაობის მიმართულება იცვლება და მისი ენერგია და ტალღის სიგრძე არ იცვლება (აქედან გამომდინარე, ეს გაფანტვა ე.წ. ელასტიური).

2. არათანმიმდევრული (კომპტონური) გაფანტვახდება მაშინ, როდესაც ფოტონის ენერგია გაცილებით მეტია ვიდრე შიდა იონიზაციის ენერგია A u: hv >> A u.

ამ შემთხვევაში ელექტრონი შორდება ატომს და იძენს გარკვეულ კინეტიკურ ენერგიას E k. კომპტონის გაფანტვისას ფოტონის მიმართულება იცვლება და მისი ენერგია მცირდება:

კომპტონის გაფანტვა დაკავშირებულია მატერიის ატომების იონიზაციასთან.

3. ფოტოელექტრული ეფექტიხდება მაშინ, როდესაც ფოტონის ენერგია hv საკმარისია ატომის იონიზაციისთვის: hv > A u. ამავე დროს, რენტგენის კვანტური შეიწოვებადა მისი ენერგია იხარჯება ატომის იონიზაციაზე და კინეტიკური ენერგიის კომუნიკაციაზე გამოდევნილ ელექტრონზე E k \u003d hv - AI.

კომპტონის გაფანტვას და ფოტოელექტრო ეფექტს თან ახლავს დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივება, რადგან შიდა ელექტრონების ჩამოგდების შემდეგ, ვაკანსიები ივსება გარე გარსების ელექტრონებით.

რენტგენის ლუმინესცენცია.ზოგიერთ ნივთიერებაში კომპტონის გაფანტვის ელექტრონები და კვანტები, ისევე როგორც ფოტოელექტრული ეფექტის ელექტრონები იწვევს მოლეკულების აგზნებას, რასაც თან ახლავს რადიაციული გადასვლები ძირითად მდგომარეობაში. ეს წარმოქმნის ბზინვარებას, რომელსაც ეწოდება რენტგენის ლუმინესცენცია. ბარიუმის პლატინა-ციანოგენის ლუმინესცენციამ რენტგენის რენტგენის გამოვლენის საშუალება მისცა.

დასუსტების კანონი

რენტგენის სხივების გაფანტვა და ფოტოელექტრული ეფექტი იწვევს იმ ფაქტს, რომ რენტგენის გამოსხივების ღრმად შეღწევისას გამოსხივების პირველადი სხივი სუსტდება (ნახ. 32.5). შემსუბუქება ექსპონენციალურია:

μ-ის მნიშვნელობა დამოკიდებულია შთამნთქმელ მასალაზე და გამოსხივების სპექტრზე. პრაქტიკული გამოთვლებისთვის, როგორც დასუსტებულის მახასიათებელი

ბრინჯი. 32.5.რენტგენის ნაკადის შესუსტება შემხვედრი სხივების მიმართულებით

სად λ - ტალღის სიგრძე; Z არის ელემენტის ატომური ნომერი; k არის გარკვეული მუდმივი.

32.5. გამოყენების ფიზიკური საფუძვლები

რენტგენის გამოსხივება მედიცინაში

მედიცინაში რენტგენი გამოიყენება დიაგნოსტიკური და თერაპიული მიზნებისთვის.

რენტგენის დიაგნოსტიკა- რენტგენის გამოყენებით შინაგანი ორგანოების გამოსახულების მიღების მეთოდები.

ამ მეთოდების ფიზიკური საფუძველია მატერიაში რენტგენის შემცირების კანონი (32.10). კვეთის ერთიანი რენტგენის ნაკადი გავლის შემდეგ არაჰომოგენური ქსოვილიგახდება არაერთგვაროვანი. ეს არაერთგვაროვნება შეიძლება ჩაიწეროს ფოტოფილმზე, ფლუორესცენტურ ეკრანზე ან მატრიცული ფოტოდეტექტორის გამოყენებით. მაგალითად, ძვლოვანი ქსოვილის - Ca 3 (PO 4) 2 - და რბილი ქსოვილების - ძირითადად H 2 O - მასის შესუსტების კოეფიციენტები განსხვავდება 68-ჯერ (μm ძვალი / μm წყალი = 68). ძვლის სიმკვრივე ასევე უფრო მაღალია ვიდრე რბილი ქსოვილების სიმკვრივე. ამიტომ, რენტგენის გამოსახულება აწარმოებს ძვლის მსუბუქ გამოსახულებას რბილი ქსოვილების მუქი ფონზე.

თუ შესასწავლ ორგანოს და მის გარშემო არსებულ ქსოვილებს აქვთ მსგავსი შესუსტების კოეფიციენტები, მაშინ განსაკუთრებული კონტრასტული აგენტები.ასე, მაგალითად, კუჭის ფლუოროსკოპიის დროს სუბიექტი იღებს ბარიუმის სულფატის (BaSO 4) დაფქულ მასას, რომელშიც მასის შესუსტების კოეფიციენტი 354-ჯერ მეტია, ვიდრე რბილი ქსოვილების.

დიაგნოსტიკისთვის გამოიყენება რენტგენის გამოსხივება ფოტონის ენერგიით 60-120 კევ. სამედიცინო პრაქტიკაში გამოიყენება რენტგენის დიაგნოსტიკის შემდეგი მეთოდები.

1. რენტგენი.გამოსახულება იქმნება ფლუორესცენტურ ეკრანზე. გამოსახულების სიკაშკაშე დაბალია და მისი ნახვა შესაძლებელია მხოლოდ ჩაბნელებულ ოთახში. ექიმი დაცული უნდა იყოს ექსპოზიციისგან.

ფლუოროსკოპიის უპირატესობა ის არის, რომ ის ტარდება რეალურ დროში. მინუსი არის დიდი რადიაციული დატვირთვა პაციენტზე და ექიმზე (სხვა მეთოდებთან შედარებით).

ფლუოროსკოპიის თანამედროვე ვერსია - რენტგენის ტელევიზია - იყენებს რენტგენის გამოსახულების გამაძლიერებლებს. გამაძლიერებელი აღიქვამს რენტგენის ეკრანის სუსტ ბზინვარებას, აძლიერებს მას და გადასცემს ტელევიზორის ეკრანს. შედეგად მკვეთრად შემცირდა ექიმზე რადიაციული დატვირთვა, გაიზარდა გამოსახულების სიკაშკაშე და შესაძლებელი გახდა გამოკვლევის შედეგების ვიდეოზე დაფიქსირება.

2. რადიოგრაფია.გამოსახულება იქმნება სპეციალურ ფილმზე, რომელიც მგრძნობიარეა რენტგენის მიმართ. სურათები გადაღებულია ორ ორმხრივ პერპენდიკულარულ პროექციაში (პირდაპირი და გვერდითი). სურათი ხილული ხდება ფოტო დამუშავების შემდეგ. დასრულებული გამხმარი გამოსახულება განიხილება გადაცემულ სინათლეში.

ამავდროულად დამაკმაყოფილებლად ჩანს დეტალები, რომელთა კონტრასტი 1-2%-ით განსხვავდება.

ზოგიერთ შემთხვევაში, გამოკვლევამდე პაციენტს ეძლევა სპეციალური კონტრასტული აგენტი.მაგალითად, იოდის შემცველი ხსნარი (ინტრავენურად) თირკმელებისა და საშარდე გზების შესწავლისას.

რენტგენოგრაფიის უპირატესობაა მაღალი გარჩევადობა, ექსპოზიციის მოკლე დრო და ექიმის თითქმის სრული უსაფრთხოება. ნაკლოვანებები მოიცავს სტატიკური გამოსახულებას (ობიექტს დინამიკაში ვერ ადევნებთ თვალს).

3. ფლუოროგრაფია.ამ გამოკვლევისას ეკრანზე მიღებული სურათი გადაღებულია მგრძნობიარე მცირე ფორმატის ფილმზე. ფლუოროგრაფია ფართოდ გამოიყენება მოსახლეობის მასობრივ გამოკითხვაში. თუ ფლუოროგრამაზე აღმოჩენილია პათოლოგიური ცვლილებები, მაშინ პაციენტს ენიშნება უფრო დეტალური გამოკვლევა.

4. ელექტრორენტგენოგრაფია.ამ ტიპის გამოკვლევა განსხვავდება ჩვეულებრივი რენტგენოგრაფიისგან გამოსახულების აღების გზით. გამოიყენეთ ფილმის ნაცვლად სელენის ფირფიტა,ელექტრიფიცირებული რენტგენის სხივებით. შედეგი არის ელექტრული მუხტების ფარული გამოსახულება, რომელიც შეიძლება გახდეს ხილული და გადაიტანოს ქაღალდზე.

5. ანგიოგრაფია.ეს მეთოდი გამოიყენება სისხლძარღვების გამოკვლევისას. ვენაში კონტრასტული აგენტი შეჰყავთ კათეტერის საშუალებით, რის შემდეგაც მძლავრი რენტგენის აპარატი წამის ნაწილში იღებს სურათების სერიას ერთმანეთის მიყოლებით. სურათი 32.6 გვიჩვენებს ანგიოგრამას საძილე არტერიის მიდამოში.

6. რენტგენის კომპიუტერული ტომოგრაფია.ამ ტიპის რენტგენოლოგიური გამოკვლევა საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ სხეულის ბრტყელი მონაკვეთის გამოსახულება რამდენიმე მმ სისქით. ამ შემთხვევაში მოცემული განყოფილება არაერთხელ ნათდება სხვადასხვა კუთხით კომპიუტერის მეხსიერებაში თითოეული ცალკეული სურათის დაფიქსირებით. მერე

ბრინჯი. 32.6.ანგიოგრამა აჩვენებს შევიწროებას საძილე არტერიის არხში

ბრინჯი. 32.7. ტომოგრაფიის სკანირების სქემა (ა); თავის ტომოგრაფია თვალის დონეზე განივი კვეთით (ბ).

ტარდება კომპიუტერული რეკონსტრუქცია, რომლის შედეგია დასკანირებული ფენის გამოსახულება (სურ. 32.7).

კომპიუტერული ტომოგრაფია საშუალებას იძლევა განასხვავოს ელემენტები, რომელთა სიმკვრივის სხვაობა 1%-მდეა. ჩვეულებრივი რენტგენოგრაფია საშუალებას გაძლევთ აღბეჭდოთ სიმკვრივის მინიმალური განსხვავება მიმდებარე უბნებს შორის 10-20%.

რენტგენოთერაპია - რენტგენის გამოყენება ავთვისებიანი სიმსივნეების განადგურების მიზნით.

რადიაციის ბიოლოგიური ეფექტი არის განსაკუთრებით სწრაფად გამრავლებული უჯრედების სასიცოცხლო აქტივობის დარღვევა. ძალიან მძიმე რენტგენის სხივები (ფოტონის ენერგიით დაახლოებით 10 მევ) გამოიყენება სხეულის სიღრმეში კიბოს უჯრედების განადგურების მიზნით. ჯანსაღი მიმდებარე ქსოვილების დაზიანების შესამცირებლად, სხივი ბრუნავს პაციენტის გარშემო ისე, რომ მხოლოდ დაზიანებული უბანი რჩება მუდმივად მისი გავლენის ქვეშ.

32.6. ძირითადი ცნებები და ფორმულები

მაგიდის გაგრძელება

მაგიდის დასასრული

32.7. Დავალებები

1. რატომ ეცემა სამედიცინო რენტგენის მილებში ელექტრონული სხივი ანტიკათოდის ერთ წერტილს და არ ეცემა მასზე ფართო სხივით?

პასუხი:რენტგენის სხივების წერტილის წყაროს მისაღებად, რაც ეკრანზე გამჭვირვალე ობიექტების მკვეთრ მოხაზულობას იძლევა.

2. იპოვეთ ბრემსტრაჰლუნგის რენტგენის სხივების საზღვარი (სიხშირე და ტალღის სიგრძე) U 1 = 2 კვ და U 2 = 20 კვ ძაბვისთვის.

4. ტყვიის ეკრანები გამოიყენება რენტგენისგან დასაცავად. ტყვიაში რენტგენის ხაზოვანი შთანთქმა არის 52 სმ -1. როგორი უნდა იყოს ტყვიის დამცავი ფენის სისქე, რათა მან რენტგენის ინტენსივობა 30-ჯერ შეამციროს?

5. იპოვეთ რენტგენის მილის გამოსხივების ნაკადი U = 50 კვ, I = 1 mA. ანოდი დამზადებულია ვოლფრამისგან (Z = 74). იპოვნეთ მილის ეფექტურობა.

6. რბილი ქსოვილების რენტგენოლოგიური დიაგნოსტიკისთვის გამოიყენება კონტრასტული აგენტები. მაგალითად, კუჭი და ნაწლავები ივსება ბარიუმის სულფატის მასით (BaSO 4). შეადარეთ ბარიუმის სულფატის და რბილი ქსოვილების (წყლის) მასის შესუსტების კოეფიციენტები.

7. რა მისცემს სქელ ჩრდილს რენტგენის ეკრანზე: ალუმინი (Z = 13, ρ = 2,7 გ/სმ 3) თუ სპილენძის იგივე ფენა (Z = 29, ρ = 8,9 გ/სმ 3)?

8. რამდენჯერ აღემატება ალუმინის ფენის სისქე სპილენძის ფენის სისქეს, თუ ფენები ერთნაირად აქვეითებენ რენტგენის სხივებს?

რენტგენი ერთ-ერთ მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ატომური ფენომენების შესწავლასა და პრაქტიკულ გამოყენებაში. მათი კვლევის წყალობით გაკეთდა მრავალი აღმოჩენა და შემუშავდა ნივთიერებების ანალიზის მეთოდები, რომლებიც გამოიყენება სხვადასხვა სფეროში. აქ განვიხილავთ რენტგენის ერთ-ერთ სახეობას - დამახასიათებელ რენტგენს.

რენტგენის სხივების ბუნება და თვისებები

რენტგენის გამოსხივება არის ელექტრომაგნიტური ველის მდგომარეობის მაღალი სიხშირის ცვლილება, რომელიც ვრცელდება სივრცეში დაახლოებით 300,000 კმ / წმ სიჩქარით, ანუ ელექტრომაგნიტური ტალღებით. ელექტრომაგნიტური გამოსხივების დიაპაზონის მასშტაბით, რენტგენის სხივები განლაგებულია ტალღის სიგრძის დიაპაზონში დაახლოებით 10-8-დან 5∙10-12 მეტრამდე, რაც რამდენიმე რიგით უფრო მოკლეა ვიდრე ოპტიკური ტალღები. ეს შეესაბამება სიხშირეებს 3∙10 16-დან 6∙10 19 ჰც-მდე და ენერგიებს 10 eV-დან 250 კევ-მდე, ან 1.6∙10 -18-დან 4∙10-14 J-მდე. უნდა აღინიშნოს, რომ სიხშირის დიაპაზონის საზღვრები ელექტრომაგნიტური გამოსხივება საკმაოდ ჩვეულებრივია მათი გადახურვის გამო.

არის აჩქარებული დამუხტული ნაწილაკების (მაღალი ენერგიის ელექტრონები) ურთიერთქმედება ელექტრულ და მაგნიტურ ველებთან და მატერიის ატომებთან.

რენტგენის ფოტონებს ახასიათებთ მაღალი ენერგიები და მაღალი შეღწევადობა და მაიონებელი ძალა, განსაკუთრებით მძიმე რენტგენის სხივებისთვის, რომელთა ტალღის სიგრძე 1 ნანომეტრზე ნაკლებია (10 -9 მ).

რენტგენის სხივები ურთიერთქმედებს მატერიასთან, იონიზებს მის ატომებს, ფოტოელექტრული ეფექტის (ფოტოაბსორბცია) და არათანმიმდევრული (კომპტონი) გაფანტვის პროცესებში. ფოტოაბსორბციის დროს, რენტგენის ფოტონი, რომელიც შეიწოვება ატომის ელექტრონით, გადასცემს მას ენერგიას. თუ მისი მნიშვნელობა აღემატება ატომში ელექტრონის შეკვრის ენერგიას, მაშინ ის ტოვებს ატომს. კომპტონის გაფანტვა დამახასიათებელია უფრო მძიმე (ენერგიული) რენტგენის ფოტონებისთვის. შთანთქმის ფოტონის ენერგიის ნაწილი იხარჯება იონიზაციაზე; ამ შემთხვევაში, პირველადი ფოტონის მიმართულების გარკვეული კუთხით, გამოიყოფა მეორადი, უფრო დაბალი სიხშირით.

რენტგენის გამოსხივების სახეები. ბრემსტრაჰლუნგი

სხივების მისაღებად გამოიყენება შუშის ვაკუუმის ბოთლები შიგნით მდებარე ელექტროდებით. პოტენციური განსხვავება ელექტროდებს შორის უნდა იყოს ძალიან მაღალი - ასობით კილოვოლტამდე. დენით გაცხელებულ ვოლფრამის კათოდზე ხდება თერმიონული ემისია, ანუ მისგან გამოიყოფა ელექტრონები, რომლებიც, პოტენციური სხვაობით აჩქარებული, ბომბავს ანოდს. ანოდის ატომებთან მათი ურთიერთქმედების შედეგად (ზოგჯერ ანტიკათოდსაც უწოდებენ) იბადება რენტგენის ფოტონები.

იმისდა მიხედვით, თუ რა პროცესს იწვევს ფოტონის დაბადება, არსებობს რენტგენის გამოსხივების ისეთი ტიპები, როგორიცაა bremsstrahlung და დამახასიათებელი.

ანოდთან შეხვედრისას ელექტრონებს შეუძლიათ შეანელონ, ანუ დაკარგონ ენერგია მისი ატომების ელექტრულ ველებში. ეს ენერგია გამოიყოფა რენტგენის ფოტონების სახით. ასეთ გამოსხივებას bremsstrahlung ეწოდება.

ნათელია, რომ დამუხრუჭების პირობები განსხვავებული იქნება ცალკეული ელექტრონებისთვის. ეს ნიშნავს, რომ მათი კინეტიკური ენერგიის სხვადასხვა რაოდენობა გარდაიქმნება რენტგენის სხივებად. შედეგად, bremsstrahlung მოიცავს სხვადასხვა სიხშირის და, შესაბამისად, ტალღის სიგრძის ფოტონებს. ამიტომ მისი სპექტრი უწყვეტია (უწყვეტი). ზოგჯერ ამ მიზეზით მას ასევე უწოდებენ "თეთრ" რენტგენს.

ბრემსტრაჰლუნგის ფოტონის ენერგია არ შეიძლება აღემატებოდეს მის წარმომქმნელ ელექტრონის კინეტიკურ ენერგიას, ასე რომ ბრემსტრაჰლუნგის მაქსიმალური სიხშირე (და უმცირესი ტალღის სიგრძე) შეესაბამება ანოდზე მოხვედრილი ელექტრონების კინეტიკური ენერგიის უდიდეს მნიშვნელობას. ეს უკანასკნელი დამოკიდებულია ელექტროდებზე გამოყენებული პოტენციალის განსხვავებაზე.

არსებობს სხვა ტიპის რენტგენი, რომელიც განსხვავებული პროცესიდან მოდის. ამ გამოსხივებას დამახასიათებელი ეწოდება და მასზე უფრო დეტალურად ვისაუბრებთ.

როგორ წარმოიქმნება დამახასიათებელი რენტგენი

ანტიკათოდამდე მიღწევის შემდეგ, სწრაფ ელექტრონს შეუძლია შეაღწიოს ატომის შიგნით და ჩამოაგდოს ნებისმიერი ელექტრონი ერთ-ერთი ქვედა ორბიტალიდან, ანუ გადასცეს მას ენერგია, რომელიც საკმარისია პოტენციური ბარიერის დასაძლევად. თუმცა, თუ ატომში ელექტრონების მიერ დაკავებული უფრო მაღალი ენერგეტიკული დონეებია, გათავისუფლებული ადგილი ცარიელი არ დარჩება.

უნდა გვახსოვდეს, რომ ატომის ელექტრონული სტრუქტურა, ისევე როგორც ნებისმიერი ენერგეტიკული სისტემა, ცდილობს ენერგიის მინიმუმამდე შემცირებას. ნოკაუტის შედეგად წარმოქმნილი ვაკანსია ივსება ერთ-ერთი უმაღლესი დონის ელექტრონით. მისი ენერგია უფრო მაღალია და, დაბალ დონეს იკავებს, ის ასხივებს ნამეტს დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივების კვანტის სახით.

ატომის ელექტრონული სტრუქტურა არის ელექტრონების შესაძლო ენერგეტიკული მდგომარეობის დისკრეტული ნაკრები. მაშასადამე, ელექტრონების ვაკანსიების ჩანაცვლების დროს გამოსხივებულ რენტგენის ფოტონებს ასევე შეიძლება ჰქონდეთ მხოლოდ მკაცრად განსაზღვრული ენერგეტიკული მნიშვნელობები, რაც ასახავს დონის განსხვავებას. შედეგად, დამახასიათებელ რენტგენის გამოსხივებას აქვს არა უწყვეტი, არამედ ხაზოვანი ტიპის სპექტრი. ასეთი სპექტრი შესაძლებელს ხდის ანოდის ნივთიერების დახასიათებას - აქედან მოდის ამ სხივების სახელწოდება. ზუსტად სპექტრული განსხვავებების გამო ცხადია, რას გულისხმობს bremsstrahlung და დამახასიათებელი რენტგენის სხივები.

ზოგჯერ ჭარბი ენერგია არ გამოიყოფა ატომის მიერ, მაგრამ იხარჯება მესამე ელექტრონის დარტყმაზე. ეს პროცესი - ეგრეთ წოდებული აუგერის ეფექტი - უფრო სავარაუდოა, რომ მოხდეს, როდესაც ელექტრონის შეკვრის ენერგია არ აღემატება 1 კევ-ს. გამოთავისუფლებული აუგერის ელექტრონის ენერგია დამოკიდებულია ატომის ენერგეტიკული დონეების სტრუქტურაზე, ამიტომ ასეთი ელექტრონების სპექტრებიც დისკრეტულია.

დამახასიათებელი სპექტრის ზოგადი ხედი

ვიწრო დამახასიათებელი ხაზები წარმოდგენილია რენტგენის სპექტრულ ნიმუშში უწყვეტი ბრემსტრაჰლუნგის სპექტრთან ერთად. თუ ჩვენ წარმოვადგენთ სპექტრს, როგორც ინტენსივობის ნაკვეთი ტალღის სიგრძის (სიხშირის) მიმართ, ჩვენ დავინახავთ მკვეთრ მწვერვალებს ხაზების ადგილებზე. მათი პოზიცია დამოკიდებულია ანოდის მასალაზე. ეს მაქსიმუმები გვხვდება ნებისმიერ პოტენციურ განსხვავებაზე - თუ არის რენტგენის სხივები, ყოველთვის არის მწვერვალებიც. მილის ელექტროდებზე ძაბვის გაზრდით, იზრდება როგორც უწყვეტი, ისე დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივების ინტენსივობა, მაგრამ მწვერვალების მდებარეობა და მათი ინტენსივობის თანაფარდობა არ იცვლება.

რენტგენის სპექტრებში მწვერვალებს აქვთ იგივე ფორმა, მიუხედავად ანტიკათოდის მასალისა, რომელიც გამოსხივებულია ელექტრონებით, მაგრამ სხვადასხვა მასალისთვის ისინი განლაგებულია სხვადასხვა სიხშირეზე, ერთიანდებიან სერიებში სიხშირის მნიშვნელობების სიახლოვის მიხედვით. თავად სერიებს შორის, სიხშირეების განსხვავება ბევრად უფრო მნიშვნელოვანია. მაქსიმის ფორმა არანაირად არ არის დამოკიდებული იმაზე, წარმოადგენს თუ არა ანოდის მასალა სუფთა ქიმიურ ელემენტს თუ არის ეს რთული ნივთიერება. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, მისი შემადგენელი ელემენტების დამახასიათებელი რენტგენის სპექტრები უბრალოდ ერთმანეთზეა გადანაწილებული.

ქიმიური ელემენტის ატომური რიცხვის მატებასთან ერთად, მისი რენტგენის სპექტრის ყველა ხაზი გადადის მზარდი სიხშირისკენ. სპექტრი ინარჩუნებს თავის ფორმას.

მოსელის კანონი

დამახასიათებელი ხაზების სპექტრული ცვლის ფენომენი ექსპერიმენტულად აღმოაჩინა ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჰენრი მოსელიმ 1913 წელს. ამან მას საშუალება მისცა ასოცირებინა სპექტრის მაქსიმალური სიხშირეები ქიმიური ელემენტების რიგით რიცხვებთან. ამრიგად, დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივების ტალღის სიგრძე, როგორც აღმოჩნდა, შეიძლება აშკარად იყოს დაკავშირებული კონკრეტულ ელემენტთან. ზოგადად, მოსელის კანონი შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად: √f = (Z - S n)/n√R, სადაც f არის სიხშირე, Z არის ელემენტის რიგითი რიცხვი, S n არის სკრინინგის მუდმივი, n არის ძირითადი კვანტი. რიცხვი და R არის მუდმივი რიდბერგი. ეს ურთიერთობა წრფივია და მოზელის დიაგრამაზე ჩნდება, როგორც სწორი ხაზების სერია n-ის თითოეული მნიშვნელობისთვის.

n-ის მნიშვნელობები შეესაბამება დამახასიათებელი რენტგენის მწვერვალების ცალკეულ სერიას. მოსლის კანონი საშუალებას იძლევა, განვსაზღვროთ მყარი ელექტრონებით გამოსხივებული ქიმიური ელემენტის სერიული ნომერი რენტგენის სპექტრის მაქსიმალური გაზომილი ტალღის სიგრძეებიდან (ისინი ცალსახად დაკავშირებულია სიხშირეებთან).

ქიმიური ელემენტების ელექტრონული გარსების სტრუქტურა იდენტურია. ამაზე მიუთითებს რენტგენის სხივების დამახასიათებელი სპექტრის ცვლის ცვლილების ერთფეროვნება. სიხშირის ცვლა ასახავს არა სტრუქტურულ, არამედ ენერგეტიკულ განსხვავებებს ელექტრონულ გარსებს შორის, უნიკალური თითოეული ელემენტისთვის.

მოსელის კანონის როლი ატომურ ფიზიკაში

არის მცირე გადახრები მოსელის კანონით გამოხატული მკაცრი წრფივი დამოკიდებულებიდან. ისინი დაკავშირებულია, პირველ რიგში, ზოგიერთ ელემენტში ელექტრონული გარსების შევსების რიგის თავისებურებებთან და, მეორეც, მძიმე ატომებში ელექტრონების მოძრაობის რელატივისტურ ეფექტებთან. გარდა ამისა, როდესაც იცვლება ნეიტრონების რაოდენობა ბირთვში (ე.წ. იზოტოპური ცვლა), ხაზების პოზიცია შეიძლება ოდნავ შეიცვალოს. ამ ეფექტმა შესაძლებელი გახადა ატომის სტრუქტურის დეტალური შესწავლა.

მოსელის კანონის მნიშვნელობა ძალიან დიდია. მისმა თანმიმდევრულმა გამოყენებამ მენდელეევის პერიოდული სისტემის ელემენტებზე დაადგინა სერიული ნომრის გაზრდის ნიმუში დამახასიათებელი მაქსიმუმების ყოველი მცირე ცვლილების მიხედვით. ამან ხელი შეუწყო ელემენტების რიგითი რაოდენობის ფიზიკური მნიშვნელობის საკითხის გარკვევას. Z მნიშვნელობა არ არის მხოლოდ რიცხვი: ეს არის ბირთვის დადებითი ელექტრული მუხტი, რომელიც არის ნაწილაკების ერთეული დადებითი მუხტების ჯამი, რომლებიც მას ქმნიან. ცხრილში ელემენტების სწორად განთავსებამ და მასში ცარიელი პოზიციების არსებობამ (მაშინ ისინი ჯერ კიდევ არსებობდნენ) ძლიერი დადასტურება მიიღო. დადასტურდა პერიოდული კანონის მართებულობა.

გარდა ამისა, მოსელის კანონი გახდა საფუძველი, რომელზედაც წარმოიშვა ექსპერიმენტული კვლევის მთელი სფერო - რენტგენის სპექტრომეტრია.

ატომის ელექტრონული გარსების სტრუქტურა

მოკლედ გავიხსენოთ როგორ არის მოწყობილი ელექტრონული სტრუქტურა, რომელიც შედგება გარსებისგან, რომლებიც აღინიშნება ასოებით K, L, M, N, O, P, Q ან 1-დან 7-მდე რიცხვებით. გარსის შიგნით ელექტრონები ხასიათდება იგივე. მთავარი კვანტური რიცხვი n, რომელიც განსაზღვრავს შესაძლო ენერგიის მნიშვნელობებს. გარე გარსებში ელექტრონების ენერგია უფრო მაღალია, ხოლო გარე ელექტრონების იონიზაციის პოტენციალი შესაბამისად დაბალია.

გარსი მოიცავს ერთ ან მეტ ქვედონეებს: s, p, d, f, g, h, i. თითოეულ გარსში ქვედონეების რაოდენობა ერთით იზრდება წინასთან შედარებით. ელექტრონების რაოდენობა თითოეულ ქვედონეზე და თითოეულ გარსში არ შეიძლება აღემატებოდეს გარკვეულ მნიშვნელობას. მათ ახასიათებთ, გარდა ძირითადი კვანტური რიცხვისა, ორბიტალური ელექტრონული ღრუბლის იგივე მნიშვნელობით, რომელიც განსაზღვრავს ფორმას. ქვედონეები იარლიყებულია იმ გარსით, რომელსაც ეკუთვნის, როგორიცაა 2s, 4d და ა.შ.

ქვედონე შეიცავს, რომლებიც, გარდა ძირითადი და ორბიტალისა, დაყენებულია კიდევ ერთი კვანტური რიცხვით - მაგნიტური, რომელიც განსაზღვრავს ელექტრონის ორბიტალური იმპულსის პროექციას მაგნიტური ველის მიმართულებით. ერთ ორბიტალს შეიძლება ჰქონდეს არაუმეტეს ორი ელექტრონი, რომელიც განსხვავდება მეოთხე კვანტური რიცხვის - სპინის მნიშვნელობით.

მოდით განვიხილოთ უფრო დეტალურად, თუ როგორ წარმოიქმნება დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივება. ვინაიდან ამ ტიპის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების წარმოშობა დაკავშირებულია ატომის შიგნით მომხდარ ფენომენებთან, ყველაზე მოსახერხებელია მისი ზუსტად აღწერა ელექტრონული კონფიგურაციების მიახლოებით.

დამახასიათებელი რენტგენის გამომუშავების მექანიზმი

ასე რომ, ამ გამოსხივების მიზეზი არის ელექტრონების ვაკანსიების წარმოქმნა შიდა გარსებში, მაღალი ენერგიის ელექტრონების ატომში ღრმად შეღწევის გამო. იმის ალბათობა, რომ მყარი ელექტრონი ურთიერთქმედებს, იზრდება ელექტრონული ღრუბლების სიმკვრივით. ამიტომ, შეჯახება, სავარაუდოდ, ხდება მჭიდროდ შეფუთული შიდა ჭურვების შიგნით, როგორიცაა ყველაზე დაბალი K-ჭურვი. აქ ატომი იონიზებულია და ვაკანსია იქმნება 1s გარსში.

ამ ვაკანსიას ავსებს ელექტრონი გარსიდან უფრო მაღალი ენერგიით, რომლის ჭარბადაც რენტგენის ფოტონი გადის. ეს ელექტრონი შეიძლება „ჩამოვარდეს“ მეორე L გარსიდან, მესამე გარსიდან M და ა.შ. ასე ყალიბდება დამახასიათებელი სერია, ამ მაგალითში K-სერიები. მითითება, თუ საიდან მოდის ვაკანსიის შემავსებელი ელექტრონი, მოცემულია ბერძნული ინდექსის სახით სერიის აღნიშვნისას. "ალფა" ნიშნავს, რომ ის მოდის L-ჭურვიდან, "ბეტა" - M-ჭურვიდან. ამჟამად, არსებობს ტენდენცია, რომ შეცვალოს ბერძნული ასოების ინდექსები ლათინურით, რომლებიც მიღებულია ჭურვების აღსანიშნავად.

სერიაში ალფა ხაზის ინტენსივობა ყოველთვის ყველაზე მაღალია, რაც ნიშნავს, რომ მეზობელი ჭურვიდან ვაკანსიის შევსების ალბათობა ყველაზე მაღალია.

ახლა ჩვენ შეგვიძლია ვუპასუხოთ კითხვას, რა არის დამახასიათებელი რენტგენის კვანტის მაქსიმალური ენერგია. იგი განისაზღვრება იმ დონის ენერგეტიკული მნიშვნელობების სხვაობით, რომელთა შორისაც ხდება ელექტრონების გადასვლა, ფორმულის მიხედვით E \u003d E n 2 - E n 1, სადაც E n 2 და E n 1 არის ენერგიები. ელექტრონული მდგომარეობები, რომელთა შორის მოხდა გადასვლა. ამ პარამეტრის უმაღლესი მნიშვნელობა მოცემულია K-სერიის გადასვლებით მძიმე ელემენტების ატომების უმაღლესი შესაძლო დონეებიდან. მაგრამ ამ ხაზების ინტენსივობა (მწვერვალის სიმაღლეები) ყველაზე მცირეა, რადგან ისინი ყველაზე ნაკლებად სავარაუდოა.

თუ ელექტროდებზე არასაკმარისი ძაბვის გამო, მყარი ელექტრონი ვერ აღწევს K დონეს, ის ქმნის ვაკანსიას L დონეზე და წარმოიქმნება ნაკლებად ენერგიული L-სერიები უფრო გრძელი ტალღის სიგრძით. შემდეგი სერიები ანალოგიურად იბადება.

გარდა ამისა, ვაკანსიის შევსებისას, ელექტრონული გადასვლის შედეგად ჩნდება ახალი ვაკანსია გადახურულ გარსში. ეს ქმნის პირობებს შემდეგი სერიის გენერირებისთვის. ელექტრონული ვაკანსიები მაღლა მოძრაობს დონიდან დონეზე და ატომი ასხივებს დამახასიათებელი სპექტრული სერიების კასკადს, ხოლო იონიზირებული რჩება.

დამახასიათებელი სპექტრების წვრილი სტრუქტურა

დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივების ატომური რენტგენის სპექტრები ხასიათდება თხელი სტრუქტურით, რომელიც გამოხატულია, როგორც ოპტიკურ სპექტრებში, ხაზის გაყოფით.

დახვეწილი სტრუქტურა განპირობებულია იმით, რომ ენერგეტიკული დონე - ელექტრონული გარსი - წარმოადგენს ერთმანეთთან მჭიდროდ დაშორებული კომპონენტების - ქვეშელურების ერთობლიობას. ქვეშრეების დასახასიათებლად შემოტანილია კიდევ ერთი შიდა კვანტური რიცხვი j, რომელიც ასახავს ელექტრონის შინაგანი და ორბიტალური მაგნიტური მომენტების ურთიერთქმედებას.

სპინი-ორბიტის ურთიერთქმედების გავლენის გამო, ატომის ენერგეტიკული სტრუქტურა უფრო რთული ხდება და შედეგად, დამახასიათებელ რენტგენის გამოსხივებას აქვს სპექტრი, რომელიც ხასიათდება გაყოფილი ხაზებით ძალიან მჭიდროდ განლაგებული ელემენტებით.

წვრილი სტრუქტურის ელემენტები ჩვეულებრივ აღინიშნება დამატებითი ციფრული ინდექსებით.

დამახასიათებელ რენტგენის გამოსხივებას აქვს თვისება, რომელიც აისახება მხოლოდ სპექტრის წვრილ სტრუქტურაში. ელექტრონის გადასვლა ყველაზე დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე არ ხდება დაფარვის დონის ქვედა ფენიდან. ასეთ მოვლენას აქვს უმნიშვნელო ალბათობა.

რენტგენის სხივების გამოყენება სპექტრომეტრიაში

ეს გამოსხივება, მოზელის კანონით აღწერილი თავისებურებების გამო, საფუძვლად უდევს ნივთიერებების ანალიზის სხვადასხვა რენტგენის სპექტრულ მეთოდებს. რენტგენის სპექტრის ანალიზისას გამოიყენება გამოსხივების დიფრაქცია კრისტალებით (ტალღის დისპერსიული მეთოდი) ან აბსორბირებული რენტგენის ფოტონების ენერგიის მიმართ მგრძნობიარე დეტექტორები (ენერგოდისპერსიული მეთოდი). ელექტრონული მიკროსკოპების უმეტესობა აღჭურვილია რენტგენის სპექტრომეტრიის რაიმე ფორმით.

განსაკუთრებით მაღალი სიზუსტით ხასიათდება ტალღურ-დისპერსიული სპექტრომეტრია. სპეციალური ფილტრების დახმარებით ირჩევა სპექტრის ყველაზე ინტენსიური მწვერვალები, რომელთა წყალობითაც შესაძლებელია ზუსტად ცნობილი სიხშირით თითქმის მონოქრომატული გამოსხივების მიღება. ანოდის მასალა შერჩეულია ძალიან ფრთხილად, რათა უზრუნველყოფილ იქნას სასურველი სიხშირის მონოქრომატული სხივი. მისი დიფრაქცია შესწავლილი ნივთიერების კრისტალურ გისოსზე შესაძლებელს ხდის გისოსის სტრუქტურის დიდი სიზუსტით შესწავლას. ეს მეთოდი ასევე გამოიყენება დნმ-ის და სხვა რთული მოლეკულების შესწავლისას.

დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივების ერთ-ერთი მახასიათებელი ასევე გათვალისწინებულია გამა სპექტრომეტრიაში. ეს არის დამახასიათებელი მწვერვალების მაღალი ინტენსივობა. გამა სპექტრომეტრები იყენებენ ტყვიის დაცვას გარე ფონური გამოსხივებისგან, რომელიც ხელს უშლის გაზომვებს. მაგრამ ტყვია, რომელიც შთანთქავს გამა კვანტებს, განიცდის შინაგან იონიზაციას, რის შედეგადაც ის აქტიურად ასხივებს რენტგენის დიაპაზონში. კადმიუმის დამატებითი დამცავი გამოიყენება ტყვიის დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივების ინტენსიური მწვერვალების შთანთქმისთვის. ის, თავის მხრივ, იონიზებულია და ასევე ასხივებს რენტგენის სხივებს. კადმიუმის დამახასიათებელი მწვერვალების გასანეიტრალებლად გამოიყენება მესამე დამცავი ფენა - სპილენძი, რომლის რენტგენის მაქსიმუმი გამა სპექტრომეტრის ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონის გარეთ მდებარეობს.

სპექტრომეტრია იყენებს როგორც bremsstrahlung-ს, ასევე დამახასიათებელ რენტგენის სხივებს. ამრიგად, ნივთიერებების ანალიზისას შესწავლილია სხვადასხვა ნივთიერების მიერ უწყვეტი რენტგენის სხივების შთანთქმის სპექტრები.

1. ბრემსტრაჰლუნგი და დამახასიათებელი რენტგენი,

ძირითადი თვისებები და მახასიათებლები.

1895 წელს გერმანელმა მეცნიერმა რენტგენმა პირველად აღმოაჩინა ფლუორესცენტური ეკრანის სიკაშკაშე, რომელიც გამოწვეული იყო თვალისთვის უხილავი გამოსხივებით, რომელიც მოდის გაზის გამონადენი მილის მინის ნაწილიდან, რომელიც მდებარეობს კათოდის მოპირდაპირედ. ამ ტიპის რადიაციას ჰქონდა უნარი გაევლო ხილული სინათლისთვის შეუღწეველ ნივთიერებებში. რენტგენმა მათ რენტგენის სხივები უწოდა და დაადგინა ძირითადი თვისებები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის მათ გამოყენებას მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სხვადასხვა დარგში, მათ შორის მედიცინაში.

რენტგენს უწოდებენ რადიაციას 80-10-5 ნმ ტალღის სიგრძით. გრძელი ტალღის რენტგენის გამოსხივება გადაფარავს მოკლე ტალღის ულტრაიისფერი გამოსხივებას, მოკლე ტალღის გადახურვა გრძელი ტალღის g- გამოსხივებას. მედიცინაში გამოიყენება რენტგენის გამოსხივება ტალღის სიგრძით 10-დან 0,005 ნმ-მდე, რაც შეესაბამება ფოტონის ენერგიას 10 2 EV-დან 0,5 მევ-მდე. რენტგენის გამოსხივება თვალისთვის უხილავია, ამიტომ მასთან ყველა დაკვირვება ხდება ფლუორესცენტური ეკრანების ან ფოტოფილმების გამოყენებით, რადგან ის იწვევს რენტგენის ლუმინესცენციას და აქვს ფოტოქიმიური ეფექტი. დამახასიათებელია, რომ სხეულების უმეტესობა, რომლებიც შეუღწევადია ოპტიკური გამოსხივებისთვის, მეტწილად გამჭვირვალეა რენტგენის გამოსხივებისთვის, რომელსაც აქვს ელექტრომაგნიტური ტალღების საერთო თვისებები. თუმცა, ტალღის სიგრძის სიმცირის გამო, ზოგიერთი თვისების აღმოჩენა რთულია. მაშასადამე, რადიაციის ტალღური ბუნება მათი აღმოჩენაზე გაცილებით გვიან დადგინდა.

აგზნების მეთოდის მიხედვით რენტგენის გამოსხივება იყოფა bremsstrahlung და დამახასიათებელ გამოსხივებად.

ბრემსტრაჰლუნგის რენტგენის სხივები გამოწვეულია სწრაფად მოძრავი ელექტრონების შენელებით იმ ნივთიერების ატომის (ბირთვი და ელექტრონები) ელექტრული ველით, რომლითაც ისინი დაფრინავენ. ამ გამოსხივების მექანიზმი შეიძლება აიხსნას იმით, რომ ნებისმიერი მოძრავი მუხტი არის დენი, რომლის გარშემოც იქმნება მაგნიტური ველი, რომლის ინდუქცია (B) დამოკიდებულია ელექტრონის სიჩქარეზე. დამუხრუჭებისას მაგნიტური ინდუქცია მცირდება და მაქსველის თეორიის შესაბამისად ჩნდება ელექტრომაგნიტური ტალღა.

როდესაც ელექტრონები ნელდება, ენერგიის მხოლოდ ნაწილი მიდის რენტგენის ფოტონის შესაქმნელად, მეორე ნაწილი იხარჯება ანოდის გათბობაზე. ფოტონის სიხშირე (ტალღის სიგრძე) დამოკიდებულია ელექტრონის საწყის კინეტიკურ ენერგიაზე და მისი შენელების ინტენსივობაზე. უფრო მეტიც, საწყისი კინეტიკური ენერგიაც რომ იყოს იგივე, მაშინ ნივთიერებაში შენელების პირობები განსხვავებული იქნება, შესაბამისად, გამოსხივებულ ფოტონებს ექნებათ ყველაზე მრავალფეროვანი ენერგია და, შესაბამისად, ტალღის სიგრძე, ე.ი. რენტგენის სპექტრი იქნება უწყვეტი. სურათი 1 გვიჩვენებს bremsstrahlung სპექტრს სხვადასხვა ძაბვაზე U 1

.

თუ U გამოიხატება კილოვოლტებში და გათვალისწინებულია სხვა რაოდენობებს შორის თანაფარდობა, მაშინ ფორმულა ასე გამოიყურება: l k \u003d 1.24 / U (ნმ) ან l k \u003d 1.24 / U (Å) (1Å \u003d 10 -10 მ ).

ზემოთ მოყვანილი გრაფიკებიდან შეიძლება დადგინდეს, რომ ტალღის სიგრძე l m, რომელიც ითვალისწინებს გამოსხივების მაქსიმალურ ენერგიას, მუდმივ კავშირშია შეზღუდულ ტალღის სიგრძესთან l k:

.

ტალღის სიგრძე ახასიათებს ფოტონის ენერგიას, რომელზედაც დამოკიდებულია რადიაციის შეღწევადობა მატერიასთან ურთიერთქმედებისას.

მოკლე ტალღის სიგრძის რენტგენის სხივებს, როგორც წესი, აქვთ მაღალი შეღწევადობის ძალა და უწოდებენ მძიმე, ხოლო გრძელი ტალღის სიგრძის რენტგენს - რბილს. როგორც ზემოაღნიშნული ფორმულიდან ჩანს, ტალღის სიგრძე, რომელზედაც მოდის მაქსიმალური გამოსხივების ენერგია, უკუპროპორციულია მილის ანოდსა და კათოდს შორის ძაბვისა. რენტგენის მილის ანოდზე ძაბვის გაზრდა, რადიაციის სპექტრული შემადგენლობის შეცვლა და მისი სიხისტის გაზრდა.

როდესაც ძაფის ძაბვა იცვლება (კათოდის ძაფის ტემპერატურა იცვლება), იცვლება კათოდის მიერ გამოსხივებული ელექტრონების რაოდენობა დროის ერთეულზე, ან, შესაბამისად, დენის სიძლიერე მილის ანოდის წრეში. ამ შემთხვევაში რადიაციის სიმძლავრე იცვლება დენის პირველი სიმძლავრის პროპორციულად. რადიაციის სპექტრული შემადგენლობა არ შეიცვლება.

გამოსხივების მთლიანი ნაკადი (ძალა), ენერგიის განაწილება ტალღის სიგრძეზე და ასევე სპექტრის საზღვარი მოკლე ტალღის სიგრძეზე დამოკიდებულია შემდეგ სამ ფაქტორზე: ძაბვა U, რომელიც აჩქარებს ელექტრონებს და გამოიყენება ანოდსა და კათოდს შორის. მილის; რადიაციის წარმოქმნაში მონაწილე ელექტრონების რაოდენობა, ე.ი. მილის ძაფის დენი; ანოდური მასალის ატომური ნომერი Z, რომელშიც ხდება ელექტრონის შენელება.

ბრემსტრაჰლუნგის ნაკადი გამოითვლება ფორმულით: , სადაც ,

Z- ნივთიერების ატომის სერიული ნომერი (ატომური ნომერი).

რენტგენის მილზე ძაბვის გაზრდით შეიძლება შეამჩნიოთ ცალკეული ხაზების (ხაზის სპექტრის) გამოჩენა უწყვეტი ბრემსტრაჰლუნგის გამოსხივების ფონზე, რაც შეესაბამება დამახასიათებელ რენტგენის გამოსხივებას. ის წარმოიქმნება ნივთიერების ატომების შიდა გარსებს შორის ელექტრონების გადასვლისას (გარსები K, L, M). დამახასიათებელი რადიაციული სპექტრის ხაზის ხასიათი წარმოიქმნება იმის გამო, რომ აჩქარებული ელექტრონები ღრმად აღწევენ ატომებში და ატომებენ ელექტრონებს მათი შიდა ფენებიდან ატომის გარეთ. ელექტრონები (ნახ. 2) ზედა ფენებიდან თავისუფალ ადგილებზე გადადიან, რის შედეგადაც რენტგენის ფოტონები გამოიყოფა გარდამავალი ენერგიის დონეების სხვაობის შესაბამისი სიხშირით. დამახასიათებელი გამოსხივების სპექტრის ხაზები გაერთიანებულია სერიებად, რომლებიც შეესაბამება ელექტრონების გადასვლებს უფრო მაღალი დონის K, L, M დონეზე.

გარეგანი მოქმედება, რის შედეგადაც ელექტრონი იშლება შიდა შრეებიდან, საკმარისად ძლიერი უნდა იყოს. ოპტიკური სპექტრისგან განსხვავებით, სხვადასხვა ატომების დამახასიათებელი რენტგენის სპექტრები ერთი და იგივე ტიპისაა. ამ სპექტრების ერთგვაროვნება განპირობებულია იმით, რომ სხვადასხვა ატომების შიდა ფენები ერთნაირია და განსხვავდება მხოლოდ ენერგიულად, რადგან ბირთვის მხრიდან ძალის ეფექტი იზრდება ელემენტის რიგითი რიცხვის მატებასთან ერთად. ეს იწვევს იმ ფაქტს, რომ დამახასიათებელი სპექტრები გადადის უფრო მაღალი სიხშირეებისკენ ბირთვული მუხტის გაზრდით. ეს ურთიერთობა ცნობილია როგორც მოსლის კანონი: , სადაც A და B მუდმივებია; ელემენტის Z რიგის ნომერი.

კიდევ ერთი განსხვავებაა რენტგენულ და ოპტიკურ სპექტრებს შორის. ატომის დამახასიათებელი სპექტრი არ არის დამოკიდებული ქიმიურ ნაერთზე, რომელშიც შედის ატომი. ასე, მაგალითად, ჟანგბადის ატომის რენტგენის სპექტრი იგივეა O, O 2, H 2 O-სთვის, ხოლო ამ ნაერთების ოპტიკური სპექტრები მნიშვნელოვნად განსხვავდება. ატომების რენტგენის სპექტრის ეს თვისება დაედო საფუძვლად სახელწოდებას "მახასიათებელი".

დამახასიათებელი გამოსხივება ხდება მაშინ, როდესაც ატომის შიდა ფენებში თავისუფალი ადგილებია, მიუხედავად მისი გამომწვევი მიზეზებისა. მაგალითად, მას თან ახლავს რადიოაქტიური დაშლის ერთ-ერთი სახეობა, რომელიც შედგება ბირთვის მიერ შიდა ფენიდან ელექტრონის დაჭერაში.

2. რენტგენის მილების და პროტოზოების მოწყობილობა

რენტგენის აპარატი.

რენტგენის გამოსხივების ყველაზე გავრცელებული წყაროა რენტგენის მილი - ორელექტროდიანი ვაკუუმური მოწყობილობა (სურ. 3). ეს არის მინის კონტეინერი (p = 10 -6 - 10 -7 მმ Hg) ორი ელექტროდით - ანოდით A და კათოდით K, რომელთა შორის იქმნება მაღალი ძაბვა. გახურებული კათოდი (K) ასხივებს ელექტრონებს. ანოდი A ხშირად მოიხსენიება როგორც ანტიკათოდი. მას აქვს დახრილი ზედაპირი, რათა მიღებული რენტგენის გამოსხივება მიმართოს მილის ღერძის კუთხით. ანოდი დამზადებულია ლითონისგან, რომელსაც აქვს კარგი თბოგამტარობა (სპილენძი), ელექტრონების ზემოქმედებით წარმოქმნილი სითბოს მოსაშორებლად. ანოდის დახრილ ბოლოში არის ცეცხლგამძლე ლითონისგან (ვოლფრამი) დამზადებული ფირფიტა Z, რომელსაც აქვს მაღალი ატომური რიცხვი, რომელსაც ეწოდება ანოდის სარკე. ზოგიერთ შემთხვევაში, ანოდი სპეციალურად გაცივებულია წყლით ან ზეთით. დიაგნოსტიკური მილებისთვის მნიშვნელოვანია რენტგენის წყაროს სიზუსტე, რაც შეიძლება მიღწეული იყოს ელექტრონების ფოკუსირებით ანოდის ერთ ადგილზე. ამიტომ, კონსტრუქციულად, გასათვალისწინებელია ორი საპირისპირო ამოცანა: ერთის მხრივ, ელექტრონები უნდა დაეცეს ანოდის ერთ ადგილზე, მეორეს მხრივ, გადახურების თავიდან ასაცილებლად, სასურველია ელექტრონების განაწილება სხვადასხვა ნაწილზე. ანოდი. ამ მიზეზით, ზოგიერთი რენტგენის მილები დამზადებულია მბრუნავი ანოდით.

ნებისმიერი დიზაინის მილში, ანოდსა და კათოდს შორის ძაბვით აჩქარებული ელექტრონები ეცემა ანოდის სარკეს და ღრმად აღწევენ ნივთიერებაში, ურთიერთქმედებენ ატომებთან და აჩქარებენ ატომების ველს. ეს წარმოქმნის bremsstrahlung რენტგენის სხივებს. ბრემსტრაჰლუნგთან ერთად წარმოიქმნება დამახასიათებელი გამოსხივების მცირე რაოდენობა (რამდენიმე პროცენტი). ანოდში მოხვედრილი ელექტრონების მხოლოდ 1-2% იწვევს bremsstrahlung-ს, დანარჩენი კი იწვევს თერმულ ეფექტს. ელექტრონების კონცენტრაციისთვის კათოდს აქვს სახელმძღვანელო ქუდი. ვოლფრამის სარკის ნაწილს, რომელზედაც ეცემა ელექტრონის ძირითადი ნაკადი, მილის ფოკუსი ეწოდება. რადიაციული სხივის სიგანე დამოკიდებულია მის ფართობზე (ფოკუსის სიმკვეთრე).

მილის კვებისათვის საჭიროა ორი წყარო: მაღალი ძაბვის წყარო ანოდის სქემისთვის და დაბალი ძაბვის წყარო (6-8 ვ) ძაფის სქემისთვის. ორივე წყარო დამოუკიდებლად უნდა იყოს რეგულირებული. ანოდის ძაბვის შეცვლით რეგულირდება რენტგენის გამოსხივების სიხისტე, ხოლო ინკანდესცენციის შეცვლით გამომავალი წრედის დენი და, შესაბამისად, გამოსხივების სიმძლავრე.

უმარტივესი რენტგენის აპარატის სქემატური დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ.4-ზე. წრეს აქვს ორი მაღალი ძაბვის ტრანსფორმატორი Tr.1 და Tr.2 ძაფის კვებისათვის. მილზე მაღალი ძაბვა რეგულირდება ავტოტრანსფორმატორით Tr.3, რომელიც დაკავშირებულია ტრანსფორმატორის Tr.1-ის პირველად გრაგნილთან. გადამრთველი K არეგულირებს ავტოტრანსფორმატორის გრაგნილის შემობრუნების რაოდენობას. ამასთან დაკავშირებით, იცვლება ტრანსფორმატორის მეორადი გრაგნილის ძაბვა, რომელიც მიეწოდება მილის ანოდს, ე.ი. სიხისტე რეგულირდება.

მილის ძაფის დენი რეგულირდება რეოსტატით R, რომელიც შედის ტრანსფორმატორის Tr.2 პირველად წრეში. ანოდის წრედის დენი იზომება მილიამმეტრით. მილის ელექტროდებზე გამოყენებული ძაბვა იზომება კვ კილოვოლტმეტრით, ან ძაბვა ანოდის წრეში შეიძლება შეფასდეს გადამრთველის პოზიციით K. ძაფის დენი, რომელიც რეგულირდება რეოსტატით, იზომება ამპერმეტრით A. განხილული სქემით, რენტგენის მილი ერთდროულად ასწორებს მაღალ ალტერნატიულ ძაბვას.

ადვილი მისახვედრია, რომ ასეთი მილი ასხივებს ალტერნატიული დენის მხოლოდ ერთ ნახევარ ციკლში. ამიტომ მისი სიმძლავრე მცირე იქნება. გამოსხივებული სიმძლავრის გაზრდის მიზნით, ბევრი მოწყობილობა იყენებს მაღალი ძაბვის სრული ტალღის რენტგენის გამომსწორებელს. ამ მიზნით გამოიყენება 4 სპეციალური კენოტრონი, რომლებიც დაკავშირებულია ხიდის წრედში. ხიდის ერთ დიაგონალში ჩართულია რენტგენის მილი.

3. რენტგენის გამოსხივების ურთიერთქმედება მატერიასთან

(თანმიმდევრული გაფანტვა, არათანმიმდევრული გაფანტვა, ფოტოელექტრული ეფექტი).

როდესაც რენტგენის სხივები ეცემა სხეულს, ის აირეკლება მისგან მცირე რაოდენობით, მაგრამ უმეტესად ღრმად გადადის. სხეულის მასაში რადიაცია ნაწილობრივ შეიწოვება, ნაწილობრივ იფანტება და ნაწილობრივ გადის. სხეულში გავლისას რენტგენის ფოტონები ძირითადად ურთიერთქმედებენ ნივთიერების ატომებისა და მოლეკულების ელექტრონებთან. რენტგენის გამოსხივების რეგისტრაცია და გამოყენება, ისევე როგორც მისი გავლენა ბიოლოგიურ ობიექტებზე, განისაზღვრება რენტგენის ფოტონის ელექტრონებთან ურთიერთქმედების პირველადი პროცესებით. სამი ძირითადი პროცესი ხდება ფოტონის ენერგიის E და იონიზაციის ენერგიის AI თანაფარდობიდან გამომდინარე.

ა)თანმიმდევრული გაფანტვა.

გრძელტალღოვანი რენტგენის სხივების გაფანტვა ძირითადად ტალღის სიგრძის შეცვლის გარეშე ხდება და მას თანმიმდევრული ეწოდება. ფოტონის ურთიერთქმედება ბირთვთან მჭიდროდ შეკრული შიდა გარსების ელექტრონებთან, მხოლოდ ცვლის მის მიმართულებას ენერგიის და, შესაბამისად, ტალღის სიგრძის შეცვლის გარეშე (ნახ. 5).

თანმიმდევრული გაფანტვა ხდება, თუ ფოტონის ენერგია ნაკლებია იონიზაციის ენერგიაზე: 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.

ბ)არათანმიმდევრული გაფანტვა (კომპტონის ეფექტი).

1922 წელს ა. კომპტონმა, დააკვირდა მძიმე რენტგენის სხივების გაფანტვას, აღმოაჩინა გაფანტული სხივის შეღწევადობის დაქვეითება მოხვედრილ სხივთან შედარებით. რენტგენის სხივების გაფანტვას ტალღის სიგრძის ცვალებადობით ეწოდება კომპტონის ეფექტი. ეს ხდება მაშინ, როდესაც რაიმე ენერგიის ფოტონი ურთიერთქმედებს ბირთვთან სუსტად შეკრული ატომების გარე გარსების ელექტრონებთან (ნახ. 6). ელექტრონი მოწყვეტილია ატომს (ასეთ ელექტრონებს უწოდებენ უკუცემის ელექტრონებს). ფოტონის ენერგია მცირდება (ტალღის სიგრძე შესაბამისად იზრდება), იცვლება მისი მოძრაობის მიმართულებაც. კომპტონის ეფექტი ჩნდება, თუ რენტგენის ფოტონის ენერგია მეტია იონიზაციის ენერგიაზე: , . ამ შემთხვევაში ჩნდება უკანდახევის ელექტრონები კინეტიკური ენერგიით E K. ატომები და მოლეკულები იონებად იქცევა. თუ E K არის მნიშვნელოვანი, მაშინ ელექტრონებს შეუძლიათ შეჯახებით მოახდინოს მეზობელი ატომების იონიზირება და ახალი (მეორადი) ელექტრონების წარმოქმნა.

V)ფოტოელექტრული ეფექტი.

თუ ფოტონის hn ენერგია საკმარისია ელექტრონის გასაწყვეტად, მაშინ ატომთან ურთიერთობისას ფოტონი შეიწოვება და ელექტრონი იშლება მისგან. ამ ფენომენს ფოტოელექტრული ეფექტი ეწოდება. ატომი იონიზებულია (ფოტოინიზაცია). ამ შემთხვევაში ელექტრონი იძენს კინეტიკურ ენერგიას და თუ ეს უკანასკნელი მნიშვნელოვანია, მაშინ მას შეუძლია მეზობელი ატომების იონიზაცია შეჯახებით, ახალი (მეორადი) ელექტრონების წარმოქმნით. თუ ფოტონის ენერგია არასაკმარისია იონიზაციისთვის, მაშინ ფოტოელექტრული ეფექტი შეიძლება გამოვლინდეს ატომის ან მოლეკულის აგზნებაში. ზოგიერთ ნივთიერებაში ეს იწვევს ფოტონების შემდგომ გამოსხივებას ხილული გამოსხივების რეგიონში (რენტგენის ლუმინესცენცია), ხოლო ქსოვილებში მოლეკულების გააქტიურებასა და ფოტოქიმიურ რეაქციებს.

ფოტოელექტრული ეფექტი დამახასიათებელია 0,5-1 მევ-ის რიგის ენერგიის მქონე ფოტონებისთვის.

ზემოთ განხილული სამი ძირითადი ურთიერთქმედების პროცესი არის პირველადი, ისინი იწვევს შემდგომ მეორად, მესამეულს და ა.შ. ფენომენებს. როდესაც რენტგენის გამოსხივება შედის ნივთიერებაში, შეიძლება მოხდეს მთელი რიგი პროცესები, სანამ რენტგენის ფოტონის ენერგია გადაიქცევა თერმული მოძრაობის ენერგიად.

ზემოაღნიშნული პროცესების შედეგად პირველადი რენტგენის ნაკადი სუსტდება. ეს პროცესი ემორჩილება ბუგერის კანონს. ვწერთ მას სახით: Ф =Ф 0 e - mx, სადაც m არის წრფივი შესუსტების კოეფიციენტი, რომელიც დამოკიდებულია ნივთიერების ბუნებაზე (ძირითადად სიმკვრივეზე და ატომურ რიცხვზე) და გამოსხივების ტალღის სიგრძეზე (ფოტონების ენერგია). ის შეიძლება წარმოდგენილი იყოს სამი ტერმინისგან, რომლებიც შეესაბამება თანმიმდევრულ გაფანტვას, არათანმიმდევრულ გაფანტვას და ფოტოელექტრო ეფექტს: .

ვინაიდან ხაზოვანი შთანთქმის კოეფიციენტი დამოკიდებულია ნივთიერების სიმკვრივეზე, სასურველია გამოვიყენოთ მასის შესუსტების კოეფიციენტი, რომელიც უდრის ხაზოვანი შესუსტების კოეფიციენტის თანაფარდობას შთანთქმის სიმკვრივესთან და არ არის დამოკიდებული ნივთიერების სიმკვრივეზე. . რენტგენის ნაკადის (ინტენსივობის) დამოკიდებულება შთამნთქმელი ფილტრის სისქეზე ნაჩვენებია ნახ. 7-ში H 2 O, Al და Cu-სთვის. გამოთვლები აჩვენებს, რომ წყლის 36 მმ სისქის, ალუმინის 15 მმ და სპილენძის 1,6 მმ ფენა რენტგენის ინტენსივობას 2-ჯერ ამცირებს. ამ სისქეს ეწოდება ნახევარი ფენის სისქე d. თუ ნივთიერება ასუსტებს რენტგენის გამოსხივებას ნახევარით, მაშინ , მაშინ , ან, ; ; . იცის ნახევარი ფენის სისქე, ყოველთვის შეგიძლიათ განსაზღვროთ მ. განზომილება .

4. რენტგენის გამოყენება მედიცინაში

(ფლუოროსკოპია, რენტგენოგრაფია, რენტგენოტომოგრაფია, ფლუოროგრაფია, რადიოთერაპია).

მედიცინაში რენტგენის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული გამოყენებაა შინაგანი ორგანოების ტრანსილუმინაცია დიაგნოსტიკური მიზნებისათვის - რენტგენის დიაგნოსტიკა.

დიაგნოსტიკისთვის გამოიყენება 60-120 კევ ენერგიის მქონე ფოტონები. ამ შემთხვევაში მასის შთანთქმის კოეფიციენტი განისაზღვრება ძირითადად ფოტოელექტრული ეფექტით. მისი მნიშვნელობა პროპორციულია l 3-ის (რომელშიც მძიმე გამოსხივების დიდი შეღწევადი ძალა ვლინდება) და პროპორციულია ნივთიერების - შთამნთქმელი ატომების რაოდენობის მესამე სიმძლავრისა: , სადაც K არის პროპორციულობის კოეფიციენტი.

ადამიანის სხეული შედგება ქსოვილებისა და ორგანოებისგან, რომლებსაც აქვთ განსხვავებული შთანთქმის უნარი რენტგენის სხივებთან მიმართებაში. ამიტომ რენტგენის სხივებით განათებისას ეკრანზე მიიღება არაერთგვაროვანი ჩრდილის გამოსახულება, რომელიც იძლევა შინაგანი ორგანოებისა და ქსოვილების მდებარეობის სურათს. ყველაზე მჭიდრო რადიაციის შთანთქმის ქსოვილები (გული, დიდი სისხლძარღვები, ძვლები) ჩანს მუქი, ხოლო ნაკლებად შთამნთქმელი ქსოვილები (ფილტვები) - მსუბუქი.

ხშირ შემთხვევაში შესაძლებელია მათი ნორმალური ან პათოლოგიური მდგომარეობის შეფასება. რენტგენის დიაგნოსტიკა იყენებს ორ ძირითად მეთოდს: ფლუოროსკოპიას (გადაცემა) და რენტგენოგრაფიას (გამოსახულებას). თუ შესასწავლი ორგანო და მის გარშემო არსებული ქსოვილები დაახლოებით თანაბრად შთანთქავენ რენტგენის ნაკადს, მაშინ გამოიყენება სპეციალური კონტრასტული აგენტები. ასე, მაგალითად, კუჭის ან ნაწლავების რენტგენოლოგიური გამოკვლევის წინა დღეს, ეძლევა ბარიუმის სულფატის დაფქული მასა, ამ შემთხვევაში შეიძლება დაინახოს მათი ჩრდილის გამოსახულება. ფლუოროსკოპიასა და რენტგენოგრაფიაში რენტგენის გამოსახულება არის ობიექტის მთელი სისქის შემაჯამებელი სურათი, რომლის მეშვეობითაც რენტგენის სხივები გადის. ყველაზე ნათლად არის ის დეტალები, რომლებიც უფრო ახლოს არიან ეკრანთან ან ფილმთან, ხოლო შორეული ხდება ბუნდოვანი და ბუნდოვანი. თუ რომელიმე ორგანოში არის პათოლოგიურად შეცვლილი არე, მაგალითად, ფილტვის ქსოვილის განადგურება ანთების ფართო ფოკუსის შიგნით, მაშინ ზოგიერთ შემთხვევაში რენტგენის ეს უბანი ჩრდილების ოდენობით შეიძლება „დაკარგოს“. თვალსაჩინოებისთვის გამოიყენება სპეციალური მეთოდი - ტომოგრაფია (ფენოვანი ჩაწერა), რომელიც საშუალებას გაძლევთ გადაიღოთ გამოსაკვლევი უბნის ცალკეული ფენები. ამ ტიპის ფენა-ფენა ტომოგრამები მიიღება სპეციალური აპარატის გამოყენებით, რომელსაც ეწოდება ტომოგრაფი, რომელშიც რენტგენის მილი (RT) და ფილმი (Fp) პერიოდულად, ერთობლივად, ანტიფაზაში მოძრაობენ საკვლევ ზონასთან შედარებით. ამ შემთხვევაში, რენტგენის სხივები RT-ის ნებისმიერ პოზიციაზე გაივლის ობიექტის იმავე წერტილს (შეცვლილი უბანი), რომელიც არის ცენტრი, რომლის მიმართაც RT და FP პერიოდულად მოძრაობენ. ტერიტორიის ჩრდილოვანი გამოსახულება იქნება აღბეჭდილი ფილმზე. „სვინგის ცენტრის“ პოზიციის შეცვლით შესაძლებელია ობიექტის ფენიანი გამოსახულების მიღება. რენტგენის თხელი სხივის, სპეციალური ეკრანის (ნაცვლად Fp) გამოყენებით მაიონებელი გამოსხივების ნახევარგამტარული დეტექტორებისგან, შესაძლებელია კომპიუტერის გამოყენებით ტომოგრაფიის დროს გამოსახულების დამუშავება. ტომოგრაფიის ამ თანამედროვე ვარიანტს კომპიუტერული ტომოგრაფია ეწოდება. ტომოგრაფია ფართოდ გამოიყენება ფილტვების, თირკმელების, ნაღვლის ბუშტის, კუჭის, ძვლების და ა.შ.

ეკრანზე გამოსახულების სიკაშკაშე და ფილმზე ექსპოზიციის დრო დამოკიდებულია რენტგენის გამოსხივების ინტენსივობაზე. დიაგნოსტიკისთვის გამოყენებისას ინტენსივობა არ შეიძლება იყოს მაღალი, რათა არ მოხდეს არასასურველი ბიოლოგიური ეფექტი. აქედან გამომდინარე, არსებობს მრავალი ტექნიკური მოწყობილობა, რომელიც აუმჯობესებს გამოსახულების სიკაშკაშეს დაბალი რენტგენის ინტენსივობით. ერთ-ერთი ასეთი მოწყობილობაა გამოსახულების გამაძლიერებელი მილი.

კიდევ ერთი მაგალითია ფლუოროგრაფია, რომელშიც გამოსახულება მიიღება მგრძნობიარე მცირე ფორმატის ფილმზე დიდი რენტგენის ლუმინესცენტური ეკრანიდან. გადაღებისას გამოიყენება დიდი დიაფრაგმის ლინზა, მზა ნახატები განიხილება სპეციალურ გამადიდებელზე.

ფლუოროგრაფია აერთიანებს ლატენტური დაავადებების გამოვლენის დიდ უნარს (გულმკერდის, კუჭ-ნაწლავის ტრაქტის, პარანასალური სინუსების და ა.შ.) მნიშვნელოვან გამტარუნარიანობას და, შესაბამისად, არის მასობრივი (in-line) კვლევის ძალიან ეფექტური მეთოდი.

ვინაიდან ფლუოროგრაფიის დროს რენტგენის გამოსახულების გადაღება ხდება ფოტოგრაფიული ოპტიკის გამოყენებით, ფლუოროგრამაზე გამოსახულება მცირდება რენტგენთან შედარებით. ამასთან დაკავშირებით, ფლუოროგრამის გარჩევადობა (ანუ მცირე დეტალების ხილვადობა) უფრო ნაკლებია, ვიდრე ჩვეულებრივი რენტგენოგრაფიის, თუმცა, უფრო დიდია, ვიდრე ფლუოროსკოპიით.

დაპროექტდა მოწყობილობა - ტომოფლუოგრაფი, რომელიც შესაძლებელს ხდის მოცემულ სიღრმეზე სხეულის ნაწილებისა და ცალკეული ორგანოების ფლუოროგრამების მიღებას - ე.წ.

რენტგენის გამოსხივება ასევე გამოიყენება თერაპიული მიზნებისათვის (რენტგენოთერაპია). რადიაციის ბიოლოგიური ეფექტი არის უჯრედების სასიცოცხლო აქტივობის დარღვევა, განსაკუთრებით სწრაფად განვითარებადი. ამასთან დაკავშირებით, რენტგენოთერაპია გამოიყენება ავთვისებიანი სიმსივნეების ზემოქმედების მიზნით. შესაძლებელია გამოსხივების დოზის არჩევა, რომელიც საკმარისია სიმსივნის სრული განადგურებისთვის მიმდებარე ჯანსაღი ქსოვილების შედარებით მცირე დაზიანებით, რომლებიც აღდგება შემდგომი რეგენერაციის გამო.

ინტენსივობა- რენტგენის გამოსხივების რაოდენობრივი მახასიათებელი, რომელიც გამოიხატება მილის მიერ გამოსხივებული სხივების რაოდენობით ერთეულ დროში. რენტგენის სხივების ინტენსივობა იზომება მილიამპერებში. თუ შევადარებთ მას ჩვეულებრივი ინკანდესენტური ნათურის ხილული შუქის ინტენსივობას, შეგვიძლია გამოვიტანოთ ანალოგია: მაგალითად, 20 ვატიანი ნათურა ანათებს ერთი ინტენსივობით, ან სიძლიერით, ხოლო 200 ვატიანი ნათურა ანათებს მეორეს. თავად სინათლის ხარისხი (მისი სპექტრი) იგივეა. რენტგენის გამოსხივების ინტენსივობა, ფაქტობრივად, მისი რაოდენობაა. თითოეული ელექტრონი ქმნის ერთ ან მეტ გამოსხივების კვანტს ანოდზე, შესაბამისად, რენტგენის სხივების რაოდენობა ობიექტის ექსპოზიციის დროს რეგულირდება ანოდისკენ მიმავალი ელექტრონების რაოდენობის და ვოლფრამის სამიზნის ატომებთან ელექტრონების ურთიერთქმედების რაოდენობის შეცვლით. , რომელიც შეიძლება გაკეთდეს ორი გზით:

1. კათოდური სპირალის ინკანდესცენციის ხარისხის შეცვლით დაღმავალი ტრანსფორმატორის გამოყენებით (ემისიისას წარმოქმნილი ელექტრონების რაოდენობა დამოკიდებული იქნება იმაზე, თუ რამდენად ცხელია ვოლფრამის სპირალი, ხოლო გამოსხივების კვანტების რაოდენობა დამოკიდებული იქნება ელექტრონების რაოდენობაზე) ;

2. საფეხურის ტრანსფორმატორის მიერ მიწოდებული მაღალი ძაბვის მნიშვნელობის შეცვლით მილის პოლუსებზე - კათოდსა და ანოდზე (რაც უფრო მაღალია ძაბვა მილის პოლუსებზე, მით მეტ კინეტიკურ ენერგიას იღებენ ელექტრონები. , რომელსაც თავისი ენერგიის გამო თავის მხრივ შეუძლია ანოდური ნივთიერების რამდენიმე ატომთან ურთიერთქმედება - იხ. ბრინჯი. 5; დაბალი ენერგიის მქონე ელექტრონები შეძლებენ უფრო მცირე რაოდენობის ურთიერთქმედებას).

რენტგენის ინტენსივობა (ანოდის დენი) გამრავლებული ჩამკეტის სიჩქარეზე (მილის დრო) შეესაბამება რენტგენის ექსპოზიციას, რომელიც იზომება mAs-ში (მილიამპერ წამში). ექსპოზიცია არის პარამეტრი, რომელიც, ისევე როგორც ინტენსივობა, ახასიათებს რენტგენის მილის მიერ გამოსხივებული სხივების რაოდენობას. ერთადერთი განსხვავება ისაა, რომ ექსპოზიცია ასევე ითვალისწინებს მილის მუშაობის დროს (მაგალითად, თუ მილი მუშაობს 0,01 წმ, მაშინ სხივების რაოდენობა იქნება ერთი, ხოლო თუ 0,02 წმ, მაშინ სხივების რაოდენობა იქნება განსხვავებული - ორჯერ მეტი). რადიაციის ექსპოზიციას ადგენს რენტგენოლოგი რენტგენის აპარატის მართვის პანელზე, გამოკვლევის ტიპზე, შესასწავლი ობიექტის ზომაზე და დიაგნოსტიკურ ამოცანზე.

სიხისტე- რენტგენის გამოსხივების ხარისხობრივი მახასიათებელი. იგი იზომება მილზე მაღალი ძაბვით - კილოვოლტებში. განსაზღვრავს რენტგენის სხივების შეღწევადობას. იგი რეგულირდება რენტგენის მილზე მიწოდებული მაღალი ძაბვით საფეხურით ამაღლებული ტრანსფორმატორით. რაც უფრო მაღალია პოტენციური სხვაობა მილის ელექტროდებზე, მით უფრო მეტი ძალა მოიგერია ელექტრონები კათოდიდან და მიეჩქარება ანოდისკენ და მით უფრო ძლიერია მათი შეჯახება ანოდთან. რაც უფრო ძლიერია მათი შეჯახება, მით უფრო მოკლეა რენტგენის გამოსხივების ტალღის სიგრძე და მით უფრო მაღალია ამ ტალღის შეღწევის ძალა (ან გამოსხივების სიმტკიცე, რომელიც, ისევე როგორც ინტენსივობა, რეგულირდება მართვის პანელზე ძაბვის პარამეტრით. მილი - კილოძაბვა).

ბრინჯი. 7 - ტალღის სიგრძის დამოკიდებულება ტალღის ენერგიაზე:

λ - ტალღის სიგრძე;
E - ტალღის ენერგია

· რაც უფრო მაღალია მოძრავი ელექტრონების კინეტიკური ენერგია, მით უფრო ძლიერია მათი ზემოქმედება ანოდზე და მით უფრო მოკლეა მიღებული რენტგენის გამოსხივების ტალღის სიგრძე. გრძელი ტალღის სიგრძისა და დაბალი შეღწევადობის მქონე რენტგენის გამოსხივებას ეწოდება "რბილი", მოკლე ტალღის სიგრძით და მაღალი შეღწევადობით - "მყარი".

ბრინჯი. 8 - რენტგენის მილზე ძაბვის თანაფარდობა და შედეგად მიღებული რენტგენის გამოსხივების ტალღის სიგრძე:

· რაც უფრო მაღალია ძაბვა მილის ბოძებზე, მით უფრო ძლიერია პოტენციური განსხვავება მათზე, შესაბამისად, მოძრავი ელექტრონების კინეტიკური ენერგია უფრო მაღალი იქნება. მილზე ძაბვა განსაზღვრავს ელექტრონების სიჩქარეს და ანოდის მასალასთან მათი შეჯახების ძალას, შესაბამისად, ძაბვა განსაზღვრავს შედეგად მიღებული რენტგენის გამოსხივების ტალღის სიგრძეს.