Rrezatimi me rreze X i referohet valëve elektromagnetike me një gjatësi prej afërsisht 80 deri në 10 -5 nm. Rrezatimi me rreze X me valë më të gjatë mbivendoset nga rrezatimi ultravjollcë me valë të shkurtër, dhe rrezatimi me rreze X me valë të shkurtër mbivendoset nga rrezatimi γ i valës së gjatë. Në bazë të metodës së ngacmimit, rrezatimi me rreze X ndahet në bremsstrahlung dhe karakteristik.
31.1. PAJISJE TUBE RREZE X. Bremsstrahlung X-Ray
Burimi më i zakonshëm i rrezatimit me rreze X është një tub me rreze X, i cili është një pajisje vakum me dy elektroda (Fig. 31.1). Katodë e nxehtë 1 lëshon elektrone 4. Anoda 2, e quajtur shpesh antikatodë, ka një sipërfaqe të pjerrët në mënyrë që të drejtojë rrezatimin me rreze X. 3 në një kënd me boshtin e tubit. Anoda është bërë nga një material shumë përçues i nxehtësisë për të hequr nxehtësinë e krijuar nga ndikimet e elektroneve. Sipërfaqja e anodës është bërë nga materiale zjarrduruese që kanë një numër të madh atomik në tabelën periodike, për shembull, tungsten. Në disa raste, anoda ftohet posaçërisht me ujë ose vaj.
Për tubat diagnostikues, saktësia e burimit të rrezeve X është e rëndësishme, e cila mund të arrihet duke fokusuar elektronet në një vend të antikatodës. Prandaj, në mënyrë konstruktive është e nevojshme të merren parasysh dy detyra të kundërta: nga njëra anë, elektronet duhet të bien në një vend të anodës, nga ana tjetër, për të parandaluar mbinxehjen, është e dëshirueshme që elektronet të shpërndahen në zona të ndryshme të anoda. Një zgjidhje teknike interesante është një tub me rreze X me një anodë rrotulluese (Fig. 31.2).
Si rezultat i frenimit të një elektroni (ose grimcë tjetër të ngarkuar) nga fusha elektrostatike e bërthamës atomike dhe elektroneve atomike të substancës, lind një antikatodë. Rrezatimi me rreze X Bremsstrahlung.
Mekanizmi i tij mund të shpjegohet si më poshtë. E lidhur me një ngarkesë elektrike lëvizëse është një fushë magnetike, induksioni i së cilës varet nga shpejtësia e elektronit. Gjatë frenimit, fusha magnetike zvogëlohet
induksioni dhe, në përputhje me teorinë e Maxwell-it, shfaqet një valë elektromagnetike.
Kur elektronet ngadalësohen, vetëm një pjesë e energjisë përdoret për të krijuar një foton me rreze x, pjesa tjetër shpenzohet për ngrohjen e anodës. Meqenëse marrëdhënia midis këtyre pjesëve është e rastësishme, kur një numër i madh elektronesh ngadalësohen, formohet një spektër i vazhdueshëm i rrezatimit me rreze X. Në këtë drejtim, bremsstrahlung quhet edhe rrezatim i vazhdueshëm. Në Fig. Figura 31.3 tregon varësinë e fluksit të rrezeve X nga gjatësia e valës λ (spektrat) në tensione të ndryshme në tubin e rrezeve X: U 1< U 2 < U 3 .
Në secilin prej spektrave, bremsstrahlung me gjatësi vale më të shkurtër është λ ηίη ndodh kur energjia e fituar nga një elektron në një fushë përshpejtuese shndërrohet plotësisht në energji fotonike:
Vini re se bazuar në (31.2), është zhvilluar një nga metodat më të sakta për përcaktimin eksperimental të konstantës së Planck.
Rrezet X me valë të shkurtra janë përgjithësisht më depërtuese se rrezet X me valë të gjata dhe quhen e ashpër, dhe valë e gjatë - i butë.
Duke rritur tensionin në tubin me rreze X, përbërja spektrale e rrezatimit ndryshon, siç mund të shihet nga Fig. 31.3 dhe formulat (31.3), dhe rrisin ngurtësinë.
Nëse rritni temperaturën e filamentit të katodës, emetimi i elektroneve dhe rryma në tub do të rritet. Kjo do të rrisë numrin e fotoneve me rreze X të emetuara çdo sekondë. Përbërja e tij spektrale nuk do të ndryshojë. Në Fig. Figura 31.4 tregon spektrat e rrezeve X bremsstrahlung në të njëjtin tension, por në rryma të ndryshme ngrohëse katode: / n1< / н2 .
Fluksi i rrezeve X llogaritet duke përdorur formulën:
Ku U Dhe une - tension dhe rrymë në tubin me rreze X; Z- numri serik i atomit të substancës anodë; k- koeficienti i proporcionalitetit. Spektra të marra nga antikatoda të ndryshme në të njëjtën kohë U dhe I H janë paraqitur në Fig. 31.5.
31.2. RREZATIMI KARAKTERISTIK RREZE X. SPEKTRA E RREZEVE X ATOMIKE
Duke rritur tensionin në tubin e rrezeve X, mund të vërehet në sfondin e një spektri të vazhdueshëm shfaqjen e një spektri të linjës, i cili korrespondon me
rrezatimi karakteristik me rreze x(Fig. 31.6). Ajo lind për shkak të faktit se elektronet e përshpejtuara depërtojnë thellë në atom dhe nxjerrin elektronet nga shtresat e brendshme. Elektronet nga nivelet e sipërme lëvizin në vende të lira (Fig. 31.7), si rezultat, emetohen fotone të rrezatimit karakteristik. Siç shihet nga figura, rrezatimi karakteristik me rreze X përbëhet nga seri K, L, M etj., emri i të cilave shërbente për përcaktimin e shtresave elektronike. Meqenëse emetimi i serisë K çliron vende në shtresat më të larta, linjat e serive të tjera emetohen në të njëjtën kohë.
Në ndryshim nga spektrat optikë, spektrat karakteristikë të rrezeve X të atomeve të ndryshme janë të të njëjtit lloj. Në Fig. Figura 31.8 tregon spektrat e elementeve të ndryshëm. Uniformiteti i këtyre spektrave është për faktin se shtresat e brendshme të atomeve të ndryshme janë identike dhe ndryshojnë vetëm energjikisht, pasi veprimi i forcës nga bërthama rritet me rritjen e numrit atomik të elementit. Kjo rrethanë çon në faktin se spektri karakteristik zhvendoset drejt frekuencave më të larta me rritjen e ngarkesës bërthamore. Ky model është i dukshëm nga Fig. 31.8 dhe njihet si Ligji i Moseley:
Ku v- frekuenca e linjës spektrale; Z- numri atomik i elementit emetues; A Dhe NË- e përhershme.
Ekziston një ndryshim tjetër midis spektrit optik dhe atij me rreze x.
Spektri karakteristik i rrezeve X të një atomi nuk varet nga përbërja kimike në të cilën përfshihet ky atom. Për shembull, spektri i rrezeve X të atomit të oksigjenit është i njëjtë për O, O 2 dhe H 2 O, ndërsa spektrat optikë të këtyre komponimeve janë dukshëm të ndryshme. Kjo veçori e spektrit të rrezeve X të atomit shërbeu si bazë për emrin karakteristike.
Rrezatimi karakteristik ndodh gjithmonë kur ka hapësirë të lirë në shtresat e brendshme të atomit, pavarësisht nga arsyeja që e ka shkaktuar atë. Për shembull, rrezatimi karakteristik shoqëron një nga llojet e zbërthimit radioaktiv (shih 32.1), i cili konsiston në kapjen e një elektroni nga shtresa e brendshme nga bërthama.
31.3. NDËRVEPRIMI I RREZATIMIT TË RREZEVE X ME MATERINË
Regjistrimi dhe përdorimi i rrezatimit me rreze X, si dhe ndikimi i tij në objektet biologjike, përcaktohen nga proceset parësore të ndërveprimit të fotonit të rrezeve X me elektronet e atomeve dhe molekulave të substancës.
Në varësi të raportit të energjisë hv energjia e fotonit dhe jonizimit 1 A dhe zhvillohen tre procese kryesore.
Shpërndarje koherente (klasike).
Shpërndarja e rrezeve X me valë të gjata ndodh në thelb pa ndryshuar gjatësinë e valës dhe quhet koherente. Ndodh nëse energjia e fotonit është më e vogël se energjia e jonizimit: hv< A dhe.
Meqenëse në këtë rast energjia e fotonit të rrezeve X dhe atomit nuk ndryshon, shpërndarja koherente në vetvete nuk shkakton një efekt biologjik. Sidoqoftë, kur krijohet mbrojtje kundër rrezatimit me rreze X, duhet të merret parasysh mundësia e ndryshimit të drejtimit të rrezes parësore. Ky lloj ndërveprimi është i rëndësishëm për analizën e difraksionit me rreze X (shih 24.7).
Shpërndarja jokoherente (efekti Compton)
Në vitin 1922 A.Kh. Compton, duke vëzhguar shpërndarjen e rrezeve të forta X, zbuloi një rënie në fuqinë depërtuese të rrezes së shpërndarë në krahasim me atë të përplasjes. Kjo do të thoshte se gjatësia e valës së rrezeve X të shpërndara ishte më e gjatë se rrezet X të incidentit. Shpërndarja e rrezeve X me një ndryshim në gjatësinë e valës quhet jokoherente nom, dhe vetë fenomeni - Efekti Compton. Ndodh nëse energjia e fotonit të rrezeve X është më e madhe se energjia e jonizimit: hv > A dhe.
Ky fenomen është për shkak të faktit se kur ndërvepron me një atom, energjia hv fotoni shpenzohet për formimin e një fotoni të ri të shpërndarë me rreze X me energji hv", për të hequr një elektron nga një atom (energjia e jonizimit A dhe) dhe për t'i dhënë energji kinetike elektronit E te:
hv= hv" + A dhe + E k.(31.6)
1 Këtu, energjia e jonizimit i referohet energjisë së kërkuar për të hequr elektronet e brendshme nga një atom ose molekulë.
Meqenëse në shumë raste hv>> Dhe dhe efekti Compton ndodh në elektronet e lira, atëherë mund të shkruajmë afërsisht:
hv = hv"+ E K .(31.7)
Është domethënëse që në këtë fenomen (Fig. 31.9), së bashku me rrezatimin sekondar me rreze X (energjia hv" foton) shfaqen elektronet mbrapsht (energjia kinetike E k elektron). Atomet ose molekulat pastaj bëhen jone.
Efekt fotografik
Në efektin fotoelektrik, rrezet X përthithen nga një atom, duke shkaktuar nxjerrjen e një elektroni dhe jonizimin e atomit (fotoionizimi).
Tre proceset kryesore të ndërveprimit të diskutuara më sipër janë parësore, ato çojnë në sekondare të mëvonshme, terciare, etj. dukuritë. Për shembull, atomet e jonizuara mund të lëshojnë një spektër karakteristik, atomet e ngacmuar mund të bëhen burime të dritës së dukshme (luminescenca me rreze x), etj.
Në Fig. 31.10 tregon një diagram të proceseve të mundshme që ndodhin kur rrezatimi me rreze X hyn në një substancë. Disa dhjetëra procese të ngjashme me atë të përshkruar mund të ndodhin përpara se energjia e fotonit të rrezeve X të shndërrohet në energjinë e lëvizjes termike molekulare. Si rezultat, do të ndodhin ndryshime në përbërjen molekulare të substancës.
Proceset e paraqitura nga diagrami në Fig. 31.10, përbëjnë bazën e dukurive që vërehen kur rrezet X veprojnë mbi materien. Le të rendisim disa prej tyre.
Ndriçimi me rreze X- shkëlqimi i një numri substancash nën rrezatim me rreze X. Ky shkëlqim i bariumit me sinoksid platini i lejoi Roentgenit të zbulonte rrezet. Ky fenomen përdoret për të krijuar ekrane të veçanta ndriçuese me qëllim të vëzhgimit vizual të rrezatimit me rreze X, ndonjëherë për të rritur efektin e rrezeve X në një pllakë fotografike.
Efektet kimike të rrezatimit me rreze X janë të njohura, për shembull formimi i peroksidit të hidrogjenit në ujë. Një shembull praktikisht i rëndësishëm është efekti në një pllakë fotografike, e cila lejon që rrezet e tilla të regjistrohen.
Efekti jonizues manifestohet në një rritje të përçueshmërisë elektrike nën ndikimin e rrezeve X. Kjo pronë është përdorur
në dozimetri për të përcaktuar sasinë e efekteve të këtij lloji të rrezatimit.
Si rezultat i shumë proceseve, tufa primare e rrezatimit me rreze X dobësohet në përputhje me ligjin (29.3). Le ta shkruajmë në formën:
I = I 0 e-/", (31.8)
Ku μ - koeficienti linear i dobësimit. Mund të përfaqësohet si i përbërë nga tre terma që korrespondojnë me shpërndarje koherente μ κ, μ ΗK jokoherent dhe efekt fotoelektrik μ f:
μ = μ k + μ hk + μ f. (31.9)
Intensiteti i rrezatimit me rreze X zvogëlohet në përpjesëtim me numrin e atomeve të substancës nëpër të cilën kalon ky fluks. Nëse ngjesh një substancë përgjatë boshtit X, për shembull, në b herë, duke u rritur me b që nga dendësia e tij, pra
31.4. BAZAT FIZIKE TË APLIKIMIT TË RREZATIMIT TË RREZEVE X NË Mjekësi
Një nga përdorimet më të rëndësishme mjekësore të rrezeve X është ndriçimi i organeve të brendshme për qëllime diagnostikuese. (Diagnostifikimi me rreze X).
Për diagnostikim, përdoren fotone me një energji prej rreth 60-120 keV. Në këtë energji, koeficienti i dobësimit të masës përcaktohet kryesisht nga efekti fotoelektrik. Vlera e tij është në përpjesëtim të zhdrejtë me fuqinë e tretë të energjisë së fotonit (proporcionale me λ 3), e cila tregon fuqinë më të madhe depërtuese të rrezatimit të fortë dhe proporcionale me fuqinë e tretë të numrit atomik të substancës thithëse:
Dallimi domethënës në thithjen e rrezatimit me rreze X nga inde të ndryshme lejon që dikush të shohë imazhe të organeve të brendshme të trupit të njeriut në projeksion në hije.
Diagnostifikimi me rreze X përdoret në dy versione: fluoroskopia - imazhi shihet në një ekran lumineshent me rreze X, radiografi - imazhi regjistrohet në film fotografik.
Nëse organi që ekzaminohet dhe indet përreth e zbehin rrezatimin me rreze X afërsisht në mënyrë të barabartë, atëherë përdoren agjentë të veçantë kontrasti. Për shembull, pasi të keni mbushur stomakun dhe zorrët me një masë si qull të sulfatit të bariumit, mund të shihni imazhin e tyre të hijes.
Shkëlqimi i imazhit në ekran dhe koha e ekspozimit në film varen nga intensiteti i rrezatimit me rreze x. Nëse përdoret për diagnostikim, atëherë intensiteti nuk mund të jetë i lartë për të mos shkaktuar pasoja biologjike të padëshiruara. Prandaj, ka një sërë pajisjesh teknike që përmirësojnë imazhet me intensitet të ulët të rrezeve X. Një shembull i një pajisjeje të tillë janë konvertuesit elektro-optikë (shih 27.8). Gjatë ekzaminimit masiv të popullatës, përdoret gjerësisht një variant i radiografisë - fluorografia, në të cilën një imazh nga një ekran i madh lumineshent me rreze X regjistrohet në një film të ndjeshëm me format të vogël. Gjatë shkrepjes, përdoret një lente me hapje të lartë dhe imazhet e përfunduara ekzaminohen duke përdorur një zmadhues të veçantë.
Një opsion interesant dhe premtues për radiografi është një metodë e quajtur Tomografia me rreze X, dhe "versioni i saj makine" - CT scan.
Le ta shqyrtojmë këtë pyetje.
Një radiografi tipike mbulon një zonë të madhe të trupit, me organe dhe inde të ndryshme që errësojnë njëra-tjetrën. Kjo mund të shmanget nëse e lëvizni periodikisht tubin me rreze X së bashku (Fig. 31.11) në antifazë RT dhe film fotografik FP në lidhje me objektin Rreth kërkimore. Trupi përmban një numër përfshirjesh që janë të errëta ndaj rrezeve x; ato janë paraqitur si rrathë në figurë. Siç mund të shihet, rrezet X në çdo pozicion të tubit të rrezeve X (1, 2 etj.) kaloj
prerja e së njëjtës pikë të objektit, e cila është qendra në lidhje me të cilën ndodh lëvizja periodike RT Dhe Fp. Kjo pikë, ose më mirë një përfshirje e vogël e errët, tregohet me një rreth të errët. Imazhi i tij hije lëviz me FP, duke zënë pozicionet e njëpasnjëshme 1, 2 etj. Përfshirjet e mbetura në trup (kockat, ngjeshjet, etj.) krijohen më FP një sfond i përgjithshëm, pasi rrezet X nuk errësohen vazhdimisht prej tyre. Duke ndryshuar pozicionin e qendrës së lëkundjes, mund të merrni një imazh të trupit me rreze X shtresë pas shtrese. Prandaj emri - tomografia(incizim me shtresa).
Është e mundur, duke përdorur një rreze të hollë të rrezatimit me rreze X, një ekran (në vend të Fp), i përbërë nga detektorë gjysmëpërçues të rrezatimit jonizues (shih 32.5) dhe një kompjuter, përpunojnë imazhin me rreze X në hije gjatë tomografisë. Ky version modern i tomografisë (tomografia kompjuterike ose e llogaritur me rreze x) ju lejon të merrni imazhe të trupit shtresë pas shtrese në një ekran të tubit me rreze katodë ose në letër me detaje më pak se 2 mm me një ndryshim në përthithjen e rrezeve X deri në 0.1%. Kjo lejon, për shembull, të dallojë lëndën gri dhe të bardhë të trurit dhe të shohë formacione shumë të vogla tumorale.
1. Burimet e rrezatimit me rreze X.
2. Rrezatimi me rreze X Bremsstrahlung.
3. Rrezatimi karakteristik me rreze X. Ligji i Moseley-t.
4. Ndërveprimi i rrezatimit me rreze X me lëndën. Ligji i dobësimit.
5. Baza fizike e përdorimit të rrezeve X në mjekësi.
6. Konceptet dhe formulat bazë.
7. Detyrat.
Rrezatimi me rreze X - valë elektromagnetike me një gjatësi vale nga 100 në 10 -3 nm. Në shkallën e valëve elektromagnetike, rrezatimi me rreze X zë rajonin midis rrezatimit UV dhe γ - rrezatimi. Rrezet X (rrezet X) u zbuluan në vitin 1895 nga K. Roentgen, i cili në vitin 1901 u bë laureati i parë Nobel në fizikë.
32.1. Burimet e rrezeve X
Burimet natyrore të rrezatimit me rreze X janë disa izotope radioaktive (për shembull, 55 Fe). Burimet artificiale të rrezatimit të fuqishëm me rreze X janë tubat me rreze x(Fig. 32.1).
Oriz. 32.1. Pajisja e tubit me rreze X
Tubi me rreze X është një balonë qelqi e evakuuar me dy elektroda: anoda A dhe katoda K, ndërmjet të cilave krijohet një tension i lartë U (1-500 kV). Katoda është një spirale e ndezur nga rryma elektrike. Elektronet e emetuara nga një katodë e nxehtë (emetimi termionik) përshpejtohen nga një fushë elektrike në i madh shpejtësitë (kjo është arsyeja pse nevojitet tension i lartë) dhe bien në anodën e tubit. Kur këto elektrone ndërveprojnë me substancën e anodës, lindin dy lloje të rrezatimit me rreze X: frenimi Dhe karakteristike.
Sipërfaqja e punës e anodës është e vendosur në një kënd të caktuar me drejtimin e rrezes elektronike në mënyrë që të krijohet drejtimi i kërkuar i rrezeve X.
Rreth 1% e energjisë kinetike të elektroneve shndërrohet në rreze X. Pjesa tjetër e energjisë lirohet si nxehtësi. Prandaj, sipërfaqja e punës e anodës është bërë nga materiali zjarrdurues.
32.2. Rrezet X Bremsstrahlung
Një elektron që lëviz në një mjedis të caktuar humbet shpejtësinë e tij. Në këtë rast, ndodh përshpejtimi negativ. Sipas teorisë së Maxwell-it, çdo i përshpejtuar lëvizja e një grimce të ngarkuar shoqërohet me rrezatim elektromagnetik. Rrezatimi i prodhuar kur një elektron ngadalësohet në substancën anodë quhet Rrezatimi me rreze X Bremsstrahlung.
Vetitë e bremsstrahlung përcaktohen nga faktorët e mëposhtëm.
1. Rrezatimi emetohet nga kuante individuale, energjitë e të cilave janë të lidhura me frekuencën sipas formulës (26.10)
ku ν është frekuenca, λ është gjatësia e valës.
2. Të gjitha elektronet që arrijnë në anodë kanë e njëjta energji kinetike e barabartë me punën e fushës elektrike midis anodës dhe katodës:
ku e është ngarkesa e elektronit, U është tensioni përshpejtues.
3. Energjia kinetike e elektronit transferohet pjesërisht në substancë dhe shkon për ta ngrohur atë (Q), dhe pjesërisht shpenzohet për krijimin e një kuantike me rreze x:
4. Marrëdhënia midis Q dhe hv rastësisht.
Për shkak të vetive të fundit (4), kuantet e krijuara të ndryshme elektronet, kanë të ndryshme frekuencat dhe gjatësitë e valëve. Prandaj, spektri i rrezeve X bremsstrahlung është të vazhdueshme. Pamje tipike dendësia spektrale Fluksi i rrezeve X (Φ λ = άΦ/άλ) është paraqitur në Fig. 32.2.
Oriz. 32.2. Spektri i rrezeve X Bremsstrahlung
Në anën e valës së gjatë, spektri është i kufizuar në një gjatësi vale prej 100 nm, që është kufiri i rrezatimit me rreze X. Në anën e valës së shkurtër, spektri është i kufizuar nga gjatësia e valës λ min. Sipas formulës (32.2) gjatësia minimale e valës korrespondon me rastin Q = 0 (energjia kinetike e elektronit shndërrohet plotësisht në energji kuantike):
Llogaritjet tregojnë se fluksi (Φ) i rrezeve X bremsstrahlung është drejtpërdrejt proporcional me katrorin e tensionit U ndërmjet
anoda dhe katoda, forca e rrymës I në tub dhe numri atomik Z i substancës së anodës:
Spektrat e rrezeve X Bremsstrahlung në tensione të ndryshme, temperatura të ndryshme të katodës dhe substanca të ndryshme anode janë paraqitur në Fig. 32.3.
Oriz. 32.3. Spektri i rrezeve X Bremsstrahlung (Φ λ):
a - në tensione të ndryshme U në tub; b - në temperatura të ndryshme T
katodë; c - për substanca të ndryshme anode që ndryshojnë në parametrin Z
Me rritjen e tensionit të anodës, vlera λ min zhvendoset drejt gjatësive valore më të shkurtra. Në të njëjtën kohë, lartësia e kurbës spektrale rritet (Fig. 32.3, A).
Me rritjen e temperaturës së katodës, emetimi i elektroneve rritet. Prandaj, rryma I në tub rritet. Lartësia e kurbës spektrale rritet, por përbërja spektrale e rrezatimit nuk ndryshon (Fig. 32.3, b).
Kur materiali i anodës ndryshon, lartësia e kurbës spektrale ndryshon në raport me numrin atomik Z (Fig. 32.3, c).
32.3. Rrezatimi karakteristik me rreze X. Ligji i Moseley-t
Kur elektronet katodë ndërveprojnë me atomet e anodës, së bashku me rrezet X bremsstrahlung, prodhohen rreze X, spektri i të cilave përbëhet nga linja të veçanta. Ky është rrezatim
ka origjinën e mëposhtme. Disa elektrone katodë depërtojnë thellë në atom dhe nxjerrin elektronet jashtë tij. predha të brendshme. Vakancat e formuara në këtë rast plotësohen me elektrone nga sipërme predha, si rezultat i të cilave emetohen kuantet e rrezatimit. Ky rrezatim përmban një grup diskrete frekuencash të përcaktuara nga materiali i anodës dhe quhet rrezatimi karakteristik. Spektri i plotë i tubit me rreze X është një mbivendosje e spektrit karakteristik në spektrin bremsstrahlung (Fig. 32.4).
Oriz. 32.4. Spektri i rrezatimit të tubit me rreze X
Ekzistenca e spektrit karakteristik të rrezeve X u zbulua duke përdorur tuba me rreze X. Më vonë u zbulua se spektra të tillë lindin nga çdo jonizimi i orbitave të brendshme të elementeve kimike. Duke studiuar spektrat karakteristikë të elementeve të ndryshëm kimikë, G. Moseley (1913) vendosi ligjin e mëposhtëm, i cili mban emrin e tij.
Rrënja katrore e frekuencës së rrezatimit karakteristik është një funksion linear i numrit serial të elementit:
ku ν është frekuenca e vijës spektrale, Z është numri atomik i elementit emetues, A, B janë konstante.
Ligji i Moseley ju lejon të përcaktoni numrin atomik të një elementi kimik nga spektri i vëzhguar i rrezatimit karakteristik. Kjo luajti një rol të madh në vendosjen e elementeve në tabelën periodike.
32.4. Ndërveprimi i rrezatimit me rreze X me lëndën. Ligji i Zbutjes
Ekzistojnë dy lloje kryesore të ndërveprimit të rrezeve X me lëndën: shpërndarja dhe efekti fotoelektrik. Gjatë shpërndarjes, drejtimi i lëvizjes së fotonit ndryshon. Në efektin fotoelektrik, një foton absorbohet.
1. Shpërndarje koherente (elastike). ndodh kur energjia e fotonit të rrezeve X është e pamjaftueshme për jonizimin e brendshëm të atomit (duke rrëzuar një elektron nga një prej shtresave të brendshme). Në këtë rast, drejtimi i lëvizjes së fotonit ndryshon, por energjia dhe gjatësia e valës së tij nuk ndryshojnë (prandaj kjo shpërndarje quhet elastike).
2. Shpërndarje jokoherente (Compton). ndodh kur energjia e fotonit është shumë më e madhe se energjia e brendshme e jonizimit A dhe: hv >> A dhe.
Në këtë rast, elektroni ndahet nga atomi dhe fiton një energji të caktuar kinetike E k. Drejtimi i lëvizjes së fotonit gjatë shpërndarjes së Compton ndryshon dhe energjia e tij zvogëlohet:
Shpërndarja e komptonit shoqërohet me jonizimin e atomeve të një substance.
3. Efekt fotografik ndodh kur energjia e fotonit hv është e mjaftueshme për të jonizuar atomin: hv > A u. Në të njëjtën kohë, kuanti i rrezeve X absorbohet dhe energjia e tij shpenzohet për jonizimin e atomit dhe për t'i dhënë energji kinetike elektronit të nxjerrë E k = hv - A I.
Shpërndarja e komptonit dhe efekti fotoelektrik shoqërohen nga rrezatimi karakteristik i rrezeve X, pasi pasi elektronet e brendshme janë rrëzuar, vendet e lira mbushen me elektrone nga predha e jashtme.
Ndriçimi me rreze X. Në disa substanca, elektronet dhe kuantet e shpërndarjes Compton, si dhe elektronet e efektit fotoelektrik, shkaktojnë ngacmim të molekulave, i cili shoqërohet me kalime rrezatuese në gjendjen bazë. Kjo prodhon një shkëlqim të quajtur luminescence me rreze x. Ndriçimi i oksidit të platinit të bariumit i lejoi Roentgenit të zbulonte rrezet X.
Ligji i Zbutjes
Shpërndarja e rrezeve X dhe efekti fotoelektrik çojnë në faktin se ndërsa rrezatimi i rrezeve X depërton më thellë, tufa primare e rrezatimit dobësohet (Fig. 32.5). Dobësimi është eksponencial:
Vlera e μ varet nga materiali absorbues dhe spektri i emetimit. Për llogaritjet praktike, si karakteristikë e dobësimit
Oriz. 32.5. Dobësimi i fluksit të rrezeve X në drejtim të rrezeve rënëse
Ku λ
- gjatësia e valës; Z është numri atomik i elementit; k është disa konstante.
32.5. Baza fizike e përdorimit
Rrezatimi me rreze X në mjekësi
Në mjekësi, rrezatimi me rreze X përdoret për qëllime diagnostikuese dhe terapeutike.
Diagnostifikimi me rreze X- metodat e marrjes së imazheve të organeve të brendshme duke përdorur rreze x.
Baza fizike e këtyre metodave është ligji i dobësimit të rrezatimit me rreze X në lëndë (32.10). Fluksi i rrezeve X uniforme në të gjithë seksionin kryq pas kalimit ind heterogjen do të bëhet heterogjene. Ky heterogjenitet mund të regjistrohet në film fotografik, një ekran fluoreshent ose duke përdorur një fotodetektor matricë. Për shembull, koeficientët e dobësimit të masës së indit kockor - Ca 3 (PO 4) 2 - dhe indeve të buta - kryesisht H 2 O - ndryshojnë me 68 herë (μ m kockë / μ m ujë = 68). Dendësia e kockave është gjithashtu më e lartë se dendësia e indeve të buta. Prandaj, një rreze x prodhon një imazh të lehtë të kockës kundër një sfondi më të errët të indeve të buta.
Nëse organi në studim dhe indet përreth kanë koeficientë të ngjashëm dobësimi, atëherë të veçantë agjentë kontrasti. Për shembull, gjatë fluoroskopisë së stomakut, subjekti merr një masë si qull të sulfatit të bariumit (BaSO 4), koeficienti i dobësimit të masës së të cilit është 354 herë më i madh se ai i indeve të buta.
Për diagnostikim, përdoret rrezatimi me rreze X me një energji fotonike prej 60-120 keV. Metodat e mëposhtme të diagnostikimit me rreze X përdoren në praktikën mjekësore.
1. rreze X. Imazhi është formuar në një ekran fluoreshente. Shkëlqimi i imazhit është i ulët dhe mund të shihet vetëm në një dhomë të errët. Mjeku duhet të mbrohet nga rrezatimi.
Avantazhi i fluoroskopisë është se kryhet në kohë reale. Disavantazhi është ekspozimi i lartë ndaj rrezatimit tek pacienti dhe mjeku (krahasuar me metodat e tjera).
Versioni modern i fluoroskopisë - televizioni me rreze X - përdor intensifikues të imazhit me rreze X. Përforcuesi percepton shkëlqimin e dobët të ekranit me rreze X, e përforcon atë dhe e transmeton atë në ekranin e televizorit. Si rezultat, ekspozimi ndaj rrezatimit ndaj mjekut u ul ndjeshëm, shkëlqimi i imazhit u rrit dhe u bë e mundur regjistrimi në video i rezultateve të ekzaminimit.
2. Radiografia. Imazhi është formuar në një film të veçantë që është i ndjeshëm ndaj rrezatimit me rreze X. Fotot janë marrë në dy projeksione pingul reciprokisht (para dhe anash). Imazhi bëhet i dukshëm pas përpunimit të fotografisë. Fotografia e përfunduar e tharë ekzaminohet në dritën e transmetuar.
Në të njëjtën kohë, detajet janë në mënyrë të kënaqshme të dukshme, kontrastet e të cilave ndryshojnë me 1-2%.
Në disa raste, para ekzaminimit, pacientit i jepet një speciale agjent kontrasti. Për shembull, një zgjidhje që përmban jod (intravenoz) për studimin e veshkave dhe traktit urinar.
Përparësitë e radiografisë janë rezolucion i lartë, koha e shkurtër e ekspozimit dhe siguria pothuajse e plotë për mjekun. Disavantazhet përfshijnë natyrën statike të imazhit (objekti nuk mund të gjurmohet në dinamikë).
3. Fluorografia. Gjatë këtij ekzaminimi, imazhi i marrë në ekran fotografohet në film të ndjeshëm me format të vogël. Fluorografia përdoret gjerësisht në ekzaminimin masiv të popullatës. Nëse në fluorogram gjenden ndryshime patologjike, atëherë pacientit i përshkruhet një ekzaminim më i detajuar.
4. Elektroradiografia. Ky lloj ekzaminimi ndryshon nga radiografia konvencionale në mënyrën e regjistrimit të imazhit. Në vend të filmit ata përdorin pjatë seleniumi, e cila elektrizohet nga rrezet X. Rezultati është një imazh i fshehur i ngarkesave elektrike, të cilat mund të bëhen të dukshme dhe të transferohen në letër.
5. Angiografia. Kjo metodë përdoret për ekzaminimin e enëve të gjakut. Një agjent kontrasti injektohet në venë përmes një kateteri, pas së cilës një aparat i fuqishëm me rreze X merr një sërë imazhesh, duke ndjekur njëra-tjetrën në fraksione të sekondës. Figura 32.6 tregon një angiogram të arteries karotide.
6. Tomografia e kompjuterizuar me rreze X. Ky lloj ekzaminimi me rreze x ju lejon të merrni një imazh të një seksioni të sheshtë të trupit me trashësi disa mm. Në këtë rast, një seksion i caktuar skanohet në mënyrë të përsëritur në kënde të ndryshme, me çdo imazh individual që regjistrohet në kujtesën e kompjuterit. Pastaj
Oriz. 32.6. Angiograma që tregon ngushtim në arterien karotide
Oriz. 32.7. Skema e tomografisë skanuese (a); tomogrami i kokës në seksionin në nivelin e syve (b).
kryhet rindërtimi i kompjuterit, rezultati i të cilit është një imazh i shtresës së skanuar (Fig. 32.7).
Tomografia e kompjuterizuar ju lejon të dalloni elementët me një diferencë densiteti midis tyre deri në 1%. Radiografia konvencionale ju lejon të zbuloni një ndryshim minimal në densitet midis zonave ngjitur prej 10-20%.
Terapia me rreze X - përdorimi i rrezeve X për të shkatërruar tumoret malinje.
Efekti biologjik i rrezatimit është të prishë aktivitetin jetësor të qelizave veçanërisht të shumëfishuara me shpejtësi. Rrezet X shumë të forta (me energji fotonike afërsisht 10 MeV) përdoren për të shkatërruar qelizat e kancerit thellë brenda trupit. Për të zvogëluar dëmtimin e indeve të shëndetshme përreth, rrezja rrotullohet rreth pacientit në mënyrë që vetëm zona e dëmtuar të mbetet nën ndikimin e saj gjatë gjithë kohës.
32.6. Konceptet dhe formulat bazë
Vazhdimi i tabeles
Fundi i tryezës
32.7. Detyrat
1. Pse një rreze elektronesh në tubat me rreze X mjekësore godet një pikë të antikatodës dhe nuk bie mbi të në një rreze të gjerë?
Përgjigje: për të marrë një burim pikësor të rrezeve X, duke dhënë skica të mprehta të objekteve të transilluminuara në ekran.
2. Gjeni kufirin e rrezeve X bremsstrahlung (frekuenca dhe gjatësia e valës) për tensionet U 1 = 2 kV dhe U 2 = 20 kV.
4.
Mburojat e plumbit përdoren për të mbrojtur kundër rrezatimit me rreze X. Koeficienti linear i absorbimit të rrezatimit me rreze X në plumb është 52 cm -1. Sa e trashë duhet të jetë shtresa mbrojtëse e plumbit për të zvogëluar intensitetin e rrezeve X me 30 herë?
5.
Gjeni fluksin e rrezatimit të tubit me rreze X në U = 50 kV, I = 1 mA. Anoda është prej tungsteni (Z = 74). Gjeni efikasitetin e tubit.
6.
Agjentët e kontrastit përdoren për diagnostikimin me rreze X të indeve të buta. Për shembull, stomaku dhe zorrët janë të mbushura me një masë sulfate bariumi (BaSO 4). Krahasoni koeficientët e zbutjes së masës së sulfatit të bariumit dhe indeve të buta (ujit).
7. Çfarë do të japë një hije më të dendur në ekranin e një instalimi me rreze X: alumini (Z = 13, ρ = 2,7 g/cm3) apo e njëjta shtresë bakri (Z = 29, ρ = 8,9 g/cm3)?
8.
Sa herë trashësia e shtresës së aluminit është më e madhe se trashësia e shtresës së bakrit nëse shtresat e zbehin rrezatimin e rrezeve X në mënyrë të barabartë?
Në studimin dhe përdorimin praktik të dukurive atomike, rrezet X luajnë një nga rolet më të rëndësishme. Falë kërkimeve të tyre, u bënë shumë zbulime dhe u zhvilluan metoda për analizimin e substancave, të përdorura në fusha të ndryshme. Këtu do të shikojmë një lloj të rrezeve X - rrezet X karakteristike.
Natyra dhe vetitë e rrezeve X
Rrezatimi me rreze X është një ndryshim me frekuencë të lartë në gjendjen e fushës elektromagnetike, që përhapet në hapësirë me një shpejtësi prej rreth 300,000 km/s, domethënë valë elektromagnetike. Në shkallën e diapazonit të rrezatimit elektromagnetik, rrezet x janë të vendosura në rajonin e gjatësisë së valës nga afërsisht 10 -8 në 5∙10 -12 metra, që është disa renditje të madhësisë më të shkurtër se valët optike. Kjo korrespondon me frekuencat nga 3∙10 16 deri në 6∙10 19 Hz dhe energjitë nga 10 eV në 250 keV, ose 1.6∙10 -18 deri në 4∙10 -14 J. Duhet të theksohet se kufijtë e diapazoneve të frekuencave të rrezatimi elektromagnetik është mjaft arbitrar për shkak të mbivendosjes së tyre.
Është bashkëveprimi i grimcave të ngarkuara të përshpejtuara (elektroneve me energji të lartë) me fushat elektrike dhe magnetike dhe me atomet e materies.
Fotonet e rrezeve X karakterizohen nga energji të larta dhe fuqi të lartë depërtuese dhe jonizuese, veçanërisht për rrezet e forta X me gjatësi vale më të vogla se 1 nanometër (10 -9 m).
Rrezet X ndërveprojnë me lëndën, duke jonizuar atomet e saj, në proceset e efektit fotoelektrik (fotoabsorbimi) dhe shpërndarjes jokoherente (Compton). Në fotoabsorbimin, një foton me rreze X, i zhytur nga një elektron i një atomi, transferon energji në të. Nëse vlera e tij tejkalon energjinë lidhëse të një elektroni në një atom, atëherë ai largohet nga atomi. Shpërndarja e komptonit është karakteristikë e fotoneve më të forta (energjike) me rreze X. Një pjesë e energjisë së fotonit të absorbuar shpenzohet për jonizimin; në këtë rast, në një kënd të caktuar në drejtim të fotonit primar, lëshohet një sekondar, me një frekuencë më të ulët.
Llojet e rrezatimit me rreze X. Bremsstrahlung
Për prodhimin e trarëve, përdoren cilindra vakum qelqi me elektroda të vendosura brenda. Dallimi i potencialit ndërmjet elektrodave duhet të jetë shumë i lartë - deri në qindra kilovolt. Emetimi termionik ndodh në katodën e tungstenit, e ngrohur nga rryma, domethënë nga ajo lëshohen elektrone, të cilat, të përshpejtuara nga diferenca potenciale, bombardojnë anodën. Si rezultat i ndërveprimit të tyre me atomet e anodës (ndonjëherë të quajtur antikatodë), lindin fotone me rreze X.
Në varësi të procesit që çon në krijimin e një fotoni, dallohen llojet e rrezatimit me rreze X: bremsstrahlung dhe karakteristik.
Elektronet, kur takohen me anodën, mund të ngadalësohen, domethënë të humbasin energjinë në fushat elektrike të atomeve të saj. Kjo energji emetohet në formën e fotoneve me rreze x. Ky lloj rrezatimi quhet bremsstrahlung.
Është e qartë se kushtet e frenimit do të ndryshojnë për elektronet individuale. Kjo do të thotë se sasi të ndryshme të energjisë së tyre kinetike shndërrohen në rreze x. Si rezultat, bremsstrahlung përfshin fotone me frekuenca të ndryshme dhe, në përputhje me rrethanat, gjatësi vale. Prandaj, spektri i tij është i vazhdueshëm (i vazhdueshëm). Ndonjëherë për këtë arsye quhet edhe rrezatim "i bardhë" me rreze X.
Energjia e një fotoni bremsstrahlung nuk mund të kalojë energjinë kinetike të elektronit që e gjeneron atë, kështu që frekuenca maksimale (dhe gjatësia e valës më e shkurtër) e rrezatimit bremsstrahlung korrespondon me vlerën më të lartë të energjisë kinetike të elektroneve që bien në anodë. Kjo e fundit varet nga diferenca potenciale e aplikuar në elektroda.
Ekziston një lloj tjetër rrezatimi me rreze X, burimi i të cilit është një proces tjetër. Ky rrezatim quhet rrezatim karakteristik dhe ne do të ndalemi në të më në detaje.
Si lind rrezatimi karakteristik me rreze X?
Pasi të ketë arritur anti-katodën, një elektron i shpejtë mund të depërtojë brenda atomit dhe të rrëzojë një elektron nga një nga orbitalet më të ulëta, domethënë, të transferojë në të energjinë e mjaftueshme për të kapërcyer pengesën e mundshme. Megjithatë, nëse ka nivele më të larta energjie në atomin e zënë nga elektronet, hapësira e liruar nuk do të mbetet bosh.
Duhet mbajtur mend se struktura elektronike e atomit, si çdo sistem energjetik, tenton të minimizojë energjinë. Vendi vakant i formuar si rezultat i eliminimit është i mbushur me një elektron nga një nga nivelet më të larta. Energjia e tij është më e lartë dhe, duke zënë një nivel më të ulët, emeton tepricën në formën e një kuantike rrezatimi karakteristik me rreze x.
Struktura elektronike e një atomi është një grup diskrete i gjendjeve të mundshme energjetike të elektroneve. Prandaj, fotonet me rreze X të emetuara gjatë zëvendësimit të vendeve të lira të elektroneve mund të kenë gjithashtu vetëm vlera të përcaktuara rreptësisht të energjisë, duke reflektuar ndryshimin në nivele. Si rezultat, rrezatimi karakteristik me rreze X ka një spektër që nuk është i vazhdueshëm, por në formë vije. Ky spektër bën të mundur karakterizimin e substancës së anodës - prandaj emri i këtyre rrezeve. Falë dallimeve spektrale është e qartë se çfarë nënkuptohet me bremsstrahlung dhe rrezatim karakteristik me rreze X.
Ndonjëherë energjia e tepërt nuk emetohet nga atomi, por shpenzohet për të rrëzuar elektronin e tretë. Ky proces - i ashtuquajturi efekt Auger - ka më shumë gjasa të ndodhë kur energjia e lidhjes së elektroneve nuk kalon 1 keV. Energjia e elektronit të lëshuar Auger varet nga struktura e niveleve energjetike të atomit, prandaj spektrat e elektroneve të tilla janë gjithashtu të natyrës diskrete.
Pamje e përgjithshme e spektrit karakteristik
Linjat e ngushta karakteristike janë të pranishme në pamjen spektrale të rrezeve X së bashku me një spektër të vazhdueshëm bremsstrahlung. Nëse e imagjinojmë spektrin si një grafik të intensitetit kundrejt gjatësisë së valës (frekuencës), do të shohim maja të mprehta në vendndodhjet e vijave. Pozicioni i tyre varet nga materiali i anodës. Këto maksimum janë të pranishme në çdo ndryshim të mundshëm - nëse ka rreze X, ka gjithmonë edhe maja. Me rritjen e tensionit në elektrodat e tubit, rritet intensiteti i rrezatimit të vazhdueshëm dhe karakteristik të rrezeve X, por vendndodhja e majave dhe raporti i intensiteteve të tyre nuk ndryshojnë.
Majat në spektrat e rrezeve X kanë të njëjtën pamje pavarësisht nga materiali i antikatodës i rrezatuar nga elektronet, por për materiale të ndryshme ato janë të vendosura në frekuenca të ndryshme, duke u bashkuar në seri bazuar në afërsinë e vlerave të frekuencës. Midis vetë serive, ndryshimi në frekuenca është shumë më domethënës. Lloji i maksimumit nuk varet në asnjë mënyrë nga fakti nëse materiali i anodës është një element kimik i pastër apo një substancë komplekse. Në rastin e fundit, spektrat karakteristikë të rrezeve X të elementëve përbërës të tij thjesht mbivendosen mbi njëri-tjetrin.
Ndërsa numri atomik i një elementi kimik rritet, të gjitha linjat e spektrit të tij të rrezeve X zhvendosen drejt frekuencave më të larta. Spektri ruan pamjen e tij.
Ligji i Moseley-t
Fenomeni i zhvendosjes spektrale të linjave karakteristike u zbulua eksperimentalisht nga fizikani anglez Henry Moseley në 1913. Kjo e lejoi atë të lidhë frekuencat e maksimumit të spektrit me numrat serial të elementeve kimike. Kështu, gjatësia e valës së rrezatimit karakteristik me rreze X, siç doli, mund të lidhet qartë me një element specifik. Në përgjithësi, ligji i Moseley-t mund të shkruhet si më poshtë: √f = (Z - S n)/n√R, ku f është frekuenca, Z është numri serial i elementit, S n është konstanta e ekranizimit, n është numri kuantik kryesor dhe R është konstanta Rydberg. Kjo varësi është lineare dhe në diagramin Moseley duket si një seri vijash të drejta për secilën vlerë të n.
Vlerat n korrespondojnë me seritë individuale të majave karakteristike të emetimit të rrezeve X. Ligji i Moseley bën të mundur përcaktimin e numrit serik të një elementi kimik të rrezatuar nga elektronet e forta bazuar në gjatësitë e valëve të matura (ato janë të lidhura në mënyrë unike me frekuencat) të maksimumit të spektrit të rrezeve X.
Struktura e predhave elektronike të elementeve kimike është identike. Kjo tregohet nga monotonia e ndryshimit të zhvendosjes në spektrin karakteristik të rrezatimit me rreze X. Zhvendosja e frekuencës nuk pasqyron ndryshimet strukturore, por energjetike midis predhave elektronike, unike për secilin element.
Roli i ligjit të Moseley në fizikën atomike
Ka devijime të lehta nga marrëdhënia strikte lineare e shprehur nga ligji i Moseley-t. Ato shoqërohen, së pari, me veçoritë e rendit të mbushjes së predhave elektronike të disa elementeve dhe, së dyti, me efektet relativiste të lëvizjes së elektroneve të atomeve të rënda. Përveç kësaj, kur numri i neutroneve në bërthamë ndryshon (i ashtuquajturi zhvendosje izotopike), pozicioni i linjave mund të ndryshojë pak. Ky efekt bëri të mundur studimin e detajuar të strukturës atomike.
Rëndësia e ligjit të Moseley-t është jashtëzakonisht e madhe. Zbatimi i vazhdueshëm i tij në elementët e sistemit periodik të Mendelejevit krijoi një model të rritjes së numrit rendor që korrespondon me çdo ndryshim të vogël në maksimumet karakteristike. Kjo ndihmoi për të sqaruar çështjen e kuptimit fizik të numrit rendor të elementeve. Vlera Z nuk është thjesht një numër: është ngarkesa elektrike pozitive e bërthamës, e cila është shuma e njësisë së ngarkesave pozitive të grimcave që përbëjnë përbërjen e saj. Vendosja e saktë e elementeve në tabelë dhe prania e pozicioneve boshe në të (ato ende ekzistonin atëherë) morën një konfirmim të fuqishëm. Vlefshmëria e ligjit periodik u vërtetua.
Ligji i Moseley, përveç kësaj, u bë baza mbi të cilën u ngrit një drejtim i tërë i kërkimit eksperimental - spektrometria me rreze X.
Struktura e predhave elektronike të një atomi
Le të kujtojmë shkurtimisht se si është e strukturuar struktura e elektroneve. Përbëhet nga predha të përcaktuara me shkronjat K, L, M, N, O, P, Q ose numrat nga 1 deri në 7. Elektronet brenda shtresës karakterizohen nga e njëjta kuantike kryesore numri n, i cili përcakton vlerat e mundshme të energjisë. Në shtresat e jashtme, energjia e elektroneve është më e lartë, dhe potenciali i jonizimit për elektronet e jashtme është përkatësisht më i ulët.
Predha përfshin një ose më shumë nënnivele: s, p, d, f, g, h, i. Në secilën guaskë, numri i nënnivele rritet me një në krahasim me atë të mëparshëm. Numri i elektroneve në çdo nënnivel dhe në secilën shtresë nuk mund të kalojë një vlerë të caktuar. Ato karakterizohen, përveç numrit kuantik kryesor, nga e njëjta vlerë e resë elektronike orbitale që përcakton formën. Nënnivelet përcaktohen nga guaska së cilës i përkasin, për shembull, 2s, 4d, e kështu me radhë.
Nënniveli përmban të cilat janë të specifikuara, përveç atyre kryesore dhe orbitale, nga një numër tjetër kuantik - magnetik, i cili përcakton projeksionin e momentit orbital të elektronit në drejtimin e fushës magnetike. Një orbital mund të ketë jo më shumë se dy elektrone, që ndryshojnë në vlerën e numrit të katërt kuantik - spin.
Le të shqyrtojmë më në detaje se si lind rrezatimi karakteristik me rreze X. Meqenëse origjina e këtij lloji të emetimit elektromagnetik shoqërohet me fenomene që ndodhin brenda atomit, është më e përshtatshme për ta përshkruar atë pikërisht në përafrimin e konfigurimeve elektronike.
Mekanizmi për gjenerimin e rrezatimit karakteristik me rreze X
Pra, shkaku i këtij rrezatimi është formimi i boshllëqeve të elektroneve në shtresat e brendshme, të shkaktuara nga depërtimi i elektroneve me energji të lartë thellë në atom. Probabiliteti që një elektron i fortë të ndërveprojë rritet me densitetin e reve elektronike. Prandaj, ka shumë të ngjarë që përplasjet të ndodhin brenda predhave të brendshme të mbushura fort, siç është predha K më e ulët. Këtu atomi jonizohet dhe krijohet një vend i lirë në guaskën 1s.
Ky boshllëk plotësohet nga një elektron nga guaska me energji më të lartë, teprica e të cilit bartet nga fotoni i rrezeve X. Ky elektron mund të "bie" nga shtresa e dytë L, nga shtresa e tretë M, e kështu me radhë. Kështu formohet një seri karakteristike, në këtë shembull seria K. Një tregues se nga vjen elektroni që plotëson vendin vakant jepet në formën e një indeksi grek në emërtimin e serisë. "Alfa" do të thotë se vjen nga guaska L, "beta" do të thotë se vjen nga guaska M. Aktualisht, ka një tendencë për të zëvendësuar indekset e shkronjave greke me ato latine të miratuara për përcaktimin e predhave.
Intensiteti i linjës alfa në seri është gjithmonë më i larti - kjo do të thotë që probabiliteti për të mbushur një vend të lirë nga një guaskë fqinje është më e larta.
Tani mund t'i përgjigjemi pyetjes, cila është energjia maksimale e një kuantike rrezatimi karakteristik me rreze X. Përcaktohet nga ndryshimi në vlerat e energjisë të niveleve midis të cilave ndodh kalimi i elektroneve, sipas formulës E = E n 2 - E n 1, ku E n 2 dhe E n 1 janë energjitë e elektroneve. shtetet ndërmjet të cilave ka ndodhur tranzicioni. Vlera më e lartë e këtij parametri jepet nga kalimet e serisë K nga nivelet më të larta të atomeve të elementeve të rënda. Por intensiteti i këtyre vijave (lartësia e majave) është më i ulëti, pasi ato janë më pak të mundshme.
Nëse, për shkak të tensionit të pamjaftueshëm në elektroda, një elektron i fortë nuk mund të arrijë nivelin K, ai formon një boshllëk në nivelin L dhe formohet një seri L më pak energjike me gjatësi vale më të gjata. Seritë pasuese lindin në mënyrë të ngjashme.
Për më tepër, kur një vend vakant plotësohet si rezultat i një tranzicioni elektronik, një vend vakant i ri shfaqet në guaskën e sipërme. Kjo krijon kushtet për gjenerimin e serisë së ardhshme. Boshllëqet e elektroneve lëvizin më lart nga niveli në nivel, dhe atomi lëshon një kaskadë të serive karakteristike spektrale duke mbetur i jonizuar.
Struktura e imët e spektrit karakteristik
Spektrat atomike të rrezeve X të rrezatimit karakteristik me rreze X karakterizohen nga një strukturë e imët, e cila, si në spektrat optike, shprehet në ndarje të linjës.
Struktura e imët është për shkak të faktit se niveli i energjisë - guaska elektronike - është një grup përbërësish të vendosur ngushtë - nënpredha. Për të karakterizuar nënshtresat, futet një numër tjetër kuantik i brendshëm j, që pasqyron ndërveprimin e momenteve magnetike të vetë elektronit dhe ato orbitale.
Për shkak të ndikimit të ndërveprimit spin-orbitë, struktura energjetike e atomit bëhet më komplekse, dhe si rezultat, rrezatimi karakteristik i rrezeve X ka një spektër të karakterizuar nga vija të ndara me elementë të ndarë shumë afër.
Elementet e strukturës së imët zakonisht përcaktohen nga indekse dixhitale shtesë.
Rrezatimi karakteristik me rreze X ka një veçori të reflektuar vetëm në strukturën e imët të spektrit. Kalimi i një elektroni në një nivel më të ulët të energjisë nuk ndodh nga nënshtresa e poshtme e nivelit më të lartë. Një ngjarje e tillë ka një probabilitet të papërfillshëm.
Përdorimi i rrezeve X në spektrometri
Ky rrezatim, për shkak të karakteristikave të tij të përshkruara nga ligji i Moseley, qëndron në themel të metodave të ndryshme spektrale të rrezeve X për analizimin e substancave. Kur analizohet spektri i rrezeve X, përdoret ose difraksioni i rrezatimit në kristale (metoda e shpërndarjes së valëve) ose detektorë të ndjeshëm ndaj energjisë së fotoneve të zhytur me rreze X (metoda e shpërndarjes së energjisë). Shumica e mikroskopëve elektronikë janë të pajisur me një lloj bashkëngjitjeje spektrometrie me rreze X.
Spektrometria e shpërndarjes së valëve është veçanërisht e saktë. Duke përdorur filtra të veçantë, theksohen majat më intensive në spektër, duke bërë të mundur marrjen e rrezatimit pothuajse monokromatik me një frekuencë të njohur saktësisht. Materiali i anodës zgjidhet me shumë kujdes për të siguruar që të merret një rreze monokromatike e frekuencës së dëshiruar. Difraksioni i tij në rrjetën kristalore të substancës në studim lejon që dikush të studiojë strukturën e rrjetës me saktësi të madhe. Kjo metodë përdoret gjithashtu në studimin e ADN-së dhe molekulave të tjera komplekse.
Një nga veçoritë e rrezatimit karakteristik me rreze X merret parasysh edhe në spektrometrinë gama. Kjo është një kulm karakteristik me intensitet të lartë. Spektrometrat gama përdorin mbrojtje nga plumbi kundër rrezatimit të sfondit të jashtëm që ndërhyn në matjet. Por plumbi, duke thithur rrezet gama, përjeton jonizimin e brendshëm, si rezultat i të cilit lëshon në mënyrë aktive në rangun e rrezeve X. Për të thithur majat intensive të rrezatimit karakteristik me rreze X të plumbit, përdoret mbrojtje shtesë e kadmiumit. Ai, nga ana tjetër, është i jonizuar dhe gjithashtu lëshon rreze X. Për të neutralizuar majat karakteristike të kadmiumit, përdoret një shtresë e tretë mbrojtëse - bakri, maksimumi i rrezeve X i të cilit shtrihet jashtë diapazonit të frekuencës së funksionimit të spektrometrit gama.
Spektrometria përdor rrezet X bremsstrahlung dhe karakteristike. Kështu, kur analizohen substancat, studiohen spektrat e përthithjes së rrezeve X të vazhdueshme nga substanca të ndryshme.
1. Bremsstrahlung dhe rrezatimi karakteristik me rreze X,
vetitë dhe karakteristikat kryesore.
Në 1895, shkencëtari gjerman Roentgen zbuloi për herë të parë shkëlqimin e një ekrani fluoreshent, i cili u shkaktua nga rrezatimi i padukshëm për syrin që vinte nga pjesa e qelqit e tubit të shkarkimit të gazit që ndodhet përballë katodës. Ky lloj rrezatimi kishte aftësinë të kalonte përmes substancave të padepërtueshme ndaj dritës së dukshme. Roentgen i quajti ato rreze X dhe vendosi vetitë themelore që i lejojnë ato të përdoren në degë të ndryshme të shkencës dhe teknologjisë, përfshirë mjekësinë.
Rrezatimi me rreze X është rrezatim me gjatësi vale 80-10 -5 nm. Rrezatimi me rreze X me valë të gjatë mbivendos rrezatimin UV me valë të shkurtër, rrezatimi me valë të shkurtër mbivendos rrezatimin me valë të gjatë g. Në mjekësi, përdoret rrezatimi me rreze X me një gjatësi vale nga 10 në 0,005 nm, që korrespondon me një energji fotoni nga 10 2 EV në 0,5 MeV. Rrezatimi me rreze X është i padukshëm për syrin, kështu që të gjitha vëzhgimet me të bëhen duke përdorur ekrane fluoreshente ose filma fotografikë, pasi shkakton ndriçim me rreze x dhe ka një efekt fotokimik. Është karakteristikë që shumica e trupave që janë të padepërtueshëm ndaj rrezatimit optik janë kryesisht transparentë ndaj rrezatimit me rreze x, i cili ka veti të përbashkëta me valët elektromagnetike. Megjithatë, për shkak të gjatësisë së valës së shkurtër, disa veti janë të vështira për t'u zbuluar. Prandaj, natyra valore e rrezatimit u krijua shumë më vonë se zbulimi i tyre.
Në bazë të metodës së ngacmimit, rrezatimi me rreze X ndahet në bremsstrahlung dhe rrezatim karakteristik.
Rrezet X Bremsstrahlung shkaktohen nga ngadalësimi i elektroneve me lëvizje të shpejtë nga fusha elektrike e atomit (bërthamë dhe elektrone) të substancës përmes së cilës ato fluturojnë. Mekanizmi i këtij rrezatimi mund të shpjegohet me faktin se çdo ngarkesë lëvizëse paraqet një rrymë rreth së cilës krijohet një fushë magnetike, induksioni (B) i së cilës varet nga shpejtësia e elektronit. Gjatë frenimit, induksioni magnetik zvogëlohet dhe, në përputhje me teorinë e Maxwell, shfaqet një valë elektromagnetike.
Kur elektronet ngadalësohen, vetëm një pjesë e energjisë përdoret për të krijuar një foton me rreze x, pjesa tjetër shpenzohet për ngrohjen e anodës. Frekuenca (gjatësia e valës) e fotonit varet nga energjia kinetike fillestare e elektronit dhe intensiteti i ngadalësimit të tij. Për më tepër, edhe nëse energjia kinetike fillestare është e njëjtë, atëherë kushtet e ngadalësimit në substancë do të jenë të ndryshme, prandaj fotonet e emetuara do të kenë energjitë më të larmishme dhe, rrjedhimisht, gjatësitë e valëve, d.m.th. spektri i rrezeve X do të jetë i vazhdueshëm. Figura 1 tregon spektrin e rrezeve X bremsstrahlung në tensione të ndryshme U 1
.
Nëse U shprehet në kilovolt dhe merret parasysh marrëdhënia ndërmjet sasive të tjera, atëherë formula duket si: l k = 1,24/U (nm) ose l k = 1,24/U (Å) (1 Å = 10 -10 m).
Nga grafikët e mësipërm mund të konstatohet se gjatësia e valës l m, e cila përbën energjinë maksimale të rrezatimit, është në një marrëdhënie konstante me gjatësinë e valës së ndërprerjes l k:
.
Gjatësia e valës karakterizon energjinë e një fotoni, nga e cila varet aftësia depërtuese e rrezatimit kur ai ndërvepron me materien.
Rrezet X me valë të shkurtra zakonisht kanë fuqi depërtuese të lartë dhe quhen të forta, ndërsa rrezet X me valë të gjata quhen të buta. Siç mund të shihet nga formula e mësipërme, gjatësia e valës në të cilën ndodh energjia maksimale e rrezatimit është në përpjesëtim të zhdrejtë me tensionin midis anodës dhe katodës së tubit. Me rritjen e tensionit në anodën e tubit me rreze X, përbërja spektrale e rrezatimit ndryshon dhe fortësia e tij rritet.
Kur ndryshon voltazhi i filamentit (ndryshon temperatura e filamentit të katodës), numri i elektroneve të emetuara nga katoda për njësi të kohës ndryshon, ose, në përputhje me rrethanat, ndryshon forca aktuale në qarkun e anodës së tubit. Në këtë rast, fuqia e rrezatimit ndryshon në përpjesëtim me fuqinë e parë të fuqisë aktuale. Përbërja spektrale e rrezatimit nuk do të ndryshojë.
Fluksi (fuqia) totale e rrezatimit, shpërndarja e energjisë mbi gjatësitë e valëve, si dhe kufiri i spektrit në anën e gjatësisë së valës së shkurtër varet nga tre arsyet e mëposhtme: tensioni U që përshpejton elektronet dhe aplikohet midis anodës dhe katodës së tubit. ; numri i elektroneve të përfshira në formimin e rrezatimit, d.m.th. rryma e filamentit të tubit; numri atomik Z i substancës anode në të cilën ndodh ngadalësimi i elektroneve.
Fluksi bremsstrahlung i rrezeve X llogaritet duke përdorur formulën: , ku 
,
Z-numri atomik i një lënde (numri atomik).
Duke rritur tensionin në tubin e rrezeve X, mund të vërehet shfaqja e linjave individuale (spektri i linjës) në sfondin e rrezatimit të vazhdueshëm të rrezeve X bremsstrahlung, i cili korrespondon me rrezatimin karakteristik të rrezeve X. Ndodh gjatë kalimit të elektroneve midis shtresave të brendshme të atomeve në një substancë (predha K, L, M). Natyra e linjës së spektrit të rrezatimit karakteristik lind për shkak të faktit se elektronet e përshpejtuara depërtojnë thellë në atome dhe nxjerrin elektronet nga shtresat e tyre të brendshme jashtë atomit. Elektronet (Fig. 2) nga shtresat e sipërme lëvizin në vende të lira, si rezultat i të cilave fotonet me rreze X emetohen me një frekuencë që korrespondon me ndryshimin në nivelet e energjisë së tranzicionit. Linjat në spektrin e rrezatimit karakteristik kombinohen në seri që korrespondojnë me kalimet e elektroneve me një nivel më të lartë në nivelin K, L, M.
Ndikimi i jashtëm, si rezultat i të cilit elektroni rrëzohet nga shtresat e brendshme, duhet të jetë mjaft i fortë. Në ndryshim nga spektrat optikë, spektrat karakteristikë të rrezeve X të atomeve të ndryshme janë të të njëjtit lloj. Uniformiteti i këtyre spektrave është për faktin se shtresat e brendshme të atomeve të ndryshme janë identike dhe ndryshojnë vetëm në energji, sepse ndikimi i forcës nga bërthama rritet me rritjen e numrit rendor të elementit. Kjo çon në faktin se spektri karakteristik zhvendoset drejt frekuencave më të larta me rritjen e ngarkesës bërthamore. Kjo marrëdhënie njihet si ligji i Moseley-t: 
, ku A dhe B janë konstante; Z-numri rendor i elementit.
Ekziston një ndryshim tjetër midis spektrit të rrezeve X dhe atyre optike. Spektri karakteristik i një atomi nuk varet nga përbërja kimike në të cilën përfshihet atomi. Për shembull, spektri i rrezeve X të atomit të oksigjenit është i njëjtë për O, O 2, H 2 O, ndërsa spektri optik i këtyre përbërjeve është dukshëm i ndryshëm. Kjo veçori e spektrit të atomeve me rreze X shërbeu si bazë për emrin "karakteristik".
Rrezatimi karakteristik ndodh sa herë që ka hapësira të lira në shtresat e brendshme të atomit, pavarësisht nga arsyet që e kanë shkaktuar atë. Për shembull, ai shoqëron një lloj zbërthimi radioaktiv, i cili përfshin kapjen e një elektroni nga shtresa e brendshme nga bërthama.
2. Rregullimi i tubave me rreze X dhe protozoarëve
Makinë me rreze X.
Burimi më i zakonshëm i rrezatimit me rreze X është një tub me rreze X - një pajisje vakum me dy elektroda (Fig. 3). Është një balonë qelqi (p = 10 -6 – 10 -7 mm Hg) me dy elektroda - anoda A dhe katoda K, ndërmjet të cilave krijohet një tension i lartë. Katoda e nxehtë (K) lëshon elektrone. Anoda A quhet shpesh antikatodë. Ka një sipërfaqe të pjerrët për të drejtuar rrezatimin me rreze X që rezulton në një kënd me boshtin e tubit. Anoda është bërë nga një metal me përçueshmëri të mirë termike (bakër) për të hequr nxehtësinë e krijuar kur elektronet godasin. Në skajin e pjerrët të anodës ekziston një pllakë 3 e një metali zjarrdurues (volframi) me një numër atomik të lartë, i quajtur pasqyra e anodës. Në disa raste, anoda ftohet posaçërisht me ujë ose vaj. Për tubat diagnostikues, saktësia e burimit të rrezeve X është e rëndësishme, e cila mund të arrihet duke fokusuar elektronet në një vend në anodë. Prandaj, në mënyrë konstruktive është e nevojshme të merren parasysh dy detyra të kundërta: nga njëra anë, elektronet duhet të bien në një vend të anodës, nga ana tjetër, për të parandaluar mbinxehjen, është e dëshirueshme që elektronet të shpërndahen në zona të ndryshme të anoda. Për këtë arsye, disa tuba me rreze X prodhohen me një anodë rrotulluese.
Në një tub të çdo dizajni, elektronet, të përshpejtuara nga voltazhi midis anodës dhe katodës, bien në pasqyrën e anodës dhe depërtojnë thellë në substancë, ndërveprojnë me atomet dhe pengohen nga fusha e atomeve. Kjo prodhon rrezatim me rreze X bremsstrahlung. Njëkohësisht me bremsstrahlung, formohet një sasi e vogël (disa përqind) e rrezatimit karakteristik. Vetëm 1-2% e elektroneve që godasin anodën shkaktojnë bremsstrahlung, dhe pjesa tjetër është një efekt termik. Për të përqendruar elektronet, katoda ka një kapak udhëzues. Pjesa e pasqyrës së tungstenit në të cilën bie rryma kryesore e elektroneve quhet fokusi i tubit. Gjerësia e rrezes së rrezatimit varet nga zona e saj (mprehtësia e fokusit).
Për të fuqizuar tubin, kërkohen dy burime: një burim i tensionit të lartë për qarkun e anodës dhe një burim i ulët (6-8 V) për të fuqizuar qarkun inkandeshent. Të dy burimet duhet të rregullohen në mënyrë të pavarur. Me ndryshimin e tensionit të anodës, rregullohet ngurtësia e rrezatimit me rreze X, dhe duke ndryshuar filamentin, rregullohet rryma e qarkut të daljes dhe, në përputhje me rrethanat, fuqia e rrezatimit.
Diagrami bazë elektrik i një makinerie të thjeshtë me rreze X është paraqitur në Fig. 4. Qarku ka dy transformatorë Tr.1 për tension të lartë dhe Tr.2 për furnizim me energji inkandeshente. Tensioni i lartë në tub rregullohet nga autotransformatori Tr.3, i lidhur me mbështjelljen parësore të transformatorit Tr.1. Çelësi K rregullon numrin e rrotullimeve të mbështjelljes së autotransformatorit. Në këtë drejtim, ndryshon edhe tensioni i mbështjelljes dytësore të transformatorit, i furnizuar në anodën e tubit, d.m.th. fortësia është e rregullueshme.
Rryma e filamentit të tubit rregullohet nga një reostat R i lidhur me qarkun e mbështjelljes parësore të transformatorit Tr.2. Rryma e qarkut të anodës matet me një miliammetër. Tensioni i furnizuar në elektrodat e tubit matet me një kilovoltmetër kV, ose tensioni në qarkun e anodës mund të gjykohet nga pozicioni i çelësit K. Sasia e rrymës së filamentit, e rregulluar nga një reostat, matet me ampermetrin A. Në qarkun në shqyrtim, tubi me rreze X korrigjon njëkohësisht një tension të lartë alternues.
Është e lehtë të shihet se një tub i tillë lëshon vetëm një gjysmë cikli të rrymës alternative. Rrjedhimisht, fuqia e tij do të jetë e vogël. Për të rritur fuqinë e rrezatimit, shumë pajisje përdorin ndreqës të rrezeve X me valë të plotë të tensionit të lartë. Për këtë qëllim përdoren 4 kenotrone speciale, të cilat lidhen në një qark urë. Një tub me rreze X është përfshirë në një diagonale të urës.
3. Ndërveprimi i rrezeve X me materien
(shpërndarje koherente, shpërhapje jokoherente, efekt fotoelektrik).
Kur rrezatimi me rreze X bie mbi një trup, ai reflektohet në një sasi të vogël prej tij, por kryesisht kalon thellë në të. Në masën e trupit, rrezatimi absorbohet pjesërisht, pjesërisht shpërndahet dhe pjesërisht kalon. Duke kaluar nëpër trup, fotonet e rrezeve X ndërveprojnë kryesisht me elektronet e atomeve dhe molekulave të substancës. Regjistrimi dhe përdorimi i rrezatimit me rreze X, si dhe ndikimi i tij në objektet biologjike, përcaktohet nga proceset parësore të ndërveprimit të fotonit të rrezeve X me elektronet. Në varësi të raportit të energjisë së fotonit E dhe energjisë së jonizimit A I, zhvillohen tre procese kryesore.
A) Shpërndarje koherente.
Shpërndarja e rrezeve X me valë të gjata ndodh në thelb pa ndryshuar gjatësinë e valës dhe quhet koherent. Ndërveprimi i një fotoni me elektronet e predhave të brendshme, të lidhura fort me bërthamën, ndryshon vetëm drejtimin e tij, pa ndryshuar energjinë e tij, dhe rrjedhimisht gjatësinë e valës (Fig. 5).
Shpërndarja koherente ndodh nëse energjia e fotonit është më e vogël se energjia e jonizimit: E = hn<А И. Так как энергия фотона и энергия атома не изменяется, то когерентное рассеяние не вызывает биологического действия. Однако при создании защиты от рентгеновского излучения следует учитывать возможность изменения направления первичного пучка.
b) Shpërndarja jokoherente (efekti Compton).
Në vitin 1922, A. Compton, duke vëzhguar shpërndarjen e rrezeve të forta X, zbuloi një rënie në fuqinë depërtuese të rrezes së shpërndarë në krahasim me rrezen e përplasjes. Shpërndarja e rrezeve X me ndryshime në gjatësinë e valës quhet efekti Compton. Ndodh kur një foton i çdo energjie ndërvepron me elektronet e shtresës së jashtme të atomeve të lidhura dobët me bërthamën (Fig. 6). Një elektron hiqet nga një atom (elektrone të tilla quhen elektrone kthimi). Energjia e fotonit zvogëlohet (gjatësia e valës rritet në përputhje me rrethanat), dhe drejtimi i lëvizjes së tij gjithashtu ndryshon. Efekti Compton ndodh nëse energjia e fotonit të rrezeve X është më e madhe se energjia e jonizimit: , . Në këtë rast shfaqen elektronet mbrapsht me energji kinetike E K. Atomet dhe molekulat bëhen jone. Nëse E K është domethënëse, atëherë elektronet mund të jonizojnë atomet fqinje me përplasje, duke formuar elektrone të reja (sekondare).
V) Efekt fotografik.
Nëse energjia e fotonit hn është e mjaftueshme për të shkëputur një elektron, atëherë kur bashkëvepron me një atom, fotoni absorbohet dhe elektroni ndahet prej tij. Ky fenomen quhet efekti fotoelektrik. Atomi jonizohet (fotoionizimi). Në këtë rast, elektroni fiton energji kinetike dhe, nëse kjo e fundit 
është domethënëse, mund të jonizojë atomet fqinje me përplasje, duke formuar elektrone të reja (dytësore). Nëse energjia e fotonit është e pamjaftueshme për jonizimin, atëherë efekti fotoelektrik mund të shfaqet në ngacmimin e një atomi ose molekule. Në disa substanca kjo çon në emetimin e mëvonshëm të fotoneve në rajonin e dukshëm (luminescencë me rreze X), dhe në inde në aktivizimin e molekulave dhe reaksioneve fotokimike.
Efekti fotoelektrik është karakteristik për fotonet me energji të rendit 0,5-1 MeV.
Tre proceset kryesore të ndërveprimit të diskutuara më sipër janë parësore, ato çojnë në sekondare të mëvonshme, terciare, etj. dukuritë. Kur rrezet X hyjnë në një substancë, një sërë procesesh mund të ndodhin përpara se energjia e fotonit të rrezeve X të shndërrohet në energjinë e lëvizjes termike.
Si rezultat i proceseve të mësipërme, fluksi primar i rrezatimit me rreze X dobësohet. Ky proces i bindet ligjit të Bouguer-it. Le ta shkruajmë në formën: Ф = Ф 0 e - mх, ku m është koeficienti linear i dobësimit, në varësi të natyrës së substancës (kryesisht nga dendësia dhe numri atomik) dhe nga gjatësia e valës së rrezatimit (energjia e fotonit) . Mund të përfaqësohet si i përbërë nga tre terma që korrespondojnë me shpërndarjen koherente, shpërndarjen jokoherente dhe efektin fotoelektrik: 
.
Meqenëse koeficienti linear i përthithjes varet nga dendësia e substancës, ata preferojnë të përdorin koeficientin e dobësimit të masës, i cili është i barabartë me raportin e koeficientit të zbutjes lineare me densitetin e absorbuesit dhe nuk varet nga dendësia e substancës. Varësia e fluksit të rrezeve X (intensiteti) nga trashësia e filtrit absorbues është paraqitur në Fig. 7 për H 2 O, Al dhe Cu. Llogaritjet tregojnë se një shtresë uji 36 mm e trashë, alumini 15 mm dhe bakri 1,6 mm e zvogëlojnë intensitetin e rrezatimit me rreze X me 2 herë. Kjo trashësi quhet trashësia e gjysmës së shtresës d. Nëse një substancë zbut rrezatimin me rreze x përgjysmë, atëherë 
, Pastaj 
, ose , 
; ; . Duke ditur trashësinë e gjysmës së shtresës, gjithmonë mund të përcaktoni m. Dimensioni.
4. Përdorimi i rrezeve X në mjekësi
(fluoroskopi, radiografi, tomografi me rreze X, fluorografi, radioterapi).
Një nga përdorimet më të zakonshme të rrezatimit me rreze X në mjekësi është ekzaminimi i organeve të brendshme për qëllime diagnostike - diagnostikimi me rreze X.
Për diagnostikim, përdoren fotone me energji 60-120 keV. Në këtë rast, koeficienti i absorbimit të masës përcaktohet kryesisht nga efekti fotoelektrik. Vlera e tij është proporcionale me l 3 (që manifeston aftësinë e lartë depërtuese të rrezatimit të fortë) dhe proporcionale me fuqinë e tretë të numrit të atomeve të substancës - absorbues: , ku K është koeficienti i proporcionalitetit.
Trupi i njeriut përbëhet nga inde dhe organe që kanë aftësi të ndryshme përthithëse në lidhje me rrezatimin me rreze x. Prandaj, kur ndriçohet me rreze X, në ekran përftohet një imazh hije jo uniform, i cili jep një pamje të vendndodhjes së organeve dhe indeve të brendshme. Indet më të dendura që thithin rrezatimin (zemra, enët e mëdha, kockat) janë të dukshme të errëta, dhe indet më pak thithëse (mushkëritë) janë të lehta.
Në shumë raste është e mundur të gjykohet gjendja e tyre normale apo patologjike. Diagnostifikimi me rreze X përdor dy metoda kryesore: fluoroskopi (transmetim) dhe radiografi (imazh). Nëse organi në studim dhe indet që e rrethojnë thithin fluksin e rrezeve X afërsisht në mënyrë të barabartë, atëherë përdoren agjentë të veçantë kontrasti. Për shembull, në prag të një ekzaminimi me rreze X të stomakut ose të zorrëve, jepet një masë si qull i sulfatit të bariumit, në këtë rast mund të shihni imazhin e tyre në hije. Në fluoroskopi dhe radiografi, imazhi me rreze x është një imazh përmbledhës i të gjithë trashësisë së objektit nëpër të cilin kalojnë rrezet X. Ato detaje që janë më afër ekranit ose filmit janë të përshkruara më qartë, ndërsa ato që janë të largëta bëhen të paqarta dhe të paqarta. Nëse ka një zonë të ndryshuar patologjikisht në ndonjë organ, për shembull, shkatërrimi i indit të mushkërive brenda një fokusi të madh inflamacioni, atëherë në disa raste kjo zonë mund të "humbet" në radiografi në shumën e hijeve. Për ta bërë atë të dukshme, përdoret një metodë e veçantë - tomografia (regjistrimi shtresë pas shtrese), e cila ju lejon të merrni imazhe të shtresave individuale të zonës së studiuar. Ky lloj imazhesh-tomograme shtresë pas shtrese merren duke përdorur një aparat të veçantë të quajtur tomograf, në të cilin një tub me rreze X (RT) dhe film fotografik (FP) lëvizin periodikisht së bashku, në antifazë, në lidhje me zonën e studim. Në këtë rast, rrezet X në çdo pozicion të RT do të kalojnë nëpër të njëjtën pikë të objektit (zona e ndryshuar), e cila është qendra në lidhje me të cilën ndodh lëvizja periodike e RT dhe FP. Një imazh hije i zonës do të kapet në film. Duke ndryshuar pozicionin e "qendrës së lëkundjes", është e mundur të merren imazhe shtresë pas shtrese të objektit. Duke përdorur një rreze të hollë rrezatimi me rreze X, një ekran të veçantë (në vend të FP) i përbërë nga detektorë gjysmëpërçues të rrezatimit jonizues, është e mundur të përpunohet imazhi gjatë tomografisë duke përdorur një kompjuter. Ky version modern i tomografisë quhet tomografi e kompjuterizuar. Tomografia përdoret gjerësisht në studimin e mushkërive, veshkave, fshikëzës së tëmthit, stomakut, eshtrave etj.
Shkëlqimi i imazhit në ekran dhe koha e ekspozimit në film varen nga intensiteti i rrezatimit me rreze x. Kur përdoret për diagnostikim, intensiteti nuk mund të jetë i lartë për të mos shkaktuar një efekt biologjik të padëshiruar. Prandaj, ka një numër pajisjesh teknike që përmirësojnë ndriçimin e imazhit me intensitet të ulët të rrezeve X. Një pajisje e tillë është një konvertues elektron-optik.
Një shembull tjetër është fluorografia, në të cilën një imazh nga një ekran i madh lumineshent me rreze X merret në një film të ndjeshëm me format të vogël. Gjatë shkrepjes, përdoret një lente me hapje të lartë dhe imazhet e përfunduara ekzaminohen duke përdorur një zmadhues të veçantë.
Fluorografia kombinon një aftësi më të madhe për të zbuluar sëmundjet e fshehura (sëmundjet e organeve të kraharorit, traktin gastrointestinal, sinuset paranazale, etj.) me xhiro të konsiderueshme, dhe për këtë arsye është një metodë shumë efektive e hulumtimit masiv (në linjë).
Meqenëse fotografimi i një imazhi me rreze X gjatë fluorografisë bëhet duke përdorur optikë fotografike, imazhi në fluorogram zvogëlohet në krahasim me rrezet X. Në këtë drejtim, rezolucioni i një fluorogrami (d.m.th., dallueshmëria e detajeve të vogla) është më e vogël se ajo e një radiografie konvencionale, megjithatë, është më e madhe se sa me fluoroskopinë.
Është projektuar një pajisje - një tomofluorograf, i cili bën të mundur marrjen e fluorogrameve të pjesëve të trupit dhe organeve individuale në një thellësi të caktuar - të ashtuquajturat imazhe (feta) shtresë për shtresë - tomofluorogram.
Rrezatimi me rreze X përdoret gjithashtu për qëllime terapeutike (terapia me rreze X). Efekti biologjik i rrezatimit është të prishë aktivitetin jetësor të qelizave, veçanërisht të atyre që zhvillohen me shpejtësi. Në këtë drejtim, terapia me rreze X përdoret për trajtimin e tumoreve malinje. Është e mundur të zgjidhet një dozë rrezatimi e mjaftueshme për të shkatërruar plotësisht tumorin me dëmtime relativisht të vogla në indet e shëndetshme përreth, i cili restaurohet për shkak të rigjenerimit të mëvonshëm.
Intensiteti- një karakteristikë sasiore e rrezatimit me rreze X, e cila shprehet me numrin e rrezeve të emetuara nga tubi për njësi të kohës. Intensiteti i rrezatimit me rreze X matet në miliamps. Duke e krahasuar atë me intensitetin e dritës së dukshme nga një llambë inkandeshente konvencionale, mund të nxjerrim një analogji: për shembull, një llambë 20 vat do të shkëlqejë me një intensitet ose forcë, dhe një llambë 200 vat do të shkëlqejë me një tjetër, ndërsa cilësia e vetë dritës (spektri i saj) është i njëjtë. Intensiteti i një rreze X është në thelb sasia e saj. Çdo elektron krijon një ose më shumë kuanta rrezatimi në anodë, prandaj, numri i rrezeve X kur ekspozohet një objekt rregullohet duke ndryshuar numrin e elektroneve që priren drejt anodës dhe numrin e ndërveprimeve të elektroneve me atomet e objektivit të tungstenit. , e cila mund të bëhet në dy mënyra:
1. Duke ndryshuar shkallën e nxehjes së spirales së katodës duke përdorur një transformator në rënie (numri i elektroneve të gjeneruara gjatë emetimit do të varet nga sa e nxehtë është spiralja e tungstenit dhe numri i kuanteve të rrezatimit do të varet nga numri i elektroneve) ;
2. Duke ndryshuar vlerën e tensionit të lartë të furnizuar nga transformatori rritës në polet e tubit - katodë dhe anodë (sa më i lartë të jetë tensioni në polet e tubit, aq më shumë energji kinetike marrin elektronet. , të cilat, për shkak të energjisë së tyre, mund të ndërveprojnë me disa atome të substancës anodë nga ana tjetër - shih. oriz. 5; elektronet me energji të ulët do të mund të hyjnë në më pak ndërveprime).
Intensiteti i rrezeve X (rryma e anodës) shumëzuar me kohën e ekspozimit (koha e funksionimit të tubit) korrespondon me ekspozimin ndaj rrezeve X, i cili matet në mAs (miliamper për sekondë). Ekspozimi është një parametër që, ashtu si intensiteti, karakterizon numrin e rrezeve të emetuara nga tubi i rrezeve X. I vetmi ndryshim është se ekspozimi merr parasysh edhe kohën e funksionimit të tubit (për shembull, nëse tubi punon për 0,01 sekonda, atëherë numri i rrezeve do të jetë një, dhe nëse 0,02 sekonda, atëherë numri i rrezeve do të jetë të ndryshme - dy herë më shumë). Ekspozimi ndaj rrezatimit përcaktohet nga radiologu në panelin e kontrollit të aparatit me rreze X, në varësi të llojit të ekzaminimit, madhësisë së objektit që ekzaminohet dhe detyrës diagnostikuese.
Ngurtësia- karakteristikat cilësore të rrezatimit me rreze x. Ajo matet nga madhësia e tensionit të lartë në tub - në kilovolt. Përcakton fuqinë depërtuese të rrezeve X. Ai rregullohet nga tensioni i lartë i furnizuar në tubin e rrezeve X nga një transformator rritës. Sa më i lartë të krijohet diferenca potenciale nëpër elektrodat e tubit, aq më shumë forcë zmbrapsen elektronet nga katoda dhe nxitojnë drejt anodës dhe aq më e fortë është përplasja e tyre me anodën. Sa më e fortë përplasja e tyre, aq më e shkurtër është gjatësia e valës së rrezatimit me rreze X që rezulton dhe aq më e lartë është aftësia depërtuese e kësaj vale (ose fortësia e rrezatimit, e cila, ashtu si intensiteti, rregullohet në panelin e kontrollit nga parametri i tensionit në tubi - kilovoltazh).
Oriz. 7 - Varësia e gjatësisë së valës nga energjia e valës:
λ - gjatësia e valës;
E - energjia e valës
· Sa më e lartë të jetë energjia kinetike e elektroneve në lëvizje, aq më i fortë është ndikimi i tyre në anodë dhe aq më e shkurtër është gjatësia e valës së rrezatimit me rreze X që rezulton. Rrezatimi me rreze X me gjatësi vale të gjatë dhe fuqi të ulët depërtuese quhet "i butë"; rrezatimi me rreze X me gjatësi vale të shkurtër dhe fuqi depërtuese të lartë quhet "i fortë".
Oriz. 8 - Marrëdhënia midis tensionit në tubin e rrezeve X dhe gjatësisë së valës së rrezatimit me rreze X që rezulton:
· Sa më i lartë të aplikohet voltazhi në polet e tubit, aq më i fortë është ndryshimi i potencialit në to, prandaj, energjia kinetike e elektroneve në lëvizje do të jetë më e lartë. Tensioni në tub përcakton shpejtësinë e elektroneve dhe forcën e përplasjes së tyre me substancën e anodës; prandaj, voltazhi përcakton gjatësinë e valës së rrezatimit të rrezeve X që rezulton.
