Rentgen nurlanishi deganda uzunligi taxminan 80 dan 10-5 nm gacha bo'lgan elektromagnit to'lqinlar tushuniladi. Eng uzun to'lqinli rentgen nurlanishi qisqa to'lqinli ultrabinafsha nurlanishi bilan, qisqa to'lqinli rentgen nurlanishi esa uzun to'lqinli g-nurlanish bilan qoplanadi. Qo'zg'alish usuliga ko'ra, rentgen nurlanishi bremsstrahlung va xarakterli bo'linadi.
31.1. RENTENGN TUBI QURILMA. Bremsstrahlung rentgen nurlari
Rentgen nurlanishining eng keng tarqalgan manbai rentgen trubkasi bo'lib, u ikki elektrodli vakuum qurilmasi (31.1-rasm). Isitilgan katod 1 elektronlarni chiqaradi 4. Ko'pincha antikatod deb ataladigan 2-anod hosil bo'lgan rentgen nurlanishini yo'naltirish uchun eğimli sirtga ega. 3 quvur o'qiga burchak ostida. Anod elektron ta'sirida hosil bo'ladigan issiqlikni olib tashlash uchun yuqori issiqlik o'tkazuvchan materialdan qilingan. Anod yuzasi davriy jadvalda katta atom raqamiga ega bo'lgan refrakter materiallardan, masalan, volframdan qilingan. Ba'zi hollarda anod suv yoki moy bilan maxsus sovutiladi.
Diagnostik naychalar uchun rentgen nurlari manbasining aniqligi muhim ahamiyatga ega, bunga elektronlarni antikatodning bir joyiga qaratish orqali erishish mumkin. Shuning uchun konstruktiv ravishda ikkita qarama-qarshi vazifani hisobga olish kerak: bir tomondan, elektronlar anodning bir joyiga tushishi kerak, boshqa tomondan, haddan tashqari qizib ketishning oldini olish uchun elektronlarni turli sohalarda taqsimlash maqsadga muvofiqdir. anod. Qiziqarli texnik yechimlardan biri aylanuvchi anodli rentgen trubkasidir (31.2-rasm).
Elektronni (yoki boshqa zaryadlangan zarrachani) atom yadrosining elektrostatik maydoni va moddaning atom elektronlari tomonidan tormozlanishi natijasida antikatod paydo bo'ladi. Bremsstrahlung rentgen nurlanishi.
Uning mexanizmini quyidagicha tushuntirish mumkin. Harakatlanuvchi elektr zaryadi bilan bog'langan magnit maydon, uning induksiyasi elektron tezligiga bog'liq. Tormozlashda magnit maydon kamayadi
induksiya va Maksvell nazariyasiga muvofiq elektromagnit to'lqin paydo bo'ladi.
Elektronlar sekinlashganda, energiyaning faqat bir qismi rentgen foton hosil qilish uchun sarflanadi, qolgan qismi anodni isitish uchun sarflanadi. Bu qismlar orasidagi munosabatlar tasodifiy bo'lgani uchun, ko'p sonli elektronlar sekinlashganda, rentgen nurlanishining uzluksiz spektri hosil bo'ladi. Shu munosabat bilan bremsstrahlung uzluksiz nurlanish deb ham ataladi. Shaklda. 31.3-rasmda rentgen nurlari oqimining rentgen trubkasidagi turli kuchlanishdagi to'lqin uzunligi l (spektrlar) ga bog'liqligi ko'rsatilgan: U 1< U 2 < U 3 .
Spektrlarning har birida eng qisqa to'lqin uzunligi bremsstrahlung hisoblanadi λ ηίη Tezlashuvchi maydondagi elektron tomonidan olingan energiya to'liq foton energiyasiga aylanganda sodir bo'ladi:
E'tibor bering, (31.2) ga asoslanib, Plank doimiysini eksperimental ravishda aniqlashning eng aniq usullaridan biri ishlab chiqilgan.
Qisqa to'lqinli rentgen nurlari odatda uzoq to'lqinli rentgen nurlariga qaraganda ko'proq kirib boradi va shunday deyiladi. qattiq, va uzun to'lqin - yumshoq.
Rentgen trubkasidagi kuchlanishni oshirish orqali radiatsiyaning spektral tarkibi o'zgaradi, buni rasmdan ko'rish mumkin. 31.3 va formulalar (31.3) va qattiqlikni oshiring.
Agar siz katodning filament haroratini oshirsangiz, elektronlarning emissiyasi va trubadagi oqim kuchayadi. Bu har soniyada chiqariladigan rentgen fotonlari sonini oshiradi. Uning spektral tarkibi o'zgarmaydi. Shaklda. 31.4-rasmda bir xil kuchlanishdagi, lekin har xil katodli isitish oqimlarida rentgen nurlari spektrlari ko'rsatilgan: / n1< / н2 .
Rentgen nurlari oqimi quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:
Qayerda U Va men - rentgen trubkasidagi kuchlanish va oqim; Z- anod moddasi atomining seriya raqami; k- mutanosiblik koeffitsienti. Turli xil antikatodlardan bir vaqtning o'zida olingan spektrlar U va I H shaklda ko'rsatilgan. 31.5.
31.2. X-NURLARNING XARAKTERİSTIK NURLARI. ATOM RENTENGI SPEKTRALARI
Rentgen trubkasidagi kuchlanishni oshirib, uzluksiz spektr fonida chiziq spektrining ko'rinishini sezish mumkin, bu esa
xarakterli rentgen nurlanishi(31.6-rasm). Bu tezlashtirilgan elektronlarning atomga chuqur kirib borishi va elektronlarni ichki qatlamlardan chiqarib yuborishi tufayli yuzaga keladi. Yuqori darajadagi elektronlar bo'sh joylarga o'tadi (31.7-rasm), natijada xarakterli nurlanish fotonlari chiqariladi. Rasmdan ko'rinib turibdiki, xarakterli rentgen nurlanishi ketma-ketlikdan iborat K, L, M va boshqalar, ularning nomi elektron qatlamlarni belgilashga xizmat qilgan. K-seriyasining emissiyasi yuqori qatlamlardagi joylarni bo'shatganligi sababli, boshqa seriyalarning chiziqlari ham bir vaqtning o'zida chiqariladi.
Optik spektrlardan farqli o'laroq, har xil atomlarning xarakterli rentgen spektrlari bir xil turdagi. Shaklda. 31.8-rasmda turli elementlarning spektrlari keltirilgan. Ushbu spektrlarning bir xilligi turli atomlarning ichki qatlamlari bir xil bo'lishi va faqat energetik jihatdan farq qilishi bilan bog'liq, chunki elementning atom raqami ortishi bilan yadrodan kuch ta'siri kuchayadi. Bu holat yadro zaryadining ortishi bilan xarakterli spektrlarning yuqori chastotalar tomon siljishiga olib keladi. Ushbu naqsh rasmda ko'rinadi. 31.8 va nomi bilan tanilgan Moseley qonuni:
Qayerda v- spektral chiziq chastotasi; Z- chiqaradigan elementning atom raqami; A Va IN- doimiy.
Optik va rentgen spektrlari o'rtasida yana bir farq bor.
Atomning xarakterli rentgen spektri ushbu atom tarkibiga kiradigan kimyoviy birikmaga bog'liq emas. Masalan, kislorod atomining rentgen spektri O, O 2 va H 2 O uchun bir xil, bu birikmalarning optik spektrlari esa sezilarli darajada farq qiladi. Atomning rentgen spektrining bu xususiyati nom uchun asos bo'lib xizmat qildi xarakterli.
Xarakterli nurlanish har doim atomning ichki qatlamlarida bo'sh joy mavjud bo'lganda, uni keltirib chiqargan sababdan qat'iy nazar sodir bo'ladi. Masalan, xarakterli nurlanish radioaktiv parchalanish turlaridan biriga hamroh bo'ladi (32.1-bandga qarang), bu elektronni yadro tomonidan ichki qatlamdan tortib olishdan iborat.
31.3. RENTKTEN NURLARINING MATERYA BILAN O'ZBAR TA'SIRI
Rentgen nurlanishini ro'yxatga olish va qo'llash, shuningdek uning biologik ob'ektlarga ta'siri rentgen fotonning moddaning atomlari va molekulalarining elektronlari bilan o'zaro ta'sirining birlamchi jarayonlari bilan belgilanadi.
Energiya nisbatiga qarab hv foton va ionlanish energiyasi 1 A va uchta asosiy jarayon sodir bo'ladi.
Kogerent (klassik) sochilish
Uzoq to'lqinli rentgen nurlarining tarqalishi asosan to'lqin uzunligini o'zgartirmasdan sodir bo'ladi va deyiladi. izchil. Agar foton energiyasi ionlanish energiyasidan kam bo'lsa, bu sodir bo'ladi: hv< A va.
Bu holda rentgen fotoni va atom energiyasi o'zgarmasligi sababli, kogerent sochilishning o'zi biologik ta'sirni keltirib chiqarmaydi. Biroq, rentgen nurlanishiga qarshi himoya yaratishda, asosiy nurning yo'nalishini o'zgartirish imkoniyatini hisobga olish kerak. Ushbu turdagi o'zaro ta'sir rentgen nurlanishini tahlil qilish uchun muhimdir (24.7 ga qarang).
Inkogerent sochilish (Kompton effekti)
1922 yilda A.X. Kompton qattiq rentgen nurlarining tarqalishini kuzatar ekan, tarqalib ketgan nurning kirib borish quvvati hodisaga nisbatan kamayganligini aniqladi. Bu tarqoq rentgen nurlarining to'lqin uzunligi tushayotgan rentgen nurlaridan uzunroq ekanligini anglatardi. To'lqin uzunligi o'zgarishi bilan rentgen nurlarining tarqalishi deyiladi mos kelmaydigan nom va hodisaning o'zi - Kompton effekti. Bu rentgen fotonning energiyasi ionlanish energiyasidan katta bo'lsa sodir bo'ladi: hv > A va.
Bu hodisa atom bilan o'zaro ta'sirlashganda energiya mavjudligi bilan bog'liq hv foton energiya bilan yangi tarqoq rentgen foton hosil bo'lishiga sarflanadi hv", atomdan elektronni olib tashlash (ionlanish energiyasi A va) va elektronga kinetik energiya berish E:
hv= hv" + A va + E k.(31.6)
1 Bu erda ionlanish energiyasi atom yoki molekuladan ichki elektronlarni olib tashlash uchun zarur bo'lgan energiyani anglatadi.
Chunki ko'p hollarda hv>> Va va Kompton effekti erkin elektronlarda yuzaga keladi, keyin taxminan yozishimiz mumkin:
hv = hv"+ E K.(31.7)
Shunisi muhimki, bu hodisada (31.9-rasm) ikkilamchi rentgen nurlanishi (energiya) bilan birga hv" foton) teskari elektronlar paydo bo'ladi (kinetik energiya E k elektron). Keyin atomlar yoki molekulalar ionlarga aylanadi.
Foto effekt
Fotoelektrik effektda rentgen nurlari atom tomonidan yutilib, elektron chiqarib yuboriladi va atom ionlanadi (fotoionlanish).
Yuqorida muhokama qilingan uchta asosiy o'zaro ta'sir jarayoni birlamchi bo'lib, ular keyingi ikkilamchi, uchinchi darajali va hokazolarga olib keladi. hodisalar. Masalan, ionlangan atomlar xarakterli spektr chiqarishi mumkin, qo'zg'algan atomlar ko'rinadigan yorug'lik manbalariga aylanishi mumkin (rentgen nurlanishi) va hokazo.
Shaklda. 31.10 da rentgen nurlanishi moddaga kirganda yuzaga kelishi mumkin bo'lgan jarayonlar diagrammasi ko'rsatilgan. X-nurli fotonning energiyasi molekulyar issiqlik harakati energiyasiga aylanishidan oldin tasvirlanganga o'xshash bir necha o'nlab jarayonlar sodir bo'lishi mumkin. Natijada, moddaning molekulyar tarkibida o'zgarishlar yuz beradi.
Rasmdagi diagrammada ko'rsatilgan jarayonlar. 31.10, rentgen nurlari materiyaga ta'sir qilganda kuzatiladigan hodisalarning asosini tashkil qiladi. Keling, ulardan ba'zilarini sanab o'tamiz.
Rentgen nurlari lyuminessensiyasi- rentgen nurlanishida bir qator moddalarning porlashi. Platin-sinoksid bariyning bu porlashi Rentgenga nurlarni kashf qilish imkonini berdi. Bu hodisa rentgen nurlanishini vizual kuzatish, ba'zan rentgen nurlarining fotoplastinkaga ta'sirini kuchaytirish uchun maxsus yorug'lik ekranlarini yaratish uchun ishlatiladi.
Rentgen nurlanishining kimyoviy ta'siri ma'lum, masalan, suvda vodorod peroksid hosil bo'lishi. Amaliy muhim misol - bunday nurlarni yozib olish imkonini beruvchi fotografik plastinkaga ta'sir qilish.
Ionlashtiruvchi ta'sir rentgen nurlari ta'sirida elektr o'tkazuvchanligini oshirishda namoyon bo'ladi. Bu xususiyat ishlatiladi
bu turdagi nurlanish ta'sirini miqdoriy aniqlash uchun dozimetriyada.
Ko'pgina jarayonlar natijasida rentgen nurlanishining birlamchi nurlari qonunga muvofiq zaiflashadi (29.3). Keling, uni quyidagi shaklda yozamiz:
I = I 0 e-/", (31.8)
Qayerda m - chiziqli zaiflashuv koeffitsienti. U kogerent sochilish m k, inkogerent m EKK va fotoelektr effekti m ga mos keladigan uchta haddan iborat sifatida ifodalanishi mumkin. f:
μ = m k + m hk + m f. (31,9)
Rentgen nurlanishining intensivligi ushbu oqim o'tadigan moddaning atomlari soniga mutanosib ravishda zaiflashadi. Agar siz moddani eksa bo'ylab siqsangiz X, masalan, ichida b marta ortib boradi b uning zichligidan beri, keyin
31.4. TIBBIYOTDA RENTENGAN NURLARINI QO'LLANISHNING Jismoniy ASOSLARI.
Rentgen nurlarining eng muhim tibbiy maqsadlaridan biri diagnostika maqsadida ichki organlarni yoritishdir. (Rentgen diagnostikasi).
Diagnostika uchun energiya taxminan 60-120 keV bo'lgan fotonlar qo'llaniladi. Bu energiyada massa susayish koeffitsienti asosan fotoelektrik effekt bilan aniqlanadi. Uning qiymati foton energiyasining uchinchi kuchiga (l 3 ga mutanosib) teskari proportsionaldir, bu qattiq nurlanishning katta kirish kuchini ko'rsatadi va yutuvchi moddaning atom raqamining uchinchi darajasiga proportsionaldir:
Turli to'qimalar tomonidan rentgen nurlanishining yutilishidagi sezilarli farq inson tanasining ichki organlari tasvirlarini soya proektsiyasida ko'rish imkonini beradi.
Rentgen diagnostikasi ikkita versiyada qo'llaniladi: floroskopiya - tasvir rentgen-lyuminestsent ekranda ko'riladi; rentgenografiya - tasvir fotoplyonkaga yozib olinadi.
Agar tekshirilayotgan organ va uning atrofidagi to'qimalar rentgen nurlanishini taxminan teng darajada susaytirsa, u holda maxsus kontrast moddalar qo'llaniladi. Masalan, oshqozon va ichaklarni bariy sulfatning porridgega o'xshash massasi bilan to'ldirib, ularning soyali tasvirini ko'rishingiz mumkin.
Ekrandagi tasvirning yorqinligi va plyonkadagi ta'sir qilish vaqti rentgen nurlanishining intensivligiga bog'liq. Agar u diagnostika uchun ishlatilsa, unda istalmagan biologik oqibatlarga olib kelmaslik uchun intensivlik yuqori bo'lishi mumkin emas. Shu sababli, rentgen nurlarining past intensivligida tasvirlarni yaxshilaydigan bir qator texnik qurilmalar mavjud. Bunday qurilmaning namunasi elektro-optik konvertorlardir (27.8 ga qarang). Aholini ommaviy tekshirish paytida rentgenografiyaning bir varianti keng qo'llaniladi - florografiya, bunda katta rentgen-lyuminestsent ekrandan olingan tasvir sezgir kichik formatli plyonkaga yozib olinadi. Rasmga tushirishda yuqori diafragmali linzalardan foydalaniladi va tayyor tasvirlar maxsus lupa yordamida tekshiriladi.
Radiografiya uchun qiziqarli va istiqbolli variant - bu usul rentgen tomografiyasi, va uning "mashina versiyasi" - Kompyuter tomografiyasi.
Keling, bu savolni ko'rib chiqaylik.
Odatda rentgenogramma tananing katta maydonini qamrab oladi, turli organlar va to'qimalar bir-birini to'sib qo'yadi. Agar siz rentgen trubkasini vaqti-vaqti bilan antifazada (31.11-rasm) birga harakatlantirsangiz, buning oldini olish mumkin. RT va fotofilm FP ob'ektga nisbatan Haqida tadqiqot. Tana rentgen nurlari uchun shaffof bo'lmagan bir qator qo'shimchalarni o'z ichiga oladi; ular rasmda doira shaklida ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, rentgen nurlari rentgen naychasining har qanday holatida (1, 2 h.k.) o'tish
ob'ektning bir xil nuqtasini kesish, bu davriy harakat sodir bo'ladigan markazga nisbatan RT Va Fp. Bu nuqta, aniqrog'i, kichik shaffof bo'lmagan inklyuziya qorong'u doira bilan ko'rsatilgan. Uning soya tasviri bilan harakatlanadi FP, ketma-ket pozitsiyalarni egallash 1, 2 va hokazo. Tanadagi qolgan qo'shimchalar (suyaklar, siqilishlar va boshqalar) ustida yaratilgan FP ba'zi bir umumiy fon, chunki rentgen nurlari doimo ular tomonidan yashirilmaydi. Burilish markazining o'rnini o'zgartirib, siz tananing qatlamli rentgen tasvirini olishingiz mumkin. Shuning uchun ism - tomografiya(qatlamli yozib olish).
Bu rentgen nurlanishining nozik nurlari, ekran (o'rniga Fp), ionlashtiruvchi nurlanishning yarimo'tkazgichli detektorlari (32.5 ga qarang) va kompyuterdan iborat bo'lib, tomografiya paytida soyali rentgen tasvirini qayta ishlaydi. Tomografiyaning ushbu zamonaviy versiyasi (hisoblash yoki kompyuter rentgen tomografiyasi) katod nurlari trubkasi ekranida yoki rentgen nurlarini singdirishdagi farq bilan 2 mm dan kam detallarga ega qog'ozda tananing qatlam-qatlam tasvirlarini olish imkonini beradi. 0,1% gacha. Bu, masalan, miyaning kulrang va oq moddasini farqlash va juda kichik o'sma shakllanishini ko'rish imkonini beradi.
1. Rentgen nurlanishining manbalari.
2. Bremsstrahlung rentgen nurlanishi.
3. Xarakterli rentgen nurlanishi. Moseley qonuni.
4. Rentgen nurlanishining moddalar bilan o'zaro ta'siri. Zaiflash qonuni.
5. Tibbiyotda rentgen nurlaridan foydalanishning fizik asoslari.
6. Asosiy tushunchalar va formulalar.
7. Vazifalar.
rentgen nurlanishi - to'lqin uzunligi 100 dan 10 -3 nm gacha bo'lgan elektromagnit to'lqinlar. Elektromagnit to'lqinlar shkalasida rentgen nurlanishi ultrabinafsha nurlanish va ultrabinafsha nurlanish orasidagi hududni egallaydi. γ - radiatsiya. Rentgen nurlari (rentgen nurlari) 1895 yilda K. Rentgen tomonidan kashf etilgan bo'lib, u 1901 yilda fizika bo'yicha birinchi Nobel mukofoti sovrindori bo'lgan.
32.1. Rentgen nurlari manbalari
Rentgen nurlanishining tabiiy manbalari ba'zi radioaktiv izotoplardir (masalan, 55 Fe). Kuchli rentgen nurlanishining sun'iy manbalari rentgen naychalari(32.1-rasm).
Guruch. 32.1. Rentgen trubkasi qurilmasi
Rentgen trubkasi evakuatsiya qilingan shisha kolba bo'lib, ikkita elektrodli: anod A va katod K, ular orasida yuqori kuchlanish U (1-500 kV) hosil bo'ladi. Katod elektr toki bilan isitiladigan spiraldir. Isitilgan katod (termionik emissiya) tomonidan chiqarilgan elektronlar elektr maydon tomonidan tezlashadi. katta tezliklar (shuning uchun yuqori kuchlanish kerak) va trubaning anodiga tushadi. Ushbu elektronlar anod moddasi bilan o'zaro ta'sirlashganda, ikki turdagi rentgen nurlanishi paydo bo'ladi: tormozlash Va xarakterli.
Anodning ishchi yuzasi rentgen nurlarining kerakli yo'nalishini yaratish uchun elektron nurning yo'nalishiga ma'lum burchak ostida joylashgan.
Elektronlarning kinetik energiyasining taxminan 1% rentgen nurlariga aylanadi. Qolgan energiya issiqlik sifatida chiqariladi. Shuning uchun anodning ishchi yuzasi o'tga chidamli materialdan tayyorlanadi.
32.2. Bremsstrahlung rentgen nurlari
Muayyan muhitda harakatlanayotgan elektron tezligini yo'qotadi. Bunday holda, salbiy tezlashuv sodir bo'ladi. Maksvell nazariyasiga ko'ra, har qanday tezlashtirilgan zaryadlangan zarrachaning harakati elektromagnit nurlanish bilan birga keladi. Elektron anod moddasida sekinlashganda hosil bo'ladigan nurlanish deyiladi Bremsstrahlung rentgen nurlanishi.
Bremsstrahlungning xossalari quyidagi omillar bilan belgilanadi.
1. Radiatsiya alohida kvantlar tomonidan chiqariladi, ularning energiyalari (26.10) formula bo'yicha chastotaga bog'liq.
Bu erda n - chastota, l - to'lqin uzunligi.
2. Anodga yetib kelgan barcha elektronlar bor xuddi shu kinetik energiya anod va katod orasidagi elektr maydonining ishiga teng:
bu erda e - elektron zaryad, U - tezlashtiruvchi kuchlanish.
3. Elektronning kinetik energiyasi qisman moddaga o'tadi va uni qizdirishga (Q) ketadi va qisman rentgen kvantini yaratishga sarflanadi:
4. Q va hv o'rtasidagi munosabat tasodifan.
Oxirgi xususiyat (4) tufayli hosil bo'lgan kvantlar har xil elektronlar bor har xil chastotalar va to'lqin uzunliklari. Demak, rentgen nurlarining bremsstrahlung spektri davomiy. Oddiy ko'rinish spektral zichlik Rentgen nurlari oqimi (Φ l = ά/λ) shaklda ko'rsatilgan. 32.2.
Guruch. 32.2. Bremsstrahlung rentgen spektri
Uzoq to'lqin tomonida spektr 100 nm to'lqin uzunligi bilan cheklangan, bu rentgen nurlanishining chegarasi hisoblanadi. Qisqa to'lqin tomonida spektr to'lqin uzunligi l min bilan cheklangan. Formula bo'yicha (32.2) minimal to'lqin uzunligi Q = 0 holatiga mos keladi (elektronning kinetik energiyasi butunlay kvant energiyasiga aylanadi):
Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, bremsstrahlung rentgen nurlarining oqimi (P) o'rtasidagi kuchlanish U ning kvadratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.
anod va katod, trubadagi tok kuchi I va anod moddaning atom raqami Z:
Turli kuchlanishlarda, turli katod haroratida va turli xil anod moddalarida Bremsstrahlung rentgen spektrlari shaklda ko'rsatilgan. 32.3.
Guruch. 32.3. Bremsstrahlung rentgen spektri (Φ l):
a - kolbadagi turli kuchlanishlarda U; b - har xil haroratlarda T
katod; c - Z parametrida farq qiluvchi turli xil anod moddalari uchun
Anod kuchlanishining oshishi bilan qiymat l min qisqaroq to'lqin uzunliklari tomon siljiydi. Shu bilan birga, spektral egri chiziqning balandligi ortadi (32.3-rasm, A).
Katod harorati oshishi bilan elektron emissiyasi ortadi. Shunga ko'ra, kolbadagi oqim I kuchayadi. Spektral egri chiziqning balandligi ortadi, lekin nurlanishning spektral tarkibi o'zgarmaydi (32.3-rasm, b).
Anod materiali o'zgarganda, spektral egri chizig'ining balandligi Z atom raqamiga mutanosib ravishda o'zgaradi (32.3-rasm, s).
32.3. Xarakterli rentgen nurlanishi. Moseley qonuni
Katod elektronlari anod atomlari bilan o'zaro ta'sirlashganda, bremsstrahlung rentgen nurlari bilan bir qatorda, spektri quyidagilardan iborat bo'lgan rentgen nurlari hosil bo'ladi. alohida chiziqlar. Bu radiatsiya
quyidagi kelib chiqishiga ega. Ba'zi katod elektronlari atomga chuqur kirib, undan elektronlarni urib yuboradi. ichki qobiqlar. Bu holda hosil bo'lgan bo'sh joylar elektronlar bilan to'ldiriladi yuqori chig'anoqlar, buning natijasida radiatsiya kvantlari chiqariladi. Bu nurlanish anod materiali tomonidan aniqlangan diskret chastotalar to'plamini o'z ichiga oladi va deyiladi xarakterli nurlanish. Rentgen trubasining to'liq spektri bremsstrahlung spektridagi xarakterli spektrning superpozitsiyasidir (32.4-rasm).
Guruch. 32.4. Rentgen naychasining nurlanish spektri
X-ray naychalari yordamida xarakterli rentgen spektrlarining mavjudligi aniqlandi. Keyinchalik bunday spektrlar kimyoviy elementlarning ichki orbitalarining har qanday ionlanishidan kelib chiqishi aniqlandi. Turli xil kimyoviy elementlarning xarakterli spektrlarini o'rganib, G. Mozeli (1913) o'z nomi bilan atalgan quyidagi qonunni o'rnatdi.
Xarakterli nurlanish chastotasining kvadrat ildizi elementning seriya raqamining chiziqli funktsiyasidir:
bu yerda n - spektral chiziqning chastotasi, Z - chiqaradigan elementning atom raqami, A, B - doimiylar.
Moseley qonuni xarakterli nurlanishning kuzatilgan spektridan kimyoviy elementning atom raqamini aniqlashga imkon beradi. Bu elementlarni davriy sistemaga joylashtirishda katta rol o‘ynadi.
32.4. Rentgen nurlanishining moddalar bilan o'zaro ta'siri. Zaiflash qonuni
Rentgen nurlarining moddalar bilan o'zaro ta'sirining ikkita asosiy turi mavjud: tarqalish va fotoelektrik effekt. Tarqalish paytida fotonning harakat yo'nalishi o'zgaradi. Fotoelektrik effektda foton so'riladi.
1. Kogerent (elastik) sochilish rentgen fotonining energiyasi atomning ichki ionlanishi uchun etarli bo'lmaganda (ichki qobiqlardan biridan elektronni urib yuborish) sodir bo'ladi. Bunday holda, fotonning harakat yo'nalishi o'zgaradi, lekin uning energiyasi va to'lqin uzunligi o'zgarmaydi (shuning uchun bu tarqalish deyiladi. elastik).
2. Kogerent (kompton) sochilish foton energiyasi ichki ionlanish energiyasidan A va: hv >> A va juda katta bo'lganda sodir bo'ladi.
Bunda elektron atomdan ajraladi va ma'lum kinetik energiyaga ega bo'ladi E k.Kompton sochilishi paytida fotonning harakat yo'nalishi o'zgaradi va uning energiyasi kamayadi:
Komptonning tarqalishi moddaning atomlarining ionlanishi bilan bog'liq.
3. Foto effekt foton energiyasi hv atomni ionlash uchun yetarli bo'lganda yuzaga keladi: hv > A u. Shu bilan birga, rentgen nurlari kvanti so'riladi uning energiyasi esa atomni ionlashtirishga va chiqarilgan E k = hv - A I elektronga kinetik energiya berishga sarflanadi.
Komptonning tarqalishi va fotoelektr effekti xarakterli rentgen nurlanishi bilan birga keladi, chunki ichki elektronlar ishdan chiqqandan so'ng, bo'sh pozitsiyalar tashqi qobiqlardan elektronlar bilan to'ldiriladi.
Rentgen nurlari lyuminessensiyasi. Ayrim moddalarda Kompton tarqalishining elektronlari va kvantlari, shuningdek, fotoelektr effektli elektronlar molekulalarning qo'zg'alishini keltirib chiqaradi, bu esa asosiy holatga radiatsiyaviy o'tishlar bilan birga keladi. Bu rentgen nurlanishi deb ataladigan porlashni hosil qiladi. Bariy platina oksidining yorqinligi Rentgenga rentgen nurlarini ochishga imkon berdi.
Zaiflash qonuni
Rentgen nurlarining tarqalishi va fotoelektr effekti rentgen nurlanishining chuqurroq kirib borishi bilan nurlanishning birlamchi nurlanishining zaiflashishiga olib keladi (32.5-rasm). Zaiflashuv eksponent hisoblanadi:
m ning qiymati yutuvchi material va emissiya spektriga bog'liq. Amaliy hisob-kitoblar uchun, zaiflashuvning xarakteristikasi sifatida
Guruch. 32.5. Rentgen nurlari oqimining tushayotgan nurlar yo'nalishi bo'yicha zaiflashishi
Qayerda λ
- to'lqin uzunligi; Z - elementning atom raqami; k qandaydir doimiydir.
32.5. Foydalanishning jismoniy asoslari
Tibbiyotda rentgen nurlanishi
Tibbiyotda rentgen nurlanishi diagnostika va davolash maqsadlarida qo'llaniladi.
Rentgen diagnostikasi- rentgen nurlari yordamida ichki organlarning tasvirlarini olish usullari.
Bu usullarning fizik asosini moddada rentgen nurlanishining susayishi qonuni tashkil etadi (32.10). O'tgandan keyin kesma bo'ylab rentgen nurlari oqimi bir xil heterojen to'qimalar heterojen bo'lib qoladi. Bu heterojenlik fotografik plyonkada, lyuminestsent ekranda yoki matritsali fotodetektor yordamida qayd etilishi mumkin. Masalan, suyak to'qimalarining massa susayish koeffitsientlari - Ca 3 (PO 4) 2 - va yumshoq to'qimalar - asosan H 2 O - 68 marta farqlanadi (m m suyak / m m suv = 68). Suyak zichligi ham yumshoq to'qimalarning zichligidan yuqori. Shuning uchun rentgen nurlari yumshoq to'qimalarning quyuqroq fonida suyakning engil tasvirini hosil qiladi.
Agar o'rganilayotgan organ va uning atrofidagi to'qimalar o'xshash zaiflashuv koeffitsientlariga ega bo'lsa, u holda maxsus kontrast moddalar. Masalan, oshqozon floroskopiyasi paytida ob'ekt bariy sulfatning bo'tqasimon massasini (BaSO 4) oladi, uning massa susayish koeffitsienti yumshoq to'qimalarnikidan 354 marta katta.
Diagnostika uchun foton energiyasi 60-120 keV bo'lgan rentgen nurlanishidan foydalaniladi. Tibbiyot amaliyotida quyidagi rentgen diagnostika usullari qo'llaniladi.
1. rentgen nurlari. Tasvir lyuminestsent ekranda hosil bo'ladi. Rasm yorqinligi past va uni faqat qorong'i xonada ko'rish mumkin. Shifokor nurlanishdan himoyalangan bo'lishi kerak.
Ftoroskopiyaning afzalligi shundaki, u real vaqtda amalga oshiriladi. Kamchilik - bemorga va shifokorga yuqori radiatsiya ta'siri (boshqa usullar bilan solishtirganda).
Ftoroskopiyaning zamonaviy versiyasi - rentgen televideniesida rentgen tasvirini kuchaytiruvchi vositalar qo'llaniladi. Kuchaytirgich rentgen ekranining zaif porlashini sezadi, uni kuchaytiradi va televizor ekraniga uzatadi. Natijada shifokorga radiatsiya ta'siri keskin kamaydi, tasvirning yorqinligi oshdi va tekshiruv natijalarini videoga olish imkoniyati paydo bo'ldi.
2. Radiografiya. Rasm rentgen nurlanishiga sezgir bo'lgan maxsus plyonkada hosil bo'ladi. Rasmlar ikkita o'zaro perpendikulyar proyeksiyalarda (old va yon) olinadi. Rasmga ishlov berilgandan so'ng tasvir ko'rinadigan bo'ladi. Tayyor quritilgan fotosurat uzatilgan nurda tekshiriladi.
Shu bilan birga, tafsilotlar qoniqarli ko'rinadi, ularning kontrastlari 1-2% ga farq qiladi.
Ba'zi hollarda, tekshiruvdan oldin bemorga maxsus beriladi kontrast agenti. Masalan, buyraklar va siydik yo'llarini o'rganish uchun yod o'z ichiga olgan eritma (vena ichiga).
Radiografiyaning afzalliklari yuqori aniqlik, qisqa ta'sir qilish muddati va shifokor uchun deyarli to'liq xavfsizlikdir. Kamchiliklarga tasvirning statik xususiyati kiradi (ob'ektni dinamikada kuzatib bo'lmaydi).
3. Fluorografiya. Ushbu tekshiruv vaqtida ekranda olingan tasvir nozik kichik formatli plyonkada suratga olinadi. Fluorografiya aholini ommaviy tekshirishda keng qo'llaniladi. Agar fluorogrammada patologik o'zgarishlar aniqlansa, bemorga batafsilroq tekshiruv buyuriladi.
4. Elektroradiografiya. Ushbu turdagi tekshiruv an'anaviy rentgenografiyadan tasvirni yozib olish usuli bilan farq qiladi. Film o'rniga ular foydalanadilar selen plitasi, rentgen nurlari bilan elektrlashtirilgan. Natijada elektr zaryadlarining yashirin tasviri paydo bo'ladi, ular ko'rinadigan va qog'ozga o'tkazilishi mumkin.
5. Angiografiya. Ushbu usul qon tomirlarini tekshirish uchun ishlatiladi. Kateter orqali tomir ichiga kontrast modda kiritiladi, shundan so'ng kuchli rentgen apparati bir-birini sekundlarda kuzatib, bir qator tasvirlarni oladi. 32.6-rasmda uyqu arteriyasining angiogrammasi ko'rsatilgan.
6. X-nurli kompyuter tomografiyasi. Ushbu turdagi rentgen tekshiruvi bir necha mm qalinlikdagi tananing tekis qismining tasvirini olish imkonini beradi. Bunday holda, berilgan bo'lim turli burchaklarda qayta-qayta skanerlanadi, har bir alohida tasvir kompyuter xotirasiga yoziladi. Keyin
Guruch. 32.6. Anjiyogrammada karotid arteriyaning torayishi ko'rsatilgan
Guruch. 32.7. Skanerli tomografiya sxemasi (a); ko'z darajasida bo'limda boshning tomogrammasi (b).
kompyuterni rekonstruksiya qilish amalga oshiriladi, natijada skanerlangan qatlamning tasviri (32.7-rasm).
Kompyuter tomografiyasi elementlarni ular orasidagi zichlik farqi 1% gacha bo'lgan holda ajratish imkonini beradi. An'anaviy rentgenografiya qo'shni hududlar orasidagi 10-20% zichlikdagi minimal farqni aniqlash imkonini beradi.
rentgen terapiyasi - malign shishlarni yo'q qilish uchun rentgen nurlaridan foydalanish.
Radiatsiyaning biologik ta'siri ayniqsa tez ko'payadigan hujayralarning hayotiy faoliyatini buzishdir. Juda qattiq rentgen nurlari (taxminan 10 MeV foton energiyasi bilan) tanadagi saraton hujayralarini yo'q qilish uchun ishlatiladi. Sog'lom atrofdagi to'qimalarga zarar etkazishni kamaytirish uchun nur bemor atrofida aylanadi, shunda faqat shikastlangan joy doimo uning ta'siri ostida qoladi.
32.6. Asosiy tushunchalar va formulalar
Jadvalning davomi
Jadvalning oxiri
32.7. Vazifalar
1. Nima uchun tibbiy rentgen naychalaridagi elektronlar dastasi antikatodning bir nuqtasiga urilib, unga keng nurda tushmaydi?
Javob: ekranda transilluminatsiyalangan ob'ektlarning aniq konturlarini berib, rentgen nurlarining nuqta manbasini olish.
2. U 1 = 2 kV va U 2 = 20 kV kuchlanish uchun rentgen nurlanishining chegarasini (chastota va to'lqin uzunligi) toping.
4.
Qo'rg'oshin qalqonlari rentgen nurlanishidan himoya qilish uchun ishlatiladi. Qo'rg'oshindagi rentgen nurlanishining chiziqli yutilish koeffitsienti 52 sm -1 ga teng. Rentgen nurlarining intensivligini 30 marta kamaytirish uchun qo'rg'oshinni himoya qiluvchi qatlam qanchalik qalin bo'lishi kerak?
5.
U = 50 kV, I = 1 mA rentgen trubasining nurlanish oqimini toping. Anod volframdan qilingan (Z = 74). Naychaning samaradorligini toping.
6.
Yumshoq to'qimalarning rentgenologik diagnostikasi uchun kontrastli vositalar qo'llaniladi. Masalan, oshqozon va ichaklar bariy sulfat massasi (BaSO 4) bilan to'ldiriladi. Bariy sulfat va yumshoq to'qimalarning (suv) massa susayish koeffitsientlarini solishtiring.
7. Rentgen qurilmasi ekranida zichroq soyani nima beradi: alyuminiy (Z = 13, r = 2,7 g / sm3) yoki bir xil mis qatlami (Z = 29, r = 8,9 g / sm3)?
8.
Qatlamlar rentgen nurlanishini teng ravishda susaytirsa, alyuminiy qatlamining qalinligi mis qatlamining qalinligidan necha marta katta bo'ladi?
Atom hodisalarini o'rganish va amaliy foydalanishda rentgen nurlari eng muhim rollardan birini o'ynaydi. Ularning tadqiqotlari tufayli ko'plab kashfiyotlar qilindi va moddalarni tahlil qilish usullari ishlab chiqildi, turli sohalarda qo'llanildi. Bu erda biz rentgen nurlarining bir turini - xarakterli rentgen nurlarini ko'rib chiqamiz.
Rentgen nurlarining tabiati va xossalari
Rentgen nurlanishi - elektromagnit maydon holatining yuqori chastotali o'zgarishi bo'lib, kosmosda taxminan 300 000 km / s tezlikda tarqaladi, ya'ni elektromagnit to'lqinlar. Elektromagnit nurlanish diapazoni shkalasida rentgen nurlari taxminan 10 -8 dan 5∙10 -12 metrgacha bo'lgan to'lqin uzunligi mintaqasida joylashgan bo'lib, bu optik to'lqinlardan bir necha marta qisqaroqdir. Bu 3∙10 16 dan 6∙10 19 Gts gacha bo'lgan chastotalarga va 10 eV dan 250 keV gacha bo'lgan energiyaga yoki 1,6∙10 -18 dan 4∙10 -14 J gacha bo'lgan energiyaga to'g'ri keladi. Shuni ta'kidlash kerakki, chastota diapazonlarining chegaralari. elektromagnit nurlanish ularning bir-birining ustiga chiqishi tufayli o'zboshimchalik bilan ajralib turadi.
Tezlashtirilgan zaryadlangan zarrachalarning (yuqori energiyali elektronlar) elektr va magnit maydonlari va materiya atomlari bilan o'zaro ta'siri.
Rentgen fotonlari yuqori energiya va yuqori penetratsion va ionlashtiruvchi kuchlar bilan ajralib turadi, ayniqsa to'lqin uzunligi 1 nanometrdan (10 -9 m) kam bo'lgan qattiq rentgen nurlari uchun.
Rentgen nurlari fotoeffekt (fotoabsorbsiya) va kogerent (kompton) sochilish jarayonlarida modda bilan oʻzaro taʼsirlashib, uning atomlarini ionlashtiradi. Fotoabsorbtsiyada atomning elektroni tomonidan so'rilgan rentgen fotoni energiyani unga o'tkazadi. Agar uning qiymati atomdagi elektronning bog'lanish energiyasidan oshsa, u atomni tark etadi. Komptonning tarqalishi qattiqroq (energetik) rentgen nurlari fotonlariga xosdir. Yutilgan foton energiyasining bir qismi ionlanishga sarflanadi; bu holda, birlamchi foton yo'nalishiga ma'lum bir burchak ostida, past chastotali ikkinchi darajali chiqariladi.
Rentgen nurlanishining turlari. Bremsstrahlung
Nurlarni ishlab chiqarish uchun ichida joylashgan elektrodlari bo'lgan shisha vakuumli tsilindrlardan foydalaniladi. Elektrodlar orasidagi potentsial farq juda yuqori bo'lishi kerak - yuzlab kilovoltgacha. Volfram katodida termion emissiya sodir bo'ladi, oqim bilan isitiladi, ya'ni undan elektronlar chiqariladi, bu potentsial farq bilan tezlashadi va anodni bombardimon qiladi. Ularning anod atomlari (ba'zan antikatod deb ataladi) bilan o'zaro ta'siri natijasida rentgen fotonlari tug'iladi.
Qaysi jarayon fotonning paydo bo'lishiga olib kelishiga qarab, rentgen nurlanishining turlari ajratiladi: bremsstrahlung va xarakterli.
Elektronlar, anod bilan uchrashganda, sekinlashishi mumkin, ya'ni uning atomlarining elektr maydonlarida energiya yo'qotadi. Bu energiya rentgen fotonlari shaklida chiqariladi. Ushbu turdagi nurlanish bremsstrahlung deb ataladi.
Alohida elektronlar uchun tormozlanish shartlari har xil bo'lishi aniq. Bu shuni anglatadiki, ularning kinetik energiyasining turli miqdori rentgen nurlariga aylanadi. Natijada, bremsstrahlung turli chastotali fotonlarni va shunga mos ravishda to'lqin uzunliklarini o'z ichiga oladi. Shuning uchun uning spektri uzluksiz (uzluksiz). Ba'zan shu sababli u "oq" rentgen nurlanishi deb ham ataladi.
Bremsstrahlung fotonning energiyasi uni yaratuvchi elektronning kinetik energiyasidan oshmasligi kerak, shuning uchun bremsstrahlung nurlanishining maksimal chastotasi (va eng qisqa to'lqin uzunligi) anodga tushgan elektronlarning kinetik energiyasining eng yuqori qiymatiga to'g'ri keladi. Ikkinchisi elektrodlarga qo'llaniladigan potentsial farqga bog'liq.
Rentgen nurlanishining yana bir turi mavjud bo'lib, uning manbai boshqa jarayondir. Bu nurlanish xarakterli nurlanish deb ataladi va biz bu haqda batafsilroq to'xtalamiz.
Xarakterli rentgen nurlanishi qanday paydo bo'ladi?
Anti-katodga etib borgan tez elektron atom ichiga kirib, pastki orbitallardan biridan elektronni chiqarib yuborishi mumkin, ya'ni unga potentsial to'siqni engib o'tish uchun etarli energiyani o'tkazishi mumkin. Biroq, elektronlar egallagan atomda yuqori energiya darajalari mavjud bo'lsa, bo'sh joy bo'sh qolmaydi.
Shuni esda tutish kerakki, atomning elektron tuzilishi, har qanday energiya tizimi kabi, energiyani minimallashtirishga intiladi. Nokaut natijasida hosil bo'lgan bo'sh joy yuqori darajalardan birining elektroni bilan to'ldiriladi. Uning energiyasi yuqoriroq va pastroq darajani egallagan holda, u xarakterli rentgen nurlanishining kvanti shaklida ortiqcha chiqaradi.
Atomning elektron tuzilishi elektronlarning mumkin bo'lgan energiya holatlarining diskret to'plamidir. Shuning uchun, elektron bo'shliqlarni almashtirish paytida chiqarilgan rentgen fotonlari ham faqat qat'iy belgilangan energiya qiymatlariga ega bo'lishi mumkin, bu esa darajalardagi farqni aks ettiradi. Natijada, xarakterli rentgen nurlanishi uzluksiz emas, balki chiziq shaklida bo'lgan spektrga ega. Ushbu spektr anodning moddasini tavsiflash imkonini beradi - shuning uchun bu nurlarning nomi. Spektral farqlar tufayli bremsstrahlung va xarakterli rentgen nurlanishi nimani anglatishini aniq bilib oladi.
Ba'zan ortiqcha energiya atom tomonidan chiqarilmaydi, lekin uchinchi elektronni urib tushirishga sarflanadi. Bu jarayon - Auger effekti deb ataladigan jarayon elektronning bog'lanish energiyasi 1 keV dan oshmasa sodir bo'lish ehtimoli ko'proq. Chiqarilgan Auger elektronining energiyasi atomning energiya darajalarining tuzilishiga bog'liq, shuning uchun bunday elektronlarning spektrlari ham tabiatda diskretdir.
Xarakteristik spektrning umumiy ko'rinishi
X-nurli spektral rasmda tor xarakterli chiziqlar doimiy bremsstrahlung spektri bilan birga mavjud. Agar spektrni intensivlik va to'lqin uzunligi (chastota) grafigi sifatida tasavvur qilsak, biz chiziqlar joylashgan joylarda keskin cho'qqilarni ko'ramiz. Ularning joylashuvi anod materialiga bog'liq. Bu maksimallar har qanday potentsial farqda mavjud - agar rentgen nurlari mavjud bo'lsa, har doim tepaliklar ham bo'ladi. Quvur elektrodlaridagi kuchlanish kuchayishi bilan ham uzluksiz, ham xarakterli rentgen nurlanishining intensivligi oshadi, lekin cho'qqilarning joylashishi va ularning intensivligi nisbati o'zgarmaydi.
X-nurlari spektrlaridagi cho'qqilar elektronlar tomonidan nurlantirilgan antikatodning materialidan qat'iy nazar bir xil ko'rinishga ega, ammo turli materiallar uchun ular chastota qiymatlarining yaqinligi asosida ketma-ket birlashtirilgan turli chastotalarda joylashgan. Seriyalarning o'rtasida chastotalardagi farq ancha sezilarli. Maksimallarning turi hech qanday tarzda anod materialining sof kimyoviy element yoki murakkab modda ekanligiga bog'liq emas. Ikkinchi holda, uning tarkibiy elementlarining xarakterli rentgen spektrlari oddiygina bir-birining ustiga qo'yiladi.
Kimyoviy elementning atom raqami ortishi bilan uning rentgen nurlari spektrining barcha chiziqlari yuqori chastotalar tomon siljiydi. Spektr o'zining ko'rinishini saqlab qoladi.
Moseley qonuni
Xarakterli chiziqlarning spektral siljishi hodisasini 1913 yilda ingliz fizigi Genri Mozili eksperimental ravishda kashf etgan. Bu unga spektr maksimal chastotalarini kimyoviy elementlarning seriya raqamlari bilan bog'lash imkonini berdi. Shunday qilib, xarakterli rentgen nurlanishining to'lqin uzunligi, ma'lum bo'lishicha, ma'lum bir element bilan aniq bog'lanishi mumkin. Umuman olganda, Mozeley qonunini quyidagicha yozish mumkin: √f = (Z - S n)/n√R, bu erda f - chastota, Z - elementning seriya raqami, S n - skrining doimiysi, n - skrining doimiysi. bosh kvant soni va R - doimiy Ridberg. Bu bog'liqlik chiziqli va Moseley diagrammasida n ning har bir qiymati uchun bir qator to'g'ri chiziqlarga o'xshaydi.
N qiymatlari rentgen nurlanishining xarakterli cho'qqilarining individual seriyalariga to'g'ri keladi. Moseley qonuni qattiq elektronlar tomonidan nurlantirilgan kimyoviy elementning seriya raqamini rentgen nurlari spektrining maksimal o'lchangan to'lqin uzunliklari (ular chastotalar bilan yagona bog'liq) asosida aniqlash imkonini beradi.
Kimyoviy elementlarning elektron qobiqlarining tuzilishi bir xil. Bu rentgen nurlanishining xarakterli spektridagi siljish o'zgarishining monotonligi bilan ko'rsatiladi. Chastota siljishi tizimli emas, balki har bir elementga xos bo'lgan elektron qobiqlar orasidagi energiya farqlarini aks ettiradi.
Mozeli qonunining atom fizikasidagi roli
Moseley qonuni bilan ifodalangan qat'iy chiziqli munosabatlardan ozgina og'ishlar mavjud. Ular, birinchidan, ayrim elementlarning elektron qobiqlarini to'ldirish tartibining o'ziga xos xususiyatlari bilan, ikkinchidan, og'ir atomlar elektronlari harakatining relativistik ta'siri bilan bog'liq. Bundan tashqari, yadrodagi neytronlar soni o'zgarganda (izotopik siljish deb ataladigan), chiziqlarning holati biroz o'zgarishi mumkin. Bu ta'sir atom tuzilishini batafsil o'rganish imkonini berdi.
Mozeley qonunining ahamiyati nihoyatda katta. Uning Mendeleyev davriy sistemasining elementlariga izchil tatbiq etilishi xarakterli maksimallarning har bir kichik siljishiga mos keladigan tartib sonni oshirish tartibini o‘rnatdi. Bu elementlarning tartib sonining fizik ma'nosi haqidagi savolni oydinlashtirishga yordam berdi. Z qiymati shunchaki raqam emas: bu yadroning musbat elektr zaryadidir, bu uning tarkibini tashkil etuvchi zarrachalarning birlik musbat zaryadlarining yig'indisidir. Jadvaldagi elementlarning to'g'ri joylashishi va undagi bo'sh pozitsiyalarning mavjudligi (ular hali ham mavjud edi) kuchli tasdiqni oldi. Davriy qonunning haqiqiyligi isbotlandi.
Moseley qonuni, qo'shimcha ravishda, eksperimental tadqiqotlarning butun yo'nalishi - rentgen spektrometriyasi paydo bo'lishiga asos bo'ldi.
Atomning elektron qobiqlarining tuzilishi
Elektron strukturasi qanday tuzilganligini qisqacha eslaylik.U K, L, M, N, O, P, Q harflari yoki 1 dan 7 gacha raqamlar bilan belgilangan qobiqlardan iborat. Qobiq ichidagi elektronlar bir xil bosh kvant bilan tavsiflanadi. mumkin bo'lgan energiya qiymatlarini aniqlaydigan n raqami. Tashqi qobiqlarda elektron energiyasi yuqoriroq va tashqi elektronlar uchun ionlanish potentsiali mos ravishda past bo'ladi.
Qobiq bir yoki bir nechta pastki darajalarni o'z ichiga oladi: s, p, d, f, g, h, i. Har bir qobiqda pastki darajalar soni avvalgisiga nisbatan bittaga ko'payadi. Har bir pastki darajadagi va har bir qobiqdagi elektronlar soni ma'lum bir qiymatdan oshmasligi kerak. Ular asosiy kvant sonidan tashqari, shaklni aniqlaydigan orbital elektron bulutining bir xil qiymati bilan tavsiflanadi. Pastki darajalar ular tegishli bo'lgan qobiq bilan belgilanadi, masalan, 2s, 4d va boshqalar.
Pastki daraja, asosiy va orbitallarga qo'shimcha ravishda, elektronning orbital momentumining magnit maydon yo'nalishi bo'yicha proektsiyasini aniqlaydigan boshqa kvant soni - magnit bilan belgilanadi. Bitta orbitalda ikkitadan ko'p bo'lmagan elektronlar bo'lishi mumkin, ular to'rtinchi kvant soni - spinning qiymatida farqlanadi.
Keling, qanday xarakterli rentgen nurlanishi paydo bo'lishini batafsil ko'rib chiqaylik. Ushbu turdagi elektromagnit emissiyaning kelib chiqishi atom ichida sodir bo'ladigan hodisalar bilan bog'liq bo'lganligi sababli, uni elektron konfiguratsiyalarning yaqinlashuvida aniq tasvirlash eng qulaydir.
Xarakterli rentgen nurlanishini hosil qilish mexanizmi
Shunday qilib, bu nurlanishning sababi yuqori energiyali elektronlarning atomga chuqur kirib borishi natijasida yuzaga keladigan ichki qobiqlarda elektron bo'shliqlarining paydo bo'lishidir. Qattiq elektronning o'zaro ta'sir qilish ehtimoli elektron bulutlarining zichligi bilan ortadi. Shuning uchun, to'qnashuvlar eng past K-qobig'i kabi mahkam o'ralgan ichki qobiqlarda sodir bo'lishi mumkin. Bu yerda atom ionlanadi va 1s qobig'ida vakansiya hosil bo'ladi.
Bu bo'sh joy qobiqdan yuqori energiyaga ega bo'lgan elektron bilan to'ldiriladi, uning ortiqcha qismi rentgen fotoni tomonidan olib tashlanadi. Bu elektron L ikkinchi qavatdan, uchinchi M qavatdan va hokazo "tushi" mumkin. Xarakteristik qator shunday shakllanadi, bu misolda K-seriya. Bo'sh joyni to'ldiradigan elektronning qayerdan kelganligi ko'rsatkichi ketma-ket belgilashda yunoncha indeks shaklida berilgan. "Alfa" L qobig'idan, "beta" M qobig'idan kelgan degan ma'noni anglatadi. Hozirgi vaqtda yunoncha harf indekslarini qobiqlarni belgilash uchun qabul qilingan lotin harflari bilan almashtirish tendentsiyasi mavjud.
Seriyadagi alfa chizig'ining intensivligi har doim eng yuqori bo'ladi - bu qo'shni qobiqdan bo'sh joyni to'ldirish ehtimoli eng yuqori ekanligini anglatadi.
Endi biz xarakterli rentgen nurlanishining kvantining maksimal energiyasi nima degan savolga javob berishimiz mumkin. E = E n 2 - E n 1 formulasiga ko'ra, elektron o'tish sodir bo'ladigan darajalarning energiya qiymatlari farqi bilan aniqlanadi, bu erda E n 2 va E n 1 elektronning energiyalari. o'rtasida o'tish sodir bo'lgan davlatlar. Ushbu parametrning eng yuqori qiymati og'ir elementlarning atomlarining eng yuqori darajalaridan K-seriyali o'tishlar bilan beriladi. Ammo bu chiziqlarning intensivligi (cho'qqilarning balandligi) eng past, chunki ular eng kam ehtimol.
Agar elektrodlarda kuchlanish yetarli boʻlmaganligi sababli qattiq elektron K darajasiga yeta olmasa, u L darajasida boʻsh joy hosil qiladi va toʻlqin uzunligi uzunroq boʻlgan kamroq energetik L seriya hosil boʻladi. Keyingi seriyalar ham xuddi shunday tarzda tug'iladi.
Bundan tashqari, elektron o'tish natijasida bo'sh joy to'ldirilganda, yangi bo'sh o'rin ustki qobiqda paydo bo'ladi. Bu keyingi seriyalarni yaratish uchun sharoit yaratadi. Elektron vakansiyalari sathdan sathga yuqori siljiydi va atom ionlashgan holda xarakterli spektral qatorlar kaskadini chiqaradi.
Xarakteristik spektrlarning nozik tuzilishi
Xarakterli rentgen nurlanishining atom rentgen spektrlari, optik spektrlarda bo'lgani kabi, chiziqning bo'linishida ifodalangan nozik tuzilish bilan tavsiflanadi.
Nozik tuzilish energiya darajasi - elektron qobiq - bir-biriga yaqin joylashgan komponentlar - pastki qavatlar to'plami ekanligi bilan bog'liq. Pastki qavatlarni xarakterlash uchun elektronning o'z va orbital magnit momentlarining o'zaro ta'sirini aks ettiruvchi yana bir ichki kvant soni j kiritiladi.
Spin-orbitaning o'zaro ta'siri tufayli atomning energiya tuzilishi murakkablashadi va buning natijasida xarakterli rentgen nurlanishi juda yaqin joylashgan elementlarga ega bo'linish chiziqlari bilan tavsiflangan spektrga ega bo'ladi.
Nozik strukturaning elementlari odatda qo'shimcha raqamli indekslar bilan belgilanadi.
X-nurli nurlanishning xarakterli xususiyati faqat spektrning nozik tuzilishida aks ettirilgan xususiyatga ega. Elektronning quyi energiya darajasiga o'tishi yuqori darajadagi pastki pastki qavatdan sodir bo'lmaydi. Bunday hodisaning ahamiyatsiz ehtimoli bor.
Spektrometriyada rentgen nurlaridan foydalanish
Bu nurlanish, Mozeley qonuni bilan tavsiflangan xususiyatlariga ko'ra, moddalarni tahlil qilish uchun turli xil rentgen spektral usullari asosida yotadi. Rentgen nurlari spektrini tahlil qilishda kristallardagi nurlanishning diffraksiyasi (to'lqin-dispersiv usul) yoki so'rilgan rentgen nurlari fotonlari energiyasiga sezgir bo'lgan detektorlar (energiya-dispersiv usul) qo'llaniladi. Aksariyat elektron mikroskoplar qandaydir rentgen-spektrometriya qo'shimchalari bilan jihozlangan.
To'lqin-dispersiv spektrometriya ayniqsa aniq. Maxsus filtrlar yordamida spektrdagi eng qizg'in cho'qqilar ajratib ko'rsatiladi, bu aniq ma'lum chastotali deyarli monoxromatik nurlanishni olish imkonini beradi. Kerakli chastotali monoxromatik nurni olish uchun anod materiali juda ehtiyotkorlik bilan tanlanadi. Uning o'rganilayotgan moddaning kristall panjarasiga diffraksiyasi panjara tuzilishini katta aniqlik bilan o'rganish imkonini beradi. Bu usul DNK va boshqa murakkab molekulalarni o'rganishda ham qo'llaniladi.
Xarakterli rentgen nurlanishining xususiyatlaridan biri gamma-spektrometriyada ham hisobga olinadi. Bu yuqori intensivlik xarakterli cho'qqisidir. Gamma-spektrometrlar o'lchovlarga xalaqit beradigan tashqi fon nurlanishiga qarshi qo'rg'oshin ekranidan foydalanadi. Ammo qo'rg'oshin gamma nurlarini o'zlashtiradi, ichki ionlanishni boshdan kechiradi, buning natijasida rentgen nurlari diapazonida faol ravishda chiqaradi. Qo'rg'oshinning xarakterli rentgen nurlanishining qizg'in cho'qqilarini o'zlashtirish uchun qo'shimcha kadmiy himoyasi qo'llaniladi. U, o'z navbatida, ionlanadi va rentgen nurlarini ham chiqaradi. Kadmiyning xarakterli cho'qqilarini zararsizlantirish uchun uchinchi himoya qatlami qo'llaniladi - mis, uning rentgen maksimali gamma spektrometrining ish chastotasi diapazonidan tashqarida joylashgan.
Spektrometriya ham bremsstrahlung, ham xarakterli rentgen nurlaridan foydalanadi. Shunday qilib, moddalarni tahlil qilishda turli moddalar tomonidan uzluksiz rentgen nurlarining yutilish spektrlari o'rganiladi.
1. Bremsstrahlung va xarakterli rentgen nurlanishi,
asosiy xususiyatlari va xususiyatlari.
1895 yilda nemis olimi Rentgen birinchi marta katodga qarama-qarshi joylashgan gaz chiqarish trubasining shisha qismidan ko'zga ko'rinmas nurlanish ta'sirida paydo bo'lgan lyuminestsent ekranning porlashini kashf etdi. Ushbu turdagi nurlanish ko'rinadigan yorug'lik o'tkazmaydigan moddalardan o'tish qobiliyatiga ega edi. Rentgen ularni rentgen nurlari deb atadi va ularni fan va texnikaning turli sohalarida, shu jumladan tibbiyotda qo'llash imkonini beruvchi asosiy xususiyatlarni aniqladi.
Rentgen nurlanishi to'lqin uzunligi 80-10 -5 nm bo'lgan nurlanishdir. Uzoq to'lqinli rentgen nurlanishi qisqa to'lqinli UV nurlanishi bilan, qisqa to'lqinli nurlanish uzoq to'lqinli g-nurlanish bilan ustma-ust tushadi. Tibbiyotda to'lqin uzunligi 10 dan 0,005 nm gacha bo'lgan rentgen nurlanishidan foydalaniladi, bu 10 2 EV dan 0,5 MeV gacha bo'lgan foton energiyasiga to'g'ri keladi. Rentgen nurlanishi ko'zga ko'rinmaydi, shuning uchun u bilan barcha kuzatishlar lyuminestsent ekranlar yoki fotografik plyonkalar yordamida amalga oshiriladi, chunki u rentgen nurlanishini keltirib chiqaradi va fotokimyoviy ta'sirga ega. Xarakterli jihati shundaki, optik nurlanishdan o'tib bo'lmaydigan jismlarning aksariyati elektromagnit to'lqinlar uchun umumiy xususiyatlarga ega bo'lgan rentgen nurlanishiga nisbatan shaffofdir. Biroq, qisqa to'lqin uzunligi tufayli, ba'zi xususiyatlarni aniqlash qiyin. Shuning uchun radiatsiyaning to'lqinli tabiati ular kashf qilinganidan ancha keyinroq aniqlangan.
Qo'zg'alish usuliga ko'ra rentgen nurlanishi bremsstrahlung va xarakterli nurlanishga bo'linadi.
Bremsstrahlung rentgen nurlari tez harakatlanuvchi elektronlarning ular orqali uchib o'tadigan moddaning atomi (yadrosi va elektronlari) elektr maydoni tomonidan sekinlashishi natijasida yuzaga keladi. Bu nurlanish mexanizmini shu bilan izohlash mumkinki, har qanday harakatlanuvchi zaryad atrofida magnit maydon hosil bo'ladigan oqimni ifodalaydi, uning induksiyasi (B) elektron tezligiga bog'liq. Tormozlashda magnit induksiya kamayadi va Maksvell nazariyasiga muvofiq elektromagnit to'lqin paydo bo'ladi.
Elektronlar sekinlashganda, energiyaning faqat bir qismi rentgen foton hosil qilish uchun sarflanadi, qolgan qismi anodni isitish uchun sarflanadi. Fotonning chastotasi (to'lqin uzunligi) elektronning boshlang'ich kinetik energiyasiga va uning sekinlashuvining intensivligiga bog'liq. Bundan tashqari, boshlang'ich kinetik energiya bir xil bo'lsa ham, u holda moddadagi sekinlashuv shartlari boshqacha bo'ladi, shuning uchun chiqarilgan fotonlar eng xilma-xil energiyaga ega bo'ladi va shuning uchun to'lqin uzunliklari, ya'ni. rentgen nurlari spektri uzluksiz bo'ladi. 1-rasmda turli kuchlanishdagi U 1 rentgen nurlari spektri ko'rsatilgan
.
Agar U kilovoltlarda ifodalangan bo'lsa va boshqa miqdorlar o'rtasidagi munosabat hisobga olinsa, formula quyidagicha ko'rinadi: l k = 1,24/U (nm) yoki l k = 1,24/U (Å) (1 Å = 10 -10 m).
Yuqoridagi grafiklardan ma'lum bo'lishicha, maksimal nurlanish energiyasini tashkil etuvchi to'lqin uzunligi l m to'lqin uzunligi kesilgan l k bilan doimiy munosabatda bo'ladi:
.
To'lqin uzunligi fotonning energiyasini tavsiflaydi, u materiya bilan o'zaro ta'sirlashganda nurlanishning kirib borish qobiliyatiga bog'liq.
Qisqa to'lqinli rentgen nurlari odatda yuqori penetratsion kuchga ega va qattiq, uzoq to'lqinli rentgen nurlari esa yumshoq deb ataladi. Yuqoridagi formuladan ko'rinib turibdiki, maksimal nurlanish energiyasi sodir bo'ladigan to'lqin uzunligi trubaning anod va katod orasidagi kuchlanishga teskari proportsionaldir. Rentgen naychasining anodidagi kuchlanishni oshirish orqali nurlanishning spektral tarkibi o'zgaradi va uning qattiqligi ortadi.
Filament kuchlanishi o'zgarganda (katodning filament harorati o'zgaradi), katod tomonidan vaqt birligida chiqariladigan elektronlar soni o'zgaradi yoki shunga mos ravishda trubka anod pallasida oqim kuchi o'zgaradi. Bunday holda, radiatsiya kuchi joriy quvvatning birinchi kuchiga mutanosib ravishda o'zgaradi. Radiatsiyaning spektral tarkibi o'zgarmaydi.
Nurlanishning umumiy oqimi (quvvati), energiyaning to'lqin uzunliklari bo'yicha taqsimlanishi, shuningdek, qisqa to'lqin uzunliklari tomonidagi spektr chegarasi quyidagi uchta sababga bog'liq: kuchlanish U tezlashtiruvchi elektronlar va trubaning anod va katod o'rtasida qo'llaniladi. ; radiatsiya hosil bo'lishida ishtirok etadigan elektronlar soni, ya'ni. trubaning filament oqimi; elektron sekinlashuvi sodir bo'lgan anod moddasining atom raqami Z.
Rentgen nurlarining bremsstrahlung oqimi quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi: , bu erda 
,
Z-moddaning atom raqami (atom raqami).
Rentgen trubkasidagi kuchlanishni oshirib, xarakterli rentgen nurlanishiga mos keladigan doimiy bremsstrahlung rentgen nurlanishi fonida alohida chiziqlar (chiziq spektri) ko'rinishini sezish mumkin. Bu moddadagi atomlarning ichki qobiqlari (K, L, M qobiqlari) o'rtasida elektronlarning o'tishida sodir bo'ladi. Xarakterli nurlanish spektrining chiziqli tabiati tezlashtirilgan elektronlarning atomlarga chuqur kirib borishi va ularning atomdan tashqaridagi ichki qatlamlaridan elektronlarni chiqarib yuborishi tufayli yuzaga keladi. Yuqori qatlamlardan elektronlar (2-rasm) bo'sh joylarga o'tadi, buning natijasida rentgen fotonlari o'tish energiya darajalarining farqiga mos keladigan chastota bilan chiqariladi. Xarakterli nurlanish spektridagi chiziqlar K, L, M darajasida yuqori darajadagi elektronlarning o'tishlariga mos keladigan qatorlarga birlashtiriladi.
Tashqi ta'sir, natijada elektron ichki qatlamlardan chiqib ketadi, juda kuchli bo'lishi kerak. Optik spektrlardan farqli o'laroq, har xil atomlarning xarakterli rentgen spektrlari bir xil turdagi. Ushbu spektrlarning bir xilligi turli atomlarning ichki qatlamlari bir xil bo'lishi va faqat energiya jihatidan farq qilishi bilan bog'liq, chunki elementning tartib raqami ortishi bilan yadrodan kuch ta'siri ortadi. Bu yadro zaryadining ortishi bilan xarakterli spektrlarning yuqori chastotalar tomon siljishiga olib keladi. Bu munosabatlar Mozeley qonuni sifatida tanilgan: 
, bu erda A va B doimiylar; Z-elementning tartib raqami.
X-nurlari va optik spektrlar o'rtasida yana bir farq bor. Atomning xarakterli spektri atom kiritilgan kimyoviy birikmaga bog'liq emas. Masalan, kislorod atomining rentgen spektri O, O 2, H 2 O uchun bir xil, bu birikmalarning optik spektrlari esa sezilarli darajada farq qiladi. Atomlarning rentgen spektrlarining bu xususiyati "xarakteristik" nomi uchun asos bo'lib xizmat qildi.
Xarakterli nurlanish atomning ichki qatlamlarida bo'sh bo'shliqlar mavjud bo'lganda, uni keltirib chiqargan sabablardan qat'iy nazar sodir bo'ladi. Misol uchun, u radioaktiv parchalanishning bir turiga hamroh bo'ladi, bu elektronni yadro tomonidan ichki qatlamdan tortib olishni o'z ichiga oladi.
2. Rentgen naychalari va protozoalarning joylashishi
Rentgen apparati.
Rentgen nurlanishining eng keng tarqalgan manbai rentgen trubkasi - ikki elektrodli vakuum qurilmasi (3-rasm). Bu shisha shar (p = 10 -6 - 10 -7 mm Hg), ikkita elektrod - anod A va katod K bo'lib, ular orasida yuqori kuchlanish hosil bo'ladi. Isitilgan katod (K) elektronlarni chiqaradi. Anod A ko'pincha antikatod deb ataladi. Olingan rentgen nurlanishini trubaning o'qiga burchak ostida yo'naltirish uchun u eğimli sirtga ega. Anod elektronlar urilganda hosil bo'ladigan issiqlikni olib tashlash uchun yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligi (mis) bo'lgan metalldan qilingan. Anodning qiyshiq uchida yuqori atom raqamiga ega bo'lgan o'tga chidamli metallning (volfram) 3-platasi mavjud bo'lib, uni anod oynasi deb ataladi. Ba'zi hollarda anod suv yoki moy bilan maxsus sovutiladi. Diagnostik quvurlar uchun rentgen nurlari manbasining aniqligi muhim ahamiyatga ega, bu elektronlarni anodga bir joyga qaratish orqali erishish mumkin. Shuning uchun konstruktiv ravishda ikkita qarama-qarshi vazifani hisobga olish kerak: bir tomondan, elektronlar anodning bir joyiga tushishi kerak, boshqa tomondan, haddan tashqari qizib ketishning oldini olish uchun elektronlarni turli sohalarda taqsimlash maqsadga muvofiqdir. anod. Shu sababli, ba'zi rentgen naychalari aylanadigan anod bilan ishlab chiqariladi.
Har qanday konstruksiyadagi trubkada anod va katod orasidagi kuchlanish bilan tezlashtirilgan elektronlar anod oynasiga tushadi va moddaga chuqur kirib boradi, atomlar bilan o'zaro ta'sir qiladi va atomlar maydoni tomonidan inhibe qilinadi. Bu bremsstrahlung rentgen nurlanishini hosil qiladi. Bremsstrahlung bilan bir vaqtda, xarakterli nurlanishning oz miqdori (bir necha foiz) hosil bo'ladi. Anodga tegadigan elektronlarning atigi 1-2% bremsstrahlungni keltirib chiqaradi, qolganlari esa issiqlik effektidir. Elektronlarni konsentratsiyalash uchun katodda hidoyat qopqog'i mavjud. Elektronlarning asosiy oqimi tushadigan volfram oynasining qismi trubaning fokusi deb ataladi. Radiatsiya nurining kengligi uning maydoniga bog'liq (fokusning aniqligi).
Quvurni quvvatlantirish uchun ikkita manba kerak: anod zanjiri uchun yuqori kuchlanish manbai va cho'g'lanma davrini quvvatlantirish uchun past (6-8 V) manba. Ikkala manba ham mustaqil ravishda tartibga solinishi kerak. Anod kuchlanishini o'zgartirish orqali rentgen nurlanishining qattiqligi tartibga solinadi va filamentni o'zgartirish orqali chiqish davri oqimi va shunga mos ravishda radiatsiya quvvati tartibga solinadi.
Oddiy rentgen apparatining asosiy elektr diagrammasi 4-rasmda ko'rsatilgan. Sxemada yuqori kuchlanish uchun ikkita transformator Tr.1 va cho'g'lanma quvvat manbai uchun Tr.2 mavjud. Naychadagi yuqori kuchlanish Tr.1 transformatorining birlamchi o'rashiga ulangan avtotransformator Tr.3 tomonidan tartibga solinadi. K kaliti avtotransformator o'rashining burilish sonini tartibga soladi. Shu munosabat bilan, trubaning anodiga etkazib beriladigan transformatorning ikkilamchi o'rashining kuchlanishi ham o'zgaradi, ya'ni. qattiqligi sozlanishi.
Naychaning filament oqimi Tr.2 transformatorining birlamchi o'rash pallasiga ulangan reostat R bilan tartibga solinadi. Anod zanjirining oqimi milliampermetr bilan o'lchanadi. Quvurning elektrodlariga beriladigan kuchlanish kilovoltmetr kV bilan o'lchanadi yoki anod zanjiridagi kuchlanish K kalitining holatiga qarab baholanishi mumkin. Reostat bilan tartibga solingan filament oqimining miqdori ampermetr A bilan o'lchanadi. Ko'rib chiqilayotgan sxemada rentgen trubkasi bir vaqtning o'zida yuqori o'zgaruvchan kuchlanishni to'g'rilaydi.
Bunday trubaning faqat bitta yarim tsiklli o'zgaruvchan tokni chiqarishini ko'rish oson. Binobarin, uning kuchi kichik bo'ladi. Nurlanish quvvatini oshirish uchun ko'plab qurilmalar yuqori voltli to'liq to'lqinli rentgen rektifikatorlaridan foydalanadilar. Buning uchun 4 ta maxsus kenotron ishlatiladi, ular ko'prik sxemasida ulanadi. Ko'prikning bir diagonaliga rentgen trubkasi kiritilgan.
3. Rentgen nurlarining moddalar bilan o'zaro ta'siri
(kogerent sochilish, inkogerent sochilish, fotoelektrik effekt).
Rentgen nurlanishi jismga tushganda, undan oz miqdorda aks etadi, lekin asosan uning chuqurligiga o'tadi. Tananing massasida radiatsiya qisman so'riladi, qisman tarqaladi va qisman o'tadi. Tananing ichidan o'tib, rentgen fotonlari asosan moddaning atomlari va molekulalarining elektronlari bilan o'zaro ta'sir qiladi. Rentgen nurlanishini ro'yxatga olish va ulardan foydalanish, shuningdek, uning biologik ob'ektlarga ta'siri rentgen fotonning elektronlar bilan o'zaro ta'sirining birlamchi jarayonlari bilan belgilanadi. Foton energiyasi E va ionlanish energiyasi A I nisbatiga qarab uchta asosiy jarayon sodir bo'ladi.
A) Kogerent tarqalish.
Uzoq to'lqinli rentgen nurlarining tarqalishi asosan to'lqin uzunligini o'zgartirmasdan sodir bo'ladi va kogerent deb ataladi. Fotonning yadro bilan mahkam bog'langan ichki qobiqlarning elektronlari bilan o'zaro ta'siri uning energiyasini va shuning uchun to'lqin uzunligini o'zgartirmasdan faqat uning yo'nalishini o'zgartiradi (5-rasm).
Kogerent sochilish foton energiyasi ionlanish energiyasidan kam bo'lsa sodir bo'ladi: 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) Inkogerent sochilish (Kompton effekti).
1922-yilda A.Kompton qattiq rentgen nurlarining tarqalishini kuzatar ekan, tushgan nurga nisbatan sochilgan nurning kirib borish kuchining pasayishini aniqladi. To'lqin uzunligi o'zgarishi bilan rentgen nurlarining tarqalishi Kompton effekti deb ataladi. Har qanday energiyaning fotoni yadro bilan kuchsiz bog'langan atomlarning tashqi qobiqlari elektronlari bilan o'zaro ta'sirlashganda sodir bo'ladi (6-rasm). Atomdan elektron chiqariladi (bunday elektronlar qaytariluvchi elektronlar deb ataladi). Fotonning energiyasi kamayadi (to'lqin uzunligi mos ravishda ortadi), uning harakat yo'nalishi ham o'zgaradi. Kompton effekti rentgen fotonning energiyasi ionlanish energiyasidan katta bo'lsa sodir bo'ladi: , . Bunda E K kinetik energiyaga ega bo'lgan teskari elektronlar paydo bo'ladi.Atomlar va molekulalar ionlarga aylanadi. Agar E K muhim bo'lsa, elektronlar qo'shni atomlarni to'qnashuv orqali ionlashtirib, yangi (ikkilamchi) elektronlarni hosil qilishi mumkin.
V) Foto effekt.
Agar foton energiyasi hn elektronni ajratish uchun etarli bo'lsa, u holda atom bilan o'zaro ta'sirlashganda, foton yutiladi va elektron undan ajralib chiqadi. Bu hodisa fotoelektr effekti deb ataladi. Atom ionlashgan (fotoionlanish). Bunday holda, elektron kinetik energiya oladi va agar ikkinchisi bo'lsa 
muhim ahamiyatga ega, u to'qnashuv yo'li bilan qo'shni atomlarni ionlashtirib, yangi (ikkilamchi) elektronlar hosil qilishi mumkin. Agar foton energiyasi ionlanish uchun etarli bo'lmasa, u holda fotoelektrik effekt atom yoki molekulaning qo'zg'alishida namoyon bo'lishi mumkin. Ba'zi moddalarda bu ko'rinadigan hududda fotonlarning keyingi emissiyasiga (rentgen nurlanishi) va to'qimalarda molekulalarning faollashishiga va fotokimyoviy reaktsiyalarga olib keladi.
Fotoelektrik effekt energiya 0,5-1 MeV tartibli fotonlarga xosdir.
Yuqorida muhokama qilingan uchta asosiy o'zaro ta'sir jarayoni birlamchi bo'lib, ular keyingi ikkilamchi, uchinchi darajali va hokazolarga olib keladi. hodisalar. X-nurlari moddaga kirganda, rentgen nurlari foton energiyasi issiqlik harakati energiyasiga aylanishidan oldin bir qator jarayonlar sodir bo'lishi mumkin.
Yuqoridagi jarayonlar natijasida rentgen nurlanishining birlamchi oqimi zaiflashadi. Bu jarayon Bouger qonuniga bo'ysunadi. Uni quyidagicha yozamiz: F = F 0 e - mx, bu erda m - moddaning tabiatiga (asosan zichligi va atom raqamiga) va nurlanishning to'lqin uzunligiga (foton energiyasi) qarab chiziqli zaiflashuv koeffitsienti. . U kogerent sochilish, inkogerent sochilish va fotoelektr effektiga mos keladigan uchta atamadan iborat sifatida ifodalanishi mumkin: 
.
Chiziqli yutilish koeffitsienti moddaning zichligiga bog'liq bo'lganligi sababli ular chiziqli susaytirish koeffitsientining absorberning zichligiga nisbatiga teng bo'lgan va moddaning zichligiga bog'liq bo'lmagan massa zaiflashuv koeffitsientidan foydalanishni afzal ko'radilar. X-nurlari oqimining (intensivligi) yutuvchi filtrning qalinligiga bog'liqligi H 2 O, Al va Cu uchun 7-rasmda ko'rsatilgan. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, qalinligi 36 mm, alyuminiy 15 mm va mis 1,6 mm bo'lgan suv qatlami rentgen nurlanishining intensivligini 2 marta kamaytiradi. Bu qalinlik yarim qatlam qalinligi d deyiladi. Agar modda rentgen nurlanishini yarmiga susaytirsa, u holda 
, Keyin 
, yoki, 
; ; . Yarim qatlamning qalinligini bilib, siz har doim m ni aniqlashingiz mumkin. Hajmi.
4. Tibbiyotda rentgen nurlaridan foydalanish
(ftoroskopiya, rentgenografiya, rentgen tomografiyasi, fluorografi, radiatsiya terapiyasi).
Tibbiyotda rentgen nurlanishining eng keng tarqalgan qo'llanilishidan biri diagnostika maqsadida ichki organlarni tekshirish - rentgen diagnostikasi.
Diagnostika uchun 60-120 keV energiyali fotonlar qo'llaniladi. Bunday holda, massa yutilish koeffitsienti asosan fotoelektrik effekt bilan aniqlanadi. Uning qiymati l 3 ga mutanosib (bu qattiq nurlanishning yuqori penetratsion qobiliyatini namoyon qiladi) va moddaning atomlari sonining uchinchi kuchiga proportsional - absorber: , bu erda K - mutanosiblik koeffitsienti.
Inson tanasi rentgen nurlanishiga nisbatan turli xil singdirish qobiliyatiga ega bo'lgan to'qimalar va organlardan iborat. Shuning uchun u rentgen nurlari bilan yoritilsa, ekranda bir xil bo'lmagan soya tasviri olinadi, bu ichki organlar va to'qimalarning joylashuvi tasvirini beradi. Nurlanishni eng zich yutuvchi to'qimalar (yurak, yirik tomirlar, suyaklar) qorong'i, eng kam yutuvchi to'qimalar (o'pka) esa engil ko'rinadi.
Ko'p hollarda ularning normal yoki patologik holatini hukm qilish mumkin. Rentgen diagnostikasi ikkita asosiy usuldan foydalanadi: floroskopiya (uzatish) va rentgenografiya (tasvir). Agar o'rganilayotgan organ va uning atrofidagi to'qimalar rentgen nurlari oqimini taxminan teng ravishda o'zlashtirsa, u holda maxsus kontrast moddalar qo'llaniladi. Masalan, oshqozon yoki ichakning rentgenologik tekshiruvi arafasida bariy sulfatning porridgega o'xshash massasi beriladi, bu holda siz ularning soya tasvirini ko'rishingiz mumkin. Ftoroskopiya va rentgenografiyada rentgen tasviri rentgen nurlari o'tadigan ob'ektning butun qalinligining qisqacha tasviridir. Ekran yoki plyonkaga eng yaqin bo'lgan tafsilotlar eng aniq tasvirlangan, uzoqdagilari esa loyqa va loyqa bo'lib qoladi. Agar biron bir organda patologik jihatdan o'zgargan hudud mavjud bo'lsa, masalan, yallig'lanishning katta o'chog'i ichida o'pka to'qimalarining yo'q qilinishi, ba'zi hollarda bu soha rentgenogrammada soyalar yig'indisida "yo'qolishi" mumkin. Uni ko'rinadigan qilish uchun maxsus usul qo'llaniladi - tomografiya (qatlamma-qavat yozish), bu sizga o'rganilayotgan hududning alohida qatlamlarining tasvirlarini olish imkonini beradi. Qatlamma-qavatli tasvirlar-tomogrammalarning bunday turi tomograf deb ataladigan maxsus apparat yordamida olinadi, unda rentgen trubkasi (RT) va fotografik plyonka (FP) vaqti-vaqti bilan antifazada, hududga nisbatan birga harakatlanadi. o'qish. Bunda RT ning istalgan holatidagi rentgen nurlari RT va FP ning davriy harakati sodir bo'ladigan markazga nisbatan ob'ektning bir xil nuqtasidan (o'zgartirilgan maydon) o'tadi. Hududning soyali tasviri plyonkaga tushiriladi. "Belanchak markazi" o'rnini o'zgartirib, ob'ektning qatlam-qatlam tasvirlarini olish mumkin. Rentgen nurlanishining yupqa nurlari, ionlashtiruvchi nurlanishning yarimo'tkazgichli detektorlaridan tashkil topgan maxsus ekran (FP o'rniga) yordamida kompyuter yordamida tomografiya paytida tasvirni qayta ishlash mumkin. Tomografiyaning ushbu zamonaviy versiyasi kompyuter tomografiyasi deb ataladi. Tomografiya o'pka, buyraklar, o't pufagi, oshqozon, suyaklar va boshqalarni o'rganishda keng qo'llaniladi.
Ekrandagi tasvirning yorqinligi va plyonkadagi ta'sir qilish vaqti rentgen nurlanishining intensivligiga bog'liq. Uni diagnostika uchun ishlatganda, istalmagan biologik ta'sirga olib kelmaslik uchun intensivlik yuqori bo'lishi mumkin emas. Shuning uchun past rentgen intensivligida tasvir yorqinligini yaxshilaydigan bir qator texnik qurilmalar mavjud. Bunday qurilmalardan biri elektron-optik konvertordir.
Yana bir misol florografiya bo'lib, unda sezgir kichik formatli plyonkada katta rentgen-lyuminestsent ekrandan olingan tasvir olinadi. Rasmga tushirishda yuqori diafragmali linzalardan foydalaniladi va tayyor tasvirlar maxsus lupa yordamida tekshiriladi.
Fluorografiya yashirin kasalliklarni (ko'krak qafasi organlari, oshqozon-ichak trakti kasalliklari, paranasal sinuslar va boshqalar) sezilarli o'tkazuvchanlik bilan aniqlashning ko'proq qobiliyatini birlashtiradi va shuning uchun ommaviy (in-line) tadqiqotning juda samarali usuli hisoblanadi.
Ftorografiya paytida rentgen tasvirini suratga olish fotografik optika yordamida amalga oshirilganligi sababli, fluorogrammadagi tasvir rentgenga nisbatan kamayadi. Shu nuqtai nazardan, fluorogrammaning o'lchamlari (ya'ni, kichik detallarning aniqlanishi) an'anaviy rentgenogrammaga qaraganda kamroq, ammo u floroskopiyaga qaraganda kattaroqdir.
Qurilma ishlab chiqilgan - tomofluorograf, bu ma'lum bir chuqurlikdagi tana qismlari va alohida organlarning florogrammalarini olish imkonini beradi - qatlam qatlamli tasvirlar (bo'laklar) - tomofluorogramlar.
Rentgen nurlanishi terapevtik maqsadlarda ham qo'llaniladi (rentgen terapiyasi). Radiatsiyaning biologik ta'siri hujayralarning, ayniqsa tez rivojlanayotganlarning hayotiy faoliyatini buzishdir. Shu munosabat bilan, rentgen terapiyasi malign shishlarni davolash uchun ishlatiladi. Atrofdagi sog'lom to'qimalarga nisbatan kichik zarar etkazgan holda o'simtani butunlay yo'q qilish uchun etarli bo'lgan nurlanish dozasini tanlash mumkin, bu keyingi regeneratsiya tufayli tiklanadi.
Intensivlik- rentgen nurlanishining miqdoriy xarakteristikasi, bu naychaning vaqt birligida chiqaradigan nurlar soni bilan ifodalanadi. Rentgen nurlanishining intensivligi milliamperlarda o'lchanadi. Uni an'anaviy cho'g'lanma lampaning ko'rinadigan yorug'lik intensivligi bilan taqqoslab, biz o'xshashlikni keltirishimiz mumkin: masalan, 20 vattli chiroq bitta intensivlik yoki quvvat bilan porlaydi va 200 vattli chiroq boshqasi bilan porlaydi. yorug'likning o'zi (uning spektri) sifati bir xil. Rentgen nurlarining intensivligi asosan uning miqdoridir. Har bir elektron anodda bir yoki bir nechta nurlanish kvantlarini hosil qiladi, shuning uchun ob'ektga ta'sir qilishda rentgen nurlari soni anodga moyil bo'lgan elektronlar sonini va elektronlarning volfram nishoni atomlari bilan o'zaro ta'sirini o'zgartirish orqali tartibga solinadi. , bu ikki usulda amalga oshirilishi mumkin:
1. Pastga tushiruvchi transformator yordamida katod spiralining qizdirilish darajasini o'zgartirish orqali (emissiya paytida hosil bo'lgan elektronlar soni volfram spirali qanchalik issiq bo'lishiga bog'liq bo'ladi va nurlanish kvantlari soni elektronlar soniga bog'liq bo'ladi). ;
2. Kuchaytiruvchi transformator tomonidan beriladigan yuqori kuchlanish qiymatini trubaning qutblariga - katod va anodga o'zgartirish orqali (naychaning qutblariga kuchlanish qanchalik baland bo'lsa, elektronlar shunchalik ko'p kinetik energiya oladi. , bu ularning energiyasi tufayli anod moddasining bir nechta atomlari bilan o'z navbatida o'zaro ta'sir qilishi mumkin - qarang. guruch. 5; kam energiyaga ega elektronlar kamroq o'zaro ta'sirga kirishi mumkin).
X-nurlarining intensivligi (anod oqimi) ta'sir qilish vaqtiga (naychaning ish vaqti) ko'paytirilishi mAs (sekundiga milliamper) bilan o'lchanadigan rentgen nurlanishiga mos keladi. EHM - bu intensivlik kabi rentgen trubkasi tomonidan chiqarilgan nurlar sonini tavsiflovchi parametr. Yagona farq shundaki, ekspozitsiya trubaning ishlash vaqtini ham hisobga oladi (masalan, agar naycha 0,01 soniya ishlasa, u holda nurlar soni bitta bo'ladi va 0,02 sekund bo'lsa, u holda nurlar soni bo'ladi. boshqacha - ikki marta ko'proq). Radiatsiya ta'siri rentgenolog tomonidan rentgen apparatining boshqaruv panelida tekshiruv turiga, tekshirilayotgan ob'ektning o'lchamiga va diagnostika vazifasiga qarab belgilanadi.
Qattiqlik- rentgen nurlanishining sifat xususiyatlari. U quvurdagi yuqori kuchlanishning kattaligi bilan o'lchanadi - kilovoltlarda. Rentgen nurlarining kirib borish kuchini aniqlaydi. U kuchaytiruvchi transformator yordamida rentgen trubkasiga beriladigan yuqori kuchlanish bilan tartibga solinadi. Naychaning elektrodlari bo'ylab potentsial farq qanchalik baland bo'lsa, elektronlar katoddan ko'proq kuch bilan qaytariladi va anodga shoshiladi va ularning anod bilan to'qnashuvi shunchalik kuchli bo'ladi. Ularning to'qnashuvi qanchalik kuchli bo'lsa, hosil bo'lgan rentgen nurlanishining to'lqin uzunligi shunchalik qisqa bo'ladi va bu to'lqinning kirib borish qobiliyati shunchalik yuqori bo'ladi (yoki nurlanishning qattiqligi, intensivligi kabi, boshqaruv panelida kuchlanish parametri bilan tartibga solinadi. quvur - kilovoltaj).
Guruch. 7 - to'lqin uzunligining to'lqin energiyasiga bog'liqligi:
l - to'lqin uzunligi;
E - to'lqin energiyasi
· Harakatlanuvchi elektronlarning kinetik energiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, ularning anodga ta'siri shunchalik kuchli bo'ladi va hosil bo'lgan rentgen nurlanishining to'lqin uzunligi shunchalik qisqa bo'ladi. Uzun to'lqin uzunligi va past penetratsion quvvatga ega bo'lgan rentgen nurlanishi "yumshoq" deb ataladi; qisqa to'lqin uzunligi va yuqori penetratsion quvvatga ega bo'lgan rentgen nurlanishi "qattiq" deb ataladi.
Guruch. 8 - rentgen trubkasidagi kuchlanish va hosil bo'lgan rentgen nurlanishining to'lqin uzunligi o'rtasidagi bog'liqlik:
· Naychaning qutblariga kuchlanish qanchalik baland bo'lsa, ular bo'ylab potentsial farq shunchalik kuchli bo'ladi, shuning uchun harakatlanuvchi elektronlarning kinetik energiyasi yuqori bo'ladi. Naychadagi kuchlanish elektronlarning tezligini va ularning anod moddasi bilan to'qnashuv kuchini aniqlaydi, shuning uchun kuchlanish rentgen nurlanishining to'lqin uzunligini aniqlaydi.
