Matumizi ya x-rays. Uchambuzi wa kutokamilika katika muundo wa kioo. Mfiduo wa X-rays kwa wanawake wajawazito
SHIRIKA LA SHIRIKISHO LA ELIMU YA SHIRIKISHO LA URUSI
TAASISI YA ELIMU YA SERIKALI
ELIMU YA JUU YA KITAALAMU
TAASISI YA CHUMA NA Aloi za Jimbo la MOSCOW
(CHUO KIKUU CHA TEKNOLOJIA)
TAWI LA NOVOTROITSKY
Idara ya OEND
KAZI YA KOZI
Nidhamu: Fizikia
Mada: X-RAY
Mwanafunzi: Nedorezova N.A.
Kikundi: EiU-2004-25, No. З.К.: 04Н036
Imeangaliwa na: Ozhegova S.M.
Utangulizi
Sura ya 1
1.1 Wasifu wa Roentgen Wilhelm Conrad
1.2 Ugunduzi wa X-rays
Sura ya 2
2.1 Vyanzo vya X-ray
2.2 Tabia za X-rays
2.3 Usajili wa X-rays
2.4 Matumizi ya X-rays
Sura ya 3
3.1 Uchambuzi wa kasoro za muundo wa kioo
3.2 Uchambuzi wa wigo
Hitimisho
Orodha ya vyanzo vilivyotumika
Maombi
Utangulizi
Mtu adimu hajapitia chumba cha x-ray. Picha zilizochukuliwa katika x-rays zinajulikana kwa kila mtu. Mnamo 1995, ugunduzi huu ulikuwa wa miaka 100. Ni vigumu kufikiria ni riba gani kubwa iliyoamsha karne moja iliyopita. Mikononi mwa mtu iligeuka kuwa kifaa ambacho kiliwezekana kuona asiyeonekana.
Mionzi hii isiyoonekana yenye uwezo wa kupenya, ingawa kwa viwango tofauti, ndani ya vitu vyote, ambayo ni mionzi ya sumakuumeme yenye urefu wa karibu 10 -8 cm, iliitwa mionzi ya X-ray, kwa heshima ya Wilhelm Roentgen aliyeigundua.
Kama mwanga unaoonekana, mionzi ya X husababisha filamu ya picha kuwa nyeusi. Mali hii ni ya umuhimu mkubwa kwa dawa, tasnia na utafiti wa kisayansi. Kupitia kitu kilichochunguzwa na kisha kuanguka kwenye filamu, mionzi ya X-ray inaonyesha muundo wake wa ndani juu yake. Kwa kuwa nguvu ya kupenya ya mionzi ya X-ray ni tofauti kwa vifaa tofauti, sehemu za kitu ambazo hazina uwazi kidogo kwake hutoa maeneo angavu zaidi kwenye picha kuliko yale ambayo mionzi hupenya vizuri. Kwa hivyo, tishu za mfupa hazina uwazi kwa eksirei kuliko tishu zinazounda ngozi na viungo vya ndani. Kwa hiyo, kwenye radiograph, mifupa itaonyeshwa kama maeneo nyepesi na tovuti ya fracture, ambayo ni chini ya uwazi kwa mionzi, inaweza kugunduliwa kwa urahisi kabisa. Picha ya X-ray pia hutumiwa katika daktari wa meno kugundua caries na jipu kwenye mizizi ya meno, na vile vile katika tasnia kugundua nyufa katika castings, plastiki na raba, katika kemia kuchambua misombo, na katika fizikia kusoma muundo wa fuwele. .
Ugunduzi wa Roentgen ulifuatiwa na majaribio ya watafiti wengine ambao waligundua sifa nyingi mpya na uwezekano wa kutumia mionzi hii. Mchango mkubwa ulitolewa na M. Laue, W. Friedrich, na P. Knipping, ambao mwaka wa 1912 walionyesha mgawanyiko wa mionzi ya X-ray inapopita kwenye kioo; W. Coolidge, ambaye mwaka wa 1913 aligundua bomba la X-ray la utupu wa juu na cathode yenye joto; G. Moseley, ambaye alianzisha mwaka wa 1913 uhusiano kati ya urefu wa wimbi la mionzi na nambari ya atomiki ya kipengele; G. na L. Braggi, ambaye alipokea Tuzo ya Nobel mwaka wa 1915 kwa ajili ya kuendeleza misingi ya uchambuzi wa diffraction ya X-ray.
Madhumuni ya kazi hii ya kozi ni kusoma uzushi wa mionzi ya x-ray, historia ya ugunduzi, mali na kutambua upeo wa matumizi yake.
Sura ya 1
1.1 Wasifu wa Roentgen Wilhelm Conrad
Wilhelm Conrad Roentgen alizaliwa mnamo Machi 17, 1845 katika mkoa wa mpaka wa Ujerumani na Uholanzi, katika jiji la Lenepe. Alipata elimu yake ya ufundi huko Zurich katika Shule hiyo hiyo ya Ufundi ya Juu (Polytechnic) ambapo Einstein alisoma baadaye. Mateso ya fizikia yalimlazimisha baada ya kuacha shule mnamo 1866 kuendelea na masomo ya mwili.
Mnamo 1868 alitetea tasnifu yake ya digrii ya Udaktari wa Falsafa, alifanya kazi kama msaidizi katika Idara ya Fizikia, kwanza huko Zurich, kisha huko Giessen, na kisha huko Strasbourg (1874-1879) na Kundt. Hapa Roentgen alipitia shule nzuri ya majaribio na akawa majaribio ya darasa la kwanza. Roentgen alifanya sehemu ya utafiti huo muhimu na mwanafunzi wake, mmoja wa waanzilishi wa fizikia ya Soviet, A.F. Ioff.
Utafiti wa kisayansi unahusiana na sumaku-umeme, fizikia ya fuwele, macho, fizikia ya molekuli.
Mnamo 1895, aligundua mionzi yenye urefu mfupi kuliko urefu wa mionzi ya ultraviolet (X-rays), ambayo baadaye iliitwa x-rays, na kuchunguza mali zao: uwezo wa kutafakari, kunyonya, ionize hewa, nk. Alipendekeza muundo sahihi wa bomba la kupata X-rays - anticathode ya platinamu na cathode ya concave: alikuwa wa kwanza kuchukua picha kwa kutumia X-rays. Aligundua mnamo 1885 uwanja wa sumaku wa dielectri inayotembea kwenye uwanja wa umeme (kinachojulikana kama "roentgen current") Uzoefu wake ulionyesha wazi kwamba uwanja wa sumaku huundwa na mashtaka ya kusonga, na ilikuwa muhimu kwa kuundwa kwa X. Lorentz's Nadharia ya elektroniki Idadi kubwa ya kazi za Roentgen zimejitolea kwa sifa za utafiti za vimiminika, gesi, fuwele, matukio ya sumakuumeme, iligundua uhusiano kati ya matukio ya umeme na macho katika fuwele. alikuwa wa kwanza kati ya wanafizikia kutunukiwa Tuzo ya Nobel.
Kuanzia 1900 hadi siku za mwisho za maisha yake (alikufa mnamo Februari 10, 1923) alifanya kazi katika Chuo Kikuu cha Munich.
1.2 Ugunduzi wa X-rays
Mwisho wa karne ya 19 ilikuwa alama ya kuongezeka kwa riba katika matukio ya kifungu cha umeme kupitia gesi. Hata Faraday alisoma kwa umakini matukio haya, alielezea aina mbali mbali za kutokwa, aligundua nafasi ya giza kwenye safu nyepesi ya gesi adimu. Nafasi ya giza ya Faraday hutenganisha kibluu, mwanga wa cathode kutoka kwa waridi, mwanga wa anode.
Kuongezeka zaidi kwa upungufu wa gesi kwa kiasi kikubwa hubadilisha asili ya mwanga. Mtaalamu wa hisabati Plücker (1801-1868) aligundua mnamo 1859, kwa kutokuwepo kwa nguvu ya kutosha, miale ya samawati dhaifu inayotoka kwenye cathode, ikifikia anode na kusababisha glasi ya bomba kung'aa. Mwanafunzi wa Plücker Gittorf (1824-1914) mnamo 1869 aliendelea na utafiti wa mwalimu wake na alionyesha kuwa kivuli tofauti kinaonekana kwenye uso wa fluorescent wa bomba ikiwa mwili thabiti umewekwa kati ya cathode na uso huu.
Goldstein (1850-1931), akisoma mali ya mionzi, aliiita mionzi ya cathode (1876). Miaka mitatu baadaye, William Crookes (1832-1919) alithibitisha asili ya nyenzo ya mionzi ya cathode na kuwaita "maada ya kung'aa" - dutu katika hali maalum ya nne. Ushahidi wake ulikuwa wa kushawishi na wazi. Majaribio ya "Crookes tube" yalikuwa baadaye baadaye. inavyoonyeshwa katika madarasa yote ya kimwili. Mkengeuko wa boriti ya cathode na uga wa sumaku kwenye bomba la Crookes umekuwa onyesho la kawaida la shule.
Walakini, majaribio juu ya kupotoka kwa umeme kwa miale ya cathode hayakuwa ya kushawishi sana. Hertz hakugundua kupotoka vile na akafikia hitimisho kwamba ray ya cathode ni mchakato wa oscillatory katika ether. Mwanafunzi wa Hertz F. Lenard, akijaribu miale ya cathode, alionyesha mwaka wa 1893 kwamba wanapita kwenye dirisha lililofunikwa na karatasi ya alumini na kusababisha mwanga katika nafasi nyuma ya dirisha. Hertz alitoa nakala yake ya mwisho, iliyochapishwa mnamo 1892, kwa uzushi wa kupita kwa miale ya cathode kupitia miili nyembamba ya chuma.
“Miale ya Cathode hutofautiana na mwanga kwa njia kubwa kuhusiana na uwezo wao wa kupenya vitu vikali.” Akielezea matokeo ya majaribio ya kupitisha miale ya cathode kupitia majani ya dhahabu, fedha, platinamu, alumini n.k., Hertz anabainisha kwamba hakufanya hivyo. kuchunguza tofauti yoyote maalum katika matukio Mionzi haipiti kwa njia ya majani katika mstari wa moja kwa moja, lakini hutawanyika na diffraction.Asili ya mionzi ya cathode ilikuwa bado haijulikani.
Ilikuwa na zilizopo za Crookes, Lenard na wengine kwamba profesa wa Würzburg Wilhelm Conrad Roentgen alijaribu mwishoni mwa 1895. Mara moja, baada ya mwisho wa majaribio, alifunga bomba na kifuniko cha kadi nyeusi, akazima mwanga, lakini hakuwa na kuzima inductor kwamba kulisha tube, aliona mwanga wa screen kutoka barium cyanogen iko karibu na tube. Akiwa amepigwa na hali hii, Roentgen alianza kujaribu skrini. Katika ripoti yake ya kwanza "Juu ya aina mpya ya miale", ya Desemba 28, 1895, aliandika juu ya majaribio haya ya kwanza: "Kipande cha karatasi kilichofunikwa na bariamu platinamu-cyanide, kinapokaribia bomba, kilichofungwa na kifuniko cha nyeusi nyembamba. kadibodi ambayo inafaa kwa kutosha kwake, na kila kutokwa huangaza na mwanga mkali: huanza fluoresce. Fluorescence inaonekana kwa giza ya kutosha na haitegemei ikiwa tunaleta karatasi iliyo na upande iliyofunikwa na synerogen ya bariamu au haijapakwa na synerogen ya bariamu. Fluorescence inaonekana hata kwa umbali wa mita mbili kutoka kwa bomba.
Uchunguzi wa uangalifu ulionyesha Roentgen "kwamba kadibodi nyeusi, isiyo na uwazi kwa miale ya jua inayoonekana na ya urujuanimno, wala miale ya safu ya umeme, hupenywa na aina fulani ya wakala ambao husababisha mwanga wa umeme." Roentgen alichunguza nguvu ya kupenya ya hii " wakala”, ambayo aliita kwa ufupi “X-rays” kwa vitu mbalimbali.” Aligundua kwamba miale hiyo hupita kwa uhuru kupitia karatasi, mbao, ebonite, tabaka nyembamba za chuma, lakini hucheleweshwa sana na risasi.
Kisha anaelezea uzoefu wa kuvutia:
"Ikiwa unashikilia mkono wako kati ya bomba la kutokwa na skrini, unaweza kuona vivuli vyeusi vya mifupa katika maelezo hafifu ya kivuli cha mkono yenyewe." Huu ulikuwa uchunguzi wa kwanza wa eksirei wa mwili wa mwanadamu. pia alipokea eksirei za kwanza kwa kuziambatanisha na mkono wake.
Risasi hizi zilifanya hisia kubwa; ugunduzi ulikuwa bado haujakamilika, na uchunguzi wa X-ray ulikuwa tayari umeanza safari yake. “Maabara yangu ilifurika madaktari wakiwaleta wagonjwa walioshuku kwamba walikuwa na sindano katika sehemu mbalimbali za mwili,” akaandika mwanafizikia Mwingereza Schuster.
Tayari baada ya majaribio ya kwanza, Roentgen alithibitisha kwa uthabiti kuwa X-rays hutofautiana na zile za cathode, hazibeba malipo na hazijapotoshwa na uwanja wa sumaku, lakini hufurahishwa na mionzi ya cathode. " X-rays sio sawa na cathode. mionzi, lakini wanafurahishwa nao kwenye kuta za glasi za bomba la kutokwa, "aliandika Roentgen.
Pia alianzisha kwamba wanasisimua sio tu katika kioo, bali pia katika metali.
Akitaja nadharia ya Hertz-Lenard kwamba miale ya cathode “ni jambo linalotokea katika etha,” Roentgen aonyesha kwamba “tunaweza kusema jambo kama hilo kuhusu miale yetu.” Hata hivyo, alishindwa kutambua sifa za mawimbi ya miale hiyo, “hutenda kwa njia tofauti na ile inayojulikana hadi sasa ya urujuanimno, inayoonekana, na miale ya infrared.” Katika matendo yao ya kemikali na nuru, kulingana na Roentgen, ni sawa na miale ya urujuanimno. , alielezea dhana iliyoachwa baadaye kwamba wanaweza kuwa mawimbi ya longitudinal katika etha.
Ugunduzi wa Roentgen uliamsha shauku kubwa katika ulimwengu wa kisayansi. Majaribio yake yalirudiwa katika karibu maabara zote duniani. Huko Moscow walirudiwa na P.N. Lebedev. Petersburg, mvumbuzi wa redio A.S. Popov alijaribu X-rays, akawaonyesha kwenye mihadhara ya umma, akipokea X-rays mbalimbali. Katika Cambridge D.D. Thomson mara moja alitumia athari ya ionizing ya X-rays kusoma kifungu cha umeme kupitia gesi. Utafiti wake ulisababisha ugunduzi wa elektroni.
Sura ya 2
Mionzi ya X-ray - mionzi ya ionizing ya umeme, inachukua eneo la spectral kati ya gamma na mionzi ya ultraviolet ndani ya wavelengths kutoka 10 -4 hadi 10 3 (kutoka 10 -12 hadi 10 -5 cm) .R. l. na urefu wa wimbi λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - laini.
2.1 Vyanzo vya X-ray
Chanzo cha kawaida cha X-rays ni bomba la X-ray.
Mirija ya X-ray hutumiwa katika uchambuzi wa muundo wa X-ray
Sifa kuu za mirija ya X-ray ni kiwango cha juu kinachoruhusiwa cha kuongeza kasi ya voltage (1-500 kV), umeme wa sasa (0.01 mA - 1A), nguvu maalum inayotolewa na anode (10-10 4 W / mm 2), jumla ya matumizi ya nguvu. (0.002 W - 60 kW) na ukubwa wa kuzingatia (1 µm - 10 mm). Ufanisi wa bomba la x-ray ni 0.1-3%.
Baadhi ya isotopu zenye mionzi pia zinaweza kutumika kama vyanzo vya X-rays.
Synchrotroni na pete za kuhifadhi elektroni zilizo na nishati za GeV kadhaa zinaweza kutumika kama vyanzo vya mionzi laini ya X na λ kwa mpangilio wa makumi na mamia. Kwa ukali, mionzi ya X-ray ya synchrotrons inazidi mionzi ya tube ya X-ray katika eneo maalum la wigo kwa amri 2-3 za ukubwa.
Vyanzo vya asili vya X-rays - Jua na vitu vingine vya nafasi.
2.2 Tabia za X-rays
Kulingana na utaratibu wa asili ya X-rays, spectra yao inaweza kuendelea (bremsstrahlung) au mstari (tabia). Wigo unaoendelea wa X-ray hutolewa na chembe zinazochajiwa haraka kama matokeo ya kupungua kwa kasi wakati wa kuingiliana na atomi lengwa; wigo huu hufikia kiwango kikubwa tu wakati lengo linapigwa na elektroni. Uzito wa X-rays ya bremsstrahlung husambazwa juu ya masafa yote hadi mpaka wa masafa ya juu 0 , ambapo nishati ya photon h 0 (h ni isiyobadilika ya Planck.
Mionzi ya mstari hutokea baada ya ionization ya atomi na ejection ya elektroni kutoka kwa moja ya shells zake za ndani. Ionization kama hiyo inaweza kuwa matokeo ya atomi kugongana na chembe ya haraka, kama vile elektroni (ray-rays ya msingi), au kunyonya kwa fotoni na atomi (eksirei za umeme). Atomu ya ionized hujikuta katika hali ya awali ya quantum katika moja ya viwango vya juu vya nishati na baada ya sekunde 10 -16 -10 -15 hupita kwenye hali ya mwisho na nishati ya chini. Katika kesi hii, atomi inaweza kutoa ziada ya nishati kwa namna ya photon ya mzunguko fulani. Masafa ya mistari ya wigo wa mionzi kama hiyo ni tabia ya atomi za kila kitu, kwa hivyo wigo wa mstari wa X-ray huitwa tabia. Utegemezi wa mzunguko wa mstari wa wigo huu kwenye nambari ya atomiki Z imedhamiriwa na sheria ya Moseley.
Sheria ya Moseley, sheria inayohusiana na mzunguko wa mistari ya spectral ya utoaji wa X-ray wa kipengele cha kemikali na nambari yake ya serial. G. Moseley imesakinishwa kwa majaribio
ambapo R ni Rydberg mara kwa mara
Sheria ya Moseley ilikuwa uthibitisho usioweza kukanushwa wa uwekaji sahihi wa vipengele katika jedwali la mara kwa mara la vipengele
Kwa mujibu wa sheria ya Moseley, mwonekano wa tabia ya X-ray hauonyeshi ruwaza za muda zinazopatikana katika mwonekano wa macho. Hii inaonyesha kwamba shells za ndani za elektroni za atomi za vipengele vyote vinavyoonekana katika spectra ya tabia ya X-ray zina muundo sawa.
Majaribio ya baadaye yalifunua baadhi ya mikengeuko kutoka kwa utegemezi wa mstari kwa vikundi vya mpito vya vitu vinavyohusishwa na mabadiliko katika mpangilio wa ujazo wa makombora ya elektroni ya nje, na vile vile kwa atomi nzito, inayotokana na athari za uhusiano (iliyoelezewa kwa masharti na ukweli kwamba kasi za ndani zinalinganishwa na kasi ya mwanga).
Kulingana na idadi ya mambo - kwa idadi ya nucleons katika kiini (isotonic shifts), hali ya shells za elektroni za nje (mabadiliko ya kemikali), nk - nafasi ya mistari ya spectral kwenye mchoro wa Moseley inaweza kubadilika kiasi fulani. Utafiti wa mabadiliko haya inaruhusu mtu kupata taarifa za kina kuhusu atomi.
Bremsstrahlung X-rays inayotolewa na shabaha nyembamba sana ni polarized kabisa karibu 0; kama 0 inapungua, kiwango cha polarization hupungua. Mionzi ya tabia, kama sheria, haina polarized.
Wakati X-rays kuingiliana na suala, athari photoelectric inaweza kutokea.
Wakati X-rays inapita kwenye safu ya dutu yenye unene x, kiwango chao cha awali I 0 hupungua hadi thamani I = I 0 e - μ x ambapo μ ni mgawo wa kupunguza. Kupungua kwa I hutokea kwa sababu ya michakato miwili: kunyonya kwa picha za X-ray kwa suala na mabadiliko katika mwelekeo wao juu ya kutawanyika. Katika eneo la urefu wa urefu wa wigo, ngozi ya X-rays inatawala, katika eneo la urefu wa muda mfupi, kutawanyika kwao. Kiwango cha kunyonya huongezeka kwa kasi kwa kuongezeka kwa Z na λ. Kwa mfano, X-rays ngumu hupenya kwa uhuru kupitia safu ya hewa ~ 10 cm; sahani ya alumini 3 cm nene hupunguza X-rays na λ = 0.027 kwa nusu; eksirei laini hufyonzwa kwa kiasi kikubwa katika hewa na matumizi na utafiti wao inawezekana tu katika utupu au katika gesi dhaifu ya kunyonya (kwa mfano, Yeye). Mionzi ya X inapofyonzwa, atomi za dutu fulani hutiwa ioni.
Athari ya X-rays juu ya viumbe hai inaweza kuwa na manufaa au madhara, kulingana na ionization wao kusababisha katika tishu. Kwa kuwa kunyonya kwa X-rays inategemea λ, nguvu yao haiwezi kutumika kama kipimo cha athari ya kibaolojia ya X-rays. Vipimo vya X-ray hutumiwa kupima athari za X-rays kwenye suala.
Kueneza kwa X-rays katika eneo la Z kubwa na λ hutokea hasa bila mabadiliko katika λ na inaitwa kutawanyika kwa madhubuti, na katika eneo la Z ndogo na λ, kama sheria, huongezeka (kutawanyika kwa incoherent). Kuna aina 2 za kutawanyika kwa X-ray - Compton na Raman. Katika mtawanyiko wa Compton, ambao una tabia ya mtawanyiko wa corpuscular inelastic, elektroni ya kurudi nyuma huruka kutoka kwenye ganda la atomiki kutokana na nishati iliyopotea kiasi na fotoni ya X-ray. Katika kesi hiyo, nishati ya photon hupungua na mwelekeo wake hubadilika; mabadiliko katika λ inategemea angle ya kutawanya. Wakati wa kueneza kwa Raman kwa picha ya X-ray yenye nguvu nyingi na atomi nyepesi, sehemu ndogo ya nishati yake hutumiwa kwa ionization ya atomi na mwelekeo wa mabadiliko ya mwendo wa fotoni. Mabadiliko ya photons vile haitegemei angle ya kueneza.
Ripoti ya refractive n kwa x-rays inatofautiana na 1 kwa kiasi kidogo sana δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5. Kasi ya awamu ya X-rays katika kati ni kubwa kuliko kasi ya mwanga katika utupu. Kupotoka kwa X-rays wakati wa mpito kutoka kati hadi nyingine ni ndogo sana (dakika chache za arc). Wakati X-rays huanguka kutoka kwa utupu kwenye uso wa mwili kwa pembe ndogo sana, tafakari yao ya nje ya jumla hutokea.
2.3 Usajili wa X-rays
Jicho la mwanadamu sio nyeti kwa x-rays. X-ray
miale hurekodiwa kwa kutumia filamu maalum ya eksirei iliyo na kiasi kilichoongezeka cha Ag, Br. Katika mkoa λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть
искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В
области λ>5, unyeti wa filamu ya kawaida chanya ni ya juu kabisa, na nafaka zake ni ndogo sana kuliko nafaka za filamu ya X-ray, ambayo huongeza azimio. Katika λ ya utaratibu wa makumi na mamia, X-rays hufanya tu kwenye safu nyembamba ya uso wa emulsion ya picha; ili kuongeza unyeti wa filamu, inasisitizwa na mafuta ya luminescent. Katika uchunguzi wa X-ray na kugundua dosari, wakati mwingine electrophotography hutumiwa kurekodi X-rays.
X-rays ya kiwango cha juu inaweza kurekodi kwa kutumia chumba cha ionization
2.4 Matumizi ya X-rays
X-rays hutumiwa sana katika dawa kwa uchunguzi wa X-ray.
Uchunguzi wa muundo wa X-ray
hadubini ya X-ray
Mionzi ya X inayotoka angani hubeba habari kuhusu utungaji wa kemikali wa miili ya ulimwengu na kuhusu michakato ya kimwili inayofanyika angani. Astronomia ya X-ray inahusika na utafiti wa eksirei za ulimwengu
Sura ya 3
Moja ya kazi kuu za uchambuzi wa diffraction ya X-ray ni uamuzi wa utungaji halisi au awamu ya nyenzo. Njia ya diffraction ya X-ray ni ya moja kwa moja na ina sifa ya kuegemea juu, upesi na bei nafuu. Njia hiyo haihitaji kiasi kikubwa cha dutu, uchambuzi unaweza kufanyika bila kuharibu sehemu. Maeneo ya matumizi ya uchanganuzi wa awamu ya ubora ni tofauti sana kwa utafiti wa kisayansi na kwa udhibiti katika uzalishaji. Unaweza kuangalia utungaji wa malighafi ya uzalishaji wa metallurgiska, bidhaa za awali, usindikaji, matokeo ya mabadiliko ya awamu wakati wa matibabu ya joto na kemikali-mafuta, kuchambua mipako mbalimbali, filamu nyembamba, nk.
Kila awamu, iliyo na muundo wake wa kioo, ina sifa ya seti fulani ya maadili tofauti ya umbali wa interplanar d/n kutoka kwa kiwango cha juu na chini, asili tu kwa awamu hii. Kama ifuatavyo kutoka kwa mlingano wa Wulf-Bragg, kila thamani ya umbali baina ya mipango inalingana na mstari kwenye muundo wa eksirei kutoka kwa sampuli ya polycrystalline kwenye pembe fulani θ (kwa thamani fulani ya urefu wa wimbi λ). Kwa hivyo, mfumo fulani wa mistari (diffraction maxima) itafanana na seti fulani ya umbali wa interplanar kwa kila awamu katika muundo wa diffraction ya X-ray. Nguvu ya jamaa ya mistari hii katika muundo wa X-ray inategemea hasa muundo wa awamu. Kwa hiyo, kwa kuamua eneo la mistari kwenye picha ya X-ray (pembe yake θ) na kujua urefu wa mionzi ambayo picha ya X-ray ilichukuliwa, inawezekana kuamua maadili ya umbali wa interplanar. d/n kwa kutumia fomula ya Wulf-Bragg:
/n = λ/ (2sin θ). (moja)
Baada ya kuamua seti ya d/n kwa nyenzo zilizo chini ya utafiti na kulinganisha na data inayojulikana ya d/n ya vitu safi, misombo yao mbalimbali, inawezekana kutambua ni awamu gani nyenzo iliyotolewa inajumuisha. Inapaswa kusisitizwa kuwa ni awamu ambazo zimedhamiriwa, na sio utungaji wa kemikali, lakini mwisho wakati mwingine unaweza kupunguzwa ikiwa kuna data ya ziada juu ya utungaji wa kipengele cha awamu fulani. Kazi ya uchambuzi wa awamu ya ubora inawezeshwa sana ikiwa utungaji wa kemikali wa nyenzo chini ya utafiti unajulikana, kwa sababu basi inawezekana kufanya mawazo ya awali kuhusu awamu zinazowezekana katika kesi hii.
Ufunguo wa uchambuzi wa awamu ni kupima kwa usahihi d/n na ukubwa wa mstari. Ingawa hii kimsingi ni rahisi kufikia kwa kutumia diffractometer, njia ya picha ya uchanganuzi wa ubora ina faida kadhaa, haswa katika suala la unyeti (uwezo wa kugundua uwepo wa kiwango kidogo cha sampuli kwenye sampuli), na vile vile unyenyekevu. mbinu ya majaribio.
Hesabu ya d/n kutoka kwa muundo wa X-ray inafanywa kwa kutumia equation ya Wulf-Bragg.
Kama thamani ya λ katika mlinganyo huu, λ α cf K-mfululizo kawaida hutumiwa:
λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)
Wakati mwingine mstari wa K α1 hutumiwa. Kuamua pembe za diffraction θ kwa mistari yote ya X-ray inakuwezesha kuhesabu d / n kulingana na equation (1) na kutenganisha mistari β (ikiwa hapakuwa na chujio cha (β-rays).
3.1 Uchambuzi wa kasoro za muundo wa kioo
Nyenzo zote za kioo moja halisi na hata zaidi ya polycrystalline zina kasoro fulani za kimuundo (kasoro za uhakika, utengano, aina mbalimbali za interfaces, micro- na macrostresses), ambazo zina athari kubwa sana kwa mali na taratibu zote nyeti za muundo.
Upungufu wa kimuundo husababisha upotovu wa kimiani ya kioo ya asili tofauti na, kwa sababu hiyo, aina tofauti za mabadiliko katika muundo wa diffraction: mabadiliko ya umbali wa interatomic na interplanar husababisha mabadiliko ya maxima ya diffraction, microstresses na mtawanyiko wa muundo mdogo husababisha upanuzi. ya maxima ya diffraction, microdistortions ya kimiani - kwa mabadiliko katika ukubwa wa maxima haya, utengano wa uwepo husababisha matukio ya kushangaza wakati wa kupita kwa X-rays na, kwa hiyo, kutofautiana kwa ndani kwenye topograms za X-ray, nk.
Matokeo yake, uchambuzi wa mgawanyiko wa X-ray ni mojawapo ya mbinu za kuelimisha zaidi za kusoma kasoro za muundo, aina na mkusanyiko wao, na asili ya usambazaji wao.
Njia ya jadi ya moja kwa moja ya diffraction ya X-ray, ambayo inatekelezwa kwenye diffractometers ya stationary, kutokana na vipengele vyao vya kubuni, inaruhusu uamuzi wa kiasi cha matatizo na matatizo tu kwenye sampuli ndogo zilizokatwa kutoka kwa sehemu au vitu.
Kwa hiyo, kwa sasa, kuna mpito kutoka kwa stationary hadi portable ndogo ya ukubwa wa X-ray diffractometers, ambayo hutoa tathmini ya matatizo katika nyenzo za sehemu au vitu bila uharibifu katika hatua za utengenezaji na uendeshaji wao.
Diffractometers za X-ray za safu ya DRP * 1 hufanya iwezekanavyo kudhibiti mafadhaiko ya mabaki na madhubuti katika sehemu za saizi kubwa, bidhaa na miundo bila uharibifu.
Programu katika mazingira ya Windows inaruhusu sio tu kuamua matatizo kwa kutumia njia ya "dhambi 2 ψ" kwa wakati halisi, lakini pia kufuatilia mabadiliko katika utungaji wa awamu na texture. Kichunguzi cha kuratibu cha mstari hutoa usajili wa wakati mmoja kwenye pembe za diffraction 2θ = 43 °. zilizopo za X-ray za ukubwa mdogo wa aina ya "Fox" yenye mwangaza wa juu na nguvu ya chini (5 W) huhakikisha usalama wa mionzi ya kifaa, ambayo kwa umbali wa cm 25 kutoka eneo lenye mionzi, kiwango cha mionzi ni sawa na kiwango cha asili cha asili. Vifaa vya mfululizo wa DRP hutumiwa katika kuamua matatizo katika hatua mbalimbali za kutengeneza chuma, kukata, kusaga, matibabu ya joto, kulehemu, ugumu wa uso ili kuboresha shughuli hizi za kiteknolojia. Udhibiti wa kushuka kwa kiwango cha mikazo ya kubana iliyosababishwa katika bidhaa na miundo muhimu sana wakati wa operesheni yao hufanya iwezekane kuchukua bidhaa nje ya huduma kabla ya uharibifu wake, kuzuia ajali na majanga.
3.2 Uchambuzi wa wigo
Pamoja na uamuzi wa muundo wa kioo cha atomiki na muundo wa awamu ya nyenzo, kwa sifa zake kamili, ni wajibu wa kuamua muundo wake wa kemikali.
Kwa kuongezeka, mbinu mbalimbali zinazoitwa ala za uchambuzi wa spectral hutumiwa katika mazoezi kwa madhumuni haya. Kila mmoja wao ana faida na matumizi yake mwenyewe.
Moja ya mahitaji muhimu katika matukio mengi ni kwamba njia inayotumiwa inahakikisha usalama wa kitu kilichochambuliwa; Ni njia hizi za uchambuzi ambazo zimejadiliwa katika sehemu hii. Kigezo kinachofuata ambacho kulingana nacho mbinu za uchanganuzi zilizoelezwa katika sehemu hii zilichaguliwa ni eneo lao.
Njia ya uchambuzi wa spectral ya fluorescence X-ray inategemea kupenya kwa mionzi ngumu ya X-ray (kutoka kwa bomba la X-ray) kwenye kitu kilichochambuliwa, kinachoingia kwenye safu na unene wa utaratibu wa micrometers kadhaa. Tabia ya mionzi ya X-ray inayotokea katika kesi hii katika kitu hufanya iwezekanavyo kupata data ya wastani juu ya muundo wake wa kemikali.
Kuamua muundo wa msingi wa dutu, mtu anaweza kutumia uchambuzi wa tabia ya wigo wa X-ray ya sampuli iliyowekwa kwenye anode ya bomba la X-ray na kukabiliwa na bombardment ya elektroni - njia ya chafu, au uchambuzi wa wigo. ya sekondari (fluorescent) mionzi ya X-ray ya sampuli iliyopigwa na mionzi ya X-ray kutoka kwa bomba la X-ray au chanzo kingine - njia ya fluorescent.
Hasara ya njia ya chafu ni, kwanza, haja ya kuweka sampuli kwenye anode ya tube ya X-ray, ikifuatiwa na uokoaji na pampu za utupu; kwa wazi, njia hii haifai kwa vitu vya fusible na tete. Upungufu wa pili unahusiana na ukweli kwamba hata vitu vya kukataa vinaharibiwa na bombardment ya elektroni. Njia ya fluorescent haina mapungufu haya na kwa hiyo ina maombi pana zaidi. Faida ya njia ya fluorescent pia ni kutokuwepo kwa bremsstrahlung, ambayo inaboresha unyeti wa uchambuzi. Ulinganisho wa urefu wa urefu uliopimwa na meza za mistari ya spectral ya vipengele vya kemikali ni msingi wa uchambuzi wa ubora, na ukali wa jamaa wa mistari ya spectral ya vipengele tofauti vinavyounda dutu ya sampuli huunda msingi wa uchambuzi wa kiasi. Kutokana na kuzingatia utaratibu wa msisimko wa tabia ya mionzi ya X-ray, ni wazi kwamba mionzi ya mfululizo mmoja au mwingine (K au L, M, M, nk) hutokea wakati huo huo, na uwiano wa ukubwa wa mstari ndani ya mfululizo ni daima. mara kwa mara. Kwa hiyo, uwepo wa hii au kipengele hicho haujaanzishwa na mistari ya mtu binafsi, lakini kwa mfululizo wa mistari kwa ujumla (isipokuwa kwa wale dhaifu, kwa kuzingatia maudhui ya kipengele hiki). Kwa vipengele vyenye mwanga, uchambuzi wa mistari ya mfululizo wa K hutumiwa, kwa vipengele nzito, mistari ya mfululizo wa L; chini ya hali tofauti (kulingana na vifaa vinavyotumiwa na vipengele vilivyochambuliwa), mikoa tofauti ya wigo wa tabia inaweza kuwa rahisi zaidi.
Vipengele kuu vya uchambuzi wa spectral ya X-ray ni kama ifuatavyo.
Urahisi wa taswira ya tabia ya X-ray hata kwa vitu vizito (ikilinganishwa na spectra ya macho), ambayo hurahisisha uchanganuzi (idadi ndogo ya mistari; kufanana katika mpangilio wao wa pande zote; na kuongezeka kwa nambari ya ordinal, mabadiliko ya mara kwa mara ya wigo hadi eneo la urefu mfupi hutokea; unyenyekevu wa kulinganisha wa uchambuzi wa kiasi).
Uhuru wa urefu wa mawimbi kutoka kwa hali ya atomi ya kipengele kilichochambuliwa (bure au katika kiwanja cha kemikali). Hii ni kutokana na ukweli kwamba tukio la tabia ya mionzi ya X-ray inahusishwa na msisimko wa viwango vya ndani vya elektroniki, ambavyo katika hali nyingi kivitendo hazibadilika na kiwango cha ionization ya atomi.
Uwezekano wa kujitenga katika uchanganuzi wa ardhi adimu na vitu vingine ambavyo vina tofauti ndogo katika spectra katika anuwai ya macho kwa sababu ya kufanana kwa muundo wa elektroniki wa ganda la nje na hutofautiana kidogo sana katika mali zao za kemikali.
X-ray fluorescence spectroscopy ni "isiyo ya uharibifu", kwa hiyo ina faida zaidi ya spectroscopy ya kawaida ya macho wakati wa kuchambua sampuli nyembamba - karatasi nyembamba ya chuma, foil, nk.
Vipimo vya X-ray fluorescence, kati yao spectrometers au quantometers nyingi, kutoa uchambuzi wa kiasi wa vipengele (kutoka Na au Mg hadi U) na makosa ya chini ya 1% ya thamani iliyoamuliwa, kizingiti cha unyeti cha 10 -3 ... 10 -4%.
boriti ya x-ray
Njia za kuamua muundo wa spectral wa x-rays
Spectrometers imegawanywa katika aina mbili: kioo-diffraction na crystalless.
Mtengano wa mionzi ya X ndani ya wigo kwa kutumia wavu wa asili wa kutofautisha - fuwele - kimsingi ni sawa na kupata wigo wa miale ya mwanga wa kawaida kwa kutumia wavu wa utengano wa bandia katika mfumo wa viharusi vya mara kwa mara kwenye glasi. Hali ya kuundwa kwa upeo wa diffraction inaweza kuandikwa kama hali ya "kutafakari" kutoka kwa mfumo wa ndege za atomiki zinazofanana zilizotenganishwa na umbali d hkl .
Wakati wa kufanya uchambuzi wa ubora, mtu anaweza kuhukumu uwepo wa kipengele katika sampuli kwa mstari mmoja - kwa kawaida mstari mkali zaidi wa mfululizo wa spectral unaofaa kwa kioo cha analyzer kilichopewa. Azimio la spectrometers ya diffraction ya kioo inatosha kutenganisha mistari ya tabia hata ya vipengele vilivyo karibu na nafasi katika meza ya mara kwa mara. Hata hivyo, ni lazima pia kuzingatia kuwekwa kwa mistari tofauti ya vipengele tofauti, pamoja na kuwekwa kwa tafakari za maagizo tofauti. Hali hii inapaswa kuzingatiwa wakati wa kuchagua mistari ya uchambuzi. Wakati huo huo, ni muhimu kutumia uwezekano wa kuboresha azimio la chombo.
Hitimisho
Kwa hivyo, mionzi ya x ni mionzi ya sumakuumeme isiyoonekana na urefu wa wimbi la 10 5 - 10 2 nm. X-rays inaweza kupenya baadhi ya vifaa ambavyo havina mwangaza unaoonekana. Wao hutolewa wakati wa kupungua kwa kasi ya elektroni katika suala (wigo unaoendelea) na wakati wa mabadiliko ya elektroni kutoka kwa shells za nje za elektroni za atomi hadi za ndani (wigo wa mstari). Vyanzo vya mionzi ya X-ray ni: bomba la X-ray, baadhi ya isotopu zenye mionzi, vichapuzi na vikusanyaji vya elektroni (mionzi ya synchrotron). Wapokeaji - filamu, skrini za luminescent, detectors za mionzi ya nyuklia. X-rays hutumiwa katika uchambuzi wa diffraction ya X-ray, dawa, kugundua kasoro, uchambuzi wa spectral ya X-ray, nk.
Baada ya kuzingatia vipengele vyema vya ugunduzi wa V. Roentgen, ni muhimu kutambua athari yake mbaya ya kibiolojia. Ilibadilika kuwa X-rays inaweza kusababisha kitu kama kuchomwa na jua kali (erythema), ikifuatana, hata hivyo, na uharibifu wa kina na wa kudumu kwa ngozi. Vidonda vinavyoonekana mara nyingi hugeuka kuwa saratani. Mara nyingi, vidole au mikono ilipaswa kukatwa. Pia kulikuwa na vifo.
Imegundulika kuwa uharibifu wa ngozi unaweza kuepukwa kwa kupunguza muda na kipimo, kwa kutumia kinga (km risasi) na vidhibiti vya mbali. Lakini hatua kwa hatua madhara mengine, ya muda mrefu zaidi ya mfiduo wa X-ray yalifunuliwa, ambayo yalithibitishwa na kujifunza katika wanyama wa majaribio. Madhara kutokana na X-rays na miale mingine ya ioni (kama vile miale ya gamma inayotolewa na nyenzo za mionzi) ni pamoja na:
) mabadiliko ya muda katika muundo wa damu baada ya mfiduo mdogo wa ziada;
mabadiliko yasiyoweza kurekebishwa katika muundo wa damu (anemia ya hemolytic) baada ya kufichua kwa muda mrefu;
) ongezeko la matukio ya saratani (ikiwa ni pamoja na leukemia);
) kuzeeka haraka na kifo cha mapema;
) tukio la mtoto wa jicho.
Athari ya kibaiolojia ya X-rays kwenye mwili wa binadamu imedhamiriwa na kiwango cha kipimo cha mionzi, na vile vile ni chombo gani cha mwili kiliwekwa wazi kwa mionzi.
Mkusanyiko wa ujuzi kuhusu madhara ya mionzi ya X-ray kwenye mwili wa binadamu umesababisha maendeleo ya viwango vya kitaifa na kimataifa vya vipimo vinavyoruhusiwa vya mionzi, iliyochapishwa katika machapisho mbalimbali ya kumbukumbu.
Ili kuzuia athari mbaya za X-rays, njia za udhibiti hutumiwa:
) upatikanaji wa vifaa vya kutosha;
) ufuatiliaji wa kufuata kanuni za usalama,
) matumizi sahihi ya vifaa.
Orodha ya vyanzo vilivyotumika
1) Blokhin M.A., Fizikia ya X-rays, toleo la 2, M., 1957;
) Blokhin M.A., Mbinu za masomo ya spectral ya X-ray, M., 1959;
) X-rays. Sat. mh. M.A. Blokhin, trans. pamoja naye. na Kiingereza, M., 1960;
) Kharaja F., Kozi ya jumla ya uhandisi wa X-ray, toleo la 3, M. - L., 1966;
) Mirkin L.I., Kitabu cha uchambuzi wa diffraction ya X-ray ya polycrystals, M., 1961;
) Weinstein E.E., Kakhana M.M., Majedwali ya Marejeleo kwenye uchunguzi wa X-ray, M., 1953.
) Uchunguzi wa X-ray na elektroni-macho. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Posho kwa vyuo vikuu. - Toleo la 4. Ongeza. Na mfanyakazi upya. - M.: "MISiS", 2002. - 360 p.
Maombi
Kiambatisho 1
Mtazamo wa jumla wa zilizopo za X-ray
Kiambatisho cha 2
Mpango wa bomba la X-ray kwa uchambuzi wa muundo
Mpango wa tube ya X-ray kwa uchambuzi wa muundo: 1 - kioo cha anode ya chuma (kawaida msingi); 2 - madirisha yaliyotengenezwa na beryllium kwa pato la x-ray; 3 - cathode ya thermionic; 4 - bulbu ya kioo, kutenganisha sehemu ya anode ya tube kutoka kwa cathode; 5 - vituo vya cathode, ambayo voltage ya filament hutumiwa, pamoja na juu (kuhusiana na anode) voltage; 6 - mfumo wa umeme kwa kuzingatia elektroni; 7 - anode (anticathode); 8 - mabomba ya tawi kwa pembejeo na pato la maji ya bomba baridi kioo anode.
Kiambatisho cha 3
Mchoro wa Moseley
Mchoro wa Moseley wa mfululizo wa K-, L- na M wa X-rays. Abscissa inaonyesha nambari ya serial ya kipengee Z, mratibu - ( Na ni kasi ya mwanga).
Kiambatisho cha 4
Chumba cha ionization.
Mtini.1. Sehemu ya chumba cha ionization ya cylindrical: 1 - mwili wa cylindrical wa chumba, ambayo hutumika kama electrode hasi; 2 - fimbo ya cylindrical inayotumika kama electrode nzuri; 3 - vihami.
Mchele. 2. Mpango wa kubadili chumba cha ionization ya sasa: V - voltage kwenye electrodes ya chumba; G ni galvanometer ambayo hupima sasa ya ionization.
Mchele. 3. Tabia ya sasa-voltage ya chumba cha ionization.
Mchele. 4. Mpango wa kubadili kwenye chumba cha ionization ya pulsed: C - capacitance ya electrode ya kukusanya; R ni upinzani.
Kiambatisho cha 5
Scintillation counter.
Mpango wa scintillation counter: mwanga quanta (photons) "kubisha nje" elektroni kutoka photocathode; kusonga kutoka kwa dynode hadi dynode, anguko la elektroni huongezeka.
Kiambatisho 6
Kaunta ya Geiger-Muller.
Mchele. 1. Mpango wa kioo counter Geiger-Muller: 1 - hermetically muhuri kioo tube; 2 - cathode (safu nyembamba ya shaba kwenye tube ya chuma cha pua); 3 - pato la cathode; 4 - anode (thread nyembamba iliyopigwa).
Mchele. 2. Mpango wa kubadili counter ya Geiger-Muller.
Mchele. 3. Tabia ya kuhesabu ya counter ya Geiger-Muller.
Kiambatisho cha 7
sawia counter.
Mpango wa kukabiliana na uwiano: a - eneo la drift ya elektroni; b - eneo la ukuzaji wa gesi.
Kiambatisho cha 8
Vigunduzi vya semiconductor
Vigunduzi vya semiconductor; eneo nyeti linaonyeshwa kwa kuangua; n - kanda ya semiconductor yenye conductivity ya elektroniki, p - na shimo, i - na uendeshaji wa ndani; a - kizuizi cha kizuizi cha uso cha silicon; b - drift germanium-lithium planar detector; c - detector ya germanium-lithium coaxial.
MUHADHARA
Mionzi ya X-RAY
Tabia ya X-rays
Bremsstrahlung X-ray, mali yake ya spectral.
Mionzi ya x-ray ya tabia (kwa ukaguzi).
Mwingiliano wa mionzi ya X-ray na jambo.
Msingi wa kimwili wa matumizi ya X-rays katika dawa.
X-rays (X - rays) iligunduliwa na K. Roentgen, ambaye mwaka wa 1895 akawa mshindi wa kwanza wa Nobel katika fizikia.
Tabia ya X-rays
mionzi ya x-ray - mawimbi ya umeme yenye urefu wa 80 hadi 10 -5 nm. Mionzi ya X-wave ya muda mrefu inafunikwa na mionzi ya UV ya wimbi fupi, na mionzi ya X-wave ya muda mfupi inafunikwa na mionzi ya muda mrefu ya .
X-rays hutolewa katika mirija ya x-ray. mtini.1.
K - cathode
1 - boriti ya elektroni
2 - mionzi ya X-ray
Mchele. 1. Kifaa cha bomba la X-ray.
Bomba ni chupa ya glasi (pamoja na utupu unaowezekana: shinikizo ndani yake ni karibu 10-6 mm Hg) na elektroni mbili: anode A na cathode K, ambayo voltage ya juu U (volts elfu kadhaa) hutumiwa. . Cathode ni chanzo cha elektroni (kutokana na uzushi wa utoaji wa thermionic). Anode ni fimbo ya chuma ambayo ina uso ulioelekezwa ili kuelekeza mionzi ya X-ray inayosababisha kwa pembe kwa mhimili wa bomba. Imetengenezwa kwa nyenzo zinazopitisha joto sana ili kuondoa joto linalozalishwa wakati wa bombardment ya elektroni. Juu ya mwisho wa beveled kuna sahani iliyofanywa kwa chuma cha refractory (kwa mfano, tungsten).
Kupokanzwa kwa nguvu kwa anode ni kutokana na ukweli kwamba idadi kuu ya elektroni kwenye boriti ya cathode, baada ya kugonga anode, hupata migongano mingi na atomi za dutu na kuhamisha kiasi kikubwa cha nishati kwao.
Chini ya hatua ya voltage ya juu, elektroni zinazotolewa na filament ya moto ya cathode huharakishwa kwa nishati ya juu. Nishati ya kinetic ya elektroni ni sawa na mv 2/2. Ni sawa na nishati ambayo hupata kwa kusonga katika uwanja wa umeme wa bomba:
mv 2/2 = eU(1)
ambapo m, e ni wingi wa elektroni na malipo, U ni voltage inayoongeza kasi.
Michakato inayoongoza kwa kuonekana kwa X-rays ya bremsstrahlung ni kutokana na kupungua kwa kasi kwa elektroni kwenye nyenzo ya anode na uwanja wa umeme wa kiini cha atomiki na elektroni za atomiki.
Utaratibu wa asili unaweza kuwakilishwa kama ifuatavyo. Elektroni zinazosonga ni aina fulani ya sasa inayounda uwanja wake wa sumaku. Kupungua kwa elektroni ni kupungua kwa nguvu za sasa na, ipasavyo, mabadiliko katika induction ya shamba la sumaku, ambayo itasababisha kuonekana kwa uwanja wa umeme unaobadilishana, i.e. kuonekana kwa wimbi la umeme.
Hivyo, chembe iliyochajiwa inaporuka ndani ya maada, hupungua mwendo, hupoteza nishati na kasi yake, na hutoa mawimbi ya sumakuumeme.
Tabia ya Spectral ya X-ray bremsstrahlung .
Kwa hivyo, katika kesi ya kupungua kwa elektroni kwenye nyenzo ya anode, mionzi ya bremsstrahlung.
Wigo wa bremsstrahlung ni endelevu. Sababu ya hii ni kama ifuatavyo.
Wakati elektroni zinapungua kasi, kila mmoja wao ana sehemu ya nishati inayotumiwa kuwasha anode (E 1 \u003d Q), sehemu nyingine kuunda picha ya X-ray (E 2 \u003d hv), vinginevyo, eU \u003d hv + Q. Uwiano kati ya sehemu hizi ni nasibu.
Kwa hivyo, wigo unaoendelea wa X-ray bremsstrahlung huundwa kwa sababu ya kupungua kwa elektroni nyingi, ambayo kila moja hutoa X-ray quantum hv (h) ya thamani iliyofafanuliwa madhubuti. Thamani ya quantum hii tofauti kwa elektroni tofauti. Utegemezi wa mtiririko wa nishati ya X-ray kwenye urefu wa wimbi , i.e. wigo wa X-ray unaonyeshwa kwenye Mchoro.2.
Mtini.2. Wigo wa Bremsstrahlung: a) kwa voltages tofauti U kwenye bomba; b) kwa joto tofauti T ya cathode.
Mionzi ya mawimbi mafupi (ngumu) ina nguvu kubwa ya kupenya kuliko mionzi ya mawimbi marefu (laini). Mionzi laini inafyonzwa kwa nguvu zaidi na maada.
Kutoka upande wa mawimbi mafupi, wigo huisha kwa ghafla kwa urefu fulani m i n. Bremsstrahlung ya urefu mfupi kama huo hutokea wakati nishati inayopatikana na elektroni kwenye uwanja unaoongeza kasi inabadilishwa kabisa kuwa nishati ya fotoni (Q = 0):
eU = hv max = hc/ min , min = hc/(eU), (2)
dakika (nm) = 1.23/UkV
Utungaji wa spectral wa mionzi inategemea voltage kwenye tube ya X-ray; kwa kuongezeka kwa voltage, thamani ya m i n mabadiliko kuelekea urefu mfupi wa wavelengths (Mchoro 2a).
Wakati joto la T la incandescence ya cathode linabadilika, uzalishaji wa elektroni huongezeka. Kwa hiyo, sasa mimi katika tube huongezeka, lakini muundo wa spectral wa mionzi haubadilika (Mchoro 2b).
Fluji ya nishati Ф ya bremsstrahlung inalingana moja kwa moja na mraba wa voltage U kati ya anode na cathode, nguvu ya sasa I kwenye bomba na nambari ya atomiki Z ya dutu ya anode:
Ф = kZU 2 I. (3)
ambapo k \u003d 10 -9 W / (V 2 A).
X-rays ya tabia (kwa kufahamiana).
Kuongezeka kwa voltage kwenye tube ya X-ray inaongoza kwa ukweli kwamba dhidi ya historia ya wigo unaoendelea, mstari unaonekana, unaofanana na tabia ya mionzi ya X-ray. Mionzi hii ni maalum kwa nyenzo za anode.
Utaratibu wa kutokea kwake ni kama ifuatavyo. Kwa voltage ya juu, elektroni zinazoharakishwa (zenye nishati ya juu) hupenya ndani kabisa ya atomi na kugonga elektroni kutoka kwa tabaka zake za ndani. Elektroni kutoka viwango vya juu hupita hadi mahali pa bure, kama matokeo ambayo picha za mionzi ya tabia hutolewa.
Upeo wa tabia ya mionzi ya X-ray hutofautiana na spectra ya macho.
- Usawa.
Usawa wa spectra ya tabia ni kutokana na ukweli kwamba tabaka za elektroni za ndani za atomi tofauti ni sawa na hutofautiana tu kwa nguvu kutokana na hatua ya nguvu kutoka kwa nuclei, ambayo huongezeka kwa kuongezeka kwa idadi ya kipengele. Kwa hivyo, tabia ya spectra hubadilika kuelekea masafa ya juu na kuongezeka kwa chaji ya nyuklia. Hii ilithibitishwa kwa majaribio na mfanyakazi wa Roentgen - Moseley, ambaye alipima masafa ya mpito ya X-ray kwa vipengele 33. Walitunga sheria.
SHERIA YA MOSELY – mzizi wa mraba wa mzunguko wa mionzi ya tabia ni kazi ya mstari wa nambari ya ordinal ya kipengele:
= A (Z - B), (4)
ambapo v ni mzunguko wa mstari wa spectral, Z ni nambari ya atomiki ya kipengele kinachotoa. A, B ni viambajengo.
Umuhimu wa sheria ya Moseley upo katika ukweli kwamba utegemezi huu unaweza kutumika kuamua kwa usahihi nambari ya atomiki ya kipengele kinachochunguzwa kutoka kwa mzunguko uliopimwa wa mstari wa X-ray. Hii ilichukua jukumu kubwa katika uwekaji wa vipengee kwenye jedwali la upimaji.
Kujitegemea kutoka kwa mchanganyiko wa kemikali.
Tabia ya X-ray ya atomi haitegemei kiwanja cha kemikali ambacho atomi ya kipengele huingia. Kwa mfano, wigo wa X-ray wa atomi ya oksijeni ni sawa kwa O 2, H 2 O, wakati spectra ya macho ya misombo hii inatofautiana. Kipengele hiki cha wigo wa x-ray ya atomi kilikuwa msingi wa jina " mionzi ya tabia".
Mwingiliano wa mionzi ya X-ray na jambo
Athari ya mionzi ya X-ray kwenye vitu imedhamiriwa na michakato ya msingi ya mwingiliano wa X-ray. photon na elektroni atomi na molekuli za maada.
Mionzi ya X-ray katika suala kufyonzwa au futa. Katika kesi hii, michakato mbalimbali inaweza kutokea, ambayo imedhamiriwa na uwiano wa nishati ya X-ray photon hv na nishati ya ionization Аu (nishati ya ionization Аu ni nishati inayohitajika ili kuondoa elektroni za ndani kutoka kwa atomi au molekuli).
a) Kueneza kwa madhubuti(kutawanyika kwa mionzi ya wimbi la muda mrefu) hutokea wakati uhusiano
Kwa fotoni, kwa sababu ya mwingiliano na elektroni, mwelekeo tu wa mabadiliko ya harakati (Mchoro 3a), lakini hv ya nishati na urefu wa wimbi hazibadilika (kwa hivyo, kueneza huku kunaitwa. madhubuti) Kwa kuwa nguvu za photon na atomi hazibadilika, kueneza kwa madhubuti hakuathiri vitu vya kibiolojia, lakini wakati wa kujenga ulinzi dhidi ya mionzi ya X-ray, mtu anapaswa kuzingatia uwezekano wa kubadilisha mwelekeo wa msingi wa boriti.
b) athari ya picha ya umeme hutokea wakati
Katika kesi hii, kesi mbili zinaweza kutekelezwa.
Photon inafyonzwa, elektroni imetengwa kutoka kwa atomi (Mchoro 3b). Ionization hutokea. Elektroni iliyojitenga hupata nishati ya kinetic: E k \u003d hv - A na. Ikiwa nishati ya kinetic ni kubwa, basi elektroni inaweza ionize atomi za jirani kwa mgongano, na kutengeneza mpya. sekondari elektroni.
Photon inafyonzwa, lakini nishati yake haitoshi kutenganisha elektroni, na msisimko wa atomi au molekuli(Kielelezo 3c). Hii mara nyingi husababisha utoaji wa baadae wa photon katika eneo la mionzi inayoonekana (luminescence ya X-ray), na katika tishu kwa uanzishaji wa molekuli na athari za photochemical. Athari ya upigaji picha hutokea hasa kwenye elektroni za ganda la ndani la atomi zilizo na Z ya juu.
katika) Kutawanyika bila mpangilio(Compton effect, 1922) hutokea wakati nishati ya photoni ni kubwa zaidi kuliko nishati ya ionization
Katika kesi hii, elektroni imetengwa kutoka kwa atomi (elektroni kama hizo huitwa recoil elektroni), hupata nishati ya kinetic E k, nishati ya fotoni yenyewe hupungua (Mchoro 4d):
hv=hv" + A na + E k. (5)
Mionzi inayotokana na mzunguko uliobadilishwa (urefu) inaitwa sekondari, inatawanyika pande zote.
Elektroni zinazorudi nyuma, ikiwa zina nishati ya kutosha ya kinetiki, zinaweza kuauni atomi za jirani kwa mgongano. Kwa hivyo, kama matokeo ya kueneza kwa usawa, mionzi ya X-ray iliyotawanyika ya sekondari huundwa na atomi za dutu hii ni ionized.
Taratibu hizi (a, b, c) zinaweza kusababisha idadi kadhaa inayofuata. Kwa mfano (Mchoro 3d), ikiwa wakati wa athari ya photoelectric elektroni hutolewa kutoka kwa atomi kwenye shells za ndani, basi elektroni kutoka ngazi za juu zinaweza kupita mahali pao, ambazo zinafuatana na tabia ya sekondari ya mionzi ya x-ray ya dutu hii. Picha za mionzi ya sekondari, inayoingiliana na elektroni za atomi za jirani, inaweza, kwa upande wake, kusababisha matukio ya sekondari.
mtawanyiko thabiti
uh 
nishati na urefu wa wimbi bado hazijabadilika
athari ya picha ya umeme
photon inafyonzwa, e - imefungwa kutoka kwa atomi - ionization
hv \u003d A na + E hadi
atomu A inasisimka inapofyonzwa na fotoni, R ni mwanga wa X-ray
utawanyiko usiofuatana
hv \u003d hv "+ A na + E hadi
michakato ya sekondari katika athari ya photoelectric
Mchele. 3 Taratibu za mwingiliano wa X-ray na jambo
Msingi wa kimwili wa matumizi ya X-rays katika dawa
Wakati X-rays inapoanguka kwenye mwili, inaonekana kidogo kutoka kwenye uso wake, lakini hasa hupita ndani, wakati inaingizwa kwa sehemu na kutawanyika, na hupita kwa sehemu.
Sheria ya kudhoofisha.
Flux ya X-ray imepunguzwa katika suala kulingana na sheria:
F \u003d F 0 e - x (6)
ambapo ni mstari sababu ya kupunguza, ambayo kimsingi inategemea msongamano wa dutu. Ni sawa na jumla ya istilahi tatu zinazolingana na mtawanyiko thabiti 1, usiofuatana 2 na athari ya fotoelectric 3:
= 1 + 2 + 3 . (7)
Mchango wa kila neno hutambuliwa na nishati ya photon. Chini ni uwiano wa taratibu hizi kwa tishu laini (maji).
|
Nishati, keV |
athari ya picha ya umeme |
Compton - athari |
kufurahia mgawo wa kupungua kwa wingi, ambayo haitegemei msongamano wa dutu :
m = /. (nane)
Mgawo wa upunguzaji wa wingi hutegemea nishati ya fotoni na nambari ya atomiki ya dutu ya kunyonya:
m = k 3 Z 3 . (9)
Viwango vya kupunguza uzito vya mfupa na tishu laini (maji) ni tofauti: m mfupa / m maji = 68.
Ikiwa mwili usio na homogeneous umewekwa kwenye njia ya X-rays na skrini ya fluorescent imewekwa mbele yake, basi mwili huu, kunyonya na kupunguza mionzi, hufanya kivuli kwenye skrini. Kwa asili ya kivuli hiki, mtu anaweza kuhukumu sura, wiani, muundo, na katika hali nyingi asili ya miili. Wale. tofauti kubwa katika ngozi ya mionzi ya x-ray na tishu tofauti inakuwezesha kuona picha ya viungo vya ndani katika makadirio ya kivuli.
Ikiwa chombo kilicho chini ya utafiti na tishu zinazozunguka kwa usawa hupunguza x-rays, basi mawakala wa kulinganisha hutumiwa. Kwa hiyo, kwa mfano, kujaza tumbo na matumbo kwa wingi wa mushy wa sulfate ya bariamu (BaSO 4), mtu anaweza kuona picha yao ya kivuli (uwiano wa coefficients ya attenuation ni 354).
Tumia katika dawa.
Katika dawa, mionzi ya X-ray yenye nishati ya photon kutoka 60 hadi 100-120 keV hutumiwa kwa uchunguzi na 150-200 keV kwa tiba.
Uchunguzi wa X-ray – Utambuzi wa magonjwa kwa kupitisha mwili kwa X-rays.
Uchunguzi wa X-ray hutumiwa katika chaguzi mbalimbali, ambazo zimepewa hapa chini.
Pamoja na fluoroscopy bomba la x-ray iko nyuma ya mgonjwa. Mbele yake kuna skrini ya fluorescent. Kuna picha ya kivuli (chanya) kwenye skrini. Katika kila kesi ya mtu binafsi, ugumu unaofaa wa mionzi huchaguliwa ili ipite kupitia tishu za laini, lakini inachukuliwa kwa kutosha na mnene. Vinginevyo, kivuli cha sare kinapatikana. Kwenye skrini, moyo, mbavu zinaonekana giza, mapafu ni nyepesi.
Wakati radiografia kitu kinawekwa kwenye kanda, ambayo ina filamu yenye emulsion maalum ya picha. Bomba la X-ray limewekwa juu ya kitu. Radiograph inayotokana inatoa picha mbaya, i.e. kinyume chake tofauti na picha iliyozingatiwa wakati wa kuangaza. Kwa njia hii, kuna uwazi zaidi wa picha kuliko katika (1), kwa hiyo, maelezo yanazingatiwa ambayo ni vigumu kuona wakati wa kupitishwa.
Lahaja ya kuahidi ya njia hii ni X-ray tomografia na "toleo la mashine" - kompyuta tomografia.
3. Na fluoroscopy, Kwenye filamu nyeti ya umbizo ndogo, picha kutoka kwa skrini kubwa imewekwa. Inapotazamwa, picha huchunguzwa kwenye kikuza maalum.
Tiba ya X-ray- matumizi ya X-rays kuharibu tumors mbaya.
Athari ya kibaolojia ya mionzi ni kuvuruga shughuli muhimu, hasa seli zinazozidisha kwa kasi.
TOMOGRAFI YA KOMPYUTA (CT)
Njia ya X-ray computed tomography inategemea ujenzi wa picha ya sehemu fulani ya mwili wa mgonjwa kwa kusajili idadi kubwa ya makadirio ya X-ray ya sehemu hii, iliyofanywa kwa pembe tofauti. Taarifa kutoka kwa sensorer zinazosajili makadirio haya huingia kwenye kompyuta, ambayo, kulingana na programu maalum mahesabu usambazaji kukazwasaizi ya sampuli katika sehemu iliyochunguzwa na kuionyesha kwenye skrini ya kuonyesha. Picha ya sehemu ya mwili wa mgonjwa iliyopatikana kwa njia hii ina sifa ya uwazi bora na maudhui ya juu ya habari. Mpango utapata Ongeza tofauti ya picha katika kadhaa na hata mamia ya nyakati. Hii huongeza uwezo wa uchunguzi wa njia.
Wapiga picha za video (vifaa vilivyo na usindikaji wa picha ya X-ray) katika meno ya kisasa.
Katika meno, uchunguzi wa X-ray ni njia kuu ya uchunguzi. Hata hivyo, idadi ya vipengele vya kitamaduni vya shirika na kiufundi vya uchunguzi wa X-ray hufanya kuwa sio vizuri kabisa kwa mgonjwa na kliniki za meno. Hii ni, kwanza kabisa, haja ya mgonjwa kuwasiliana na mionzi ya ionizing, ambayo mara nyingi hujenga mzigo mkubwa wa mionzi kwenye mwili, pia ni haja ya photoprocess, na, kwa hiyo, haja ya photoreagents, ikiwa ni pamoja na. zenye sumu. Hii ni, hatimaye, kumbukumbu kubwa, folda nzito na bahasha na filamu za x-ray.
Kwa kuongeza, kiwango cha sasa cha maendeleo ya daktari wa meno hufanya tathmini ya kibinafsi ya radiographs na jicho la mwanadamu haitoshi. Kama ilivyotokea, ya aina ya vivuli vya kijivu vilivyomo kwenye picha ya x-ray, jicho huona 64 tu.
Kwa wazi, ili kupata picha ya wazi na ya kina ya tishu ngumu za mfumo wa dentoalveolar na mfiduo mdogo wa mionzi, ufumbuzi mwingine unahitajika. Utafutaji huo ulisababisha kuundwa kwa mifumo inayoitwa radiografia, wapiga picha za video - mifumo ya radiografia ya dijiti.
Bila maelezo ya kiufundi, kanuni ya uendeshaji wa mifumo hiyo ni kama ifuatavyo. Mionzi ya X-ray huingia kupitia kitu sio kwenye filamu ya picha, lakini kwenye sensor maalum ya intraoral (matrix maalum ya elektroniki). Ishara inayolingana kutoka kwa tumbo hupitishwa kwa kifaa cha dijiti (kibadilishaji cha analog-to-digital, ADC) ambacho huibadilisha kuwa fomu ya dijiti na kuunganishwa kwenye kompyuta. Programu maalum huunda picha ya x-ray kwenye skrini ya kompyuta na hukuruhusu kuichakata, kuihifadhi kwenye njia ngumu au rahisi ya kuhifadhi (gari ngumu, diski za floppy), ichapishe kama picha kama faili.
Katika mfumo wa kidijitali, picha ya eksirei ni mkusanyiko wa nukta zenye thamani tofauti za rangi ya kijivu ya dijiti. Uboreshaji wa onyesho la habari unaotolewa na programu hurahisisha kupata fremu bora zaidi kulingana na mwangaza na utofautishaji kwa kipimo cha chini cha mionzi.
Katika mifumo ya kisasa, iliyoundwa, kwa mfano, na Trophy (Ufaransa) au Schick (USA), vivuli 4096 vya kijivu hutumiwa wakati wa kuunda sura, wakati wa mfiduo hutegemea kitu cha utafiti na, kwa wastani, ni mia - kumi ya pili, kupungua kwa mfiduo wa mionzi kuhusiana na filamu - hadi 90% kwa mifumo ya intraoral, hadi 70% kwa wapiga picha za video za panoramic.
Wakati wa kuchakata picha, wapiga picha wa video huruhusu:
Pata picha nzuri na hasi, picha za rangi za uongo, picha zilizopigwa.
Ongeza utofautishaji na ukuze eneo la kupendezwa na picha.
Tathmini mabadiliko katika wiani wa tishu za meno na miundo ya mfupa, kudhibiti usawa wa kujaza mfereji.
Katika endodontics, tambua urefu wa mfereji wa curvature yoyote, na katika upasuaji, chagua ukubwa wa implant kwa usahihi wa 0.1 mm.
Mfumo wa pekee wa detector ya Caries na vipengele vya akili ya bandia wakati wa uchambuzi wa picha inakuwezesha kuchunguza caries katika hatua ya stain, caries ya mizizi na caries iliyofichwa.
"F" katika fomula (3) inarejelea safu nzima ya urefu wa mawimbi yenye mionzi na mara nyingi hujulikana kama "Integral Energy Flux".
Ugunduzi na sifa katika utafiti wa mali ya msingi ya X-rays ni ya mwanasayansi wa Ujerumani Wilhelm Conrad Roentgen. Mali ya kushangaza ya X-rays iliyogunduliwa naye mara moja ilipata majibu makubwa katika ulimwengu wa kisayansi. Ingawa wakati huo, nyuma mnamo 1895, mwanasayansi hakuweza kufikiria ni faida gani, na wakati mwingine madhara, X-rays inaweza kuleta.
Hebu tujue katika makala hii jinsi aina hii ya mionzi inathiri afya ya binadamu.
Mionzi ya x-ray ni nini
Swali la kwanza lililomvutia mtafiti lilikuwa ni mionzi ya X-ray ni nini? Majaribio kadhaa yalifanya iwezekane kuthibitisha kuwa hii ni mionzi ya sumakuumeme yenye urefu wa mawimbi ya cm 10 -8, ambayo inachukua nafasi ya kati kati ya mionzi ya ultraviolet na gamma.
Utumiaji wa X-rays
Vipengele hivi vyote vya madhara ya uharibifu wa X-rays ya ajabu havizuii kabisa vipengele vya kushangaza vya maombi yao. X-rays inatumika wapi?
- Utafiti wa muundo wa molekuli na fuwele.
- Utambuzi wa kasoro ya X-ray (katika tasnia, kugundua kasoro katika bidhaa).
- Mbinu za utafiti wa matibabu na matibabu.
Maombi muhimu zaidi ya X-rays yamewezekana kwa sababu ya urefu mfupi sana wa safu nzima ya mawimbi haya na mali zao za kipekee.
Kwa kuwa tunavutiwa na athari za mionzi ya X-ray kwa watu wanaokutana nayo tu wakati wa uchunguzi wa matibabu au matibabu, basi tutazingatia eneo hili la utumiaji wa X-rays.
Matumizi ya x-rays katika dawa
Licha ya umuhimu maalum wa ugunduzi wake, Roentgen hakuchukua hataza ya matumizi yake, na kuifanya kuwa zawadi yenye thamani kwa wanadamu wote. Tayari katika Vita vya Kwanza vya Kidunia, vitengo vya X-ray vilianza kutumiwa, ambayo ilifanya iwezekanavyo kutambua haraka na kwa usahihi waliojeruhiwa. Sasa tunaweza kutofautisha maeneo mawili kuu ya matumizi ya x-rays katika dawa:
- uchunguzi wa X-ray;
- matibabu ya x-ray.
Uchunguzi wa X-ray
Uchunguzi wa X-ray hutumiwa katika chaguzi mbalimbali:
Hebu tuangalie tofauti kati ya njia hizi.
Mbinu hizi zote za uchunguzi zinatokana na uwezo wa eksirei kuangazia filamu na upenyezaji wao tofauti kwa tishu na mifupa ya mifupa.
Tiba ya X-ray
Uwezo wa X-rays kuwa na athari ya kibiolojia kwenye tishu hutumiwa katika dawa kwa ajili ya matibabu ya tumors. Athari ya ionizing ya mionzi hii inaonyeshwa kikamilifu katika athari kwenye seli zinazogawanyika kwa kasi, ambazo ni seli za tumors mbaya.
Hata hivyo, unapaswa pia kuwa na ufahamu wa madhara ambayo inevitably kuandamana radiotherapy. Ukweli ni kwamba seli za hematopoietic, endocrine, na mifumo ya kinga pia hugawanyika kwa kasi. Athari mbaya juu yao husababisha dalili za ugonjwa wa mionzi.
Athari za mionzi ya X-ray kwa wanadamu
Muda mfupi baada ya ugunduzi wa ajabu wa X-rays, iligunduliwa kwamba X-rays ilikuwa na athari kwa wanadamu.
Data hizi zilipatikana katika majaribio ya wanyama wa majaribio, hata hivyo, wanajeni wanapendekeza kwamba athari sawa zinaweza kutumika kwa mwili wa binadamu.
Utafiti wa athari za mfiduo wa X-ray umesababisha maendeleo ya viwango vya kimataifa vya viwango vya kukubalika vya mionzi.
Vipimo vya mionzi ya x-ray katika uchunguzi wa x-ray
Baada ya kutembelea chumba cha X-ray, wagonjwa wengi wana wasiwasi - jinsi kipimo kilichopokelewa cha mionzi kitaathiri afya zao?
Kiwango cha mionzi ya jumla ya mwili inategemea asili ya utaratibu. Kwa urahisi, tutalinganisha kipimo kilichopokelewa na mfiduo wa asili, ambao unaambatana na mtu katika maisha yake yote.
- X-ray: kifua - kipimo kilichopokelewa cha mionzi ni sawa na siku 10 za mfiduo wa nyuma; tumbo la juu na utumbo mdogo - miaka 3.
- Tomography ya kompyuta ya cavity ya tumbo na pelvis, pamoja na mwili mzima - miaka 3.
- Mammografia - miezi 3.
- Radiografia ya mwisho haina madhara kabisa.
- Kuhusiana na x-rays ya meno, kipimo cha mionzi ni kidogo, kwani mgonjwa huwekwa wazi kwa boriti nyembamba ya eksirei na muda mfupi wa mionzi.
Vipimo hivi vya mionzi vinakidhi viwango vinavyokubalika, lakini ikiwa mgonjwa anahisi wasiwasi kabla ya X-ray, ana haki ya kuomba apron maalum ya kinga.
Mfiduo wa X-rays kwa wanawake wajawazito
Kila mtu anapaswa kufanyiwa uchunguzi wa X-ray mara kwa mara. Lakini kuna sheria - njia hii ya uchunguzi haiwezi kuagizwa kwa wanawake wajawazito. Kiinitete kinachokua kiko hatarini sana. X-rays inaweza kusababisha ukiukwaji wa kromosomu na, kwa sababu hiyo, kuzaliwa kwa watoto wenye kasoro. Walio hatarini zaidi katika suala hili ni umri wa ujauzito hadi wiki 16. Aidha, hatari zaidi kwa mtoto ujao ni x-ray ya mgongo, pelvic na mikoa ya tumbo.
Kwa kujua juu ya athari mbaya za eksirei kwenye ujauzito, madaktari huepuka kuitumia kwa kila njia wakati wa kipindi hiki muhimu katika maisha ya mwanamke.
Walakini, kuna vyanzo vya upande vya X-rays:
- darubini za elektroni;
- rangi za kinescope za TV, nk.
Akina mama wajawazito wanapaswa kufahamu hatari inayoletwa nao.
Kwa mama wauguzi, radiodiagnosis sio hatari.
Nini cha kufanya baada ya x-ray
Ili kuepuka athari ndogo za mfiduo wa X-ray, hatua rahisi zinaweza kuchukuliwa:
- baada ya x-ray, kunywa glasi ya maziwa - huondoa dozi ndogo za mionzi;
- rahisi sana kuchukua glasi ya divai kavu au juisi ya zabibu;
- muda baada ya utaratibu, ni muhimu kuongeza uwiano wa vyakula na maudhui ya juu ya iodini (dagaa).
Lakini, hakuna taratibu za matibabu au hatua maalum zinazohitajika ili kuondoa mionzi baada ya x-ray!
Licha ya matokeo mabaya bila shaka ya yatokanayo na X-rays, mtu haipaswi kuzidi hatari yao wakati wa uchunguzi wa matibabu - hufanyika tu katika maeneo fulani ya mwili na kwa haraka sana. Faida zao mara nyingi huzidi hatari ya utaratibu huu kwa mwili wa binadamu.
Mionzi ya X-ray (sawa na X-rays) ina anuwai ya urefu wa mawimbi (kutoka 8 · 10 -6 hadi 10 -12 cm). Mionzi ya X-ray hutokea wakati chembe za kushtakiwa, mara nyingi elektroni, zinapungua katika uwanja wa umeme wa atomi za dutu. Quanta inayosababisha ina nguvu tofauti na huunda wigo unaoendelea. Upeo wa nishati ya photoni katika wigo huo ni sawa na nishati ya elektroni za tukio. Katika (tazama) nishati ya juu ya X-ray quanta, iliyoonyeshwa kwa kiloelectron-volts, ni nambari sawa na ukubwa wa voltage inayotumiwa kwenye tube, iliyoonyeshwa kwa kilovolts. Wakati wa kupitia dutu, X-rays huingiliana na elektroni za atomi zake. Kwa quanta ya X-ray yenye nishati hadi 100 keV, aina ya tabia zaidi ya mwingiliano ni athari ya photoelectric. Kama matokeo ya mwingiliano kama huo, nishati ya quantum hutumiwa kabisa katika kuvuta elektroni kutoka kwa ganda la atomiki na kuipatia nishati ya kinetic. Kwa kuongezeka kwa nishati ya quantum ya X-ray, uwezekano wa athari ya picha hupungua na mchakato wa kueneza kwa quanta kwenye elektroni za bure, kinachojulikana kama athari ya Compton, inakuwa kubwa. Kama matokeo ya mwingiliano kama huo, elektroni ya sekondari pia huundwa na, kwa kuongeza, quantum huruka na nishati ya chini kuliko nishati ya quantum ya msingi. Ikiwa nishati ya quantum ya X-ray inazidi megaelectron-volt moja, kinachojulikana athari ya kuunganisha inaweza kutokea, ambayo elektroni na positron huundwa (tazama). Kwa hiyo, wakati wa kupitia dutu, nishati ya mionzi ya X-ray hupungua, yaani, kiwango chake hupungua. Kwa kuwa kiasi cha chini cha nishati kina uwezekano mkubwa wa kufyonzwa katika kesi hii, mionzi ya X-ray hutajiriwa na quanta ya juu ya nishati. Mali hii ya mionzi ya X-ray hutumiwa kuongeza nishati ya wastani ya quanta, yaani, kuongeza rigidity yake. Kuongezeka kwa ugumu wa mionzi ya X-ray hupatikana kwa kutumia filters maalum (tazama). Mionzi ya X-ray hutumiwa kwa uchunguzi wa X-ray (tazama) na (tazama). Tazama pia mionzi ya ionizing.
Mionzi ya X-ray (kisawe: eksirei, eksirei) - mionzi ya sumakuumeme ya quantum yenye urefu wa mawimbi ya 250 hadi 0.025 A (au quanta ya nishati kutoka 5 10 -2 hadi 5 10 2 keV). Mnamo 1895, iligunduliwa na V.K. Roentgen. Eneo la spectral la mionzi ya sumakuumeme iliyo karibu na mionzi ya x-ray, ambayo quanta ya nishati inazidi keV 500, inaitwa mionzi ya gamma (tazama); mionzi, ambayo quanta ya nishati iko chini ya 0.05 keV, ni mionzi ya ultraviolet (tazama).
Kwa hivyo, kuwakilisha sehemu ndogo ya wigo mkubwa wa mionzi ya umeme, ambayo ni pamoja na mawimbi ya redio na mwanga unaoonekana, mionzi ya X-ray, kama mionzi yoyote ya umeme, huenea kwa kasi ya mwanga (karibu 300,000 km / s katika utupu. ) na ina sifa ya urefu wa wimbi λ (umbali ambao mionzi huenea katika kipindi kimoja cha oscillation). Mionzi ya X-ray pia ina idadi ya mali nyingine za wimbi (refraction, kuingiliwa, diffraction), lakini ni vigumu zaidi kuziangalia kuliko mionzi ya muda mrefu wa wimbi: mwanga unaoonekana, mawimbi ya redio.
Mtazamo wa X-ray: a1 - wigo unaoendelea wa bremsstrahlung saa 310 kV; a - wigo wa bremsstrahlung unaoendelea kwa 250 kV, a1 - wigo unaochujwa na 1 mm Cu, a2 - wigo unaochujwa na 2 mm Cu, b - K-mfululizo wa mstari wa tungsten.
Ili kuzalisha x-rays, zilizopo za x-ray hutumiwa (tazama), ambayo mionzi hutokea wakati elektroni za haraka zinaingiliana na atomi za dutu ya anode. Kuna aina mbili za eksirei: bremsstrahlung na tabia. Mionzi ya X-ray ya Bremsstrahlung, ambayo ina wigo unaoendelea, ni sawa na mwanga mweupe wa kawaida. Usambazaji wa ukali kulingana na urefu wa wimbi (Mchoro.) unawakilishwa na curve yenye upeo wa juu; kwa mwelekeo wa mawimbi marefu, curve huanguka kwa upole, na kwa mwelekeo wa mawimbi mafupi, hupanda kwa kasi na kukatika kwa urefu fulani wa wavelength (λ0), inayoitwa mpaka wa urefu mfupi wa wigo unaoendelea. Thamani ya λ0 ni kinyume chake na voltage kwenye bomba. Bremsstrahlung inatokana na mwingiliano wa elektroni za haraka na viini vya atomiki. Nguvu ya bremsstrahlung inalingana moja kwa moja na nguvu ya anode ya sasa, mraba wa voltage ya bomba, na nambari ya atomiki (Z) ya nyenzo ya anode.
Ikiwa nishati ya elektroni iliyoharakishwa kwenye bomba la X-ray inazidi thamani muhimu kwa dutu ya anode (nishati hii imedhamiriwa na voltage ya tube Vcr, ambayo ni muhimu kwa dutu hii), basi mionzi ya tabia hutokea. Wigo wa tabia ni mstari, mistari yake ya spectral huunda safu, iliyoonyeshwa na herufi K, L, M, N.
Mfululizo wa K ni wavelength fupi zaidi, safu ya L ni urefu mrefu wa wimbi, safu ya M na N huzingatiwa tu katika vitu vizito (Vcr ya tungsten kwa safu ya K ni 69.3 kv, kwa safu ya L - 12.1 kv). Mionzi ya tabia hutokea kama ifuatavyo. Elektroni za haraka huondoa elektroni za atomiki kutoka kwa maganda ya ndani. Atomu inasisimka na kisha inarudi kwenye hali ya chini. Katika kesi hii, elektroni kutoka kwa ganda la nje, lililofungwa kidogo hujaza nafasi zilizoachwa kwenye ganda la ndani, na picha za mionzi ya tabia na nishati sawa na tofauti kati ya nguvu za atomi katika hali ya msisimko na ya ardhini hutolewa. Tofauti hii (na hivyo nishati ya photon) ina thamani fulani, tabia ya kila kipengele. Jambo hili ni msingi wa uchambuzi wa spectral wa X-ray wa vipengele. Takwimu inaonyesha wigo wa mstari wa tungsten dhidi ya historia ya wigo unaoendelea wa bremsstrahlung.
Nishati ya elektroni iliyoharakishwa kwenye bomba la X-ray inabadilishwa karibu kabisa kuwa nishati ya joto (anode inapokanzwa sana katika kesi hii), ni sehemu tu isiyo na maana (karibu 1% kwa voltage karibu na 100 kV) inabadilishwa kuwa nishati ya bremsstrahlung. .
Matumizi ya x-rays katika dawa inategemea sheria za ngozi ya x-rays kwa suala. Kunyonya kwa x-rays ni huru kabisa na mali ya macho ya nyenzo za kunyonya. Kioo cha risasi kisicho na rangi na uwazi kinachotumiwa kuwalinda wafanyikazi katika vyumba vya X-ray huchukua X-rays karibu kabisa. Kinyume chake, karatasi ambayo haina uwazi kwa mwanga haipunguzi X-rays.
Kiwango cha homogeneous (yaani, urefu fulani wa wimbi) boriti ya X-ray, wakati wa kupita kwenye safu ya kunyonya, hupungua kwa mujibu wa sheria ya kielelezo (e-x), ambapo e ni msingi wa logarithms asili (2.718), na x-exponent x ni sawa na bidhaa ya mgawo wa kupunguza wingi (μ / p) cm 2 / g kwa unene wa kunyonya katika g / cm 2 (hapa p ni msongamano wa dutu katika g / cm 3). X-rays hupunguzwa na kutawanyika na kunyonya. Ipasavyo, mgawo wa kupunguza wingi ni jumla ya mgawo wa kunyonya na kutawanya. Mgawo wa kunyonya kwa wingi huongezeka kwa kasi kwa kuongezeka kwa nambari ya atomiki (Z) ya kinyonyaji (sawa na Z3 au Z5) na kwa kuongezeka kwa urefu wa wimbi (sawia na λ3). Utegemezi huu juu ya urefu wa wimbi huzingatiwa ndani ya bendi za kunyonya, kwenye mipaka ambayo maonyesho ya mgawo yanaruka.
Mgawo wa kutawanya wingi huongezeka kwa kuongezeka kwa idadi ya atomiki ya dutu hii. Kwa λ≥0,3Å mgawo wa kutawanya hautegemei urefu wa wimbi, kwa λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.
Kupungua kwa mgawo wa kunyonya na kutawanya kwa kupungua kwa urefu wa wimbi husababisha kuongezeka kwa nguvu ya kupenya ya X-rays. Mgawo wa kunyonya kwa wingi kwa mifupa [ufyonzwaji hasa kutokana na Ca 3 (PO 4) 2 ] ni karibu mara 70 zaidi ya tishu laini, ambapo ufyonzwaji hutokana hasa na maji. Hii inaelezea kwa nini kivuli cha mifupa kinasimama kwa kasi kwenye radiographs dhidi ya historia ya tishu za laini.
Uenezaji wa boriti ya X-ray isiyo na usawa kupitia njia yoyote, pamoja na kupungua kwa nguvu, inaambatana na mabadiliko katika muundo wa spectral, mabadiliko katika ubora wa mionzi: sehemu ya wimbi la muda mrefu ya wigo inafyonzwa. kiwango kikubwa kuliko sehemu ya wimbi fupi, mionzi inakuwa sare zaidi. Kuchuja sehemu ya urefu wa mawimbi ya wigo hufanya iwezekanavyo kuboresha uwiano kati ya kipimo cha kina na cha uso wakati wa matibabu ya X-ray ya foci iliyo ndani kabisa ya mwili wa binadamu (angalia vichungi vya X-ray). Ili kuashiria ubora wa boriti ya X-ray isiyo na homogeneous, dhana ya "safu ya nusu ya attenuation (L)" hutumiwa - safu ya dutu ambayo hupunguza mionzi kwa nusu. Unene wa safu hii inategemea voltage kwenye bomba, unene na nyenzo za chujio. Cellophane (hadi nishati ya 12 keV), alumini (20-100 keV), shaba (60-300 keV), risasi, na shaba (>300 keV) hutumiwa kupima tabaka za nusu za kupunguza. Kwa X-rays zinazozalishwa kwa voltages 80-120 kV, 1 mm ya shaba ni sawa na uwezo wa kuchuja hadi 26 mm ya alumini, 1 mm ya risasi ni sawa na 50.9 mm ya alumini.
Kunyonya na kutawanyika kwa X-rays ni kutokana na sifa zake za corpuscular; X-rays huingiliana na atomi kama mkondo wa corpuscles (chembe) - fotoni, ambayo kila moja ina nishati fulani (kinyume chake sawia na urefu wa X-ray). Aina ya nishati ya picha za X-ray ni 0.05-500 keV.
Kunyonya kwa mionzi ya X-ray ni kutokana na athari ya photoelectric: ngozi ya photon na shell ya elektroni inaambatana na ejection ya elektroni. Atomi inasisimua na, inarudi kwenye hali ya chini, hutoa mionzi ya tabia. Photoelectron iliyotolewa hubeba nishati yote ya fotoni (kuondoa nishati ya kuunganisha ya elektroni katika atomi).
Kueneza kwa mionzi ya X-ray ni kutokana na elektroni za kati ya kutawanya. Kuna kutawanyika classical (wavelength ya mionzi haibadilika, lakini mwelekeo wa mabadiliko ya uenezi) na kutawanyika na mabadiliko ya wavelength - athari Compton (wavelength ya mionzi iliyotawanyika ni kubwa zaidi kuliko tukio moja). Katika kesi ya mwisho, fotoni hufanya kama mpira unaosonga, na kutawanyika kwa picha hufanyika, kulingana na usemi wa mfano wa Comnton, kama kucheza billiards na fotoni na elektroni: kugongana na elektroni, fotoni huhamisha sehemu ya nishati yake kwake. na hutawanya, kuwa tayari na nishati kidogo (kwa mtiririko huo, urefu wa wimbi la mionzi iliyotawanyika huongezeka), elektroni huruka nje ya atomi na nishati ya kurejesha (elektroni hizi huitwa elektroni za Compton, au elektroni za recoil). Kunyonya kwa nishati ya X-ray hutokea wakati wa kuundwa kwa elektroni za sekondari (Compton na photoelectrons) na uhamisho wa nishati kwao. Nishati ya mionzi ya X iliyohamishwa kwa kitengo cha molekuli ya dutu huamua kipimo cha kufyonzwa cha X-rays. Kitengo cha kipimo hiki 1 rad inalingana na 100 erg/g. Kutokana na nishati iliyoingizwa katika dutu ya absorber, idadi ya michakato ya sekondari hutokea ambayo ni muhimu kwa dosimetry ya X-ray, kwa kuwa ni juu yao kwamba mbinu za kipimo cha X-ray zinatokana. (angalia Dosimetry).
Gesi zote na vinywaji vingi, semiconductors na dielectri, chini ya hatua ya X-rays, huongeza conductivity ya umeme. Conductivity hupatikana kwa vifaa bora vya kuhami: parafini, mica, mpira, amber. Mabadiliko ya conductivity ni kutokana na ionization ya kati, yaani, mgawanyiko wa molekuli zisizo na upande katika ions chanya na hasi (ionization huzalishwa na elektroni za sekondari). Ionization katika hewa hutumiwa kuamua kipimo cha mfiduo wa mionzi ya X-ray (kipimo hewani), ambayo hupimwa kwa roentgens (tazama Vipimo vya Mionzi ya Ionizing). Kwa kipimo cha 1 r, kipimo cha kufyonzwa katika hewa ni 0.88 rad.
Chini ya hatua ya X-rays, kama matokeo ya msisimko wa molekuli ya dutu (na wakati wa kuunganishwa tena kwa ions), katika hali nyingi mwanga unaoonekana wa dutu husisimua. Kwa kiwango cha juu cha mionzi ya X-ray, mwanga unaoonekana wa hewa, karatasi, parafini, nk huzingatiwa (metali ni ubaguzi). Mavuno ya juu zaidi ya mwanga unaoonekana hutolewa na fosforasi kama vile Zn·CdS·Ag-fosforasi na zingine zinazotumiwa kwa skrini katika fluoroscopy.
Chini ya hatua ya X-rays, michakato mbalimbali ya kemikali inaweza pia kufanyika katika dutu: mtengano wa halidi za fedha (athari ya picha inayotumiwa katika X-rays), mtengano wa maji na ufumbuzi wa maji wa peroxide ya hidrojeni, mabadiliko katika hali ya hewa. mali ya celluloid (mawingu na kutolewa kwa camphor), parafini (mawingu na blekning) .
Kama matokeo ya ubadilishaji kamili, nishati yote ya X-ray inayofyonzwa na dutu ya ajizi ya kemikali inabadilishwa kuwa joto. Upimaji wa kiasi kidogo sana cha joto huhitaji mbinu nyeti sana, lakini ndiyo njia kuu ya vipimo kamili vya X-rays.
Madhara ya pili ya kibayolojia kutokana na kufichuliwa kwa eksirei ndio msingi wa matibabu ya radiotherapy (tazama). X-rays, quanta ambayo ni 6-16 keV (wavelengths ufanisi kutoka 2 hadi 5 Å), ni karibu kabisa kufyonzwa na integument ngozi ya tishu ya mwili wa binadamu; inaitwa miale ya mipaka, au wakati mwingine miale ya Bucca (tazama miale ya Bucca). Kwa matibabu ya kina ya X-ray, mionzi iliyochujwa ngumu na quanta ya nishati yenye ufanisi kutoka 100 hadi 300 keV hutumiwa.
Athari ya kibaolojia ya mionzi ya x-ray inapaswa kuzingatiwa sio tu katika matibabu ya x-ray, lakini pia katika uchunguzi wa x-ray, na pia katika matukio mengine yote ya kuwasiliana na x-rays ambayo yanahitaji matumizi ya ulinzi wa mionzi. tazama).
Mionzi ya X-RAY
mionzi isiyoonekana yenye uwezo wa kupenya, ingawa kwa viwango tofauti, vitu vyote. Ni mionzi ya sumakuumeme yenye urefu wa mawimbi ya takriban sm 10-8. Kama vile mwanga unaoonekana, mionzi ya eksirei husababisha filamu ya picha kuwa nyeusi. Mali hii ni ya umuhimu mkubwa kwa dawa, tasnia na utafiti wa kisayansi. Kupitia kitu kilichochunguzwa na kisha kuanguka kwenye filamu, mionzi ya X-ray inaonyesha muundo wake wa ndani juu yake. Kwa kuwa nguvu ya kupenya ya mionzi ya X-ray ni tofauti kwa vifaa tofauti, sehemu za kitu ambazo hazina uwazi kidogo kwake hutoa maeneo angavu zaidi kwenye picha kuliko yale ambayo mionzi hupenya vizuri. Kwa hivyo, tishu za mfupa hazina uwazi kwa eksirei kuliko tishu zinazounda ngozi na viungo vya ndani. Kwa hiyo, kwenye radiograph, mifupa itaonyeshwa kama maeneo nyepesi na tovuti ya fracture, ambayo ni wazi zaidi kwa mionzi, inaweza kugunduliwa kwa urahisi kabisa. Picha ya X-ray pia hutumiwa katika daktari wa meno kugundua caries na jipu kwenye mizizi ya meno, na vile vile katika tasnia kugundua nyufa za kutu, plastiki na raba. X-rays hutumiwa katika kemia kuchambua misombo na katika fizikia kujifunza muundo wa fuwele. Boriti ya X-ray inayopitia kiwanja cha kemikali husababisha mionzi ya sekondari ya tabia, uchambuzi wa spectroscopic ambayo inaruhusu duka la dawa kuamua muundo wa kiwanja. Wakati wa kuanguka kwenye dutu ya fuwele, boriti ya X-ray hutawanyika na atomi za kioo, ikitoa muundo wa wazi, wa kawaida wa matangazo na kupigwa kwenye sahani ya picha, ambayo inafanya uwezekano wa kuanzisha muundo wa ndani wa kioo. Matumizi ya X-rays katika matibabu ya saratani inategemea ukweli kwamba huua seli za saratani. Walakini, inaweza pia kuwa na athari isiyofaa kwenye seli za kawaida. Kwa hiyo, tahadhari kali lazima ifanyike katika matumizi haya ya X-rays. Mionzi ya X-ray iligunduliwa na mwanafizikia wa Ujerumani W. Roentgen (1845-1923). Jina lake halikufa kwa maneno mengine ya kimwili yanayohusiana na mionzi hii: kitengo cha kimataifa cha kipimo cha mionzi ya ionizing inaitwa roentgen; picha iliyopigwa na mashine ya x-ray inaitwa radiograph; Sehemu ya dawa ya radiolojia inayotumia eksirei kutambua na kutibu magonjwa inaitwa radiolojia. Roentgen aligundua mionzi mwaka 1895 wakati profesa wa fizikia katika Chuo Kikuu cha Würzburg. Wakati akifanya majaribio na mionzi ya cathode (elektroni inapita kwenye mirija ya kutokwa), aligundua kuwa skrini iliyo karibu na bomba la utupu, iliyofunikwa na cyanoplatinite ya bariamu ya fuwele, inang'aa sana, ingawa bomba yenyewe imefunikwa na kadibodi nyeusi. Roentgen alithibitisha zaidi kwamba nguvu ya kupenya ya miale isiyojulikana aliyogundua, ambayo aliiita X-rays, ilitegemea muundo wa nyenzo za kunyonya. Pia alionyesha picha ya mifupa ya mkono wake mwenyewe kwa kuiweka kati ya bomba la kutokwa na miale ya cathode na skrini iliyofunikwa na bariamu cyanoplatinite. Ugunduzi wa Roentgen ulifuatiwa na majaribio ya watafiti wengine ambao waligundua sifa nyingi mpya na uwezekano wa kutumia mionzi hii. Mchango mkubwa ulitolewa na M. Laue, W. Friedrich na P. Knipping, ambao walionyesha mwaka wa 1912 tofauti ya X-rays inapopita kwenye kioo; W. Coolidge, ambaye mwaka wa 1913 aligundua bomba la X-ray la utupu wa juu na cathode yenye joto; G. Moseley, ambaye alianzisha mwaka wa 1913 uhusiano kati ya urefu wa wimbi la mionzi na nambari ya atomiki ya kipengele; G. na L. Braggi, ambaye alipokea Tuzo ya Nobel mwaka wa 1915 kwa ajili ya kuendeleza misingi ya uchambuzi wa diffraction ya X-ray.
KUPATA Mionzi ya X-RAY
Mionzi ya X-ray hutokea wakati elektroni zinazotembea kwa kasi ya juu zinaingiliana na suala. Wakati elektroni zinapogongana na atomi za dutu yoyote, hupoteza haraka nishati yao ya kinetic. Katika kesi hii, wengi wao hubadilishwa kuwa joto, na sehemu ndogo, kwa kawaida chini ya 1%, inabadilishwa kuwa nishati ya X-ray. Nishati hii hutolewa kwa namna ya quanta - chembe zinazoitwa fotoni ambazo zina nishati lakini zina misa sifuri ya kupumzika. Picha za X-ray hutofautiana katika nishati yao, ambayo ni kinyume chake kwa urefu wao wa wimbi. Kwa njia ya kawaida ya kupata x-rays, aina mbalimbali za urefu wa wavelengths hupatikana, ambayo huitwa wigo wa x-ray. Wigo una vijenzi vilivyotamkwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 1. "Continuum" pana inaitwa wigo unaoendelea au mionzi nyeupe. Vilele vikali vilivyowekwa juu yake huitwa mistari ya utoaji wa x-ray. Ingawa wigo mzima ni matokeo ya mgongano wa elektroni na jambo, mifumo ya kuonekana kwa sehemu yake pana na mistari ni tofauti. Dutu hii ina idadi kubwa ya atomi, ambayo kila moja ina kiini kilichozungukwa na makombora ya elektroni, na kila elektroni kwenye ganda la atomi ya kitu fulani huchukua kiwango fulani cha nishati. Kawaida makombora haya, au viwango vya nishati, huonyeshwa na alama K, L, M, nk, kuanzia ganda lililo karibu na kiini. Wakati elektroni ya tukio la nishati ya juu vya kutosha inapogongana na moja ya elektroni iliyounganishwa na atomi, huondoa elektroni hiyo kutoka kwa ganda lake. Nafasi tupu inachukuliwa na elektroni nyingine kutoka kwa shell, ambayo inafanana na nishati ya juu. Mwisho huu hutoa nishati ya ziada kwa kutoa picha ya X-ray. Kwa kuwa elektroni za shell zina maadili tofauti ya nishati, picha za X-ray zinazosababisha pia zina wigo tofauti. Hii inalingana na vilele vikali kwa urefu fulani wa mawimbi, maadili maalum ambayo hutegemea kipengele kinacholengwa. Mistari ya tabia huunda K-, L- na M-mfululizo, kulingana na shell (K, L au M) elektroni iliondolewa. Uhusiano kati ya urefu wa wimbi la X-rays na nambari ya atomiki inaitwa sheria ya Moseley (Mchoro 2).
Ikiwa elektroni inagongana na kiini kizito, basi hupungua, na nishati yake ya kinetic hutolewa kwa namna ya picha ya X-ray ya takriban nishati sawa. Ikiwa anaruka nyuma ya kiini, atapoteza sehemu tu ya nishati yake, na wengine watahamishiwa kwenye atomi nyingine zinazoanguka katika njia yake. Kila kitendo cha upotezaji wa nishati husababisha utoaji wa fotoni na nishati fulani. Wigo unaoendelea wa X-ray unaonekana, kikomo cha juu ambacho kinalingana na nishati ya elektroni ya haraka zaidi. Huu ndio utaratibu wa uundaji wa wigo unaoendelea, na nishati ya juu (au urefu wa chini wa wimbi) ambayo hurekebisha mpaka wa wigo unaoendelea ni sawia na voltage inayoongeza kasi, ambayo huamua kasi ya elektroni za tukio. Mistari ya spectral ina sifa ya nyenzo za shabaha iliyopigwa, wakati wigo unaoendelea unatambuliwa na nishati ya boriti ya elektroni na kivitendo haitegemei nyenzo zinazolengwa. X-rays inaweza kupatikana si tu kwa bombardment elektroni, lakini pia kwa irradiating lengo na X-rays kutoka chanzo kingine. Katika kesi hii, hata hivyo, nishati nyingi za boriti ya tukio huenda kwenye wigo wa tabia ya X-ray, na sehemu ndogo sana huanguka kwenye wigo unaoendelea. Kwa wazi, boriti ya X-ray ya tukio lazima iwe na fotoni ambazo nishati yake inatosha kusisimua mistari ya tabia ya kipengele kilichopigwa. Asilimia kubwa ya nishati kwa kila wigo wa tabia hufanya njia hii ya msisimko wa X-ray iwe rahisi kwa utafiti wa kisayansi.
X-ray zilizopo. Ili kupata mionzi ya X-ray kutokana na mwingiliano wa elektroni na jambo, ni muhimu kuwa na chanzo cha elektroni, njia za kuziongeza kasi kwa kasi ya juu, na lengo linaloweza kuhimili mlipuko wa elektroni na kutoa mionzi ya X-ray. nguvu inayohitajika. Kifaa kilicho na haya yote kinaitwa bomba la x-ray. Wagunduzi wa mapema walitumia mirija ya "utupu wa kina" kama vile mirija ya kutokeza ya leo. Utupu ndani yao haukuwa juu sana. Vipu vya kutokwa vina kiasi kidogo cha gesi, na wakati tofauti kubwa ya uwezo inatumiwa kwa electrodes ya tube, atomi za gesi hugeuka kuwa ions chanya na hasi. Chanya husogea kuelekea elektrodi hasi (cathode) na, ikianguka juu yake, hugonga elektroni kutoka kwake, na wao, kwa upande wao, husogea kuelekea elektrodi chanya (anode) na, wakiipiga bomba, huunda mkondo wa picha za X-ray. . Katika tube ya kisasa ya X-ray iliyotengenezwa na Coolidge (Mchoro 3), chanzo cha elektroni ni cathode ya tungsten yenye joto la juu. Elektroni huharakishwa hadi kasi ya juu na tofauti ya juu ya uwezo kati ya anode (au anticathode) na cathode. Kwa kuwa elektroni lazima zifikie anode bila kugongana na atomi, utupu wa juu sana unahitajika, ambayo tube lazima iondokewe vizuri. Hii pia inapunguza uwezekano wa ionization ya atomi za gesi iliyobaki na mikondo ya upande inayohusiana.
Elektroni zinalenga anode na electrode yenye umbo maalum inayozunguka cathode. Electrode hii inaitwa elektrodi inayolenga na pamoja na cathode huunda "taa ya utafutaji ya kielektroniki" ya bomba. Anode iliyoathiriwa na bombardment ya elektroni lazima ifanywe kwa nyenzo za kinzani, kwani nishati nyingi za kinetic za elektroni za bombarding hubadilishwa kuwa joto. Kwa kuongeza, ni kuhitajika kuwa anode ifanywe kwa nyenzo yenye idadi kubwa ya atomiki, tangu mavuno ya x-ray huongezeka kwa kuongezeka kwa idadi ya atomiki. Tungsten, ambayo nambari yake ya atomiki ni 74, mara nyingi huchaguliwa kama nyenzo ya anode. Muundo wa mirija ya X-ray inaweza kuwa tofauti kulingana na hali ya maombi na mahitaji.
UGUNDUZI WA X-RAY
Njia zote za kugundua X-rays zinatokana na mwingiliano wao na jambo. Wachunguzi wanaweza kuwa wa aina mbili: wale ambao hutoa picha, na wale ambao hawana. Ya zamani ni pamoja na X-ray fluorography na vifaa vya fluoroscopy, ambayo boriti ya X-ray inapita kupitia kitu kilicho chini ya utafiti, na mionzi iliyopitishwa huingia kwenye skrini ya luminescent au filamu. Picha inaonekana kutokana na ukweli kwamba sehemu tofauti za kitu kilicho chini ya utafiti huchukua mionzi kwa njia tofauti - kulingana na unene wa dutu na muundo wake. Katika detectors na skrini ya luminescent, nishati ya X-ray inabadilishwa kuwa picha inayoonekana moja kwa moja, wakati katika radiografia imeandikwa kwenye emulsion nyeti na inaweza kuzingatiwa tu baada ya filamu kutengenezwa. Aina ya pili ya vigunduzi ni pamoja na anuwai ya vifaa ambavyo nishati ya X-ray inabadilishwa kuwa ishara za umeme zinazoonyesha kiwango cha jamaa cha mionzi. Hizi ni pamoja na vyumba vya ionization, counter ya Geiger, counter sawia, scintillation counter, na baadhi ya detectors maalum kulingana na cadmium sulfidi na selenide. Hivi sasa, kaunta za scintillation zinaweza kuzingatiwa kuwa wagunduzi bora zaidi, ambao hufanya kazi vizuri katika anuwai ya nishati.
Angalia pia VIGUNDUZI VILIVYO . Kichunguzi kinachaguliwa kwa kuzingatia hali ya tatizo. Kwa mfano, ikiwa ni muhimu kupima kwa usahihi ukubwa wa mionzi ya X-ray iliyotawanyika, basi counters hutumiwa ambayo inaruhusu vipimo kufanywa kwa usahihi wa sehemu za asilimia. Ikiwa ni muhimu kusajili mihimili mingi iliyopigwa, basi ni vyema kutumia filamu ya X-ray, ingawa katika kesi hii haiwezekani kuamua ukubwa kwa usahihi sawa.
X-RAY NA GAMMA DEFECTOSKOPI
Mojawapo ya matumizi ya kawaida ya X-rays katika tasnia ni udhibiti wa ubora wa nyenzo na kugundua dosari. Njia ya x-ray haina uharibifu, ili nyenzo zinazojaribiwa, ikiwa zinapatikana kukidhi mahitaji yanayohitajika, zinaweza kutumika kwa madhumuni yaliyokusudiwa. Ugunduzi wa dosari za eksirei na gama hutegemea nguvu ya kupenya ya eksirei na sifa za ufyonzwaji wake katika nyenzo. Nguvu ya kupenya imedhamiriwa na nishati ya picha za X-ray, ambayo inategemea kasi ya voltage katika bomba la X-ray. Kwa hivyo, sampuli nene na sampuli kutoka kwa metali nzito, kama dhahabu na urani, zinahitaji chanzo cha X-ray na voltage ya juu kwa utafiti wao, na kwa sampuli nyembamba, chanzo kilicho na voltage ya chini kinatosha. Kwa ugunduzi wa dosari ya gamma-ray ya casts kubwa sana na bidhaa kubwa zilizoviringishwa, betatroni na vichapuzi vya mstari hutumiwa, kuharakisha chembe hadi nishati ya 25 MeV na zaidi. Kunyonya kwa mionzi ya X kwenye nyenzo hutegemea unene wa kinyonyaji d na mgawo wa kunyonya m na imedhamiriwa na fomula I = I0e-md, ambapo mimi ni ukubwa wa mionzi inayopitishwa kupitia kinyonyaji, I0 ni ukubwa wa mionzi ya tukio, na e = 2.718 ni msingi wa logarithms asili. Kwa nyenzo fulani, kwa urefu fulani (au nishati) wa X-rays, mgawo wa kunyonya ni wa kudumu. Lakini mionzi ya chanzo cha X-ray sio monochromatic, lakini ina wigo mpana wa urefu wa mawimbi, kama matokeo ambayo kunyonya kwa unene sawa wa kinyonyaji kunategemea urefu wa wimbi (frequency) ya mionzi. Mionzi ya X-ray hutumiwa sana katika tasnia zote zinazohusiana na usindikaji wa metali kwa shinikizo. Pia hutumika kupima mapipa ya sanaa, vyakula, plastiki, kupima vifaa na mifumo tata katika uhandisi wa elektroniki. (Neutronography, inayotumia miale ya neutroni badala ya X-rays, hutumiwa kwa madhumuni sawa.) X-rays pia hutumiwa kwa madhumuni mengine, kama vile kuchunguza picha za kuchora ili kubaini uhalisi wao au kugundua safu za ziada za rangi juu ya safu kuu. .
UTAFITI WA X-RAY
Tofauti ya eksirei hutoa taarifa muhimu kuhusu vitu vikali—muundo wao wa atomiki na umbo la fuwele—pamoja na kuhusu vimiminika, miili ya amofasi na molekuli kubwa. Njia ya diffraction pia hutumiwa kwa usahihi (na kosa la chini ya 10-5) uamuzi wa umbali wa interatomic, kugundua matatizo na kasoro, na kwa kuamua mwelekeo wa fuwele moja. Mchoro wa diffraction unaweza kutambua vifaa visivyojulikana, na pia kuchunguza uwepo wa uchafu katika sampuli na kuamua. Umuhimu wa njia ya utenganishaji wa X-ray kwa maendeleo ya fizikia ya kisasa hauwezi kukadiriwa, kwani uelewa wa kisasa wa mali ya jambo hatimaye hutegemea data juu ya mpangilio wa atomi katika misombo anuwai ya kemikali, juu ya asili ya vifungo. baina yao, na juu ya kasoro za kimuundo. Chombo kuu cha kupata habari hii ni njia ya diffraction ya X-ray. Fuwele ya mtengano wa X-ray ni muhimu kwa kuamua miundo ya molekuli kubwa changamano, kama vile asidi ya deoksiribonucleic (DNA), nyenzo za kijeni za viumbe hai. Mara tu baada ya ugunduzi wa mionzi ya X-ray, maslahi ya kisayansi na matibabu yalizingatia wote juu ya uwezo wa mionzi hii kupenya kupitia miili, na juu ya asili yake. Majaribio juu ya mgawanyiko wa mionzi ya X kwenye mpasuko na gratings ya diffraction ilionyesha kuwa ni ya mionzi ya sumakuumeme na ina urefu wa urefu wa mpangilio wa cm 10-8-10-9. Hata mapema, wanasayansi, haswa W. Barlow, walidhani kwamba umbo la kawaida na la ulinganifu la fuwele za asili ni kutokana na mpangilio ulioamriwa wa atomi zinazounda fuwele. Katika baadhi ya matukio, Barlow aliweza kutabiri kwa usahihi muundo wa kioo. Thamani ya umbali wa interatomic uliotabiriwa ulikuwa cm 10-8. Ukweli kwamba umbali wa interatomic uligeuka kuwa wa utaratibu wa wimbi la X-ray ilifanya iwezekanavyo kwa kanuni kuchunguza diffraction yao. Matokeo yake ni wazo la moja ya majaribio muhimu zaidi katika historia ya fizikia. M. Laue alipanga jaribio la majaribio la wazo hili, ambalo lilifanyika na wenzake W. Friedrich na P. Knipping. Mnamo 1912, watatu kati yao walichapisha kazi yao juu ya matokeo ya diffraction ya X-ray. Kanuni za diffraction ya X-ray. Ili kuelewa uzushi wa diffraction ya X-ray, mtu lazima azingatie kwa utaratibu: kwanza, wigo wa X-rays, pili, asili ya muundo wa kioo na, tatu, jambo la diffraction yenyewe. Kama ilivyoelezwa hapo juu, tabia ya mionzi ya X-ray ina safu ya mistari ya spectral ya kiwango cha juu cha monochromaticity, imedhamiriwa na nyenzo za anode. Kwa msaada wa filters, unaweza kuchagua makali zaidi yao. Kwa hiyo, kwa kuchagua nyenzo za anode kwa njia inayofaa, inawezekana kupata chanzo cha mionzi ya karibu ya monochromatic na thamani iliyoelezwa kwa usahihi sana ya wavelength. Urefu wa mawimbi ya mionzi ya tabia kawaida huanzia 2.285 kwa chromium hadi 0.558 kwa fedha (thamani za vitu anuwai hujulikana kwa takwimu sita muhimu). Wigo wa tabia umewekwa juu ya wigo wa "nyeupe" unaoendelea wa kiwango cha chini sana, kutokana na kupungua kwa kasi kwa elektroni za tukio kwenye anode. Kwa hivyo, aina mbili za mionzi zinaweza kupatikana kutoka kwa kila anode: tabia na bremsstrahlung, ambayo kila mmoja ina jukumu muhimu kwa njia yake mwenyewe. Atomi katika muundo wa kioo ziko kwa vipindi vya kawaida, na kutengeneza mlolongo wa seli zinazofanana - kimiani cha anga. Baadhi ya lati (kwa mfano, kwa metali nyingi za kawaida) ni rahisi sana, wakati zingine (kwa mfano, kwa molekuli za protini) ni ngumu sana. Muundo wa kioo una sifa zifuatazo: ikiwa mtu atahama kutoka kwa sehemu fulani ya seli moja hadi hatua inayofanana ya seli ya jirani, basi mazingira sawa ya atomiki yatapatikana. Na ikiwa chembe fulani iko kwenye sehemu moja au nyingine ya seli moja, basi chembe hiyo hiyo itakuwa iko kwenye sehemu sawa ya seli yoyote ya jirani. Kanuni hii ni halali kwa fuwele kamilifu, iliyopangwa vyema. Hata hivyo, fuwele nyingi (kwa mfano, ufumbuzi wa metali imara) zimeharibika kwa kiasi fulani; Maeneo yanayolingana na fuwele yanaweza kukaliwa na atomi tofauti. Katika hali hizi, sio nafasi ya kila atomi ambayo imedhamiriwa, lakini tu nafasi ya atomi "ya wastani wa kitakwimu" juu ya idadi kubwa ya chembe (au seli). Hali ya kutofautisha inajadiliwa katika nakala ya OPTICS na msomaji anaweza kurejelea nakala hii kabla ya kuendelea. Inaonyesha kwamba ikiwa mawimbi (kwa mfano, sauti, mwanga, X-rays) hupita kwenye mwanya mdogo au shimo, basi mwisho huo unaweza kuzingatiwa kama chanzo cha pili cha mawimbi, na picha ya mpasuko au shimo ina mwanga unaobadilishana. na kupigwa giza. Zaidi ya hayo, ikiwa kuna muundo wa mara kwa mara wa mashimo au inafaa, basi kama matokeo ya kuingiliwa kwa kuimarisha na kupunguza mionzi inayotoka kwenye mashimo tofauti, muundo wa wazi wa diffraction hutokea. Mgawanyiko wa X-ray ni jambo la kueneza kwa pamoja ambalo jukumu la mashimo na vituo vya kutawanya linachezwa na atomi zilizopangwa mara kwa mara za muundo wa kioo. Ukuzaji wa kuheshimiana wa picha zao katika pembe fulani hutoa muundo wa mgawanyiko sawa na ule ambao ungetokana na mtengano wa mwanga kwenye wavu wa dimensional wa pande tatu. Kueneza hutokea kutokana na mwingiliano wa tukio la mionzi ya X-ray na elektroni katika kioo. Kutokana na ukweli kwamba urefu wa wimbi la mionzi ya X-ray ni ya utaratibu sawa na vipimo vya atomi, urefu wa wimbi la mionzi ya X-ray iliyotawanyika ni sawa na ile ya tukio. Utaratibu huu ni matokeo ya oscillations kulazimishwa ya elektroni chini ya hatua ya tukio X-rays. Fikiria sasa atomi iliyo na wingu la elektroni zilizofungwa (zinazozunguka kiini) ambayo X-rays hufanyika. Elektroni katika pande zote kwa wakati mmoja hutawanya tukio na kutoa mionzi yao ya X-ray ya urefu sawa wa wimbi, ingawa ni ya nguvu tofauti. Nguvu ya mionzi iliyotawanyika inahusiana na nambari ya atomiki ya kipengele, tangu nambari ya atomiki ni sawa na idadi ya elektroni za obiti zinazoweza kushiriki katika kutawanyika. (Utegemezi huu wa ukubwa wa nambari ya atomiki ya kipengele cha kutawanya na mwelekeo ambao ukubwa hupimwa unaonyeshwa na kipengele cha kutawanyika kwa atomiki, ambacho kina jukumu muhimu sana katika uchambuzi wa muundo wa fuwele.) chagua katika muundo wa kioo mlolongo wa mstari wa atomi ulio umbali sawa kutoka kwa kila mmoja, na uzingatie muundo wao wa diffraction. Tayari imebainisha kuwa wigo wa X-ray una sehemu inayoendelea ("continuum") na seti ya mistari kali zaidi tabia ya kipengele ambacho ni nyenzo ya anode. Wacha tuseme tulichuja wigo unaoendelea na tukapata miali ya X-ray karibu monokromatiki iliyoelekezwa kwenye msururu wetu wa atomi. Hali ya ukuzaji (kuingiliwa kwa kukuza) inaridhika ikiwa tofauti kati ya njia za mawimbi yaliyotawanyika na atomi za jirani ni nyingi ya urefu wa wimbi. Ikiwa boriti imetokea kwa pembe A0 hadi mstari wa atomi uliotenganishwa na vipindi a (kipindi), basi kwa pembe ya mtengano a tofauti ya njia inayolingana na faida itaandikwa kama a(cos a - cosa0) = hl, ambapo l ni urefu wa wavelength na h ni integer (Mchoro 4 na 5).
Ili kupanua mbinu hii kwa fuwele yenye sura tatu, ni muhimu tu kuchagua safu mlalo za atomi katika pande nyingine mbili kwenye fuwele na kutatua milinganyo mitatu inayopatikana kwa pamoja kwa shoka tatu za fuwele zenye vipindi a, b na c. Milinganyo mingine miwili ni
Hizi ndizo milinganyo tatu za kimsingi za Laue kwa mgawanyiko wa X-ray, na nambari h, k na c zikiwa fahirisi za Miller za ndege ya kutofautisha.
Angalia pia FUWELE NA FUWELE. Kwa kuzingatia milinganyo yoyote ya Laue, kwa mfano ya kwanza, mtu anaweza kugundua kuwa kwa kuwa a, a0, l ni viunga, na h = 0, 1, 2, ..., suluhisho lake linaweza kuwakilishwa kama seti ya koni na mhimili wa kawaida a (Mchoro 5). Ndivyo ilivyo kwa maelekezo b na c. Katika hali ya jumla ya kutawanyika kwa tatu-dimensional (diffraction), equations tatu za Laue lazima ziwe na suluhisho la kawaida, i.e. koni tatu za diffraction ziko kwenye kila shoka lazima zikatike; mstari wa kawaida wa makutano unaonyeshwa kwenye mtini. 6. Suluhisho la pamoja la milinganyo inaongoza kwa sheria ya Bragg-Wulf:
l = 2(d/n)sinq, ambapo d ni umbali kati ya ndege zilizo na fahirisi h, k na c (kipindi), n = 1, 2, ... ni nambari kamili (mpangilio wa diffraction), na q ni pembe. inayoundwa na boriti ya tukio (pamoja na kutofautiana) na ndege ya kioo ambayo diffraction hutokea. Kuchambua equation ya sheria ya Bragg - Wolfe kwa fuwele moja iliyo kwenye njia ya boriti ya X-ray ya monochromatic, tunaweza kuhitimisha kuwa kutofautisha sio rahisi kutazama, kwa sababu. l na q ni fasta, na sinq MBINU ZA UCHAMBUZI WA UCHAMBUZI
Mbinu ya Laue. Njia ya Laue hutumia wigo wa "nyeupe" unaoendelea wa X-rays, ambayo inaelekezwa kwa fuwele moja ya stationary. Kwa thamani maalum ya kipindi d, urefu wa wimbi unaolingana na hali ya Bragg-Wulf huchaguliwa kiotomatiki kutoka kwa wigo mzima. Mifumo ya Laue iliyopatikana kwa njia hii inafanya uwezekano wa kuhukumu maelekezo ya mihimili iliyochanganyikiwa na, kwa hiyo, mwelekeo wa ndege za kioo, ambayo pia inafanya uwezekano wa kuteka hitimisho muhimu kuhusu ulinganifu, mwelekeo wa kioo, na uwepo. ya kasoro ndani yake. Katika kesi hii, hata hivyo, habari kuhusu kipindi cha anga d imepotea. Kwenye mtini. 7 inaonyesha mfano wa Lauegram. Filamu ya X-ray ilikuwa iko upande wa kioo kinyume na ile ambayo boriti ya X-ray ilitokea kutoka kwa chanzo.
Njia ya Debye-Scherrer (kwa sampuli za polycrystalline). Tofauti na njia ya awali, mionzi ya monochromatic (l = const) hutumiwa hapa, na angle q ni tofauti. Hii inafanikiwa kwa kutumia sampuli ya polycrystalline inayojumuisha fuwele nyingi ndogo za mwelekeo nasibu, kati ya hizo kuna zile zinazokidhi hali ya Bragg-Wulf. Mihimili iliyochanganyikiwa huunda mbegu, mhimili ambao unaelekezwa kando ya boriti ya X-ray. Kwa picha, ukanda mwembamba wa filamu ya X-ray kwenye kaseti ya silinda hutumiwa, na mionzi ya X huenezwa kando ya kipenyo kupitia mashimo kwenye filamu. Debyegram iliyopatikana kwa njia hii (Mchoro 8) ina taarifa halisi kuhusu kipindi cha d, i.e. kuhusu muundo wa kioo, lakini haitoi habari ambayo Lauegram ina. Kwa hivyo, njia zote mbili zinakamilishana. Wacha tuzingatie matumizi kadhaa ya njia ya Debye-Scherrer.
Utambulisho wa vipengele vya kemikali na misombo. Kutoka kwa pembe q iliyoamuliwa kutoka kwa Debyegram, mtu anaweza kuhesabu umbali wa interplanar d wa kipengele fulani au kiwanja. Kwa sasa, meza nyingi za maadili ya d zimeundwa, ambayo inafanya uwezekano wa kutambua sio tu kipengele kimoja au kingine cha kemikali au kiwanja, lakini pia hali mbalimbali za awamu ya dutu moja, ambayo haitoi uchambuzi wa kemikali kila wakati. Inawezekana pia kuamua maudhui ya sehemu ya pili katika aloi za mbadala na usahihi wa juu kutoka kwa utegemezi wa kipindi d kwenye mkusanyiko.
Uchambuzi wa dhiki. Kulingana na tofauti ya kipimo katika umbali wa interplanar kwa mwelekeo tofauti katika fuwele, kujua moduli ya elastic ya nyenzo, inawezekana kuhesabu kwa usahihi wa juu matatizo madogo ndani yake.
Masomo ya mwelekeo wa upendeleo katika fuwele. Ikiwa fuwele ndogo katika sampuli ya polycrystalline hazielekezwi kwa nasibu kabisa, basi pete kwenye Debyegram zitakuwa na nguvu tofauti. Katika uwepo wa mwelekeo uliopendekezwa uliotamkwa, kiwango cha juu kinajilimbikizia matangazo ya mtu binafsi kwenye picha, ambayo inakuwa sawa na picha kwa fuwele moja. Kwa mfano, wakati wa baridi ya kina, karatasi ya chuma hupata texture - mwelekeo wa kutamka wa crystallites. Kwa mujibu wa debaygram, mtu anaweza kuhukumu asili ya kazi ya baridi ya nyenzo.
Utafiti wa ukubwa wa nafaka. Ikiwa saizi ya nafaka ya polycrystal ni zaidi ya cm 10-3, basi mistari kwenye Debyegram itakuwa na matangazo tofauti, kwani katika kesi hii idadi ya fuwele haitoshi kufunika safu nzima ya maadili ya pembe. q. Ikiwa ukubwa wa crystallite ni chini ya cm 10-5, basi mistari ya diffraction inakuwa pana. Upana wao ni kinyume na ukubwa wa fuwele. Kupanua hutokea kwa sababu sawa kwamba kupungua kwa idadi ya slits hupunguza azimio la grating diffraction. Mionzi ya X-ray inafanya uwezekano wa kuamua ukubwa wa nafaka katika aina mbalimbali za cm 10-7-10-6.
Mbinu za fuwele moja. Ili diffraction na kioo kutoa taarifa si tu kuhusu muda wa anga, lakini pia kuhusu mwelekeo wa kila seti ya ndege diffracting, mbinu za kioo moja inayozunguka hutumiwa. Boriti ya X-ray ya monochromatic ni tukio kwenye fuwele. Fuwele huzunguka mhimili mkuu, ambao milinganyo ya Laue imeridhika. Katika kesi hii, angle q, ambayo imejumuishwa katika formula ya Bragg-Wulf, inabadilika. Upeo wa diffraction iko kwenye makutano ya mbegu za diffraction za Laue na uso wa cylindrical wa filamu (Mchoro 9). Matokeo yake ni muundo wa diffraction wa aina iliyoonyeshwa kwenye Mtini. 10. Hata hivyo, matatizo yanawezekana kutokana na kuingiliana kwa maagizo tofauti ya diffraction kwa wakati mmoja. Njia inaweza kuboreshwa kwa kiasi kikubwa ikiwa, wakati huo huo na mzunguko wa kioo, filamu pia inahamishwa kwa njia fulani.
Utafiti wa maji na gesi. Inajulikana kuwa vinywaji, gesi na miili ya amorphous hazina muundo sahihi wa kioo. Lakini hapa, pia, kuna dhamana ya kemikali kati ya atomi kwenye molekuli, kwa sababu ambayo umbali kati yao unabaki karibu kila wakati, ingawa molekuli zenyewe zimeelekezwa kwa nasibu katika nafasi. Nyenzo kama hizo pia hutoa muundo wa diffraction na idadi ndogo ya maxima ya kupaka. Usindikaji wa picha hiyo kwa njia za kisasa hufanya iwezekanavyo kupata taarifa kuhusu muundo wa vifaa vile visivyo vya fuwele.
UCHAMBUZI WA X-RAY WA SPECTROCHEMICAL
Miaka michache baada ya ugunduzi wa X-rays, Ch. Barkla (1877-1944) aligundua kwamba wakati flux ya X-ray ya juu ya nishati inatenda kwenye dutu, mionzi ya pili ya umeme ya X-ray inatolewa, ambayo ni tabia ya kipengele. chini ya masomo. Muda mfupi baadaye, G. Moseley, katika mfululizo wa majaribio yake, alipima urefu wa mawimbi ya tabia ya msingi ya mionzi ya X-ray iliyopatikana kwa mlipuko wa elektroni wa vipengele mbalimbali, na kubaini uhusiano kati ya urefu wa mawimbi na nambari ya atomiki. Majaribio haya, na uvumbuzi wa Bragg wa spectrometer ya X-ray, uliweka msingi wa uchambuzi wa X-ray wa spectrokemikali. Uwezekano wa X-rays kwa uchambuzi wa kemikali ulitambuliwa mara moja. Spectrographs ziliundwa kwa usajili kwenye sahani ya picha, ambayo sampuli chini ya utafiti ilitumika kama anode ya tube ya X-ray. Kwa bahati mbaya, mbinu hii iligeuka kuwa ngumu sana, na kwa hiyo ilitumiwa tu wakati mbinu za kawaida za uchambuzi wa kemikali hazikuweza kutumika. Mfano bora wa utafiti wa kibunifu katika uwanja wa uchunguzi wa uchunguzi wa X-ray ulikuwa ugunduzi mwaka wa 1923 na G. Hevesy na D. Coster wa kipengele kipya, hafnium. Ukuzaji wa mirija ya X-ray yenye nguvu ya juu ya radiografia na vigunduzi nyeti vya vipimo vya radiokemikali wakati wa Vita vya Kidunia vya pili vilichangia kwa kiasi kikubwa ukuaji wa haraka wa taswira ya X-ray katika miaka iliyofuata. Njia hii imeenea kutokana na kasi, urahisi, asili isiyo ya uharibifu ya uchambuzi na uwezekano wa automatisering kamili au sehemu. Inatumika katika matatizo ya uchanganuzi wa kiasi na ubora wa vipengele vyote vilivyo na nambari ya atomiki zaidi ya 11 (sodiamu). Na ingawa uchambuzi wa spectrochemical ya X-ray kawaida hutumiwa kuamua vipengele muhimu katika sampuli (kutoka 0.1-100%), katika baadhi ya matukio yanafaa kwa viwango vya 0.005% na hata chini.
Kipimo cha X-ray. Kielelezo cha kisasa cha X-ray kina mifumo mitatu kuu (Mchoro 11): mifumo ya uchochezi, i.e. bomba la x-ray na anode iliyotengenezwa na tungsten au nyenzo zingine za kinzani na usambazaji wa umeme; mifumo ya uchambuzi, i.e. kioo cha analyzer na collimators mbili za vipande vingi, pamoja na spectrogoniometer kwa marekebisho mazuri; na mifumo ya usajili yenye kaunta ya Geiger au sawia au scintillation, pamoja na kirekebishaji, amplifier, vihesabio na kinasa sauti cha chati au kifaa kingine cha kurekodi.
Uchunguzi wa fluorescent ya X-ray. Sampuli iliyochambuliwa iko kwenye njia ya x-rays ya kusisimua. Kanda ya sampuli ya kuchunguzwa kawaida hutengwa na mask yenye shimo la kipenyo kinachohitajika, na mionzi hupita kupitia collimator ambayo huunda boriti inayofanana. Nyuma ya fuwele ya kichanganuzi, kikokotozi cha mpasuko hutoa mionzi iliyotenganishwa kwa kigunduzi. Kawaida, angle ya juu ya q ni mdogo hadi 80-85 °, ili tu X-rays ambayo urefu wa wimbi l unahusiana na umbali wa interplanar d kwa kutofautiana l inaweza kutofautiana kwenye kioo cha analyzer. Uchunguzi mdogo wa X-ray. Kiorometa cha kioo cha analyzer kilichoelezwa hapo juu kinaweza kubadilishwa kwa uchanganuzi mdogo. Hii inafanikiwa kwa kubana aidha boriti ya msingi ya eksirei au boriti ya pili iliyotolewa na sampuli. Hata hivyo, kupungua kwa ukubwa wa ufanisi wa sampuli au aperture ya mionzi husababisha kupungua kwa ukubwa wa mionzi ya diffracted iliyorekodi. Uboreshaji wa njia hii unaweza kupatikana kwa kutumia spectrometer ya kioo iliyopinda, ambayo inafanya uwezekano wa kusajili koni ya mionzi tofauti, na sio tu mionzi inayofanana na mhimili wa collimator. Kwa spectrometer kama hiyo, chembe ndogo kuliko 25 µm zinaweza kutambuliwa. Kupunguza hata zaidi kwa ukubwa wa sampuli iliyochambuliwa kunapatikana katika microanalyzer ya uchunguzi wa elektroni ya X-ray iliyoundwa na R. Kasten. Hapa, boriti ya elektroni iliyolenga sana inasisimua tabia ya utoaji wa X-ray ya sampuli, ambayo inachambuliwa na spectrometer ya kioo iliyopigwa. Kutumia kifaa hicho, inawezekana kuchunguza kiasi cha dutu ya utaratibu wa 10-14 g katika sampuli yenye kipenyo cha 1 μm. Ufungaji na skanning ya boriti ya elektroni ya sampuli pia imeandaliwa, kwa msaada wa ambayo inawezekana kupata muundo wa pande mbili za usambazaji juu ya sampuli ya kipengele ambacho mionzi ya tabia imeunganishwa kwa spectrometer.
UTAMBUZI WA X-RAY WA MATIBABU
Maendeleo ya teknolojia ya eksirei imepunguza kwa kiasi kikubwa muda wa mfiduo na kuboresha ubora wa picha, na kuruhusu hata tishu laini kuchunguzwa.
Fluorografia. Njia hii ya uchunguzi inajumuisha kupiga picha ya kivuli kutoka kwa skrini ya translucent. Mgonjwa huwekwa kati ya chanzo cha eksirei na skrini bapa ya fosforasi (kwa kawaida iodidi ya cesium), ambayo huwaka inapofunuliwa na eksirei. Tishu za kibaolojia za viwango tofauti vya msongamano huunda vivuli vya mionzi ya X-ray na viwango tofauti vya ukali. Mtaalamu wa radiolojia huchunguza picha ya kivuli kwenye skrini ya umeme na kufanya uchunguzi. Hapo awali, mtaalamu wa radiolojia alitegemea maono kuchambua picha. Sasa kuna mifumo mbalimbali ambayo inakuza picha, kuionyesha kwenye skrini ya televisheni au kurekodi data kwenye kumbukumbu ya kompyuta.
Radiografia. Kurekodi picha ya x-ray moja kwa moja kwenye filamu ya picha inaitwa radiografia. Katika kesi hiyo, chombo kilicho chini ya utafiti iko kati ya chanzo cha X-ray na filamu, ambayo inachukua habari kuhusu hali ya chombo kwa wakati fulani. Radiografia inayorudiwa hufanya iwezekane kuhukumu mageuzi yake zaidi. Radiografia inakuwezesha kuchunguza kwa usahihi sana uaminifu wa tishu za mfupa, ambazo zinajumuisha hasa kalsiamu na ni opaque kwa x-rays, pamoja na kupasuka kwa tishu za misuli. Kwa msaada wake, bora kuliko stethoscope au kusikiliza, hali ya mapafu inachambuliwa katika kesi ya kuvimba, kifua kikuu, au kuwepo kwa maji. Kwa msaada wa radiography, ukubwa na sura ya moyo, pamoja na mienendo ya mabadiliko yake kwa wagonjwa wanaosumbuliwa na ugonjwa wa moyo, imedhamiriwa.
mawakala wa kulinganisha. Sehemu za mwili na mashimo ya viungo vya mtu binafsi ambavyo ni wazi kwa mionzi ya X-ray huonekana ikiwa imejazwa na wakala wa kutofautisha ambao hauna madhara kwa mwili, lakini inaruhusu mtu kuibua sura ya viungo vya ndani na kuangalia utendaji wao. Mgonjwa aidha anachukua mawakala wa kutofautisha kwa mdomo (kama vile chumvi za bariamu katika uchunguzi wa njia ya utumbo), au huwekwa kwa njia ya mishipa (kama vile suluhu zenye iodini katika uchunguzi wa figo na njia ya mkojo). Katika miaka ya hivi karibuni, hata hivyo, njia hizi zimebadilishwa na mbinu za uchunguzi kulingana na matumizi ya atomi za mionzi na ultrasound.
CT scan. Katika miaka ya 1970, njia mpya ya uchunguzi wa X-ray ilitengenezwa, kulingana na picha kamili ya mwili au sehemu zake. Picha za tabaka nyembamba ("vipande") vinasindika na kompyuta, na picha ya mwisho inaonyeshwa kwenye skrini ya kufuatilia. Njia hii inaitwa tomography ya x-ray ya kompyuta. Inatumiwa sana katika dawa za kisasa kwa ajili ya kuchunguza infiltrates, tumors na matatizo mengine ya ubongo, pamoja na kutambua magonjwa ya tishu laini ndani ya mwili. Mbinu hii haihitaji kuanzishwa kwa mawakala wa tofauti wa kigeni na kwa hiyo ni ya haraka na yenye ufanisi zaidi kuliko mbinu za jadi.
HATUA YA KIBIOLOJIA YA Mionzi ya X-RAY
Athari mbaya ya kibiolojia ya mionzi ya X-ray iligunduliwa muda mfupi baada ya ugunduzi wake na Roentgen. Ilibadilika kuwa mionzi mpya inaweza kusababisha kitu kama kuchomwa na jua kali (erythema), ikifuatana, hata hivyo, na uharibifu wa kina na wa kudumu kwa ngozi. Kuonekana kwa vidonda mara nyingi hugeuka kuwa saratani. Mara nyingi, vidole au mikono ilipaswa kukatwa. Pia kulikuwa na vifo. Imegundulika kuwa uharibifu wa ngozi unaweza kuepukwa kwa kupunguza muda na kipimo, kwa kutumia kinga (km risasi) na vidhibiti vya mbali. Lakini hatua kwa hatua madhara mengine, ya muda mrefu zaidi ya mfiduo wa X-ray yalifunuliwa, ambayo yalithibitishwa na kujifunza katika wanyama wa majaribio. Madhara kutokana na hatua ya X-rays, pamoja na mionzi ya ionizing (kama vile mionzi ya gamma iliyotolewa na vifaa vya mionzi) ni pamoja na: 1) mabadiliko ya muda katika muundo wa damu baada ya mfiduo mdogo wa ziada; 2) mabadiliko yasiyoweza kurekebishwa katika muundo wa damu (anemia ya hemolytic) baada ya kufichua kwa muda mrefu; 3) ongezeko la matukio ya saratani (ikiwa ni pamoja na leukemia); 4) kuzeeka kwa kasi na kifo cha mapema; 5) tukio la cataracts. Kwa kuongezea, majaribio ya kibaolojia juu ya panya, sungura na nzi (Drosophila) yameonyesha kuwa hata dozi ndogo za miale ya utaratibu ya idadi kubwa ya watu, kwa sababu ya kuongezeka kwa kasi ya mabadiliko, husababisha athari mbaya za maumbile. Wanajenetiki wengi wanatambua ufaafu wa data hizi kwa mwili wa binadamu. Kuhusu athari ya kibaolojia ya mionzi ya X-ray kwenye mwili wa binadamu, imedhamiriwa na kiwango cha kipimo cha mionzi, na vile vile ni chombo gani cha mwili kiliwekwa wazi kwa mionzi. Kwa mfano, magonjwa ya damu husababishwa na mionzi ya viungo vya kutengeneza damu, hasa uboho, na matokeo ya maumbile - kwa mionzi ya viungo vya uzazi, ambayo inaweza pia kusababisha utasa. Mkusanyiko wa ujuzi kuhusu madhara ya mionzi ya X-ray kwenye mwili wa binadamu umesababisha maendeleo ya viwango vya kitaifa na kimataifa vya vipimo vinavyoruhusiwa vya mionzi, iliyochapishwa katika machapisho mbalimbali ya kumbukumbu. Mbali na X-rays, ambayo hutumiwa kwa makusudi na wanadamu, pia kuna kinachojulikana kuwa mionzi iliyotawanyika, ambayo hutokea kwa sababu mbalimbali, kwa mfano, kutokana na kutawanyika kwa sababu ya kutokamilika kwa skrini ya kinga ya risasi, ambayo haina. kunyonya kabisa mionzi hii. Kwa kuongezea, vifaa vingi vya umeme ambavyo havikuundwa kutoa mionzi ya X hata hivyo hutoa X-ray kama bidhaa ya ziada. Vifaa vile ni pamoja na darubini za elektroni, taa za kurekebisha voltage ya juu (kenotroni), pamoja na kinescopes za televisheni za rangi zilizopitwa na wakati. Uzalishaji wa kinescopes za kisasa za rangi katika nchi nyingi sasa ni chini ya udhibiti wa serikali.
MAMBO HATARI YA Mionzi ya X-RAY
Aina na kiwango cha hatari ya mfiduo wa X-ray kwa watu hutegemea safu ya watu walio wazi kwa mionzi.
Wataalamu wanaofanya kazi na vifaa vya x-ray. Aina hii inajumuisha wataalamu wa radiolojia, madaktari wa meno, pamoja na wafanyakazi wa kisayansi na kiufundi na wafanyakazi wanaotunza na kutumia vifaa vya eksirei. Hatua madhubuti zinachukuliwa ili kupunguza viwango vya mionzi wanayopaswa kukabiliana nayo.
Wagonjwa. Hakuna vigezo vikali hapa, na kiwango cha salama cha mionzi ambayo wagonjwa hupokea wakati wa matibabu imedhamiriwa na madaktari wanaohudhuria. Madaktari wanashauriwa kutowaonyesha wagonjwa bila lazima kwa x-rays. Tahadhari hasa inapaswa kutekelezwa wakati wa kuchunguza wanawake wajawazito na watoto. Katika kesi hii, hatua maalum zinachukuliwa.
Mbinu za kudhibiti. Kuna mambo matatu kwa hili:
1) upatikanaji wa vifaa vya kutosha, 2) utekelezaji wa kanuni za usalama, 3) matumizi sahihi ya vifaa. Katika uchunguzi wa x-ray, eneo linalohitajika pekee ndilo linalopaswa kuonyeshwa mionzi, iwe uchunguzi wa meno au uchunguzi wa mapafu. Kumbuka kwamba mara baada ya kuzima vifaa vya X-ray, mionzi ya msingi na ya sekondari hupotea; pia hakuna mionzi ya mabaki, ambayo haijulikani kila wakati hata kwa wale ambao wameunganishwa nayo moja kwa moja katika kazi zao.
Angalia pia
MUUNDO WA ATOMU;
