Рентгеновата разсейваща интензивност. Атомен разсейващ фактор. Разсейване на рентгенови лъчи върху електрони в атомите. Едномерно колебателни движения

За разлика от много спекулираните спекулационни спекулации, моделът на Thomson се основава на физически факти, които не само оправдаха модела, но и даде определени инструкции за броя на корпулите в атома. Първият факт е разсейването рентгенови лъчиили, както каза Томсън, появата на вторични рентгенови лъчи. Thomson разглежда рентгеновата радиация като електромагнитна пулсация. Когато такива пулсации попадат върху атомите, съдържащи електрони, тогава електроните, влизащи в ускорено движение, излъчват, тъй като описва формулата на лентовете. Количеството енергия, излъчвано за единица време от електрони, намиращи се в единица обем, ще бъде

където п е броят на електроните (корпускуси) на единица сила. От друга страна, ускоряването на електрона

където e p е интензивността на областта на първичната радиация. Следователно интензивността на разпръснатото радиация

Тъй като интензивността на радиацията на инциденти според посочената теорема е равна на

след това съотношението на разпръснатата енергия към основното

Чарлз Глоувър БърклаПрез 1917 г. Нобеловата награда за отваряне на характерни рентгенови лъчи е през 1899-1902. "Студентски изследовател" (завършил студент) в Томсън в Кеймбридж и тук се интересува от рентгенови лъчи. През 1902 г. той е учител на университетски колеж в Ливърпул, а тук през 1904 г. той проучва вторична рентгенова радиация, открила своята поляризация, която напълно съвпада с теоретичните прогнози на Томсън. В последния опит от 1906 г. Barclay принуждава първичния пакет за разсейване на въглеродните атоми. Разпръснатите пакети паднаха перпендикулярно на първичния лъч и тук отново разпръснати с въглерод. Този третичен лъч е напълно поляризиран.

Изучавайки разсейването на рентгенови лъчи от леки атоми, Barclay през 1904 г. установи, че естеството на вторичните лъчи е същото като основно. За съотношението на интензивността на вторичната радиация към първичната, тя е открила величина, която не зависи от първичната радиация, пропорционална плътност на веществото:

От формулата на Thomson

Но плътността \u003d N A / L, където А е атомното тегло на атома, n е броят на атомите в 1 cm 3., L е броят на avogadro. Следователно,

Ако поставите броя корпускули в атом, равен на z, след това n \u003d nz и

Ако заменим, за да заместим стойността на e, m, l, тогава ще намерим К. през 1906 г., когато номерата e и m не са били известни, Thomson е открит от измерванията на Barclay за въздух, който Z \u003d A., т.е. броят на корпулите в атома е атомно тегло. Стойността на К, получена за светлините на барклаите през 1904 г., беше K \u003d 0,2.. Но през 1911 г., Barclay, използвайки рафинираните данни за Bayer за E / m, стойностите на E и L, получени от Reotford. и Geiger., получено K \u003d 0.4., и следователно Z \u003d 1/2.. Както се оказа, това съотношение е добре изпълнено в областта на леките ядра (с изключение на водород).

Теорията на Томсън помогна да се разберат редица въпроси, но още повече проблеми, оставени нерешени. Решаващият удар на този модел е наложено от експериментите на Ръдърфорд 1911, който ще бъде споменат.

Подобен пръстеновид модел атом предложи през 1903 г. от японския физик Nagawa. Той предложи в центъра на атома има положителна обвивка, около която електронните пръстени се третират като пръстени на Сатурн. Той успя да изчисли периодите на трептения, извършвани от електрони с малки премествания в техните орбити. Така получените честоти, повече или по-малко описани с спектралните линии на някои елементи *.

* (Следва също да се отбележи, че планетарният модел на атома е предложен през 1901 г. J. Perenom. Той спомена този опит в нобеловата лекция, прочете на 11 декември 1926 година.)

25 септември 1905 г. на 77-ия конгрес на немски натуралисти и лекари с доклад за електроните V. WIN. В този доклад той, между другото, каза следното: "Обяснението на спектралните линии също е важно за електронната теория. Тъй като всеки елемент съответства на определено групиране на спектралните линии, които излъчва, като е в състояние Светянето, тогава всеки атом трябва да представлява постоянна система. Би било най-лесният начин да се представи атом като планетарна система, състояща се от положително зареден център, около който се превръща, като планети, отрицателни електрони. Но такава система не може да бъде непроменена Благодарение на излъчваната енергия. Затова ние сме принудени да се позовем на системата, в която електроните са с относителен мир или притежават незначителни скорости - представянето, в което съдържа много съмнително. "

Съмнят се, че са открити още по-увеличени като новите мистериозни свойства на радиацията и атомите.

За работа при повишени напреженияКакто при рентгенография върху конвенционалните напрежения, е необходимо да се използват всички известни начини за борба с разпръснатото рентгеново лъчение.

номер разпръснати рентгенови лъчи Той намалява с намаление на полето експозиция, което се постига чрез ограничение в диаметъра на операционния пакет на рентгеновите лъчи. С намаляването на полето експозиция, от своя страна, разделителната способност на рентгеновото изображение се подобрява, т.е. минималният размер на определената част на частите намалява. За да се ограничи диаметъра на работния пакет от рентгенови лъчи, сменяемите диафрагми или тръби не са достатъчни.

За намаляване на количеството разпръснати рентгенови лъчи Трябва да се прилага, когато е възможно, компресия. Когато компресията, дебелината на изучаването на обекта намалява и, разбира се, тя става по-малка, тя става по-малко центрове за образуването на разсеяно рентгеново лъчение. За компресия се използват специални компресионни колани, които са включени в диагностичния апарат за радиоод, но те често не се използват достатъчно.

Брой разпръснати радиация Той намалява с увеличаване на разстоянието между рентгеновата тръба и филма. С увеличаване на това разстояние и съответната диафрагментация се получава по-малко, състояща се от страна на работния куп рентгенови лъчи. С увеличаване на разстоянието между рентгеновата тръба и филма, е необходимо да се намали полето на експозиция до минималните възможни размери. Тя не трябва да бъде "отрязана" в проучването на зоната.

За тази цел, в последния конструкции Рентгеновите диагностични устройства са снабдени с пирамидална тръба със леки центрове. С него се постига не само за ограничаване на сменяемия район за подобряване на качеството на рентгеновото изображение, но също така е изключено прекомерно облъчване на тези части на човешкото тяло, които не подлежат на радиография.

За намаляване на количеството разпръснати рентгенови лъчи Изследваната част на обекта трябва да бъде възможно най-близо до рентгеновия филм. Това не се прилага за радиография с директно увеличаване на рентгеновото изображение. С рентгенография с директно увеличение на изображението, разпръснатото проучване практически не достига рентгеновия филм.

Използвани са пясъчни торбички фиксация Обектът, който се изследва, е необходимо да се постави допълнително от касетата, тъй като пясъкът е добра среда за образуване на разпръснато рентгеново лъчение.

С радиографияПроизведен на масата, без да се използва притискаща решетка, под касета или плик с филм трябва да бъде изтласкан от лист с светлинни гумени възможни големи размери.
За абсорбция разпръснати рентгенови лъчи Използват се рентгенови решетки, които поглъщат тези лъчи, когато ги излизат от човешкото тяло.

Технология за овладяване производство на рентгенови снимки С повишени напрежения на рентгеновата тръба, това е пътят, който ни води до идеално рентгеново смяна, т.е. такава моментна снимка, която е ясно видима в детайлите и костите и меката тъкан.

Дифузни разсейващи рентгенови лъчи - разсейване на рентгенови лъчи в посоките, за да се изпълни до-ryh Bragg - Wolfa Condition.

В идеален кристал, еластично разпръскване на вълни атоми, разположени в обектите на периодични. Решетки, поради определянето. указания. Вектор Q.съвпадащ с указанията на върха на връщащата решетка Г.: Q \u003d К. 2 -к. 1, където к. 1 I. к. 2 - Вълни вектори на падащи и разпръснати вълни съответно. Разпределението на интензивността на разсейването в обратното решетъчна пространство е набор от пикове на D-образни пикове на Laue - Bragg в възлите на обратната решетка. Разместването на атомите от решетките възли нарушават периодичността на кристала и намесата. Картината се променя. В този случай, в разпределението на интензивността на разсейването, заедно с максималната (постоянна, ако в изкривен кристал можете да изберете осреднен периодичен. Решетката) се появява гладък компонент I 1 (Q)съответстващ на D. R. R. л. на несъвършенствата на кристала.

Заедно с еластично разсейване, D. R. R. л. Тя може да се дължи на нееластични процеси, придружени от възбуждането на електронното заместване на кристала, т.е. разпръскване на Compton (виж Комптън ефект) и разпръскване с плазмено възбуждане (виж Твърда плазма). Използване на изчисления или специални. Експериментите Тези компоненти могат да бъдат изключени, разпределянето на D.P. R. л. на несъвършенствата на кристала. При аморфни, течни и газообразни вещества, където няма постоянен ред, разсейването е само дифузно.

Разпределение на интензивността I 1 (Q) Д. R. R. л. кристал в широк спектър от стойности Q.Съответстващи на цялата елементарна клетка на обратната решетка или няколко клетки съдържат подробна информация за характеристиките на кристала и неговите несъвършенства. Експериментален I 1 (Q) Може да се получи с помощта на метод, използващ монохромен. Рентгенография и позволяваща да се върти кристал около различни оси и да се промени указанията на векторите на вълната k 1, k 2вариращи, t. о., Q. В широк спектър от стойности. Може да се получи по-малко подробна информация Debye - метод на Шеридра или Laue метод.

В перфектния кристал d.r.l. Поради само топлинни премествания и нулеви трептения Атомите на решетката и могат да бъдат свързани с процесите на емисия и абсорбция на един или няколко. . В малки Q. OSN. Ролята играе еднокомпонентно разсейване и само фонони са развълнувани или изчезнали. q \u003d Q-Gкъдето Г.-Векторна решетка, най-близка до Q.. Интензивността на такова разсейване I. 1t ( Q.) В случай на едноадресни идеални кристали се определя от F-loi

където Н. - броя на елементарните кристални клетки, е.- Стюктивна амплитуда, - Debye фактор, t - масата на атома, - стартира и. Вектори на фонони й.Клонове с вектор на вълната q.. С малки q. Честоти, т.е. при приближаване на промените решетъчни възли, като 1 / q. 2. Определяне на вектори q., паралелни или перпендикулярни указания, в кубични кристали, където тя е ясно определена от съображения, можете да намерите честоти на трептенията за тези посоки.

В неидеални кристали крайните дефекти водят до отслабване на интензитетите на правилните отражения. I. 0 (Q.) И до d.r.r.l. I 1 (Q) На статично. разместване и промени в структурните амплитуди, причинени от дефекти ( с. - брой на клетката близо до дефект, -Type или дефектна ориентация). В слабо изкривени кристали с ниска концентрация на дефекти (дефекти в кристал) и Интензивност d.r.r.l.

къде и компонентите Фурие.

Намаляване на разстоянието r. от дефект като 1 / r. 2, като резултат, с малък q. и близо до обратната решетъчна възли I 1 (Q) се увеличава като 1 / q. 2. Ъгъл пристрастяване I 1 (Q) качествено различно за дефекти на различни видове и симетрия и стойността I 1 (Q) Определя величината на изкривяване около дефекта. Разпределение на изследването I 1 (Q) В кристали, съдържащи дефекти (например, интерстициални атоми и свободни работни места в облъчени материали, приятни атоми в слаби солидни решения) дава възможност да се получи подробна информация за вида на дефектите, тяхната симетрия, позиция в мрежата, конфигурацията на формирането на атомите Дефектът, течките на тензорите, с дефекти на K-рибата действат върху кристала.

При комбиниране на точкови дефекти в груповата интензивност I 1. в областта на малките q. Той се увеличава значително, но се оказва фокусиран в относително малки области на разстояние от обратната решетка близо до възлите му и кога ( R 0. - Размерите на дефекта) бързо намалява.

Изследване на регионите с интензивен D. R. R. л. Той дава възможност да се изследват размерите, формата и т.н. Характеристиките на частиците на втората фаза в решенията за стареене. Малки радиус при облъчени или деформиране. Материали.

С това означава. Концентрациите на големи дефекти на кристала са много изкривени не само локално в близост до дефекти, но като цяло, така в по-голямата част от обема му. В резултат на това дебитният фактор е Waller и интензивността на правилните отражения I 0. експоненциално намаление и разпространението I 1 (Q) Тя е качествено възстановена, образувайки множество пикове, изместени от обратните решетъчни възли, ширината на до-риги зависи от размера и концентрацията на дефекти. Експериментално те се възприемат като договорени пикове на Браг (Quasilia относно дълга), а в някои случаи се наблюдава дифракция. Дублети, състоящи се от двойки върхове I. 0 I. I 1.. Тези ефекти се проявяват в стареещи сплави и облъчени материали.

В концентрично. Решения, еднокомпонентни лица, поръчани кристали, неадеализация на фероелектриците поради неизползване. Дефекти и Flukuz. Нехомогенност на концентрация и вътрешно. Параметри I. I 1 (Q) Удобно е да се обмисли като разпръскване q.. Flushuard. вълната на тези параметри ( q \u003d Q-G). Например, в двоични разтвори А - В с един атом в клетката при разпространението на разсейване на статично. разместване

където е. Ай. f B.-Томични фактори на разсейващи атоми А и Б, от - Концентрационни параметри на корелацията, - вероятността за подмяна на двойката възли, разделени от решетния вектор но, атоми А. идентифицират I 1 (Q) В цялата клетка на обратната решетка и провеждане на трансформацията на Фурие Фурие, можете да намерите за разделяне. Координални. сфери Разсейване на статистика. компенсациите се изключват въз основа на данни за интензивност I 1 (Q) в няколко Клетки на обратната решетка. Дистрибуции I 1 (Q) Може да се използва и също. Дефиниции за рационализиране на енергията за различни но В двойки модел на взаимодействие и нейната термодинамична. Характеристики. Характеристики D.R.R.L. Метал. разтвори, разрешени за развитие на дифракцията. Изследователски метод фермерска повърхност Сплави.

В системи, разположени в държави близо до точките на фазовия преход на 2-ри вид и критиката. Точки за кривите на разпадане, колебанията се увеличават рязко и стават големи. Те причиняват интензивна критика. D. R. R. л. В близост до обратните решетъчни възли. Изследването му ви позволява да получите важна информация за характеристиките на фазовите преходи и термодинамичното поведение. Стойности в близост до точките на прехода.

Дифузно разсейване на термични неутрони на статистика. Хетерогенност, подобни на D. R. R. л. и описани от подобни F-las. Изследването на неутронно разсейване дава възможност да се изследва динамиката. Характеристики на трептенията на атомите и колебанията. Не-роднини (виж Непълни разсейващи неутрони).

Осветено: Джеймс Р., оптични принципи на рентгенова дифракция, на. от английски, M., 1950; Иверонова V. I., Revkivich G. P., теория на рентгеновото разсейване, 2 Ed., M., 1978; Iveronova V. I., Katsnelson A. A., среден ред в твърди решения, М., 1977; Cauli J., дифракция на физиката, на. от английски, M., 1979; Престъпници М А., дифракция на рентгенови лъчи и неутрони в неисейни кристали, К., 1983; Неговата, дифузна разсейване на рентгенови лъчи и неутрони на флуктуационните нехомогенности в неисейни кристали, К., 1984.

М. A. Krivlazy..

Ex \u003d ex0 cos (wt - k0 z + j0) ey \u003d ey0 cos (wt - k0 z + j0)

BX \u003d BX0 COS (WT - K0 Z + J0) чрез \u003d BY0 COS (WT - K0 Z + J0)

където t е времето, W е честотата на електромагнитното излъчване, K0 е номер на вълната, J0 - началната фаза. Номерът на вълната е модул за векторна вълна и обратно пропорционална на дължината на вълната K0 \u003d 2π / l. Цифрената стойност на началната фаза зависи от избора на началната точка на времето t0 \u003d 0. Стойностите на ex0, EY0, BX0, BY3 са амплитуди на съответните компоненти (3.16) на електрически и магнитни дължини на вълните.

По този начин, всички компоненти (3.16) с плоска електромагнитна вълна са описани чрез елементарни хармонични функции на формуляра:

Y \u003d A0 COS (WT - KZ + J0) (3.17)

Помислете за разсейването на плоска монохроматична рентгенова вълна на множество атоми на изследваната проба (на молекула, кристал с краен размери и др.). Взаимодействието на електромагнитна вълна с електрони на атомите води до генериране на вторични (разпръснати) електромагнитни вълни. Според класическата електродинамика разсейването на отделен електрон възниква в ъгъла на тялото на 4P и има съществена анизотропия. Ако първичната рентгенова радиация не се поляризира, плътността на потока на разпръснатото радиация на вълната се описва със следната функция

(3.18)

където i0 е плътността на първичния радиационен поток, R е разстоянието от точката на разсейване до мястото на регистрация на разпръснатото радиация, Q е полярен ъгъл на разсейване, който се брои от посоката на вектора на вълната на равнината първичен вълна k0 (виж фиг.3.6). Параметър

»2.818 × 10-6 nm (3. 19)

исторически, класическият радиус на електрона.

Фиг.3.6. Полярният ъгъл на разсейване Q на плоска първична вълна на малък crideways cr.

Един ъгъл q определя конична повърхност в пространството. Свързаното движение на електрони в атома усложнява анизотропия на разпръснато радиация. Амплитудата на рентгеновата вълна, дифузният атом се експресира, използвайки функцията на дължината на вълната и полярния ъгъл F (Q, L), който се нарича атомна амплитуда.

По този начин, ъгловото разпределение на интензивността на рентгеновата вълна, разпръснат атом, се изразява по формулата

(3. 20)

и има аксиална симетрия спрямо посоката на вълната вектор на първичната вълна на K0. Квадратът на атомната амплитуда F 2 се нарича ядрен фактор.

По правило, в експериментални инсталации за рентгенови структурни и рентгенови проучвания, детекторът на разселените рентгенови лъчи се намира на разстояние от r значително превишаване на размерите на разсейващата проба. В такива случаи входният прозорец на детектора изрязва повърхността на постоянната фаза на разпръснатата вълна, която може да бъде поставена с висока точност.

Фиг.3.8. Геометричната диаграма на разсейване на рентгенови лъчи върху атомите на пробата 1 при условия на дифракционна дифракция.

2 - рентгенов детектор, K0 - векторна главна рентгенова вълна на вълната, стрелките на бар изобразяват потоците от първични рентгенови лъчи, баркод пунктирани - потоци разпръснати рентгенови лъчи. Кръговете показват атомите на изследваната проба.

В допълнение, разстоянията между съседните атоми на облъчената проба са няколко порядъка по-малко от диаметъра на входния прозорец на детектора.

Следователно, в тази геометрия на регистрацията, детекторът възприема потока от плоски вълни, разпръснати от отделни атоми, а вълната векторите на всички разпръснати вълни могат да бъдат разглеждани с висока точност паралелна.

Горните характеристики на разсейването на рентгенови лъчи и тяхната регистрация исторически получиха името на дифракцията на Fraunhofer. Това приблизително описание на рентгеновия процес на разсейване в атомните структури ви позволява да изчислите дифракционния модел (ъгловото разпределение на интензивността на разпръснатото радиация) с висока точност. Доказателството е, че сближаването на дифракционната дифракция е базирано на рентгенови дифракционни методи на веществото, което позволява да се определят параметрите на елементарните клетки на кристалите, за да се изчислят координатите на атомите, за да се настрои наличието на различни фази в пробата , за да се определят характеристиките на кристалите дефектност и др.

Помислете за кристална проба от малък размер, съдържащ ограничен брой N атоми със специфичен химичен номер.

Въвеждаме правоъгълна координатна система. Неговото начало е съвместимо с центъра на един от атомите. Позицията на всеки център на атома (центъра за разсейване) се определя от три координата. XJ, YJ, ZJ, където J е последователният номер на атома.

Оставете изследването на пробата, изложена на плоска първична рентгенова вълна с вълнов вектор K0, насочен успоредно на ос OZ на избраната координатна система. В този случай основната вълна е представена от функцията на формата (3.17).

Разпръскването на рентгенови лъчи върху атомите може да бъде именно и еластично. Еластично разсейване се извършва без промяна на дължината на вълната на рентгеновата радиация. При нееластично разсейване се увеличава радиационната дължина на вълната и вторичните вълни са непоследователни. Следното се счита само за еластично разсейване на рентгенови лъчи върху атомите.

Обозначава L - разстоянието от началото на координатите към детектора. Предлагаме се, че се извършват условията на дифракцията на Fraunhofer. Това, по-специално означава, че максималното разстояние между атомите на облъчената проба е няколко порядъка по-малка от разстоянието L. В този случай чувствителният елемент на детектора е изложен на плоски вълни с паралелни вектори на вълни K. Модулите на всички вектори са равни на модула на вектора на вълната K0 \u003d 2π / l.

Всяка плоска вълна причинява хармонично колебание с честота

(3.21)

Ако първичната вълна е задоволително приблизителна от плоска хармоника, тогава всички вторични (разпръснати атоми) вълни са кохерентни. Разликата в фазите на многобройните вълни зависи от разликата в хода на тези вълни.

Ние ще похарчим от началото на координатите с местоположението на входа на детектора спомагателната ос или. След това всяко вторично разпространение в посоката на тази ос може да бъде описано от функцията

y \u003d A1 FCOS (WT- KR + J0) (3.22)

където амплитудата на А1 зависи от амплитудата на първичната вълна A0, а първоначалната фаза J0 е еднаква за всички вторични вълни.

Вторичната вълна, излъчвана от атома в началото на координатите, ще създаде трептене на чувствителния елемент на детектора, описан от функцията

A1 F (Q) COS (WT - KL + J0) (3.23)

Други вторични вълни ще създадат осцилации със същата честота (3.21), но се различават от функцията (3.23) чрез фазовото смяна, което от своя страна зависи от разликата в хода на вторичните вълни.

За система от плоски кохерентни монохроматични вълни, движещи се в определена посока, относителната фаза Shift DJ е пряко пропорционална на разликата в хода на DL

Dj \u003d k × dl (3.24)

където К е номер на вълната

k \u003d 2π / l. (3.25)

За да се изчисли разликата в хода на вторични вълни (3.23), първо приемат, че облъчването на пробата е едноизмерна верига от атоми, разположени по оста на координатата на вола (виж фиг.3.9). Атомните координати са определени по номера XI, (J \u003d 0, 1, ..., N - 1), където X0 \u003d 0. Повърхността на постоянната фаза на първичната плоска вълна е успоредна на веригата на атомите, и на Вълният вектор K0 е перпендикулярно на него.

Ще изчислим плоската дифракционна картина, т.е. Ъгловото разпределение на интензивността на разпръснато радиация в равнината, показана на фиг.3.9. В този случай, ориентацията на местоположението на детектора (с други думи, посоката на спомагателния или) е поставена от ъгъла на разсейване, който се брои от оста на Оз, т.е. От посоката на вектора на вълната K0 на първичната вълна.

Фиг.3.9. Геометричната диаграма на дифракционната дифракция в предварително определена равнина върху правата верига на атомите

Без загуба на обложността на разсъжденията може да се предположи, че всички атоми са разположени в дясната половина ос. (с изключение на атом, разположен в центъра на координатите).

Тъй като се извършват условията на дифракционната дифракционна дифракция, вълната векторите на всички вълни, разпръснати от атомите, идват до прозореца на входа на детектора с паралелни вектори на вълни K.

Фигура 3.9 От това следва, че вълната, излъчвана от атома с XI координата, преминава разстоянието до детектора L-XISIN (Q). Следователно, трептенето на чувствителния елемент на детектора, причинен от вторична вълна, излъчвана от атома с XI координатна, е описана от функцията

A1 F (Q) COS (WT - K (L-XJ SIN (Q)) + J0) (3.26)

Подобен вид имат останалите разпръснати вълни, влизащи в прозореца на детектора, разположен в дадена позиция.

Определя се величината на първоначалната фаза J0, по същество, точката на началото на времето. Нищо не пречи на избора на J0, равен на -KL. След това движението на чувствителния елемент на детектора ще присъства

(3.27)

Това означава, че разликата в движението на вълните, разпръснати от атоми с координати Xi и X0, е \u200b\u200b-xisin (q), а съответната фазова разлика е равна на kxisin (q).

Честотата на осцилациите на електромагнитни вълни на рентгеновата гама са много големи. За рентгенови лъчи с дължина на вълната L \u003d Å, честотата W по ред на магнитуд е ~ 1019 S-1. Модерното оборудване не може да измерва мигновените стойности на електрическите и магнитните полета (1) с такива бързи промени в полетата, така че всички рентгенови детектори регистрират средната стойност на квадрата на амплитудата на електромагнитни трептения.

Рентгеновата радиация се нарича електромагнитни вълни с дължина приблизително 80 до 10-5 nm. Най-дългите рентгенови лъчи на вълната се припокриват от ултравиолетовете с къси вълни, късо вълни - дълга вълна γ-радиация. По метода на възбуждане рентгеновите лъчи се разделят на спиране и характеристика.

31.1. Рентгеновото тръбно устройство. Спирачни рентгенови лъчи

Най-често срещаният източник на рентгено излъчване е рентгенова тръба, която е двуелектродното ваксинално устройство (фиг. 31.1). Отопляем катод 1 Изпразва електрони 4. Анод 2, наричан често антикатод, има наклонена повърхност, за да се насочи получената рентгенова радиация 3 Под ъгъл до оста на тръбата. Анодът е направен от добреглав материал за отстраняване на топлината, генерирана от електрони. Повърхността на антиода е изработена от огнеупорни материали, имащи голям номер на последователност на атом в масата на Менделеев, например от волфрам. В някои случаи анодът е специфично охладен с вода или масло.

За диагностични тръби, източникът на рентгеновия източник е важен, който може да бъде постигнат чрез фокусиране на електрони на едно място на антикатите. Ето защо е необходимо да се вземат предвид две противоположни задачи: от една страна, електроните трябва да падат на едно място, от друга страна, за да се предотврати прегряване, е желателно да се разпространяват електрони от различни части на анода. Тъй като една от интересните технически разтвори е рентгенова тръба с въртящ се анод (фиг. 31.2).

В резултат на забавяне на електронното забавяне (или друга таблица), електростатичното поле на атомното ядро \u200b\u200bи атомните електрони на антикатода се случва рентгенова снимка на спирачките.

Механизмът може да бъде обяснен, както следва. С движещ се електрически заряд, магнитното поле е свързано, чиято индукция зависи от скоростта на електронната скорост. При спиране, магнитно

индукция и в съответствие с теорията на Максуел се появява електромагнитна вълна.

При спиране електрони, само част от енергията отива при създаването на фотон на рентгеновата радиация, а другата част се изразходва за отопление на анода. Тъй като съотношението между тези части е случайно, след това при спиране на голям брой електрони се образува непрекъснат спектър от рентгеново лъчение. Във връзка с това спирачното излъчване се нарича също твърдо вещество. На фиг. 31.3 Зависимостта на рентгеновия поток от дължината на вълната λ (спектри) са представени в различни напрежения в рентгеновата тръба: U 1.< U 2 < U 3 .

Във всеки от спектрите най-късоте ръчно радиация λ ηίη Друг възниква, когато енергията, придобита от електрона в ускоряващата област, напълно се движи в енергията на фотоната:

Обърнете внимание, че въз основа на (31.2) са разработени един от най-точните методи за експериментална дефиниция на постоянна дъска.

Кратка рентгеновата радиация обикновено има по-голяма проницателна способност от дългата вълна и се нарича трудени дълги вълни - мек.

Увеличаване на напрежението на рентгеновата тръба, променете спектралния състав на радиацията, както може да се види от фиг. 31.3 и формула (31.3) и увеличаване на твърдостта.

Ако увеличите температурата на катода, емисиите на електрони ще се увеличат и токът в тръбата ще се увеличи. Това ще доведе до увеличаване на броя на фотоните на рентгеновото излъчване, излъчвано всяка секунда. Спектралният състав няма да се промени. На фиг. 31.4 Показване на спектрите на рентгеновото лъчение на спирачката при едно напрежение, но с различни правомощия на тока на тока на катода: / H1< / н2 .

Потокът от рентгеново лъчение се изчислява по формулата:

където Улавянеи I -напрежение и ток в рентгеновата тръба; Z.- номера на последователността на атома на анодното вещество; к.- коефициент на пропорционалност. Спектри, получени от различни антикатоди със същото Улавянеи i h, изобразен на фиг. 31.5.

31.2. Характерна рентгенова радиация. Атомни рентгенови спектри

Увеличаване на напрежението на рентгеновата тръба, може да се види на фона на твърдия спектър, появата на линия, която съответства

характерно рентгеново лъчение(Фиг. 31.6). Възниква поради факта, че ускорените електрони проникват в дълбините на атома и електроните са извадени от вътрешните слоеве. Електроните от горните нива се движат по свободни пространства (фиг. 31.7), се показват фотоните на характеристичното излъчване. Както може да се види от фигурата, характерната рентгенова радиация се състои от серия K, l, mи т.н., името на което е било връчено за обозначаване на електронни слоеве. Тъй като радиацията на K-серията се освобождава в по-високи слоеве, линиите на други серии също се излъчват едновременно.

За разлика от оптичните спектри, характерните рентгенови спектри на различни атоми от същия тип. На фиг. 31.8 показва спектрите на различни елементи. Същият вид тези спектри се дължи на факта, че вътрешните слоеве в различни атоми са еднакви и се различават само енергия, тъй като ефектът на властта от страна на ядрото се увеличава, когато се увеличава последователността на елемента. Това обстоятелство води до факта, че характерните спектри се преместват към големи честоти с увеличаване на ядрото. Този модел е видим от фиг. 31.8 и известен като закон за мозеемите:

където v - честотата на спектралната линия; Z- атомният номер на излъчващия елемент; НО и В - постоянно.

Има друга разлика между оптични и рентгенови спектри.

Характерният рентгенов спектър на атома не зависи от химичното съединение, в което този атом е включен. Например, рентгенов спектър на кислороден атом е същият за О, О2 и Н20, докато оптичните спектри на тези съединения са значително различни. Тази характеристика на рентгеновия лъч на атома служи като основа за името характеристика.

Характерната радиация винаги се появява в присъствието на свободно пространство във вътрешните слоеве на атома, независимо от причината, която я е причинила. Например, характерното излъчване придружава един от видовете радиоактивен разпад (виж 32.1), който се крие в припадъка на електронната сърцевина от вътрешния слой.

31.3. Рентгенова реакция със веществото

Регистрацията и използването на рентгенова радиация, както и нейният ефект върху биологичните обекти, се определят от първични процеси на взаимодействие на рентгеновия фотон с електрони на атомите и молекулите на материята.

В зависимост от съотношението на енергията hV.фотон и енергия на йон-Zing 1 A и имат три основни процеса.

Кохерентно (класическо) разсейване

Разсейването на рентгеновото лъчение с дълги вълни се появява главно без промяна на дължината на вълната и се нарича съгласуван.Това се случва, ако енергията на фотоната е по-малка от йонизационната енергия: hV.< А и.

Тъй като в този случай енергията на фотона на рентгеновата радиация и атома не се променя, тогава кохерентното разпръскване не причинява биологично действие. Въпреки това, когато се създава защита срещу рентгеново лъчение, трябва да се вземе предвид възможността за промяна на посоката на първичния лъч. Този тип взаимодействие е важно за рентгеновия структурен анализ (виж 24.7).

Некохерентно разсейване (компонентен ефект)

През 1922 г. A.h. Комптън, наблюдавайки разсейването на твърдите рентгенови лъчи, откриха намаляване на проникващата способност на разпръснатия лъч в сравнение с инцидента. Това означаваше, че дължината на вълната на разпръснатото рентгеново лъчение е по-голямо от инцидента. Нарича се рентгеново разсейване с промяна в дължината на вълната некохеренти самата феномен - ефект на компат.Това се случва, ако енергията на рентгеновата радиация на фотон е по-голяма от енергията на йонизацията: hV\u003e A и.

Този феномен се дължи на факта, че когато взаимодейства с атом hV.фотонът се изразходва за образуването на нов разпръснат фотон на рентгеновата радиация с енергия hV ",до отделянето на електрон от атом (йонизационна енергия a и) и съобщение електрон на кинетична енергия E към:

hV \u003d HV "+ A и + e към.(31.6)

1 Тук, под енергията на йонизацията, е необходима енергията, необходима за отстраняване на вътрешните електрона отвъд атома или молекулата.

От много случаи hV.\u003e\u003e А, както и ефектът на компонента възниква върху свободните електрони, след това можете да записвате приблизително:

hV \u003d HV "+ E K.(31.7)

По същество, в това явление (фиг. 31.9), заедно с вторичното рентгеново лъчение (енергия hV."Photon) се появяват електрони (кинетична енергия E K.електрон). Атомите или молекулите в същото време стават йони.

Photoebect.

В Photoebect, рентгеновата радиация се абсорбира от атом, в резултат на което електронът мухи и атомът е йонизиран (фотоизия).

Трите основни процеса на взаимодействие, обсъдени по-горе, са първични, те водят до последващите вторични, третични и др. Явления. Например, йонизирани атоми могат да излъчват характерен спектър, развълнуваните атоми могат да станат източници на видима светлина (рентгенова и въздухоплавателност) и др.

На фиг. 31.10 Диаграма на възможни процеси, произтичащи от рентгеновата радиация в дадено вещество. Може да има няколко дузина процеси, подобни на тези, показани преди енергията на рентгеновия фотон ще превключи на енергията на молекулярното движение. В резултат на това ще се появят промени в молекулярния състав на веществото.

Процесите, представени със схемата от фиг. 31.10, основните явления, наблюдавани при действието на рентгеновата радиация върху веществото. Избройте някои от тях.

Рентгеновност- блясък на серия от вещества с рентгеново облъчване. Такъв блясък на платиназодистки бариев позволи на рентгенови лъчи да отворят лъчи. Това явление се използва за създаване на специални светещи екрани, за да се наблюдава визуално рентгено излъчване, понякога за подобряване на ефекта на рентгеновите лъчи върху фотопластичната.

Известен е химическият ефект на рентгеновата радиация, такава като образуването на водороден пероксид във вода. Практически важен пример е въздействието върху фотографската плоскост, което ви позволява да фиксирате такива лъчи.

Йонизиращият ефект се проявява в увеличаване на електрическата проводимост под влиянието на рентгенови лъчи. Този имот се използва

в дозиметрия за количествена оценка на този вид радиация.

В резултат на много процеси първичният лъч рентгенови лъчи се отслабва в съответствие със закона (29.3). Пишем го във формата:

I \u003d I 0 e- ", (31.8)

където μ е коефициент на линейно затихване. Тя може да бъде представена, състояща се от три термина, съответстващи на кохерентно разсейване μ, непоследователен μ ηκ и фотоапарат μ f:

μ \u003d μ k + μ hk + μ f. (31.9)

Интензивността на рентгеновата радиация се отслабва пропорционално на броя на атомите на веществото, през които преминава тази нишка. Ако компресирате веществото по оста х например, в б. Веднъж чрез увеличаване б. След неговата плътност, тогава

31.4. Физически бази за използване на рентгенова радиация в медицината

Едно от най-важните медицински приложения на рентгеново предаване на вътрешни органи с диагностична цел (Рентгенова диагностика).

За диагностика използвайте фотони с енергия от около 60-120 kev. С тази енергия масовият коефициент на отслабване се определя главно от фотоелектрическия ефект. Неговата стойност е обратно пропорционална на третата степен на фотонна енергия (пропорционална на λ3), която се проявява чрез голяма проницателна способност на твърда радиация и пропорционално на третата степен на атомния брой на абсорбиращото вещество:

Значителна разлика в усвояването на рентгеновата радиация с различни тъкани позволява в прожекцията на сянката да се видят изображения на вътрешните органи на човешкото тяло.

Рентгетската диагностика се използва в две версии: радиоскопия. - изображението се разглежда на рентгеновия екран, рентгенография - изображението е фиксирано върху филма.

Ако органът по проучване и околните тъкани са приблизително еднакво отслабени чрез рентгеново лъчение, те използват специални контрастни средства. Например, запълване на стомаха и червата на касатната маса на бариев сулфат, можете да видите тяхното изображение в сянка.

Яркостта на изображението на екрана и времето за експозиция на филма зависи от интензивността на рентгеновата радиация. Ако се използва за диагностика, интензивността не може да бъде голяма, за да не причиняват нежелани биологични последици. Следователно съществуват редица технически устройства, които подобряват изображението при малки рентгенови интензивности. Като пример за такова устройство можете да посочите електронни оптични преобразуватели (вж. 27.8). С масово проучване на населението, широко използваната промяна на радиографията - флуорография, при която изображението от голям рентгенов екран се записва на чувствителен малък формат филм. Когато снимате, обективът е голяма осветеност, готовите снимки се считат за специална лупа.

Интересно и обещаващо решение на радиографията е методът, наречен рентгенова томография, и неговата "машина версия" - cT сканиране.

Помислете за този въпрос.

Обичайният рентгенография покрива голяма част от тялото, с различни органи и тъкани сенки. Възможно е да се избегне това, ако периодично заедно (фиг. 31.11) в антифаза се движи рентгеновата тръба RT. и филм. FP. По отношение на обекта относно Изследвания. Тялото има серия от непрозрачни включвания за рентгенови лъчи, те са показани в кръгове на фигурата. Както може да се види, рентгенови лъчи във всяка позиция на рентгеновата тръба (1, 2 и т.н.) Pass.

нарязането на една и съща точка на обекта, който е център по отношение на това кое периодично движение се извършва RT.и FP.Тази точка е по-точно малко непрозрачно включване, е показано в тъмен кръг. Изображението му се движи заедно с FP,заемане постоянно позиция 1 2 и т.н. Оставащите включвания в тялото (кости, тюлени и т.н.) създават FP.някакъв общ фон, като рентгенови лъчи непрекъснато се разклащат от тях. Чрез промяна на позицията на люлката, можете да получите слоесто рентгеново изображение на тялото. Оттук и името - томография(слойст).

Можете, използвате тънък рентгенов лъч, екран (вместо това FP)състои се от полупроводникови детектори на йонизиращо лъчение (виж 32.5) и компютри, лечение на рентгеново изображение на сянка по време на томография. Такава модерна форма на томография (компютърна или компютърна рентгенова томография) позволява на слой-слой изображение на тялото на екрана на епруветка или хартия с детайли по-малко от 2 mm с разликата в абсорбцията на рентгеново излъчване до 0.1%. Това позволява например да се прави разлика между сивото и бялото вещество на мозъка и да види много малко туморно образование.