एक्स-रे बिखरने की तीव्रता। परमाणु प्रकीर्णन कारक। परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों द्वारा एक्स-रे का प्रकीर्णन। एक आयामी दोलकीय गतियां

उस समय व्यापक रूप से फैले परमाणु की संरचना के बारे में कई अटकलों के विपरीत, थॉमसन का मॉडल भौतिक तथ्यों पर आधारित था, जिसने न केवल मॉडल को सही ठहराया, बल्कि परमाणु में कणिकाओं की संख्या के कुछ संकेत भी दिए। ऐसा पहला तथ्य एक्स-रे का प्रकीर्णन है, या, जैसा कि थॉमसन ने कहा, द्वितीयक एक्स-रे का उद्भव। थॉमसन एक्स-रे को विद्युत चुम्बकीय स्पंदन के रूप में देखते हैं। जब इस तरह के स्पंदन इलेक्ट्रॉनों वाले परमाणुओं पर पड़ते हैं, तो इलेक्ट्रॉन, त्वरित गति में आते हुए, लार्मर सूत्र द्वारा वर्णित अनुसार विकिरण करते हैं। प्रति इकाई आयतन में इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रति इकाई समय में उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा होगी

जहाँ N प्रति इकाई आयतन में इलेक्ट्रॉनों (कॉर्पसकल) की संख्या है। दूसरी ओर, एक इलेक्ट्रॉन का त्वरण

जहां ईपी प्राथमिक विकिरण की क्षेत्र शक्ति है। इसलिए, बिखरे हुए विकिरण की तीव्रता

पोयंटिंग प्रमेय के अनुसार आपतित विकिरण की तीव्रता है

तो विलुप्त ऊर्जा का प्राथमिक से अनुपात

चार्ल्स ग्लोवर बार्कलाविशेष एक्स-रे की खोज के लिए 1917 में नोबेल पुरस्कार प्राप्त करने वाले, 1899-1902 में थे। कैम्ब्रिज में थॉमसन में एक "शोध छात्र" (स्नातक छात्र), और यहां उन्हें एक्स-रे में रुचि हो गई। 1902 में वे लिवरपूल के यूनिवर्सिटी कॉलेज में लेक्चरर थे, और 1904 में, माध्यमिक एक्स-रे विकिरण का अध्ययन करते हुए, उन्होंने इसके ध्रुवीकरण की खोज की, जो पूरी तरह से थॉमसन की सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के साथ मेल खाता था। 1906 में अंतिम प्रयोग में, बार्कले ने प्राथमिक बीम को कार्बन परमाणुओं द्वारा बिखरा दिया। बिखरा हुआ बीम प्राथमिक बीम के लंबवत घटना था और यहां कार्बन द्वारा फिर से बिखरा हुआ था। यह तृतीयक बीम पूरी तरह से ध्रुवीकृत था।

1904 में प्रकाश परमाणुओं से एक्स-किरणों के प्रकीर्णन का अध्ययन करते हुए, बरकला ने पाया कि द्वितीयक किरणों की प्रकृति प्राथमिक किरणों की तरह ही होती है। प्राथमिक विकिरण की तीव्रता के अनुपात के लिए, उन्होंने प्राथमिक विकिरण से स्वतंत्र एक मान पाया, जो पदार्थ के घनत्व के समानुपाती होता है:

थॉमसन के सूत्र से

लेकिन घनत्व = n A / L, जहाँ A परमाणु का परमाणु भार है, n में परमाणुओं की संख्या है 1 सेमी 3, L अवोगाद्रो की संख्या है। अत,

यदि हम एक परमाणु में Z के बराबर कणिकाओं की संख्या रखते हैं, तो N = nZ और

यदि हम इस व्यंजक के दायीं ओर e, m, L के मानों को प्रतिस्थापित करते हैं, तो हम K पाते हैं। 1906 में, जब संख्याएँ e और m का ठीक-ठीक पता नहीं था, तो थॉमसन ने वायु के लिए Barcl के मापों से पाया कि जेड = एअर्थात एक परमाणु में कणिकाओं की संख्या परमाणु भार के बराबर होती है। 1904 में बार्कल के प्रकाश परमाणुओं के लिए प्राप्त K मान था के = 0.2... लेकिन 1911 में बार्कले ने ई / एम के लिए परिष्कृत बुचरर डेटा का उपयोग करते हुए, ई और एल के मान प्राप्त किए रदरफोर्डतथा गीजर, प्राप्त किया कश्मीर = 0.4और इसलिए जेड = 1/2... जैसा कि यह थोड़ी देर बाद निकला, यह अनुपात प्रकाश नाभिक (हाइड्रोजन के अपवाद के साथ) के क्षेत्र में अच्छी तरह से संतुष्ट है।

थॉमसन के सिद्धांत ने कई मुद्दों को सुलझाने में मदद की, लेकिन कई और अनसुलझे छोड़ दिए। इस मॉडल को निर्णायक झटका 1911 में रदरफोर्ड के प्रयोगों से लगा, जिसकी चर्चा नीचे की जाएगी।

परमाणु का एक समान वलय मॉडल 1903 में एक जापानी भौतिक विज्ञानी द्वारा प्रस्तावित किया गया था नागोका।उन्होंने सुझाव दिया कि परमाणु के केंद्र में एक धनात्मक आवेश होता है, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉनों के वलय शनि के वलय की तरह घूमते हैं। वह अपनी कक्षाओं में नगण्य विस्थापन पर इलेक्ट्रॉनों द्वारा किए गए दोलनों की अवधि की गणना करने में सफल रहे। इस तरह से प्राप्त आवृत्तियों ने कमोबेश कुछ तत्वों की वर्णक्रमीय रेखाओं का वर्णन किया है *।

* (यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि परमाणु का ग्रहीय मॉडल 1901 में प्रस्तावित किया गया था। जे पेरिन।उन्होंने अपने इस प्रयास का जिक्र 11 दिसंबर 1926 को दिए गए नोबेल व्याख्यान में किया था।)

25 सितंबर, 1905 को, वी. विन ने जर्मन प्रकृतिवादियों और चिकित्सकों की 77वीं कांग्रेस में इलेक्ट्रॉनों पर एक प्रस्तुति दी। इस रिपोर्ट में, उन्होंने, अन्य बातों के अलावा, निम्नलिखित कहा: "इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के लिए वर्णक्रमीय रेखाओं की व्याख्या भी बहुत कठिन है। चूंकि प्रत्येक तत्व वर्णक्रमीय रेखाओं के एक निश्चित समूह से मेल खाता है जो कि ल्यूमिनेसिसेंस की स्थिति में उत्सर्जित होता है, प्रत्येक परमाणु को एक अपरिवर्तनीय प्रणाली का प्रतिनिधित्व करना चाहिए। सबसे आसान तरीका एक ग्रह प्रणाली के रूप में एक परमाणु की कल्पना करना होगा जिसमें एक सकारात्मक चार्ज केंद्र होता है जिसके चारों ओर नकारात्मक इलेक्ट्रॉन घूमते हैं, जैसे ग्रह। सापेक्ष आराम या नगण्य गति होती है - एक प्रतिनिधित्व जिसमें बहुत अधिक होता है संदिग्ध। "

ये संदेह और भी बढ़ गए क्योंकि विकिरण और परमाणुओं के नए रहस्यमय गुणों की खोज की गई।

पर बढ़े हुए वोल्टेज पर काम करेंपारंपरिक वोल्टेज पर रेडियोग्राफी की तरह, बिखरे हुए एक्स-रे विकिरण से निपटने के सभी ज्ञात तरीकों का उपयोग करना आवश्यक है।

मात्रा बिखरा हुआ एक्स-रेविकिरण क्षेत्र में कमी के साथ घटता है, जो कार्यशील बीम में एक्स-रे बीम को सीमित करके प्राप्त किया जाता है। विकिरण के क्षेत्र में कमी के साथ, बदले में, एक्स-रे छवि के संकल्प में सुधार होता है, अर्थात, आंख द्वारा निर्धारित विवरण का न्यूनतम आकार कम हो जाता है। बदली जा सकने वाली डायफ्राम या ट्यूब क्रॉस-सेक्शन में एक्स-रे के काम करने वाले बीम को प्रतिबंधित करने के लिए पर्याप्त उपयोग होने से बहुत दूर हैं।

राशि कम करने के लिए बिखरा हुआ एक्स-रेजहां संभव हो संपीड़न का उपयोग किया जाना चाहिए। संपीड़न के दौरान, अध्ययन के तहत वस्तु की मोटाई कम हो जाती है और निश्चित रूप से, बिखरे हुए एक्स-रे विकिरण के गठन के केंद्र कम होते हैं। संपीड़न के लिए, विशेष संपीड़न बेल्ट का उपयोग किया जाता है, जो एक्स-रे डायग्नोस्टिक उपकरणों के सेट में शामिल होते हैं, लेकिन उनका उपयोग अक्सर पर्याप्त नहीं होता है।

बिखरे हुए विकिरण की मात्राएक्स-रे ट्यूब और फिल्म के बीच बढ़ती दूरी के साथ घट जाती है। इस दूरी में वृद्धि और इसी एपर्चर के साथ, एक कम अपसारी कार्यशील एक्स-रे बीम प्राप्त होता है। एक्स-रे ट्यूब और फिल्म के बीच की दूरी में वृद्धि के साथ, विकिरण क्षेत्र को न्यूनतम संभव आकार में कम करना आवश्यक है। इस मामले में, जांच किए गए क्षेत्र को "काटा" नहीं जाना चाहिए।

इसके लिए, अंत में संरचनाओंएक्स-रे डायग्नोस्टिक डिवाइस एक पिरामिड ट्यूब के साथ एक लाइट सेंट्रलाइज़र के साथ प्रदान किए जाते हैं। इसकी मदद से, न केवल एक्स-रे छवि की गुणवत्ता में सुधार के लिए हटाए जाने वाले क्षेत्र को सीमित करना संभव है, बल्कि मानव शरीर के उन हिस्सों के अनावश्यक विकिरण को भी बाहर करना संभव है जो एक्स-रे के अधीन नहीं हैं।

राशि कम करने के लिए बिखरा हुआ एक्स-रेवस्तु का जांचा गया विवरण एक्स-रे फिल्म के जितना संभव हो उतना करीब होना चाहिए। यह प्रत्यक्ष आवर्धन एक्स-रे इमेजिंग पर लागू नहीं होता है। प्रत्यक्ष छवि आवर्धन एक्स-रे में, फैलाना बिखराव मुश्किल से एक्स-रे फिल्म तक पहुंचता है।

सैंडबैग का इस्तेमाल के लिए किया जाता है निर्धारणअध्ययनाधीन वस्तु कैसेट से दूर स्थित होनी चाहिए, क्योंकि बिखरे हुए एक्स-रे विकिरण के निर्माण के लिए रेत एक अच्छा माध्यम है।

रेडियोग्राफी के साथ, एक छलनी का उपयोग किए बिना एक मेज पर उत्पादित, सबसे बड़े संभव आकार के लेड रबर की एक शीट को फिल्म के साथ कैसेट या लिफाफे के नीचे रखा जाना चाहिए।
अवशोषण के लिए बिखरा हुआ एक्स-रेएक्स-रे स्क्रीनिंग झंझरी का उपयोग किया जाता है, जो मानव शरीर से बाहर निकलते ही इन किरणों को अवशोषित कर लेते हैं।

तकनीक में महारत हासिल करना एक्स-रे उत्पादनएक्स-रे ट्यूब पर बढ़े हुए वोल्टेज पर, यह ठीक वही तरीका है जो हमें आदर्श एक्स-रे छवि के करीब लाता है, यानी, जिसमें हड्डी और कोमल ऊतक दोनों स्पष्ट रूप से विस्तार से दिखाई देते हैं।

डिफ्यूज़ एक्स-रे स्कैटरिंग- किसी पदार्थ द्वारा एक्स-किरणों का उन दिशाओं में प्रकीर्णन जिसके लिए यह पूरा नहीं होता है ब्रैग - वोल्फ की स्थिति.

एक आदर्श क्रिस्टल में, आवधिक स्थलों पर स्थित परमाणुओं द्वारा तरंगों का लोचदार प्रकीर्णन होता है। जाली, परिणामस्वरूप केवल निर्धारण करते समय होता है। निर्देश। वेक्टर क्यूपारस्परिक जाली वैक्टर की दिशाओं के साथ मेल खाना जी: क्यू = के 2 -क 1, जहां क 1 और क 2 - घटना के तरंग वैक्टर और बिखरी हुई लहरें, क्रमशः। पारस्परिक जाली स्थान में प्रकीर्णन तीव्रता वितरण डी-आकार के लाउ का एक सेट है - पारस्परिक जाली स्थलों पर ब्रैग चोटियों। जालक स्थलों से परमाणुओं का विस्थापन क्रिस्टल की आवर्तता और व्यतिकरण का उल्लंघन करता है। तस्वीर बदल रही है। इस मामले में, बिखरने की तीव्रता के वितरण में, मैक्सिमा के साथ (संरक्षित यदि एक औसत आवधिक जाली को विकृत क्रिस्टल में प्रतिष्ठित किया जा सकता है), एक चिकना घटक दिखाई देता है मैं 1 (क्यू)डी. पी. के अनुरूप आर। एल क्रिस्टल अपूर्णताओं पर।

लोचदार प्रकीर्णन के साथ, डी.पी. आर। एल क्रिस्टल के इलेक्ट्रॉनिक सबसिस्टम, यानी कॉम्पटन स्कैटरिंग के उत्तेजना के साथ अकुशल प्रक्रियाओं के कारण हो सकता है (देखें खंड। कॉम्पटन प्रभाव) और प्लाज्मा की उत्तेजना के साथ बिखरना (देखें। ठोस अवस्था प्लाज्मा)... गणना या विशेष की सहायता से। प्रयोगों के लिए, इन घटकों को डी.पी. पर प्रकाश डालकर बाहर रखा जा सकता है। आर। एल क्रिस्टल अपूर्णताओं पर। अनाकार, तरल और गैसीय पदार्थों में, जहां लंबी दूरी का क्रम अनुपस्थित है, बिखरना केवल फैलाना है।

तीव्रता वितरण मैं 1 (क्यू) डी। आर। आर। एल मूल्यों की एक विस्तृत श्रृंखला में क्रिस्टल क्यूपारस्परिक जाली या कई कोशिकाओं की संपूर्ण इकाई कोशिका के अनुरूप, क्रिस्टल की विशेषताओं और इसकी खामियों के बारे में विस्तृत जानकारी होती है। तजरबा से मैं 1 (क्यू) मोनोक्रोमैटिक का उपयोग करके विधि का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। एक्स-रे और आपको विभिन्न अक्षों के चारों ओर क्रिस्टल को घुमाने और तरंग वैक्टर की दिशा बदलने की अनुमति देता है कश्मीर 1, कश्मीर 2, भिन्न, अर्थात्, क्यूमूल्यों की एक विस्तृत श्रृंखला में। कम विस्तृत जानकारी प्राप्त की जा सकती है डेबी - शेरर विधिया लाउ विधि.

एक आदर्श क्रिस्टल में, D.R.R.L. केवल थर्मल विस्थापन के कारण और शून्य उतार-चढ़ावजाली परमाणु और एक या कई के उत्सर्जन और अवशोषण की प्रक्रियाओं से जुड़े हो सकते हैं। ... छोटे के लिए क्यूमुख्य भूमिका एक-फ़ोनन प्रकीर्णन द्वारा निभाई जाती है, जिस पर केवल फ़ोनों के साथ क्यू = क्यू-जी, कहां जीपारस्परिक जाली वेक्टर है क्यू... इस प्रकीर्णन की तीव्रता मैं 1टी ( क्यू) आदर्श एकपरमाणुक क्रिस्टल के मामले में द्वारा निर्धारित किया जाता है

कहां एन- क्रिस्टल इकाई कोशिकाओं की संख्या, एफ-संरचनात्मक आयाम, - डेबी-वालर कारक, टीएक परमाणु का द्रव्यमान है, -आवृत्तियों और. फोनन वैक्टर जेवेव वेक्टर के साथ वें शाखा क्यू... छोटे के लिए क्यूआवृत्ति, यानी, पारस्परिक जाली नोड्स के पास पहुंचने पर, यह 1 / के रूप में बढ़ जाती है क्यू 2. वैक्टर के लिए परिभाषित करना क्यूदिशाओं के समानांतर या लंबवत, क्यूबिक क्रिस्टल में, जहां वे विशिष्ट रूप से विचारों द्वारा निर्धारित होते हैं, कोई इन दिशाओं के लिए कंपन आवृत्तियों को पा सकता है।

अपूर्ण क्रिस्टल में, परिमित आकार के दोष नियमित परावर्तन की तीव्रता को कमजोर करते हैं मैं 0 (क्यू) और डी.आर.आर.एल. मैं 1 (क्यू) स्थिर करने के लिए। दोषों के कारण संरचनात्मक आयामों में विस्थापन और परिवर्तन ( एस- दोष के पास सेल नंबर, - दोष का प्रकार या अभिविन्यास)। दोषों की कम सांद्रता वाले कमजोर रूप से विकृत क्रिस्टल में (- क्रिस्टल में दोषों की संख्या) और डी.आर.आर.एल. की तीव्रता

फूरियर घटक कहां और हैं।

दूरी के साथ विस्थापन कम होता है आरदोष से 1 / के रूप में आर 2, जिसके परिणामस्वरूप छोटे क्यूऔर पारस्परिक जाली के नोड्स के पास मैं 1 (क्यू) 1 / के रूप में बढ़ता है क्यू 2. कोण लत मैं 1 (क्यू) विभिन्न प्रकार और समरूपता के दोषों के लिए गुणात्मक रूप से भिन्न है, और मात्रा मैं 1 (क्यू) दोष के चारों ओर विरूपण की मात्रा से निर्धारित होता है। वितरण अध्ययन मैं 1 (क्यू) क्रिस्टल में बिंदु दोष (उदाहरण के लिए, विकिरणित सामग्री में अंतरालीय परमाणु और रिक्तियां, कमजोर ठोस समाधानों में अशुद्धता परमाणु), दोषों के प्रकार, उनकी समरूपता, जाली में स्थिति, परमाणुओं के विन्यास पर विस्तृत जानकारी प्राप्त करना संभव बनाता है। एक दोष का निर्माण, बलों के द्विध्रुवों को टेंसर करता है जिसके साथ दोष क्रिस्टल पर कार्य करते हैं।

बिंदु दोषों को समूहों में संयोजित करते समय, तीव्रता मैं 1लघु में क्यूदृढ़ता से बढ़ता है, लेकिन इसके नोड्स के पास पारस्परिक जाली स्थान के अपेक्षाकृत छोटे क्षेत्रों में केंद्रित हो जाता है, और के लिए ( आर 0- दोष का आकार) तेजी से घटता है।

नदी के सघन डी. के क्षेत्रों का अध्ययन। आर। एल उम्र बढ़ने के समाधान में दूसरे चरण के कणों के आकार, आकार और अन्य विशेषताओं का अध्ययन करना संभव बनाता है। विकिरणित या विकृत में छोटे त्रिज्या लूप। सामग्री।

जब मतलब. बड़े दोषों की सांद्रता में, क्रिस्टल न केवल स्थानीय रूप से दोषों के पास, बल्कि समग्र रूप से भी विकृत हो जाता है, ताकि इसकी अधिकांश मात्रा में हो। एक परिणाम के रूप में, डेबी-वालर कारक और सही प्रतिबिंबों की तीव्रता मैं 0तेजी से घटती है, और वितरण मैं 1 (क्यू) को गुणात्मक रूप से पुनर्व्यवस्थित किया जाता है, जिससे चौड़ी चोटियाँ बनती हैं जो पारस्परिक जाली के नोड्स से कुछ हद तक विस्थापित होती हैं, जिसकी चौड़ाई दोषों के आकार और एकाग्रता पर निर्भर करती है। प्रयोगात्मक रूप से उन्हें विस्तृत ब्रैग चोटियों (डेबीग्राम पर अर्ध-रेखा) के रूप में माना जाता है, और कुछ मामलों में विवर्तन देखा जाता है। शिखर जोड़े के युगल मैं 0 और मैं 1... ये प्रभाव उम्र बढ़ने वाली मिश्र धातुओं और विकिरणित सामग्रियों में दिखाई देते हैं।

सांद्र समाधान, एकल-घटक आदेश देने वाले क्रिस्टल, फेरोइलेक्ट्रिक्स, अपूर्णता अलग होने के कारण नहीं है। दोष, और उतार-चढ़ाव। एकाग्रता और int की असमानता। पैरामीटर और मैं 1 (क्यू) को आसानी से बिखरने वाला माना जाता है क्यूवां। उतार-चढ़ाव। इन मापदंडों की लहर ( क्यू = क्यू-जी)... उदाहरण के लिए, प्रति सेल एक परमाणु के साथ द्विआधारी समाधान ए - बी में, स्थैतिक द्वारा बिखरने की उपेक्षा करना। विस्थापन

कहां एफऔर एफ बी-परमाणु ए और बी के परमाणु प्रकीर्णन कारक, साथ- एकाग्रता - सहसंबंध पैरामीटर, - जाली वेक्टर द्वारा अलग किए गए नोड्स की एक जोड़ी के प्रतिस्थापन की संभावना ए, परमाणु ए। निर्धारित करने के बाद मैं 1 (क्यू) पारस्परिक जाली के पूरे सेल में और f-tion के फूरियर रूपांतरण का प्रदर्शन करके, डीकंप के लिए पाया जा सकता है। समन्वयक गोले। स्थैतिक द्वारा बिखरना तीव्रता के आंकड़ों के आधार पर विस्थापन को बाहर रखा गया है मैं 1 (क्यू) कई में। पारस्परिक जाली की कोशिकाएँ। वितरण मैं 1 (क्यू) प्रत्यक्ष के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है। विभिन्न के लिए समाधान की क्रम ऊर्जा का निर्धारण एजोड़ी बातचीत और उसके थर्मोडायनामिक के मॉडल में। विशेषताएँ। डी.आर.आर.एल की विशेषताएं धातु का समाधानों ने विवर्तन को विकसित करना संभव बना दिया। अनुसंधान विधि ट्रस सतहमिश्र।

उन प्रणालियों में जो दूसरे क्रम के चरण के संक्रमण और महत्वपूर्ण बिंदुओं के करीब राज्यों में हैं। क्षय घटता पर अंक, उतार-चढ़ाव तेजी से बढ़ते हैं और बड़े पैमाने पर बन जाते हैं। वे तीव्र आलोचना उत्पन्न करते हैं। डी. पी. आर। एल पारस्परिक जाली नोड्स के आसपास के क्षेत्र में। उनका अध्ययन चरण संक्रमण की विशेषताओं और थर्मोडायनामिक के व्यवहार के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करता है। संक्रमण बिंदुओं के पास मात्रा।

स्थैतिक द्वारा तापीय न्यूट्रॉनों का विसरित प्रकीर्णन। असमानताएं डी पी के समान हैं। आर। एल और इसी तरह के f-lami द्वारा वर्णित है। न्यूट्रॉन प्रकीर्णन के अध्ययन से गतिकी का भी अध्ययन संभव हो जाता है। परमाणुओं के कंपन और उतार-चढ़ाव की विशेषताएं। विषमता (देखें। अकुशल न्यूट्रॉन प्रकीर्णन).

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एम. ए. क्रिवोग्लाज़ी.

EX = EX0 cos (wt - k0 z + j0) EY = EY0 cos (wt - k0 z + j0)

BX = BX0 cos (wt - k0 z + j0) BY = BY0 cos (wt - k0 z + j0)

जहां t समय है, w विद्युत चुम्बकीय विकिरण की आवृत्ति है, k0 तरंग संख्या है, j0 प्रारंभिक चरण है। वेवनंबर तरंग वेक्टर का मापांक है और तरंग दैर्ध्य k0 = 2π / l के व्युत्क्रमानुपाती होता है। प्रारंभिक चरण का संख्यात्मक मान t0 = 0 के प्रारंभिक क्षण की पसंद पर निर्भर करता है। मात्रा EX0, EY0, BX0, BY0 तरंग के विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के संगत घटकों (3.16) के आयाम हैं।

इस प्रकार, एक समतल विद्युतचुंबकीय तरंग के सभी घटकों (3.16) को फॉर्म के प्राथमिक हार्मोनिक कार्यों द्वारा वर्णित किया गया है:

Y = A0 cos (wt - kz + j0) (3.17)

आइए हम अध्ययन के तहत नमूने के परमाणुओं की एक भीड़ (एक अणु, परिमित आयामों के एक क्रिस्टल, आदि) द्वारा एक समतल मोनोक्रोमैटिक एक्स-रे तरंग के बिखरने पर विचार करें। परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंग की परस्पर क्रिया से द्वितीयक (बिखरी हुई) विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्पन्न होती हैं। शास्त्रीय विद्युतगतिकी के अनुसार, एक व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉन द्वारा प्रकीर्णन ठोस कोण 4p में होता है और इसमें महत्वपूर्ण अनिसोट्रॉपी होती है। यदि प्राथमिक एक्स-रे विकिरण का ध्रुवीकरण नहीं किया जाता है, तो तरंग के बिखरे हुए विकिरण के प्रवाह घनत्व को निम्नलिखित फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया जाता है

(3.18)

जहां I0 प्राथमिक विकिरण प्रवाह घनत्व है, R बिखरने वाले बिंदु से बिखरे हुए विकिरण पंजीकरण के स्थान तक की दूरी है, q ध्रुवीय प्रकीर्णन कोण है, जिसे समतल प्राथमिक तरंग k0 के तरंग वेक्टर की दिशा से मापा जाता है (देखें चित्र 3.6)। पैरामीटर

»2.818 × 10-6 एनएम (3.19)

ऐतिहासिक रूप से इलेक्ट्रॉन का शास्त्रीय त्रिज्या कहा जाता है।

चित्र 3.6। अध्ययन के तहत एक छोटे Cr नमूने पर एक समतल प्राथमिक तरंग के प्रकीर्णन q का ध्रुवीय कोण।

एक निश्चित कोण q अंतरिक्ष में एक शंक्वाकार सतह को परिभाषित करता है। परमाणु के अंदर इलेक्ट्रॉनों की सहसंबद्ध गति बिखरी हुई विकिरण की अनिसोट्रॉपी को जटिल बनाती है। एक परमाणु द्वारा बिखरी हुई एक्स-रे तरंग के आयाम को तरंग दैर्ध्य और ध्रुवीय कोण f (q, l) के एक फलन के रूप में व्यक्त किया जाता है, जिसे परमाणु आयाम कहा जाता है।

इस प्रकार, एक परमाणु द्वारा बिखरी हुई एक्स-रे तरंग की तीव्रता का कोणीय वितरण सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है

(3. 20)

और प्राथमिक तरंग k0 के तरंग सदिश की दिशा के संबंध में अक्षीय समरूपता है। परमाणु आयाम f2 के वर्ग को आमतौर पर परमाणु कारक कहा जाता है।

एक नियम के रूप में, एक्स-रे संरचनात्मक और एक्स-रे वर्णक्रमीय अध्ययनों के लिए प्रायोगिक प्रतिष्ठानों में, बिखरा हुआ एक्स-रे डिटेक्टर बिखरने वाले नमूने के आकार से काफी अधिक दूरी पर स्थित है। ऐसे मामलों में, डिटेक्टर की प्रवेश खिड़की बिखरी हुई लहर के निरंतर चरण की सतह से एक तत्व को काटती है जिसे उच्च सटीकता के साथ सपाट माना जा सकता है।

चित्र 3.8. फ्रौनहोफर विवर्तन स्थितियों के तहत नमूना 1 के परमाणुओं द्वारा एक्स-रे प्रकीर्णन का ज्यामितीय आरेख।

2 - एक्स-रे डिटेक्टर, k0 - प्राथमिक एक्स-रे तरंग का तरंग वेक्टर, धराशायी तीर प्राथमिक एक्स-रे फ्लक्स, डैश-डॉटेड - बिखरे हुए एक्स-रे फ्लक्स का प्रतिनिधित्व करते हैं। मंडल अध्ययन के तहत नमूने के परमाणुओं को इंगित करते हैं।

इसके अलावा, विकिरणित नमूने के पड़ोसी परमाणुओं के बीच की दूरी डिटेक्टर की प्रवेश खिड़की के व्यास से छोटे परिमाण के कई क्रम हैं।

नतीजतन, इस डिटेक्शन ज्योमेट्री में, डिटेक्टर अलग-अलग परमाणुओं द्वारा बिखरी हुई समतल तरंगों की एक धारा को मानता है, और सभी बिखरी हुई तरंगों के तरंग वैक्टर को उच्च सटीकता के साथ समानांतर माना जा सकता है।

एक्स-रे प्रकीर्णन और उनके पंजीकरण की उपरोक्त विशेषताओं को ऐतिहासिक रूप से फ्रौनहोफर विवर्तन कहा जाता है। परमाणु संरचनाओं द्वारा एक्स-रे बिखरने की प्रक्रिया का यह अनुमानित विवरण उच्च सटीकता के साथ विवर्तन पैटर्न (बिखरे हुए विकिरण तीव्रता का कोणीय वितरण) की गणना करना संभव बनाता है। प्रमाण यह है कि फ्रौनहोफर विवर्तन सन्निकटन किसी पदार्थ के अध्ययन के लिए एक्स-रे विवर्तन विधियों का आधार है, जो क्रिस्टल की इकाई कोशिकाओं के मापदंडों को निर्धारित करना, परमाणुओं के निर्देशांक की गणना करना, विभिन्न चरणों की उपस्थिति स्थापित करना संभव बनाता है। एक नमूना, क्रिस्टल की खराबी की विशेषताओं का निर्धारण, आदि।

एक छोटे क्रिस्टलीय नमूने पर विचार करें जिसमें एक विशिष्ट रासायनिक संख्या के साथ एन परमाणुओं की एक सीमित संख्या हो।

आइए एक आयताकार समन्वय प्रणाली का परिचय दें। इसकी शुरुआत परमाणुओं में से एक के केंद्र के साथ संगत है। परमाणु के प्रत्येक केंद्र (प्रकीर्णन का केंद्र) की स्थिति तीन निर्देशांक द्वारा निर्दिष्ट की जाती है। xj, yj, zj, जहां j परमाणु की क्रमिक संख्या है।

अध्ययन के तहत नमूने को एक समतल प्राथमिक एक्स-रे तरंग के संपर्क में आने दें, जिसमें एक तरंग वेक्टर k0 है जो चयनित समन्वय प्रणाली के ओज़ अक्ष के समानांतर निर्देशित है। इस मामले में, प्राथमिक तरंग को फॉर्म (3.17) के एक फ़ंक्शन द्वारा दर्शाया जाता है।

परमाणुओं द्वारा एक्स-रे का प्रकीर्णन या तो बेलोचदार या लोचदार हो सकता है। लोचदार प्रकीर्णन एक्स-रे तरंगदैर्घ्य को बदले बिना होता है। अकुशल प्रकीर्णन के साथ, विकिरण तरंगदैर्घ्य बढ़ जाता है, और द्वितीयक तरंगें असंगत होती हैं। निम्नलिखित में, परमाणुओं द्वारा एक्स-रे के केवल लोचदार प्रकीर्णन पर विचार किया जाता है।

एल को मूल से संसूचक तक की दूरी को निरूपित करते हैं। हम मानते हैं कि फ्रौनहोफर विवर्तन शर्तें संतुष्ट हैं। इसका, विशेष रूप से, इसका अर्थ है कि विकिरणित नमूने के परमाणुओं के बीच की अधिकतम दूरी दूरी एल से छोटे परिमाण के कई क्रम है। इस मामले में, डिटेक्टर का संवेदनशील तत्व समानांतर तरंग वैक्टर k के साथ समतल तरंगों के संपर्क में है। सभी सदिशों के मापांक तरंग सदिश k0 = 2π / l के मापांक के बराबर होते हैं।

प्रत्येक समतल तरंग आवृत्ति के साथ एक हार्मोनिक कंपन उत्पन्न करती है

(3.21)

यदि प्राथमिक तरंग को समतल हार्मोनिक द्वारा संतोषजनक रूप से अनुमानित किया जाता है, तो सभी माध्यमिक (परमाणुओं द्वारा बिखरी हुई) तरंगें सुसंगत होती हैं। बिखरी हुई तरंगों का चरण अंतर इन तरंगों के पथ के अंतर पर निर्भर करता है।

आइए हम सहायक अक्ष या निर्देशांक की उत्पत्ति से डिटेक्टर की इनपुट विंडो के स्थान के बिंदु तक खींचते हैं। फिर इस अक्ष की दिशा में फैलने वाले प्रत्येक माध्यमिक को फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया जा सकता है

y = A1 fcos (wt– kr + j0) (3.22)

जहां आयाम A1 प्राथमिक तरंग A0 के आयाम पर निर्भर करता है, और प्रारंभिक चरण j0 सभी माध्यमिक तरंगों के लिए समान है।

मूल में स्थित एक परमाणु द्वारा उत्सर्जित एक द्वितीयक तरंग डिटेक्टर के संवेदनशील तत्व का एक दोलन पैदा करेगी, जिसे फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया गया है

A1 f (q) cos (wt - kL + j0) (3.23)

अन्य माध्यमिक तरंगें समान आवृत्ति (3.21) के साथ दोलन पैदा करेंगी, लेकिन चरण बदलाव द्वारा फ़ंक्शन (3.23) से भिन्न होती हैं, जो बदले में द्वितीयक तरंगों के पथ में अंतर पर निर्भर करती हैं।

एक निश्चित दिशा में चलती समतल सुसंगत मोनोक्रोमैटिक तरंगों की प्रणाली के लिए, सापेक्ष चरण बदलाव Dj पथ अंतर DL के सीधे आनुपातिक है

डीजे = कश्मीर × डीएल (3.24)

जहां k तरंग संख्या है

के = 2π / एल। (3.25)

द्वितीयक तरंगों (3.23) के पथ अंतर की गणना करने के लिए, हम पहले मानते हैं कि विकिरणित नमूना ऑक्स समन्वय अक्ष के साथ स्थित परमाणुओं की एक-आयामी श्रृंखला है (चित्र 3.9 देखें)। परमाणुओं के निर्देशांक संख्या xi, (j = 0, 1,…, N-1) द्वारा दिए गए हैं, जहां x0 = 0. प्राथमिक समतल तरंग के स्थिर चरण की सतह परमाणु श्रृंखला के समानांतर है, और तरंग सदिश k0 इसके लंबवत है।

हम एक समतल विवर्तन पैटर्न की गणना करेंगे, अर्थात्। चित्र 3.9 में दिखाए गए समतल में बिखरी हुई विकिरण तीव्रता का कोणीय वितरण। इस मामले में, डिटेक्टर स्थान का अभिविन्यास (दूसरे शब्दों में, सहायक अक्ष की दिशा या) प्रकीर्णन कोण द्वारा दिया जाता है, जिसे ओज़ अक्ष से मापा जाता है, अर्थात। प्राथमिक तरंग के तरंग सदिश k0 की दिशा में।

चित्र 3.9. परमाणुओं की एक सीधी रेखा श्रृंखला पर दिए गए विमान में फ्रौनहोफर विवर्तन की ज्यामितीय योजना

व्यापकता के नुकसान के बिना, हम मान सकते हैं कि सभी परमाणु सही अर्ध-अक्ष ऑक्स पर स्थित हैं। (निर्देशांक के केंद्र में स्थित परमाणु को छोड़कर)।

चूंकि फ्रौनहोफर विवर्तन की स्थिति संतुष्ट होती है, परमाणुओं द्वारा बिखरी हुई सभी तरंगों के तरंग वैक्टर समानांतर तरंग वैक्टर k के साथ डिटेक्टर की प्रवेश खिड़की पर पहुंचते हैं।

चित्र 3.9 से यह इस प्रकार है कि परमाणु द्वारा xi निर्देशांक के साथ उत्सर्जित तरंग डिटेक्टर L - xisin (q) तक दूरी तय करती है। नतीजतन, निर्देशांक xi के साथ एक परमाणु द्वारा उत्सर्जित माध्यमिक तरंग के कारण डिटेक्टर के संवेदनशील तत्व के दोलन को फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया गया है

A1 f (q) cos (wt - k (L- xj sin (q)) + j0) (3.26)

दी गई स्थिति में स्थित डिटेक्टर की खिड़की में प्रवेश करने वाली बाकी बिखरी हुई तरंगों का एक समान रूप होता है।

प्रारंभिक चरण j0 का मूल्य, संक्षेप में, समय की शुरुआत के क्षण से निर्धारित होता है। आपको j0 का मान –kL के बराबर चुनने से कोई नहीं रोकता है। तब संसूचक के संवेदनशील अवयव की गति को योग द्वारा निरूपित किया जाता है

(3.27)

इसका अर्थ है कि निर्देशांक xi और x0 के साथ परमाणुओं द्वारा बिखरी तरंगों के बीच पथ अंतर -xisin (q) है, और संबंधित चरण अंतर kxisin (q) के बराबर है।

एक्स-रे रेंज में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के दोलनों की आवृत्ति w बहुत अधिक होती है। तरंग दैर्ध्य l = के साथ एक्स-रे के लिए, आवृत्ति w परिमाण के क्रम में ~ 1019 sec-1 है। आधुनिक उपकरण विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र (1) की ताकत के तात्कालिक मूल्यों को खेतों में इस तरह के तेजी से बदलाव के साथ नहीं माप सकते हैं; इसलिए, सभी एक्स-रे डिटेक्टर विद्युत चुम्बकीय दोलनों के आयाम के वर्ग के औसत मूल्य को रिकॉर्ड करते हैं।

एक्स-रे विकिरण लगभग 80 से 10 -5 एनएम की लंबाई वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगों को संदर्भित करता है। सबसे लंबी-तरंग दैर्ध्य एक्स-रे विकिरण लघु-तरंग दैर्ध्य पराबैंगनी विकिरण द्वारा अवरुद्ध है, और लघु-तरंग दैर्ध्य लंबी-तरंग दैर्ध्य -विकिरण द्वारा अवरुद्ध है। उत्तेजना विधि के अनुसार, एक्स-रे विकिरण को ब्रेम्सस्ट्रालंग और विशेषता में विभाजित किया गया है।

31.1 एक्स-रे ट्यूब डिवाइस। ब्रेक एक्स-रे विकिरण

सबसे आम एक्स-रे स्रोत एक्स-रे ट्यूब है, जो एक दो-इलेक्ट्रोड वैक्यूम इकाई है (चित्र 31.1)। गरम कैथोड 1 इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है 4. एनोड 2, जिसे अक्सर एंटी-कैथोड कहा जाता है, परिणामी एक्स-रे को निर्देशित करने के लिए एक झुकी हुई सतह होती है 3 ट्यूब की धुरी के कोण पर। एनोड इलेक्ट्रॉन प्रभाव से उत्पन्न गर्मी को दूर करने के लिए एक अच्छी गर्मी-संचालन सामग्री से बना होता है। एनोड की सतह आवर्त सारणी में एक बड़ी परमाणु संख्या के साथ आग रोक सामग्री से बना है, उदाहरण के लिए, टंगस्टन। कुछ मामलों में, एनोड को विशेष रूप से पानी या तेल से ठंडा किया जाता है।

डायग्नोस्टिक ट्यूबों के लिए, एक्स-रे स्रोत का पिनपॉइंट महत्वपूर्ण है, जिसे एंटी-कैथोड के एक स्थान पर इलेक्ट्रॉनों को केंद्रित करके प्राप्त किया जा सकता है। इसलिए, रचनात्मक रूप से दो विपरीत समस्याओं को ध्यान में रखना आवश्यक है: एक ओर, इलेक्ट्रॉनों को एनोड के एक स्थान पर गिरना चाहिए, दूसरी ओर, अति ताप को रोकने के लिए, विभिन्न भागों में इलेक्ट्रॉनों को वितरित करना वांछनीय है। एनोड। दिलचस्प तकनीकी समाधानों में से एक घूर्णन एनोड के साथ एक्स-रे ट्यूब है (चित्र। 31.2)।

परमाणु नाभिक के इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र और एंटी-कैथोड के पदार्थ के परमाणु इलेक्ट्रॉनों द्वारा एक इलेक्ट्रॉन (या अन्य आवेशित कण) के मंदी के परिणामस्वरूप, ब्रेम्सस्ट्रालंग एक्स-रे विकिरण।

इसके तंत्र को निम्नानुसार समझाया जा सकता है। एक गतिमान विद्युत आवेश एक चुंबकीय क्षेत्र से जुड़ा होता है, जिसका प्रेरण इलेक्ट्रॉन की गति पर निर्भर करता है। ब्रेक लगाते समय, चुंबकीय

प्रेरण और, मैक्सवेल के सिद्धांत के अनुसार, एक विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रकट होती है।

जब इलेक्ट्रॉनों का विलम्ब होता है, तो ऊर्जा का केवल एक भाग एक्स-रे फोटॉन बनाने में खर्च होता है, जबकि दूसरा भाग एनोड को गर्म करने में खर्च होता है। चूँकि इन भागों के बीच का अनुपात यादृच्छिक होता है, इसलिए जब बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉनों का अवक्रमण होता है, तो एक सतत एक्स-रे स्पेक्ट्रम बनता है। इस संबंध में, ब्रेम्सस्ट्रालंग को निरंतर भी कहा जाता है। अंजीर में। 31.3 एक्स-रे ट्यूब में विभिन्न वोल्टेज पर तरंग दैर्ध्य λ (स्पेक्ट्रा) पर एक्स-रे फ्लक्स की निर्भरता को दर्शाता है: यू 1< U 2 < U 3 .

प्रत्येक स्पेक्ट्रम में, सबसे छोटा तरंगदैर्ध्य ब्रेम्सस्ट्रालंग होता है λ ηίη तब उत्पन्न होता है जब एक त्वरित क्षेत्र में एक इलेक्ट्रॉन द्वारा प्राप्त ऊर्जा पूरी तरह से एक फोटॉन की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है:

ध्यान दें कि (31.2) के आधार पर प्लैंक स्थिरांक के प्रयोगात्मक निर्धारण के सबसे सटीक तरीकों में से एक विकसित किया गया है।

शॉर्टवेव एक्स-रे आमतौर पर लॉन्गवेव की तुलना में अधिक मर्मज्ञ होते हैं और कहलाते हैं कठोरऔर लंबी लहर - मुलायम।

एक्स-रे ट्यूब में वोल्टेज बढ़ाकर, विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना बदल जाती है, जैसा कि अंजीर से देखा जा सकता है। 31.3 और सूत्र (31.3), और कठोरता में वृद्धि।

यदि आप कैथोड के फिलामेंट तापमान को बढ़ाते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन और ट्यूब में करंट बढ़ जाएगा। इससे हर सेकंड उत्सर्जित होने वाले एक्स-रे फोटॉन की संख्या में वृद्धि होगी। इसकी वर्णक्रमीय संरचना नहीं बदलेगी। अंजीर में। 31.4 ब्रेम्सस्ट्रालंग एक्स-रे विकिरण के स्पेक्ट्रा को एक वोल्टेज पर दिखाता है, लेकिन कैथोड फिलामेंट करंट की विभिन्न तीव्रताओं पर: / h1< / н2 .

एक्स-रे प्रवाह की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

कहां यूतथा मैं -एक्स-रे ट्यूब वोल्टेज और करंट; जेड- एनोड पदार्थ परमाणु की क्रम संख्या; क- आनुपातिकता का गुणांक। एक ही समय में विभिन्न एंटीकैथोड से प्राप्त स्पेक्ट्रा यूऔर I H को अंजीर में दिखाया गया है। 31.5.

31.2. विशेषता एक्स-रे विकिरण। परमाणु एक्स-रे स्पेक्ट्रा

एक्स-रे ट्यूब में वोल्टेज बढ़ाकर, कोई भी निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ एक रेखा जैसी रेखा की उपस्थिति को नोटिस कर सकता है, जो इससे मेल खाती है

विशेषता एक्स-रे विकिरण(अंजीर। 31.6)। यह इस तथ्य के कारण उत्पन्न होता है कि त्वरित इलेक्ट्रॉन परमाणु में गहराई से प्रवेश करते हैं और आंतरिक परतों से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालते हैं। ऊपरी स्तरों से इलेक्ट्रॉनों को मुक्त स्थानों पर स्थानांतरित किया जाता है (चित्र। 31.7), परिणामस्वरूप विशेषता विकिरण के फोटॉन उत्सर्जित होते हैं। जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, विशेषता एक्स-रे विकिरण में श्रृंखला होती है के, एल, एमआदि, जिसका नाम इलेक्ट्रॉनिक परतों को नामित करने के लिए कार्य करता है। चूँकि K-श्रृंखला का उत्सर्जन उच्च परतों में स्थानों को मुक्त करता है, अन्य श्रृंखला की रेखाएँ एक साथ उत्सर्जित होती हैं।

ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा के विपरीत, विभिन्न परमाणुओं के विशिष्ट एक्स-रे स्पेक्ट्रा एक ही प्रकार के होते हैं। अंजीर में। 31.8 विभिन्न तत्वों के स्पेक्ट्रम को दर्शाता है। इन स्पेक्ट्रा की एकरूपता इस तथ्य के कारण है कि विभिन्न परमाणुओं की आंतरिक परतें समान होती हैं और केवल ऊर्जावान रूप से भिन्न होती हैं, क्योंकि नाभिक की ओर से बल प्रभाव बढ़ता है क्योंकि तत्व की क्रमिक संख्या बढ़ती है। यह परिस्थिति इस तथ्य की ओर ले जाती है कि विशेषता स्पेक्ट्रा परमाणु आवेश में वृद्धि के साथ उच्च आवृत्तियों की ओर स्थानांतरित हो जाती है। यह पैटर्न अंजीर से देखा जा सकता है। 31.8 और के रूप में जाना जाता है मोसले का नियम:

कहां वी -वर्णक्रमीय रेखा आवृत्ति; जेड-उत्सर्जक तत्व की परमाणु संख्या; एतथा वी- स्थायी।

ऑप्टिकल और एक्स-रे स्पेक्ट्रा के बीच एक और अंतर है।

किसी परमाणु का अभिलक्षणिक एक्स-रे स्पेक्ट्रम उस रासायनिक यौगिक पर निर्भर नहीं करता है जिसमें यह परमाणु शामिल है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन परमाणु का एक्स-रे स्पेक्ट्रम ओ, ओ 2 और एच 2 ओ के लिए समान है, जबकि इन यौगिकों के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा काफी भिन्न हैं। परमाणु के एक्स-रे स्पेक्ट्रम की यह विशेषता नाम के आधार के रूप में कार्य करती है विशेषता।

विशेषता विकिरण हमेशा तब होता है जब किसी परमाणु की आंतरिक परतों में खाली स्थान होता है, चाहे वह किसी भी कारण से क्यों न हो। इसलिए, उदाहरण के लिए, विशेषता विकिरण रेडियोधर्मी क्षय के प्रकारों में से एक के साथ होता है (देखें 32.1), जिसमें आंतरिक परत से नाभिक द्वारा एक इलेक्ट्रॉन का कब्जा होता है।

31.3. पदार्थ के साथ एक्स-रे विकिरण की बातचीत

एक्स-रे विकिरण का पंजीकरण और उपयोग, साथ ही साथ जैविक वस्तुओं पर इसका प्रभाव किसी पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं के इलेक्ट्रॉनों के साथ एक्स-रे फोटॉन की बातचीत की प्राथमिक प्रक्रियाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है।

ऊर्जा अनुपात के आधार पर एचवीफोटॉन और आयनीकरण ऊर्जा 1 ए और तीन मुख्य प्रक्रियाएं हैं।

सुसंगत (शास्त्रीय) प्रकीर्णन

लंबी-तरंग दैर्ध्य एक्स-रे का प्रकीर्णन मुख्य रूप से तरंग दैर्ध्य को बदले बिना होता है, और इसे कहा जाता है सुसंगत।यह तब होता है जब फोटॉन ऊर्जा आयनीकरण ऊर्जा से कम होती है: एचवी< ए और।

चूंकि इस मामले में एक्स-रे फोटॉन और परमाणु की ऊर्जा नहीं बदलती है, तो अपने आप में सुसंगत प्रकीर्णन जैविक प्रभाव का कारण नहीं बनता है। हालांकि, एक्स-रे विकिरण से सुरक्षा बनाते समय, प्राथमिक बीम की दिशा बदलने की संभावना को ध्यान में रखना चाहिए। एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण के लिए इस प्रकार की बातचीत महत्वपूर्ण है (देखें 24.7)।

असंगत प्रकीर्णन (कॉम्पटन प्रभाव)

1922 में ए.के. कॉम्पटन ने कठोर एक्स-रे के प्रकीर्णन का अवलोकन करते हुए, घटना एक की तुलना में बिखरी हुई किरण की मर्मज्ञ शक्ति में कमी पाई। इसका मतलब है कि बिखरे हुए एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य घटना एक की तुलना में अधिक है। तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन के साथ एक्स-रे के प्रकीर्णन को कहा जाता है बेतुका nym, और घटना ही - कॉम्पटन प्रभाव।यह तब होता है जब एक्स-रे फोटॉन की ऊर्जा आयनीकरण ऊर्जा से अधिक होती है: एचवी> ए और।

यह घटना इस तथ्य के कारण है कि परमाणु के साथ बातचीत करते समय, ऊर्जा एचवीफोटॉन ऊर्जा के साथ एक नए बिखरे हुए एक्स-रे फोटॉन के निर्माण पर खर्च किया जाता है एचवी ",एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए (आयनीकरण ऊर्जा एयू) और इलेक्ट्रॉन को गतिज ऊर्जा प्रदान करने के लिए ई से:

एचवी = एचवी "+ ए और + ई के।(31.6)

1 यहाँ, आयनीकरण ऊर्जा को एक परमाणु या अणु के बाहर के आंतरिक इलेक्ट्रॉनों को निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा के रूप में समझा जाता है।

चूंकि कई मामलों में एचवी>> और कॉम्पटन प्रभाव मुक्त इलेक्ट्रॉनों पर होता है, तो हम लगभग लिख सकते हैं:

एचवी = एचवी "+ ई के।(31.7)

यह आवश्यक है कि इस परिघटना में (चित्र 31.9), द्वितीयक एक्स-रे विकिरण (ऊर्जा .) के साथ-साथ एचवीफोटॉन), रिकोइल इलेक्ट्रॉन प्रकट होते हैं (गतिज ऊर्जा ई टूइलेक्ट्रॉन)। परमाणु या अणु तब आयन बन जाते हैं।

फोटो प्रभाव

फोटोइफेक्ट में, एक्स-रे परमाणु द्वारा अवशोषित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक इलेक्ट्रॉन बच जाता है और परमाणु आयनित हो जाता है (फोटोआयनीकरण)।

ऊपर चर्चा की गई तीन मुख्य अंतःक्रियात्मक प्रक्रियाएं प्राथमिक हैं, वे बाद के माध्यमिक, तृतीयक आदि की ओर ले जाती हैं। घटना उदाहरण के लिए, आयनित परमाणु एक विशिष्ट स्पेक्ट्रम का उत्सर्जन कर सकते हैं, उत्तेजित परमाणु दृश्य प्रकाश (एक्स-रे ल्यूमिनेसेंस) आदि के स्रोत बन सकते हैं।

अंजीर में। 31.10 संभावित प्रक्रियाओं का एक आरेख दिखाता है जो तब होता है जब एक्स-रे विकिरण किसी पदार्थ से टकराता है। एक्स-रे फोटॉन की ऊर्जा को आणविक-थर्मल गति की ऊर्जा में परिवर्तित करने से पहले दिखाए गए के समान कई दर्जन प्रक्रियाएं हो सकती हैं। नतीजतन, पदार्थ की आणविक संरचना में परिवर्तन होंगे।

अंजीर में आरेख द्वारा दर्शाई गई प्रक्रियाएं। 31.10, जब एक्स-रे पदार्थ पर कार्य करते हैं, तो देखी गई घटना को रेखांकित करते हैं। आइए उनमें से कुछ को सूचीबद्ध करें।

एक्स-रे ल्यूमिनेसेंस- एक्स-रे विकिरण के तहत कई पदार्थों की चमक। बेरियम प्लैटिनम-साइनाइड की इस तरह की चमक ने रोएंटजेन को किरणों की खोज करने की अनुमति दी। इस घटना का उपयोग एक्स-रे के दृश्य अवलोकन के लिए विशेष चमकदार स्क्रीन बनाने के लिए किया जाता है, कभी-कभी एक फोटोग्राफिक प्लेट पर एक्स-रे के प्रभाव को बढ़ाने के लिए।

एक्स-रे की रासायनिक क्रिया ज्ञात है, उदाहरण के लिए पानी में हाइड्रोजन पेरोक्साइड का बनना। एक व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण उदाहरण एक फोटोग्राफिक प्लेट पर प्रभाव है, जिससे ऐसी किरणों को ठीक करना संभव हो जाता है।

एक्स-रे के संपर्क में आने पर विद्युत चालकता में वृद्धि में आयनकारी प्रभाव प्रकट होता है। इस संपत्ति का उपयोग किया जाता है

इस प्रकार के विकिरण के प्रभावों को मापने के लिए डॉसिमेट्री में।

कई प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, प्राथमिक एक्स-रे बीम को कानून (29.3) के अनुसार क्षीण किया जाता है। आइए इसे फॉर्म में लिखें:

मैं = मैं 0 इ- / ", (31.8)

कहां μ रैखिक क्षीणन गुणांक है। इसे सुसंगत प्रकीर्णन μ , असंगत μ , और फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव μ के अनुरूप तीन शब्दों से मिलकर दर्शाया जा सकता है एफ:

μ = μ के + μ एचके + μ एफ। (31.9)

एक्स-रे विकिरण की तीव्रता पदार्थ के परमाणुओं की संख्या के अनुपात में क्षीण हो जाती है जिसके माध्यम से यह प्रवाह गुजरता है। यदि आप पदार्थ को अक्ष के अनुदिश संपीडित करते हैं एक्स,उदाहरण के लिए, में बीबार, द्वारा बढ़ रहा है बीइसके घनत्व के बाद से

31.4. चिकित्सा में एक्स-रे विकिरण के आवेदन का भौतिक आधार

नैदानिक ​​​​उद्देश्यों के लिए आंतरिक अंगों को स्कैन करना एक्स-रे के सबसे महत्वपूर्ण चिकित्सा उपयोगों में से एक है। (एक्स-रे डायग्नोस्टिक्स)।

निदान के लिए, 60-120 केवी के क्रम की ऊर्जा वाले फोटॉन का उपयोग किया जाता है। इस ऊर्जा पर, द्रव्यमान क्षीणन गुणांक मुख्य रूप से फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव द्वारा निर्धारित किया जाता है। इसका मान फोटॉन ऊर्जा की तीसरी शक्ति (λ 3 के आनुपातिक) के व्युत्क्रमानुपाती होता है, जिसमें कठोर विकिरण की उच्च मर्मज्ञ शक्ति प्रकट होती है, और अवशोषित पदार्थ की परमाणु संख्या की तीसरी शक्ति के समानुपाती होती है:

विभिन्न ऊतकों द्वारा एक्स-रे विकिरण के अवशोषण में एक महत्वपूर्ण अंतर छाया प्रक्षेपण में मानव शरीर के आंतरिक अंगों की छवियों को देखना संभव बनाता है।

एक्स-रे डायग्नोस्टिक्स का उपयोग दो तरह से किया जाता है: प्रतिदीप्तिदर्शन - छवि को एक्स-रे ल्यूमिनसेंट स्क्रीन पर देखा जाता है, रेडियोग्राफ़ - छवि फोटोग्राफिक फिल्म पर तय की गई है।

यदि जांच किए गए अंग और आसपास के ऊतक एक्स-रे विकिरण को लगभग समान रूप से क्षीण करते हैं, तो विशेष विपरीत एजेंटों का उपयोग किया जाता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, बेरियम सल्फेट के एक भावपूर्ण द्रव्यमान के साथ पेट और आंतों को भरना, आप उनकी छाया छवि देख सकते हैं।

स्क्रीन पर छवि की चमक और फोटोग्राफिक फिल्म पर एक्सपोज़र का समय एक्स-रे विकिरण की तीव्रता पर निर्भर करता है। यदि इसका उपयोग निदान के लिए किया जाता है, तो तीव्रता अधिक नहीं हो सकती है, ताकि अवांछनीय जैविक परिणाम न हों। इसलिए, कई तकनीकी उपकरण हैं जो एक्स-रे विकिरण की कम तीव्रता पर छवि को बेहतर बनाते हैं। ऐसे उपकरण का एक उदाहरण एक छवि कनवर्टर है (देखें 27.8)। जनसंख्या के एक बड़े पैमाने पर परीक्षण में, रेडियोग्राफी के एक प्रकार का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है - फ्लोरोग्राफी, जिसमें एक बड़े एक्स-रे ल्यूमिनसेंट स्क्रीन से एक छवि एक संवेदनशील छोटे प्रारूप वाली फिल्म पर दर्ज की जाती है। शूटिंग करते समय, उच्च एपर्चर के लेंस का उपयोग किया जाता है, तैयार छवियों की जांच एक विशेष आवर्धक के साथ की जाती है।

रेडियोग्राफी के लिए एक दिलचस्प और आशाजनक विकल्प एक विधि है जिसे कहा जाता है एक्स-रे टोमोग्राफी, और इसका "मशीन संस्करण" - सीटी स्कैन।

आइए इस प्रश्न पर विचार करें।

एक विशिष्ट एक्स-रे छवि शरीर के एक बड़े क्षेत्र को कवर करती है, जिसमें विभिन्न अंग और ऊतक एक दूसरे को अस्पष्ट करते हैं। इससे बचा जा सकता है यदि समय-समय पर एक साथ (चित्र 31.11) एंटीफेज में एक्स-रे ट्यूब को हिलाते हैं आर टीऔर फिल्म एफपीवस्तु के सापेक्ष के बारे मेंअनुसंधान। शरीर में कई समावेशन होते हैं जो एक्स-रे के लिए अपारदर्शी होते हैं; उन्हें आकृति में मंडलियों द्वारा दिखाया गया है। जैसा कि आप देख सकते हैं, एक्स-रे ट्यूब की किसी भी स्थिति में एक्स-रे (1, 2 आदि) से गुजरना

वस्तु के उसी बिंदु को काटें, जो केंद्र है, जिसके सापेक्ष आवधिक गति की जाती है आर टीतथा एफ.पी.यह बिंदु, या बल्कि एक छोटा अपारदर्शी समावेश, एक काले घेरे द्वारा दिखाया गया है। इसकी छाया छवि के साथ चलती है एफपी,क्रमिक रूप से पदों पर कब्जा 1, 2 आदि। शरीर में शेष समावेशन (हड्डियों, मुहरों आदि) का निर्माण होता है एफपीकुछ सामान्य पृष्ठभूमि, क्योंकि एक्स-रे उनके द्वारा लगातार अस्पष्ट नहीं होते हैं। स्विंग सेंटर की स्थिति को बदलकर, शरीर की परत-दर-परत एक्स-रे छवि प्राप्त की जा सकती है। इसलिए यह नाम - टोमोग्राफी(परत-दर-परत रिकॉर्डिंग)।

यह संभव है, एक पतली एक्स-रे बीम का उपयोग करके, एक स्क्रीन (बजाय .) ),टोमोग्राफी के दौरान छाया एक्स-रे छवि को संसाधित करने के लिए आयनकारी विकिरण (32.5 देखें) के अर्धचालक डिटेक्टरों और एक कंप्यूटर से मिलकर। टोमोग्राफी का यह आधुनिक संस्करण (कम्प्यूटेशनल या कंप्यूटेड एक्स-रे टोमोग्राफी) आपको कैथोड-रे ट्यूब स्क्रीन पर या एक्स-रे में अंतर के साथ 2 मिमी से कम विवरण के साथ कागज पर शरीर की परत-दर-परत छवियां प्राप्त करने की अनुमति देता है। 0.1% तक अवशोषण। यह, उदाहरण के लिए, मस्तिष्क के ग्रे और सफेद पदार्थ के बीच अंतर करने और बहुत छोटे ट्यूमर संरचनाओं को देखने की अनुमति देता है।