Intenzita röntgenového rozptylu. Atómový faktor rozptylu. Rozptyľovanie röntgenových lúčov na elektróny v atómoch. Jedno-dimenzionálne pohyby oscilov
Na rozdiel od mnohých špekulovaných špekulačných špekulácií bol model Thomson založený na fyzických skutočnostiach, ktoré nielen odôvodnili model, ale tiež dal určité pokyny o počte corpuscles v atóme. Prvým faktom je rozptyl röntgenové lúčealebo, ako povedal Thomson, vznik sekundárnych röntgenových lúčov. Thomson považuje röntgenové žiarenie ako elektromagnetická pulzácia. Keď takéto pulzie padajú na atómy obsahujúce elektróny, potom elektróny, prichádzajúce do zrýchleného pohybu, emit, pretože opisuje larmor vzorec. Množstvo energie emitované na jednotku času elektrónmi nachádzajúcimi sa v jednotke objemu bude
kde n je počet elektrónov (corpuscles) na jednotku objem. Na druhej strane zrýchlenie elektrónu
kde e p je intenzita poľa primárneho žiarenia. V dôsledku toho intenzita rozptýleného žiarenia
Vzhľadom k tomu, intenzita dopadajúceho žiarenia podľa ukazovacej teoremity sa rovná
potom pomer rozptýlenej energie na primárny
Charles Glover BarklaV roku 1917 bola Nobelová cena za otvorenie charakteristických röntgenových lúčov v roku 1899-1902. "Študent-výskumník" (absolvent študent) v Thomson v Cambridge, a tu sa stal záujem o röntgenové žiarenie. V roku 1902 bol učiteľom University College v Liverpoole, a tu v roku 1904, skúmal sekundárne röntgenové žiarenie, objavil svoju polarizáciu, ktorá sa úplne zhodovala s Thomsonovým teoretické predpovede. V posledných skúsenostiach z roku 1906, Barclay prinútil primárny balík na rozptýlenie atómov uhlíka. Rozptýlený zväzok klesol kolmo na primárny lúč a tu opäť roztrúsený uhlíkom. Tento terciárny lúč bol úplne polarizovaný.
Študovanie rozptylu röntgenových lúčov z ľahkých atómov, Barclay v roku 1904 zistil, že povaha sekundárnych lúčov je rovnaká ako primárna. Pre pomer intenzity sekundárneho žiarenia na primárne, zistilo, že veľkosť, ktorá nezávisí od primárneho žiarenia, proporcionálnej hustoty látky: \\ t
Z thomsonového vzorca
Ale hustota \u003d n a / l, kde A je atómová hmotnosť atómu, n je počet atómov v 1 cm3., L je počet Amogadro. Teda,
Ak dáte počet corpuscles do atómu rovného z, potom n \u003d nz a
Ak nahrádzame nahradiť hodnotu E, M, L, potom nájdeme K. V roku 1906, keď čísla E a M neboli presne známe, Thomson nájdený z meraní Barclay pre vzduch, ktorý Z \u003d A., t.j. počet corpuscles v atóme je atómová hmotnosť. Hodnota K, získaná pre ľahké atómy tyčí v roku 1904, bolo K \u003d 0,2. Ale v roku 1911, Barclay, pomocou rafinovaných dát Bayer pre E / M, hodnoty E a L získané Rootford a Geiger, prijatý K \u003d 0,4, a preto Z \u003d 1/2. Ako sa ukázalo, tento pomer je dobre vykonávaný v oblasti ľahkých jadier (s výnimkou vodíka).
Thomson teória pomohla pochopiť množstvo otázok, ale ešte viac problémov zanechal nevyriešených. Rozhodujúci ranu tohto modelu bol spôsobený experimentmi Rutherford 1911, ktorý sa uvádza.
Podobný atóm prstencového modelu navrhol v roku 1903 japonským fyzikom Nagawa Navrhol, že v strede atómu je kladný náboj, okolo ktorého elektrónové krúžky sa zaobchádza ako so saturnou krúžkami. Podarilo sa mu vypočítať obdobia oscilácií vykonaných elektrónmi s malými posumami v ich obežných dráhach. Takto získané frekvencie, viac alebo menej približne opísali spektrálne čiary niektorých prvkov *.
* (Treba tiež poznamenať, že planetárny model atómu bol navrhnutý v roku 1901. J. Perenom. Spomenul tento pokus v Nobelovej prednáške, čítať 11. decembra 1926.)
25. septembra 1905 na 77. kongrese nemeckých prírodných produktov a lekárov s prehľadom elektrónov V. Win. V tejto správe, on, Mimochodom, povedal: "Vysvetlenie spektrálnych línií je tiež dôležité pre elektronickú teóriu. Vzhľadom k tomu, každý prvok zodpovedá určitému zoskupeniu spektrálnych línií, ktoré emituje, je v stave Žiara, potom každý atóm musí predstavovať konštantný systém. Bolo by to najjednoduchší spôsob, ako reprezentovať atóm ako planétový systém pozostávajúci z pozitívne nabitého centra, okolo ktorého sa obráti, ako planéty, negatívne elektróny. Ale takýto systém nie je možné nezmeniť Kvôli vyžarovanej energie. Preto sme nútení odkazovať na systém, v ktorom sú elektróny v relatívnom mieri alebo majú nevýznamné rýchlosti - prezentáciu, v ktorej obsahuje veľa pochybných. "
Pochybnosti, ktoré sú ešte viac zvýšené, pretože nové tajomné vlastnosti žiarenia a atómov sú objavené.
Pre pracovať pri zvýšených stresochRovnako ako pri rádiografii na konvenčných stresoch, je potrebné použiť všetky známe spôsoby, ako bojovať proti rozptýleným röntgenovým žiarením.
číslo rozptýlené X-lúče Znižuje sa so znížením expozičného poľa, ktorý sa dosahuje obmedzením v priemere prevádzkového zväzku röntgenových lúčov. S poklesom expozičného poľa sa zase zlepší rozlíšenie röntgenového obrazu, t.j. minimálna veľkosť časti určenej na časti. Na obmedzenie priemeru pracovného balíka röntgenových lúčov, vymeniteľných membrány alebo rúrok nestačí.
Zníženie množstva rozptýlené X-lúče Malo by sa uplatňovať tam, kde je to možné kompresia. Keď kompresia, hrúbka predmetu pod štúdiom klesá a samozrejme, že sa zmenšuje, stáva sa menej centier na vytvorenie rozptýleného röntgenového žiarenia. Pre kompresiu sa používajú špeciálne kompresné pásy, ktoré sú zahrnuté v radiodiových diagnostických zariadeniach, ale nie sú často používané dostatočne.
Počet rozptýlených žiarení Znižuje sa s rastúcou vzdialenosťou medzi röntgenovou trubicou a filmom. S zvýšením tejto vzdialenosti a zodpovedajúca membrána sa získa menej pozostávajúca na strane pracovnej skupiny x-lúčov. S zvýšením vzdialenosti medzi röntgenovou trubicou a filmom je potrebné znížiť expozičné pole na minimálne možné veľkosti. Nemala by byť "odrezaná" podľa študijného priestoru.
Na tento účel, v poslednom konštrukcie Röntgenové diagnostické zariadenia sú vybavené pyramidovou trubicou so svetelným centrom. S ním sa dosahuje nielen na obmedzenie odnímateľnej oblasti na zlepšenie kvality röntgenového obrazu, ale je tiež vylúčené nadmerné ožarovanie týchto častí ľudského tela, ktoré nepodliehajú rádiografii.
Zníženie množstva rozptýlené X-lúče Študovaná časť objektu by mala byť čo najbližšie k röntgenovému filmu. Toto sa nevzťahuje na rádiografiu s priamym zvýšením röntgenového obrazu. S rádiografiou s priamym zvýšením obrazu, rozptýlená štúdia prakticky nedosiahne röntgenový film.
Piesočné tašky používané fixácia Objekt podľa štúdie, je potrebné ďalej umiestniť z kazety, pretože piesok je dobré médium na vytvorenie rozptýleného röntgenového žiarenia.
S rádiografiouVyrobené na stole bez použitia štipkovacej mriežky, pod kazetou alebo obálkou s filmom, by mal byť posunutý listom svetelnej gumy možných veľkých veľkostí.
Pre absorpciu rozptýlené X-lúče Preskúmajte röntgenové grily, ktoré absorbujú tieto lúče, keď ich opustia z ľudského tela.
Mastering Technology výroba röntgenových obrázkov S vyvýšenými napätiami na röntgenovej trubici, je to cesta, ktorá nás prináša na ideálny röntgenový posun, to znamená, že takýto snímok, ktorý je jasne viditeľný v detailoch a kostiach a mäkkom tkanive.
Difúzny rozptyl x-lúče - rozptyl röntgenových lúčov v smeroch, pre to-ryh sa nevykonáva Bragg - stav Wolfy.
V ideálnom kryštáli, elastický rozptyl vlnových atómov umiestnených v miestach periodického. Grily, kvôli len stanoveniu. smery. Vektor Q.sa zhoduje s pokynmi vrcholu vratnej mriežky G.: Q \u003d K. 2 -k. 1, kde k. 1 I. k. 2 - Vlnové vektory padajúcich a rozptýlených vĺn. Distribúcia intenzity rozptylu v reverznom priestore mriežky je sada píkov v tvare D Laue - Bragg v uzloch reverznej mriežky. Posuny atómov z uzlov mriežky porušujú periodicitu kryštálu a rušenia. Obraz sa mení. V tomto prípade, pri distribúcii intenzity rozptylu, spolu s Maxima (pretrvávajúci, ak je v skreslenom kryštále, môžete si vybrať priemerné periodické. Mriežka), objaví sa hladký komponent I 1 (Q)Zodpovedá D. R. R. l. na nedokonalosti kryštálu.
Spolu s elastickým rozptylom, D. R. R. l. Môže to byť spôsobené neelastickými procesmi sprevádzanými excitovaním elektronickej substitúcie kryštálu, t.j. Compton rozptyl (pozri Efekt Compton) A rozptyl s plazmou excitáciou (pozri PLAVA STAVY STAVY). Pomocou výpočtov alebo zariadení. Experimenty Tieto zložky môžu byť vylúčené, pridelenie D.P. R. l. na nedokonalosti kryštálu. V amorfných, kvapalných a plynných látkach, kde neexistuje žiadny dlhý rozsah, rozptyl je len difúzny.
Distribúcia intenzity I 1 (Q) D. R. R. l. Crystal v širokej škále hodnôt Q.Zodpovedajúce celej elementárnej bunke reverznej mriežky alebo niekoľkých buniek obsahuje podrobné informácie o vlastnostiach kryštálu a jeho nedokonalosti. Experimentálny I 1 (Q) Môže sa získať pomocou metódy pomocou monochromatického. Röntgenové ray a umožnenie otáčania kryštálu okolo rôznych osí a zmeniť smery vektorov vĺn k 1, K 2, Rôzne, t. o., Q. V širokej škále hodnôt. Môžu sa získať menej podrobných informácií Debye - Sherryra metóda alebo Metóda laue.
V dokonalom Crystal D.R.L. v dôsledku len tepelných posunov a nulové oscilácie Atómy mriežky a môžu byť spojené s procesmi emisií a absorpcie jedného alebo viacerých. . Malý Q. OSN. Úloha zohráva jeden rozptyl komponentov, a len fonons sú nadšené alebo zmiznuté. q \u003d Q-Gkde G.-Vozviecko reverznej mriežky, najbližšie k Q.. Intenzita takéhoto rozptylu I. 1t ( Q.) V prípade jednorazových ideálnych kryštálov je určená F-LOI
kde N. - počet základných kryštálov buniek, \\ t f.amplitúda, - Debye waller faktor, t - hmotnosť atómu, \\ t
- začína a. Vektory fonónov j.-y vetvy s vlnovým vektorom q.. S malým q. frekvencie, t.j. pri približovaní sa k uzlam reverznej more, ako 1 / q. 2. Určenie vektorov q., paralelné alebo kolmé pokyny, v kubických kryštáloch, kde je jasne definovaná úvahmi, môžete nájsť frekvencie oscilácie pre tieto pokyny.
V neideálnych kryštáloch vedú koncové rozmerové defekty k oslabeniu intenzít správnej úvahy. I. 0 (Q.) A D.R.R.L. I 1 (Q) Na statickom. posuny a zmeny štruktúrnych amplitúdov spôsobených chybami ( s. - číslo bunky v blízkosti chýb, -type alebo orientácie na chybu). V slabo skreslených kryštáli s nízkou koncentráciou defektov (- vedenie v kryštále) a 
Intenzita d.r.r.l.
kde a -komponenty Fourier.
Zníženie posunu s vzdialenosťou r. z defektu ako 1 / r. 2, ako výsledok, s malým q. A v blízkosti uzlov reverznej mriežky I 1 (Q) Zvyšuje sa ako 1 / q. 2. Roh závislosť I 1 (Q) kvalitatívne odlišné pre chyby rôznych typov a symetrie a hodnoty I 1 (Q) Určuje veľkosť skreslenia okolo defektu. Distribúcia štúdie I 1 (Q) V kryštáloch obsahujúcich bodové defekty (napr. Intersticiálne atómy a voľné pracovné miesta v ožiarených materiáloch, atómy nečistôt v slabých tuhých roztokoch) umožňuje získať podrobné informácie o type defektov, ich symetrie, polohy v mriežke, konfigurácii tvoriacich atómov Vady, Tranzor Dipoly sily, s defektmi K-Fishs pôsobia na kryštál.
Pri kombinovaní bodu defektov v intenzite skupiny I 1. v oblasti malých q. Zvyčajne sa zvyšuje, ale ukázalo sa, že sa bude zamerať do relatívne malých oblastí odstupu reverznej mriežky v blízkosti jeho uzlov, a keď ( R 0 - Rozmery chyby) rýchlo klesá.
Štúdium regiónov intenzívne D. R. R. l. To umožňuje preskúmať rozmery, tvar, atď. Charakteristiky častíc druhej fázy v starnúcich roztokoch ,. \\ T Malé polomerové slučky v ožiarenom alebo deformácii. Materiálov.
S IT znamená. Koncentrácie veľkých defektov kryštálu sú veľmi skreslené nielen lokálne blízko defektov, ale všeobecne, takže vo väčšine jeho objemu. Výsledkom je, že debetný faktor je waller a intenzita správneho odrazu I 0. Exponenciálne zníženie a distribúciu I 1 (Q) Je kvalitatívne prestavaný, vytvára viac vrcholov vysídlených z uzlov reverznej mriežky, šírka do-ryy závisí od veľkosti a koncentrácie defektov. Experimentálne sú vnímané ako dohodnuté Braggové vrcholy (Quasilia na dlhoch) av niektorých prípadoch sa pozorovalo difrakcia. Dodávky pozostávajúce z párov vrcholov I. 0 I. I 1.. Tieto účinky sa prejavujú v starnúcich zliatinách a ožiarených materiáloch.
V súzení. Riešenia, jednoškolské objednané kryštály, feroelektrika neideál v dôsledku non-nasadenia. Defekty a flukuz. Inhomogeities koncentrácie a interné. Parametre I. I 1 (Q) Je vhodné zvážiť ako rozptyl q.. Fluucuard. vlny týchto parametrov ( q \u003d Q-G). Napríklad v binárnych roztokoch A - B s jedným atómom v bunke v šírení rozptylu na statickom. posuny
kde f. Ai f B.-Tomické faktory rozptylových atómov A a B, z - koncentračné parametre korelácie, - pravdepodobnosť nahradenia dvojice uzlov oddelených vektorom mriežky aleatómy A. Identifikujte I 1 (Q) V celej bunke reverznej mriežky a vedenie Fourierovej Fourierovej transformácie nájdete rozdeliť. Koordinály. sféry Rozptylu na štatistike. Offsety sú vylúčené na základe údajov o intenzite I 1 (Q) v niekoľkých Bunky reverznej mriežky. Rozdelenie I 1 (Q) Môže sa použiť aj. Definície zefektívnenia energie pre rôzne ale V modeli dvojitej interakcie a jeho termodynamic. Charakteristiky. Vlastnosti D.R.R.L. Kov. Riešenia umožnené rozvíjať difrakciu. Výskumná metóda povrchu farmy Zliatiny.
V systémoch nachádzajúcich sa v štátoch v blízkosti bodov fázového prechodu druhého druhu a kritikov. Body na krivky rozpadu sa prudko zvyšujú výkyvy a stávajú sa rozsiahlym. Spôsobujú intenzívnu kritiku. DR. R. l. V blízkosti uzlov reverznej mriežky. Jeho výskum vám umožňuje získať dôležité informácie o funkciách fázových prechodov a termodynamického správania. Hodnoty v blízkosti prechodných bodov.
Difúzne rozptyl tepelných neutrónov na štatistiku. Heterogénnosti podobné D. R. R. l. a opísané podobným F-LAS. Štúdium rozptylu neutrónov umožňuje preskúmať dynamiku. Charakteristiky oscilácií atómov a výkyvov. Non-príbuzní (pozri Nekompletné rozptylové neutróny).
Svietiť: James R., optické princípy röntgenovej difrakcie, na. \\ T Od angličtiny, M., 1950; IRONONOVA V. I., REVKVIVICH G. P., Teória rozptylu röntgenového žiarenia, 2 ed., M., 1978; IRONONOVA V. I., KATSNELSON A. A. A. A. A. A., Stredné poriadky v pevných roztokoch, M., 1977; Cauli J., Difrakcia fyziky, na. Od angličtiny, M., 1979; Krimpty M A., Difrakcia röntgenových lúčov a neutrónov v neideálnych kryštáloch, K., 1983; Jeho difúzny rozptyl röntgenových lúčov a neutrónov na fluktuačných nehomogénnosti v neideálnych kryštáloch, K., 1984.
M. 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) BY \u003d BY0 COS (WT - K0 Z + J0)
tam, kde je čas, w je frekvencia elektromagnetického žiarenia, K0 je číslo vlny, J0 - počiatočná fáza. Číslo vlny je vlnový vektorový modul a nepriamo úmerná vlnovej dĺžke K0 \u003d 2π / l. Numerická hodnota počiatočnej fázy závisí od výberu počiatočného času T0 \u003d 0. Hodnoty ex0, EY0, BX0, BY0 sú amplitúdy zodpovedajúcich komponentov (3.16) elektrických a magnetických vlnových dĺžok.
Všetky komponenty (3.16) s plochou elektromagnetickou vlnou sú teda opísané elementárnymi harmonickými funkciami formulára:
Y \u003d A0 COS (WT - KZ + J0) (3.17)
Zvážte rozptyl plochej monochromatickej röntgenovej vlny na množstve atómov vzorky podľa štúdie (na molekule, konečným rozmerovým kryštálom atď.). Interakcia elektromagnetickej vlny s elektrónmi atómov vedie k tvorbe sekundárnych (rozptýlených) elektromagnetických vĺn. Podľa klasickej elektrodynamiky sa rozptyl na samostatnom elektróne vyskytuje v uhle telesa 4p a má podstatnú anizotropiu. Ak primárne röntgenové žiarenie nie je polarizované, hustota toku rozptýlenej vlnovej žiarenia je opísaná nasledovnou funkciou
(3.18)tam, kde I0 je hustota primárneho žiarenia prúd, R je vzdialenosť od bodu rozptylu na miesto registrácie rozptýleného žiarenia, Q je polárny rozptyl uhol, ktorý sa počíta zo smeru vlnového vektora roviny primárneho Vlna K0 (pozri obr.3.6). Parameter
»2.818 × 10-6 nm (3. 19)historicky, klasický elektrónový polomer.
Obr.3.6. Polar rozptyľovací uhol q plochej primárnej vlny na malom cldeftways CR.
Určitý uhol Q nastaví kužeľovitý povrch vo vesmíre. Korelačný pohyb elektrónov vo vnútri atómu komplikuje anizotropiu rozptýleného žiarenia. Amplitúda röntgenovej vlny, difúzneho atómu, je vyjadrený použitím funkcie vlnovej dĺžky a polárnym uhlom F (Q, L), ktorý sa nazýva atómová amplitúda.
Takže uhlové rozdelenie intenzity rôntgenovej vlny, rozptýleného atómu, je teda vyjadrený vzorcom
(3. 20)
a má axiálnu symetriu vzhľadom na smer vlny vektora primárnej vlny K0. Námestie atómovej amplitúdy F 2 sa nazýva jadrový faktor.
Spravidla, v experimentálnych inštaláciách pre X-ray konštrukčné a röntgenové štúdiá, detektor rozptýlených röntgenových lúčov je umiestnený vo vzdialenosti R významne presahujúci rozmery rozptyľovej vzorky. V takýchto prípadoch vstupné okno detektora odreže z povrchu konštantnej fázy rozptýlenej vlny prvok, ktorý môže byť umiestnený s vysokou presnosťou.
Obr.3.8. Geometrický diagram rozptylu röntgenových lúčov na atómoch vzorky 1 za podmienok difrakčnej difrakcie.
2 - X-ray detektor, K0 - vlnový vektor Primárna röntgenová vlna, šípky tyče zobrazujú prúdy primárnych röntgenových lúčov, čiarových kódov - prúdom rozptýlených röntgenových lúčov. Kruhy označujú atómy vzorky podľa štúdia.
Okrem toho, vzdialenosti medzi susednými atómami ožiarenej vzorky sú niekoľko rádovo menej ako priemer vstupného okna detektora.
V dôsledku toho, v tejto geometrii registrácie, detektor vníma tok plochých vĺn roztrúsených jednotlivými atómami a vlnové vektory všetkých rozptýlených vĺn možno zvážiť pri vysokej presnosti paralely.
Vyššie uvedené znaky rozptylu röntgenových lúčov a ich registráciu majú historicky meno difrakcie fraunhofer. Tento približný popis procesu rozptylu röntgenového žiarenia v atómových štruktúrach vám umožňuje vypočítať difrakčný vzor (uhlové rozdelenie intenzity rozptýleného žiarenia) s vysokou presnosťou. Dôkazom je, že aproximácia difrakčnej difrakcie je založená na rôntgenových difrakčných metódach látky, ktoré umožňujú určiť parametre elementárnych buniek kryštálov na výpočet súradníc atómov, na nastavenie prítomnosti rôznych fáz vo vzorke určiť charakteristiky chybovosti kryštálov atď.
Zvážte kryštalickú vzorku malej veľkosti obsahujúcej konečný počet N atómov so špecifickým chemickým číslom.
Zavádzame obdĺžnikovým súradnicovým systémom. Jeho začiatok je kompatibilný so stredom jedného z atómov. Poloha každého stredu atómu (rozptylové centrum) je nastavená tromi súradnicami. XJ, YJ, ZJ, kde J je poradové číslo atómu.
Nechajte vzorku podľa štúdie vystavená plochej primárnej röntgenovej vlny s vlnovým vektorom K0 zameraným paralelným s Oz osou zvoleného súradnicového systému. V tomto prípade je primárna vlna reprezentovaná funkciou formulára (3.17).
Rozptyl röntgenových lúčov na atómoch môže byť neelastický a elastický. Elastický rozptyl sa vyskytuje bez zmeny vlnovej dĺžky röntgenového žiarenia. S neelastickým rozptylom sa zvyšuje radiačná vlnová dĺžka a sekundárne vlny sú nekoherentné. Nasledujúce je považované len na elastický rozptyl röntgenových lúčov na atómoch.
Označte L - Vzdialenosť od začiatku súradníc do detektora. Navrhujeme, aby sa vykonávali podmienky fraunhoferovej difrakcie. To najmä znamená, že maximálna vzdialenosť medzi atómami ožiarenej vzorky je niekoľko rádovo menej ako vzdialenosť L. V tomto prípade je citlivým prvkom detektora vystavený plochým vlnám s paralelnými vlnovými vektormi K. Moduly všetkých vektorov sú rovnaké ako modul vektora vlny K0 \u003d 2π / l.
Každá plochá vlna spôsobuje harmonické oscilácie s frekvenciou
(3.21)Ak je primárna vlna uspokojivo aproximovaná plochým harmonickým, potom sú koherentné všetky sekundárne (rozptýlené atómy). Rozdiel vo fázach viacerých vĺn závisí od rozdielu v priebehu týchto vĺn.
Vedieme od začiatku súradníc na umiestnenie vstupného okna detektora pomocnej osi alebo. Potom môže byť každá sekundárna množina v smere tejto osi opísaná funkciou
y \u003d A1 FCO (WT- KR + J0) (3.22)
tam, kde amplitúda A1 závisí od amplitúdy primárnej vlny A0 a počiatočná fáza J0 je rovnaká pre všetky sekundárne vlny.
Sekundárna vlna emitovaná atómom na začiatku súradníc vytvorí oscilácia citlivého prvku detektora opísaného v funkcii
A1 F (Q) COS (WT - KL + J0) (3.23)
Ďalšie sekundárne vlny vytvoria oscilácie pri rovnakej frekvencii (3.21), ale líšia sa od funkcie (3.23) fázovým posunom, čo závisí od rozdielu v priebehu sekundárnych vĺn.
Pre systém plochých koherentných monochromatických vĺn pohybujúcich sa v určitom smere, relatívna fáza Shift DJ je priamo úmerná rozdielu v priebehu DL
DJ \u003d K × DL (3.24)
kde k je číslo vlny
k \u003d 2π / l. (3.25)
Na výpočet rozdielu v priebehu sekundárnych vĺn (3.23) sa najprv predpokladať, že ožiarená vzorka je jednodimenzionálny reťazec atómov umiestnených pozdĺž osi súradnice OX (pozri obr.3.9). Atómové súradnice sú nastavené číslami XI, (J \u003d 0, 1, ..., N - 1), kde X0 \u003d 0. Povrch konštantnej fázy primárnej plochej vlny je rovnobežná s reťazcom atómov a Vlnový vektor K0 je na to kolmý.
Budeme vypočítať plochý difrakčný vzor, \u200b\u200bt.j. Uhlové rozdelenie intenzity rozptýleného žiarenia v rovine znázornenom na obr.3.9. V tomto prípade je umiestnenie orientácia detektora (inými slovami, smer pomocného alebo) je nastavený uhlom rozptylu, ktorý sa počíta z OZ osi, t.j. Zo smeru vlnového vektora K0 primárnej vlny.
Obr.3.9. Geometrický diagram difrakčnej difrakcie vo vopred určenej rovine na priamej reťazci atómov
Bez straty všeobecnosti odôvodnenia možno predpokladať, že všetky atómy sú umiestnené na pravej polovici osi. (okrem atómu nachádzajúceho sa v centre súradníc).
Keďže sa vykonávajú podmienky difrakčnej difrakčnej difrakcie, vlnové vektory všetkých vĺn roztrúsených atómami prichádzajú do vstupného okna detektora s paralelnými vlnovými vektormi K.
Obrázok 3.9 Z toho vyplýva, že vlna emitovaná atómom s súradnicou XI prechádza vzdialenosťou od detektora L - Xisínu (Q). V dôsledku toho je oscilácia citlivého prvku detektora spôsobeného sekundárnou vlnou emitovanou atómom s súradnicou XI opísaná funkciou
A1 F (Q) COS (WT - K (L-XJ SIN (Q)) + JO) (3.26)
Podobné druhy majú zostávajúce rozptýlené vlny, zadanie okna detektora umiestnené v danej polohe.
Veľkosť počiatočnej fázy J0 sa v podstate určuje bod začiatku času. Nič zabraňuje voľbe J0 rovného -KL. Potom bude prítomný pohyb citlivého prvku detektora
(3.27)
To znamená, že rozdiel v pohybe vĺn roztrúsených atómami so súradnicami XI a X0 je -xisín (Q) a zodpovedajúci fázový rozdiel sa rovná Kxisínu (Q).
Frekvencia W Oscilácie elektromagnetických vĺn röntgenového rozsahu je veľmi veľké. Pre röntgenové žiarenie s vlnovou dĺžkou L \u003d å, frekvencia w v poradí podľa veľkosti je ~ 1019 S-1. Moderné vybavenie nemôže merať okamžité hodnoty elektrických a magnetických polí (1) s takýmito rýchlymi zmenami v poliach, takže všetky röntgenové detektory zaregistrujú priemernú hodnotu štvorca amplitúdy elektromagnetických oscilácií.
Röntgenové žiarenie sa nazýva elektromagnetické vlny s dĺžkou približne 80 až 10 -5 nm. Najviac dlhotrvajúce röntgenové žiarenie je prekryté krátkym vlnovým ultrafialovým, shortwave - dlhým vlnovým γ-žiarením. Metóda excitácie je X-lúče rozdelené na brzdenie a charakteristiku.
31.1. Röntgenové rúrkové zariadenie. Brzdové x-lúče
Najbežnejším zdrojom röntgenového žiarenia je röntgenová trubica, ktorá je dvojplotou očkovacieho zariadenia (obr. 31.1). Vyhrievaná katóda 1 Vyprázdni elektróny 4. Anóda 2, nazývaná často antikatórodom, má naklonený povrch, aby sa riadil výsledné röntgenové žiarenie 3 V uhle k osi trubice. Anóda je vyrobená z dobre-hlavného materiálu na odstránenie tepla generovaného elektrónmi. Povrch antónie je vyrobený zo žiaruvzdorných materiálov, ktoré majú veľké poradové číslo atómu v tabuľke MendeleEEV, napríklad z volfrámu. V niektorých prípadoch je anóda špecificky ochladzovaná vodou alebo olejom.
Pre diagnostické rúrky je dôležitý zdroj zdroja röntgenového žiarenia, ktorý sa dá dosiahnuť zaostrením elektrónov na jednom mieste antičice. Preto je potrebné vziať do úvahy dve opačné úlohy: Na jednej strane by mali elektróny padnúť na jedno miesto anódy, na druhej strane, aby sa zabránilo prehriatiu, je žiaduce rozdeliť elektróny rôznymi časťami anódy. Ako jedna zo zaujímavých technických riešení je röntgenová trubica s rotujúcou anódou (obr. 31.2).
V dôsledku spomalenia elektrónov (alebo iné nabité častice), elektrostatické pole atómového jadra a atómových elektrónov antikatózy x-ray brzdy.
Mechanizmus možno vysvetliť nasledovne. S pohybujúcim sa nabíjaním elektrického nabíjania je pripojené magnetické pole, ktorého indukcia závisí od rýchlosti elektriny. Pri brzdení, magnetickom
indukcia a v súlade s teóriou Maxwell sa objaví elektromagnetická vlna.
Keď brzdové elektróny, len časť energie ide na vytvorenie fotónu röntgenového žiarenia, druhá časť sa vynakladá na vykurovanie anódy. Pretože pomer medzi týmito dielmi je náhodný, potom pri brzdení veľkého počtu elektrónov je vytvorená kontinuálne spektrum röntgenového žiarenia. V súvislosti s týmto brzdovým žiarením sa tiež nazýva tuhá látka. Na obr. 31.3 Závislosti prietoku X-ray z vlnovej dĺžky λ (spektrá) sú prezentované na rôznych namáhaní v röntgenovej trubici: U 1.< U 2 < U 3 .
V každom spektrách, najhoršie brzdové žiarenie λ ηίη Ďalší sa vyskytuje, keď sa energia získaná elektrónovou v zrýchľovacom poli plne pohybuje do energie fotónovej energie:
Všimnite si, že na základe (31.2) sa vyvinul jedna z najpresnejších metód experimentálnej definície konštantnej dosky.
Shortwave röntgenové žiarenie má zvyčajne väčšiu prenikajúcu schopnosť ako dlhá vlna a zavolaná tvrdýa dlhé vlny - mäkké.
Zvýšenie napätia na röntgenovej trubici, zmeňte spektrálnu zloženie žiarenia, ako je zrejmé z obr. 31.3 a vzorec (31.3) a zvýšenie tuhosti.
Ak zvýšite teplotu katódy, emisie elektrónov sa zvýši a prúd v trubici sa zvýši. To povedie k zvýšeniu počtu fotónov röntgenového žiarenia vyžarujúceho každú sekundu. Spektrálna kompozícia sa nezmení. Na obr. 31.4 znázorňujúci spektrá brzdového žiarenia na jednom napätí, ale s rôznymi silami tepla katódy: / \u200b\u200bH1< / н2 .
Prietok röntgenového žiarenia sa vypočíta vzorcom:
kde U.a I -napätie a prúd v röntgenovej trubici; Z.- sekvenčné číslo atómu anódovej látky; k.- Koeficient proporcionality. Spektrá získané z rôznych antikatónov s rovnakým U.a I h, znázornené na obr. 31.5.
31.2. Charakteristické röntgenové žiarenie. Atómové röntgenové spektrá
Zvýšenie napätia na röntgenovej trubici, možno vidieť na pozadí pevného spektra vzhľadu čiary, čo zodpovedá
charakteristické röntgenové žiarenie(Obr. 31.6). Vznikne kvôli tomu, že zrýchlené elektróny prenikajú do hlbín atómu a elektrónov sú vyradené z vnútorných vrstiev. Elektrony z horných úrovní sa pohybujú na voľných priestoroch (obr. 31.7), zobrazia sa fotóny charakteristického žiarenia. Ako možno vidieť z obrázku, charakteristické röntgenové žiarenie sa skladá zo série K, l, matď., Ktorých bol podávaný na označenie elektronických vrstiev. Vzhľadom k tomu, žiarenie k-série sa uvoľní vo vyšších vrstvách, riadky iných sérií sú tiež emitované súčasne.
Na rozdiel od optického spektu, charakteristické rôntgenové spektrá rôznych atómov rovnakého typu. Na obr. 31.8 ukazuje spektrá rôznych prvkov. Rovnaký typ týchto spektier je spôsobený tým, že vnútorné vrstvy v rôznych atómoch sú rovnaké a líšia sa len energiou, pretože účinok výkonu na strane jadra sa zvyšuje ako sekvenčné číslo prvku zvyšuje. Táto okolnosť vedie k tomu, že charakteristické spektrum sa posunulo smerom k veľkým frekvenciám so zvýšením nábytku jadra. Tento vzor je viditeľný z obr. 31.8 a známy ako moseli zákon:
kde v - frekvencia spektrálnej čiary; Z- atómové číslo emitujúceho prvku; ALE a V - trvalé.
Existuje ďalší rozdiel medzi optickým a röntgenovým spektrom.
Charakteristické rôntgenové spektrum atómu nezávisí od chemickej zlúčeniny, do ktorej je tento atóm zahrnutý. Napríklad rôntgenové spektrum atómu kyslíka je rovnaké pre O, OH2 a H20, zatiaľ čo optické spektrá týchto zlúčenín sú významne odlišné. Táto funkcia X-ray atómu slúžila ako základ pre meno charakteristické.
Charakteristické žiarenie sa vždy vyskytuje v prítomnosti voľného miesta vo vnútorných vrstvách atómu, bez ohľadu na príčinu, ktorá jej spôsobila. Charakteristické žiarenie sprevádza jeden z typov rádioaktívneho rozpadu (pozri 32.1), ktorý leží v záchvate elektrónového jadra z vnútornej vrstvy.
31.3. Rôntgenová reakcia s látkou
Registrácia a použitie röntgenového žiarenia, ako aj jeho účinok na biologické objekty, sú určené primárnymi procesmi interakcie röntgenového fotónu s elektrónmi atómov a molekúl hmoty.
V závislosti od pomeru energie hvfotón a energia ion-zing 1 A a majú tri hlavné proces.
Koherentný (klasický) rozptyl
Rozptýlenie lovu žiarenia s dlhým vlnou sa vyskytuje hlavne bez zmeny vlnovej dĺžky a nazýva sa koherentné.Vyskytuje sa, ak je fotónová energia menšia ako ionizačná energia: hv< A.
Vzhľadom k tomu, v tomto prípade sa energia fotónu röntgenového žiarenia a atómu nezmení, potom koherentný rozptyl nespôsobuje biologické pôsobenie. Pri vytváraní ochrany proti žiareniu s röntgenovým žiarením by sa však malo brať do úvahy možnosť zmeny smeru primárneho lúča. Tento typ interakcie je dôležitý pre rôntgenovú štruktúru (pozri 24,7).
Nekoherentný rozptyl (efekt Componton)
V roku 1922 A.h. COMPTON, pozorovanie rozptylu tuhých röntgenových lúčov, objavil pokles prenikacej schopnosti rozptýleného lúča v porovnaní s incidentom. To znamenalo, že vlnová dĺžka rozptýleného röntgenového žiarenia je väčšia ako incident. Röntgenový rozptyl so zmenou vlnovej dĺžky nekoherenskýa samotný fenomén - compton efekt.Vyskytuje sa, ak je energia fotónového žiarenia žiarenia väčšia ako energia ionizácie: hV\u003e A a.
Tento fenomén je spôsobený tým, že pri interakcii s atómom hvfoton sa vynakladá na vytvorenie nového rozptýleného fotónu röntgenového žiarenia s energiou hV ",na separáciu elektrónu z atómu (ionizačná energia A a) a správa elektróku kinetickej energie E:
hV \u003d HV "+ A A + E až.(31.6)
1 tu, pod energiou ionizácie, je energia potrebná na odstránenie vnútorných elektrónov za atómom alebo molekulou.
Vzhľadom k tomu, v mnohých prípadoch hv\u003e\u003e A a tiež účinok komponentov sa vyskytuje na voľných elektrónoch, potom môžete nahrávať približne:
hV \u003d HV "+ E K.(31.7)
V tomto jave (obr. 31.9) spolu so sekundárnym röntgenovým žiarením (energia hv"Photon) Zdá sa, že Elektrony refundácie (kinetická energia E K.elektrón). Atómy alebo molekuly v rovnakom čase sa stávajú iónmi.
Fotoaparát
Vo fotoreffect je röntgenové žiarenie absorbované atómom, v dôsledku čoho elektrónové muchy a atóm je ionizovaná (fotoionizácia).
Tri hlavné interakčné proces diskutované vyššie sú primárne, vedú k následnému sekundárnemu, terciárnemu atď. Javy. Napríklad ionizované atómy môžu emitovať charakteristické spektrum, excitované atómy sa môžu stať zdrojmi viditeľného svetla (röntgenové linky a lietadlo) atď.
Na obr. 31.10 Schéma možných procesov vyplývajúcich z röntgenového žiarenia v látke. Môže existovať niekoľko desiatok procesov podobných tým, ktoré sú znázornené pred energiou röntgenového fotónu prepne na energiu molekulárneho tepelného pohybu. V dôsledku toho sa vyskytnú zmeny v molekulárnom zložení látky.
Procesy reprezentované systémom z obr. 31,10, podkladové javy pozorované pod pôsobením röntgenového žiarenia na látku. Zoznam niektorých z nich.
X-Ray Avyity- žiara série látok s röntgenovým žiarením. Takýto žiara platinosyrosyrózarného bária umožnil x-lúče otvoriť lúče. Tento fenomén sa používa na vytvorenie špeciálnych žiariacich obrazoviek, aby sa vizuálne pozorovali röntgenové žiarenie, niekedy na zvýšenie účinku x-lúčov na fotoplastku.
Chemický účinok röntgenového žiarenia, ako je tvorba peroxidu vodíka vo vode, je známa. Prakticky dôležitým príkladom je vplyv na fotografickú rovinnosť, ktorá vám umožní opraviť takéto lúče.
Ionizačný účinok sa prejavuje v náraste elektrickej vodivosti pod vplyvom röntgenových lúčov. Táto vlastnosť sa používa
v dozimetrii pre kvantitatívny odhad tohto typu žiarenia.
V dôsledku mnohých procesov je primárny lúč röntgenových lúčov oslabený v súlade so zákonom (29.3). Píšeme ho vo forme:
I \u003d i 0 e- ", (31.8)
kde μ je lineárny koeficient útlmu. Môže sa predložiť pozostáva z troch termínov, zodpovedajúcich koherentnému rozptylu μK, nekoherentné μ μκK a foto efekt μ f:
μ \u003d μ K + μ HK + u f. (31.9)
Intenzita röntgenového žiarenia je oslabená v pomere k počtu atómov látky, cez ktorú toto vlákno prechádza. Ak stratíte látku pozdĺž osi X Napríklad b. Raz zvýšením b. Od jeho hustoty potom
31.4. Fyzické základne na použitie röntgenového žiarenia v medicíne
Jedna z najdôležitejších lekárskych aplikácií X-ray - prenos vnútorných orgánov s diagnostickým účelom (X-ray diagnostika).
Pre diagnostiku používajte fotóny s energiou približne 60-120 KEV. S touto energiou je hmotnostný koeficient oslabenia určený hlavne fotoelektrickým účinkom. Jeho hodnota je nepriamo úmerná treťom stupni fotónovej energie (úmerná λ 3), ktorá sa prejavuje veľkou prenikajúcou schopnosťou tuhého žiarenia av pomere k treťom stupni atómového počtu absorpčnej látky: \\ t
Významný rozdiel v absorpcii röntgenového žiarenia s rôznymi tkanivami umožňuje v tieni projekcii vidieť obrazy vnútorných orgánov ľudského tela.
X-ray diagnostika sa používajú v dvoch verziách: rádioskopie. - Obraz je zobrazený na obrazovke X-Ray-Dimension rádiografia - obrázok je upevnený na filme.
V prípade, že orgán v štúdii a okolité tkanivá sú približne rovnako oslabené rôntgenovým žiarením, používajú špeciálne kontrastné činidlá. Napríklad, naplňte žalúdok a črevá hmoty cashadys sulfátu bárnatého, môžete vidieť ich tieňový obraz.
Jas obrazu na obrazovke a čas expozície na fólii závisí od intenzity röntgenového žiarenia. Ak sa používa na diagnostiku, intenzita nemôže byť veľká, aby nespôsobovala nežiaduce biologické následky. Preto existuje niekoľko technických zariadení, ktoré zlepšujú obraz v malých röntgenových intenzitách. Ako príklad takéhoto zariadenia môžete špecifikovať elektrón-optické prevodníky (pozri 27.8). S hmotnostným prieskumom populácie je zmena rádiografii široko používaná - fluorografia, v ktorej je obrázok z veľkej röntgenovej obrazovky zaznamenaný na citlivej malej fólii. Pri snímaní je objektív veľká svietivosť, pripravené snímky sú považované za špeciálny zväčšovač.
Zaujímavým a sľubným riešením rádiografie je metóda x-ray tomografia, a jeho "strojová verzia" - cT Scan.
Zvážte túto otázku.
Zvyčajný rádiograf sa vzťahuje na veľkú časť tela, s rôznymi orgánmi a tkanivovým tieňom. Je možné sa tomu vyhnúť, či sa pravidelne spolu (obr. 31.11) v antifázu presuňte röntgenovú trubicu Rt a film Fp Pokiaľ ide o objekt O Výskum. Telo má rad netransparentných inklúzií pre röntgenové žiarenie, sú uvedené v kruhoch na obrázku. Ako je možné vidieť, X-lúče v ľubovoľnej polohe röntgenovej rúrky (1, 2 atď.)
rezaný z rovnakého bodu objektu, ktorý je centrom relatívne, ku ktorému sa vykonáva periodický pohyb Rta FP.Tento bod je presnejšie malé nepriehľadné zahrnutie, je znázornené v tmavom kruhu. Jeho tieňový obraz sa pohybuje spolu s Fp,zaberanie dôsledne pozíciu 1 2 atď. Zostávajúce inklúzie v tele (kosti, tesnenia atď.) Fpniektoré spoločné pozadie, ako ich röntgenové lúče neustále otriahli. Zmenou polohy centra swingu môžete získať vrstvený röntgenový obraz. Preto meno - triografia(vrstvové miesto).
Môžete pomocou tenkého röntgenového lúča, obrazovky (namiesto FP)pozostáva z polovodičových detektorov ionizujúceho žiarenia (pozri 32.5) a počítače, liečiť tieňový röntgenový obraz počas tomografie. Takáto moderná forma tomografie (výpočtová alebo počítačová tomografia na počítači) umožňuje obrazu vrstvy tela na obrazovke rúrky elektrón-beam alebo na papieri s detailmi menšími ako 2 mm s rozdielom v absorpcii röntgenového žiarenia na 0,1%. To umožňuje napríklad rozlišovať medzi šedou a bielej látkou mozgu a vidieť veľmi malé vzdelanie nádoru.
