Intensiteti i shpërndarjes së rrezeve X. Faktori i shpërndarjes atomike. Shpërndarës x-rrezet në elektronet në atomet. Lëvizje oscilorative njëdimensionale

Në dallim nga shumë spekulime spekulative spekuluar, modeli Thomson u bazua në fakte fizike, të cilat jo vetëm e arsyetonin modelin, por gjithashtu dhanë udhëzime të caktuara për numrin e korpuscles në atom. Fakti i parë është shpërndarje rrezet x-ray, ose, siç tha Thomson, shfaqja e rrezeve të mesme X. Thomson konsideron rrezatimin X-ray si pulsation elektromagnetike. Kur pulsations të tilla bien në atomet që përmbajnë elektronet, pastaj elektronet, që vijnë në një lëvizje të përshpejtuar, lëshojnë si ajo përshkruan formulën e legrit. Sasia e energjisë së emetuar për njësi të kohës nga elektronet e vendosura në një njësi të volumit do të jetë

ku n është numri i elektroneve (korpuscles) për vëllim njësi. Nga ana tjetër, përshpejtimi i elektroneve

ku e p është intensiteti i fushës së rrezatimit primar. Rrjedhimisht, intensiteti i rrezatimit të shpërndarë

Që nga intensiteti i rrezatimit të incidentit sipas teoremës së treguar është e barabartë me

pastaj raporti i energjisë së shpërndarë në primar

Charles Glover BarklaNë vitin 1917, çmimi Nobel për hapjen e x-rrezeve karakteristike ishte në 1899-1902. "Student-Hulumtues" (student i diplomuar) në Thomson në Kembrixh, dhe këtu ai u bë i interesuar për rrezet X. Në vitin 1902, ai ishte një mësues i një kolegji universitar në Liverpool, dhe këtu në vitin 1904, duke eksploruar rrezatimin dytësor me rreze X, zbuloi polarizimin e saj, i cili përkonte plotësisht me parashikimet teorike të Thomsonit. Në përvojën përfundimtare të vitit 1906, Barclay e detyroi paketën primare për të shpërndarë atomet e karbonit. Paketa e shpërndarë ra pingul në rreze primare dhe këtu përsëri u shpërnda me karbon. Kjo rreze terciare ishte plotësisht e polarizuar.

Studimi i shpërndarjes së rrezeve të rrezeve X nga atomet e lehta, Barclay në vitin 1904 zbuloi se natyra e rrezeve sekondare është e njëjtë me atë fillore. Për raportin e intensitetit të rrezatimit sekondar deri në primar, ajo gjeti një madhësi që nuk varet nga rrezatimi primar, dendësia proporcionale e substancës:

Nga formula Thomson

Por dendësia \u003d n a / l, ku A është pesha atomike e atomit, n është numri i atomeve në 1 cm 3., L është numri i avogadro. Prandaj,

Nëse vendosni numrin e korpuscles në një atom të barabartë me z, atëherë n \u003d nz dhe

Nëse zëvendësojmë të zëvendësojmë vlerën e E, M, L, atëherë do të gjejmë K. në vitin 1906, kur numrat e dhe m nuk ishin saktësisht të njohur, Thomson u gjet nga matjet e barclay për ajër, të cilat Z \u003d A., i.E. Numri i korpuscles në atom është pesha atomike. Vlera e K, e marrë për atomet e lehta Barclay në vitin 1904, ishte K \u003d 0,2. Por në vitin 1911, Barclay, duke përdorur të dhënat e rafinuara të Bayer për E / M, vlerat e E dhe L të marra nga Rootford dhe Geiger, marrë K \u003d 0.4, dhe për këtë arsye Z \u003d 1/2. Siç doli, ky raport është kryer mirë në fushën e bërthamës së lehtë (me përjashtim të hidrogjenit).

Teoria Thomson ndihmoi për të kuptuar një numër çështjesh, por edhe më shumë çështje mbetur të pazgjidhura. Goditja vendimtare e këtij modeli u shkaktua nga eksperimentet e Rutherford 1911, të cilat do të përmenden.

Një atom i ngjashëm me një model unazor i sugjeruar në vitin 1903 nga fizikanti japonez Nagawa Ai sugjeroi që në qendër të atomit ka një pagesë pozitive, rreth të cilave unaza elektronike trajtohen si unaza Saturn. Ai arriti të llogariste periudhat e luhatjeve të kryera nga elektronet me zhvendosje të vogla në orbitat e tyre. Frekuencat e marra në këtë mënyrë, pak a shumë përafërsisht përshkruan linjat spektrale të disa elementeve *.

* (Duhet gjithashtu të theksohet se modeli planetar i atomit është propozuar në vitin 1901. J. Perenom. Ai përmendi këtë përpjekje në leksionin Nobel, lexoi më 11 dhjetor 1926.)

25 shtator 1905 në Kongresin e 77-të të natyralistëve gjermanë dhe mjekëve me një raport mbi elektronet V. Win. Në këtë raport, ai, nga rruga, tha: "Shpjegimi i linjave spektrale është gjithashtu i rëndësishëm për teorinë elektronike. Meqë secili element korrespondon me një grup të caktuar të linjave spektrale, të cilat lëshojnë, duke qenë në gjendje të Glow, atëherë çdo atom duhet të përfaqësojë një sistem të vazhdueshëm. Do të ishte mënyra më e lehtë për të përfaqësuar një atom si një sistem planetar i përbërë nga një qendër e ngarkuar pozitivisht, rreth e rrotull, si planetet, elektronet negative. Por një sistem i tillë nuk mund të jetë i pandryshuar për shkak të energjisë rrezatuar. Prandaj, ne jemi të detyruar t'i referohemi sistemit në të cilin elektronet janë me paqe relative ose posedojnë shpejtësi të parëndësishme - prezantimi në të cilin përmban shumë të dyshimtë ".

Dyshimet këto edhe më të rritura si vetitë e reja misterioze të rrezatimit dhe atomeve janë zbuluar.

Për puna në streset e ngrituraAshtu si me radiografinë në streset konvencionale, është e nevojshme të përdoren të gjitha mënyrat e njohura për të luftuar rrezatimin e shpërndarë me rreze X.

numër x-rrezet e shpërndara Ajo zvogëlohet me një rënie në fushën e ekspozimit, e cila arrihet me kufizime në diametër të paketës operative të rrezeve të rrezeve X. Me një rënie në fushën e ekspozimit, nga ana tjetër, zgjidhja e imazhit X-ray është përmirësuar, i.E. Madhësia minimale e pjesës së përcaktuar me pjesë të përcaktuar. Për të kufizuar në diametër të paketës së punës të rrezeve X, diafragmat ose tubat e zëvendësuar nuk janë të mjaftueshme.

Për të reduktuar sasinë x-rrezet e shpërndara Duhet të zbatohet kur është e mundur compression. Kur compression, trashësia e objektit nën studim zvogëlohet dhe, sigurisht, bëhet më e vogël, bëhet më pak qendra për formimin e rrezatimit të shpërndarë me rreze X. Për compression përdoren rripa të veçantë të kompresimit, të cilat janë të përfshira në aparatin diagnostikues radiodë, por ato shpesh nuk përdoren mjaftueshëm.

Numri i rrezatimit të shpërndarë Ajo zvogëlohet me distancë në rritje midis tubit X-ray dhe filmit. Me një rritje në këtë distancë dhe diafragmizimi përkatës merret më pak i përbërë në anën e bandës së punës të rrezeve X. Me një rritje në distancën midis tubit X-ray dhe filmit, është e nevojshme për të zvogëluar fushën e ekspozimit në madhësi minimale të mundshme. Nuk duhet të "pritet" zona nën studim.

Për këtë qëllim, në të fundit ndërtime Pajisjet diagnostike me rreze X janë të pajisur me një tub piramidale me një centim të lehtë. Me të, ajo arrihet jo vetëm për të kufizuar zonën e lëvizshme për të përmirësuar cilësinë e imazhit X-ray, por gjithashtu është përjashtuar rrezatimi i tepruar i atyre pjesëve të trupit të njeriut që nuk i nënshtrohen radiografisë.

Për të reduktuar sasinë x-rrezet e shpërndara Pjesa e studiuar e objektit duhet të jetë sa më afër filmit me rreze X. Kjo nuk vlen për radiografi me një rritje të drejtpërdrejtë në imazhin e X-ray. Me radiografi me një rritje të drejtpërdrejtë të imazhit, studimi i shpërndarë praktikisht nuk arrin në filmin me rreze X.

Për çanta të rërës për të fiksim Objekti nën studim, është e nevojshme të vendoset më tej nga kaseta, pasi rëra është një medium i mirë për formimin e rrezatimit të shpërndarë me rreze X.

Me radiografiProdhuar në tavolinë pa përdorur një grilë pinching, nën një kasetë ose zarf me një film duhet të shtyhet nga një fletë me madhësi të shkëlqyeshme të gomës të mundshme.
Për thithjen x-rrezet e shpërndara Eksploroni grila me rreze X janë përdorur, të cilat thithin këto rreze kur i dalin nga trupi i njeriut.

Mjeshtëri prodhimi i fotografive me rreze X Me tensione të ngritura në tubin X-ray, është rruga që na sjell në një ndryshim ideal me rreze X, që është, një pamje e tillë, e cila është qartë e dukshme në detajet dhe kockat dhe indet e buta.

Shpërndaj X-rrezet e shpërndarjes - Shkarkimi i rrezeve të rrezeve X në drejtimet, për të ryh nuk është kryer Bragg - Kushti i Wolfa.

Në një kristal ideal, shpërndarje elastike të atomeve të valëve të vendosura në vendet e periodike. Grills, për shkak të vetëm vendosmërisë. drejtime. Vektor Q.duke përkuar me drejtimet e kulmit të grilës së kthimit G.: Q \u003d K. 2 -k. 1, ku k. 1 I. k. 2 - Vektorët e valëve të rënies dhe valëve të shpërndara, respektivisht. Shpërndarja e intensitetit të shpërndarjes në hapësirën e kundërt të grilës është një grup i majave të formuara nga D Laue - Bragg në nyjet e grilës së kundërt. Zhvendosjet e atomeve nga nyjet e rrjetit shkelin periodicitetin e kristalit, dhe ndërhyrjen. Fotografia po ndryshon. Në këtë rast, në shpërndarjen e intensitetit të shpërndarjes, së bashku me Maxima (këmbëngulës, nëse në një kristal të shtrembëruar ju mund të zgjidhni mesataren periodike. Grille), shfaqet një komponent i qetë I 1 (q)Korrespondon me D. R. R. l. në papërsosmëritë e kristalit.

Së bashku me shpërndarjen elastike, D. R. R. l. Mund të jetë për shkak të proceseve joelastike të shoqëruara me ngacmim të zëvendësimit elektronik të Crystal, i.E. Compton shpërndarës (shih Efekt compton) dhe shpërndaj me ngacmim plazma (shih Plazma e ngurta-shtetërore). Duke përdorur llogaritjet ose specialitetet. Eksperimentet Këto komponente mund të përjashtohen, duke alokuar d.p. R. l. në papërsosmëritë e kristalit. Në substanca amorfe, të lëngëta dhe të gazta, ku nuk ka renditje të gjatë, shpërndarja është vetëm e përhapur.

Shpërndarja e intensitetit I 1 (q) D. R. R. l. kristal në një gamë të gjerë vlerash Q.Në përputhje me të gjithë qelizën fillore të grilës së kundërt ose disa qelizave përmban informacion të detajuar mbi karakteristikat e kristalit dhe papërsosmëritë e tij. Eksperimental I 1 (q) Mund të merret duke përdorur një metodë duke përdorur monokromin. X-ray dhe duke lejuar rrotullimin e kristalit rreth akseve të ndryshme dhe të ndryshojë drejtimet e vektorëve të valës k 1, K 2, Varet, t. o., Q. Në një gamë të gjerë vlerash. Mund të merret informacion më pak i detajuar Debe - Sheryra Metoda ose Metodë laue.

Në Crystal Perfect d.r.l. për shkak të zhvendosjeve termike dhe zero luhatje Atomet e grilës dhe mund të shoqërohen me proceset e emetimit dhe thithjen e një ose disa. . Në të vogla Q. OSN. Roli luan një shpërndarje në një komponet, dhe vetëm fononët janë të ngazëllyer ose të zhdukur. q \u003d q-gku G.-Vector Reverse Lattice, më të afërt për të Q.. Intensiteti i shpërndarjes së tillë I. 1t ( Q.) Në rastin e kristaleve ideale të vetme bërthamore përcaktohet nga F-LOI

ku N. - Numri i qelizave të kristaleve elementare, f.- Amplukturë e amplitudës, - Deby factor waller, t - Masa e atomit, - fillon dhe. Vektorët e fononëve j.-y degët me një vektor valë q.. Me të vogla q. frekuenca, i.e., kur i afrohesh nyjeve të kundërt të grilave, si 1 / q. 2. Përcaktimi për vektorët q., drejtime paralele ose pingulare, në kristale kub, ku është përcaktuar qartë nga konsideratat, ju mund të gjeni frekuencat luhatje për këto drejtime.

Në kristalet jo-ideale, defektet fundore të çojnë në dobësimin e intensiteteve të reflektimeve të sakta. I. 0 (Q.) Dhe për d.r.r.l. I 1 (q) Në statike. zhvendosjet dhe ndryshimet në amplitudet strukturore të shkaktuara nga defektet ( s. - Numri i qelizave pranë defektit, -Type ose orientimit të defektit). Në kristale të dobëta të shtrembëruara me një përqendrim të ulët të defekteve (- defekte të fshehta në kristal) dhe Intensitet d.r.r.l.

ku dhe -components Fourier.

Zvogëlimi i zhvendosjes me distancën r. nga defekti si 1 / r. 2, si rezultat, me të vogla q. dhe pranë nyjeve të kundërt të grilave I 1 (q) rritet si 1 / q. 2. Qoshe varësi I 1 (q) cilësisht të ndryshme për defektet e llojeve të ndryshme dhe simetrisë, dhe vlerën I 1 (q) Përcakton madhësinë e shtrembërimit rreth defektit. Shpërndarja e studimit I 1 (q) Në kristalet që përmbajnë defekte të pikave (p.sh., atomet interstialë dhe vendet e lira në materiale të rrezatuara, atomet e papastërtisë në zgjidhje të dobëta të ngurta) bëjnë të mundur marrjen e informacionit të detajuar në lidhje me llojin e defekteve, simetrinë e tyre, pozicionin në rrjet, konfigurimin e atomeve që formojnë Defekti, tensorët e forcave dipoles, me defekte të peshkut të K-së veprojnë në kristal.

Kur kombinoni defekte të pikës në intensitetin e grupit I 1. në zonën e vogël q. Ajo rritet shumë, por rezulton të fokusohet në zona relativisht të vogla të ndarjes së grilës së kundërt pranë nyjeve të saj, dhe kur ( R 0 - Dimensionet e defektit) shpejt zvogëlohet.

Studimi i rajoneve të Intensive D. R. R. l. Kjo është e mundur për të eksploruar dimensionet, formën, etj. Karakteristikat e grimcave të fazës së dytë në zgjidhjet e plakjes ,. Loops e vogël rreze në rrezatuar ose deformim. Materiale.

Me të do të thotë. Përqendrimet e defekteve të mëdha të kristalit janë shumë të shtrembëruara jo vetëm me defekte në nivel lokal, por në përgjithësi, kështu që në pjesën më të madhe të volumit të saj. Si rezultat, faktori i debitit është Waller dhe intensiteti i reflektimeve të sakta Unë 0. ulja në mënyrë eksponenciale, dhe shpërndarja I 1 (q) Është rindërtuar cilësisht, duke formuar majat e shumëfishta të zhvendosur nga nyjet e kundërt të grilave, gjerësia e to-ryy varet nga madhësia dhe përqendrimi i defekteve. Eksperimentalisht, ato perceptohen siç është rënë dakord Peaks (Quasilia mbi borxhin), dhe në disa raste vërehet diffraction. Doublets përbëhen nga palë majat I. 0 I. I 1.. Këto efekte manifestohen në lidhjet e plakjes dhe materialet e rrezatuara.

Në koncentrik. Zgjidhjet, zgjidhjet e një komponenti me një komponent, ferroelectrics nonideality për shkak të mos vendosjes. Defekte, dhe flukuz. Inhomogjenitete të përqendrimit dhe të brendshëm. Parametrat I. I 1 (q) Është e përshtatshme të merret në konsideratë si shpërndarje q.. Fluucuard. valën e këtyre parametrave ( q \u003d q-g). Për shembull, në zgjidhjet binare A - B me një atom në qelizë në shpërndarjen e shpërndarjes në statike. zhvendosje

ku f. Ai f b.- faktorëtomik të shpërndarjes atomet A dhe B, nga - Parametrat e përqendrimit të korrelacionit, - probabiliteti i zëvendësimit të palës së nyjeve të ndara nga vektori i rrjetit por, atomet A. Identifikoni I 1 (q) Në të gjithë qelizën e grilës së kundërt dhe kryerjen e transformimit Fourier Furierit, ju mund të gjeni për ndarjen. Koordinat. sfera Shpërndarja në statistikë. offsets përjashtohen në bazë të të dhënave të intensitetit I 1 (q) në disa Qelizat e grilës së kundërt. Shpërndarje I 1 (q) Mund të përdoret gjithashtu. Përkufizimet e energjisë për të rigjykuar për të ndryshme por Në modelin e ndërveprimit të çiftit dhe termodinamikën e saj. Karakteristika. Karakteristikat D.R.R.L. Metal. Zgjidhjet e lejuara për të zhvilluar diffraction. Metoda e hulumtimit sipërfaqja e fermës Lidhjet.

Në sistemet e vendosura në shtetet afër pikave të fazës së tranzicionit të llojit të dytë dhe kritikut. Pikët në kthesa të prishjes, luhatjet rriten ndjeshëm dhe bëhen shkallë të gjerë. Ata shkaktojnë kritika intensive. D. R. R. l. Në afërsi të nyjeve të kundërt të grilës. Hulumtimi i tij ju lejon të merrni informacion të rëndësishëm në lidhje me tiparet e tranzicionit të fazës dhe sjelljes termodinamike. Vlerat pranë pikave të tranzicionit.

Shpërndarë shpërndarjen e neutroneve termike në statistikë. Heterogjenitë e ngjashme me D. R. R. l. dhe të përshkruara nga F-Las të ngjashme. Studimi i shpërndarjes së neutronës bën të mundur eksplorimin e dinamikës. Karakteristikat e luhatjeve të atomeve dhe luhatjeve. jo-të afërmit (shih Neutrons papërfunduar).

Lit: James R., parimet optike të shpërndarjes me rreze X, për. Nga anglishtja, M., 1950; Iveronova V. I., Revizkivich G. P., Teoria e shpërndarjes së rrezeve X, 2 ed., M., 1978; Iveronova V. I., Katsnelson A. A., Rendi i mesëm në zgjidhje të ngurta, M., 1977; Cauli J., shpërndarje fizike, për. Nga anglishtja, M., 1979; Crimpants m A., diffraction e rrezeve X dhe neutrons në kristalet jozitale, K., 1983; Shpërndarja e saj e shpërndarë e x-rrezet dhe neutronët në inhomogjenitetin e luhatjeve në kristale joditëmike, 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) nga \u003d BY0 COS (WT - K0 Z + J0)

ku është koha, është frekuenca e rrezatimit elektromagnetik, K0 është një numër valë, J0 - faza fillestare. Numri i valës është një modul vektor valë dhe në mënyrë proporcionale me gjatësinë e valës k0 \u003d 2π / l. Vlera numerike e fazës fillestare varet nga përzgjedhja e pikës fillestare të kohës t0 \u003d 0. Vlerat e EX0, EY0, BX0, BY0 janë amplitudë të komponentëve përkatës (3.16) të gjatësisë elektrike dhe magnetike të valëve.

Kështu, të gjithë komponentët (3.16) me një valë të sheshtë elektromagnetike janë përshkruar nga funksionet elementare harmonike të formularit:

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

Konsideroni shpërndarjen e një valë të sheshtë monokromatike x-rreze në një pluralitet të atomeve të mostrës nën studim (në një molekulë, një kristal të fundëm, etj.). Ndërveprimi i një valë elektromagnetike me elektronet e atomeve çon në gjenerimin e valëve të mesme (të shpërndara) elektromagnetike. Sipas elektrodinamikës klasike, shpërndarja në një elektron të veçantë ndodh në këndin e trupit të 4P dhe ka aniskopi të konsiderueshme. Nëse rrezatimi primar X-ray nuk është i polarizuar, dendësia e fluksit të rrezatimit të valëve të shpërndara përshkruhet nga funksioni në vijim

(3.18)

ku I0 është dendësia e lumit të rrezatimit primar, r është distanca nga pika e shpërndarjes në vendin e regjistrimit të rrezatimit të shpërndarë, Q është një kënd shpërndarës polar, i cili llogaritet nga drejtimi i vektorit të valës së avionit primar Vala k0 (shih fig.3.6). Parametër

»2.818 × 10-6 nm (3. 19)

historikisht, një rreze elektronike klasike.

Fig.3.6. Këndi i shpërndarjes polare Q e valës primare të sheshtë në një CRD të vogël CR.

Një kënd i caktuar q vendos një sipërfaqe konike në hapësirë. Lëvizja e ndërlidhur e elektroneve brenda atomit e komplikon anisotropinë e rrezatimit të shpërndarë. Amplitudë e valës me rreze X, atomi i shpërndarë, shprehet duke përdorur funksionin e gjatësisë së valës dhe këndin polar f (q, l), i cili quhet një amplitudë atomike.

Kështu, shpërndarja këndore e intensitetit të valës X-ray, një atom i shpërndarë, shprehet nga formula

(3. 20)

dhe ka simetri aksiale në krahasim me drejtimin e vektorit të valës së valës primare të k0. Sheshi i amplitudës atomike f 2 quhet një faktor bërthamor.

Si rregull, në instalimet eksperimentale për studimet strukturore dhe X-ray X-ray, detektor i rrezeve të shpërndara X është e vendosur në një distancë nga r në mënyrë të konsiderueshme duke tejkaluar dimensionet e mostrës së shpërndarë. Në raste të tilla, dritarja e hyrjes së detektorit del nga sipërfaqja e fazës konstante të valës së shpërndarë një element që mund të vendoset me saktësi të lartë.

Fig.3.8. Diagrami i shpërndarjes gjeometrike të rrezeve të rrezeve X në atomet e mostrës 1 nën kushtet e shpërndarjes së difraktimit.

2 - X-ray detektor, k0 - Vector Vector Vector Vala primare X-ray, shigjetat e bar përshkruajnë rrjedhat e rrezeve të X-të primare, barcode me pika - rrjedhat e rrezeve të shpërndara X. Qarqet tregojnë atomet e mostrës në studim.

Përveç kësaj, distancat midis atomeve ngjitur të mostrës së rrezatuar janë disa urdhra të madhësisë më pak se diametri i dritares së hyrjes së detektorëve.

Rrjedhimisht, në këtë gjeometrinë e regjistrimit, detektori percepton rrjedhën e valëve të sheshta të shpërndara nga atomet individuale dhe vektorët e valëve të të gjitha valëve të shpërndara mund të konsiderohen me saktësi të lartë paralelisht.

Karakteristikat e mësipërme të shpërndarjes së rrezeve X dhe regjistrimi i tyre historikisht morën emrin e diffraction të fraunhofer. Kjo përshkrim i përafërt i procesit të shpërndarjes së rrezeve X në strukturat atomike ju lejon të llogarisni modelin e difrimit (shpërndarja këndore e intensitetit të rrezatimit të shpërndarë) me saktësi të lartë. Prova është se përafrimi i shpërndarjes së difraksionit bazohet në metodat e shpërndarjes me rreze X të substancës, të cilat lejojnë të përcaktojnë parametrat e qelizave elementare të kristaleve për të llogaritur koordinatat e atomeve, për të vendosur praninë e fazave të ndryshme në mostër , për të përcaktuar karakteristikat e defektivitetit të kristaleve, etj.

Konsideroni një mostër kristaline të një madhësie të vogël që përmban një numër të caktuar të atomeve n me një numër të caktuar kimik.

Ne prezantojmë një sistem koordinativ drejtkëndor. Fillimi i saj është i pajtueshëm me qendrën e një prej atomeve. Pozita e secilës qendër të atomit (qendra shpërndarëse) është vendosur nga tre koordinata. XJ, YJ, ZJ, ku J është numri i rendit të atomit.

Lëreni mostrën në studim të ekspozuar ndaj një valë primare të sheshtë me x-ray me një vektor valë k0 drejtuar paralelisht me aksin oz të sistemit të koordinatave të zgjedhura. Në këtë rast, vala primare përfaqësohet nga funksioni i formularit (3.17).

Shpërndarja e rrezeve X në atomet mund të jetë joelastike dhe elastike. Shpërndarja elastike ndodh pa ndryshuar gjatësinë e valës së rrezatimit me rreze X. Me shpërndarje joelastike, gjatësia e valës së rrezatimit rritet, dhe valët dytësore janë jokoherente. Më poshtë është konsideruar vetëm shpërndarja elastike e rrezeve X në atomet.

Tregoni L - distanca nga fillimi i koordinatave në detektor. Ne propozojmë që kushtet e difraksionit fraunhofer të kryhen. Kjo, në veçanti, do të thotë se distanca maksimale midis atomeve të mostrës së rrezatuar është disa urdhra të madhësisë më pak se distanca L. Në këtë rast, elementi i ndjeshëm i detektorit është i ekspozuar ndaj valëve të sheshta me vektorë të valëve paralele K. Modulet e të gjithë vektorëve janë të barabartë me modulin e vektorit të valës k0 \u003d 2π / l.

Çdo valë e sheshtë shkakton lëkundje harmonike me frekuencë

(3.21)

Nëse vala primare është e përafruar në mënyrë të kënaqshme nga një harmonik i sheshtë, atëherë të gjitha valët sekondare (atomet e shpërndara) janë koherente. Dallimi në fazat e valëve të shumëfishta varet nga ndryshimi gjatë rrjedhës së këtyre valëve.

Ne do të shpenzojmë që nga fillimi i koordinatave në vendndodhjen e dritares së hyrjes së detektorëve aksin ndihmës ose. Pastaj çdo propagant i mesëm në drejtim të këtij aksi mund të përshkruhet nga funksioni

y \u003d a1 fcos (wt- kr + j0) (3.22)

ku amplituda A1 varet nga amplitudë e valës primare A0, dhe faza fillestare J0 është e njëjtë për të gjitha valët dytësore.

Vala sekondare e emetuar nga atomi në fillim të koordinatave do të krijojë një luhatje të elementit të ndjeshëm të detektorit të përshkruar nga funksioni

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

Valë të tjera dytësore do të krijojnë luhatje në të njëjtën frekuencë (3.21), por ndryshojnë nga funksioni (3.23) nga zhvendosja e fazës, e cila varet nga ndryshimi gjatë valëve dytësore.

Për një sistem të valëve të sheshtë koherente monokromatike që lëvizin në një drejtim të caktuar, zhvendosja e fazës relative DJ është e drejtpërdrejtë proporcionale me ndryshimin gjatë rrjedhës së DL

DJ \u003d K × DL (3.24)

ku k është një numër valë

k \u003d 2π / l. (3.25)

Për të llogaritur ndryshimin gjatë valëve sekondare (3.23), së pari supozojmë se mostra e rrezatuar është një zinxhir njëdimensional i atomeve të vendosura përgjatë boshtit të koordinatës së kaut (shih Fig.3.9). Koordinatat atomike janë vendosur nga numrat XI, (j \u003d 0, 1, ..., n - 1), ku x0 \u003d 0. Sipërfaqja e fazës konstante të valës primare të sheshtë është paralel me zinxhirin e atomeve dhe Vala Vector K0 është pingul me të.

Ne do të llogarisim modelin e shpërndarjes së sheshtë, i.e. Shpërndarja këndore e intensitetit të rrezatimit të shpërndarë në aeroplan të treguar në Fig.3.9. Në këtë rast, orientimi i vendndodhjes së detektorit (me fjalë të tjera, drejtimi i ndihmës ose) është vendosur nga këndi i shpërndarë, i cili llogaritet nga aksi OZ, i.e. Nga drejtimi i vektorit të valës k0 të valës primare.

Fig.3.9. Diagrami gjeometrik i shpërndarjes së difrimit në një avion të paracaktuar në zinxhirin e drejtë të atomeve

Pa humbje të përgjithësisë së arsyetimit, mund të supozohet se të gjitha atomet janë të vendosura në aksin e gjysmë të djathtë. (me përjashtim të një atomi të vendosur në qendër të koordinatave).

Meqenëse kushtet e difraktimit të difraksionit janë kryer, vektorët e valëve të të gjitha valëve të shpërndara nga atomet vijnë në dritaren e hyrjes së detektorëve me vektorë paralele të valëve K.

Figura 3.9 Kjo rrjedh se vala e emetuar nga një atom me koordinatën XI kalon distancën në detektor L - Xisin (Q). Rrjedhimisht, lëkundja e elementit të ndjeshëm të detektorit të shkaktuar nga një valë sekondare e emetuar nga një atom me koordinatën XI përshkruhet nga funksioni

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

Një specie e ngjashme kanë valët e mbetura të shpërndara, duke hyrë në dritaren e detektorëve të vendosur në një pozicion të caktuar.

Madhësia e fazës fillestare J0 përcaktohet, në thelb, pika e fillimit të kohës. Asgjë nuk e pengon zgjedhjen e J0 të barabartë me -kl. Pastaj lëvizja e elementit të ndjeshëm të detektorit do të jetë i pranishëm

(3.27)

Kjo do të thotë se ndryshimi në lëvizjen e valëve të shpërndara nga atomet me koordinatat XI dhe X0 është -Xisin (Q), dhe dallimi i fazës përkatëse është i barabartë me kxisin (q).

Frekuenca W oscillations e valëve elektromagnetike të intervalit X-ray është shumë e madhe. Për x-rrezet me një gjatësi vale l \u003d å, frekuenca w në mënyrë të madhësisë është ~ 1019 S-1. Pajisjet moderne nuk mund të matin vlerat e menjëhershme të fushave elektrike dhe magnetike (1) me ndryshime të tilla të shpejta në fusha, kështu që të gjitha detektorët me rreze X regjistrojnë vlerën mesatare të sheshit të amplitudës së luhatjeve elektromagnetike.

Rrezatimi me rreze X quhet valë elektromagnetike me një gjatësi prej rreth 80 deri në 10 -5 nm. Rrezatimi më i gjatë me rreze X-ray është mbivendosur nga ultravjollcë me valë të shkurtër, me valë të shkurtër - rrezatimi të gjatë. Me metodën e ngacmimit, rrezet X ndahet në frenim dhe karakteristikë.

31.1. Pajisja e tubit X-ray. Brake X-rrezet

Burimi më i zakonshëm i rrezatimit me rreze X është një tub me rreze X, e cila është një pajisje vaksinale me dy elektrodë (Figura 31.1). Katodë e nxehtë 1 Zbrazin elektronet 4. Anode 2, e quajtur shpesh një antikatodë, ka një sipërfaqe të prirur për të drejtuar rrezatimin me rreze X që rezulton 3 Në një kënd të boshtit të tubit. Anode është bërë nga një material i mirë-drejtuar për heqjen e nxehtësisë të gjeneruar nga elektronet. Sipërfaqja antide është bërë nga materiale refraktare që kanë një numër të madh të sekuencës së një atomi në tryezën e Mendeleev, për shembull, nga tungsten. Në disa raste, anoda është e ftohur posaçërisht me ujë ose vaj.

Për tubat diagnostikuese, burimi i burimit me rreze X është i rëndësishëm, i cili mund të arrihet duke fokusuar elektronet në një vend të antikulave. Prandaj, është e nevojshme të merret parasysh dy detyra të kundërta: nga njëra anë, elektronet duhet të bien në një vend anodë, nga ana tjetër, për të parandaluar mbinxehjen, është e dëshirueshme për të shpërndarë elektronet nga pjesë të ndryshme të anodës. Si një nga zgjidhjet teknike interesante është një tub me rreze X me një anodë rrotulluese (Figura 31.2).

Si rezultat i ngadalësimit elektron (ose grimcave të tjera të ngarkuara), ndodh fusha elektrostatike e bërthamës atomike dhe e elektroneve atomike të substancës antikatore brake X-ray.

Mekanizmi mund të shpjegohet si më poshtë. Me një ngarkesë elektrike lëvizëse, është e lidhur një fushë magnetike, induksioni i të cilit varet nga shpejtësia e elektronit. Kur frenimi, magnetik

induksioni dhe në përputhje me teorinë e Maxwell, shfaqet një valë elektromagnetike.

Kur frenat e frenimit, vetëm një pjesë e energjisë shkon në krijimin e një fotoni të rrezatimit me rreze X, pjesa tjetër është shpenzuar për ngrohjen e anodës. Meqenëse raporti midis këtyre pjesëve është i rastësishëm, atëherë kur frenohet një numër i madh elektronesh, formohet një spektër i vazhdueshëm i rrezatimit me rreze X. Në lidhje me këtë, rrezatimi i frenimit quhet edhe i fortë. Në Fig. 31.3 Vartësit e rrjedhës së X-Ray nga gjatësia e valës λ (SPECTRA) janë paraqitur në stresi të ndryshëm në tubin X-ray: U 1.< U 2 < U 3 .

Në secilën prej spektrit, rrezatimi më i shkurtër i frenimit λ ηίη Një tjetër ndodh kur energjia e fituar nga elektron në fushën e përshpejtimit po lëviz plotësisht në Energjinë e Fotonit:

Vini re se, në bazë të (31.2), u zhvillua një nga metodat më të sakta të përkufizimit eksperimental të një dërrasë konstante.

Rrezatimi me rreze me rreze të shkurtër zakonisht ka një aftësi më të madhe penetruese sesa valë të gjatë dhe të quajtur i ashpërdhe valë të gjatë - butë.

Rritja e tensionit në tubin X-ray, ndryshoni përbërjen spektrale të rrezatimit, siç mund të shihet nga Fig. 31.3 dhe formula (31.3), dhe rritja e ngurtësisë.

Nëse rritni temperaturën e katodës, emetimi i elektroneve do të rritet dhe rryma në tub do të rritet. Kjo do të çojë në një rritje të numrit të fotonëve të rrezatimit me rreze X emetuar çdo sekondë. Përbërja spektrale nuk do të ndryshojë. Në Fig. 31.4 Shfaqja e spektrit të rrezatimit të frenave X-ray në një tension, por me kompetenca të ndryshme të rrymës së ngrohjes katodë: / h1< / н2 .

Rrjedha e rrezatimit me rreze X llogaritet nga formula:

ku U.dhe I -tensionit dhe rrymës në tubin X-ray; Z.- numri i rendit të atomit të substancës anode; k.- Koeficienti i proporcionalitetit. Spektruar nga antikatode të ndryshme me të njëjtën U.dhe unë h, përshkruar në Fig. 31.5.

31.2. Karakteristika rrezatimi X-ray. Spectra atomike X-ray

Rritja e tensionit në tubin X-ray, mund të shihet në sfondin e një spektri të fortë shfaqja e një linje, e cila korrespondon me

rrezatim karakteristik me rreze X(Figura 31.6). Ajo lind për shkak të faktit se elektronet e përshpejtuara depërtojnë në thellësitë e atomit dhe elektroneve janë rrëzuar nga shtresat e brendshme. Elektronet nga nivelet e sipërme po lëvizin në hapësirat e lira (Figura 31.7), shfaqen fotonet e rrezatimit karakteristik. Siç mund të shihet nga figura, rrezatimi karakteristik i x-ray përbëhet nga një seri K, l, metj., Emri i të cilit u shërbeu për të caktuar shtresa elektronike. Meqenëse rrezatimi i serive K lëshohet në shtresa më të larta, linjat e serive të tjera emetohen edhe në të njëjtën kohë.

Në kontrast me spektrin optik, spektrin karakteristik të x-ray të atomeve të ndryshme të të njëjtit lloj. Në Fig. 31.8 tregon spektrin e elementeve të ndryshme. I njëjti lloj i këtyre spektrit është për shkak të faktit se shtresat e brendshme në atome të ndryshme janë të njëjta dhe ndryshojnë vetëm energjinë, pasi që efekti i energjisë në anën e bërthamës rritet si numri i sekuencës së elementit rritet. Kjo rrethanë çon në faktin se spektri karakteristik i zhvendosur drejt frekuencave të mëdha me një rritje të ngarkesës së kernelit. Ky model është i dukshëm nga Fig. 31.8 dhe i njohur si ligji për Moseli:

ku v - frekuenca e vijës spektrale; Z- numri atomik i elementit emitting; Por dhe NË - i përhershëm.

Ekziston një ndryshim tjetër midis spektrit optik dhe X-ray.

Spektri karakteristik i X-ray i atomit nuk varet nga përbërja kimike në të cilën është përfshirë kjo atom. Për shembull, një spektër me rreze X e një atom oksigjeni është i njëjtë për O, O 2 dhe H 2, ndërsa spektri optik i këtyre komponimeve janë dukshëm të ndryshme. Kjo veçori e X-ray e atomit shërbeu si bazë për emrin karakteristikë.

Rrezatimi karakteristik gjithmonë ndodh në prani të një hapësire të lirë në shtresat e brendshme të atomit, pavarësisht nga shkaku që e ka shkaktuar atë. Për shembull, rrezatimi karakteristik shoqëron një nga llojet e prishjes radioaktive (shih 32.1), i cili shtrihet në sekuestrimin e bërthamës elektronike nga shtresa e brendshme.

31.3. Reagimi me rreze X me substancë

Regjistrimi dhe përdorimi i rrezatimit me rreze X, si dhe efekti i saj në objektet biologjike, përcaktohen nga proceset primare të ndërveprimit të fotonit me rreze X me elektronet e atomeve dhe molekulave të materies.

Varësisht nga raporti i energjisë hvphoton dhe energjia e jon-zing 1 A dhe kanë tre proces kryesor.

(Klasik) shpërndarje

Shpërndarja e rrezatimit me rreze të valëve të gjata ndodh kryesisht pa ndryshuar gjatësinë e valës, dhe quhet koherent.Kjo ndodh nëse energjia e fotonit është më e vogël se energjia jonizuese: hv< A dhe.

Që në këtë rast energjia e fotonit të rrezatimit me rreze X dhe atomi nuk ndryshon, atëherë vetë shpërndarja koherente nuk shkakton veprime biologjike. Megjithatë, kur krijohet mbrojtje kundër rrezatimit me rreze X, duhet të merret parasysh mundësia e ndryshimit të drejtimit të rreze primare. Ky lloj i ndërveprimit është i rëndësishëm për analizën strukturore me rreze X (shih 24.7).

Shpërndarja jo-koherente (Efekti i Componton)

Në 1922 a.h. Compton, duke vëzhguar shpërndarjen e rrezeve të ngurta X, zbuloi një rënie në aftësinë penetruese të rrezeve të shpërndara në krahasim me incidentin. Kjo do të thoshte se gjatësia e valës së rrezatimit të shpërndarë X-ray është më e madhe se incidenti. X-ray shpërndarje me një ndryshim në gjatësi vale është quajtur jo-koherentdhe vetë fenomenin - efekti i Comptonit.Kjo ndodh nëse energjia e rrezatimit X-ray foton është më e madhe se energjia e jonizimit: hv\u003e A dhe.

Ky fenomen është për shkak të faktit se kur bashkëveprojnë me një atom hvfotoni është shpenzuar për formimin e një fotoni të ri të shpërndarë të rrezatimit me rreze X me energji hV ",për ndarjen e një elektronike nga një atom (energji jonizimi A dhe) dhe një elektron elektron të energjisë kinetike E të:

hv \u003d hv "+ a dhe + e të.(31.6)

1 Këtu, nën energjinë e jonizimit, energjia e nevojshme për të hequr elektronet e brendshme përtej atomit ose molekulës kuptohet.

Që në shumë raste hv\u003e\u003e A dhe gjithashtu efekti i komponimit ndodh në elektronet e lira, atëherë mund të regjistroni përafërsisht:

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

Në thelb, në këtë fenomen (Figura 31.9), së bashku me rrezatimin sekondar X (Energjia hvElektronet "Foton) të rimbursimit (energjia kinetike E K.elektron). Atomet ose molekulat në të njëjtën kohë bëhen jonet.

Photoefft

Në photoeffect, rrezatimi me rreze X absorbohet nga atomi, si rezultat i të cilit elektronet fluturon, dhe atomi është jonizues (fotonionizimi).

Procesi kryesor i ndërveprimit të diskutuar më sipër është primar, ata çojnë në më të pasjellët, terciar etj. Fenomene. Për shembull, atomet jonizues mund të lëshojnë një spektër karakteristik, atomet e ngacmuara mund të bëhen burime të dritës së dukshme (X-ray dhe avioni), etj.

Në Fig. 31.10 Diagrami i proceseve të mundshme që rrjedhin nga rrezatimi me rreze X në një substancë. Mund të ketë disa duzina procese të ngjashme me ato të paraqitura para se energjia e fotonit me rreze X do të kalojë në energjinë e lëvizjes molekulare-termike. Si rezultat, do të ndodhin ndryshime në përbërjen molekulare të substancës.

Proceset e përfaqësuara nga skema e Fig. 31.10, fenomenet underlie vërejtur nën veprimin e rrezatimit me rreze X mbi substancën. Listoni disa prej tyre.

X-ray amory- shkëlqimi i një sërë substancash me rrezatim me rreze X. Një shkëlqim i tillë i bariumit platinosyrodist lejoi x-rrezet për të hapur rrezet. Ky fenomen përdoret për të krijuar ekrane të veçanta me ngjyra të ndezura në mënyrë që të vëzhgojë rrezësisht rrezatimin me rreze X, nganjëherë për të rritur efektin e rrezeve X në photoplastic.

Efekti kimik i rrezatimit me rreze X, siç është formimi i peroksidit të hidrogjenit në ujë është i njohur. Një shembull praktikisht i rëndësishëm është ndikimi në sheshin fotografik, i cili ju lejon të rregulloni rrezet e tilla.

Efekti jonizues manifestohet në një rritje të përçueshmërisë elektrike nën ndikimin e rrezeve X-ray. Kjo pronë është përdorur

në dosimetry për një vlerësim sasior të këtij lloji të rrezatimit.

Si rezultat i shumë proceseve, rrezet primare e rrezeve X dobësohet në përputhje me ligjin (29.3). Ne e shkruajmë në formë:

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

ku μ është një koeficient linear i zbutjes. Mund të dorëzohet e përbërë nga tre terma, që korrespondojnë me efektin koherent të shpërndarjes μ κκ dhe foto μ f:

μ \u003d μ k + μ hk + μ f. (31.9)

Intensiteti i rrezatimit me rreze X dobësohet në proporcion me numrin e atomeve të substancës përmes së cilës kalon ky fije. Nëse e shtypni substancën përgjatë boshtit X Për shembull, në b. Një herë duke u rritur b. Që nga dendësia e saj, atëherë

31.4. Bazat fizike për përdorimin e rrezatimit me rreze X në mjekësi

Një nga aplikacionet më të rëndësishme mjekësore të X-ray - Transmetimi i organeve të brendshme me një qëllim diagnostikues (Diagnostifikimi me rreze X).

Për diagnostifikimin përdorin foton me një energji prej rreth 60-120 KEV. Me këtë energji, koeficienti masiv i dobësimit përcaktohet kryesisht nga efekti fotoelektrik. Vlera e saj është e kundërt proporcionale me shkallën e tretë të energjisë së foton (proporcional me λ 3), e cila manifestohet nga një kapacitet i madh i rrezatimit të ngurtë dhe në proporcion me shkallën e tretë të numrit atomik të substancës absorbuese:

Një ndryshim i rëndësishëm në thithjen e rrezatimit me rreze X me inde të ndryshme lejon në projektimin e hijes për të parë imazhet e organeve të brendshme të trupit të njeriut.

Diagnostifikimi me rreze X përdoren në dy versione: radioskopi. - Imazhi shihet në ekranin X-ray-dimensional, radiografi - Imazhi është fiksuar në film.

Nëse organi nën studim dhe indet përreth janë përafërsisht të dobësuar në mënyrë të barabartë nga rrezatimi me rreze X, ata përdorin agjentë të veçantë kontrast. Për shembull, mbushja e stomakut dhe zorrëve të masës së cashaty të barium sulfatit, ju mund të shihni imazhin e tyre hije.

Ndriçimi i imazhit në ekran dhe koha e ekspozimit në film varet nga intensiteti i rrezatimit me rreze X. Nëse përdoret për diagnostifikim, intensiteti nuk mund të jetë i madh në mënyrë që të mos shkaktojë pasoja biologjike të padëshiruara. Prandaj, ka një numër të pajisjeve teknike që përmirësojnë imazhin në intensitetet e vogla të rrezeve X. Si shembull i një pajisjeje të tillë, ju mund të specifikoni transducers elektron-optike (shih 27.8). Me një studim masiv të popullsisë, një variant i radiografisë përdoret gjerësisht - fluorografi, në të cilën një imazh nga një ekran i madh me rreze X është regjistruar në një film të ndjeshëm të formatit të vogël. Kur të shtënat, lente është një ndriçim i madh, fotografitë e gatshme konsiderohen në një zmadhues të veçantë.

Një zgjidhje interesante dhe premtuese e radiografisë është metoda e quajtur x-ray tomografi, dhe "versionin e tij të makinës" - cT Scan.

E konsideroni këtë pyetje.

Radiografia e zakonshme mbulon një pjesë të madhe të trupit, me organe të ndryshme dhe hije të indeve njëri-tjetrin. Është e mundur për të shmangur këtë nëse periodikisht së bashku (Figura 31.11) në Antiphase lëvizin tubin x-ray Rt dhe film Fp Lidhur me objektin Rreth Hulumtim. Trupi ka një seri të përfshirjes jo transparente për rrezet X, ato janë treguar në qarqe në figurë. Siç mund të shihet, x-rrezet në çdo pozicion të tubit x-ray (1, 2 etj) të kalojë

prerja e të njëjtës pikë të objektit, e cila është qendra në krahasim me të cilin kryhet lëvizja periodike Rtdhe Fp.Kjo pikë është më e saktë përfshirja e vogël e errët, është treguar në një rreth të errët. Imazhi i tij hije lëviz me të Fp,duke zënë pozicionin vazhdimisht 1 2 etj. Përfshirjet e mbetura në trup (kockat, vulat, etj.) Krijojnë Fpnjë sfond i përbashkët, si x-rrezet nuk janë vazhdimisht lëkundur prej tyre. Duke ndryshuar pozicionin e qendrës së ritëm, ju mund të merrni një imazh të trupit me rreze X. Prandaj emri - tomografi(postimi i shtresës).

Ju mund, duke përdorur një rreze të hollë me rreze X, ekran (në vend të kësaj FP)i përbërë nga detektorë gjysmëpërçues të rrezatimit jonizues (shih 32.5), dhe kompjutera, trajtojnë një imazh të x-ray të hijes gjatë tomografisë. Një formë e tillë moderne e tomografisë (informatikë ose kompjuteri X-ray tomography) lejon imazhin e shtresës së shtresës së trupit në ekranin e një tubi elektron-rreze ose në letër me detaje më pak se 2 mm me diferencën në absorbimin e rrezatimit me rreze X në 0.1%. Kjo lejon, për shembull, të dallojë midis substancës gri dhe të bardhë të trurit dhe të shohim edukim shumë të vogël të tumorit.