Atklājums un nopelni rentgenstaru pamatīpašību izpētē pamatoti pieder vācu zinātniekam Vilhelmam Konrādam Rentgenam. Viņa atklātās pārsteidzošās rentgenstaru īpašības nekavējoties saņēma milzīgu atsaucību zinātniskajā pasaulē. Lai gan toreiz, tālajā 1895. gadā, zinātnieks diez vai varēja iedomāties, kādu labumu un dažreiz arī kaitējumu var dot rentgena stari.

Kā šāda veida starojums ietekmē cilvēka veselību, noskaidrosim šajā rakstā.

Kas ir rentgena starojums

Pirmais jautājums, kas interesēja pētnieku, bija, kas ir rentgena starojums? Vairāki eksperimenti ļāva pārliecināties, ka tas elektromagnētiskā radiācija ar viļņa garumu 10 -8 cm, kas ieņem starpstāvokli starp ultravioleto un gamma starojumu.

Rentgenstaru pielietošana

Visi šie noslēpumaino rentgenstaru postošās ietekmes aspekti nemaz neizslēdz pārsteidzoši plašus to pielietojuma aspektus. Kur izmanto rentgena starus?

1. Molekulu un kristālu struktūras izpēte.
2. Rentgena defektu noteikšana (rūpniecībā, produktu defektu noteikšana).
3. Metodes medicīniskā izpēte un terapija.

Rentgenstaru svarīgākie pielietojumi ir kļuvuši iespējami, pateicoties ļoti īsiem viļņu garumiem visā šo viļņu diapazonā un to unikālajām īpašībām.

Tā kā mūs interesē rentgena starojuma ietekme uz cilvēkiem, kuri ar to saskaras tikai medicīniskās apskates vai ārstēšanas laikā, tad aplūkosim tikai šo rentgenstaru pielietojuma jomu.

Rentgenstaru izmantošana medicīnā

Neskatoties uz viņa atklājuma īpašo nozīmi, Rentgens neizmantoja patentu, padarot to par nenovērtējamu dāvanu visai cilvēcei. Jau Pirmajā pasaules karā sāka izmantot rentgena aparātus, kas ļāva ātri un precīzi diagnosticēt ievainotos. Tagad mēs varam atšķirt divas galvenās rentgenstaru pielietošanas jomas medicīnā:

• rentgena diagnostika;
• rentgena terapija.

Rentgena diagnostika

Rentgena diagnostiku izmanto dažādās iespējās:

Apskatīsim atšķirību starp šīm metodēm.

Visas šīs diagnostikas metodes ir balstītas uz rentgenstaru spēju izgaismot plēvi un to atšķirīgo caurlaidību audiem un kaulu skeletam.

Rentgena terapija

Rentgenstaru spēja bioloģiski iedarboties uz audiem tiek izmantota medicīnā audzēju ārstēšanai. Šī starojuma jonizējošā iedarbība visaktīvāk izpaužas iedarbībā uz strauji dalošajām šūnām, kas ir ļaundabīgo audzēju šūnas.

Tomēr jums jāapzinās arī blakusparādības, kas neizbēgami pavada staru terapiju. Fakts ir tāds, ka strauji dalās arī asinsrades, endokrīnās un imūnsistēmas šūnas. Negatīvā ietekme uz tiem rada staru slimības pazīmes.

Rentgena starojuma ietekme uz cilvēkiem

Neilgi pēc ievērojamā rentgenstaru atklāšanas tika atklāts, ka rentgena stariem ir ietekme uz cilvēkiem.

Šie dati iegūti eksperimentos ar eksperimentāliem dzīvniekiem, tomēr ģenētiķi liecina, ka līdzīga ietekme var attiekties arī uz cilvēka ķermeni.

Rentgenstaru iedarbības ietekmes izpēte ir novedusi pie starptautisku standartu izstrādes pieņemamām starojuma devām.

Rentgena starojuma devas rentgena diagnostikā

Pēc rentgena kabineta apmeklējuma daudzi pacienti ir nobažījušies – kā saņemtā starojuma deva ietekmēs viņu veselību?

Ķermeņa vispārējās apstarošanas deva ir atkarīga no procedūras rakstura. Ērtības labad mēs salīdzināsim saņemto devu ar dabisko iedarbību, kas pavada cilvēku visu mūžu.

1. Rentgens: krūškurvja - saņemtā starojuma deva ir līdzvērtīga 10 dienu fona iedarbībai; kuņģa augšdaļa un tievās zarnas - 3 gadi.
2. Vēdera dobuma un iegurņa, kā arī visa ķermeņa datortomogrāfija - 3 gadi.
3. Mamogrāfija - 3 mēneši.
4. Ekstremitāšu radiogrāfija ir praktiski nekaitīga.
5. Attiecībā uz zobu rentgenu starojuma deva ir minimāla, jo pacients tiek pakļauts šaura rentgena staru kūlim ar īsu starojuma ilgumu.

Šīs starojuma devas atbilst pieņemamiem standartiem, taču, ja pacients pirms rentgena sajūt satraukumu, viņam ir tiesības lūgt īpašu aizsargpriekšautu.

Rentgenstaru iedarbība grūtniecēm

Katrai personai ir atkārtoti jāveic rentgena izmeklēšana. Bet ir noteikums - šo diagnostikas metodi nevar parakstīt grūtniecēm. Attīstošais embrijs ir ārkārtīgi neaizsargāts. rentgenstari var izraisīt hromosomu anomālijas un līdz ar to arī bērnu ar anomālijām piedzimšanu. Visneaizsargātākais šajā ziņā ir gestācijas vecums līdz 16 nedēļām. Turklāt visbīstamākais topošajam mazulim ir mugurkaula, iegurņa un vēdera reģionu rentgens.

Zinot par rentgenstaru kaitīgo ietekmi uz grūtniecību, ārsti izvairās to izmantot visos iespējamos veidos šajā sievietes dzīvē izšķirošajā periodā.

Tomēr ir arī blakus rentgenstaru avoti:

• elektronu mikroskopi;
• krāsu TV kineskopi utt.

Topošajām māmiņām ir jāapzinās viņu radītās briesmas.

Mātēm, kas baro bērnu ar krūti, radiodiagnoze nav bīstama.

Ko darīt pēc rentgena

Lai izvairītos no pat minimālām rentgenstaru iedarbības sekām, var veikt dažas vienkāršas darbības:

• pēc rentgena izdzeriet glāzi piena - tas noņem nelielas starojuma devas;
• ļoti ērti paņemt glāzi sausa vīna vai vīnogu sulas;
• kādu laiku pēc procedūras ir lietderīgi palielināt to pārtikas produktu īpatsvaru, kuros ir augsts joda saturs (jūras veltes).

Bet, lai noņemtu starojumu pēc rentgena, nav nepieciešamas nekādas medicīniskās procedūras vai īpaši pasākumi!

Neskatoties uz neapšaubāmi nopietnajām rentgenstaru iedarbības sekām, medicīnisko pārbaužu laikā nevajadzētu pārvērtēt to bīstamību - tās tiek veiktas tikai noteiktās ķermeņa vietās un ļoti ātri. To ieguvumi daudzkārt pārsniedz šīs procedūras risku cilvēka ķermenim.

X-STARU STAROJUMS

rentgena starojums aizņem elektromagnētiskā spektra apgabalu starp gamma un ultravioleto starojumu un ir elektromagnētiskais starojums ar viļņa garumu no 10 -14 līdz 10 -7 m. Tiek izmantots rentgena starojums ar viļņa garumu no 5 x 10 -12 līdz 2,5 x 10 -10 medicīnā m, tas ir, 0,05 - 2,5 angstroms, un faktiski rentgena diagnostikai - 0,1 angstroms. Radiācija ir kvantu (fotonu) plūsma, kas izplatās taisnā līnijā ar gaismas ātrumu (300 000 km/s). Šiem kvantiem nav elektriskā lādiņa. Kvanta masa ir nenozīmīga daļa atomu vienība masu.

Kvantu enerģija mēra džoulos (J), bet praksē tie bieži izmanto ārpussistēmas vienību "elektronu volts" (eV) . Viens elektronu volts ir enerģija, ko viens elektrons iegūst, kad tas elektriskajā laukā šķērso 1 volta potenciālu starpību. 1 eV \u003d 1,6 10 ~ 19 J. Atvasinājumi ir kiloelektronu volti (keV), kas vienādi ar tūkstoš eV, un megaelektronu volti (MeV), kas vienādi ar miljonu eV.

Rentgena starus iegūst, izmantojot rentgenstaru lampas, lineāros paātrinātājus un betatronus. Rentgenstaru lampā potenciālu starpība starp katodu un mērķa anodu (desmitiem kilovoltu) paātrina elektronus, kas bombardē anodu. Rentgena starojums rodas, kad ātri elektroni palēninās anoda vielas atomu elektriskajā laukā (bremsstrahlung) vai pārkārtojot atomu iekšējos apvalkus (raksturīgais starojums) . Raksturīgi rentgena stari ir diskrēts raksturs un rodas, kad anoda vielas atomu elektroni ārējo elektronu vai starojuma kvantu ietekmē pāriet no viena enerģijas līmeņa uz otru. Bremsstrahlung rentgens ir nepārtraukts spektrs atkarībā no rentgena lampas anoda sprieguma. Samazinot ātrumu anoda materiālā, elektroni lielāko daļu enerģijas tērē anoda sildīšanai (99%), un tikai neliela daļa (1%) tiek pārvērsta rentgena enerģijā. Rentgena diagnostikā visbiežāk izmanto bremsstrahlung.

Rentgenstaru pamatīpašības ir raksturīgas visam elektromagnētiskajam starojumam, taču ir dažas pazīmes. Rentgena stariem ir šādas īpašības:

- neredzamība - cilvēka tīklenes jutīgās šūnas nereaģē uz rentgena stariem, jo ​​to viļņa garums ir tūkstošiem reižu mazāks nekā redzamās gaismas viļņa garums;

- taisnvirziena izplatīšanās - stari laužas, polarizējas (izplatās noteiktā plaknē) un izkliedējas, tāpat kā redzamā gaisma. Refrakcijas indekss ļoti maz atšķiras no vienotības;

- iespiešanās spēks - bez ievērojamas absorbcijas iekļūt caur ievērojamiem vielas slāņiem, kas ir necaurredzami redzamai gaismai. Jo īsāks viļņa garums, jo lielāka ir rentgenstaru iespiešanās spēja;

- absorbcija - ir spēja uzsūkties ķermeņa audos, tas ir visas rentgendiagnostikas pamatā. Uzsūkšanās spēja ir atkarīga no audu īpatnējā smaguma (jo vairāk, jo lielāka uzsūkšanās); par objekta biezumu; par starojuma cietību;

- fotogrāfiska darbība - sadala sudraba halogenīdu savienojumus, tostarp tos, kas atrodami fotoemulsijās, kas ļauj iegūt rentgena starus;

- luminiscējoša darbība - izraisīt vairāku ķīmisko savienojumu (luminoforu) luminiscenci, tas ir rentgenstaru pārraides tehnikas pamatā. Mirdzuma intensitāte ir atkarīga no fluorescējošās vielas struktūras, tās daudzuma un attāluma no rentgenstaru avota. Fosfori tiek izmantoti ne tikai pētāmo objektu attēla iegūšanai uz fluoroskopiskā ekrāna, bet arī rentgenogrāfijā, kur tie ļauj palielināt radiācijas ekspozīciju kasetē esošajai radiogrāfiskajai filmai, izmantojot pastiprinošus ekrānus, kura virsmas slānis ir izgatavots no fluorescējošām vielām;

- jonizācijas darbība - spēj izraisīt neitrālu atomu sabrukšanu pozitīvi un negatīvi lādētās daļiņās, uz to balstās dozimetrija. Jebkuras vides jonizācijas efekts ir pozitīvo un negatīvo jonu veidošanās tajā, kā arī brīvo elektronu veidošanās no neitrāliem vielas atomiem un molekulām. Gaisa jonizācija rentgena telpā rentgenstaru caurules darbības laikā izraisa gaisa elektriskās vadītspējas palielināšanos, statisko elektrisko lādiņu palielināšanos uz korpusa objektiem. Lai novērstu šādu nevēlamu to ietekmi rentgena telpās, tiek nodrošināta piespiedu pieplūdes un izplūdes ventilācija;

- bioloģiskā darbība - ir ietekme uz bioloģiskiem objektiem, vairumā gadījumu šī ietekme ir kaitīga;

- apgrieztā kvadrāta likums - punktveida rentgena starojuma avotam intensitāte samazinās proporcionāli attāluma līdz avotam kvadrātam.

1895. gadā Vācu fiziķis V. Rentgens atklāja jaunu, līdz šim nezināmu elektromagnētiskā starojuma veidu, kas par godu tā atklājējam tika nosaukts par rentgenu. V. Rentgens kļuva par sava atklājuma autoru 50 gadu vecumā, ieņemot Vircburgas universitātes rektora amatu un iemantojot viena no sava laika labākajiem eksperimentētājiem reputāciju. Viens no pirmajiem, kurš atrada tehnisku pielietojumu Rentgena atklājumam, bija amerikānis Edisons. Viņš izveidoja parocīgu demonstrācijas aparātu un jau 1896. gada maijā Ņujorkā sarīkoja rentgena izstādi, kurā apmeklētāji varēja aplūkot savu roku uz gaismas ekrāna. Pēc tam, kad Edisona palīgs nomira no smagajiem apdegumiem, ko viņš saņēma pastāvīgo demonstrāciju laikā, izgudrotājs pārtrauca turpmākos eksperimentus ar rentgena stariem.

Rentgena starojumu sāka izmantot medicīnā, pateicoties tā augstajai iespiešanās spējai. Sākotnēji rentgena starus izmantoja, lai pārbaudītu kaulu lūzumus un noteiktu svešķermeņu atrašanās vietu cilvēka ķermenī. Pašlaik ir vairākas metodes, kuru pamatā ir rentgena starojums. Taču šīm metodēm ir savi trūkumi: starojums var radīt dziļus ādas bojājumus. Parādās čūlas bieži pārvērtās par vēzi. Daudzos gadījumos nācās amputēt pirkstus vai rokas. Fluoroskopija(sinonīms caurspīdīgumam) ir viena no galvenajām rentgena izmeklēšanas metodēm, kas sastāv no pētāmā objekta plakana pozitīva attēla iegūšanas uz caurspīdīga (fluorescējoša) ekrāna. Fluoroskopijas laikā objekts atrodas starp caurspīdīgu ekrānu un rentgena cauruli. Mūsdienu rentgenstaru caurspīdīgajos ekrānos attēls parādās brīdī, kad tiek ieslēgta rentgenstaru caurule, un pazūd uzreiz pēc tā izslēgšanas. Fluoroskopija dod iespēju pētīt orgāna darbību – sirds pulsāciju, ribu, plaušu, diafragmas elpošanas kustības, gremošanas trakta peristaltiku u.c. Fluoroskopiju izmanto kuņģa, kuņģa-zarnu trakta, divpadsmitpirkstu zarnas slimību, aknu, žultspūšļa un žults ceļu slimību ārstēšanā. Tajā pašā laikā medicīniskā zonde un manipulatori tiek ievietoti bez audu bojājumiem, un darbības operācijas laikā tiek kontrolētas ar fluoroskopiju un ir redzamas monitorā.
Radiogrāfija - rentgendiagnostikas metode ar fiksēta attēla reģistrēšanu uz gaismjutīga materiāla - īpaša. fotofilma (rentgena filma) vai fotopapīrs ar sekojošu fotoattēlu apstrādi; Izmantojot digitālo radiogrāfiju, attēls tiek fiksēts datora atmiņā. To veic uz rentgendiagnostikas ierīcēm – stacionārām, uzstādītām speciāli aprīkotās rentgena telpās vai mobilajām un pārnēsājamām – pie pacienta gultas vai operāciju zālē. Rentgenogrammās dažādu orgānu struktūru elementi tiek parādīti daudz skaidrāk nekā fluorescējošā ekrānā. Rentgenogrāfija tiek veikta dažādu slimību atklāšanai un profilaksei, tās galvenais mērķis ir pareizi palīdzēt dažādu specialitāšu ārstiem un ātri noteikt diagnozi. Rentgena attēls uztver orgāna vai audu stāvokli tikai ekspozīcijas laikā. Taču viena rentgenogramma fiksē tikai anatomiskas izmaiņas noteiktā brīdī, tā dod procesa statiku; izmantojot virkni rentgenogrammu, kas uzņemtas noteiktos intervālos, ir iespējams izpētīt procesa dinamiku, tas ir, funkcionālās izmaiņas. Tomogrāfija. Vārdu tomogrāfija var tulkot no grieķu valodas kā šķēles attēls. Tas nozīmē, ka tomogrāfijas mērķis ir iegūt pētāmā objekta iekšējās struktūras slāņainu attēlu. Tiek raksturota datortomogrāfija augstas izšķirtspējas, kas ļauj atšķirt smalkas izmaiņas mīkstajos audos. CT ļauj atklāt tādus patoloģiskus procesus, kurus nevar noteikt ar citām metodēm. Turklāt CT izmantošana ļauj samazināt rentgena starojuma devu, ko pacienti saņem diagnostikas procesā.
Fluorogrāfija- diagnostikas metode, kas ļauj iegūt orgānu un audu attēlu, tika izstrādāta 20. gadsimta beigās, gadu pēc rentgenstaru atklāšanas. Attēlos var redzēt sklerozi, fibrozi, svešķermeņus, jaunveidojumus, iekaisumus, kuriem ir attīstīta pakāpe, gāzu un infiltrāta klātbūtni dobumos, abscesus, cistas utt. Visbiežāk tiek veikta krūškurvja rentgenogrāfija, kas ļauj atklāt tuberkulozi, ļaundabīgu audzēju plaušās vai krūškurvī un citas patoloģijas.
Rentgena terapija- tas ir moderna metode, ar kuras palīdzību tiek veikta noteiktu locītavu patoloģiju ārstēšana. Galvenie ortopēdisko slimību ārstēšanas virzieni ar šo metodi ir: Hronisks. Locītavu iekaisuma procesi (artrīts, poliartrīts); Deģeneratīvas (osteoartrīts, osteohondroze, deformējoša spondiloze). Staru terapijas mērķis ir patoloģiski izmainītu audu šūnu dzīvībai svarīgās aktivitātes kavēšana vai to pilnīga iznīcināšana. Neaudzēju slimību gadījumā rentgena terapija ir vērsta uz iekaisuma reakcijas nomākšanu, proliferācijas procesu kavēšanu, sāpju jutīguma un dziedzeru sekrēcijas aktivitātes mazināšanu. Jāpatur prātā, ka visjutīgākie pret rentgena stariem ir dzimumdziedzeri, asinsrades orgāni, leikocīti un ļaundabīgo audzēju šūnas. Radiācijas devu katrā gadījumā nosaka individuāli.

Par rentgenstaru atklāšanu Rentgenam 1901. gadā tika piešķirta pirmā Nobela prēmija fizikā, un Nobela komiteja uzsvēra viņa atklājuma praktisko nozīmi.
Tādējādi rentgenstari ir neredzams elektromagnētiskais starojums ar viļņa garumu 105 - 102 nm. Rentgenstari var iekļūt dažos materiālos, kas ir necaurredzami redzamai gaismai. Tie tiek emitēti vielā ātro elektronu palēninājuma laikā (nepārtraukts spektrs) un elektronu pārejā no atoma ārējiem elektronu apvalkiem uz iekšējiem (lineārais spektrs). Rentgena starojuma avoti ir: Rentgena caurule, daži radioaktīvie izotopi, elektronu paātrinātāji un akumulatori (sinhrotronu starojums). Uztvērēji - plēves, luminiscējošie ekrāni, kodolradiācijas detektori. Rentgenstarus izmanto rentgenstaru difrakcijas analīzē, medicīnā, defektu noteikšanā, rentgenstaru spektrālajā analīzē utt.

Mūsdienu medicīnas diagnostika un atsevišķu slimību ārstēšana nav iedomājama bez aparātiem, kas izmanto rentgenstaru īpašības. Rentgenstaru atklāšana notika pirms vairāk nekā 100 gadiem, taču arī šobrīd turpinās darbs pie jaunu metožu un aparātu radīšanas, lai līdz minimumam samazinātu radiācijas negatīvo ietekmi uz cilvēka organismu.

Kas un kā atklāja rentgena starus

Dabiskos apstākļos rentgenstaru plūsma ir reta, un to izstaro tikai noteikti radioaktīvie izotopi. Rentgenstarus jeb rentgenstarus tikai 1895. gadā atklāja vācu zinātnieks Vilhelms Rentgens. Šis atklājums notika nejauši, eksperimenta laikā, lai pētītu gaismas staru uzvedību apstākļos, kas tuvojas vakuumam. Eksperimentā tika izmantota katoda gāzizlādes caurule ar pazeminātu spiedienu un dienasgaismas ekrāns, kas katru reizi sāka spīdēt brīdī, kad caurule sāka darboties.

Ieinteresēts par dīvaino efektu, Rentgens veica virkni pētījumu, kas parādīja, ka radītais starojums, kas ir neredzams acij, var iekļūt dažādos šķēršļos: papīrā, kokā, stiklā, dažos metālos un pat caur cilvēka ķermeni. Neskatoties uz to, ka trūkst izpratnes par notiekošā būtību, vai šādu parādību izraisa nezināmu daļiņu vai viļņu plūsma, tika novērota šāda shēma - starojums viegli iziet cauri ķermeņa mīkstajiem audiem un daudz grūtāk caur cietiem dzīviem audiem un nedzīvām vielām.

Rentgens nebija pirmais, kurš pētīja šo fenomenu. Vidū 19. gadsimts, francūzis Antuāns Meisons un anglis Viljams Krūks pētīja līdzīgas iespējas. Tomēr tieši Rentgens pirmais izgudroja katoda cauruli un indikatoru, ko varētu izmantot medicīnā. Viņš pirmo reizi publicēja traktāts, kas viņam atnesa pirmā titulu Nobela prēmijas laureāts fiziķu vidū.

1901. gadā sākās auglīga sadarbība starp trim zinātniekiem, kuri kļuva par radioloģijas un radioloģijas dibinātājiem.

Rentgena īpašības

Rentgenstari ir neatņemama elektromagnētiskā starojuma vispārējā spektra sastāvdaļa. Viļņa garums ir starp gamma un ultravioletajiem stariem. Rentgena stariem ir visas parastās viļņu īpašības:

• difrakcija;
• refrakcija;
• iejaukšanās;
• izplatīšanās ātrums (tas ir vienāds ar gaismu).

Lai mākslīgi radītu rentgenstaru plūsmu, tiek izmantotas īpašas ierīces - rentgenstaru lampas. Rentgena starojums rodas ātro volframa elektronu saskarē ar vielām, kas iztvaiko no karsta anoda. Uz mijiedarbības fona, elektromagnētiskie viļņi mazs garums, kas atrodas spektrā no 100 līdz 0,01 nm un enerģijas diapazonā no 100-0,1 MeV. Ja staru viļņa garums ir mazāks par 0,2 nm - tas ir cietais starojums, ja viļņa garums ir lielāks par norādīto vērtību, tos sauc par mīkstajiem rentgena stariem.

Zīmīgi, ka kinētiskā enerģija, kas rodas elektronu un anoda vielas saskarē, 99% pārvēršas siltumenerģijā un tikai 1% ir rentgena starojums.

Rentgena starojums - bremsstrahlung un raksturīgs

Rentgena starojums ir divu veidu staru - bremsstrahlung un raksturīgo staru - superpozīcija. Tie tiek ģenerēti klausulē vienlaicīgi. Tāpēc rentgena apstarošana un katras konkrētās rentgena caurules raksturlielums - tā starojuma spektrs ir atkarīgs no šiem rādītājiem un atspoguļo to superpozīcijas.

Bremsstrahlung jeb nepārtrauktie rentgena stari ir elektronu, kas iztvaiko no volframa spoles, palēninājuma rezultāts.

Raksturīgie jeb līniju rentgenstari veidojas rentgenstaru caurules anoda vielas atomu pārkārtošanās brīdī. Raksturīgo staru viļņa garums ir tieši atkarīgs no ķīmiskā elementa atomu skaita, ko izmanto, lai izgatavotu caurules anodu.

Uzskaitītās rentgenstaru īpašības ļauj tos izmantot praksē:

• parastajai acij neredzams;
• augsta iespiešanās spēja caur dzīviem audiem un nedzīviem materiāliem, kas nepārlaiž redzamo gaismu;
• jonizācijas ietekme uz molekulu struktūrām.

Rentgena attēlveidošanas principi

Rentgenstaru īpašība, uz kuras balstās attēlveidošana, ir spēja vai nu sadalīties, vai izraisīt dažu vielu spīdumu.

Rentgenstaru apstarošana izraisa fluorescējošu mirdzumu kadmija un cinka sulfīdos - zaļā krāsā un kalcija volframātā - zilā krāsā. Šis īpašums tiek izmantots medicīniskās rentgenstaru caurspīdīgās gaismas tehnikā, kā arī palielina rentgena ekrānu funkcionalitāti.

Rentgenstaru fotoķīmiskā iedarbība uz gaismas jutīgiem sudraba halogenīdu materiāliem (apgaismojums) dod iespēju veikt diagnostiku - veikt rentgena attēlus. Šo īpašību izmanto arī kopējās devas daudzuma mērīšanai, ko laboratorijas asistenti saņem rentgena telpās. Valkājamiem dozimetriem ir īpašas jutīgas lentes un indikatori. Rentgena starojuma jonizējošā iedarbība dod iespēju noteikt iegūto rentgenstaru kvalitatīvos raksturlielumus.

Vienreizēja parasto rentgena staru iedarbība palielina vēža risku tikai par 0,001%.

Vietas, kur tiek izmantoti rentgena stari

Rentgenstaru izmantošana ir pieļaujama šādās nozarēs:

1. Drošība. Stacionāras un pārnēsājamas ierīces bīstamu un aizliegtu priekšmetu noteikšanai lidostās, muitā vai pārpildītās vietās.
2. Ķīmiskā rūpniecība, metalurģija, arheoloģija, arhitektūra, celtniecība, restaurācijas darbi - defektu noteikšanai un vielu ķīmiskās analīzes veikšanai.
3. Astronomija. Tas palīdz novērot kosmiskos ķermeņus un parādības ar rentgena teleskopu palīdzību.
4. militārā rūpniecība. Lāzerieroču izstrādei.

Galvenais rentgenstaru pielietojums ir medicīnas jomā. Mūsdienās medicīniskās radioloģijas sekcijā ietilpst: radiodiagnostika, staru terapija (rentgena terapija), radioķirurģija. Medicīnas universitātes ražo augsti specializētus speciālistus - radiologus.

Rentgena starojums - kaitējums un labums, ietekme uz ķermeni

Augsta iespiešanās spēja un jonizējoša iedarbība rentgenstari var izraisīt izmaiņas šūnas DNS struktūrā, tāpēc tas ir bīstams cilvēkiem. Rentgena starojuma radītais kaitējums ir tieši proporcionāls saņemtajai starojuma devai. Dažādi orgāni dažādās pakāpēs reaģē uz apstarošanu. Visjutīgākie ietver:

• kaulu smadzenes un kaulu audi;
• acs lēca;
• vairogdziedzeris;
• piena un dzimumdziedzeri;
• plaušu audi.

Nekontrolēta rentgena starojuma izmantošana var izraisīt atgriezeniskas un neatgriezeniskas patoloģijas.

Rentgenstaru iedarbības sekas:

• kaulu smadzeņu bojājumi un hematopoētiskās sistēmas patoloģiju rašanās - eritrocitopēnija, trombocitopēnija, leikēmija;
• lēcas bojājumi ar sekojošu kataraktas attīstību;
• šūnu mutācijas, kas ir iedzimtas;
• onkoloģisko slimību attīstība;
• radiācijas apdegumu iegūšana;
• staru slimības attīstība.

Svarīgs! Atšķirībā no radioaktīvām vielām rentgenstari neuzkrājas organisma audos, kas nozīmē, ka nav nepieciešams izņemt rentgena starus no organisma. Rentgenstaru kaitīgā iedarbība beidzas, kad medicīniskā ierīce tiek izslēgta.

Rentgenstaru izmantošana medicīnā ir pieļaujama ne tikai diagnostikas nolūkos (traumatoloģija, zobārstniecība), bet arī terapeitiskos nolūkos:

• no rentgena stariem mazās devās tiek stimulēta vielmaiņa dzīvās šūnās un audos;
• noteiktas ierobežojošas devas tiek izmantotas onkoloģisko un labdabīgo audzēju ārstēšanai.

Patoloģiju diagnostikas metodes, izmantojot rentgena starus

Radiodiagnostika ietver šādas metodes:

1. Fluoroskopija ir pētījums, kurā attēlu iegūst uz fluorescējoša ekrāna reāllaikā. Līdzās klasiskajai ķermeņa daļas reāllaika attēlveidošanai mūsdienās pastāv rentgenstaru televīzijas transiluminācijas tehnoloģijas - attēls tiek pārsūtīts no dienasgaismas ekrāna uz televīzijas monitoru, kas atrodas citā telpā. Ir izstrādātas vairākas digitālas metodes iegūtā attēla apstrādei, kam seko tā pārsūtīšana no ekrāna uz papīru.
2. Fluorogrāfija ir lētākā krūškurvja orgānu izmeklēšanas metode, kas sastāv no neliela 7x7 cm attēla izveidošanas, neskatoties uz kļūdu iespējamību, tas ir vienīgais veids, kā veikt ikgadēju iedzīvotāju masveida izmeklēšanu. Metode nav bīstama un neprasa saņemtās radiācijas devas izņemšanu no organisma.
3. Radiogrāfija - kopsavilkuma attēla iegūšana uz filmas vai papīra, lai noskaidrotu orgāna formu, stāvokli vai tonusu. Var izmantot, lai novērtētu peristaltiku un gļotādu stāvokli. Ja ir izvēle, tad no mūsdienu rentgena ierīcēm priekšroka jādod ne digitālajām ierīcēm, kur rentgena plūsma var būt lielāka nekā vecajām ierīcēm, bet gan mazas devas rentgena ierīcēm ar tiešo plakanu. pusvadītāju detektori. Tie ļauj samazināt ķermeņa slodzi 4 reizes.
4. Rentgena datortomogrāfija ir metode, kas izmanto rentgena starus, lai iegūtu nepieciešamo attēlu skaitu no izvēlētā orgāna sekcijām. Starp daudzajām mūsdienu CT iekārtu šķirnēm atkārtotu pētījumu sērijai tiek izmantoti augstas izšķirtspējas CT skeneri ar zemu devu.

Radioterapija

Rentgena terapija attiecas uz vietējām ārstēšanas metodēm. Visbiežāk metodi izmanto vēža šūnu iznīcināšanai. Tā kā iedarbības ietekme ir salīdzināma ar ķirurģisku izņemšanu, šo ārstēšanas metodi bieži sauc par radioķirurģiju.

Mūsdienās rentgena ārstēšanu veic šādos veidos:

1. Ārējā (protonu terapija) - starojuma stars nonāk pacienta ķermenī no ārpuses.
2. Iekšējā (brahiterapija) - radioaktīvo kapsulu lietošana, implantējot tās organismā, novietojot tuvāk vēža audzējam. Šīs ārstēšanas metodes trūkums ir tāds, ka līdz kapsulas izņemšanai no ķermeņa pacients ir jāizolē.

Šīs metodes ir saudzīgas, un dažos gadījumos to lietošana ir ieteicama ķīmijterapijai. Šāda popularitāte ir saistīta ar to, ka stari neuzkrājas un neprasa izvadīšanu no organisma, tiem ir selektīva iedarbība, neietekmējot citas šūnas un audus.

Drošs rentgenstaru iedarbības ātrums

Šim pieļaujamās gada iedarbības normas rādītājam ir savs nosaukums - ģenētiski nozīmīga ekvivalentā deva (GED). Šim rādītājam nav skaidru kvantitatīvu vērtību.

1. Šis rādītājs ir atkarīgs no pacienta vecuma un vēlmes nākotnē radīt bērnus.
2. Tas ir atkarīgs no tā, kuri orgāni tika pārbaudīti vai apstrādāti.
3. GZD ietekmē tā reģiona dabiskā radioaktīvā fona līmenis, kurā cilvēks dzīvo.

Šodien ir spēkā šādi vidējie GZD standarti:

• apstarošanas līmenis no visiem avotiem, izņemot medicīniskos, un neņemot vērā dabisko starojuma fonu - 167 mRem gadā;
• ikgadējās medicīniskās apskates norma nav lielāka par 100 mRem gadā;
• kopējā drošā vērtība ir 392 mRem gadā.

Rentgena starojumam nav nepieciešama izvadīšana no organisma, un tas ir bīstams tikai intensīvas un ilgstošas ​​iedarbības gadījumā. Mūsdienu medicīnas iekārtās tiek izmantots īslaicīgs zemas enerģijas starojums, tāpēc to lietošana tiek uzskatīta par salīdzinoši nekaitīgu.

KRIEVIJAS FEDERĀCIJAS FEDERĀLĀ IZGLĪTĪBAS AĢENTŪRA

VALSTS IZGLĪTĪBAS IESTĀDE

AUGSTĀKĀ PROFESIONĀLĀ IZGLĪTĪBA

MASKAVAS VALSTS TĒRAUDA UN SAKAUSĒJUMU INSTITŪTS

(TEHNOLOĢIJAS UNIVERSITĀTE)

NOVOTROITSKAS NODAĻA

OEND departaments

KURSA DARBS

Disciplīna: fizika

Tēma: Rentgens

Students: Nedorezova N.A.

Grupa: EiU-2004-25, Nr. З.К.: 04Н036

Pārbaudīja: Ožegova S.M.

Ievads

1. nodaļa

1.1. Rentgena Vilhelma Konrāda biogrāfija

1.2 Rentgenstaru atklāšana

2. nodaļa

2.1 Rentgenstaru avoti

2.2 Rentgenstaru īpašības

2.3 Rentgenstaru reģistrācija

2.4 Rentgenstaru izmantošana

3. nodaļa

3.1. Kristāla struktūras nepilnību analīze

3.2. Spektra analīze

Secinājums

Izmantoto avotu saraksts

Lietojumprogrammas

Ievads

Rets cilvēks nav izgājis cauri rentgena kabinetam. Rentgenos uzņemtie attēli ir pazīstami ikvienam. 1995. gadā šim atklājumam bija 100 gadu. Grūti iedomāties, kādu lielu interesi tas izraisīja pirms gadsimta. Vīrieša rokās izrādījās aparāts, ar kuru varēja saskatīt neredzamo.

Šo neredzamo starojumu, kas spēj iekļūt, kaut arī dažādās pakāpēs, visās vielās, kas ir elektromagnētiskais starojums ar viļņa garumu aptuveni 10–8 cm, tika saukts par rentgena starojumu, par godu Vilhelmam Rentgenam, kurš to atklāja.

Tāpat kā redzamā gaisma, rentgenstari izraisa fotofilmas melnināšanu. Šim īpašumam ir liela nozīme medicīnā, rūpniecībā un zinātniskie pētījumi. Izejot cauri pētāmajam objektam un pēc tam nokrītot uz filmas, rentgena starojums uz tā attēlo savu iekšējo struktūru. Tā kā rentgena starojuma caurlaidības spēja dažādiem materiāliem ir atšķirīga, objekta daļas, kas tam ir mazāk caurspīdīgas, fotogrāfijā piešķir gaišākus laukumus nekā tās, caur kurām starojums labi iekļūst. Tādējādi kaulu audi ir mazāk caurspīdīgi rentgena stariem nekā audi, kas veido ādu un iekšējos orgānus. Tāpēc rentgenogrammā kauli tiks norādīti kā gaišāki laukumi un radiācijai mazāk caurspīdīgā lūzuma vieta būs diezgan viegli pamanāma. Rentgena attēlveidošanu izmanto arī zobārstniecībā, lai noteiktu kariesu un abscesus zobu saknēs, kā arī rūpniecībā, lai atklātu plaisas lējumos, plastmasā un gumijā, ķīmijā, lai analizētu savienojumus un fizikā, lai pētītu kristālu struktūru. .

Rentgena atklājumam sekoja citu pētnieku eksperimenti, kuri atklāja daudzas jaunas šī starojuma īpašības un pielietojumu. Lielu ieguldījumu sniedza M. Laue, V. Frīdrihs un P. Knipings, kuri 1912. gadā demonstrēja rentgenstaru difrakciju, kad tie iet cauri kristālam; W. Coolidge, kurš 1913. gadā izgudroja augsta vakuuma rentgenstaru cauruli ar apsildāmu katodu; G. Moseley, kurš 1913. gadā noteica saistību starp starojuma viļņa garumu un elementa atomskaitli; G. un L. Bragi, kuri 1915. gadā saņēma Nobela prēmiju par rentgenstaru pamatu izstrādi strukturālā analīze.

Kursa darba mērķis ir izpētīt rentgena starojuma fenomenu, atklāšanas vēsturi, īpašības un apzināt tā pielietojuma jomu.

1. nodaļa

1.1. Rentgena Vilhelma Konrāda biogrāfija

Vilhelms Konrāds Rentgens dzimis 1845. gada 17. martā Vācijas pierobežas reģionā ar Holandi, Lenepes pilsētā. Tehnisko izglītību viņš ieguva Cīrihē tajā pašā Technische Hochschule (politehniskajā augstskolā), kurā vēlāk studēja Einšteins. Aizraušanās ar fiziku piespieda viņu pēc skolas beigšanas 1866. gadā turpināt fizisko izglītību.

1868. gadā viņš aizstāvēja disertāciju filozofijas doktora grāda iegūšanai, strādāja par asistentu Fizikas katedrā vispirms Cīrihē, pēc tam Gīsenē un pēc tam Strasbūrā (1874-1879) pie Kunda. Šeit Rentgens izgāja labu eksperimentālo skolu un kļuva par pirmās klases eksperimentētāju. Daļu no svarīgā pētījuma Rentgens veica kopā ar savu studentu, vienu no padomju fizikas pamatlicējiem A.F. Ioff.

Zinātniskie pētījumi attiecas uz elektromagnētismu, kristāla fiziku, optiku, molekulāro fiziku.

1895. gadā viņš atklāja starojumu, kura viļņa garums ir īsāks par viļņa garumu ultravioletie stari(rentgenstari), vēlāk saukti par rentgena stariem, un pētīja to īpašības: spēju atstarot, absorbēt, jonizēt gaisu utt. Viņš ierosināja pareizo caurules dizainu rentgenstaru iegūšanai - slīpu platīna antikatodu un ieliektu katodu: viņš bija pirmais, kurš fotografēja, izmantojot rentgena starus. Viņš 1885. gadā atklāja elektriskajā laukā kustīga dielektriķa magnētisko lauku (tā saukto "rentgena strāvu").Viņa pieredze skaidri parādīja, ka magnētisko lauku rada kustīgi lādiņi, un tas bija svarīgs X. Lorenca radīšanai. elektronikas teorija.Ievērojams skaits Rentgena darbu ir veltīti šķidrumu, gāzu, kristālu, elektromagnētisko parādību īpašību izpētei, atklāja attiecības starp elektriskajām un optiskajām parādībām kristālos.Par staru atklāšanu, kas nes viņa vārdu, Rentgens 1901.g. gadā bija pirmais fiziķu vidū, kuram tika piešķirta Nobela prēmija.

No 1900 līdz pēdējās dienas dzīvi (miris 1923. gada 10. februārī), strādājis Minhenes Universitātē.

1.2 Rentgenstaru atklāšana

19. gadsimta beigas iezīmējās ar pieaugošu interesi par parādībām, kas saistītas ar elektrības pāreju caur gāzēm. Pat Faradejs nopietni pētīja šīs parādības, aprakstīja dažādas izlādes formas, atklāja tumšu telpu gaišā retu gāzu kolonnā. Faraday tumšā telpa atdala zilganu katoda mirdzumu no rozā anoda mirdzuma.

Turpmāka gāzes retināšanas palielināšanās būtiski maina mirdzuma raksturu. Matemātiķis Pļukers (1801-1868) 1859. gadā pie pietiekami spēcīgas retināšanas atklāja vāji zilganu staru kūli, kas izplūst no katoda, sasniedzot anodu un izraisot caurules stikla mirdzumu. Pļukera skolnieks Gitorfs (1824-1914) 1869. gadā turpināja skolotāja pētījumus un parādīja, ka uz caurules fluorescējošās virsmas parādās izteikta ēna, ja starp katodu un šo virsmu novieto cietu ķermeni.

Goldšteins (1850-1931), pētot staru īpašības, nosauca tos par katoda stariem (1876). Trīs gadus vēlāk Viljams Krūkss (1832-1919) pierādīja katodstaru materiālo dabu un nosauca tos par "starojošo matēriju" - vielu īpašā ceturtajā stāvoklī. Viņa liecības bija pārliecinošas un skaidras. Eksperimenti ar "Kruksa cauruli" tika veikti vēlāk. demonstrēta visās fiziskajās klasēs . Katoda stara novirze ar magnētisko lauku Crookes caurulē ir kļuvusi par klasisku skolas demonstrāciju.

Tomēr eksperimenti par katodstaru elektrisko novirzi nebija tik pārliecinoši. Hercs šādu novirzi nekonstatēja un nonāca pie secinājuma, ka katodstaru veido ēterī oscilējošs process. Herca skolnieks F. Lenards, eksperimentējot ar katoda stariem, 1893. gadā parādīja, ka tie iziet cauri logam, kas pārklāts ar alumīnija foliju, un rada spīdumu telpā aiz loga. Hercs savu pēdējo rakstu, kas publicēts 1892. gadā, veltīja katodstaru izlaišanai caur plāniem metāla korpusiem. Tas sākās ar vārdiem:

"Katoda stari būtiski atšķiras no gaismas ar spēju iekļūt cietās vielām." Aprakstot rezultātus eksperimentiem par katodstaru iziešanu caur zelta, sudraba, platīna, alumīnija uc lapām, Hercs atzīmē, ka viņš to nedarīja. novērot kādas īpašas parādību atšķirības Stari neiziet cauri lapām taisnā līnijā, bet tiek izkliedēti difrakcijas rezultātā. Katodstaru raksturs joprojām bija neskaidrs.

Tieši ar šādām Krūksa, Lenarda un citu tūbiņām 1895. gada beigās eksperimentēja Vircburgas profesors Vilhelms Konrāds Rentgens, kurš reiz pēc eksperimenta beigām cauruli aiztaisīja ar melnu kartona vāku, izslēdza gaismu, bet neizslēdza induktors, kas baro cauruli, viņš pamanīja ekrāna mirdzumu no bārija cianogēna, kas atrodas netālu no caurules. Šo apstākli pārsteidza, Rentgens sāka eksperimentēt ar ekrānu. Savā pirmajā ziņojumā "Par jauna veida stariem", kas datēts 1895. gada 28. decembrī, viņš rakstīja par šiem pirmajiem eksperimentiem: "Papīra gabals, kas pārklāts ar bārija platīna-cianīdu, tuvojoties caurulei, aizvērts ar plānu melnu vāku. kartons, kas pietiekami cieši pieguļ tam, ar katru izlādi tas mirgo ar spilgtu gaismu: tas sāk fluorescēt. Fluorescence ir redzama ar pietiekamu aptumšošanu un nav atkarīga no tā, vai mēs atvedīsim papīru ar bārija sinerogēna pārklājumu vai bez tā. Fluorescence ir pamanāma pat divu metru attālumā no caurules.

Rūpīga pārbaude parādīja Rentgenam, ka "melns kartons, kas nav caurspīdīgs ne saules redzamajiem un ultravioletajiem stariem, ne elektriskā loka stariem, ir caurstrāvots ar kādu aģentu, kas izraisa fluorescenci." Rentgens pētīja šī aģents”, ko viņš nosauca par īsumu "rentgena stariem", dažādām vielām.Viņš konstatēja, ka stari brīvi iziet cauri papīram, kokam, ebonītam, plāniem metāla slāņiem, bet tos stipri aizkavē svins.

Pēc tam viņš apraksta sensacionālo pieredzi:

"Ja turat roku starp izlādes cauruli un ekrānu, jūs varat redzēt kaulu tumšās ēnas pašas rokas ēnas vājajās kontūrās." Šī bija pirmā cilvēka ķermeņa rentgena izmeklēšana. Rentgen saņēma arī pirmos rentgena starus, piestiprinot tos pie rokas.

Šie kadri atstāja milzīgu iespaidu; atklājums vēl nebija pabeigts, un rentgendiagnostika jau bija sākusi savu ceļu. "Manu laboratoriju pārpludināja ārsti, kas ieveda pacientus, kuriem bija aizdomas, ka viņiem dažādās ķermeņa daļās ir adatas," rakstīja angļu fiziķis Šusters.

Jau pēc pirmajiem eksperimentiem Rentgens stingri konstatēja, ka rentgenstari atšķiras no katoda, tie nenes lādiņu un tos nenovirza magnētiskais lauks, bet tos ierosina katoda stari." Rentgenstari nav identiski katodam. stari, bet tie viņus sajūsmina izlādes caurules stikla sieniņās,” rakstīja Rentgens.

Viņš arī konstatēja, ka tie ir sajūsmā ne tikai stiklā, bet arī metālos.

Pieminot Herca-Lenarda hipotēzi, ka katoda stari "ir parādība, kas notiek ēterī", Rentgens norāda, ka "mēs varam teikt kaut ko līdzīgu par mūsu stariem". Tomēr viņam neizdevās noteikt staru viļņu īpašības, tie "uzvedas savādāk nekā līdz šim zināmie ultravioletie, redzamie, infrasarkanie stari." Savā ķīmiskajā un luminiscējošā darbībā, pēc Rentgena domām, tie ir līdzīgi ultravioletajiem stariem. Pirmajā ziņojumā , viņš izteica vēlāk pausto pieņēmumu, ka tie var būt gareniskie viļņi ēterī.

Rentgena atklājums izraisīja lielu interesi zinātnes pasaulē. Viņa eksperimenti tika atkārtoti gandrīz visās pasaules laboratorijās. Maskavā tos atkārtoja P.N. Ļebedevs. Sanktpēterburgā radio izgudrotājs A.S. Popovs eksperimentēja ar rentgena stariem, demonstrēja tos publiskās lekcijās, saņemot dažādus rentgena starus. Kembridžā D.D. Tomsons nekavējoties izmantoja rentgenstaru jonizējošo efektu, lai pētītu elektrības pāreju caur gāzēm. Viņa pētījumi noveda pie elektrona atklāšanas.

2. nodaļa

Rentgena starojums - elektromagnētiskais jonizējošais starojums, kas aizņem spektrālo apgabalu starp gamma un ultravioleto starojumu viļņu garumā no 10 -4 līdz 10 3 (no 10 -12 līdz 10 -5 cm).R. l. ar viļņa garumu λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - mīksts.

2.1 Rentgenstaru avoti

Visizplatītākais rentgenstaru avots ir rentgenstaru caurule. - elektrovakuuma iekārta kalpo kā rentgenstaru avots. Šāds starojums rodas, kad katoda izstarotie elektroni palēninās un nonāk pret anodu (antikatodu); šajā gadījumā elektronu enerģija, ko paātrina spēcīgs elektriskais lauks telpā starp anodu un katodu, daļēji pārvēršas rentgenstaru enerģijā. Rentgena lampas starojums ir rentgenstaru bremsstrahlung superpozīcija uz anoda materiāla raksturīgo starojumu. Rentgena lampas izšķir: pēc elektronu plūsmas iegūšanas metodes - ar termisko (apsildāmo) katodu, lauka emisijas (smailo) katodu, ar pozitīviem joniem bombardētu katodu un ar radioaktīvo (β) elektronu avotu; pēc sūkšanas metodes - noslēgts, saliekams; atbilstoši starojuma laikam - nepārtraukta darbība, impulsa; atbilstoši anoda dzesēšanas veidam - ar ūdeni, eļļu, gaisu, radiācijas dzesēšanu; atbilstoši fokusa izmēram (radiācijas laukums uz anoda) - makrofokuss, asais fokuss un mikrofokuss; pēc tās formas - gredzens, apaļš, valdīts; saskaņā ar elektronu fokusēšanas metodi uz anoda - ar elektrostatisko, magnētisko, elektromagnētisko fokusēšanu.

Rentgena lampas tiek izmantotas rentgenstaru struktūras analīzē (1. pielikums), rentgenstaru spektrālā analīze, defektu noteikšana (1.pielikums), Rentgena diagnostika (1. pielikums), staru terapija , Rentgena mikroskopija un mikroradiogrāfija. Visplašāk visās jomās tiek izmantotas noslēgtas rentgenstaru lampas ar termisko katodu, ar ūdeni dzesējamu anodu un elektrostatisko elektronu fokusēšanas sistēmu (2. pielikums). Rentgenstaru lampu termokatods parasti ir spirālveida vai taisns volframa stieples pavediens, ko silda ar elektrisko strāvu. Anoda darba daļa - metāla spoguļa virsma - atrodas perpendikulāri vai kādā leņķī pret elektronu plūsmu. Lai iegūtu nepārtrauktu augstas enerģijas un intensitātes rentgena starojuma spektru, tiek izmantoti anodi no Au, W; Strukturālajā analīzē tiek izmantotas rentgenstaru lampas ar Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag anodiem.

Rentgena lampu galvenie raksturlielumi ir maksimālais pieļaujamais paātrināšanas spriegums (1-500 kV), elektroniskā strāva (0,01 mA - 1A), īpatnējā anoda izkliedētā jauda (10-10 4 W / mm 2), kopējais enerģijas patēriņš. (0,002 W - 60 kW) un fokusa izmēriem (1 µm - 10 mm). Rentgena caurules efektivitāte ir 0,1-3%.

Daži radioaktīvie izotopi var kalpot arī kā rentgenstaru avoti. : daži no tiem tieši izstaro rentgenstarus, citu kodolstarojums (elektroni vai λ-daļiņas) bombardē metāla mērķi, kas izstaro rentgenstarus. Izotopu avotu rentgenstaru intensitāte ir par vairākām kārtām mazāka nekā rentgenstaru lampas starojuma intensitāte, bet izotopu avotu izmēri, svars un izmaksas ir nesalīdzināmi mazākas nekā tām, kurām ir rentgenstaru caurule.

Sinhrotroni un elektronu uzglabāšanas gredzeni ar vairāku GeV enerģiju var kalpot kā mīksto rentgenstaru avoti ar λ desmitiem un simtiem. Intensitātes ziņā sinhrotronu rentgena starojums pārsniedz rentgena lampas starojumu norādītajā spektra reģionā par 2-3 kārtām.

Dabiskie rentgenstaru avoti - Saule un citi kosmosa objekti.

2.2 Rentgenstaru īpašības

Atkarībā no rentgenstaru izcelsmes mehānisma to spektri var būt nepārtraukti (bremsstrahlung) vai līniju (raksturīgi). Nepārtrauktu rentgenstaru spektru izstaro ātri uzlādētas daļiņas to palēninājuma rezultātā, mijiedarbojoties ar mērķa atomiem; šis spektrs sasniedz ievērojamu intensitāti tikai tad, kad mērķis tiek bombardēts ar elektroniem. Bremsstrahlung rentgenstaru intensitāte ir sadalīta pa visām frekvencēm līdz augstfrekvences robežai 0, pie kuras fotona enerģija h 0 (h ir Planka konstante ) ir vienāds ar bombardējošo elektronu enerģiju eV (e ir elektronu lādiņš, V ir to caurlaidīgā paātrinājuma lauka potenciālu starpība). Šī frekvence atbilst spektra īsviļņu malai 0 = hc/eV (c ir gaismas ātrums).

Līnijas starojums rodas pēc atoma jonizācijas ar elektrona izmešanu no viena no tā iekšējiem apvalkiem. Šāda jonizācija var būt atoma sadursmes rezultāts ar ātru daļiņu, piemēram, elektronu (primārie rentgena stari), vai fotona absorbcija ar atomu (fluorescējoši rentgena stari). Jonizētais atoms atrodas sākotnējā kvantu stāvoklī vienā no augstajiem enerģijas līmeņiem un pēc 10 -16 -10 -15 sekundēm pāriet gala stāvoklī ar zemāku enerģiju. Šajā gadījumā atoms var izstarot enerģijas pārpalikumu noteiktas frekvences fotona veidā. Šāda starojuma spektra līniju frekvences ir raksturīgas katra elementa atomiem, tāpēc līniju rentgena spektru sauc par raksturīgo. Šī spektra līnijas frekvences atkarību no atomskaitļa Z nosaka Mozeleja likums.

Mozeleja likums, likums, kas saista ķīmiskā elementa raksturīgās rentgena emisijas spektrālo līniju frekvenci ar tā sērijas numuru. G. Moseley eksperimentāli uzstādīts 1913. gadā. Saskaņā ar Mozeleja likumu elementa raksturīgā starojuma spektrālās līnijas frekvences  kvadrātsakne ir lineāra funkcija no tā kārtas numura Z:

kur R ir Ridberga konstante , S n - skrīninga konstante, n - galvenais kvantu skaitlis. Moseley diagrammā (3. pielikums) atkarība no Z ir taisnu līniju virkne (K-, L-, M- utt. sērijas, kas atbilst vērtībām n = 1, 2, 3,.).

Moseley likums bija neapgāžams pierādījums pareizai elementu izvietošanai periodiska sistēma elementi DI. Mendeļejevs un veicināja Z fiziskās nozīmes noskaidrošanu.

Saskaņā ar Mozeleja likumu rentgenstaru raksturīgie spektri neuzrāda periodiskos modeļus, kas raksturīgi optiskajiem spektriem. Tas norāda, ka visu elementu atomu iekšējiem elektronu apvalkiem, kas parādās raksturīgajos rentgenstaru spektros, ir līdzīga struktūra.

Vēlāki eksperimenti atklāja dažas novirzes no lineārās atkarības elementu pārejas grupām, kas saistītas ar ārējo elektronu apvalku piepildījuma secības maiņu, kā arī smagajiem atomiem, kas izriet no relatīvistiskā efekta (nosacīti izskaidrojams ar to, ka iekšējo ātrumi ir salīdzināmi ar gaismas ātrumu).

Atkarībā no vairākiem faktoriem - no nukleonu skaita kodolā (izotoniskā nobīde), ārējo elektronu apvalku stāvokļa (ķīmiskā nobīde) utt. - spektrālo līniju pozīcija Mozele diagrammā var nedaudz mainīties. Šo maiņu izpēte ļauj iegūt detalizētu informāciju par atomu.

Bremsstrahlung rentgena stari, ko izstaro ļoti plāni mērķi, ir pilnībā polarizēti tuvu 0; 0 samazinoties, polarizācijas pakāpe samazinās. Raksturīgais starojums, kā likums, nav polarizēts.

Kad rentgena stari mijiedarbojas ar vielu, var rasties fotoelektrisks efekts. , pavadot rentgenstaru absorbciju un to izkliedi, fotoelektriskais efekts tiek novērots, kad atoms, absorbējot rentgenstaru fotonu, izgrūž vienu no saviem iekšējiem elektroniem, pēc kā tas var veikt starojuma pāreju, izstarot raksturīgu fotonu. starojumu, vai izmest otru elektronu neradiatīvas pārejas laikā (Auger elektrons). Rentgenstaru iedarbībā uz nemetāliskiem kristāliem (piemēram, uz akmeņsāli) dažos atomu režģa mezglos parādās joni ar papildu pozitīvu lādiņu, un to tuvumā parādās liekie elektroni. Šādi kristālu struktūras traucējumi, ko sauc par rentgena eksitoniem , ir krāsu centri un pazūd tikai ar ievērojamu temperatūras paaugstināšanos.

Kad rentgena stari iziet cauri vielas slānim ar biezumu x, to sākotnējā intensitāte I 0 samazinās līdz vērtībai I = I 0 e - μ x, kur μ ir vājinājuma koeficients. I vājināšanās notiek divu procesu dēļ: rentgena fotonu absorbcija ar vielu un to virziena maiņa izkliedes laikā. Spektra garo viļņu apgabalā dominē rentgenstaru absorbcija, īsviļņu apgabalā to izkliede. Absorbcijas pakāpe strauji palielinās, palielinoties Z un λ. Piemēram, cietie rentgena stari brīvi iekļūst caur gaisa slāni ~ 10 cm; 3 cm bieza alumīnija plāksne uz pusi vājina rentgenstarus ar λ = 0,027; mīkstie rentgenstari būtiski uzsūcas gaisā un to izmantošana un izpēte iespējama tikai vakuumā vai vāji absorbējošā gāzē (piemēram, He). Kad rentgena stari tiek absorbēti, vielas atomi tiek jonizēti.

Rentgenstaru ietekme uz dzīviem organismiem var būt labvēlīga vai kaitīga atkarībā no jonizācijas, ko tie izraisa audos. Tā kā rentgenstaru absorbcija ir atkarīga no λ, to intensitāte nevar kalpot kā rentgenstaru bioloģiskās iedarbības mērs. Rentgenstaru mērījumus izmanto, lai izmērītu rentgenstaru ietekmi uz vielu. , mērvienība ir rentgens

Rentgenstaru izkliede lielo Z un λ apgabalā notiek galvenokārt bez λ izmaiņām un tiek saukta par koherentu izkliedi, bet mazo Z un λ apgabalā, kā likums, tā palielinās (nesakarīgā izkliede). Pastāv 2 nesakarīgas rentgenstaru izkliedes veidi – Komptona un Ramana. Komptona izkliedē, kurai ir neelastīgas korpuskulārās izkliedes raksturs, atsitiena elektrons izlido no atoma čaulas enerģijas dēļ, ko daļēji zaudē rentgena fotons. Šajā gadījumā fotona enerģija samazinās un mainās tā virziens; λ izmaiņas ir atkarīgas no izkliedes leņķa. Lielas enerģijas rentgena fotona Ramana izkliedes laikā ar gaismas atomu neliela tā enerģijas daļa tiek tērēta atoma jonizācijai un mainās fotona kustības virziens. Šādu fotonu maiņa nav atkarīga no izkliedes leņķa.

Rentgenstaru refrakcijas indekss n atšķiras no 1 ar ļoti nelielu daudzumu δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5. Rentgenstaru fāzes ātrums vidē ir lielāks par gaismas ātrumu vakuumā. Rentgenstaru novirze pārejā no vienas vides uz otru ir ļoti maza (dažas loka minūtes). Kad rentgena stari no vakuuma nokrīt uz ķermeņa virsmu ļoti mazā leņķī, notiek to kopējā ārējā atstarošana.

2.3 Rentgenstaru reģistrācija

Cilvēka acs nav jutīga pret rentgena stariem. Rentgens

stari tiek reģistrēti, izmantojot īpašu rentgena filmu, kas satur palielinātu Ag, Br daudzumu. Apgabalā λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, parastās pozitīvās plēves jutība ir diezgan augsta, un tās graudi ir daudz mazāki nekā rentgena plēves graudi, kas palielina izšķirtspēju. Pie λ no desmitiem un simtiem rentgenstari iedarbojas tikai uz visplānāko fotogrāfiskās emulsijas virsmas slāni; lai palielinātu plēves jutību, tā tiek sensibilizēta ar luminiscējošām eļļām. Rentgenstaru diagnostikā un defektu noteikšanā rentgenstaru ierakstīšanai dažkārt izmanto elektrofotogrāfiju. (elektroradiogrāfija).

Augstas intensitātes rentgenstarus var reģistrēt, izmantojot jonizācijas kameru (4. pielikums), vidējas un zemas intensitātes rentgenstari pie λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком ar NaI (Tl) kristālu (5. pielikums), pie 0,5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (6. pielikums) un pielodēts proporcionālais skaitītājs (7. pielikums), 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (8. pielikums). Ļoti lielu λ apgabalā (no desmitiem līdz 1000) rentgenstaru ierakstīšanai var izmantot atvērtā tipa sekundāros elektronu reizinātājus ar dažādiem fotokatodiem ieejā.

2.4 Rentgenstaru izmantošana

Rentgenstarus visplašāk izmanto medicīnā rentgena diagnostikai. un staru terapija . Rentgenstaru defektu noteikšana ir svarīga daudzām tehnoloģiju nozarēm. , piemēram, lai atklātu lējumu iekšējos defektus (čaulas, sārņu ieslēgumus), plaisas sliedēs, defektus metinātajās šuvēs.

Rentgena struktūras analīze ļauj noteikt atomu telpisko izvietojumu minerālu un savienojumu kristālrežģī, neorganiskās un organiskās molekulās. Pamatojoties uz daudzām jau atšifrētām atomu struktūrām, var atrisināt arī apgriezto problēmu: saskaņā ar rentgena shēmu polikristāliska viela, piemēram, leģētais tērauds, sakausējums, rūda, mēness augsne, var noteikt šīs vielas kristālisko sastāvu, t.i. tika veikta fāzes analīze. Daudzi pieteikumi R. l. Cietvielu īpašību pētīšanai izmanto materiālu rentgenogrāfiju .

Rentgena mikroskopija ļauj, piemēram, iegūt šūnas, mikroorganisma attēlu, redzēt to iekšējo uzbūvi. Rentgenstaru spektroskopija izmantojot rentgenstaru spektrus, viņš pēta elektronisko stāvokļu blīvuma enerģijas sadalījumu dažādās vielās, pēta ķīmiskās saites raksturu un atrod jonu efektīvo lādiņu cietās vielās un molekulās. Spektrālā rentgena analīze pēc raksturīgā spektra līniju novietojuma un intensitātes ļauj noteikt vielas kvalitatīvo un kvantitatīvo sastāvu un tiek izmantots materiālu sastāva izteiktai nesagraujošai kontrolei metalurģijas un cementa rūpnīcās, pārstrādes rūpnīcās. Automatizējot šos uzņēmumus, kā vielas sastāva sensorus izmanto rentgena spektrometrus un kvantometrus.

Rentgenstari, kas nāk no kosmosa, sniedz informāciju par ķīmisko sastāvu kosmosa ķermeņi un par telpā notiekošajiem fiziskajiem procesiem. Rentgena astronomija nodarbojas ar kosmisko rentgena staru izpēti . Spēcīgus rentgena starus izmanto radiācijas ķīmijā, lai stimulētu noteiktas reakcijas, materiālu polimerizāciju, plaisāšanu organisko vielu. Rentgens tiek izmantots arī seno gleznu noteikšanai, kas paslēptas zem vēlīnās gleznas slāņa, pārtikas rūpniecībā, lai atklātu svešķermeņus, kas nejauši nokļuvuši pārtikas produktos, kriminālistikā, arheoloģijā u.c.

3. nodaļa

Viens no galvenajiem rentgenstaru difrakcijas analīzes uzdevumiem ir materiāla reālā jeb fāzes sastāva noteikšana. Rentgenstaru difrakcijas metode ir tieša, un to raksturo augsta uzticamība, ātrums un relatīvais lētums. Metode neprasa lielu vielas daudzumu, analīzi var veikt, neiznīcinot daļu. Kvalitatīvās fāzes analīzes pielietojuma jomas ir ļoti dažādas gan zinātniskiem pētījumiem, gan ražošanas kontrolei. Var pārbaudīt metalurģijas ražošanas izejvielu sastāvu, sintēzes produktus, apstrādi, fāzu izmaiņu rezultātu termiskās un ķīmiski-termiskās apstrādes laikā, analizēt dažādus pārklājumus, plānās plēves utt.

Katrai fāzei, kurai ir sava kristāliskā struktūra, ir raksturīgs noteikts diskrētu vērtību kopums starpplakņu attālumiem d/n no maksimālā un zemāk, kas raksturīgs tikai šai fāzei. Kā izriet no Wulf-Bragg vienādojuma, katra starpplakņu attāluma vērtība atbilst līnijai uz rentgena attēla no polikristāliska parauga noteiktā leņķī θ (pie noteiktas viļņa garuma vērtības λ). Tādējādi noteikta līniju sistēma (difrakcijas maksimumi) katrai rentgenstaru difrakcijas shēmas fāzei atbildīs noteiktam starpplakņu attālumu kopumam. Šo līniju relatīvā intensitāte rentgena shēmā galvenokārt ir atkarīga no fāzes struktūras. Tāpēc, nosakot līniju atrašanās vietu rentgena shēmā (tā leņķis θ) un zinot starojuma viļņa garumu, pie kura tika uzņemts rentgena attēls, ir iespējams noteikt starpplanāro attālumu vērtības. d/n, izmantojot Vulfa-Braga formulu:

/n = λ/ (2sin θ). (viens)

Nosakot pētāmā materiāla d/n kopu un salīdzinot to ar iepriekš zināmajiem d/n datiem tīrām vielām, to dažādajiem savienojumiem, var noteikt, kurā fāzē šis materiāls ir. Jāuzsver, ka tiek noteiktas fāzes, nevis ķīmiskais sastāvs, bet pēdējo dažkārt var iegūt, ja ir papildu dati par konkrētas fāzes elementu sastāvu. Kvalitatīvās fāzes analīzes uzdevumu ievērojami atvieglo, ja ir zināms pētāmā materiāla ķīmiskais sastāvs, jo tad var izdarīt provizoriskus pieņēmumus par iespējamām fāzēm šajā gadījumā.

Fāzes analīzes atslēga ir precīzi izmērīt d/n un līnijas intensitāti. Lai gan principā to ir vieglāk panākt, izmantojot difraktometru, kvalitatīvās analīzes fotometodei ir dažas priekšrocības, galvenokārt jutīguma (spēja noteikt neliela daudzuma fāzes klātbūtni paraugā), kā arī vienkāršības ziņā. eksperimentālā tehnika.

D/n aprēķins no rentgenstaru shēmas tiek veikts, izmantojot Vulfa-Bragga vienādojumu.

Kā λ vērtību šajā vienādojumā parasti izmanto λ α cf K sēriju:

λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)

Dažreiz tiek izmantota līnija K α1. Difrakcijas leņķu θ noteikšana visām rentgenstaru līnijām ļauj aprēķināt d / n saskaņā ar vienādojumu (1) un atdalīt β līnijas (ja nebija filtra (β-stariem).

3.1. Kristāla struktūras nepilnību analīze

Visiem īstajiem vienkristāliskiem un vēl jo vairāk polikristāliskiem materiāliem ir noteiktas struktūras nepilnības (punktveida defekti, dislokācijas, dažādi veidi saskarnes, mikro- un makrospriegumi), kuriem ir ļoti spēcīga ietekme uz visām strukturāli jutīgajām īpašībām un procesiem.

Strukturālās nepilnības izraisa dažāda rakstura kristāliskā režģa izkropļojumus un līdz ar to dažāda veida difrakcijas modeļa izmaiņas: starpatomu un starpplanāru attālumu maiņa izraisa difrakcijas maksimumu nobīdi, mikrospriegumi un apakšstruktūras izkliede izraisa paplašināšanos. difrakcijas maksimumu, režģa mikrodeformācijas - līdz šo maksimumu intensitātes izmaiņām, klātbūtnes dislokācijas rada anomālas parādības rentgenstaru pārejā un līdz ar to lokālas kontrasta neviendabības rentgena topogrammās utt.

Rezultātā rentgenstaru difrakcijas analīze ir viena no informatīvākajām metodēm strukturālo nepilnību, to veida un koncentrācijas, kā arī izplatības rakstura pētīšanai.

Tradicionālā tiešā rentgenstaru difrakcijas metode, kas tiek realizēta uz stacionāriem difraktometriem, pateicoties to konstrukcijas īpatnībām, ļauj kvantitatīvi noteikt spriegumus un deformācijas tikai maziem paraugiem, kas izgriezti no daļām vai priekšmetiem.

Tāpēc šobrīd notiek pāreja no stacionāriem uz pārnēsājamiem maza izmēra rentgena difraktometriem, kas nodrošina detaļu vai priekšmetu materiāla spriegumu novērtējumu bez iznīcināšanas to izgatavošanas un ekspluatācijas posmos.

DRP * 1 sērijas pārnēsājamie rentgena difraktometri ļauj kontrolēt atlikušos un efektīvos spriegumus liela izmēra daļās, izstrādājumos un konstrukcijās bez iznīcināšanas

Programma Windows vidē ļauj ne tikai noteikt spriegumus, izmantojot "sin 2 ψ" metodi reāllaikā, bet arī sekot līdzi fāzes sastāva un faktūras izmaiņām. Lineāro koordinātu detektors nodrošina vienlaicīgu reģistrāciju pie difrakcijas leņķiem 2θ = 43°. Iekārtas radioloģisko drošību nodrošina maza izmēra "Fox" tipa rentgenlampas ar augstu spilgtumu un mazu jaudu (5 W), kurās 25 cm attālumā no apstarotās zonas radiācijas līmenis ir vienāds ar dabiskā fona līmenis. DRP sērijas ierīces tiek izmantotas spriegumu noteikšanai dažādos metāla formēšanas, griešanas, slīpēšanas, termiskās apstrādes, metināšanas, virsmas rūdīšanas posmos, lai optimizētu šīs tehnoloģiskās darbības. Kontrole pār radīto atlikušo spiedes spriegumu līmeņa kritumu īpaši kritiskos izstrādājumos un konstrukcijās to darbības laikā ļauj izņemt produktu no ekspluatācijas pirms tā iznīcināšanas, novēršot iespējamās avārijas un katastrofas.

3.2. Spektra analīze

Līdz ar materiāla atomu kristāliskās struktūras un fāzu sastāva noteikšanu tā pilnīgai raksturošanai obligāti jānosaka tā ķīmiskais sastāvs.

Šajos nolūkos praksē arvien biežāk tiek izmantotas dažādas tā sauktās instrumentālās spektrālās analīzes metodes. Katram no tiem ir savas priekšrocības un pielietojums.

Viena no svarīgākajām prasībām daudzos gadījumos ir, lai izmantotā metode nodrošinātu analizējamā objekta drošību; Tieši šīs analīzes metodes ir apskatītas šajā sadaļā. Nākamais kritērijs, pēc kura tika izvēlētas šajā sadaļā aprakstītās analīzes metodes, ir to atrašanās vieta.

Fluorescējošās rentgenstaru spektrālās analīzes metode ir balstīta uz diezgan cieta rentgena starojuma (no rentgenstaru caurules) iekļūšanu analizējamā objektā, kas iekļūst slānī, kura biezums ir vairāki mikrometri. Raksturīgais rentgena starojums, kas šajā gadījumā rodas objektā, ļauj iegūt vidējos datus par tā ķīmisko sastāvu.

Vielas elementārā sastāva noteikšanai var izmantot uz rentgenstaru caurules anoda novietota un elektronu bombardēšanai pakļauta parauga raksturīgā rentgena spektra analīzi - emisijas metodi vai spektra analīzi. parauga sekundārā (fluorescējošā) rentgena starojuma apstarošana ar cietajiem rentgena stariem no rentgenstaru lampas vai cita avota - fluorescējošā metode.

Emisijas metodes trūkums ir, pirmkārt, nepieciešamība novietot paraugu uz rentgenstaru caurules anoda, kam seko evakuācija ar vakuumsūkņiem; acīmredzot šī metode nav piemērota kūstošām un gaistošām vielām. Otrs trūkums ir saistīts ar faktu, ka elektronu bombardēšanas rezultātā tiek bojāti pat ugunsizturīgi objekti. Fluorescējošā metode ir brīva no šiem trūkumiem, un tāpēc tai ir daudz plašāks pielietojums. Fluorescējošās metodes priekšrocība ir arī bremsstrahlung neesamība, kas uzlabo analīzes jutīgumu. Kvalitatīvās analīzes pamatā ir izmērīto viļņu garumu salīdzinājums ar ķīmisko elementu spektrālo līniju tabulām, un kvantitatīvās analīzes pamatā ir dažādu elementu spektrālo līniju relatīvās intensitātes, kas veido parauga vielu. Apsverot raksturīgā rentgena starojuma ierosināšanas mehānismu, ir skaidrs, ka vienas vai otras sērijas (K vai L, M utt.) starojums rodas vienlaicīgi, un līniju intensitātes attiecība virknē vienmēr ir nemainīgs. Tāpēc šī vai cita elementa klātbūtni nosaka nevis atsevišķas līnijas, bet virkne līniju kopumā (izņemot vājākās, ņemot vērā šī elementa saturu). Relatīvi viegliem elementiem izmanto K sērijas līniju analīzi, smagajiem elementiem L sērijas līnijas; dažādos apstākļos (atkarībā no izmantotā aprīkojuma un analizētajiem elementiem) visērtāk var būt dažādi raksturīgā spektra apgabali.

Rentgenstaru spektrālās analīzes galvenās iezīmes ir šādas.

Rentgenstaru raksturīgo spektru vienkāršība pat smagajiem elementiem (salīdzinot ar optiskajiem spektriem), kas vienkāršo analīzi (mazs līniju skaits; līdzība to savstarpējā izkārtojumā; palielinoties sērijas numuram, regulāra spektra nobīde uz īsa viļņa garuma apgabals; kvantitatīvās analīzes salīdzinošā vienkāršība).

Viļņu garumu neatkarība no analizējamā elementa atomu stāvokļa (brīvi vai iekšā ķīmiskais savienojums). Tas ir saistīts ar faktu, ka raksturīgā rentgena starojuma rašanās ir saistīta ar iekšējo elektronisko līmeņu ierosmi, kas vairumā gadījumu praktiski nemainās līdz ar atomu jonizācijas pakāpi.

Atdalīšanas iespēja retzemju un dažu citu elementu analīzē, kuriem ir nelielas atšķirības spektros optiskajā diapazonā ārējo apvalku elektroniskās struktūras līdzības dēļ un ļoti maz atšķiras pēc to ķīmiskajām īpašībām.

Rentgena fluorescences spektroskopija ir "nesagraujoša", tāpēc tai ir priekšrocības salīdzinājumā ar parasto optisko spektroskopiju, analizējot plānus paraugus - plānas metāla loksnes, foliju utt.

Rentgenstaru fluorescences spektrometri, tostarp daudzkanālu spektrometri vai kvantometri, kas nodrošina elementu izteiktu kvantitatīvu analīzi (no Na vai Mg līdz U) ar kļūdu, kas mazāka par 1% no noteiktās vērtības, ar jutības slieksni 10 -3 ... 10-4%.

rentgena stars

Rentgenstaru spektrālā sastāva noteikšanas metodes

Spektrometri ir sadalīti divos veidos: kristāla difrakcijas un bezkristālu.

Rentgenstaru sadalīšana spektrā, izmantojot dabisko difrakcijas režģi - kristālu - būtībā ir līdzīga parasto gaismas staru spektra iegūšanai, izmantojot mākslīgo difrakcijas režģi periodisku triecienu veidā uz stikla. Difrakcijas maksimuma veidošanās nosacījumu var uzrakstīt kā "atspīduma" nosacījumu no paralēlu atomu plakņu sistēmas, kas atdalītas ar attālumu d hkl .

Veicot kvalitatīvu analīzi, par elementa klātbūtni paraugā var spriest pēc vienas līnijas - parasti visintensīvākās spektrālās rindas līnijas, kas piemērota konkrētajam analizatora kristālam. Kristālu difrakcijas spektrometru izšķirtspēja ir pietiekama, lai atdalītu raksturīgās līnijas pat periodiskajā tabulā blakus esošajiem elementiem. Taču jāņem vērā arī dažādu elementu dažādu līniju uzlikšana, kā arī dažāda pasūtījuma atspulgu uzlikšana. Šis apstāklis ​​jāņem vērā, izvēloties analītiskās līnijas. Tajā pašā laikā ir jāizmanto iespējas uzlabot ierīces izšķirtspēju.

Secinājums

Tādējādi rentgenstari ir neredzams elektromagnētiskais starojums ar viļņa garumu 10 5 - 10 2 nm. Rentgenstari var iekļūt dažos materiālos, kas ir necaurredzami redzamai gaismai. Tie tiek emitēti vielā ātro elektronu palēninājuma laikā (nepārtraukts spektrs) un elektronu pārejā no atoma ārējiem elektronu apvalkiem uz iekšējiem (lineārais spektrs). Rentgena starojuma avoti ir: Rentgena caurule, daži radioaktīvie izotopi, elektronu paātrinātāji un akumulatori (sinhrotronu starojums). Uztvērēji - plēves, luminiscējošie ekrāni, kodolradiācijas detektori. Rentgenstarus izmanto rentgenstaru difrakcijas analīzē, medicīnā, defektu noteikšanā, rentgenstaru spektrālajā analīzē utt.

Apsverot V. Rentgena atklājuma pozitīvos aspektus, jāatzīmē tā kaitīgā bioloģiskā ietekme. Izrādījās, ka rentgenstari var izraisīt tādu kā smagu saules apdegumu (eritēmu), ko pavada tomēr dziļāki un paliekošāki ādas bojājumi. Parādās čūlas bieži pārvēršas par vēzi. Daudzos gadījumos nācās amputēt pirkstus vai rokas. Bija arī nāves gadījumi.

Ir konstatēts, ka ādas bojājumus var izvairīties, samazinot ekspozīcijas laiku un devu, izmantojot ekranējumu (piemēram, svinu) un tālvadības pultis. Bet pakāpeniski atklājās citas, ilgākas rentgenstaru iedarbības sekas, kuras pēc tam tika apstiprinātas un pētītas ar izmēģinājuma dzīvniekiem. Rentgenstaru un cita jonizējošā starojuma (piemēram, radioaktīvo materiālu izstarotā gamma starojuma) radītās sekas ir šādas:

) īslaicīgas izmaiņas asins sastāvā pēc salīdzinoši nelielas pārmērīgas iedarbības;

) neatgriezeniskas izmaiņas asins sastāvā (hemolītiskā anēmija) pēc ilgstošas ​​pārmērīgas iedarbības;

) vēža (tostarp leikēmijas) sastopamības palielināšanās;

) ātrāka novecošana un priekšlaicīga nāve;

) kataraktas rašanās.

Rentgenstaru bioloģisko ietekmi uz cilvēka ķermeni nosaka starojuma devas līmenis, kā arī tas, kurš konkrētais ķermeņa orgāns tika pakļauts starojumam.

Zināšanu uzkrāšanās par rentgena starojuma ietekmi uz cilvēka organismu ir novedusi pie nacionālo un starptautisko pieļaujamo starojuma devu standartu izstrādes, kas publicēti dažādās uzziņas publikācijās.

Lai izvairītos no rentgenstaru kaitīgās ietekmes, tiek izmantotas kontroles metodes:

) atbilstoša aprīkojuma pieejamība,

) drošības noteikumu ievērošanas uzraudzību,

) pareiza aprīkojuma lietošana.

Izmantoto avotu saraksts

1) Blokhin M.A., Rentgenstaru fizika, 2. izdevums, M., 1957;

) Blokhin M.A., Methods of Rentgenstaru spektrālo pētījumu, M., 1959;

) Rentgena stari. sestdien ed. M.A. Blohins, trans. ar viņu. un angļu valoda, M., 1960;

) Kharaja F., Vispārējais rentgena inženierijas kurss, 3. izd., M. - L., 1966;

) Mirkin L.I., Handbook of X-ray diffraction analysis of polycrystals, M., 1961;

) Weinstein E.E., Kakhana M.M., Atsauces tabulas par rentgena spektroskopiju, M., 1953.

) Rentgenstaru un elektronoptiskā analīze. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Pabalsts augstskolām. - 4. izd. Pievienot. Un pārstrādātājs. - M.: "MISiS", 2002. - 360 lpp.

Lietojumprogrammas

1. pielikums

Rentgena lampu vispārējais skats

2.pielikums

Rentgena caurules shēma struktūras analīzei

Strukturālās analīzes rentgenstaru caurules shēma: 1 - metāla anoda stikls (parasti iezemēts); 2 - logi no berilija rentgena izvadei; 3 - termokatods; 4 - stikla spuldze, izolējot caurules anoda daļu no katoda; 5 - katoda spailes, kurām tiek pielikts kvēldiega spriegums, kā arī augsts (attiecībā pret anodu) spriegums; 6 - elektrostatiskā sistēma elektronu fokusēšanai; 7 - anods (antikatods); 8 - atzarojuma caurules tekoša ūdens ievadīšanai un izvadīšanai, kas atdzesē anoda stiklu.

3. pielikums

Moseley diagramma

Moseley diagramma raksturīgo rentgenstaru K-, L- un M-sērijas. Abscisa parāda elementa Z kārtas numuru, ordinātas - ( Ar ir gaismas ātrums).

4. pielikums

Jonizācijas kamera.

1. att. Cilindriskas jonizācijas kameras sekcija: 1 - kameras cilindrisks korpuss, kas kalpo kā negatīvais elektrods; 2 - cilindrisks stienis, kas kalpo kā pozitīvs elektrods; 3 - izolatori.

Rīsi. 2. Strāvas jonizācijas kameras ieslēgšanas shēma: V - spriegums uz kameras elektrodiem; G ir galvanometrs, kas mēra jonizācijas strāvu.

Rīsi. 3. Jonizācijas kameras strāvas-sprieguma raksturlielums.

Rīsi. 4. Impulsu jonizācijas kameras ieslēgšanas shēma: C - savācējelektroda kapacitāte; R ir pretestība.

5.pielikums

Scintilācijas skaitītājs.

Shēma scintilācijas skaitītājs: gaismas kvanti (fotoni) "izsit" elektronus no fotokatoda; pārejot no dinodes uz dinodi, elektronu lavīna vairojas.

6. pielikums

Ģēģera-Mullera skaitītājs.

Rīsi. 1. Stikla Geigera-Mullera skaitītāja shēma: 1 - hermētiski noslēgta stikla caurule; 2 - katods (plāns vara slānis uz nerūsējošā tērauda caurules); 3 - katoda izeja; 4 - anods (plāns izstiepts pavediens).

Rīsi. 2. Geigera-Mullera skaitītāja ieslēgšanas shēma.

Rīsi. 3. Geigera-Mullera skaitītāja skaitīšanas raksturlielums.

7.pielikums

proporcionālais skaitītājs.

Proporcionālā skaitītāja shēma: a - elektronu dreifa apgabals; b - gāzes pastiprināšanas laukums.

8.pielikums

Pusvadītāju detektori

Pusvadītāju detektori; jutīgā zona tiek izcelta ar izšķilšanos; n - pusvadītāja apgabals ar elektronisko vadītspēju, p - ar caurumu, i - ar iekšējo vadītspēju; a - silīcija virsmas barjeras detektors; b - drift germānija-litija plakanais detektors; c - germānija-litija koaksiālais detektors.