1. Raze X. Proprietăți de raze X.

În 1895, în timp ce experimenta fluxul de electroni într-un tub evacuat, fizicianul german Wilhelm Konrad Röntgen a observat că o bucată de cianură de platină de bariu plasată în apropiere a început să emită lumină pe măsură ce tubul funcționa. El a sugerat că atunci când electronii din tub se ciocnesc cu corpul său de sticlă, se formează un tip necunoscut de radiație, care trece prin cameră și când este iradiat cu cianură de platină de bariu provoacă fluorescență. Cercetări mai aprofundate au arătat că hârtia, lemnul și aluminiul, precum și alte materiale, sunt transparente față de acest nou tip de radiații. Röntgen a constatat că noul tip de radiație a iluminat placa fotografică, dar nu a prezentat alte proprietăți caracteristice ale luminii, cum ar fi reflexia și refracția și, prin urmare, a concluzionat în mod eronat că nu are nicio legătură cu lumina. Datorită naturii necunoscute a razelor, el le-a numit raze X (raze extraordinare). A luat primele raze X ale structurii interne a obiectelor metalice și oasele din mâna soției sale. 44.1.

lungimea undă

FIG. 44.1. O fotografie a lui Wilhelm Röntgen și o radiografie a mâinii soției sale

S-a constatat că acestea nu erau particule încărcate. Nu s-au deviat într-un câmp electric sau magnetic. Natura undelor acestor raze a fost stabilită abia în 1912, când s-a observat difracția razelor X de pe o placă subțire de cristal. Astfel, s-a constatat că razele X sunt radiații electromagnetice cu unde scurte, cu o lungime de undă de 100 nm la aproximativ 0,0001 nm. În spectrul electromagnetic, razele Rö sunt situate între razele ultraviolete și razele γ, suprapunându-se parțial. Interferă și se difractează, au permeabilitate ridicată, acțiune fotochimică puternică, provoacă luminescență și ionizează substanțele prin care trec.


    1. Mecanism pentru obținerea razelor X. Tub cu raze X. Frânare și radiații caracteristice.

Razele X se obțin atunci când o țintă metalică este bombardată de electroni cu energie cinetică ridicată. Dispozitivele numite tuburi cu raze X sunt utilizate în acest scop (Fig. 44.2 și 44.3). Într-un tub de vid, un catod cu un fir încălzit electric și un anod, care este o placă metalică solidă, sunt plasate unul față de celălalt, între care se aplică o tensiune înaltă (câteva zeci sau sute de kilovolți). Electronii sunt eliberați din firul încălzit, care este conectat la polul negativ al sursei de înaltă tensiune, prin emisie de termoelectron. Acestea sunt accelerate de câmpul electric și direcționate către anod, care servește drept țintă. Când fasciculul de electroni interacționează cu ținta, apar două tipuri de raze X - frânare și caracteristică.

FIG. 44.2. Diagrama tubului cu raze X.

Figura 44.4. Spectrul de raze X.

Mecanismul apariției sale este diferit de cel în care se obține radiația de frânare. Apare în timpul tranzițiilor dintre straturile electronice interioare. Apare atunci când un electron de mare energie ucide un electron din straturile interioare de electroni ai atomilor substanței anodice. Spațiul liber este ocupat de un electron cu energie mai mare situat pe straturile electronice cele mai exterioare. În timpul tranziției electronului, este emis un foton cu o energie egală cu diferența de energie a celor două straturi (Fig. 44.5).

FIG. 44,5. Schema de obținere a radiațiilor cu raze X caracteristice.

Spectrele caracteristice cu raze X au o structură foarte simplă. Pentru fiecare element, acestea constau din grupuri de linii numite serii. Spre deosebire de spectrele optice, razele X nu se schimbă dacă atomul din care sunt emise este inclus într-un compus chimic.
Intensitatea și penetrarea razelor X.
Intensitatea razelor X depinde de tensiunea anodică U, curent anodic eu și numărul de serie Z a substanței anodice .

Puterea de penetrare a razelor X depinde de energia fotonului, adică. de lungime de undă. Crește cu lungimea de undă descrescătoare (frecvența crescândă). Radiațiile cu lungime de undă lungă și putere de penetrare redusă se numesc „moi”, iar radiațiile cu lungime de undă scurtă și putere de penetrare ridicată sunt denumite „dure”. Radiațiile cu o lungime de undă peste 0,1 nm se numesc raze X „moi”, iar la lungimi de undă sub 0,1 nm se numesc raze X „dure”. Duritatea radiației cu raze X poate fi ajustată prin schimbarea tensiunii dintre catod și anodul tubului cu raze X.


  1. Interacțiunea razelor X cu substanța. Răspândire coerentă. Împrăștiere incoerentă (efect Compton). Efect foto. Legea atenuării razelor X la trecerea prin substanță. Raport de pierdere în greutate.

Energia fotonului secundar este mai mică decât cea a primarului și, prin urmare, lungimea sa de undă este mai mare decât cea a primarului.

Aceste trei procese sunt procesele primare. La rândul lor, acestea conduc la procese secundare ulterioare, cum ar fi luminiscența cu raze X, fenomene fotochimice, formarea de peroxizi, conductivitate crescută și altele. Efectul biologic se obține prin fotoefect și împrăștiere incoerentă.


    1. Legea atenuării razelor X la trecerea prin substanță. Raport de pierdere în greutate .

Ca urmare a interacțiunii razelor X cu substanța, fluxul primar scade. Absorbția totală a radiației într-o substanță poate fi descrisă prin legea lui Lambert

,

Unde Euo este intensitatea radiației incidente, Eu este intensitatea stratului gros d radiații, este un coeficient liniar de scădere în greutate.

La rândul său, factorul de pierdere în greutate depinde de absorbția și împrăștierea radiației în substanță. La rândul său, coeficientul de absorbție depinde de densitatea substanței , numărul său de serie Z și lungimea de undă de radiații .

Substanța poate fi neomogenă. De exemplu, țesuturile corpului conțin atomi de elemente cu numere de serie diferite. În acest caz, așa-numitul număr efectiv Zef. Țesuturile moi sunt alcătuite din elemente cu un număr de secvență de la 1 la 8 (H, I, N, O) și au un număr efectiv de aproximativ 6. Oasele conțin elemente cu un număr mai mare de secvențe precum calciu și fosfor și numărul lor efectiv este 13,8. Din acest motiv, oasele absorb mai multe raze X.