Што се Х-зраци - својства и примена на зрачењето. Предавање Х-зраци Суштината на Х-зраците

Рендгенските зраци беа откриени случајно во 1895 година од познатиот германски физичар Вилхелм Рентген. Тој ги проучувал катодните зраци во цевката за празнење гас со низок притисок на висок напон помеѓу нејзините електроди. И покрај фактот дека цевката била во црна кутија, Рентген забележал дека флуоресцентниот екран, кој случајно се наоѓал во близина, светел секогаш кога цевката била во употреба. Се покажа дека цевката е извор на зрачење што може да навлезе во хартија, дрво, стакло, па дури и во алуминиумска плоча дебела еден и пол сантиметар.

Рендгенот утврдил дека цевката за испуштање гас е извор на нов тип на невидливо зрачење со голема продорна моќ. Научникот не можеше да утврди дали ова зрачење е млаз од честички или бранови и решил да му го даде името Х-зраци. Тие подоцна беа наречени рендгенски зраци

Сега е познато дека рендгенските зраци се еден вид електромагнетно зрачење, кои имаат пократка бранова должина од ултравиолетовите електромагнетни бранови. Брановата должина на Х зраците се движи од 70 nmдо 10 -5 nm. Колку е пократка брановата должина на Х-зраците, толку е поголема енергијата на нивните фотони и поголема е нивната продорна моќ. Х-зраци со релативно долга бранова должина (повеќе од 10 nm), се нарекуваат меки. Бранова должина 1 - 10 nmкарактеризира тешкоХ-зраци. Имаат огромна продорна моќ.

Примање на Х-зраци

Х-зраците се создаваат кога брзите електрони или катодни зраци се судираат со ѕидовите или анодата на цевката за празнење гас со низок притисок. Модерна рендгенска цевка е евакуиран стаклен цилиндар со катода и анода сместени во него. Потенцијалната разлика помеѓу катодата и анодата (анти-катода) достигнува неколку стотици киловолти. Катодата е влакно од волфрам што се загрева со електрична струја. Ова предизвикува катодата да емитува електрони како резултат на термионска емисија. Електроните се забрзуваат од електричното поле во рендгенската цевка. Бидејќи има многу мал број на молекули на гас во цевката, електроните практично не ја губат својата енергија на патот до анодата. Тие стигнуваат до анодата со многу голема брзина.

Х-зраците се произведуваат секогаш кога електроните кои се движат со голема брзина се забавуваат од анодниот материјал. Поголемиот дел од енергијата на електроните се троши како топлина. Затоа, анодата мора вештачки да се лади. Анодата во рендгенската цевка мора да биде направена од метал кој има висока точка на топење, како што е волфрам.

Делот од енергијата што не се дисипува во форма на топлина се претвора во енергија на електромагнетни бранови (Х-зраци). Така, Х-зраците се резултат на електронско бомбардирање на анодната супстанција. Постојат два вида рендгенско зрачење: инхибиторни и карактеристични.

Бремстралунг рендгенски снимки

Bremsstrahlung рендгенското зрачење се јавува кога електроните кои се движат со голема брзина се забавуваат од електричните полиња на атомите на анодата. Условите за запирање на поединечни електрони не се исти. Како резултат на тоа, различни делови од нивната кинетичка енергија се претвораат во енергија на Х-зраци.

Спектарот на bremsstrahlung на Х-зраци не зависи од природата на анодната супстанција. Како што е познато, енергијата на фотоните на Х-зраци ја одредува нивната фреквенција и бранова должина. Затоа, бремстралунг на рендген не е монохроматски. Се карактеризира со разновидни бранови должини кои можат да се претстават континуиран (континуиран) спектар.

Х-зраците не можат да имаат енергија поголема од кинетичката енергија на електроните што ги формираат. Најкратката бранова должина на зрачењето со Х-зраци одговара на максималната кинетичка енергија на електроните кои забавуваат. Колку е поголема потенцијалната разлика во рендгенската цевка, толку може да се добијат пократки бранови должини на зрачењето со Х-зраци.

Карактеристично зрачење со Х-зраци

Карактеристичното рендгенско зрачење не е континуирано, туку линиски спектар. Овој тип на зрачење се јавува кога брз електрон, достигнувајќи ја анодата, продира во внатрешните орбитали на атомите и исфрла еден од нивните електрони. Како резултат на тоа, се појавува слободен простор што може да се пополни со друг електрон што се спушта од една од горните атомски орбитали. Оваа транзиција на електрон од повисоко на пониско енергетско ниво произведува рендгенски зраци со специфична дискретна бранова должина. Затоа, карактеристичното рендгенско зрачење има линиски спектар. Фреквенцијата на карактеристичните линии на зрачење целосно зависи од структурата на електронските орбитали на атомите на анодата.

Спектрални линии на карактеристично зрачење на различни хемиски елементиимаат ист изглед, бидејќи структурата на нивните внатрешни електронски орбитали е идентична. Но, нивната бранова должина и фреквенција се должат на енергетските разлики помеѓу внатрешните орбитали на тешките и лесните атоми.

Фреквенцијата на линиите во спектарот на карактеристичното рендгенско зрачење се менува во согласност со атомскиот број на металот и се одредува со Мозелевата равенка: v 1/2 = А(З-Б), Каде З- атомски број на хемиски елемент, АИ Б- константи.

Примарни физички механизми на интеракција на зрачењето на Х-зраци со материјата

Примарната интеракција помеѓу Х-зраците и материјата се карактеризира со три механизми:

1. Кохерентно расејување. Оваа форма на интеракција се јавува кога фотоните на Х-зраци имаат помала енергија од енергијата на врзување на електроните за атомското јадро. Во овој случај, енергијата на фотонот не е доволна за ослободување на електрони од атомите на супстанцијата. Фотонот не се апсорбира од атомот, туку ја менува насоката на ширење. Во овој случај, брановата должина на зрачењето со Х-зраци останува непроменета.

2. Фотоелектричен ефект (фотоелектричен ефект). Кога фотон на Х-зраци ќе достигне атом на супстанција, може да исфрли еден од електроните. Ова се случува ако енергијата на фотонот ја надминува енергијата на врзување на електронот со јадрото. Во овој случај, фотонот се апсорбира и електронот се ослободува од атомот. Ако фотонот носи повеќе енергија отколку што е потребна за ослободување на електрон, тој ќе ја пренесе преостанатата енергија на ослободениот електрон во форма на кинетичка енергија. Овој феномен, наречен фотоелектричен ефект, се јавува кога се апсорбираат рендгенски зраци со релативно ниска енергија.

Атомот кој губи еден од своите електрони станува позитивен јон. Животот на слободните електрони е многу краток. Тие се апсорбираат од неутрални атоми, кои се претвораат во негативни јони. Резултатот од фотоелектричниот ефект е интензивна јонизација на супстанцијата.

Ако енергијата на фотонот на Х-зраци е помала од енергијата на јонизација на атомите, тогаш атомите одат во возбудена состојба, но не се јонизираат.

3. Некохерентно расејување (Комптон ефект). Овој ефект го откри американскиот физичар Комптон. Тоа се случува кога супстанцијата апсорбира рендгенски зраци со кратка бранова должина. Енергијата на фотонот на таквите Х-зраци е секогаш поголема од енергијата на јонизација на атомите на супстанцијата. Комптоновиот ефект произлегува од интеракцијата на високоенергетскиот фотон на Х-зраци со еден од електроните во надворешната обвивка на атомот, кој има релативно слаба врска со атомското јадро.

Високо-енергетски фотон пренесува дел од својата енергија на електронот. Возбудениот електрон се ослободува од атомот. Преостанатата енергија од оригиналниот фотон се емитува како фотон на рендген со подолга бранова должина под одреден агол во однос на насоката на движење на оригиналниот фотон. Секундарниот фотон може да јонизира друг атом итн. Овие промени во насоката и брановата должина на Х-зраците се познати како Комптоновиот ефект.

Некои ефекти од интеракцијата на Х-зраците со материјата

Како што споменавме погоре, Х-зраците се способни да возбудат атоми и молекули на материјата. Ова може да предизвика флуоресцирање на одредени супстанции (како цинк сулфат). Ако паралелен зрак на Х-зраци е насочен кон непроѕирни објекти, можете да набљудувате како зраците минуваат низ објектот со поставување на екран покриен со флуоресцентна супстанција.

Флуоресцентниот екран може да се замени со фотографски филм. Х-зраците имаат ист ефект врз фотографската емулзија како светлината. Двата методи се користат во практичната медицина.

Друг важен ефект на Х-зраците е нивната јонизирачка способност. Ова зависи од нивната бранова должина и енергија. Овој ефект обезбедува метод за мерење на интензитетот на х-зраците. Кога рендгенските зраци минуваат низ комората за јонизација, се создава електрична струја, чија големина е пропорционална на интензитетот на зрачењето на Х-зраци.

Апсорпција на Х-зраци од материјата

Како што рендгенските зраци минуваат низ материјата, нивната енергија се намалува поради апсорпција и расејување. Слабеењето на интензитетот на паралелниот зрак на Х-зраци што минува низ супстанција е одредено со Бугеовиот закон: I = I0 e -μd, Каде јас 0- почетен интензитет на рендгенско зрачење; Јас- интензитетот на рендгенските зраци кои минуваат низ слојот на материјата, г-дебелина на абсорбента слој , μ - линеарен коефициент на слабеење. Тој еднаков на збиротдве количини: т- линеарен коефициент на апсорпција и σ - коефициент на линеарна дисипација: μ = τ+ σ

Експериментите открија дека линеарниот коефициент на апсорпција зависи од атомскиот број на супстанцијата и брановата должина на Х-зраците:

τ = kρZ 3 λ 3, Каде к- коефициент на директна пропорционалност, ρ - густина на супстанцијата, З- атомски број на елементот, λ - бранова должина на х-зраци.

Зависноста од Z е многу важна од практична гледна точка. На пример, коефициентот на апсорпција на коските, кои се составени од калциум фосфат, е речиси 150 пати повисок од оној на меките ткива ( З=20 за калциум и З=15 за фосфор). Кога рендгенските зраци минуваат низ човечкото тело, коските јасно се истакнуваат наспроти позадината на мускулите, сврзното ткивои така натаму.

Познато е дека органите за варење имаат ист коефициент на апсорпција како и другите меки ткива. Но, сенката на хранопроводникот, желудникот и цревата може да се разликува ако пациентот зема контрастно средство - бариум сулфат ( Z= 56 за бариум). Бариум сулфатот е многу непроѕирен за рендгенските зраци и често се користи за рендгенско испитување на гастроинтестиналниот тракт. Одредени непроѕирни мешавини се инјектираат во крвотокот со цел да се испита состојбата на крвните садови, бубрезите итн. Во овој случај, јод, чиј атомски број е 53, се користи како контрастно средство.

Зависност на апсорпцијата на Х-зраци од Зсе користи и за заштита од можните штетни ефекти на рендгенските зраци. За оваа намена се користи олово, количината Зза што е еднакво на 82.

Примена на Х-зраци во медицината

Причината за употребата на рендгенските зраци во дијагностиката беше нивната висока продорна способност, една од главните својства на рентген зрачење. Во раните денови по неговото откривање, рендгенските зраци најчесто се користеле за испитување на фрактури на коските и одредување на локацијата на туѓите тела (како куршуми) во човечкото тело. Во моментов, се користат неколку дијагностички методи со користење на х-зраци (дијагностика со рендген).

Х-зраци . Уредот за рендген се состои од извор на рендген (ренгенска цевка) и флуоресцентен екран. Откако рендгенските снимки ќе поминат низ телото на пациентот, лекарот забележува негова слика во сенка. Помеѓу екранот и очите на лекарот треба да се инсталира оловно прозорец за да се заштити лекарот од штетните ефекти на рендгенските зраци. Овој метод овозможува проучување на функционалната состојба на одредени органи. На пример, лекарот може директно да ги набљудува движењата на белите дробови и минувањето на контрастното средство низ гастроинтестиналниот тракт. Недостатоците на овој метод се недоволно контрастни слики и релативно големи дози на зрачење кои ги прима пациентот за време на постапката.

Флуорографија . Овој метод се состои од фотографирање на дел од телото на пациентот. Обично се користи за прелиминарните истражувањадржава внатрешни органипациенти кои користат мали дози на рендгенско зрачење.

Радиографија. (Рентген радиографија). Ова е метод на истражување со користење на рендгенски зраци во кои сликата се снима на фотографски филм. Фотографиите обично се прават во две нормални рамнини. Овој метод има некои предности. Фотографиите со рендген содржат повеќе детали од флуоресцентниот екран и затоа се поинформативни. Тие може да се зачуваат за понатамошна анализа. Вкупната доза на зрачење е помала од онаа што се користи во флуороскопијата.

Компјутеризирана рендгенска томографија . Опремен со компјутерска технологија, скенерот за аксијална томографија е најсовремениот дијагностички уред со рендген кој ви овозможува да добиете јасна слика за кој било дел од човечкото тело, вклучително и меките ткива на органите.

Првата генерација скенери за компјутерска томографија (КТ) вклучува специјална цевка за рендген која е прикачена на цилиндрична рамка. Тенок зрак на Х-зраци е насочен кон пациентот. Два детектори за рендген се прикачени на спротивната страна на рамката. Пациентот е во центарот на рамката, која може да се ротира за 180° околу неговото тело.

Рендгенски зрак поминува низ неподвижен објект. Детекторите ги добиваат и ги снимаат вредностите на апсорпција на различни ткива. Снимките се прават 160 пати додека рендгенската цевка се движи линеарно по скенираната рамнина. Потоа рамката се ротира за 1 0 и постапката се повторува. Снимањето продолжува додека рамката не се ротира за 180 0 . Секој детектор снима 28.800 рамки (180x160) за време на студијата. Информациите се обработуваат од компјутер, а сликата на избраниот слој се формира со помош на специјална компјутерска програма.

Втората генерација на КТ користи неколку рендгенски зраци и до 30 детектори за рендген. Ова овозможува да се забрза процесот на истражување до 18 секунди.

Третата генерација на КТ користи нов принцип. Широк зрак на рендген во облик на вентилатор го покрива предметот што се проучува, а рендгенското зрачење што минува низ телото го снимаат неколку стотици детектори. Времето потребно за истражување е намалено на 5-6 секунди.

КТ има многу предности во однос на претходните дијагностички методи со рендген. Се карактеризира со висока резолуција, што овозможува да се разликуваат суптилните промени во меките ткива. КТ ви овозможува да откриете патолошки процеси кои не можат да се откријат со други методи. Покрај тоа, употребата на КТ овозможува да се намали дозата на зрачење со Х-зраци што ја примаат пациентите за време на дијагностичкиот процес.

Х-зраците се вид на високоенергетско електромагнетно зрачење. Активно се користи во различни гранки на медицината.

Х-зраците се електромагнетни бранови чија фотонска енергија на скалата на електромагнетниот бран е помеѓу ултравиолетовото зрачење и гама-зрачењето (од ~10 eV до ~1 MeV), што одговара на бранови должини од ~10^3 до ~10^-2 ангстроми (од ~10^−7 до ~10^−12 m). Односно, тоа е неспоредливо потешко зрачење од видливата светлина, која е на оваа скала помеѓу ултравиолетовите и инфрацрвените („термички“) зраци.

Границата помеѓу Х-зраците и гама-зрачењето се разликува условно: нивните опсези се сечат, гама зраците можат да имаат енергија од 1 keV. Тие се разликуваат по потекло: гама зраците се емитуваат за време на процесите што се случуваат во атомските јадра, додека х-зраците се емитуваат за време на процесите што вклучуваат електрони (и слободни и оние кои се наоѓаат во електронските обвивки на атомите). Во исто време, невозможно е да се утврди од самиот фотон за време на кој процес се појавил, односно поделбата на опсегот на Х-зраци и гама е во голема мера произволна.

Опсегот на Х-зраци е поделен на „меки рендгенски зраци“ и „тврди“. Границата меѓу нив лежи на бранова должина од 2 ангстроми и 6 кеВ енергија.

Генератор на Х-зраци е цевка во која се создава вакуум. Таму се наоѓаат електроди - катода, на која се нанесува негативен полнеж и позитивно наелектризирана анода. Напонот меѓу нив е од десетици до стотици киловолти. Генерирањето на фотони на Х-зраци се случува кога електроните се „откинуваат“ од катодата и се удираат во површината на анодата со голема брзина. Резултирачкото зрачење на Х-зраци се нарекува „bremsstrahlung“; неговите фотони имаат различни бранови должини.

Во исто време, се генерираат фотони од карактеристичниот спектар. Некои од електроните во атомите на анодната супстанција се возбудени, односно се движат во повисоки орбити, а потоа се враќаат во нивната нормална состојба, испуштајќи фотони со одредена бранова должина. Во стандарден генератор се произведуваат двата типа на рендгенско зрачење.

Историја на откривање

На 8 ноември 1895 година, германскиот научник Вилхелм Конрад Рентген открил дека одредени супстанции почнале да светат кога се изложени на „катодни зраци“, односно проток на електрони генерирани од цевка со катоден зрак. Тој го објасни овој феномен со влијанието на одредени рендгенски зраци - вака сега се нарекува ова зрачење на многу јазици. Подоцна В.К. Рентген го проучувал феноменот што го открил. На 22 декември 1895 година, тој даде извештај на оваа тема на Универзитетот во Вирцбург.

Подоцна се покажа дека рендгенското зрачење било забележано порано, но тогаш феномените поврзани со него не биле дадени од големо значење. Катодната цевка е измислена многу одамна, но пред В.К. Никој не обрнуваше големо внимание на рендгенските снимки за поцрнување на фотографските плочи во негова близина итн. феномени. Непозната беше и опасноста од продорната радијација.

Видови и нивните ефекти врз телото

„Х-зраци“ е најблагиот вид на продорно зрачење. Прекумерната изложеност на меки рендгенски зраци наликува на ефектите од ултравиолетовото зрачење, но во потешка форма. На кожата се формира изгореница, но штетата е подлабока и многу побавно зараснува.

Тешкото рендгенско зрачење е полноправно јонизирачко зрачење кое може да доведе до зрачење. Квантите на Х-зраци можат да ги разделат протеинските молекули кои ги сочинуваат ткивата на човечкото тело, како и молекулите на ДНК на геномот. Но, дури и ако квантот на Х-зраци разбие молекула на вода, нема разлика: во овој случај, се формираат хемиски активни слободни радикали H и OH, кои самите се способни да влијаат на протеините и ДНК. Радијационата болест се јавува во потешка форма, толку повеќе се засегнати хематопоетските органи.

Х-зраците имаат мутагена и канцерогена активност. Ова значи дека веројатноста за спонтани мутации во клетките за време на зрачење се зголемува, а понекогаш и здравите клетки може да се дегенерираат во канцерогени. Зголемената веројатност за малигни тумори е стандардна последица на каква било изложеност на зрачење, вклучително и Х-зраци. Рендгенските зраци се најмалку опасниот вид на продорно зрачење, но тие сепак можат да бидат опасни.

Х-зраци зрачење: примена и како функционира

Х-зраци зрачењето се користи во медицината, како и во други области на човековата активност.

Флуороскопија и компјутерска томографија

Најчеста употреба на Х-зраци е флуороскопија. „Х-зраци“ на човечкото тело ви овозможува да добиете детална слика на двете коски (тие се најјасно видливи) и слики на внатрешните органи.

Различната транспарентност на телесните ткива на рендгенските снимки е поврзана со нивниот хемиски состав. Структурните карактеристики на коските се дека содржат многу калциум и фосфор. Другите ткива се состојат главно од јаглерод, водород, кислород и азот. Атомот на фосфор тежи речиси двојно повеќе од атом на кислород, а атом на калциум 2,5 пати (јаглеродот, азот и водородот се дури и полесни од кислородот). Во овој поглед, апсорпцијата на фотоните на Х-зраци во коските е многу поголема.

Покрај дводимензионалните „слики“, радиографијата овозможува да се создаде тродимензионална слика на орган: овој тип на радиографија се нарекува компјутеризирана томографија. За овие цели се користат меки рендгенски зраци. Количината на зрачење добиена од една слика е мала: приближно е еднаква на зрачењето добиено за време на 2-часовен лет во авион на височина од 10 km.

Откривањето на дефекти со рендген ви овозможува да откриете помали внатрешни дефекти на производите. За него се користат тврди рендгенски зраци, бидејќи многу материјали (метал, на пример) се слабо „транспарентни“ поради високата атомска масанивната составна супстанција.

Рендгенска дифракција и рендгенска флуоресцентна анализа

Х-зраците имаат својства што им овозможуваат детално да ги испитаат поединечните атоми. Анализата на дифракција на Х-зраци активно се користи во хемијата (вклучувајќи биохемија) и кристалографијата. Принципот на неговата работа е дифракционо расејување на Х-зраци на атоми на кристали или сложени молекули. Со помош на рендгенска дифракциона анализа, беше утврдена структурата на молекулата на ДНК.

Флуоресцентната анализа на Х-зраци ви овозможува брзо да одредите хемиски составсупстанции.

Постојат многу форми на радиотерапија, но сите тие вклучуваат употреба на јонизирачко зрачење. Радиотерапијата е поделена на 2 вида: корпускуларна и брановидна. Корпускуларното користи флукс на алфа честички (јадра на атоми на хелиум), бета честички (електрони), неутрони, протони и тешки јони. Бранот користи зраци од електромагнетниот спектар - х-зраци и гама.

Методите на радиотерапија се користат првенствено за третман на рак. Факт е дека зрачењето првенствено влијае на клетките кои активно се делат, поради што хематопоетските органи страдаат толку многу (нивните клетки постојано се делат, создавајќи се повеќе и повеќе нови црвени крвни зрнца). Клетките на ракот, исто така, постојано се делат и се поранливи на зрачење отколку здравото ткиво.

Се користи ниво на зрачење кое ја потиснува активноста на канцерогените клетки додека има умерен ефект врз здравите клетки. Под влијание на зрачењето, не се случува уништување на клетките како такви, туку оштетување на нивниот геном - молекули на ДНК. Клетката со уништен геном може да постои некое време, но повеќе не може да се дели, односно растот на туморот запира.

Терапијата со рендген е најблагата форма на радиотерапија. Брановото зрачење е помеко од корпускуларното зрачење, а х-зраците се помеки од гама зрачењето.

За време на бременоста

Користењето јонизирачко зрачење за време на бременоста е опасно. Х-зраците се мутагени и можат да предизвикаат проблеми кај фетусот. Терапијата со рендген е некомпатибилна со бременоста: може да се користи само ако веќе е одлучено да се абортира. Ограничувањата за флуороскопија се поблаги, но во првите месеци и таа е строго забранета.

Кога итен случајРендгенскиот преглед се заменува со магнетна резонанца. Но, и во првиот триместар се обидуваат да го избегнат (овој метод се појави неодамна, и можеме со апсолутна сигурност да кажеме дека нема штетни последици).

Јасна опасност се јавува кога се изложени на вкупна доза од најмалку 1 mSv (во старите единици - 100 mR). Со едноставна рендгенска снимка (на пример, кога се подложува на флуорографија), пациентот добива приближно 50 пати помалку. За да добиете таква доза одеднаш, треба да подлежите на детална компјутерска томографија.

Тоа е, фактот на 1-2 x „Рентген“ сам по себе во рана фаза од бременоста не се заканува со сериозни последици (но подобро е да не се ризикува).

Третман со него

Х-зраците се користат првенствено во борбата против малигните тумори. Овој метод е добар затоа што е многу ефикасен: го убива туморот. Лошо е затоа што здравите ткива се малку подобро и има бројни несакани ефекти. Во особена опасност се хематопоетските органи.

Во пракса, се користат различни методи за намалување на влијанието на рендгенските зраци врз здравото ткиво. Зраците се насочени под агол, така што туморот е во областа на нивното пресекување (поради ова, главната апсорпција на енергија се јавува токму таму). Понекогаш постапката се изведува во движење: телото на пациентот ротира во однос на изворот на зрачење околу оската што минува низ туморот. Во овој случај, здравите ткива се во зоната на зрачење само повремено, а болните ткива постојано се изложени.

Рендгенските снимки се користат во лекување на одредени артрози и слични болести, како и кожни болести. Во овој случај, синдромот на болка се намалува за 50-90%. Бидејќи зрачењето што се користи е помеко, не се забележани несакани ефекти слични на оние што се јавуваат при лекување на тумори.

Современата медицинска дијагноза и третман на одредени болести не може да се замисли без уреди кои ги користат својствата на рендгенското зрачење. Откривањето на Х-зраците се случило пред повеќе од 100 години, но дури и сега продолжува работата на создавање на нови техники и уреди за минимизирање на негативните ефекти на зрачењето врз човечкото тело.

Кој и како ги открил рендгенските зраци?

Во природни услови, рендгенските флукс се ретки и се емитуваат само од одредени радиоактивни изотопи. Х-зраците или рендгенските зраци биле откриени дури во 1895 година од германскиот научник Вилхелм Рентген. Ова откритие се случи случајно, за време на експеримент за проучување на однесувањето на светлосните зраци во услови кои се приближуваат до вакуум. Експериментот вклучуваше катодна цевка за празнење на гас со намален притисок и флуоресцентен екран, кој секој пат почна да свети во моментот кога цевката почна да работи.

Заинтересиран за чудниот ефект, Рентген спроведе серија студии кои покажаа дека добиеното зрачење, невидливо за окото, е способно да навлезе низ различни препреки: хартија, дрво, стакло, некои метали, па дури и низ човечкото тело. И покрај недоволното разбирање на самата природа на она што се случува, дали таквата појава е предизвикана од генерирање на проток на непознати честички или бранови, забележана е следнава шема - зрачењето лесно поминува низ меките ткива на телото, и многу потешко преку тврди живи ткива и неживи материи.

Рентген не бил првиот што го проучувал овој феномен. Во средина XIX век, слични можности проучувале Французинот Антоан Мејсон и Англичанецот Вилијам Крукс. Сепак, токму Роентген прв измислил катодна цевка и индикатор што може да се користи во медицината. Тој беше првиот што објави трактат, што му ја донесе титулата прв Нобеловецмеѓу физичарите.

Во 1901 година, започна плодна соработка помеѓу тројца научници, кои станаа основачи на радиологијата и радиологијата.

Својства на Х-зраци

Х-зраците се компонентаопшт спектар на електромагнетно зрачење. Брановата должина лежи помеѓу гама и ултравиолетовите зраци. Х-зраците ги имаат сите вообичаени својства на бранови:

дифракција;
рефракција;
мешање;
брзина на ширење (тоа е еднакво на светлината).

За вештачко генерирање на флукс на Х-зраци, се користат специјални уреди - цевки за рендген. Зрачењето на Х-зраци се јавува поради контакт на брзи електрони од волфрам со супстанции што испаруваат од топлата анода. Наспроти позадината на интеракцијата, се појавуваат електромагнетни бранови со кратка должина, лоцирани во спектарот од 100 до 0,01 nm и во енергетскиот опсег од 100-0,1 MeV. Ако брановата должина на зраците е помала од 0,2 nm, ова е тешко зрачење; ако брановата должина е поголема од оваа вредност, тие се нарекуваат меки рендгенски зраци.

Значајно е што кинетичката енергија што произлегува од контактот на електроните и анодната супстанција 99% се претвора во топлинска енергија, а само 1% се рендгенски зраци.

Х-зраци зрачење – bremsstrahlung и карактеристично

Х-зрачењето е суперпозиција на два вида зраци - bremsstrahlung и карактеристични. Тие се генерираат во цевката истовремено. Затоа, зрачењето со Х-зраци и карактеристиките на секоја специфична рендгенска цевка - нејзиниот спектар на зрачење - зависат од овие индикатори и го претставуваат нивното преклопување.

Bremsstrahlung или континуираните рендгенски зраци се резултат на забавување на електроните испарувани од волфрамовото влакно.

Карактеристични или линиски рендгенски зраци се формираат во моментот на преструктуирање на атомите на супстанцијата на анодата на рендгенската цевка. Брановата должина на карактеристичните зраци директно зависи од атомскиот број на хемискиот елемент што се користи за правење на анодата на цевката.

Наведените својства на Х-зраците им овозможуваат да се користат во пракса:

невидливост за обичните очи;
висока продорна способност низ живи ткива и неживи материјали кои не пренесуваат зраци од видливиот спектар;
јонизирачки ефект врз молекуларните структури.

Принципи на рендгенско снимање

Карактеристиките на рендгенските зраци на кои се базира снимањето се способноста или да се разградат или да предизвикаат сјај на одредени супстанции.

Зрачењето со рендген предизвикува флуоресцентен сјај во сулфидите на кадмиум и цинк - зелени, а во калциумовиот волфрам - сино. Ова својство се користи во медицинските техники за снимање на рендген, а исто така ја зголемува функционалноста на екраните со рендген.

Фотохемискиот ефект на рендгенските зраци на фотосензитивните сребрени халидни материјали (изложеност) овозможува дијагностика - фотографирање со рендген. Ова својство се користи и при мерење на вкупната доза што ја примаат лабораториските асистенти во просториите за рендген. Телесните дозиметри содржат специјални чувствителни ленти и индикатори. Јонизирачкиот ефект на зрачењето со Х-зраци овозможува да се одредат квалитативните карактеристики на добиените рендгенски зраци.

Еднократно изложување на зрачење од конвенционалните рендгенски зраци го зголемува ризикот од рак за само 0,001%.

Области каде што се користат Х-зраци

Употребата на Х-зраци е дозволена во следните индустрии:

Безбедност. Стационарни и преносливи уреди за откривање на опасни и забранети предмети на аеродроми, царина или на преполни места.
Хемиска индустрија, металургија, археологија, архитектура, градежништво, реставраторски работи - за откривање на дефекти и спроведување хемиска анализа на супстанции.
Астрономија. Помага во следењето космички телаи феномени со помош на телескопи со Х-зраци.
Воена индустрија. Да се развие ласерско оружје.

Главната примена на рендгенското зрачење е во медицинската област. Денес во делот на медицинската радиологија се вклучени: радиодијагноза, радиотерапија (рентген терапија), радиохирургија. Медицински универзитетидипломираат високо специјализирани специјалисти – радиолози.

Х-зрачење - штета и корист, ефекти врз телото

Високата продорна моќ и јонизирачкиот ефект на Х-зраците може да предизвикаат промени во структурата на клеточната ДНК и затоа претставуваат опасност за луѓето. Штетата од х-зраците е директно пропорционална со добиената доза на зрачење. Различни органи реагираат на зрачење во различен степен. Најподложните вклучуваат:

коскена срцевина и коскено ткиво;
леќа на окото;
тироидна жлезда;
млечни и репродуктивни жлезди;
ткивото на белите дробови.

Неконтролирана употреба на зрачење со Х-зраци може да предизвика реверзибилни и неповратни патологии.

Последици од зрачење со Х-зраци:

оштетување на коскената срцевина и појава на патологии на хематопоетскиот систем - еритроцитопенија, тромбоцитопенија, леукемија;
оштетување на леќата, со последователен развој на катаракта;
клеточни мутации кои се наследни;
развој на рак;
примање изгореници од зрачење;
развој на радијациона болест.

Важно! За разлика од радиоактивните материи, Х-зраците не се акумулираат во ткивата на телото, што значи дека рендгенските зраци не треба да се отстрануваат од телото. Штетното дејство на рендгенското зрачење завршува кога медицинскиот уред е исклучен.

Употребата на рендгенско зрачење во медицината е дозволена не само за дијагностички (трауматологија, стоматологија), туку и за терапевтски цели:

Х-зраците во мали дози го стимулираат метаболизмот во живите клетки и ткива;
одредени ограничувачки дози се користат за третман на онколошки и бенигни неоплазми.

Методи за дијагностицирање на патологии со помош на Х-зраци

Радиодијагностиката ги вклучува следниве техники:

Флуороскопијата е студија за време на која се добива слика на флуоресцентен екран во реално време. Заедно со класичното стекнување на слика на дел од телото во реално време, денес постојат технологии за трансилуминација на телевизија со рендген - сликата се пренесува од флуоресцентен екран на телевизиски монитор сместен во друга просторија. Развиени се неколку дигитални методи за обработка на добиената слика, проследено со нејзино пренесување од екранот на хартија.
Флуорографијата е најевтиниот метод за испитување на органите на градниот кош, кој се состои од земање слика со намален размер од 7х7 см.И покрај веројатноста за грешка, тоа е единствениот начин да се спроведе масовно годишно испитување на населението. Методот не е опасен и не бара отстранување на добиената доза на зрачење од телото.
Радиографија е производство на збирна слика на филм или хартија за да се разјасни обликот на органот, неговата положба или тон. Може да се користи за проценка на перисталтиката и состојбата на мукозните мембрани. Ако има избор, тогаш меѓу современите рендгенски уреди, предност не треба да се даде ниту на дигиталните уреди, каде што флуксот на рендген може да биде поголем од оној на старите уреди, туку на уредите со ниски дози на Х-зраци со директно рамно полупроводнички детектори. Тие ви дозволуваат да го намалите оптоварувањето на телото за 4 пати.
Компјутеризираната рендгенска томографија е техника со која се користат рендгенски зраци за да се добие потребниот број на слики од делови од избран орган. Помеѓу многуте сорти на современи КТ уреди, компјутерските томографи со мала доза со висока резолуција се користат за серија повторени студии.

Радиотерапија

Терапијата со рендген е локален третман. Најчесто, методот се користи за уништување на клетките на ракот. Бидејќи ефектот е споредлив со хируршко отстранување, овој метод на лекување често се нарекува радиохирургија.

Денес, третманот со рендген се врши на следниве начини:

Надворешна (протонска терапија) - зрак на зрачење влегува во телото на пациентот однадвор.
Внатрешна (брахитерапија) - употреба на радиоактивни капсули со нивно вградување во телото, ставајќи ги поблиску до канцерогениот тумор. Недостаток на овој метод на лекување е што додека не се отстрани капсулата од телото, пациентот треба да биде изолиран.

Овие методи се нежни, а во некои случаи се претпочита нивната употреба од хемотерапијата. Оваа популарност се должи на фактот дека зраците не се акумулираат и не бараат отстранување од телото, тие имаат селективен ефект, без да влијаат на другите клетки и ткива.

Безбедно ограничување на изложеноста на Х-зраци

Овој индикатор за норма на дозволена годишна изложеност има свое име - генетски значајна еквивалентна доза (GSD). Овој индикатор нема јасни квантитативни вредности.

Овој индикатор зависи од возраста на пациентот и желбата да има деца во иднина.
Зависи од тоа кои органи биле прегледани или третирани.
ГЗД е под влијание на нивото на природна радиоактивна позадина во регионот каде што живее едно лице.

Денес се на сила следните просечни стандарди на ГЗД:

нивото на изложеност од сите извори, со исклучок на медицинските, и без да се земе предвид природното позадинско зрачење - 167 mrem годишно;
нормата за годишен лекарски преглед не е поголема од 100 mrem годишно;
вкупната безбедна вредност е 392 mrem годишно.

Рендгенското зрачење не бара отстранување од телото и е опасно само во случај на интензивна и продолжена изложеност. Современата медицинска опрема користи ниско-енергетско зрачење со кратко траење, така што неговата употреба се смета за релативно безопасна.

Современата медицина користи многу лекари за дијагноза и терапија. Некои од нив се користат релативно неодамна, додека други се практикуваат десетици, па дури и стотици години. Исто така, пред сто и десет години, Вилијам Конрад Рентген откри неверојатни рендгенски зраци, кои предизвикаа значителна резонанца во научниот и медицинскиот свет. И сега лекарите ширум светот ги користат во својата пракса. Темата на нашиот денешен разговор ќе бидат рендгенските зраци во медицината, ќе разговараме за нивната употреба малку подетално.

Х-зраците се вид на електромагнетно зрачење. Тие се карактеризираат со значителни продорен квалитети, кои зависат од брановата должина на зрачењето, како и од густината и дебелината на озрачените материјали. Покрај тоа, рендгенските зраци можат да предизвикаат голем број супстанции да светат, да влијаат на живите организми, да ги јонизираат атомите, а исто така да катализираат некои фотохемиски реакции.

Примена на Х-зраци во медицината

Денес, својствата на рендгенските зраци овозможуваат нивна широка примена во дијагностика со рендген и терапија со рендген.

Х-зраци дијагностика

Рендгенска дијагностика се користи при спроведување на:

Х-зраци (радиоскопија);
- радиографија (слика);
- флуорографија;
- Х-зраци и компјутерска томографија.

Х-зраци

За да се спроведе таква студија, пациентот мора да се постави помеѓу цевката за рендген и специјален флуоресцентен екран. Специјалист радиолог ја избира потребната ригидност на рендгенските зраци, добивајќи на екранот слика на внатрешните органи, како и на ребрата.

Радиографија

За да се спроведе оваа студија, пациентот се става на касета која содржи специјален фотографски филм. Апаратот за рендген се поставува директно над објектот. Како резултат на тоа, на филмот се појавува негативна слика на внатрешните органи, која содржи голем број мали детали, подетални отколку за време на флуороскопски преглед.

Флуорографија

Оваа студија се спроведува за време на масовни медицински прегледи на населението, вклучително и за откривање на туберкулоза. Во овој случај, слика од голем екран се проектира на посебен филм.

Томографија

При изведување на томографија, компјутерските зраци помагаат да се добијат слики на органи на неколку места одеднаш: во специјално избрани пресеци на ткиво. Оваа серија на х-зраци се нарекува томограм.

Компјутерски томограм

Оваа студија ви овозможува да снимате делови од човечкото тело користејќи скенер за рендген. После тоа, податоците се внесуваат во компјутер, што резултира со една слика со пресек.

Секој од наведените дијагностички методи се заснова на својствата на зракот на Х-зраци за осветлување на фотографскиот филм, како и на фактот дека човечките ткива и коски се разликуваат во различна пропустливост на нивните ефекти.

Терапија со Х-зраци

Способноста на Х-зраците да влијаат на ткивото на посебен начин се користи за лекување на туморски формации. Покрај тоа, јонизирачките квалитети на ова зрачење се особено забележливи кога влијаат на клетките кои се способни за брза поделба. Токму овие квалитети ги разликуваат клетките на малигните онколошки формации.

Сепак, вреди да се напомене дека терапијата со рендген може да предизвика многу сериозни несакани ефекти. Овој ефект има агресивен ефект врз состојбата на хематопоетскиот, ендокриниот и имунолошкиот систем, чии клетки исто така се делат многу брзо. Агресивното влијание врз нив може да предизвика знаци на зрачење.

Ефектот на зрачењето со Х-зраци врз луѓето

Додека ги проучувале рендгенските снимки, лекарите откриле дека тие можат да доведат до промени на кожата кои наликуваат на изгореници од сонце, но се придружени со подлабоко оштетување на кожата. За заздравувањето на таквите улцерации е потребно исклучително долго време. Научниците откриле дека таквите повреди може да се избегнат со намалување на времето и дозата на зрачење, како и со користење на специјални заштитни мерки и техники. далечински управувач.

Агресивните ефекти на Х-зраците може да се манифестираат и долгорочно: привремени или трајни промени во составот на крвта, подложност на леукемија и рано стареење.

Ефектот на рендгенските снимки врз една личност зависи од многу фактори: кој орган е зрачен и колку долго. Зрачењето на хематопоетските органи може да доведе до болести на крвта, а изложеноста на гениталиите може да доведе до неплодност.

Спроведувањето на систематско зрачење е полн со развој на генетски промени во телото.

Вистинската штета на Х-зраците во рендгенската дијагностика

При спроведување на преглед, лекарите користат минимален можен број на х-зраци. Сите дози на зрачење исполнуваат одредени прифатливи стандарди и не можат да му наштетат на некоја личност. Рендгенската дијагностика претставува значителна опасност само за лекарите кои ја вршат. И потоа современи методизаштитата помага да се намали агресијата на зраците на минимум.

Најбезбедните методи за дијагностика на Х-зраци вклучуваат радиографија на екстремитетите, како и рентген на забите. Следното место на ова рангирање е мамографијата, потоа компјутерската томографија, а потоа радиографијата.

За да може употребата на Х-зраци во медицината да донесе само придобивки за луѓето, неопходно е да се спроведе истражување со нивна помош само кога е индицирано.

Во проучувањето и практичната употреба на атомските феномени, Х-зраците играат една од најважните улоги. Благодарение на нивното истражување, беа направени многу откритија и беа развиени методи за анализа на супстанции, користени во различни области. Овде ќе разгледаме еден тип на рендгенски зраци - карактеристични рендгенски зраци.

Природата и својствата на Х-зраците

Рендгенското зрачење е висока фреквентна промена во состојбата на електромагнетното поле, што се шири во вселената со брзина од околу 300.000 km/s, односно електромагнетни бранови. На скалата на опсегот на електромагнетното зрачење, х-зраците се наоѓаат во регионот на бранова должина од приближно 10 -8 до 5∙10 -12 метри, што е неколку реда на големина пократко од оптичките бранови. Ова одговара на фреквенции од 3∙10 16 до 6∙10 19 Hz и енергии од 10 eV до 250 keV, или 1,6∙10 -18 до 4∙10 -14 J. Треба да се забележи дека границите на фреквентните опсези на електромагнетните зрачења се прилично произволни поради нивното преклопување.

Е интеракцијата на забрзаните наелектризирани честички (електрони со висока енергија) со електрични и магнетни полиња и со атоми на материјата.

Фотоните на рендгенските зраци се карактеризираат со високи енергии и висока продорна и јонизирачка моќ, особено за тврди рендгенски зраци со бранова должина помала од 1 нанометар (10 -9 m).

Х-зраците комуницираат со материјата, јонизирајќи ги нејзините атоми, во процесите на фотоелектричен ефект (фотоапсорпција) и некохерентно (Комптон) расејување. При фотоапсорпција, фотон на Х-зраци, апсорбиран од електрон на атомот, пренесува енергија на него. Ако неговата вредност ја надминува енергијата на врзување на електронот во атомот, тогаш тој го напушта атомот. Комптоновото расејување е карактеристично за поцврстите (енергични) фотони на Х-зраци. Дел од енергијата на апсорбираниот фотон се троши на јонизација; во овој случај, под одреден агол на насоката на примарниот фотон, се емитува секундарен, со помала фреквенција.

Видови на рендгенско зрачење. Bremsstrahlung

За производство на греди, се користат стаклени вакуумски цилиндри со електроди лоцирани внатре. Потенцијалната разлика помеѓу електродите треба да биде многу висока - до стотици киловолти. Термионската емисија се јавува на волфрамската катода, загреана со струја, односно од неа се испуштаат електрони, кои, забрзани од потенцијалната разлика, ја бомбардираат анодата. Како резултат на нивната интеракција со атомите на анодата (понекогаш наречена антикатода), се раѓаат фотони на Х-зраци.

Во зависност од тоа кој процес води до создавање на фотон, се разликуваат видови на рендгенско зрачење: bremsstrahlung и карактеристични.

Електроните можат, при средбата со анодата, да бидат забавени, односно да изгубат енергија внатре електрични полињанеговите атоми. Оваа енергија се емитува во форма на фотони на Х-зраци. Овој тип на зрачење се нарекува bremsstrahlung.

Јасно е дека условите за сопирање ќе се разликуваат за поединечни електрони. Тоа значи дека различни количини од нивната кинетичка енергија се претвораат во рендгенски зраци. Како резултат на тоа, bremsstrahlung вклучува фотони со различни фреквенции и, соодветно, бранови должини. Затоа, неговиот спектар е континуиран (континуиран). Понекогаш поради оваа причина се нарекуваат и „бели“ рендгенски зраци.

Енергијата на бремстралунг фотонот не може да ја надмине кинетичката енергија на електронот што го генерира, така што максималната фреквенција (и најкратката бранова должина) на бремстралунг зрачењето одговара на највисоката вредност на кинетичката енергија на електроните што се спуштаат на анодата. Последново зависи од потенцијалната разлика што се применува на електродите.

Постои уште еден вид на рендгенско зрачење, чиј извор е различен процес. Ова зрачење се нарекува карактеристично зрачење и на него ќе се задржиме подетално.

Како настанува карактеристичното рендгенско зрачење?

Откако стигна до анти-катодата, брз електрон може да навлезе во атомот и да исфрли електрон од една од долните орбитали, односно да му пренесе енергија доволна за надминување на потенцијалната бариера. Меѓутоа, ако има повисоки нивоа на енергија во атомот окупиран од електрони, испразнетиот простор нема да остане празен.

Мора да се запомни дека електронската структура на атомот, како и секој енергетски систем, има тенденција да ја минимизира енергијата. Слободното место формирано како резултат на нокаутирање се пополнува со електрон од едно од повисоките нивоа. Неговата енергија е поголема и, заземајќи пониско ниво, го испушта вишокот во форма на квантум на карактеристично зрачење со рендген.

Електронската структура на атомот е дискретно збир на можни енергетски состојби на електроните. Затоа, фотоните на Х-зраци кои се емитуваат за време на замената на слободните електрони, исто така, можат да имаат само строго дефинирани енергетски вредности, што ја одразува разликата во нивоата. Како резултат на тоа, карактеристичното рендгенско зрачење има спектар кој не е континуиран, туку линиски. Овој спектар овозможува да се карактеризира супстанцијата на анодата - оттука и името на овие зраци. Благодарение на спектралните разлики е јасно што се подразбира под bremsstrahlung и карактеристичното рендгенско зрачење.

Понекогаш вишокот енергија не се емитува од атомот, туку се троши на исфрлање на третиот електрон. Овој процес - таканаречениот Аугер ефект - е поверојатно да се случи кога енергијата на врзувањето на електроните не надминува 1 keV. Енергијата на ослободениот Ожеров електрон зависи од структурата на енергетските нивоа на атомот, затоа спектрите на таквите електрони се исто така дискретни по природа.

Општ поглед на карактеристичниот спектар

Тесни карактеристични линии се присутни во спектралната слика на Х-зраци заедно со континуиран спектар bremsstrahlung. Ако го замислиме спектарот како график на интензитет наспроти бранова должина (фреквенција), ќе видиме остри врвови на локациите на линиите. Нивната положба зависи од материјалот на анодата. Овие максими се присутни при секоја потенцијална разлика - ако има рендгенски зраци, секогаш има и врвови. Како што се зголемува напонот на електродите на цевката, се зголемува интензитетот и на континуираното и на карактеристичното зрачење на Х-зраци, но локацијата на врвовите и односот на нивните интензитети не се менуваат.

Врвовите во спектрите на Х-зраци имаат ист изглед без оглед на материјалот на антикатодата озрачена од електрони, но за различни материјали тие се наоѓаат на различни фреквенции, обединувајќи се во серија врз основа на близината на вредностите на фреквенцијата. Помеѓу самите серии, разликата во фреквенциите е многу позначајна. Видот на максимите не зависи на кој било начин од тоа дали анодниот материјал е чист хемиски елемент или сложена супстанција. Во вториот случај, карактеристичните спектри на Х-зраци на неговите составни елементи се едноставно надредени еден на друг.

Како што се зголемува атомскиот број на хемискиот елемент, сите линии од неговиот спектар на Х-зраци се поместуваат кон повисоки фреквенции. Спектарот го задржува својот изглед.

Мозелевиот закон

Феноменот на спектрално поместување на карактеристичните линии беше експериментално откриен од англискиот физичар Хенри Мозли во 1913 година. Ова му овозможи да ги поврзе фреквенциите на максималните спектар со сериските броеви на хемиските елементи. Така, брановата должина на карактеристичното зрачење на Х-зраци, како што се испостави, може јасно да се поврзе со одреден елемент. Општо земено, Мозелевиот закон може да се напише на следниов начин: √f = (Z - S n)/n√R, каде што f е фреквенцијата, Z е серискиот број на елементот, S n е константа на скрининг, n е главен квантен број и R е константата Ридберг. Оваа зависност е линеарна и на Мозеловиот дијаграм изгледа како низа прави линии за секоја вредност од n.

n вредностите одговараат на поединечни серии на карактеристични врвови на емисија на Х-зраци. Мозелевиот закон овозможува да се одреди серискиот број на хемиски елемент озрачен од тврди електрони врз основа на измерените бранови должини (тие се уникатно поврзани со фреквенциите) на максимумите на спектарот на Х-зраци.

Структурата на електронските обвивки на хемиски елементи е идентична. На ова укажува монотоничноста на промената на поместувањето во карактеристичниот спектар на зрачењето со Х-зраци. Поместувањето на фреквенцијата не ги рефлектира структурните, туку енергетските разлики помеѓу електронските обвивки, единствени за секој елемент.

Улогата на Мозелевиот закон во атомската физика

Има мали отстапувања од строгиот линеарен однос изразен со Мозелевиот закон. Тие се поврзани, прво, со особеностите на редоследот на пополнување на електронските обвивки на некои елементи и, второ, со релативистичките ефекти на движењето на електроните на тешките атоми. Дополнително, кога се менува бројот на неутрони во јадрото (т.н. изотопско поместување), положбата на линиите може малку да се промени. Овој ефект овозможи детално да се проучи атомската структура.

Значењето на законот на Мозел е исклучително големо. Применувајќи го последователно на елементите периодниот системМенделеев воспостави шема на зголемување на редниот број што одговара на секое мало поместување во карактеристичните максими. Ова помогна да се разјасни прашањето за физичкото значење на редниот број на елементи. Вредноста Z не е само бројка: тоа е позитивното електрично полнење на јадрото, што е збир на единечните позитивни полнежи на честичките што го сочинуваат неговиот состав. Правилното поставување на елементите во табелата и присуството на празни позиции во неа (тие сè уште постоеја тогаш) добија моќна потврда. Се докажа валидноста на периодичниот закон.

Законот на Мозели, покрај тоа, стана основа врз која се појави цела насока на експериментално истражување - спектрометрија на Х-зраци.

Структурата на електронските обвивки на атомот

Да се потсетиме накратко како е структурирана електронската структура. Се состои од обвивки означени со буквите K, L, M, N, O, P, Q или броеви од 1 до 7. Електроните во обвивката се карактеризираат со истиот главен квантум број n, кој ги одредува можните енергетски вредности. Во надворешните обвивки, енергијата на електроните е поголема, а потенцијалот за јонизација за надворешните електрони е соодветно помал.

Школката вклучува едно или повеќе поднивоа: s, p, d, f, g, h, i. Во секоја школка, бројот на поднивоа се зголемува за едно во споредба со претходната. Бројот на електрони во секое подниво и во секоја обвивка не може да надмине одредена вредност. Тие се карактеризираат, покрај главниот квантен број, со истата вредност на орбиталниот електронски облак што ја одредува формата. Поднивоата се означени со школката на која припаѓаат, на пример, 2s, 4d итн.

Поднивото содржи кои се специфицирани, покрај главните и орбиталните, со друг квантен број - магнетен, кој ја одредува проекцијата на орбиталниот импулс на електронот врз насоката на магнетното поле. Една орбитала може да има не повеќе од два електрони, кои се разликуваат во вредноста на четвртиот квантен број - спин.

Да разгледаме подетално како се појавува карактеристичното зрачење со Х-зраци. Бидејќи потеклото на овој тип на електромагнетна емисија е поврзано со феномени што се случуваат внатре во атомот, најзгодно е да се опише прецизно во приближување електронски конфигурации.

Механизам за генерирање на карактеристично рендгенско зрачење

Значи, причината за ова зрачење е формирање на празни места на електрони во внатрешните обвивки, предизвикани од пенетрација на електрони со висока енергија длабоко во атомот. Веројатноста дека тврд електрон ќе комуницира се зголемува со густината на електронските облаци. Затоа, најверојатно ќе се случат судири во цврсто набиени внатрешни обвивки, како што е најниската К-школка. Овде атомот е јонизиран и се формира празно место во обвивката 1s.

Ова празно место го пополнува електрон од обвивката со поголема енергија, чиј вишок го носи фотонот на Х-зраци. Овој електрон може да „падне“ од втората обвивка L, од третата обвивка M итн. Така се формира карактеристична серија, во овој пример К-серијата. Индикација за тоа од каде доаѓа електронот што го пополнува празното место е даден во форма на грчки индекс во ознаката на серијата. „Алфа“ значи дека доаѓа од школката L, „бета“ значи дека доаѓа од школката М. Во моментов, постои тенденција да се заменат индексите на грчките букви со латински усвоени за означување на школки.

Интензитетот на алфа линијата во серијата е секогаш највисок - тоа значи дека веројатноста за пополнување на празно место од соседната школка е најголема.

Сега можеме да одговориме на прашањето, која е максималната енергија на квант на карактеристично зрачење на Х-зраци. Се одредува со разликата во енергетските вредности на нивоата меѓу кои се случува транзицијата на електрони, според формулата E = E n 2 - E n 1, каде што E n 2 и E n 1 се енергиите на електронската состојби меѓу кои се случила транзицијата. Највисоката вредност на овој параметар е дадена со транзиции од серијата К со максимум високи нивоаатоми на тешки елементи. Но, интензитетот на овие линии (висината на врвовите) е најмал, бидејќи тие се најмалку веројатни.

Ако поради недоволен напон на електродите, тврд електрон не може да го достигне К-нивото, тој формира празно место на L-нивото и се формира помалку енергична L-серија со подолги бранови должини. Следните серии се раѓаат на сличен начин.

Дополнително, кога се пополнува слободно работно место како резултат на електронска транзиција, новото работно место се појавува во обвивката. Ова создава услови за генерирање на следната серија. Електронските празни места се движат повисоко од ниво до ниво, а атомот емитира каскада од карактеристични спектрални серии додека останува јонизиран.

Фина структура на карактеристичните спектри

Атомските рендгенски спектри на карактеристичното рендгенско зрачење се карактеризираат со фина структура, која, како и кај оптичките спектри, се изразува во разделување на линијата.

Фина структура се должи на фактот дека нивото на енергија е електронска обвивка- е збир на тесно распоредени компоненти - подшколки. За да се карактеризираат подобвивките, воведен е друг внатрешен квантен број j, што ја одразува интеракцијата на сопствените и орбиталните магнетни моменти на електронот.

Поради влијанието на интеракцијата спин-орбита, енергетската структура на атомот станува посложена, и како резултат на тоа, карактеристичното зрачење на Х-зраци има спектар кој се карактеризира со поделени линии со многу тесно распоредени елементи.

Елементите со фина структура обично се означени со дополнителни дигитални индекси.

Карактеристичното зрачење со Х-зраци има карактеристика што се рефлектира само во фината структура на спектарот. Преминот на електрон на пониско енергетско ниво не се случува од долната подобвивка на повисокото ниво. Таков настан има занемарлива веројатност.

Употреба на Х-зраци во спектрометрија

Ова зрачење, поради неговите карактеристики опишани со Мозелевиот закон, лежи во основата на различни спектрални методи на Х-зраци за анализа на супстанции. Кога се анализира спектарот на рендгенските зраци, се користи или дифракција на зрачењето на кристалите (метод на дисперзивен бран) или детектори чувствителни на енергијата на апсорбираните фотони на Х-зраци (метод на дисперзија на енергија). Повеќето електронски микроскопи се опремени со некакви приклучоци за спектрометрија на Х-зраци.

Спектрометријата со дисперзивна бранови е особено точна. Со помош на специјални филтри, се истакнуваат најинтензивните врвови во спектарот, што овозможува да се добие речиси монохроматско зрачење со точно позната фреквенција. Материјалот на анодата се избира многу внимателно за да се осигура дека ќе се добие монохроматски зрак со саканата фреквенција. Неговата дифракција со кристална решеткана супстанцијата што се проучува овозможува да се проучува структурата на решетката со голема точност. Овој метод се користи и за проучување на ДНК и други сложени молекули.

Една од карактеристиките на карактеристичното рендгенско зрачење се зема предвид и во гама спектрометријата. Ова е карактеристичен врв со висок интензитет. Гама спектрометрите користат заштита од олово од надворешно зрачење на позадината што ги попречува мерењата. Но, оловото, апсорбирајќи ги гама зраците, доживува внатрешна јонизација, како резултат на што активно емитира во опсегот на Х-зраци. За да се апсорбираат интензивните врвови на карактеристичното рендгенско зрачење на олово, се користи дополнителна заштита од кадмиум. Тој, пак, е јонизиран и исто така емитува рендгенски зраци. За да се неутрализираат карактеристичните врвови на кадмиум, се користи трет заштитен слој - бакар, чии максимални рендгенски зраци лежат надвор од опсегот на работната фреквенција на гама спектрометарот.

Спектрометријата користи и bremsstrahlung и карактеристични рендгенски зраци. Така, при анализа на супстанции, се проучуваат апсорпционите спектри на континуираните рендгенски зраци од различни супстанции.