Рэнтгенаўскае выпраменьванне

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
Зробленая Вільгельмам Рэнтгенам фатаграфія (рэнтгенаграма) кісці Альберта Кёлікера.
Электрамагнітнае выпраменьванне
Сінхратроннае
Цыклатроннае
Тармазное
Цеплавое
Монахраматычнае
Чаранкоўскае
Пераходнае
Радыёвыпраменьванне
Мікрахвалевае
Тэрагерцавае
Інфрачырвонае
Бачнае
Ультрафіялетавае
Рэнтгенаўскае
Гама-выпраменьванне
Іанізавальнае
Рэліктавае
Магніта-дрэйфавае
Двухфатоннае
Спантаннае
Вымушанае

Рэнтгенаўскае выпраменьванне — адзін з відаў электрамагнітнага выпраменьвання. Энергія фатонаў такога выпраменьвання на шкале электрамагнітных хваль ляжыць паміж ультрафіялетавым і гама-выпраменьваннем. Даўжыня хвалі рэнтгенаўскага выпраменьвання складае ад 0,01 да 10 нм (10−2—10³ Å), што адпавядае частаце ў межах ад 30 петагерц да 30 экзагерц (3×1016 Гц — 3×1019 Гц) і энергіі ад 100 эВ да 100 кэВ.

Рэнтгенаўскія хвалі з энергіяй да 10 кэВ называюць «мяккім выпраменьваннем», хвалі з большай энергіяй — «жорсткім» — паводле іх пранікальнай здольнасці[1].

Вільгельм Рэнтген, агульна прызнаны адкрывальнік рэнтгенаўскага выпраменьвання, назваў яго X-промнямі, каб абазначыць невядомы тып радыяцыі[2].

Лабараторныя крыніцы[правіць | правіць зыходнік]

Рэнтгенаўскія трубкі[правіць | правіць зыходнік]

Схематычны малюнак рэнтгенаўскай трубкі. X — рэнтгенаўскія прамяні, K — катод, А — анод, С — цеплаадвод, Uh — напружанне напалу катода, Ua — паскараючае напружанне, Win — упуск вадзянога астуджэння, Wout — выпуск вадзянога астуджэння.

Рэнтгенаўскія прамяні ўзнікаюць пры моцным паскарэнні зараджаных часціц (тармазное выпраменьванне), альбо пры высокаэнергетычных пераходах у электронных абалонках атамаў або малекул. Абодва эфекта выкарыстоўваюцца ў рэнтгенаўскіх трубках. Асноўнымі канструктыўнымі элементамі такіх трубак з'яўляюцца металічныя катод и анод. У рэнтгенаўскіх трубках электроны, вылучаныя катодам, паскараюцца пад дзеяннем рознасці электрычных патэнцыялаў паміж анодам і катодам (пры гэтым рэнтгенаўскія прамяні не выпускаюцца, так як паскарэнне занадта малае) і ўдараюцца аб анод, дзе адбываецца іх рэзкае тармажэнне. Пры гэтым за кошт тармазнога выпраменьвання адбываецца генерацыя выпраменьвання рэнтгенаўскага дыяпазону, і адначасова выбіваюцца электроны з унутраных электронных абалонак атамаў анода. Пустыя месцы ў абалонках займаюцца іншымі электронамі атама. Пры гэтым вылучаецца рэнтгенаўскае выпраменьванне з характэрным для матэрыялу анода спектрам энергій (характарэстычнае выпраменьванне, частоты вызначаюцца законам Мозлі: дзе Z — зарадавы лік элемента анода, A і B — канстанты для пэўнага значэння галоўнага квантавага ліку n электроннай абалонкі). У цяперашні час аноды вырабляюцца галоўным чынам з керамікі, прычым тая іх частка, куды ўдараюць электроны, — з малібдэна ці медзі.

Трубка Крукса.

У працэсе паскарэння-тармажэння толькі каля 1% кінэтычнай энергіі электрона ідзе на рэнтгенаўскае выпраменьванне, 99 % энергіі ператвараецца ў цяпло.

Паскаральнікі часціц[правіць | правіць зыходнік]

Рэнтгенаўскае выпраменьванне можна атрымліваць таксама і на паскаральніках зараджаных часціц. Так званае сінхратроннае выпраменьванне ўзнікае пры адхіленні пучка часціц у магнітным полі, у выніку чаго яны адчуваюць паскарэнне ў кірунку, перпендыкулярным іх руху. Сінхратроннае выпраменьванне мае суцэльны спектр з верхняй мяжой. Пры адпаведным чынам выбраных параметрах (велічыня магнітнага поля і энергія часціц) у спектры сінхратроннага выпраменьвання можна атрымаць і рэнтгенаўскія прамяні.

Даўжыні хваль спектральных ліній K-серый (нм) для шэрагу анодных матэрыялаў.[3],[4]
Kα₁ Kα₂ Kβ₁ Kβ₂
Fe 0,193735 0,193604 0,193998 0,17566 0,17442
Cu 0,154184 0,154056 0,154439 0,139222 0,138109
Ag 0,0560834 0,0559363 0,0563775
Cr 0,2291 0,22897 0,229361
Co 0,179026 0,178897 0,179285
Mo 0,071073 0,07093 0,071359
W 0,0210599 0,0208992 0,0213813
Zr 0,078593 0,079015 0,070173 0,068993
Ni 0,165791 0,166175 0,15001 0,14886

Прымяненне[правіць | правіць зыходнік]

  • Пры дапамозе рэнтгенаўскіх прамянёў можна «адукаваць» чалавечае цела, у выніку чаго можна атрымаць малюнак костак, а ў сучасных прыборах і ўнутраных органаў (гл.таксама рэнтгенаграфія і рэнтгенаскапія). Пры гэтым выкарыстоўваецца той факт, што ў які змяшчаецца пераважна ў касцях элемента кальцыя (Z = 20) атамны нумар значна больш, чым атамныя нумары элементаў, з якіх складаюцца мяккія тканіны, а менавіта вадароду (Z = 1), вугляроду (Z = 6) , азоту (Z = 7), кіслароду (Z = 8). Акрамя звычайных прыбораў, якія даюць двухмерную праекцыю доследнага аб'екта, існуюць камп'ютарныя тамографы[5], якія дазваляюць атрымліваць аб'ёмны малюнак ўнутраных органаў.
  • Выяўленне дэфектаў у вырабах (рэйках, зварачных швах і т. Д.) з дапамогай рэнтгенаўскага выпраменьвання называецца рэнтгенаўскай дэфектаскапіяй.
  • У матэрыялазнаўстве, крышталаграфіі, хіміі і біяхіміі рэнтгенаўскія прамяні выкарыстоўваюцца для высвятлення структуры рэчываў на атамным узроўні пры дапамозе дыфракцыйнага рассейвання рэнтгенаўскага выпраменьвання на крышталях (рэнтгенаструктурны аналіз). Вядомым прыкладам з'яўляецца вызначэнне структуры ДНК.
  • Пры дапамозе рэнтгенаўскіх прамянёў можа быць вызначаны хімічны склад рэчывы. У электронна-прамянёвым мікразонде (альбо ж у электронным мікраскопе) аналізаванай рэчыва апрамяняецца электронамі, пры гэтым атамы іянізуюць і выпраменьваюць характарыстычных рэнтгенаўскае выпраменьванне. Замест электронаў можа выкарыстоўвацца рэнтгенаўскае выпраменьванне. Гэты аналітычны метад называецца рэнтгенафлюарэсцэнтным аналізам.
  • У аэрапортах актыўна прымяняюцца рэнтгена-тэлевізійныя інтраскопы, якія дазваляюць праглядаць змесціва ручной паклажы і багажу ў мэтах візуальнага выяўлення на экране манітора прадметаў, якiя ўяўляюць небяспеку.
  • Рэнтгенатэрапiя — раздзел прамянёвай тэрапіі, які ахоплівае тэорыю і практыку лячэбнага прымянення рэнтгенаўскіх прамянёў, генераваных пры напрузе на рэнтгенаўскай трубцы 20-60 кВ і скурна-фокуснай адлегласці 3-7 см (короткодистанционная рэнтгенатэрапiя) або пры напрузе 180—400 кВ і скурна-фокуснай адлегласці 30-150 см (дыстанцыйная рэнтгенатэрапiя).Рэнтгенатэрапiю праводзяць пераважна пры павярхоўна размешчаных пухлінах і пры некаторых іншых захворваннях, у тым ліку захворваннях скуры (ультрамягкие рэнтгенаўскія прамяні Букі).[6]

Натуральнае рэнтгенаўскае выпраменьванне[правіць | правіць зыходнік]

На Зямлі электрамагнітнае выпраменьванне ў рэнтгенаўскім дыяпазоне утвараецца ў выніку іянізацыі атамаў выпраменьваннем, якое ўзнікае пры радыеактыўным распадзе, у выніку Комптан-эфекту гама-выпраменьвання, які ўзнікае пры ядзерных рэакцыях, а таксама касмічным выпраменьваннем. Радыеактыўны распад таксама прыводзіць да непасрэднага выпраменьвання рэнтгенаўскіх квантаў, калі выклікае перабудову электроннай абалонкі пагражае распад атама (напрыклад, пры электронным захопе). Рэнтгенаўскае выпраменьванне, якое ўзнікае на іншых нябесных целах, не дасягае паверхні Зямлі, так як цалкам паглынаецца атмасферай. Яно даследуецца спадарожнікавымі рэнтгенаўскімі тэлескопамі, такімі як «Чандра» і «XMM-Ньютан».

Зноскі

  1. Hard X-Rays (англ.)  // Solar Flare Theory Educational Web Pages. — Goddard Space Flight Center.
  2. Novelline, Robert. Squire's Fundamentals of Radiology. Harvard University Press. 5th edition. 1997. ISBN 0-674-83339-2.
  3. CRC Handbook of Chemistry and Physics 75th ed. David R. Lide P.10-227. CRC Press ISBN 0-8493-0475-X
  4. Crystallographica, v1.60a. Oxford Cryosystems 1995—1999.
  5. Herman, Gabor T. (2009). Fundamentals of Computerized Tomography: Image Reconstruction from Projections (2nd ed.). Springer. ISBN 978-1-85233-617-2.
  6. Back to the future: the history and development of the clinical linear accelerator in doi:10.1088/0031-9155/51/13/R20

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]