Röntgensäteily
näkymätön säteily, joka pystyy tunkeutumaan, vaikkakin vaihtelevassa määrin, kaikki aineet. Se on sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus on noin 10-8 cm.Röntgensäteet aiheuttavat näkyvän valon tavoin valokuvausfilmin tummumista. Tämä ominaisuus on erittäin tärkeä lääketieteen, teollisuuden ja tieteellisen tutkimuksen kannalta. Röntgensäteily, joka kulkee tutkittavan kohteen läpi ja putoaa sen päälle, kuvaa sen sisäistä rakennetta siinä. Koska röntgensäteilyn läpäisykyky on erilainen eri materiaaleilla, esineen osat, jotka ovat sille vähemmän läpinäkyviä, antavat valokuvassa kirkkaampia alueita kuin ne, joiden läpi säteily tunkeutuu hyvin. Siten luukudokset ovat vähemmän läpinäkyviä röntgensäteille kuin kudokset, jotka muodostavat ihon ja sisäelimet. Siksi luut näkyvät röntgenkuvassa vaaleampina alueina ja säteilylle läpinäkyvämpi murtumakohta voidaan havaita melko helposti. Röntgenkuvausta käytetään myös hammaslääketieteessä hampaiden juurien karieksen ja paiseiden havaitsemiseen sekä teollisuudessa valukappaleiden, muovien ja kumien halkeamien havaitsemiseen. Röntgensäteitä käytetään kemiassa yhdisteiden analysointiin ja fysiikassa kiteiden rakenteen tutkimiseen. Kemiallisen yhdisteen läpi kulkeva röntgensäde aiheuttaa tunnusomaisen sekundäärisen säteilyn, jonka spektroskooppisen analyysin avulla kemisti voi määrittää yhdisteen koostumuksen. Pudotessaan kiteiselle aineelle kiteen atomit sirottavat röntgensäteen, jolloin valokuvalevylle muodostuu selkeä, säännöllinen täplien ja raitojen kuvio, jonka avulla voidaan määrittää kiteen sisäinen rakenne. Röntgensäteiden käyttö syövän hoidossa perustuu siihen, että se tappaa syöpäsoluja. Sillä voi kuitenkin olla myös ei-toivottu vaikutus normaaleihin soluihin. Siksi tässä röntgensäteiden käytössä on noudatettava äärimmäistä varovaisuutta. Röntgensäteilyn löysi saksalainen fyysikko W. Roentgen (1845-1923). Hänen nimensä on ikuistettu joihinkin muihin tähän säteilyyn liittyviin fysikaalisiin termeihin: ionisoivan säteilyn annoksen kansainvälistä yksikköä kutsutaan röntgeniksi; röntgenlaitteella otettua kuvaa kutsutaan röntgenkuvaksi; Radiologisen lääketieteen alaa, joka käyttää röntgensäteitä sairauksien diagnosointiin ja hoitoon, kutsutaan radiologiaksi. Röntgen löysi säteilyn vuonna 1895 ollessaan fysiikan professori Würzburgin yliopistossa. Suorittaessaan kokeita katodisäteillä (elektronivirtaukset purkausputkissa) hän huomasi, että tyhjiöputken lähellä sijaitseva kiteisellä bariumsyanoplatiniittilla peitetty näyttö hehkuu kirkkaasti, vaikka itse putki on peitetty mustalla pahvilla. Roentgen totesi lisäksi, että hänen löytämiensä tuntemattomien säteiden läpäisykyky, joita hän kutsui röntgensäteiksi, riippui absorboivan materiaalin koostumuksesta. Hän kuvasi myös oman kätensä luut asettamalla sen katodisädepurkausputken ja bnäytön väliin. Röntgenin löytöä seurasi muiden tutkijoiden kokeet, jotka löysivät monia uusia ominaisuuksia ja mahdollisuuksia käyttää tätä säteilyä. Suuren panoksen antoivat M. Laue, W. Friedrich ja P. Knipping, jotka osoittivat vuonna 1912 röntgensäteiden diffraktiota, kun se kulkee kiteen läpi; W. Coolidge, joka vuonna 1913 keksi korkeapaineisen röntgenputken lämmitetyllä katodilla; G. Moseley, joka loi vuonna 1913 suhteen säteilyn aallonpituuden ja alkuaineen atomiluvun välillä; G. ja L. Braggi, jotka saivat Nobel-palkinnon vuonna 1915 röntgendiffraktioanalyysin perusteiden kehittämisestä.
RENTGENSÄTEIDEN SAATTAMINEN
Röntgensäteilyä syntyy, kun suurilla nopeuksilla liikkuvat elektronit ovat vuorovaikutuksessa aineen kanssa. Kun elektronit törmäävät minkä tahansa aineen atomien kanssa, ne menettävät nopeasti kineettisen energiansa. Tässä tapauksessa suurin osa siitä muuttuu lämmöksi ja pieni osa, yleensä alle 1%, muuttuu röntgenenergiaksi. Tämä energia vapautuu kvanttien muodossa - hiukkasina, joita kutsutaan fotoneiksi ja joilla on energiaa, mutta joilla on nolla lepomassaa. Röntgenfotonit eroavat energialtaan, joka on kääntäen verrannollinen niiden aallonpituuteen. Perinteisellä menetelmällä röntgensäteiden saamiseksi saadaan laaja aallonpituuksien alue, jota kutsutaan röntgenspektriksi. Spektri sisältää selkeitä komponentteja, kuten kuvassa 2 näkyy. 1. Laajaa "jatkuvuutta" kutsutaan jatkuvaksi spektriksi tai valkoiseksi säteilyksi. Sen päälle asetettuja teräviä huippuja kutsutaan tunnusomaisiksi röntgensäteilyviivoiksi. Vaikka koko spektri on seurausta elektronien törmäyksistä aineen kanssa, sen leveän osan ja viivojen ilmaantumismekanismit ovat erilaisia. Aine koostuu suuresta määrästä atomeja, joista jokaisella on elektronikuorten ympäröimä ydin, ja jokainen tietyn alkuaineen atomin kuoressa oleva elektroni vie tietyn erillisen energiatason. Yleensä nämä kuoret tai energiatasot on merkitty symboleilla K, L, M jne. alkaen ydintä lähimmästä kuoresta. Kun saapuva riittävän korkean energian elektroni törmää johonkin atomiin sitoutuneesta elektronista, se pudottaa kyseisen elektronin kuorestaan. Tyhjän tilan miehittää toinen kuoresta tuleva elektroni, joka vastaa suurempaa energiaa. Tämä jälkimmäinen vapauttaa ylimääräistä energiaa lähettämällä röntgenfotonin. Koska kuorielektroneilla on erilliset energia-arvot, tuloksena olevilla röntgenfotoneilla on myös diskreetti spektri. Tämä vastaa tiettyjen aallonpituuksien teräviä huippuja, joiden erityisarvot riippuvat kohdeelementistä. Tunnusviivat muodostavat K-, L- ja M-sarjan riippuen siitä, mistä kuoresta (K, L tai M) elektroni poistettiin. Röntgensäteiden aallonpituuden ja atomiluvun välistä suhdetta kutsutaan Moseleyn laiksi (kuva 2).

Jos elektroni törmää suhteellisen raskaaseen ytimeen, se hidastuu ja sen kineettinen energia vapautuu suunnilleen samanenergiaisen röntgenfotonin muodossa. Jos se lentää ytimen ohi, se menettää vain osan energiastaan ​​ja loput siirtyvät muille sen tielle putoaville atomeille. Jokainen energiahäviö johtaa jonkin verran energiaa sisältävän fotonin emission. Näkyviin tulee jatkuva röntgenspektri, jonka yläraja vastaa nopeimman elektronin energiaa. Tämä on jatkuvan spektrin muodostumismekanismi, ja jatkuvan spektrin rajan kiinnittävä maksimienergia (tai minimiaallonpituus) on verrannollinen kiihdytysjännitteeseen, joka määrää saapuvien elektronien nopeuden. Spektriviivat karakterisoivat pommitetun kohteen materiaalia, kun taas jatkuva spektri määräytyy elektronisäteen energian mukaan eikä se käytännössä riipu kohdemateriaalista. Röntgensäteitä voidaan saada paitsi elektronipommituksella, myös säteilyttämällä kohdetta toisesta lähteestä peräisin olevilla röntgensäteillä. Tässä tapauksessa suurin osa tulevan säteen energiasta menee kuitenkin ominaiseen röntgenspektriin, ja hyvin pieni osa siitä putoaa jatkuvaan spektriin. Ilmeisesti tulevan röntgensäteen tulee sisältää fotoneja, joiden energia riittää virittämään pommitetun elementin ominaisviivat. Suuri energiaprosentti ominaisspektria kohti tekee tästä röntgensäteen viritysmenetelmästä kätevän tieteellisessä tutkimuksessa.
Röntgenputket. Elektronien ja aineen vuorovaikutuksesta johtuvan röntgensäteilyn saamiseksi tarvitaan elektronien lähde, välineet niiden kiihdyttämiseksi suuriin nopeuksiin ja kohde, joka pystyy kestämään elektronipommituksen ja tuottamaan röntgensäteilyä. vaadittava intensiteetti. Laitetta, jossa on kaikki tämä, kutsutaan röntgenputkeksi. Varhaiset tutkijat käyttivät "syvätyhjiö" -putkia, kuten nykypäivän purkausputkia. Tyhjiö niissä ei ollut kovin suuri. Kaasupurkausputket sisältävät suuri määrä kaasua, ja kun putken elektrodeihin kohdistetaan suuri potentiaaliero, kaasuatomit muuttuvat positiivisiksi ja negatiivisiksi ioneiksi. Positiiviset liikkuvat kohti negatiivista elektrodia (katodia) ja putoavat sille elektroneja ulos, ja ne puolestaan ​​siirtyvät kohti positiivista elektrodia (anodia) ja pommittamalla sitä muodostavat röntgenfotonien virran. . Coolidgen kehittämässä nykyaikaisessa röntgenputkessa (kuva 3) elektronien lähde on korkeaan lämpötilaan kuumennettu volframikatodi. Anodin (tai antikatodin) ja katodin välinen suuri potentiaaliero kiihdyttää elektronit suuriin nopeuksiin. Koska elektronien on päästävä anodille törmätämättä atomien kanssa, tarvitaan erittäin suuri tyhjiö, jota varten putki on tyhjennettävä hyvin. Tämä vähentää myös jäljellä olevien kaasuatomien ionisoitumisen todennäköisyyttä ja niihin liittyviä sivuvirtoja.

Elektronit fokusoidaan anodille katodia ympäröivällä erikoismuotoillulla elektrodilla. Tätä elektrodia kutsutaan tarkennuselektrodiksi ja se muodostaa yhdessä katodin kanssa putken "elektronisen valonheittimen". Elektronipommituksen kohteena olevan anodin tulee olla tulenkestävää materiaalia, koska suurin osa pommittavien elektronien kineettisestä energiasta muuttuu lämmöksi. Lisäksi on toivottavaa, että anodi on valmistettu materiaalista, jolla on korkea atomiluku, koska röntgensaanto kasvaa atomiluvun kasvaessa. Anodimateriaaliksi valitaan useimmiten volframia, jonka atomiluku on 74. Röntgenputkien rakenne voi vaihdella käyttöolosuhteiden ja vaatimusten mukaan.
Röntgentunnistus
Kaikki röntgensäteiden havaitsemismenetelmät perustuvat niiden vuorovaikutukseen aineen kanssa. Ilmaisimia voi olla kahta tyyppiä: niitä, jotka antavat kuvan, ja niitä, jotka eivät anna kuvaa. Ensimmäiset sisältävät röntgenfluorografia- ja fluoroskopialaitteet, joissa röntgensäde kulkee tutkittavan kohteen läpi ja välittyvä säteily tulee luminoivalle näytölle tai kalvolle. Kuva syntyy siitä syystä, että tutkittavan kohteen eri osat absorboivat säteilyä eri tavoin - riippuen aineen paksuudesta ja koostumuksesta. Luminesoivalla näytöllä varustetuissa ilmaisimissa röntgenenergia muunnetaan suoraan havaittavaksi kuvaksi, kun taas radiografiassa se tallennetaan herkälle emulsiolle ja voidaan havaita vasta kalvon kehittymisen jälkeen. Toinen ilmaisimien tyyppi sisältää laajan valikoiman laitteita, joissa röntgenenergia muunnetaan sähköisiksi signaaleiksi, jotka kuvaavat säteilyn suhteellista intensiteettiä. Näitä ovat ionisaatiokammiot, Geiger-laskuri, suhteellinen laskuri, tuikelaskuri ja jotkin erityiset kadmiumsulfidiin ja selenidiin perustuvat ilmaisimet. Tällä hetkellä tuikelaskereita voidaan pitää tehokkaimpana ilmaisimina, jotka toimivat hyvin laajalla energia-alueella.
Katso myös HIukkasilmaisimet . Ilmaisin valitaan ottaen huomioon ongelman olosuhteet. Jos esimerkiksi on tarpeen mitata tarkasti taittuneen röntgensäteilyn intensiteetti, käytetään laskureita, jotka mahdollistavat mittausten tekemisen prosentin murto-osien tarkkuudella. Jos on tarpeen rekisteröidä paljon taittuneita säteitä, on suositeltavaa käyttää röntgenfilmiä, vaikka tässä tapauksessa on mahdotonta määrittää intensiteettiä samalla tarkkuudella.
Röntgen- JA GAMMA-DEFEKTOSKOOPIA
Yksi yleisimmistä röntgensäteiden sovelluksista teollisuudessa on materiaalien laadunvalvonta ja vikojen havaitseminen. Röntgenmenetelmä on hajoamaton, joten jos testattavaa materiaalia todetaan täyttävän vaaditut vaatimukset, sitä voidaan käyttää aiottuun tarkoitukseen. Sekä röntgen- että gammavirheiden havaitseminen perustuu röntgensäteiden läpäisykykyyn ja sen materiaaliin absorption ominaisuuksiin. Läpäisyteho määräytyy röntgenfotonien energian mukaan, joka riippuu röntgenputken kiihdytysjännitteestä. Siksi paksut näytteet ja näytteet raskasmetalleista, kuten kullasta ja uraanista, vaativat tutkimuksessaan korkeamman jännitteen röntgenlähteen, ja ohuille näytteille riittää matalampi jännite. Erittäin suurten valukappaleiden ja suurten valssattujen tuotteiden gammasäteilyvirheiden havaitsemiseen käytetään betatroneja ja lineaarisia kiihdyttimiä, jotka kiihdyttävät hiukkaset 25 MeV:n ja enemmän energioihin. Röntgensäteiden absorptio materiaalissa riippuu absorboijan paksuudesta d ja absorptiokertoimesta m ja se määräytyy kaavasta I = I0e-md, jossa I on absorboijan läpi kulkevan säteilyn intensiteetti, I0 on absorboijan läpi kulkevan säteilyn intensiteetti. tulevan säteilyn intensiteetti, ja e = 2,718 on luonnollisten logaritmien kanta. Tietylle materiaalille tietyllä röntgensäteiden aallonpituudella (tai energialla) absorptiokerroin on vakio. Mutta röntgenlähteen säteily ei ole monokromaattista, vaan sisältää laajan aallonpituuksien kirjon, minkä seurauksena absorptio absorboijan samalla paksuudella riippuu säteilyn aallonpituudesta (taajuudesta). Röntgensäteilyä käytetään laajalti kaikilla teollisuudenaloilla, jotka liittyvät metallien paineenkäsittelyyn. Sitä käytetään myös tykistön tynnyrien, elintarvikkeiden, muovien testaamiseen sekä monimutkaisten laitteiden ja järjestelmien testaamiseen elektroniikkatekniikassa. (Neutronografiaa, jossa käytetään neutronisäteitä röntgensäteiden sijaan, käytetään vastaaviin tarkoituksiin.) Röntgeniä käytetään myös muihin tarkoituksiin, kuten maalausten tutkimiseen niiden aitouden määrittämiseksi tai lisämaalien havaitsemiseen pääkerroksen päällä. .
Röntgendiffraktio
Röntgendiffraktio antaa tärkeää tietoa kiinteistä aineista – niiden atomirakenteesta ja kidemuodosta – sekä nesteistä, amorfisista kappaleista ja suurista molekyyleistä. Diffraktiomenetelmää käytetään myös tarkkaan (alle 10-5 virheellä) atomien välisten etäisyyksien määrittämiseen, jännitysten ja vikojen havaitsemiseen sekä yksittäiskiteiden orientaation määrittämiseen. Diffraktiokuvio voi tunnistaa tuntemattomia materiaaleja sekä havaita epäpuhtauksien esiintymisen näytteessä ja määrittää ne. Röntgendiffraktiomenetelmän merkitystä modernin fysiikan kehitykselle tuskin voi yliarvioida, sillä nykyaikainen ymmärrys aineen ominaisuuksista perustuu viime kädessä tietoon atomien sijoittumisesta erilaisiin kemiallisiin yhdisteisiin, sidosten luonteeseen. niiden välillä ja rakenteellisissa vioissa. Tärkein työkalu näiden tietojen saamiseksi on röntgendiffraktiomenetelmä. Röntgendiffraktiokristallografia on välttämätön monimutkaisten suurten molekyylien, kuten elävien organismien geneettisen materiaalin, deoksiribonukleiinihapon (DNA) rakenteiden määrittämisessä. Välittömästi röntgensäteilyn löytämisen jälkeen tieteellinen ja lääketieteellinen kiinnostus keskittyi sekä tämän säteilyn kykyyn tunkeutua kehon läpi että sen luonteeseen. Kokeet röntgensäteiden diffraktiosta rakoissa ja diffraktiohileissä osoittivat, että se kuuluu sähkömagneettiseen säteilyyn ja sen aallonpituus on luokkaa 10-8-10-9 cm. Jo aikaisemmin tiedemiehet, erityisesti W. Barlow, arvasivat, että luonnonkiteiden säännöllinen ja symmetrinen muoto johtuu kiteen muodostavien atomien järjestyneestä järjestelystä. Joissakin tapauksissa Barlow pystyi ennustamaan oikein kiteen rakenteen. Ennustettujen atomien välisten etäisyyksien arvo oli 10-8 cm, ja se, että atomien väliset etäisyydet osoittautuivat röntgenaallonpituuden suuruusluokkaa oleviksi, mahdollisti periaatteessa niiden diffraktion havainnoinnin. Tuloksena syntyi idea yhdestä fysiikan historian tärkeimmistä kokeista. M. Laue järjesti tälle ajatukselle kokeellisen testin, jonka suorittivat hänen kollegansa W. Friedrich ja P. Knipping. Vuonna 1912 he kolme julkaisivat työnsä röntgendiffraktion tuloksista. Röntgendiffraktion periaatteet. Röntgendiffraktioilmiön ymmärtämiseksi on tarkasteltava järjestyksessä: ensinnäkin röntgensäteiden spektri, toiseksi kiderakenteen luonne ja kolmanneksi itse diffraktioilmiö. Kuten edellä mainittiin, tunnusomainen röntgensäteily koostuu sarjasta spektriviivoja, joilla on korkea monokromaattisuus ja jotka määritetään anodimateriaalin mukaan. Suodattimien avulla voit valita niistä voimakkaimman. Siksi anodimateriaalin sopivalla valinnalla on mahdollista saada lähes monokromaattisen säteilyn lähde, jolla on hyvin tarkasti määritelty aallonpituusarvo. Ominaisen säteilyn aallonpituudet vaihtelevat tyypillisesti kromin 2,285:stä hopean 0,558:aan (eri alkuaineiden arvot tunnetaan kuudella merkitsevällä numerolla). Ominaisuusspektri on päällekkäin jatkuvan "valkoisen" spektrin päällä, jonka intensiteetti on paljon pienempi, johtuen anodin saapuvien elektronien hidastumisesta. Siten jokaisesta anodista voidaan saada kahden tyyppistä säteilyä: ominais- ja bremsstrahlung, joista jokaisella on tärkeä rooli omalla tavallaan. Kiderakenteen atomit sijaitsevat säännöllisin väliajoin muodostaen identtisten solujen sarjan - avaruudellisen hilan. Jotkut hilat (esimerkiksi useimmille tavallisille metalleille) ovat melko yksinkertaisia, kun taas toiset (esimerkiksi proteiinimolekyyleille) ovat melko monimutkaisia. Kiderakenteelle on tunnusomaista seuraava: jos yhden solun tietystä pisteestä siirrytään naapurisolun vastaavaan pisteeseen, niin täsmälleen sama atomiympäristö löytyy. Ja jos jokin atomi sijaitsee yhdessä tai toisessa solun kohdassa, niin sama atomi sijaitsee minkä tahansa naapurisolun vastaavassa kohdassa. Tämä periaate pätee ehdottomasti täydelliseen, ihanteellisesti järjestettävään kristalliin. Kuitenkin monet kiteet (esimerkiksi metalliset kiinteät liuokset) ovat jossain määrin epäjärjestyksessä; kristallografisesti vastaavia paikkoja voivat olla eri atomit. Näissä tapauksissa ei määritetä jokaisen atomin sijaintia, vaan vain atomin sijainti "tilastollisesti keskiarvotettuna" suurelta määrältä hiukkasia (tai soluja). Diffraktio-ilmiötä käsitellään artikkelissa OPTIIKA ja lukija voi tutustua tähän artikkeliin ennen siirtymistä. Se osoittaa, että jos aallot (esim. ääni, valo, röntgensäteet) kulkevat pienen raon tai reiän läpi, jälkimmäistä voidaan pitää toissijaisena aaltolähteenä ja raon tai reiän kuva koostuu vuorottelevasta valosta. ja tummat raidat. Lisäksi, jos on olemassa jaksollinen reikien tai rakojen rakenne, niin eri rei'istä tulevien säteiden vahvistavien ja vaimentavien häiriöiden seurauksena syntyy selkeä diffraktiokuvio. Röntgendiffraktio on kollektiivinen sirontailmiö, jossa reikien ja sirontakeskuksien roolia hoitavat kiderakenteen jaksoittaisesti järjestetyt atomit. Niiden kuvien keskinäinen vahvistus tietyissä kulmissa antaa diffraktiokuvion, joka on samanlainen kuin se, joka syntyisi valon diffraktiosta kolmiulotteisessa diffraktiohilassa. Sironta johtuu tulevan röntgensäteilyn vuorovaikutuksesta kiteen elektronien kanssa. Koska röntgensäteilyn aallonpituus on samaa suuruusluokkaa kuin atomin mitat, sironneen röntgensäteilyn aallonpituus on sama kuin tulevan säteilyn aallonpituus. Tämä prosessi on seurausta elektronien pakotetuista värähtelyistä tulevien röntgensäteiden vaikutuksesta. Tarkastellaan nyt atomia, jossa on sitoutuneiden elektronien pilvi (ytimen ympärillä), johon röntgensäteet osuvat. Elektronit kaikkiin suuntiin samanaikaisesti sirottavat tapahtumaa ja lähettävät omaa röntgensäteilyään, jolla on sama aallonpituus, vaikkakin eri intensiteetti. Sironneen säteilyn intensiteetti on suhteessa alkuaineen atominumeroon, koska atomiluku on yhtä suuri kuin niiden kiertoradan elektronien lukumäärä, jotka voivat osallistua sirontaan. (Tälle intensiteetin riippuvuudelle sirontaelementin atomiluvusta ja suunnasta, johon intensiteetti mitataan, on tunnusomaista atomisirontatekijä, jolla on erittäin tärkeä rooli kiteiden rakenteen analyysissä.) Otetaanpa valitse kiderakenteessa lineaarinen atomiketju, joka sijaitsee samalla etäisyydellä toisistaan, ja ota huomioon niiden diffraktiokuvio. On jo todettu, että röntgenspektri koostuu jatkuvasta osasta ("jatkuvuus") ja joukosta voimakkaampia viivoja, jotka ovat ominaisia ​​anodimateriaalina olevalle elementille. Oletetaan, että suodatimme pois jatkuvan spektrin ja saimme lähes monokromaattisen röntgensäteen, joka on suunnattu lineaariseen atomiketjuumme. Vahvistusehto (vahvistava häiriö) täyttyy, jos viereisten atomien hajottamien aaltojen reittiero on aallonpituuden kerrannainen. Jos säde osuu kulmassa a0 atomijonoon, joka on erotettu intervalleilla a (jakso), niin diffraktiokulmalle a vahvistusta vastaava polkuero kirjoitetaan muodossa a(cos a - cosa0) = hl, missä l on aallonpituus ja h on kokonaisluku (kuvat 4 ja 5).

Tämän lähestymistavan laajentamiseksi kolmiulotteiseen kiteeseen tarvitsee vain valita atomirivit kahdessa muussa kiteen suunnassa ja ratkaista näin saadut kolme yhtälöä yhdessä kolmelle kideakselille jaksoilla a, b ja c. Kaksi muuta yhtälöä ovat

Nämä ovat kolme perus Laue-yhtälöä röntgendiffraktiolle, ja numerot h, k ja c ovat Miller-indeksejä diffraktiotasolle.
Katso myös KITEET JA KITELLOGRAFIA. Tarkasteltaessa mitä tahansa Laue-yhtälöistä, esimerkiksi ensimmäistä, voidaan huomata, että koska a, a0, l ovat vakioita ja h = 0, 1, 2, ..., sen ratkaisu voidaan esittää kartiojoukona, jossa on yhteinen akseli a (kuva 5). Sama pätee suuntiin b ja c. Yleisessä kolmiulotteisen sironnan (diffraktion) tapauksessa kolmella Laue-yhtälöllä on oltava yhteinen ratkaisu, ts. kullakin akselilla sijaitsevan kolmen diffraktiokartion on leikattava; yhteinen leikkausviiva on esitetty kuvassa. 6. Yhtälöiden yhteinen ratkaisu johtaa Bragg-Wulfin lakiin:

l = 2(d/n)sinq, missä d on tasojen välinen etäisyys indekseillä h, k ja c (jakso), n = 1, 2, ... ovat kokonaislukuja (diffraktiojärjestys) ja q on kulma muodostuu tulevasta säteestä (sekä taipumisesta) sen kiteen tason kanssa, jossa diffraktio tapahtuu. Analysoimalla Bragg-Wolfen lain yhtälöä monokromaattisen röntgensäteen reitillä sijaitsevalle yksittäiskiteelle, voimme päätellä, että diffraktiota ei ole helppo havaita, koska l ja q ovat kiinteitä, ja sinq DIFFRAKTIOANALYYSIMENETELMÄT
Lauen menetelmä. Laue-menetelmässä käytetään jatkuvaa "valkoista" röntgensäteiden spektriä, joka on suunnattu kiinteään yksikiteeseen. Tietylle ajanjakson d arvolle Bragg-Wulfin ehtoa vastaava aallonpituus valitaan automaattisesti koko spektristä. Näin saatujen Laue-kuvioiden avulla voidaan arvioida taipuneiden säteiden suuntia ja siten kidetasojen orientaatioita, mikä mahdollistaa myös tärkeiden johtopäätösten tekemisen kiteen symmetriasta, orientaatiosta ja läsnäolosta. siinä olevista vioista. Tässä tapauksessa kuitenkin tiedot tilajaksosta d menetetään. Kuvassa Kuvassa 7 on esimerkki Lauegramista. Röntgenfilmi sijaitsi kiteen sillä puolella, joka on vastakkainen sille puolelle, jolle röntgensäde osui lähteestä.

Debye-Scherrer-menetelmä (monikiteisille näytteille). Toisin kuin edellisessä menetelmässä, tässä käytetään monokromaattista säteilyä (l = const) ja kulmaa q vaihdellaan. Tämä saavutetaan käyttämällä monikiteistä näytettä, joka koostuu lukuisista satunnaisen orientaation pienistä kristalliiteista, joiden joukossa on sellaisia, jotka täyttävät Bragg-Wulfin ehdon. Taipuneet säteet muodostavat kartioita, joiden akseli on suunnattu röntgensädettä pitkin. Kuvaamiseen käytetään yleensä kapeaa röntgenfilminauhaa lieriömäisessä kasetissa, ja röntgensäteet etenevät halkaisijaa pitkin kalvossa olevien reikien kautta. Tällä tavalla saatu debyegrammi (kuva 8) sisältää tarkan tiedon jaksosta d, ts. kiteen rakenteesta, mutta ei anna Lauegramin sisältämää tietoa. Siksi molemmat menetelmät täydentävät toisiaan. Tarkastellaan joitain Debye-Scherrer-menetelmän sovelluksia.

Kemiallisten alkuaineiden ja yhdisteiden tunnistaminen. Debyegramista määritetystä kulmasta q voidaan laskea tietylle elementille tai yhdisteelle tyypillinen tasojen välinen etäisyys d. Tällä hetkellä on laadittu monia d-arvotaulukoita, joiden avulla voidaan tunnistaa paitsi yksi tai toinen kemiallinen alkuaine tai yhdiste, myös saman aineen eri faasitilat, jotka eivät aina anna kemiallista analyysiä. On myös mahdollista määrittää toisen komponentin pitoisuus substituutioseoksissa suurella tarkkuudella ajanjakson d riippuvuudesta pitoisuudesta.
Stressianalyysi. Kiteissä eri suuntien tasojen välisten etäisyyksien mitatun eron perusteella materiaalin kimmomoduulin tunteessa voidaan laskea suurella tarkkuudella siihen pieniä jännityksiä.
Kiteiden ensisijaisen orientaation tutkimukset. Jos pienet kristalliitit monikiteisessä näytteessä eivät ole täysin satunnaisesti orientoituneita, niin Debyegramin renkailla on eri intensiteetit. Selkeän suositellun suunnan läsnä ollessa intensiteetin maksimiarvot keskittyvät yksittäisiin pisteisiin kuvassa, josta tulee samanlainen kuin yksittäisen kiteen kuva. Esimerkiksi syvän kylmävalssauksen aikana metallilevy saa rakenteen - kristalliittien selvän suuntauksen. Debaygramin mukaan voidaan arvioida materiaalin kylmätyöstön luonne.
Raekokojen tutkimus. Jos monikiteen raekoko on yli 10-3 cm, Debyegramin viivat koostuvat erillisistä täplistä, koska tässä tapauksessa kristalliittien määrä ei riitä kattamaan koko kulmien arvoaluetta. q. Jos kristalliitin koko on alle 10-5 cm, diffraktioviivat levenevät. Niiden leveys on kääntäen verrannollinen kristalliittien kokoon. Laajeneminen tapahtuu samasta syystä kuin rakojen lukumäärän väheneminen vähentää diffraktiohilan resoluutiota. Röntgensäteily mahdollistaa raekoon määrittämisen välillä 10-7-10-6 cm.
Yksittäisten kiteiden menetelmät. Jotta kiteen diffraktio antaisi tietoa paitsi avaruudellisesta jaksosta, myös kunkin taittotasojoukon suunnasta, käytetään pyörivän yksittäiskiteen menetelmiä. Kiteen päälle osuu monokromaattinen röntgensäde. Kide pyörii pääakselin ympäri, jolle Laue-yhtälöt täyttyvät. Tässä tapauksessa kulma q, joka sisältyy Bragg-Wulfin kaavaan, muuttuu. Diffraktiomaksimit sijaitsevat Laue-diffraktiokartioiden ja kalvon lieriömäisen pinnan leikkauskohdassa (kuva 9). Tuloksena on kuvan 1 tyyppinen diffraktiokuvio. 10. Komplikaatiot ovat kuitenkin mahdollisia, koska eri diffraktiojärjestykset menevät päällekkäin yhdessä pisteessä. Menetelmää voidaan parantaa merkittävästi, jos samanaikaisesti kiteen pyörimisen kanssa liikutetaan myös kalvoa tietyllä tavalla.

Nesteiden ja kaasujen tutkimukset. Tiedetään, että nesteillä, kaasuilla ja amorfisilla kappaleilla ei ole oikeaa kiderakennetta. Mutta myös tässä molekyylien atomien välillä on kemiallinen sidos, jonka vuoksi niiden välinen etäisyys pysyy lähes vakiona, vaikka itse molekyylit ovat satunnaisesti orientoituneita avaruudessa. Tällaiset materiaalit antavat myös diffraktiokuvion suhteellisen pienellä määrällä tahriintuneita maksimiarvoja. Tällaisen kuvan käsittely nykyaikaisilla menetelmillä mahdollistaa tiedon saamisen jopa tällaisten ei-kiteisten materiaalien rakenteesta.
SPEKTROKEMIALLINEN RENTGENANALYYSI
Muutama vuosi röntgensäteiden löytämisen jälkeen Ch. Barkla (1877-1944) havaitsi, että kun korkeaenerginen röntgensädevirta vaikuttaa aineeseen, syntyy elementille ominaista sekundaarista fluoresoivaa röntgensäteilyä. tutkittavana. Pian sen jälkeen G. Moseley mittasi sarjassa kokeitaan eri alkuaineiden elektronipommituksella saadun ensisijaisen ominaisen röntgensäteilyn aallonpituudet ja päätteli aallonpituuden ja atomiluvun välisen suhteen. Nämä kokeet ja Braggin keksintö röntgenspektrometrista loivat perustan spektrokemialliselle röntgenanalyysille. Röntgensäteiden mahdollisuudet kemialliseen analyysiin tunnistettiin välittömästi. Spektrografit luotiin rekisteröimällä valokuvalevylle, jossa tutkittava näyte toimi röntgenputken anodina. Valitettavasti tämä tekniikka osoittautui erittäin työlääksi, ja siksi sitä käytettiin vain silloin, kun tavanomaiset kemialliset analyysimenetelmät eivät olleet käyttökelpoisia. Erinomaisena esimerkkinä innovatiivisesta tutkimuksesta analyyttisen röntgenspektroskopian alalla oli G. Hevesyn ja D. Costerin vuonna 1923 löytämä uusi alkuaine, hafnium. Suurtehoisten röntgenputkien kehittäminen radiografiaan ja herkkien ilmaisimien kehittäminen radiokemiallisiin mittauksiin toisen maailmansodan aikana vaikutti suurelta osin röntgenspektrografian nopeaan kasvuun seuraavina vuosina. Tämä menetelmä on yleistynyt analyysin nopeuden, mukavuuden, ainetta rikkomattoman luonteen ja täydellisen tai osittaisen automatisoinnin mahdollisuuden vuoksi. Sitä voidaan soveltaa kaikkien alkuaineiden kvantitatiivisen ja laadullisen analyysin ongelmiin, joiden atomiluku on suurempi kuin 11 (natrium). Ja vaikka röntgenspektrokemiallista analyysiä käytetään yleensä kriittisten komponenttien määrittämiseen näytteestä (0,1-100 %), joissain tapauksissa se soveltuu 0,005 %:n ja jopa alhaisemmille pitoisuuksille.
Röntgenspektrometri. Nykyaikainen röntgenspektrometri koostuu kolmesta pääjärjestelmästä (kuva 11): viritysjärjestelmät, ts. röntgenputki, jossa on volframista tai muusta tulenkestävästä materiaalista valmistettu anodi ja virtalähde; analyysijärjestelmät, ts. analysaattorikide, jossa on kaksi monirakokollimaattoria, sekä spektrogoniometri hienosäätöä varten; ja rekisteröintijärjestelmät, joissa on Geiger- tai suhteellinen tai tuikelaskija sekä tasasuuntaaja, vahvistin, laskurit ja karttatallennin tai muu tallennuslaite.

Röntgenfluoresenssianalyysi. Analysoitu näyte sijaitsee jännittävien röntgensäteiden reitillä. Näytteen tutkittava alue eristetään yleensä maskilla, jossa on halutun halkaisijan omaava reikä, ja säteily kulkee kollimaattorin läpi, joka muodostaa yhdensuuntaisen säteen. Analysaattorin kiteen takana rakokollimaattori lähettää diffraktioitunutta säteilyä ilmaisimelle. Yleensä maksimikulma q on rajoitettu 80–85°:een, joten vain sellaiset röntgensäteet, joiden aallonpituus l liittyy tasojen väliseen etäisyyteen d epäyhtälöllä l, voivat taipua analysaattorin kiteeseen. Röntgenmikroanalyysi. Edellä kuvattu litteä analysaattorikidespektrometri voidaan sovittaa mikroanalyysiin. Tämä saavutetaan supistamalla joko ensisijaista röntgensädettä tai näytteen lähettämää toissijaista sädettä. Näytteen tehollisen koon tai säteilyaukon pieneneminen johtaa kuitenkin tallennetun diffraktioituneen säteilyn intensiteetin pienenemiseen. Parannus tähän menetelmään voidaan saavuttaa käyttämällä kaarevaa kidespektrometriä, jonka avulla voidaan rekisteröidä divergentin säteilyn kartio, ei vain kollimaattorin akselin suuntaista säteilyä. Tällaisella spektrometrillä voidaan tunnistaa alle 25 µm:n hiukkaset. Vielä suurempi pienennys analysoitavan näytteen kokoon saavutetaan R. Kastenin keksimällä röntgenelektronikoetinmikroanalysaattorilla. Tässä näytteelle ominaista röntgensäteilyä herättää erittäin fokusoitu elektronisäde, joka sitten analysoidaan taivutetun kidespektrometrillä. Tällaisella laitteella on mahdollista havaita 10–14 g:n luokkaa ainetta halkaisijaltaan 1 μm:n näytteestä. Myös näytteen elektronisuihkupyyhkäisyllä varustettuja asennuksia on kehitetty, joiden avulla on mahdollista saada kaksiulotteinen kuvio jakautumasta sen elementin näytteelle, jonka ominaissäteily on viritetty spektrometriin.
Lääketieteen röntgendiagnostiikka
Röntgenteknologian kehitys on lyhentänyt merkittävästi valotusaikaa ja parantanut kuvien laatua, mikä mahdollistaa myös pehmytkudosten tutkimisen.
Fluorografia. Tämä diagnostiikkamenetelmä koostuu varjokuvan valokuvaamisesta läpikuultavalta näytöltä. Potilas sijoitetaan röntgenlähteen ja litteän fosforin (yleensä cesiumjodidin) väliin, joka hohtaa joutuessaan alttiiksi röntgensäteille. Biologiset kudokset, joiden tiheys vaihtelee, luovat röntgensäteilyn varjoja, joiden intensiteetti vaihtelee. Radiologi tutkii varjokuvan fluoresoivalla näytöllä ja tekee diagnoosin. Aiemmin radiologi luotti näkökykyyn kuvan analysoinnissa. Nykyään on olemassa erilaisia ​​järjestelmiä, jotka vahvistavat kuvaa, näyttävät sen televisioruudulla tai tallentavat tietoja tietokoneen muistiin.
Radiografia. Röntgenkuvan tallentamista suoraan valokuvausfilmille kutsutaan radiografiaksi. Tässä tapauksessa tutkittava elin sijaitsee röntgenlähteen ja kalvon välissä, joka tallentaa tietoa elimen tilasta tietyllä hetkellä. Toistuva röntgenkuvaus mahdollistaa sen jatkokehityksen arvioimisen. Radiografian avulla voit tutkia erittäin tarkasti luukudoksen eheyttä, joka koostuu pääasiassa kalsiumista ja on läpinäkymätön röntgensäteille, sekä lihaskudoksen repeämiä. Sen avulla stetoskooppia tai kuuntelua paremmin analysoidaan keuhkojen tilaa tulehduksen, tuberkuloosin tai nesteen esiintymisen varalta. Radiografian avulla selvitetään sydämen koko ja muoto sekä sen muutosten dynamiikka sydänsairauksista kärsivillä potilailla.
varjoaineita. Röntgensäteilyä läpäisevät ruumiinosat ja yksittäisten elinten ontelot tulevat näkyviin, jos ne täytetään varjoaineella, joka on keholle vaaraton, mutta mahdollistaa sisäelinten muodon visualisoinnin ja niiden toiminnan tarkistamisen. Potilas joko ottaa varjoaineita suun kautta (kuten bariumsuoloja ruoansulatuskanavan tutkimuksessa) tai ne annetaan suonensisäisesti (kuten munuaisten ja virtsateiden tutkimuksessa jodipitoisia liuoksia). Viime vuosina nämä menetelmät ovat kuitenkin korvanneet radioaktiivisten atomien ja ultraäänen käyttöön perustuvat diagnostiset menetelmät.
Tietokonetomografia. 1970-luvulla kehitettiin uusi röntgendiagnostiikkamenetelmä, joka perustuu täydelliseen valokuvaan ruumiista tai sen osista. Ohuiden kerrosten ("viipaleiden") kuvat käsitellään tietokoneella, ja lopullinen kuva näytetään monitorin näytöllä. Tätä menetelmää kutsutaan tietokoneröntgentomografiaksi. Sitä käytetään laajasti nykyaikaisessa lääketieteessä infiltraattien, kasvainten ja muiden aivosairauksien sekä kehon sisäisten pehmytkudosten sairauksien diagnosointiin. Tämä tekniikka ei vaadi vieraiden varjoaineiden lisäämistä ja on siksi nopeampi ja tehokkaampi kuin perinteiset tekniikat.
Röntgensäteilyn BIOLOGINEN TOIMINTA
Röntgensäteilyn haitallinen biologinen vaikutus havaittiin pian sen jälkeen, kun Röntgen löysi sen. Kävi ilmi, että uusi säteily voi aiheuttaa esimerkiksi vakavan auringonpolttaman (eryteeman), johon liittyy kuitenkin syvempiä ja pysyvämpiä ihovaurioita. Ilmenevät haavaumat muuttuivat usein syöväksi. Monissa tapauksissa sormet tai kädet jouduttiin amputoimaan. Myös kuolemia oli. On havaittu, että ihovaurioita voidaan välttää vähentämällä altistusaikaa ja annosta, käyttämällä suojausta (esim. lyijyä) ja kaukosäätimiä. Mutta vähitellen paljastettiin muita, pidemmän aikavälin vaikutuksia röntgensäteilylle, jotka sitten vahvistettiin ja niitä tutkittiin koe-eläimillä. Röntgensäteiden ja muiden ionisoivan säteilyn (kuten radioaktiivisten aineiden lähettämän gammasäteilyn) vaikutuksiin kuuluvat: 1) tilapäiset muutokset veren koostumuksessa suhteellisen pienen ylialtistuksen jälkeen; 2) peruuttamattomat muutokset veren koostumuksessa (hemolyyttinen anemia) pitkäaikaisen liiallisen altistuksen jälkeen; 3) lisääntynyt syövän ilmaantuvuus (mukaan lukien leukemia); 4) nopeampi ikääntyminen ja varhainen kuolema; 5) kaihien esiintyminen. Lisäksi biologiset kokeet hiirillä, kaniineilla ja kärpäsillä (Drosophila) ovat osoittaneet, että jo pienetkin annokset suurten populaatioiden systemaattista säteilytystä aiheuttavat mutaationopeuden lisääntymisen vuoksi haitallisia geneettisiä vaikutuksia. Useimmat geneetikot tunnustavat näiden tietojen soveltuvuuden ihmiskehoon. Mitä tulee röntgensäteilyn biologiseen vaikutukseen ihmiskehoon, sen määrää säteilyannoksen taso sekä se, mikä kehon tietty elin altistui säteilylle. Esimerkiksi verisairauksia aiheuttaa hematopoieettisten elinten, pääasiassa luuytimen, säteilytys ja geneettisiä seurauksia - sukuelinten säteilytyksestä, joka voi myös johtaa hedelmättömyyteen. Tiedon kertyminen röntgensäteilyn vaikutuksista ihmiskehoon on johtanut kansallisten ja kansainvälisten standardien kehittämiseen sallituille säteilyannoksille, jotka on julkaistu erilaisissa viitejulkaisuissa. Ihmisten tarkoituksenmukaisesti käyttämien röntgensäteiden lisäksi on myös ns. haja-, sivusäteilyä, joka syntyy eri syistä, esimerkiksi lyijyn suojanäytön epätäydellisyydestä johtuvasta sironnasta, joka ei absorboivat tämän säteilyn kokonaan. Lisäksi monet sähkölaitteet, joita ei ole suunniteltu tuottamaan röntgensäteitä, tuottavat kuitenkin röntgensäteitä sivutuotteena. Tällaisia ​​laitteita ovat elektronimikroskoopit, suurjännitetasasuuntauslamput (kenotronit) sekä vanhentuneiden väritelevisioiden kineskoopit. Nykyaikaisten värikineskooppien tuotanto on monissa maissa nyt hallituksen valvonnassa.
Röntgensäteilyn VAARALLISET TEKIJÄT
Ihmisten röntgensäteilyaltistuksen tyypit ja vaaran aste riippuvat säteilylle altistuneiden ihmisten määrästä.
Röntgenlaitteiden parissa työskentelevät ammattilaiset. Tähän luokkaan kuuluvat radiologit, hammaslääkärit sekä tieteelliset ja tekniset työntekijät sekä röntgenlaitteita huoltavat ja käyttävät henkilöt. Tehokkaisiin toimenpiteisiin ryhdytään heidän kohtaaman säteilyn vähentämiseksi.
Potilaat. Tässä ei ole tiukkoja kriteerejä, ja potilaiden hoidon aikana saaman säteilyn turvallisen tason määrää hoitavat lääkärit. Lääkäreitä kehotetaan olemaan altistamatta potilaita tarpeettomasti röntgensäteille. Erityistä varovaisuutta tulee noudattaa tutkittaessa raskaana olevia naisia ​​ja lapsia. Tässä tapauksessa ryhdytään erityistoimenpiteisiin.
Valvontamenetelmät. Asiassa on kolme näkökohtaa:
1) riittävien laitteiden saatavuus, 2) turvallisuusmääräysten noudattaminen, 3) laitteiden asianmukainen käyttö. Röntgentutkimuksessa säteilylle tulee altistaa vain haluttu alue, olipa kyseessä sitten hammastutkimus tai keuhkotutkimus. Huomaa, että välittömästi röntgenlaitteen sammuttamisen jälkeen sekä primääri että sekundäärinen säteily katoavat; ei myöskään ole jäännössäteilyä, jota eivät aina tiedä edes ne, jotka ovat suoraan yhteydessä siihen työssään.
Katso myös
ATOMIN RAKENNE;

Saksalaista tiedemiestä Wilhelm Conrad Roentgenia voidaan perustellusti pitää radiografian perustajana ja röntgensäteiden keskeisten piirteiden löytäjänä.

Sitten vuonna 1895 hän ei edes epäillyt löytämänsä röntgensäteilyn laajaa käyttöä ja suosiota, vaikka jo silloin ne herättivät laajaa resonanssia tieteen maailmassa.

On epätodennäköistä, että keksijä olisi voinut arvata, mitä hyötyä tai haittaa hänen toimintansa hedelmä toisi. Mutta tänään yritämme selvittää, mikä vaikutus tällaisella säteilyllä on ihmiskehoon.

• Röntgensäteilyllä on valtava läpäisykyky, mutta se riippuu säteilytettävän materiaalin aallonpituudesta ja tiheydestä;
• säteilyn vaikutuksesta jotkut esineet alkavat hehkua;
• röntgen vaikuttaa eläviin olentoihin;
• röntgensäteiden ansiosta joitain biokemiallisia reaktioita alkaa tapahtua;
• Röntgensäde voi ottaa elektroneja joistakin atomeista ja siten ionisoida ne.

Jopa itse keksijä oli ensisijaisesti huolissaan siitä, mitä hänen löytämänsä säteet tarkalleen ottaen olivat.

Koko sarjan kokeellisten tutkimusten jälkeen tiedemies havaitsi, että röntgensäteet ovat ultravioletti- ja gammasäteilyn väliaaltoja, joiden pituus on 10-8 cm.

Yllä luetelluilla röntgensäteen ominaisuuksilla on tuhoavia ominaisuuksia, mutta tämä ei estä niitä käyttämästä hyödyllisiin tarkoituksiin.

Joten missä nykymaailmassa röntgensäteitä voidaan käyttää?

1. Niitä voidaan käyttää monien molekyylien ja kidemuodostelmien ominaisuuksien tutkimiseen.
2. Vikojen havaitsemiseen eli teollisuuden osien ja laitteiden vikojen tarkistamiseen.
3. Lääketeollisuudessa ja terapeuttisessa tutkimuksessa.

Näiden aaltojen koko alueen lyhyiden pituuksien ja niiden ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta Wilhelm Roentgenin löytämän säteilyn tärkein sovellus tuli mahdolliseksi.

Koska artikkelimme aihe rajoittuu röntgensäteiden vaikutukseen ihmiskehoon, joka kohtaa ne vain sairaalaan mentäessä, harkitsemme vain tätä sovellusalaa.

Röntgensäteet keksinyt tiedemies teki niistä korvaamattoman lahjan koko maapallon väestölle, koska hän ei patentoinut jälkeläisiä myöhempää käyttöä varten.

Ensimmäisen maailmansodan jälkeen kannettavat röntgenlaitteet ovat pelastaneet satoja haavoittuneita ihmishenkiä. Nykyään röntgensäteillä on kaksi pääsovellusta:

1. Diagnoosi sen kanssa.

Röntgendiagnostiikkaa käytetään useissa vaihtoehdoissa:

• röntgen tai läpivalaisu;
• röntgenkuva tai valokuva;
• fluorografinen tutkimus;
• tomografia röntgenkuvauksella.

Nyt meidän on ymmärrettävä, kuinka nämä menetelmät eroavat toisistaan:

1. Ensimmäinen menetelmä olettaa, että kohde sijaitsee erityisen fluoresoivan näytön ja röntgenputken välissä. Lääkäri valitsee yksilöllisten ominaisuuksien perusteella tarvittavan säteiden voimakkuuden ja saa näytölle kuvan luista ja sisäelimistä.
2. Toisessa menetelmässä potilas asetetaan erityiselle röntgenfilmille kasetissa. Tässä tapauksessa laite sijoitetaan henkilön yläpuolelle. Tämän tekniikan avulla voit saada kuvan negatiivisena, mutta yksityiskohtaisemmin kuin fluoroskopialla.
3. Väestön massatutkimukset keuhkosairauden varalta mahdollistavat fluorografian. Toimenpiteen aikana kuva siirretään suurelta näytöltä erikoisfilmille.
4. Tomografian avulla voit saada kuvia sisäelimistä useissa osissa. Otetaan kokonainen sarja kuvia, joita kutsutaan jäljempänä tomogrammiksi.
5. Jos yhdistät tietokoneen avun edelliseen menetelmään, erikoisohjelmat luovat täydellisen kuvan, joka on tehty röntgenskannerilla.

Kaikki nämä terveysongelmien diagnosointimenetelmät perustuvat röntgensäteiden ainutlaatuiseen ominaisuuteen valaista valokuvafilmiä. Samalla kehomme inerttien ja muiden kudosten tunkeutumiskyky on erilainen, mikä näkyy kuvassa.

Kun röntgensäteiden toinen ominaisuus vaikuttaa kudoksiin biologisesta näkökulmasta löydettiin, tätä ominaisuutta alettiin käyttää aktiivisesti kasvainhoidossa.

Solut, erityisesti pahanlaatuiset, jakautuvat hyvin nopeasti, ja säteilyn ionisoiva ominaisuus vaikuttaa positiivisesti terapeuttiseen hoitoon ja hidastaa kasvainten kasvua.

Mutta kolikon toinen puoli on röntgensäteiden kielteinen vaikutus hematopoieettisiin, endokriinisiin ja immuunijärjestelmän soluihin, jotka myös jakautuvat nopeasti. Röntgenkuvan negatiivisen vaikutuksen seurauksena ilmenee säteilysairaus.

Röntgensäteilyn vaikutus ihmiskehoon

Kirjaimellisesti heti tieteellisessä maailmassa tehdyn kovaäänisen löydön jälkeen tuli tiedoksi, että röntgensäteet voivat vaikuttaa ihmiskehoon:

1. Röntgensäteiden ominaisuuksia tutkittaessa kävi ilmi, että ne voivat aiheuttaa palovammoja iholle. Hyvin samanlainen kuin lämpö. Vamman syvyys oli kuitenkin paljon suurempi kuin kotivammat, ja ne paranivat huonommin. Monet näiden salakavalasäteilyn kanssa tekemisissä olevat tiedemiehet ovat menettäneet sormensa.
2. Yrityksen ja erehdyksen avulla havaittiin, että jos vähennät lahjoituksen aikaa ja viiniköynnöksiä, palovammat voidaan välttää. Myöhemmin alettiin käyttää lyijyseuloja ja potilaiden etäsäteilytysmenetelmää.
3. Pitkän aikavälin näkökulma säteiden haitallisuudesta osoittaa, että säteilytyksen jälkeiset muutokset veren koostumuksessa johtavat leukemiaan ja varhaiseen ikääntymiseen.
4. Röntgensäteiden ihmiskehoon kohdistuvan vaikutuksen vakavuusaste riippuu suoraan säteilytetystä elimestä. Joten pienen lantion röntgensäteillä voi esiintyä hedelmättömyyttä ja hematopoieettisten elinten diagnoosilla - verisairauksia.
5. Merkittävimmätkin altistukset, mutta pitkällä aikavälillä, voivat johtaa muutoksiin geneettisellä tasolla.

Tietenkin kaikki tutkimukset tehtiin eläimillä, mutta tutkijat ovat osoittaneet, että patologiset muutokset koskevat myös ihmisiä.

TÄRKEÄ! Saatujen tietojen perusteella kehitettiin röntgensäteilyaltistusstandardit, jotka ovat yhdenmukaisia ​​kaikkialla maailmassa.

Röntgenannokset diagnoosia varten

Todennäköisesti jokainen, joka lähtee lääkärin vastaanotolta röntgenkuvan jälkeen, ihmettelee, kuinka tämä toimenpide vaikuttaa heidän tulevaan terveyteensä?

Säteilyaltistusta on myös luonnossa ja kohtaamme sitä päivittäin. Jotta olisi helpompi ymmärtää, kuinka röntgensäteet vaikuttavat kehoomme, vertaamme tätä menettelyä saatuun luonnolliseen säteilyyn:

• rintakehän röntgenkuvauksessa henkilö saa säteilyannoksen, joka vastaa 10 päivän taustaaltistusta, ja mahalaukku tai suolet - 3 vuotta;
• tomogrammi vatsaontelon tai koko kehon tietokoneella - vastaa 3 vuoden säteilyä;
• rintakehän röntgentutkimus - 3 kuukautta;
• raajat säteilytetään käytännössä vahingoittamatta terveyttä;
• hammasröntgen ei myöskään ole vaarallinen säteen tarkan suunnan ja vähimmäisaltistusajan vuoksi.

TÄRKEÄ! Huolimatta siitä, että annetut tiedot, vaikka ne kuulostavat kuinka pelottavilta, täyttävät kansainväliset vaatimukset. Potilaalla on kuitenkin täysi oikeus pyytää lisäsuojaa, jos hän pelkää voimakkaasti hyvinvointiaan.

Me kaikki joutuvat röntgentutkimukseen, ja useammin kuin kerran. Kuitenkin yksi ihmisryhmä määrättyjen toimenpiteiden ulkopuolella on raskaana olevat naiset.

Tosiasia on, että röntgensäteet vaikuttavat erittäin paljon syntymättömän lapsen terveyteen. Nämä aallot voivat aiheuttaa kohdunsisäisiä epämuodostumia kromosomeihin kohdistuvan vaikutuksen seurauksena.

TÄRKEÄ! Vaarallisin aika röntgenkuvaukselle on raskaus ennen 16 viikkoa. Tänä aikana haavoittuvimmat ovat vauvan lantio-, vatsa- ja nikama-alueet.

Tietäen tämän röntgensäteiden negatiivisen ominaisuuden, lääkärit kaikkialla maailmassa yrittävät välttää sen määräämistä raskaana oleville naisille.

Mutta on muitakin säteilylähteitä, joita raskaana oleva nainen voi kohdata:

• sähköllä toimivat mikroskoopit;
• väritelevision näytöt.

Äidiksi valmistautuvien on oltava tietoisia heitä odottavasta vaarasta. Imetyksen aikana röntgenkuvat eivät aiheuta uhkaa imettävän ja vauvan keholle.

Entä röntgenin jälkeen?

Jopa pienimmätkin röntgensäteilylle altistumisen vaikutukset voidaan minimoida noudattamalla muutamia yksinkertaisia ​​suosituksia:

• juo maitoa heti toimenpiteen jälkeen. Kuten tiedät, se pystyy poistamaan säteilyä;
• kuivalla valkoviinillä tai rypälemehulla on samat ominaisuudet;
• aluksi kannattaa syödä enemmän jodia sisältäviä ruokia.

TÄRKEÄ! Älä turvaudu lääketieteellisiin toimenpiteisiin tai käytä lääketieteellisiä menetelmiä röntgenhuoneessa käynnin jälkeen.

Riippumatta siitä, kuinka negatiiviset kerran löydettyjen röntgensäteiden ominaisuudet ovat, niiden käytön hyödyt ovat paljon suuremmat kuin haitat. Lääketieteellisissä laitoksissa läpivalaisumenettely suoritetaan nopeasti ja pienillä annoksilla.

Vuonna 1895 saksalainen fyysikko W. Roentgen löysi uuden, aiemmin tuntemattoman sähkömagneettisen säteilyn tyypin, joka nimettiin röntgensäteeksi löytäjän kunniaksi. W. Roentgenista tuli löytönsä kirjoittaja 50-vuotiaana. Hän toimi Würzburgin yliopiston rehtorina ja jolla oli maine yhtenä aikansa parhaista kokeilijoista. Yksi ensimmäisistä, jotka löysivät teknisen sovelluksen Roentgenin löydökselle, oli amerikkalainen Edison. Hän loi kätevän esittelylaitteen ja järjesti jo toukokuussa 1896 New Yorkissa röntgennäyttelyn, jossa kävijät saattoivat katsoa omaa kättään valonäytöltä. Kun Edisonin avustaja kuoli vakaviin palovammoihin, joita hän sai jatkuvista mielenosoituksista, keksijä lopetti lisäkokeita röntgensäteillä.

Röntgensäteilyä alettiin käyttää lääketieteessä sen suuren läpäisykyvyn vuoksi. Aluksi röntgensäteitä käytettiin luunmurtumien tutkimiseen ja vieraiden esineiden paikallistamiseen ihmiskehossa. Tällä hetkellä on olemassa useita röntgensäteisiin perustuvia menetelmiä. Mutta näillä menetelmillä on haittapuolensa: säteily voi aiheuttaa syvää ihovauriota. Ilmenevät haavaumat muuttuivat usein syöväksi. Monissa tapauksissa sormet tai kädet jouduttiin amputoimaan. Fluoroskopia(synonyymi läpikuultavuudelle) on yksi tärkeimmistä röntgentutkimuksen menetelmistä, joka koostuu tasomaisen positiivisen kuvan saamiseksi tutkittavasta kohteesta läpikuultavalla (fluoresoivalla) näytöllä. Fluoroskopian aikana kohde on läpikuultavan näytön ja röntgenputken välissä. Nykyaikaisilla läpikuultavilla röntgennäytöillä kuva tulee näkyviin sillä hetkellä, kun röntgenputki kytketään päälle, ja katoaa heti sen sammuttamisen jälkeen. Fluoroskopia mahdollistaa elimen toiminnan tutkimisen - sydämen pulsaatio, kylkiluiden hengitysliikkeet, keuhkot, pallea, ruoansulatuskanavan peristaltiikka jne. Fluoroskopiaa käytetään mahalaukun, maha-suolikanavan, pohjukaissuolen, maksan, sappirakon ja sappiteiden sairauksien hoidossa. Samalla lääkintäanturi ja manipulaattorit asetetaan paikalleen ilman kudosvaurioita, ja leikkauksen aikana tapahtuvia toimia ohjataan fluoroskopialla ja ne näkyvät monitorissa.
Röntgenkuvaus - röntgendiagnostiikkamenetelmä kiinteän kuvan rekisteröinnillä valoherkälle materiaalille - erityinen. valokuvafilmi (röntgenfilmi) tai valokuvapaperi myöhemmällä valokuvien käsittelyllä; Digitaalisessa radiografiassa kuva tallentuu tietokoneen muistiin. Se suoritetaan röntgendiagnostiikkalaitteilla - kiinteillä, asennettuna erityisesti varustettuihin röntgenhuoneisiin tai siirrettäviin ja kannettaviin - potilaan sängyn viereen tai leikkaussaliin. Röntgenkuvissa eri elinten rakenteiden elementit näkyvät paljon selkeämmin kuin fluoresoivassa näytössä. Röntgenkuvausta tehdään erilaisten sairauksien havaitsemiseksi ja ehkäisemiseksi, sen päätavoitteena on auttaa eri erikoisalojen lääkäreitä oikein ja tehdä nopeasti diagnoosi. Röntgenkuva tallentaa elimen tai kudoksen tilan vain altistushetkellä. Yksi röntgenkuva kuitenkin tallentaa vain anatomiset muutokset tietyllä hetkellä, se antaa prosessin staattisen kuvan; tietyin väliajoin otettavien röntgenkuvien sarjan avulla on mahdollista tutkia prosessin dynamiikkaa eli toiminnallisia muutoksia. Tomografia. Sana tomografia voidaan kääntää kreikasta nimellä siivukuva. Tämä tarkoittaa, että tomografian tarkoituksena on saada kerrostettu kuva tutkimuskohteen sisäisestä rakenteesta. Tietokonetomografialle on ominaista korkea resoluutio, jonka avulla voidaan erottaa hienovaraiset muutokset pehmytkudoksissa. CT mahdollistaa sellaisten patologisten prosessien havaitsemisen, joita ei voida havaita muilla menetelmillä. Lisäksi TT:n käyttö mahdollistaa potilaiden diagnostisen prosessin aikana saaman röntgensäteilyn annoksen pienentämisen.
Fluorografia- diagnostinen menetelmä, jonka avulla voit saada kuvan elimistä ja kudoksista, kehitettiin 1900-luvun lopulla, vuosi röntgensäteiden löytämisen jälkeen. Kuvista näet skleroosin, fibroosin, vieraita esineitä, kasvaimia, tulehduksia, joilla on kehittynyt aste, kaasujen ja infiltraatin esiintyminen onteloissa, paiseet, kystat ja niin edelleen. Useimmiten suoritetaan rintakehän röntgenkuvaus, jonka avulla voidaan havaita tuberkuloosi, pahanlaatuinen kasvain keuhkoissa tai rinnassa ja muita patologioita.
Röntgenhoito- Tämä on moderni menetelmä, jolla hoidetaan tiettyjä nivelsairauksia. Ortopedisten sairauksien hoidon pääsuunnat tällä menetelmällä ovat: Krooninen. nivelten tulehdusprosessit (niveltulehdus, polyartriitti); Degeneratiiviset (nivelrikko, osteokondroosi, deformoiva spondyloosi). Sädehoidon tarkoitus on patologisesti muuttuneiden kudosten solujen elintärkeän toiminnan estäminen tai niiden täydellinen tuhoutuminen. Ei-kasvainsairauksissa röntgenhoidon tarkoituksena on tukahduttaa tulehdusreaktio, estää proliferatiivisia prosesseja, vähentää kipuherkkyyttä ja rauhasten eritysaktiivisuutta. On pidettävä mielessä, että sukupuolirauhaset, hematopoieettiset elimet, leukosyytit ja pahanlaatuiset kasvainsolut ovat herkimpiä röntgensäteille. Säteilyannos määritetään kussakin tapauksessa yksilöllisesti.

Röntgenille myönnettiin ensimmäinen fysiikan Nobel-palkinto röntgensäteiden löytämisestä vuonna 1901, ja Nobel-komitea korosti hänen löytönsä käytännön merkitystä.
Näin ollen röntgensäteet ovat näkymätöntä sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus on 105 - 102 nm. Röntgensäteet voivat tunkeutua joihinkin materiaaleihin, jotka ovat läpinäkymättömiä näkyvälle valolle. Ne emittoituvat aineen nopeiden elektronien hidastumisen aikana (jatkuva spektri) ja elektronien siirtymien aikana atomin ulkoisista elektronikuorista sisäisiin (lineaarinen spektri). Röntgensäteilyn lähteitä ovat: röntgenputki, jotkin radioaktiiviset isotoopit, elektronien kiihdyttimet ja akut (synkrotronisäteily). Vastaanottimet - filmit, luminoivat näytöt, ydinsäteilyn ilmaisimet. Röntgensäteitä käytetään röntgendiffraktioanalyysissä, lääketieteessä, vikojen havaitsemisessa, röntgenspektrianalyysissä jne.

Nykyaikainen lääketiede käyttää monia lääkäreitä diagnosointiin ja hoitoon. Jotkut niistä on otettu käyttöön suhteellisen äskettäin, kun taas toisia on harjoitettu yli kymmenen tai jopa satoja vuosia. Myös satakymmentä vuotta sitten William Conrad Roentgen löysi hämmästyttävät röntgensäteet, jotka aiheuttivat merkittävää resonanssia tieteen ja lääketieteen maailmassa. Ja nyt lääkärit kaikkialla planeetalla käyttävät niitä käytännössä. Tämänpäiväisen keskustelumme aiheena on röntgensäteet lääketieteessä, keskustelemme niiden soveltamisesta hieman tarkemmin.

Röntgensäteet ovat yksi sähkömagneettisen säteilyn lajikkeista. Niille on tunnusomaista merkittävät läpäisyominaisuudet, jotka riippuvat säteilyn aallonpituudesta sekä säteilytettyjen materiaalien tiheydestä ja paksuudesta. Lisäksi röntgensäteet voivat aiheuttaa useiden aineiden hehkua, vaikuttaa eläviin organismeihin, ionisoida atomeja ja myös katalysoida joitain fotokemiallisia reaktioita.

Röntgensäteiden käyttö lääketieteessä

Tähän mennessä röntgensäteiden ominaisuudet mahdollistavat niiden laajan käytön röntgendiagnostiikassa ja röntgenhoidossa.

Röntgendiagnostiikka

Röntgendiagnostiikkaa käytetään suoritettaessa:

Röntgenkuvaus (lähetys);
- röntgenkuvaus (kuva);
- fluorografia;
- Röntgen- ja tietokonetomografia.

Fluoroskopia

Tällaisen tutkimuksen suorittamiseksi potilaan on asetettava itsensä röntgenputken ja erityisen fluoresoivan näytön väliin. Erikoisradiologi valitsee tarvittavan röntgensäteiden kovuuden ja saa näytölle kuvan sisäelimistä sekä kylkiluista.

Radiografia

Tätä tutkimusta varten potilas asetetaan kasetille, joka sisältää erityisen kalvon. Röntgenlaite sijoitetaan suoraan kohteen yläpuolelle. Tämän seurauksena kalvolle, joka sisältää useita hienoja yksityiskohtia, ilmestyy negatiivinen kuva sisäelimistä, joka on yksityiskohtaisempi kuin fluoroskopiassa.

Fluorografia

Tämä tutkimus suoritetaan väestön joukkolääketieteellisten tarkastusten aikana, mukaan lukien tuberkuloosin havaitseminen. Samanaikaisesti kuva suurelta näytöltä heijastetaan erityiselle filmille.

Tomografia

Tomografiaa suoritettaessa tietokonesäteet auttavat saamaan kuvia elimistä useissa paikoissa kerralla: erityisesti valituissa kudoksen poikittaisissa osissa. Tätä röntgenkuvasarjaa kutsutaan tomogrammiksi.

Tietokonetomografia

Tällaisen tutkimuksen avulla voit rekisteröidä ihmiskehon osia käyttämällä röntgenskanneria. Kun tiedot on syötetty tietokoneeseen, saadaan yksi kuva poikkileikkauksena.

Jokainen luetelluista diagnostisista menetelmistä perustuu röntgensäteen ominaisuuksiin kalvon valaisemiseksi sekä siihen, että ihmisen kudokset ja luuranko eroavat vaikutuksilleen erilaisesta läpäisevyydestään.

Röntgenhoito

Röntgensäteiden kykyä vaikuttaa kudoksiin erityisellä tavalla käytetään kasvainmuodostelmien hoitoon. Samaan aikaan tämän säteilyn ionisoivat ominaisuudet ovat erityisen aktiivisesti havaittavissa, kun se altistuu soluille, jotka kykenevät jakautumaan nopeasti. Juuri nämä ominaisuudet erottavat pahanlaatuisten onkologisten muodostumien solut.

On kuitenkin syytä huomata, että röntgenhoito voi aiheuttaa paljon vakavia sivuvaikutuksia. Tällainen vaikutus vaikuttaa aggressiivisesti hematopoieettisen, endokriinisen ja immuunijärjestelmän tilaan, jonka solut myös jakautuvat erittäin nopeasti. Aggressiivinen vaikutus niihin voi aiheuttaa merkkejä säteilysairaudesta.

Röntgensäteilyn vaikutus ihmisiin

Tutkiessaan röntgensäteitä lääkärit havaitsivat, että ne voivat aiheuttaa ihossa muutoksia, jotka muistuttavat auringonpolttamaa, mutta joihin liittyy syvempiä ihovaurioita. Tällaiset haavaumat paranevat hyvin pitkään. Tutkijat ovat havainneet, että tällaiset vauriot voidaan välttää vähentämällä säteilyaikaa ja -annosta sekä käyttämällä erityisiä suoja- ja kauko-ohjausmenetelmiä.

Röntgensäteiden aggressiivinen vaikutus voi ilmetä myös pitkällä aikavälillä: tilapäisiä tai pysyviä muutoksia veren koostumuksessa, herkkyyttä leukemialle ja varhaista ikääntymistä.

Röntgensäteilyn vaikutus ihmiseen riippuu monista tekijöistä: siitä, mitä elintä säteilytetään ja kuinka kauan. Hematopoieettisten elinten säteilytys voi johtaa verisairauksiin, ja altistuminen sukuelimille voi johtaa hedelmättömyyteen.

Järjestelmällisen säteilytyksen suorittaminen on täynnä geneettisten muutosten kehittymistä kehossa.

Röntgensäteiden todellinen haitta röntgendiagnostiikassa

Tutkimuksen aikana lääkärit käyttävät mahdollisimman vähän röntgensäteitä. Kaikki säteilyannokset täyttävät tietyt hyväksyttävät standardit eivätkä voi vahingoittaa henkilöä. Röntgendiagnostiikka on merkittävä vaara vain sitä suorittaville lääkäreille. Ja sitten nykyaikaiset suojausmenetelmät auttavat vähentämään säteiden aggressiota minimiin.

Turvallisimpia radiodiagnostiikkamenetelmiä ovat raajojen röntgenkuvaus sekä hammasröntgenkuvaukset. Tämän luokituksen seuraavalla paikalla on mammografia, sitä seuraa tietokonetomografia ja sen jälkeen röntgenkuvaus.

Jotta röntgensäteiden käyttö lääketieteessä tuottaisi vain hyötyä henkilölle, on tarpeen suorittaa tutkimusta heidän avullaan vain ohjeiden mukaan.

Vuonna 1895 saksalainen fyysikko Roentgen, suorittaessaan kokeita virran kulkemisesta kahden elektrodin välillä tyhjiössä, havaitsi, että luminoivalla aineella (bariumsuolaa) peitetty näyttö hehkuu, vaikka purkausputki on suljettu mustalla pahviseulalla - Näin löydettiin säteily, joka tunkeutuu läpinäkymättömien esteiden, joita kutsutaan röntgenröntgensäteiksi, läpi. Todettiin, että ihmisille näkymätön röntgensäteet imeytyvät läpinäkymättömiin esineisiin, mitä vahvempi, sitä suurempi esteen atomiluku (tiheys) on, joten röntgensäteet kulkevat helposti ihmiskehon pehmytkudosten läpi, mutta säilyvät. luurangon luiden kautta. Suunniteltiin voimakkaiden röntgensäteiden lähteet, jotka mahdollistivat metalliosien läpi paistamisen ja niiden sisäisten vikojen löytämisen.

Saksalainen fyysikko Laue ehdotti, että röntgensäteet ovat samaa sähkömagneettista säteilyä kuin näkyvät valonsäteet, mutta niillä on lyhyempi aallonpituus ja kaikki optiikan lait pätevät niihin, mukaan lukien diffraktio on mahdollista. Näkyvän valon optiikassa alkeistason diffraktio voidaan esittää valon heijastuksena urien järjestelmästä - diffraktiohila, joka esiintyy vain tietyissä kulmissa, kun taas säteiden heijastuskulma liittyy tulokulmaan, diffraktiohilan urien ja tulevan säteilyn aallonpituuden välinen etäisyys. Diffraktiota varten on välttämätöntä, että iskujen välinen etäisyys on suunnilleen yhtä suuri kuin tulevan valon aallonpituus.

Laue ehdotti, että röntgensäteiden aallonpituus on lähellä kiteissä olevien yksittäisten atomien välistä etäisyyttä, ts. Kiteen atomit luovat diffraktiohilan röntgensäteitä varten. Kiteen pintaan suunnatut röntgensäteet heijastuivat valokuvalevylle teorian ennusteen mukaisesti.

Mahdolliset muutokset atomien sijainnissa vaikuttavat diffraktiokuvioon ja röntgensäteiden diffraktiota tutkimalla saadaan selville atomien sijoittuminen kiteessä ja tämän järjestelyn muutos kiteen fysikaalisten, kemiallisten ja mekaanisten vaikutusten vaikutuksesta. .

Nyt röntgenanalyysiä käytetään monilla tieteen ja teknologian aloilla, ja sen avulla opittiin atomien järjestystä olemassa oleviin materiaaleihin ja luotiin uusia materiaaleja, joilla on tietty rakenne ja ominaisuudet. Viimeaikaiset edistysaskeleet tällä alalla (nanomateriaalit, amorfiset metallit, komposiittimateriaalit) luovat toimintakentän seuraaville tieteellisille sukupolville.

Röntgensäteiden esiintyminen ja ominaisuudet

Röntgensäteiden lähde on röntgenputki, jossa on kaksi elektrodia - katodi ja anodi. Kun katodia kuumennetaan, tapahtuu elektroniemissiota, katodista emittoituja elektroneja kiihdytetään sähkökentän vaikutuksesta ja ne osuvat anodin pintaan. Röntgenputki erottuu tavanomaisesta radiolampusta (diodista) pääasiassa korkeammalla kiihdytysjännitteellä (yli 1 kV).

Kun elektroni lentää katodista, sähkökenttä saa sen lentämään anodia kohti, kun sen nopeus jatkuvasti kasvaa, elektronissa kulkee magneettikenttä, jonka intensiteetti kasvaa elektronin nopeuden myötä. Anodin pinnan saavuttaessa elektroni hidastuu jyrkästi ja syntyy sähkömagneettinen pulssi, jonka aallonpituudet ovat tietyllä alueella (bremsstrahlung). Säteilyvoimakkuuden jakautuminen aallonpituuksille riippuu röntgenputken anodin materiaalista ja käytetystä jännitteestä, kun taas lyhyiden aaltojen puolella tämä käyrä alkaa tietystä vähimmäisaallonpituudesta, joka riippuu käytetystä jännitteestä. Säteiden joukko kaikilla mahdollisilla aallonpituuksilla muodostaa jatkuvan spektrin ja maksimiintensiteettiä vastaava aallonpituus on 1,5 kertaa minimiaallonpituus.

Jännitteen kasvaessa röntgenspektri muuttuu dramaattisesti johtuen atomien vuorovaikutuksesta korkeaenergisten elektronien ja primääristen röntgensäteiden kvanttien kanssa. Atomi sisältää sisäisiä elektronikuoria (energiatasoja), joiden lukumäärä riippuu atomiluvusta (merkitty kirjaimilla K, L, M jne.) Elektronit ja primääriröntgensäteet syrjäyttävät elektroneja energiatasolta toiselle. . Syntyy metastabiili tila, ja elektronien hyppy vastakkaiseen suuntaan on välttämätön stabiiliin tilaan siirtymiseksi. Tähän hyppyyn liittyy energiakvantin vapautuminen ja röntgensäteiden ilmestyminen. Toisin kuin jatkuvan spektrin röntgensäteet, tällä säteilyllä on erittäin kapea aallonpituusalue ja korkea intensiteetti (ominainen säteily) ( cm. riisi.). Ominaisen säteilyn intensiteetin määräävien atomien määrä on erittäin suuri, esimerkiksi kuparianodilla varustetussa röntgenputkessa 1 kV:n jännitteellä virta 15 mA, 10 14–10 15 atomia antaa ominaissäteilyä. 1 s ajaksi. Tämä arvo lasketaan kokonaisröntgensäteen tehon ja K-kuoren röntgensäteen kvantin energian suhteena (K-sarja röntgensäteelle ominaista säteilyä). Röntgensäteilyn kokonaisteho on tässä tapauksessa vain 0,1% kulutetusta tehosta, loput menetetään pääasiassa lämmön siirtymisen vuoksi.

Korkean intensiteetin ja kapean aallonpituusalueensa vuoksi tunnusomainen röntgensäteily on pääasiallinen tieteellisessä tutkimuksessa ja prosessiohjauksessa käytetty säteilytyyppi. Samanaikaisesti K-sarjan säteiden kanssa syntyy L- ja M-sarjan säteitä, joilla on paljon pidemmät aallonpituudet, mutta niiden käyttö on rajallista. K-sarjassa on kaksi komponenttia, joiden aallonpituudet ovat lähellä a ja b, kun taas b-komponentin intensiteetti on 5 kertaa pienempi kuin a. A-komponentille puolestaan ​​on ominaista kaksi hyvin läheistä aallonpituutta, joista toisen intensiteetti on 2 kertaa suurempi kuin toisen. Säteilyn saamiseksi yhdellä aallonpituudella (monokromaattinen säteily) on kehitetty erityisiä menetelmiä, jotka käyttävät röntgensäteiden absorption ja diffraktion riippuvuutta aallonpituudesta. Alkuaineen atomiluvun kasvu liittyy elektronikuorten ominaisuuksien muutokseen, ja mitä suurempi on röntgenputken anodimateriaalin atomiluku, sitä lyhyempi on K-sarjan aallonpituus. Yleisimmin käytetyt putket, joissa on anodeja elementeistä, joiden atomiluku on 24–42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) ja aallonpituudet 2,29–0,712 A (0,229–0,712 nm).

Röntgenputken lisäksi radioaktiiviset isotoopit voivat olla röntgensäteiden lähteitä, jotkut voivat lähettää suoraan röntgensäteitä, toiset emittoivat elektroneja ja a-hiukkasia, jotka synnyttävät röntgensäteitä pommittaessaan metallikohteita. Radioaktiivisten lähteiden röntgenintensiteetti on yleensä paljon pienempi kuin röntgenputken (lukuun ottamatta radioaktiivista kobolttia, jota käytetään vikojen havaitsemiseen ja joka antaa erittäin pienen aallonpituuden säteilyä - g-säteilyä), ne ovat pienikokoinen eivätkä vaadi sähköä. Synkrotroniröntgensäteitä tuotetaan elektronikiihdyttimissä, tämän säteilyn aallonpituus on paljon suurempi kuin röntgenputkissa (pehmeät röntgensäteet), sen intensiteetti on useita suuruusluokkia suurempi kuin röntgenputkien intensiteetti. On myös luonnollisia röntgensäteiden lähteitä. Radioaktiivisia epäpuhtauksia on löydetty monista mineraaleista, ja avaruusobjekteista, mukaan lukien tähdistä, peräisin olevia röntgensäteitä on tallennettu.

Röntgensäteiden vuorovaikutus kiteiden kanssa

Kiderakenteen omaavien materiaalien röntgentutkimuksessa analysoidaan kidehilan atomeihin kuuluvien elektronien röntgensäteiden sironnan aiheuttamia häiriökuvioita. Atomit katsotaan liikkumattomiksi, niiden lämpövärähtelyjä ei oteta huomioon, ja kaikkien saman atomin elektronien katsotaan keskittyneen yhteen pisteeseen - kidehilan solmuun.

Röntgendiffraktion perusyhtälöiden johtamiseksi kiteessä otetaan huomioon kidehilassa suoraa linjaa pitkin sijaitsevien atomien hajoamien säteiden interferenssi. Monokromaattisen röntgensäteilyn tasoaalto osuu näihin atomeihin kulmassa, jonka kosini on yhtä suuri kuin 0 . Atomien hajottamien säteiden interferenssilainsäädäntö on samanlainen kuin diffraktiohilassa, joka siroaa valosäteilyä näkyvällä aallonpituusalueella. Jotta kaikkien värähtelyjen amplitudit summautuisivat suurella etäisyydellä atomisarjoista, on välttämätöntä ja riittävää, että kustakin vierekkäisestä atomiparista tulevien säteiden reittien ero sisältää kokonaislukumäärän aallonpituuksia. Kun atomien välinen etäisyys a tämä tila näyttää tältä:

a(a – a0) = h l ,

missä a on atomisarjan ja taipuneen säteen välisen kulman kosini, h- kokonaisluku. Kaikkiin suuntiin, jotka eivät täytä tätä yhtälöä, säteet eivät etene. Siten hajallaan olevat palkit muodostavat koaksiaalikartioiden järjestelmän, jonka yhteinen akseli on atomirivi. Kartioiden jäljet ​​atomirivin suuntaisella tasolla ovat hyperboleja ja riviin kohtisuorassa tasossa ympyröitä.

Kun säteet putoavat vakiokulmassa, polykromaattinen (valkoinen) säteily hajoaa säteiden spektriksi, joka on taipunut kiinteisiin kulmiin. Siten atomisarja on röntgensäteiden spektrografi.

Yleistäminen kaksiulotteiseksi (litteäksi) atomihilaksi ja sitten kolmiulotteiseksi tilavuus(tila)kidehilaksi antaa vielä kaksi samanlaista yhtälöä, jotka sisältävät röntgensäteiden tulo- ja heijastuskulmat sekä atomien väliset etäisyydet kolmessa ohjeita. Näitä yhtälöitä kutsutaan Laue-yhtälöiksi ja ne ovat röntgendiffraktioanalyysin taustalla.

Rinnakkaisilta atomitasoilta heijastuneiden säteiden amplitudit summautuvat ja siitä lähtien atomien lukumäärä on erittäin suuri, heijastunut säteily voidaan kiinnittää kokeellisesti. Heijastustilanne kuvataan Wulff-Braggin yhtälöllä2d sinq = nl, missä d on vierekkäisten atomitasojen välinen etäisyys, q on katselukulma tulevan säteen suunnan ja näiden tasojen välillä kiteessä, l on röntgensäde aallonpituus, ja n on kokonaisluku, jota kutsutaan heijastusjärjestyksessä. Kulma q on tulokulma suhteessa atomitasoihin, jotka eivät välttämättä ole samassa suunnassa tutkittavan näytteen pinnan kanssa.

Röntgendiffraktioanalyysiin on kehitetty useita menetelmiä, joissa käytetään sekä jatkuvan spektrin säteilyä että monokromaattista säteilyä. Tässä tapauksessa tutkittava kohde voi olla paikallaan tai pyörivä, voi koostua yhdestä kiteestä (yksikide) tai useista (monikide), taipunut säteily voidaan tallentaa litteällä tai sylinterimäisellä röntgenfilmillä tai liikkuvalla röntgendetektorilla kehän ympärillä, kuitenkin kaikissa tapauksissa kokeen ja tulosten tulkinnan aikana käytetään Wulf-Braggin yhtälöä.

Tieteen ja tekniikan röntgenanalyysi

Röntgendiffraktion keksimisen myötä tutkijoilla on käytössään menetelmä, jonka avulla he voivat tutkia yksittäisten atomien sijoittumista ja tämän järjestelyn muutoksia ulkoisten vaikutusten alaisena ilman mikroskooppia.

Röntgensäteiden pääasiallinen käyttökohde perustieteessä on rakenneanalyysi, ts. yksittäisten atomien avaruudellisen järjestelyn määrittäminen kiteessä. Tätä varten kasvatetaan yksittäiskiteitä ja tehdään röntgenanalyysi, jossa tutkitaan sekä heijastusten sijaintia että voimakkuutta. Nyt on määritetty ei vain metallien, vaan myös monimutkaisten orgaanisten aineiden rakenteet, joissa alkuainesolut sisältävät tuhansia atomeja.

Mineralogiassa tuhansien mineraalien rakenteet on määritetty röntgenanalyysillä ja luotu pikamenetelmiä mineraalien raaka-aineiden analysointiin.

Metallien kiderakenne on suhteellisen yksinkertainen ja röntgenmenetelmällä voidaan tutkia sen muutoksia erilaisten teknisten käsittelyjen aikana ja luoda fyysisiä perustaa uusille teknologioille.

Seosten faasikoostumus määräytyy viivojen järjestelyn avulla röntgenkuvioissa, kiteiden lukumäärä, koko ja muoto määräytyvät niiden leveyden mukaan, kiteiden orientaatio (tekstuuri) määräytyy diffraktiokartion intensiteettijakauman mukaan.

Näillä tekniikoilla tutkitaan plastisen muodonmuutoksen aikana tapahtuvia prosesseja, mukaan lukien kiteiden murskautuminen, sisäisten jännitysten esiintyminen ja kiderakenteen epätäydellisyydet (dislokaatiot). Kun deformoituneita materiaaleja kuumennetaan, tutkitaan jännityksen lieventämistä ja kiteen kasvua (uudelleenkiteytymistä).

Kun metalliseosten röntgenanalyysi määrittää kiinteiden liuosten koostumuksen ja pitoisuuden. Kun kiinteä liuos ilmaantuu, atomien väliset etäisyydet ja sitä kautta atomitasojen väliset etäisyydet muuttuvat. Nämä muutokset ovat pieniä, joten kidehilan jaksojen mittaamiseen on kehitetty erityisiä tarkkuusmenetelmiä kaksi suuruusluokkaa suuremmalla tarkkuudella kuin perinteisten röntgenmenetelmien mittaustarkkuus. Kidehilan jaksojen tarkkojen mittausten ja faasianalyysin yhdistelmä mahdollistaa faasialueiden rajat muodostamisen tilakaavioon. Röntgenmenetelmällä voidaan havaita myös välitilat kiinteiden liuosten ja kemiallisten yhdisteiden välillä - järjestetyt kiinteät liuokset, joissa epäpuhtausatomit eivät ole satunnaisesti sijoittuneet, kuten kiinteissä liuoksissa, eivätkä samaan aikaan kolmiulotteisessa järjestyksessä, kuten kemiassa. yhdisteet. Järjestettyjen kiinteiden liuosten röntgenkuvioissa on lisäviivoja, röntgenkuvioiden tulkinta osoittaa, että epäpuhtausatomit ovat tietyissä paikoissa kidehilassa, esimerkiksi kuution kärjessä.

Seoksen, jossa ei tapahdu faasimuutoksia, sammutettaessa voi syntyä ylikyllästynyttä kiinteää liuosta, ja edelleen kuumennettaessa tai jopa huoneenlämpötilassa pidettäessä kiinteä liuos hajoaa vapauttaen kemiallisen yhdisteen hiukkasia. Tämä on ikääntymisen vaikutus ja se näkyy röntgenkuvissa viivojen sijainnin ja leveyden muutoksena. Vanhenemisen tutkiminen on erityisen tärkeää ei-rautametalliseoksille, esimerkiksi vanhentaminen muuttaa pehmeäksi kovetetusta alumiiniseoksesta vahvan rakennemateriaalin duralumiiniksi.

Teräksen lämpökäsittelyn röntgentutkimukset ovat teknologisesti merkittävimpiä. Teräksen kovettumisen (nopea jäähdytys) aikana tapahtuu diffuusiota austeniitti-martensiitti faasimuutos, joka johtaa rakenteen muutokseen kuutiosasta tetragonaaliseen eli ts. yksikkökenno on suorakaiteen muotoisen prisman muotoinen. Röntgenkuvissa tämä näkyy linjojen laajenemisena ja joidenkin juovien jakautumisena kahdeksi. Syynä tähän vaikutukseen ei ole pelkästään kiderakenteen muutos, vaan myös suurten sisäisten jännitysten esiintyminen martensiittisen rakenteen termodynaamisen epätasapainon ja nopean jäähtymisen vuoksi. Karkaisun aikana (karkaistun teräksen kuumennus) röntgenkuvioiden viivat kapenevat, mikä johtuu palautumisesta tasapainorakenteeseen.

Viime vuosina keskittyneiden energiavirtojen (lasersäteet, shokkiaallot, neutronit, elektronipulssit) materiaalien käsittelystä tehdyt röntgentutkimukset ovat nousseet suureksi merkitykseksi, vaativat uusia tekniikoita ja antoivat uusia röntgenefektejä. Esimerkiksi lasersäteiden vaikutuksesta metalleihin lämpeneminen ja jäähtyminen tapahtuu niin nopeasti, että metallissa kiteet ehtivät jäähdytettynä kasvaa vain useiden yksikkösolujen (nanokiteiden) kokoisiksi tai eivät ehdi muodostua. ollenkaan. Tällainen metalli jäähdytyksen jälkeen näyttää tavalliselta, mutta ei anna selkeitä viivoja röntgenkuvassa, ja heijastuneet röntgensäteet jakautuvat koko katselukulma-alueelle.

Neutronisäteilytyksen jälkeen röntgenkuvioihin ilmestyy ylimääräisiä täpliä (diffuusimaksimia). Radioaktiivinen hajoaminen aiheuttaa myös erityisiä röntgensäteitä, jotka liittyvät rakenteen muutokseen, sekä sitä, että itse tutkittavasta näytteestä tulee röntgensäteiden lähde.