Beberapa efek interaksi sinar-X dengan materi

Seperti disebutkan di atas, sinar-X mampu membangkitkan atom dan molekul materi. Hal ini dapat menyebabkan fluoresensi zat tertentu (misalnya seng sulfat). Jika seberkas sinar-x sejajar diarahkan pada benda buram, maka sinar tersebut dapat diamati melewati benda tersebut dengan menempatkan layar yang dilapisi zat fluoresen.

Layar neon dapat diganti dengan film fotografi. Sinar-X memiliki efek yang sama pada emulsi fotografi seperti halnya cahaya. Kedua metode tersebut digunakan dalam pengobatan praktis.

Efek penting lainnya dari sinar-X adalah kemampuan pengionnya. Itu tergantung pada panjang gelombang dan energi mereka. Efek ini menyediakan metode untuk mengukur intensitas sinar-X. Ketika sinar-X melewati ruang ionisasi, arus listrik dihasilkan, yang besarnya sebanding dengan intensitas sinar-X.

Ketika sinar-X melewati materi, energinya berkurang karena penyerapan dan hamburan. Redaman intensitas berkas sinar-X paralel yang melewati suatu zat ditentukan oleh hukum Bouguer: , dimana saya 0- intensitas awal radiasi sinar-X; SAYA adalah intensitas sinar-X yang melewati lapisan materi, D- ketebalan lapisan penyerap , - koefisien atenuasi linier. Itu sama dengan jumlah dua kuantitas: T- koefisien penyerapan linier dan S- koefisien hamburan linier: m = t+S

Dalam percobaan, ditemukan bahwa koefisien serapan linier bergantung pada nomor atom zat dan panjang gelombang sinar-X:

Dimana koefisien proporsionalitas langsung, adalah massa jenis zat, Z- nomor atom unsur, - panjang gelombang sinar-x.

Ketergantungan pada Z sangat penting dari sudut pandang praktis. Misalnya, koefisien penyerapan tulang, yang terdiri dari kalsium fosfat, hampir 150 kali lebih tinggi daripada koefisien penyerapan jaringan lunak ( Z=20 untuk kalsium dan Z=15 untuk fosfor). Ketika sinar-X melewati tubuh manusia, tulang menonjol dengan jelas dengan latar belakang otot, jaringan ikat, dll.

Diketahui bahwa organ pencernaan memiliki koefisien penyerapan yang sama dengan jaringan lunak lainnya. Tetapi bayangan kerongkongan, lambung dan usus dapat dibedakan jika pasien menelan zat kontras - barium sulfat ( Z= 56 untuk barium). Barium sulfat sangat buram untuk sinar-x dan sering digunakan untuk pemeriksaan sinar-x pada saluran pencernaan. Campuran buram tertentu dimasukkan ke dalam aliran darah untuk memeriksa kondisi pembuluh darah, ginjal, dan sejenisnya. Dalam hal ini, yodium digunakan sebagai agen kontras, yang nomor atomnya adalah 53.

Ketergantungan penyerapan sinar-X pada Z juga digunakan untuk melindungi dari kemungkinan efek berbahaya dari sinar-x. Untuk tujuan ini, timbal digunakan, nilainya Z dimana 82.

Halaman 1

Kuliah 10

Interaksi radiasi sinar-X dengan benda padat (efek fotolistrik, efek Compton). Penampang efek fotolistrik dan hubungannya dengan koefisien penyerapan linier radiasi sinar-X. Perhitungan koefisien penyerapan massa untuk sampel poliatomik.

Hubungan yang berguna ketika beralih dari energi foton ke panjang gelombang

Produk energi dan panjang gelombang = hc= 12,4 keVÅ

(10.1)
Ketika sinar foton melewati benda padat, proses berikut mungkin terjadi, yang menyebabkan melemahnya intensitas sinar:

• 
  kelahiran fotoelektron sebagai akibat dari efek fotolistrik;
• 
  hamburan Compton;
• 
  pembentukan pasangan elektron-positron.

Proses terakhir ini, yang terdiri dari penyerapan foton dengan pembentukan pasangan elektron-positron, hanya dapat terjadi jika energi foton  2 M e C 2 = 1,02 MeV. Dalam metode analisis unsur dan struktur, foton dengan energi seperti itu tidak digunakan, sehingga proses ini tidak akan dipertimbangkan.

Hamburan Compton mengarah, pada prinsipnya, bukan pada penyerapan foton, tetapi pada perubahan arah gerakannya (hamburan melalui sudut ) dengan peningkatan panjang gelombang secara simultan sebesar  = ( H/M e C)(1 – cos), dimana H/M e C = 0,0243 Å - Panjang gelombang elektron Compton. Energi foton yang digunakan dalam metode analisis biasanya tidak melebihi 10 keV, yang sesuai dengan panjang gelombang  = 1,24 Å. Oleh karena itu, bahkan untuk sudut hamburan maksimum  = 90 o perubahan relatif panjang gelombang akibat hamburan Compton /  210 -2 . Selain itu, pada energi yang ditunjukkan, probabilitas proses hamburan Compton jauh lebih rendah daripada probabilitas produksi fotoelektron. Dengan demikian, kontribusi utama pada pelemahan berkas foton (kuanta sinar-X) dibuat oleh efek fotolistrik.

Ingatlah bahwa dalam efek fotolistrik, sebuah kuantum sinar-X dengan energi ħ  mentransmisikan semua energi ke elektron atom, akibatnya yang terakhir terbang keluar dari atom dengan energi

e e = ħ  – e st,

(10.2)
Di mana e sv adalah energi ikat elektron dalam atom.

Agar efek fotolistrik terjadi, syaratnya ħ   e sv, oleh karena itu, pada energi kuantum tetap, efek fotolistrik dapat terjadi pada beberapa kulit (subkulit) dan tidak ada pada kulit lainnya.

Sesuai dengan ekspresi (10.2), ketika sampel diiradiasi dengan kuanta sinar-x dari energi tetap (radiasi sinar-x monokromatik), fotoelektron dengan energi berbeda akan terbang keluar dari sampel, sesuai dengan energi ikat yang berbeda. Setelah diukur e e dan mengetahui ħ , adalah mungkin untuk didefinisikan e sv dan tentukan atom mana yang memancarkan fotoelektron. Kemungkinan ini mendasari metode analisis yang disebut spektroskopi fotoelektron sinar-X.

Perhitungan mekanika kuantum memberikan ekspresi berikut untuk ketergantungan penampang lintang efek fotolistrik pada kulit (subkulit) pada energi ikat e St.

Karena e 2 ħ /M e C= 5,5610 -2 keVÅ 2, maka dengan menggabungkan semua konstanta, kita mendapatkan persamaan berikut

Å2 jika ħ  dalam keV.

(10.3)
Jika Anda masuk ħ  0 = hc/ 0 = e sv, maka ketergantungan penampang efek fotolistrik pada panjang gelombang sinar-X diperoleh dalam bentuk

 0 disebut panjang gelombang tepi serapan(Jika KE-cangkang, lalu KE- tepi penyerapan, jika L 1 , lalu L 1 - tepi penyerapan).

DAN
Ini mengikuti dari ungkapan di atas bahwa kapan ħ   e sv (   0) penampang efek fotolistrik cenderung tak terhingga. Nyatanya, terjadi peningkatan tajam nilai  ph ke nilai tertentu, setelah itu penampang efek fotolistrik pada kulit tertentu (subkulit) menjadi sama dengan nol ( ħ   e st.). Dalam hal ini, tentunya penampang efek fotolistrik pada kulit dengan energi ikat yang lebih rendah tidak sama dengan nol. Pada ara. 10.1a menunjukkan ketergantungan penampang efek fotolistrik pada energi foton, dan pada gambar. 10.1b - pada panjang gelombang dekat tepi serapan.

Total penampang efek fotolistrik dalam atom  ph adalah jumlah penampang efek fotolistrik pada masing-masing S kulit/subkulit , yang bergantung pada ћ  dan e sv dari Shell/subkulit yang diberikan.

Jika penampang efek fotolistrik dari kuantum sinar-X dengan energi ћ  pada kulit/subkulit dalam sampel monoatomik dengan konsentrasi atom N 0 sama , maka jalur bebas rata-rata sebuah kuantum sebelum penyerapannya dengan pelepasan fotoelektron dengan S kulit/subkulit

, (10.5)

Di mana N S adalah jumlah elektron per S cangkang/subkulit.

Biarkan di dalam sampel intensitas fluks kuanta sinar-X sama dengan SAYA sebelum memasuki ketebalan lapisan dx, maka fraksi sinar yang diserap akibat efek fotolistrik pada lapisan ini adalah

,

dimana  S = N 0 N S .

Dari persamaan diferensial ini berikut itu intensitas fluks kuanta sinar-X setelah melewati sampel dengan ketebalanl berhubungan dengan laju aliran pada inlet sampelSAYA 0 rasio berikut:

,

Di mana
–koefisien penyerapan linier. Satuan ukuran  - cm -1.

Terkadang istilah itu digunakan panjang atenuasi adalah jarak sepanjang normal ke permukaan sampel di mana intensitas sinar-X berkurang e sekali. Panjang atenuasi biasanya diukur dalam µm.

Model Perhitungan Saat Ini , terutama pada energi kuantum ћ  dekat e s, tidak setuju dengan data eksperimen, oleh karena itu, dalam praktiknya, lebih disukai menggunakan nilai koefisien penyerapan linear foton sinar-X yang ditentukan secara eksperimental dari berbagai energi dalam bahan monoatomik, yang ditentukan oleh perubahan dalam intensitas fluks foton sinar-X setelah melewati sampel dengan ketebalan yang diketahui.

Buku referensi biasanya memberikan nilai koefisien penyerapan massa /  , di mana  adalah densitas penyerap, satuan pengukuran / adalah cm 2 /g. Penggunaan koefisien serapan massa disebabkan, pertama, fakta bahwa, untuk menentukan koefisien serapan linier, perlu mengukur ketebalan penyerap tipis (dalam urutan mikron) dengan akurasi tinggi; selesai dengan akurasi yang jauh lebih besar. Dengan kepadatan penyerap yang diketahui , jelas bahwa  = (/).

Kedua, menggunakan koefisien penyerapan massa memungkinkan Anda menghitung / untuk suatu senyawa yang terdiri dari berbagai unsur dari nilai yang diketahui (/) Saya masing-masing unsur yang menyusun senyawa tersebut. Ini dilakukan dengan cara berikut.

Membiarkan
adalah total penampang (atas semua kulit dan subkulit) dari efek fotolistrik pada atom Saya th komponen koneksi. Maka koefisien serapan linier dalam senyawa dapat ditulis sebagai

,

Di mana N Saya Dan M Saya- konsentrasi atom dan massa atom Saya-komponen dalam senyawa, N 0 Saya adalah konsentrasi atom dari sampel monoelemen yang hanya terdiri dari Saya komponen -th, M 0 - satuan massa atom (1,6610 -24 g). Produk dalam tanda kurung sama dengan koefisien penyerapan linier Saya- komponen th; produk dalam penyebut adalah kerapatan Saya-th komponen, sehingga koefisien penyerapan linier dapat direpresentasikan sebagai

.

Kepadatan koneksi dapat direpresentasikan sebagai
dan koefisien penyerapan massa ditulis sebagai

,

di mana  adalah kerapatan atom senyawa.

Jika komposisi stoikiometri suatu senyawa diketahui, maka konsentrasi relatif masing-masing Saya-th komponen DENGAN Saya. Karena DENGAN Saya = N Saya /N, lalu akhirnya, koefisien penyerapan massa senyawa seperti:

.

Kadang-kadang koefisien penyerapan massa ditulis dalam fraksi berat R Saya Saya komponen ke sambungan (
).

H dan ara. 10.2 sebagai contoh, ditunjukkan ketergantungan koefisien serapan massa dalam nikel pada panjang gelombang sinar-x. Ketergantungan kuat / mengikuti dari ketergantungan energi penampang lintang efek fotolistrik pada energi kuantum sinar-X (panjang gelombang). Pada panjang gelombang lebih sedikit KE adalah tepi penyerapan, didefinisikan sebagai HDengan/(masing-masing pada ћ  > ), kuanta sebagian besar diserap oleh KE kerang (
). Pada panjang gelombang yang lebih besar KE– sisi serapan, proses ini terjadi pada L- subkulit, di mana untuk koefisien penyerapan massa, masing-masing tepi juga diamati L 1 , L 2 Dan L 3 - penyerapan.

Halaman 1

Lintasan radiasi sinar-X melalui zat sampel disertai dengan interaksi radiasi dengan zat tersebut. Tiga jenis interaksi ini diketahui: (Slide 17)

1. Hamburan radiasi sinar-X (tanpa perubahan dan dengan perubahan panjang gelombang);

2. Efek fotolistrik;

3. Pembentukan pasangan elektron-positron (efek ini terjadi hanya pada energi foton lebih besar dari 1 MeV).

Hamburan sinar-X. Suatu zat yang terkena sinar-X memancarkan radiasi sekunder, yang panjang gelombangnya sama dengan panjang gelombang sinar datang (hamburan koheren) atau sedikit berbeda. Dalam kasus pertama, medan elektromagnetik bolak-balik yang diciptakan oleh sinar-X menyebabkan gerakan osilasi elektron dari zat yang diiradiasi, dan menjadi sumber radiasi yang koheren. Karena koherensi, sinar yang dihamburkan oleh atom yang berbeda dapat mengganggu. Jarak antara bidang atom dalam zat kristal sebanding dengan panjang gelombang sinar-X. Oleh karena itu, kristal berfungsi sebagai kisi difraksi untuk sinar-X yang koheren.

efek Compton. Dalam hamburan Compton, insiden kuantum bertabrakan secara elastis dengan elektron zat. Akibatnya, sebagian energi dihabiskan untuk meningkatkan energi kinetik elektron dan panjang gelombang radiasi meningkat. Oleh karena itu, hamburan Compton tidak koheren dan radiasi yang tersebar tidak dapat mengganggu. Oleh karena itu, kami tidak akan membahasnya, terutama karena hamburan ini tidak signifikan untuk radiasi yang relatif lunak yang digunakan dalam analisis struktural dan fase.

Efek fotoelektrik. Proses ini hanya terjadi dalam kasus radiasi primer keras. Dalam hal ini, berinteraksi dengan atom materi, sinar-X dapat menjatuhkan elektron dari atom, mengionisasinya. Dengan energi kinetik yang tinggi dari elektron yang dikeluarkan, mereka sendiri dapat menjadi sumber radiasi sinar-X yang tidak seperti biasanya. Artinya, jenis radiasi ini hanya berkontribusi pada radiasi kontinu (putih).

Penyerapan total radiasi sinar-X oleh suatu zat.

Melewati materi, sinar-X menyebabkan ionisasi atom, eksitasi radiasi fluoresen di dalamnya, dan pembentukan elektron Auger. Proses ini bertanggung jawab untuk penyerapan sinar-X. Selain itu, intensitas sinar yang melewati zat ke arah sinar datang berkurang karena hamburannya oleh elektron zat ke segala arah. Terakhir, kuanta sinar-X berenergi sangat tinggi (lebih dari 1 MeV), yang terbang di dekat inti, menyebabkan munculnya pasangan elektron-positron. Semua ini mengurangi intensitas sinar yang ditransmisikan, semakin tebal lapisan materi.

Hukum umum yang secara kuantitatif menentukan atenuasi sinar homogen apa pun dalam zat penyerap dapat dirumuskan sebagai berikut:

"Dalam ketebalan yang sama dari zat homogen yang sama, bagian energi yang sama dari radiasi yang sama diserap."

Jika intensitas sinar yang datang pada zat dilambangkan dengan I 0, dan intensitasnya setelah melewati pelat zat penyerap sebagai I, maka hukum ini dapat dinyatakan dalam bentuk berikut:

Mari kita ambil layar homogen tipis, yang melewatinya sinar monokromatik dengan penampang sama dengan satu kehilangan energi dI. Ini sebanding dengan ketebalan layar dx dan intensitas sinar I 0 . Kami mendapatkan itu:

dI = - μ I 0 dx

dimana: dx adalah ketebalan lapisan bahan;

Nilai konstanta μ adalah logaritma natural dari angka yang mencirikan penurunan intensitas selama lewatnya sinar melalui lapisan zat tertentu dengan ketebalan satuan:

μ \u003d ln (I 0 / I) (untuk dx \u003d 1).

Koefisien ini disebut μ - koefisien penyerapan linier untuk zat tertentu, atau koefisien atenuasi linier dari sinar.

Memecahkan persamaan ini, kita mendapatkan:

saya \u003d saya 0 exp (-μ x)

Dimana x adalah ketebalan lapisan serapan.

Koefisien serapan dapat dianggap sebagai jumlah dari koefisien serapan intrinsik τ dan koefisien hamburan σ.

μ = τ + σ

Lebih mudah menggunakan koefisien serapan massa, karena koefisien serapan linier sebanding dengan kerapatan zat sampel.

μ/ρ = τ/ρ + σ/ρ

Dalam rentang panjang gelombang yang menarik bagi kami, koefisien hamburan massa jauh lebih kecil daripada koefisien penyerapan intrinsik τ/ρ, sehingga kira-kira diasumsikan bahwa:

Jika komposisi zat sampel diketahui, maka μ/ρ dapat dihitung untuk itu, dengan mengetahui kandungan komponen dalam persen berat (massa).

Koefisien serapan yang dipertimbangkan bergantung pada nomor atom zat dan panjang gelombang sinar-X. Ada meja khusus. Data ini diperlukan, misalnya, untuk menentukan kedalaman penetrasi radiasi sinar-X ke dalam zat uji untuk geometri pencitraan sinar-X tertentu.

Sekarang mari kita lihat mengapa ini diperlukan. Slide 26 memperlihatkan spektrum serapan sinar-X pada nikel (ketergantungan koefisien serapan μ/ρ pada panjang gelombang sinar-X). Terlihat bahwa pada panjang gelombang tertentu terjadi perubahan nilai koefisien absorpsi yang tajam.

Dalam interval antara lompatan, koefisien penyerapan meningkat dengan meningkatnya panjang gelombang sesuai dengan perkiraan ketergantungan:

di mana: k adalah koefisien proporsionalitas, dan Z adalah nomor urut elemen.

Panjang gelombang yang sesuai dengan lompatan dalam koefisien penyerapan disebut tepi pita serapan. Mereka memiliki struktur yang bagus, yang tidak akan kami pertimbangkan.

Seperti yang telah disebutkan, penyerapan sinar-X terutama disebabkan oleh pelepasan elektron dari kulit elektron dalam atau luar atom. Jika energi radiasi lebih besar atau sama dengan energi yang dibutuhkan untuk mengeluarkan elektron dari kulit tertentu, maka penyerapan terjadi karena proses ini. Jika energi radiasi lebih kecil, maka penyerapan hanya terjadi dengan mengorbankan lebih banyak kulit terluar. Oleh karena itu, K-, L-, M-, dll dibedakan. tepi pita serapan.

Koefisien k dalam persamaan di atas kira-kira sama dengan 7x10 -3 untuk panjang gelombang yang lebih kecil dari tepi K pita serapan zat yang diteliti. Dalam interval antara tepi K- dan L- dari pita serapan, kira-kira 9x10 -4 . Artinya, ketika melewati tepi-K pita serapan, koefisien serapan berubah sekitar 8 kali. Inilah yang menyebabkan lompatan dalam spektrum.

Kehadiran lompatan ini diperhitungkan saat memilih radiasi untuk pengambilan foto sinar-X. Emisi sinar-X sekunder dari tepi pita serapan menyebabkan peningkatan latar belakang yang signifikan pada pola sinar-X, dan karena itu tidak diinginkan. Oleh karena itu, radiasi dipilih untuk pemotretan baik dengan panjang gelombang yang jauh lebih kecil dari tepi λ, atau lebih besar dari tepi λ. (slide 28 a dan b).

Kehadiran tepi pita serapan juga digunakan untuk menipiskan radiasi β. Untuk melakukan ini, pelat tipis bahan dengan tepi pita serapan yang terletak di antara garis α dan β dari radiasi yang digunakan ditempatkan di jalur berkas radiasi seri-K. (Slide 28 d).

Biasanya, foil elemen dengan nomor seri satu kurang dari nomor seri anoda dapat digunakan sebagai filter.

Namun kenyataannya, tidak semuanya sesederhana itu. Misalnya, untuk mengambil sinar-x titanium dioksida TiO 2, radiasi dari tabung molibdenum dapat digunakan, karena panjang gelombang sinar-x dalam hal ini adalah 0,709 A, yaitu jauh lebih kecil dari tepi pita serapan. titanium (2,50 A). Yaitu, kami menerapkan situasi posisi (a) pada slide. Namun, penggunaan tabung ini untuk analisis fasa radiasi tidak diinginkan. Karena panjang gelombang yang kecil, resolusi dan akurasi penentuan jarak interplanar akan rendah. Preferensi harus diberikan pada radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Misalnya dari tabung tembaga. Panjang gelombang CuK α adalah 1,54A, juga lebih pendek dari tepi pita serapan titanium. Nikel foil digunakan sebagai filter. Nomor seri tembaga adalah 29, dan nomor seri nikel adalah 28. Untuk meredam radiasi titanium sekunder, aluminium foil juga ditempatkan di atas nikel. Radiasi titanium yang lebih lembut akan diserap jauh lebih kuat daripada radiasi tembaga yang lebih keras. Artinya, proses pemilihan panjang gelombang dan bahan filter tidak terlalu sederhana.

2. SUMBER RADIASI SINAR X

Metode utama untuk memperoleh sinar-X untuk studi struktural dikaitkan dengan penggunaan aliran elektron yang terbang cepat. Akselerator elektron - betatron dan linier - digunakan untuk menghasilkan sinar-X gelombang pendek berkekuatan tinggi, yang terutama digunakan dalam deteksi cacat.

Namun, akselerator elektron berukuran besar, sulit diatur, dan digunakan terutama di instalasi stasioner. Sumber sinar-x yang paling umum adalah tabung sinar-x.

Menurut prinsip perolehan berkas elektron, tabung sinar-X dibagi menjadi tabung dengan katoda panas (elektron bebas muncul sebagai akibat dari emisi termionik (Gbr. 3)) dan tabung dengan katoda dingin (elektron bebas muncul sebagai akibatnya emisi lapangan). Tabung sinar-X dari kedua jenis dapat disegel dengan vakum konstan dan dapat dilepas, dievakuasi dengan pompa vakum.

Yang paling umum adalah tabung sinar-X katoda panas tersegel. Mereka terdiri dari bola kaca dan dua elektroda - katoda dan anoda (Gbr. 5). Vakum tinggi (10-7 - 10-8 mm Hg) dibuat di dalam labu, yang memastikan pergerakan bebas elektron dari katoda ke anoda, isolasi termal, kimia, dan listrik dari katoda panas.

Katoda tabung sinar-X terdiri dari filamen dan penutup fokus. Bentuk filamen dan tutupnya ditentukan oleh bentuk tertentu dari titik fokus pada anoda tabung - bulat atau bergaris. Filamen dari spiral tungsten dipanaskan oleh arus listrik hingga 2000 - 2200 C; untuk meningkatkan karakteristik pancaran, filamen sering dilapisi dengan senyawa torium.

Dimensi titik fokus menentukan sifat optik tabung sinar-x. Ketajaman gambar selama transmisi, serta keakuratan analisis difraksi sinar-X, semakin tinggi, semakin kecil ukuran fokusnya. Tabung sinar-X dengan ukuran fokus kecil disebut tabung fokus tajam.

Anoda tabung sinar-X adalah silinder tembaga, di ujungnya ditekan cermin anoda - pelat dari bahan di mana elektron melambat. Dalam tabung sinar-X untuk transmisi, cermin terbuat dari tungsten, untuk analisis difraksi sinar-X - dari logam yang radiasi karakteristiknya akan digunakan. Ujung anoda pada tabung sinar-X untuk analisis struktur dipotong pada sudut tertentu terhadap sumbu anoda (berkas elektron). Ini dilakukan untuk mendapatkan sinar yang meninggalkan tabung dengan intensitas maksimum.

Ketika elektron mengenai cermin anoda, sekitar 96% energinya diubah menjadi panas, sehingga silinder anoda didinginkan oleh aliran air atau minyak.

Anoda dilindungi oleh selubung tembaga khusus untuk menjebak elektron yang dipantulkan dari anoda dan melindungi dari sinar-x yang tidak terpakai. Kasing ini memiliki satu atau lebih jendela keluar sinar-x, di mana pelat tipis berilium dimasukkan, yang praktis tidak menyerap sinar-x yang dihasilkan di dalam tabung.

Daya pembatas tabung sinar-X P ditentukan oleh kekuatan arus listrik yang melewatinya:

di mana U adalah tegangan maksimum yang diterapkan pada tabung sinar-X; I adalah arus maksimum yang mengalir melalui tabung x-ray.

Batas daya sebenarnya bergantung pada area titik fokus (yaitu kerapatan daya), bahan anoda, dan durasi tabung. Beban jangka pendek bisa sepuluh kali lebih tinggi dari beban jangka panjang.

Arus yang terukur secara praktis melalui tabung sinar-X muncul hanya ketika arus filamen mencapai nilai tertentu, sesuai dengan suhu pemanasan filamen 2000–2100 C (Gbr. 6 a); peningkatan arus filamen secara tajam meningkatkan suhu dan jumlah elektron yang dipancarkan oleh filamen (arus emisi). Pada arus filamen konstan dan pada tegangan rendah, tidak semua elektron emisi jatuh pada anoda, tetapi hanya sebagian saja, semakin besar tegangan anoda semakin tinggi. Pada tegangan tertentu, yang bergantung pada arus filamen, semua elektron emisi jatuh pada anoda (mode saturasi), oleh karena itu, peningkatan tegangan anoda lebih lanjut tidak meningkatkan arus anoda (sama dengan arus emisi). Nilai pembatas arus anoda ini disebut arus saturasi, dan semakin tinggi, semakin besar arus filamen (Gbr. 6 b). Tabung sinar-X beroperasi dalam mode saturasi pada tegangan 3–4 kali lebih tinggi dari tegangan nominal, yaitu, diperlukan untuk menetapkan arus saturasi. Oleh karena itu, arus anoda diatur dalam rentang yang luas, sedikit mengubah arus filamen.

Dalam penunjukan tabung sinar-X untuk analisis struktural, alih-alih tegangan anoda, bahan cermin anoda ditunjukkan, yang digunakan sebagai Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag, W, dan beberapa lainnya logam murni. (Masing-masing, tentu saja, memiliki panjang gelombang radiasi karakteristiknya sendiri). Misalnya, tabung 0,7BSV-2-Co memiliki daya kontinu 0,7 kW, aman, dirancang untuk analisis struktural, pendingin air, tipe 2, anoda kobalt.

PENDAFTARAN RADIASI SINAR X.

Metode fotografi, luminescent, sintilasi, elektrofotografi, dan ionisasi digunakan untuk mendaftarkan sinar-X.

Secara historis, yang pertama, dan hingga saat ini, yang paling banyak digunakan adalah metode fotografi.

Metode fotografi untuk merekam sinar-X banyak digunakan saat ini. Ini memiliki sensitivitas dan dokumentasi yang tinggi, tetapi membutuhkan penggunaan bahan fotografi khusus dan pemrosesan yang melelahkan. Film sinar-X memiliki lapisan emulsi dua sisi yang mengandung lebih banyak perak bromida daripada bahan fotografi konvensional. Emulsi fotografi terdiri dari kristal AgBr kecil (~ 1 µm) dengan aditif belerang dalam jumlah kecil, yang menciptakan cacat struktural. Oleh karena itu, terdapat pusat eksitasi dari gambar laten. Selama penyerapan kuanta sinar-X dengan energi ν = ε h dalam emulsi, serta di bawah pengaruh cahaya tampak, proses berlangsung sesuai skema:

AgBr + hv → Ag + Br.

Akumulasi 20-100 atom Ag membentuk pusat gambar laten yang stabil, yang dapat dikembangkan di bawah aksi pengembang fotoreagen. Kristal yang mengandung pusat gambar laten direduksi menjadi perak metalik. Kristal AgBr yang tidak mengandung pusat tersebut dan tidak direduksi oleh pengembang dicuci dari emulsi dengan larutan pengikat. Akibatnya, hanya butiran perak metalik yang tersisa di film. Jumlah butiran tersebut menentukan kepadatan penghitaman emulsi fotografi, yang sebanding dengan paparan - produk dari intensitas radiasi dan waktu paparan.

Evaluasi kepadatan kehitaman pada radiografi dilakukan secara visual atau lebih akurat menggunakan mikrofotometer, yang memungkinkan Anda merekam dan menghitung kurva distribusi kepadatan kehitaman.

Metode luminescent mengamati gambar pada layar bercahaya (fluoroskopi) memiliki produktivitas yang sangat tinggi dan tidak memerlukan biaya bahan fotografi. Metode ini didasarkan pada pendaran di bawah aksi sinar-X dari zat tertentu, dan terutama fosfor - zat yang menghasilkan radiasi tampak (fluoresensi) keluaran tinggi.

Fosfor terbaik dengan pendar kuning-hijau adalah campuran 50% ZnS + 50% CdS. Luminofor serupa digunakan untuk pembuatan layar untuk pengamatan visual gambar dalam sinar-X (layar untuk transmisi dalam deteksi cacat dan diagnostik medis). Layar kecil digunakan untuk menyiapkan kamera sinar-x dan menyejajarkan goniometer difraktometer sinar-x. Fosfor CaWO4 (dengan cahaya biru-violet) digunakan untuk meningkatkan aksi fotografi sinar-X. Untuk melakukan ini, layar ditekan dengan kuat ke emulsi film fotografi, yang memungkinkan untuk secara tajam mengurangi paparan selama transmisi (fluorografi).

Penghitung sintilasi adalah kombinasi dari kristal luminescent (NaI didoping dengan aktivator dari thallium Tl) dan tabung photomultiplier (PMT).

Menembus ke dalam sintilator, kuantum sinar-X diserap oleh fosfor, menghasilkan pembentukan fotoelektron. Melewati substansi kristal, elektron ini mengionisasi sejumlah besar atom. Atom terionisasi, kembali ke keadaan stabil, memancarkan foton sinar ultraviolet. Foton-foton ini, yang jatuh pada katoda foto PMT, melumpuhkan elektron darinya, yang berakselerasi di medan listrik pengganda foto, jatuh pada emitor pertama. Setiap elektron merobohkan beberapa elektron dari bahan pelapis emitor, dan seluruh proses diulangi pada emitor berikutnya, dan seterusnya. PMT modern terdiri dari 8 - 15 tahap, perolehan totalnya mencapai 10 7 - 10 8 .

Tegangan 150-200 volt diterapkan ke setiap tahap. Tegangan total pada PMT 600 adalah 2000V. Pulsa tegangan muncul pada keluaran PMT, sebanding dengan energi kuantum yang terdeteksi. Misalnya, untuk tembaga Kα, amplitudo pulsa ini adalah 0,01 V. Oleh karena itu, untuk mendaftarkan pulsa tersebut, amplifier dengan penguatan urutan seribu digunakan.

Metode elektrofotografi (xerografi) mempertahankan banyak keunggulan metode foto, tetapi lebih ekonomis. Prinsipnya sama dengan perangkat pengali. Metode ini belum menemukan penerapan luas dalam praktik studi struktural, tetapi mulai digunakan untuk memecahkan masalah deteksi cacat, terutama dalam mikrodefektoskopi berdasarkan apa yang disebut mikroskop sinar-X.

Metode ionisasi memungkinkan untuk mengukur intensitas sinar-X secara akurat, tetapi pengukuran dilakukan di area kecil, ditentukan oleh ukuran jendela input penghitung dan celah pengukur. Oleh karena itu, untuk mengukur distribusi spasial dari intensitas sinar-X, diperlukan pemindaian - memindahkan penghitung ke seluruh wilayah sudut hamburan.

Hal ini membatasi penerapan metode ini dalam deteksi cacat, di mana metode ini banyak digunakan hanya untuk mengukur ketebalan; namun, dalam analisis difraksi sinar-X, metode ini secara praktis menggantikan metode lainnya, meskipun harus menggunakan peralatan elektronik yang mahal.

Metode ionisasi didasarkan pada ionisasi atom suatu zat ketika berinteraksi dengan kuanta sinar-X. Jika ionisasi gas terjadi di bidang kapasitor datar, maka ion yang terbentuk berpindah ke elektroda yang sesuai, dan arus ionisasi muncul. Dengan peningkatan kekuatan medan listrik pada pelat kapasitor, kecepatan ion meningkat, oleh karena itu, kemungkinan netralisasi berkurang ketika ion yang berlawanan bertabrakan, sehingga arus ionisasi meningkat (Gbr. 7). Pada tegangan U > U 1 netralisasi dapat diabaikan, dan arus ionisasi mencapai saturasi.

Dengan peningkatan tegangan lebih lanjut ke U = U 2, arus ionisasi tidak meningkat, hanya kecepatan ion yang meningkat. Pada U > U 2, kecepatan ion menjadi sangat tinggi sehingga terjadi ionisasi dampak molekul gas. Fotoelektron yang terbentuk selama interaksi radiasi dengan atom gas dan kehilangan kecepatan selama tumbukan tidak bergabung kembali, tetapi dipercepat lagi, menerima energi kinetik yang cukup untuk mengionisasi gas dan membuat pasangan ion-elektron baru. Sebagai hasil dari proses ini, ionisasi tumbukan terjadi berulang kali dan jumlah elektron bertambah seperti longsoran salju. Arus mulai meningkat secara linier dengan meningkatnya tegangan karena apa yang disebut amplifikasi gas. Penguatan pada voltase hingga U ≤ U 3 dapat mencapai 10 2 -10 4 (area proporsionalitas penuh).

Di area ini, ada dua jenis pelepasan: dependen dan independen. Di wilayah U 2 - U 3, longsoran elektron dengan cepat memudar dan pelepasan berhenti segera setelah semua ion dan elektron mencapai katoda dan anoda. Pelepasan hanya ada selama radiasi memasuki konter. Ini adalah kategori mandiri.

Peningkatan voltase lebih lanjut menyebabkan pelepasan sendiri.

Untuk U > U 3 linearitas amplifikasi gas dilanggar (wilayah dengan proporsionalitas tidak lengkap). Pada U > U 4 terjadi debit longsoran. Pembentukan longsoran juga terjadi di bawah aksi fotoelektron yang terbentuk karena efek fotolistrik di katoda. Katoda diiradiasi dengan radiasi ultraviolet yang terbentuk selama rekombinasi ion. Pelepasan langsung menyebar ke seluruh volume gas dan tidak diperlukan kuanta radiasi baru untuk mempertahankannya.

Isi artikel

ABSORPSI RADIASI SINAR X PADA ZAT. Saat mempelajari interaksi sinar-X dengan suatu zat (padat, cair atau gas), intensitas radiasi yang ditransmisikan atau difraksi dicatat. Intensitas ini bersifat integral dan berhubungan dengan berbagai proses interaksi. Untuk memisahkan proses ini satu sama lain, ketergantungannya pada kondisi eksperimental dan karakteristik fisik objek yang diteliti digunakan.

Efek hamburan sinar-X disebabkan oleh fakta bahwa gaya medan elektromagnetik bolak-balik yang diciptakan oleh berkas sinar-X menyebabkan elektron dalam bahan yang diteliti berosilasi. Elektron yang berosilasi memancarkan sinar-X dengan panjang gelombang yang sama dengan sinar primer, sedangkan rasio kekuatan sinar yang dihamburkan oleh 1 g zat terhadap intensitas radiasi datang kira-kira 0,2. Koefisien ini agak meningkat untuk sinar-X panjang gelombang panjang (radiasi lunak) dan menurun untuk sinar panjang gelombang pendek (radiasi keras). Dalam hal ini, sinar tersebar paling kuat ke arah sinar-X datang (dan ke arah yang berlawanan) dan terlemah (dengan faktor 2) ke arah tegak lurus terhadap sinar primer.

Efek fotolistrik terjadi ketika penyerapan sinar-X insiden disertai dengan emisi elektron. Setelah pelepasan elektron dalam, kembali ke keadaan stasioner terjadi. Proses ini dapat terjadi baik tanpa radiasi dengan pelepasan elektron kedua (efek Auger), atau disertai dengan emisi sinar-X karakteristik atom material ( cm. SINAR X). Berdasarkan sifatnya, fenomena ini mirip dengan fluoresensi. Fluoresensi sinar-X hanya dapat terjadi ketika karakteristik radiasi sinar-X suatu unsur terpapar oleh penghalang dari unsur yang lebih ringan (dengan nomor atom lebih rendah).

Penyerapan total sinar-X ditentukan dengan menjumlahkan semua jenis interaksi yang melemahkan intensitas sinar-X. Untuk menilai redaman intensitas sinar-X ketika melewati suatu zat, digunakan koefisien redaman linier, yang mencirikan penurunan intensitas radiasi ketika melewati 1 cm zat dan sama dengan logaritma natural dari rasio intensitas insiden dan radiasi yang ditransmisikan. Selain itu, sebagai karakteristik kemampuan suatu zat untuk menyerap radiasi insiden, digunakan ketebalan lapisan setengah serapan, yaitu. ketebalan lapisan yang melaluinya intensitas radiasi menjadi setengahnya.

Mekanisme fisik hamburan sinar-X dan kemunculan radiasi karakteristik sekunder berbeda, tetapi dalam semua kasus bergantung pada jumlah atom zat yang berinteraksi dengan sinar-X, yaitu. pada kerapatan zat, jadi karakteristik universal dari penyerapan adalah koefisien penyerapan massa koefisien penyerapan yang sebenarnya, terkait dengan kerapatan zat.

Koefisien penyerapan dalam zat yang sama menurun dengan penurunan panjang gelombang sinar-X, namun, pada panjang gelombang tertentu, terjadi peningkatan tajam (lompatan) pada koefisien penyerapan, setelah itu terus menurun (Gbr.). Dengan lompatan, koefisien penyerapan meningkat beberapa kali (kadang-kadang dengan urutan besarnya) dan nilai yang berbeda untuk zat yang berbeda. Terjadinya lompatan serapan disebabkan oleh fakta bahwa pada panjang gelombang tertentu, radiasi sinar-X karakteristik dari zat yang diiradiasi tereksitasi, yang secara tajam meningkatkan kehilangan energi selama perjalanan radiasi. Dalam setiap bagian kurva ketergantungan koefisien serapan pada panjang gelombang (sebelum dan sesudah lompatan serapan), koefisien serapan massa berubah sebanding dengan pangkat tiga panjang gelombang sinar-X dan nomor atom unsur kimia (penghalang bahan).

Ketika radiasi sinar-X non-monokromatik, misalnya, radiasi dengan spektrum kontinu, melewati suatu zat, spektrum koefisien penyerapan muncul, sedangkan radiasi gelombang pendek diserap lebih lemah daripada radiasi gelombang panjang, dan ketika ketebalan penghalang meningkat. , koefisien serapan yang dihasilkan mendekati nilai karakteristik radiasi gelombang pendek. Jika suatu zat terdiri dari beberapa unsur kimia, maka koefisien serapan total bergantung pada nomor atom masing-masing unsur dan jumlah unsur tersebut dalam zat tersebut.

Perhitungan penyerapan sinar-X dalam suatu zat sangat penting untuk deteksi cacat sinar-X. Di hadapan cacat (misalnya, pori atau cangkang) pada pelat logam, intensitas radiasi yang ditransmisikan meningkat, dan ketika dinyalakan dari elemen yang lebih berat, intensitasnya berkurang. Mengetahui nilai koefisien penyerapan, dimungkinkan untuk menghitung dimensi geometris dari cacat internal.

Filter sinar-X.

Saat memeriksa bahan menggunakan sinar-X, interpretasi hasilnya rumit karena adanya beberapa panjang gelombang. Untuk mengisolasi panjang gelombang individu, filter sinar-X digunakan, terbuat dari zat dengan koefisien penyerapan berbeda untuk panjang gelombang berbeda, menggunakan fakta bahwa peningkatan panjang gelombang radiasi disertai dengan peningkatan koefisien penyerapan. Misalnya, untuk aluminium, koefisien absorpsi radiasi sinar-X seri-K dari anoda besi (l = 1,932 A) lebih besar daripada radiasi seri-K dari anoda molibdenum (l = 0,708 A) dan dengan ketebalan filter aluminium 0,1 mm, atenuasi radiasi dari anoda besi 10 kali lebih besar daripada radiasi molibdenum.

Adanya lompatan serapan pada kurva ketergantungan koefisien serapan pada panjang gelombang memungkinkan untuk mendapatkan filter penyerap selektif jika panjang gelombang radiasi yang disaring terletak tepat di belakang lompatan serapan. Efek ini digunakan untuk menyaring komponen-b dari radiasi seri-K, yang intensitasnya 5 kali lebih lemah daripada komponen-a. Jika Anda memilih bahan filter yang sesuai sehingga komponen a dan b berada di sisi berlawanan dari lompatan penyerapan, maka intensitas komponen b berkurang beberapa kali lipat. Contohnya adalah masalah penyaringan b-radiasi tembaga, di mana panjang gelombang radiasi-a seri-K adalah 1,539, dan radiasi-b adalah 1,389 A. Pada saat yang sama, pada ketergantungan koefisien penyerapan pada panjang gelombang, lompatan serapan sesuai dengan panjang gelombang 1,480 A , yaitu adalah antara panjang gelombang a dan b radiasi tembaga, di wilayah lompatan penyerapan, koefisien penyerapan meningkat dengan faktor 8, sehingga intensitas radiasi b sepuluh kali lebih kecil dari intensitas radiasi.

Ketika sinar-X berinteraksi dengan benda padat, kerusakan radiasi pada struktur dapat terjadi karena pergerakan atom. Pusat warna muncul dalam kristal ionik, fenomena serupa diamati pada gelas, dan sifat mekanik berubah pada polimer. Efek ini terkait dengan terlemparnya atom dari posisi kesetimbangannya dalam kisi kristal. Akibatnya, kekosongan terbentuk - tidak adanya atom dalam posisi kesetimbangan dalam kisi kristal dan atom interstisial yang berada dalam posisi kesetimbangan dalam kisi. Efek pewarnaan kristal dan kaca di bawah pengaruh sinar-X bersifat reversibel dan dalam banyak kasus menghilang dengan pemanasan atau pemaparan yang lama. Perubahan sifat mekanik polimer di bawah iradiasi sinar-X dikaitkan dengan pemutusan ikatan antar atom.

Arah utama dalam mempelajari interaksi radiasi sinar-X dengan benda padat adalah analisis difraksi sinar-X, yang digunakan untuk mempelajari susunan atom dalam benda padat dan perubahannya di bawah pengaruh eksternal.

Radiasi sinar-X (sinonim dengan sinar-X) memiliki rentang panjang gelombang yang lebar (dari 8·10 -6 hingga 10 -12 cm). Radiasi sinar-X terjadi ketika partikel bermuatan, paling sering elektron, melambat dalam medan listrik atom suatu zat. Kuanta yang dihasilkan memiliki energi yang berbeda dan membentuk spektrum kontinu. Energi foton maksimum dalam spektrum seperti itu sama dengan energi elektron yang datang. Dalam (lihat) energi maksimum kuanta sinar-X, dinyatakan dalam kiloelektron-volt, secara numerik sama dengan besarnya tegangan yang diterapkan pada tabung, dinyatakan dalam kilovolt. Saat melewati suatu zat, sinar-X berinteraksi dengan elektron atomnya. Untuk kuanta sinar-X dengan energi hingga 100 keV, jenis interaksi yang paling khas adalah efek fotolistrik. Sebagai hasil dari interaksi semacam itu, energi kuantum sepenuhnya dihabiskan untuk mengeluarkan elektron dari kulit atom dan memberikan energi kinetik padanya. Dengan peningkatan energi kuantum sinar-X, kemungkinan efek fotolistrik berkurang dan proses hamburan kuanta pada elektron bebas menjadi dominan - yang disebut efek Compton. Sebagai hasil dari interaksi semacam itu, elektron sekunder juga terbentuk dan, sebagai tambahan, sebuah kuantum dengan energi yang lebih kecil dari energi kuantum primer terbang keluar. Jika energi kuantum sinar-X melebihi satu megaelektron-volt, apa yang disebut efek berpasangan dapat terjadi, di mana elektron dan positron terbentuk (lihat). Akibatnya, ketika melewati suatu zat, energi radiasi sinar-X berkurang, yaitu intensitasnya berkurang. Karena kuanta berenergi rendah lebih mungkin diserap dalam kasus ini, radiasi sinar-X diperkaya dengan kuanta berenergi lebih tinggi. Properti radiasi sinar-X ini digunakan untuk meningkatkan energi rata-rata kuanta, yaitu untuk meningkatkan kekakuannya. Peningkatan kekerasan radiasi sinar-X dicapai dengan menggunakan filter khusus (lihat). Radiasi sinar-X digunakan untuk diagnostik sinar-X (lihat) dan (lihat). Lihat juga radiasi pengion.

Radiasi sinar-X (sinonim: sinar-x, sinar-x) - radiasi elektromagnetik kuantum dengan panjang gelombang 250 hingga 0,025 A (atau energi quanta dari 5 10 -2 hingga 5 10 2 keV). Pada tahun 1895, ditemukan oleh V.K. Roentgen. Wilayah spektral radiasi elektromagnetik yang berdekatan dengan sinar-x, yang kuanta energinya melebihi 500 keV, disebut radiasi gamma (lihat); radiasi, yang kuanta energinya di bawah 0,05 keV, adalah radiasi ultraviolet (lihat).

Jadi, mewakili bagian yang relatif kecil dari spektrum luas radiasi elektromagnetik, yang mencakup gelombang radio dan cahaya tampak, radiasi sinar-X, seperti radiasi elektromagnetik lainnya, merambat dengan kecepatan cahaya (sekitar 300 ribu km / s dalam ruang hampa). ) dan dicirikan oleh panjang gelombang λ (jarak di mana radiasi merambat dalam satu periode osilasi). Radiasi sinar-X juga memiliki sejumlah sifat gelombang lainnya (refraksi, interferensi, difraksi), tetapi jauh lebih sulit untuk mengamatinya daripada radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang: cahaya tampak, gelombang radio.

Spektrum sinar-X: a1 - spektrum bremsstrahlung kontinu pada 310 kV; a - spektrum bremsstrahlung kontinu pada 250 kV, a1 - spektrum yang disaring oleh 1 mm Cu, a2 - spektrum yang disaring oleh 2 mm Cu, b - seri-K dari garis tungsten.

Untuk menghasilkan sinar-x, tabung sinar-x digunakan (lihat), di mana radiasi terjadi ketika elektron cepat berinteraksi dengan atom zat anoda. Ada dua jenis sinar-x: bremsstrahlung dan karakteristik. Radiasi sinar-X Bremsstrahlung, yang memiliki spektrum kontinu, mirip dengan cahaya putih biasa. Distribusi intensitas tergantung pada panjang gelombang (Gbr.) diwakili oleh kurva dengan maksimum; ke arah gelombang panjang, kurva jatuh dengan lembut, dan ke arah gelombang pendek, itu curam dan terputus pada panjang gelombang tertentu (λ0), yang disebut batas panjang gelombang pendek dari spektrum kontinu. Nilai λ0 berbanding terbalik dengan tegangan pada tabung. Bremsstrahlung muncul dari interaksi elektron cepat dengan inti atom. Intensitas bremsstrahlung berbanding lurus dengan kuat arus anoda, kuadrat tegangan tabung, dan nomor atom (Z) bahan anoda.

Jika energi elektron yang dipercepat dalam tabung sinar-X melebihi nilai kritis untuk zat anoda (energi ini ditentukan oleh tegangan tabung Vcr, yang penting untuk zat ini), maka terjadi radiasi karakteristik. Spektrum karakteristiknya adalah garis, garis spektralnya membentuk rangkaian, dilambangkan dengan huruf K, L, M, N.

Seri K adalah panjang gelombang terpendek, seri L memiliki panjang gelombang yang lebih panjang, seri M dan N diamati hanya pada elemen berat (Vcr tungsten untuk seri K adalah 69,3 kv, untuk seri L - 12,1 kv). Radiasi karakteristik muncul sebagai berikut. Elektron cepat mengetuk elektron atom keluar dari kulit bagian dalam. Atom tereksitasi dan kemudian kembali ke keadaan dasar. Dalam hal ini, elektron dari kulit terluar yang kurang terikat mengisi ruang kosong di kulit dalam, dan foton radiasi karakteristik dengan energi yang sama dengan perbedaan antara energi atom dalam keadaan tereksitasi dan keadaan dasar dipancarkan. Perbedaan ini (dan karenanya energi foton) memiliki nilai tertentu, karakteristik dari setiap elemen. Fenomena ini mendasari analisis spektral sinar-X elemen. Gambar tersebut menunjukkan spektrum garis tungsten dengan latar belakang spektrum kontinyu bremsstrahlung.

Energi elektron yang dipercepat dalam tabung sinar-X diubah hampir seluruhnya menjadi energi panas (dalam hal ini anoda sangat panas), hanya sebagian kecil (sekitar 1% pada tegangan mendekati 100 kV) yang diubah menjadi energi bremsstrahlung .

Penggunaan sinar-x dalam kedokteran didasarkan pada hukum penyerapan sinar-x oleh materi. Penyerapan sinar-x sepenuhnya independen dari sifat optik bahan penyerap. Kaca timbal tak berwarna dan transparan yang digunakan untuk melindungi personel di ruang sinar-x menyerap sinar-x hampir sepenuhnya. Sebaliknya, selembar kertas yang tidak transparan terhadap cahaya tidak melemahkan sinar-X.

Intensitas sinar-X homogen (yaitu, panjang gelombang tertentu), ketika melewati lapisan penyerap, berkurang sesuai dengan hukum eksponensial (ex), di mana e adalah basis logaritma natural (2,718), dan eksponen x sama dengan produk dari koefisien redaman massa (μ / p) cm 2 /g per ketebalan penyerap dalam g / cm 2 (di sini p adalah kerapatan zat dalam g / cm 3). Sinar-X dilemahkan oleh hamburan dan penyerapan. Dengan demikian, koefisien atenuasi massa adalah jumlah dari koefisien penyerapan dan hamburan massa. Koefisien serapan massa meningkat tajam dengan bertambahnya nomor atom (Z) penyerap (sebanding dengan Z3 atau Z5) dan dengan bertambahnya panjang gelombang (sebanding dengan λ3). Ketergantungan pada panjang gelombang ini diamati dalam pita serapan, pada batas-batas yang menunjukkan lompatan koefisien.

Koefisien hamburan massa bertambah dengan bertambahnya nomor atom zat. Untuk λ≥0,3Å koefisien hamburan tidak bergantung pada panjang gelombang, untuk λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

Penurunan koefisien serapan dan hamburan dengan penurunan panjang gelombang menyebabkan peningkatan daya tembus sinar-X. Koefisien penyerapan massa untuk tulang [penyerapan terutama disebabkan oleh Ca 3 (PO 4) 2 ] hampir 70 kali lebih besar daripada jaringan lunak, di mana penyerapan terutama disebabkan oleh air. Ini menjelaskan mengapa bayangan tulang menonjol begitu tajam pada radiografi dengan latar belakang jaringan lunak.

Perambatan sinar-X yang tidak homogen melalui media apa pun, bersama dengan penurunan intensitas, disertai dengan perubahan komposisi spektral, perubahan kualitas radiasi: bagian gelombang panjang dari spektrum diserap ke lebih luas daripada bagian gelombang pendek, radiasi menjadi lebih seragam. Memfilter bagian panjang gelombang panjang dari spektrum memungkinkan untuk meningkatkan rasio antara dosis dalam dan permukaan selama terapi sinar-X dari fokus yang terletak jauh di dalam tubuh manusia (lihat filter sinar-X). Untuk mengkarakterisasi kualitas sinar-X yang tidak homogen, konsep "setengah lapisan atenuasi (L)" digunakan - lapisan zat yang melemahkan radiasi hingga setengahnya. Ketebalan lapisan ini tergantung pada tegangan pada tabung, ketebalan dan bahan filter. Cellophane (hingga energi 12 keV), aluminium (20–100 keV), tembaga (60–300 keV), timbal, dan tembaga (>300 keV) digunakan untuk mengukur setengah lapisan atenuasi. Untuk sinar-X yang dihasilkan pada tegangan 80-120 kV, 1 mm tembaga setara dengan kapasitas penyaringan hingga 26 mm aluminium, 1 mm timbal setara dengan 50,9 mm aluminium.

Penyerapan dan hamburan sinar-X disebabkan oleh sifat korpuskularnya; Sinar-X berinteraksi dengan atom sebagai aliran sel darah (partikel) - foton, yang masing-masing memiliki energi tertentu (berbanding terbalik dengan panjang gelombang sinar-X). Kisaran energi foton sinar-X adalah 0,05-500 keV.

Penyerapan radiasi sinar-X disebabkan oleh efek fotolistrik: penyerapan foton oleh kulit elektron disertai dengan pelepasan elektron. Atom tereksitasi dan, kembali ke keadaan dasar, memancarkan radiasi karakteristik. Fotoelektron yang dipancarkan membawa semua energi foton (dikurangi energi ikat elektron dalam atom).

Hamburan radiasi sinar-X disebabkan oleh elektron dari media hamburan. Ada hamburan klasik (panjang gelombang radiasi tidak berubah, tetapi arah propagasi berubah) dan hamburan dengan perubahan panjang gelombang - efek Compton (panjang gelombang radiasi yang tersebar lebih besar dari yang datang). Dalam kasus terakhir, foton berperilaku seperti bola yang bergerak, dan hamburan foton terjadi, menurut ekspresi figuratif Comnton, seperti permainan biliar dengan foton dan elektron: bertabrakan dengan elektron, foton mentransfer sebagian energinya untuk itu dan menyebar, memiliki energi yang lebih sedikit (masing-masing, panjang gelombang radiasi yang tersebar meningkat), elektron terbang keluar dari atom dengan energi mundur (elektron ini disebut elektron Compton, atau elektron mundur). Penyerapan energi sinar-X terjadi selama pembentukan elektron sekunder (Compton dan fotoelektron) dan transfer energi ke elektron tersebut. Energi sinar-X yang ditransfer ke satuan massa suatu zat menentukan dosis sinar-X yang diserap. Satuan dosis ini 1 rad setara dengan 100 erg/g. Karena energi yang diserap dalam zat penyerap, sejumlah proses sekunder terjadi yang penting untuk dosimetri sinar-X, karena metode pengukuran sinar-X didasarkan pada proses tersebut. (lihat Dosimetri).

Semua gas dan banyak cairan, semikonduktor dan dielektrik, di bawah pengaruh sinar-X, meningkatkan konduktivitas listrik. Konduktivitas ditemukan oleh bahan isolasi terbaik: parafin, mika, karet, amber. Perubahan konduktivitas disebabkan oleh ionisasi medium, yaitu pemisahan molekul netral menjadi ion positif dan negatif (ionisasi dihasilkan oleh elektron sekunder). Ionisasi di udara digunakan untuk menentukan dosis paparan radiasi sinar-X (dosis di udara), yang diukur dalam rontgen (lihat Dosis Radiasi Pengion). Pada dosis 1 r, dosis yang diserap di udara adalah 0,88 rad.

Di bawah aksi sinar-X, sebagai akibat dari eksitasi molekul suatu zat (dan selama rekombinasi ion), dalam banyak kasus cahaya yang terlihat dari zat tersebut tereksitasi. Pada radiasi sinar-X intensitas tinggi, cahaya yang terlihat dari udara, kertas, parafin, dll. diamati (pengecualian logam). Hasil tertinggi cahaya tampak diberikan oleh fosfor kristal seperti Zn·CdS·Ag-fosfor dan lain-lain yang digunakan untuk layar dalam fluoroskopi.

Di bawah aksi sinar-X, berbagai proses kimia juga dapat terjadi dalam suatu zat: penguraian perak halida (efek fotografi yang digunakan dalam sinar-X), penguraian air dan larutan berair hidrogen peroksida, perubahan dalam sifat seluloid (mengaburkan dan melepaskan kamper), parafin (mengaburkan dan memutihkan) .

Sebagai hasil konversi sempurna, semua energi sinar-X yang diserap oleh zat inert secara kimia diubah menjadi panas. Pengukuran jumlah panas yang sangat kecil membutuhkan metode yang sangat sensitif, tetapi merupakan metode utama untuk pengukuran absolut sinar-X.

Efek biologis sekunder dari paparan sinar-x adalah dasar dari radioterapi medis (lihat). Sinar-X, yang kuantanya adalah 6-16 keV (panjang gelombang efektif dari 2 hingga 5 Å), hampir sepenuhnya diserap oleh integumen kulit jaringan tubuh manusia; mereka disebut sinar batas, atau terkadang sinar Bucca (lihat sinar Bucca). Untuk terapi sinar-X dalam, radiasi tersaring keras dengan kuanta energi efektif dari 100 hingga 300 keV digunakan.

Efek biologis dari radiasi sinar-x harus diperhitungkan tidak hanya dalam terapi sinar-x, tetapi juga dalam diagnostik sinar-x, serta dalam semua kasus kontak dengan sinar-x lainnya yang memerlukan penggunaan proteksi radiasi ( melihat).