RADIASI SINAR X
radiasi tak kasat mata yang mampu menembus, meskipun dalam berbagai tingkat, semua zat. Ini adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang sekitar 10-8 cm. Seperti cahaya tampak, sinar-X menyebabkan penghitaman film fotografi. Properti ini sangat penting untuk kedokteran, industri dan penelitian ilmiah. Melewati objek yang diteliti dan kemudian jatuh pada film, radiasi sinar-X menggambarkan struktur internalnya di atasnya. Karena daya tembus radiasi sinar-X berbeda untuk bahan yang berbeda, bagian objek yang kurang transparan memberikan area yang lebih terang dalam foto daripada area yang dilalui radiasi dengan baik. Dengan demikian, jaringan tulang kurang transparan terhadap sinar-x dibandingkan jaringan yang membentuk kulit dan organ dalam. Oleh karena itu, pada radiografi, tulang akan diindikasikan sebagai area yang lebih terang dan lokasi fraktur, yang lebih transparan untuk radiasi, dapat dengan mudah dideteksi. Pencitraan sinar-X juga digunakan dalam kedokteran gigi untuk mendeteksi karies dan abses pada akar gigi, serta dalam industri untuk mendeteksi retakan pada coran, plastik dan karet. Sinar-X digunakan dalam kimia untuk menganalisis senyawa dan dalam fisika untuk mempelajari struktur kristal. Berkas sinar-X yang melewati senyawa kimia menyebabkan karakteristik radiasi sekunder, analisis spektroskopi memungkinkan ahli kimia menentukan komposisi senyawa. Ketika jatuh pada zat kristal, berkas sinar-X dihamburkan oleh atom kristal, memberikan pola bintik dan garis yang jelas dan teratur pada pelat fotografi, yang memungkinkan untuk membentuk struktur internal kristal. Penggunaan sinar-X dalam pengobatan kanker didasarkan pada fakta bahwa ia membunuh sel-sel kanker. Namun, itu juga dapat memiliki efek yang tidak diinginkan pada sel normal. Oleh karena itu, harus sangat berhati-hati dalam menggunakan sinar-X ini. Radiasi sinar-X ditemukan oleh fisikawan Jerman W. Roentgen (1845-1923). Namanya diabadikan dalam beberapa istilah fisik lain yang terkait dengan radiasi ini: satuan internasional dosis radiasi pengion disebut roentgen; gambar yang diambil dengan mesin x-ray disebut radiografi; Bidang kedokteran radiologi yang menggunakan sinar-x untuk mendiagnosis dan mengobati penyakit disebut radiologi. Roentgen menemukan radiasi pada tahun 1895 saat menjadi profesor fisika di Universitas Würzburg. Saat melakukan eksperimen dengan sinar katoda (elektron mengalir dalam tabung pelepasan), ia memperhatikan bahwa layar yang terletak di dekat tabung vakum, ditutupi dengan kristal barium cyanoplatinite, bersinar terang, meskipun tabung itu sendiri ditutupi dengan karton hitam. Roentgen lebih lanjut menetapkan bahwa daya tembus sinar yang tidak diketahui yang ia temukan, yang ia sebut sinar-X, bergantung pada komposisi bahan penyerap. Dia juga mencitrakan tulang tangannya sendiri dengan menempatkannya di antara tabung pelepasan sinar katoda dan layar yang dilapisi dengan barium cyanoplatinite. Penemuan Roentgen diikuti oleh eksperimen oleh peneliti lain yang menemukan banyak sifat dan kemungkinan baru untuk menggunakan radiasi ini. Sebuah kontribusi besar dibuat oleh M. Laue, W. Friedrich dan P. Knipping, yang pada tahun 1912 mendemonstrasikan difraksi sinar-X ketika melewati kristal; W. Coolidge, yang pada tahun 1913 menemukan tabung sinar-X vakum tinggi dengan katoda yang dipanaskan; G. Moseley, yang pada tahun 1913 menetapkan hubungan antara panjang gelombang radiasi dan nomor atom suatu unsur; G. dan L. Braggi, yang menerima Hadiah Nobel pada tahun 1915 untuk mengembangkan dasar-dasar analisis difraksi sinar-X.
MENDAPATKAN RADIASI X-RAY
Radiasi sinar-X terjadi ketika elektron yang bergerak dengan kecepatan tinggi berinteraksi dengan materi. Ketika elektron bertabrakan dengan atom dari zat apa pun, mereka dengan cepat kehilangan energi kinetiknya. Dalam hal ini, sebagian besar diubah menjadi panas, dan sebagian kecil, biasanya kurang dari 1%, diubah menjadi energi sinar-X. Energi ini dilepaskan dalam bentuk kuanta - partikel yang disebut foton yang memiliki energi tetapi memiliki massa diam nol. Foton sinar-X berbeda dalam energinya, yang berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya. Dengan metode konvensional untuk memperoleh sinar-x, diperoleh rentang panjang gelombang yang lebar, yang disebut spektrum sinar-x. Spektrum berisi komponen yang diucapkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1. Sebuah "kontinum" yang luas disebut spektrum kontinu atau radiasi putih. Puncak tajam yang ditumpangkan di atasnya disebut garis emisi sinar-x karakteristik. Meskipun seluruh spektrum adalah hasil tumbukan elektron dengan materi, mekanisme munculnya bagian lebar dan garisnya berbeda. Suatu zat terdiri dari sejumlah besar atom, yang masing-masing memiliki nukleus yang dikelilingi oleh kulit elektron, dan setiap elektron dalam kulit atom unsur tertentu menempati tingkat energi diskrit tertentu. Biasanya kulit ini, atau tingkat energi, dilambangkan dengan simbol K, L, M, dll., dimulai dari kulit yang paling dekat dengan inti. Ketika sebuah elektron yang datang dengan energi yang cukup tinggi bertabrakan dengan salah satu elektron yang terikat pada atom, elektron tersebut terlempar keluar dari kulitnya. Ruang kosong ditempati oleh elektron lain dari kulit, yang sesuai dengan energi yang lebih tinggi. Yang terakhir ini mengeluarkan energi berlebih dengan memancarkan foton sinar-X. Karena elektron kulit memiliki nilai energi diskrit, foton sinar-X yang dihasilkan juga memiliki spektrum diskrit. Ini sesuai dengan puncak tajam untuk panjang gelombang tertentu, nilai spesifiknya tergantung pada elemen target. Garis-garis karakteristik membentuk deret K-, L- dan M, tergantung dari kulit mana (K, L atau M) elektron dilepaskan. Hubungan antara panjang gelombang sinar-X dan nomor atom disebut hukum Moseley (Gbr. 2).

Jika sebuah elektron bertabrakan dengan inti yang relatif berat, maka ia melambat, dan energi kinetiknya dilepaskan dalam bentuk foton sinar-X dengan energi yang kira-kira sama. Jika dia terbang melewati nukleus, dia hanya akan kehilangan sebagian energinya, dan sisanya akan ditransfer ke atom lain yang menghalangi jalannya. Setiap tindakan kehilangan energi menyebabkan emisi foton dengan beberapa energi. Spektrum sinar-X kontinu muncul, batas atasnya sesuai dengan energi elektron tercepat. Ini adalah mekanisme untuk pembentukan spektrum kontinu, dan energi maksimum (atau panjang gelombang minimum) yang menetapkan batas spektrum kontinu sebanding dengan tegangan percepatan, yang menentukan kecepatan elektron yang datang. Garis spektral mencirikan bahan target yang dibombardir, sedangkan spektrum kontinu ditentukan oleh energi berkas elektron dan praktis tidak bergantung pada bahan target. Sinar-X dapat diperoleh tidak hanya dengan penembakan elektron, tetapi juga dengan menyinari target dengan sinar-X dari sumber lain. Namun, dalam kasus ini, sebagian besar energi sinar datang masuk ke spektrum sinar-X karakteristik, dan sebagian kecilnya masuk ke spektrum kontinu. Jelas, berkas sinar-X yang datang harus mengandung foton yang energinya cukup untuk membangkitkan garis karakteristik dari elemen yang dibombardir. Persentase energi yang tinggi per spektrum karakteristik membuat metode eksitasi sinar-X ini nyaman untuk penelitian ilmiah.
tabung sinar-X. Untuk memperoleh radiasi sinar-X akibat interaksi elektron dengan materi, diperlukan sumber elektron, sarana untuk mempercepatnya hingga kecepatan tinggi, dan target yang mampu menahan serangan elektron dan menghasilkan radiasi sinar-X. intensitas yang dibutuhkan. Perangkat yang memiliki semua ini disebut tabung sinar-x. Penjelajah awal menggunakan tabung "vakum dalam" seperti tabung pelepasan saat ini. Kekosongan di dalamnya tidak terlalu tinggi. Tabung pelepasan gas mengandung: sejumlah besar gas, dan ketika perbedaan potensial yang besar diterapkan pada elektroda tabung, atom gas berubah menjadi ion positif dan negatif. Yang positif bergerak menuju elektroda negatif (katoda) dan, jatuh di atasnya, menjatuhkan elektron darinya, dan mereka, pada gilirannya, bergerak menuju elektroda positif (anoda) dan, membombardirnya, menciptakan aliran foton sinar-X . Dalam tabung sinar-X modern yang dikembangkan oleh Coolidge (Gbr. 3), sumber elektron adalah katoda tungsten yang dipanaskan hingga suhu tinggi. Elektron dipercepat ke kecepatan tinggi oleh perbedaan potensial yang tinggi antara anoda (atau antikatoda) dan katoda. Karena elektron harus mencapai anoda tanpa bertabrakan dengan atom, diperlukan vakum yang sangat tinggi, untuk itu tabung harus dievakuasi dengan baik. Ini juga mengurangi kemungkinan ionisasi atom gas yang tersisa dan arus samping yang terkait.

Elektron difokuskan pada anoda oleh elektroda berbentuk khusus yang mengelilingi katoda. Elektroda ini disebut elektroda fokus dan bersama-sama dengan katoda membentuk "lampu sorot elektronik" tabung. Anoda yang dikenai penembakan elektron harus terbuat dari bahan tahan api, karena sebagian besar energi kinetik dari elektron yang ditembakkan diubah menjadi panas. Selain itu, anoda sebaiknya dibuat dari bahan dengan nomor atom tinggi, karena: hasil sinar-x meningkat dengan meningkatnya nomor atom. Tungsten, dengan nomor atom 74, paling sering dipilih sebagai bahan anoda.Desain tabung sinar-X dapat berbeda tergantung pada kondisi dan persyaratan aplikasi.
DETEKSI X-ray
Semua metode untuk mendeteksi sinar-X didasarkan pada interaksinya dengan materi. Detektor dapat terdiri dari dua jenis: yang memberikan gambar, dan yang tidak. Yang pertama termasuk perangkat fluorografi sinar-X dan fluoroskopi, di mana berkas sinar-X melewati objek yang diteliti, dan radiasi yang ditransmisikan memasuki layar luminescent atau film. Gambar muncul karena fakta bahwa berbagai bagian objek yang diteliti menyerap radiasi dengan cara yang berbeda - tergantung pada ketebalan zat dan komposisinya. Dalam detektor dengan layar luminescent, energi sinar-X diubah menjadi gambar yang dapat diamati secara langsung, sedangkan dalam radiografi direkam pada emulsi sensitif dan hanya dapat diamati setelah film dikembangkan. Jenis kedua detektor mencakup berbagai perangkat di mana energi sinar-X diubah menjadi sinyal listrik yang mencirikan intensitas relatif radiasi. Ini termasuk ruang ionisasi, pencacah Geiger, pencacah proporsional, pencacah kilau, dan beberapa detektor khusus berdasarkan kadmium sulfida dan selenida. Saat ini, penghitung kilau dapat dianggap sebagai detektor yang paling efisien, yang bekerja dengan baik dalam rentang energi yang luas.
Lihat juga DETEKTOR PARTIKEL. Detektor dipilih dengan mempertimbangkan kondisi masalah. Misalnya, jika perlu untuk mengukur secara akurat intensitas radiasi sinar-X yang terdifraksi, maka penghitung digunakan yang memungkinkan pengukuran dilakukan dengan akurasi pecahan persen. Jika perlu untuk mendaftarkan banyak sinar difraksi, maka disarankan untuk menggunakan film sinar-X, meskipun dalam hal ini tidak mungkin untuk menentukan intensitas dengan akurasi yang sama.
DEFEKTOSKOPI X-RAY DAN GAMMA
Salah satu aplikasi sinar-X yang paling umum dalam industri adalah kontrol kualitas material dan deteksi cacat. Metode sinar-x tidak merusak, sehingga bahan yang diuji, jika memenuhi persyaratan yang diperlukan, dapat digunakan untuk tujuan yang dimaksudkan. Deteksi cacat sinar-x dan gamma didasarkan pada daya tembus sinar-x dan karakteristik penyerapannya dalam bahan. Daya tembus ditentukan oleh energi foton sinar-X, yang bergantung pada tegangan percepatan dalam tabung sinar-X. Oleh karena itu, sampel yang tebal dan sampel dari logam berat, seperti emas dan uranium, memerlukan sumber sinar-X dengan tegangan yang lebih tinggi untuk penelitiannya, dan untuk sampel yang tipis, sumber dengan tegangan yang lebih rendah sudah cukup. Untuk deteksi cacat sinar gamma dari coran yang sangat besar dan produk canai besar, betatron dan akselerator linier digunakan, yang mempercepat partikel menjadi energi 25 MeV dan lebih banyak lagi. Penyerapan sinar-X dalam suatu bahan tergantung pada ketebalan penyerap d dan koefisien serapan m dan ditentukan oleh rumus I = I0e-md, di mana I adalah intensitas radiasi yang ditransmisikan melalui penyerap, I0 adalah intensitas radiasi insiden, dan e = 2,718 adalah basis logaritma natural. Untuk bahan tertentu, pada panjang gelombang (atau energi) sinar-X tertentu, koefisien absorpsi adalah konstan. Tetapi radiasi sumber sinar-X tidak monokromatik, tetapi mengandung spektrum panjang gelombang yang luas, akibatnya penyerapan pada ketebalan penyerap yang sama tergantung pada panjang gelombang (frekuensi) radiasi. Radiasi sinar-X banyak digunakan di semua industri yang terkait dengan pemrosesan logam dengan tekanan. Ini juga digunakan untuk menguji barel artileri, bahan makanan, plastik, untuk menguji perangkat dan sistem kompleks dalam teknik elektronik. (Neutronografi, yang menggunakan berkas neutron sebagai pengganti sinar-X, digunakan untuk tujuan serupa.) Sinar-X juga digunakan untuk tujuan lain, seperti memeriksa lukisan untuk menentukan keasliannya atau mendeteksi lapisan cat tambahan di atas lapisan utama .
DIfraksi sinar-X
Difraksi sinar-X memberikan informasi penting tentang padatan—struktur atom dan bentuk kristalnya—serta tentang cairan, benda amorf, dan molekul besar. Metode difraksi juga digunakan untuk penentuan jarak antar atom yang akurat (dengan kesalahan kurang dari 10-5), deteksi tegangan dan cacat, dan untuk menentukan orientasi kristal tunggal. Pola difraksi dapat mengidentifikasi bahan yang tidak diketahui, serta mendeteksi keberadaan pengotor dalam sampel dan menentukannya. Pentingnya metode difraksi sinar-X untuk kemajuan fisika modern hampir tidak dapat ditaksir terlalu tinggi, karena pemahaman modern tentang sifat-sifat materi pada akhirnya didasarkan pada data tentang susunan atom dalam berbagai senyawa kimia, pada sifat ikatan. antara mereka, dan pada cacat struktural. Alat utama untuk memperoleh informasi ini adalah metode difraksi sinar-X. Kristalografi difraksi sinar-X sangat penting untuk menentukan struktur molekul besar yang kompleks, seperti asam deoksiribonukleat (DNA), materi genetik organisme hidup. Segera setelah penemuan radiasi sinar-X, minat ilmiah dan medis terkonsentrasi baik pada kemampuan radiasi ini untuk menembus tubuh, dan pada sifatnya. Percobaan difraksi sinar-X pada celah dan kisi-kisi difraksi menunjukkan bahwa itu termasuk radiasi elektromagnetik dan memiliki panjang gelombang orde 10-8-10-9 cm. Bahkan sebelumnya, para ilmuwan, khususnya W. Barlow, menduga bahwa Bentuk kristal alam yang teratur dan simetris disebabkan oleh susunan atom yang teratur yang membentuk kristal. Dalam beberapa kasus, Barlow mampu memprediksi struktur kristal dengan benar. Nilai jarak antar atom yang diprediksi adalah 10-8 cm Fakta bahwa jarak antar atom ternyata urutan panjang gelombang sinar-X memungkinkan pada prinsipnya untuk mengamati difraksi mereka. Hasilnya adalah ide untuk salah satu eksperimen terpenting dalam sejarah fisika. M. Laue menyelenggarakan uji eksperimental ide ini, yang dilakukan oleh rekan-rekannya W. Friedrich dan P. Knipping. Pada tahun 1912, mereka bertiga mempublikasikan karyanya tentang hasil difraksi sinar-X. Prinsip difraksi sinar-X. Untuk memahami fenomena difraksi sinar-X, kita harus mempertimbangkan secara berurutan: pertama, spektrum sinar-X, kedua, sifat struktur kristal dan, ketiga, fenomena difraksi itu sendiri. Seperti disebutkan di atas, karakteristik radiasi sinar-X terdiri dari serangkaian garis spektrum monokromatisitas tingkat tinggi, yang ditentukan oleh bahan anoda. Dengan bantuan filter, Anda dapat memilih yang paling intens. Oleh karena itu, dengan memilih bahan anoda dengan cara yang tepat, dimungkinkan untuk memperoleh sumber radiasi yang hampir monokromatik dengan nilai panjang gelombang yang ditentukan dengan sangat tepat. Panjang gelombang radiasi karakteristik biasanya berkisar dari 2,285 untuk kromium hingga 0,558 untuk perak (nilai untuk berbagai elemen diketahui hingga enam angka penting). Spektrum karakteristik ditumpangkan pada spektrum "putih" kontinu dengan intensitas yang jauh lebih rendah, karena perlambatan elektron yang datang di anoda. Dengan demikian, dua jenis radiasi dapat diperoleh dari setiap anoda: karakteristik dan bremsstrahlung, yang masing-masing memainkan peran penting dengan caranya sendiri. Atom dalam struktur kristal terletak secara berkala, membentuk urutan sel yang identik - kisi spasial. Beberapa kisi (misalnya, untuk sebagian besar logam biasa) cukup sederhana, sementara yang lain (misalnya, untuk molekul protein) cukup kompleks. Struktur kristal dicirikan sebagai berikut: jika seseorang bergeser dari beberapa titik tertentu dari satu sel ke titik yang sesuai dari sel tetangga, maka lingkungan atom yang persis sama akan ditemukan. Dan jika beberapa atom terletak pada satu atau lain titik dari satu sel, maka atom yang sama akan ditempatkan pada titik ekivalen dari setiap sel tetangga. Prinsip ini benar-benar berlaku untuk kristal yang sempurna dan tersusun secara ideal. Namun, banyak kristal (misalnya, larutan padat logam) tidak teratur sampai batas tertentu; tempat yang setara secara kristalografis dapat ditempati oleh atom yang berbeda. Dalam kasus ini, bukan posisi setiap atom yang ditentukan, tetapi hanya posisi atom yang "dirata-ratakan secara statistik" pada sejumlah besar partikel (atau sel). Fenomena difraksi dibahas dalam artikel OPTICS dan pembaca dapat merujuk ke artikel ini sebelum melanjutkan. Ini menunjukkan bahwa jika gelombang (misalnya, suara, cahaya, sinar-X) melewati celah atau lubang kecil, maka celah atau lubang tersebut dapat dianggap sebagai sumber gelombang sekunder, dan bayangan celah atau lubang tersebut terdiri dari cahaya bolak-balik. dan garis-garis gelap. Selanjutnya, jika terdapat struktur lubang atau celah secara periodik, maka sebagai akibat dari interferensi penguatan dan pelemahan sinar yang datang dari lubang yang berbeda, timbul pola difraksi yang jelas. Difraksi sinar-X adalah fenomena hamburan kolektif di mana peran lubang dan pusat hamburan dimainkan oleh atom-atom struktur kristal yang disusun secara berkala. Amplifikasi timbal balik dari gambar mereka pada sudut tertentu memberikan pola difraksi yang mirip dengan yang akan dihasilkan dari difraksi cahaya pada kisi difraksi tiga dimensi. Hamburan terjadi karena interaksi insiden radiasi sinar-X dengan elektron dalam kristal. Karena fakta bahwa panjang gelombang radiasi sinar-X memiliki urutan yang sama dengan dimensi atom, panjang gelombang radiasi sinar-X yang dihamburkan adalah sama dengan panjang gelombang datang. Proses ini adalah hasil osilasi paksa elektron di bawah aksi sinar-X yang datang. Pertimbangkan sekarang sebuah atom dengan awan elektron terikat (mengelilingi nukleus) di mana sinar-X datang. Elektron ke segala arah secara bersamaan menyebarkan insiden dan memancarkan radiasi sinar-X mereka sendiri dengan panjang gelombang yang sama, meskipun intensitasnya berbeda. Intensitas radiasi hambur berhubungan dengan nomor atom unsur, karena nomor atom sama dengan jumlah elektron orbital yang dapat ikut serta dalam penghamburan. (Ketergantungan intensitas pada nomor atom unsur penghambur dan arah pengukuran intensitas dicirikan oleh faktor penghamburan atom, yang memainkan peran yang sangat penting dalam analisis struktur kristal.) Mari kita pilih dalam struktur kristal rantai linier atom yang terletak pada jarak yang sama satu sama lain, dan pertimbangkan pola difraksinya. Telah dicatat bahwa spektrum sinar-X terdiri dari bagian kontinu ("kontinum") dan serangkaian karakteristik garis yang lebih intens dari elemen yang merupakan bahan anoda. Katakanlah kita menyaring spektrum kontinu dan mendapatkan berkas sinar-X yang hampir monokromatik yang diarahkan ke rantai atom linier kita. Kondisi amplifikasi (penguatan interferensi) terpenuhi jika perbedaan antara jalur gelombang yang dihamburkan oleh atom tetangga adalah kelipatan dari panjang gelombang. Jika sinar datang pada sudut a0 terhadap garis atom yang dipisahkan oleh interval a (periode), maka untuk sudut difraksi a perbedaan lintasan yang sesuai dengan penguatan akan ditulis sebagai a(cos a - cosa0) = hl, di mana l adalah panjang gelombang dan h adalah bilangan bulat (Gbr. 4 dan 5).

Untuk memperluas pendekatan ini ke kristal tiga dimensi, hanya perlu memilih deretan atom dalam dua arah lain dalam kristal dan menyelesaikan tiga persamaan yang diperoleh bersama untuk tiga sumbu kristal dengan periode a, b dan c. Dua persamaan lainnya adalah

Ini adalah tiga persamaan dasar Laue untuk difraksi sinar-X, dengan angka h, k dan c adalah indeks Miller untuk bidang difraksi.
Lihat juga KRISTAL DAN KRISTALLOGRAFI. Mempertimbangkan salah satu persamaan Laue, misalnya yang pertama, orang dapat melihat bahwa karena a, a0, l adalah konstanta, dan h = 0, 1, 2, ..., solusinya dapat direpresentasikan sebagai himpunan kerucut dengan sumbu umum a (Gbr. 5). Hal yang sama berlaku untuk arah b dan c. Dalam kasus umum hamburan tiga dimensi (difraksi), ketiga persamaan Laue harus memiliki solusi yang sama, yaitu. tiga kerucut difraksi yang terletak pada masing-masing sumbu harus berpotongan; garis perpotongan umum ditunjukkan pada gambar. 6. Solusi gabungan persamaan mengarah ke hukum Bragg-Wulf:

l = 2(d/n)sinq, dimana d adalah jarak antara bidang dengan indeks h, k dan c (periode), n = 1, 2, ... adalah bilangan bulat (orde difraksi), dan q adalah sudut dibentuk oleh sinar datang (serta difraksi) dengan bidang kristal di mana difraksi terjadi. Menganalisis persamaan hukum Bragg - Wolfe untuk kristal tunggal yang terletak di jalur berkas sinar-X monokromatik, kita dapat menyimpulkan bahwa difraksi tidak mudah diamati, karena l dan q tetap, dan sinq METODE ANALISIS DIFRAKSI
metode Lau. Metode Laue menggunakan spektrum sinar-X "putih" yang kontinu, yang diarahkan ke kristal tunggal yang stasioner. Untuk nilai tertentu dari periode d, panjang gelombang yang sesuai dengan kondisi Bragg-Wulf dipilih secara otomatis dari seluruh spektrum. Pola Laue yang diperoleh dengan cara ini memungkinkan untuk menilai arah berkas difraksi dan, akibatnya, orientasi bidang kristal, yang juga memungkinkan untuk menarik kesimpulan penting tentang simetri, orientasi kristal, dan keberadaan kristal. dari cacat di dalamnya. Namun, dalam kasus ini, informasi tentang periode spasial d hilang. pada gambar. 7 menunjukkan contoh Lauegram. Film sinar-X terletak di sisi kristal yang berlawanan dengan tempat berkas sinar-X datang dari sumbernya.

Metode Debye-Scherrer (untuk sampel polikristalin). Berbeda dengan metode sebelumnya, radiasi monokromatik (l = const) digunakan di sini, dan sudut q bervariasi. Hal ini dicapai dengan menggunakan sampel polikristalin yang terdiri dari banyak kristal kecil dengan orientasi acak, di antaranya ada yang memenuhi kondisi Bragg-Wulf. Berkas difraksi membentuk kerucut, yang sumbunya diarahkan sepanjang berkas sinar-X. Untuk pencitraan, strip sempit film sinar-X biasanya digunakan dalam kaset silinder, dan sinar-X disebarkan sepanjang diameter melalui lubang-lubang di film. Debyegram yang diperoleh dengan cara ini (Gbr. 8) berisi informasi yang tepat tentang periode d, yaitu. tentang struktur kristal, tetapi tidak memberikan informasi yang terkandung dalam Lauegram. Oleh karena itu, kedua metode tersebut saling melengkapi. Mari kita pertimbangkan beberapa aplikasi dari metode Debye-Scherrer.

Identifikasi unsur dan senyawa kimia. Dari sudut q yang ditentukan dari Debyegram, seseorang dapat menghitung karakteristik jarak antarplanar d dari unsur atau senyawa tertentu. Saat ini, banyak tabel nilai d telah disusun, yang memungkinkan untuk mengidentifikasi tidak hanya satu atau beberapa unsur atau senyawa kimia, tetapi juga berbagai keadaan fasa dari zat yang sama, yang tidak selalu memberikan analisis kimia. Hal ini juga memungkinkan untuk menentukan kandungan komponen kedua dalam paduan substitusi dengan akurasi tinggi dari ketergantungan periode d pada konsentrasi.
Analisis stres. Dari perbedaan terukur dalam jarak antar bidang untuk arah yang berbeda dalam kristal, mengetahui modulus elastisitas material, dimungkinkan untuk menghitung tegangan kecil di dalamnya dengan akurasi tinggi.
Studi orientasi preferensial dalam kristal. Jika kristalit kecil dalam sampel polikristalin tidak sepenuhnya berorientasi acak, maka cincin pada Debyegram akan memiliki intensitas yang berbeda. Dengan adanya orientasi pilihan yang jelas, intensitas maxima terkonsentrasi di masing-masing titik dalam gambar, yang menjadi serupa dengan gambar untuk kristal tunggal. Misalnya, selama penggulungan dingin yang dalam, lembaran logam memperoleh tekstur - orientasi kristalit yang jelas. Menurut debaygram, seseorang dapat menilai sifat pengerjaan dingin material tersebut.
Studi ukuran butir. Jika ukuran butir polikristal lebih dari 10-3 cm, maka garis-garis pada Debyegram akan terdiri dari bintik-bintik terpisah, karena dalam hal ini jumlah kristal tidak cukup untuk menutupi seluruh rentang nilai sudut. q. Jika ukuran kristal kurang dari 10-5 cm, maka garis difraksi menjadi lebih lebar. Lebarnya berbanding terbalik dengan ukuran kristalit. Pelebaran terjadi untuk alasan yang sama bahwa penurunan jumlah celah mengurangi resolusi kisi difraksi. Radiasi sinar-X memungkinkan untuk menentukan ukuran butir dalam kisaran 10-7-10-6 cm.
Metode untuk kristal tunggal. Agar difraksi oleh kristal memberikan informasi tidak hanya tentang periode spasial, tetapi juga tentang orientasi setiap set bidang difraksi, metode kristal tunggal yang berputar digunakan. Berkas sinar-X monokromatik datang pada kristal. Kristal berputar di sekitar sumbu utama, yang memenuhi persamaan Laue. Dalam hal ini, sudut q, yang termasuk dalam rumus Bragg-Wulf, berubah. Maksima difraksi terletak di persimpangan kerucut difraksi Laue dengan permukaan silinder film (Gbr. 9). Hasilnya adalah pola difraksi dari jenis yang ditunjukkan pada Gambar. 10. Namun, komplikasi mungkin terjadi karena tumpang tindih orde difraksi yang berbeda pada satu titik. Metode ini dapat ditingkatkan secara signifikan jika, bersamaan dengan rotasi kristal, film juga dipindahkan dengan cara tertentu.

Studi tentang cairan dan gas. Diketahui bahwa cairan, gas, dan benda amorf tidak memiliki struktur kristal yang benar. Tetapi di sini juga, ada ikatan kimia antara atom-atom dalam molekul, yang menyebabkan jarak di antara mereka tetap hampir konstan, meskipun molekul-molekul itu sendiri berorientasi secara acak dalam ruang. Bahan-bahan tersebut juga memberikan pola difraksi dengan jumlah maksimum smear yang relatif kecil. Pemrosesan gambar seperti itu dengan metode modern memungkinkan untuk memperoleh informasi tentang struktur bahkan bahan non-kristal tersebut.
ANALISIS SINAR X SPEKTROKIMIA
Beberapa tahun setelah penemuan sinar-X, Ch. Barkla (1877-1944) menemukan bahwa ketika fluks sinar-X berenergi tinggi bekerja pada suatu zat, radiasi sinar-X fluoresen sekunder dihasilkan, yang merupakan karakteristik elemen sedang dipelajari. Tak lama kemudian, G. Moseley, dalam serangkaian eksperimennya, mengukur panjang gelombang dari radiasi sinar-X karakteristik utama yang diperoleh dengan pemboman elektron dari berbagai elemen, dan menyimpulkan hubungan antara panjang gelombang dan nomor atom. Eksperimen ini, dan penemuan Bragg tentang spektrometer sinar-X, meletakkan dasar untuk analisis sinar-X spektrokimia. Kemungkinan sinar-X untuk analisis kimia segera dikenali. Spektrograf dibuat dengan registrasi pada pelat fotografi, di mana sampel yang diteliti berfungsi sebagai anoda tabung sinar-X. Sayangnya, teknik ini ternyata sangat melelahkan, dan karena itu hanya digunakan ketika metode analisis kimia yang biasa tidak dapat diterapkan. Sebuah contoh luar biasa dari penelitian inovatif di bidang spektroskopi sinar-X analitis adalah penemuan pada tahun 1923 oleh G. Hevesy dan D. Coster dari elemen baru, hafnium. Pengembangan tabung sinar-X berdaya tinggi untuk radiografi dan detektor sensitif untuk pengukuran radiokimia selama Perang Dunia II sebagian besar berkontribusi pada pertumbuhan pesat spektrografi sinar-X di tahun-tahun berikutnya. Metode ini telah menyebar luas karena kecepatan, kemudahan, sifat analisis yang tidak merusak, dan kemungkinan otomatisasi penuh atau sebagian. Ini berlaku dalam masalah analisis kuantitatif dan kualitatif semua elemen dengan nomor atom lebih besar dari 11 (natrium). Dan meskipun analisis spektrokimia sinar-X biasanya digunakan untuk menentukan komponen terpenting dalam sampel (dari 0,1-100%), dalam beberapa kasus cocok untuk konsentrasi 0,005% dan bahkan lebih rendah.
spektrometer sinar-X. Spektrometer sinar-X modern terdiri dari tiga sistem utama (Gbr. 11): sistem eksitasi, mis. tabung sinar-x dengan anoda yang terbuat dari tungsten atau bahan tahan api lainnya dan catu daya; sistem analisis, yaitu kristal penganalisis dengan dua kolimator multi-celah, serta spektrogoniometer untuk penyesuaian halus; dan sistem registrasi dengan Geiger atau penghitung proporsional atau kilau, serta penyearah, penguat, penghitung dan perekam grafik atau alat perekam lainnya.

Analisis fluoresen sinar-X. Sampel yang dianalisis terletak di jalur sinar-x yang menarik. Daerah sampel yang akan diperiksa biasanya diisolasi dengan sebuah topeng dengan lubang dengan diameter yang diinginkan, dan radiasi melewati kolimator yang membentuk berkas paralel. Di belakang kristal penganalisis, kolimator celah memancarkan radiasi terdifraksi untuk detektor. Biasanya, sudut maksimum q dibatasi hingga 80–85°, sehingga hanya sinar-X yang panjang gelombangnya l terkait dengan jarak antarplanar d oleh pertidaksamaan l yang dapat difraksi pada kristal penganalisis. mikroanalisis sinar-X. Spektrometer kristal penganalisis datar yang dijelaskan di atas dapat disesuaikan untuk analisis mikro. Hal ini dicapai dengan menyempitkan berkas sinar-x primer atau berkas sekunder yang dipancarkan oleh sampel. Namun, penurunan ukuran efektif sampel atau bukaan radiasi menyebabkan penurunan intensitas radiasi terdifraksi yang direkam. Peningkatan metode ini dapat dicapai dengan menggunakan spektrometer kristal melengkung, yang memungkinkan untuk mendaftarkan kerucut radiasi divergen, dan tidak hanya radiasi sejajar dengan sumbu kolimator. Dengan spektrometer seperti itu, partikel yang lebih kecil dari 25 m dapat diidentifikasi. Pengurangan yang lebih besar dalam ukuran sampel yang dianalisis dicapai dalam mikroanalisis probe elektron sinar-X yang ditemukan oleh R. Kasten. Di sini, berkas elektron yang sangat terfokus merangsang emisi sinar-X karakteristik sampel, yang kemudian dianalisis dengan spektrometer kristal bengkok. Dengan menggunakan perangkat semacam itu, dimungkinkan untuk mendeteksi jumlah zat dengan orde 10–14 g dalam sampel dengan diameter 1 m. Instalasi dengan pemindaian berkas elektron sampel juga telah dikembangkan, dengan bantuan yang memungkinkan untuk memperoleh pola distribusi dua dimensi di atas sampel elemen yang karakteristik radiasinya disetel ke spektrometer.
DIAGNOSIS X-ray MEDIS
Perkembangan teknologi sinar-x telah secara signifikan mengurangi waktu pemaparan dan meningkatkan kualitas gambar, bahkan memungkinkan jaringan lunak untuk dipelajari.
Fluorografi. Metode diagnostik ini terdiri dari memotret gambar bayangan dari layar tembus pandang. Pasien ditempatkan di antara sumber sinar-x dan layar datar fosfor (biasanya sesium iodida), yang bersinar saat terkena sinar-x. Jaringan biologis dengan berbagai tingkat kepadatan menciptakan bayangan radiasi sinar-X dengan berbagai tingkat intensitas. Seorang ahli radiologi memeriksa gambar bayangan pada layar fluorescent dan membuat diagnosis. Di masa lalu, ahli radiologi mengandalkan penglihatan untuk menganalisis gambar. Sekarang ada berbagai sistem yang memperkuat gambar, menampilkannya di layar televisi atau merekam data di memori komputer.
Radiografi. Rekaman gambar sinar-x langsung pada film fotografi disebut radiografi. Dalam hal ini, organ yang diteliti terletak di antara sumber sinar-X dan film, yang menangkap informasi tentang keadaan organ pada waktu tertentu. Radiografi berulang memungkinkan untuk menilai evolusi lebih lanjut. Radiografi memungkinkan Anda untuk memeriksa dengan sangat akurat integritas jaringan tulang, yang sebagian besar terdiri dari kalsium dan tidak tembus cahaya terhadap sinar-x, serta ruptur jaringan otot. Dengan bantuannya, lebih baik daripada stetoskop atau mendengarkan, kondisi paru-paru dianalisis jika terjadi peradangan, tuberkulosis, atau adanya cairan. Dengan bantuan radiografi, ukuran dan bentuk jantung, serta dinamika perubahannya pada pasien yang menderita penyakit jantung, ditentukan.
agen kontras. Bagian tubuh dan rongga organ individu yang transparan terhadap radiasi sinar-X menjadi terlihat jika diisi dengan zat kontras yang tidak berbahaya bagi tubuh, tetapi memungkinkan seseorang untuk memvisualisasikan bentuk organ dalam dan memeriksa fungsinya. Pasien dapat menggunakan agen kontras secara oral (seperti garam barium untuk pemeriksaan saluran cerna), atau diberikan secara intravena (seperti larutan yang mengandung yodium dalam pemeriksaan ginjal dan saluran kemih). Namun, dalam beberapa tahun terakhir, metode ini telah digantikan oleh metode diagnostik berdasarkan penggunaan atom radioaktif dan ultrasound.
CT-scan. Pada 1970-an, metode baru diagnostik sinar-X dikembangkan, berdasarkan foto lengkap tubuh atau bagian-bagiannya. Gambar lapisan tipis ("irisan") diproses oleh komputer, dan gambar akhir ditampilkan di layar monitor. Metode ini disebut computed x-ray tomography. Ini banyak digunakan dalam pengobatan modern untuk mendiagnosis infiltrat, tumor dan gangguan otak lainnya, serta untuk mendiagnosis penyakit jaringan lunak di dalam tubuh. Teknik ini tidak memerlukan pengenalan agen kontras asing dan karena itu lebih cepat dan lebih efektif daripada teknik tradisional.
AKSI BIOLOGIS RADIASI X-RAY
Efek biologis berbahaya dari radiasi sinar-X ditemukan tak lama setelah penemuannya oleh Roentgen. Ternyata radiasi baru dapat menyebabkan sesuatu seperti sengatan matahari yang parah (eritema), namun disertai dengan kerusakan kulit yang lebih dalam dan lebih permanen. Bisul yang muncul seringkali berubah menjadi kanker. Dalam banyak kasus, jari atau tangan harus diamputasi. Ada juga kematian. Telah ditemukan bahwa lesi kulit dapat dihindari dengan mengurangi waktu dan dosis paparan, menggunakan pelindung (misalnya timah) dan kendali jarak jauh. Tetapi secara bertahap, efek jangka panjang lainnya dari paparan sinar-X terungkap, yang kemudian dikonfirmasi dan dipelajari pada hewan percobaan. Efek akibat aksi sinar-X, serta radiasi pengion lainnya (seperti radiasi gamma yang dipancarkan oleh bahan radioaktif) meliputi: 1) perubahan sementara dalam komposisi darah setelah paparan berlebih yang relatif kecil; 2) perubahan ireversibel dalam komposisi darah (anemia hemolitik) setelah paparan berlebihan yang berkepanjangan; 3) peningkatan kejadian kanker (termasuk leukemia); 4) penuaan dini dan kematian dini; 5) terjadinya katarak. Selain itu, percobaan biologis pada tikus, kelinci dan lalat (Drosophila) telah menunjukkan bahwa dosis kecil dari penyinaran sistematis pada populasi besar, karena peningkatan laju mutasi, menyebabkan efek genetik yang berbahaya. Kebanyakan ahli genetika mengakui penerapan data ini pada tubuh manusia. Adapun efek biologis radiasi sinar-X pada tubuh manusia ditentukan oleh tingkat dosis radiasi, serta organ tubuh mana yang terkena radiasi. Misalnya, penyakit darah disebabkan oleh iradiasi organ hematopoietik, terutama sumsum tulang, dan konsekuensi genetik - oleh iradiasi organ genital, yang juga dapat menyebabkan kemandulan. Akumulasi pengetahuan tentang efek radiasi sinar-X pada tubuh manusia telah menyebabkan pengembangan standar nasional dan internasional untuk dosis radiasi yang diizinkan, yang diterbitkan dalam berbagai publikasi referensi. Selain sinar-X yang sengaja digunakan oleh manusia, ada juga yang disebut radiasi samping hamburan yang terjadi karena berbagai sebab, misalnya karena hamburan akibat ketidaksempurnaan layar pelindung timbal, yang tidak sepenuhnya menyerap radiasi ini. Selain itu, banyak perangkat listrik yang tidak dirancang untuk menghasilkan sinar-X namun menghasilkan sinar-X sebagai produk sampingan. Perangkat semacam itu termasuk mikroskop elektron, lampu penyearah tegangan tinggi (kenotron), serta kineskop televisi berwarna yang sudah ketinggalan zaman. Produksi kineskop warna modern di banyak negara sekarang berada di bawah kendali pemerintah.
FAKTOR BERBAHAYA RADIASI X-RAY
Jenis dan tingkat bahaya paparan sinar-X bagi orang-orang tergantung pada kontingen orang yang terpapar radiasi.
Profesional yang bekerja dengan peralatan x-ray. Kategori ini mencakup ahli radiologi, dokter gigi, serta pekerja ilmiah dan teknis serta personel yang memelihara dan menggunakan peralatan sinar-x. Langkah-langkah efektif sedang diambil untuk mengurangi tingkat radiasi yang harus mereka tangani.
Pasien. Tidak ada kriteria ketat di sini, dan tingkat radiasi yang aman yang diterima pasien selama perawatan ditentukan oleh dokter yang merawat. Dokter disarankan untuk tidak mengekspos pasien dengan sinar-x secara tidak perlu. Perhatian khusus harus dilakukan ketika memeriksa wanita hamil dan anak-anak. Dalam hal ini, tindakan khusus diambil.
Metode kontrol. Ada tiga aspek dalam hal ini:
1) ketersediaan peralatan yang memadai, 2) penegakan peraturan keselamatan, 3) penggunaan peralatan yang tepat. Dalam pemeriksaan rontgen, hanya daerah yang diinginkan saja yang terkena radiasi, baik itu pemeriksaan gigi maupun pemeriksaan paru-paru. Perhatikan bahwa segera setelah mematikan peralatan sinar-X, radiasi primer dan sekunder menghilang; juga tidak ada radiasi sisa, yang tidak selalu diketahui bahkan oleh mereka yang berhubungan langsung dengannya dalam pekerjaan mereka.
Lihat juga
STRUKTUR ATOM;

Ilmuwan Jerman Wilhelm Conrad Roentgen dapat dianggap sebagai pendiri radiografi dan penemu fitur utama sinar-X.

Kemudian, pada tahun 1895, dia bahkan tidak menduga luasnya aplikasi dan popularitas radiasi X yang ditemukan olehnya, meskipun itu telah menimbulkan resonansi yang luas di dunia sains.

Tidak mungkin sang penemu dapat menebak manfaat atau kerugian apa yang akan dihasilkan dari kegiatannya. Tapi hari ini kita akan mencoba mencari tahu apa efek radiasi jenis ini pada tubuh manusia.

• Radiasi X diberkahi dengan daya tembus yang besar, tetapi itu tergantung pada panjang gelombang dan kepadatan bahan yang disinari;
• di bawah pengaruh radiasi, beberapa benda mulai bersinar;
• sinar-x mempengaruhi makhluk hidup;
• berkat sinar-X, beberapa reaksi biokimia mulai terjadi;
• Berkas sinar-x dapat mengambil elektron dari beberapa atom dan dengan demikian mengionisasinya.

Bahkan sang penemu sendiri terutama prihatin dengan pertanyaan tentang apa sebenarnya sinar yang ditemukan olehnya.

Setelah serangkaian studi eksperimental, ilmuwan menemukan bahwa sinar-X adalah gelombang menengah antara radiasi ultraviolet dan gamma, yang panjangnya 10 -8 cm.

Sifat berkas sinar-X, yang tercantum di atas, memiliki sifat destruktif, tetapi ini tidak mencegahnya digunakan untuk tujuan yang bermanfaat.

Jadi di mana di dunia modern sinar-X dapat digunakan?

1. Mereka dapat digunakan untuk mempelajari sifat-sifat banyak molekul dan formasi kristal.
2. Untuk deteksi cacat, yaitu, untuk memeriksa bagian-bagian industri dan perangkat untuk cacat.
3. Dalam industri medis dan penelitian terapeutik.

Karena panjang pendek dari seluruh rentang gelombang ini dan sifat uniknya, penerapan paling penting dari radiasi yang ditemukan oleh Wilhelm Roentgen menjadi mungkin.

Karena topik artikel kami terbatas pada dampak sinar-X pada tubuh manusia, yang hanya ditemui ketika pergi ke rumah sakit, maka kami hanya akan mempertimbangkan cabang aplikasi ini.

Ilmuwan yang menemukan sinar-X menjadikannya hadiah yang tak ternilai bagi seluruh penduduk Bumi, karena ia tidak mematenkan keturunannya untuk digunakan lebih lanjut.

Sejak Perang Dunia I, mesin sinar-X portabel telah menyelamatkan ratusan nyawa yang terluka. Saat ini, sinar-X memiliki dua aplikasi utama:

1. Diagnosa dengan itu.

Diagnostik sinar-X digunakan dalam berbagai pilihan:

• X-ray atau transiluminasi;
• x-ray atau foto;
• studi fluorografi;
• tomografi menggunakan sinar-x.

Sekarang kita perlu memahami bagaimana metode ini berbeda satu sama lain:

1. Metode pertama mengasumsikan bahwa subjek terletak di antara layar khusus dengan sifat fluoresen dan tabung sinar-X. Dokter, berdasarkan karakteristik individu, memilih kekuatan sinar yang diperlukan dan menerima gambar tulang dan organ dalam di layar.
2. Pada metode kedua, pasien ditempatkan pada film sinar-x khusus dalam kaset. Dalam hal ini, peralatan ditempatkan di atas orang tersebut. Teknik ini memungkinkan Anda untuk mendapatkan gambar negatif, tetapi dengan detail yang lebih halus dibandingkan dengan fluoroskopi.
3. Pemeriksaan massal penduduk untuk penyakit paru-paru memungkinkan untuk fluorografi. Pada saat prosedur, gambar dipindahkan dari monitor besar ke film khusus.
4. Tomografi memungkinkan Anda mendapatkan gambar organ dalam di beberapa bagian. Seluruh rangkaian gambar diambil, yang selanjutnya disebut sebagai tomogram.
5. Jika Anda menghubungkan bantuan komputer ke metode sebelumnya, maka program khusus akan membuat gambar lengkap yang dibuat menggunakan pemindai x-ray.

Semua metode untuk mendiagnosis masalah kesehatan ini didasarkan pada sifat unik sinar-X untuk menerangi film fotografi. Pada saat yang sama, kemampuan penetrasi inert dan jaringan lain dari tubuh kita berbeda, yang ditampilkan dalam gambar.

Setelah sifat lain sinar-X untuk mempengaruhi jaringan dari sudut pandang biologis ditemukan, fitur ini mulai digunakan secara aktif dalam terapi tumor.

Sel, terutama yang ganas, membelah dengan sangat cepat, dan sifat pengion radiasi memiliki efek positif pada terapi terapeutik dan memperlambat pertumbuhan tumor.

Tetapi sisi lain dari koin adalah efek negatif sinar-x pada sel-sel sistem hematopoietik, endokrin dan kekebalan, yang juga membelah dengan cepat. Sebagai akibat dari pengaruh negatif sinar-X, penyakit radiasi memanifestasikan dirinya.

Efek sinar-x pada tubuh manusia

Secara harfiah segera setelah penemuan yang begitu keras di dunia ilmiah, diketahui bahwa sinar-X dapat mempengaruhi tubuh manusia:

1. Dalam perjalanan penelitian tentang sifat-sifat sinar-X, ternyata mereka mampu menyebabkan luka bakar pada kulit. Sangat mirip dengan termal. Namun, kedalaman lesi jauh lebih besar daripada cedera domestik, dan penyembuhannya lebih buruk. Banyak ilmuwan yang berurusan dengan radiasi berbahaya ini telah kehilangan jari mereka.
2. Dengan trial and error, ditemukan bahwa jika Anda mengurangi waktu dan pokok wakaf, maka luka bakar dapat dihindari. Kemudian, layar timah dan metode penyinaran jarak jauh mulai digunakan.
3. Perspektif jangka panjang dari bahaya sinar matahari menunjukkan bahwa perubahan komposisi darah setelah iradiasi menyebabkan leukemia dan penuaan dini.
4. Tingkat keparahan dampak sinar-X pada tubuh manusia secara langsung tergantung pada organ yang disinari. Jadi, dengan rontgen panggul kecil, infertilitas dapat terjadi, dan dengan diagnosis organ hematopoietik - penyakit darah.
5. Bahkan paparan yang paling tidak signifikan, tetapi dalam jangka waktu yang lama, dapat menyebabkan perubahan pada tingkat genetik.

Tentu saja, semua penelitian dilakukan pada hewan, tetapi para ilmuwan telah membuktikan bahwa perubahan patologis juga akan terjadi pada manusia.

PENTING! Berdasarkan data yang diperoleh, standar paparan sinar-X dikembangkan, yang seragam di seluruh dunia.

Dosis rontgen untuk diagnosis

Mungkin, setiap orang yang meninggalkan kantor dokter setelah x-ray bertanya-tanya bagaimana prosedur ini akan mempengaruhi kesehatan mereka di masa depan?

Paparan radiasi di alam juga ada dan kita temui setiap hari. Untuk mempermudah memahami bagaimana sinar-x mempengaruhi tubuh kita, kami membandingkan prosedur ini dengan radiasi alami yang diterima:

• pada rontgen dada, seseorang menerima dosis radiasi yang setara dengan 10 hari paparan latar belakang, dan perut atau usus - 3 tahun;
• tomogram pada komputer rongga perut atau seluruh tubuh - setara dengan 3 tahun radiasi;
• pemeriksaan rontgen dada - 3 bulan;
• anggota badan disinari, praktis tanpa membahayakan kesehatan;
• rontgen gigi karena arah pancaran sinar yang tepat dan waktu pemaparan yang minimum juga tidak berbahaya.

PENTING! Terlepas dari kenyataan bahwa data yang diberikan, tidak peduli seberapa menakutkan kedengarannya, memenuhi persyaratan internasional. Namun, pasien berhak untuk meminta sarana perlindungan tambahan dalam kasus ketakutan yang kuat untuk kesejahteraannya.

Kita semua dihadapkan dengan pemeriksaan x-ray, dan lebih dari sekali. Namun, satu kategori orang di luar prosedur yang ditentukan adalah wanita hamil.

Faktanya adalah bahwa sinar-X sangat mempengaruhi kesehatan anak yang belum lahir. Gelombang ini dapat menyebabkan malformasi intrauterin sebagai akibat dari efek pada kromosom.

PENTING! Periode paling berbahaya untuk rontgen adalah kehamilan sebelum 16 minggu. Selama periode ini, yang paling rentan adalah daerah panggul, perut, dan tulang belakang bayi.

Mengetahui tentang sifat negatif sinar-x ini, para dokter di seluruh dunia berusaha untuk tidak meresepkannya untuk wanita hamil.

Tetapi ada sumber radiasi lain yang mungkin dihadapi wanita hamil:

• mikroskop yang ditenagai oleh listrik;
• monitor TV berwarna.

Mereka yang bersiap untuk menjadi seorang ibu harus sadar akan bahaya yang menanti mereka. Selama menyusui, sinar-X tidak menimbulkan ancaman bagi tubuh menyusui dan bayinya.

Bagaimana setelah rontgen?

Bahkan efek paling kecil dari paparan sinar-X dapat diminimalkan dengan mengikuti beberapa rekomendasi sederhana:

• minum susu segera setelah prosedur. Seperti yang Anda ketahui, ia mampu menghilangkan radiasi;
• anggur putih kering atau jus anggur memiliki sifat yang sama;
• diinginkan pada awalnya untuk makan lebih banyak makanan yang mengandung yodium.

PENTING! Anda tidak boleh menggunakan prosedur medis apa pun atau menggunakan metode medis setelah mengunjungi ruang rontgen.

Tidak peduli seberapa negatif sifat sinar-X yang pernah ditemukan, manfaat penggunaannya jauh lebih besar daripada kerugiannya. Di institusi medis, prosedur transiluminasi dilakukan dengan cepat dan dengan dosis minimal.

Pada tahun 1895, fisikawan Jerman W. Roentgen menemukan jenis radiasi elektromagnetik baru yang sebelumnya tidak diketahui, yang diberi nama sinar-X untuk menghormati penemunya. W. Roentgen menjadi penulis penemuannya pada usia 50, memegang jabatan rektor Universitas Würzburg dan memiliki reputasi sebagai salah satu peneliti terbaik pada masanya. Salah satu yang pertama menemukan aplikasi teknis untuk penemuan Roentgen adalah Edison Amerika. Dia menciptakan alat peraga yang praktis dan sudah pada Mei 1896 menyelenggarakan pameran sinar-X di New York, di mana pengunjung dapat melihat tangan mereka sendiri di layar bercahaya. Setelah asisten Edison meninggal karena luka bakar parah yang dia terima dari demonstrasi konstan, penemu menghentikan eksperimen lebih lanjut dengan sinar-X.

Radiasi sinar-X mulai digunakan dalam pengobatan karena daya tembusnya yang tinggi. Awalnya, sinar-X digunakan untuk memeriksa patah tulang dan menemukan benda asing di tubuh manusia. Saat ini, ada beberapa metode berdasarkan sinar-X. Tetapi metode ini memiliki kelemahan: radiasi dapat menyebabkan kerusakan kulit yang dalam. Bisul yang muncul seringkali berubah menjadi kanker. Dalam banyak kasus, jari atau tangan harus diamputasi. Fluoroskopi(identik dengan tembus pandang) adalah salah satu metode utama pemeriksaan sinar-X, yang terdiri dari memperoleh gambar positif planar dari objek yang diteliti pada layar tembus cahaya (fluoresen). Selama fluoroskopi, subjek berada di antara layar tembus pandang dan tabung sinar-x. Pada layar tembus sinar-X modern, gambar muncul pada saat tabung sinar-X dihidupkan dan menghilang segera setelah dimatikan. Fluoroskopi memungkinkan untuk mempelajari fungsi organ - denyut jantung, gerakan pernapasan tulang rusuk, paru-paru, diafragma, peristaltik saluran pencernaan, dll. Fluoroskopi digunakan dalam pengobatan penyakit lambung, saluran pencernaan, duodenum, penyakit hati, kantong empedu dan saluran empedu. Pada saat yang sama, probe medis dan manipulator dimasukkan tanpa kerusakan jaringan, dan tindakan selama operasi dikendalikan oleh fluoroskopi dan terlihat di monitor.
Radiografi - metode diagnostik sinar-X dengan pendaftaran gambar tetap pada bahan fotosensitif - khusus. film fotografi (film sinar-X) atau kertas foto dengan pemrosesan foto selanjutnya; Dengan radiografi digital, gambar disimpan dalam memori komputer. Ini dilakukan pada perangkat diagnostik sinar-X - stasioner, dipasang di ruang sinar-X yang dilengkapi secara khusus, atau bergerak dan portabel - di samping tempat tidur pasien atau di ruang operasi. Pada radiografi, elemen struktur berbagai organ ditampilkan jauh lebih jelas daripada di layar fluoresen. Radiografi dilakukan untuk mendeteksi dan mencegah berbagai penyakit, tujuan utamanya adalah untuk membantu dokter dari berbagai spesialisasi dengan benar dan cepat membuat diagnosis. Gambar sinar-x menangkap keadaan organ atau jaringan hanya pada saat pemaparan. Namun, radiografi tunggal hanya menangkap perubahan anatomi pada saat tertentu, memberikan statika proses; melalui serangkaian radiografi yang diambil pada interval tertentu, dimungkinkan untuk mempelajari dinamika proses, yaitu perubahan fungsional. Tomografi. Kata tomografi dapat diterjemahkan dari bahasa Yunani sebagai gambar irisan. Ini berarti bahwa tujuan tomografi adalah untuk mendapatkan gambaran berlapis dari struktur internal objek penelitian. Computed tomography ditandai dengan resolusi tinggi, yang memungkinkan untuk membedakan perubahan halus pada jaringan lunak. CT memungkinkan untuk mendeteksi proses patologis yang tidak dapat dideteksi dengan metode lain. Selain itu, penggunaan CT memungkinkan untuk mengurangi dosis radiasi sinar-X yang diterima pasien selama proses diagnostik.
Fluorografi- metode diagnostik yang memungkinkan Anda mendapatkan gambar organ dan jaringan, dikembangkan pada akhir abad ke-20, setahun setelah sinar-X ditemukan. Pada gambar terlihat sklerosis, fibrosis, benda asing, neoplasma, radang yang sudah berkembang derajatnya, adanya gas dan infiltrat pada rongga, abses, kista, dan sebagainya. Paling sering, rontgen dada dilakukan, yang memungkinkan untuk mendeteksi tuberkulosis, tumor ganas di paru-paru atau dada, dan patologi lainnya.
terapi sinar-X- Ini adalah metode modern yang digunakan untuk pengobatan patologi sendi tertentu. Arah utama pengobatan penyakit ortopedi dengan metode ini adalah: Kronis. Proses inflamasi sendi (radang sendi, poliartritis); Degeneratif (osteoarthritis, osteochondrosis, deforming spondylosis). Tujuan radioterapi adalah penghambatan aktivitas vital sel-sel jaringan yang berubah secara patologis atau penghancuran totalnya. Pada penyakit non-tumor, terapi sinar-X ditujukan untuk menekan reaksi inflamasi, menghambat proses proliferasi, mengurangi sensitivitas nyeri dan aktivitas sekresi kelenjar. Harus diingat bahwa kelenjar seks, organ hematopoietik, leukosit, dan sel tumor ganas paling sensitif terhadap sinar-X. Dosis radiasi dalam setiap kasus ditentukan secara individual.

Untuk penemuan sinar-X, Roentgen dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pertama pada tahun 1901, dan Komite Nobel menekankan pentingnya praktis penemuannya.
Dengan demikian, sinar-X adalah radiasi elektromagnetik yang tidak terlihat dengan panjang gelombang 105 - 102 nm. Sinar-X dapat menembus beberapa bahan yang tidak tembus cahaya tampak. Mereka dipancarkan selama perlambatan elektron cepat dalam materi (spektrum kontinu) dan selama transisi elektron dari kulit elektron terluar atom ke kulit dalam (spektrum linier). Sumber radiasi sinar-X adalah: tabung sinar-X, beberapa isotop radioaktif, akselerator dan akumulator elektron (radiasi sinkrotron). Penerima - film, layar luminescent, detektor radiasi nuklir. Sinar-X digunakan dalam analisis difraksi sinar-X, kedokteran, deteksi cacat, analisis spektral sinar-X, dll.

Pengobatan modern menggunakan banyak dokter untuk diagnosis dan terapi. Beberapa dari mereka telah digunakan relatif baru-baru ini, sementara yang lain telah dipraktikkan selama lebih dari selusin atau bahkan ratusan tahun. Juga, seratus sepuluh tahun yang lalu, William Conrad Roentgen menemukan sinar-X yang menakjubkan, yang menyebabkan resonansi signifikan dalam dunia ilmiah dan medis. Dan sekarang dokter di seluruh planet menggunakannya dalam praktik mereka. Topik percakapan kita hari ini adalah sinar-X dalam kedokteran, kita akan membahas penerapannya secara lebih rinci.

Sinar-X adalah salah satu jenis radiasi elektromagnetik. Mereka dicirikan oleh kualitas penetrasi yang signifikan, yang bergantung pada panjang gelombang radiasi, serta pada kepadatan dan ketebalan bahan yang diiradiasi. Selain itu, sinar-X dapat menyebabkan pancaran sejumlah zat, mempengaruhi organisme hidup, mengionisasi atom, dan juga mengkatalisis beberapa reaksi fotokimia.

Penggunaan sinar-X dalam pengobatan

Hingga saat ini, sifat-sifat sinar-x memungkinkannya digunakan secara luas dalam diagnostik sinar-x dan terapi sinar-x.

Diagnostik sinar-X

Diagnostik sinar-X digunakan saat melakukan:

X-ray (transmisi);
- radiografi (gambar);
- fluorografi;
- X-ray dan computed tomography.

Fluoroskopi

Untuk melakukan penelitian seperti itu, pasien perlu memposisikan dirinya di antara tabung sinar-X dan layar fluoresen khusus. Seorang ahli radiologi spesialis memilih kekerasan sinar-X yang diperlukan, menerima di layar gambar organ dalam, serta tulang rusuk.

Radiografi

Untuk penelitian ini, pasien ditempatkan pada kaset yang berisi film khusus. Mesin sinar-X ditempatkan langsung di atas objek. Akibatnya, gambar negatif organ dalam muncul di film, yang berisi sejumlah detail halus, lebih detail daripada selama pemeriksaan fluoroskopi.

Fluorografi

Penelitian ini dilakukan pada saat pemeriksaan kesehatan massal terhadap penduduk, termasuk untuk deteksi penyakit tuberkulosis. Pada saat yang sama, gambar dari layar besar diproyeksikan ke film khusus.

Tomografi

Saat melakukan tomografi, sinar komputer membantu mendapatkan gambar organ di beberapa tempat sekaligus: di bagian jaringan yang dipilih secara khusus. Rangkaian sinar-x ini disebut tomogram.

tomogram terkomputasi

Studi semacam itu memungkinkan Anda untuk mendaftarkan bagian tubuh manusia dengan menggunakan pemindai sinar-X. Setelah data dimasukkan ke dalam komputer, didapatkan satu gambar secara cross section.

Masing-masing metode diagnostik yang terdaftar didasarkan pada sifat berkas sinar-X untuk menerangi film, serta pada fakta bahwa jaringan manusia dan kerangka tulang berbeda dalam permeabilitas yang berbeda terhadap efeknya.

terapi sinar-X

Kemampuan sinar-X untuk mempengaruhi jaringan dengan cara khusus digunakan untuk mengobati pembentukan tumor. Pada saat yang sama, kualitas pengion dari radiasi ini sangat aktif terlihat ketika terkena sel yang mampu membelah dengan cepat. Kualitas-kualitas inilah yang membedakan sel-sel formasi onkologis ganas.

Namun, perlu dicatat bahwa terapi sinar-X dapat menyebabkan banyak efek samping yang serius. Dampak seperti itu secara agresif mempengaruhi keadaan sistem hematopoietik, endokrin dan kekebalan, yang sel-selnya juga membelah dengan sangat cepat. Pengaruh agresif pada mereka dapat menyebabkan tanda-tanda penyakit radiasi.

Efek radiasi sinar-X pada manusia

Selama penelitian sinar-x, dokter menemukan bahwa mereka dapat menyebabkan perubahan pada kulit yang menyerupai terbakar sinar matahari, tetapi disertai dengan kerusakan kulit yang lebih dalam. Bisul seperti itu sembuh untuk waktu yang sangat lama. Para ilmuwan telah menemukan bahwa lesi tersebut dapat dihindari dengan mengurangi waktu dan dosis radiasi, serta menggunakan perisai khusus dan metode remote control.

Pengaruh agresif sinar-X juga dapat memanifestasikan dirinya dalam jangka panjang: perubahan sementara atau permanen dalam komposisi darah, kerentanan terhadap leukemia dan penuaan dini.

Efek sinar-x pada seseorang tergantung pada banyak faktor: pada organ mana yang disinari, dan untuk berapa lama. Iradiasi organ hematopoietik dapat menyebabkan penyakit darah, dan paparan organ genital dapat menyebabkan infertilitas.

Melakukan iradiasi sistematis penuh dengan perkembangan perubahan genetik dalam tubuh.

Bahaya nyata sinar-x dalam diagnostik sinar-x

Selama pemeriksaan, dokter menggunakan jumlah sinar-x seminimal mungkin. Semua dosis radiasi memenuhi standar tertentu yang dapat diterima dan tidak dapat membahayakan seseorang. Diagnostik sinar-X menimbulkan bahaya yang signifikan hanya bagi dokter yang melakukannya. Dan kemudian metode perlindungan modern membantu mengurangi agresi sinar seminimal mungkin.

Metode radiodiagnosis yang paling aman termasuk radiografi ekstremitas, serta rontgen gigi. Peringkat berikutnya adalah mamografi, diikuti oleh computed tomography, dan setelah itu adalah radiografi.

Agar penggunaan sinar-X dalam pengobatan hanya membawa manfaat bagi seseorang, perlu untuk melakukan penelitian dengan bantuan mereka hanya sesuai indikasi.

Pada tahun 1895, fisikawan Jerman Roentgen, ketika melakukan eksperimen pada aliran arus antara dua elektroda dalam ruang hampa, menemukan bahwa layar yang ditutupi dengan zat luminescent (garam barium) bersinar, meskipun tabung pelepasan ditutup dengan layar karton hitam - ini adalah bagaimana radiasi ditemukan yang menembus melalui penghalang buram, yang disebut sinar-X sinar-X. Ditemukan bahwa sinar-X, yang tidak terlihat oleh manusia, diserap dalam objek buram, semakin kuat, semakin besar nomor atom (densitas) penghalang, sehingga sinar-X dengan mudah melewati jaringan lunak tubuh manusia, tetapi dipertahankan oleh tulang rangka. Sumber sinar-X berdaya tinggi telah dirancang yang memungkinkan untuk menyinari bagian logam dan menemukan cacat internal di dalamnya.

Fisikawan Jerman Laue menyarankan bahwa sinar-X adalah radiasi elektromagnetik yang sama dengan sinar cahaya tampak, tetapi dengan panjang gelombang yang lebih pendek dan semua hukum optik berlaku untuk mereka, termasuk difraksi adalah mungkin. Dalam optik cahaya tampak, difraksi pada tingkat dasar dapat direpresentasikan sebagai pantulan cahaya dari sistem alur - kisi difraksi, yang terjadi hanya pada sudut tertentu, sedangkan sudut pantul sinar terkait dengan sudut datang, jarak antara alur kisi difraksi dan panjang gelombang radiasi datang. Untuk difraksi, jarak antara guratan harus kira-kira sama dengan panjang gelombang cahaya datang.

Laue menyarankan bahwa sinar-X memiliki panjang gelombang yang dekat dengan jarak antara atom individu dalam kristal, yaitu. atom dalam kristal membuat kisi difraksi untuk sinar-x. Sinar-X yang diarahkan pada permukaan kristal dipantulkan pada pelat fotografi, seperti yang diprediksi oleh teori.

Setiap perubahan posisi atom mempengaruhi pola difraksi, dan dengan mempelajari difraksi sinar-x, seseorang dapat mengetahui susunan atom dalam kristal dan perubahan susunan ini di bawah pengaruh fisik, kimia dan mekanik pada kristal. .

Sekarang analisis sinar-X digunakan di banyak bidang sains dan teknologi, dengan bantuannya mereka mempelajari susunan atom dalam bahan yang ada dan menciptakan bahan baru dengan struktur dan sifat tertentu. Kemajuan terbaru di bidang ini (nanomaterial, logam amorf, material komposit) menciptakan bidang aktivitas untuk generasi ilmiah berikutnya.

Terjadinya dan sifat-sifat sinar-X

Sumber sinar-x adalah tabung sinar-x, yang memiliki dua elektroda - katoda dan anoda. Ketika katoda dipanaskan, terjadi emisi elektron, elektron yang dipancarkan dari katoda dipercepat oleh medan listrik dan menabrak permukaan anoda. Tabung sinar-X dibedakan dari lampu radio konvensional (dioda) terutama oleh tegangan percepatan yang lebih tinggi (lebih dari 1 kV).

Ketika elektron terbang keluar dari katoda, medan listrik membuatnya terbang menuju anoda, sementara kecepatannya terus meningkat, elektron membawa medan magnet, yang intensitasnya meningkat dengan kecepatan elektron. Mencapai permukaan anoda, elektron diperlambat dengan tajam, dan pulsa elektromagnetik muncul dengan panjang gelombang dalam kisaran tertentu (bremsstrahlung). Distribusi intensitas radiasi pada panjang gelombang tergantung pada bahan anoda tabung sinar-X dan tegangan yang diberikan, sedangkan pada sisi gelombang pendek kurva ini dimulai dengan panjang gelombang minimum ambang tertentu, yang tergantung pada tegangan yang diberikan. Himpunan sinar dengan semua panjang gelombang yang mungkin membentuk spektrum kontinu, dan panjang gelombang yang sesuai dengan intensitas maksimum adalah 1,5 kali panjang gelombang minimum.

Dengan meningkatnya tegangan, spektrum sinar-X berubah secara dramatis karena interaksi atom dengan elektron berenergi tinggi dan kuanta sinar-X primer. Sebuah atom mengandung kulit elektron internal (tingkat energi), yang jumlahnya tergantung pada nomor atom (dilambangkan dengan huruf K, L, M, dll.). Elektron dan sinar-X primer melumpuhkan elektron dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya. . Keadaan metastabil muncul, dan lompatan elektron ke arah yang berlawanan diperlukan untuk transisi ke keadaan stabil. Lompatan ini disertai dengan pelepasan kuantum energi dan munculnya sinar-X. Tidak seperti sinar-X spektrum kontinu, radiasi ini memiliki rentang panjang gelombang yang sangat sempit dan intensitas tinggi (radiasi karakteristik) ( cm. Nasi.). Jumlah atom yang menentukan intensitas radiasi karakteristik sangat besar, misalnya untuk tabung sinar-X dengan anoda tembaga pada tegangan 1 kV, arus 15 mA, 10 14–10 15 atom memberikan radiasi karakteristik selama 1 detik. Nilai ini dihitung sebagai rasio total daya sinar-X terhadap energi kuantum sinar-X dari kulit-K (deret-K radiasi karakteristik sinar-X). Daya total radiasi sinar-X dalam hal ini hanya 0,1% dari daya yang dikonsumsi, sisanya hilang, terutama karena transisi ke panas.

Karena intensitasnya yang tinggi dan rentang panjang gelombang yang sempit, karakteristik radiasi sinar-X adalah jenis radiasi utama yang digunakan dalam penelitian ilmiah dan pengendalian proses. Bersamaan dengan balok seri-K, balok seri-L dan M dihasilkan, yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, tetapi aplikasinya terbatas. Seri-K memiliki dua komponen dengan panjang gelombang a dan b yang berdekatan, sedangkan intensitas komponen b adalah 5 kali lebih kecil dari a. Pada gilirannya, komponen-a dicirikan oleh dua panjang gelombang yang sangat dekat, intensitas salah satunya adalah 2 kali lebih besar dari yang lain. Untuk memperoleh radiasi dengan panjang gelombang tunggal (radiasi monokromatik), telah dikembangkan metode khusus yang menggunakan ketergantungan penyerapan dan difraksi sinar-X pada panjang gelombang. Peningkatan nomor atom suatu unsur dikaitkan dengan perubahan karakteristik kulit elektron, dan semakin besar nomor atom bahan anoda tabung sinar-X, semakin pendek panjang gelombang seri-K. Tabung yang paling banyak digunakan dengan anoda dari unsur-unsur dengan nomor atom dari 24 hingga 42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) dan panjang gelombang dari 2,29 hingga 0,712 A (0,229 - 0,712 nm).

Selain tabung sinar-x, isotop radioaktif dapat menjadi sumber sinar-x, beberapa dapat langsung memancarkan sinar-x, yang lain memancarkan elektron dan partikel-a yang menghasilkan sinar-x ketika membombardir target logam. Intensitas sinar-X dari sumber radioaktif biasanya jauh lebih kecil daripada tabung sinar-X (dengan pengecualian kobalt radioaktif, yang digunakan dalam deteksi cacat dan memberikan radiasi dengan panjang gelombang yang sangat kecil - radiasi-g), mereka berukuran kecil dan tidak memerlukan listrik. Sinar-X sinkrotron diproduksi dalam akselerator elektron, panjang gelombang radiasi ini jauh lebih tinggi daripada yang diperoleh dalam tabung sinar-X (sinar-X lunak), intensitasnya beberapa kali lipat lebih tinggi daripada intensitas tabung sinar-X. Ada juga sumber alami sinar-X. Pengotor radioaktif telah ditemukan di banyak mineral, dan sinar-X dari objek luar angkasa, termasuk bintang, telah direkam.

Interaksi sinar-X dengan kristal

Dalam studi sinar-X bahan dengan struktur kristal, pola interferensi yang dihasilkan dari hamburan sinar-X oleh elektron milik atom kisi kristal dianalisis. Atom dianggap tidak bergerak, getaran termalnya tidak diperhitungkan, dan semua elektron dari atom yang sama dianggap terkonsentrasi pada satu titik - simpul kisi kristal.

Untuk menurunkan persamaan dasar difraksi sinar-X dalam kristal, interferensi sinar yang dihamburkan oleh atom yang terletak di sepanjang garis lurus dalam kisi kristal dipertimbangkan. Sebuah gelombang bidang radiasi sinar-X monokromatik jatuh pada atom-atom ini pada sudut yang kosinusnya sama dengan 0 . Hukum interferensi sinar yang dihamburkan oleh atom mirip dengan hukum yang berlaku untuk kisi difraksi yang menghamburkan radiasi cahaya dalam rentang panjang gelombang tampak. Agar amplitudo semua getaran bertambah pada jarak yang sangat jauh dari deret atom, perlu dan cukup bahwa perbedaan jalur sinar yang datang dari setiap pasangan atom tetangga mengandung bilangan bulat panjang gelombang. Jika jarak antar atom sebuah kondisi ini terlihat seperti:

sebuah(sebuah – a0) = h aku,

di mana a adalah kosinus sudut antara deret atom dan sinar yang dibelokkan, h- bilangan bulat. Ke segala arah yang tidak memenuhi persamaan ini, sinar tidak merambat. Dengan demikian, berkas tersebar membentuk sistem kerucut koaksial, sumbu umum yang merupakan baris atom. Jejak kerucut pada bidang yang sejajar dengan baris atom adalah hiperbola, dan pada bidang yang tegak lurus terhadap baris, lingkaran.

Ketika sinar jatuh pada sudut konstan, radiasi polikromatik (putih) terurai menjadi spektrum sinar yang dibelokkan pada sudut tetap. Dengan demikian, deret atom adalah spektrograf untuk sinar-X.

Generalisasi ke kisi atom dua dimensi (datar), dan kemudian ke kisi kristal volumetrik (spasial) tiga dimensi memberikan dua persamaan yang lebih mirip, yang mencakup sudut datang dan pantulan sinar-X dan jarak antara atom dalam tiga arah. Persamaan ini disebut persamaan Laue dan mendasari analisis difraksi sinar-X.

Amplitudo sinar yang dipantulkan dari bidang atom paralel bertambah, dan karena jumlah atom sangat besar, radiasi yang dipantulkan dapat diperbaiki secara eksperimental. Kondisi refleksi dijelaskan oleh persamaan Wulff-Bragg2d sinq = nl, di mana d adalah jarak antara bidang atom yang berdekatan, q adalah sudut pandang antara arah berkas datang dan bidang-bidang ini dalam kristal, l adalah sinar-X panjang gelombang, dan n adalah bilangan bulat yang disebut orde refleksi. Sudut q adalah sudut datang terhadap bidang atom, yang tidak selalu bertepatan dengan arah permukaan sampel yang diteliti.

Beberapa metode analisis difraksi sinar-X telah dikembangkan, baik menggunakan radiasi dengan spektrum kontinu maupun radiasi monokromatik. Dalam hal ini, objek yang diteliti dapat diam atau berputar, dapat terdiri dari satu kristal (kristal tunggal) atau banyak (polikristal), radiasi difraksi dapat direkam menggunakan film sinar-X datar atau silinder atau detektor sinar-X bergerak. sekitar keliling, bagaimanapun, dalam semua kasus, selama eksperimen dan interpretasi hasil, persamaan Wulf-Bragg digunakan.

Analisis sinar-X dalam sains dan teknologi

Dengan ditemukannya difraksi sinar-X, para peneliti memiliki metode yang memungkinkan mereka mempelajari susunan atom individu dan perubahan susunan ini di bawah pengaruh eksternal tanpa mikroskop.

Aplikasi utama sinar-X dalam ilmu dasar adalah analisis struktural, yaitu menetapkan pengaturan spasial atom individu dalam kristal. Untuk melakukan ini, kristal tunggal ditumbuhkan dan analisis sinar-X dilakukan, mempelajari lokasi dan intensitas pantulan. Sekarang struktur tidak hanya logam, tetapi juga zat organik kompleks, di mana sel-sel dasar mengandung ribuan atom, telah ditentukan.

Dalam mineralogi, struktur ribuan mineral telah ditentukan dengan analisis sinar-x dan metode ekspres untuk analisis bahan baku mineral telah dibuat.

Logam memiliki struktur kristal yang relatif sederhana dan metode sinar-X memungkinkan untuk mempelajari perubahannya selama berbagai perlakuan teknologi dan menciptakan fondasi fisik teknologi baru.

Komposisi fasa paduan ditentukan oleh susunan garis pada pola sinar-X, jumlah, ukuran dan bentuk kristal ditentukan oleh lebarnya, orientasi kristal (tekstur) ditentukan oleh distribusi intensitas dalam kerucut difraksi.

Teknik-teknik ini digunakan untuk mempelajari proses selama deformasi plastis, termasuk penghancuran kristal, terjadinya tegangan internal dan ketidaksempurnaan dalam struktur kristal (dislokasi). Ketika bahan yang terdeformasi dipanaskan, penghilangan tegangan dan pertumbuhan kristal (rekristalisasi) dipelajari.

Ketika analisis sinar-X dari paduan menentukan komposisi dan konsentrasi larutan padat. Ketika larutan padat muncul, jarak antar atom dan, akibatnya, jarak antara bidang atom berubah. Perubahan ini kecil, oleh karena itu, metode presisi khusus telah dikembangkan untuk mengukur periode kisi kristal dengan akurasi dua kali lipat lebih tinggi daripada akurasi pengukuran dengan metode sinar-x konvensional. Kombinasi pengukuran yang tepat dari periode kisi kristal dan analisis fase memungkinkan untuk membangun batas-batas daerah fase pada diagram keadaan. Metode sinar-X juga dapat mendeteksi keadaan peralihan antara larutan padat dan senyawa kimia - larutan padat terurut di mana atom pengotor tidak diatur secara acak, seperti dalam larutan padat, dan pada saat yang sama tidak dengan urutan tiga dimensi, seperti dalam kimia. senyawa. Ada garis tambahan pada pola sinar-X dari larutan padat terurut; interpretasi pola sinar-X menunjukkan bahwa atom pengotor menempati tempat-tempat tertentu dalam kisi kristal, misalnya, pada simpul kubus.

Selama pendinginan paduan yang tidak mengalami transformasi fasa, larutan padat lewat jenuh dapat terjadi, dan pada pemanasan lebih lanjut atau bahkan ditahan pada suhu kamar, larutan padat terurai dengan pelepasan partikel senyawa kimia. Ini adalah efek penuaan dan tampak pada radiografi sebagai perubahan posisi dan lebar garis. Studi tentang penuaan sangat penting untuk paduan non-ferrous, misalnya, penuaan mengubah paduan aluminium yang dikeraskan lunak menjadi duralumin bahan struktural yang kuat.

Studi sinar-X dari perlakuan panas baja adalah yang paling penting secara teknologi. Selama pengerasan (pendinginan cepat) baja, terjadi transisi fase austenit-martensit tanpa difusi, yang menyebabkan perubahan struktur dari kubik menjadi tetragonal, yaitu. sel satuan berbentuk prisma segi empat. Pada radiografi, ini tampak sebagai perluasan garis dan pemisahan beberapa garis menjadi dua. Alasan untuk efek ini tidak hanya perubahan dalam struktur kristal, tetapi juga terjadinya tegangan internal yang besar karena ketidakseimbangan termodinamika dari struktur martensit dan pendinginan yang cepat. Selama tempering (pemanasan baja yang dikeraskan), garis-garis pada pola sinar-X menyempit, hal ini disebabkan kembalinya struktur keseimbangan.

Dalam beberapa tahun terakhir, studi sinar-X tentang pemrosesan bahan dengan aliran energi terkonsentrasi (sinar laser, gelombang kejut, neutron, dan pulsa elektron) telah menjadi sangat penting; mereka membutuhkan teknik baru dan menghasilkan efek sinar-X baru. Misalnya, di bawah aksi sinar laser pada logam, pemanasan dan pendinginan terjadi begitu cepat sehingga dalam logam, ketika didinginkan, kristal hanya memiliki waktu untuk tumbuh hingga ukuran beberapa sel satuan (nanokristal) atau tidak punya waktu untuk terbentuk. sama sekali. Logam seperti itu setelah pendinginan terlihat seperti logam biasa, tetapi tidak memberikan garis yang jelas pada pola sinar-X, dan sinar-X yang dipantulkan didistribusikan ke seluruh rentang sudut pandang.

Setelah penyinaran neutron, bintik-bintik tambahan (diffuse maxima) muncul pada pola sinar-X. Peluruhan radioaktif juga menyebabkan efek sinar-x spesifik yang terkait dengan perubahan struktur, serta fakta bahwa sampel yang diteliti itu sendiri menjadi sumber sinar-x.