BADAN FEDERAL UNTUK PENDIDIKAN FEDERASI RUSIA
LEMBAGA PENDIDIKAN NEGARA
PENDIDIKAN PROFESIONAL TINGGI
INSTITUT BAJA DAN PADUAN NEGARA MOSKOW
(UNIVERSITAS TEKNOLOGI)
CABANG NOVOTROITSKY
Departemen OEND
PEKERJAAN KURSUS
Disiplin: Fisika
Topik: X-ray
Siswa: Nedorezova N.A.
Grup: EiU-2004-25, No. .К.: 04Н036
Diperiksa oleh: Ozhegova S.M.
pengantar
Bab 1
1.1 Biografi Roentgen Wilhelm Conrad
1.2 Penemuan sinar-X
Bab 2
2.1 sumber sinar-X
2.2 Sifat sinar-X
2.3 Pendaftaran sinar-X
2.4 Penggunaan sinar-X
bagian 3
3.1 Analisis ketidaksempurnaan struktur kristal
3.2 Analisis spektrum
Kesimpulan
Daftar sumber yang digunakan
Aplikasi
pengantar
Seseorang yang langka belum melewati ruang rontgen. Gambar yang diambil dengan sinar-x sudah tidak asing lagi bagi semua orang. Pada tahun 1995, penemuan ini berusia 100 tahun. Sulit membayangkan minat besar apa yang dibangkitkannya seabad yang lalu. Di tangan seorang pria ternyata menjadi alat yang memungkinkan untuk melihat yang tak terlihat.
Radiasi tak kasat mata yang mampu menembus, meskipun dalam derajat yang berbeda-beda, ke semua zat, yaitu radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang sekitar 10 -8 cm, disebut radiasi sinar-X, untuk menghormati Wilhelm Roentgen yang menemukannya.
Seperti cahaya tampak, sinar-X menyebabkan film fotografi menghitam. 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 kurang 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, dalam kimia untuk menganalisis senyawa, dan dalam fisika untuk mempelajari struktur kristal. .
Penemuan Roentgen diikuti oleh eksperimen oleh peneliti lain yang menemukan banyak sifat dan aplikasi baru dari radiasi ini. Sebuah kontribusi besar dibuat oleh M. Laue, W. Friedrich, dan P. Knipping, yang pada tahun 1912 mendemonstrasikan difraksi sinar-X saat 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.
Tujuan mata kuliah ini adalah mempelajari fenomena radiasi sinar-x, sejarah penemuan, sifat-sifat dan mengidentifikasi ruang lingkup penerapannya.
Bab 1
1.1 Biografi Roentgen Wilhelm Conrad
Wilhelm Conrad Roentgen lahir pada 17 Maret 1845 di wilayah perbatasan Jerman dengan Belanda, di kota Lenepe. Ia menerima pendidikan tekniknya di Zurich di Technische Hochschule (Politeknik) yang sama di mana Einstein kemudian belajar. Gairah terhadap fisika memaksanya setelah meninggalkan sekolah pada tahun 1866 untuk melanjutkan pendidikan jasmani.
Pada tahun 1868 ia mempertahankan disertasinya untuk gelar Doctor of Philosophy, ia bekerja sebagai asisten di Departemen Fisika, pertama di Zurich, kemudian di Giessen, dan kemudian di Strasbourg (1874-1879) dengan Kundt. Di sini Roentgen menjalani sekolah eksperimen yang bagus dan menjadi eksperimenter kelas satu. Roentgen melakukan bagian dari penelitian penting dengan muridnya, salah satu pendiri fisika Soviet, A.F. tidak ada.
Penelitian ilmiah berkaitan dengan elektromagnetisme, fisika kristal, optik, fisika molekuler.
Pada tahun 1895, ia menemukan radiasi dengan panjang gelombang lebih pendek dari panjang gelombang sinar ultraviolet (sinar-X), yang kemudian disebut sinar-x, dan menyelidiki sifat-sifatnya: kemampuan untuk memantulkan, menyerap, mengionisasi udara, dll. Dia mengusulkan desain tabung yang benar untuk mendapatkan sinar-X - antikatoda platinum miring dan katoda cekung: dia adalah orang pertama yang mengambil foto menggunakan sinar-X. Dia menemukan pada tahun 1885 medan magnet dielektrik yang bergerak dalam medan listrik (yang disebut "arus roentgen") Pengalamannya dengan jelas menunjukkan bahwa medan magnet diciptakan oleh muatan yang bergerak, dan penting untuk penciptaan X. Lorentz. teori elektronik Sejumlah besar karya Roentgen dikhususkan untuk mempelajari sifat-sifat cairan, gas, kristal, fenomena elektromagnetik, menemukan hubungan antara fenomena listrik dan optik dalam kristal. Untuk penemuan sinar yang menyandang namanya, Roentgen pada tahun 1901 adalah yang pertama di antara fisikawan yang dianugerahi Hadiah Nobel.
Dari tahun 1900 hingga hari-hari terakhir hidupnya (meninggal 10 Februari 1923) ia bekerja di Universitas Munich.
1.2 Penemuan sinar-X
Akhir abad ke-19 ditandai dengan meningkatnya minat pada fenomena aliran listrik melalui gas. Bahkan Faraday dengan serius mempelajari fenomena ini, menggambarkan berbagai bentuk pelepasan, menemukan ruang gelap di kolom bercahaya gas yang dimurnikan. Ruang gelap Faraday memisahkan cahaya katoda kebiruan dari cahaya anoda merah muda.
Peningkatan lebih lanjut dalam penghalusan gas secara signifikan mengubah sifat pancaran. Ahli matematika Plücker (1801-1868) menemukan pada tahun 1859, pada penghalusan yang cukup kuat, seberkas sinar kebiruan yang memancar dari katoda, mencapai anoda dan menyebabkan kaca tabung bersinar. Murid Plücker, Gittorf (1824-1914) pada tahun 1869 melanjutkan penelitian gurunya dan menunjukkan bahwa bayangan yang berbeda muncul pada permukaan neon tabung jika benda padat ditempatkan di antara katoda dan permukaan ini.
Goldstein (1850-1931), mempelajari sifat-sifat sinar, menyebutnya sinar katoda (1876). Tiga tahun kemudian, William Crookes (1832-1919) membuktikan sifat material sinar katoda dan menyebutnya "materi bercahaya" - zat dalam keadaan khusus keempat. Buktinya meyakinkan dan jelas. Percobaan dengan "tabung Crookes" ditunjukkan kemudian di semua ruang kelas fisik. Pembelokan sinar katoda oleh medan magnet dalam tabung Crookes telah menjadi demonstrasi sekolah klasik.
Namun, percobaan pada pembelokan listrik sinar katoda tidak begitu meyakinkan. Hertz tidak mendeteksi penyimpangan seperti itu dan sampai pada kesimpulan bahwa sinar katoda adalah proses osilasi dalam eter. Mahasiswa Hertz F. Lenard, bereksperimen dengan sinar katoda, menunjukkan pada tahun 1893 bahwa mereka melewati jendela yang ditutupi dengan aluminium foil dan menyebabkan cahaya di ruang di belakang jendela. Hertz mengabdikan artikel terakhirnya, yang diterbitkan pada tahun 1892, tentang fenomena lewatnya sinar katoda melalui benda logam tipis, yang dimulai dengan kata-kata:
"Sinar katoda berbeda dari cahaya dalam cara yang signifikan dalam hal kemampuan mereka untuk menembus padatan." Menggambarkan hasil percobaan pada bagian dari sinar katoda melalui emas, perak, platinum, aluminium, dll daun, Hertz mencatat bahwa dia tidak amati perbedaan khusus dalam fenomena Sinar tidak melewati daun dalam garis lurus, tetapi dihamburkan oleh difraksi. Sifat sinar katoda masih belum jelas.
Dengan tabung-tabung Crookes, Lenard, dan lainnya seperti itulah profesor Würzburg Wilhelm Conrad Roentgen bereksperimen pada akhir tahun 1895. Suatu kali, setelah akhir percobaan, ia menutup tabung dengan penutup karton hitam, mematikan lampu, tetapi tidak mematikan induktor yang memberi makan tabung, ia melihat cahaya layar dari barium sianogen yang terletak di dekat tabung. Terkejut dengan keadaan ini, Roentgen mulai bereksperimen dengan layar. Dalam komunikasi pertamanya "On a New Kind of Rays", tertanggal 28 Desember 1895, ia menulis tentang eksperimen pertama ini: dengan setiap pelepasan, ia berkedip dengan cahaya terang: ia mulai berpendar. Fluoresensi terlihat dengan penggelapan yang cukup dan tidak tergantung pada apakah kita membawa kertas dengan sisi yang dilapisi dengan barium synerogen atau tidak dilapisi dengan barium synerogen. Fluoresensi terlihat bahkan pada jarak dua meter dari tabung.”
Pemeriksaan yang cermat menunjukkan kepada Roentgen "bahwa karton hitam, yang tidak tembus sinar tampak dan ultraviolet matahari, atau sinar busur listrik, ditembus oleh semacam zat yang menyebabkan fluoresensi." Roentgen menyelidiki daya tembus " agen", yang ia sebut untuk singkatnya "sinar-X", untuk berbagai zat. Ia menemukan bahwa sinar bebas melewati kertas, kayu, ebonit, lapisan tipis logam, tetapi sangat tertunda oleh timbal.
Dia kemudian menggambarkan pengalaman sensasional:
"Jika Anda memegang tangan Anda di antara tabung pelepasan dan layar, Anda dapat melihat bayangan gelap tulang di garis samar bayangan tangan itu sendiri." Ini adalah pemeriksaan x-ray pertama pada tubuh manusia. Roentgen juga menerima rontgen pertama dengan menempelkannya di tangannya.
Bidikan ini membuat kesan yang luar biasa; penemuan belum selesai, dan diagnosa sinar-X telah memulai perjalanannya. “Laboratorium saya dibanjiri dokter yang membawa pasien yang dicurigai memiliki jarum di berbagai bagian tubuh,” tulis fisikawan Inggris Schuster.
Sudah setelah percobaan pertama, Roentgen dengan tegas menetapkan bahwa sinar-X berbeda dari sinar katoda, mereka tidak membawa muatan dan tidak dibelokkan oleh medan magnet, tetapi mereka bersemangat oleh sinar katoda. "Sinar-X tidak identik dengan katoda. sinar, tetapi mereka bersemangat olehnya di dinding kaca tabung pelepasan ”, tulis Roentgen.
Dia juga menetapkan bahwa mereka tereksitasi tidak hanya pada kaca, tetapi juga pada logam.
Menyebutkan hipotesis Hertz-Lenard bahwa sinar katoda "adalah fenomena yang terjadi di eter," Roentgen menunjukkan bahwa "kita dapat mengatakan sesuatu yang serupa tentang sinar kita." Namun, ia gagal mendeteksi sifat gelombang sinar, mereka "berperilaku berbeda dari sinar ultraviolet yang diketahui, sinar tampak, inframerah." Dalam tindakan kimia dan pendarannya, menurut Roentgen, mereka mirip dengan sinar ultraviolet. Dalam pesan pertama , ia mengungkapkan asumsi yang tersisa kemudian bahwa mereka dapat menjadi gelombang longitudinal di eter.
Penemuan Roentgen membangkitkan minat besar dalam dunia ilmiah. Eksperimennya diulangi di hampir semua laboratorium di dunia. Di Moskow mereka diulangi oleh P.N. Lebedev. Di St. Petersburg, penemu radio A.S. Popov bereksperimen dengan sinar-X, mendemonstrasikannya di kuliah umum, menerima berbagai sinar-X. Di Cambridge D.D. Thomson segera menerapkan efek pengion sinar-X untuk mempelajari aliran listrik melalui gas. Penelitiannya mengarah pada penemuan elektron.
Bab 2
Radiasi sinar-X - radiasi pengion elektromagnetik, menempati wilayah spektral antara radiasi gamma dan ultraviolet dalam panjang gelombang dari 10 -4 hingga 10 3 (dari 10 -12 hingga 10 -5 cm).R. l. dengan panjang gelombang< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - lembut.
2.1 sumber sinar-X
Sumber sinar-X yang paling umum adalah tabung sinar-X.
Tabung sinar-X digunakan dalam analisis struktur sinar-X
Karakteristik utama tabung sinar-X adalah tegangan percepatan maksimum yang diizinkan (1-500 kV), arus elektronik (0,01 mA - 1A), daya spesifik yang dihamburkan oleh anoda (10-10 4 W / mm 2), konsumsi daya total (0,002 W - 60 kW) dan ukuran fokus (1 m - 10 mm). Efisiensi tabung sinar-x adalah 0,1-3%.
Beberapa isotop radioaktif juga dapat berfungsi sebagai sumber sinar-X.
Sinkron dan cincin penyimpan elektron dengan energi beberapa GeV dapat berfungsi sebagai sumber sinar-X lunak dengan pada orde puluhan dan ratusan. Dalam intensitas, radiasi sinar-X sinkrotron melebihi radiasi tabung sinar-X di wilayah spektrum yang ditentukan sebanyak 2-3 kali lipat.
Sumber alami sinar-X - Matahari dan benda luar angkasa lainnya.
2.2 Sifat sinar-X
Bergantung pada mekanisme asal sinar-X, spektrumnya dapat kontinu (bremsstrahlung) atau garis (karakteristik). Spektrum sinar-X kontinu dipancarkan oleh partikel bermuatan cepat sebagai akibat dari perlambatannya saat berinteraksi dengan atom target; spektrum ini mencapai intensitas yang signifikan hanya ketika target dibombardir dengan elektron. Intensitas sinar-X bremsstrahlung didistribusikan ke semua frekuensi hingga batas frekuensi tinggi 0 , di mana energi foton h 0 (h adalah konstanta Planck
Radiasi garis terjadi setelah ionisasi atom dengan ejeksi elektron dari salah satu kulit dalamnya. Ionisasi tersebut dapat menjadi hasil dari sebuah atom bertabrakan dengan partikel cepat, seperti elektron (sinar-x primer), atau penyerapan foton oleh atom (sinar-x fluoresen). Atom terionisasi menemukan dirinya dalam keadaan kuantum awal di salah satu tingkat energi tinggi dan setelah 10 -16 -10 -15 detik masuk ke keadaan akhir dengan energi yang lebih rendah. Dalam hal ini, sebuah atom dapat memancarkan energi berlebih dalam bentuk foton dengan frekuensi tertentu. Frekuensi garis-garis spektrum radiasi tersebut merupakan ciri dari atom-atom masing-masing unsur, oleh karena itu garis spektrum sinar-X disebut ciri. Ketergantungan frekuensi garis spektrum ini pada nomor atom Z ditentukan oleh hukum Moseley.
hukum Moseley, hukum yang menghubungkan frekuensi garis spektral emisi sinar-X karakteristik suatu unsur kimia dengan nomor serinya. G. Moseley dipasang secara eksperimental
di mana R adalah konstanta Rydberg
Hukum Moseley adalah bukti tak terbantahkan tentang penempatan unsur yang benar dalam tabel periodik unsur
Sesuai dengan hukum Moseley, spektrum karakteristik sinar-X tidak menunjukkan pola periodik yang melekat pada spektrum optik. Ini menunjukkan bahwa kulit elektron bagian dalam atom dari semua elemen yang muncul dalam spektrum sinar-X karakteristik memiliki struktur yang serupa.
Eksperimen selanjutnya mengungkapkan beberapa penyimpangan dari ketergantungan linier untuk kelompok transisi unsur, terkait dengan perubahan urutan pengisian kulit elektron terluar, serta untuk atom berat, yang dihasilkan dari efek relativistik (dijelaskan secara kondisional oleh fakta bahwa kecepatan bagian dalam sebanding dengan kecepatan cahaya).
Tergantung pada sejumlah faktor - pada jumlah nukleon dalam inti (pergeseran isotonik), keadaan kulit elektron terluar (pergeseran kimia), dll. - posisi garis spektral pada diagram Moseley dapat sedikit berubah. Studi tentang pergeseran ini memungkinkan seseorang untuk memperoleh informasi rinci tentang atom.
Sinar-X Bremsstrahlung yang dipancarkan oleh target yang sangat tipis terpolarisasi sepenuhnya mendekati 0; saat 0 menurun, tingkat polarisasi menurun. Radiasi karakteristik, sebagai suatu peraturan, tidak terpolarisasi.
Ketika sinar-X berinteraksi dengan materi, efek fotolistrik dapat terjadi.
Ketika sinar-X melewati lapisan zat dengan ketebalan x, intensitas awal mereka I 0 menurun ke nilai I = I 0 e - x di mana adalah koefisien atenuasi. Redaman I terjadi karena dua proses: penyerapan foton sinar-X oleh materi dan perubahan arahnya saat dihamburkan. Di wilayah panjang gelombang panjang spektrum, penyerapan sinar-X mendominasi, di wilayah panjang gelombang pendek, hamburannya. Derajat absorpsi meningkat dengan cepat dengan meningkatnya Z dan . Misalnya, sinar-X yang keras menembus dengan bebas melalui lapisan udara ~ 10 cm; pelat aluminium setebal 3 cm melemahkan sinar-X dengan = 0,027 kali lipat; sinar-x lunak diserap secara signifikan di udara dan penggunaan serta studinya hanya dimungkinkan dalam ruang hampa atau dalam gas yang menyerap lemah (misalnya, He). Ketika sinar-X diserap, atom-atom suatu zat terionisasi.
Efek sinar-X pada organisme hidup dapat bermanfaat atau berbahaya, tergantung pada ionisasi yang ditimbulkannya dalam jaringan. Karena penyerapan sinar-X bergantung pada , intensitasnya tidak dapat digunakan sebagai ukuran efek biologis sinar-X. Pengukuran sinar-X digunakan untuk mengukur efek sinar-X pada materi.
Hamburan sinar-X di daerah Z besar dan terjadi terutama tanpa perubahan dan disebut hamburan koheren, sedangkan di daerah Z kecil dan , biasanya meningkat (hamburan tidak koheren). Ada 2 jenis hamburan sinar-X yang tidak koheren - Compton dan Raman. Dalam hamburan Compton, yang bersifat hamburan sel tidak elastis, elektron mundur terbang keluar dari kulit atom karena energi yang hilang sebagian oleh foton sinar-X. Dalam hal ini, energi foton berkurang dan arahnya berubah; perubahan tergantung pada sudut hamburan. Selama hamburan Raman dari foton sinar-X berenergi tinggi oleh atom ringan, sebagian kecil energinya dihabiskan untuk ionisasi atom dan arah gerak foton berubah. Perubahan foton tersebut tidak tergantung pada sudut hamburan.
Indeks bias n untuk sinar-x berbeda dari 1 dengan jumlah yang sangat kecil = 1-n 10 -6 -10 -5 . Kecepatan fase sinar-X dalam medium lebih besar dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Penyimpangan sinar-X selama transisi dari satu medium ke medium lainnya sangat kecil (beberapa menit busur). Ketika sinar-X jatuh dari ruang hampa ke permukaan benda pada sudut yang sangat kecil, pemantulan eksternal totalnya terjadi.
2.3 Pendaftaran sinar-X
Mata manusia tidak sensitif terhadap sinar-x. sinar-X
sinar direkam menggunakan film sinar-x khusus yang mengandung peningkatan jumlah Ag, Br. Di wilayah<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть
искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В
области λ>5, sensitivitas film positif biasa cukup tinggi, dan butirannya jauh lebih kecil daripada butiran film sinar-X, yang meningkatkan resolusi. Pada orde puluhan dan ratusan, sinar-X hanya bekerja pada lapisan permukaan tertipis dari emulsi fotografi; untuk meningkatkan sensitivitas film, film disensitisasi dengan minyak luminescent. Dalam diagnostik sinar-X dan deteksi cacat, elektrofotografi terkadang digunakan untuk merekam sinar-X.
Sinar-X dengan intensitas tinggi dapat direkam menggunakan ruang ionisasi
2.4 Penggunaan sinar-X
Sinar-X paling banyak digunakan dalam pengobatan untuk diagnostik sinar-X.
Analisis struktur sinar-X
Mikroskop sinar-X
Sinar-X yang datang dari luar angkasa membawa informasi tentang komposisi kimia benda-benda kosmik dan tentang proses fisik yang terjadi di ruang angkasa. Astronomi sinar-X berkaitan dengan studi sinar-x kosmik
bagian 3
Salah satu tugas utama analisis difraksi sinar-X adalah penentuan komposisi nyata atau fasa suatu material. Metode difraksi sinar-X bersifat langsung dan dicirikan oleh keandalan yang tinggi, kecepatan, dan biaya yang relatif murah. Metode ini tidak memerlukan zat dalam jumlah besar, analisis dapat dilakukan tanpa merusak bagian. Area penerapan analisis fase kualitatif sangat beragam baik untuk penelitian ilmiah maupun untuk kontrol dalam produksi. Anda dapat memeriksa komposisi bahan baku produksi metalurgi, produk sintesis, pemrosesan, hasil perubahan fase selama perawatan termal dan kimia-termal, menganalisis berbagai pelapis, film tipis, dll.
Setiap fase, memiliki struktur kristalnya sendiri, dicirikan oleh serangkaian nilai diskrit tertentu dari jarak antarplanar d/n dari maksimum dan di bawah, yang hanya melekat pada fase ini. Sebagai berikut dari persamaan Wulf-Bragg, setiap nilai jarak interplanar sesuai dengan garis pada pola sinar-x dari sampel polikristalin pada sudut tertentu (pada nilai tertentu dari panjang gelombang ). Dengan demikian, sistem garis tertentu (maksim difraksi) akan sesuai dengan himpunan jarak interplanar tertentu untuk setiap fase dalam pola difraksi sinar-X. Intensitas relatif dari garis-garis ini dalam pola sinar-X tergantung terutama pada struktur fase. Oleh karena itu, dengan menentukan lokasi garis pada gambar sinar-X (sudutnya ) dan mengetahui panjang gelombang radiasi tempat gambar sinar-X diambil, nilai jarak antarplanar dapat ditentukan. d/n menggunakan rumus Wulf-Bragg:
/n = / (2sin ). (satu)
Setelah menentukan himpunan d/n untuk bahan yang dipelajari dan membandingkannya dengan data d/n yang diketahui sebelumnya untuk zat murni, berbagai senyawanya, dimungkinkan untuk menentukan fase mana yang terdiri dari bahan tersebut. Harus ditekankan bahwa itu adalah fase yang ditentukan, dan bukan komposisi kimia, tetapi yang terakhir kadang-kadang dapat disimpulkan jika ada data tambahan tentang komposisi unsur fase tertentu. Tugas analisis fase kualitatif sangat dimudahkan jika komposisi kimia bahan yang diteliti diketahui, karena dalam kasus ini dimungkinkan untuk membuat asumsi awal tentang fase yang mungkin terjadi dalam kasus ini.
Kunci untuk analisis fase adalah mengukur d/n dan intensitas garis secara akurat. Meskipun hal ini pada prinsipnya lebih mudah dicapai dengan menggunakan difraktometer, metode foto untuk analisis kualitatif memiliki beberapa keunggulan, terutama dalam hal sensitivitas (kemampuan untuk mendeteksi keberadaan sejumlah kecil fasa dalam sampel), serta kesederhanaan teknik eksperimental.
Perhitungan d/n dari pola sinar-X dilakukan dengan menggunakan persamaan Wulf-Bragg.
Sebagai nilai dalam persamaan ini, cf K-series biasanya digunakan:
cf = (2λ 1 + 2) /3 (2)
Kadang-kadang garis K 1 digunakan. Menentukan sudut difraksi untuk semua garis sinar-X memungkinkan Anda menghitung d / n menurut persamaan (1) dan memisahkan garis- (jika tidak ada filter untuk (sinar-).
3.1 Analisis ketidaksempurnaan struktur kristal
Semua kristal tunggal nyata dan terlebih lagi bahan polikristalin mengandung ketidaksempurnaan struktural tertentu (cacat titik, dislokasi, berbagai jenis antarmuka, tekanan mikro dan makro), yang memiliki efek yang sangat kuat pada semua sifat dan proses yang sensitif terhadap struktur.
Ketidaksempurnaan struktural menyebabkan distorsi kisi kristal dengan sifat yang berbeda dan, sebagai akibatnya, berbagai jenis perubahan pola difraksi: perubahan jarak antar atom dan antar bidang menyebabkan pergeseran maksima difraksi, tegangan mikro, dan dispersi substruktur menyebabkan pelebaran. dari maxima difraksi, mikrodistorsi kisi - untuk perubahan intensitas maxima ini, kehadiran dislokasi menyebabkan fenomena anomali selama perjalanan sinar-X dan, akibatnya, ketidakhomogenan kontras lokal pada topogram sinar-X, dll.
Akibatnya, analisis difraksi sinar-X adalah salah satu metode yang paling informatif untuk mempelajari ketidaksempurnaan struktural, jenis dan konsentrasinya, dan sifat distribusinya.
Metode langsung tradisional difraksi sinar-X, yang diterapkan pada difraktometer stasioner, karena fitur desainnya, memungkinkan penentuan kuantitatif tegangan dan regangan hanya pada sampel kecil yang dipotong dari bagian atau objek.
Oleh karena itu, saat ini, ada transisi dari difraktometer sinar-X berukuran kecil stasioner ke portabel, yang memberikan penilaian tegangan pada bahan bagian atau objek tanpa kerusakan pada tahap pembuatan dan pengoperasiannya.
Difraktometer sinar-X portabel dari seri DRP * 1 memungkinkan untuk mengontrol tegangan sisa dan efektif pada bagian, produk, dan struktur berukuran besar tanpa kerusakan
Program di lingkungan Windows memungkinkan tidak hanya untuk menentukan tekanan menggunakan metode "sin 2 " secara real time, tetapi juga untuk memantau perubahan komposisi fase dan tekstur. Detektor koordinat linier menyediakan registrasi simultan pada sudut difraksi 2θ = 43°. tabung sinar-X berukuran kecil dari tipe "Rubah" dengan luminositas tinggi dan daya rendah (5 W) memastikan keamanan radiologis perangkat, di mana pada jarak 25 cm dari area yang disinari, tingkat radiasinya sama dengan tingkat latar belakang alami. Perangkat seri DRP digunakan dalam menentukan tegangan pada berbagai tahap pembentukan logam, pemotongan, penggilingan, perlakuan panas, pengelasan, pengerasan permukaan untuk mengoptimalkan operasi teknologi ini. Kontrol atas penurunan tingkat tegangan tekan sisa yang diinduksi terutama pada produk dan struktur kritis selama operasinya memungkinkan produk tersebut tidak dapat digunakan sebelum kehancurannya, mencegah kemungkinan kecelakaan dan malapetaka.
3.2 Analisis spektrum
Seiring dengan penentuan struktur atom kristal dan komposisi fasa bahan, untuk karakterisasi lengkapnya, wajib untuk menentukan komposisi kimianya.
Semakin banyak, berbagai yang disebut metode instrumental analisis spektral digunakan dalam praktik untuk tujuan ini. Masing-masing memiliki kelebihan dan aplikasinya sendiri.
Salah satu persyaratan penting dalam banyak kasus adalah bahwa metode yang digunakan menjamin keamanan objek yang dianalisis; Metode analisis inilah yang dibahas dalam bagian ini. Kriteria berikutnya yang dengannya metode analisis yang dijelaskan dalam bagian ini dipilih adalah lokalitasnya.
Metode analisis spektral sinar-X fluoresensi didasarkan pada penetrasi radiasi sinar-X yang agak keras (dari tabung sinar-X) ke dalam objek yang dianalisis, menembus ke dalam lapisan dengan ketebalan orde beberapa mikrometer. Radiasi sinar-X karakteristik yang timbul dalam hal ini pada objek memungkinkan untuk memperoleh data rata-rata tentang komposisi kimianya.
Untuk menentukan komposisi unsur suatu zat, seseorang dapat menggunakan analisis spektrum sinar-X karakteristik dari sampel yang ditempatkan pada anoda tabung sinar-X dan dikenai pemboman elektron - metode emisi, atau analisis spektrum. radiasi sinar-X sekunder (fluoresen) dari sampel yang diiradiasi dengan sinar-X keras dari tabung sinar-X atau sumber lain - metode fluoresen.
Kerugian dari metode emisi adalah, pertama, kebutuhan untuk menempatkan sampel pada anoda tabung sinar-X, diikuti dengan evakuasi dengan pompa vakum; jelas, metode ini tidak cocok untuk zat yang dapat melebur dan mudah menguap. Kelemahan kedua terkait dengan fakta bahwa bahkan benda tahan api pun rusak oleh pemboman elektron. Metode fluorescent bebas dari kekurangan ini dan karena itu memiliki aplikasi yang jauh lebih luas. Keuntungan dari metode fluoresensi juga tidak adanya bremsstrahlung, yang meningkatkan sensitivitas analisis. Perbandingan panjang gelombang yang diukur dengan tabel garis spektrum unsur kimia merupakan dasar analisis kualitatif, dan intensitas relatif garis spektrum unsur berbeda yang membentuk zat sampel membentuk dasar analisis kuantitatif. Dari pertimbangan mekanisme eksitasi karakteristik radiasi sinar-X, jelas bahwa radiasi dari satu atau beberapa seri (K atau L, M, dll.) muncul secara bersamaan, dan rasio intensitas garis dalam seri selalu konstan. Oleh karena itu, keberadaan elemen ini atau itu ditentukan bukan oleh garis individu, tetapi oleh serangkaian garis secara keseluruhan (kecuali yang terlemah, dengan mempertimbangkan konten elemen ini). Untuk elemen yang relatif ringan, analisis garis seri-K digunakan, untuk elemen berat, garis seri-L; dalam kondisi yang berbeda (tergantung pada peralatan yang digunakan dan pada elemen yang dianalisis), wilayah spektrum karakteristik yang berbeda mungkin paling sesuai.
Fitur utama dari analisis spektral sinar-X adalah sebagai berikut.
Kesederhanaan spektrum karakteristik sinar-X bahkan untuk elemen berat (dibandingkan dengan spektrum optik), yang menyederhanakan analisis (jumlah garis sedikit; kesamaan dalam pengaturan timbal baliknya; dengan peningkatan nomor seri, pergeseran reguler spektrum ke daerah panjang gelombang pendek terjadi, kesederhanaan komparatif analisis kuantitatif).
Independensi panjang gelombang dari keadaan atom unsur yang dianalisis (bebas atau dalam senyawa kimia). Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa terjadinya karakteristik radiasi sinar-X dikaitkan dengan eksitasi level elektronik internal, yang dalam banyak kasus praktis tidak berubah dengan tingkat ionisasi atom.
Kemungkinan pemisahan dalam analisis tanah jarang dan beberapa elemen lain yang memiliki perbedaan kecil dalam spektrum dalam jangkauan optik karena kesamaan struktur elektronik kulit terluar dan sangat sedikit berbeda dalam sifat kimianya.
Spektroskopi fluoresensi sinar-X bersifat "tidak merusak", sehingga memiliki keunggulan dibandingkan spektroskopi optik konvensional saat menganalisis sampel tipis - lembaran logam tipis, foil, dll.
Spektrometer fluoresensi sinar-X, di antaranya spektrometer multisaluran atau kuantometer, memberikan analisis kuantitatif elemen yang cepat (dari Na atau Mg ke U) dengan kesalahan kurang dari 1% dari nilai yang ditentukan, ambang sensitivitas 10 -3 ... 10 -4% .
sinar x-ray
Metode untuk menentukan komposisi spektral sinar-x
Spektrometer dibagi menjadi dua jenis: difraksi kristal dan tanpa kristal.
Penguraian sinar-X menjadi spektrum menggunakan kisi difraksi alami - kristal - pada dasarnya mirip dengan memperoleh spektrum sinar cahaya biasa menggunakan kisi difraksi buatan dalam bentuk guratan periodik pada kaca. Syarat terbentuknya difraksi maksimum dapat dituliskan sebagai syarat “pemantulan” dari suatu sistem bidang atom sejajar yang dipisahkan oleh jarak d hkl .
Saat melakukan analisis kualitatif, seseorang dapat menilai keberadaan elemen dalam sampel dengan satu garis - biasanya garis paling intens dari seri spektral yang cocok untuk kristal penganalisis tertentu. Resolusi spektrometer difraksi kristal cukup untuk memisahkan garis karakteristik bahkan unsur-unsur yang berdekatan dalam posisi dalam tabel periodik. Namun, perlu juga memperhitungkan pengenaan garis yang berbeda dari elemen yang berbeda, serta pengenaan pantulan dari urutan yang berbeda. Keadaan ini harus diperhitungkan ketika memilih jalur analitis. Pada saat yang sama, perlu menggunakan kemungkinan untuk meningkatkan resolusi perangkat.
Kesimpulan
Jadi, sinar-x adalah radiasi elektromagnetik yang tidak terlihat dengan panjang gelombang 10 5 - 10 2 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.
Setelah mempertimbangkan aspek positif dari penemuan V. Roentgen, perlu diperhatikan efek biologisnya yang berbahaya. Ternyata sinar-X 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 kerusakan 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 sinar-X dan radiasi pengion lainnya (seperti sinar gamma yang dipancarkan oleh bahan radioaktif) meliputi:
) perubahan sementara dalam komposisi darah setelah paparan berlebih yang relatif kecil;
) perubahan ireversibel dalam komposisi darah (anemia hemolitik) setelah paparan berlebihan yang berkepanjangan;
) peningkatan insiden kanker (termasuk leukemia);
) penuaan lebih cepat dan kematian dini;
) terjadinya katarak.
Dampak biologis sinar-X pada tubuh manusia ditentukan oleh tingkat dosis radiasi, serta organ tubuh mana yang terkena radiasi.
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.
Untuk menghindari efek berbahaya dari sinar-X, metode kontrol digunakan:
) ketersediaan peralatan yang memadai,
) memantau kepatuhan terhadap peraturan keselamatan,
) penggunaan peralatan yang benar.
Daftar sumber yang digunakan
1) Blokhin M.A., Fisika Sinar-X, edisi ke-2, M., 1957;
) Blokhin M.A., Metode studi spektral sinar-X, M., 1959;
) Sinar X. Duduk. ed. MA Blokhin, trans. dengan dia. dan Inggris, M., 1960;
) Kharaja F., Kursus Umum Teknik Sinar-X, Edisi ke-3, M. - L., 1966;
) Mirkin L.I., Handbook of X-ray difraction analysis of polycrystals, M., 1961;
) Weinstein E.E., Kakhana M.M., Tabel referensi pada spektroskopi sinar-X, M., 1953.
) X-ray dan analisis elektron-optik. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Tunjangan untuk universitas. - edisi ke-4. Menambahkan. Dan seorang pekerja ulang. - M.: "MISiS", 2002. - 360 hal.
Aplikasi
Lampiran 1
Tampilan umum tabung sinar-X
Lampiran 2
Skema tabung sinar-X untuk analisis struktural
Skema tabung sinar-X untuk analisis struktural: 1 - kaca anoda logam (biasanya diarde); 2 - jendela yang terbuat dari berilium untuk keluaran sinar-x; 3 - katoda termionik; 4 - bola kaca, mengisolasi bagian anoda tabung dari katoda; 5 - terminal katoda, di mana tegangan filamen diterapkan, serta tegangan tinggi (relatif terhadap anoda); 6 - sistem elektrostatik untuk memfokuskan elektron; 7 - anoda (antikatoda); 8 - pipa cabang untuk input dan output air mengalir yang mendinginkan kaca anoda.
Lampiran 3
diagram Moseley
Diagram Moseley untuk deret K-, L- dan M dari sinar-X karakteristik. Absis menunjukkan nomor seri elemen Z, ordinat - ( dengan adalah kecepatan cahaya).
Lampiran 4
Ruang ionisasi.
Gambar 1. Bagian dari ruang ionisasi silinder: 1 - badan silinder, yang berfungsi sebagai elektroda negatif; 2 - batang silinder yang berfungsi sebagai elektroda positif; 3 - isolator.
Beras. 2. Skema penyalaan ruang ionisasi saat ini: V - tegangan pada elektroda ruang; G adalah galvanometer yang mengukur arus ionisasi.
Beras. 3. Karakteristik tegangan-arus dari ruang ionisasi.
Beras. 4. Skema pengaktifan ruang ionisasi berdenyut: C - kapasitansi elektroda pengumpul; R adalah resistansi.
Lampiran 5
Penghitung kilau.
Skema penghitung kilau: kuanta cahaya (foton) elektron "knock out" dari fotokatoda; bergerak dari dynode ke dynode, longsoran elektron berlipat ganda.
Lampiran 6
Penghitung Geiger-Muller.
Beras. 1. Skema penghitung Geiger-Muller kaca: 1 - tabung kaca tertutup rapat; 2 - katoda (lapisan tipis tembaga pada tabung baja tahan karat); 3 - keluaran katoda; 4 - anoda (benang tipis yang diregangkan).
Beras. 2. Skema pengaktifan penghitung Geiger-Muller.
Beras. 3. Karakteristik pencacahan pencacah Geiger-Muller.
Lampiran 7
penghitung proporsional.
Skema pencacah proporsional: a - daerah hanyut elektron; b - area amplifikasi gas.
Lampiran 8
Detektor semikonduktor
Detektor semikonduktor; area sensitif disorot dengan menetas; n - wilayah semikonduktor dengan konduktivitas elektronik, p - dengan lubang, i - dengan konduksi intrinsik; a - detektor penghalang permukaan silikon; b - detektor planar germanium-lithium melayang; c - detektor koaksial germanium-lithium.
KULIAH
RADIASI SINAR X
2. Sinar-X Bremsstrahlung, sifat spektralnya.
3. Radiasi sinar-x karakteristik (untuk ditinjau).
4. Interaksi radiasi sinar-X dengan materi.
5.Dasar fisik untuk penggunaan sinar-X dalam pengobatan.
Sinar-X (sinar-X) ditemukan oleh K. Roentgen, yang pada tahun 1895 menjadi peraih Nobel pertama dalam bidang fisika.
1. Sifat sinar-X
radiasi sinar-x - gelombang elektromagnetik dengan panjang 80 sampai 10 -5 nm. Radiasi sinar-X gelombang panjang diblokir oleh radiasi UV gelombang pendek, gelombang pendek - oleh radiasi g gelombang panjang.
Sinar-X diproduksi dalam tabung sinar-x. gambar 1.
K - katoda
1 - berkas elektron
2 - radiasi sinar-X
Beras. 1. Perangkat tabung sinar-X.
Tabungnya adalah labu kaca (dengan kemungkinan vakum tinggi: tekanan di dalamnya sekitar 10 -6 mm Hg) dengan dua elektroda: anoda A dan katoda K, di mana tegangan tinggi diterapkan kamu (beberapa ribu volt). Katoda adalah sumber elektron (karena fenomena emisi termionik). Anoda adalah batang logam yang memiliki permukaan miring untuk mengarahkan radiasi sinar-X yang dihasilkan membentuk sudut terhadap sumbu tabung. Itu terbuat dari bahan penghantar panas yang tinggi untuk menghilangkan panas yang dihasilkan selama pemboman elektron. Di ujung miring ada pelat yang terbuat dari logam tahan api (misalnya, tungsten).
Pemanasan anoda yang kuat disebabkan oleh fakta bahwa jumlah utama elektron dalam berkas katoda, setelah menabrak anoda, mengalami banyak tumbukan dengan atom-atom zat dan mentransfer sejumlah besar energi kepada mereka.
Di bawah aksi tegangan tinggi, elektron yang dipancarkan oleh filamen katoda panas dipercepat ke energi tinggi. Energi kinetik elektron adalah mv 2 /2. Ini sama dengan energi yang diperolehnya dengan bergerak dalam medan elektrostatik tabung:
mv 2 /2 = eU(1)
dimana m , e adalah massa dan muatan elektron, kamu adalah tegangan percepatan.
Proses yang menyebabkan munculnya sinar-X bremsstrahlung disebabkan oleh perlambatan intens elektron dalam bahan anoda oleh medan elektrostatik inti atom dan elektron atom.
Mekanisme asal dapat direpresentasikan sebagai berikut. Elektron yang bergerak adalah semacam arus yang membentuk medan magnetnya sendiri. Perlambatan elektron adalah penurunan kekuatan arus dan, karenanya, perubahan induksi medan magnet, yang akan menyebabkan munculnya medan listrik bolak-balik, mis. munculnya gelombang elektromagnetik.
Jadi, ketika partikel bermuatan terbang ke dalam materi, ia melambat, kehilangan energi dan kecepatannya, dan memancarkan gelombang elektromagnetik.
2. Sifat spektral sinar-X bremsstrahlung .
Jadi, dalam kasus perlambatan elektron dalam bahan anoda, radiasi bremsstrahlung.
Spektrum bremsstrahlung terus menerus . Alasan untuk ini adalah sebagai berikut.
Ketika elektron melambat, masing-masing elektron memiliki sebagian energi yang digunakan untuk memanaskan anoda (E 1 = Q ), bagian lain untuk membuat foton sinar-X (E 2 = hv ), jika tidak, eU = hv + Q . Hubungan antara bagian-bagian ini adalah acak.
Dengan demikian, spektrum kontinu sinar-X bremsstrahlung terbentuk karena perlambatan banyak elektron, yang masing-masing memancarkan satu kuantum sinar-X. hv(h ) dari nilai yang ditentukan secara ketat. Nilai kuantum ini berbeda untuk elektron yang berbeda. Ketergantungan fluks energi sinar-X pada panjang gelombang aku , yaitu spektrum sinar-X ditunjukkan pada Gambar.2.
 |
Gbr.2. Spektrum Bremsstrahlung: a) pada tegangan yang berbeda kamu di dalam tabung; b) pada suhu T yang berbeda dari katoda.
Radiasi gelombang pendek (keras) memiliki daya tembus yang lebih besar daripada radiasi gelombang panjang (lunak). Radiasi lunak lebih kuat diserap oleh materi.
Dari sisi panjang gelombang pendek, spektrum berakhir tiba-tiba pada panjang gelombang tertentu aku tidak . Bremsstrahlung dengan panjang gelombang pendek seperti itu terjadi ketika energi yang diperoleh elektron dalam medan percepatan diubah sepenuhnya menjadi energi foton ( P = 0):
eU = hv max = hc/ l min , l min = hc/(eU), (2)
l min (nm) = 1,23 / U kV
Komposisi spektral radiasi tergantung pada tegangan pada tabung sinar-X, dengan meningkatnya tegangan, nilai aku tidak bergeser ke arah panjang gelombang pendek (Gbr. 2 sebuah).
Ketika suhu T pijar katoda berubah, emisi elektron meningkat. Oleh karena itu, arus meningkat Saya dalam tabung, tetapi komposisi spektral radiasi tidak berubah (Gbr. 2b).
Aliran energi * bremsstrahlung berbanding lurus dengan kuadrat tegangan kamu antara anoda dan katoda, kekuatan arus Saya dalam tabung dan nomor atom bahan anoda Z:
F \u003d kZU 2 I. (3)
di mana k \u003d 10 -9 W / (V 2 A).
3. Sinar-X karakteristik (untuk pengenalan).
Meningkatkan tegangan pada tabung sinar-X mengarah pada fakta bahwa dengan latar belakang spektrum kontinu, sebuah garis muncul, yang sesuai dengan karakteristik radiasi sinar-X. Radiasi ini khusus untuk bahan anoda.
Mekanisme terjadinya adalah sebagai berikut. Pada tegangan tinggi, elektron yang dipercepat (dengan energi tinggi) menembus jauh ke dalam atom dan menjatuhkan elektron dari lapisan dalamnya. Elektron dari tingkat atas berpindah ke tempat-tempat bebas, sebagai akibatnya foton radiasi karakteristik dipancarkan.
Spektrum karakteristik sinar-X berbeda dari spektrum optik.
- Keseragaman.
Keseragaman spektrum karakteristik disebabkan oleh fakta bahwa lapisan elektron dalam atom yang berbeda adalah sama dan hanya berbeda secara energi karena aksi gaya dari inti, yang meningkat dengan meningkatnya jumlah unsur. Oleh karena itu, spektrum karakteristik bergeser ke arah frekuensi yang lebih tinggi dengan meningkatnya muatan inti. Ini secara eksperimental dikonfirmasi oleh seorang karyawan Roentgen - Moseley, yang mengukur frekuensi transisi sinar-X untuk 33 elemen. Mereka membuat hukum.
HUKUM MOSELY – akar kuadrat dari frekuensi radiasi karakteristik adalah fungsi linier dari nomor urut elemen:
A × (Z – B ), (4)
dimana v adalah frekuensi garis spektral, Z adalah nomor atom unsur yang memancarkan. A, B adalah konstanta.
Pentingnya hukum Moseley terletak pada kenyataan bahwa dari ketergantungan ini dimungkinkan untuk secara akurat menentukan nomor atom unsur yang diteliti dari frekuensi terukur dari garis sinar-X. Ini memainkan peran besar dalam penempatan unsur-unsur dalam tabel periodik.
– Kemerdekaan dari senyawa kimia.
Spektrum sinar-X karakteristik suatu atom tidak bergantung pada senyawa kimia tempat atom unsur tersebut masuk. Misalnya, spektrum sinar-X atom oksigen sama untuk O 2, H 2 O, sedangkan spektrum optik senyawa ini berbeda. Fitur spektrum sinar-x atom ini adalah dasar untuk nama " radiasi karakteristik".
4. Interaksi radiasi sinar-X dengan materi
Dampak radiasi sinar-X pada objek ditentukan oleh proses utama interaksi sinar-X. foton dengan elektron atom dan molekul materi.
Radiasi sinar-X dalam materi terserap atau menghilang. Dalam hal ini, berbagai proses dapat terjadi, yang ditentukan oleh rasio energi foton sinar-X hv dan energi ionisasi A dan (energi ionisasi A dan - energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron internal dari atom atau molekul).
sebuah) Hamburan koheren(hamburan radiasi gelombang panjang) terjadi ketika hubungan
hv< А и.
Untuk foton, karena interaksi dengan elektron, hanya arah gerakan yang berubah (Gbr. 3a), tetapi energi hv dan panjang gelombang tidak berubah (maka hamburan ini disebut koheren). Karena energi foton dan atom tidak berubah, hamburan koheren tidak memengaruhi objek biologis, tetapi ketika membuat perlindungan terhadap radiasi sinar-X, seseorang harus mempertimbangkan kemungkinan mengubah arah utama pancaran.
b) efek fotoelektrik terjadi ketika
hv A dan .
Dalam hal ini, dua kasus dapat direalisasikan.
1. Foton diserap, elektron terlepas dari atom (Gbr. 3b). Ionisasi terjadi. Elektron yang terlepas memperoleh energi kinetik: E k \u003d hv - A dan . Jika energi kinetiknya besar, maka elektron dapat mengionisasi atom tetangganya melalui tumbukan, membentuk atom baru. sekunder elektron.
2. Foton diserap, tetapi energinya tidak cukup untuk melepaskan elektron, dan eksitasi atom atau molekul(Gbr. 3c). Hal ini sering menyebabkan emisi foton berikutnya di wilayah radiasi yang terlihat (pendaran sinar-X), dan di jaringan ke aktivasi molekul dan reaksi fotokimia. Efek fotolistrik terjadi terutama pada elektron kulit bagian dalam atom dengan tinggi Z.
di) Hamburan tidak koheren(Efek Compton, 1922) terjadi ketika energi foton jauh lebih besar daripada energi ionisasi
hv » A dan.
Dalam hal ini, elektron terlepas dari atom (elektron semacam itu disebut elektron mundur), memperoleh beberapa energi kinetik E ke , energi foton itu sendiri berkurang (Gbr. 4d):
hv = hv" + A dan + E k.(5)
Radiasi yang dihasilkan dengan frekuensi (panjang) yang berubah disebut sekunder, itu menyebar ke segala arah.
Elektron mundur, jika mereka memiliki energi kinetik yang cukup, dapat mengionisasi atom tetangga dengan tumbukan. Jadi, sebagai akibat dari hamburan yang tidak koheren, radiasi sinar-X hamburan sekunder terbentuk dan atom-atom zat tersebut terionisasi.
Proses (a, b, c) ini dapat menyebabkan sejumlah proses berikutnya. Misalnya (Gbr. 3d), jika selama efek fotolistrik elektron terlepas dari atom pada kulit bagian dalam, maka elektron dari tingkat yang lebih tinggi dapat lewat di tempatnya, yang disertai dengan radiasi sinar-x karakteristik sekunder dari zat ini. Foton radiasi sekunder, berinteraksi dengan elektron atom tetangga, pada gilirannya, dapat menyebabkan fenomena sekunder.
hamburan yang koheren
hv< А И
| |
efek fotoelektrik
foton diserap, e - terlepas dari atom - ionisasi
hv \u003d A dan + E ke
atom A tereksitasi oleh penyerapan foton, R – Pendaran sinar-X
hamburan tidak koheren
hv » A dan
hv \u003d hv "+ A dan + E ke
proses sekunder dalam efek fotolistrik
 |
Beras. 3 Mekanisme interaksi sinar-X dengan materi
Dasar fisik untuk penggunaan sinar-X dalam pengobatan
Ketika sinar-X jatuh pada tubuh, ia sedikit dipantulkan dari permukaannya, tetapi sebagian besar melewati jauh ke dalam, sementara sebagian diserap dan dihamburkan, dan sebagian melewati.
Hukum melemah.
Fluks sinar-X dilemahkan dalam materi menurut hukum:
F \u003d F 0 e - m × x (6)
dimana saya – linier faktor atenuasi, yang pada dasarnya tergantung pada kepadatan zat. Itu sama dengan jumlah tiga suku yang bersesuaian dengan hamburan koheren m 1, tidak koheren m 2 dan efek fotolistrik m 3:
m \u003d m 1 + m 2 + m 3. (7)
Kontribusi setiap suku ditentukan oleh energi foton. Di bawah ini adalah rasio proses ini untuk jaringan lunak (air).
Energi, keV | efek fotoelektrik | Compton - efek |
| 100 % |
Nikmati koefisien redaman massa, yang tidak bergantung pada massa jenis zat r :
m m = m / r . (delapan)
Koefisien atenuasi massa tergantung pada energi foton dan nomor atom zat penyerap:
m m = k l 3 Z 3 . (sembilan)
Koefisien atenuasi massa tulang dan jaringan lunak (air) berbeda: m m tulang / m m air = 68.
Jika benda tidak homogen ditempatkan di jalur sinar-X dan layar fluoresen ditempatkan di depannya, maka benda ini, menyerap dan melemahkan radiasi, membentuk bayangan di layar. Berdasarkan sifat bayangan ini, seseorang dapat menilai bentuk, kepadatan, struktur, dan dalam banyak kasus sifat benda. Itu. perbedaan yang signifikan dalam penyerapan radiasi sinar-x oleh jaringan yang berbeda memungkinkan Anda untuk melihat gambar organ dalam dalam proyeksi bayangan.
Jika organ yang diteliti dan jaringan sekitarnya sama-sama melemahkan sinar-x, maka agen kontras digunakan. Jadi, misalnya, mengisi perut dan usus dengan massa barium sulfat yang lembek ( BaS 0 4), Anda dapat melihat gambar bayangannya (rasio koefisien atenuasi adalah 354).
Gunakan dalam pengobatan.
Dalam kedokteran, radiasi sinar-X dengan energi foton dari 60 hingga 100-120 keV digunakan untuk diagnostik dan 150-200 keV untuk terapi.
Diagnostik sinar-X – Pengenalan penyakit dengan mentransiluminasi tubuh dengan sinar-X.
Diagnostik sinar-X digunakan dalam berbagai pilihan, yang diberikan di bawah ini.
 |
1. Dengan fluoroskopi tabung sinar-x terletak di belakang pasien. Di depannya ada layar neon. Ada bayangan (positif) gambar di layar. Dalam setiap kasus individu, kekerasan radiasi yang sesuai dipilih sehingga melewati jaringan lunak, tetapi cukup diserap oleh yang padat. Jika tidak, bayangan seragam diperoleh. Di layar, jantung, tulang rusuk terlihat gelap, paru-paru terang.
2. Ketika radiografi objek ditempatkan pada kaset, yang berisi film dengan emulsi fotografi khusus. Tabung sinar-X ditempatkan di atas objek. Radiografi yang dihasilkan memberikan citra negatif, yaitu kebalikan dari gambar yang diamati selama transiluminasi. Dalam metode ini, ada kejelasan gambar yang lebih besar daripada di (1), oleh karena itu, detail yang diamati sulit dilihat ketika ditransiluminasi.
Varian yang menjanjikan dari metode ini adalah sinar-X tomografi dan "versi mesin" - komputer tomografi.
3. Dengan fluoroskopi, Pada film format kecil yang sensitif, gambar dari layar besar diperbaiki. Saat dilihat, gambar diperiksa pada kaca pembesar khusus.
terapi sinar-X - penggunaan sinar-X untuk menghancurkan tumor ganas.
Efek biologis radiasi adalah mengganggu aktivitas vital, terutama sel yang berkembang biak dengan cepat.
TOMOGRAFI KOMPUTER (CT)
Metode computed tomography sinar-X didasarkan pada rekonstruksi gambarbagian tertentu dari tubuh pasien dengan mendaftarkan sejumlah besar proyeksi sinar-X dari bagian ini, dibuat pada sudut yang berbeda. Informasi dari sensor yang mendaftarkan proyeksi ini masuk ke komputer, yang menurut program khusus menghitung distribusi ketat ukuran sampeldi bagian yang diselidiki dan menampilkannya di layar tampilan. Gambar yang dihasilkanbagian tubuh pasien ditandai dengan kejelasan yang sangat baik dan kandungan informasi yang tinggi. Program ini memungkinkan Anda untukmeningkat kontras gambar di puluhan bahkan ratusan kali. Ini memperluas kemampuan diagnostik metode ini.
Videografer (perangkat dengan pemrosesan gambar sinar-X digital) dalam kedokteran gigi modern.
Dalam kedokteran gigi, pemeriksaan sinar-X adalah metode diagnostik utama. Namun, sejumlah fitur organisasi dan teknis tradisional dari diagnostik sinar-X membuatnya tidak cukup nyaman bagi pasien dan klinik gigi. Ini adalah, pertama-tama, kebutuhan pasien untuk bersentuhan dengan radiasi pengion, yang sering menciptakan beban radiasi yang signifikan pada tubuh, juga kebutuhan untuk fotoproses, dan, akibatnya, kebutuhan akan fotoreagen, termasuk yang beracun. Akhirnya, ini adalah arsip besar, folder berat, dan amplop dengan film sinar-x.
Selain itu, tingkat perkembangan kedokteran gigi saat ini membuat penilaian subyektif radiografi oleh mata manusia tidak mencukupi. Ternyata, dari berbagai warna abu-abu yang terkandung dalam gambar x-ray, mata hanya merasakan 64.
Jelas, untuk mendapatkan gambaran yang jelas dan rinci tentang jaringan keras sistem dentoalveolar dengan paparan radiasi minimal, diperlukan solusi lain. Pencarian mengarah pada penciptaan apa yang disebut sistem radiografi, videografer - sistem radiografi digital.
Tanpa rincian teknis, prinsip pengoperasian sistem tersebut adalah sebagai berikut. Radiasi sinar-X masuk melalui objek bukan pada film fotosensitif, tetapi pada sensor intraoral khusus (matriks elektronik khusus). Sinyal yang sesuai dari matriks ditransmisikan ke perangkat digitalisasi (konverter analog-ke-digital, ADC) yang mengubahnya menjadi bentuk digital dan terhubung ke komputer. Perangkat lunak khusus membuat gambar x-ray di layar komputer dan memungkinkan Anda untuk memprosesnya, menyimpannya di media penyimpanan yang keras atau fleksibel (hard drive, floppy disk), mencetaknya sebagai gambar sebagai file.
Dalam sistem digital, gambar sinar-x adalah kumpulan titik-titik yang memiliki nilai skala abu-abu digital yang berbeda. Optimalisasi tampilan informasi yang disediakan oleh program memungkinkan untuk mendapatkan bingkai optimal dalam hal kecerahan dan kontras pada dosis radiasi yang relatif rendah.
Dalam sistem modern yang dibuat, misalnya, oleh perusahaan Trophy (Prancis) atau Schick (AS) saat membentuk bingkai, 4096 warna abu-abu digunakan, waktu pemaparan tergantung pada objek studi dan, rata-rata, seperseratus - sepersepuluh detik, pengurangan paparan radiasi dalam kaitannya dengan film - hingga 90% untuk sistem intraoral, hingga 70% untuk videografer panorama.
Saat memproses gambar, videografer mengizinkan:
1. Dapatkan gambar positif dan negatif, gambar warna palsu, gambar timbul.
2. Tingkatkan kontras dan perbesar area yang diinginkan pada gambar.
3. Kaji perubahan densitas jaringan gigi dan struktur tulang, kontrol keseragaman pengisian saluran akar.
4. Dalam endodontik untuk menentukan panjang saluran kelengkungan apapun, dan dalam pembedahan untuk memilih ukuran implan dengan akurasi 0,1 mm.
5. Sistem unik pendeteksi karies dengan elemen kecerdasan buatan dalam analisis gambar memungkinkan Anda untuk mendeteksi karies pada tahap pewarnaan, karies akar, dan karies tersembunyi.
* « " dalam rumus (3) mengacu pada seluruh rentang panjang gelombang yang dipancarkan dan sering disebut sebagai "Fluks Energi Integral".
Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Federasi Rusia
Badan Federal untuk Pendidikan
GOU VPO SUSU
Departemen Kimia Fisika
di kursus KSE: "radiasi sinar-X"
Lengkap:
Naumova Daria Gennadievna
Diperiksa:
Associate Professor, K.T.N.
Tanklevskaya N.M.
Chelyabinsk 2010
pengantar
Bab I. Penemuan Sinar-X
Resi
Interaksi dengan materi
Dampak biologis
Registrasi
Aplikasi
Bagaimana x-ray diambil
rontgen alami
Bab II. Radiografi
Aplikasi
Metode Akuisisi Gambar
Manfaat radiografi
Kekurangan radiografi
Fluoroskopi
Prinsip penerimaan
Manfaat Fluoroskopi
Kekurangan Fluoroskopi
Teknologi digital dalam fluoroskopi
Metode pemindaian multiline
Kesimpulan
Daftar literatur yang digunakan
pengantar
Radiasi sinar-X - gelombang elektromagnetik, energi foton yang ditentukan oleh rentang energi dari ultraviolet hingga radiasi gamma, yang sesuai dengan rentang panjang gelombang dari 10−4 hingga 10² (dari 10−14 hingga 10−8 m).
Seperti cahaya tampak, sinar-X menyebabkan film fotografi menghitam. 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. Sinar X-ray melewati senyawa kimia menyebabkan karakteristik radiasi sekunder, analisis spektroskopi yang memungkinkan ahli kimia untuk 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 pembentukan 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.
Bab I. Penemuan Sinar-X
Penemuan sinar-X dikaitkan dengan Wilhelm Conrad Roentgen. Dia adalah orang pertama yang menerbitkan artikel tentang sinar-X, yang disebutnya sinar-x (x-ray). Sebuah artikel oleh Roentgen berjudul "Pada jenis sinar baru" diterbitkan pada tanggal 28 Desember 1895 dalam jurnal Würzburg Physico-Medical Society. Namun, dianggap terbukti bahwa sinar-X telah diperoleh sebelumnya. Tabung sinar katoda yang digunakan Roentgen dalam eksperimennya dikembangkan oleh J. Hittorf dan W. Kruks. Tabung ini menghasilkan sinar-X. Ini ditunjukkan dalam percobaan Crookes dan dari tahun 1892 dalam percobaan Heinrich Hertz dan muridnya Philipp Lenard melalui menghitamnya pelat fotografi. Namun, tidak satupun dari mereka menyadari pentingnya penemuan mereka dan tidak mempublikasikan hasil mereka. Juga, Nikola Tesla, mulai tahun 1897, bereksperimen dengan tabung sinar katoda, menerima sinar-x, tetapi tidak mempublikasikan hasilnya.
Untuk alasan ini, Roentgen tidak tahu tentang penemuan yang dibuat sebelumnya dan menemukan sinar, yang kemudian dinamai menurut namanya, secara independen - sambil mengamati fluoresensi yang terjadi selama pengoperasian tabung sinar katoda. Roentgen mempelajari sinar-X selama kurang lebih satu tahun (dari 8 November 1895 hingga Maret 1897) dan hanya menerbitkan tiga artikel yang relatif kecil tentang sinar-X, tetapi mereka memberikan deskripsi yang komprehensif tentang sinar baru sehingga ratusan makalah oleh para pengikutnya, kemudian diterbitkan selama 12 tahun, tidak dapat menambah atau mengubah sesuatu yang penting. Roentgen, yang telah kehilangan minat pada sinar-X, mengatakan kepada rekan-rekannya: "Saya sudah menulis semuanya, jangan buang waktu Anda." Juga berkontribusi pada ketenaran Roentgen adalah foto tangan istrinya yang terkenal, yang ia terbitkan dalam artikelnya (lihat gambar di sebelah kanan). Ketenaran seperti itu membawa Roentgen pada tahun 1901 Hadiah Nobel Fisika pertama, dan Komite Nobel menekankan pentingnya praktis dari penemuannya. Pada tahun 1896, nama "sinar-X" pertama kali digunakan. Di beberapa negara, nama lama tetap ada - sinar-X. Di Rusia, sinar mulai disebut "sinar-X" atas saran seorang siswa V.K. Roentgen - Abram Fedorovich Ioffe.
Posisi pada skala gelombang elektromagnetik
Rentang energi sinar-X dan sinar gamma tumpang tindih dalam rentang energi yang luas. Kedua jenis radiasi tersebut adalah radiasi elektromagnetik dan setara untuk energi foton yang sama. Perbedaan terminologis terletak pada mode kejadian - sinar-X dipancarkan dengan partisipasi elektron (baik dalam atom atau yang bebas), sedangkan radiasi gamma dipancarkan dalam proses de-eksitasi inti atom. Foton sinar-X memiliki energi dari 100 eV hingga 250 keV, yang sesuai dengan radiasi dengan frekuensi 3 1016 Hz hingga 6 1019 Hz dan panjang gelombang 0,005 - 10 nm (tidak ada definisi yang diterima secara umum tentang batas bawah X -ray range dalam skala panjang gelombang). Sinar-x lunak dicirikan oleh energi foton dan frekuensi radiasi terendah (dan panjang gelombang terpanjang), sedangkan sinar-x keras memiliki energi foton dan frekuensi radiasi tertinggi (dan panjang gelombang terpendek).
(Foto rontgen (roentgenogram) tangan istrinya, diambil oleh V.K. Roentgen)
)Resi
Sinar-X dihasilkan oleh percepatan kuat partikel bermuatan (terutama elektron) atau oleh transisi energi tinggi di kulit elektron atom atau molekul. Kedua efek digunakan dalam tabung sinar-X, di mana elektron yang dipancarkan dari katoda panas dipercepat (tidak ada sinar-X yang dipancarkan, karena percepatannya terlalu rendah) dan mengenai anoda, di mana mereka diperlambat secara tajam (sinar-X dipancarkan: yang disebut .bremsstrahlung) dan pada saat yang sama melumpuhkan elektron dari kulit elektron bagian dalam atom logam dari mana anoda dibuat. Ruang kosong di kulit ditempati oleh elektron atom lainnya. Dalam hal ini, radiasi sinar-X dipancarkan dengan karakteristik energi tertentu dari bahan anoda (radiasi karakteristik, frekuensi ditentukan oleh hukum Moseley:
,di mana Z adalah nomor atom elemen anoda, A dan B adalah konstanta untuk nilai tertentu dari bilangan kuantum utama n kulit elektron). Saat ini, anoda sebagian besar terbuat dari keramik, dan bagian yang terkena elektron terbuat dari molibdenum. Dalam proses percepatan-perlambatan, hanya 1% energi kinetik elektron yang masuk ke sinar-X, 99% energi diubah menjadi panas.
Sinar-X juga dapat diperoleh dalam akselerator partikel. disebut. radiasi sinkrotron terjadi ketika seberkas partikel dibelokkan dalam medan magnet, akibatnya mereka mengalami percepatan dalam arah yang tegak lurus terhadap gerakannya. Radiasi sinkrotron memiliki spektrum kontinu dengan batas atas. Dengan parameter yang dipilih dengan tepat (besarnya medan magnet dan energi partikel), sinar-X juga dapat diperoleh dalam spektrum radiasi sinkrotron.
Gambar skema tabung sinar-x. X - sinar-x, K - katoda, A - anoda (kadang disebut antikatoda), C - heat sink, Uh - tegangan filamen katoda, Ua - tegangan percepatan, Win - saluran masuk pendingin air, Wout - saluran keluar pendingin air (lihat x- tabung sinar).
Interaksi dengan materi
Indeks bias hampir semua zat untuk sinar-x sedikit berbeda dari satu. Konsekuensi dari ini adalah kenyataan bahwa tidak ada bahan dari mana lensa sinar-X dapat dibuat. Selain itu, ketika sinar-X datang tegak lurus ke permukaan, mereka hampir tidak dipantulkan. Meskipun demikian, dalam optik sinar-X, metode telah ditemukan untuk membangun elemen optik untuk sinar-X.
Sinar-X dapat menembus materi, dan zat yang berbeda menyerapnya secara berbeda. Penyerapan sinar-x adalah properti mereka yang paling penting dalam fotografi sinar-x. Intensitas sinar-X berkurang secara eksponensial tergantung pada jalur yang ditempuh dalam lapisan penyerap (I = I0e-kd, di mana d adalah ketebalan lapisan, koefisien k sebanding dengan Z3λ3, Z adalah nomor atom unsur, adalah panjang gelombang).
Penyerapan terjadi sebagai akibat dari fotoabsorbsi dan hamburan Compton:
Fotoabsorpsi dipahami sebagai proses pelepasan elektron dari kulit atom oleh foton, yang mengharuskan energi foton lebih besar dari nilai minimum tertentu. Jika kita mempertimbangkan probabilitas tindakan penyerapan tergantung pada energi foton, maka ketika energi tertentu tercapai, itu (probabilitas) meningkat tajam ke nilai maksimumnya. Untuk energi yang lebih tinggi, kemungkinannya terus menurun. Karena ketergantungan ini, dikatakan ada batas penyerapan. Tempat elektron tersingkir selama tindakan penyerapan ditempati oleh elektron lain, sementara radiasi dengan energi foton yang lebih rendah dipancarkan, yang disebut. proses fluoresensi.
Radiasi sinar-X memainkan peran besar dalam pengobatan modern; sejarah penemuan sinar-X dimulai pada abad ke-19.
Sinar-X adalah gelombang elektromagnetik yang dihasilkan dengan partisipasi elektron. Dengan percepatan yang kuat dari partikel bermuatan, sinar-x buatan dibuat. Itu melewati peralatan khusus:
- akselerator partikel.
Sejarah penemuan
Sinar ini ditemukan pada tahun 1895 oleh ilmuwan Jerman Roentgen: saat bekerja dengan tabung sinar katoda, ia menemukan efek fluoresensi dari barium platinum sianida. Kemudian ada penjelasan tentang sinar-sinar tersebut dan kemampuannya yang luar biasa untuk menembus jaringan tubuh. Sinar tersebut mulai disebut sinar-x (x-rays). Kemudian di Rusia mereka mulai disebut sinar-X.
Sinar-X mampu menembus bahkan menembus dinding. Jadi Roentgen menyadari bahwa dia telah membuat penemuan terbesar di bidang kedokteran. Sejak saat itulah bagian-bagian terpisah dalam sains mulai terbentuk, seperti radiologi dan radiologi.
Sinar mampu menembus jaringan lunak, tetapi tertunda, panjangnya ditentukan oleh hambatan permukaan yang keras. Jaringan lunak dalam tubuh manusia adalah kulit, dan jaringan keras adalah tulang. Pada tahun 1901, ilmuwan dianugerahi Hadiah Nobel.
Namun, bahkan sebelum penemuan Wilhelm Conrad Roentgen, ilmuwan lain juga tertarik dengan topik serupa. Pada tahun 1853, fisikawan Prancis Antoine-Philiber Mason mempelajari pelepasan tegangan tinggi antara elektroda dalam tabung gelas. Gas yang terkandung di dalamnya pada tekanan rendah mulai memancarkan cahaya kemerahan. Memompa gas berlebih dari tabung menyebabkan pembusukan cahaya menjadi urutan kompleks lapisan bercahaya individu, rona yang bergantung pada jumlah gas.
Pada tahun 1878, William Crookes (fisikawan Inggris) mengemukakan bahwa fluoresensi terjadi karena dampak sinar pada permukaan kaca tabung. Tetapi semua penelitian ini tidak dipublikasikan di mana pun, jadi Roentgen tidak tahu tentang penemuan semacam itu. Setelah publikasi penemuannya pada tahun 1895 dalam jurnal ilmiah, di mana ilmuwan menulis bahwa semua benda transparan terhadap sinar ini, meskipun pada tingkat yang sangat berbeda, ilmuwan lain menjadi tertarik pada eksperimen serupa. Mereka mengkonfirmasi penemuan Roentgen, dan pengembangan lebih lanjut dan peningkatan sinar-x dimulai.
Wilhelm Roentgen sendiri menerbitkan dua makalah ilmiah tentang sinar-x pada tahun 1896 dan 1897, setelah itu ia melakukan kegiatan lain. Jadi, beberapa ilmuwan menemukan, tetapi Roentgen-lah yang menerbitkan makalah ilmiah tentang hal ini.
Prinsip Pencitraan
Ciri-ciri radiasi ini ditentukan oleh sifat penampilan mereka. Radiasi terjadi karena gelombang elektromagnetik. Sifat utamanya meliputi:
- Refleksi. Jika gelombang mengenai permukaan secara tegak lurus, maka tidak akan dipantulkan. Dalam beberapa situasi, berlian memiliki sifat refleksi.
- Kemampuan menembus jaringan. Selain itu, sinar dapat menembus permukaan bahan yang tidak tembus cahaya seperti kayu, kertas, dan sejenisnya.
- daya serap. Penyerapan tergantung pada kepadatan bahan: semakin padat, semakin banyak sinar-X yang menyerapnya.
- Beberapa zat berpendar, yaitu bersinar. Begitu radiasi berhenti, pancaran juga menghilang. Jika berlanjut setelah penghentian aksi sinar, maka efek ini disebut pendar.
- Sinar-X dapat menerangi film fotografi, sama seperti cahaya tampak.
- Jika sinar melewati udara, maka ionisasi terjadi di atmosfer. Keadaan seperti itu disebut konduktif elektrik, dan ditentukan dengan menggunakan dosimeter, yang mengatur laju dosis paparan.
Radiasi - bahaya dan manfaat
Ketika penemuan itu dibuat, fisikawan Roentgen bahkan tidak bisa membayangkan betapa berbahayanya penemuannya itu. Di masa lalu, semua perangkat yang menghasilkan radiasi jauh dari sempurna, dan sebagai hasilnya, sinar yang dipancarkan dalam dosis besar diperoleh. Orang-orang tidak memahami bahaya radiasi semacam itu. Meski beberapa ilmuwan kemudian mengajukan versi tentang bahaya sinar-x.
Sinar-X, menembus ke dalam jaringan, memiliki efek biologis pada mereka. Satuan pengukuran dosis radiasi adalah roentgen per jam. Pengaruh utama adalah pada atom pengion yang ada di dalam jaringan. Sinar ini bekerja langsung pada struktur DNA sel hidup. Konsekuensi dari radiasi yang tidak terkontrol meliputi:
- mutasi sel;
- munculnya tumor;
- luka bakar radiasi;
- penyakit radiasi.
Kontraindikasi pemeriksaan rontgen:
- Para pasien dalam kondisi kritis.
- Masa kehamilan karena efek negatif pada janin.
- Pasien dengan perdarahan atau pneumotoraks terbuka.
Bagaimana sinar-x bekerja dan di mana itu digunakan
- Dalam kedokteran. Diagnostik sinar-X digunakan untuk mentransmisikan jaringan hidup untuk mengidentifikasi beberapa gangguan di dalam tubuh. Terapi sinar-X dilakukan untuk menghilangkan pembentukan tumor.
- Dalam sains. Struktur zat dan sifat sinar-X terungkap. Masalah-masalah ini ditangani oleh ilmu-ilmu seperti kimia, biokimia, kristalografi.
- Dalam industri. Untuk mendeteksi pelanggaran dalam produk logam.
- Demi keselamatan warga. Sinar X-ray dipasang di bandara dan tempat umum lainnya untuk memindai bagasi.
Penggunaan medis radiasi sinar-X. Sinar-X banyak digunakan dalam kedokteran dan kedokteran gigi untuk tujuan berikut:
- Untuk mendiagnosis penyakit.
- Untuk memantau proses metabolisme.
- Untuk pengobatan banyak penyakit.
Penggunaan sinar-X untuk tujuan medis
Selain untuk mendeteksi patah tulang, rontgen banyak digunakan untuk keperluan medis. Aplikasi khusus sinar-x adalah untuk mencapai tujuan berikut:
- Untuk menghancurkan sel kanker.
- Untuk mengecilkan ukuran tumor.
- Untuk mengurangi rasa sakit.
Misalnya, yodium radioaktif, yang digunakan dalam penyakit endokrinologis, secara aktif digunakan pada kanker tiroid, sehingga membantu banyak orang menyingkirkan penyakit mengerikan ini. Saat ini, untuk mendiagnosis penyakit kompleks, sinar-X terhubung ke komputer, sehingga muncul metode penelitian terbaru, seperti computed axial tomography.
Pemindaian semacam itu memberi dokter gambar berwarna yang menunjukkan organ dalam seseorang. Untuk mendeteksi kerja organ dalam, dosis radiasi yang kecil sudah cukup. Sinar-X juga banyak digunakan dalam fisioterapi.
Sifat dasar sinar-X
- kemampuan penetrasi. Semua tubuh transparan terhadap sinar-X, dan tingkat transparansi tergantung pada ketebalan tubuh. Karena sifat inilah sinar mulai digunakan dalam pengobatan untuk mendeteksi fungsi organ, adanya patah tulang dan benda asing di dalam tubuh.
- Mereka mampu menyebabkan cahaya dari beberapa objek. Misalnya, jika barium dan platina dioleskan pada karton, maka setelah melewati pancaran sinar, akan berpendar kuning kehijauan. Jika Anda meletakkan tangan Anda di antara tabung sinar-X dan layar, maka cahaya akan menembus lebih banyak ke dalam tulang daripada ke dalam jaringan, sehingga jaringan tulang akan disorot paling terang di layar, dan jaringan otot akan kurang terang. .
- Aksi di film. Sinar-X dapat, seperti cahaya, membuat film menjadi gelap, ini memungkinkan Anda untuk memotret sisi bayangan yang diperoleh ketika sinar-X benda diperiksa.
- Sinar-X dapat mengionisasi gas. Hal ini memungkinkan tidak hanya untuk menemukan sinar, tetapi juga untuk mengungkapkan intensitasnya dengan mengukur arus ionisasi dalam gas.
- Mereka memiliki efek biokimia pada tubuh makhluk hidup. Berkat sifat ini, sinar-X telah menemukan aplikasinya yang luas dalam pengobatan: mereka dapat mengobati penyakit kulit dan penyakit organ dalam. Dalam hal ini, dosis radiasi yang diinginkan dan durasi sinar dipilih. Penggunaan pengobatan seperti itu dalam waktu lama dan berlebihan sangat berbahaya dan merugikan tubuh.
Konsekuensi dari penggunaan sinar-X adalah menyelamatkan banyak nyawa manusia. Sinar-X membantu tidak hanya mendiagnosis penyakit secara tepat waktu, metode pengobatan menggunakan terapi radiasi meringankan pasien dari berbagai patologi, mulai dari hiperfungsi kelenjar tiroid hingga tumor ganas jaringan tulang.
Tindakan radiasi sinar-X pada suatu zat ditentukan oleh proses utama interaksi foton sinar-X dengan elektron atom dan molekul zat.
3. tomografi komputer sinar-X.
Metode computed tomography sinar-X didasarkan pada rekonstruksi gambar bagian (bagian) tertentu dari tubuh pasien dengan merekam sejumlah besar proyeksi sinar-X dari bagian ini, dibuat pada sudut yang berbeda (Gbr. 5) . Informasi dari sensor yang mendaftarkan proyeksi ini masuk ke komputer, yang menurut program khusus, menghitung distribusi kepadatan sampel di bagian yang diselidiki dan menampilkannya di layar tampilan. Gambar bagian tubuh pasien yang diperoleh dengan cara ini ditandai dengan kejelasan yang sangat baik dan kandungan informasi yang tinggi. Program ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan kontras gambar puluhan bahkan ratusan kali. Ini memperluas kemampuan diagnostik metode ini.
Beras. Gambar 5. Skema transiluminasi sinar-x dari bagian organ yang diteliti (titik 1 dan titik 2 - dua posisi berturut-turut dari sumber sinar-x)
4. Dengan fluorografi gambar dari layar besar direkam pada film format kecil yang sensitif (Gbr. 6). Selama analisis, gambar diperiksa pada kaca pembesar khusus.
Metode ini digunakan untuk survei massal penduduk. Dalam hal ini, beban radiasi pada pasien jauh lebih sedikit daripada fluoroskopi konvensional.
terapi sinar-X- penggunaan sinar-X untuk menghancurkan tumor ganas.
Efek biologis radiasi adalah mengganggu aktivitas vital sel tumor yang berkembang biak dengan cepat. Dalam hal ini, energi R - foton adalah 150-200 keV.
Visiograf (perangkat dengan pemrosesan gambar sinar-X digital) dalam kedokteran gigi modern
Dalam kedokteran gigi, pemeriksaan sinar-X adalah metode diagnostik utama. Namun, sejumlah fitur organisasi dan teknis tradisional dari diagnostik sinar-X membuatnya tidak cukup nyaman bagi pasien dan klinik gigi. Ini adalah, pertama-tama, kebutuhan pasien untuk bersentuhan dengan radiasi pengion, yang sering menciptakan beban radiasi yang signifikan pada tubuh, juga kebutuhan untuk fotoproses, dan, akibatnya, kebutuhan akan fotoreagen, termasuk yang beracun. Akhirnya, ini adalah arsip besar, folder berat, dan amplop dengan film sinar-x.
Selain itu, tingkat perkembangan kedokteran gigi saat ini membuat penilaian subyektif radiografi oleh mata manusia tidak mencukupi. Ternyata, dari berbagai warna abu-abu yang terkandung dalam gambar x-ray, mata hanya merasakan 64.
Jelas, untuk mendapatkan gambaran yang jelas dan rinci dari jaringan keras sistem dentoalveolar dengan paparan radiasi minimal, diperlukan solusi lain. Saat ini, pencarian telah mengarah pada penciptaan apa yang disebut sistem radiografi, videografer - sistem radiografi digital (1987, Perusahaan piala).
Tanpa rincian teknis, prinsip pengoperasian sistem tersebut adalah sebagai berikut. Radiasi sinar-X masuk melalui objek bukan pada film fotosensitif, tetapi pada sensor intraoral khusus (matriks elektronik khusus). Sinyal yang sesuai dari matriks ditransmisikan ke perangkat digitalisasi (konverter analog-ke-digital, ADC) yang mengubahnya menjadi bentuk digital dan terhubung ke komputer. Perangkat lunak khusus membuat gambar x-ray di layar komputer dan memungkinkan Anda untuk memprosesnya, menyimpannya di media penyimpanan yang keras atau fleksibel (hard drive, disk), mencetaknya sebagai gambar sebagai file.
Dalam sistem digital, gambar sinar-x adalah kumpulan titik-titik, yang sesuai dengan berbagai warna abu-abu. Optimalisasi tampilan informasi yang disediakan oleh program memungkinkan untuk mendapatkan bingkai optimal dalam hal kecerahan dan kontras pada dosis radiasi yang relatif rendah.
Dalam sistem modern, dibuat, misalnya, oleh Trophy (Prancis) atau Schick (AS), 4096 warna abu-abu digunakan saat membentuk bingkai, waktu pemaparan tergantung pada objek studi dan, rata-rata, seperseratus - sepersepuluh dari kedua, penurunan paparan radiasi dalam kaitannya dengan film - hingga 90% untuk sistem intraoral, hingga 70% untuk videografer panorama.
Saat memproses gambar, videografer mengizinkan:
1. Dapatkan gambar positif dan negatif, gambar warna palsu, gambar relief.
2. Tingkatkan kontras dan perbesar bagian gambar yang diinginkan.
3. Mengevaluasi perubahan densitas jaringan gigi dan struktur tulang, mengontrol keseragaman pengisian kanal.
4. Dalam endodontik, tentukan panjang kanal dari setiap kelengkungan, dan dalam pembedahan, pilih ukuran implan dengan akurasi 0,1 mm.
Sistem pendeteksi karies yang unik dengan elemen kecerdasan buatan selama analisis gambar memungkinkan Anda mendeteksi karies pada tahap pewarnaan, karies akar, dan karies tersembunyi.
Menyelesaikan masalah:
1. Berapa kali energi maksimum kuantum bremsstrahlung sinar-X yang terjadi pada tegangan tabung 80 kV lebih besar dari energi foton yang sesuai dengan lampu hijau dengan panjang gelombang 500 nm?
2. Tentukan panjang gelombang minimum dalam spektrum radiasi yang dihasilkan dari perlambatan pada elektron target yang dipercepat dalam betatron menjadi energi 60 MeV.
3. Lapisan setengah redaman radiasi sinar-X monokromatik pada beberapa zat adalah 10 mm. Temukan redaman radiasi ini dalam zat yang diberikan.
[*] l - rasio energi yang dipancarkan dalam rentang panjang gelombang yang sempit selama 1 detik. dengan lebar interval ini
* "F" dalam rumus (4) mengacu pada seluruh rentang panjang gelombang terpancar dan sering disebut sebagai "Fluks Energi Integral".
