რენტგენის სხივების მატერიასთან ურთიერთქმედების ზოგიერთი ეფექტი

როგორც ზემოთ აღინიშნა, რენტგენის სხივებს შეუძლიათ მატერიის ატომებისა და მოლეკულების აღგზნება. ამან შეიძლება გამოიწვიოს გარკვეული ნივთიერებების ფლუორესცენცია (მაგ. თუთიის სულფატი). თუ რენტგენის სხივების პარალელური სხივი მიმართულია გაუმჭვირვალე ობიექტებზე, მაშინ სხივების გავლა შეიძლება ობიექტზე ფლუორესცენტური ნივთიერებით დაფარული ეკრანის განთავსებით.

ფლუორესცენტური ეკრანი შეიძლება შეიცვალოს ფოტოფილმით. რენტგენის სხივებს ისეთივე ეფექტი აქვს ფოტოგრაფიულ ემულსიაზე, როგორც სინათლეს. ორივე მეთოდი გამოიყენება პრაქტიკულ მედიცინაში.

რენტგენის სხივების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ეფექტი არის მათი მაიონებელი უნარი. ეს დამოკიდებულია მათ ტალღის სიგრძეზე და ენერგიაზე. ეს ეფექტი უზრუნველყოფს რენტგენის ინტენსივობის გაზომვის მეთოდს. როდესაც რენტგენის სხივები იონიზაციის კამერაში გადის, წარმოიქმნება ელექტრული დენი, რომლის სიდიდე პროპორციულია რენტგენის სხივების ინტენსივობისა.

როდესაც რენტგენის სხივები გადის მატერიაში, მათი ენერგია მცირდება შთანთქმისა და გაფანტვის გამო. ნივთიერებაში გამავალი რენტგენის სხივების პარალელური სხივის ინტენსივობის შესუსტება განისაზღვრება ბუგერის კანონით: , სადაც მე 0- რენტგენის გამოსხივების საწყისი ინტენსივობა; მეარის რენტგენის სხივების ინტენსივობა, რომელიც გადის მატერიის შრეში, დ-შთამნთქმელი ფენის სისქე , - ხაზოვანი შესუსტების კოეფიციენტი. ის უდრის ორი სიდიდის ჯამს: ტ- წრფივი შთანთქმის კოეფიციენტი და ს- ხაზოვანი გაფანტვის კოეფიციენტი: m = t+ს

ექსპერიმენტებში დადგინდა, რომ წრფივი შთანთქმის კოეფიციენტი დამოკიდებულია ნივთიერების ატომურ რიცხვზე და რენტგენის სხივების ტალღის სიგრძეზე:

სად არის პირდაპირი პროპორციულობის კოეფიციენტი, არის ნივთიერების სიმკვრივე, ზ- ელემენტის ატომური ნომერი, - რენტგენის ტალღის სიგრძე.

Z-ზე დამოკიდებულება ძალიან მნიშვნელოვანია პრაქტიკული თვალსაზრისით. მაგალითად, ძვლების შთანთქმის კოეფიციენტი, რომლებიც შედგება კალციუმის ფოსფატისგან, თითქმის 150-ჯერ აღემატება რბილი ქსოვილების შთანთქმის კოეფიციენტს. ზ=20 კალციუმისთვის და ზ=15 ფოსფორისთვის). როდესაც რენტგენი გადის ადამიანის სხეულში, ძვლები აშკარად გამოირჩევიან კუნთების, შემაერთებელი ქსოვილის და ა.შ.

ცნობილია, რომ საჭმლის მომნელებელ ორგანოებს აქვთ ისეთივე შთანთქმის კოეფიციენტი, როგორც სხვა რბილ ქსოვილებს. მაგრამ საყლაპავის, კუჭისა და ნაწლავების ჩრდილი შეიძლება განვასხვავოთ, თუ პაციენტი ჭამს კონტრასტულ საშუალებას - ბარიუმის სულფატს ( Z= 56 ბარიუმისთვის). ბარიუმის სულფატი ძალიან გაუმჭვირვალეა რენტგენის მიმართ და ხშირად გამოიყენება კუჭ-ნაწლავის ტრაქტის რენტგენოლოგიური გამოკვლევისთვის. გარკვეული გაუმჭვირვალე ნარევები შეჰყავთ სისხლში სისხლძარღვების, თირკმელების და მსგავსი მდგომარეობის შესამოწმებლად. ამ შემთხვევაში იოდი გამოიყენება როგორც კონტრასტული აგენტი, რომლის ატომური ნომერია 53.

რენტგენის შთანთქმის დამოკიდებულება ზასევე გამოიყენება რენტგენის შესაძლო მავნე ზემოქმედებისგან დასაცავად. ამ მიზნით გამოიყენება ტყვიის მნიშვნელობა ზრომლისთვისაც არის 82.

Გვერდი 1

ლექცია 10

რენტგენის გამოსხივების ურთიერთქმედება მყარ სხეულთან (ფოტოელექტრული ეფექტი, კომპტონის ეფექტი). ფოტოელექტრული ეფექტის ჯვარი მონაკვეთი და მისი კავშირი რენტგენის სხივების ხაზოვანი შთანთქმის კოეფიციენტთან. პოლიატომური ნიმუშების მასის შთანთქმის კოეფიციენტის გაანგარიშება.

სასარგებლო ურთიერთობა ფოტონის ენერგიიდან ტალღის სიგრძეზე გადასვლისას

ენერგიისა და ტალღის სიგრძის ნამრავლი = ჰკ= 12,4 keVÅ

(10.1)
როდესაც ფოტონის სხივი გადის მყარ სხეულში, შესაძლებელია შემდეგი პროცესები, რაც იწვევს სხივის ინტენსივობის შესუსტებას:

• 
  ფოტოელექტრონების დაბადება ფოტოელექტრული ეფექტის შედეგად;
• 
  კომპტონის გაფანტვა;
• 
  ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილების წარმოქმნა.

ამ პროცესებიდან ბოლო, რომელიც შედგება ფოტონის შთანთქმაში ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილის წარმოქმნით, შეიძლება მოხდეს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ფოტონის ენერგია  2 მ ე გ 2 = 1,02 მევ. ელემენტარული და სტრუქტურული ანალიზის მეთოდებში ასეთი ენერგიების მქონე ფოტონები არ გამოიყენება, ამიტომ ეს პროცესი არ განიხილება.

კომპტონის გაფანტვა იწვევს, პრინციპში, არა ფოტონის შთანთქმას, არამედ მისი მოძრაობის მიმართულების ცვლილებას (გაფანტვა  კუთხით) მისი ტალღის სიგრძის ერთდროული მატებით  = ( თ/მ ე გ)(1 – cos), სადაც თ/მ ე გ = 0,0243 Å - კომპტონის ელექტრონული ტალღის სიგრძე. ანალიზის მეთოდებში გამოყენებული ფოტონების ენერგია ჩვეულებრივ არ აღემატება 10 კევ-ს, რაც შეესაბამება ტალღის სიგრძეს  = 1,24 Å. ამიტომ, თუნდაც მაქსიმალური გაფანტვის კუთხისთვის  = 90 o ტალღის სიგრძის ფარდობითი ცვლილება კომპტონის გაფანტვის შედეგად /  210 -2 . გარდა ამისა, მითითებულ ენერგიებზე კომპტონის გაფანტვის პროცესის ალბათობა გაცილებით დაბალია, ვიდრე ფოტოელექტრონის წარმოების ალბათობა. ამგვარად, ფოტონის სხივის (რენტგენის კვანტების) შესუსტებაში დომინანტური წვლილი შეაქვს ფოტოელექტრული ეფექტს.

შეგახსენებთ, რომ ფოტოელექტრული ეფექტის დროს, რენტგენის კვანტი ენერგიით ħ  გადასცემს ყველაენერგია ატომურ ელექტრონს, რის შედეგადაც ეს უკანასკნელი ენერგიით გაფრინდება ატომიდან

ე ე = ħ  – ექ,

(10.2)
სად ე sv არის ელექტრონის შებოჭვის ენერგია ატომში.

იმისათვის, რომ მოხდეს ფოტოელექტრული ეფექტი, მდგომარეობა ħ   ე sv, მაშასადამე, ფიქსირებული კვანტური ენერგიის დროს, ფოტოელექტრული ეფექტი შეიძლება მოხდეს ზოგიერთ ჭურვზე (ქვეჭურვი) და არ იყოს ზოგზე.

გამოთქმის (10.2) შესაბამისად, როდესაც ნიმუში დასხივდება ფიქსირებული ენერგიის რენტგენის კვანტებით (მონოქრომატული რენტგენის გამოსხივება), ნიმუშიდან გამოფრინდებიან სხვადასხვა ენერგიის მქონე ფოტოელექტრონები, რომლებიც შეესაბამება სხვადასხვა შემაკავშირებელ ენერგიას. გაზომილი ე ედა იცის ħ , შესაძლებელია განისაზღვროს ე sv და დაადგინეთ რომელმა ატომმა გამოუშვა ფოტოელექტრონი. ეს შესაძლებლობა ეფუძნება ანალიზის მეთოდს, რომელსაც ეწოდება რენტგენის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია.

კვანტური მექანიკური გაანგარიშება იძლევა შემდეგ გამოხატულებას ფოტოელექტრული ეფექტის ჯვრის მონაკვეთის გარსზე (ქვეშელზე) შებოჭვის ენერგიაზე დამოკიდებულებისთვის. ეწმ.

იმიტომ რომ ე 2 ħ /მ ე გ= 5,5610 -2 keVÅ 2, შემდეგ ყველა მუდმივის გაერთიანებით მივიღებთ შემდეგ გამოსახულებას

Å 2 თუ ħ  კევ-ში.

(10.3)
თუ შედიხარ ħ  0 = ჰკ/ 0 = ე sv, მაშინ ვიღებთ ფოტოელექტრული ეფექტის ჯვრის მონაკვეთის დამოკიდებულებას რენტგენის ტალღის სიგრძეზე სახით

 0 შთანთქმის კიდის ტალღის სიგრძეს უწოდებენ(თუ TO- ჭურვი, მაშინ TO- შთანთქმის ზღვარი, თუ ლ 1, მაშინ ლ 1 - შთანთქმის ზღვარი).

და
ზემოთ მოყვანილი გამოთქმებიდან გამომდინარეობს, რომ როცა ħ   ე sv (   0) ფოტოელექტრული ეფექტის განივი მონაკვეთი უსასრულობისკენ მიისწრაფვის. ფაქტობრივად, ხდება  ph-ის მნიშვნელობის მკვეთრი მატება გარკვეულ მნიშვნელობამდე, რის შემდეგაც ფოტოელექტრული ეფექტის ჯვარი მონაკვეთი მოცემულ გარსზე (ქვეჭურვი) ხდება ნულის ტოლი ( ħ   ეწმ.). ამ შემთხვევაში, რა თქმა უნდა, ფოტოელექტრული ეფექტის ჯვარი მონაკვეთი გარსზე დაბალი შებოჭვის ენერგიით არ არის ნულის ტოლი. ნახ. 10.1a გვიჩვენებს ფოტოელექტრული ეფექტის ჯვრის მონაკვეთის დამოკიდებულებას ფოტონის ენერგიაზე და ნახ. 10.1b - ტალღის სიგრძეზე შთანთქმის კიდესთან.

ფოტოელექტრული ეფექტის მთლიანი ჯვარი კვეთა ატომში  ph არის ფოტოელექტრული ეფექტის ჯვარი მონაკვეთების ჯამი თითოეულზე. სჭურვები/ქვეჭურვები , რომლებიც დამოკიდებულია ћ  და ემოცემული გარსის/ქვეშლის sv.

თუ რენტგენის კვანტის ფოტოელექტრული ეფექტის ჯვარი კვეთა ენერგიასთან ћ  გარსზე/ქვეგარსზე ატომური კონცენტრაციის მქონე მონოატომურ ნიმუშში ნ 0 უდრის , მაშინ კვანტის საშუალო თავისუფალი გზა მის შთანთქმამდე ფოტოელექტრონის გათავისუფლებით სჭურვები/ქვეჭურვები

, (10.5)

სად ნ სარის ელექტრონების რაოდენობა ერთზე სჭურვი/ქვეჭურვი.

მოდით ნიმუშის შიგნით რენტგენის კვანტების ნაკადის ინტენსივობა ტოლია მეფენის სისქეში შესვლამდე dx, მაშინ ამ ფენაში ფოტოელექტრული ეფექტის გამო შთანთქმული სხივის ფრაქცია არის

,

სადაც  ს = ნ 0 ნ ს .

ამ დიფერენციალური განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ რენტგენის კვანტური ნაკადის ინტენსივობა ნიმუშის სისქით გავლის შემდეგლ დაკავშირებული ნაკადის სიჩქარესთან ნიმუშის შესასვლელთანმე 0 შემდეგი თანაფარდობა:

,

სად
–ხაზოვანი შთანთქმის კოეფიციენტი. საზომი ერთეული  - სმ -1.

ზოგჯერ ტერმინი გამოიყენება შესუსტების სიგრძეარის მანძილი ნორმალურიდან ნიმუშის ზედაპირამდე, რომლის დროსაც მცირდება რენტგენის ინტენსივობა ეერთხელ. შესუსტების სიგრძე ჩვეულებრივ იზომება μm-ში.

მიმდინარე გაანგარიშების მოდელები განსაკუთრებით კვანტურ ენერგიაზე ћ  ახლოს ეს, კარგად არ ეთანხმება ექსპერიმენტულ მონაცემებს, ამიტომ პრაქტიკაში სასურველია გამოვიყენოთ მონოატომურ მასალებში სხვადასხვა ენერგიის რენტგენის ფოტონების წრფივი შთანთქმის კოეფიციენტის ექსპერიმენტულად განსაზღვრული მნიშვნელობები, რომლებიც განისაზღვრება ცვლილებით. რენტგენის ფოტონის ნაკადის ინტენსივობა ცნობილი სისქის ნიმუშის გავლის შემდეგ.

საცნობარო წიგნები, როგორც წესი, იძლევა მნიშვნელობებს მასის შთანთქმის კოეფიციენტი /  , სადაც  არის შთამნთქმელის სიმკვრივე, საზომი ერთეული / არის სმ 2/გ. მასის შთანთქმის კოეფიციენტის გამოყენება, უპირველეს ყოვლისა, განპირობებულია იმით, რომ ხაზოვანი შთანთქმის კოეფიციენტის დასადგენად აუცილებელია თხელი (მიკრონის რიგით) შთანთქმის სისქის გაზომვა მაღალი სიზუსტით; გაცილებით დიდი სიზუსტით. ცნობილი შთამნთქმელი სიმკვრივით , აშკარაა, რომ  = (/).

მეორეც, მასის შთანთქმის კოეფიციენტის გამოყენება საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ / ნაერთისთვის, რომელიც შედგება სხვადასხვა ელემენტებისაგან ცნობილი მნიშვნელობებიდან (/) მეთითოეული ელემენტი, რომელიც ქმნის ნაერთს. ეს კეთდება შემდეგი გზით.

დაე
არის ატომზე ფოტოელექტრული ეფექტის მთლიანი კვეთა (ყველა გარსზე და ქვეგარსზე). მეკავშირის ე კომპონენტი. მაშინ ნაერთში წრფივი შთანთქმის კოეფიციენტი შეიძლება დაიწეროს როგორც

,

სად ნ მედა მ მე- ატომური კონცენტრაცია და ატომური მასა მე- ნაერთში მე-1 კომპონენტი, ნ 0 მეარის მონოელემენტის ნიმუშის ატომური კონცენტრაცია, რომელიც შედგება მხოლოდ მე-ე კომპონენტი, მ 0 - ატომური მასის ერთეული (1,6610 -24 გ). ფრჩხილებში მოცემული პროდუქტი ტოლია შთანთქმის წრფივი კოეფიციენტის მე- ე კომპონენტი; პროდუქტი მნიშვნელში არის სიმკვრივე მე-ე კომპონენტი, ამიტომ წრფივი შთანთქმის კოეფიციენტი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც

.

კავშირის სიმკვრივე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც
და მასის შთანთქმის კოეფიციენტი იწერება როგორც

,

სადაც  არის ნაერთის ატომური სიმკვრივე.

თუ ცნობილია ნაერთის სტოქიომეტრიული შემადგენლობა, მაშინ თითოეულის შედარებითი კონცენტრაცია მე-ე კომპონენტი თან მე. იმიტომ რომ თან მე = ნ მე /ნ, შემდეგ საბოლოოდ, ნაერთის მასის შთანთქმის კოეფიციენტიროგორც ჩანს:

.

ზოგჯერ მასის შთანთქმის კოეფიციენტი იწერება წონის წილადების მიხედვით რ მე მეკავშირის ე კომპონენტი (
).

ჰ და ლეღვი. 10.2 მაგალითად, ნაჩვენებია ნიკელის მასის შთანთქმის კოეფიციენტის დამოკიდებულება რენტგენის სხივების ტალღის სიგრძეზე. ძლიერი დამოკიდებულება / გამომდინარეობს ფოტოელექტრული ეფექტის განივი კვეთის ენერგეტიკული დამოკიდებულებიდან რენტგენის კვანტის ენერგიაზე (ტალღის სიგრძეზე). ნაკლები ტალღის სიგრძეზე TOარის შთანთქმის ზღვარი, განისაზღვრება როგორც თთან/(შესაბამისად ზე ћ  > ), კვანტები ძირითადად შეიწოვება TOჭურვი (
). უფრო დიდი ტალღის სიგრძეზე TO– შთანთქმის ზღვარი, ეს პროცესი ხდება ლ- ქვეჭურვები, სადაც მასის შთანთქმის კოეფიციენტისთვის ასევე შეინიშნება კიდეები, შესაბამისად ლ 1 , ლ 2 და ლ 3 - აბსორბცია.

Გვერდი 1

რენტგენის გამოსხივების გავლას ნიმუშის ნივთიერებით თან ახლავს რადიაციის ურთიერთქმედება ამ ნივთიერებასთან. ცნობილია ამ ურთიერთქმედების სამი ტიპი: (სლაიდი 17)

1. რენტგენის გამოსხივების გაფანტვა (უცვლელად და ტალღის სიგრძის ცვლილებით);

2. ფოტოელექტრული ეფექტი;

3. ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილების წარმოქმნა (ეს ეფექტი ხდება მხოლოდ 1 მევ-ზე მეტი ფოტონის ენერგიების დროს).

რენტგენის სხივების გაფანტვა. ნივთიერება, რომელიც ექვემდებარება რენტგენის სხივებს, ასხივებს მეორად გამოსხივებას, რომლის ტალღის სიგრძე ან ტოლია შემხვედრი სხივების ტალღის სიგრძისა (თანმიმდევრული გაფანტვა) ან ოდნავ განსხვავებული. პირველ შემთხვევაში, რენტგენის სხივის მიერ შექმნილი მონაცვლეობითი ელექტრომაგნიტური ველი იწვევს დასხივებული ნივთიერების ელექტრონების რხევად მოძრაობას და ისინი ხდებიან თანმიმდევრული გამოსხივების წყაროები. თანმიმდევრულობის გამო, სხვადასხვა ატომების მიერ მიმოფანტული სხივები შეიძლება ჩაერიოს. კრისტალურ ნივთიერებებში ატომურ სიბრტყეებს შორის მანძილი შედარებულია რენტგენის სხივების ტალღის სიგრძესთან. ამრიგად, კრისტალი ემსახურება როგორც დიფრაქციული ბადე ასეთი თანმიმდევრული რენტგენის სხივებისთვის.

კომპტონის ეფექტი. კომპტონის გაფანტვისას შემხვედრი კვანტური ელასტიურად ეჯახება ნივთიერების ელექტრონებს. შედეგად, ენერგიის ნაწილი იხარჯება ელექტრონის კინეტიკური ენერგიის გაზრდაზე და იზრდება გამოსხივების ტალღის სიგრძე. ამიტომ, კომპტონის გაფანტვა არათანმიმდევრულია და გაფანტული გამოსხივება ვერ შეუშლის ხელს. აქედან გამომდინარე, ჩვენ არ შევჩერდებით მასზე, მით უმეტეს, რომ ეს გაფანტვა უმნიშვნელოა შედარებით რბილი გამოსხივებისთვის, რომელიც გამოიყენება სტრუქტურულ და ფაზურ ანალიზში.

ფოტოელექტრული ეფექტი. ეს პროცესი ხდება მხოლოდ მყარი პირველადი გამოსხივების შემთხვევაში. ამ შემთხვევაში, მატერიის ატომებთან ურთიერთქმედებისას, რენტგენის სხივებს შეუძლიათ ელექტრონები გამოაგდონ ატომიდან, იონიზირება გაუკეთონ მას. გამოდევნილი ელექტრონების მაღალი კინეტიკური ენერგიით, ისინი თავად შეიძლება იყვნენ არადამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივების წყარო. ანუ ამ ტიპის გამოსხივება ხელს უწყობს მხოლოდ უწყვეტ (თეთრ) გამოსხივებას.

ნივთიერების მიერ რენტგენის გამოსხივების მთლიანი შთანთქმა.

მატერიის გავლით, რენტგენის სხივები იწვევს ატომების იონიზაციას, მათში ფლუორესცენტური გამოსხივების აგზნებას და აუგერის ელექტრონების წარმოქმნას. ეს პროცესები პასუხისმგებელია რენტგენის სხივების შთანთქმაზე. გარდა ამისა, ნივთიერებაში გამავალი სხივების ინტენსივობა შემხვედრი სხივის მიმართულებით მცირდება ნივთიერების ელექტრონების მიერ მისი ყველა მიმართულებით გაფანტვის გამო. დაბოლოს, ძალიან მაღალი ენერგიის რენტგენის კვანტები (1 მევ-ზე მეტი), რომლებიც დაფრინავენ ბირთვებთან ახლოს, იწვევს ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილების გაჩენას. ეს ყველაფერი ამცირებს გადაცემული სხივის ინტენსივობას, რაც უფრო სქელია მატერიის ფენა.

ზოგადი კანონი, რომელიც რაოდენობრივად განსაზღვრავს ნებისმიერი ერთგვაროვანი სხივების შესუსტებას შთამნთქმელ ნივთიერებაში, შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად:

„ერთი და იგივე ერთგვაროვანი ნივთიერების თანაბარ სისქეში შეიწოვება ერთი და იგივე გამოსხივების ენერგიის თანაბარი წილი“.

თუ ნივთიერებაზე მოხვედრილი სხივების ინტენსივობა აღინიშნება I 0-ით, ხოლო მათი ინტენსივობა შთამნთქმელი ნივთიერების ფირფიტაზე გავლის შემდეგ, როგორც I, მაშინ ეს კანონი შეიძლება გამოიხატოს შემდეგი ფორმით:

ავიღოთ თხელი ჰომოგენური ეკრანი, რომლის გავლითაც მონოქრომატული სხივი, რომლის განივი კვეთა ერთიანობას უდრის, კარგავს ენერგიას dI. იგი პროპორციულია ეკრანის სისქის dx და სხივის ინტენსივობის I 0 . ჩვენ ვიღებთ ამას:

dI = - μ I 0 dx

სადაც: dx არის ნივთიერების ფენის სისქე;

მუდმივი მნიშვნელობა μ არის რიცხვის ბუნებრივი ლოგარითმი, რომელიც ახასიათებს ინტენსივობის შემცირებას სხივების გავლისას მოცემული ნივთიერების ერთეული სისქის ფენაში:

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

ამ კოეფიციენტს ეწოდება μ - მოცემული ნივთიერების წრფივი შთანთქმის კოეფიციენტი, ან სხივების ხაზოვანი შესუსტების კოეფიციენტი.

ამ განტოლების ამოხსნით მივიღებთ:

I \u003d I 0 exp (-μ x)

სადაც x არის შთანთქმის ფენის სისქე.

შთანთქმის კოეფიციენტი შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც შინაგანი შთანთქმის კოეფიციენტების τ და გაფანტვის კოეფიციენტის ჯამი.

μ = τ + σ

უფრო მოსახერხებელია მასის შთანთქმის კოეფიციენტების გამოყენება, რადგან ხაზოვანი შთანთქმის კოეფიციენტები პროპორციულია ნიმუშის ნივთიერების სიმკვრივისა.

μ/ρ = τ/ρ + σ/ρ

ჩვენთვის საინტერესო ტალღის დიაპაზონში, მასის გაფანტვის კოეფიციენტი გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე შინაგანი შთანთქმის კოეფიციენტი τ/ρ, შესაბამისად, დაახლოებით ვარაუდობენ, რომ:

თუ ნიმუში ნივთიერების შემადგენლობა ცნობილია, მაშინ μ/ρ შეიძლება გამოითვალოს მისთვის, შემადგენლობის შემადგენლობის ცოდნით წონით (მასით) პროცენტით.

განხილული შთანთქმის კოეფიციენტები დამოკიდებულია ნივთიერების ატომურ რიცხვზე და რენტგენის ტალღის სიგრძეზე. არის სპეციალური მაგიდები. ეს მონაცემები აუცილებელია, მაგალითად, რენტგენის გამოსხივების საცდელ ნივთიერებაში შეღწევის სიღრმის დასადგენად რენტგენის გამოსახულების მოცემული გეომეტრიისთვის.

ახლა ვნახოთ, რატომ არის ეს საჭირო. სლაიდი 26 გვიჩვენებს რენტგენის შთანთქმის სპექტრს ნიკელში (შთანთქმის კოეფიციენტის μ/ρ დამოკიდებულება რენტგენის ტალღის სიგრძეზე). ჩანს, რომ გარკვეულ ტალღის სიგრძეზე შეიმჩნევა შთანთქმის კოეფიციენტის მნიშვნელობის მკვეთრი ცვლილება.

ნახტომებს შორის ინტერვალში, შთანთქმის კოეფიციენტი იზრდება ტალღის სიგრძის მატებასთან ერთად, სავარაუდო დამოკიდებულების მიხედვით:

სადაც: k არის პროპორციულობის კოეფიციენტი, ხოლო Z არის ელემენტის რიგითი რიცხვი.

შთანთქმის კოეფიციენტში ნახტომების შესაბამისი ტალღის სიგრძე ეწოდება შთანთქმის ზოლების კიდეები.მათ აქვთ კარგი სტრუქტურა, რომელსაც ჩვენ არ განვიხილავთ.

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, რენტგენის სხივების შთანთქმა ძირითადად განპირობებულია ატომების შიდა ან გარე ელექტრონული გარსებიდან ელექტრონების ამოვარდნით. თუ გამოსხივების ენერგია მეტია ან ტოლია იმ ენერგიაზე, რომელიც საჭიროა ელექტრონის მოცემული გარსიდან ამოსაღებად, მაშინ შთანთქმა ხდება ამ პროცესის გამო. თუ გამოსხივების ენერგია ნაკლებია, მაშინ შთანთქმა ხდება მხოლოდ მეტი გარე გარსის ხარჯზე. ამიტომ გამოიყოფა K-, L-, M- და ა.შ. შთანთქმის ზოლების კიდეები.

კოეფიციენტი k ზემოხსენებულ განტოლებაში დაახლოებით უდრის 7x10 -3 ტალღის სიგრძისთვის შესწავლილი ნივთიერების შთანთქმის ზოლის K კიდეზე მცირე. შთანთქმის ზოლების K- და L- კიდეებს შორის ინტერვალში არის დაახლოებით 9x10 -4. ანუ შთანთქმის ზოლის K კიდეზე გავლისას შთანთქმის კოეფიციენტი იცვლება დაახლოებით 8-ჯერ. ეს არის ის, რაც იწვევს ნახტომს სპექტრში.

ამ ნახტომების არსებობა გათვალისწინებულია რენტგენის ფოტოების გადაღებისთვის რადიაციის არჩევისას. მეორადი რენტგენის გამოსხივება შთანთქმის ზოლების კიდეებიდან იწვევს ფონის მნიშვნელოვან ზრდას რენტგენის ნიმუშებზე და, შესაბამისად, არასასურველია. აქედან გამომდინარე, რადიაცია არჩეულია გადასაღებად ან λ კიდეზე მნიშვნელოვნად ნაკლები ტალღის სიგრძით, ან λ კიდეზე მეტი. (სლაიდი 28 a და b).

შთანთქმის ზოლის კიდეების არსებობა ასევე გამოიყენება β- გამოსხივების შესასუსტებლად. ამისათვის, K-სერიის გამოსხივების სხივის გზაზე მოთავსებულია მასალის თხელი ფირფიტა შთანთქმის ზოლის კიდით, რომელიც დევს გამოყენებული გამოსხივების α და β ხაზებს შორის. (სლაიდი 28 დ).

როგორც წესი, ელემენტის ფოლგა, რომლის სერიული ნომერი ერთით ნაკლებია ანოდის სერიულ ნომერზე, შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფილტრად.

მაგრამ სინამდვილეში ყველაფერი ასე მარტივი არ არის. მაგალითად, ტიტანის დიოქსიდის TiO 2 რენტგენის გადასაღებად, შეიძლება გამოყენებულ იქნას მოლიბდენის მილიდან გამოსხივება, რადგან რენტგენის ტალღის სიგრძე ამ შემთხვევაში არის 0,709 A, ანუ შთანთქმის ზოლის კიდეზე ბევრად ნაკლები. ტიტანის (2,50 A). ანუ ვახორციელებთ პოზიციის (a) მდგომარეობას სლაიდზე. თუმცა, ამ მილის გამოყენება რადიაციის ფაზური ანალიზისთვის არასასურველია. მცირე ტალღის სიგრძის გამო, პლანთაშორისი მანძილების განსაზღვრის გარჩევადობა და სიზუსტე დაბალი იქნება. უპირატესობა უნდა მიენიჭოს უფრო გრძელი ტალღის სიგრძის რადიაციას. მაგალითად, სპილენძის მილიდან. CuK α ტალღის სიგრძეა 1,54A, ასევე უფრო მოკლე ვიდრე ტიტანის შთანთქმის ზოლის ზღვარზე. ფილტრად გამოიყენება ნიკელის ფოლგა. სპილენძის სერიული ნომერია 29, ხოლო ნიკელის 28. მეორადი ტიტანის გამოსხივების შესუსტების მიზნით, ნიკელის თავზე ასევე მოთავსებულია ალუმინის ფოლგა. რბილი ტიტანის გამოსხივება ბევრად უფრო ძლიერად შეიწოვება, ვიდრე უფრო მყარი სპილენძის გამოსხივება. ანუ ტალღის სიგრძისა და ფილტრის მასალის არჩევის პროცესი არც თუ ისე მარტივია.

2. რენტგენის გამოსხივების წყაროები

სტრუქტურული კვლევებისთვის რენტგენის სხივების მიღების ძირითადი მეთოდები დაკავშირებულია სწრაფად მფრინავი ელექტრონების ნაკადის გამოყენებასთან. ელექტრონული ამაჩქარებლები - ბეტატრონები და ხაზოვანი - გამოიყენება მაღალი სიმძლავრის მოკლე ტალღის რენტგენის გამოსხივების წარმოებისთვის, რომელიც ძირითადად გამოიყენება ხარვეზების გამოვლენაში.

თუმცა, ელექტრონული ამაჩქარებლები არის მოცულობითი, ძნელად რეგულირებადი და ძირითადად გამოიყენება სტაციონარული დანადგარებში. რენტგენის ყველაზე გავრცელებული წყაროა რენტგენის მილი.

ელექტრონული სხივების მიღების პრინციპის მიხედვით, რენტგენის მილები იყოფა მილებად ცხელი კათოდით (თავისუფალი ელექტრონები წარმოიქმნება თერმიონული ემისიის შედეგად (ნახ. 3)) და მილებად ცივი კათოდით (შედეგად წარმოიქმნება თავისუფალი ელექტრონები. საველე ემისია). ორივე ტიპის რენტგენის მილები შეიძლება დალუქული იყოს მუდმივი ვაკუუმით და დამონტაჟება, ევაკუაცია ვაკუუმური ტუმბოებით.

ყველაზე გავრცელებულია დალუქული ცხელი კათოდური რენტგენის მილები. ისინი შედგება მინის ბოლქვისა და ორი ელექტროდისგან - კათოდისა და ანოდისგან (ნახ. 5). კოლბაში იქმნება მაღალი ვაკუუმი (10-7 - 10-8 მმ Hg), რომელიც უზრუნველყოფს ელექტრონების თავისუფალ მოძრაობას კათოდიდან ანოდამდე, ცხელი კათოდის თბო, ქიმიურ და ელექტრო იზოლაციას.

რენტგენის მილის კათოდი შედგება ძაფისა და ფოკუსირების თავსახურისგან. ძაფის და თავსახურის ფორმას განსაზღვრავს მილის ანოდზე არსებული ფოკუსური ლაქის მოცემული ფორმა - მრგვალი ან ხაზოვანი. ვოლფრამის სპირალის ძაფი თბება ელექტრული დენით 2000 - 2200 C-მდე; ემისიის მახასიათებლების გასაუმჯობესებლად, ძაფი ხშირად დაფარულია თორიუმის ნაერთებით.

ფოკუსური წერტილის ზომები განსაზღვრავს რენტგენის მილის ოპტიკურ თვისებებს. გადაცემის დროს გამოსახულების სიმკვეთრე, ისევე როგორც რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის სიზუსტე, რაც უფრო მაღალია, მით უფრო მცირეა ფოკუსის ზომა. რენტგენის მილებს მცირე ფოკუსის ზომით უწოდებენ მკვეთრი ფოკუსის მილებს.

რენტგენის მილის ანოდი არის სპილენძის ცილინდრი, რომლის ბოლოში დაჭერილია ანოდის სარკე - მასალის ფირფიტა, რომელშიც ელექტრონები ნელდება. გადაცემის რენტგენის მილებში სარკე დამზადებულია ვოლფრამისგან, რენტგენის დიფრაქციული ანალიზისთვის - ლითონისგან, რომლის დამახასიათებელი გამოსხივება იქნება გამოყენებული. ანოდის ბოლო რენტგენის მილებში სტრუქტურული ანალიზისთვის იჭრება გარკვეული კუთხით ანოდის ღერძთან (ელექტრონული სხივი). ეს კეთდება იმისათვის, რომ მივიღოთ სხივი, რომელიც ტოვებს მილს მაქსიმალური ინტენსივობით.

როდესაც ელექტრონები ხვდებიან ანოდის სარკეში, მათი ენერგიის დაახლოებით 96% გარდაიქმნება სითბოდ, ასე რომ ანოდის ცილინდრი გაცივდება წყლის ან ზეთის საშუალებით.

ანოდი დაცულია სპეციალური სპილენძის გარსით ანოდიდან არეკლილი ელექტრონების დასაჭერად და გამოუყენებელი რენტგენისგან დასაცავად. ამ კორპუსს აქვს ერთი ან მეტი რენტგენის გამოსასვლელი ფანჯარა, რომლებშიც ჩასმულია ბერილიუმის თხელი ფირფიტები, რომლებიც პრაქტიკულად არ შთანთქავს მილში წარმოქმნილ რენტგენის სხივებს.

რენტგენის მილის P-ის შემზღუდავი სიმძლავრე განისაზღვრება მასში გამავალი ელექტრული დენის სიმძლავრით:

სადაც U არის რენტგენის მილზე გამოყენებული მაქსიმალური ძაბვა; I არის მაქსიმალური დენი, რომელიც მიედინება რენტგენის მილში.

ფაქტობრივი სიმძლავრის ლიმიტი დამოკიდებულია ფოკუსური წერტილის ფართობზე (ანუ სიმძლავრის სიმკვრივეზე), ანოდის მასალაზე და მილის ხანგრძლივობაზე. მოკლევადიანი დატვირთვები შეიძლება იყოს ათჯერ მეტი ვიდრე გრძელვადიანი.

რენტგენის მილის მეშვეობით პრაქტიკულად გაზომვადი დენი ჩნდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც ძაფის დენი მიაღწევს გარკვეულ მნიშვნელობას, რომელიც შეესაბამება ძაფის გათბობის ტემპერატურას 2000–2100 C (ნახ. 6 ა); ძაფის დენის მატება მკვეთრად ზრდის ტემპერატურას და ძაფის მიერ გამოსხივებული ელექტრონების რაოდენობას (ემისიული დენი). ძაფის მუდმივი დენისა და დაბალი ძაბვის დროს, ყველა ემისიის ელექტრონი არ ეცემა ანოდზე, მაგრამ მხოლოდ მათი ნაწილი, რაც უფრო დიდია, მით უფრო მაღალია ანოდის ძაბვა. გარკვეულ ძაბვაზე, რომელიც დამოკიდებულია ძაფის დენზე, ყველა ემისიის ელექტრონი ეცემა ანოდზე (გაჯერების რეჟიმი), შესაბამისად, ანოდის ძაბვის შემდგომი მატება არ ზრდის ანოდის დენს (ის უდრის ემისიის დენს). ანოდის დენის ამ შეზღუდულ მნიშვნელობას ეწოდება გაჯერების დენი და რაც უფრო მაღალია, მით მეტია ძაფის დენი (ნახ. 6 ბ). რენტგენის მილები მუშაობს გაჯერების რეჟიმში 3-4-ჯერ მეტი ძაბვით, ვიდრე ნომინალური ძაბვა, ანუ აუცილებელია გაჯერების დენის დასადგენად. ამიტომ, ანოდის დენი რეგულირდება ფართო დიაპაზონში, ოდნავ ცვლის ძაფის დენს.

სტრუქტურული ანალიზისთვის რენტგენის მილების აღნიშვნებში, ანოდის ძაბვის ნაცვლად, მითითებულია ანოდის სარკის მასალა, რომელიც გამოიყენება როგორც Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag, W და სხვა. სუფთა ლითონები. (თითოეულს, რა თქმა უნდა, აქვს დამახასიათებელი გამოსხივების საკუთარი ტალღის სიგრძე). მაგალითად, 0.7BSV-2-Co მილს აქვს უწყვეტი სიმძლავრე 0.7 კვტ, უსაფრთხოა, განკუთვნილია სტრუქტურული ანალიზისთვის, წყლის გაგრილებისთვის, ტიპი 2, კობალტის ანოდისთვის.

რენტგენის გამოსხივების რეგისტრაცია.

რენტგენის აღრიცხვისთვის გამოიყენება ფოტოგრაფიული, ლუმინესცენტური, სცინტილაციის, ელექტროფოტოგრაფიული და იონიზაციის მეთოდები.

ისტორიულად, პირველი და ბოლო დრომდე ყველაზე მეტად გამოყენებული იყო ფოტოგრაფიული მეთოდი.

ამჟამად ფართოდ გამოიყენება რენტგენის ჩაწერის ფოტოგრაფიული მეთოდი. მას აქვს მაღალი მგრძნობელობა და დოკუმენტაცია, მაგრამ მოითხოვს სპეციალური ფოტომასალის გამოყენებას და მათ შრომატევად დამუშავებას. რენტგენის ფილმებს აქვთ ორმხრივი ემულსიური ფენა, რომელიც შეიცავს ბევრად მეტ ვერცხლის ბრომიდს, ვიდრე ჩვეულებრივი ფოტოგრაფიული მასალები. ფოტოგრაფიული ემულსია შედგება წვრილი (~ 1 μm) AgBr კრისტალებისაგან მცირე რაოდენობით გოგირდის დანამატებით, რაც ქმნის სტრუქტურულ დეფექტებს. აქედან გამომდინარე, არსებობს ლატენტური გამოსახულების აგზნების ცენტრები. ემულსიაში ν = ε h ენერგიით რენტგენის კვანტების შეწოვისას, ასევე ხილული სინათლის მოქმედების დროს, პროცესები მიმდინარეობს სქემის მიხედვით:

AgBr + hv → Ag + Br.

20-100 Ag ატომის დაგროვება ქმნის ლატენტური გამოსახულების სტაბილურ ცენტრს, რომელიც შეიძლება განვითარდეს ფოტორეაგენტ-დეველოპერის მოქმედებით. ლატენტური გამოსახულების ცენტრების შემცველი კრისტალები დაყვანილია მეტალის ვერცხლად. AgBr კრისტალები, რომლებიც არ შეიცავს ასეთ ცენტრებს და არ არის შემცირებული დეველოპერის მიერ, ემულსიიდან გამოირეცხება ფიქსაციის ხსნარით. შედეგად, ფილმზე რჩება მხოლოდ მეტალის ვერცხლის მარცვლები. ასეთი მარცვლების რაოდენობა განსაზღვრავს ფოტოგრაფიული ემულსიის გაშავების სიმკვრივეს, რომელიც პროპორციულია ექსპოზიციის - გამოსხივების ინტენსივობისა და ექსპოზიციის დროის პროდუქტის.

რენტგენოგრაფიაზე გაშავების სიმკვრივის შეფასება ხორციელდება ვიზუალურად ან უფრო ზუსტად მიკროფოტომეტრების გამოყენებით, რაც საშუალებას გაძლევთ ჩაწეროთ და გამოთვალოთ გაშავების სიმკვრივის განაწილების მრუდი.

მანათობელ ეკრანზე გამოსახულების დაკვირვების ლუმინესცენტურ მეთოდს (ფლუოროსკოპია) აქვს ძალიან მაღალი პროდუქტიულობა და არ საჭიროებს ფოტოგრაფიული მასალების ღირებულებას. ეს მეთოდი ეფუძნება ლუმინესცენციას გარკვეული ნივთიერებების რენტგენის სხივების, განსაკუთრებით კი ფოსფორების - ნივთიერებების მოქმედების ქვეშ, რომლებიც იძლევა ხილული გამოსხივების მაღალ გამომუშავებას (ფლუორესცენცია).

საუკეთესო ფოსფორი ყვითელ-მწვანე ბზინვარებით არის 50% ZnS + 50% CdS ნარევი. მსგავსი ლუმინოფორები გამოიყენება ეკრანების დასამზადებლად რენტგენის სხივებში გამოსახულებების ვიზუალური დაკვირვებისთვის (ეკრანები ნაკლის გამოვლენისა და სამედიცინო დიაგნოსტიკის გადაცემისთვის). მცირე ეკრანები გამოიყენება რენტგენის კამერების დასაყენებლად და რენტგენის დიფრაქტომეტრების გონიომეტრების გასასწორებლად. ფოსფორი CaWO4 (ლურჯ-იისფერი ელვარებით) გამოიყენება რენტგენის სხივების ფოტოგრაფიული მოქმედების გასაძლიერებლად. ამისათვის ეკრანი მჭიდროდ არის დაჭერილი ფოტოფილმის ემულსიაზე, რაც შესაძლებელს ხდის მკვეთრად შეამციროს ექსპოზიცია გადაცემის დროს (ფლუოროგრაფია).

სცინტილაციის მრიცხველი არის ლუმინესცენტური კრისტალის (NaI დოპირებული ტალიუმის Tl აქტივატორით) და ფოტოგამრავლების მილის (PMT) კომბინაცია.

სცინტილატორში შეღწევისას, რენტგენის კვანტი შეიწოვება ფოსფორის მიერ, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ფოტოელექტრონი. კრისტალის ნივთიერებაში გავლისას ეს ელექტრონი იონიზებს ატომების დიდ რაოდენობას. იონიზებული ატომები, რომლებიც უბრუნდებიან სტაბილურ მდგომარეობას, ასხივებენ ულტრაიისფერი სინათლის ფოტონებს. ეს ფოტონები, რომლებიც ცვივა PMT ფოტოკათოდზე, მისგან აოკებენ ელექტრონებს, რომლებიც, აჩქარდებიან ფოტოგამრავლების ელექტრულ ველში, ეცემა პირველ ემიტერზე. ყოველი ელექტრონი გამოყოფს რამდენიმე ელექტრონს ემიტერის საფარის მასალისგან და მთელი პროცესი მეორდება შემდეგ ემიტერზე და ა.შ. თანამედროვე PMT-ები შედგება 8 - 15 ეტაპისგან, მათი საერთო მომატება აღწევს 10 7 - 10 8 .

თითოეულ ეტაპზე გამოიყენება 150-200 ვოლტის ძაბვა. PMT 600-ზე ჯამური ძაბვა არის 2000 ვ. PMT გამომავალზე ჩნდება ძაბვის პულსი, რომელიც პროპორციულია აღმოჩენილი კვანტის ენერგიისა. მაგალითად, Kα სპილენძისთვის, ამ პულსის ამპლიტუდა არის 0,01 ვ. ამიტომ, ასეთი პულსების დასარეგისტრირებლად გამოიყენება გამაძლიერებლები ათასის რიგის გაზრდით.

ელექტროფოტოგრაფიული მეთოდი (ქსეროგრაფია) ინარჩუნებს ფოტომეთოდის ბევრ უპირატესობას, მაგრამ უფრო ეკონომიურია. მისი პრინციპი იგივეა, რაც გამრავლების მოწყობილობების. ამ მეთოდს ჯერ არ ჰპოვა ფართო გამოყენება სტრუქტურული კვლევების პრაქტიკაში, მაგრამ მისი გამოყენება იწყება ხარვეზების გამოვლენის პრობლემების გადასაჭრელად, განსაკუთრებით მიკროდეფექტოსკოპიაში, ე.წ. რენტგენის მიკროსკოპების საფუძველზე.

იონიზაციის მეთოდი შესაძლებელს ხდის რენტგენის სხივების ინტენსივობის ზუსტად გაზომვას, მაგრამ გაზომვა ხორციელდება მცირე ფართობზე, რომელიც განისაზღვრება მრიცხველის შეყვანის ფანჯრის ზომით და საზომი ჭრილებით. ამიტომ, რენტგენის სხივების ინტენსივობის სივრცითი განაწილების გასაზომად აუცილებელია სკანირება - მრიცხველის გადაადგილება გაფანტვის კუთხეების მთელ რეგიონზე.

ეს ზღუდავს მეთოდის გამოყენებას ხარვეზის გამოვლენაში, სადაც ის ფართოდ გამოიყენება მხოლოდ სისქის გასაზომად; თუმცა რენტგენის დიფრაქციული ანალიზისას ეს მეთოდი პრაქტიკულად ანაცვლებს ყველა დანარჩენს, მიუხედავად ძვირადღირებული ელექტრონული აღჭურვილობის გამოყენების აუცილებლობისა.

იონიზაციის მეთოდი ემყარება ნივთიერების ატომების იონიზაციას რენტგენის კვანტებთან ურთიერთობისას. თუ გაზის იონიზაცია ხდება ბრტყელი კონდენსატორის ველში, მაშინ წარმოქმნილი იონები გადადიან შესაბამის ელექტროდებზე და წარმოიქმნება იონიზაციის დენი. კონდენსატორის ფირფიტებზე ელექტრული ველის სიძლიერის მატებასთან ერთად იზრდება იონების სიჩქარე, შესაბამისად, საპირისპირო იონების შეჯახებისას მცირდება მათი განეიტრალების ალბათობა, შესაბამისად, იონიზაციის დენი იზრდება (ნახ. 7). ძაბვისას U > U 1 ნეიტრალიზაცია ხდება უმნიშვნელო და იონიზაციის დენი აღწევს გაჯერებას.

ძაბვის შემდგომი ზრდით U = U 2-მდე, იონიზაციის დენი არ იზრდება, იზრდება მხოლოდ იონის სიჩქარე. U > U 2-ზე იონის სიჩქარე იმდენად მაღალი ხდება, რომ ხდება აირის მოლეკულების ზემოქმედების იონიზაცია. გაზის ატომებთან რადიაციის ურთიერთქმედების დროს წარმოქმნილი ფოტოელექტრონები და შეჯახების დროს დაკარგეს სიჩქარე, არ შერწყმულია, მაგრამ კვლავ აჩქარდებიან, იღებენ კინეტიკურ ენერგიას საკმარისი გაზის იონიზებისთვის და ახალი იონ-ელექტრონული წყვილების შესაქმნელად. ამ პროცესების შედეგად ზემოქმედების იონიზაცია ისევ და ისევ ხდება და ელექტრონების რაოდენობა ზვავის მსგავსად იზრდება. დენი იწყებს წრფივ მატებას ძაბვის გაზრდით ე.წ. გაზის გაძლიერების გამო. მომატება U ≤ U 3-მდე ძაბვაზე შეიძლება მიაღწიოს 10 2 -10 4 (სრული პროპორციულობის ფართობი).

ამ სფეროში, არსებობს ორი სახის გამონადენი: დამოკიდებული და დამოუკიდებელი. U 2 - U 3 რეგიონში ელექტრონული ზვავები სწრაფად ქრება და გამონადენი ჩერდება, როგორც კი ყველა იონი და ელექტრონი მიაღწევს კათოდსა და ანოდს. გამონადენი არსებობს მხოლოდ მანამ, სანამ რადიაცია შედის მრიცხველში. ეს არის დამოუკიდებელი კატეგორია.

ძაბვის შემდგომი მატება იწვევს თვითგამონადენს.

U > U 3-ისთვის დარღვეულია გაზის გაძლიერების წრფივიობა (არასრული პროპორციულობის რეგიონი). U > U 4-ზე ხდება ზვავის გამონადენი. ზვავის წარმოქმნა ასევე ხდება კათოდზე ფოტოელექტრული ეფექტის გამო წარმოქმნილი ფოტოელექტრონების მოქმედებით. კათოდი დასხივებულია ულტრაიისფერი გამოსხივებით, რომელიც წარმოიქმნება იონების რეკომბინაციის დროს. გამონადენი მყისიერად ვრცელდება გაზის მთელ მოცულობაზე და არ არის საჭირო ახალი რადიაციის კვანტები მის შესანარჩუნებლად.

სტატიის შინაარსი

რენტგენის გამოსხივების აბსორბცია ნივთიერებაში.რენტგენის სხივების ნივთიერებასთან (მყარ, თხევად ან აირად) ურთიერთქმედების შესწავლისას ფიქსირდება გადაცემული ან დიფრაქციული გამოსხივების ინტენსივობა. ეს ინტენსივობა განუყოფელია და დაკავშირებულია სხვადასხვა ურთიერთქმედების პროცესებთან. ამ პროცესების ერთმანეთისგან გამოსაყოფად გამოიყენება მათი დამოკიდებულება ექსპერიმენტულ პირობებზე და შესასწავლი ობიექტის ფიზიკურ მახასიათებლებზე.

რენტგენის გაფანტვის ეფექტი განპირობებულია იმით, რომ რენტგენის სხივის მიერ შექმნილი ალტერნატიული ელექტრომაგნიტური ველის ძალები იწვევს საკვლევ მასალაში არსებული ელექტრონების რხევას. რხევადი ელექტრონები ასხივებენ იმავე ტალღის სიგრძის რენტგენულ სხივებს, როგორც პირველადი, ხოლო 1 გ ნივთიერების მიერ მიმოფანტული სხივების სიმძლავრის თანაფარდობა დაცემის გამოსხივების ინტენსივობასთან არის დაახლოებით 0,2. ეს კოეფიციენტი გარკვეულწილად იზრდება გრძელი ტალღის რენტგენის სხივებისთვის (რბილი გამოსხივება) და მცირდება მოკლე ტალღის სიგრძის სხივებისთვის (მყარი გამოსხივება). ამ შემთხვევაში, სხივები ყველაზე ძლიერად არის მიმოფანტული რენტგენის სხივის მოხვედრის მიმართულებით (და საპირისპირო მიმართულებით) და ყველაზე სუსტი (2-ჯერ) პირველადის პერპენდიკულარული მიმართულებით.

ფოტოელექტრული ეფექტი ხდება მაშინ, როდესაც ინციდენტური რენტგენის სხივების შეწოვას თან ახლავს ელექტრონების გამოსხივება. შიდა ელექტრონის განდევნის შემდეგ ხდება სტაციონარულ მდგომარეობაში დაბრუნება. ეს პროცესი შეიძლება მოხდეს ან გამოსხივების გარეშე მეორე ელექტრონის გამოდევნით (აუგერის ეფექტი), ან თან ახლდეს მასალის ატომების დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივება. სმ. რენტგენის სხივები). თავისი ბუნებით, ეს ფენომენი ფლუორესცენციის მსგავსია. რენტგენის ფლუორესცენცია შეიძლება მოხდეს მხოლოდ მაშინ, როდესაც ელემენტის დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივება ექვემდებარება ბარიერს მსუბუქი ელემენტისგან (დაბალი ატომური რიცხვით).

რენტგენის სხივების მთლიანი შთანთქმა განისაზღვრება ყველა სახის ურთიერთქმედების შეჯამებით, რომლებიც ასუსტებს რენტგენის ინტენსივობას. ნივთიერების გავლისას რენტგენის ინტენსივობის შესუსტების შესაფასებლად გამოიყენება ხაზოვანი შესუსტების კოეფიციენტი, რომელიც ახასიათებს გამოსხივების ინტენსივობის შემცირებას ნივთიერების 1 სმ-ზე გავლისას და უდრის თანაფარდობის ბუნებრივ ლოგარითმს. ინციდენტის ინტენსივობა და გადაცემული რადიაცია. გარდა ამისა, ნივთიერების შთანთქმის უნარის მახასიათებლად გამოყენებულია ნახევრად შთანთქმის ფენის სისქე, ე.ი. ფენის სისქე, რომლის მეშვეობითაც გამოსხივების ინტენსივობა განახევრდება.

რენტგენის გაფანტვის ფიზიკური მექანიზმები და მეორადი დამახასიათებელი გამოსხივების გამოჩენა განსხვავებულია, მაგრამ ყველა შემთხვევაში ისინი დამოკიდებულია რენტგენის სხივებთან ურთიერთქმედების ნივთიერების ატომების რაოდენობაზე, ე.ი. ნივთიერების სიმკვრივეზე, ამიტომ შთანთქმის უნივერსალური მახასიათებელია მასის შთანთქმის კოეფიციენტი, ჭეშმარიტი შთანთქმის კოეფიციენტი, რომელიც დაკავშირებულია ნივთიერების სიმკვრივესთან.

შთანთქმის კოეფიციენტი იმავე ნივთიერებაში მცირდება რენტგენის ტალღის სიგრძის კლებასთან ერთად, თუმცა ტალღის გარკვეულ სიგრძეზე ხდება შთანთქმის კოეფიციენტის მკვეთრი მატება (ნახტომი), რის შემდეგაც იგი აგრძელებს კლებას (ნახ.). ნახტომით, შთანთქმის კოეფიციენტი იზრდება რამდენჯერმე (ზოგჯერ სიდიდის ბრძანებით) და სხვადასხვა მნიშვნელობებით სხვადასხვა ნივთიერებებისთვის. შთანთქმის ნახტომის წარმოქმნა განპირობებულია იმით, რომ გარკვეული ტალღის სიგრძეზე აღგზნებულია დასხივებული ნივთიერების დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივება, რაც მკვეთრად ზრდის ენერგიის დანაკარგს გამოსხივების გავლისას. შთანთქმის კოეფიციენტის ტალღის სიგრძეზე დამოკიდებულების მრუდის თითოეულ მონაკვეთში (შთანთქმის ნახტომამდე და შემდეგ), მასის შთანთქმის კოეფიციენტი იცვლება რენტგენის ტალღის სიგრძის კუბისა და ქიმიური ელემენტის (დაბრკოლების) ატომური რიცხვის პროპორციულად. მასალა).

როდესაც არამონოქრომატული რენტგენის გამოსხივება, მაგალითად, გამოსხივება უწყვეტი სპექტრით, გადის ნივთიერებაში, წარმოიქმნება შთანთქმის კოეფიციენტების სპექტრი, ხოლო მოკლე ტალღის გამოსხივება შეიწოვება უფრო სუსტად, ვიდრე გრძელი ტალღის გამოსხივება და ბარიერის სისქე იზრდება. , მიღებული შთანთქმის კოეფიციენტი უახლოვდება მოკლე ტალღის გამოსხივების მახასიათებელ მნიშვნელობას. თუ ნივთიერება შედგება რამდენიმე ქიმიური ელემენტისგან, მაშინ მთლიანი შთანთქმის კოეფიციენტი დამოკიდებულია თითოეული ელემენტის ატომურ რიცხვზე და ამ ელემენტის რაოდენობაზე ნივთიერებაში.

ნივთიერებაში რენტგენის შთანთქმის გამოთვლებს დიდი მნიშვნელობა აქვს რენტგენის ხარვეზის გამოსავლენად. ლითონის ფირფიტაზე დეფექტის (მაგალითად, ფორის ან გარსის) არსებობისას, გადაცემული გამოსხივების ინტენსივობა იზრდება, ხოლო მძიმე ელემენტიდან ჩართვისას ის მცირდება. შთანთქმის კოეფიციენტის სიდიდის ცოდნით, შესაძლებელია შიდა დეფექტის გეომეტრიული ზომების გამოთვლა.

რენტგენის ფილტრები.

რენტგენის სხივების გამოყენებით მასალების შესწავლისას, შედეგების ინტერპრეტაცია გართულებულია რამდენიმე ტალღის სიგრძის არსებობის გამო. ცალკეული ტალღის სიგრძის იზოლირებისთვის გამოიყენება რენტგენის ფილტრები, რომლებიც დამზადებულია სხვადასხვა ტალღის სიგრძისთვის სხვადასხვა შთანთქმის კოეფიციენტის მქონე ნივთიერებებისგან, იმ ფაქტის გამოყენებით, რომ რადიაციის ტალღის სიგრძის ზრდას თან ახლავს შთანთქმის კოეფიციენტის ზრდა. მაგალითად, ალუმინისთვის, K-სერიის რენტგენის გამოსხივების შთანთქმის კოეფიციენტი რკინის ანოდიდან (l = 1,932 A) მეტია, ვიდრე K- სერიის გამოსხივება მოლიბდენის ანოდიდან (l = 0,708 A). ხოლო ალუმინის ფილტრის სისქით 0,1 მმ, რკინის ანოდიდან გამოსხივების შესუსტება 10-ჯერ მეტია, ვიდრე მოლიბდენის გამოსხივება.

შთანთქმის ნახტომის არსებობა ტალღის სიგრძეზე შთანთქმის კოეფიციენტის დამოკიდებულების მრუდზე შესაძლებელს ხდის შერჩევითი შთამნთქმელი ფილტრების მიღებას, თუ გაფილტრული გამოსხივების ტალღის სიგრძე პირდაპირ დევს შთანთქმის ნახტომის უკან. ეს ეფექტი გამოიყენება K-სერიის გამოსხივების b კომპონენტის გასაფილტრად, რომელიც ინტენსივობით 5-ჯერ სუსტია, ვიდრე a-კომპონენტი. თუ აირჩევთ შესაბამის ფილტრის მასალას ისე, რომ a და b კომპონენტები იყოს შთანთქმის ნახტომის მოპირდაპირე მხარეს, მაშინ b კომპონენტის ინტენსივობა რამდენჯერმე მცირდება. მაგალითად არის სპილენძის b-გამოსხივების ფილტრაციის პრობლემა, რომელშიც K-სერიის a-გამოსხივების ტალღის სიგრძეა 1,539, ხოლო b- გამოსხივება არის 1,389 A. ამავდროულად, შთანთქმის კოეფიციენტის დამოკიდებულებაზე. ტალღის სიგრძე, შთანთქმის ნახტომი შეესაბამება ტალღის სიგრძეს 1,480 ა, ე.ი. არის სპილენძის a და b გამოსხივების ტალღის სიგრძეებს შორის, შთანთქმის ნახტომის რეგიონში შთანთქმის კოეფიციენტი იზრდება 8-ჯერ, ამიტომ b გამოსხივების ინტენსივობა ათჯერ ნაკლებია გამოსხივების ინტენსივობაზე.

როდესაც რენტგენის სხივები ურთიერთქმედებს მყარ სხეულთან, სტრუქტურის რადიაციული დაზიანება შეიძლება მოხდეს ატომების მოძრაობის გამო. ფერთა ცენტრები ჩნდება იონურ კრისტალებში, მსგავსი ფენომენები შეინიშნება ჭიქებში, ხოლო მექანიკური თვისებები იცვლება პოლიმერებში. ეს ეფექტები ასოცირდება ატომების ჩამოგდებასთან მათი წონასწორული პოზიციებიდან კრისტალურ ბადეში. შედეგად, წარმოიქმნება ვაკანსიები - ატომების არარსებობა წონასწორობის პოზიციებზე კრისტალურ გისოსში და ინტერსტიციული ატომები, რომლებიც წონასწორობის მდგომარეობაში არიან ბადეში. კრისტალების და მინის შეღებვის ეფექტი რენტგენის სხივების მოქმედებით შექცევადია და უმეტეს შემთხვევაში ქრება გაცხელების ან ხანგრძლივი ზემოქმედების დროს. პოლიმერების მექანიკური თვისებების ცვლილება რენტგენის დასხივების ქვეშ დაკავშირებულია ატომთაშორისი ბმების გაწყვეტასთან.

მყარ სხეულთან რენტგენის გამოსხივების ურთიერთქმედების შესწავლის ძირითადი მიმართულებაა რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი, რომელიც გამოიყენება მყარ სხეულში ატომების განლაგებისა და გარე გავლენის ქვეშ მისი ცვლილებების შესასწავლად.

რენტგენის გამოსხივება (რენტგენის სხივების სინონიმი) არის ტალღის სიგრძის ფართო დიაპაზონი (8·10 -6-დან 10-12 სმ-მდე). რენტგენის გამოსხივება ხდება მაშინ, როდესაც დამუხტული ნაწილაკები, ყველაზე ხშირად ელექტრონები, ნელდება ნივთიერების ატომების ელექტრულ ველში. მიღებულ კვანტებს აქვთ სხვადასხვა ენერგია და ქმნიან უწყვეტ სპექტრს. ფოტონის მაქსიმალური ენერგია ასეთ სპექტრში უდრის ინციდენტის ელექტრონების ენერგიას. (იხ.) რენტგენის კვანტების მაქსიმალური ენერგია, გამოხატული კილოელექტრონ-ვოლტებში, რიცხობრივად უდრის მილზე გამოყენებული ძაბვის სიდიდეს, გამოხატული კილოვოლტებში. ნივთიერების გავლისას რენტგენის სხივები ურთიერთქმედებს მისი ატომების ელექტრონებთან. რენტგენის კვანტებისთვის 100 კევ-მდე ენერგიით, ურთიერთქმედების ყველაზე დამახასიათებელი ტიპია ფოტოელექტრული ეფექტი. ასეთი ურთიერთქმედების შედეგად კვანტური ენერგია მთლიანად იხარჯება ატომური გარსიდან ელექტრონის გამოყვანაზე და მისთვის კინეტიკური ენერგიის გადაცემაზე. რენტგენის კვანტის ენერგიის მატებასთან ერთად მცირდება ფოტოელექტრული ეფექტის ალბათობა და დომინანტური ხდება კვანტების თავისუფალ ელექტრონებზე გაფანტვის პროცესი - ე.წ კომპტონის ეფექტი. ასეთი ურთიერთქმედების შედეგად წარმოიქმნება მეორადი ელექტრონიც და, გარდა ამისა, კვანტური გამოფრინდება პირველადი კვანტის ენერგიაზე დაბალი ენერგიით. თუ რენტგენის კვანტის ენერგია აღემატება ერთ მეგაელექტრონ-ვოლტს, შეიძლება მოხდეს ეგრეთ წოდებული დაწყვილების ეფექტი, რომელშიც წარმოიქმნება ელექტრონი და პოზიტრონი (იხ.). შესაბამისად, ნივთიერების გავლისას მცირდება რენტგენის გამოსხივების ენერგია, ანუ მცირდება მისი ინტენსივობა. ვინაიდან დაბალი ენერგიის კვანტები უფრო მეტად შეიწოვება ამ შემთხვევაში, რენტგენის გამოსხივება გამდიდრებულია უფრო მაღალი ენერგიის კვანტებით. რენტგენის გამოსხივების ეს თვისება გამოიყენება კვანტების საშუალო ენერგიის გასაზრდელად, ანუ მისი სიხისტის გასაზრდელად. რენტგენის გამოსხივების სიხისტის მატება მიიღწევა სპეციალური ფილტრების გამოყენებით (იხ.). რენტგენის გამოსხივება გამოიყენება რენტგენის დიაგნოსტიკისთვის (იხ.) და (იხ.). აგრეთვე მაიონებელი გამოსხივება.

რენტგენის გამოსხივება (სინონიმი: რენტგენის სხივები, რენტგენის სხივები) - კვანტური ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ტალღის სიგრძით 250-დან 0,025 A-მდე (ან ენერგიის კვანტები 5 10 -2-დან 5 10 2 კევ-მდე). 1895 წელს იგი აღმოაჩინა ვ.კ.რენტგენმა. რენტგენის სხივების მიმდებარე ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრულ რეგიონს, რომლის ენერგიის კვანტები აღემატება 500 კევ-ს, გამა გამოსხივება ეწოდება (იხ.); გამოსხივება, რომლის ენერგეტიკული კვანტები 0,05 კევ-ზე დაბალია, არის ულტრაიისფერი გამოსხივება (იხ.).

ამრიგად, წარმოადგენს ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ფართო სპექტრის შედარებით მცირე ნაწილს, რომელიც მოიცავს როგორც რადიოტალღებს, ასევე ხილულ სინათლეს, რენტგენის გამოსხივება, ისევე როგორც ნებისმიერი ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, ვრცელდება სინათლის სიჩქარით (დაახლოებით 300 ათასი კმ/წმ ვაკუუმში. ) და ახასიათებს ტალღის სიგრძე λ (მანძილი, რომელზედაც ვრცელდება რადიაცია რხევის ერთ პერიოდში). რენტგენის გამოსხივებას ასევე აქვს მრავალი სხვა ტალღის თვისება (რეფრაქცია, ჩარევა, დიფრაქცია), მაგრამ მათზე დაკვირვება ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე უფრო გრძელი ტალღის გამოსხივებისთვის: ხილული სინათლე, რადიოტალღები.

რენტგენის სპექტრები: a1 - უწყვეტი bremsstrahlung სპექტრი 310 კვ-ზე; a - უწყვეტი bremsstrahlung სპექტრი 250 კვ-ზე, a1 - სპექტრი გაფილტრული 1 მმ Cu-ით, a2 - სპექტრი გაფილტრული 2 მმ Cu-ით, b - ვოლფრამის ხაზის K-სერიები.

რენტგენის სხივების შესაქმნელად გამოიყენება რენტგენის მილები (იხ.), რომლებშიც გამოსხივება ხდება მაშინ, როდესაც სწრაფი ელექტრონები ურთიერთქმედებენ ანოდური ნივთიერების ატომებთან. არსებობს რენტგენის ორი ტიპი: bremsstrahlung და დამახასიათებელი. Bremsstrahlung რენტგენის გამოსხივება, რომელსაც აქვს უწყვეტი სპექტრი, ჩვეულებრივი თეთრი სინათლის მსგავსია. ინტენსივობის განაწილება ტალღის სიგრძის მიხედვით (ნახ.) წარმოდგენილია მრუდით მაქსიმუმით; გრძელი ტალღების მიმართულებით მრუდი ნაზად ეცემა, ხოლო მოკლე ტალღების მიმართულებით ციცაბოდ და იშლება ტალღის გარკვეულ სიგრძეზე (λ0), რომელსაც უწოდებენ უწყვეტი სპექტრის მოკლე ტალღის საზღვარს. λ0-ის მნიშვნელობა უკუპროპორციულია მილზე ძაბვისა. Bremsstrahlung წარმოიქმნება სწრაფი ელექტრონების ურთიერთქმედების შედეგად ატომის ბირთვებთან. bremsstrahlung-ის ინტენსივობა პირდაპირპროპორციულია ანოდის დენის სიძლიერის, მილის ძაბვის კვადრატისა და ანოდის მასალის ატომურ რიცხვზე (Z).

თუ რენტგენის მილში აჩქარებული ელექტრონების ენერგია აღემატება ანოდური ნივთიერების კრიტიკულ მნიშვნელობას (ეს ენერგია განისაზღვრება მილის Vcr ძაბვით, რომელიც კრიტიკულია ამ ნივთიერებისთვის), მაშინ ხდება დამახასიათებელი გამოსხივება. დამახასიათებელი სპექტრი არის ხაზი, მისი სპექტრული ხაზები ქმნიან სერიას, რომელიც აღინიშნება ასოებით K, L, M, N.

K სერია არის უმოკლესი ტალღის სიგრძე, L სერია უფრო გრძელი, M და N სერიები შეინიშნება მხოლოდ მძიმე ელემენტებში (ვოლფრამის Vcr K-ს სერიებისთვის არის 69,3 კვ, L სერიებისთვის - 12,1 კვ). დამახასიათებელი გამოსხივება წარმოიქმნება შემდეგნაირად. სწრაფი ელექტრონები ატომურ ელექტრონებს აოხრებენ შიდა გარსებიდან. ატომი აღგზნებულია და შემდეგ უბრუნდება ძირითად მდგომარეობას. ამ შემთხვევაში, ელექტრონები გარე, ნაკლებად შეკრული ჭურვიდან ავსებენ შიდა გარსებში გამოთავისუფლებულ სივრცეებს ​​და გამოიყოფა დამახასიათებელი გამოსხივების ფოტონები, ენერგიით, რომელიც ტოლია ატომის ენერგიას შორის სხვაობას აღგზნებულ და ძირეულ მდგომარეობაში. ამ განსხვავებას (და, შესაბამისად, ფოტონის ენერგიას) აქვს გარკვეული მნიშვნელობა, დამახასიათებელი თითოეული ელემენტისთვის. ეს ფენომენი საფუძვლად უდევს ელემენტების რენტგენის სპექტრულ ანალიზს. ფიგურაში ნაჩვენებია ვოლფრამის ხაზის სპექტრი ბრემსტრაჰლუნგის უწყვეტი სპექტრის ფონზე.

რენტგენის მილში აჩქარებული ელექტრონების ენერგია თითქმის მთლიანად გარდაიქმნება თერმულ ენერგიად (ამ შემთხვევაში ანოდი ძლიერ თბება), მხოლოდ უმნიშვნელო ნაწილი (დაახლოებით 1% ძაბვასთან ახლოს 100 კვ) გარდაიქმნება bremsstrahlung ენერგიად. .

მედიცინაში რენტგენის გამოყენება ემყარება მატერიის მიერ რენტგენის სხივების შთანთქმის კანონებს. რენტგენის სხივების შეწოვა სრულიად დამოუკიდებელია შთამნთქმელი მასალის ოპტიკური თვისებებისგან. უფერო და გამჭვირვალე ტყვიის მინა, რომელიც გამოიყენება რენტგენის ოთახებში პერსონალის დასაცავად, თითქმის მთლიანად შთანთქავს რენტგენის სხივებს. ამის საპირისპიროდ, ქაღალდის ფურცელი, რომელიც არ არის გამჭვირვალე სინათლისთვის, არ ასუსტებს რენტგენის სხივებს.

ერთგვაროვანი (ანუ გარკვეული ტალღის სიგრძის) რენტგენის სხივის ინტენსივობა შთანთქმის შრეში გავლისას მცირდება ექსპონენციალური კანონის (e-x) მიხედვით, სადაც e არის ბუნებრივი ლოგარითმების საფუძველი (2.718), ხოლო მაჩვენებელი x. უდრის მასის შესუსტების კოეფიციენტის ნამრავლს (μ/პ) სმ 2/გ შთამნთქმელი სისქეზე გ/სმ 2-ში (აქ p არის ნივთიერების სიმკვრივე გ/სმ 3-ში). რენტგენის სხივები სუსტდება როგორც გაფანტვით, ასევე შეწოვით. შესაბამისად, მასის შესუსტების კოეფიციენტი არის მასის შთანთქმის და გაფანტვის კოეფიციენტების ჯამი. მასის შთანთქმის კოეფიციენტი მკვეთრად იზრდება შთანთქმის ატომური რიცხვის (Z) (Z3 ან Z5 პროპორციული) გაზრდით და ტალღის სიგრძის (λ3-ის პროპორციული) გაზრდით. ტალღის სიგრძეზე ეს დამოკიდებულება შეინიშნება შთანთქმის ზოლებში, რომელთა საზღვრებზე კოეფიციენტი ნახტომებს ავლენს.

მასის გაფანტვის კოეფიციენტი იზრდება ნივთიერების ატომური რაოდენობის მატებასთან ერთად. λ≥0,3Å-სთვის გაფანტვის კოეფიციენტი არ არის დამოკიდებული ტალღის სიგრძეზე, λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

შთანთქმის და გაფანტვის კოეფიციენტების შემცირება ტალღის სიგრძის კლებასთან ერთად იწვევს რენტგენის სხივების შეღწევადობის მატებას. ძვლების მასის შთანთქმის კოეფიციენტი [შეწოვა ძირითადად გამოწვეულია Ca 3 (PO 4) 2-ით] თითქმის 70-ჯერ მეტია, ვიდრე რბილი ქსოვილებისთვის, სადაც აბსორბცია ძირითადად წყლის გამო ხდება. ეს განმარტავს, თუ რატომ დგას ძვლების ჩრდილი ასე მკვეთრად რენტგენოგრაფიაზე რბილი ქსოვილების ფონზე.

არაჰომოგენური რენტგენის სხივის გავრცელებას ნებისმიერ გარემოში, ინტენსივობის დაქვეითებასთან ერთად, თან ახლავს სპექტრული შემადგენლობის ცვლილება, გამოსხივების ხარისხის ცვლილება: სპექტრის გრძელტალღოვანი ნაწილი შეიწოვება უფრო დიდი ზომით, ვიდრე მოკლე ტალღის ნაწილი, გამოსხივება უფრო ერთგვაროვანი ხდება. სპექტრის გრძელი ტალღის ნაწილის გაფილტვრა შესაძლებელს ხდის ადამიანის სხეულში ღრმად მდებარე კერების რენტგენოთერაპიის დროს ღრმა და ზედაპირულ დოზებს შორის თანაფარდობის გაუმჯობესებას (იხ. რენტგენის ფილტრები). არაჰომოგენური რენტგენის სხივის ხარისხის დასახასიათებლად გამოიყენება "ნახევრად შესუსტების ფენის (L)" კონცეფცია - ნივთიერების ფენა, რომელიც ასუსტებს გამოსხივებას ნახევარით. ამ ფენის სისქე დამოკიდებულია მილზე არსებულ ძაბვაზე, ფილტრის სისქესა და მასალაზე. ცელოფანი (12 კევ-მდე ენერგია), ალუმინი (20-100 კევ), სპილენძი (60-300 კევ), ტყვია და სპილენძი (> 300 კევ) გამოიყენება ნახევარი შესუსტების ფენების გასაზომად. 80-120 კვ ძაბვის დროს წარმოქმნილი რენტგენისთვის, 1 მმ სპილენძი არის 26 მმ ალუმინის ფილტრაციის სიმძლავრის ეკვივალენტური, ტყვიის 1 მმ 50,9 მმ ალუმინის ექვივალენტურია.

რენტგენის სხივების შეწოვა და გაფანტვა განპირობებულია მისი კორპუსკულური თვისებებით; რენტგენის სხივები ურთიერთქმედებს ატომებთან, როგორც კორპუსების (ნაწილაკების) ნაკადი - ფოტონები, რომელთაგან თითოეულს აქვს გარკვეული ენერგია (რენტგენის სხივების ტალღის სიგრძის უკუპროპორციული). რენტგენის ფოტონების ენერგიის დიაპაზონი არის 0,05-500 კევ.

რენტგენის გამოსხივების შთანთქმა განპირობებულია ფოტოელექტრული ეფექტით: ელექტრონის გარსის მიერ ფოტონის შეწოვას თან ახლავს ელექტრონის გამოდევნა. ატომი აღგზნებულია და საწყის მდგომარეობაში დაბრუნებისას გამოსცემს დამახასიათებელ გამოსხივებას. გამოსხივებული ფოტოელექტრონი ატარებს ფოტონის მთელ ენერგიას (ატომში ელექტრონის შეკვრის ენერგიას გამოკლებული).

რენტგენის გამოსხივების გაფანტვა განპირობებულია გაფანტული გარემოს ელექტრონებით. არსებობს კლასიკური გაფანტვა (გამოსხივების ტალღის სიგრძე არ იცვლება, მაგრამ იცვლება გავრცელების მიმართულება) და გაფანტვა ტალღის სიგრძის ცვლილებით - კომპტონის ეფექტი (გაფანტული გამოსხივების ტალღის სიგრძე უფრო დიდია, ვიდრე ინციდენტი). ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, ფოტონი იქცევა მოძრავი ბურთივით, ხოლო ფოტონების გაფანტვა ხდება, კომნტონის ფიგურალური გამოხატვის მიხედვით, როგორც ბილიარდის თამაში ფოტონებთან და ელექტრონებთან: ელექტრონთან შეჯახებისას ფოტონი გადასცემს ენერგიის ნაწილს. მას და ფანტავს, რომელსაც უკვე ნაკლები ენერგია აქვს (შესაბამისად, იზრდება გაფანტული გამოსხივების ტალღის სიგრძე), ელექტრონი ატომიდან გამოფრინდება უკუცემის ენერგიით (ამ ელექტრონებს უწოდებენ კომპტონის ელექტრონებს, ან უკუგდების ელექტრონებს). რენტგენის ენერგიის შთანთქმა ხდება მეორადი ელექტრონების (კომპტონი და ფოტოელექტრონები) წარმოქმნისა და მათზე ენერგიის გადაცემის დროს. ნივთიერების ერთეულ მასაზე გადაცემული რენტგენის ენერგია განსაზღვრავს რენტგენის სხივების შთანთქმის დოზას. ამ დოზის ერთეული 1 რად შეესაბამება 100 ერგ/გ. შთანთქმის ნივთიერებაში აბსორბირებული ენერგიის გამო ხდება რიგი მეორადი პროცესები, რომლებიც მნიშვნელოვანია რენტგენის დოზიმეტრიისთვის, რადგან სწორედ მათზეა დაფუძნებული რენტგენის გაზომვის მეთოდები. (იხ. დოზიმეტრია).

ყველა აირი და მრავალი სითხე, ნახევარგამტარები და დიელექტრიკები, რენტგენის სხივების მოქმედებით, ზრდის ელექტროგამტარობას. გამტარობას ავლენს საუკეთესო საიზოლაციო მასალები: პარაფინი, მიკა, რეზინი, ქარვა. გამტარობის ცვლილება განპირობებულია გარემოს იონიზაციის გამო, ანუ ნეიტრალური მოლეკულების დაყოფით დადებით და უარყოფით იონებად (იონიზაცია წარმოიქმნება მეორადი ელექტრონებით). იონიზაცია ჰაერში გამოიყენება რენტგენის გამოსხივების (დოზა ჰაერში) ექსპოზიციის დოზის დასადგენად, რომელიც იზომება რენტგენებში (იხ. მაიონებელი გამოსხივების დოზები). 1 რ დოზით, აბსორბირებული დოზა ჰაერში არის 0,88 რადი.

რენტგენის სხივების მოქმედებით, ნივთიერების მოლეკულების აგზნების შედეგად (და იონების რეკომბინაციის დროს) ხშირ შემთხვევაში აღიძვრება ნივთიერების ხილული ბზინვარება. რენტგენის გამოსხივების მაღალი ინტენსივობის დროს შეინიშნება ჰაერის, ქაღალდის, პარაფინის და ა.შ თვალსაჩინო ბზინვარება (გამონაკლისია ლითონები). ხილული სინათლის უმაღლეს გამომუშავებას იძლევა ისეთი კრისტალური ფოსფორები, როგორიცაა Zn·CdS·Ag-ფოსფორი და სხვები, რომლებიც გამოიყენება ფლუოროსკოპიის ეკრანებისთვის.

რენტგენის ზემოქმედებით, ნივთიერებაში ასევე შეიძლება მოხდეს სხვადასხვა ქიმიური პროცესები: ვერცხლის ჰალოიდების დაშლა (ფოტოგრაფიული ეფექტი, რომელიც გამოიყენება რენტგენის სხივებში), წყლის და წყალბადის ზეჟანგის წყალხსნარების დაშლა, ცვლილება ცელულოიდის (კამფორის დაბინდვა და გამოყოფა), პარაფინის (დაბინდვა და გაუფერულება) თვისებები.

სრული გარდაქმნის შედეგად, ქიმიურად ინერტული ნივთიერების მიერ შთანთქმული რენტგენის მთელი ენერგია გარდაიქმნება სითბოდ. ძალიან მცირე რაოდენობით სითბოს გაზომვა მოითხოვს ძალიან მგრძნობიარე მეთოდებს, მაგრამ ეს არის რენტგენის სხივების აბსოლუტური გაზომვის მთავარი მეთოდი.

მეორადი ბიოლოგიური ეფექტები რენტგენის სხივების ზემოქმედებით არის სამედიცინო რადიოთერაპიის საფუძველი (იხ.). რენტგენის სხივები, რომელთა კვანტებია 6-16 კევ (ეფექტური ტალღის სიგრძე 2-დან 5 Å-მდე), თითქმის მთლიანად შეიწოვება ადამიანის სხეულის ქსოვილის კანის მთლიანობაში; მათ უწოდებენ სასაზღვრო სხივებს, ან ზოგჯერ ბუკას სხივებს (იხ. ბუკას სხივები). ღრმა რენტგენოთერაპიისთვის გამოიყენება მყარი გაფილტრული გამოსხივება ეფექტური ენერგიის კვანტებით 100-დან 300 კევ-მდე.

რენტგენის გამოსხივების ბიოლოგიური ეფექტი მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული არა მხოლოდ რენტგენოთერაპიის დროს, არამედ რენტგენის დიაგნოსტიკაში, ისევე როგორც რენტგენის სხივებთან კონტაქტის ყველა სხვა შემთხვევაში, რომელიც მოითხოვს რადიაციული დაცვის გამოყენებას ( იხილეთ).