Jenis radiasi sinar-X. Sinar X. Properti X-Ray
Radiasi sinar-X
Radiasi tak terlihat mampu menembus, meskipun dalam berbagai derajat, dalam semua zat. Ini adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang sekitar 10-8 cm. Serta cahaya terlihat, radiasi sinar-X menyebabkan fungsi film. Properti ini sangat penting untuk kedokteran, industri dan penelitian ilmiah. Melewati objek yang diteliti dan jatuh pada film, x-ray menggambarkannya struktur internal. Karena kemampuan menembus radiasi sinar-X Berbagai bahan yang berbeda, bagian objek yang kurang transparan diberi area terang pada foto daripada yang melewati radiasi yang menembus dengan baik. Dengan demikian, jaringan tulang kurang transparan untuk radiasi sinar-X daripada jaringan dari mana kulit dan organ internal terdiri. Oleh karena itu, pada radiografi tulang, ada area yang lebih besar dan lebih transparan terhadap radiasi fraktur dapat cukup mudah dideteksi. Pemotretan X-ray juga digunakan dalam kedokteran gigi untuk mendeteksi karies dan abses pada akar gigi, serta di industri untuk mendeteksi retakan dalam casting, plastik dan karet. Radiasi sinar-X digunakan dalam kimia untuk menganalisis senyawa dan fisika untuk mempelajari struktur kristal. Bundel x-ray, melewati senyawa kimia, menyebabkan radiasi sekunder karakteristik, yang merupakan analisis spektroskopi yang memungkinkan ahli kimia untuk menetapkan komposisi koneksi. Ketika jatuh pada zat kristal, bundel X-ray tersebar oleh atom-atom kristal, memberikan gambar noda yang jelas dan band pada photoflastik, yang memungkinkan Anda untuk membuat struktur internal kristal. Penggunaan radiasi sinar-X dalam pengobatan kanker didasarkan pada kenyataan bahwa ia membunuh sel-sel kanker. Namun, itu dapat memiliki pengaruh yang tidak diinginkan pada sel-sel normal. Oleh karena itu, dengan penggunaan radiasi sinar-X ini, sangat hati-hati harus diamati. Radiasi sinar-X dibuka oleh fisikawan Jerman V. X-Ray (1845-1923). Namanya diabadikan dalam beberapa istilah fisik lainnya yang terkait dengan radiasi ini: x-ray adalah unit internasional dosis radiasi pengion; Sebuah snapshot yang dibuat dalam peralatan x-ray disebut radiografi; Wilayah kedokteran radiologis, di mana sinar-X digunakan untuk diagnosis dan pengobatan penyakit disebut x-ray. X-ray membuka radiasi pada tahun 1895, menjadi profesor di fisika Universitas Würzburg. Melakukan eksperimen dengan sinar katoda (fluks elektron dalam tabung pelepasan), memperhatikan bahwa layar yang dilapisi dengan kristal cyano-flathytinite barium terletak di dekat tabung vakum, bersinar terang, meskipun tabung itu sendiri ditutup dengan kardus hitam. Selanjutnya, x-ray menemukan bahwa kemampuan menembus sinar yang tidak diketahui terdeteksi oleh mereka, yang ia sebut x-ray tergantung pada komposisi bahan penyerap. Dia juga menerima gambar tulang-tulangnya sendiri, menempatkannya di antara tabung pelepasan dengan sinar katoda dan layar berlapis dari barium cyano-flathy. Untuk pembukaan x-ray, eksperimen peneliti lain diikuti, menemukan banyak sifat baru dan kemungkinan menggunakan radiasi ini. M. Rendah, V.Fridrich dan P. Knipping, yang mendemonstrasikan difraksi sinar-X pada tahun 1912 selama lewatnya melalui kristal; U. Kulidge, yang pada tahun 1913 menemukan tabung x-ray yang mengikat tinggi dengan katoda yang dipanaskan; G.MALI, yang menginstal pada tahun 1913, ketergantungan antara panjang gelombang radiasi dan jumlah atom elemen; G. dan L. Braggi, yang menerima pada tahun 1915 Penghargaan Nobel Untuk pengembangan fundamental analisis struktur sinar-X.
Menerima radiasi sinar-X
Radiasi sinar-X terjadi dalam interaksi elektron bergerak dengan kecepatan tinggi, dengan suatu zat. Ketika elektron ditafsirkan dengan atom zat apa pun, mereka dengan cepat kehilangan energi kinetik mereka. Pada saat yang sama, bagiannya yang besar masuk ke panas, dan proporsi kecil, biasanya kurang dari 1%, dikonversi menjadi energi radiasi sinar-X. Energi ini dirilis dalam bentuk partikel kuanta, yang disebut foton, yang memiliki energi, tetapi massa sisanya adalah nol. Foton x-ray berbeda dalam energi mereka, berbanding terbalik dengan panjang gelombang mereka. Dalam metode yang biasa mendapatkan radiasi sinar-X, berbagai panjang gelombang diperoleh, yang disebut spektrum sinar-X. Spektrum berisi komponen yang diucapkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1. lebar "kontinum" disebut spektrum kontinu atau radiasi putih. Puncak akut yang dikenakan padanya disebut garis x-ray karakteristik. Meskipun seluruh spektrum adalah hasil dari tabrakan elektron dengan suatu zat, mekanisme terjadinya bagian dan garisnya berbeda. Zat ini terdiri dari sejumlah besar atom, yang masing-masing memiliki kernel, dikelilingi oleh cangkang elektron, dengan masing-masing elektron dalam cangkang atom elemen ini menempati beberapa tingkat energi diskrit. Biasanya, cangkang ini, atau tingkat energi, dilambangkan dengan simbol K, L, M, dll, mulai dari yang terdekat dengan kernel cangkang. Ketika elektron pembilasan, yang memiliki energi yang cukup besar, ditafsirkan dengan salah satu elektron yang terkait dengan atom, ia merobohkan elektron ini dari cangkangnya. Tempat kosong menempati elektron lain dari cangkang, yang sesuai dengan energi besar. Yang terakhir ini memberikan kelebihan energi, foton sinar-X yang memancarkan. Karena elektron cangkang memiliki nilai energi diskrit yang muncul foton x-ray juga memiliki spektrum diskresi. Ini sesuai dengan puncak tajam untuk panjang gelombang tertentu, yang nilainya spesifik tergantung pada elemen target. Garis karakteristik membentuk K-, L- dan M-Series, tergantung pada mana shell (K, L atau M) dihapus secara elektronik. Rasio antara panjang gelombang radiasi dan nomor atom disebut hukum Moslos (Gbr. 2).
Jika elektron didasarkan pada inti yang relatif berat, itu dihambat, dan energi kinetiknya dibedakan sebagai foton sinar-X tentang energi yang sama. Jika dia terbang melewati nukleus, dia hanya akan kehilangan sebagian dari energinya, dan sisanya akan mentransmisikan ke atom lain yang jatuh pada jalannya. Setiap tindakan kehilangan energi mengarah pada radiasi foton dengan semacam energi. Ada spektrum sinar-X terus menerus, batas atas yang sesuai dengan energi elektron tercepat. Begitulah mekanisme untuk pembentukan spektrum yang berkelanjutan, dan energi maksimum (atau panjang gelombang minimum), yang memperbaiki batas spektrum kontinu sebanding dengan tegangan percepatan, yang menentukan kecepatan elektron inklusif. Garis spektral mengkarakterisasi material dari target yang dibombardir, dan spektrum kontinu ditentukan oleh energi balok elektron dan praktis tidak tergantung pada bahan target. Radiasi sinar-X dapat diperoleh tidak hanya dengan pemboman elektronik, tetapi juga dengan iradiasi radiasi sinar-X target dari sumber lain. Dalam hal ini, bagaimanapun, sebagian besar energi sinar insiden masuk ke spektrum sinar-X karakteristik dan bagiannya yang sangat kecil terus menerus. Jelas bahwa bundel kejadian X-ray harus mengandung foton yang energinya cukup untuk menggairahkan garis-garis karakteristik elemen yang dibombardir. Tingginya persentase energi per spektrum karakteristik membuat metode eksitasi radiasi sinar-X yang nyaman untuk penelitian ilmiah.
Tabung x-ray. Untuk mendapatkan radiasi sinar-X karena interaksi elektron dengan suatu zat, perlu memiliki sumber elektron, sarana mereka untuk mempercepat ke kecepatan tinggi dan target yang mampu menahan pemboman elektronik dan menghasilkan radiasi sinar-X dari intensitas yang diinginkan. Perangkat di mana semua ini disebut tabung x-ray. Peneliti awal menikmati tabung "sangat vakum" seperti debit gas modern. Vakum di dalamnya tidak terlalu tinggi. Tabung pelepasan gas mengandung sejumlah kecil gas, dan ketika perbedaan potensial yang besar dipasok ke elektroda pipa, atom gas dikonversi menjadi ion positif dan negatif. Positif bergerak ke elektroda negatif (katoda) dan, jatuh di atasnya, elektron tersingkir dari itu, dan mereka, pada gilirannya, pindah ke elektroda positif (anoda) dan, membombardinya, membuat aliran foton sinar-X . Dalam tabung x-ray modern yang dikembangkan oleh Culijm (Gbr. 3), sumber elektron adalah katoda tungsten yang dipanaskan hingga suhu tinggi. Elektron dipercepat hingga tingkat tinggi potensi tinggi antara anoda (atau anticatode) dan katoda. Karena elektron harus mencapai anoda tanpa bertabrakan dengan atom, vakum yang sangat tinggi diperlukan, yang Anda butuhkan untuk memompa tabung dengan cepat. Ini juga mengurangi kemungkinan ionisasi atom gas yang tersisa dan arus samping yang ditentukan olehnya.
Elektron fokus pada anoda menggunakan elektroda dari bentuk khusus di sekitar katoda. Elektroda ini disebut fokus dan bersama-sama dengan katoda membentuk tabung "lampu sorotan elektronik". Anoda yang dikenakan pemboman elektronik harus dibuat dari bahan tahan api, karena bagian brutal dari elektron bombarding kinetik berubah menjadi panas. Selain itu, diinginkan bahwa anoda berasal dari bahan dengan nomor atom besar, karena Hasil radiasi sinar-X tumbuh dengan peningkatan jumlah atom. Bahan anoda paling sering dipilih oleh tungsten, jumlah atom yang 74. Desain tabung sinar-X dapat berbeda tergantung pada kondisi aplikasi dan persyaratan persyaratan.
Deteksi sinar-X
Semua metode untuk mendeteksi radiasi x-ray didasarkan pada interaksi mereka dengan substansi. Detektor dapat terdiri dari dua jenis: yang memberi gambar, dan mereka yang tidak memberikannya. Yang pertama termasuk x-ray fluorography dan x-ray, di mana bundel x-ray melewati objek yang diteliti, dan radiasi masa lalu jatuh pada layar luminescent atau film. Gambar terjadi karena fakta bahwa bagian objek yang berbeda dalam studi menyerap radiasi dengan cara yang berbeda - tergantung pada ketebalan zat dan komposisinya. Dalam detektor layar luminescent, energi sinar-X berubah menjadi gambar yang diamati secara langsung, dan pada radiografi dicatat pada emulsi sensitif dan dapat diamati hanya setelah film dimanifestasikan. Jenis detektor kedua mencakup beragam perangkat di mana energi radiasi sinar-X dikonversi menjadi sinyal listrik yang mengkarakterisasi intensitas relatif radiasi. Ini termasuk ruang ionisasi, penghitung geiger, penghitung proporsional, penghitung kilau dan beberapa detektor berbasis sulfida khusus dan kadmium selenide. Saat ini, penghitung kilau yang bekerja dalam berbagai energi dapat dianggap sebagai detektor yang paling efisien.
Lihat juga Detektor partikel. Detektor dipilih dengan mempertimbangkan kondisi masalah. Misalnya, jika Anda perlu mengukur intensitas radiasi sinar-X yang difraksi, maka counter digunakan untuk melakukan pengukuran dengan keakuratan persentase. Jika Anda perlu mendaftarkan banyak balok difraksi, disarankan untuk menggunakan film X-ray, meskipun dalam hal ini tidak mungkin untuk menentukan intensitas dengan akurasi yang sama.
X-ray dan defekosopi gamma
Salah satu aplikasi x-ray yang paling umum di industri - kontrol kualitas bahan dan deteksi cacat. Metode x-ray tidak merusak, sehingga bahan diperiksa, jika ditemukan memuaskan persyaratan yang diperlukan, kemudian dapat digunakan untuk tujuan yang dimaksudkan. Baik x-ray, dan defekosopi gamma didasarkan pada kemampuan menembus radiasi sinar-X dan kekhasan penyerapannya dalam bahan. Kemampuan penetrasi ditentukan oleh energi foton sinar-X, yang tergantung pada tegangan percepatan dalam tabung sinar-X. Oleh karena itu, sampel tebal dan sampel logam berat, seperti emas dan uranium, mengharuskan mereka untuk mempelajari sumber sinar-X dengan tegangan yang lebih tinggi, dan untuk sumber sampel tipis dan tegangan yang lebih rendah. Untuk gamma-defekosopi coran yang sangat besar dan produk gulung besar, betatron dan akselerator linier digunakan, mempercepat partikel menjadi energi 25 mev dan lebih. Penyerapan radiasi sinar-X dalam material tergantung pada ketebalan penyerap d dan koefisien penyerapan M dan ditentukan oleh rumus I \u003d I0E-MD, di mana saya adalah intensitas radiasi yang ditempelkan melalui absorber, i0 adalah intensitasnya. Dari radiasi insiden, dan E \u003d 2,718 adalah dasar dari logaritma alami. Untuk bahan ini pada panjang gelombang (atau energi) radiasi sinar-X, koefisien penyerapan adalah konstanta. Tetapi radiasi sumber sinar-X bukan monokromatik, dan mengandung spektrum lebar panjang gelombang, sebagai akibat dari mana penyerapan di bawah ketebalan yang sama dengan absorber tergantung pada panjang gelombang (frekuensi) radiasi. Radiasi sinar-X banyak digunakan di semua industri yang terkait dengan pemrosesan logam dengan tekanan. Ini juga digunakan untuk mengontrol batang artileri, produk makanan, plastik, untuk menguji perangkat dan sistem yang kompleks dalam teknologi elektronik. (Untuk tujuan serupa, neutronografi digunakan, di mana balok neutron digunakan bukannya sinar-X.
Difraksi sinar-X
Difraksi sinar-X memberikan informasi penting tentang tubuh yang solid - struktur atom dan bentuk kristal, serta pada cairan, badan amorf dan molekul besar. Metode difraksi juga digunakan untuk akurat (dengan kesalahan kurang dari 10-5) penentuan jarak interatomik, mendeteksi tekanan dan cacat dan untuk menentukan orientasi kristal tunggal. Menurut pola difraksi, Anda dapat mengidentifikasi bahan-bahan yang tidak dikenal, serta mendeteksi keberadaan dalam sampel kotoran dan menentukannya. Nilai metode difraksi sinar-X untuk kemajuan fisika modern sulit untuk melebih-lebihkan, karena pemahaman saat ini tentang sifat-sifat materi pada akhirnya didasarkan pada lokasi atom dalam berbagai senyawa kimia, sifat dari mereka dan cacat struktur. Alat utama untuk mendapatkan informasi ini adalah metode X-ray difraksi. Kristalografi difraksi sinar-X sangat penting untuk menentukan struktur molekul utama yang kompleks, seperti molekul asam deoksiribonukleat (DNA) - bahan genetik organisme hidup. Segera setelah pembukaan radiasi sinar-X, minat ilmiah dan medis terkonsentrasi baik pada kemampuan radiasi ini melalui tubuh dan sifatnya. Eksperimen pada difraksi radiasi sinar-X pada slot dan grating difraksi ditunjukkan bahwa ia berkaitan dengan radiasi elektromagnetik dan memiliki panjang gelombang sekitar 10-8-10-9 cm. Bahkan sebelumnya, para ilmuwan, khususnya, U. Barlow menebak Bahwa bentuk kristal alami yang benar dan simetris disebabkan oleh penempatan atom yang dipesan membentuk kristal. Dalam beberapa kasus, Barlow berhasil memprediksi struktur kristal dengan benar. Besarnya jarak interatomik yang diprediksi adalah 10-8 cm. Fakta bahwa jarak interaktik ternyata menjadi urutan panjang gelombang radiasi sinar-X, pada prinsipnya memungkinkan untuk mengamati difraksi mereka. Akibatnya, gagasan tentang salah satu eksperimen paling penting dalam sejarah fisika muncul. M. Louue mengatur verifikasi eksperimental dari ide ini, yang diadakan rekan-rekannya V. Friedrich dan P. Pada tahun 1912, tiga threesome menerbitkan pekerjaan mereka pada hasil difraksi sinar-X. Prinsip difraksi sinar-X. Untuk memahami fenomena difraksi sinar-X, perlu dipertimbangkan secara berurutan: Pertama, spektrum radiasi sinar-X, kedua, sifat struktur kristal dan, ketiga, fenomena difraksi itu sendiri. Seperti disebutkan di atas, radiasi x-ray karakteristik terdiri dari serangkaian garis spektral dari monokromatisitas yang tinggi ditentukan oleh bahan anoda. Dengan bantuan filter, Anda dapat memilih yang paling intens dari mereka. Oleh karena itu, dengan memilih bahan anoda yang sesuai, adalah mungkin untuk mendapatkan sumber radiasi yang hampir monokromatik dengan nilai panjang gelombang yang sangat tepat. Panjang gelombang radiasi karakteristik biasanya berbaring dalam kisaran 2,285 untuk kromium hingga 0,558 untuk perak (nilai untuk elemen yang berbeda dikenal dengan keakuratan enam digit signifikan). Spektrum karakteristik ditumpangkan pada spektrum "putih" yang terus-menerus dari intensitas yang jauh lebih rendah karena pengereman dalam anoda elektron insiden. Dengan demikian, dari setiap anoda Anda bisa mendapatkan dua jenis radiasi: karakteristik dan pengereman, yang masing-masing memainkan peran penting dalam caranya sendiri. Atom dalam struktur kristal terletak dengan frekuensi yang benar, membentuk urutan sel yang sama - grid spasial. Beberapa kisi (misalnya, untuk sebagian besar logam biasa) cukup sederhana, sementara yang lain (misalnya, untuk molekul protein) sangat kompleks. Untuk struktur kristal, berikut ini adalah karakteristik: Jika satu titik tertentu dari satu sel digeser ke titik yang sesuai dari sel tetangga, maka lingkungan atom yang sama akan ditemukan. Dan jika beberapa atom terletak pada satu atau lain dari satu sel, maka dalam titik setara dari setiap sel tetangga akan ada atom yang sama. Prinsip ini benar-benar adil untuk kristal yang sempurna, dengan sempurna. Namun, banyak kristal (misalnya, solusi padat logam) dalam berbagai derajat yang tidak teratur, I.E. Tempat-tempat yang setara secara kristal dapat ditempati oleh atom yang berbeda. Dalam kasus ini, itu ditentukan bukan posisi masing-masing atom, tetapi hanya posisi atom, "secara statistik rata-rata" untuk sejumlah besar partikel (atau sel). Fenomena difraksi dipertimbangkan dalam artikel optik, dan pembaca dapat menghubungi artikel ini sebelum melanjutkan. Diperlihatkan bahwa jika gelombang (misalnya, suara, cahaya, radiasi x-ray) melewati slot atau lubang kecil, yang terakhir dapat dianggap sebagai sumber gelombang sekunder, dan gambar slot atau lubang terdiri dari strip cahaya dan gelap bergantian. Selanjutnya, jika ada struktur berkala dari lubang atau retakan, maka sebagai akibat dari memperkuat dan melemahkan gangguan sinar yang berasal dari lubang yang berbeda, pola difraksi yang jelas terjadi. Difraksi sinar-X adalah fenomena hamburan kolektif, di mana atom-atom yang terletak secara berkala dari struktur kristal memainkan peran lubang dan pusat pencar. Kenaikan timbal balik dalam gambar mereka pada sudut tertentu memberikan pola difraksi, mirip dengan itu, dengan difraksi cahaya pada kisi difraksi tiga dimensi. Hamburan terjadi karena interaksi radiasi sinar-X insiden dengan elektron dalam kristal. Karena fakta bahwa panjang gelombang sinar-X dari urutan yang sama dengan ukuran atom, panjang gelombang radiasi sinar-X yang tersebar sama dengan kejadian. Proses ini adalah hasilnya. osilasi paksa elektron di bawah aksi radiasi sinar-X insiden. Pertimbangkan sekarang sebuah atom dengan awan elektron terkait (kernel di sekitarnya), yang menjatuhkan sinar-X. Elektron dalam segala arah secara bersamaan menghilangkan kejadian itu dan memancarkan radiasi x-ray mereka sendiri dengan panjang gelombang yang sama, meskipun intensitas yang berbeda. Intensitas radiasi yang tersebar dikaitkan dengan jumlah atom elemen, karena Nomor atom sama dengan jumlah elektron orbital yang dapat berpartisipasi dalam hamburan. (Ketergantungan intensitas ini dari jumlah atom elemen hamburan dan pada arah di mana intensitas diukur ditandai dengan pola hamburan atom, yang memainkan peran yang sangat penting dalam analisis struktur kristal.) Kami memilih Rantai atom linier pada jarak yang sama satu sama lain dalam struktur kristal, dan mempertimbangkan gambaran difraksi mereka. Tercatat bahwa spektrum x-ray terdiri dari bagian yang berkelanjutan ("kontinum") dan satu set garis yang lebih intens, karakteristik elemen yang merupakan bahan anoda. Misalkan kami memfilter spektrum kontinu dan memperoleh sinar radiasi sinar-X yang hampir monokromatik, diarahkan ke rantai atom linier kami. Kondisi penguatan (interferensi penguat) dilakukan jika perbedaan dalam pergerakan gelombang yang tersebar dengan atom tetangga adalah kelipatan panjang gelombang. Jika bundel jatuh pada sudut A0 ke garis atom, dipisahkan dengan interval a (periode), maka untuk sudut difraksi A, perbedaan pergerakan yang sesuai dengan amplifikasi dicatat sebagai (COS A - COSA0) \u003d HL, Di mana L adalah panjang gelombang, dan h - bilangan bulat (Gbr. 4 dan 5).
Untuk menyebarkan pendekatan ini ke kristal tiga dimensi, hanya perlu untuk memilih baris atom dalam dua arah lain dalam kristal dan memecahkan tiga persamaan untuk tiga sumbu kristal dengan periode A, B dan C. Dua persamaan lainnya
Ini adalah tiga persamaan laue fundamental untuk difraksi sinar-X, dengan angka H, \u200b\u200bK dan C-Miller untuk bidang difraksi.
Lihat juga Kristal dan kristalografi. Mempertimpadilah persamaan Laue, misalnya, yang pertama dapat memperhatikan bahwa, karena A0, L adalah konstan, dan H \u003d 0, 1, 2, ..., solusinya dapat diwakili sebagai seperangkat kerucut dengan sumbu umum a (nasi. lima). Hal yang sama berlaku untuk arah B dan C. Dalam kasus umum hamburan tiga dimensi (difraksi), persamaan tiga Laue harus memiliki solusi umum, I.E. Tiga kerucut difraksi yang terletak di masing-masing sumbu harus berpotongan; Total garis persimpangan ditunjukkan pada Gambar. 6. Solusi bersama dari persamaan mengarah pada hukum Bragg - Wulf:
L \u003d 2 (d / n) SINQ, di mana D adalah jarak antara pesawat dengan indeks H, K dan C (periode), n \u003d 1, 2, ... - bilangan bulat (urutan difraksi), dan Q - angle membentuk a Menjatuhkan balok (serta difraksi) dengan bidang kristal, di mana difraksi terjadi. Menganalisis persamaan hukum BRAGG - WULF untuk satu kristal yang terletak di jalur sinar radiasi x-ray monokromatik, dapat disimpulkan bahwa difraksi tidak mudah untuk diamati, karena Nilai L dan Q tetap, dan SINQ Metode analisis difraksi
Metode Laue. Dalam metode Laue, spektrum radiasi sinar-X "putih" terus menerus diterapkan, yang dikirim ke kristal tunggal tetap. Untuk nilai spesifik periode D, BRAGG - WULF yang sesuai secara otomatis dipilih dari seluruh spektrum. LaureGram yang diperoleh dengan cara ini memungkinkan untuk menilai arah balokfraksi dan, akibatnya, orientasi pesawat kristal, yang juga memungkinkan untuk membuat kesimpulan penting relatif terhadap simetri, orientasi kristal dan adanya cacat di saya t. Namun, pada saat yang sama, informasi tentang periode spasial D hilang. Pada Gambar. 7 memberikan contoh LaureGram. Film x-ray terletak di sisi kristal yang berlawanan dengan yang di mana sekelompok x-ray jatuh.
Debye - Sherryra (untuk sampel polikristalin). Berbeda dengan metode sebelumnya, radiasi monokromatik digunakan di sini (l \u003d const), dan sudut q bervariasi. Ini dicapai dengan menggunakan sampel polikristalin yang terdiri dari banyak kristal kecil orientasi acak, di antaranya ada dan memuaskan kondisi Bragg - Wulf. Balok difranged membentuk kerucut, poros yang diarahkan sepanjang sinar-X. Untuk memotret, strip sempit film sinar-X dalam kaset silinder biasanya digunakan, dan sinar-X menyebar ke diameter melalui lubang dalam film. Utang yang diperoleh utang (Gbr. 8) berisi informasi yang akurat tentang periode D, I.E. Pada struktur kristal, tetapi tidak memberikan informasi yang mengandung Louegram. Oleh karena itu, kedua metode saling melengkapi satu sama lain. Pertimbangkan beberapa aplikasi Debye - Sherryra.
Identifikasi elemen dan koneksi kimia. Menurut sudut tertentu dari sudut Q, dimungkinkan untuk menghitung jarak antarplanar D elemen atau senyawa ini. Saat ini, banyak tabel nilai D, memungkinkan untuk mengidentifikasi tidak hanya satu atau yang lain elemen kimia atau senyawa, tetapi juga berbagai keadaan fase dari zat yang sama yang tidak selalu memberikan analisis kimia. Juga dalam paduan pengganti dengan akurasi tinggi untuk menentukan konten komponen kedua dengan ketergantungan periode d dari konsentrasi.
Analisis tegangan. Menurut perbedaan yang diukur antara jarak antarplan untuk berbagai arah dalam kristal, Anda dapat, mengetahui modulus elastis material, dengan akurasi tinggi untuk menghitung tekanan kecil di dalamnya.
Studi tentang orientasi preferensial dalam kristal. Jika kristalit kecil dalam sampel polikristalin tidak berorientasi sepenuhnya secara acak, maka cincin pada hutang akan memiliki intensitas yang berbeda. Di hadapan orientasi yang tajam, intensitas maksimum terkonsentrasi pada noda terpisah dalam gambar, yang menjadi mirip dengan gambar untuk kristal tunggal. Misalnya, dengan rolling dingin yang dalam, lembaran logam mengakuisisi teksturnya - orientasi kristal yang jelas. Berutang, Anda dapat menilai sifat pemrosesan bahan dingin.
Studi ukuran butir. Jika ukuran biji-bijian polikristal lebih dari 10-3 cm, garis-garis pada utang akan terdiri dari titik-titik terpisah, karena dalam hal ini jumlah kristalit tidak cukup untuk tumpang tindih seluruh rentang sudut Q. Jika ukuran kristalit kurang dari 10-5 cm, maka garis difraksi menjadi lebih luas. Lebar mereka berbanding terbalik dengan ukuran kristal. Perluasan terjadi karena alasan yang sama, dengan mengurangi jumlah retakan, resolusi kisi difraksi berkurang. Radiasi x-ray memungkinkan untuk menentukan ukuran butiran dalam kisaran 10-7-10-6 cm.
Metode untuk kristal tunggal. Agar difraksi pada kristal untuk memberikan informasi tidak hanya tentang periode spasial, tetapi juga pada orientasi masing-masing set bidang difraksi, metode memutar kristal tunggal digunakan. Kristal menjatuhkan balok radiasi sinar-X monokromatik. Kristal berputar di sekitar poros utama yang dilakukan persamaan Laue. Dalam hal ini, sudut Q diubah dalam rumus Bragg - Wulf. Diffraction Maxima terletak di tempat persimpangan kerucut difraksi Laue dengan permukaan silinder film (Gbr. 9). Hasilnya adalah pola difraksi dari jenis yang disajikan pada Gambar. 10. Namun, komplikasi dimungkinkan karena tumpang tindih urutan difraksi yang berbeda pada satu titik. Metode ini dapat ditingkatkan secara signifikan jika bersamaan dengan rotasi kristal untuk bergerak dengan cara dan film tertentu.
Penelitian cairan dan gas. Diketahui bahwa cairan, gas, dan tubuh amorf tidak memiliki struktur kristal yang tepat. Tetapi di sini, ada ikatan kimia antara atom dalam molekul, karena jarak di antara mereka tetap hampir konstan, meskipun molekul itu sendiri dalam ruang berorientasi secara acak. Bahan-bahan semacam itu juga memberikan pola difraksi dengan jumlah maxima yang relatif kecil. Memproses gambar seperti itu dengan metode modern memungkinkan Anda untuk mendapatkan informasi tentang struktur bahkan bahan non-kristal tersebut.
Analisis X-ray Spectrochemical
Sudah beberapa tahun setelah pembukaan sinar-X, CH. Barclay (1877-1944) menemukan bahwa, ketika terkena fluksi radiasi x-ray, sinar-X neon sekunder terjadi pada substansi, karakteristik elemen yang diteliti. Segera setelah itu, dalam serangkaian eksperimennya, panjang gelombang x-ray karakteristik primer, diperoleh dengan pemboman elektronik dari berbagai elemen, mengukur panjang gelombang x-ray karakteristik primer, dan memperoleh rasio antara panjang gelombang dan atom. jumlah. Eksperimen ini, serta penemuan spektrometer sinar-X, meletakkan dasar untuk analisis x-ray spektrokimia. Kemungkinan radiasi sinar-X untuk analisis kimia segera sadar. Spektograf dengan pendaftaran pada photoflastik dibuat, di mana sampel yang diteliti berfungsi sebagai anoda tabung x-ray. Sayangnya, teknik ini ternyata sangat melelahkan, dan karena itu hanya digunakan ketika metode analisis kimia biasa tidak berlaku. Contoh luar biasa dari studi inovatif di bidang analitik X-Rayregroscopy adalah penemuan Heveshi dan D. Appire dari elemen baru - Hafnia. Pengembangan tabung x-ray yang kuat untuk radiografi dan detektor sensitif untuk pengukuran radiokimia selama Perang Dunia II sebagian besar menyebabkan pertumbuhan cepat spektrografi sinar-X pada tahun-tahun berikutnya. Metode ini tersebar luas karena kecepatan, kenyamanan, analisis non-destruktif dan kemungkinan otomatisasi penuh atau parsial. Ini berlaku dalam tugas-tugas analisis kuantitatif dan berkualitas tinggi dari semua elemen dengan jumlah atom lebih dari 11 (natrium). Dan meskipun analisis spekrokimia sinar-X biasanya digunakan untuk menentukan komponen paling penting dalam sampel (dengan konten 0,1-100%), dalam beberapa kasus ini cocok untuk konsentrasi 0,005% dan bahkan lebih rendah.
Spektrometer sinar-X. Spektrometer x-ray modern terdiri dari tiga sistem utama (Gbr. 11): Sistem Eksitasi, I.E. Tabung x-ray dengan anoda tungsten atau bahan tahan api lainnya dan catu daya; Sistem analisis, I.E. Analyzer kristal dengan dua kolimator multis, serta spektroneter untuk penyesuaian yang akurat; dan sistem pendaftaran dengan konter Geiger baik dengan konter proporsional atau scintillation, serta penyearah, amplifier, perangkat pembangunan kembali dan direktur mandiri atau perangkat pendaftaran lainnya.
Analisis fluoresen x-ray. Sampel yang dianalisis terletak di jalur radiasi x-ray yang menarik. Area sampel yang diteliti biasanya dialokasikan masker dengan lubang diameter yang diinginkan, dan radiasi melewati kolimator yang membentuk balok paralel. Di belakang penganalisa kristal, kolimator slotted mengirimkan radiasi difraksi untuk detektor. Biasanya, sudut maksimum Q terbatas pada nilai 80-85 °, sehingga hanya radiasi sinar-X yang dapat membedakan pada penganalisis kristal, panjang gelombang L yang dikaitkan dengan jarak interplane l Mikroanalisis sinar-X. Spektrometer yang dijelaskan di atas dengan analyzer kristal datar dapat diadaptasi untuk mikroanalisis. Ini dicapai dengan menyempit atau berkas radiasi sinar-X primer, atau balok sekunder yang dipancarkan oleh sampel. Namun, penurunan ukuran efektif sampel atau bukaan radiasi menyebabkan penurunan intensitas radiasi yang difraksi tercatat. Meningkatkan metode ini dapat dicapai dengan menggunakan spektrometer dengan kristal melengkung, yang memungkinkan untuk mendaftarkan kerucut radiasi yang menyimpang, dan tidak hanya radiasi paralel dengan sumbu kolimator. Dengan bantuan spektrometer seperti itu, partikel kurang dari 25 mikron dapat diidentifikasi. Penurunan yang bahkan lebih besar dalam ukuran sampel yang dianalisis dicapai pada mikroanalyer x-ray elektron-probe, ditemukan oleh R. Kusten. Di sini, radiasi x-ray karakteristik dari sampel bersemangat, yang kemudian dianalisis dengan spektrometer dengan kristal melengkung, sinar elektron yang diinfokulasi. Menggunakan alat seperti itu, dimungkinkan untuk mendeteksi jumlah zat sekitar 10-14 g dalam sampel dengan diameter 1 mikron. Instalasi dengan pemindaian elektronolik dari sampel juga dikembangkan, yang dimungkinkan untuk mendapatkan pola distribusi dua dimensi dengan sampel elemen tersebut, pada emisi karakteristik yang dikonfigurasi spektrometer.
Diagnostik X-ray medis
Pengembangan teknik-x-ray memungkinkan untuk secara signifikan mengurangi waktu paparan dan meningkatkan kualitas gambar untuk mempelajari bahkan jaringan lunak.
Fluorografi. Metode diagnostik ini adalah memotret gambar bayangan dari layar transparan. Pasien berada di antara sumber radiasi sinar-X dan layar datar dari fosfor (biasanya cesium iodide), yang bersinar di bawah aksi x-ray. Jaringan biologis dari satu derajat kepadatan menciptakan nuansa sinar-X memiliki tingkat intensitas yang berbeda. Seorang ahli radiologi meneliti gambar bayangan pada layar luminescent dan membuat diagnosis. Di masa lalu, x-ray, menganalisis gambar, mengandalkan penglihatan. Sekarang ada berbagai sistem yang meningkatkan gambar yang menampilkannya ke layar televisi atau merekam data dalam memori komputer.
Radiografi. Merekam gambar x-ray langsung pada film disebut x-ray. Dalam hal ini, tubuh yang diteliti terletak di antara sumber sinar-X dan film, yang merekam informasi tentang keadaan organ saat ini waktu. Radiografi berulang memungkinkan untuk menilai evolusi lebih lanjut. Radiografi memungkinkan Anda untuk mengeksplorasi integritas jaringan tulang, yang terutama terdiri dari kalsium dan buram untuk radiasi sinar-X, serta jeda otot. Dengan itu, itu lebih baik daripada stetoskop atau mendengarkan, keadaan paru-paru dengan peradangan, tuberkulosis atau keberadaan cairan dianalisis. Dengan bantuan radiografi, ukuran dan bentuk jantung ditentukan, serta dinamika perubahan pada pasien yang menderita penyakit jantung.
Zat kontras. Bagian transparan tubuh dan rongga organ individu menjadi terlihat, jika mereka dipenuhi dengan agen yang kontras, tidak berbahaya bagi tubuh, tetapi memungkinkan untuk memvisualisasikan bentuk organ internal dan memeriksa operasi mereka. Zat kontras pasien mengambil dalam (seperti, misalnya, garam barium dalam studi saluran pencernaan), atau mereka diperkenalkan secara intravena (seperti solusi yang mengandung yodium dalam studi ginjal dan saluran kemih). DI tahun lalu.Namun, metode ini dipindahkan oleh metode diagnostik berdasarkan penggunaan atom radioaktif dan ultrasound.
Ct scan. Pada 1970-an, metode diagnostik x-ray baru dikembangkan, berdasarkan fotografi lengkap tubuh atau bagian-bagiannya. Gambar layer tipis ("bagian") diproses oleh komputer, dan gambar akhir ditampilkan pada layar monitor. Metode ini disebut komputer x-ray komputer. Ini banyak digunakan dalam pengobatan modern untuk diagnosis infiltrat, tumor dan gangguan otak lainnya, serta untuk diagnosis penyakit jaringan lunak di dalam tubuh. Teknik ini tidak memerlukan pengenalan zat-zat kontras asing dan karenanya cepat dan lebih efisien daripada teknik tradisional.
Efek biologis radiasi sinar-X
Efek biologis berbahaya dari radiasi sinar-X terungkap tak lama setelah dibuka oleh X-Ray. Ternyata radiasi baru dapat menyebabkan sesuatu seperti luka bakar yang kuat (erityhym), disertai, namun, kerusakan kulit yang lebih dalam dan tahan. Ulkus yang muncul sering beralih ke kanker. Dalam banyak kasus, mereka harus mengamputasi jari atau tangan. Hasil yang jatuh terjadi. Ditemukan bahwa lesi kulit dapat dihindari dengan mengurangi waktu dan dosis iradiasi dengan menerapkan perisai (misalnya, timbal) dan alat kendali jarak jauh. Tetapi lainnya, lebih banyak konsekuensi jangka panjang dari iradiasi sinar-X, yang kemudian dikonfirmasi dan dipelajari pada hewan percobaan juga secara bertahap diungkapkan. Efeknya karena efek radiasi sinar-X, serta radiasi pengion lainnya (seperti radiasi gamma yang dipancarkan oleh bahan radioaktif) meliputi: 1) perubahan sementara dalam komposisi darah setelah radiasi berlebih yang relatif kecil; 2) Perubahan ireversibel dalam komposisi darah (anemia hemolitik) setelah redundansi jangka panjang; 3) Insiden kanker (termasuk leukemia); 4) Penuaan yang lebih cepat dan kematian dini; 5) Munculnya katarak. Untuk semua lainnya, eksperimen biologis pada tikus, kelinci dan lalat (drosophilas) menunjukkan bahwa bahkan dosis kecil iradiasi sistematis dari populasi besar karena peningkatan kecepatan mutasi menyebabkan efek genetik berbahaya. Sebagian besar ahli genetika mengakui penerapan data ini dan untuk tubuh manusia. Adapun efek biologis radiasi sinar-X pada tubuh manusia, ditentukan oleh tingkat dosis radiasi, serta tubuh yang sama persis dengan iradiasi. Misalnya, penyakit darah disebabkan oleh iradiasi organ hematopoietik, terutama sumsum tulang, dan konsekuensi genetik - iradiasi organ genital yang juga dapat menyebabkan kemandulan. Akumulasi pengetahuan tentang efek radiasi sinar-X pada tubuh manusia mengarah pada pengembangan standar nasional dan internasional untuk dosis iradiasi yang diizinkan yang diterbitkan dalam berbagai publikasi referensi. Selain radiasi sinar-X, yang sengaja digunakan oleh manusia, ada juga yang disebut multipel, radiasi samping, yang timbul dari berbagai alasan, misalnya, karena hamburan karena ketidaksempurnaan layar pelindung timah, yang ini Radiasi tidak menyerap sepenuhnya. Selain itu, banyak perangkat listrik yang tidak dimaksudkan untuk mendapatkan radiasi sinar-X, namun menghasilkannya sebagai produk sampingan. Perangkat tersebut termasuk mikroskop elektronik, lampu region tegangan tinggi (kenotron), serta kinescope TV berwarna usang. Produksi kinescope warna modern di banyak negara sekarang berada di bawah kendali pemerintah.
FAKTOR X-RAY BERBAHAYA
Jenis dan tingkat iradiasi sinar-X untuk orang-orang bergantung pada kontingen orang yang rentan terhadap iradiasi.
Profesional bekerja dengan peralatan sinar-X. Kategori ini mencakup ahli radiologi, dokter gigi, serta pekerja ilmiah dan teknis dan personel yang melayani dan menggunakan peralatan sinar-X. Langkah-langkah efektif diambil untuk mengurangi tingkat radiasi yang harus mereka tangani.
Pasien. Kriteria ketat tidak ada di sini, dan tingkat iradiasi yang aman, yang diperoleh oleh pasien selama perawatan ditentukan dengan menghadiri dokter. Dokter tidak disarankan tanpa perlu mengekspos pasien dengan pemeriksaan sinar-X. Perhatian khusus harus diambil ketika memeriksa wanita hamil dan anak-anak. Dalam hal ini, langkah-langkah khusus diambil.
Metode kontrol. Berikut ini dalam pikiran tiga aspek:
1) Ketersediaan peralatan yang memadai, 2) Memantau kepatuhan dengan aturan keselamatan, 3) penggunaan peralatan yang tepat. Dengan pemeriksaan x-ray, iradiasi harus hanya mengungkap plot yang diinginkan, baik itu pemeriksaan gigi atau survei paru-paru. Perhatikan bahwa segera setelah mematikan peralatan x-ray menghilang baik radiasi primer dan sekunder; Juga tidak ada radiasi residu, yang bahkan yang terhubung langsung dengannya tidak selalu diketahui.
Lihat juga
Struktur atom;
Radiologi adalah bagian dari radiologi yang mempelajari efek pada organisme hewan dan radiasi sinar-X manusia yang timbul dari penyakit ini, perawatan dan pencegahan mereka, serta metode untuk diagnosis berbagai patologi menggunakan sinar-X (x-ray diagnostik ). Komposisi aparat diagnostik x-ray khas mencakup pengumpan (transformer), penyearah tegangan tinggi yang mengubah arus bolak-balik jaringan listrik ke panel kontrol yang konstan, tripod dan tabung sinar-X.
RAYS adalah bentuk osilasi elektromagnetik yang terbentuk dalam tabung sinar-X dengan pengereman tajam elektron yang dipercepat pada saat tabrakan mereka dengan atom zat anoda. Saat ini, pandangan dianggap sebagai sudut pandang bahwa sinar-X dalam sifat fisik mereka adalah salah satu jenis energi radiasi, spektrum yang juga mencakup gelombang radio, sinar inframerah, cahaya tampak, sinar ultraviolet dan sinar gamma elemen radioaktif. Radiasi sinar-X dapat dikarakterisasi sebagai totalitas partikel terkecil - kuanta atau foton.
Ara. 1 - Peralatan X-Ray Mobile:
A - tabung x-ray;
B - catu daya;
V - Tripod yang dapat disesuaikan.
Ara. 2 - panel kontrol x-ray (mekanik - kiri dan elektronik - kanan): A - panel untuk mengatur paparan dan kekakuan;
B - Tombol pasokan tegangan tinggi.
Ara. 3 - blok diagram x-ray yang khas 1 - jaringan;
2 - autotransformer;
3 - Boost Transformer;
4 - X-Ray Tube;
5 - anoda;
6 - katoda;
7 - menurunkan transformator.
Mekanisme Formasi X-Ray
Sinar-X-Ray terbentuk pada saat tabrakan aliran elektron yang dipercepat dengan zat anoda. Ketika interaksi elektron dengan target 99% dari energi kinetik mereka berubah menjadi energi termal dan hanya 1% ke radiasi sinar-X.
Tabung sinar-X terdiri dari silinder kaca di mana 2 elektroda disuntikkan: katoda dan anoda. Udara ditembak dari silinder kaca: pergerakan elektron dari katoda ke analog hanya dimungkinkan di bawah kondisi vakum relatif (10 -7 -10 -8 mm. Seni.). Pada katoda ada benang panas, yang merupakan spiral tungsten yang bengkok. Saat melayani arus listrik Emisi elektronik terjadi pada filamen, di mana elektron dipisahkan dari helix dan membentuk awan elektronik di sebelah katoda. Cloud ini berkonsentrasi pada cangkir katoda yang memfokuskan mendefinisikan arah pergerakan elektron. Cangkir - sedikit reses di katoda. Anoda, pada gilirannya, berisi pelat logam tungsten di mana elektron fokus, adalah tempat pembentukan sinar-X.
Ara. 4 - perangkat tabung x-ray: A - katoda; 
B - anoda;
B - filamen tungsten;
R - Memfokuskan Piala Katoda;
D - aliran elektron yang dipercepat;
Target e - tungsten;
Labu kaca yang baik;
H - Jendela dari berilium;
Dan - sinar-X yang berpendidikan;
K adalah filter aluminium.
2 Transformer terhubung ke tabung elektronik: bawah dan dorongan. Transformator penurun membagi helix tungsten dengan tegangan rendah (5-15 volt), menghasilkan emisi elektronik. Peningkatan, atau tegangan tinggi, transformator ini cocok langsung dengan katoda dan anoda yang merupakan tegangan 20-140 kilovolt disuplai. Kedua transformer ditempatkan di unit tegangan tinggi dari peralatan x-ray, yang diisi dengan minyak transformator, memastikan pendinginan transformer dan isolasi terpercayanya.
Setelah cloud elektronik telah terbentuk menggunakan transformator yang lebih rendah, peningkatan transformator disertakan, dan tegangan tegangan tinggi diterapkan pada kedua kutub: dorongan positif ke anoda, dan negatif pada katoda. Elektron bermuatan negatif ditolak terhadap katoda bermuatan negatif dan berusaha untuk anoda bermuatan positif - karena perbedaan potensial ini, kecepatan tinggi tercapai - 100 ribu km / s. Pada tingkat ini, elektron membombardir anoda piring tungsten, penutupan rantai listrik, menghasilkan radiasi sinar-X dan energi termal.
Radiasi sinar-X dibagi menjadi pengereman dan karakteristik. Radiasi rem terjadi karena perlambatan tajam dalam kecepatan elektron yang dipancarkan oleh spiral tungsten. Radiasi karakteristik terjadi pada saat restrukturisasi cangkang elektronik atom. Kedua spesies ini dibentuk dalam tabung sinar-X pada saat tabrakan elektron yang dipercepat dengan atom zat anoda. Spektrum radiasi dari tabung x-ray adalah pengenaan rem dan radiasi x-ray karakteristik.
Ara. 5 adalah prinsip pembentukan radiasi sinar-X rem.
Ara. 6 adalah prinsip pembentukan radiasi x-ray karakteristik.
Sifat utama radiasi sinar-X
- Rontgen tidak terlihat untuk persepsi visual.
- Radiasi sinar-X memiliki kemampuan penetrasi besar melalui organ dan kain organisme hidup, serta struktur padat dari sifat matikan yang tidak menularkan sinar cahaya yang terlihat.
- Sinar-X menyebabkan cahaya beberapa senyawa kimia, yang disebut fluoresensi.
- Seng sulfida dan kadmium fluoresce zhilto-green,
- Kristal kalsium tungsframat - ungu-biru.
Skala osilasi elektromagnetik
Sinar-X-Ray memiliki panjang gelombang dan frekuensi osilasi yang pasti. Panjang gelombang (λ) dan frekuensi osilasi (ν) dikaitkan dengan relasi: λ ν \u003d c, di mana C adalah kecepatan cahaya, dibulatkan sama dengan 300.000 km per detik. Energi sinar X-ray ditentukan oleh rumus E \u003d H ν, di mana H adalah papan konstan, konstanta universal, sama dengan 6.626 10 -34 J⋅. Panjang gelombang sinar (λ) dikaitkan dengan energi mereka (E) oleh relasi: λ \u003d 12.4 / E.
Radiasi sinar-X berbeda dari jenis osilasi elektromagnetik lainnya dari panjang gelombang (lihat tabel) dan energi kuantum. Semakin pendek panjang gelombang, semakin tinggi frekuensinya, energi dan kemampuan menembus. Panjang gelombang x-ray dalam interval
. Dengan mengubah panjang gelombang radiasi sinar-X, Anda dapat menyesuaikan kemampuan menembusnya. Sinar-X-Ray memiliki panjang gelombang yang sangat kecil, tetapi frekuensi osilasi yang lebih besar, sehingga tidak terlihat oleh mata manusia. Berkat energi yang sangat besar, Quanta memiliki kemampuan menembus besar, yang merupakan salah satu sifat utama yang memastikan penggunaan radiasi sinar-X dalam pengobatan dan ilmu-ilmu lainnya.Karakteristik x-ray
Intensitas - Karakteristik kuantitatif radiasi sinar-X, yang diekspresikan dengan jumlah sinar yang dipancarkan oleh tabung per unit waktu. Intensitas sinar-X diukur pada miliamperes. Membandingkannya dengan intensitas cahaya yang terlihat dari lampu pijar yang biasa, dimungkinkan untuk menggambar analogi: Jadi, lampu 20 watt akan bersinar dengan satu intensitas, atau dengan paksa, dan lampu 200 watt - di sisi lain, sementara Kualitas cahaya itu sendiri (spektrumnya) sama. Intensitas radiasi sinar-X, sebenarnya, adalah jumlahnya. Setiap elektron menciptakan satu atau lebih kuanta radiasi pada anoda, oleh karena itu, jumlah sinar-X saat terkena objek diatur dengan mengubah jumlah elektron yang berjuang ke anoda, dan jumlah interaksi elektron dengan atom target tungsten, yang dapat dilakukan dengan dua cara:
- Mengubah derajat panas spiral katoda menggunakan transformator hilir (jumlah elektron yang terbentuk selama emisi akan tergantung pada seberapa kuat spiral tungsten dipukuli, dan jumlah kuanta radiasi akan tergantung pada jumlah elektron);
- Dengan mengubah nilai tegangan tinggi dari transformator yang meningkat ke tiang tabung - cadod dan anoda (semakin tinggi tegangan dipasok ke tiang tabung, energi kinetik yang lebih besar diperoleh dengan elektron, yang karena energi dapat Berinteraksi dengan beberapa atom zat anoda secara bergantian - lihat. ara. lima; Elektron energi rendah akan dapat memasukkan jumlah interaksi yang lebih kecil).
Intensitas radiasi sinar-X (arus anoda), dikalikan ke kecepatan rana (operasi pipa), sesuai dengan paparan radiasi sinar-X, yang diukur dalam Mac (miliamperes per detik). Paparan adalah parameter yang, serta intensitas, mencirikan jumlah sinar yang dipancarkan oleh tabung sinar-X. Perbedaannya hanya terdiri dari bahwa eksposisi memperhitungkan waktu tabung (misalnya, jika tabung bekerja 0,01 detik., Jumlah sinar akan menjadi satu, dan jika 0,02 detik, maka jumlah sinar akan berbeda - dua kali lebih). Paparan radiasi ditetapkan oleh ahli radiologi pada panel kontrol peralatan x-ray, tergantung pada jenis studi, ukuran objek yang diteliti dan masalah diagnostik.
Kekakuan - Karakteristik kualitatif dari radiasi sinar-X. Ini diukur dengan tegangan tinggi pada tabung - dalam kilovolts. Menentukan kemampuan menembus sinar-X. Nilai tegangan tinggi disesuaikan dengan tabung sinar-X oleh transformator penambah. Semakin tinggi perbedaan potensial dibuat pada pipa tabung, semakin banyak dengan elektron kekuatan yang lebih besar dikeluarkan dari katoda dan bergegas ke anoda dan semakin kuat tabrakan mereka dengan anoda. Semakin kuat tabrakan mereka, semakin pendek panjang gelombang dalam radiasi sinar-X terjadi dan kemampuan menembus di atas dari gelombang ini (atau kekakuan radiasi, yang, serta intensitasnya, disesuaikan pada panel kontrol dengan parameter tegangan di tabung - kilovolestem).
λ - panjang gelombang; 
Ara. 7 - Ketergantungan panjang gelombang dari energi gelombang:
E - Gelombang Energi 
Ara. 8 - Rasio tegangan pada tabung sinar-X dan panjang gelombang radiasi x-ray yang dihasilkan:
Klasifikasi tabung sinar-X
- Menjelang tujuan
- Diagnostik
- Terapeutik
- Untuk analisis struktural
- Untuk mengejutkan
- Oleh konstruksi
- Fokus
- Satu meter (pada katoda satu spiral, dan satu titik fokus pada anoda)
- Dua fokus (pada katoda dua spiral dengan ukuran berbeda, dan pada anoda dua titik fokus)
- Dengan jenis anoda.
- Stasioner (tidak bergerak)
- Rotating.
Sinar-X diterapkan tidak hanya dalam tujuan x-rayodynamic, tetapi juga dalam terapi. Seperti disebutkan di atas, radiasi sinar-X dapat menekan pertumbuhan sel tumor memungkinkan untuk menggunakannya dalam terapi radiasi penyakit onkologi. Selain bidang medis aplikasi, radiasi sinar-X telah banyak digunakan di bidang teknik dan teknis, ilmu material, kristalografi, kimia dan biokimia: Jadi, misalnya, dimungkinkan untuk mengidentifikasi cacat struktural dalam berbagai produk (rel , jahitan pengelasan, dll.) Dengan radiasi sinar-X. Jenis penelitian semacam itu disebut deteksi cacat. Dan di bandara, stasiun kereta api dan tempat-tempat lain dari akumulasi massa orang secara aktif digunakan oleh integrasi pengantar sinar-X untuk tas buatan tangan dan bagasi untuk keselamatan.
Tergantung pada jenis anoda, tabung sinar-X berbeda dalam desain. Karena kenyataan bahwa 99% dari energi elektron kinetik masuk ke energi termal, sedangkan tabung terjadi, ada pemanasan anoda yang signifikan - target tungsten yang sensitif sering terbakar. Pendinginan anoda dilakukan dalam tabung x-ray modern dengan rotasi. Anoda berputar memiliki bentuk cakram yang mendistribusikan panas di seluruh permukaannya secara merata, mencegah overheating lokal dari target tungsten.
Desain tabung x-ray berbeda juga dengan fokus. Tempat fokus adalah bagian dari anoda, yang dihasilkan oleh generasi bundel operasi radiasi sinar-X. Dibagi menjadi titik fokus nyata dan tempat fokus yang efektif ( ara. 12.). Karena fakta bahwa anoda berada pada sudut, titik fokus yang efektif kurang dari yang asli. Ukuran noda fokus yang berbeda digunakan tergantung pada ukuran area gambar. Semakin besar ruang lingkup gambar, yang lebih luas harus ada noda fokus untuk menutupi seluruh area gambar. Namun, titik fokus yang lebih kecil membentuk kejernihan gambar yang lebih baik. Oleh karena itu, dalam produksi snapshot kecil, benang gas pendek digunakan dan elektron dikirim ke area kecil target anoda, membuat titik fokus yang lebih kecil.
Ara. 9 - tabung x-ray dengan anoda stasioner.
Ara. 10 - tabung x-ray dengan anoda berputar.
Ara. 11 - Perangkat tabung x-ray dengan anoda berputar.
Ara. 12 - Skema untuk pembentukan tempat fokus nyata dan efisien.
Mereka dipancarkan dengan partisipasi elektron, berbeda dengan radiasi gamma, yaitu nuklir. Secara artifisial, radiasi sinar-X dibuat oleh percepatan kuat partikel bermuatan dan dengan mengalihkan elektron dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya dengan pelepasan sejumlah besar energi. Perangkat tempat Anda bisa mendapatkan tabung sinar-X dan akselerator partikel bermuatan. Sumber-sumber alamnya adalah atom dan benda ruang yang tidak stabil secara radio.
Pembukaan sejarah
Itu dibuat pada November 1895 oleh x-ray - seorang ilmuwan Jerman, yang menemukan efek fluoresensi platinum-cyano barium selama pengoperasian tabung katodolum. Dia menggambarkan karakteristik sinar ini cukup rinci, termasuk kemampuan untuk menembus kain live. Mereka diberi nama dengan ilmuwan sinar-X (x-rays), nama "X-Ray" tiba di Rusia nanti.
Apa yang ditandai dengan jenis radiasi ini
Adalah logis bahwa kekhasan radiasi ini disebabkan oleh sifatnya. Gelombang elektromagnetik - inilah radiasi x-ray. Sifatnya adalah sebagai berikut:
Radiasi sinar-X - bahaya
Tentu saja, pada saat pembukaan dan tahun yang panjang Setelah itu tidak ada yang membayangkan betapa berbahayanya itu.
Di mana sinar-X berlaku
- Obat. X-ray diagnostics - "transparan" organisme hidup. Terapi X-ray - Efek pada sel tumor.
- Ilmu. Kristalografi, kimia dan biokimia menggunakannya untuk mengidentifikasi struktur zat tersebut.
- Industri. Deteksi cacat bagian logam.
- Keamanan. Peralatan X-ray digunakan untuk mendeteksi barang-barang berbahaya di bagasi di bandara dan tempat-tempat lain.
Radiasi sinar-X
Radiasi sinar-X Ini menempati wilayah spektrum elektromagnetik antara gamma dan radiasi ultraviolet dan merupakan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang 10 -14 hingga 10 -7 m. Dalam kedokteran, radiasi sinar-X digunakan dengan panjang gelombang 5 x 10 -12 untuk 2,5 x 10 -10 m, yaitu, 0,05 - 2,5 angsmtrema, dan sebenarnya untuk x-ray diagnostik - 0,1 angstrom. Radiasi adalah aliran kuanta (foton) yang merambat secara langsung dengan kecepatan cahaya (300.000 km / s). Quanta ini tidak memiliki muatan listrik. Massa kuantum adalah bagian yang tidak signifikan dari unit atom massa.
Energi kuanta. Ukur dalam joule (j), tetapi dalam praktiknya sering digunakan oleh unit insiden "Volt Elektronik" (EV) . Satu volt elektron adalah energi yang diperoleh satu elektron, melewati perbedaan potensial dalam 1 volt di medan listrik. 1 ev \u003d 1.6 10 ~ 19 J. Derivatif adalah kiloelectron-volt (CEV) yang sama dengan seribu EV, dan megaelectron-volt (MEV) sama dengan satu juta EV.
Sinar-X diperoleh dengan tabung sinar-X, akselerator linier dan betatron. Dalam tabung x-ray, perbedaan potensial antara katoda dan anoda target (puluhan kilovolt) mempercepat elektron, membombardir anoda. Radiasi x-ray terjadi ketika mengerem elektron cepat di bidang listrik atom zat anoda (Radiasi rem) Atau ketika merestrukturisasi cangkang internal atom (radiasi karakteristik.) . Radiasi x-ray karakteristik Ini memiliki karakter diskrit dan terjadi ketika elektron atom zat anoda transisi dari satu tingkat energi di sisi lain di bawah pengaruh elektron eksternal atau kuanta radiasi. Racunan Rem Ini memiliki spektrum terus menerus, tergantung pada tegangan anoda pada tabung sinar-X. Saat pengereman dalam elektron anoda zat, elektron sebagian besar energinya dikonsumsi untuk anoda pemanasan (99%) dan hanya bagian kecil (1%) berubah menjadi energi sinar-X. Dalam diagnostik sinar-X, radiasi pengereman paling sering digunakan.
Sifat utama sinar-X adalah karakteristik dari semua emisi elektromagnetik, tetapi ada beberapa fitur. Sinar-X memiliki sifat-sifat berikut:
- sifat dpt dilihat - Sel-sel sensitif dari mata Retina tidak bereaksi terhadap sinar-X-ray, karena panjang ombak mereka ribuan kali kurang dari cahaya yang terlihat;
- distribusi lurus - Sinar dibiaskan, terpolarisasi (diperbanyak dalam bidang tertentu) dan difraksi, serta cahaya tampak. Indeks bias berbeda sangat sedikit dari satu;
- kemampuan menembus - menembus tanpa penyerapan substansial melalui lapisan signifikan zat buram untuk cahaya tampak. Semakin pendek panjang gelombang, kemampuan menembus yang lebih besar adalah x-ray;
- kemampuan untuk menyerap - Mereka memiliki kemampuan untuk menyerap jaringan tubuh, semua diagnostik sinar-X didasarkan pada itu. Kemampuan untuk menyerap tergantung pada gravitasi spesifik jaringan (semakin besar, semakin besar penyerapannya); dari ketebalan objek; dari kekakuan radiasi;
- tindakan fotografi - menguraikan senyawa halida perak, termasuk yang ada di Photoemals, yang memungkinkan untuk mendapatkan sinar-X;
- tindakan luminescent. - Menyebabkan luminescence sejumlah senyawa kimia (fosfor), metode transmisi sinar-X didasarkan pada ini. Intensitas cahaya tergantung pada struktur zat fluoresen, jumlah dan jaraknya dari sumber sinar-X. Luminophores digunakan tidak hanya untuk mendapatkan gambar objek yang diteliti pada layar x-ray, tetapi juga dengan radiografi, di mana mereka memungkinkan Anda untuk meningkatkan efek radiasi pada film radiografi di kaset karena penggunaan layar penguat, lapisan permukaan yang terbuat dari zat fluoresen;
- tindakan ionisasi - Mereka memiliki kemampuan untuk menyebabkan pembusukan atom-atom netral pada partikel bermuatan positif dan negatif, dosimetri didasarkan padanya. Efek ionisasi dari media apa pun terdiri dari pembentukan ion positif dan negatif, serta elektron bebas dari atom netral dan molekul zat. Ionisasi udara di kantor x-ray selama pengoperasian tabung x-ray menyebabkan peningkatan konduktivitas listrik udara, penguatan statis biaya listrik pada item kantor. Untuk menghilangkan pengaruh yang tidak diinginkan dalam lemari sinar-X, mempengaruhi pengaruh dan ventilasi buang disediakan;
- tindakan biologis - berdampak pada objek biologis, dalam banyak kasus dampak ini berbahaya;
- hukum kuadrat terbalik - Untuk sumber radiasi sinar-X, intensitas menurun secara proporsional dengan kuadrat jarak ke sumber.
Radiasi sinar-X adalah jenis radiasi elektromagnetik berenergi tinggi. Ini secara aktif digunakan di berbagai sektor obat.
Sinar sinar-X adalah gelombang elektromagnetik, energi foton pada skala gelombang elektromagnetik adalah antara radiasi ultraviolet dan radiasi gamma (dari ~ 10 ev ke ~ 1 meV), yang sesuai dengan panjang gelombang dari ~ 10 ^ 3 hingga ~ ^ -2 Angstrom (dari ~ 10 ^ -7 hingga ~ 10 ^ -12 m). Artinya, itu sangat sulit radiasi daripada cahaya tampak, yang pada skala ini antara sinar ultraviolet dan inframerah ("termal").
Batas antara x-ray dan radiasi gamma dibedakan dengan kondisional: rentang mereka berpotongan, sinar gamma dapat memiliki energi dari 1 KV. Mereka berbeda dengan asal: sinar gamma dipancarkan selama proses yang terjadi pada nuklei atom, x-ray - dalam proses dengan partisipasi elektron (baik gratis maupun mereka yang berada di cangkang elektronik atom). Pada saat yang sama, menurut foton itu sendiri tidak mungkin untuk membangun, selama proses itu berasal, yaitu membagi pada rerunt-x dan rentang gamma sebagian besar bersyarat.
Rentang sinar-X dibagi menjadi "X-Ray" dan "keras". Perbatasan di antara mereka berjalan pada tingkat panjang gelombang 2 Angstrom dan 6 cev energi.
Generator X-Ray adalah tabung di mana vakum dibuat. Ada elektroda - katoda, yang merupakan muatan negatif disajikan, dan anoda bermuatan positif. Ketegangan di antara mereka adalah puluhan ratusan kilovolt. Generasi foton sinar-X terjadi ketika elektron "putus" dari katoda dan dengan kecepatan tertinggi dipotong ke permukaan anoda. Radiasi sinar-X yang timbul disebut "rem", fotonya memiliki panjang gelombang yang berbeda.
Pada saat yang sama, generasi foton dari spektrum karakteristik terjadi. Bagian dari elektron dalam atom zat anoda bersemangat, yaitu, ia bergerak ke orbit yang lebih tinggi, dan kemudian kembali ke keadaan normal, memancarkan foton dari panjang gelombang tertentu. Dalam generator standar, kedua jenis radiasi sinar-X terjadi.
Pembukaan sejarah
Pada tanggal 8 November 1895, ilmuwan Jerman Wilhelm Conrad X-Ray menemukan bahwa beberapa zat di bawah pengaruh "sinar katoda", yaitu, fluks elektron yang dihasilkan oleh tabung radial katoda, mulailah bersinar. Dia menjelaskan fenomena ini dengan dampak dari beberapa sinar-X - jadi ("ront") adalah radiasi dan sekarang disebut dalam banyak bahasa. Kemudian v.k. X-ray mempelajari fenomena terbuka. Pada 22 Desember 1895, ia membuat laporan tentang topik ini di University of Würzburg.
Kemudian ternyata X-ray diamati sebelumnya, tetapi kemudian fenomena yang terkait dengannya tidak terlalu mementingkan. Tabung sinar katoda diciptakan untuk waktu yang lama, tetapi sebelum VK X-ray tidak ada yang memperhatikan penghitingan banjir fotografi di dekatnya, dll. Fenomena. Bahaya yang berasal dari penetrasi radiasi tidak diketahui.
Jenis dan pengaruhnya pada tubuh
"X-ray" adalah jenis radiasi penetrasi ringan. Efek berlebihan dari sinar-X lunak menyerupai efek iradiasi ultraviolet, tetapi dalam bentuk yang lebih parah. Bakar terbentuk pada kulit, tetapi kekalahan itu ternyata lebih dalam, dan itu menyembuhkannya jauh lebih lambat.
Rontgen keras adalah radiasi pengion penuh yang mampu menyebabkan penyakit radiasi. Quanta x-ray dapat mematahkan molekul protein dari mana kain tubuh manusia, serta molekul DNA genom. Tetapi bahkan jika kuantum x-ray membagi molekul air, itu masih: pada saat yang sama, radikal bebas yang aktif secara kimia terbentuk, yang dapat memengaruhi protein dan DNA. Penyakit radiasi terjadi pada bentuk yang lebih parah, semakin banyak organ pembentuk darah terpengaruh.
Sinar-X memiliki aktivitas mutagenik dan karsinogenik. Ini berarti bahwa probabilitas mutasi spontan dalam sel selama iradiasi meningkat, dan kadang-kadang sel-sel sehat dapat dilahirkan kembali ke dalam kanker. Meningkatkan kemungkinan penampilan tumor ganas adalah konsekuensi standar dari segala iradiasi, termasuk x-ray. X-ray adalah pandangan paling berbahaya tentang radiasi penetrasi, tetapi masih bisa berbahaya.
Radiasi X-Ray: Aplikasi dan cara kerjanya
Radiasi sinar-X digunakan dalam pengobatan, serta di bidang aktivitas manusia lainnya.
Radioskopi dan Tomografi Komputer
Penggunaan radiasi sinar-X yang paling sering adalah x-ray. "Transmisi" tubuh manusia memungkinkan Anda untuk mendapatkan gambar terperinci dari kedua tulang (mereka terlihat paling jelas) dan gambar organ internal.
Berbagai transparansi jaringan tubuh dalam sinar-X-ray dikaitkan dengan komposisi kimianya. Fitur-fitur struktur tulang adalah bahwa mereka mengandung banyak kalsium dan fosfor. Jaringan lain terutama terdiri dari karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen. Atom fosfor melebihi atom oksigen hampir dua kali mungkin, dan atom kalsium adalah 2,5 kali (karbon, nitrogen dan hidrogen - bahkan lebih mudah oksigen). Dalam hal ini, penyerapan foton sinar-X di tulang jauh lebih tinggi.
Selain "snapshot" dua dimensi, radiografi memungkinkan untuk membuat gambar tiga dimensi organ: Radiografi semacam ini disebut computed tomography. Untuk tujuan ini, x-ray lunak digunakan. Volume iradiasi yang diperoleh dalam satu gambar kecil: kira-kira sama dengan iradiasi, diperoleh pada penerbangan 2 jam dengan pesawat di ketinggian 10 km.
Defectoscopy x-ray memungkinkan Anda untuk mengidentifikasi cacat internal kecil dalam produk. Ini menggunakan x-ray yang keras untuk itu, karena banyak bahan (logam misalnya) buruk "tembus cahaya" karena massa atom tinggi dari komponen substansi mereka.
Analisis fluoresen struktur X-Ray dan X-ray
Dalam sinar-X, sifat-sifat memungkinkan kita untuk mempertimbangkan atom terpisah dengan mereka secara rinci. Analisis struktur X-ray secara aktif digunakan dalam kimia (termasuk biokimia) dan kristalografi. Prinsip operasinya adalah disipasi difraksi sinar-X pada atom kristal atau molekul kompleks. Menggunakan analisis struktur X-ray, struktur molekul DNA ditentukan.
Analisis fluoresen x-ray memungkinkan Anda menentukan komposisi bahan kimia dengan cepat.
Ada banyak bentuk radioterapi, tetapi mereka semua menyiratkan penggunaan radiasi pengion. Radioterapi dibagi menjadi 2 jenis: corpuscular dan gelombang. Corpuscular menggunakan aliran partikel alfa (kernel atom helium), partikel beta (elektron), neutron, proton, ion berat. Gelombang menggunakan sinar spektrum elektromagnetik - x-ray dan gamma.
Metode radioterapi digunakan terutama untuk pengobatan penyakit onkologi. Faktanya adalah bahwa radiasi memukau terlebih dahulu dari semua sel yang terbagi aktif, sehingga organ pembentukan darah menderita (sel-sel mereka terus terbagi, menghasilkan semua sel darah merah baru). Sel-sel kanker juga terus terbagi dan lebih rentan terhadap radiasi daripada jaringan yang sehat.
Tingkat iradiasi digunakan, yang menekan aktivitas sel kanker, cukup mempengaruhi kesehatan. Di bawah pengaruh radiasi, tidak ada perusakan sel yang terjadi seperti itu, tetapi kerusakan pada genom - molekul DNA mereka. Sel dengan genom yang hancur dapat ada untuk beberapa waktu, tetapi tidak dapat lagi berbagi, yaitu, pertumbuhan tumor dihentikan.
Radioterapi adalah bentuk radioterapi yang paling lunak. Radiasi gelombang selatan seluler, dan radiasi gamma x-ray - lebih lembut.
Selama masa kehamilan
Gunakan radiasi pengion selama kehamilan berbahaya. Sinar-X memiliki aktivitas mutagenik dan dapat menyebabkan pelanggaran janin. Terapi sinar-X tidak kompatibel dengan kehamilan: itu hanya dapat diterapkan jika sudah diputuskan untuk menghasilkan aborsi. Pembatasan pada x-ray lebih lembut, tetapi pada bulan-bulan pertama juga sangat dilarang.
Dalam hal kebutuhan ekstrem, pemeriksaan sinar-X diganti dengan tomografi magnetorezonance. Tetapi pada trimester pertama, mereka berusaha menghindarinya (metode ini baru-baru ini muncul, dan dengan kepercayaan mutlak berbicara tentang tidak adanya konsekuensi yang berbahaya).
Bahaya yang tidak ambigu terjadi ketika diiradiasi dengan dosis total minimal 1 MZV (dalam unit lama - 100 mr). Dengan x-ray sederhana (misalnya, ketika melewati fluorografi), pasien mendapat sekitar 50 kali lebih sedikit. Untuk mendapatkan dosis seperti itu lebih dari 1 kali, Anda perlu menjalani tomografi komputasi yang terperinci.
Yaitu, dengan sendirinya, fakta 1-2-multiple "x-ray" pada tahap awal kehamilan tidak mengancam konsekuensi yang sulit (tetapi lebih baik tidak berisiko).
Pengobatan dengan itu
Sinar-X digunakan terutama saat memerangi tumor ganas. Metode ini baik karena sangat efisien: Dia membunuh tumor. Buruknya jaringan sehat sedikit lebih baik, ada banyak efek samping. Secara khusus bahaya ada badan pembentukan darah.
Dalam praktiknya, berbagai metode diterapkan untuk mengurangi efek sinar-X pada kain sehat. Sinar diarahkan pada sudut sedemikian rupa sehingga di zona persimpangan mereka ternyata menjadi tumor (karena ini, penyerapan energi utama terjadi di sana). Kadang-kadang prosedur dilakukan bergerak: tubuh pasien relatif terhadap sumber radiasi berputar di sekitar sumbu yang melewati tumor. Pada saat yang sama, kain yang sehat berubah menjadi zona iradiasi saja, dan pasien terus-menerus.
X-ray digunakan dalam pengobatan beberapa artrosis dan penyakit serupa, serta penyakit kulit. Dalam hal ini, sindrom nyeri berkurang 50-90%. Karena radiasi digunakan lebih lembut, efek samping, mirip dengan fakta bahwa mereka terjadi selama pengobatan tumor, tidak diamati.
