R?ntgenov? l??e vidia... (Foto: itsmejust, Shutterstock)

Nemeck? fyzik, profesor a rektor univerzity vo W?rzburgu (Bavorsko), ke? s?m experimentoval v univerzitnom laborat?riu, ne?akane objavil „v?etko prenikaj?ce“ l??e, ktor? sa teraz naz?vaj? „r?ntgenov? l??e“ („r?ntgenov? l??e“). po celom svete po ?om av Rusku - "r?ntgen" alebo "r?ntgen".

A bolo to tak. 1895, ke? jeho asistenti u? odi?li domov, Roentgen pokra?oval v pr?ci. V kat?dovej trubici, ktor? bola zo v?etk?ch str?n pokryt? hrub?m ?iernym papierom, op?? zapol pr?d. Ne?aleko le?iace kry?t?ly platinokyanidu b?rnat?ho za?ali zelenkavo ?iari?. Vedec vypol pr?d - ?iara kry?t?lov prestala. Po op?tovnom priveden? nap?tia na kat?dov? trubicu sa ?iara v kry?t?loch, ktor? nemala ni? spolo?n? so zariaden?m, obnovila.

V?sledkom ?al?ieho v?skumu vedec dospel k z?veru, ?e z trubice poch?dza nezn?me ?iarenie, ktor? nesk?r nazval r?ntgenov? l??e.
Roentgenove experimenty uk?zali, ?e r?ntgenov? l??e vznikaj? v bode kol?zie kat?dov?ch l??ov s prek??kou vo vn?tri kat?dovej trubice. Vedec vyrobil trubicu ?peci?lneho dizajnu - antikat?da bola ploch?, ?o poskytovalo intenz?vny tok r?ntgenov?ch l??ov. V?aka tejto trubici (nesk?r sa bude vola? r?ntgen) ?tudoval a op?sal hlavn? vlastnosti dovtedy nezn?meho ?iarenia, ktor? sa naz?valo r?ntgen.

Ako sa uk?zalo, r?ntgenov? l??e m??u prenikn?? do mnoh?ch neprieh?adn?ch materi?lov; neodr??a sa v?ak ani nel?me. R?ntgenov? ?iarenie ionizuje okolit? vzduch a osvet?uje fotografick? dosky. Roentgen urobil aj prv? sn?mky pomocou r?ntgenov?ch l??ov.

Objav nemeck?ho vedca v?razne ovplyvnil rozvoj vedy. Experimenty a ?t?die pomocou r?ntgenov?ho ?iarenia pomohli z?ska? nov? inform?cie o ?trukt?re hmoty, ?o n?s spolu s ?al??mi objavmi tej doby prin?tilo prehodnoti? mno?stvo ustanoven? klasickej fyziky.

Po kr?tkom ?ase na?li r?ntgenov? trubice uplatnenie v medic?ne a r?znych oblastiach techniky. Za tento prelomov? objav, ktor? znamenal za?iatok at?movej a jadrovej vedy, bol Roentgen v roku 1901 ocenen? ako prv? v hist?rii vo fyzike.

V kontakte s

Spolu?iaci

• 1330

  1330

  Kl??tor Ipatiev sa nach?dza tam, kde sa rieka Kostroma vlieva do Volhy. Je zn?my t?m, ?e tam bol za kr??a po?ehnan? Michail Fedorovi?, prv? c?r z dynastie Romanovcov. Kl??tor Najsv?tej?ej Trojice Ipatiev je najstar??m dochovan?m architektonick?m s?borom regi?nu Volga. V roku 1958 bol komplex budov a objektov zaraden? do republikovej historickej a arch?vnej m?zejnej rezerv?cie. Vpe...

• 1783

  1783

  27. marca 1783 odovzdal 27-ro?n? Mozart hornistovi Josephovi Ignazovi Leitgebovi autorsk? rukopis partit?ry pr?ve dokon?en?ho Koncertu Es dur pre lesn? roh a sl??ikov? orchester. Ignaz Leitgeb bol najbli???m priate?om skladate?a. V tom ?ase bol pova?ovan? za jedn?ho z najlep??ch hudobn?kov v Eur?pe a z?rove? mal vo Viedni obchod so syrmi, otvoren?, mimochodom, za peniaze po?i?an? od otca Mozara...

• 1893

Ministerstvo ?kolstva a vedy Ruskej feder?cie

Feder?lna agent?ra pre vzdel?vanie

GOU VPO SUSU

Katedra fyzik?lnej ch?mie

na kurze KSE: „R?ntgenov? ?iarenie“

Dokon?en?:

Naumova Daria Gennadievna

Skontrolovan?:

Docent, K.T.N.

Tanklevskaja N.M.

?e?abinsk 2010

?vod

Kapitola I. Objav r?ntgenov?ch l??ov

Potvrdenie

Interakcia s hmotou

Biologick? vplyv

Registr?cia

Aplik?cia

Ako sa rob? r?ntgen

prirodzen? r?ntgenov? l??e

Kapitola II. R?diografia

Aplik?cia

Sp?sob z?skavania obrazu

V?hody r?diografie

Nev?hody r?diografie

Fluoroskopia

Princ?p pr?jmu

V?hody fluoroskopie

Nev?hody fluoroskopie

Digit?lne technol?gie vo fluoroskopii

Met?da viacriadkov?ho skenovania

Z?ver

Zoznam pou?itej literat?ry

?vod

R?ntgenov? ?iarenie - elektromagnetick? vlny, ktor?ch fot?nov? energia je ur?en? energetick?m rozsahom od ultrafialov?ho po gama ?iarenie, ?o zodpoved? rozsahu vlnov?ch d??ok od 10-4 do 10? ? (od 10-14 do 10-8 m).

Podobne ako vidite?n? svetlo, aj r?ntgenov? l??e sp?sobuj? s?ernenie fotografick?ho filmu. T?to vlastnos? m? ve?k? v?znam pre medic?nu, priemysel a vedeck? v?skum. R?ntgenov? ?iarenie prech?dzaj?ce cez sk?man? objekt a potom dopadaj?ce na film na ?om zobrazuje jeho vn?torn? ?trukt?ru. Ke??e penetra?n? sila r?ntgenov?ho ?iarenia je pre r?zne materi?ly r?zna, ?asti objektu, ktor? s? pre? menej prieh?adn?, poskytuj? na fotografii svetlej?ie oblasti ako tie, cez ktor? ?iarenie dobre prenik?. Kostn? tkaniv? s? teda pre r?ntgenov? l??e menej transparentn? ako tkaniv?, ktor? tvoria ko?u a vn?torn? org?ny. Preto na r?ntgenovom sn?mku bud? kosti ozna?en? ako svetlej?ie oblasti a miesto zlomeniny, ktor? je pre ?iarenie transparentnej?ie, sa d? celkom ?ahko zisti?. R?ntgenov? zobrazovanie sa pou??va aj v zubnom lek?rstve na detekciu kazov a abscesov v kore?och zubov, ako aj v priemysle na detekciu trhl?n v odliatkoch, plastoch a gum?ch.

R?ntgenov? l??e sa pou??vaj? v ch?mii na anal?zu zl??en?n a vo fyzike na ?t?dium ?trukt?ry kry?t?lov. R?ntgenov? l?? prech?dzaj?ci chemickou zl??eninou sp?sobuje charakteristick? sekund?rne ?iarenie, ktor?ho spektroskopick? anal?za umo??uje chemikovi ur?i? zlo?enie zl??eniny. Pri dopade na kry?talick? l?tku je r?ntgenov? l?? rozpt?len? at?mami kry?t?lu, ??m vznik? jasn?, pravideln? vzor ?kv?n a pruhov na fotografickej platni, ?o umo??uje stanovi? vn?torn? ?trukt?ru kry?t?lu.

Vyu?itie r?ntgenov?ho ?iarenia pri lie?be rakoviny je zalo?en? na tom, ?e zab?ja rakovinov? bunky. M??e v?ak ma? ne?iaduci vplyv aj na norm?lne bunky. Preto je pri tomto pou?it? r?ntgenov?ch l??ov potrebn? mimoriadna opatrnos?.

Kapitola I. Objav r?ntgenov?ch l??ov

Objav r?ntgenov?ch l??ov sa pripisuje Wilhelmovi Conradovi Roentgenovi. Ako prv? publikoval ?l?nok o r?ntgene, ktor? nazval r?ntgen (r?ntgen). ?l?nok od Roentgena s n?zvom „O novom type l??ov“ bol publikovan? 28. decembra 1895 v ?asopise W?rzburgskej fyzicko-medic?nskej spolo?nosti. Pova?uje sa v?ak za preuk?zan?, ?e r?ntgenov? l??e u? boli z?skan? sk?r. Kat?dov? trubicu, ktor? Roentgen pou?il pri svojich experimentoch, vyvinuli J. Hittorf a W. Crookes. T?to trubica produkuje r?ntgenov? l??e. Uk?zalo sa to v pokusoch Crookesa a od roku 1892 v pokusoch Heinricha Hertza a jeho ?tudenta Philippa Lenarda prostredn?ctvom s?ernenia fotografick?ch dosiek. Nikto z nich si v?ak v?znam svojho objavu neuvedomil a svoje v?sledky nezverejnil. Aj Nikola Tesla, po?n?c rokom 1897, experimentoval s kat?dov?mi trubicami, dostal r?ntgenov? l??e, ale svoje v?sledky nepublikoval.

Z tohto d?vodu Roentgen nevedel o objavoch pred n?m a objavil l??e, nesk?r pomenovan? po ?om, nez?visle - pri pozorovan? fluorescencie, ku ktorej doch?dza pri prev?dzke kat?dovej trubice. Roentgen ?tudoval r?ntgenov? l??e nie?o vy?e roka (od 8. novembra 1895 do marca 1897) a publikoval o nich len tri relat?vne mal? ?l?nky, ktor? v?ak poskytli tak? komplexn? popis nov?ch l??ov, ?e stovky ?l?nkov jeho nasledovn?kov, potom publikovan? v priebehu 12 rokov, nemohol prida? ani zmeni? ni? podstatn?. Roentgen, ktor? stratil z?ujem o r?ntgenov? l??e, povedal svojim kolegom: "V?etko som u? nap?sal, nestr?cajte ?as." K Roentgenovej sl?ve prispela aj sl?vna fotografia ruky jeho man?elky, ktor? zverejnil vo svojom ?l?nku (pozri obr?zok vpravo). Tak?to sl?va priniesla Roentgenovi v roku 1901 prv? Nobelovu cenu za fyziku a Nobelov v?bor zd?raznil praktick? v?znam jeho objavu. V roku 1896 bol prv?kr?t pou?it? n?zov „r?ntgenov? l??e“. V niektor?ch krajin?ch zost?va star? n?zov - r?ntgenov? l??e. V Rusku sa l??e za?ali naz?va? „r?ntgenov?“ na n?vrh ?tudenta V.K. R?ntgen - Abram Fedorovi? Ioffe.

Poloha na stupnici elektromagnetick?ch v?n

Energetick? rozsahy r?ntgenov?ho a gama ?iarenia sa prekr?vaj? v ?irokom energetickom rozsahu. Oba typy ?iarenia s? elektromagnetick? ?iarenie a s? ekvivalentn? pre rovnak? energiu fot?nu. Terminologick? rozdiel spo??va v sp?sobe v?skytu - r?ntgenov? l??e s? emitovan? za ??asti elektr?nov (bu? v at?moch alebo vo?n?ch), zatia? ?o gama ?iarenie je emitovan? pri procesoch deexcit?cie at?mov?ch jadier. R?ntgenov? fot?ny maj? energie od 100 eV do 250 keV, ?o zodpoved? ?iareniu s frekvenciou 3 1016 Hz a? 6 1019 Hz a vlnovou d??kou 0,005 - 10 nm (neexistuje v?eobecne akceptovan? defin?cia dolnej hranice X -rozsah ?iarenia v ?k?le vlnov?ch d??ok). M?kk? r?ntgenov? l??e sa vyzna?uj? najni??ou energiou fot?nov a frekvenciou ?iarenia (a najdlh?ou vlnovou d??kou), zatia? ?o tvrd? r?ntgenov? l??e maj? najvy??iu energiu fot?nov a frekvenciu ?iarenia (a najkrat?iu vlnov? d??ku).

(R?ntgenov? fotografia (r?ntgenogram) ruky jeho man?elky, ktor? urobil V.K. Roentgen)

)

Potvrdenie

R?ntgenov? ?iarenie vznik? siln?m zr?chlen?m nabit?ch ?ast?c (hlavne elektr?nov) alebo vysokoenergetick?mi prechodmi v elektr?nov?ch obaloch at?mov alebo molek?l. Obidva efekty sa vyu??vaj? v r?ntgenov?ch trubiciach, v ktor?ch s? elektr?ny emitovan? z hor?cej kat?dy ur?chlen? (nevy?aruj? sa ?iadne r?ntgenov? l??e, preto?e zr?chlenie je pr?li? n?zke) a dopadn? na an?du, kde sa prudko spoma?uj? (r?ntgenov? l??e s? vy?arovan?: takzvan? .bremsstrahlung) a z?rove? vyra?uj? elektr?ny z vn?torn?ch elektr?nov?ch obalov at?mov kovu, z ktor?ho je vyroben? an?da. Pr?zdne miesta v obaloch s? obsaden? in?mi elektr?nmi at?mu. V tomto pr?pade sa r?ntgenov? ?iarenie vy?aruje s ur?itou energetickou charakteristikou materi?lu an?dy (charakteristick? ?iarenie, frekvencie s? ur?en? Moseleyho z?konom:

,

kde Z je at?mov? ??slo prvku an?dy, A a B s? kon?tanty pre ur?it? hodnotu hlavn?ho kvantov?ho ??sla n elektr?nov?ho obalu). V s??asnosti sa an?dy vyr?baj? najm? z keramiky a ?as?, kam dopadaj? elektr?ny, je z molybd?nu. V procese zr?chlenia-spomalenia ide iba 1% kinetickej energie elektr?nu do r?ntgenov?ho ?iarenia, 99% energie sa premen? na teplo.

R?ntgenov? l??e mo?no z?ska? aj v ur?ch?ova?och ?ast?c. tzv. synchrotr?nov? ?iarenie vznik?, ke? sa zv?zok ?ast?c vych?li v magnetickom poli, v d?sledku ?oho d?jde k zr?chleniu v smere kolmom na ich pohyb. Synchrotr?nov? ?iarenie m? spojit? spektrum s hornou hranicou. Pri vhodne zvolen?ch parametroch (ve?kos? magnetick?ho po?a a energia ?ast?c) mo?no z?ska? r?ntgenov? ?iarenie aj v spektre synchrotr?nov?ho ?iarenia.

Schematick? zn?zornenie r?ntgenovej trubice. X - r?ntgenov? ?iarenie, K - kat?da, A - an?da (niekedy naz?van? antikat?da), C - chladi?, Uh - nap?tie kat?dov?ho vl?kna, Ua - ur?ch?ovacie nap?tie, Win - vstup vodn?ho chladenia, Wout - v?stup vodn?ho chladenia (pozri x- l??ov? trubica).

Interakcia s hmotou

Index lomu takmer akejko?vek l?tky pre r?ntgenov? l??e sa len m?lo l??i od jednoty. D?sledkom toho je skuto?nos?, ?e neexistuje ?iadny materi?l, z ktor?ho by sa dala vyrobi? r?ntgenov? ?o?ovka. Navy?e, ke? r?ntgenov? l??e dopadaj? kolmo na povrch, takmer sa neodr??aj?. Napriek tomu sa v r?ntgenovej optike na?li sp?soby kon?trukcie optick?ch prvkov pre r?ntgenov? ?iarenie.

R?ntgenov? l??e m??u prenika? do hmoty a r?zne l?tky ich absorbuj? r?zne. Absorpcia r?ntgenov?ch l??ov je ich najd?le?itej?ou vlastnos?ou pri r?ntgenovej fotografii. Intenzita r?ntgenov?ho ?iarenia kles? exponenci?lne v z?vislosti od dr?hy prejdenej v absorbuj?cej vrstve (I = I0e-kd, kde d je hr?bka vrstvy, koeficient k je ?mern? Z3l3, Z je at?mov? ??slo prvku, l je vlnov? d??ka).

Absorpcia nast?va ako v?sledok fotoabsorpcie a Comptonovho rozptylu:

Fotoabsorpcia sa ch?pe ako proces vyradenia elektr?nu z obalu at?mu fot?nom, ktor? vy?aduje, aby energia fot?nu bola v???ia ako ur?it? minim?lna hodnota. Ak vezmeme do ?vahy pravdepodobnos? aktu absorpcie v z?vislosti od energie fot?nu, potom pri dosiahnut? ur?itej energie sa t?to (pravdepodobnos?) prudko zv??i na maxim?lnu hodnotu. Pri vy???ch energi?ch pravdepodobnos? neust?le kles?. Kv?li tejto z?vislosti sa hovor?, ?e existuje limit absorpcie. Miesto vyrazen?ho elektr?nu pri akte absorpcie je obsaden? in?m elektr?nom, pri?om je emitovan? ?iarenie s ni??ou energiou fot?nu, tzv. fluorescen?n? proces.

PREDN??KA

RTG ?IARENIE

Povaha r?ntgenov?ch l??ov

Bremsstrahlung X-ray, jeho spektr?lne vlastnosti.

Charakteristick? r?ntgenov? ?iarenie (na preh?ad).

Interakcia r?ntgenov?ho ?iarenia s hmotou.

Fyzik?lny z?klad vyu?itia r?ntgenov?ho ?iarenia v medic?ne.

R?ntgenov? l??e (X - rays) objavil K. Roentgen, ktor? sa v roku 1895 stal prv?m laure?tom Nobelovej ceny za fyziku.

Povaha r?ntgenov?ch l??ov

r?ntgenov?ho ?iarenia - elektromagnetick? vlny s d??kou 80 a? 10 -5 nm. Dlhovlnn? r?ntgenov? ?iarenie pokr?va kr?tkovlnn? UV ?iarenie a kr?tkovlnn? r?ntgenov? ?iarenie dlhovlnn? ? ?iarenie.

R?ntgenov? l??e sa vyr?baj? v r?ntgenov?ch trubiciach. obr.1.

K - kat?da

1 - elektr?nov? l??

2 - R?ntgenov? ?iarenie

Ry?a. 1. R?ntgenov? pr?stroj.

R?rka je sklenen? banka (s mo?n?m vysok?m v?kuom: tlak v nej je asi 10–6 mm Hg) s dvoma elektr?dami: an?dou A a kat?dou K, na ktor? je priveden? vysok? nap?tie U (nieko?ko tis?c voltov). . Kat?da je zdrojom elektr?nov (kv?li fenom?nu termionickej emisie). An?da je kovov? ty?, ktor? m? naklonen? povrch, aby smerovala v?sledn? r?ntgenov? ?iarenie pod uhlom k osi trubice. Je vyroben? z vysoko tepelne vodiv?ho materi?lu na odv?dzanie tepla vznikaj?ceho po?as bombardovania elektr?nmi. Na skosom konci je doska vyroben? zo ?iaruvzdorn?ho kovu (napr?klad volfr?mu).

Siln? zahrievanie an?dy je sp?soben? t?m, ?e hlavn? po?et elektr?nov v kat?dovom l??i, ktor? zasiahne an?du, za??va po?etn? kol?zie s at?mami l?tky a pren??a na ne ve?k? mno?stvo energie.

P?soben?m vysok?ho nap?tia sa elektr?ny emitovan? hor?cim kat?dov?m vl?knom ur?ch?uj? na vysok? energie. Kinetick? energia elektr?nu sa rovn? mv 2 /2. Rovn? sa energii, ktor? z?ska pohybom v elektrostatickom poli trubice:

mv 2 /2 = eU(1)

kde m, e s? hmotnos? a n?boj elektr?nu, U je ur?ch?ovacie nap?tie.

Procesy ved?ce k vzniku brzdn?ho r?ntgenov?ho ?iarenia s? sp?soben? intenz?vnym spomalen?m elektr?nov v materi?li an?dy elektrostatick?m po?om at?mov?ho jadra a at?mov?ch elektr?nov.

P?vodn? mechanizmus mo?no zn?zorni? nasledovne. Pohybuj?ce sa elektr?ny s? nejak? druh pr?du, ktor? vytv?ra svoje vlastn? magnetick? pole. Spomalenie elektr?nov je zn??enie sily pr?du a teda zmena indukcie magnetick?ho po?a, ktor? sp?sob? v?skyt striedav?ho elektrick?ho po?a, t.j. vzh?ad elektromagnetickej vlny.

Ke? teda nabit? ?astica vlet? do hmoty, spomal? sa, strat? energiu a r?chlos? a vy?aruje elektromagnetick? vlny.

Spektr?lne vlastnosti r?ntgenov?ho brzdn?ho ?iarenia .

Tak?e v pr?pade spomalenia elektr?nov v materi?li an?dy, brzdn? ?iarenie.

Spektrum brzdn?ho ?iarenia je spojit?. D?vod je nasledovn?.

Ke? sa elektr?ny spoma?uj?, ka?d? z nich m? ?as? energie pou?itej na ohrev an?dy (E 1 \u003d Q), druh? ?as? na vytvorenie r?ntgenov?ho fot?nu (E 2 \u003d hv), inak eU \u003d hv + Q. Pomer medzi t?mito ?as?ami je n?hodn?.

Kontinu?lne spektrum r?ntgenov?ho brzdn?ho ?iarenia teda vznik? v d?sledku spomalenia mnoh?ch elektr?nov, z ktor?ch ka?d? vy?aruje jedno r?ntgenov? kvantum hv (h) presne definovanej hodnoty. Hodnota tohto kvanta r?zne pre r?zne elektr?ny. Z?vislos? toku energie r?ntgenov?ho ?iarenia od vlnovej d??ky ?, t.j. r?ntgenov? spektrum je zn?zornen? na obr.2.

Obr.2. Bremsstrahlung spektrum: a) pri r?znych nap?tiach U v trubici; b) pri r?znych teplot?ch T kat?dy.

Kr?tkovlnn? (tvrd?) ?iarenie m? v???iu prenikav? silu ako dlhovlnn? (m?kk?) ?iarenie. M?kk? ?iarenie je silnej?ie absorbovan? hmotou.

Zo strany kr?tkych vlnov?ch d??ok spektrum n?hle kon?? pri ur?itej vlnovej d??ke ? m i n. K tak?muto kr?tkovlnn?mu brzdn?mu ?iareniu doch?dza, ke? sa energia z?skan? elektr?nom v ur?ch?uj?com poli ?plne premen? na energiu fot?nu (Q = 0):

eU = hv max = hc/? min , ? min = hc/(eU), (2)

? min (nm) = 1,23/UkV

Spektr?lne zlo?enie ?iarenia z?vis? od nap?tia na RTG trubici, so zvy?uj?cim sa nap?t?m sa hodnota ? m i n pos?va smerom ku kr?tkym vlnov?m d??kam (obr. 2a).

Ke? sa zmen? teplota T kat?dov?ho ?eravenia, emisia elektr?nov sa zv??i. V d?sledku toho sa pr?d I v trubici zvy?uje, ale spektr?lne zlo?enie ?iarenia sa nemen? (obr. 2b).

Energetick? tok Ф ? brzdn?ho ?iarenia je priamo ?mern? druhej mocnine nap?tia U medzi an?dou a kat?dou, sile pr?du I v trubici a at?mov?mu ??slu Z l?tky an?dy:

Ф = kZU 2 I. (3)

kde k \u003d 10 -9 W / (V 2 A).

Charakteristick? r?ntgenov? l??e (na obozn?menie).

Zv??enie nap?tia na r?ntgenovej trubici vedie k tomu, ?e na pozad? s?visl?ho spektra sa objav? ?iara, ktor? zodpoved? charakteristick?mu r?ntgenov?mu ?iareniu. Toto ?iarenie je ?pecifick? pre materi?l an?dy.

Mechanizmus jeho v?skytu je nasleduj?ci. Pri vysokom nap?t? zr?chlen? elektr?ny (s vysokou energiou) prenikaj? hlboko do at?mu a vyr??aj? elektr?ny z jeho vn?torn?ch vrstiev. Elektr?ny z horn?ch ?rovn? prech?dzaj? na vo?n? miesta, v d?sledku ?oho doch?dza k emisii fot?nov charakteristick?ho ?iarenia.

Spektr? charakteristick?ch r?ntgenov?ch l??ov sa l??ia od optick?ch spektier.

- Jednotnos?.

Rovnomernos? charakteristick?ch spektier je sp?soben? t?m, ?e vn?torn? elektr?nov? vrstvy r?znych at?mov s? rovnak? a l??ia sa len energeticky v d?sledku silov?ho p?sobenia od jadier, ktor? sa zv???uje so zvy?uj?cim sa po?tom prvkov. Preto sa charakteristick? spektr? pos?vaj? smerom k vy???m frekvenci?m so zvy?uj?cim sa jadrov?m n?bojom. Experiment?lne to potvrdil zamestnanec spolo?nosti Roentgen - Moseley, ktor? meral r?ntgenov? prechodov? frekvencie pre 33 prvkov. Urobili z?kon.

MOSELYHO Z?KON – druh? odmocnina frekvencie charakteristick?ho ?iarenia je line?rnou funkciou poradov?ho ??sla prvku:

= A ? (Z - B), (4)

kde v je frekvencia spektr?lnej ?iary, Z je at?mov? ??slo emituj?ceho prvku. A, B s? kon?tanty.

V?znam Moseleyho z?kona spo??va v tom, ?e z tejto z?vislosti je mo?n? z nameranej frekvencie r?ntgenovej ?iary presne ur?i? at?mov? ??slo sk?man?ho prvku. To zohralo ve?k? ?lohu pri umiestnen? prvkov v periodickej tabu?ke.

Nez?vislos? od chemickej zl??eniny.

Charakteristick? r?ntgenov? spektr? at?mu nez?visia od chemickej zl??eniny, do ktorej at?m prvku vstupuje. Napr?klad r?ntgenov? spektrum at?mu kysl?ka je rovnak? pre O 2, H 2 O, zatia? ?o optick? spektr? t?chto zl??en?n sa l??ia. T?to vlastnos? r?ntgenov?ho spektra at?mu bola z?kladom pre n?zov " charakteristick? ?iarenie".

Interakcia r?ntgenov?ho ?iarenia s hmotou

Vplyv r?ntgenov?ho ?iarenia na objekty je ur?en? prim?rnymi procesmi interakcie r?ntgenov?ho ?iarenia. fot?n s elektr?nmi at?mov a molek?l hmoty.

R?ntgenov? ?iarenie v hmote absorbovan? alebo rozpt?li sa. V tomto pr?pade m??u nasta? r?zne procesy, ktor? s? ur?en? pomerom energie r?ntgenov?ho fot?nu hv a ioniza?nej energie Аu (ioniza?n? energia Аu je energia potrebn? na odstr?nenie vn?torn?ch elektr?nov z at?mu alebo molekuly).

a) Koherentn? rozptyl(rozptyl dlhovlnn?ho ?iarenia) nast?va pri rel

U fot?nov sa vplyvom interakcie s elektr?nmi men? len smer pohybu (obr. 3a), ale nemen? sa energia hv ani vlnov? d??ka (preto sa tento rozptyl tzv. koherentn?). Ke??e sa energie fot?nu a at?mu nemenia, koherentn? rozptyl neovplyv?uje biologick? objekty, ale pri vytv?ran? ochrany pred r?ntgenov?m ?iaren?m treba bra? do ?vahy mo?nos? zmeny prim?rneho smeru l??a.

b) fotoelektrick? efekt sa stane, ke?

V tomto pr?pade je mo?n? realizova? dva pr?pady.

Fot?n sa pohlt?, elektr?n sa odtrhne od at?mu (obr. 3b). Doch?dza k ioniz?cii. Oddelen? elektr?n z?skava kinetick? energiu: E k \u003d hv - A a. Ak je kinetick? energia ve?k?, potom elektr?n m??e zr??kou ionizova? susedn? at?my a vytv?ra? nov?. sekund?rne elektr?ny.

Fot?n sa pohlt?, ale jeho energia nesta?? na uvo?nenie elektr?nu a excit?cia at?mu alebo molekuly(obr. 3c). To ?asto vedie k n?slednej emisii fot?nu v oblasti vidite?n?ho ?iarenia (r?ntgenov? luminiscencia) a v tkaniv?ch k aktiv?cii molek?l a fotochemick?m reakci?m. Fotoelektrick? jav sa vyskytuje hlavne na elektr?noch vn?torn?ch obalov at?mov s vysok?m Z.

v) Nekoherentn? rozptyl(Comptonov efekt, 1922) nast?va, ke? je energia fot?nu ove?a v???ia ako energia ioniz?cie

V tomto pr?pade je elektr?n oddelen? od at?mu (tak?to elektr?ny sa naz?vaj? sp?tn? elektr?ny), nadob?da ur?it? kinetick? energiu E k, energia samotn?ho fot?nu kles? (obr. 4d):

hv=hv" + A a + E k. (5)

Vzniknut? ?iarenie so zmenenou frekvenciou (d??kou) sa naz?va sekund?rne, rozpty?uje sa na v?etky strany.

Sp?tn? elektr?ny, ak maj? dostato?n? kinetick? energiu, m??u zr??kou ionizova? susedn? at?my. V d?sledku nekoherentn?ho rozptylu teda vznik? sekund?rne rozpt?len? r?ntgenov? ?iarenie a doch?dza k ioniz?cii at?mov l?tky.

Tieto (a, b, c) procesy m??u sp?sobi? mno?stvo n?sledn?ch. Napr?klad (obr. 3d), ak sa pri fotoelektrickom jave oddelia elektr?ny od at?mu na vn?torn?ch obaloch, m??u na ich miesto prejs? elektr?ny z vy???ch ?rovn?, ?o je sprev?dzan? sekund?rnym charakteristick?m r?ntgenov?m ?iaren?m tejto l?tky. Fot?ny sekund?rneho ?iarenia, ktor? interaguj? s elektr?nmi susedn?ch at?mov, m??u zase sp?sobi? sekund?rne javy.

koherentn? rozptyl

uh energia a vlnov? d??ka zost?vaj? nezmenen?

fotoelektrick? efekt

fot?n je absorbovan?, e - odtrhnut? od at?mu - ioniz?cia

hv \u003d A a + E a?

at?m A je excitovan? po absorpcii fot?nu, R je r?ntgenov? luminiscencia

nes?visl? rozptyl

hv \u003d hv "+ A a + E to

sekund?rne procesy vo fotoelektrickom jave

Ry?a. 3 Mechanizmy interakcie r?ntgenov?ho ?iarenia s hmotou

Fyzik?lny z?klad vyu?itia r?ntgenov?ho ?iarenia v medic?ne

Ke? r?ntgenov? ?iarenie dopad? na teleso, mierne sa odr??a od jeho povrchu, ale hlavne prech?dza hlboko dovn?tra, pri?om je ?iasto?ne absorbovan? a rozpt?len? a ?iasto?ne prech?dza.

Z?kon oslabenia.

R?ntgenov? tok je v hmote zoslaben? pod?a z?kona:

F \u003d F 0 e - ? ? x (6)

kde ? je line?rne faktor ?tlmu, ktor? v podstate z?vis? od hustoty l?tky. Rovn? sa s??tu troch ?lenov zodpovedaj?cich koherentn?mu rozptylu ? 1, inkoherentn?mu ? 2 a fotoelektrick?mu javu ? 3:

? = ? 1 + ? 2 + ? 3 . (7)

Pr?spevok ka?d?ho ?lena je ur?en? energiou fot?nu. Ni??ie s? uveden? pomery t?chto procesov pre m?kk? tkaniv? (vodu).

Energia, keV	fotoelektrick? efekt	Compton - efekt

U?ite si to koeficient hmotnostn?ho ?tlmu, ktor? nez?vis? od hustoty l?tky ?:

?m = ?/?. (osem)

Koeficient hmotnostn?ho ?tlmu z?vis? od energie fot?nu a od at?mov?ho ??sla absorbuj?cej l?tky:

? m = k? 3 Z 3 . (9)

Koeficienty ?tlmu hmoty kosti a m?kk?ho tkaniva (vody) s? r?zne: ? m kosti / ? m vody = 68.

Ak sa do dr?hy r?ntgenov?ch l??ov postav? nehomog?nne teleso a pred neho sa umiestni fluorescen?n? clona, potom toto teleso pohlcuj?ce a zoslabuj?ce ?iarenie vytv?ra na obrazovke tie?. Pod?a povahy tohto tie?a mo?no pos?di? tvar, hustotu, ?trukt?ru a v mnoh?ch pr?padoch aj povahu telies. Tie. v?znamn? rozdiel v absorpcii r?ntgenov?ho ?iarenia r?znymi tkanivami v?m umo??uje vidie? obraz vn?torn?ch org?nov v tie?ovej projekcii.

Ak sk?man? org?n a okolit? tkaniv? rovnako zoslabuj? r?ntgenov? l??e, potom sa pou?ij? kontrastn? l?tky. Napr?klad pri naplnen? ?al?dka a ?riev ka?ovitou hmotou s?ranu b?rnat?ho (BaSO 4 ) je mo?n? vidie? ich tie?ov? obraz (pomer koeficientov ?tlmu je 354).

Pou?itie v medic?ne.

V medic?ne sa na diagnostiku pou??va r?ntgenov? ?iarenie s energiou fot?nu od 60 do 100-120 keV a na terapiu 150-200 keV.

R?ntgenov? diagnostika – Rozpoznanie chor?b presvetlen?m tela r?ntgenov?mi l??mi.

R?ntgenov? diagnostika sa pou??va v r?znych mo?nostiach, ktor? s? uveden? ni??ie.

S fluoroskopiou r?ntgenov? trubica je umiestnen? za pacientom. Pred ?ou je fluorescen?n? obrazovka. Na obrazovke je tie?ov? (pozit?vny) obraz. V ka?dom jednotlivom pr?pade sa zvol? vhodn? tvrdos? ?iarenia tak, aby pre?lo m?kk?mi tkanivami, no hust?mi bolo dostato?ne absorbovan?. V opa?nom pr?pade sa z?ska jednotn? tie?. Na obrazovke je srdce, rebr? vidite?n? tmav?, p??ca s? svetl?.

Ke? r?diografia objekt je umiestnen? na kazete, ktor? obsahuje film so ?peci?lnou fotografickou emulziou. R?ntgenov? trubica sa umiestni nad objekt. V?sledn? r?diograf poskytuje negat?vny obraz, t.j. opak na rozdiel od obrazu pozorovan?ho pri presvetlen?. Pri tejto met?de je v???ia jasnos? obrazu ako v (1), preto s? pozorovan? detaily, ktor? s? pri presvetlen? ?a?ko vidite?n?.

S?ubn?m variantom tejto met?dy je r?ntgen tomografia a "strojov? verzia" - po??ta? tomografia.

3. S fluoroskopiou, Na citlivom maloform?tovom filme je obraz z ve?kej obrazovky fixn?. Pri prezeran? sa obr?zky sk?maj? na ?peci?lnej lupe.

R?ntgenov? terapia- pou?itie r?ntgenov?ch l??ov na zni?enie zhubn?ch n?dorov.

Biologick?m ??inkom ?iarenia je naru?enie ?ivotnej ?innosti, najm? r?chlo sa mno?iacich buniek.

PO??TA?OV? TOMOGRAFIA (CT)

Met?da r?ntgenovej po??ta?ovej tomografie je zalo?en? na rekon?trukcii obrazu ur?it?ho ?seku tela pacienta registr?ciou ve?k?ho po?tu r?ntgenov?ch projekci? tohto ?seku, zhotoven?ch pod r?znymi uhlami. Inform?cie zo senzorov, ktor? registruj? tieto projekcie, vstupuj? do po??ta?a, ktor? pod?a ?peci?lneho programu vypo??tava distrib?cia pevneve?kos? vzorky v sk?manom ?seku a zobraz? ho na obrazovke. Takto z?skan? obraz rezu tela pacienta sa vyzna?uje v?bornou preh?adnos?ou a vysok?m informa?n?m obsahom. Program v?m to umo??uje zv??i? kontrast obrazu v desiatky a dokonca stokr?t. To roz?iruje diagnostick? mo?nosti met?dy.

Videografi (pr?stroje s digit?lnym r?ntgenov?m spracovan?m obrazu) v modernej stomatol?gii.

V zubnom lek?rstve je hlavnou diagnostickou met?dou r?ntgenov? vy?etrenie. Mno?stvo tradi?n?ch organiza?n?ch a technick?ch vlastnost? r?ntgenovej diagnostiky v?ak sp?sobuje, ?e nie je celkom pohodln? pre pacienta aj pre zubn? ambulancie. Ide v prvom rade o nutnos? kontaktu pacienta s ionizuj?cim ?iaren?m, ktor? ?asto vytv?ra pre organizmus zna?n? radia?n? z??a?, ?alej je to potreba fotoprocesu a n?sledne aj potreba fotoreagentov, napr. toxick?ch. Toto je kone?ne objemn? arch?v, ?a?k? zlo?ky a ob?lky s r?ntgenov?mi filmami.

Okrem toho s??asn? ?rove? rozvoja stomatol?gie sp?sobuje, ?e subjekt?vne hodnotenie r?ntgenov?ch sn?mok ?udsk?m okom je nedostato?n?. Ako sa uk?zalo, z r?znych odtie?ov sivej obsiahnut?ch na r?ntgenovom obr?zku oko vn?ma iba 64.

Je zrejm?, ?e na z?skanie jasn?ho a detailn?ho obrazu tvrd?ch tkan?v dentoalveol?rneho syst?mu s minim?lnou radia?nou z??a?ou s? potrebn? in? rie?enia. H?adanie viedlo k vytvoreniu takzvan?ch r?diografick?ch syst?mov, videografov - digit?lnych r?diografick?ch syst?mov.

Bez technick?ch detailov je princ?p fungovania tak?chto syst?mov nasledovn?. R?ntgenov? ?iarenie vstupuje cez objekt nie na fotocitliv? film, ale na ?peci?lny intraor?lny senzor (?peci?lna elektronick? matrica). Zodpovedaj?ci sign?l z matice sa pren??a do digitaliza?n?ho zariadenia (anal?govo-digit?lny prevodn?k, ADC), ktor? ho prev?dza do digit?lnej podoby a je pripojen? k po??ta?u. ?peci?lny softv?r vytvor? r?ntgenov? obraz na obrazovke po??ta?a a umo?n? v?m ho spracova?, ulo?i? na pevn? alebo flexibiln? pam??ov? m?dium (pevn? disk, diskety), vytla?i? ako obr?zok ako s?bor.

V digit?lnom syst?me je r?ntgenov? obraz s?borom bodov s r?znymi digit?lnymi hodnotami v odtie?och ?edej. Optimaliz?cia zobrazenia inform?ci? poskytovan? programom umo??uje z?ska? optim?lny r?mec z h?adiska jasu a kontrastu pri relat?vne n?zkej d?vke ?iarenia.

V modern?ch syst?moch, vytvoren?ch napr?klad Trophy (Franc?zsko) alebo Schickom (USA), sa pri vytv?ran? r?mu pou??va 4096 odtie?ov sivej, expozi?n? ?as z?vis? od predmetu ?t?dia a v priemere predstavuje stotiny - desatiny po druh?, zn??enie radia?nej z??a?e vo vz?ahu k filmu – a? o 90 % pre intraor?lne syst?my, a? o 70 % pre panoramatick?ch kameramanov.

Videografi pri spracovan? obr?zkov umo??uj?:

Z?skajte pozit?vne a negat?vne obr?zky, obr?zky vo falo?n?ch farb?ch, reli?fne obr?zky.

Zv??te kontrast a zv???ite oblas? z?ujmu na obr?zku.

Pos?di? zmeny v hustote zubn?ch tkan?v a kostn?ch ?trukt?r, kontrolova? rovnomernos? plnenia kan?lika.

V endodoncii stanovte d??ku kan?lika ak?hoko?vek zakrivenia a v chirurgii zvo?te ve?kos? implant?tu s presnos?ou 0,1 mm.

Unik?tny syst?m detekcie zubn?ho kazu s prvkami umelej inteligencie pri anal?ze obrazu umo??uje odhali? kazy v ?t?diu ?kv?n, kore?ov? kazy a skryt? kazy.

?"F" vo vzorci (3) ozna?uje cel? rozsah vy?arovan?ch vlnov?ch d??ok a ?asto sa ozna?uje ako "integr?lny energetick? tok".

R?ntgenov? l??e objavil n?hodou v roku 1895 nemeck? fyzik Wilhelm Conrad Roentgen.

Je ?a?k? si predstavi? modern? medic?nu bez r?ntgenov?ho pr?stroja. A takmer ka?d? z n?s pozn? r?ntgen. Ale boli ?asy, ke? sa o ?om ni? nevedelo.

Hist?ria objavu r?ntgenov?ch l??ov

Wilhelm Conrad Roentgen, profesor fyziky a rektor univerzity vo W?rzburgu, uskuto?nil 8. novembra 1895 experiment o prechode elektrick?ho v?boja cez riedke plyny. Na oboch koncoch uzavretej sklenenej trubice, z ktorej bol odstr?nen? takmer v?etok vzduch, boli elektr?dy, na ktor? bolo priveden? vysok? nap?tie. Z?porne nabit? elektr?da (kat?da) emitovala elektr?ny v trubici. P?soben?m potenci?lneho rozdielu medzi elektr?dami sa elektr?ny ur?chlili a zasiahli druh? elektr?du. A zaka?d?m, ke? cez trubicu presko?il elektrick? v?boj, zelenkast?m svetlom sa blysla clona synergizmu b?ria. Po odpojen? nap?tia od trubice r?ntgen videl, ?e aj ?iara zmizla. To znamen?, ?e zdrojom nezn?mych l??ov bola elektr?nka.

Uk?zalo sa, ?e nezn?me l??e s? v?etko prenikaj?ce. Roentgen umiestnil medzi trubicu a obrazovku r?zne predmety: knihu, dosku, list papiera. Nezn?me l??e nimi ?ahko pre?li. Ke? bola ruka vedca v dr?he l??ov, na svetelnej obrazovke uvidel siluety kost? svojej ruky. Navy?e sa uk?zalo, ?e fotografick? materi?ly zabalen? v neprieh?adnom papieri a le?iace ne?aleko elektr?nky s? osvetlen?.

Povaha objaven?ch l??ov nebola zn?ma, preto ich Roentgen nazval r?ntgenov? l??e. R?ntgenov? l??e op?sal v rukopise „O novom druhu l??ov“. A samotn? rukopis bol zaslan? W?rzburskej fyzik?lno-medic?nskej spolo?nosti. A u? 23. janu?ra 1896 predlo?il Roentgen svojim ?lenom vedeck? spr?vu. A po spr?ve, za potlesku publika, 80-ro?n? anat?m Albert von K?lliker navrhol zavola? r?ntgen r?ntgenov?ch l??ov.

Treba poznamena?, ?e e?te po?as ?ivota Roentgena bolo mo?n? zisti?, ?e r?ntgenov? l??e s? elektromagnetick? vlnov? ?iarenie.

10. decembra 1901 Wilhelm Conrad Roentgen, prv? z fyzikov, z?skal Nobelovu cenu „ako uznanie za mimoriadne d?le?it? slu?by pre vedu, vyjadren? objavom pozoruhodn?ch l??ov, ktor? boli n?sledne pomenovan? po ?om“. Roentgen odk?zal sumu pe?az? univerzite, medzi m?rmi ktorej urobil svoj najv???? objav.

Aplik?cia r?ntgenov?ch l??ov

Roentgenov objav na?iel svoje uplatnenie v r?znych oblastiach. Tak?e pomocou r?ntgenov?ch l??ov bolo mo?n? ur?i? vn?torn? chyby, ktor? sa vyskytuj? po?as v?robn?ho spracovania materi?lov. R?ntgenov? l??e na?li svoje uplatnenie vo forenznej vede a umeleckej kritike. Ich najd?le?itej?ou aplik?ciou je lek?rska diagnostika. Na diagnostiku zlomen?n kost? sa za?ali pou??va? u? v roku 1896. ?oskoro sa popri r?ntgenovej diagnostike objavila aj r?ntgenov? terapia. R?ntgenov? l??e sa pou??vali pri lie?be rakoviny, tuberkul?zy a in?ch chor?b. Ke??e v tom ?ase sa e?te nevedelo o nebezpe?enstve r?ntgenov?ho ?iarenia, lek?ri pracovali bez ochrann?ch prostriedkov. A po ?ase sa mnoh? z nich stali obe?ami choroby z o?iarenia. Mnoho pacientov zomrelo aj kv?li pr?li? vysokej d?vke ?iarenia.

Dnes sa r?ntgenov? l??e pou??vaj? v mnoh?ch odvetviach vedy a techniky: r?ntgenov? astron?mia, r?diografia, r?diol?gia, na kontrolu vn?tornej ?trukt?ry r?znych produktov. R?ntgenov? l??e sa pou??vaj? na ur?enie chemick?ho zlo?enia l?tky a dokonca aj ?trukt?ry DNA.

RTG ?IARENIE
nevidite?n? ?iarenie schopn? prenikn??, hoci v r?znej miere, v?etk?mi l?tkami. Je to elektromagnetick? ?iarenie s vlnovou d??kou asi 10-8 cm.R?ntgenov? l??e podobne ako vidite?n? svetlo sp?sobuj? s?ernenie fotografick?ho filmu. T?to vlastnos? m? ve?k? v?znam pre medic?nu, priemysel a vedeck? v?skum. R?ntgenov? ?iarenie prech?dzaj?ce cez sk?man? objekt a potom dopadaj?ce na film na ?om zobrazuje jeho vn?torn? ?trukt?ru. Ke??e penetra?n? sila r?ntgenov?ho ?iarenia je pre r?zne materi?ly r?zna, ?asti objektu, ktor? s? pre? menej prieh?adn?, poskytuj? na fotografii svetlej?ie oblasti ako tie, cez ktor? ?iarenie dobre prenik?. Kostn? tkaniv? s? teda pre r?ntgenov? l??e menej transparentn? ako tkaniv?, ktor? tvoria ko?u a vn?torn? org?ny. Preto na r?ntgenovom sn?mku bud? kosti ozna?en? ako svetlej?ie oblasti a miesto zlomeniny, ktor? je pre ?iarenie transparentnej?ie, sa d? celkom ?ahko zisti?. R?ntgenov? zobrazovanie sa pou??va aj v zubnom lek?rstve na detekciu kazov a abscesov v kore?och zubov, ako aj v priemysle na detekciu trhl?n v odliatkoch, plastoch a gum?ch. R?ntgenov? l??e sa pou??vaj? v ch?mii na anal?zu zl??en?n a vo fyzike na ?t?dium ?trukt?ry kry?t?lov. R?ntgenov? l?? prech?dzaj?ci chemickou zl??eninou sp?sobuje charakteristick? sekund?rne ?iarenie, ktor?ho spektroskopick? anal?za umo??uje chemikovi ur?i? zlo?enie zl??eniny. Pri dopade na kry?talick? l?tku je r?ntgenov? l?? rozpt?len? at?mami kry?t?lu, ??m vznik? jasn?, pravideln? vzor ?kv?n a pruhov na fotografickej platni, ?o umo??uje stanovi? vn?torn? ?trukt?ru kry?t?lu. Vyu?itie r?ntgenov?ho ?iarenia pri lie?be rakoviny je zalo?en? na tom, ?e zab?ja rakovinov? bunky. M??e v?ak ma? ne?iaduci vplyv aj na norm?lne bunky. Preto je pri tomto pou?it? r?ntgenov?ch l??ov potrebn? mimoriadna opatrnos?. R?ntgenov? ?iarenie objavil nemeck? fyzik W. Roentgen (1845-1923). Jeho meno je zve?nen? v niektor?ch ?al??ch fyzik?lnych pojmoch spojen?ch s t?mto ?iaren?m: medzin?rodn? jednotka d?vky ionizuj?ceho ?iarenia sa naz?va r?ntgen; sn?mka uroben? r?ntgenov?m pr?strojom sa naz?va r?diograf; Oblas? r?diologickej medic?ny, ktor? vyu??va r?ntgenov? l??e na diagnostiku a lie?bu chor?b, sa naz?va r?diol?gia. Roentgen objavil ?iarenie v roku 1895 ako profesor fyziky na univerzite vo W?rzburgu. Po?as experimentov s kat?dov?mi l??mi (elektr?ny pr?dia vo v?bojkov?ch trubiciach) si v?imol, ?e obrazovka umiestnen? v bl?zkosti v?kuovej trubice, pokryt? kry?talick?m b?rnat?m kyanoplatinitom, jasne ?iari, hoci samotn? trubica je pokryt? ?iernym kart?nom. Roentgen ?alej zistil, ?e prenikav? sila nezn?mych l??ov, ktor? objavil a ktor? nazval r?ntgenov?, z?visela od zlo?enia absorbuj?ceho materi?lu. Tie? zobrazil kosti svojej vlastnej ruky tak, ?e ju umiestnil medzi kat?dov? v?bojku a obrazovku potiahnut? kyanoplatinitom b?rnat?m. Po Roentgenovom objave nasledovali experimenty ?al??ch v?skumn?kov, ktor? objavili mnoh? nov? vlastnosti a mo?nosti vyu?itia tohto ?iarenia. Ve?k?m pr?nosom boli M. Laue, W. Friedrich a P. Knipping, ktor? v roku 1912 demon?trovali difrakciu r?ntgenov?ho ?iarenia pri jeho prechode kry?t?lom; W. Coolidge, ktor? v roku 1913 vyna?iel vysokov?kuov? r?ntgenov? trubicu s vyhrievanou kat?dou; G. Moseley, ktor? v roku 1913 stanovil vz?ah medzi vlnovou d??kou ?iarenia a at?mov?m ??slom prvku; G. a L. Braggi, ktor? v roku 1915 dostali Nobelovu cenu za v?voj z?kladov r?ntgenovej difrak?nej anal?zy.
Z?SKAVANIE RTG ?IARENIA
R?ntgenov? ?iarenie vznik?, ke? elektr?ny pohybuj?ce sa vysokou r?chlos?ou interaguj? s hmotou. Ke? sa elektr?ny zrazia s at?mami akejko?vek l?tky, r?chlo str?caj? svoju kinetick? energiu. V tomto pr?pade sa v???ina premen? na teplo a mal? ?as?, zvy?ajne menej ako 1 %, sa premen? na energiu r?ntgenov?ho ?iarenia. T?to energia sa uvo??uje vo forme kv?nt - ?ast?c naz?van?ch fot?ny, ktor? maj? energiu, ale maj? nulov? pokojov? hmotnos?. R?ntgenov? fot?ny sa l??ia svojou energiou, ktor? je nepriamo ?mern? ich vlnovej d??ke. Pri konven?nom sp?sobe z?skavania r?ntgenov?ch l??ov sa z?ska ?irok? rozsah vlnov?ch d??ok, ktor? sa naz?va r?ntgenov? spektrum. Spektrum obsahuje v?razn? zlo?ky, ako je zn?zornen? na obr. 1. ?irok? „kontinuum“ sa naz?va spojit? spektrum alebo biele ?iarenie. Ostr? vrcholy na ?om navrstven? sa naz?vaj? charakteristick? r?ntgenov? emisn? ?iary. Hoci cel? spektrum je v?sledkom zr??ok elektr?nov s hmotou, mechanizmy vzniku jeho ?irokej ?asti a l?ni? s? odli?n?. L?tka pozost?va z ve?k?ho po?tu at?mov, z ktor?ch ka?d? m? jadro obklopen? elektr?nov?mi obalmi a ka?d? elektr?n v obale at?mu dan?ho prvku zaber? ur?it? diskr?tnu energetick? hladinu. Zvy?ajne s? tieto obaly alebo energetick? hladiny ozna?en? symbolmi K, L, M at?., pri?om sa za??na od obalu najbli??ie k jadru. Ke? sa dopadaj?ci elektr?n dostato?ne vysokej energie zraz? s jedn?m z elektr?nov viazan?ch na at?m, vyraz? tento elektr?n z obalu. Pr?zdny priestor zaber? ?al?? elektr?n z obalu, ktor? zodpoved? vy??ej energii. Ten vyd?va prebyto?n? energiu vy?arovan?m r?ntgenov?ho fot?nu. Preto?e obalov? elektr?ny maj? diskr?tne energetick? hodnoty, v?sledn? r?ntgenov? fot?ny maj? tie? diskr?tne spektrum. To zodpoved? ostr?m ?pi?k?m pre ur?it? vlnov? d??ky, ktor?ch ?pecifick? hodnoty z?visia od cie?ov?ho prvku. Charakteristick? ?iary tvoria s?rie K, L a M, v z?vislosti od toho, z ktor?ho obalu (K, L alebo M) bol elektr?n odstr?nen?. Vz?ah medzi vlnovou d??kou r?ntgenov?ho ?iarenia a at?mov?m ??slom sa naz?va Moseleyho z?kon (obr. 2).

Ak sa elektr?n zraz? s relat?vne ?a?k?m jadrom, potom sa spomal? a jeho kinetick? energia sa uvo?n? vo forme r?ntgenov?ho fot?nu s pribli?ne rovnakou energiou. Ak prelet? okolo jadra, strat? len ?as? svojej energie a zvy?ok sa prenesie na in? at?my, ktor? mu padn? do cesty. Ka?d? akt straty energie vedie k emisii fot?nu s ur?itou energiou. Objav? sa s?visl? r?ntgenov? spektrum, ktor?ho horn? hranica zodpoved? energii najr?chlej?ieho elektr?nu. Toto je mechanizmus na vytvorenie spojit?ho spektra a maxim?lna energia (alebo minim?lna vlnov? d??ka), ktor? fixuje hranicu spojit?ho spektra, je ?mern? ur?ch?ovaciemu nap?tiu, ktor? ur?uje r?chlos? dopadaj?cich elektr?nov. Spektr?lne ?iary charakterizuj? materi?l bombardovan?ho ter?a, pri?om spojit? spektrum je ur?en? energiou elektr?nov?ho l??a a prakticky nez?vis? od materi?lu ter?a. R?ntgenov? l??e je mo?n? z?ska? nielen bombardovan?m elektr?nmi, ale aj o?iaren?m cie?a r?ntgenov?m ?iaren?m z in?ho zdroja. V tomto pr?pade v?ak v???ina energie dopadaj?ceho l??a ide do charakteristick?ho r?ntgenov?ho spektra a ve?mi mal? ?as? z neho spad? do spojit?ho spektra. Je zrejm?, ?e dopadaj?ci r?ntgenov? l?? mus? obsahova? fot?ny, ktor?ch energia je dostato?n? na vybudenie charakteristick?ch ?iar bombardovan?ho prvku. Vysok? percento energie na charakteristick? spektrum rob? t?to met?du r?ntgenovej excit?cie vhodnou pre vedeck? v?skum.
R?ntgenov? trubice. Na z?skanie r?ntgenov?ho ?iarenia v d?sledku interakcie elektr?nov s hmotou je potrebn? ma? zdroj elektr?nov, prostriedky na ich ur?chlenie na vysok? r?chlosti a ter? schopn? odola? elektr?nov?mu bombardovaniu a produkova? r?ntgenov? ?iarenie po?adovan? intenzitu. Zariadenie, ktor? toto v?etko m?, sa naz?va r?ntgenov? trubica. Prv? b?datelia pou??vali „hlbok? v?kuov?“ trubice, ako s? dne?n? v?bojky. V?kuum v nich nebolo ve?mi vysok?. V?bojkov? trubice obsahuj? mal? mno?stvo plynu a ke? sa na elektr?dy trubice aplikuje ve?k? potenci?lny rozdiel, at?my plynu sa premenia na kladn? a z?porn? i?ny. Pozit?vne sa pohybuj? smerom k negat?vnej elektr?de (kat?de) a padaj?c na ?u, vyr??aj? z nej elektr?ny a tie sa zase pohybuj? smerom k pozit?vnej elektr?de (an?de) a bombardovan?m vytv?raj? pr?d r?ntgenov?ch fot?nov. . V modernej r?ntgenovej trubici vyvinutej Coolidgeom (obr. 3) je zdrojom elektr?nov volfr?mov? kat?da zahriata na vysok? teplotu. Elektr?ny s? ur?ch?ovan? na vysok? r?chlosti vysok?m potenci?lov?m rozdielom medzi an?dou (alebo antikat?dou) a kat?dou. Ke??e elektr?ny musia dosiahnu? an?du bez toho, aby sa zrazili s at?mami, je potrebn? ve?mi vysok? v?kuum, pre ktor? mus? by? trubica dobre evakuovan?. To tie? zni?uje pravdepodobnos? ioniz?cie zost?vaj?cich at?mov plynu a s?visiacich bo?n?ch pr?dov.

Elektr?ny s? zaostren? na an?de pomocou ?peci?lne tvarovanej elektr?dy obklopuj?cej kat?du. T?to elektr?da sa naz?va zaostrovacia elektr?da a spolu s kat?dou tvor? „elektronick? svetlomet“ trubice. An?da vystaven? elektr?nov?mu bombardovaniu mus? by? vyroben? zo ?iaruvzdorn?ho materi?lu, preto?e v???ina kinetickej energie bombarduj?cich elektr?nov sa premie?a na teplo. Okrem toho je ?iaduce, aby an?da bola vyroben? z materi?lu s vysok?m at?mov?m ??slom, preto?e v??a?ok r?ntgenov?ho ?iarenia sa zvy?uje so zvy?uj?cim sa at?mov?m ??slom. Ako materi?l an?dy sa naj?astej?ie vol? volfr?m, ktor?ho at?mov? ??slo je 74. Kon?trukcia r?ntgenov?ch trub?c m??e by? r?zna v z?vislosti od podmienok aplik?cie a po?iadaviek.
RTG DETEKCIA
V?etky met?dy detekcie r?ntgenov?ch l??ov s? zalo?en? na ich interakcii s hmotou. Detektory m??u by? dvoch typov: tie, ktor? poskytuj? obraz, a tie, ktor? nie. Medzi prv? patria zariadenia na r?ntgenov? fluorografiu a fluoroskopiu, v ktor?ch r?ntgenov? l?? prech?dza cez sk?man? objekt a pren??an? ?iarenie vstupuje na luminiscen?n? obrazovku alebo film. Obraz sa objavuje v?aka tomu, ?e r?zne ?asti sk?man?ho objektu absorbuj? ?iarenie r?znymi sp?sobmi – v z?vislosti od hr?bky l?tky a jej zlo?enia. V detektoroch s luminiscen?nou clonou sa energia r?ntgenov?ho ?iarenia premie?a na priamo pozorovate?n? obraz, zatia? ?o v r?diografii sa zaznamen?va na citliv? emulziu a mo?no ju pozorova? a? po vyvolan? filmu. Druh? typ detektorov zah??a ?irok? ?k?lu zariaden?, v ktor?ch sa energia r?ntgenov?ho ?iarenia premie?a na elektrick? sign?ly, ktor? charakterizuj? relat?vnu intenzitu ?iarenia. Patria sem ioniza?n? komory, Geigerov po??ta?, proporcion?lny po??ta?, scintila?n? po??ta? a niektor? ?peci?lne detektory na b?ze sulfidu kademnat?ho a selenidu. V s??asnosti mo?no za naj??innej?ie detektory pova?ova? scintila?n? ??ta?e, ktor? dobre funguj? v ?irokom energetickom rozsahu.
pozri tie? DETEKTORY ?AST?C . Detektor sa vyber? s prihliadnut?m na podmienky probl?mu. Napr?klad, ak je potrebn? presne zmera? intenzitu difraktovan?ho r?ntgenov?ho ?iarenia, potom sa pou??vaj? po??tadl?, ktor? umo??uj? vykon?va? merania s presnos?ou zlomkov percent. Ak je potrebn? zaregistrova? ve?a difraktovan?ch l??ov, potom je vhodn? pou?i? r?ntgenov? film, aj ke? v tomto pr?pade nie je mo?n? ur?i? intenzitu s rovnakou presnos?ou.
RTG A GAMA DEFEKTOSKOPIA
Jednou z najbe?nej??ch aplik?ci? r?ntgenov?ho ?iarenia v priemysle je kontrola kvality materi?lu a detekcia ch?b. R?ntgenov? met?da je nede?trukt?vna, tak?e testovan? materi?l, ak sa zist?, ?e sp??a po?adovan? po?iadavky, m??e by? pou?it? na zam???an? ??el. R?ntgenov? aj gama detekcia defektov je zalo?en? na penetra?nej sile r?ntgenov?ho ?iarenia a charakteristike jeho absorpcie v materi?loch. Prienikov? v?kon je ur?en? energiou r?ntgenov?ch fot?nov, ktor? z?vis? od ur?ch?ovacieho nap?tia v r?ntgenovej trubici. Hrub? vzorky a vzorky z ?a?k?ch kovov, ako je zlato a ur?n, preto vy?aduj? na ?t?dium zdroj r?ntgenov?ho ?iarenia s vy???m nap?t?m a pre tenk? vzorky sta?? zdroj s ni???m nap?t?m. Na detekciu defektov v gama ?iaren? ve?mi ve?k?ch odliatkov a ve?k?ch valcovan?ch v?robkov sa pou??vaj? betatr?ny a line?rne ur?ch?ova?e, ktor? ur?ch?uj? ?astice na energie 25 MeV a viac. Absorpcia r?ntgenov?ho ?iarenia v materi?li z?vis? od hr?bky absorb?ra d a koeficientu absorpcie m a je ur?en? vzorcom I = I0e-md, kde I je intenzita ?iarenia prepusten?ho cez absorb?r, I0 je intenzita dopadaj?ceho ?iarenia a e = 2,718 je z?kladom prirodzen?ch logaritmov. Pre dan? materi?l je pri danej vlnovej d??ke (alebo energii) r?ntgenov?ho ?iarenia koeficient absorpcie kon?tantn?. Ale ?iarenie r?ntgenov?ho zdroja nie je monochromatick?, ale obsahuje ?irok? spektrum vlnov?ch d??ok, v d?sledku ?oho absorpcia pri rovnakej hr?bke absorb?ra z?vis? od vlnovej d??ky (frekvencie) ?iarenia. R?ntgenov? ?iarenie m? ?irok? vyu?itie vo v?etk?ch odvetviach spojen?ch so spracovan?m kovov tlakom. Pou??va sa aj na testovanie delostreleck?ch sudov, potrav?n, plastov, na testovanie zlo?it?ch zariaden? a syst?mov v elektronickom in?inierstve. (Na podobn? ??ely sa pou??va neutronografia, ktor? vyu??va neutr?nov? l??e namiesto r?ntgenov?ch l??ov.) R?ntgenov? l??e sa pou??vaj? aj na in? ??ely, ako je sk?manie malieb na ur?enie ich pravosti alebo zis?ovanie ?al??ch vrstiev farby na vrchu hlavnej vrstvy. .
RTG DIFRAKCIA
R?ntgenov? difrakcia poskytuje d?le?it? inform?cie o pevn?ch l?tkach – ich at?movej ?trukt?re a kry?talickej forme – ako aj o kvapalin?ch, amorfn?ch teles?ch a ve?k?ch molekul?ch. Difrak?n? met?da sa pou??va aj na presn? (s chybou men?ou ako 10-5) ur?enie medziat?mov?ch vzdialenost?, detekciu nap?t? a defektov a na ur?enie orient?cie monokry?t?lov. Difrak?n? obrazec dok??e identifikova? nezn?me materi?ly, ako aj zisti? pr?tomnos? ne?ist?t vo vzorke a ur?i? ich. V?znam r?ntgenovej difrak?nej met?dy pre pokrok modernej fyziky mo?no len ?a?ko prece?ova?, ke??e modern? ch?panie vlastnost? hmoty je v kone?nom d?sledku zalo?en? na ?dajoch o usporiadan? at?mov v r?znych chemick?ch zl??enin?ch, o povahe v?zieb. medzi nimi a na ?truktur?lnych defektoch. Hlavn?m n?strojom na z?skanie t?chto inform?ci? je met?da r?ntgenovej difrakcie. R?ntgenov? difrak?n? kry?talografia je nevyhnutn? na ur?enie ?trukt?r zlo?it?ch ve?k?ch molek?l, ako s? molekuly deoxyribonukleovej kyseliny (DNA), genetick?ho materi?lu ?iv?ch organizmov. Hne? po objaven? r?ntgenov?ho ?iarenia sa vedeck? a lek?rsky z?ujem s?stredil tak na schopnos? tohto ?iarenia prenika? cez teles?, ako aj na jeho povahu. Pokusy s difrakciou r?ntgenov?ho ?iarenia na ?trbin?ch a difrak?n?ch mrie?kach uk?zali, ?e patr? k elektromagnetick?mu ?iareniu a m? vlnov? d??ku r?dovo 10-8-10-9 cm.U? sk?r vedci, najm? W. Barlow, h?dali, ?e pravideln? a symetrick? tvar pr?rodn?ch kry?t?lov je sp?soben? usporiadan?m usporiadan?m at?mov, ktor? tvoria kry?t?l. V niektor?ch pr?padoch bol Barlow schopn? spr?vne predpoveda? ?trukt?ru kry?t?lu. Hodnota predpovedan?ch medziat?mov?ch vzdialenost? bola 10-8 cm.Skuto?nos?, ?e medziat?mov? vzdialenosti sa uk?zali by? r?dovo vlnovej d??ky r?ntgenov?ho ?iarenia, umo?nila v princ?pe pozorova? ich difrakciu. V?sledkom bol n?pad na jeden z najd?le?itej??ch experimentov v hist?rii fyziky. M. Laue zorganizoval experiment?lny test tejto my?lienky, ktor? uskuto?nili jeho kolegovia W. Friedrich a P. Knipping. V roku 1912 v?etci traja publikovali svoju pr?cu o v?sledkoch r?ntgenovej difrakcie. Princ?py r?ntgenovej difrakcie. Aby sme pochopili fenom?n r?ntgenovej difrakcie, mus?me zv??i?: po prv?, spektrum r?ntgenov?ch l??ov, po druh?, povahu kry?t?lovej ?trukt?ry a po tretie samotn? jav difrakcie. Ako u? bolo spomenut? vy??ie, charakteristick? r?ntgenov? ?iarenie pozost?va zo s?rie spektr?lnych ?iar vysok?ho stup?a monochromati?nosti, ur?en?ch materi?lom an?dy. Pomocou filtrov si z nich vyberiete ten najintenz?vnej??. Vhodn?m v?berom materi?lu an?dy je preto mo?n? z?ska? zdroj takmer monochromatick?ho ?iarenia s ve?mi presne definovanou hodnotou vlnovej d??ky. Vlnov? d??ky charakteristick?ho ?iarenia sa zvy?ajne pohybuj? od 2,285 pre chr?m do 0,558 pre striebro (hodnoty pre r?zne prvky s? zn?me ?iestimi platn?mi ??slicami). Charakteristick? spektrum je superponovan? na s?visl? „biele“ spektrum ove?a ni??ej intenzity, v d?sledku spomalenia dopadaj?cich elektr?nov v an?de. Z ka?dej an?dy teda mo?no z?ska? dva typy ?iarenia: charakteristick? a brzdn? ?iarenie, z ktor?ch ka?d? hr? d?le?it? ?lohu svoj?m vlastn?m sp?sobom. At?my v kry?t?lovej ?trukt?re s? umiestnen? v pravideln?ch intervaloch a tvoria sekvenciu identick?ch buniek – priestorov? mrie?ku. Niektor? mrie?ky (napr?klad pre v???inu be?n?ch kovov) s? celkom jednoduch?, zatia? ?o in? (napr?klad pre molekuly bielkov?n) s? dos? zlo?it?. Kry?t?lov? ?trukt?ru charakterizuje nasledovn?: ak sa posunieme z ur?it?ho bodu jednej bunky do zodpovedaj?ceho bodu susednej bunky, n?jde sa presne to ist? at?mov? prostredie. A ak sa nejak? at?m nach?dza v jednom alebo inom bode jednej bunky, potom ten ist? at?m bude umiestnen? v ekvivalentnom bode ktorejko?vek susednej bunky. Tento princ?p plat? striktne pre dokonal?, ide?lne usporiadan? kry?t?l. Mnoh? kry?t?ly (napr?klad kovov? tuh? roztoky) s? v?ak do ur?itej miery neusporiadan?; kry?talograficky ekvivalentn? miesta m??u by? obsaden? r?znymi at?mami. V t?chto pr?padoch sa neur?uje poloha ka?d?ho at?mu, ale iba poloha at?mu „?tatisticky spriemerovan?“ na ve?kom po?te ?ast?c (alebo buniek). Fenom?n difrakcie je diskutovan? v ?l?nku OPTIKA a ?itate? si m??e pre??ta? tento ?l?nok, k?m prejde ?alej. Ukazuje, ?e ak vlny (napr?klad zvuk, svetlo, r?ntgenov? l??e) prech?dzaj? malou ?trbinou alebo otvorom, potom tento m??e by? pova?ovan? za sekund?rny zdroj v?n a obraz ?trbiny alebo otvoru pozost?va zo striedav?ho svetla. a tmav? pruhy. ?alej, ak existuje periodick? ?trukt?ra otvorov alebo ?trb?n, potom v d?sledku zosil?uj?cej a zoslabuj?cej interferencie l??ov prich?dzaj?cich z r?znych otvorov vznik? jasn? difrak?n? obrazec. R?ntgenov? difrakcia je kolekt?vny rozptylov? jav, v ktorom ?lohu dier a rozptylov?ch centier zohr?vaj? periodicky usporiadan? at?my kry?t?lovej ?trukt?ry. Vz?jomn? zosilnenie ich obrazov pri ur?it?ch uhloch poskytuje difrak?n? obrazec podobn? tomu, ktor? by bol v?sledkom difrakcie svetla na trojrozmernej difrak?nej mrie?ke. K rozptylu doch?dza v d?sledku interakcie dopadaj?ceho r?ntgenov?ho ?iarenia s elektr?nmi v kry?t?li. Vzh?adom na to, ?e vlnov? d??ka r?ntgenov?ho ?iarenia je rovnak?ho r?du ako rozmery at?mu, vlnov? d??ka rozpt?len?ho r?ntgenov?ho ?iarenia je rovnak? ako vlnov? d??ka dopadaj?ceho. Tento proces je v?sledkom n?ten?ch oscil?ci? elektr?nov pri p?soben? dopadaj?ceho r?ntgenov?ho ?iarenia. Uva?ujme teraz o at?me s oblakom viazan?ch elektr?nov (obklopuj?cich jadro), na ktor? dopadaj? r?ntgenov? l??e. Elektr?ny vo v?etk?ch smeroch s??asne rozpty?uj? dopadaj?ce a vy?aruj? vlastn? r?ntgenov? ?iarenie rovnakej vlnovej d??ky, aj ke? r?znej intenzity. Intenzita rozpt?len?ho ?iarenia s?vis? s at?mov?m ??slom prvku, ke??e at?mov? ??slo sa rovn? po?tu orbit?lnych elektr?nov, ktor? sa m??u podie?a? na rozptyle. (T?to z?vislos? intenzity od at?mov?ho ??sla rozptylov?ho prvku a od smeru, v ktorom sa intenzita meria, charakterizuje at?mov? rozptylov? faktor, ktor? hr? mimoriadne d?le?it? ?lohu pri anal?ze ?trukt?ry kry?t?lov.) vyberte v kry?t?lovej ?trukt?re line?rny re?azec at?mov umiestnen?ch v rovnakej vzdialenosti od seba a zv??te ich difrak?n? obraz. U? bolo poznamenan?, ?e r?ntgenov? spektrum pozost?va zo s?vislej ?asti ("kontinuum") a s?boru intenz?vnej??ch ?iar charakteristick?ch pre prvok, ktor?m je materi?l an?dy. Povedzme, ?e sme odfiltrovali spojit? spektrum a z?skali sme takmer monochromatick? r?ntgenov? l?? nasmerovan? na n?? line?rny re?azec at?mov. Podmienka zosilnenia (zosil?uj?ca interferencia) je splnen?, ak je rozdiel medzi dr?hami v?n rozpt?len?ch susedn?mi at?mami n?sobkom vlnovej d??ky. Ak l?? dopad? pod uhlom a0 na ?iaru at?mov oddelen?ch intervalmi a (peri?da), potom pre difrak?n? uhol a sa dr?hov? rozdiel zodpovedaj?ci zisku zap??e ako a(cos a - cosa0) = hl, kde l je vlnov? d??ka a h je cel? ??slo (obr. 4 a 5).

Na roz??renie tohto pr?stupu na trojrozmern? kry?t?l je len potrebn? vybra? rady at?mov v dvoch ?al??ch smeroch v kry?t?li a vyrie?i? takto z?skan? tri rovnice spolo?ne pre tri kry?t?lov? osi s peri?dami a, b a c. ?al?ie dve rovnice s?

Toto s? tri z?kladn? Laueove rovnice pre r?ntgenov? difrakciu, pri?om ??sla h, k a c s? Millerov?mi indexmi pre difrak?n? rovinu.
pozri tie? KRY?T?LY A KRY?TALOGRAFIA. Ak vezmeme do ?vahy niektor? z Laueov?ch rovn?c, napr?klad prv?, m??eme si v?imn??, ?e ke??e a, a0, l s? kon?tanty a h = 0, 1, 2, ..., jej rie?enie m??e by? reprezentovan? ako mno?ina ku?e?ov s spolo?n? os a (obr. . 5). To ist? plat? pre smery b a c. Vo v?eobecnom pr?pade trojrozmern?ho rozptylu (difrakcie) musia ma? tri Laueove rovnice spolo?n? rie?enie, t.j. tri difrak?n? ku?ele umiestnen? na ka?dej z os? sa musia pret?na?; spolo?n? priese?n?k je zn?zornen? na obr. 6. Spolo?n? rie?enie rovn?c vedie k Bragg-Wulfovmu z?konu:

l = 2(d/n)sinq, kde d je vzdialenos? medzi rovinami s indexmi h, k a c (peri?da), n = 1, 2, ... s? cel? ??sla (poradie difrakcie) a q je uhol tvoren? dopadaj?cim l??om (ako aj difrakciou) s rovinou kry?t?lu, v ktorej doch?dza k difrakcii. Anal?zou rovnice Braggovho - Wolfeho z?kona pre jedin? kry?t?l umiestnen? v dr?he monochromatick?ho r?ntgenov?ho l??a m??eme kon?tatova?, ?e difrakciu nie je ?ahk? pozorova?, preto?e l a q s? pevn? a sinq MET?DY DIFRAK?NEJ ANAL?ZY
Laueho met?da. Laueho met?da vyu??va spojit? „biele“ spektrum r?ntgenov?ch l??ov, ktor? smeruje na stacion?rny monokry?t?l. Pre konkr?tnu hodnotu peri?dy d sa z cel?ho spektra automaticky vyberie vlnov? d??ka zodpovedaj?ca Bragg-Wulfovej podmienke. Takto z?skan? Laueove vzory umo??uj? pos?di? smery difraktovan?ch l??ov a n?sledne aj orient?cie kry?t?lov?ch rov?n, ?o tie? umo??uje vyvodi? d?le?it? z?very o symetrii, orient?cii kry?t?lu a pr?tomnosti nedostatkov v ?om. V tomto pr?pade sa v?ak str?ca inform?cia o priestorovej peri?de d. Na obr. 7 ukazuje pr?klad lauegramu. R?ntgenov? film bol umiestnen? na opa?nej strane kry?t?lu, ne? na ktor? dopadal r?ntgenov? l?? zo zdroja.

Debye-Scherrerova met?da (pre polykry?talick? vzorky). Na rozdiel od predch?dzaj?cej met?dy sa tu pou??va monochromatick? ?iarenie (l = const) a uhol q je r?zny. To sa dosiahne pou?it?m polykry?talickej vzorky pozost?vaj?cej z mnoh?ch mal?ch kry?t?lov n?hodnej orient?cie, medzi ktor?mi s? tie, ktor? sp??aj? Bragg-Wulfovu podmienku. Difraktovan? l??e tvoria ku?ele, ktor?ch os smeruje pozd?? r?ntgenov?ho l??a. Na zobrazovanie sa zvy?ajne pou??va ?zky p?s r?ntgenov?ho filmu vo valcovej kazete a r?ntgenov? l??e sa ??ria pozd?? priemeru cez otvory vo filme. Takto z?skan? debyegram (obr. 8) obsahuje presn? inform?cie o peri?de d, t.j. o ?trukt?re kry?t?lu, ale neud?va inform?cie, ktor? Lauegram obsahuje. Preto sa obe met?dy navz?jom dop??aj?. Pozrime sa na niektor? aplik?cie Debye-Scherrerovej met?dy.

Identifik?cia chemick?ch prvkov a zl??en?n. Z uhla q ur?en?ho z debyegramu sa d? vypo??ta? medzirovinn? vzdialenos? d charakteristick? pre dan? prvok alebo zl??eninu. V s??asnosti je zostaven?ch ve?a tabuliek hodn?t d, ktor? umo??uj? identifikova? nielen jeden alebo in? chemick? prvok alebo zl??eninu, ale aj r?zne f?zov? stavy tej istej l?tky, ?o nie v?dy poskytuje chemick? anal?zu. Zo z?vislosti peri?dy d na koncentr?cii je mo?n? s vysokou presnos?ou ur?i? aj obsah druhej zlo?ky v substitu?n?ch zliatin?ch.
Stresov? anal?za. Na z?klade nameran?ho rozdielu medzirovinn?ch vzdialenost? pre r?zne smery v kry?t?loch, pri znalosti modulu pru?nosti materi?lu, je mo?n? s vysokou presnos?ou vypo??ta? mal? nap?tia v ?om.
?t?die preferen?nej orient?cie v kry?t?loch. Ak mal? kry?t?ly v polykry?talickej vzorke nie s? ?plne n?hodne orientovan?, potom bud? ma? prstence na debyegrame r?znu intenzitu. V pr?tomnosti v?raznej preferovanej orient?cie s? maxim? intenzity s?streden? v jednotliv?ch bodoch na obr?zku, ktor? sa st?va podobn?m obr?zku pre jeden kry?t?l. Napr?klad pri hlbokom valcovan? za studena z?skava plech text?ru - v?razn? orient?ciu kry?talitov. Pod?a debaygramu mo?no pos?di? charakter spracovania materi?lu za studena.
?t?dium ve?kosti z?n. Ak je ve?kos? z?n polykry?t?lu v???ia ako 10-3 cm, potom bud? ?iary na debyegrame pozost?va? zo samostatn?ch ?kv?n, preto?e v tomto pr?pade po?et kry?t?lov nesta?? na pokrytie cel?ho rozsahu hodn?t uhlov. q. Ak je ve?kos? kry?talitu men?ia ako 10-5 cm, potom sa difrak?n? ?iary roz??ria. Ich ??rka je nepriamo ?mern? ve?kosti kry?talitov. K roz??reniu doch?dza z rovnak?ho d?vodu, ako zn??enie po?tu ?trb?n zni?uje rozl??enie difrak?nej mrie?ky. R?ntgenov? ?iarenie umo??uje ur?i? ve?kosti z?n v rozmedz? 10-7-10-6 cm.
Met?dy pre monokry?t?ly. Aby difrakcia kry?t?lom poskytla inform?cie nielen o priestorovej peri?de, ale aj o orient?cii ka?d?ho s?boru difrak?n?ch rov?n, pou??vaj? sa met?dy rotuj?ceho monokry?t?lu. Na kry?t?l dopad? monochromatick? r?ntgenov? l??. Kry?t?l sa ot??a okolo hlavnej osi, pre ktor? s? splnen? Laueove rovnice. V tomto pr?pade sa zmen? uhol q, ktor? je zahrnut? vo vzorci Bragg-Wulf. Difrak?n? maxim? sa nach?dzaj? v priese?n?ku Laueov?ch difrak?n?ch ku?e?ov s valcovou plochou filmu (obr. 9). V?sledkom je difrak?n? obrazec typu zn?zornen?ho na obr. 10. Komplik?cie s? v?ak mo?n? kv?li prekr?vaniu r?znych r?dov difrakcie v jednom bode. Sp?sob je mo?n? v?razne zlep?i?, ak sa s??asne s rot?ciou kry?t?lu ur?it?m sp?sobom pohybuje aj f?lia.

?t?die kvapal?n a plynov. Je zn?me, ?e kvapaliny, plyny a amorfn? teles? nemaj? spr?vnu kry?t?lov? ?trukt?ru. Ale aj tu existuje medzi at?mami v molekul?ch chemick? v?zba, v?aka ktorej vzdialenos? medzi nimi zost?va takmer kon?tantn?, hoci samotn? molekuly s? n?hodne orientovan? v priestore. Tak?to materi?ly tie? poskytuj? difrak?n? obrazec s relat?vne mal?m po?tom rozmazan?ch max?m. Spracovanie tak?hoto obrazu modern?mi met?dami umo??uje z?ska? inform?cie o ?trukt?re aj tak?chto nekry?talick?ch materi?lov.
SPEKTROCHEMICK? RTG ANAL?ZA
Ch.Barkla (1877-1944) nieko?ko rokov po objaven? r?ntgenov?ho ?iarenia zistil, ?e pri p?soben? vysokoenergetick?ho r?ntgenov?ho toku na l?tku vznik? sekund?rne fluorescen?n? r?ntgenov? ?iarenie, ktor? je charakteristick? pre prvok v ?t?diu. Kr?tko nato G. Moseley v s?rii svojich experimentov zmeral vlnov? d??ky prim?rneho charakteristick?ho r?ntgenov?ho ?iarenia z?skan?ho bombardovan?m r?znych prvkov elektr?nmi a odvodil vz?ah medzi vlnovou d??kou a at?mov?m ??slom. Tieto experimenty a Braggov vyn?lez r?ntgenov?ho spektrometra polo?ili z?klad pre spektrochemick? r?ntgenov? anal?zu. Okam?ite boli rozpoznan? mo?nosti r?ntgenov?ch l??ov pre chemick? anal?zu. Spektrografy boli vytvoren? s registr?ciou na fotografickej platni, v ktorej sk?man? vzorka sl??ila ako an?da r?ntgenovej trubice. ?ia?, t?to technika sa uk?zala ako ve?mi pracn?, a preto sa pou??vala len vtedy, ke? boli be?n? met?dy chemickej anal?zy nepou?ite?n?. V?nimo?n?m pr?kladom inovat?vneho v?skumu v oblasti analytickej r?ntgenovej spektroskopie bol objav nov?ho prvku hafnia v roku 1923 G. Hevesym a D. Costerom. V?voj vysokov?konn?ch r?ntgenov?ch trub?c pre r?diografiu a citliv?ch detektorov pre r?diochemick? merania po?as 2. svetovej vojny vo ve?kej miere prispel k r?chlemu rastu r?ntgenovej spektrografie v nasleduj?cich rokoch. T?to met?da sa roz??rila v?aka r?chlosti, pohodliu, nede?trukt?vnej povahe anal?zy a mo?nosti ?plnej alebo ?iasto?nej automatiz?cie. Je pou?ite?n? v probl?moch kvantitat?vnej a kvalitat?vnej anal?zy v?etk?ch prvkov s at?mov?m ??slom v????m ako 11 (sod?k). A hoci sa r?ntgenov? spektrochemick? anal?za zvy?ajne pou??va na stanovenie najd?le?itej??ch zlo?iek vo vzorke (od 0,1-100%), v niektor?ch pr?padoch je vhodn? pre koncentr?cie 0,005% a dokonca aj ni??ie.
R?ntgenov? spektrometer. Modern? r?ntgenov? spektrometer pozost?va z troch hlavn?ch syst?mov (obr. 11): excita?n?ch syst?mov, t.j. r?ntgenov? trubica s an?dou vyrobenou z volfr?mu alebo in?ho ?iaruvzdorn?ho materi?lu a nap?jac?m zdrojom; analytick? syst?my, t.j. kry?t?l analyz?tora s dvoma viac?trbinov?mi kolim?tormi, ako aj spektrogoniometer na jemn? nastavenie; a registra?n? syst?my s Geigerov?m alebo proporcion?lnym alebo scintila?n?m po??ta?om, ako aj s usmer?ova?om, zosil?ova?om, ??ta?mi a zapisova?om alebo in?m z?znamov?m zariaden?m.

R?ntgenov? fluorescen?n? anal?za. Analyzovan? vzorka sa nach?dza v dr?he vzru?uj?cich r?ntgenov?ch l??ov. Oblas? sk?manej vzorky je zvy?ajne izolovan? maskou s otvorom po?adovan?ho priemeru a ?iarenie prech?dza cez kolim?tor, ktor? vytv?ra paraleln? l??. Za kry?t?lom analyz?tora vy?aruje ?trbinov? kolim?tor difraktovan? ?iarenie pre detektor. Zvy?ajne je maxim?lny uhol q obmedzen? na 80–85°, tak?e na kry?t?li analyz?tora sa m??u difraktova? iba r?ntgenov? l??e, ktor?ch vlnov? d??ka l s?vis? s medzirovinnou vzdialenos?ou d pomocou nerovnosti l. R?ntgenov? mikroanal?za. Vy??ie op?san? kry?t?lov? spektrometer ploch?ho analyz?tora mo?no prisp?sobi? na mikroanal?zu. To sa dosiahne z??en?m bu? prim?rneho r?ntgenov?ho l??a alebo sekund?rneho l??a emitovan?ho vzorkou. Zn??enie efekt?vnej ve?kosti vzorky alebo apert?ry ?iarenia v?ak vedie k zn??eniu intenzity zaznamenan?ho difraktovan?ho ?iarenia. Zlep?enie tejto met?dy je mo?n? dosiahnu? pou?it?m zakriven?ho kry?t?lov?ho spektrometra, ktor? umo??uje registrova? ku?e? divergentn?ho ?iarenia a nielen ?iarenie rovnobe?n? s osou kolim?tora. Pomocou tak?hoto spektrometra je mo?n? identifikova? ?astice men?ie ako 25 µm. E?te v???ie zmen?enie ve?kosti analyzovanej vzorky je dosiahnut? v mikroanalyz?tore r?ntgenovej elektr?novej sondy, ktor? vyna?iel R. Kasten. Tu je charakteristick? r?ntgenov? emisia vzorky excitovan? vysoko zaostren?m elektr?nov?m l??om, ktor? je potom analyzovan? spektrometrom s ohnut?mi kry?t?lmi. Pomocou tak?hoto pr?stroja je mo?n? vo vzorke s priemerom 1 mm detegova? mno?stv? l?tky r?dovo 10–14 g. Boli vyvinut? aj in?tal?cie so skenovan?m vzorky elektr?nov?m l??om, pomocou ktor?ch je mo?n? z?ska? dvojrozmern? obrazec rozlo?enia na vzorke prvku, ktor?ho charakteristick? ?iarenie je naladen? na spektrometer.
LEK?RSKA RTG DIAGNOSTIKA
V?voj r?ntgenovej technol?gie v?razne skr?til expozi?n? ?as a zlep?il kvalitu sn?mok, ?o umo??uje vy?etrenie aj m?kk?ch tkan?v.
Fluorografia. T?to diagnostick? met?da spo??va vo fotografovan? tie?ov?ho obrazu z priesvitn?ho pl?tna. Pacient sa umiestni medzi zdroj r?ntgenov?ho ?iarenia a ploch? obrazovku z fosforu (zvy?ajne jodidu c?zneho), ktor? pri vystaven? r?ntgenov?mu ?iareniu svieti. Biologick? tkaniv? r?zneho stup?a hustoty vytv?raj? tiene r?ntgenov?ho ?iarenia s r?znym stup?om intenzity. R?diol?g sk?ma tie?ov? obraz na fluorescen?nej obrazovke a stanov? diagn?zu. V minulosti sa r?diol?g pri anal?ze obrazu spoliehal na v?ziu. Teraz existuj? r?zne syst?my, ktor? obraz zosil?uj?, zobrazuj? na telev?znej obrazovke alebo zaznamen?vaj? d?ta do pam?te po??ta?a.
R?diografia. Z?znam r?ntgenov?ho obrazu priamo na fotografick? film sa naz?va r?diografia. V tomto pr?pade sa sk?man? org?n nach?dza medzi zdrojom r?ntgenov?ho ?iarenia a filmom, ktor? zachyt?va inform?cie o stave org?nu v danom ?ase. Opakovan? r?diografia umo??uje pos?di? jej ?al?? v?voj. R?diografia v?m umo??uje ve?mi presne presk?ma? integritu kostn?ho tkaniva, ktor? pozost?va hlavne z v?pnika a je neprieh?adn? pre r?ntgenov? l??e, ako aj pretrhnutia svalov?ho tkaniva. S jeho pomocou sa lep?ie ako fonendoskopom alebo po??van?m analyzuje stav p??c v pr?pade z?palu, tuberkul?zy alebo pr?tomnosti tekutiny. Pomocou r?diografie sa ur?uje ve?kos? a tvar srdca, ako aj dynamika jeho zmien u pacientov trpiacich srdcov?m ochoren?m.
kontrastn? l?tky.?asti tela a dutiny jednotliv?ch org?nov, ktor? s? prieh?adn? pre r?ntgenov? ?iarenie, sa stan? vidite?n?mi, ak s? naplnen? kontrastnou l?tkou, ktor? je pre telo ne?kodn?, ale umo??uje vizualizova? tvar vn?torn?ch org?nov a kontrolova? ich fungovanie. Pacient bu? u??va kontrastn? l?tky peror?lne (ako s? soli b?ria pri ?t?diu gastrointestin?lneho traktu), alebo sa pod?vaj? intraven?zne (ako s? roztoky obsahuj?ce j?d pri ?t?diu obli?iek a mo?ov?ch ciest). V posledn?ch rokoch v?ak tieto met?dy vytla?ili diagnostick? met?dy zalo?en? na pou?it? r?dioakt?vnych at?mov a ultrazvuku.
CT vy?etrenie. V 70. rokoch bola vyvinut? nov? met?da r?ntgenovej diagnostiky, zalo?en? na kompletnej fotografii tela alebo jeho ?ast?. Obrazy tenk?ch vrstiev ("pl?tky") spracuje po??ta? a kone?n? obraz sa zobraz? na obrazovke monitora. T?to met?da sa naz?va po??ta?ov? r?ntgenov? tomografia. Je ?iroko pou??van? v modernej medic?ne na diagnostiku infiltr?tov, n?dorov a in?ch por?ch mozgu, ako aj na diagnostiku ochoren? m?kk?ch tkan?v vo vn?tri tela. T?to technika nevy?aduje zav?dzanie cudz?ch kontrastn?ch l?tok, a preto je r?chlej?ia a ??innej?ia ako tradi?n? techniky.
BIOLOGICK? P?SOBENIE RTG ?IARENIA
?kodliv? biologick? ??inok r?ntgenov?ho ?iarenia objavil kr?tko po jeho objaven? Roentgen. Uk?zalo sa, ?e nov? ?iarenie m??e sp?sobi? nie?o ako ?a?k? sp?lenie od slnka (eryt?m), sprev?dzan? v?ak hlb??m a trvalej??m po?koden?m ko?e. Objavuj?ce sa vredy sa ?asto zmenili na rakovinu. V mnoh?ch pr?padoch museli by? prsty alebo ruky amputovan?. Boli aj ?mrtia. Zistilo sa, ?e po?kodeniu poko?ky mo?no pred?s? skr?ten?m ?asu expoz?cie a d?vky, pou?it?m tienenia (napr. olova) a dia?kov?ch ovl?da?ov. Postupne sa v?ak odhalili ?al?ie, dlhodobej?ie ??inky vystavenia r?ntgenov?mu ?iareniu, ktor? sa potom potvrdili a ?tudovali na pokusn?ch zvierat?ch. ??inky v d?sledku p?sobenia r?ntgenov?ho ?iarenia, ako aj in?ho ionizuj?ceho ?iarenia (ako je gama ?iarenie emitovan? r?dioakt?vnymi materi?lmi) zah??aj?: 1) do?asn? zmeny v zlo?en? krvi po relat?vne malom nadmernom o?iaren?; 2) nezvratn? zmeny v zlo?en? krvi (hemolytick? an?mia) po dlh?ej nadmernej expoz?cii; 3) zv??enie v?skytu rakoviny (vr?tane leuk?mie); 4) r?chlej?ie starnutie a skor? smr?; 5) v?skyt ?ed?ho z?kalu. Okrem toho biologick? pokusy na my?iach, kr?likoch a much?ch (Drosophila) uk?zali, ?e aj mal? d?vky systematick?ho o?arovania ve?k?ch popul?ci? v d?sledku zv??enia r?chlosti mut?ci? ved? k ?kodliv?m genetick?m ??inkom. V???ina genetikov uzn?va pou?ite?nos? t?chto ?dajov na ?udsk? organizmus. ?o sa t?ka biologick?ho ??inku r?ntgenov?ho ?iarenia na ?udsk? organizmus, ten je ur?en? ?rov?ou d?vky ?iarenia, ako aj t?m, ktor? konkr?tny org?n tela bol ?iareniu vystaven?. Ochorenia krvi s? napr?klad sp?soben? o?iaren?m krvotvorn?ch org?nov, hlavne kostnej drene a genetick?mi n?sledkami - o?iaren?m pohlavn?ch org?nov, ktor? m??e vies? aj k sterilite. Nahromadenie poznatkov o ??inkoch r?ntgenov?ho ?iarenia na ?udsk? organizmus viedlo k vypracovaniu n?rodn?ch a medzin?rodn?ch noriem pre pr?pustn? d?vky ?iarenia, publikovan?ch v r?znych referen?n?ch publik?ci?ch. Okrem r?ntgenov?ch l??ov, ktor? s? ?u?mi cielene vyu??van?, existuje aj takzvan? rozpt?len?, bo?n? ?iarenie, ktor? vznik? z r?znych pr??in, napr?klad v d?sledku rozptylu v d?sledku nedokonalosti olovenej ochrannej clony, ktor? nie je ?plne absorbova? toto ?iarenie. Okrem toho mnoh? elektrick? zariadenia, ktor? nie s? ur?en? na produkciu r?ntgenov?ho ?iarenia, napriek tomu vytv?raj? r?ntgenov? l??e ako ved?aj?? produkt. Medzi tak?to zariadenia patria elektr?nov? mikroskopy, vysokonap??ov? usmer?ovacie lampy (kenotr?ny), ako aj kineskopy zastaran?ch farebn?ch telev?zorov. V?roba modern?ch farebn?ch kineskopov v mnoh?ch krajin?ch je teraz pod kontrolou vl?dy.
NEBEZPE?N? FAKTORY RTG ?IARENIA
Druhy a stupe? nebezpe?enstva r?ntgenov?ho ?iarenia pre ?ud? z?visia od kontingentu ?ud? vystaven?ch ?iareniu.
Profesion?li pracuj?ci s r?ntgenov?m zariaden?m. Do tejto kateg?rie patria r?diol?govia, zub?ri, ako aj vedeck? a technick? pracovn?ci a person?l, ktor? udr?iava a pou??va r?ntgenov? zariadenia. Prij?maj? sa ??inn? opatrenia na zn??enie ?rovne radi?cie, s ktorou sa musia vysporiada?.
pacientov. Neexistuj? tu ?iadne pr?sne krit?ri? a bezpe?n? ?rove? ?iarenia, ktor? pacienti po?as lie?by dost?vaj?, ur?uj? o?etruj?ci lek?ri. Lek?rom sa odpor??a, aby zbyto?ne nevystavovali pacientov r?ntgenov?mu ?iareniu. Osobitn? opatrnos? je potrebn? pri vy?etrovan? tehotn?ch ?ien a det?. V tomto pr?pade sa prij?maj? ?peci?lne opatrenia.
Met?dy kontroly. M? to tri aspekty:
1) dostupnos? primeran?ho vybavenia, 2) dodr?iavanie bezpe?nostn?ch predpisov, 3) spr?vne pou??vanie vybavenia. Pri r?ntgenovom vy?etren? by mala by? ?iareniu vystaven? len po?adovan? oblas?, ?i u? ide o zubn? vy?etrenie alebo vy?etrenie p??c. V?imnite si, ?e ihne? po vypnut? r?ntgenov?ho pr?stroja zmizne prim?rne aj sekund?rne ?iarenie; nedoch?dza ani k zvy?kov?mu ?iareniu, ktor? nie v?dy vedia ani t?, ktor? s? s n?m vo svojej pr?ci priamo spojen?.
pozri tie?
?TRUKT?RA AT?MU;