Οι ακτίνες Χ (συνώνυμα με τις ακτίνες Χ) είναι ευρύ φάσμαμήκη κύματος (από 8·10 -6 έως 10 -12 cm). Η ακτινοβολία ακτίνων Χ εμφανίζεται όταν φορτισμένα σωματίδια, συνήθως ηλεκτρόνια, επιβραδύνονται στο ηλεκτρικό πεδίο των ατόμων μιας ουσίας. Τα κβάντα που προκύπτουν έχουν διαφορετικές ενέργειες και σχηματίζουν ένα συνεχές φάσμα. Η μέγιστη ενέργεια φωτονίων σε ένα τέτοιο φάσμα είναι ίση με την ενέργεια των προσπίπτων ηλεκτρονίων. Στο (βλ.) η μέγιστη ενέργεια των κβαντών ακτίνων Χ, εκφρασμένη σε κιλοηλεκτρόνια-βολτ, είναι αριθμητικά ίση με το μέγεθος της τάσης που εφαρμόζεται στον σωλήνα, εκφρασμένη σε κιλοβολτ. Όταν περνά μέσα από την ύλη ακτινογραφίεςαλληλεπιδρά με τα ηλεκτρόνια των ατόμων του. Για κβάντα ακτίνων Χ με ενέργειες έως 100 keV, το μέγιστο χαρακτηριστική άποψηη αλληλεπίδραση είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας αλληλεπίδρασης, η κβαντική ενέργεια δαπανάται πλήρως για την εξαγωγή ενός ηλεκτρονίου από το ατομικό κέλυφος και τη μετάδοση κινητικής ενέργειας σε αυτό. Με την αύξηση της ενέργειας ενός κβαντικού ακτίνων Χ, η πιθανότητα του φωτοηλεκτρικού φαινομένου μειώνεται και η διαδικασία σκέδασης των κβαντών στα ελεύθερα ηλεκτρόνια γίνεται κυρίαρχη - το λεγόμενο φαινόμενο Compton. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας αλληλεπίδρασης, σχηματίζεται επίσης ένα δευτερεύον ηλεκτρόνιο και, επιπλέον, ένα κβάντο πετά προς τα έξω με ενέργεια χαμηλότερη από την ενέργεια του πρωτεύοντος κβαντικού. Εάν η ενέργεια ενός κβαντικού ακτίνων Χ υπερβαίνει το ένα μεγαηλεκτρόνιο-βολτ, μπορεί να προκύψει ένα λεγόμενο φαινόμενο ζευγαρώματος, στο οποίο σχηματίζονται ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο (βλ.). Κατά συνέπεια, όταν διέρχεται από μια ουσία, η ενέργεια της ακτινοβολίας ακτίνων Χ μειώνεται, δηλαδή μειώνεται η έντασή της. Δεδομένου ότι τα κβάντα χαμηλής ενέργειας είναι πιο πιθανό να απορροφηθούν σε αυτή την περίπτωση, η ακτινοβολία ακτίνων Χ εμπλουτίζεται με κβάντα υψηλότερης ενέργειας. Αυτή η ιδιότητα της ακτινοβολίας ακτίνων Χ χρησιμοποιείται για την αύξηση της μέσης ενέργειας των κβαντών, δηλαδή για την αύξηση της ακαμψίας τους. Αύξηση της σκληρότητας της ακτινοβολίας ακτίνων Χ επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας ειδικά φίλτρα (βλ.). Η ακτινοβολία ακτίνων Χ χρησιμοποιείται για διαγνωστικά με ακτίνες Χ (βλ.) και (βλ.). Δείτε επίσης Ιονίζουσα ακτινοβολία.
Ακτινοβολία ακτίνων Χ (συνώνυμο: ακτίνες Χ, ακτίνες Χ) - κβαντική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος από 250 έως 0,025 A (ή ενεργειακά κβάντα από 5 10 -2 έως 5 10 2 keV). Το 1895, ανακαλύφθηκε από τον V.K. Roentgen. Η φασματική περιοχή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας δίπλα στις ακτίνες Χ, των οποίων τα ενεργειακά κβάντα υπερβαίνουν τα 500 keV, ονομάζεται ακτινοβολία γάμμα (βλ.). Η ακτινοβολία, της οποίας τα ενεργειακά κβάντα είναι κάτω από 0,05 keV, είναι η υπεριώδης ακτινοβολία (βλ.).
Έτσι, αντιπροσωπεύοντας σχετικά πλέονευρύ φάσμα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, που περιλαμβάνει τόσο ραδιοκύματα όσο και ορατό φως, η ακτινοβολία ακτίνων Χ, όπως κάθε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός (σε κενό περίπου 300 χιλιάδες km / s) και χαρακτηρίζεται από ένα μήκος κύματος λ (η απόσταση στην οποία διαδίδεται η ακτινοβολία σε μια περίοδο ταλάντωσης). Η ακτινοβολία ακτίνων Χ έχει επίσης μια σειρά από άλλες ιδιότητες κυμάτων (διάθλαση, παρεμβολή, περίθλαση), αλλά είναι πολύ πιο δύσκολο να τις παρατηρήσει κανείς από ό,τι για ακτινοβολία μεγαλύτερου μήκους κύματος: ορατό φως, ραδιοκύματα.
Φάσματα ακτίνων Χ: a1 - συνεχές φάσμα bremsstrahlung στα 310 kV. α - συνεχές φάσμα bremsstrahlung στα 250 kV, a1 - φάσμα φιλτραρισμένο κατά 1 mm Cu, a2 - φάσμα φιλτραρισμένο κατά 2 mm Cu, b - σειρά Κ της γραμμής βολφραμίου.
Για τη δημιουργία ακτίνων Χ, χρησιμοποιούνται σωλήνες ακτίνων Χ (βλ.), στους οποίους η ακτινοβολία εμφανίζεται όταν τα γρήγορα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν με άτομα της ουσίας της ανόδου. Υπάρχουν δύο τύποι ακτινογραφιών: η bremsstrahlung και η χαρακτηριστική. Bremsstrahlung ακτινογραφία που έχει συνεχές φάσμασαν το συνηθισμένο λευκό φως. Η κατανομή της έντασης ανάλογα με το μήκος κύματος (Εικ.) αντιπροσωπεύεται από μια καμπύλη με μέγιστο. προς την κατεύθυνση των μεγάλων κυμάτων, η καμπύλη πέφτει απαλά, και προς την κατεύθυνση των βραχέων κυμάτων, απότομα και διασπάται σε ένα ορισμένο μήκος κύματος (λ0), που ονομάζεται όριο μικρού μήκους κύματος του συνεχούς φάσματος. Η τιμή του λ0 είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τάση στο σωλήνα. Το Bremsstrahlung προκύπτει από την αλληλεπίδραση ταχέων ηλεκτρονίων με ατομικούς πυρήνες. Η ένταση bremsstrahlung είναι ευθέως ανάλογη με την ισχύ του ρεύματος της ανόδου, το τετράγωνο της τάσης του σωλήνα και τον ατομικό αριθμό (Z) του υλικού της ανόδου.
Εάν η ενέργεια των ηλεκτρονίων που επιταχύνεται στο σωλήνα ακτίνων Χ υπερβαίνει την κρίσιμη τιμή για την ουσία της ανόδου (αυτή η ενέργεια προσδιορίζεται από την τάση του σωλήνα Vcr, η οποία είναι κρίσιμη για αυτήν την ουσία), τότε χαρακτηριστική ακτινοβολία. Το χαρακτηριστικό φάσμα είναι η γραμμή, οι φασματικές γραμμές του σχηματίζουν μια σειρά, που υποδηλώνεται με τα γράμματα K, L, M, N.
Η σειρά K είναι το μικρότερο μήκος κύματος, η σειρά L έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος, οι σειρές M και N παρατηρούνται μόνο σε βαριά στοιχεία (Vcr βολφραμίου για τη σειρά K είναι 69,3 kv, για τη σειρά L - 12,1 kv). Η χαρακτηριστική ακτινοβολία προκύπτει ως εξής. Τα γρήγορα ηλεκτρόνια βγάζουν τα ατομικά ηλεκτρόνια από τα εσωτερικά κελύφη. Το άτομο διεγείρεται και στη συνέχεια επιστρέφει στη βασική κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια από τα εξωτερικά, λιγότερο δεσμευμένα κελύφη γεμίζουν τα κενά στα εσωτερικά κελύφη και τα φωτόνια χαρακτηριστικής ακτινοβολίας εκπέμπονται με ενέργεια ίση διαφοράενέργειες ενός ατόμου σε διεγερμένες και θεμελιώδεις καταστάσεις. Αυτή η διαφορά (και επομένως η ενέργεια του φωτονίου) έχει μια ορισμένη τιμή, χαρακτηριστική για κάθε στοιχείο. Αυτό το φαινόμενο αποτελεί τη βάση της φασματικής ανάλυσης στοιχείων ακτίνων Χ. Το σχήμα δείχνει το φάσμα γραμμής του βολφραμίου στο φόντο ενός συνεχούς φάσματος bremsstrahlung.
Η ενέργεια των ηλεκτρονίων που επιταχύνεται στο σωλήνα ακτίνων Χ μετατρέπεται σχεδόν εξ ολοκλήρου σε θερμική ενέργεια (η άνοδος θερμαίνεται έντονα στην περίπτωση αυτή), μόνο ένα ασήμαντο μέρος (περίπου 1% σε τάση κοντά στα 100 kV) μετατρέπεται σε ενέργεια bremsstrahlung .
Η χρήση των ακτίνων Χ στην ιατρική βασίζεται στους νόμους της απορρόφησης των ακτίνων Χ από την ύλη. Η απορρόφηση των ακτίνων Χ είναι εντελώς ανεξάρτητη από τις οπτικές ιδιότητες του απορροφητικού υλικού. Το άχρωμο και διαφανές γυαλί μολύβδου που χρησιμοποιείται για την προστασία του προσωπικού στα δωμάτια ακτίνων Χ απορροφά τις ακτίνες Χ σχεδόν πλήρως. Αντίθετα, ένα φύλλο χαρτιού που δεν είναι διαφανές στο φως δεν εξασθενεί τις ακτίνες Χ.
Η ένταση μιας ομοιογενούς (δηλαδή ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος) δέσμης ακτίνων Χ, όταν διέρχεται από ένα στρώμα απορρόφησης, μειώνεται σύμφωνα με τον εκθετικό νόμο (e-x), όπου e είναι η βάση φυσικούς λογάριθμους(2.718) και ο εκθέτης x είναι ίσο με το γινόμενοσυντελεστής εξασθένησης μάζας (μ / p) cm 2 /g ανά πάχος απορροφητή σε g / cm 2 (εδώ p είναι η πυκνότητα της ουσίας σε g / cm 3). Οι ακτίνες Χ εξασθενούν τόσο με τη σκέδαση όσο και με την απορρόφηση. Συνεπώς, ο συντελεστής εξασθένησης μάζας είναι το άθροισμα των συντελεστών απορρόφησης μάζας και σκέδασης. Ο συντελεστής απορρόφησης μάζας αυξάνεται απότομα με την αύξηση του ατομικού αριθμού (Z) του απορροφητή (ανάλογα με το Z3 ή Z5) και με την αύξηση του μήκους κύματος (ανάλογα με το λ3). Αυτή η εξάρτηση από το μήκος κύματος παρατηρείται εντός των ζωνών απορρόφησης, στα όρια των οποίων ο συντελεστής εμφανίζει άλματα.
Ο συντελεστής σκέδασης μάζας αυξάνεται με την αύξηση του ατομικού αριθμού της ουσίας. Για λ≥0,3Å ο συντελεστής σκέδασης δεν εξαρτάται από το μήκος κύματος, για λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.
Η μείωση των συντελεστών απορρόφησης και σκέδασης με τη μείωση του μήκους κύματος προκαλεί αύξηση της διεισδυτικής ισχύος των ακτίνων Χ. Ο συντελεστής απορρόφησης μάζας για τα οστά [η απορρόφηση οφείλεται κυρίως στο Ca 3 (PO 4) 2 ] είναι σχεδόν 70 φορές μεγαλύτερος από ό,τι για τους μαλακούς ιστούς, όπου η απορρόφηση οφείλεται κυρίως στο νερό. Αυτό εξηγεί γιατί η σκιά των οστών ξεχωρίζει τόσο έντονα στις ακτινογραφίες στο φόντο των μαλακών ιστών.
Η διάδοση μιας ανομοιογενούς δέσμης ακτίνων Χ μέσω οποιουδήποτε μέσου, μαζί με μια μείωση της έντασης, συνοδεύεται από αλλαγή στη φασματική σύνθεση, αλλαγή στην ποιότητα της ακτινοβολίας: το τμήμα μακρών κυμάτων του φάσματος απορροφάται σε μεγαλύτερο βαθμό από το τμήμα βραχέων κυμάτων, η ακτινοβολία γίνεται πιο ομοιόμορφη. Το φιλτράρισμα του τμήματος μεγάλου μήκους κύματος του φάσματος καθιστά δυνατή τη βελτίωση της αναλογίας μεταξύ βαθιών και επιφανειακών δόσεων κατά τη διάρκεια της θεραπείας με ακτίνες Χ των εστιών που βρίσκονται βαθιά στο ανθρώπινο σώμα (βλ. φίλτρα ακτίνων Χ). Για να χαρακτηριστεί η ποιότητα μιας ανομοιογενούς δέσμης ακτίνων Χ, χρησιμοποιείται η έννοια του "μισού στρώματος εξασθένησης (L)" - ένα στρώμα μιας ουσίας που εξασθενεί την ακτινοβολία κατά το ήμισυ. Το πάχος αυτού του στρώματος εξαρτάται από την τάση στο σωλήνα, το πάχος και το υλικό του φίλτρου. Σελοφάν (έως ενέργεια 12 keV), αλουμίνιο (20-100 keV), χαλκός (60-300 keV), μόλυβδος και χαλκός (>300 keV) χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των μισών στρωμάτων εξασθένησης. Για ακτίνες Χ που παράγονται σε τάσεις 80-120 kV, 1 mm χαλκού ισοδυναμεί σε ικανότητα φιλτραρίσματος με 26 mm αλουμινίου, 1 mm μολύβδου ισοδυναμεί με 50,9 mm αλουμινίου.
Η απορρόφηση και η διασπορά των ακτίνων Χ οφείλεται στις σωματικές ιδιότητές τους. Οι ακτίνες Χ αλληλεπιδρούν με τα άτομα ως ένα ρεύμα σωματιδίων (σωματιδίων) - φωτονίων, καθένα από τα οποία έχει μια ορισμένη ενέργεια (αντίστροφα ανάλογη με το μήκος κύματος των ακτίνων Χ). Το ενεργειακό εύρος των φωτονίων ακτίνων Χ είναι 0,05-500 keV.
Η απορρόφηση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ οφείλεται στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο: η απορρόφηση ενός φωτονίου από το κέλυφος ηλεκτρονίων συνοδεύεται από την εκτόξευση ενός ηλεκτρονίου. Το άτομο διεγείρεται και, επιστρέφοντας στη βασική κατάσταση, εκπέμπει χαρακτηριστική ακτινοβολία. Το εκπεμπόμενο φωτοηλεκτρόνιο μεταφέρει όλη την ενέργεια του φωτονίου (μείον την ενέργεια δέσμευσης του ηλεκτρονίου στο άτομο).
Η σκέδαση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ οφείλεται στα ηλεκτρόνια του μέσου σκέδασης. Υπάρχουν η κλασική σκέδαση (το μήκος κύματος της ακτινοβολίας δεν αλλάζει, αλλά η κατεύθυνση διάδοσης αλλάζει) και η σκέδαση με αλλαγή στο μήκος κύματος - το φαινόμενο Compton (το μήκος κύματος της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας είναι μεγαλύτερο από το προσπίπτον). Στην τελευταία περίπτωση, το φωτόνιο συμπεριφέρεται σαν μια κινούμενη μπάλα και η σκέδαση των φωτονίων συμβαίνει, σύμφωνα με την εικονική έκφραση του Comnton, σαν ένα παιχνίδι μπιλιάρδου με φωτόνια και ηλεκτρόνια: όταν συγκρούεται με ένα ηλεκτρόνιο, το φωτόνιο μεταφέρει μέρος της ενέργειάς του σε αυτό και διασκορπίζεται, έχοντας ήδη λιγότερη ενέργεια (αντίστοιχα, το μήκος κύματος της διάσπαρτης ακτινοβολίας αυξάνεται), το ηλεκτρόνιο πετάει έξω από το άτομο με ενέργεια ανάκρουσης (αυτά τα ηλεκτρόνια ονομάζονται ηλεκτρόνια Compton ή ηλεκτρόνια ανάκρουσης). Η απορρόφηση της ενέργειας των ακτίνων Χ συμβαίνει κατά το σχηματισμό δευτερογενών ηλεκτρονίων (Compton και φωτοηλεκτρόνια) και τη μεταφορά ενέργειας σε αυτά. Η ενέργεια των ακτίνων Χ που μεταφέρεται σε μια μονάδα μάζας μιας ουσίας καθορίζει την απορροφούμενη δόση των ακτίνων Χ. Η μονάδα αυτής της δόσης 1 rad αντιστοιχεί σε 100 erg/g. Λόγω της απορροφούμενης ενέργειας στην ουσία του απορροφητή, συμβαίνουν ορισμένες δευτερεύουσες διεργασίες που είναι σημαντικές για τη δοσιμετρία ακτίνων Χ, καθώς σε αυτές βασίζονται οι μέθοδοι μέτρησης ακτίνων Χ. (βλ. Δοσιμετρία).
Όλα τα αέρια και πολλά υγρά, οι ημιαγωγοί και τα διηλεκτρικά, υπό τη δράση των ακτίνων Χ, αυξάνουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η αγωγιμότητα εντοπίζεται από τα καλύτερα μονωτικά υλικά: παραφίνη, μαρμαρυγία, καουτσούκ, κεχριμπάρι. Η αλλαγή στην αγωγιμότητα οφείλεται στον ιονισμό του μέσου, δηλαδή στον διαχωρισμό των ουδέτερων μορίων σε θετικά και αρνητικά ιόντα (ο ιονισμός παράγεται από δευτερεύοντα ηλεκτρόνια). Ο ιονισμός στον αέρα χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της δόσης έκθεσης της ακτινοβολίας ακτίνων Χ (δόση στον αέρα), η οποία μετριέται σε ρεντογόνα (βλ. Δόσεις Ιονίζουσας Ακτινοβολίας). Σε δόση 1 r, η απορροφούμενη δόση στον αέρα είναι 0,88 rad.
Υπό τη δράση των ακτίνων Χ, ως αποτέλεσμα της διέγερσης των μορίων μιας ουσίας (και κατά τον ανασυνδυασμό ιόντων), σε πολλές περιπτώσεις διεγείρεται μια ορατή λάμψη της ουσίας. Σε υψηλές εντάσεις ακτινοβολίας ακτίνων Χ, παρατηρείται ορατή λάμψη αέρα, χαρτιού, παραφίνης κ.λπ. (εξαίρεση αποτελούν τα μέταλλα). Η υψηλότερη απόδοση ορατού φωτός δίνεται από κρυσταλλικούς φωσφόρους όπως ο Zn·CdS·Ag-φώσφορος και άλλοι που χρησιμοποιούνται για οθόνες στη φθοροσκόπηση.
Κάτω από τη δράση των ακτίνων Χ, διάφορες χημικές διεργασίες μπορούν επίσης να πραγματοποιηθούν σε μια ουσία: η αποσύνθεση των αλογονιδίων του αργύρου (φωτογραφικό αποτέλεσμα που χρησιμοποιείται στις ακτίνες Χ), η αποσύνθεση νερού και υδατικών διαλυμάτων υπεροξειδίου του υδρογόνου, μια αλλαγή στην ιδιότητες του κυτταρινικού (θολώματος και απελευθέρωσης καμφοράς), της παραφίνης (θολώματος και λεύκανσης) .
Ως αποτέλεσμα της πλήρους μετατροπής, όλη η ενέργεια των ακτίνων Χ που απορροφάται από τη χημικά αδρανή ουσία μετατρέπεται σε θερμότητα. Η μέτρηση πολύ μικρών ποσοτήτων θερμότητας απαιτεί πολύ ευαίσθητες μεθόδους, αλλά είναι η κύρια μέθοδος απόλυτες μετρήσειςακτινοβολία ακτίνων Χ.
Οι δευτερογενείς βιολογικές επιδράσεις από την έκθεση σε ακτίνες Χ αποτελούν τη βάση της ιατρικής ακτινοθεραπείας (βλ.). Οι ακτίνες Χ, τα κβάντα των οποίων είναι 6-16 keV (ενεργά μήκη κύματος από 2 έως 5 Α), απορροφώνται σχεδόν πλήρως από το δέρμα του ιστού ανθρώπινο σώμα; ονομάζονται οριακές ακτίνες, ή μερικές φορές ακτίνες Bucca (βλ. ακτίνες Bucca). Για βαθιά θεραπεία με ακτίνες Χ, χρησιμοποιείται σκληρή φιλτραρισμένη ακτινοβολία με ενεργειακά κβάντα από 100 έως 300 keV.
Η βιολογική επίδραση της ακτινοβολίας με ακτίνες Χ θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όχι μόνο στην ακτινοθεραπεία, αλλά και στη διάγνωση με ακτίνες Χ, καθώς και σε όλες τις άλλες περιπτώσεις επαφής με ακτινογραφίες που απαιτούν τη χρήση ακτινοπροστασίας ( βλέπω).
Εκπέμπονται με τη συμμετοχή ηλεκτρονίων, σε αντίθεση με την ακτινοβολία γάμμα, που είναι πυρηνική. Οι τεχνητές ακτίνες Χ δημιουργούνται από ισχυρή επιτάχυνση φορτισμένων σωματιδίων και από τη μετάβαση ηλεκτρονίων από το ένα ενεργειακό επίπεδο στο άλλο με την απελευθέρωση ένας μεγάλος αριθμόςενέργεια. Οι συσκευές που μπορούν να ληφθούν είναι σωλήνες ακτίνων Χ και επιταχυντές σωματιδίων. Οι φυσικές πηγές του είναι ραδιενεργά ασταθή άτομα και διαστημικά αντικείμενα.
Ιστορικό ανακάλυψης
Κατασκευάστηκε τον Νοέμβριο του 1895 από τον Ρέντγκεν, έναν Γερμανό επιστήμονα που ανακάλυψε την επίδραση φθορισμού του κυανιούχου βαρίου πλατίνας κατά τη λειτουργία ενός καθοδικού σωλήνα ακτίνων. Περιέγραψε τα χαρακτηριστικά αυτών των ακτίνων με κάποια λεπτομέρεια, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητας να διεισδύουν στον ζωντανό ιστό. Ονομάστηκαν ακτίνες Χ από τον επιστήμονα, το όνομα "ακτινογραφία" ρίζωσε στη Ρωσία αργότερα.
Τι χαρακτηρίζει αυτό το είδος ακτινοβολίας
Είναι λογικό ότι τα χαρακτηριστικά αυτής της ακτινοβολίας οφείλονται στη φύση της. Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι αυτό που είναι οι ακτίνες Χ. Οι ιδιότητες του είναι οι εξής:
Ακτινοβολία ακτίνων Χ - βλάβη
Φυσικά, τη στιγμή της ανακάλυψης και για πολλά χρόνια μετά, κανείς δεν φανταζόταν πόσο επικίνδυνο ήταν.
Πού χρησιμοποιούνται οι ακτινογραφίες;
- Το φάρμακο. Ακτινοδιαγνωστικά - «μετάδοση» ζωντανών οργανισμών. Ακτινοθεραπεία - η επίδραση στα καρκινικά κύτταρα.
- Η επιστήμη. Η κρυσταλλογραφία, η χημεία και η βιοχημεία τα χρησιμοποιούν για να αποκαλύψουν τη δομή της ύλης.
- Βιομηχανία. Ανίχνευση ελαττωμάτων σε μεταλλικά μέρη.
- Ασφάλεια. Ο εξοπλισμός ακτίνων Χ χρησιμοποιείται για την ανίχνευση επικίνδυνων αντικειμένων στις αποσκευές σε αεροδρόμια και άλλα μέρη.
ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ
ακτινοβολία ακτίνων Χ καταλαμβάνει την περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος μεταξύ ακτινοβολίας γάμμα και υπεριώδους ακτινοβολίας και είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος από 10 -14 έως 10 -7 m. Χρησιμοποιείται ακτινοβολία ακτίνων Χ με μήκος κύματος 5 x 10 -12 έως 2,5 x 10 -10 στην ιατρική m, δηλαδή 0,05 - 2,5 angstrom, και στην πραγματικότητα για διαγνωστικά με ακτίνες Χ - 0,1 angstrom. Η ακτινοβολία είναι ένα ρεύμα κβαντών (φωτόνια) που διαδίδεται σε ευθεία γραμμή με την ταχύτητα του φωτός (300.000 km/s). Αυτά τα κβάντα δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Η μάζα ενός κβαντικού είναι ένα ασήμαντο μέρος ατομική μονάδαμάζες.
Κβαντική ενέργειαμετρούνται σε Joules (J), αλλά στην πράξη χρησιμοποιούν συχνά μια μονάδα εκτός συστήματος "ηλεκτρονβολτ" (eV) . Ένα ηλεκτρον βολτ είναι η ενέργεια που αποκτά ένα ηλεκτρόνιο όταν διέρχεται από διαφορά δυναμικού 1 βολτ σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. 1 eV \u003d 1,6 10 ~ 19 J. Τα παράγωγα είναι ένα βολτ χιλιοηλεκτρονίου (keV), ίσο με χίλια eV, και ένα βολτ μεγαηλεκτρονίου (MeV), ίσο με ένα εκατομμύριο eV.
Οι ακτίνες Χ λαμβάνονται χρησιμοποιώντας σωλήνες ακτίνων Χ, γραμμικούς επιταχυντές και βητατρόν. Σε ένα σωλήνα ακτίνων Χ, η διαφορά δυναμικού μεταξύ της καθόδου και της ανόδου στόχου (δεκάδες kilovolt) επιταχύνει τα ηλεκτρόνια που βομβαρδίζουν την άνοδο. Η ακτινοβολία ακτίνων Χ προκύπτει όταν τα γρήγορα ηλεκτρόνια επιβραδύνονται στο ηλεκτρικό πεδίο των ατόμων της ουσίας της ανόδου (bremsstrahlung) ή κατά την αναδιάταξη των εσωτερικών κελυφών των ατόμων (χαρακτηριστική ακτινοβολία) . Χαρακτηριστικές ακτινογραφίες έχει διακριτό χαρακτήρα και συμβαίνει όταν τα ηλεκτρόνια των ατόμων της ουσίας της ανόδου περνούν από το ένα ενεργειακό επίπεδο στο άλλο υπό την επίδραση εξωτερικών ηλεκτρονίων ή κβαντών ακτινοβολίας. Ακτινογραφία Bremsstrahlung έχει συνεχές φάσμα ανάλογα με την τάση της ανόδου στο σωλήνα ακτίνων Χ. Όταν επιβραδύνονται στο υλικό της ανόδου, τα ηλεκτρόνια ξοδεύουν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειάς τους στη θέρμανση της ανόδου (99%) και μόνο ένα μικρό κλάσμα (1%) μετατρέπεται σε ενέργεια ακτίνων Χ. Στη διάγνωση με ακτίνες Χ, το bremsstrahlung χρησιμοποιείται συχνότερα.
Οι βασικές ιδιότητες των ακτίνων Χ είναι χαρακτηριστικές για όλες τις ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες, αλλά υπάρχουν ορισμένα χαρακτηριστικά. Οι ακτίνες Χ έχουν τις ακόλουθες ιδιότητες:
- αόρατο - τα ευαίσθητα κύτταρα του ανθρώπινου αμφιβληστροειδούς δεν αντιδρούν στις ακτίνες Χ, καθώς το μήκος κύματος τους είναι χιλιάδες φορές μικρότερο από αυτό του ορατού φωτός.
- ευθύγραμμη διάδοση - οι ακτίνες διαθλώνται, πολώνονται (διαδίδονται σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο) και διαθλώνται, όπως το ορατό φως. Ο δείκτης διάθλασης διαφέρει πολύ λίγο από τη μονάδα.
- διεισδυτική δύναμη - διεισδύουν χωρίς σημαντική απορρόφηση μέσω σημαντικών στρωμάτων ουσίας που είναι αδιαφανής στο ορατό φως. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η διεισδυτική ισχύς των ακτίνων Χ.
- απορροφητικότητα - έχουν την ικανότητα να απορροφώνται από τους ιστούς του σώματος, αυτή είναι η βάση όλων των διαγνωστικών με ακτίνες Χ. Η ικανότητα απορρόφησης εξαρτάται από το ειδικό βάρος των ιστών (όσο περισσότερο, τόσο μεγαλύτερη είναι η απορρόφηση). στο πάχος του αντικειμένου. στη σκληρότητα της ακτινοβολίας.
- φωτογραφική δράση - αποσύνθεση ενώσεων αλογονιδίου αργύρου, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που βρίσκονται σε φωτογραφικά γαλακτώματα, γεγονός που καθιστά δυνατή τη λήψη ακτίνων Χ.
- εφέ φωταύγειας - προκαλούν τη φωταύγεια μιας σειράς χημικών ενώσεων (φωσφόροι), αυτή είναι η βάση της τεχνικής μετάδοσης ακτίνων Χ. Η ένταση της λάμψης εξαρτάται από τη δομή της φθορίζουσας ουσίας, την ποσότητα και την απόστασή της από την πηγή των ακτίνων Χ. Οι φώσφοροι χρησιμοποιούνται όχι μόνο για τη λήψη εικόνας των υπό μελέτη αντικειμένων σε μια ακτινοσκοπική οθόνη, αλλά και στην ακτινογραφία, όπου καθιστούν δυνατή την αύξηση της έκθεσης σε ακτινοβολία σε ένα ακτινογραφικό φιλμ σε μια κασέτα λόγω της χρήσης οθονών εντατικοποίησης, επιφανειακό στρώμα του οποίου είναι κατασκευασμένο από φθορίζουσες ουσίες.
- δράση ιονισμού - έχουν την ικανότητα να προκαλούν τη διάσπαση ουδέτερων ατόμων σε θετικά και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια, η δοσιμετρία βασίζεται σε αυτό. Η επίδραση του ιοντισμού οποιουδήποτε μέσου είναι ο σχηματισμός θετικών και αρνητικά ιόντα, καθώς και ελεύθερα ηλεκτρόνια από ουδέτερα άτομα και μόρια ύλης. Ο ιονισμός του αέρα στο δωμάτιο ακτίνων Χ κατά τη λειτουργία του σωλήνα ακτίνων Χ οδηγεί σε αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του αέρα, αύξηση στα στατικά ηλεκτρικά φορτία στα αντικείμενα του ντουλαπιού. Προκειμένου να εξαλειφθεί μια τέτοια ανεπιθύμητη επίδραση σε δωμάτια ακτίνων Χ, παρέχεται εξαναγκασμένη παροχή και εξαερισμός εξαγωγής.
- βιολογική δράση - έχουν επιπτώσεις σε βιολογικά αντικείμενα, στις περισσότερες περιπτώσεις αυτή η επίδραση είναι επιβλαβής.
- νόμος αντίστροφου τετραγώνου - για μια σημειακή πηγή ακτινοβολίας ακτίνων Χ, η ένταση μειώνεται ανάλογα με το τετράγωνο της απόστασης από την πηγή.
Το 1895, ο Γερμανός φυσικός Roentgen, ενώ διεξήγαγε πειράματα σχετικά με τη διέλευση ρεύματος μεταξύ δύο ηλεκτροδίων στο κενό, ανακάλυψε ότι ένα πλέγμα καλυμμένο με μια φωταυγή ουσία (άλας βαρίου) λάμπει, αν και ο σωλήνας εκκένωσης είναι κλειστός με μια μαύρη οθόνη από χαρτόνι - Έτσι ανακαλύφθηκε η ακτινοβολία που διεισδύει μέσα από αδιαφανή φράγματα, που ονομάζονται ακτίνες Χ ακτίνων Χ. Διαπιστώθηκε ότι οι ακτίνες Χ, αόρατες στον άνθρωπο, απορροφώνται σε αδιαφανή αντικείμενα όσο ισχυρότερος, τόσο μεγαλύτερος είναι ο ατομικός αριθμός (πυκνότητα) του φραγμού, έτσι οι ακτίνες Χ περνούν εύκολα από τους μαλακούς ιστούς του ανθρώπινου σώματος, αλλά διατηρούνται από τα οστά του σκελετού. Σχεδιάστηκαν πηγές ισχυρών ακτίνων Χ, οι οποίες επέτρεψαν να λάμπουν μέσα από μεταλλικά μέρη και να βρουν εσωτερικά ελαττώματα σε αυτά.
Ο Γερμανός φυσικός Laue πρότεινε ότι οι ακτίνες Χ είναι η ίδια ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με τις ορατές ακτίνες φωτός, αλλά με μικρότερο μήκος κύματος και όλοι οι νόμοι της οπτικής ισχύουν σε αυτές, συμπεριλαμβανομένης της περίθλασης είναι δυνατή. Στην οπτική του ορατού φωτός, η περίθλαση στο στοιχειώδες επίπεδο μπορεί να αναπαρασταθεί ως η αντανάκλαση του φωτός από ένα σύστημα διαδρομών − κιγκλίδωμα, που εμφανίζεται μόνο σε ορισμένες γωνίες, ενώ η γωνία ανάκλασης των ακτίνων σχετίζεται με τη γωνία πρόσπτωσης, την απόσταση μεταξύ των αυλακώσεων του πλέγματος περίθλασης και το μήκος κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Για τη διάθλαση, είναι απαραίτητο η απόσταση μεταξύ των διαδρομών να είναι περίπου ίση με το μήκος κύματος του προσπίπτοντος φωτός.
Ο Laue πρότεινε ότι οι ακτίνες Χ έχουν μήκος κύματος κοντά στην απόσταση μεταξύ των μεμονωμένων ατόμων στους κρυστάλλους, δηλ. άτομα σε έναν κρύσταλλο δημιουργούν ένα πλέγμα περίθλασης για τις ακτίνες Χ. Οι ακτίνες Χ που κατευθύνονται στην επιφάνεια του κρυστάλλου αντανακλώνται στη φωτογραφική πλάκα, όπως προβλέπεται από τη θεωρία.
Οποιεσδήποτε αλλαγές στη θέση των ατόμων επηρεάζουν το μοτίβο περίθλασης και μελετώντας τη διάθλαση των ακτίνων Χ, μπορεί κανείς να ανακαλύψει τη διάταξη των ατόμων σε έναν κρύσταλλο και την αλλαγή αυτής της διάταξης υπό οποιεσδήποτε φυσικές, χημικές και μηχανικές επιδράσεις στον κρύσταλλο .
Τώρα η ανάλυση ακτίνων Χ χρησιμοποιείται σε πολλούς τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας, με τη βοήθειά της έμαθαν τη διάταξη των ατόμων σε υπάρχοντα υλικά και δημιούργησαν νέα υλικά με δεδομένη δομή και ιδιότητες. Οι πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα αυτό (νανοϋλικά, άμορφα μέταλλα, σύνθετα υλικά) δημιουργούν πεδίο δραστηριότητας για τις επόμενες επιστημονικές γενιές.
Η εμφάνιση και οι ιδιότητες των ακτίνων Χ
Η πηγή των ακτίνων Χ είναι ένας σωλήνας ακτίνων Χ, ο οποίος έχει δύο ηλεκτρόδια - μια κάθοδο και μια άνοδο. Όταν η κάθοδος θερμαίνεται, λαμβάνει χώρα εκπομπή ηλεκτρονίων, τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την κάθοδο επιταχύνονται από το ηλεκτρικό πεδίο και χτυπούν την επιφάνεια της ανόδου. Ένας σωλήνας ακτίνων Χ διακρίνεται από έναν συμβατικό λαμπτήρα ραδιοφώνου (δίοδος) κυρίως από υψηλότερη τάση επιτάχυνσης (πάνω από 1 kV).
Όταν ένα ηλεκτρόνιο πετά έξω από την κάθοδο, το ηλεκτρικό πεδίο το κάνει να πετάξει προς την άνοδο, ενώ η ταχύτητά του αυξάνεται συνεχώς, το ηλεκτρόνιο φέρει ένα μαγνητικό πεδίο, η ισχύς του οποίου αυξάνεται με την ταχύτητα του ηλεκτρονίου. Φτάνοντας στην επιφάνεια της ανόδου, το ηλεκτρόνιο επιβραδύνεται απότομα και εμφανίζεται ένας ηλεκτρομαγνητικός παλμός με μήκη κύματος σε ένα συγκεκριμένο εύρος (bremsstrahlung). Η κατανομή της έντασης της ακτινοβολίας στα μήκη κύματος εξαρτάται από το υλικό της ανόδου του σωλήνα ακτίνων Χ και την εφαρμοζόμενη τάση, ενώ στην πλευρά των βραχέων κυμάτων αυτή η καμπύλη ξεκινά από ένα ορισμένο ελάχιστο μήκος κύματος κατωφλίου, το οποίο εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη τάση. Το σύνολο των ακτίνων με όλα τα πιθανά μήκη κύματος σχηματίζει ένα συνεχές φάσμα και το μήκος κύματος που αντιστοιχεί στη μέγιστη ένταση είναι 1,5 φορές το ελάχιστο μήκος κύματος.
Με την αύξηση της τάσης, το φάσμα των ακτίνων Χ αλλάζει δραματικά λόγω της αλληλεπίδρασης των ατόμων με τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας και τα κβάντα των πρωτογενών ακτίνων Χ. Ένα άτομο περιέχει εσωτερικά κελύφη ηλεκτρονίων (ενεργειακά επίπεδα), ο αριθμός των οποίων εξαρτάται από τον ατομικό αριθμό (που συμβολίζεται με τα γράμματα K, L, M, κ.λπ.) Τα ηλεκτρόνια και οι πρωτογενείς ακτίνες Χ εξουδετερώνουν ηλεκτρόνια από μερικά ενεργειακά επίπεδασε άλλους. Προκύπτει μια μετασταθερή κατάσταση και ένα άλμα ηλεκτρονίων προς την αντίθετη κατεύθυνση είναι απαραίτητο για τη μετάβαση σε μια σταθερή κατάσταση. Αυτό το άλμα συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενός ενεργειακού κβαντικού και την εμφάνιση ακτίνων Χ. Σε αντίθεση με τις ακτίνες Χ συνεχούς φάσματος, αυτή η ακτινοβολία έχει πολύ στενό εύρος μήκους κύματος και υψηλή ένταση (χαρακτηριστική ακτινοβολία) εκ. ρύζι.). Ο αριθμός των ατόμων που καθορίζουν την ένταση της χαρακτηριστικής ακτινοβολίας είναι πολύ μεγάλος, για παράδειγμα, για ένα σωλήνα ακτίνων Χ με άνοδο χαλκού σε τάση 1 kV, ρεύμα 15 mA, 10 14-10 15 άτομα δίνουν χαρακτηριστικά ακτινοβολία για 1 s. Αυτή η τιμή υπολογίζεται ως ο λόγος της συνολικής ισχύος ακτίνων Χ προς την ενέργεια του κβαντικού ακτίνων Χ από το κέλυφος Κ (σειρά Κ χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ). Η συνολική ισχύς της ακτινοβολίας ακτίνων Χ σε αυτή την περίπτωση είναι μόνο το 0,1% της ισχύος που καταναλώνεται, το υπόλοιπο χάνεται, κυρίως λόγω της μετάβασης στη θερμότητα.
Λόγω της υψηλής έντασης και του στενού εύρους μήκους κύματος, η χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ είναι ο κύριος τύπος ακτινοβολίας που χρησιμοποιείται στην επιστημονική έρευνα και τον έλεγχο διεργασιών. Ταυτόχρονα με τις δέσμες της σειράς Κ, δημιουργούνται δέσμες της σειράς L και M, οι οποίες έχουν πολύ μεγαλύτερα μήκη κύματος, αλλά η εφαρμογή τους είναι περιορισμένη. Η σειρά Κ έχει δύο συνιστώσες με κοντινά μήκη κύματος a και b, ενώ η ένταση της συνιστώσας b είναι 5 φορές μικρότερη από την α. Με τη σειρά του, το α-συστατικό χαρακτηρίζεται από δύο πολύ κοντινά μήκη κύματος, η ένταση του ενός εκ των οποίων είναι 2 φορές μεγαλύτερη από το άλλο. Για τη λήψη ακτινοβολίας με ένα μόνο μήκος κύματος (μονόχρωμη ακτινοβολία), που αναπτύχθηκε ειδικές μεθόδους, χρησιμοποιώντας την εξάρτηση της απορρόφησης και της περίθλασης των ακτίνων Χ από το μήκος κύματος. Η αύξηση του ατομικού αριθμού ενός στοιχείου σχετίζεται με μια αλλαγή στα χαρακτηριστικά των κελυφών ηλεκτρονίων και όσο μεγαλύτερος είναι ο ατομικός αριθμός του υλικού ανόδου του σωλήνα ακτίνων Χ, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος της σειράς Κ. Οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι σωλήνες με ανόδους από στοιχεία με ατομικούς αριθμούς από 24 έως 42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) και μήκη κύματος από 2,29 έως 0,712 A (0,229 - 0,712 nm).
Εκτός από τον σωλήνα ακτίνων Χ, τα ραδιενεργά ισότοπα μπορεί να είναι πηγές ακτίνων Χ, μερικά μπορούν να εκπέμπουν απευθείας ακτίνες Χ, άλλα εκπέμπουν ηλεκτρόνια και σωματίδια α που δημιουργούν ακτίνες Χ όταν βομβαρδίζουν μεταλλικούς στόχους. Η ένταση ακτίνων Χ των ραδιενεργών πηγών είναι συνήθως πολύ μικρότερη από αυτή ενός σωλήνα ακτίνων Χ (με εξαίρεση το ραδιενεργό κοβάλτιο, το οποίο χρησιμοποιείται στην ανίχνευση ελαττωμάτων και δίνει ακτινοβολία πολύ μικρού μήκους κύματος - ακτινοβολία g), είναι μικρό σε μέγεθος και δεν απαιτούν ηλεκτρική ενέργεια. Οι ακτίνες Χ σύγχροτρον παράγονται σε επιταχυντές ηλεκτρονίων, το μήκος κύματος αυτής της ακτινοβολίας είναι πολύ υψηλότερο από αυτό που λαμβάνεται σε σωλήνες ακτίνων Χ (μαλακές ακτίνες Χ), η έντασή του είναι αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερη από την ένταση των σωλήνων ακτίνων Χ. Υπάρχουν επίσης φυσικές πηγέςακτινοβολία ακτίνων Χ. Ραδιενεργές ακαθαρσίες έχουν βρεθεί σε πολλά ορυκτά και έχουν καταγραφεί ακτίνες Χ από διαστημικά αντικείμενα, συμπεριλαμβανομένων των αστεριών.
Αλληλεπίδραση ακτίνων Χ με κρυστάλλους
Στη μελέτη ακτίνων Χ υλικών με κρυσταλλική δομή, αναλύονται τα σχήματα παρεμβολής που προκύπτουν από τη σκέδαση των ακτίνων Χ από ηλεκτρόνια που ανήκουν στα άτομα του κρυσταλλικού πλέγματος. Τα άτομα θεωρούνται ακίνητα, οι θερμικές τους δονήσεις δεν λαμβάνονται υπόψη και όλα τα ηλεκτρόνια του ίδιου ατόμου θεωρούνται συγκεντρωμένα σε ένα σημείο - έναν κόμβο του κρυσταλλικού πλέγματος.
Για να εξαχθούν οι βασικές εξισώσεις περίθλασης ακτίνων Χ σε έναν κρύσταλλο, λαμβάνεται υπόψη η παρεμβολή των ακτίνων που σκεδάζονται από άτομα που βρίσκονται κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής στο κρυσταλλικό πλέγμα. Ένα επίπεδο κύμα μονοχρωματικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ πέφτει σε αυτά τα άτομα υπό γωνία της οποίας το συνημίτονο είναι ίσο με 0 . Οι νόμοι της παρεμβολής των ακτίνων που σκεδάζονται από τα άτομα είναι παρόμοιοι με εκείνους που υπάρχουν για ένα πλέγμα περίθλασης που διασκορπίζει την ακτινοβολία φωτός στο ορατό εύρος μήκους κύματος. Για να αθροιστούν τα πλάτη όλων των δονήσεων σε μεγάλη απόσταση από την ατομική σειρά, είναι απαραίτητο και αρκετό η διαφορά στη διαδρομή των ακτίνων που προέρχονται από κάθε ζεύγος γειτονικών ατόμων να περιέχει έναν ακέραιο αριθμό μηκών κύματος. Όταν η απόσταση μεταξύ των ατόμων ένααυτή η συνθήκη μοιάζει με:
ένα(ένα – α0) = hλ ,
όπου a είναι το συνημίτονο της γωνίας μεταξύ της ατομικής σειράς και της εκτρεπόμενης δέσμης, h-ακέραιος αριθμός. Σε όλες τις κατευθύνσεις που δεν ικανοποιούν αυτή την εξίσωση, οι ακτίνες δεν διαδίδονται. Έτσι, οι διάσπαρτες δέσμες σχηματίζουν ένα σύστημα ομοαξονικών κώνων, κοινός άξονας των οποίων είναι η ατομική σειρά. Ίχνη κώνων σε επίπεδο παράλληλο προς την ατομική σειρά είναι υπερβολές και σε επίπεδο κάθετο στη σειρά κύκλοι.
Όταν οι ακτίνες πέφτουν σε σταθερή γωνία, η πολυχρωμική (λευκή) ακτινοβολία αποσυντίθεται σε ένα φάσμα ακτίνων που εκτρέπεται σε σταθερές γωνίες. Έτσι, η ατομική σειρά είναι ένας φασματογράφος για ακτίνες Χ.
Η γενίκευση σε ένα δισδιάστατο (επίπεδο) ατομικό πλέγμα και στη συνέχεια σε ένα τρισδιάστατο ογκομετρικό (χωρικό) κρυσταλλικό πλέγμα δίνει δύο ακόμη παρόμοιες εξισώσεις, οι οποίες περιλαμβάνουν τις γωνίες πρόσπτωσης και ανάκλασης των ακτίνων Χ και τις αποστάσεις μεταξύ των ατόμων σε τρία κατευθύνσεις. Αυτές οι εξισώσεις ονομάζονται εξισώσεις Laue και αποτελούν τη βάση της ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ.
Τα πλάτη των ακτίνων που ανακλώνται από παράλληλα ατομικά επίπεδα αθροίζονται, και από τότε ο αριθμός των ατόμων είναι πολύ μεγάλος, η ανακλώμενη ακτινοβολία μπορεί να καθοριστεί πειραματικά. Η συνθήκη ανάκλασης περιγράφεται από την εξίσωση Wulff–Bragg2d sinq = nl, όπου d είναι η απόσταση μεταξύ γειτονικών ατομικών επιπέδων, q είναι η γωνία ματιάς μεταξύ της κατεύθυνσης της προσπίπτουσας δέσμης και αυτών των επιπέδων στον κρύσταλλο, l είναι η ακτίνα Χ μήκος κύματος, και το n είναι ένας ακέραιος αριθμός που ονομάζεται τάξη ανάκλασης. Η γωνία q είναι η γωνία πρόσπτωσης σε σχέση με τα ατομικά επίπεδα, τα οποία δεν συμπίπτουν απαραίτητα ως προς την κατεύθυνση με την επιφάνεια του υπό μελέτη δείγματος.
Έχουν αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ, χρησιμοποιώντας τόσο ακτινοβολία συνεχούς φάσματος όσο και μονοχρωματική ακτινοβολία. Σε αυτήν την περίπτωση, το αντικείμενο υπό μελέτη μπορεί να είναι ακίνητο ή περιστρεφόμενο, μπορεί να αποτελείται από έναν κρύσταλλο (μονό κρύσταλλο) ή πολλούς (πολυκρύσταλλο), η διαθλασμένη ακτινοβολία μπορεί να καταγραφεί χρησιμοποιώντας ένα επίπεδο ή κυλινδρικό φιλμ ακτίνων Χ ή έναν ανιχνευτή ακτίνων Χ που κινείται γύρω από την περιφέρεια όμως σε όλες τις περιπτώσεις κατά το πείραμα και την ερμηνεία των αποτελεσμάτων χρησιμοποιείται η εξίσωση Wulf-Bragg.
Ανάλυση ακτίνων Χ στην επιστήμη και την τεχνολογία
Με την ανακάλυψη της περίθλασης ακτίνων Χ, οι ερευνητές έχουν στη διάθεσή τους μια μέθοδο που τους επιτρέπει να μελετούν τη διάταξη μεμονωμένων ατόμων και τις αλλαγές σε αυτή τη διάταξη υπό εξωτερικές επιρροές χωρίς μικροσκόπιο.
Η κύρια εφαρμογή των ακτίνων Χ στη θεμελιώδη επιστήμη είναι η δομική ανάλυση, δηλ. καθιερώνοντας τη χωρική διάταξη μεμονωμένων ατόμων σε έναν κρύσταλλο. Για να γίνει αυτό, αναπτύσσονται μονοκρυστάλλοι και πραγματοποιείται ανάλυση ακτίνων Χ, μελετώντας τόσο τη θέση όσο και την ένταση των ανακλάσεων. Τώρα έχουν προσδιοριστεί οι δομές όχι μόνο μετάλλων, αλλά και πολύπλοκων οργανικών ουσιών, στις οποίες τα στοιχειώδη κύτταρα περιέχουν χιλιάδες άτομα.
Στην ορυκτολογία, οι δομές χιλιάδων ορυκτών έχουν προσδιοριστεί με ανάλυση ακτίνων Χ και έχουν δημιουργηθεί μέθοδοι εξπρές για την ανάλυση ορυκτών πρώτων υλών.
Τα μέταλλα έχουν σχετικά απλή κρυσταλλική δομή και η μέθοδος ακτίνων Χ καθιστά δυνατή τη μελέτη των αλλαγών τους κατά τη διάρκεια διαφόρων τεχνολογικών επεξεργασιών και τη δημιουργία των φυσικών θεμελίων νέων τεχνολογιών.
Η σύνθεση φάσης των κραμάτων καθορίζεται από τη διάταξη των γραμμών στα μοτίβα ακτίνων Χ, ο αριθμός, το μέγεθος και το σχήμα των κρυστάλλων καθορίζονται από το πλάτος τους, ο προσανατολισμός των κρυστάλλων (υφή) καθορίζεται από την κατανομή της έντασης στο κώνος περίθλασης.
Με τη βοήθεια αυτών των τεχνικών μελετώνται διεργασίες κατά την πλαστική παραμόρφωση, συμπεριλαμβανομένου του κατακερματισμού των κρυστάλλων, της εμφάνισης εσωτερικές πιέσειςκαι ατέλειες της κρυσταλλικής δομής (εξαρθρήματα). Όταν τα παραμορφωμένα υλικά θερμαίνονται, μελετάται η ανακούφιση από τάσεις και η ανάπτυξη κρυστάλλων (ανακρυστάλλωση).
Όταν η ανάλυση ακτίνων Χ των κραμάτων καθορίζει τη σύνθεση και τη συγκέντρωση των στερεών διαλυμάτων. Όταν εμφανίζεται ένα στερεό διάλυμα, αλλάζουν οι διατομικές αποστάσεις και, κατά συνέπεια, οι αποστάσεις μεταξύ των ατομικών επιπέδων. Αυτές οι αλλαγές είναι μικρές, επομένως, έχουν αναπτυχθεί ειδικές μέθοδοι ακριβείας για τη μέτρηση των περιόδων του κρυσταλλικού πλέγματος με ακρίβεια δύο τάξεων μεγέθους μεγαλύτερη από την ακρίβεια μέτρησης με τις συμβατικές μεθόδους έρευνας ακτίνων Χ. Ο συνδυασμός μετρήσεων ακριβείας των περιόδων του κρυσταλλικού πλέγματος και της ανάλυσης φάσης καθιστά δυνατή την απεικόνιση των ορίων των περιοχών φάσης στο διάγραμμα κατάστασης. Η μέθοδος ακτίνων Χ μπορεί επίσης να ανιχνεύσει ενδιάμεσες καταστάσεις μεταξύ στερεών διαλυμάτων και χημικών ενώσεων - διατεταγμένα στερεά διαλύματα στα οποία τα άτομα ακαθαρσίας δεν είναι διατεταγμένα τυχαία, όπως στα στερεά διαλύματα και ταυτόχρονα όχι με τρισδιάστατη σειρά, όπως στα χημικά ενώσεις. Εμφανίζονται μοτίβα περίθλασης ακτίνων Χ διατεταγμένων στερεών διαλυμάτων πρόσθετες γραμμές, η ερμηνεία των μοτίβων ακτίνων Χ δείχνει ότι τα άτομα ακαθαρσίας καταλαμβάνουν ορισμένες θέσεις στο κρυσταλλικό πλέγμα, για παράδειγμα, στις κορυφές ενός κύβου.
Κατά τη διάρκεια της απόσβεσης ενός κράματος που δεν υφίσταται μετασχηματισμούς φάσης, μπορεί να προκύψει ένα υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα και με περαιτέρω θέρμανση ή ακόμα και διατήρηση σε θερμοκρασία δωματίου, το στερεό διάλυμα αποσυντίθεται με την απελευθέρωση σωματιδίων μιας χημικής ένωσης. Αυτή είναι η επίδραση της γήρανσης και εμφανίζεται στις ακτινογραφίες ως αλλαγή στη θέση και το πλάτος των γραμμών. Η μελέτη της γήρανσης είναι ιδιαίτερα σημαντική για τα μη σιδηρούχα κράματα, για παράδειγμα, η γήρανση μετατρέπει ένα μαλακό, σκληρυμένο κράμα αλουμινίου σε ένα ανθεκτικό δομικό υλικό, το duralumin.
Οι μελέτες ακτίνων Χ της θερμικής επεξεργασίας χάλυβα έχουν τη μεγαλύτερη τεχνολογική σημασία. Κατά τη σκλήρυνση (ταχεία ψύξη) του χάλυβα, λαμβάνει χώρα μια μετάβαση φάσης ωστενίτη-μαρτενσίτη χωρίς διάχυση, η οποία οδηγεί σε αλλαγή της δομής από κυβικό σε τετραγωνικό, δηλ. το μοναδιαίο κελί παίρνει τη μορφή ορθογώνιου πρίσματος. Στις ακτινογραφίες, αυτό εμφανίζεται ως επέκταση των γραμμών και διαχωρισμός ορισμένων γραμμών στα δύο. Οι λόγοι για αυτό το φαινόμενο δεν είναι μόνο μια αλλαγή στην κρυσταλλική δομή, αλλά και η εμφάνιση μεγάλων εσωτερικών τάσεων λόγω της θερμοδυναμικής μη ισορροπίας της μαρτενσιτικής δομής και της ταχείας ψύξης. Κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης (θέρμανση σκληρυμένου χάλυβα), οι γραμμές στα μοτίβα ακτίνων Χ στενεύουν, αυτό οφείλεται στην επιστροφή στη δομή ισορροπίας.
ΣΤΟ τα τελευταία χρόνια μεγάλης σημασίαςαπέκτησαν μελέτες ακτίνων Χ για την επεξεργασία υλικών με συγκεντρωμένες ενεργειακές ροές (ακτίνες λέιζερ, κρουστικά κύματα, νετρόνια, ηλεκτρονικοί παλμοί), απαίτησαν νέες τεχνικές και έδωσαν νέα αποτελέσματα ακτίνων Χ. Για παράδειγμα, υπό τη δράση των ακτίνων λέιζερ σε μέταλλα, η θέρμανση και η ψύξη συμβαίνουν τόσο γρήγορα που στο μέταλλο, όταν ψύχονται, οι κρύσταλλοι έχουν χρόνο να αναπτυχθούν μόνο σε μέγεθος πολλών μονάδων κυττάρων (νανοκρύσταλλοι) ή δεν έχουν χρόνο να σχηματιστούν καθόλου. Ένα τέτοιο μέταλλο μετά την ψύξη μοιάζει με ένα συνηθισμένο, αλλά δεν δίνει σαφείς γραμμές στο μοτίβο ακτίνων Χ και οι ανακλώμενες ακτίνες Χ κατανέμονται σε ολόκληρο το εύρος των γωνιών ματιάς.
Μετά την ακτινοβολία νετρονίων, εμφανίζονται επιπλέον κηλίδες (διάχυτα μέγιστα) στα μοτίβα ακτίνων Χ. Η ραδιενεργή διάσπαση προκαλεί επίσης συγκεκριμένα φαινόμενα ακτίνων Χ που σχετίζονται με μια αλλαγή στη δομή, καθώς και το γεγονός ότι το ίδιο το υπό μελέτη δείγμα γίνεται πηγή ακτίνων Χ.
Υπουργείο Παιδείας και Επιστημών της Ρωσικής Ομοσπονδίας
Ομοσπονδιακή Υπηρεσία για την Εκπαίδευση
ΓΟΥ ΒΠΟ ΣΟΥΣΟΥ
Τμήμα Φυσικοχημείας
στο μάθημα ΚΣΕ: «Ακτινοβολία ακτίνων Χ»
Ολοκληρώθηκε το:
Naumova Daria Gennadievna
Τετραγωνισμένος:
Αναπληρωτής Καθηγητής, Κ.Τ.Ν.
Tanklevskaya N.M.
Τσελιάμπινσκ 2010
Εισαγωγή
Κεφάλαιο Ι. Ανακάλυψη ακτίνων Χ
Παραλαβή
Αλληλεπίδραση με την ύλη
Βιολογικές επιπτώσεις
Εγγραφή
Εφαρμογή
Πώς λαμβάνεται μια ακτινογραφία
φυσικές ακτινογραφίες
Κεφάλαιο II. Ακτινογραφία
Εφαρμογή
Μέθοδος λήψης εικόνας
Οφέλη της ακτινογραφίας
Μειονεκτήματα της ακτινογραφίας
Αφθοροσκόπηση
Αρχή παραλαβής
Οφέλη της ακτινοσκόπησης
Μειονεκτήματα της ακτινοσκόπησης
Ψηφιακές τεχνολογίες στη ακτινοσκόπηση
Μέθοδος σάρωσης πολλαπλών γραμμών
συμπέρασμα
Κατάλογος χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας
Εισαγωγή
Ακτινοβολία ακτίνων Χ - ηλεκτρομαγνητικά κύματα, η ενέργεια των φωτονίων των οποίων καθορίζεται από το ενεργειακό εύρος από την υπεριώδη έως την ακτινοβολία γάμμα, που αντιστοιχεί στην περιοχή μήκους κύματος από 10−4 έως 10² Å (από 10−14 έως 10−8 m).
Όπως το ορατό φως, οι ακτίνες Χ προκαλούν μαύρισμα του φωτογραφικού φιλμ. Αυτή η ιδιότητα έχει μεγάλη σημασία για την ιατρική, τη βιομηχανία και επιστημονική έρευνα. Περνώντας μέσα από το υπό μελέτη αντικείμενο και στη συνέχεια πέφτοντας πάνω στο φιλμ, η ακτινοβολία ακτίνων Χ απεικονίζει την εσωτερική του δομή πάνω του. Δεδομένου ότι η διεισδυτική ισχύς της ακτινοβολίας ακτίνων Χ είναι διαφορετική για διαφορετικά υλικά, τμήματα του αντικειμένου που είναι λιγότερο διαφανή σε αυτό δίνουν φωτεινότερες περιοχές στη φωτογραφία από εκείνες στις οποίες η ακτινοβολία διεισδύει καλά. Έτσι, οι ιστοί των οστών είναι λιγότερο διαφανείς στις ακτινογραφίες από τους ιστούς που αποτελούν το δέρμα και εσωτερικά όργανα. Επομένως, στην ακτινογραφία, τα οστά θα υποδεικνύονται ως ελαφρύτερες περιοχές και η θέση του κατάγματος, η οποία είναι πιο διαφανής για την ακτινοβολία, μπορεί να ανιχνευθεί αρκετά εύκολα. Η απεικόνιση με ακτίνες Χ χρησιμοποιείται επίσης στην οδοντιατρική για την ανίχνευση τερηδόνας και αποστημάτων στις ρίζες των δοντιών, καθώς και στη βιομηχανία για την ανίχνευση ρωγμών σε χυτά υλικά, πλαστικά και καουτσούκ.
Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται στη χημεία για την ανάλυση ενώσεων και στη φυσική για τη μελέτη της δομής των κρυστάλλων. Μια δέσμη ακτίνων Χ που διέρχεται από μια χημική ένωση προκαλεί μια χαρακτηριστική δευτερογενή ακτινοβολία, η φασματοσκοπική ανάλυση της οποίας επιτρέπει στον χημικό να προσδιορίσει τη σύνθεση της ένωσης. Όταν πέφτει πάνω σε μια κρυσταλλική ουσία, μια ακτίνα ακτίνων Χ διασκορπίζεται από τα άτομα του κρυστάλλου, δίνοντας ένα σαφές, κανονικό σχέδιο κηλίδων και λωρίδων σε μια φωτογραφική πλάκα, που καθιστά δυνατή τη δημιουργία της εσωτερικής δομής του κρυστάλλου.
Η χρήση ακτίνων Χ στη θεραπεία του καρκίνου βασίζεται στο γεγονός ότι σκοτώνει τα καρκινικά κύτταρα. Ωστόσο, μπορεί επίσης να έχει ανεπιθύμητη επίδραση στα φυσιολογικά κύτταρα. Επομένως, πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή σε αυτή τη χρήση ακτίνων Χ.
Κεφάλαιο Ι. Ανακάλυψη ακτίνων Χ
Η ανακάλυψη των ακτίνων Χ αποδίδεται στον Wilhelm Conrad Roentgen. Ήταν ο πρώτος που δημοσίευσε ένα άρθρο για τις ακτίνες Χ, τις οποίες ονόμασε ακτίνες Χ (ακτινογραφία). Ένα άρθρο του Roentgen με τίτλο «On a new type of rays» δημοσιεύτηκε στις 28 Δεκεμβρίου 1895 στο περιοδικό της Φυσικο-Ιατρικής Εταιρείας του Würzburg. Θεωρείται, ωστόσο, αποδεδειγμένο ότι ακτινογραφίες έχουν ήδη ληφθεί στο παρελθόν. Ο καθοδικός σωλήνας που χρησιμοποίησε ο Roentgen στα πειράματά του αναπτύχθηκε από τους J. Hittorf και W. Kruks. Αυτός ο σωλήνας παράγει ακτίνες Χ. Αυτό φάνηκε στα πειράματα του Crookes και από το 1892 στα πειράματα του Heinrich Hertz και του μαθητή του Philipp Lenard μέσω του μαυρίσματος των φωτογραφικών πλακών. Ωστόσο, κανένας από αυτούς δεν συνειδητοποίησε τη σημασία της ανακάλυψής του και δεν δημοσίευσε τα αποτελέσματά του. Επίσης, ο Νίκολα Τέσλα, ξεκινώντας το 1897, πειραματίστηκε με καθοδικούς σωλήνες, έλαβε ακτινογραφίες, αλλά δεν δημοσίευσε τα αποτελέσματά του.
Για το λόγο αυτό, ο Roentgen δεν γνώριζε για τις ανακαλύψεις που έγιναν πριν από αυτόν και ανακάλυψε τις ακτίνες, που αργότερα ονομάστηκαν από αυτόν, ανεξάρτητα - παρατηρώντας τον φθορισμό που εμφανίζεται κατά τη λειτουργία ενός καθοδικού σωλήνα ακτίνων. Ο Ρέντγκεν μελέτησε τις ακτίνες Χ για λίγο περισσότερο από ένα χρόνο (από τις 8 Νοεμβρίου 1895 έως τον Μάρτιο του 1897) και δημοσίευσε μόνο τρία σχετικά μικρά άρθρα σχετικά με αυτές, αλλά παρείχαν μια τόσο εξαντλητική περιγραφή των νέων ακτίνων που εκατοντάδες έγγραφα από τους οπαδούς του, στη συνέχεια δημοσιεύθηκε σε διάστημα 12 ετών, δεν μπορούσε ούτε να προσθέσει ούτε να αλλάξει κάτι σημαντικό. Ο Ρέντγκεν, που είχε χάσει το ενδιαφέρον του για τις ακτινογραφίες, είπε στους συναδέλφους του: «Έγραψα ήδη τα πάντα, μην χάνετε το χρόνο σας». Στη φήμη του Ρέντγκεν συνέβαλε και η περίφημη φωτογραφία του χεριού της γυναίκας του, την οποία δημοσίευσε στο άρθρο του (βλ. εικόνα στα δεξιά). Τέτοια φήμη έφερε ο Ρέντγκεν το 1901 το πρώτο βραβείο Νόμπελστη φυσική, και η Επιτροπή Νόμπελ τόνισε την πρακτική σημασία της ανακάλυψής του. Το 1896 χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το όνομα «ακτίνες Χ». Σε ορισμένες χώρες, το παλιό όνομα παραμένει - ακτινογραφίες. Στη Ρωσία, οι ακτίνες άρχισαν να ονομάζονται "ακτινογραφία" μετά από πρόταση ενός μαθητή V.K. Roentgen - Abram Fedorovich Ioffe.
Θέση στην κλίμακα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων
Οι ενεργειακές περιοχές των ακτίνων Χ και των ακτίνων γάμμα επικαλύπτονται σε ένα ευρύ φάσμα ενέργειας. Και οι δύο τύποι ακτινοβολίας είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και είναι ισοδύναμοι για την ίδια ενέργεια φωτονίων. Η ορολογική διαφορά έγκειται στον τρόπο εμφάνισης - οι ακτίνες Χ εκπέμπονται με τη συμμετοχή ηλεκτρονίων (είτε σε άτομα είτε ελεύθερα), ενώ η ακτινοβολία γάμμα εκπέμπεται στις διαδικασίες αποδιέγερσης των ατομικών πυρήνων. Τα φωτόνια ακτίνων Χ έχουν ενέργειες από 100 eV έως 250 keV, που αντιστοιχεί σε ακτινοβολία με συχνότητα 3 1016 Hz έως 6 1019 Hz και μήκος κύματος 0,005 - 10 nm ( γενικά αποδεκτός ορισμός χαμηλότερο όριοδεν υπάρχει εύρος ακτίνων Χ στην κλίμακα μήκους κύματος). Οι μαλακές ακτίνες Χ χαρακτηρίζονται από τη χαμηλότερη ενέργεια φωτονίων και συχνότητα ακτινοβολίας (και το μεγαλύτερο μήκος κύματος), ενώ οι σκληρές ακτίνες Χ έχουν την υψηλότερη ενέργεια φωτονίων και συχνότητα ακτινοβολίας (και το μικρότερο μήκος κύματος).
(Φωτογραφία ακτίνων Χ (ρεντογονογράφημα) του χεριού της συζύγου του, τραβηγμένη από τον V.K. Roentgen)
)Παραλαβή
Οι ακτίνες Χ παράγονται από ισχυρή επιτάχυνση φορτισμένων σωματιδίων (κυρίως ηλεκτρονίων) ή από μεταπτώσεις υψηλής ενέργειας στα ηλεκτρονιακά κελύφη των ατόμων ή των μορίων. Και τα δύο φαινόμενα χρησιμοποιούνται σε σωλήνες ακτίνων Χ, στους οποίους τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από μια θερμή κάθοδο επιταχύνονται (δεν εκπέμπονται ακτίνες Χ, επειδή η επιτάχυνση είναι πολύ χαμηλή) και χτυπούν την άνοδο, όπου επιβραδύνονται απότομα (στην περίπτωση αυτή, Εκπέμπονται ακτίνες Χ: οι λεγόμενες . bremsstrahlung) και συγχρόνως εκπέμπουν ηλεκτρόνια από τα εσωτερικά ηλεκτρονιακά κελύφη των ατόμων του μετάλλου από το οποίο κατασκευάζεται η άνοδος. Κενοί χώροι στα κελύφη καταλαμβάνονται από άλλα ηλεκτρόνια του ατόμου. Σε αυτή την περίπτωση, η ακτινοβολία ακτίνων Χ εκπέμπεται με ένα ορισμένο ενεργειακό χαρακτηριστικό του υλικού της ανόδου (χαρακτηριστική ακτινοβολία, οι συχνότητες καθορίζονται από το νόμο Moseley:
,όπου Z είναι ο ατομικός αριθμός του στοιχείου ανόδου, τα Α και Β είναι σταθερές για μια ορισμένη τιμή του κύριου κβαντικού αριθμού n του ηλεκτρονιακού κελύφους). Προς το παρόν, οι άνοδοι κατασκευάζονται κυρίως από κεραμικά και το μέρος όπου χτυπούν τα ηλεκτρόνια είναι κατασκευασμένο από μολυβδαίνιο. Στη διαδικασία της επιτάχυνσης-επιβράδυνσης, μόνο το 1% της κινητικής ενέργειας του ηλεκτρονίου πηγαίνει στις ακτίνες Χ, το 99% της ενέργειας μετατρέπεται σε θερμότητα.
Οι ακτίνες Χ μπορούν επίσης να ληφθούν σε επιταχυντές σωματιδίων. τα λεγόμενα. Η ακτινοβολία σύγχροτρον εμφανίζεται όταν μια δέσμη σωματιδίων εκτρέπεται σε ένα μαγνητικό πεδίο, με αποτέλεσμα να έχουν επιτάχυνση σε διεύθυνση κάθετη στην κίνησή τους. Η ακτινοβολία σύγχροτρον έχει συνεχές φάσμα με ανώτατο όριο. Με κατάλληλα επιλεγμένες παραμέτρους (το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου και η ενέργεια των σωματιδίων), οι ακτίνες Χ μπορούν επίσης να ληφθούν στο φάσμα της ακτινοβολίας σύγχροτρον.
Σχηματική αναπαράσταση σωλήνα ακτίνων Χ. X - Ακτίνες Χ, K - κάθοδος, A - άνοδος (μερικές φορές ονομάζεται αντικάθοδος), C - ψύκτρα, Uh - τάση νήματος καθόδου, Ua - τάση επιτάχυνσης, Win - είσοδος ψύξης νερού, Wout - έξοδος ψύξης νερού (βλ. x- σωλήνας ακτίνων).
Αλληλεπίδραση με την ύλη
Ο δείκτης διάθλασης σχεδόν οποιασδήποτε ουσίας για τις ακτίνες Χ διαφέρει ελάχιστα από τη μονάδα. Συνέπεια αυτού είναι το γεγονός ότι δεν υπάρχει υλικό από το οποίο μπορεί να κατασκευαστεί φακός ακτίνων Χ. Επιπλέον, όταν οι ακτίνες Χ προσπίπτουν κάθετα στην επιφάνεια, σχεδόν δεν ανακλώνται. Παρόλα αυτά, στην οπτική ακτίνων Χ, έχουν βρεθεί μέθοδοι για την κατασκευή οπτικών στοιχείων για ακτίνες Χ.
Οι ακτίνες Χ μπορούν να διεισδύσουν στην ύλη και διαφορετικές ουσίες τις απορροφούν με διαφορετικό τρόπο. Η απορρόφηση των ακτίνων Χ είναι η σημαντικότερη ιδιότητά τους στη φωτογραφία με ακτίνες Χ. Η ένταση των ακτίνων Χ μειώνεται εκθετικά ανάλογα με τη διαδρομή που διανύεται στο απορροφητικό στρώμα (I = I0e-kd, όπου d είναι το πάχος του στρώματος, ο συντελεστής k είναι ανάλογος του Z3λ3, Z είναι ο ατομικός αριθμός του στοιχείου, λ είναι το μήκος κύματος).
Η απορρόφηση συμβαίνει ως αποτέλεσμα της φωτοαπορρόφησης και της σκέδασης Compton:
Η φωτοαπορρόφηση νοείται ως η διαδικασία εξαγωγής ενός ηλεκτρονίου από το κέλυφος ενός ατόμου από ένα φωτόνιο, η οποία απαιτεί η ενέργεια του φωτονίου να είναι μεγαλύτερη από μια ορισμένη ελάχιστη τιμή. Εάν λάβουμε υπόψη την πιθανότητα της πράξης απορρόφησης ανάλογα με την ενέργεια του φωτονίου, τότε όταν επιτευχθεί μια ορισμένη ενέργεια, αυτή (πιθανότητα) αυξάνεται απότομα στη μέγιστη τιμή της. Για περισσότερα υψηλές αξίεςΗ πιθανότητα ενέργειας μειώνεται συνεχώς. Λόγω αυτής της εξάρτησης, λέγεται ότι υπάρχει ένα όριο απορρόφησης. Η θέση του ηλεκτρονίου που χτυπήθηκε κατά την πράξη της απορρόφησης καταλαμβάνεται από ένα άλλο ηλεκτρόνιο, ενώ εκπέμπεται ακτινοβολία με μικρότερη ενέργεια φωτονίου, η λεγόμενη. διαδικασία φθορισμού.