ماذا تؤثر الأشعة السينية؟ تاريخ اكتشاف وتطبيقات الأشعة السينية

دور كبير في الطب الحديثيلعب الأشعة السينية ، ويعود تاريخ اكتشاف الأشعة السينية إلى القرن التاسع عشر.

الأشعة السينية هي موجات كهرومغناطيسية يتم إنتاجها بمشاركة الإلكترونات. مع التسارع القوي للجسيمات المشحونة ، يتم إنشاء أشعة سينية اصطناعية. يمر عبر معدات خاصة:

  • أنابيب الأشعة السينية
  • مسرعات الجسيمات.

تاريخ الاكتشاف

اخترع العالم الألماني رونتجن هذه الأشعة في عام 1895: أثناء عمله مع أنبوب أشعة الكاثود ، اكتشف تأثير مضان لسيانيد الباريوم البلاتيني. ثم كان هناك وصف لهذه الأشعة وقدرتها المذهلة على اختراق أنسجة الجسم. بدأت تسمى الأشعة السينية (الأشعة السينية). في وقت لاحق في روسيا بدأ يطلق عليهم الأشعة السينية.

الأشعة السينية قادرة على اختراق الجدران. لذلك أدرك رونتجن أنه حقق أكبر اكتشاف في مجال الطب. ومنذ ذلك الوقت بدأت تتشكل أقسام منفصلة في العلوم ، مثل الأشعة والأشعة.


الأشعة قادرة على اختراق الأنسجة الرخوة ، لكنها تتأخر ، يتم تحديد طولها من خلال عقبة السطح الصلب. الأنسجة الناعمهفي جسم الإنسان هو الجلد ، والقسوة هي العظام. في عام 1901 ، تم منح العالم جائزة نوبل.

ومع ذلك ، حتى قبل اكتشاف فيلهلم كونراد رونتجن ، كان علماء آخرون مهتمين أيضًا بموضوع مماثل. في عام 1853 ، درس الفيزيائي الفرنسي أنطوان فيليبر ماسون التفريغ عالي الجهد بين الأقطاب الكهربائية في أنبوب زجاجي. بدأ الغاز الموجود فيه عند ضغط منخفض ينبعث منه وهج ضارب إلى الحمرة. أدى ضخ الغاز الزائد من الأنبوب إلى انهيار التوهج إلى سلسلة معقدة من الطبقات المضيئة الفردية ، والتي يعتمد لونها على كمية الغاز.

في عام 1878 ، اقترح ويليام كروكس (الفيزيائي الإنجليزي) أن الفلورة تحدث بسبب تأثير الأشعة على السطح الزجاجي للأنبوب. لكن كل هذه الدراسات لم تُنشر في أي مكان ، لذلك لم يكن رونتجن على علم بمثل هذه الاكتشافات. بعد نشر اكتشافاته عام 1895 في مجلة علمية ، حيث كتب العالم أن جميع الأجسام شفافة تجاه هذه الأشعة ، وإن كانت بدرجة مختلفة جدًا ، أصبح علماء آخرون مهتمين بتجارب مماثلة. أكدوا اختراع رونتجن ، وبدأ المزيد من التطوير والتحسين للأشعة السينية.

نشر فيلهلم رونتجن بنفسه ورقتين علميتين إضافيتين حول موضوع الأشعة السينية في عامي 1896 و 1897 ، وبعد ذلك تولى أنشطة أخرى. وهكذا ، اخترع العديد من العلماء الأشعة السينية ، لكن رونتجن هو من نشر أوراقًا علمية حول هذا الموضوع.


مبادئ التصوير

يتم تحديد ميزات هذا الإشعاع من خلال طبيعة مظهره. يحدث الإشعاع بسبب موجة كهرومغناطيسية. تشمل خصائصه الرئيسية ما يلي:

  1. انعكاس. إذا اصطدمت الموجة بالسطح بشكل عمودي ، فلن تنعكس. في بعض الحالات ، يكون للماس خاصية الانعكاس.
  2. القدرة على اختراق الأنسجة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تمر الأشعة عبر الأسطح غير الشفافة للمواد مثل الخشب والورق وما شابه.
  3. الامتصاص. يعتمد الامتصاص على كثافة المادة: فكلما كانت أكثر كثافة ، زاد امتصاص الأشعة السينية لها.
  4. تتألق بعض المواد ، أي أنها تتوهج. بمجرد توقف الإشعاع ، يختفي الوهج أيضًا. إذا استمر بعد توقف عمل الأشعة ، فإن هذا التأثير يسمى الفسفرة.
  5. يمكن للأشعة السينية أن تضيء فيلم فوتوغرافي ، تمامًا مثل الضوء المرئي.
  6. إذا مرت الحزمة عبر الهواء ، يحدث التأين في الغلاف الجوي. تسمى هذه الحالة الموصلة للكهرباء ، ويتم تحديدها باستخدام مقياس الجرعات ، الذي يحدد معدل جرعة الإشعاع.

الإشعاع - ضرر وفائدة

عندما تم الاكتشاف ، لم يستطع الفيزيائي رونتجن حتى تخيل مدى خطورة اختراعه. في الأيام الخوالي ، كانت جميع الأجهزة التي تنتج الإشعاع بعيدة عن الكمال ، ونتيجة لذلك ، تم الحصول على جرعات كبيرة من الأشعة المنبعثة. لم يفهم الناس مخاطر هذا الإشعاع. على الرغم من أن بعض العلماء طرحوا حتى ذلك الحين إصدارات حول مخاطر الأشعة السينية.


الأشعة السينية ، التي تخترق الأنسجة ، لها تأثير بيولوجي عليها. وحدة قياس جرعة الإشعاع هي رونتجن في الساعة. التأثير الرئيسي هو على الذرات المؤينة الموجودة داخل الأنسجة. تعمل هذه الأشعة مباشرة على بنية الحمض النووي للخلية الحية. تشمل عواقب الإشعاع غير المنضبط ما يلي:

  • طفرة خلوية
  • ظهور الأورام.
  • حروق إشعاعية
  • مرض الإشعاع.

موانع إجراء فحوصات الأشعة السينية:

  1. المرضى في حالة حرجة.
  2. فترة الحمل بسبب الآثار السلبية على الجنين.
  3. المرضى الذين يعانون من النزيف أو استرواح الصدر المفتوح.

كيف تعمل الأشعة السينية وأين يتم استخدامها

  1. في الطب. يستخدم التشخيص بالأشعة السينية لشفافية الأنسجة الحية من أجل تحديد اضطرابات معينة داخل الجسم. يتم إجراء العلاج بالأشعة السينية للقضاء على تكوينات الورم.
  2. في العلم. تم الكشف عن بنية المواد وطبيعة الأشعة السينية. يتم التعامل مع هذه القضايا من خلال علوم مثل الكيمياء والكيمياء الحيوية وعلم البلورات.
  3. في الصناعة. للكشف عن الانتهاكات في المنتجات المعدنية.
  4. من أجل سلامة السكان. يتم تثبيت حزم الأشعة السينية في المطارات والأماكن العامة الأخرى لمسح الأمتعة.


الاستخدام الطبي للأشعة السينية. تستخدم الأشعة السينية على نطاق واسع في الطب وطب الأسنان للأغراض التالية:

  1. لتشخيص الأمراض.
  2. لرصد عمليات التمثيل الغذائي.
  3. لعلاج العديد من الأمراض.

استخدام الأشعة السينية للأغراض الطبية

بالإضافة إلى الكشف عن كسور العظام ، تستخدم الأشعة السينية على نطاق واسع في أغراض طبية. يتمثل التطبيق المتخصص للأشعة السينية في تحقيق الأهداف التالية:

  1. لتدمير الخلايا السرطانية.
  2. لتقليل حجم الورم.
  3. لتقليل الألم.

على سبيل المثال ، يستخدم اليود المشع ، المستخدم في أمراض الغدد الصماء ، بنشاط في السرطان. الغدة الدرقية، وبالتالي مساعدة الكثير من الناس على التخلص من هذا مرض رهيب. حاليًا ، يتم توصيل الأشعة السينية بأجهزة الكمبيوتر لتشخيص الأمراض المعقدة ، مما أدى إلى ظهور أحدث طرق البحث ، مثل الاشعة المقطعيةوالتصوير المقطعي المحوري.

يوفر هذا الفحص للأطباء صورًا ملونة تُظهر الأعضاء الداخلية للشخص. لتحديد العمل اعضاء داخليةجرعة صغيرة من الإشعاع كافية. ايضا تطبيق واسعتم العثور على الأشعة السينية أيضًا في العلاج الطبيعي.


الخصائص الأساسية للأشعة السينية

  1. القدرة على الاختراق. جميع الأجسام شفافة بالنسبة للأشعة السينية ، ودرجة الشفافية تعتمد على سمك الجسم. بفضل هذه الخاصية ، بدأ استخدام الحزمة في الطب للكشف عن عمل الأعضاء ووجود الكسور و أجسام غريبةفي الكائن الحي.
  2. هم قادرون على إحداث توهج لبعض الأشياء. على سبيل المثال ، إذا تم تطبيق الباريوم والبلاتين على الورق المقوى ، فبعد المرور عبر مسح الشعاع ، سوف يتوهج باللون الأصفر المخضر. إذا وضعت يدك بين أنبوب الأشعة السينية والشاشة ، فسوف يتغلغل الضوء في العظام أكثر من النسيج ، وبالتالي ستلمع أنسجة العظام على الشاشة ، وستكون الأنسجة العضلية أقل سطوعًا.
  3. العمل على الفيلم. يمكن للأشعة السينية ، مثل الضوء ، أن تغمق الفيلم ، مما يجعل من الممكن تصوير جانب الظل الذي يتم الحصول عليه عند فحص الأشياء بواسطة الأشعة السينية.
  4. يمكن للأشعة السينية تأين الغازات. هذا يجعل من الممكن ليس فقط العثور على الأشعة ، ولكن أيضًا للكشف عن شدتها عن طريق قياس تيار التأين في الغاز.
  5. لديهم تأثير كيميائي حيوي على جسم الكائنات الحية. بفضل هذه الخاصية ، وجدت الأشعة السينية تطبيقاتها الواسعة في الطب: يمكنها علاج كليهما أمراض الجلدوأمراض الأعضاء الداخلية. في هذه الحالة ، يتم تحديد جرعة الإشعاع المطلوبة ومدة الأشعة. الاستخدام المطول والمفرط لمثل هذا العلاج ضار للغاية وضار للجسم.

كانت نتيجة استخدام الأشعة السينية هي إنقاذ العديد من الأرواح البشرية. لا تساعد الأشعة السينية فقط في تشخيص المرض في الوقت المناسب ، ولكن باستخدام طرق العلاج العلاج الإشعاعيتريح المرضى من مختلف الأمراض ، بدءا من فرط نشاط الغدة الدرقية وتنتهي الأورام الخبيثةأنسجة العظام.

يتم تمثيل إشعاع الأشعة السينية بالموجات الكهرومغناطيسية. يمكن أن يتراوح الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية من مائة إلى 10-3 نانومتر. وفقًا لمقياس خاص بالموجات الكهرومغناطيسية ، تقع الأشعة السينية بين أشعة جاما والأشعة فوق البنفسجية. ظهرت الأشعة السينية في نهاية القرن التاسع عشر ، بفضل الحائز على جائزة نوبل ك. رونتجن.

معلومات مختصرة

تم التعرف على طبيعة الأشعة السينية في عام 1895. وفقًا للتاريخ ، يعود اكتشاف خصائص الأشعة السينية إلى الفيزيائي V.K. Roentgen. كان هذا الاكتشاف بمثابة اختراق في التاريخ ، مما أتاح للإنسان فرصة استخدام الأشعة السينية في الطب. له تأثير معين على جسم الإنسان. وتجدر الإشارة إلى أن مثل هذا الاكتشاف قد قدم مساهمة لا تقدر بثمن في تطوير مستقبل كل الطب.

يحتوي هذا الإشعاع على موجات كهرومغناطيسية مقابلة ، يتراوح طولها من مائة إلى 10-3 نانومتر. يتداخل إشعاع الموجات القصيرة مع إشعاع الموجة الطويلة والعكس صحيح.

أما بالنسبة للتركيز ، فيتم استخدام مرايا متعددة الطبقات قادرة على عكس ما يصل إلى 40٪ من الإشعاع. في أغلب الأحيان ، يكون للإشعاع تأثير قاسٍ على جسم الإنسان. ومع ذلك ، توجد مرايا مقعرة ، فهي تشبه المرايا البصرية ، ولكن لها جزء خارجي من الطبق ، وهو ما يعكس الأشعة السينية ، والتي لها تأثير ناعم. يلعب التركيز دورًا مهمًا يساعد في منع التأثيرات القاسية على الجسم.

يتم استقبال الأشعة السينية في الأنابيب المقابلة. الأنبوب عبارة عن دورق زجاجي خاص يحتوي على فراغ عالي. الأنبوب مزود بأقطاب كهربائية ، وهما K (كاثود) و A (أنود) ، يتم توصيل الجهد العالي بهما. الكاثود هو مصدر للإلكترونات ، والأنود هو قضيب معدني بسطح مائل. يحتوي هذا الهيكل على مادة تكون خصائصها موصلة للحرارة. تتشكل في لحظة القصف الإلكتروني. الطرف المشطوف مجهز بلوحة معدنية من التنجستن.

الأشعة السينية لها مصادرها الخاصة للإشعاع ، والتي يمكن أن تكون طبيعية (النظائر المشعة) ، وكذلك الاصطناعية (الأنابيب). يحتوي الأنبوب على فراغ وقطبين. يتم تسخين الإلكترونات بواسطة الكاثود ، مما يكتسب سرعة مناسبة إلى حد ما بسبب المجال. بفضل استخدام هذه الإلكترونات ، يتفاعل إشعاع الأشعة السينية مع المادة في الفراغ. نتيجة لذلك ، هناك نوعان رئيسيان من هذا الإشعاع.

أنواع الأشعة السينية:

  • صفة مميزة؛
  • الفرامل.

يتم تحويل حوالي واحد بالمائة من طاقة جميع الإلكترونات إلى أشعة. تخرج الطاقة المتبقية في شكل تدفق حراري. ولهذا الغرض ، يتم تصنيع سطح عمل الأنود باستخدام مواد مقاومة للحرارة.

الإشعاع المميز

عندما تتلامس ذرات الأنود مع إلكترونات الكاثود ، جنبًا إلى جنب مع أشعة الشمس ، تتشكل الأشعة السينية ، والتي يحتوي نطاقها على خطوط منفصلة. هذا الإشعاع ، أي إشعاع الأشعة السينية المميز ، له أصل خاص.

بكلمات بسيطة، تمر إلكترونات الكاثود إلى الذرة. تمتلئ المساحة الفارغة بالإلكترونات التي كانت في الغلاف العلوي ، لذا يمكنك حساب الانبعاثية. يحتوي على مجموعة من الترددات والتي تسمى خاصية إشعاع الأشعة السينية.

قانون موزلي هو قانون محدد قادر على الجمع بين تكرار الخطوط الطيفية لدراسة الخاصية مع عدد العناصر الكيميائية. تم اكتشاف القانون في عام 1913 بفضل G.Moseley. يعد هذا الاكتشاف دليلًا واضحًا على أن جميع عناصر الجدول الدوري موجودة بشكل صحيح ، مما ساهم في اشتقاق المعنى المادي.

ينص قانون موزلي على أن النطاق المميز غير قادر على اكتشاف النمط الدوري المتأصل في الطيف البصري. بعبارات بسيطة ، يساعد Moseley في تحديد عدد العنصر الكيميائي ، في وقت استخدام نطاق الإشعاع المميز ، والذي كان له دور مهم في ترتيب العناصر في الجدول.

Bremsstrahlung


عندما يتحرك الإلكترون في وسط معين ، فإنه يفقد سرعته الخاصة. هناك تسارع سلبي. يُطلق على الإشعاع المتولد أثناء تباطؤ الإلكترونات في الأنود اسم bremsstrahlung. يتم تحديد خصائصه على أساس عوامل خاصة ، وهي:

  • يحدث الإشعاع في بعض الكميات ، وترتبط طاقتها بتردد الصيغة ؛
  • طاقة الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب تساوي ؛
  • يمكن نقل الطاقة إلى مادة وتسخينها.

قانون الضعف


يمكن أن تتلامس المادة مع مادة بطريقتين:

  • التأثير الكهروضوئي - امتصاص الفوتون.
  • تشتت.

نثر كالتالي:

  • مرن أو متماسك. يحدث هذا التشتت إذا لم يكن لدى الفوتون طاقة كافية لتنفيذ عملية تأين الذرة. يتضمن الانتثار المتماسك استخدام طرق مختلفة للحركة ، لكن الطاقة تظل دون تغيير. هذا هو السبب في أن هذا النوع من التشتت يسمى متماسك.
  • تشتت كومبتون أو غير متماسك. يكون هذا النوع من التشتت ممكنًا إذا كان للفوتون طاقة أكبر بكثير من مستوى طاقة التأين الداخلي. مع هذا التشتت ، يتغير اتجاه الحركة ، وتصبح الطاقة أصغر.

من الضروري أن نقول بضع كلمات عن قانون توهين الأشعة السينية. وعندما يحدث ذلك فإن التأثير الكهروضوئي وتشتت الأشعة السينية مما يضعف شعاع الإشعاع. وهكذا ، كان هناك ضعف. إن اكتشاف قانون التوهين له طابع أسي. إن توهين الإشعاع بواسطة ذرات خاصة له خصائص إضافة. على سبيل المثال ، إذا كنت تستخدم عامل التوهين الكتلي للمكونات الفردية ، يمكنك العثور على التوهين الكتلي للعناصر الأكثر تعقيدًا. في هذه الحالة ، سوف تحتاج إلى استخدام الصيغة المناسبة.

سيسمح لك تطبيق المعادلة باكتشاف ميزات معامل التوهين الخطي ، والذي يساوي مجموع 3 شروط ، وينصح بالتأثير الكهروضوئي والتشتت. تعتمد قيمة معامل التوهين على مدى الإشعاع. يعتمد المعدل الذي يُحسب به عامل التوهين على تأثير عامل التوهين الكتلي الذي يساوي عاملًا خطيًا لكثافة العنصر. لتحديد معامل المواد المعقدة ، تحتاج إلى صيغة كيميائية.

إشعاع أحادي اللون

يسقط الإشعاع أحادي اللون على شبكة بلورية ، وينحرف ، ثم يحدث التكاثر والتشتت. يمكن أن تتداخل هذه الأشعة. تنتشر الأشعة السينية أحادية اللون ذات الطول الموجي بواسطة الجرافيت. هذا الإشعاع الكهرومغناطيسي له تردد واحد.

يمكن الحصول عليها بالطرق التالية:

  • محزوز الحيود
  • الليزر.
  • نظام موشوري
  • مصادر الضوء المختلفة
  • مصباح تفريغ الغاز.

ملامح إشعاع ألفا


إشعاع ألفا عبارة عن تيار محدد يتكون من جسيمات موجبة الشحنة ، وسرعة حركتها 20 ألف كم / ثانية. تنشأ أشعة ألفا بعد اضمحلال النوى برقم تسلسلي كبير. تبلغ طاقة التدفق 2-11 ميغا إلكترون فولت. أما هروب جسيمات ألفا ، فكل شيء يتوقف على طبيعة المادة وسرعتها.

من المهم ملاحظة أن جسيمات ألفا ضخمة وحيوية وتسبب التأين.

التدفق الناتج لجزيئات ألفا (وليس تدفق الأشعة السينية) له التأثير السلبيعلى جسم الإنسان. يمكن أن تمنع قطعة من الورق جزيئات ألفا حتى لا تتمكن من اختراق جلد الإنسان.

لا يشكل إشعاع ألفا خطرًا على جسم الإنسان حتى تخترق المواد المشعة المتضمنة في إشعاع جسيمات ألفا الجسم عبر الجرح. إذا دخل إشعاع ألفا إلى جسم الإنسان بالهواء والطعام خطر جسيمالصحة.

مجموعة متنوعة من أجهزة الاستقبال


أجهزة استقبال الأشعة السينية المتوفرة في الطب من عدة أنواع:

  • عداد الجرعات
  • فيلم؛
  • لوحة حساسة
  • شاشة الفلورسنت
  • محول الكترون بصري.

لكل من هذه المستقبلات تأثير مختلف على جسم الإنسان ، لأن نطاقًا مختلفًا يعمل. بناءً على أجهزة الاستقبال هذه ، تم تطوير الطرق التالية لفحص الأشعة السينية:

  • التنظير.
  • التصوير الشعاعي
  • التصوير الشعاعي الكهربائي.
  • التصوير الشعاعي الرقمي
  • التنظير التليفزيوني بالأشعة السينية.

التأثير على جسم الإنسان

على الرغم من الفوائد الهائلة للأشعة السينية في الطب ، فقد وجد أن آثارها على الجسم شديدة جدًا. لذلك ، من المهم استخدام معدات الحماية الخاصة في الطب.

جسم الانسان بعد الاشعة:

  • يمكن أن يسبب الإشعاع تغيرات في الجلد ، والحروق التي تستغرق وقتًا طويلاً للشفاء ؛
  • نظرًا لخصائص الأشعة السينية ، فإن الضرر الناجم عن الدراسات ، وكذلك من الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية ، يمكن أن يكون ذا طبيعة طويلة الأمد. على سبيل المثال: يزداد معدل الشيخوخة ، يتغير تكوين الدم ، وخطر الإصابة بسرطان الدم ؛
  • ستساعد الحماية الخاصة من الأشعة السينية على تجنب مثل هذا الضرر ، لذلك ستحتاج إلى حماية من الرصاص ، بالإضافة إلى التحكم عن بعد في العملية ؛
  • تعتمد العواقب على العضو الذي يتعرض للإشعاع ، وكذلك الجرعة. على سبيل المثال ، قد يظهر العقم.
  • التعرض المنهجي يسبب طفرات جينية.

بفضل العديد من التجارب والدراسات ، تمكن المتخصصون من إعداد الحماية المناسبة ، بالإضافة إلى تطوير معيار دولي لجرعة الإشعاع.

موجود الطرق التاليةالحماية:

  • جهاز خاص يمكنه إنقاذ الأفراد ؛
  • الحماية الجماعية ، وهي: متنقلة ، ثابتة ؛
  • أموال للمرضى
  • هذه المسألة من الأشعة السينية المباشرة.

باتباع جميع التدابير اللازمة ، يمكنك حماية صحتك.

ملامح الإشعاعات المختلفة


هناك عدة أنواع من الإشعاع ، لكل منها نطاق معين من الإجراءات ، وهي:

  • فوق بنفسجي؛
  • الأشعة تحت الحمراء.
  • الأشعة السينية.

وتجدر الإشارة إلى أن الأشعة تحت الحمراء تعمل في نطاق 3 1011 - 3.75 1014 هرتز. المصدر جسم دافئ. على سبيل المثال ، توجد الأشعة تحت الحمراء في المشعات والمواقد والسخانات والمصابيح. هذا هو السبب في كثير من الأحيان تسمى موجات الأشعة تحت الحمراء الحرارية.

تعمل الأشعة فوق البنفسجية في نطاق معين ، وهو 8 1014 إلى 3 1016 هرتز. للأشعة فوق البنفسجية نشاط كيميائي مرتفع للغاية. يمكن أن تسبب Lne صورًا مرئية ، لأنها غير مرئية.

أما بالنسبة للأشعة السينية ، فيتراوح مداها من 3 1016 إلى 3 1020 هرتز. من المهم جدًا حماية نفسك من الآثار السلبية لهذه الأشعة ، حيث يمكن أن تكون العواقب محزنة!

الأشعة السينية
إشعاع غير مرئي قادر على اختراق جميع المواد وإن بدرجات متفاوتة. إنه إشعاع كهرومغناطيسي بطول موجة حوالي 10-8 سم ، مثل الضوء المرئي ، تسبب الأشعة السينية اسوداد فيلم التصوير. هذه الخاصية لها أهمية كبيرة في الطب والصناعة والبحث العلمي. مرورًا بالجسم قيد الدراسة ثم السقوط على الفيلم ، يصور إشعاع الأشعة السينية هيكله الداخلي عليه. نظرًا لأن قوة الاختراق لإشعاع الأشعة السينية تختلف باختلاف المواد ، فإن أجزاء الجسم الأقل شفافية بالنسبة لها تعطي مناطق أكثر إشراقًا في الصورة من تلك التي يخترق من خلالها الإشعاع جيدًا. لذا، أنسجة العظامأقل شفافية للأشعة السينية من الأنسجة التي يتكون منها الجلد والأعضاء الداخلية. لذلك ، في الصورة الشعاعية ، ستتم الإشارة إلى العظام على أنها مناطق أفتح ويمكن اكتشاف موقع الكسر ، وهو أكثر شفافية للإشعاع ، بسهولة تامة. يستخدم التصوير بالأشعة السينية أيضًا في طب الأسنان للكشف عن التسوس والخراجات في جذور الأسنان ، وكذلك في الصناعة للكشف عن الشقوق في المسبوكات والبلاستيك والمطاط. تستخدم الأشعة السينية في الكيمياء لتحليل المركبات وفي الفيزياء لدراسة بنية البلورات. تسبب شعاع الأشعة السينية التي تمر عبر مركب كيميائي إشعاعًا ثانويًا مميزًا ، يسمح التحليل الطيفي للكيميائي بتحديد تكوين المركب. عند السقوط على مادة بلورية ، تتناثر شعاع الأشعة السينية بواسطة ذرات البلورة ، مما يعطي نمطًا واضحًا ومنتظمًا من البقع والخطوط على لوحة فوتوغرافية ، مما يجعل من الممكن إنشاء البنية الداخلية للبلورة. يعتمد استخدام الأشعة السينية في علاج السرطان على حقيقة أنها قاتلة الخلايا السرطانية. ومع ذلك ، يمكن أن يكون لها أيضًا تأثير غير مرغوب فيه على الخلايا الطبيعية. لذلك ، يجب توخي الحذر الشديد عند استخدام الأشعة السينية. تم اكتشاف الأشعة السينية بواسطة الفيزيائي الألماني دبليو رونتجن (1845-1923). اسمه خلد من بعض المصطلحات الفيزيائية الأخرى المرتبطة بهذا الإشعاع: الوحدة الدولية لجرعة الإشعاع المؤين تسمى رونتجن ؛ تسمى الصورة الملتقطة بجهاز الأشعة السينية صورة بالأشعة ؛ يسمى مجال الطب الإشعاعي الذي يستخدم الأشعة السينية لتشخيص الأمراض وعلاجها بالأشعة. اكتشف رونتجن الإشعاع في عام 1895 عندما كان أستاذًا للفيزياء في جامعة فورتسبورغ. أثناء إجراء تجارب مع أشعة الكاثود (يتدفق الإلكترون في أنابيب التفريغ) ، لاحظ أن شاشة تقع بالقرب من الأنبوب المفرغ ، ومغطاة ببلورات الباريوم السيانوبلاتينية ، تتوهج بشكل ساطع ، على الرغم من أن الأنبوب نفسه مغطى بورق مقوى أسود. كما أثبت رونتجن أن قوة اختراق الأشعة المجهولة التي اكتشفها ، والتي أطلق عليها اسم الأشعة السينية ، تعتمد على تكوين المادة الماصة. كما قام بتصوير عظام يده بوضعها بين أنبوب تفريغ أشعة الكاثود وشاشة مطلية بالباريوم السيانوبلاتيني. أعقب اكتشاف رونتجن تجارب قام بها باحثون آخرون اكتشفوا العديد من الخصائص والتطبيقات الجديدة لهذا الإشعاع. تم تقديم مساهمة كبيرة من قبل M. Laue و W. Friedrich و P. Knipping ، الذين أظهروا في عام 1912 حيود الأشعة السينية عندما تمر عبر بلورة ؛ دبليو كوليدج ، الذي اخترع في عام 1913 أنبوبًا عالي التفريغ للأشعة السينية مزودًا بمهبط مسخن ؛ موسلي ، الذي أسس في عام 1913 العلاقة بين الطول الموجي للإشعاع والعدد الذري للعنصر ؛ G. و L. Braggi ، الحائزان على جائزة نوبل في عام 1915 لتطوير أساسيات تحليل حيود الأشعة السينية.
الحصول على الأشعة السينية
تحدث الأشعة السينية عندما تتفاعل الإلكترونات التي تتحرك بسرعات عالية مع المادة. عندما تصطدم الإلكترونات بذرات أي مادة ، فإنها تفقد طاقتها الحركية بسرعة. في هذه الحالة ، يتم تحويل معظمها إلى حرارة ، ويتم تحويل جزء صغير ، عادة أقل من 1٪ ، إلى طاقة الأشعة السينية. يتم إطلاق هذه الطاقة في شكل جسيمات كمومية تسمى الفوتونات التي لديها طاقة ولكن ليس لها كتلة راحة. تختلف فوتونات الأشعة السينية في طاقتها ، والتي تتناسب عكسيا مع طولها الموجي. باستخدام الطريقة التقليدية للحصول على الأشعة السينية ، يتم الحصول على مجموعة واسعة من الأطوال الموجية ، والتي تسمى طيف الأشعة السينية. يحتوي الطيف على مكونات واضحة ، كما هو موضح في الشكل. 1. تسمى "السلسلة المتصلة" الواسعة الطيف المستمر أو الإشعاع الأبيض. تسمى القمم الحادة المتراكبة عليها خطوط انبعاث الأشعة السينية المميزة. على الرغم من أن الطيف بأكمله هو نتيجة تصادم الإلكترونات مع المادة ، فإن آليات ظهور الجزء العريض والخطوط مختلفة. المادة تتكون من عدد كبيرذرات ، لكل منها نواة محاطة بقذائف إلكترونية ، ويحتل كل إلكترون في غلاف ذرة عنصر معين مستوى طاقة منفصلًا معينًا. عادةً ما يُشار إلى هذه الأصداف أو مستويات الطاقة بالرموز K و L و M وما إلى ذلك ، بدءًا من الغلاف الأقرب إلى النواة. عندما يصطدم إلكترون ساقط ذو طاقة عالية بما يكفي مع أحد الإلكترونات المرتبطة بالذرة ، فإنه يطرد هذا الإلكترون من غلافه. يشغل الفضاء الفارغ إلكترونًا آخر من الغلاف ، والذي يتوافق مع طاقة أعلى. يعطي هذا الأخير طاقة زائدة عن طريق انبعاث فوتون الأشعة السينية. نظرًا لأن إلكترونات الغلاف لها قيم طاقة منفصلة ، فإن فوتونات الأشعة السينية الناتجة لها أيضًا طيف منفصل. هذا يتوافق مع قمم حادة لأطوال موجية معينة ، تعتمد قيمها المحددة على العنصر المستهدف. تشكل الخطوط المميزة سلسلة K- و L- و M ، اعتمادًا على الغلاف (K أو L أو M) الذي تمت إزالة الإلكترون منه. العلاقة بين الطول الموجي للأشعة السينية والعدد الذري تسمى قانون موزلي (الشكل 2).




إذا اصطدم إلكترون بنواة ثقيلة نسبيًا ، فإنه يتباطأ ، ويتم إطلاق طاقته الحركية في شكل فوتون للأشعة السينية له نفس الطاقة تقريبًا. إذا تجاوزت النواة ، فسوف تفقد جزءًا فقط من طاقتها ، وسيتم نقل الباقي إلى الذرات الأخرى التي تقع في طريقها. يؤدي كل فعل من عمليات فقدان الطاقة إلى انبعاث فوتون ببعض الطاقة. يظهر طيف مستمر للأشعة السينية ، يتوافق الحد الأعلى منه مع طاقة أسرع إلكترون. هذه هي آلية تكوين طيف مستمر ، وتتناسب الطاقة القصوى (أو الحد الأدنى لطول الموجة) التي تحدد حدود الطيف المستمر مع الجهد المتسارع ، والذي يحدد سرعة الإلكترونات الساقطة. تميز الخطوط الطيفية مادة الهدف الذي تم قصفه ، بينما يتم تحديد الطيف المستمر بواسطة طاقة حزمة الإلكترون ولا يعتمد عمليًا على المادة المستهدفة. يمكن الحصول على الأشعة السينية ليس فقط عن طريق القصف الإلكتروني ، ولكن أيضًا عن طريق تشعيع الهدف بالأشعة السينية من مصدر آخر. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، تذهب معظم طاقة الحزمة الساقطة إلى طيف الأشعة السينية المميز ، ويقع جزء صغير جدًا منها في الطيف المستمر. من الواضح أن شعاع الأشعة السينية الساقط يجب أن يحتوي على فوتونات طاقتها كافية لإثارة الخطوط المميزة للعنصر المقصف. تجعل النسبة العالية من الطاقة لكل طيف مميز طريقة إثارة الأشعة السينية هذه ملائمة للبحث العلمي.
أنابيب الأشعة السينية.من أجل الحصول على إشعاع الأشعة السينية بسبب تفاعل الإلكترونات مع المادة ، من الضروري أن يكون لديك مصدر للإلكترونات ، ووسائل لتسريعها إلى سرعات عالية ، وهدف قادر على تحمل القصف الإلكتروني وإنتاج الأشعة السينية من الأشعة السينية. الشدة المرغوبة. الجهاز الذي يحتوي على كل هذا يسمى أنبوب الأشعة السينية. استخدم المستكشفون الأوائل أنابيب "مفرغة عميقة" مثل أنابيب التفريغ الحالية. لم يكن الفراغ فيها مرتفعًا جدًا. تحتوي أنابيب التفريغ على كمية صغيرة من الغاز ، وعندما يتم تطبيق فرق جهد كبير على أقطاب الأنبوب ، تتحول ذرات الغاز إلى أيونات موجبة وسالبة. تتحرك الموجب نحو القطب السالب (الكاثود) ، وعند السقوط عليه ، يخرج الإلكترونات منه ، ويتحركون بدورهم نحو القطب الموجب (الأنود) ، ويقذفونه ، وينشئون تيارًا من فوتونات الأشعة السينية . في أنبوب الأشعة السينية الحديث الذي طوره كوليدج (الشكل 3) ، يكون مصدر الإلكترونات عبارة عن كاثود تنجستن يتم تسخينه حتى درجة حرارة عالية. تتسارع الإلكترونات إلى سرعات عالية بفارق الجهد العالي بين القطب الموجب (أو القطب المعاكس) والكاثود. نظرًا لأن الإلكترونات يجب أن تصل إلى القطب الموجب دون الاصطدام بالذرات ، يلزم تفريغ عالي جدًا ، حيث يجب تفريغ الأنبوب جيدًا. هذا يقلل أيضًا من احتمال تأين ذرات الغاز المتبقية والتيارات الجانبية المرتبطة بها.




تركز الإلكترونات على القطب الموجب بواسطة قطب كهربائي مصمم خصيصًا يحيط بالكاثود. يسمى هذا القطب الكهربائي بالتركيز ويشكل مع الكاثود "الكشاف الإلكتروني" للأنبوب. يجب أن يكون الأنود الذي يتعرض للقصف الإلكتروني مصنوعًا من مادة مقاومة للحرارة ، حيث يتم تحويل معظم الطاقة الحركية للإلكترونات المتساقطة إلى حرارة. بالإضافة إلى ذلك ، من المستحسن أن يكون الأنود مصنوعًا من مادة ذات عدد ذري ​​مرتفع ، منذ ذلك الحين يزداد إنتاج الأشعة السينية مع زيادة العدد الذري. غالبًا ما يتم اختيار التنجستن ، الذي يبلغ رقمه الذري 74 ، كمواد الأنود.يمكن أن يختلف تصميم أنابيب الأشعة السينية وفقًا لشروط ومتطلبات التطبيق.
كشف الأشعة السينية
تعتمد جميع طرق الكشف عن الأشعة السينية على تفاعلها مع المادة. يمكن أن تكون أجهزة الكشف من نوعين: تلك التي تعطي صورة وتلك التي لا تعطي صورة. يتضمن الأول أجهزة التصوير الفلوري بالأشعة السينية والتنظير الفلوري ، حيث يمر شعاع الأشعة السينية عبر الكائن قيد الدراسة ، ويدخل الإشعاع المرسل إلى شاشة الإنارة أو الفيلم. تظهر الصورة بسبب حقيقة أن أجزاء مختلفة من الكائن قيد الدراسة تمتص الإشعاع بطرق مختلفة - اعتمادًا على سمك المادة وتكوينها. في أجهزة الكشف ذات الشاشة المضيئة ، يتم تحويل طاقة الأشعة السينية إلى صورة يمكن ملاحظتها بشكل مباشر ، بينما يتم تسجيلها في التصوير الشعاعي على مستحلب حساس ولا يمكن ملاحظتها إلا بعد تطوير الفيلم. يشتمل النوع الثاني من أجهزة الكشف على مجموعة متنوعة من الأجهزة التي يتم فيها تحويل طاقة الأشعة السينية إلى إشارات كهربائية تميز الكثافة النسبية للإشعاع. وتشمل هذه غرف التأين ، وعداد جيجر ، وعداد تناسبي ، وعداد وميض ، وبعض أجهزة الكشف الخاصة القائمة على كبريتيد الكادميوم والسيلينيد. حاليًا ، يمكن اعتبار عدادات التلألؤ أكثر أجهزة الكشف كفاءة ، والتي تعمل بشكل جيد في نطاق طاقة واسع.
أنظر أيضاكاشفات الجسيمات. يتم اختيار الكاشف مع مراعاة ظروف المشكلة. على سبيل المثال ، إذا كان من الضروري قياس شدة إشعاع الأشعة السينية المنحرف بدقة ، يتم استخدام عدادات تسمح بإجراء قياسات بدقة كسور بنسبة مئوية. إذا كان من الضروري تسجيل الكثير من الحزم المنعرجة ، فمن المستحسن استخدام فيلم الأشعة السينية ، على الرغم من أنه من المستحيل في هذه الحالة تحديد الشدة بنفس الدقة.
منظار أشعة إكس وجاما
أحد أكثر تطبيقات الأشعة السينية شيوعًا في الصناعة هو مراقبة جودة المواد واكتشاف العيوب. طريقة الأشعة السينية غير مدمرة ، بحيث يمكن بعد ذلك استخدام المادة التي يتم اختبارها ، إذا وجدت تفي بالمتطلبات المطلوبة ، للغرض المقصود منها. يعتمد كل من الكشف عن عيوب أشعة جاما والأشعة السينية على قوة اختراق الأشعة السينية وخصائص امتصاصها في المواد. يتم تحديد قوة الاختراق بواسطة طاقة فوتونات الأشعة السينية ، والتي تعتمد على الجهد المتسارع في أنبوب الأشعة السينية. لذلك ، عينات سميكة وعينات من معادن ثقيلة، مثل الذهب واليورانيوم ، تتطلب مصدرًا للأشعة السينية بجهد أعلى لدراستها ، وبالنسبة للعينات الرقيقة ، يكون المصدر ذو الجهد المنخفض كافياً. للكشف عن عيوب أشعة جاما للمسبوكات الكبيرة جدًا والمنتجات المدلفنة الكبيرة ، يتم استخدام البيتاترونات والمسرعات الخطية ، مما يؤدي إلى تسريع الجسيمات إلى طاقات 25 MeV وأكثر. يعتمد امتصاص الأشعة السينية في مادة ما على سمك جهاز الامتصاص d ومعامل الامتصاص m ويتم تحديده بواسطة الصيغة I = I0e-md ، حيث I هي كثافة الإشعاع المنقول عبر جهاز الامتصاص ، I0 هو شدة الإشعاع الساقط ، و e = 2.718 هي أساس اللوغاريتمات الطبيعية. بالنسبة لمادة معينة ، عند الطول الموجي (أو الطاقة) للأشعة السينية ، يكون معامل الامتصاص ثابتًا. لكن إشعاع مصدر الأشعة السينية ليس أحادي اللون ، ولكنه يحتوي على طيف واسع من الأطوال الموجية ، ونتيجة لذلك ، فإن الامتصاص بنفس سماكة جهاز الامتصاص يعتمد على الطول الموجي (التردد) للإشعاع. تستخدم أشعة X-ray على نطاق واسع في جميع الصناعات المرتبطة بمعالجة المعادن بالضغط. كما أنها تستخدم للتحكم في براميل المدفعية ، منتجات الطعام، البلاستيك ، لاختبار الأجهزة والأنظمة المعقدة في الهندسة الإلكترونية. (يستخدم التصوير النيوتروني ، الذي يستخدم حزم نيوترونية بدلاً من الأشعة السينية ، لأغراض مماثلة.) كما تستخدم الأشعة السينية لأغراض أخرى ، مثل فحص اللوحات لتحديد أصالتها أو اكتشاف طبقات إضافية من الطلاء أعلى الطبقة الرئيسية .
حيود الأشعة السينية
يوفر حيود الأشعة السينية معلومات مهمة حول المواد الصلبة - تركيبها الذري وشكلها البلوري - وكذلك عن السوائل والأجسام غير المتبلورة والجزيئات الكبيرة. تُستخدم طريقة الحيود أيضًا من أجل التحديد الدقيق (مع خطأ أقل من 10-5) للمسافات بين الذرية ، واكتشاف الإجهادات والعيوب ، ولتحديد اتجاه البلورات المفردة. يمكن لنمط الحيود تحديد المواد غير المعروفة ، وكذلك الكشف عن وجود الشوائب في العينة وتحديدها. لا يمكن المبالغة في تقدير أهمية طريقة حيود الأشعة السينية لتقدم الفيزياء الحديثة ، لأن الفهم الحديث لخصائص المادة يعتمد في النهاية على بيانات حول ترتيب الذرات في المركبات الكيميائية المختلفة ، على طبيعة الروابط بينهم وعلى العيوب الهيكلية. الأداة الرئيسية للحصول على هذه المعلومات هي طريقة حيود الأشعة السينية. يعد علم البلورات الحيود بالأشعة السينية ضروريًا لتحديد هياكل الجزيئات الكبيرة المعقدة ، مثل تلك الموجودة في الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) ، المادة الوراثية للكائنات الحية. مباشرة بعد اكتشاف الأشعة السينية ، تركز الاهتمام العلمي والطب على كل من قدرة هذا الإشعاع على اختراق الأجسام ، وعلى طبيعتها. أظهرت التجارب التي أجريت على حيود الأشعة السينية على الشقوق وحواجز الانعراج أنه ينتمي إلى الإشعاع الكهرومغناطيسي ويبلغ طوله الموجي 10-8-10-9 سم. وحتى قبل ذلك ، توقع العلماء ، ولا سيما دبليو بارلو ، ذلك يرجع الشكل المنتظم والمتماثل للبلورات الطبيعية إلى الترتيب المنظم للذرات التي تشكل البلورة. في بعض الحالات ، كان بارلو قادرًا على التنبؤ بشكل صحيح ببنية البلورة. كانت قيمة المسافات بين الذرية المتنبأ بها 10-8 سم ، وحقيقة أن المسافات بين الذرية اتضح أنها تتناسب مع الطول الموجي للأشعة السينية جعلت من الممكن من حيث المبدأ ملاحظة حيودها. وكانت النتيجة فكرة واحدة من أهم التجارب في تاريخ الفيزياء. نظم M. Laue اختبارًا تجريبيًا لهذه الفكرة ، والذي أجراه زملاؤه W. Friedrich و P. Knipping. في عام 1912 ، نشر الثلاثة أعمالهم حول نتائج حيود الأشعة السينية. مبادئ حيود الأشعة السينية. لفهم ظاهرة حيود الأشعة السينية ، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار بالترتيب: أولاً ، طيف الأشعة السينية ، وثانيًا ، طبيعة التركيب البلوري ، وثالثًا ، ظاهرة الانعراج نفسها. كما ذكرنا أعلاه ، تتكون خاصية إشعاع الأشعة السينية من سلسلة من الخطوط الطيفية درجة عاليةأحادية اللون تحددها مادة الأنود. بمساعدة المرشحات ، يمكنك تحديد أكثرها كثافة. لذلك ، من خلال اختيار مادة الأنود بطريقة مناسبة ، من الممكن الحصول على مصدر إشعاع أحادي اللون تقريبًا بقيمة طول موجي محددة بدقة. تتراوح الأطوال الموجية للإشعاع المميز عادةً من 2.285 للكروم إلى 0.558 للفضة (تُعرف قيم العناصر المختلفة بستة أرقام معنوية). يتم تثبيت الطيف المميز على طيف "أبيض" مستمر بكثافة أقل بكثير ، بسبب تباطؤ الإلكترونات الساقطة في الأنود. وبالتالي ، يمكن الحصول على نوعين من الإشعاع من كل أنود: الخاصية المميزة و bremsstrahlung ، كل منهما يلعب دورًا مهمًا بطريقته الخاصة. توجد الذرات في التركيب البلوري على فترات منتظمة ، وتشكل سلسلة من الخلايا المتطابقة - شبكة مكانية. بعض المشابك (على سبيل المثال ، لمعظم المعادن الشائعة) بسيطة للغاية ، في حين أن البعض الآخر (على سبيل المثال ، لجزيئات البروتين) معقد للغاية. يتميز التركيب البلوري بما يلي: إذا انتقل المرء من نقطة معينة لخلية واحدة إلى النقطة المقابلة للخلية المجاورة ، فسيتم العثور على نفس البيئة الذرية بالضبط. وإذا كانت بعض الذرات موجودة في نقطة واحدة أو أخرى في خلية واحدة ، فسيتم وضع نفس الذرة في النقطة المكافئة لأي خلية مجاورة. هذا المبدأ صالح تمامًا للحصول على بلورة مثالية مرتبة بشكل مثالي. ومع ذلك ، فإن العديد من البلورات (على سبيل المثال ، المحاليل الصلبة المعدنية) تكون مضطربة إلى حد ما ؛ يمكن أن تحتل ذرات مختلفة الأماكن المتكافئة من الناحية البلورية. في هذه الحالات ، لا يتم تحديد موضع كل ذرة ، ولكن فقط موضع الذرة "متوسط ​​إحصائيًا" فوق عدد كبير الجسيمات (أو الخلايا). تمت مناقشة ظاهرة الانعراج في مقالة البصريات (OPTICS) ويمكن للقارئ الرجوع إلى هذه المقالة قبل الانتقال. يوضح أنه إذا كانت الموجات (على سبيل المثال ، الصوت والضوء والأشعة السينية) تمر عبر شق أو ثقب صغير ، فيمكن اعتبار الأخير مصدرًا ثانويًا للموجات ، وتتكون صورة الشق أو الثقب من ضوء متناوب وخطوط داكنة. علاوة على ذلك ، إذا كان هناك هيكل دوري من الثقوب أو الفتحات ، فنتيجة لتضخيم وتخفيف تداخل الأشعة القادمة من ثقوب مختلفة ، ينشأ نمط حيود واضح. حيود الأشعة السينية هو ظاهرة تشتت جماعي يتم فيها لعب دور الثقوب ومراكز التشتت بواسطة ذرات مرتبة بشكل دوري في التركيب البلوري. يعطي التضخيم المتبادل لصورهم عند زوايا معينة نمط حيود مشابه لذلك الذي ينتج عن حيود الضوء على محزوز حيود ثلاثي الأبعاد. يحدث الانتثار بسبب تفاعل إشعاع الأشعة السينية الساقط مع الإلكترونات في البلورة. نظرًا لحقيقة أن الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية له نفس ترتيب أبعاد الذرة ، فإن الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية المبعثر هو نفس الطول الموجي للحادث. هذه العملية هي نتيجة التذبذبات القسرية للإلكترونات تحت تأثير الأشعة السينية العارضة. فكر الآن في ذرة بها سحابة من الإلكترونات المقيدة (تحيط بالنواة) تسقط عليها الأشعة السينية. تعمل الإلكترونات في جميع الاتجاهات على تشتيت الحادث في وقت واحد وتصدر أشعة سينية بنفس الطول الموجي ، على الرغم من اختلاف شدتها. ترتبط شدة الإشعاع المتناثر بالعدد الذري للعنصر ، منذ ذلك الحين العدد الذري يساوي عدد الإلكترونات المدارية التي يمكن أن تشارك في الانتثار. (هذا الاعتماد على الكثافة على العدد الذري لعنصر الانتثار وعلى الاتجاه الذي تُقاس فيه الشدة يتميز بعامل الانتثار الذري ، والذي يلعب دورًا مهمًا للغاية في تحليل بنية البلورات). اختر في التركيب البلوري سلسلة خطية من الذرات تقع على نفس المسافة من بعضها البعض ، واعتبر نمط حيودها. لقد لوحظ بالفعل أن طيف الأشعة السينية يتكون من جزء متصل ("متصل") ومجموعة من الخطوط الأكثر كثافة المميزة للعنصر الذي يمثل مادة الأنود. لنفترض أننا قمنا بتصفية الطيف المستمر وحصلنا على حزمة أشعة سينية أحادية اللون تقريبًا موجهة إلى سلسلة الذرات الخطية. تتحقق حالة التضخيم (تضخيم التداخل) إذا كان الاختلاف بين مسارات الموجات المنتشرة بواسطة الذرات المجاورة مضاعفًا لطول الموجة. إذا وقعت الحزمة بزاوية a0 على خط من الذرات مفصولة بفواصل زمنية a (فترة) ، فسيتم كتابة فرق المسار المقابل للكسب بالنسبة لزاوية الانعراج على هيئة a (cos a - cosa0) = hl ، حيث l الطول الموجي و h عدد صحيح (الشكل 4 و 5).




لتوسيع هذا النهج ليشمل بلورة ثلاثية الأبعاد ، من الضروري فقط اختيار صفوف من الذرات في اتجاهين آخرين في البلورة وحل المعادلات الثلاث التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة بشكل مشترك لثلاثة محاور بلورية بفترات أ ، ب ، ج. المعادلتان الأخريان هي


هذه هي معادلات Laue الأساسية الثلاثة لحيود الأشعة السينية ، حيث تمثل الأرقام h و k و c مؤشرات ميلر لمستوى الانعراج.
أنظر أيضاالبلورات والبلورات. بالنظر إلى أي من معادلات Laue ، على سبيل المثال المعادلة الأولى ، يمكن للمرء أن يلاحظ أنه نظرًا لأن a ، a0 ، l هي ثوابت ، و h = 0 ، 1 ، 2 ، ... ، يمكن تمثيل حلها كمجموعة من الأقماع ذات محور مشترك أ (الشكل 5). وينطبق الشيء نفسه على الاتجاهين ب وج. في الحالة العامة للتشتت ثلاثي الأبعاد (الانعراج) ، يجب أن تحتوي معادلات لاو الثلاثة قرار مشترك، بمعنى آخر. يجب أن تتقاطع ثلاثة أقماع حيود تقع على كل محور ؛ يظهر خط التقاطع المشترك في الشكل. 6. يؤدي الحل المشترك للمعادلات إلى قانون Bragg-Wulf:



l = 2 (d / n) sinq ، حيث d هي المسافة بين المستويات ذات المؤشرات h و k و c (فترة) ، n = 1 ، 2 ، ... هي أعداد صحيحة (ترتيب الانعراج) ، و q هي الزاوية تتكون من شعاع ساقط (بالإضافة إلى الانعراج) مع مستوى البلورة الذي يحدث فيه الانعراج. بتحليل معادلة قانون Bragg-Wolfe لبلورة واحدة تقع في مسار حزمة أحادية اللون من الأشعة السينية ، يمكننا أن نستنتج أن الانعراج ليس من السهل مراقبته ، لأن تم إصلاح l و q ، و sinq طرق تحليل الانحراف
طريقة لاو.تستخدم طريقة Laue طيفًا "أبيض" مستمرًا من الأشعة السينية ، والذي يتم توجيهه إلى بلورة مفردة ثابتة. للحصول على قيمة محددة للفترة d ، يتم تحديد الطول الموجي المقابل لشرط Bragg-Wulf تلقائيًا من الطيف بأكمله. تتيح أنماط Laue التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة إمكانية الحكم على اتجاهات الحزم المنعرجة ، وبالتالي اتجاهات المستويات البلورية ، مما يجعل من الممكن أيضًا استخلاص استنتاجات مهمة حول التناظر ، وتوجيه البلورة ، ووجودها من العيوب فيه. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، يتم فقد المعلومات حول الفترة المكانية d. على التين. 7 يظهر مثالا من Lauegram. كان فيلم الأشعة السينية موجودًا على جانب البلورة المقابل لتلك التي وقعت عليها شعاع الأشعة السينية من المصدر.




طريقة Debye-Scherrer (للعينات الكريستالات).على عكس الطريقة السابقة ، يتم استخدام الإشعاع أحادي اللون (l = const) هنا ، وتتنوع الزاوية q. يتم تحقيق ذلك باستخدام عينة متعددة البلورات تتكون من العديد من البلورات الصغيرة ذات التوجه العشوائي ، من بينها تلك التي تفي بحالة Bragg-Wulf. تشكل الحزم المنعرجة مخاريط ، يتم توجيه محورها على طول حزمة الأشعة السينية. للتصوير ، عادةً ما يتم استخدام شريط ضيق من فيلم الأشعة السينية في شريط أسطواني ، ويتم نشر الأشعة السينية على طول القطر من خلال الثقوب الموجودة في الفيلم. يحتوي debyegram الذي تم الحصول عليه بهذه الطريقة (الشكل 8) على معلومات دقيقة حول الفترة d ، أي حول بنية البلورة ، لكنها لا تعطي المعلومات التي يحتوي عليها Lauegram. لذلك ، تكمل كلتا الطريقتين بعضهما البعض. دعونا نفكر في بعض تطبيقات طريقة Debye-Scherrer.

تحديد العناصر والمركبات الكيميائية. من الزاوية q المحددة من Debyegram ، يمكن للمرء حساب خاصية المسافة بين الكواكب d لعنصر أو مركب معين. في الوقت الحاضر ، تم تجميع العديد من جداول قيم d ، مما يجعل من الممكن تحديد ليس فقط عنصر أو مركب كيميائي واحد أو آخر ، ولكن أيضًا حالات الطور المختلفة لنفس المادة ، والتي لا تقدم دائمًا تحليلًا كيميائيًا. من الممكن أيضًا تحديد محتوى المكون الثاني في السبائك البديلة بدقة عالية من اعتماد الفترة d على التركيز.
تحليل الضغط.من الاختلاف المقاس في التباعد بين الكواكب لاتجاهات مختلفة في البلورات ، مع معرفة معامل المرونة للمادة ، من الممكن حساب الضغوط الصغيرة فيها بدقة عالية.
دراسات التوجه التفضيلي في البلورات.إذا لم يتم توجيه البلورات الصغيرة في عينة متعددة البلورات بشكل عشوائي تمامًا ، فإن الحلقات الموجودة على Debyegram سيكون لها شدة مختلفة. في وجود اتجاه مفضل واضح ، تتركز أقصى كثافة في نقاط فردية في الصورة ، والتي تصبح مشابهة لصورة بلورة واحدة. على سبيل المثال ، أثناء اللف البارد العميق ، تكتسب الصفيحة المعدنية نسيجًا - اتجاه واضح للبلورات. وفقًا لـ debaygram ، يمكن للمرء أن يحكم على طبيعة العمل البارد للمادة.
دراسة أحجام الحبوب.إذا كان حجم حبيبات البولي كريستال أكبر من 10-3 سم ، فإن الخطوط الموجودة على Debyegram ستتألف من نقاط منفصلة ، لأنه في هذه الحالة لا يكفي عدد البلورات لتغطية النطاق الكامل لقيم الزوايا ف. إذا كان حجم البلورة أقل من 10-5 سم ، فإن خطوط الحيود تصبح أوسع. عرضها يتناسب عكسيا مع حجم البلورات. يحدث التوسيع لنفس السبب الذي يؤدي إلى تقليل عدد الشقوق إلى تقليل دقة محزوز الحيود. تتيح أشعة X-ray تحديد أحجام الحبوب في حدود 10-7-10-6 سم.
طرق البلورات المفردة.من أجل أن يوفر الانعراج بواسطة البلورة معلومات ليس فقط عن الفترة المكانية ، ولكن أيضًا حول اتجاه كل مجموعة من مستويات الانعراج ، يتم استخدام طرق بلورة مفردة دوارة. يسقط شعاع الأشعة السينية أحادي اللون على البلورة. تدور البلورة حول المحور الرئيسي ، الذي ترضى عنه معادلات لاو. في هذه الحالة ، تتغير الزاوية q المضمنة في صيغة Bragg-Wulf. يقع الحد الأقصى للحيود عند تقاطع مخاريط حيود لاو مع السطح الأسطواني للفيلم (الشكل 9). والنتيجة هي نمط حيود من النوع الموضح في الشكل. 10. ومع ذلك ، من الممكن حدوث مضاعفات بسبب تداخل أوامر الانعراج المختلفة عند نقطة واحدة. يمكن تحسين الطريقة بشكل كبير إذا تم تحريك الفيلم بطريقة معينة في نفس الوقت مع دوران البلورة.






دراسات السوائل والغازات.من المعروف أن السوائل والغازات والأجسام غير المتبلورة ليس لها التركيب البلوري الصحيح. ولكن هنا أيضًا ، هناك رابطة كيميائية بين الذرات في الجزيئات ، وبسبب ذلك تظل المسافة بينها ثابتة تقريبًا ، على الرغم من أن الجزيئات نفسها تتجه عشوائيًا في الفضاء. تعطي هذه المواد أيضًا نمط حيود بعدد صغير نسبيًا من الحدود القصوى الملطخة. معالجة مثل هذه الصورة الأساليب الحديثةيجعل من الممكن الحصول على معلومات حول بنية حتى هذه المواد غير البلورية.
تحليل الأشعة السينية الطيفي
بعد سنوات قليلة من اكتشاف الأشعة السينية ، اكتشف Ch. Barkla (1877-1944) أنه عندما يعمل تدفق عالي الطاقة للأشعة السينية على مادة ما ، يتولد إشعاع ثانوي من الأشعة السينية الفلورية ، وهو ما يميز العنصر قيد الدراسة. بعد ذلك بوقت قصير ، قام G.Moseley ، في سلسلة من تجاربه ، بقياس الأطوال الموجية لأشعة X-ray المميزة التي تم الحصول عليها عن طريق القصف الإلكتروني لعناصر مختلفة ، واستنتج العلاقة بين الطول الموجي والعدد الذري. وضعت هذه التجارب ، واختراع Bragg لمطياف الأشعة السينية ، الأساس لتحليل الأشعة السينية الطيفية. تم التعرف على الفور على إمكانيات الأشعة السينية للتحليل الكيميائي. تم إنشاء مخططات الطيف بالتسجيل على لوحة فوتوغرافية ، حيث كانت العينة قيد الدراسة بمثابة القطب الموجب لأنبوب الأشعة السينية. لسوء الحظ ، تبين أن هذه التقنية شاقة للغاية ، وبالتالي تم استخدامها فقط عندما كانت الطرق المعتادة للتحليل الكيميائي غير قابلة للتطبيق. كان أحد الأمثلة البارزة للبحث المبتكر في مجال التحليل الطيفي للأشعة السينية هو اكتشاف عام 1923 بواسطة G. Hevesy و D.Coster لعنصر جديد ، الهافنيوم. ساهم تطوير أنابيب الأشعة السينية عالية الطاقة للتصوير الشعاعي وأجهزة الكشف الحساسة للقياسات الكيميائية الإشعاعية خلال الحرب العالمية الثانية إلى حد كبير في النمو السريع لطيف الأشعة السينية في السنوات التالية. أصبحت هذه الطريقة منتشرة على نطاق واسع بسبب السرعة والملاءمة والطبيعة غير المدمرة للتحليل وإمكانية التشغيل الآلي الكامل أو الجزئي. وهي قابلة للتطبيق في مسائل التحليل الكمي والنوعي لجميع العناصر ذات العدد الذري الأكبر من 11 (الصوديوم). وعلى الرغم من أن التحليل الطيفي الكيميائي للأشعة السينية يستخدم عادة لتحديد أهم المكونات في العينة (من 0.1 إلى 100٪) ، إلا أنه في بعض الحالات يكون مناسبًا لتركيزات تبلغ 0.005٪ وحتى أقل.
مطياف الأشعة السينية.يتكون مطياف الأشعة السينية الحديث من ثلاثة أنظمة رئيسية (الشكل 11): أنظمة الإثارة ، أي أنبوب الأشعة السينية مع أنود مصنوع من التنجستن أو أي مادة مقاومة للحرارة ومصدر طاقة ؛ أنظمة التحليل ، أي بلورة محلل مع اثنين من ميزاء متعدد الشقوق ، بالإضافة إلى مقياس طيفي للضبط الدقيق ؛ وأنظمة التسجيل باستخدام عداد جيجر أو عداد متناسب أو وميض ، بالإضافة إلى مقوم ومضخم وعدادات ومسجل مخطط أو أي جهاز تسجيل آخر.




تحليل الفلورسنت بالأشعة السينية.تقع العينة التي تم تحليلها في مسار الأشعة السينية المثيرة. عادة ما يتم عزل منطقة العينة المراد فحصها بقناع بفتحة بالقطر المطلوب ، ويمر الإشعاع عبر ميزاء يشكل حزمة موازية. خلف بلورة المحلل ، يصدر الميزاء الشق إشعاعًا مشتتًا للكاشف. عادةً ما تكون الزاوية القصوى q محدودة بـ 80-85 درجة ، بحيث يمكن فقط للأشعة السينية التي يرتبط طولها الموجي l بالمسافة بين الكواكب d من خلال عدم المساواة l أن تنحرف على بلورة المحلل. التحليل المجهري بالأشعة السينية.يمكن تكييف مقياس الطيف البلوري للمحلل المسطح الموصوف أعلاه من أجل التحليل الدقيق. يتم تحقيق ذلك عن طريق تقييد إما حزمة الأشعة السينية الأولية أو الحزمة الثانوية المنبعثة من العينة. ومع ذلك ، يؤدي انخفاض الحجم الفعال للعينة أو فتحة الإشعاع إلى انخفاض في شدة الإشعاع المنعرج المسجل. يمكن تحسين هذه الطريقة باستخدام مطياف بلوري منحني ، مما يجعل من الممكن تسجيل مخروط من الإشعاع المتباعد ، وليس فقط الإشعاع الموازي لمحور الميزاء. باستخدام هذا المطياف ، يمكن التعرف على الجسيمات الأصغر من 25 ميكرومتر. يتم تحقيق انخفاض أكبر في حجم العينة التي تم تحليلها في المحلل المجهري لمسبار الأشعة السينية الإلكتروني الذي اخترعه R. Kasten. هنا ، تثير شعاع إلكتروني شديد التركيز انبعاث الأشعة السينية المميزة للعينة ، والتي يتم تحليلها بعد ذلك بواسطة مطياف بلوري منحني. باستخدام مثل هذا الجهاز ، من الممكن الكشف عن كميات من مادة في حدود 10-14 جم في عينة يبلغ قطرها 1 ميكرومتر. تم أيضًا تطوير تركيبات مع مسح ضوئي للعينة بشعاع إلكتروني ، والذي يمكن من خلاله الحصول على نمط ثنائي الأبعاد للتوزيع على عينة العنصر الذي يتم ضبط إشعاعه المميز على مقياس الطيف.
التشخيص الطبي بالأشعة السينية
أدى تطوير تقنية الأشعة السينية إلى تقليل وقت التعرض بشكل كبير وتحسين جودة الصور ، مما يسمح بفحص الأنسجة الرخوة.
التصوير الفلوري.تتكون طريقة التشخيص هذه من تصوير صورة ظل من شاشة نصف شفافة. يوضع المريض بين مصدر للأشعة السينية وشاشة مسطحة من الفوسفور (عادة يوديد السيزيوم) ، والتي تضيء عند تعرضها للأشعة السينية. تخلق الأنسجة البيولوجية بدرجات متفاوتة من الكثافة ظلالًا من الأشعة السينية بدرجات متفاوتة من الشدة. يقوم أخصائي الأشعة بفحص صورة الظل على شاشة الفلورسنت ويقوم بالتشخيص. في الماضي ، اعتمد اختصاصي الأشعة على الرؤية لتحليل الصورة. يوجد الآن العديد من الأنظمة التي تعمل على تضخيم الصورة أو عرضها على شاشة التلفزيون أو تسجيل البيانات في ذاكرة الكمبيوتر.
التصوير الشعاعي.تسجيل صورة الأشعة السينية مباشرة على فيلم فوتوغرافي يسمى التصوير الشعاعي. في هذه الحالة ، يقع العضو قيد الدراسة بين مصدر الأشعة السينية والفيلم ، الذي يلتقط معلومات حول حالة العضو في وقت معين. يجعل التصوير الشعاعي المتكرر من الممكن الحكم على تطوره الإضافي. يسمح لك التصوير الشعاعي بفحص دقيق للغاية لسلامة أنسجة العظام ، والتي تتكون أساسًا من الكالسيوم وهي غير شفافة للأشعة السينية ، وكذلك تمزق الأنسجة العضلية. بمساعدتها ، أفضل من سماعة الطبيب أو الاستماع ، يتم تحليل حالة الرئتين في حالة الالتهاب أو السل أو وجود السوائل. بمساعدة التصوير الشعاعي ، يتم تحديد حجم وشكل القلب ، وكذلك ديناميكيات التغيرات التي تحدث في المرضى الذين يعانون من أمراض القلب.
عوامل التباين.تصبح أجزاء الجسم وتجاويف الأعضاء الفردية الشفافة للأشعة السينية مرئية إذا كانت مملوءة بعامل تباين غير ضار بالجسم ، ولكنها تسمح للشخص برؤية شكل الأعضاء الداخلية والتحقق من عملها. إما أن يأخذ المريض عوامل التباين عن طريق الفم (على سبيل المثال ، أملاح الباريوم في الدراسة الجهاز الهضمي) ، أو يتم إعطاؤها عن طريق الوريد (على سبيل المثال ، المحاليل المحتوية على اليود في دراسة الكلى و المسالك البولية). الخامس السنوات الاخيرةومع ذلك ، يتم استبدال هذه الأساليب بطرق التشخيص القائمة على استخدام الذرات المشعة والموجات فوق الصوتية.
الاشعة المقطعية.في السبعينيات ، تطورت أسلوب جديدالتشخيص بالأشعة السينية ، بناءً على مسح كامل للجسم أو أجزائه. تتم معالجة صور الطبقات الرقيقة ("الشرائح") بواسطة الكمبيوتر ، ويتم عرض الصورة النهائية على شاشة العرض. هذه الطريقة تسمى الكمبيوتر التصوير المقطعي بالأشعة السينية. يستخدم على نطاق واسع في الطب الحديث لتشخيص التسلل والأورام واضطرابات الدماغ الأخرى ، وكذلك لتشخيص أمراض الأنسجة الرخوة داخل الجسم. لا تتطلب هذه التقنية إدخال عوامل تباين أجنبية وبالتالي فهي أسرع وأكثر فعالية من التقنيات التقليدية.
التأثير البيولوجي للإشعاع بالأشعة السينية
تم اكتشاف التأثير البيولوجي الضار للأشعة السينية بعد وقت قصير من اكتشافها بواسطة رونتجن. اتضح أن الإشعاع الجديد يمكن أن يسبب شيئًا مثل قوة ضربة شمس(حمامي) مصحوبة ، مع ذلك ، بضرر أعمق وأكثر ثباتًا للجلد. غالبا ما تتحول القرحة إلى سرطان. في كثير من الحالات ، كان لابد من بتر الأصابع أو اليدين. كان هناك أيضا وفيات. لقد وجد أنه يمكن تجنب تلف الجلد عن طريق تقليل وقت التعرض والجرعة ، باستخدام التدريع (مثل الرصاص) وأجهزة التحكم عن بعد. لكن ظهرت عواقب أخرى على المدى الطويل بشكل تدريجي. التعرض للأشعة السينية، والتي تم تأكيدها ودراستها بعد ذلك في حيوانات التجارب. تشمل التأثيرات الناتجة عن عمل الأشعة السينية ، بالإضافة إلى الإشعاعات المؤينة الأخرى (مثل إشعاع غاما المنبعث من المواد المشعة) ما يلي: 1) تغييرات مؤقتة في تكوين الدم بعد التعرض الزائد البسيط نسبيًا ؛ 2) تغييرات لا رجعة فيها في تكوين الدم (فقر الدم الانحلالي) بعد التعرض المفرط لفترات طويلة ؛ 3) زيادة الإصابة بالسرطان (بما في ذلك اللوكيميا). 4) شيخوخة أسرع و موت مبكر؛ 5) حدوث إعتام عدسة العين. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت التجارب البيولوجية على الفئران والأرانب والذباب (ذبابة الفاكهة) أنه حتى الجرعات الصغيرة من التشعيع المنتظم لأعداد كبيرة من السكان ، بسبب زيادة معدل الطفرات ، تؤدي إلى تأثيرات وراثية ضارة. يدرك معظم علماء الوراثة قابلية تطبيق هذه البيانات على جسم الإنسان. أما عن التأثير البيولوجي للأشعة السينية جسم الانسان، ثم يتم تحديده حسب مستوى جرعة الإشعاع ، وكذلك عن طريق أي عضو معين من الجسم تعرض للإشعاع. على سبيل المثال ، تحدث أمراض الدم بسبب الإشعاع الأعضاء المكونة للدم، نخاع العظام بشكل أساسي ، والعواقب الوراثية - تشعيع الأعضاء التناسلية ، والذي يمكن أن يؤدي أيضًا إلى العقم. أدى تراكم المعرفة حول تأثيرات الأشعة السينية على جسم الإنسان إلى تطوير معايير وطنية ودولية لجرعات الإشعاع المسموح بها ، والمنشورة في منشورات مرجعية مختلفة. بالإضافة إلى الأشعة السينية ، التي يستخدمها البشر عن قصد ، هناك أيضًا ما يسمى بالإشعاع الجانبي المبعثر الذي يحدث لأسباب مختلفة ، على سبيل المثال ، بسبب التشتت الناتج عن خلل في الشاشة الواقية من الرصاص ، والتي لا تفعل ذلك. تمتص هذا الإشعاع بالكامل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن العديد من الأجهزة الكهربائية غير المصممة لإنتاج الأشعة السينية تولد أشعة سينية كمنتج ثانوي. وتشمل هذه الأجهزة المجاهر الإلكترونية ، ومصابيح المعدل العالي الجهد (كينوترونات) ، بالإضافة إلى مناظير الحركة من أجهزة التلفاز الملونة التي عفا عليها الزمن. أصبح إنتاج مناظير الحركة الملونة الحديثة في العديد من البلدان الآن تحت سيطرة الحكومة.
العوامل الخطرة للإشعاع بالأشعة السينية
تعتمد أنواع ودرجة خطر التعرض للأشعة السينية على الأشخاص الذين يتعرضون للإشعاع.
المحترفون الذين يعملون مع أجهزة الأشعة السينية.تشمل هذه الفئة اختصاصيي الأشعة وأطباء الأسنان والعاملين العلميين والتقنيين والموظفين الذين يقومون بصيانة واستخدام معدات الأشعة السينية. يتم اتخاذ تدابير فعالة لتقليل مستويات الإشعاع التي يتعين عليهم التعامل معها.
المرضى.لا توجد معايير صارمة هنا ، ويتم تحديد المستوى الآمن للإشعاع الذي يتلقاه المرضى أثناء العلاج من قبل الأطباء المعالجين. ينصح الأطباء بعدم تعريض المرضى للأشعة السينية دون داع. يجب توخي الحذر بشكل خاص عند فحص النساء الحوامل والأطفال. في هذه الحالة ، يتم اتخاذ تدابير خاصة.
طرق المكافحة.هناك ثلاثة جوانب لهذا:
1) توافر المعدات المناسبة ، 2) مراقبة الامتثال لأنظمة السلامة ، 3) الاستخدام الصحيحمعدات. في فحص الأشعة السينية ، يجب أن تتعرض المنطقة المرغوبة فقط للإشعاع ، سواء كانت فحوصات الأسنان أو فحوصات الرئة. لاحظ أنه فور إيقاف تشغيل جهاز الأشعة السينية ، يختفي الإشعاع الأولي والثانوي ؛ لا يوجد أيضًا إشعاع متبقي ، وهو أمر غير معروف دائمًا حتى لأولئك الذين يرتبطون به بشكل مباشر في عملهم.
أنظر أيضا