เอ็กซ์เรย์คือ รังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะ: คำอธิบาย, การกระทำ, คุณสมบัติ

รังสีเอกซ์ (มีความหมายเหมือนกันกับรังสีเอกซ์) มีความยาวคลื่นที่หลากหลาย (ตั้งแต่ 8·10 -6 ถึง 10 -12 ซม.) รังสีเอกซ์เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคที่มีประจุซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นอิเล็กตรอนชะลอตัวลงในสนามไฟฟ้าของอะตอมของสาร ควอนตั้มที่ได้จะมีพลังงานต่างกันและสร้างสเปกตรัมที่ต่อเนื่องกัน พลังงานโฟตอนสูงสุดในสเปกตรัมนั้นเท่ากับพลังงานของอิเล็กตรอนตกกระทบ ใน (ดู) พลังงานสูงสุดของรังสีเอกซ์ที่แสดงเป็นกิโลอิเล็กตรอน-โวลต์ มีค่าเท่ากับตัวเลขของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับหลอด แสดงเป็นกิโลโวลต์ เมื่อผ่านสาร รังสีเอกซ์จะทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนของอะตอม สำหรับควอนตาเอ็กซ์เรย์ที่มีพลังงานสูงถึง 100 keV ปฏิกิริยาประเภทที่มีลักษณะเฉพาะมากที่สุดคือเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ดังกล่าว พลังงานควอนตัมถูกใช้ไปจนหมดในการดึงอิเล็กตรอนออกจากเปลือกอะตอมและให้พลังงานจลน์แก่อิเล็กตรอน ด้วยการเพิ่มพลังงานของควอนตัม X-ray ความน่าจะเป็นของผลกระทบของโฟโตอิเล็กทริกลดลงและกระบวนการของการกระเจิงของควอนตัมบนอิเล็กตรอนอิสระซึ่งเรียกว่าเอฟเฟกต์คอมป์ตันจะกลายเป็นเด่น อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวทำให้เกิดอิเล็กตรอนทุติยภูมิและนอกจากนี้ควอนตัมก็บินออกไปด้วยพลังงานที่ต่ำกว่าพลังงานของควอนตัมปฐมภูมิ ถ้าพลังงานของรังสีเอกซ์ควอนตัมเกินหนึ่งเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ จะเกิดปรากฏการณ์การจับคู่ที่เรียกว่าอาจเกิดขึ้น ซึ่งอิเล็กตรอนและโพซิตรอนจะก่อตัวขึ้น (ดู) ดังนั้นเมื่อผ่านสาร พลังงานของรังสีเอกซ์จะลดลง กล่าวคือ ความเข้มของรังสีจะลดลง เนื่องจากในกรณีนี้ควอนต้าพลังงานต่ำมีแนวโน้มที่จะถูกดูดซับมากกว่า รังสีเอกซ์จึงเสริมด้วยควอนตาที่มีพลังงานสูงกว่า คุณสมบัติของรังสีเอกซ์นี้ใช้เพื่อเพิ่มพลังงานเฉลี่ยของควอนตา นั่นคือ เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่ง การเพิ่มความแข็งของรังสีเอกซ์ทำได้โดยใช้ฟิลเตอร์พิเศษ (ดู) รังสีเอกซ์ใช้สำหรับการวินิจฉัยด้วยรังสีเอกซ์ (ดู) และ (ดู) ดูเพิ่มเติมที่การแผ่รังสีไอออไนซ์

รังสีเอกซ์ (คำพ้องความหมาย: x-rays, x-rays) - รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าควอนตัมที่มีความยาวคลื่น 250 ถึง 0.025 A (หรือพลังงานควอนตัมตั้งแต่ 5 10 -2 ถึง 5 10 2 keV) ในปี 1895 มันถูกค้นพบโดย V.K. Roentgen บริเวณสเปกตรัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ติดกับรังสีเอกซ์ซึ่งมีพลังงานควอนตัมเกิน 500 keV เรียกว่ารังสีแกมมา (ดู) รังสีซึ่งมีควอนตัมพลังงานต่ำกว่า 0.05 keV คือรังสีอัลตราไวโอเลต (ดู)

ดังนั้นการเป็นตัวแทนของสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขนาดค่อนข้างน้อยซึ่งรวมถึงคลื่นวิทยุและแสงที่มองเห็นได้รังสีเอกซ์เช่นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าใด ๆ แพร่กระจายด้วยความเร็วแสง (ประมาณ 300,000 km / s ในสุญญากาศ ) และมีลักษณะเฉพาะด้วยความยาวคลื่น λ ( ระยะทางที่แผ่รังสีในช่วงหนึ่งของการสั่น). รังสีเอกซ์ยังมีสมบัติคลื่นอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง (การหักเห การรบกวน การเลี้ยวเบน) แต่การสังเกตสังเกตได้ยากกว่าการแผ่รังสีความยาวคลื่นที่ยาวกว่า: แสงที่มองเห็นได้ คลื่นวิทยุ

X-ray spectra: a1 - สเปกตรัม bremsstrahlung ต่อเนื่องที่ 310 kV; a - สเปกตรัม bremsstrahlung ต่อเนื่องที่ 250 kV, a1 - กรองสเปกตรัมโดย 1 mm Cu, a2 - สเปกตรัมกรองโดย 2 mm Cu, b - K-series ของสายทังสเตน

ในการสร้างรังสีเอกซ์จะใช้หลอดเอ็กซ์เรย์ (ดู) ซึ่งการแผ่รังสีเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนเร็วมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมของสารแอโนด เอ็กซ์เรย์มีสองประเภท: bremsstrahlung และลักษณะเฉพาะ การแผ่รังสีเอกซ์ Bremsstrahlung ซึ่งมีสเปกตรัมต่อเนื่องนั้นคล้ายกับแสงสีขาวธรรมดา การกระจายของความเข้มขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น (รูป) แสดงด้วยเส้นโค้งที่มีค่าสูงสุด ในทิศทางของคลื่นยาว เส้นโค้งค่อยๆ ตกลงมา และในทิศทางของคลื่นสั้น มันจะสูงชันและแตกออกที่ความยาวคลื่นหนึ่ง (λ0) เรียกว่าขอบเขตความยาวคลื่นสั้นของสเปกตรัมต่อเนื่อง ค่าของ λ0 แปรผกผันกับแรงดันไฟบนท่อ Bremsstrahlung เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนเร็วกับนิวเคลียสของอะตอม ความเข้มของเบรมสตราลุงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแรงของกระแสแอโนด กำลังสองของแรงดันหลอด และเลขอะตอม (Z) ของวัสดุแอโนด

หากพลังงานของอิเล็กตรอนเร่งในหลอดเอ็กซ์เรย์เกินค่าวิกฤตของสารแอโนด (พลังงานนี้ถูกกำหนดโดยแรงดันไฟของหลอด Vcr ซึ่งมีความสำคัญสำหรับสารนี้) การแผ่รังสีลักษณะเฉพาะจะเกิดขึ้น สเปกตรัมที่มีลักษณะเฉพาะคือ เส้น เส้นสเปกตรัมของมันเป็นอนุกรม แทนด้วยตัวอักษร K, L, M, N

ซีรีส์ K คือความยาวคลื่นที่สั้นที่สุด ซีรีส์ L มีความยาวคลื่นที่ยาวกว่า ซีรีส์ M และ N สังเกตพบในองค์ประกอบหนักเท่านั้น (Vcr ของทังสเตนสำหรับซีรีส์ K คือ 69.3 kv สำหรับซีรีส์ L - 12.1 kv) ลักษณะการแผ่รังสีเกิดขึ้นดังนี้ อิเล็กตรอนเร็วเคาะอิเล็กตรอนอะตอมออกจากเปลือกชั้นใน อะตอมตื่นเต้นแล้วกลับสู่สภาพพื้นดิน ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจากเปลือกนอกที่มีขอบเขตน้อยกว่าจะเติมช่องว่างที่ว่างในเปลือกชั้นใน และโฟตอนของการแผ่รังสีลักษณะเฉพาะด้วยพลังงานเท่ากับความแตกต่างระหว่างพลังงานของอะตอมในสถานะตื่นเต้นและสถานะพื้นดิน ความแตกต่างนี้ (และด้วยเหตุนี้พลังงานของโฟตอน) จึงมีค่าเฉพาะ คุณลักษณะของแต่ละองค์ประกอบ ปรากฏการณ์นี้รองรับการวิเคราะห์สเปกตรัมด้วยรังสีเอกซ์ขององค์ประกอบ รูปแสดงเส้นสเปกตรัมของทังสเตนตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องของเบรมสตราลุง

พลังงานของอิเล็กตรอนที่เร่งความเร็วในหลอดเอ็กซ์เรย์จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนเกือบทั้งหมด (ในกรณีนี้ขั้วบวกจะถูกทำให้ร้อนอย่างแรง) เฉพาะส่วนที่ไม่สำคัญ (ประมาณ 1% ที่แรงดันไฟฟ้าใกล้ 100 kV) เท่านั้นที่จะถูกแปลงเป็นพลังงานเบรมสตราลุง .

การใช้รังสีเอกซ์ในการแพทย์เป็นไปตามกฎการดูดซึมของรังสีเอกซ์โดยสสาร การดูดกลืนรังสีเอกซ์ไม่ขึ้นกับคุณสมบัติทางแสงของวัสดุดูดซับอย่างสมบูรณ์ กระจกตะกั่วไม่มีสีและโปร่งใสซึ่งใช้ปกป้องบุคลากรในห้องเอ็กซเรย์ดูดกลืนรังสีเอกซ์เกือบทั้งหมด ในทางตรงกันข้าม แผ่นกระดาษที่ไม่โปร่งใสต่อแสงจะไม่ทำให้รังสีเอกซ์อ่อนลง

ความเข้มของลำแสงเอกซเรย์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน (เช่น ความยาวคลื่นที่แน่นอน) เมื่อผ่านชั้นดูดซับ จะลดลงตามกฎเลขชี้กำลัง (e-x) โดยที่ e เป็นฐานของลอการิทึมธรรมชาติ (2.718) และเลขชี้กำลัง x เท่ากับผลคูณของค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนมวล (μ / p) cm 2 /g ต่อความหนาของตัวดูดซับในหน่วย g / cm 2 (ในที่นี้ p คือความหนาแน่นของสารในหน่วย g / cm 3) รังสีเอกซ์ถูกทำให้อ่อนลงโดยทั้งการกระเจิงและการดูดกลืน ดังนั้น ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนมวลคือผลรวมของการดูดกลืนมวลและสัมประสิทธิ์การกระเจิง ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนมวลจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วโดยการเพิ่มเลขอะตอม (Z) ของตัวดูดซับ (สัดส่วนกับ Z3 หรือ Z5) และด้วยความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น (สัดส่วนถึง λ3) การพึ่งพาความยาวคลื่นนี้สังเกตได้ภายในแถบดูดกลืนที่ขอบเขตที่สัมประสิทธิ์แสดงการกระโดด

ค่าสัมประสิทธิ์การกระเจิงมวลจะเพิ่มขึ้นตามเลขอะตอมของสารที่เพิ่มขึ้น สำหรับ λ≥0,3Å สัมประสิทธิ์การกระเจิงไม่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น สำหรับ λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

การลดลงของค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนและการกระเจิงที่ความยาวคลื่นลดลงทำให้พลังการทะลุทะลวงของรังสีเอกซ์เพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมมวลของกระดูก [การดูดซึมส่วนใหญ่เกิดจาก Ca 3 (PO 4) 2 ] มากกว่าเนื้อเยื่ออ่อนเกือบ 70 เท่า ซึ่งการดูดซึมส่วนใหญ่เกิดจากน้ำ สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมเงาของกระดูกจึงโดดเด่นอย่างมากในการถ่ายภาพรังสีเทียบกับพื้นหลังของเนื้อเยื่ออ่อน

การแพร่กระจายของรังสีเอกซ์ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันผ่านตัวกลางใด ๆ พร้อมกับความเข้มที่ลดลงจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบสเปกตรัมการเปลี่ยนแปลงคุณภาพของรังสี: ส่วนคลื่นยาวของสเปกตรัมถูกดูดซับไป ขอบเขตที่มากกว่าส่วนคลื่นสั้น การแผ่รังสีจะมีความสม่ำเสมอมากขึ้น การกรองส่วนที่มีความยาวคลื่นยาวของสเปกตรัมออกทำให้สามารถปรับปรุงอัตราส่วนระหว่างปริมาณรังสีที่ลึกและพื้นผิวในระหว่างการบำบัดด้วยเอ็กซ์เรย์ของจุดโฟกัสที่อยู่ลึกลงไปในร่างกายมนุษย์ (ดูตัวกรองรังสีเอกซ์) เพื่อกำหนดลักษณะคุณภาพของลำแสงเอ็กซ์เรย์ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน แนวคิดของ "half attenuation layer (L)" ถูกนำมาใช้ ซึ่งเป็นชั้นของสารที่ทำให้การแผ่รังสีลดลงครึ่งหนึ่ง ความหนาของชั้นนี้ขึ้นอยู่กับแรงดันของท่อ ความหนา และวัสดุของตัวกรอง กระดาษแก้ว (สูงถึง 12 keV) อะลูมิเนียม (20–100 keV) ทองแดง (60–300 keV) ตะกั่วและทองแดง (>300 keV) ใช้สำหรับวัดชั้นการลดทอนครึ่งหนึ่ง สำหรับรังสีเอกซ์ที่สร้างขึ้นที่แรงดันไฟฟ้า 80-120 kV ทองแดง 1 มม. เทียบเท่ากับความสามารถในการกรองอะลูมิเนียม 26 มม. ตะกั่ว 1 มม. เทียบเท่าอะลูมิเนียม 50.9 มม.

การดูดกลืนและการกระเจิงของรังสีเอกซ์เกิดจากคุณสมบัติทางร่างกาย รังสีเอกซ์มีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมเป็นกระแสของเม็ดโลหิต (อนุภาค) - โฟตอนซึ่งแต่ละอันมีพลังงานบางอย่าง (สัดส่วนผกผันกับความยาวคลื่นรังสีเอกซ์) ช่วงพลังงานของโฟตอนเอ็กซ์เรย์คือ 0.05-500 keV

การดูดกลืนรังสีเอกซ์เป็นผลมาจากโฟโตอิเล็กทริก: การดูดกลืนโฟตอนโดยเปลือกอิเล็กตรอนจะมาพร้อมกับการปล่อยอิเล็กตรอน อะตอมตื่นเต้นและกลับสู่สถานะพื้นดินปล่อยรังสีลักษณะเฉพาะ โฟโตอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจะนำพลังงานทั้งหมดของโฟตอนออกไป (ลบด้วยพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนในอะตอม)

การกระเจิงของรังสีเอกซ์เกิดจากอิเล็กตรอนของตัวกลางที่กระเจิง มีการกระเจิงแบบคลาสสิก (ความยาวคลื่นของรังสีไม่เปลี่ยนแปลง แต่ทิศทางของการแพร่กระจายเปลี่ยนแปลง) และการกระเจิงเมื่อเปลี่ยนความยาวคลื่น - เอฟเฟกต์คอมป์ตัน (ความยาวคลื่นของรังสีที่กระเจิงมากกว่าเหตุการณ์หนึ่ง) ในกรณีหลัง โฟตอนมีพฤติกรรมเหมือนลูกบอลที่กำลังเคลื่อนที่ และโฟตอนกระจัดกระจายเกิดขึ้นตามการแสดงออกที่เป็นรูปเป็นร่างของ Comnton เช่นเดียวกับเกมบิลเลียดที่มีโฟตอนและอิเล็กตรอน: เมื่อชนกับอิเล็กตรอน โฟตอนจะถ่ายเทพลังงานส่วนหนึ่ง และกระจายออกไปโดยมีพลังงานน้อยกว่า (ตามลำดับความยาวคลื่นของรังสีที่กระจัดกระจายจะเพิ่มขึ้น) อิเล็กตรอนจะบินออกจากอะตอมด้วยพลังงานหดตัว (อิเล็กตรอนเหล่านี้เรียกว่าอิเล็กตรอนคอมป์ตันหรืออิเล็กตรอนหดตัว) การดูดกลืนพลังงานเอ็กซ์เรย์เกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของอิเล็กตรอนทุติยภูมิ (คอมป์ตันและโฟโตอิเล็กตรอน) และการถ่ายโอนพลังงานไปยังพวกมัน พลังงานของรังสีเอกซ์ที่ถ่ายโอนไปยังมวลหน่วยของสารเป็นตัวกำหนดปริมาณรังสีเอกซ์ที่ดูดซึม หน่วยของขนาดยานี้ 1 rad สอดคล้องกับ 100 เอิร์ก/กรัม เนื่องจากพลังงานที่ดูดซับในสารของตัวดูดซับ กระบวนการรองจำนวนหนึ่งจึงเกิดขึ้นซึ่งมีความสำคัญสำหรับการวัดปริมาณรังสีเอ็กซ์เรย์ เนื่องจากเป็นกระบวนการที่ใช้วิธีการวัดด้วยรังสีเอ็กซ์ (ดู Dosimetry)

ก๊าซทั้งหมดและของเหลวจำนวนมาก เซมิคอนดักเตอร์ และไดอิเล็กทริก ภายใต้การกระทำของรังสีเอกซ์ จะเพิ่มการนำไฟฟ้า วัสดุฉนวนที่ดีที่สุด พบการนำไฟฟ้า ได้แก่ พาราฟิน ไมกา ยาง อำพัน การเปลี่ยนแปลงของการนำไฟฟ้าเกิดจากการแตกตัวเป็นไอออนของตัวกลาง กล่าวคือ การแยกโมเลกุลที่เป็นกลางออกเป็นไอออนบวกและประจุลบ (อิออไนเซชันถูกผลิตโดยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ) ไอออนไนซ์ในอากาศใช้เพื่อกำหนดปริมาณรังสีเอ็กซ์เรย์ที่สัมผัสได้ (ปริมาณในอากาศ) ซึ่งวัดเป็นเรินต์เกน (ดู ปริมาณการแผ่รังสีไอออไนซ์) ที่ขนาด 1 r ปริมาณที่ดูดซึมในอากาศคือ 0.88 rad

ภายใต้การกระทำของรังสีเอกซ์ซึ่งเป็นผลมาจากการกระตุ้นโมเลกุลของสาร (และในระหว่างการรวมตัวกันของไอออน) ในหลายกรณีสารเรืองแสงที่มองเห็นได้จะตื่นเต้น ที่ความเข้มสูงของรังสีเอกซ์ จะสังเกตเห็นการเรืองแสงของอากาศ กระดาษ พาราฟิน ฯลฯ ที่มองเห็นได้ (ยกเว้นโลหะ) ผลผลิตสูงสุดของแสงที่มองเห็นได้จากสารเรืองแสงที่เป็นผลึก เช่น Zn·CdS·Ag-ฟอสฟอรัส และอื่นๆ ที่ใช้สำหรับสกรีนในหลอดฟลูออโรสโคปี

ภายใต้การกระทำของรังสีเอกซ์ กระบวนการทางเคมีต่างๆ สามารถเกิดขึ้นได้ในสารเช่น การสลายตัวของซิลเวอร์เฮไลด์ (เอฟเฟกต์ภาพถ่ายที่ใช้ในรังสีเอกซ์) การสลายตัวของน้ำและสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในน้ำ การเปลี่ยนแปลงใน คุณสมบัติของเซลลูลอยด์ (ขุ่นและปล่อยการบูร), พาราฟิน (ขุ่นและฟอกขาว).

ผลจากการแปลงโดยสมบูรณ์ พลังงานเอ็กซ์เรย์ทั้งหมดที่ถูกดูดซับโดยสารเฉื่อยทางเคมีจะถูกแปลงเป็นความร้อน การวัดความร้อนปริมาณเล็กน้อยต้องใช้วิธีการที่ละเอียดอ่อนสูง แต่เป็นวิธีหลักในการตรวจวัดรังสีเอกซ์แบบสัมบูรณ์

ผลกระทบทางชีวภาพทุติยภูมิจากการได้รับรังสีเอกซ์เป็นพื้นฐานของการรักษาด้วยรังสีทางการแพทย์ (ดู) รังสีเอกซ์ซึ่งมีควอนตาคือ 6-16 keV (ความยาวคลื่นที่มีประสิทธิภาพตั้งแต่ 2 ถึง 5 Å) ถูกดูดซึมโดยผิวหนังของเนื้อเยื่อของร่างกายมนุษย์เกือบทั้งหมด พวกมันถูกเรียกว่ารังสีขอบหรือบางครั้งรังสีบุคคา (ดูกระเบนบัคคา) สำหรับการบำบัดด้วยเอ็กซ์เรย์แบบลึก จะใช้รังสีกรองแบบแข็งที่มีควอนตัมพลังงานที่มีประสิทธิภาพตั้งแต่ 100 ถึง 300 keV

ผลกระทบทางชีวภาพของรังสีเอกซ์ควรนำมาพิจารณาไม่เพียง แต่ในการบำบัดด้วยรังสีเอกซ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการวินิจฉัยด้วยรังสีเอกซ์ตลอดจนในกรณีอื่น ๆ ของการสัมผัสกับรังสีเอกซ์ที่ต้องใช้การป้องกันรังสี ( ดู).

ลักษณะของรังสีเอกซ์

Bremsstrahlung X-ray คุณสมบัติของสเปกตรัม

ลักษณะรังสีเอกซ์ (สำหรับการตรวจทาน)

ปฏิกิริยาของรังสีเอกซ์กับสสาร

พื้นฐานทางกายภาพสำหรับการใช้รังสีเอกซ์ในทางการแพทย์

รังสีเอกซ์ (รังสีเอกซ์) ถูกค้นพบโดย K. Roentgen ซึ่งในปี 1895 ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์คนแรก

1. ลักษณะของรังสีเอกซ์

รังสีเอกซ์ - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาว 80 ถึง 10 -5 นาโนเมตร รังสีเอกซ์คลื่นยาวปกคลุมด้วยรังสี UV คลื่นสั้น คลื่นสั้น - โดยรังสี  คลื่นยาว

รังสีเอกซ์ถูกผลิตขึ้นในหลอดเอ็กซ์เรย์ รูปที่ 1

K - แคโทด

1 - ลำแสงอิเล็กตรอน

2 - รังสีเอกซ์

ข้าว. 1. อุปกรณ์หลอดเอ็กซ์เรย์

หลอดนี้เป็นกระติกน้ำแก้ว (อาจมีสุญญากาศสูง: ความดันในขวดนั้นอยู่ที่ประมาณ 10-6 มม. ปรอท) โดยมีอิเล็กโทรดสองขั้ว: แอโนด A และแคโทด K ซึ่งใช้ไฟฟ้าแรงสูง U (หลายพันโวลต์) แคโทดเป็นแหล่งของอิเล็กตรอน (เนื่องจากปรากฏการณ์การปล่อยความร้อน) ขั้วบวกเป็นแท่งโลหะที่มีพื้นผิวลาดเอียงเพื่อกำหนดทิศทางการแผ่รังสีเอกซ์ที่เกิดขึ้นในมุมหนึ่งไปยังแกนของท่อ มันทำจากวัสดุที่นำความร้อนได้สูงเพื่อขจัดความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทิ้งระเบิดด้วยอิเล็กตรอน ที่ปลายมุมเอียงจะมีแผ่นโลหะทนไฟ (เช่น ทังสเตน)

ความร้อนสูงของแอโนดเกิดจากการที่อิเล็กตรอนจำนวนหลักในลำแคโทดเมื่อชนกับแอโนดประสบกับการชนกันหลายครั้งกับอะตอมของสารและถ่ายโอนพลังงานจำนวนมากไปยังพวกมัน

ภายใต้การกระทำของไฟฟ้าแรงสูง อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากไส้หลอดแคโทดร้อนจะถูกเร่งให้มีพลังงานสูง พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนเท่ากับ mv 2 /2 เท่ากับพลังงานที่ได้รับจากการเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าสถิตของหลอด:

mv 2 /2 = อียู(1)

โดยที่ m, e คือมวลอิเล็กตรอนและประจุ U คือแรงดันเร่ง

กระบวนการที่นำไปสู่การปรากฏตัวของรังสีเอกซ์ bremsstrahlung เกิดจากการชะลอตัวของอิเล็กตรอนในวัสดุแอโนดอย่างรุนแรงโดยสนามไฟฟ้าสถิตของนิวเคลียสของอะตอมและอิเล็กตรอนของอะตอม

กลไกการกำเนิดสามารถแสดงได้ดังนี้ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นกระแสชนิดหนึ่งที่สร้างสนามแม่เหล็กของตัวเอง การชะลอตัวของอิเล็กตรอนเป็นการลดลงในความแรงของกระแสและดังนั้นการเปลี่ยนแปลงในการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กซึ่งจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ กล่าวคือ การปรากฏตัวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ดังนั้น เมื่ออนุภาคที่มีประจุบินเข้าสู่สสาร มันจะช้าลง สูญเสียพลังงานและความเร็ว และปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา

1. สมบัติทางสเปกตรัมของรังสีเอกซ์ bremsstrahlung

ดังนั้น ในกรณีของการชะลอตัวของอิเล็กตรอนในวัสดุแอโนด รังสีเบรมสตราลุง

สเปกตรัมเบรมสตราลุงมีความต่อเนื่อง. เหตุผลสำหรับเรื่องนี้มีดังนี้

เมื่ออิเล็กตรอนชะลอตัวลง อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะมีพลังงานส่วนหนึ่งที่ใช้ให้ความร้อนแก่ขั้วบวก (E 1 \u003d Q) อีกส่วนหนึ่งเพื่อสร้างโฟตอนเอ็กซ์เรย์ (E 2 \u003d hv) มิฉะนั้น eU \u003d hv + Q. อัตราส่วนระหว่างส่วนเหล่านี้เป็นแบบสุ่ม

ดังนั้นสเปกตรัมต่อเนื่องของรังสีเอกซ์ bremsstrahlung จึงเกิดขึ้นเนื่องจากการชะลอตัวของอิเล็กตรอนจำนวนมากซึ่งแต่ละตัวจะปล่อยรังสีเอกซ์ hv (h) หนึ่งค่าที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ค่าของควอนตัมนี้ ต่างกันไปตามอิเลคตรอนต่างๆการพึ่งพาฟลักซ์พลังงานเอ็กซ์เรย์กับความยาวคลื่น  กล่าวคือ สเปกตรัมเอ็กซ์เรย์แสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 สเปกตรัม Bremsstrahlung: a) ที่แรงดันไฟฟ้าต่างกัน U ในหลอด; b) ที่อุณหภูมิต่างกัน T ของแคโทด

รังสีคลื่นสั้น (แข็ง) มีพลังทะลุทะลวงมากกว่ารังสีคลื่นยาว (อ่อน) รังสีอ่อนถูกดูดซับโดยสสารมากขึ้น

จากด้านของความยาวคลื่นสั้น สเปกตรัมจะสิ้นสุดลงอย่างกะทันหันที่ความยาวคลื่นหนึ่ง  ม ฉัน n . bremsstrahlung ที่มีความยาวคลื่นสั้นดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่อพลังงานที่ได้จากอิเล็กตรอนในสนามเร่งความเร็วถูกแปลงเป็นพลังงานโฟตอนอย่างสมบูรณ์ (Q = 0):

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

 นาที (นาโนเมตร) = 1.23/UkV

องค์ประกอบสเปกตรัมของการแผ่รังสีขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าบนหลอดเอ็กซ์เรย์ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ค่าของ  m i n จะเลื่อนไปทางความยาวคลื่นสั้น (รูปที่ 2a)

เมื่ออุณหภูมิ T ของหลอดไส้แคโทดเปลี่ยนแปลง การปล่อยอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นกระแส I ในหลอดจะเพิ่มขึ้น แต่องค์ประกอบสเปกตรัมของรังสีไม่เปลี่ยนแปลง (รูปที่ 2b)

ฟลักซ์พลังงาน Ф  ของ bremsstrahlung เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของแรงดันไฟฟ้า U ระหว่างแอโนดและแคโทด ความแรงของกระแส I ในหลอดและเลขอะตอม Z ของสารแอโนด:

Ф = kZU 2 I. (3)

โดยที่ k \u003d 10 -9 W / (V 2 A)

รังสีเอกซ์มีบทบาทสำคัญในการศึกษาและการใช้ปรากฏการณ์ปรมาณูในทางปฏิบัติ ต้องขอบคุณการวิจัยของพวกเขา ทำให้มีการค้นพบมากมายและวิธีการวิเคราะห์สารได้รับการพัฒนา ซึ่งใช้ในด้านต่างๆ ที่นี่เราจะพิจารณารังสีเอกซ์ประเภทหนึ่ง - รังสีเอกซ์ที่มีลักษณะเฉพาะ

ลักษณะและคุณสมบัติของรังสีเอกซ์

การแผ่รังสีเอกซ์เป็นการเปลี่ยนแปลงความถี่สูงในสถานะของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายในอวกาศด้วยความเร็วประมาณ 300,000 กม. / วินาทีนั่นคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในระดับของช่วงของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีเอกซ์จะอยู่ในช่วงความยาวคลื่นประมาณ 10 -8 ถึง 5∙10 -12 เมตร ซึ่งสั้นกว่าคลื่นแสงหลายระดับ ซึ่งสอดคล้องกับความถี่ตั้งแต่ 3∙10 16 ถึง 6∙10 19 Hz และพลังงานตั้งแต่ 10 eV ถึง 250 keV หรือ 1.6∙10 -18 ถึง 4∙10 -14 J. ควรสังเกตว่าขอบเขตของช่วงความถี่ของ การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าค่อนข้างธรรมดาเนื่องจากการทับซ้อนกัน

คือปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคที่มีประจุเร่ง (อิเล็กตรอนพลังงานสูง) กับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กและกับอะตอมของสสาร

โฟตอนเอ็กซ์เรย์มีลักษณะเฉพาะด้วยพลังงานสูงและพลังการทะลุทะลวงและไอออไนซ์สูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรังสีเอกซ์แบบแข็งที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 1 นาโนเมตร (10 -9 ม.)

รังสีเอกซ์มีปฏิสัมพันธ์กับสสาร ทำให้อะตอมของไอออนแตกตัวเป็นไอออน ในกระบวนการของการดูดกลืนแสง (photoabsorption) และการกระเจิงที่ไม่ต่อเนื่องกัน (คอมป์ตัน) ในการดูดกลืนแสง โฟตอนเอ็กซ์เรย์ซึ่งถูกดูดกลืนโดยอิเล็กตรอนของอะตอม จะถ่ายเทพลังงานไปยังโฟตอน หากค่าของมันเกินกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนในอะตอม มันก็จะออกจากอะตอม การกระเจิงของคอมป์ตันเป็นลักษณะของโฟตอนเอ็กซ์เรย์ที่แข็งกว่า (มีพลัง) พลังงานส่วนหนึ่งของโฟตอนที่ถูกดูดซับถูกใช้ไปในการแตกตัวเป็นไอออน ในกรณีนี้ ในมุมหนึ่งไปยังทิศทางของโฟตอนหลัก โฟตอนรองจะถูกปล่อยออกมาด้วยความถี่ที่ต่ำกว่า

ประเภทของรังสีเอกซ์ เบรมสตราลุง

เพื่อให้ได้รังสีจะใช้ขวดสูญญากาศแก้วที่มีอิเล็กโทรดอยู่ภายใน ความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดต้องสูงมาก - มากถึงหลายร้อยกิโลโวลต์ บนแคโทดทังสเตนที่ถูกทำให้ร้อนโดยกระแส การปล่อยความร้อนเกิดขึ้นนั่นคืออิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาซึ่งเร่งโดยความต่างศักย์ ระเบิดที่ขั้วบวก อันเป็นผลมาจากการมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมของแอโนด (บางครั้งเรียกว่าแอนติแคโทด) โฟตอนเอ็กซ์เรย์จึงเกิดขึ้น

ขึ้นอยู่กับกระบวนการที่นำไปสู่การกำเนิดของโฟตอน มีรังสีเอกซ์ประเภทต่างๆ เช่น bremsstrahlung และลักษณะเฉพาะ

อิเล็กตรอนสามารถพบกับแอโนดช้าลงนั่นคือสูญเสียพลังงานในสนามไฟฟ้าของอะตอม พลังงานนี้ถูกปล่อยออกมาในรูปของโฟตอนเอ็กซ์เรย์ รังสีดังกล่าวเรียกว่า bremsstrahlung

เป็นที่ชัดเจนว่าสภาพการเบรกจะแตกต่างกันไปสำหรับอิเลคตรอนแต่ละตัว ซึ่งหมายความว่าพลังงานจลน์ในปริมาณที่แตกต่างกันจะถูกแปลงเป็นรังสีเอกซ์ เป็นผลให้ bremsstrahlung รวมโฟตอนที่มีความถี่ต่างกันและตามความยาวคลื่น ดังนั้นสเปกตรัมของมันจึงต่อเนื่อง (ต่อเนื่อง) บางครั้งด้วยเหตุนี้จึงเรียกอีกอย่างว่ารังสีเอกซ์ "สีขาว"

พลังงานของโฟตอน bremsstrahlung ต้องไม่เกินพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่สร้างมันขึ้นมา ดังนั้นความถี่สูงสุด (และความยาวคลื่นที่เล็กที่สุด) ของ bremsstrahlung จะสอดคล้องกับค่าพลังงานจลน์ที่ใหญ่ที่สุดของอิเล็กตรอนที่ตกกระทบบนขั้วบวก หลังขึ้นอยู่กับความต่างศักย์ที่ใช้กับอิเล็กโทรด

มีเอ็กซ์เรย์อีกประเภทหนึ่งที่มาจากกระบวนการที่แตกต่างกัน การแผ่รังสีนี้เรียกว่าลักษณะเฉพาะและเราจะพูดถึงรายละเอียดเพิ่มเติม

วิธีการผลิตรังสีเอกซ์ที่มีลักษณะเฉพาะ

เมื่อไปถึงแอนติแคโทด อิเล็กตรอนเร็วสามารถทะลุเข้าไปในอะตอมและผลักอิเล็กตรอนออกจากออร์บิทัลล่างตัวใดตัวหนึ่ง นั่นคือ ถ่ายโอนพลังงานไปยังมันเพียงพอที่จะเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นได้ อย่างไรก็ตาม หากมีระดับพลังงานสูงกว่าที่ครอบครองโดยอิเล็กตรอนในอะตอม ที่ว่างจะไม่ว่างเปล่า

ต้องจำไว้ว่าโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมก็เหมือนกับระบบพลังงานอื่น ๆ ที่พยายามลดพลังงาน ตำแหน่งที่ว่างอันเป็นผลมาจากการน็อคเอาท์นั้นเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนจากระดับที่สูงกว่าหนึ่ง พลังงานของมันสูงขึ้น และเมื่ออยู่ในระดับที่ต่ำกว่า มันจะแผ่รังสีส่วนเกินออกมาในรูปของควอนตัมของรังสีเอกซ์ที่มีลักษณะเฉพาะ

โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมเป็นชุดของสถานะพลังงานที่เป็นไปได้ของอิเล็กตรอนที่ไม่ต่อเนื่อง ดังนั้นโฟตอนเอ็กซ์เรย์ที่ปล่อยออกมาในระหว่างการแทนที่ตำแหน่งว่างของอิเล็กตรอนจึงสามารถมีค่าพลังงานที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดเท่านั้นซึ่งสะท้อนถึงความแตกต่างของระดับ ด้วยเหตุนี้ การแผ่รังสีเอกซ์ในลักษณะเฉพาะจึงมีสเปกตรัมที่ไม่ต่อเนื่องกัน แต่เป็นประเภทของเส้น สเปกตรัมดังกล่าวทำให้สามารถระบุลักษณะของสารของแอโนดได้ จึงเป็นที่มาของชื่อรังสีเหล่านี้ เป็นเพราะความแตกต่างของสเปกตรัมที่ชัดเจนว่าเบรมสตราลุงและรังสีเอกซ์มีลักษณะเฉพาะอย่างไร

บางครั้งพลังงานส่วนเกินจะไม่ถูกปล่อยออกมาจากอะตอม แต่ถูกใช้ไปในการเคาะอิเล็กตรอนตัวที่สามออกมา กระบวนการนี้ - ที่เรียกว่าเอฟเฟกต์สว่าน - มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นเมื่อพลังงานจับอิเล็กตรอนไม่เกิน 1 keV พลังงานของอิเล็กตรอน Auger ที่ปล่อยออกมานั้นขึ้นอยู่กับโครงสร้างของระดับพลังงานของอะตอม ดังนั้นสเปกตรัมของอิเล็กตรอนดังกล่าวจึงไม่ต่อเนื่องกัน

มุมมองทั่วไปของสเปกตรัมลักษณะเฉพาะ

เส้นลักษณะแคบมีอยู่ในรูปแบบสเปกตรัมเอ็กซ์เรย์พร้อมกับสเปกตรัมเบรมสตราลุงแบบต่อเนื่อง หากเราแสดงสเปกตรัมเป็นพล็อตของความเข้มเทียบกับความยาวคลื่น (ความถี่) เราจะเห็นยอดแหลมที่ตำแหน่งของเส้น ตำแหน่งขึ้นอยู่กับวัสดุขั้วบวก ค่าสูงสุดเหล่านี้มีอยู่ที่ความต่างศักย์ใดๆ - หากมีรังสีเอกซ์ ก็จะมีพีคเสมอเช่นกัน ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าของหลอด ความเข้มของการแผ่รังสีเอกซ์เรย์ทั้งแบบต่อเนื่องและแบบเฉพาะเจาะจงจะเพิ่มขึ้น แต่ตำแหน่งของยอดและอัตราส่วนของความเข้มจะไม่เปลี่ยนแปลง

พีคในสเปกตรัมเอ็กซ์เรย์มีรูปร่างเหมือนกันโดยไม่คำนึงถึงวัสดุของแอนติแคโทดที่ฉายรังสีโดยอิเล็กตรอน แต่สำหรับวัสดุที่แตกต่างกัน พวกมันจะอยู่ที่ความถี่ต่างกัน โดยจะรวมกันเป็นอนุกรมตามความใกล้เคียงของค่าความถี่ ระหว่างซีรีส์เอง ความแตกต่างของความถี่มีความสำคัญมากกว่ามาก รูปร่างของจุดสูงสุดไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าวัสดุแอโนดเป็นตัวแทนขององค์ประกอบทางเคมีบริสุทธิ์หรือเป็นสารที่ซับซ้อนหรือไม่ ในกรณีหลังนี้ สเปกตรัมเอ็กซ์เรย์ที่มีลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบจะซ้อนทับกันอย่างง่ายๆ

ด้วยการเพิ่มจำนวนอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี เส้นสเปกตรัมของรังสีเอกซ์ทั้งหมดจะถูกเปลี่ยนไปสู่ความถี่ที่เพิ่มขึ้น สเปกตรัมยังคงรูปแบบของมัน

กฎของโมสลีย์

ปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมของเส้นลักษณะเฉพาะถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Henry Moseley ในปี 1913 ซึ่งช่วยให้เขาเชื่อมโยงความถี่สูงสุดของสเปกตรัมกับเลขลำดับขององค์ประกอบทางเคมีได้ ดังนั้นความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่มีลักษณะเฉพาะจึงสามารถสัมพันธ์กับองค์ประกอบเฉพาะได้อย่างชัดเจน โดยทั่วไป กฎของโมสลีย์สามารถเขียนได้ดังนี้: √f = (Z - S n)/n√R โดยที่ f คือความถี่ Z คือเลขลำดับของธาตุ S n คือค่าคงที่การคัดกรอง n คือควอนตัมหลัก จำนวนและ R คือค่าคงที่ Rydberg ความสัมพันธ์นี้เป็นเส้นตรงและปรากฏบนไดอะแกรมของ Moseley เป็นชุดของเส้นตรงสำหรับแต่ละค่าของ n

ค่าของ n สอดคล้องกับชุดของพีคเอ็กซ์เรย์ที่มีลักษณะเฉพาะแต่ละชุด กฎของโมสลีย์อนุญาตให้กำหนดหมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบทางเคมีที่ฉายรังสีโดยอิเล็กตรอนแข็งจากความยาวคลื่นที่วัดได้

โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนขององค์ประกอบทางเคมีเหมือนกัน สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยความซ้ำซากจำเจของการเปลี่ยนแปลงกะในสเปกตรัมลักษณะของรังสีเอกซ์ การเปลี่ยนความถี่ไม่ได้สะท้อนถึงโครงสร้าง แต่ความแตกต่างของพลังงานระหว่างเปลือกอิเล็กตรอน เฉพาะสำหรับแต่ละองค์ประกอบ

บทบาทของกฎของโมสลีย์ในฟิสิกส์ปรมาณู

มีความเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงที่แสดงออกโดยกฎของโมสลีย์ ประการแรกมีการเชื่อมต่อกันโดยมีลักษณะเฉพาะของลำดับการเติมของเปลือกอิเล็กตรอนในองค์ประกอบบางอย่างและประการที่สองด้วยผลกระทบเชิงสัมพันธ์ของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอะตอมหนัก นอกจากนี้ เมื่อจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสเปลี่ยนแปลง (ที่เรียกว่า isotopic shift) ตำแหน่งของเส้นสามารถเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย ผลกระทบนี้ทำให้สามารถศึกษาโครงสร้างอะตอมโดยละเอียดได้

ความสำคัญของกฎของโมสลีย์นั้นยิ่งใหญ่มาก การประยุกต์ใช้ที่สอดคล้องกันกับองค์ประกอบของระบบเป็นระยะของ Mendeleev ทำให้เกิดรูปแบบของการเพิ่มหมายเลขซีเรียลตามการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ แต่ละครั้งในลักษณะสูงสุด สิ่งนี้มีส่วนทำให้เกิดความกระจ่างของคำถามเกี่ยวกับความหมายทางกายภาพของจำนวนองค์ประกอบลำดับ ค่า Z ไม่ได้เป็นเพียงตัวเลข แต่เป็นประจุไฟฟ้าบวกของนิวเคลียส ซึ่งเป็นผลรวมของประจุบวกในหน่วยของอนุภาคที่ประกอบกัน ตำแหน่งที่ถูกต้องขององค์ประกอบในตารางและการมีตำแหน่งว่างในนั้น (จากนั้นยังคงมีอยู่) ได้รับการยืนยันที่มีประสิทธิภาพ ความถูกต้องของกฎหมายเป็นระยะได้รับการพิสูจน์แล้ว

นอกจากนี้กฎของ Moseley ได้กลายเป็นพื้นฐานสำหรับการวิจัยเชิงทดลองทั้งหมดที่เกิดขึ้น - X-ray spectrometry

โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม

ให้เรานึกถึงการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบสั้น ๆ กัน ประกอบด้วยเปลือกซึ่งเขียนแทนด้วยตัวอักษร K, L, M, N, O, P, Q หรือตัวเลขตั้งแต่ 1 ถึง 7 อิเล็กตรอนภายในเปลือกมีลักษณะเป็นธาตุหลักเหมือนกัน หมายเลขควอนตัม n ซึ่งกำหนดค่าพลังงานที่เป็นไปได้ ในเปลือกชั้นนอก พลังงานของอิเล็กตรอนจะสูงขึ้น และศักย์อิออไนเซชันของอิเล็กตรอนภายนอกจะลดลงตามลำดับ

เชลล์ประกอบด้วยระดับย่อยตั้งแต่หนึ่งระดับขึ้นไป: s, p, d, f, g, h, i ในแต่ละเชลล์ จำนวนระดับย่อยจะเพิ่มขึ้นหนึ่งระดับเมื่อเทียบกับระดับก่อนหน้า จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับย่อยและในแต่ละชั้นจะต้องไม่เกินค่าที่กำหนด พวกเขามีลักษณะเฉพาะนอกเหนือจากเลขควอนตัมหลักด้วยค่าเดียวกันของเมฆอิเล็กตรอนในวงโคจรที่กำหนดรูปร่าง ระดับย่อยจะติดป้ายกำกับด้วยเชลล์ที่เป็นเจ้าของ เช่น 2s, 4d และอื่นๆ

ระดับย่อยประกอบด้วยซึ่งถูกตั้งค่า นอกเหนือจากหลักและออร์บิทัลด้วยเลขควอนตัมอีกหนึ่งตัว - แม่เหล็ก ซึ่งกำหนดการฉายภาพของโมเมนตัมการโคจรของอิเล็กตรอนไปยังทิศทางของสนามแม่เหล็ก หนึ่งออร์บิทัลสามารถมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกินสองตัวซึ่งแตกต่างกันในค่าของเลขควอนตัมที่สี่ - สปิน

ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมว่ารังสีเอกซ์มีลักษณะเฉพาะอย่างไร เนื่องจากแหล่งกำเนิดของการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทนี้มีความเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นภายในอะตอม จึงสะดวกที่สุดที่จะอธิบายอย่างแม่นยำในการประมาณค่าทางอิเล็กทรอนิกส์

กลไกการสร้างลักษณะเฉพาะของรังสีเอกซ์

ดังนั้นสาเหตุของการแผ่รังสีนี้คือการก่อตัวของช่องว่างอิเล็กตรอนในเปลือกชั้นใน เนื่องจากการแทรกซึมของอิเล็กตรอนพลังงานสูงลึกเข้าไปในอะตอม ความน่าจะเป็นที่อิเล็กตรอนแข็งจะมีปฏิสัมพันธ์เพิ่มขึ้นตามความหนาแน่นของเมฆอิเล็กตรอน ดังนั้น การชนกันจึงมักเกิดขึ้นภายในเปลือกชั้นในที่อัดแน่นอย่างหนาแน่น เช่น K-shell ที่ต่ำที่สุด ที่นี่อะตอมถูกแตกตัวเป็นไอออน และเกิดช่องว่างในเปลือก 1s

ตำแหน่งว่างนี้เต็มไปด้วยอิเล็กตรอนจากเปลือกที่มีพลังงานสูงกว่า ซึ่งส่วนเกินจะถูกโฟตอนเอ็กซ์เรย์พัดพาไป อิเล็กตรอนนี้สามารถ "ตก" จากเปลือกที่สอง L จากเปลือกที่สาม M เป็นต้น นี่คือวิธีสร้างอนุกรมลักษณะเฉพาะ ในตัวอย่างนี้ ซีรีย์ K ตัวบ่งชี้ว่าอิเล็กตรอนที่เติมตำแหน่งว่างนั้นมาจากที่ใดในรูปแบบของดัชนีกรีกเมื่อกำหนดอนุกรม "อัลฟ่า" หมายความว่ามันมาจาก L-shell, "beta" - จาก M-shell ปัจจุบันมีแนวโน้มที่จะแทนที่ดัชนีตัวอักษรกรีกด้วยดัชนีละตินที่ใช้เพื่อกำหนดเปลือกหอย

ความเข้มของเส้นอัลฟาในอนุกรมนั้นสูงที่สุดเสมอ ซึ่งหมายความว่าความน่าจะเป็นที่จะเติมช่องว่างจากเปลือกข้างเคียงจะสูงที่สุด

ตอนนี้เราสามารถตอบคำถามได้ว่าพลังงานสูงสุดของควอนตัมเอ็กซ์เรย์ที่เป็นลักษณะเฉพาะคืออะไร มันถูกกำหนดโดยความแตกต่างในค่าพลังงานของระดับระหว่างที่เกิดการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนตามสูตร E \u003d E n 2 - E n 1 โดยที่ E n 2 และ E n 1 เป็นพลังงานของ สถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างที่เกิดการเปลี่ยนแปลง ค่าสูงสุดของพารามิเตอร์นี้มาจากการเปลี่ยนแปลงของซีรีย์ K จากระดับสูงสุดของอะตอมของธาตุหนักที่เป็นไปได้ แต่ความเข้มของเส้นเหล่านี้ (ความสูงสูงสุด) จะน้อยที่สุด เนื่องจากมีโอกาสน้อยที่สุด

ถ้าเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าไม่เพียงพอบนอิเล็กโทรด ฮาร์ดอิเล็กตรอนไม่สามารถไปถึงระดับ K ได้ ก็จะเกิดตำแหน่งว่างที่ระดับ L และเกิดซีรีย์ L ที่มีพลังน้อยกว่าและมีความยาวคลื่นที่ยาวกว่า ลำดับต่อมาเกิดในลักษณะที่คล้ายคลึงกัน

นอกจากนี้ เมื่อตำแหน่งว่างเต็มแล้ว ตำแหน่งใหม่จะปรากฏในเปลือกที่วางซ้อนซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงทางอิเล็กทรอนิกส์ สิ่งนี้สร้างเงื่อนไขสำหรับการสร้างชุดต่อไป ตำแหน่งงานว่างทางอิเล็กทรอนิกส์จะเลื่อนสูงขึ้นจากระดับหนึ่งไปอีกระดับ และอะตอมจะปล่อยชุดสเปกตรัมที่มีลักษณะเฉพาะออกมาเป็นลำดับ ขณะที่ยังคงแตกตัวเป็นไอออน

โครงสร้างที่ดีของสเปกตรัมลักษณะเฉพาะ

สเปกตรัม X-ray ของอะตอมของรังสีเอกซ์ที่มีลักษณะเฉพาะนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยโครงสร้างที่ละเอียด ซึ่งแสดงออกในการแบ่งเส้นเหมือนในสเปกตรัมออปติคอล

โครงสร้างที่ละเอียดนั้นเกิดจากการที่ระดับพลังงาน - เปลือกอิเล็กตรอน - เป็นชุดของส่วนประกอบที่อยู่ใกล้เคียงกัน - เปลือกย่อย ในการอธิบายลักษณะเฉพาะของเปลือกย่อย จะมีการแนะนำหมายเลขควอนตัมภายใน j ซึ่งสะท้อนปฏิสัมพันธ์ของโมเมนต์แม่เหล็กที่แท้จริงและในวงโคจรของอิเล็กตรอน

ในการเชื่อมต่อกับอิทธิพลของปฏิสัมพันธ์ระหว่างวงโคจรกับสปิน โครงสร้างพลังงานของอะตอมจะซับซ้อนมากขึ้น และด้วยเหตุนี้ การแผ่รังสีเอ็กซ์เรย์ที่มีลักษณะเฉพาะจึงมีสเปกตรัมที่มีลักษณะเฉพาะด้วยเส้นแบ่งที่มีองค์ประกอบที่เว้นระยะใกล้กันมาก

องค์ประกอบโครงสร้างที่ดีมักจะแสดงด้วยดัชนีดิจิทัลเพิ่มเติม

ลักษณะการแผ่รังสีเอกซ์เรย์มีลักษณะเฉพาะที่สะท้อนในโครงสร้างที่ละเอียดของสเปกตรัมเท่านั้น การเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนไปเป็นระดับพลังงานต่ำสุดไม่ได้เกิดขึ้นจาก subshell ล่างของระดับที่วางอยู่ เหตุการณ์ดังกล่าวมีความเป็นไปได้เล็กน้อย

การใช้รังสีเอกซ์ในสเปกโตรเมทรี

การแผ่รังสีนี้ เนื่องจากคุณลักษณะของมันอธิบายไว้โดยกฎของโมสลีย์ อาศัยวิธีเอ็กซ์เรย์สเปกตรัมต่างๆ สำหรับการวิเคราะห์สารต่างๆ เมื่อวิเคราะห์สเปกตรัมของรังสีเอกซ์ จะใช้การเลี้ยวเบนของรังสีด้วยผลึก (วิธีกระจายคลื่น) หรือเครื่องตรวจจับที่ไวต่อพลังงานของโฟตอนเอ็กซ์เรย์ที่ถูกดูดกลืน (วิธีกระจายพลังงาน) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนส่วนใหญ่มีอุปกรณ์แนบ X-ray spectrometry บางรูปแบบ

Wave-dispersive spectrometry มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ ด้วยความช่วยเหลือของตัวกรองพิเศษ จุดสูงสุดที่เข้มข้นที่สุดในสเปกตรัมจะถูกเลือก ซึ่งทำให้สามารถรับรังสีเอกรงค์เกือบเท่าที่มีความถี่ที่ทราบได้อย่างแม่นยำ วัสดุแอโนดได้รับการคัดเลือกอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าได้ลำแสงสีเดียวของความถี่ที่ต้องการ การเลี้ยวเบนบนโครงผลึกของสารที่ศึกษาทำให้สามารถศึกษาโครงสร้างของโครงตาข่ายได้อย่างแม่นยำ วิธีนี้ใช้ในการศึกษา DNA และโมเลกุลที่ซับซ้อนอื่นๆ ด้วย

คุณลักษณะหนึ่งของรังสีเอกซ์ที่มีลักษณะเฉพาะถูกนำมาพิจารณาด้วยในแกมมาสเปกโตรเมทรีด้วย นี่คือความเข้มสูงของพีคที่มีลักษณะเฉพาะ สเปกโตรมิเตอร์แกมมาใช้การบังตะกั่วจากรังสีพื้นหลังภายนอกที่รบกวนการวัด แต่สารตะกั่วที่ดูดซับรังสีแกมมานั้นประสบกับการแตกตัวเป็นไอออนภายใน ซึ่งเป็นผลมาจากการที่มันปล่อยรังสีออกมาอย่างแข็งขันในช่วงรังสีเอกซ์ การป้องกันแคดเมียมเพิ่มเติมใช้เพื่อดูดซับจุดสูงสุดที่รุนแรงของรังสีเอกซ์ที่มีลักษณะเฉพาะจากตะกั่ว ในทางกลับกัน มันถูกทำให้แตกตัวเป็นไอออนและปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาด้วย ในการทำให้ยอดที่มีลักษณะเฉพาะของแคดเมียมเป็นกลางนั้น จะใช้ชั้นป้องกันที่สาม - ทองแดง ซึ่งค่าสูงสุดของรังสีเอกซ์ซึ่งอยู่นอกช่วงความถี่ในการทำงานของแกมมาสเปกโตรมิเตอร์

Spectrometry ใช้ทั้ง bremsstrahlung และ X-rays ที่มีลักษณะเฉพาะ ดังนั้นในการวิเคราะห์สารจึงมีการศึกษาสเปกตรัมการดูดกลืนของรังสีเอกซ์ต่อเนื่องโดยสารต่างๆ

ในปี 1895 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Roentgen ในขณะที่ทำการทดลองเกี่ยวกับกระแสระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้วในสุญญากาศพบว่าหน้าจอที่ปกคลุมด้วยสารเรืองแสง (เกลือแบเรียม) เรืองแสงแม้ว่าท่อระบายจะปิดด้วยหน้าจอกระดาษแข็งสีดำ - นี่คือวิธีที่ค้นพบรังสีที่ทะลุผ่านอุปสรรคทึบแสงที่เรียกว่ารังสีเอกซ์ พบว่ารังสีเอกซ์ที่มนุษย์มองไม่เห็นถูกดูดกลืนในวัตถุทึบแสงยิ่งแรงยิ่งมีเลขอะตอม (ความหนาแน่น) ของสิ่งกีดขวางมากขึ้น ดังนั้นรังสีเอกซ์จะผ่านเนื้อเยื่ออ่อนของร่างกายมนุษย์ได้ง่ายแต่คงไว้ โดยกระดูกของโครงกระดูก แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์กำลังสูงได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สามารถส่องผ่านชิ้นส่วนโลหะและพบข้อบกพร่องภายในได้

นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Laue แนะนำว่ารังสีเอกซ์เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าแบบเดียวกับรังสีแสงที่มองเห็นได้ แต่มีความยาวคลื่นที่สั้นกว่าและกฎของทัศนศาสตร์ทั้งหมดมีผลบังคับใช้ รวมถึงการเลี้ยวเบนที่เป็นไปได้ ในทัศนศาสตร์ของแสงที่มองเห็น การเลี้ยวเบนที่ระดับพื้นฐานสามารถแสดงได้เป็นการสะท้อนของแสงจากระบบร่อง - ตะแกรงเลี้ยวเบนซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะในบางมุมในขณะที่มุมสะท้อนของรังสีสัมพันธ์กับมุมตกกระทบ ระยะห่างระหว่างร่องของตะแกรงเลี้ยวเบนกับความยาวคลื่นของรังสีตกกระทบ สำหรับการเลี้ยวเบน ระยะห่างระหว่างจังหวะจะเท่ากับความยาวคลื่นของแสงตกกระทบโดยประมาณ

ลอว์แนะนำว่ารังสีเอกซ์มีความยาวคลื่นใกล้กับระยะห่างระหว่างอะตอมแต่ละอะตอมในผลึก กล่าวคือ อะตอมในคริสตัลจะสร้างตะแกรงเลี้ยวเบนสำหรับรังสีเอกซ์ รังสีเอกซ์พุ่งไปที่พื้นผิวของคริสตัลสะท้อนบนแผ่นภาพถ่ายตามที่คาดการณ์ไว้ในทฤษฎี

การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในตำแหน่งของอะตอมจะส่งผลต่อรูปแบบการเลี้ยวเบน และโดยการศึกษาการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ เราสามารถค้นหาการจัดเรียงของอะตอมในคริสตัลและการเปลี่ยนแปลงของการจัดเรียงนี้ภายใต้อิทธิพลทางกายภาพ เคมี และทางกลบนคริสตัล .

ตอนนี้การวิเคราะห์ด้วยเอ็กซ์เรย์ถูกนำมาใช้ในหลายสาขาของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ด้วยความช่วยเหลือจากการวิเคราะห์นี้ พวกเขาได้เรียนรู้การจัดเรียงอะตอมในวัสดุที่มีอยู่ และสร้างวัสดุใหม่ด้วยโครงสร้างและคุณสมบัติที่กำหนด ความก้าวหน้าล่าสุดในด้านนี้ (วัสดุนาโน โลหะอสัณฐาน วัสดุคอมโพสิต) ทำให้เกิดกิจกรรมสำหรับคนรุ่นต่อไปทางวิทยาศาสตร์

การเกิดขึ้นและคุณสมบัติของรังสีเอกซ์

แหล่งที่มาของรังสีเอกซ์คือหลอดเอ็กซ์เรย์ซึ่งมีอิเล็กโทรดสองขั้ว - แคโทดและแอโนด เมื่อแคโทดถูกทำให้ร้อน การปล่อยอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้น อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดจะถูกเร่งโดยสนามไฟฟ้าและชนกับพื้นผิวแอโนด หลอดเอ็กซ์เรย์แตกต่างจากหลอดวิทยุทั่วไป (ไดโอด) ส่วนใหญ่โดยแรงดันไฟฟ้าเร่งที่สูงกว่า (มากกว่า 1 kV)

เมื่ออิเล็กตรอนบินออกจากแคโทด สนามไฟฟ้าจะทำให้มันบินเข้าหาขั้วบวก ในขณะที่ความเร็วของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง อิเล็กตรอนจะมีสนามแม่เหล็ก ซึ่งความแรงจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วของอิเล็กตรอน เมื่อไปถึงผิวแอโนด อิเล็กตรอนจะถูกลดความเร็วลงอย่างรวดเร็ว และพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นที่ความยาวคลื่นในช่วงหนึ่ง (bremsstrahlung) การกระจายความเข้มของการแผ่รังสีตามความยาวคลื่นขึ้นอยู่กับวัสดุของขั้วบวกของหลอดเอ็กซ์เรย์และแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ในขณะที่ด้านข้างของคลื่นสั้น เส้นโค้งนี้เริ่มต้นด้วยความยาวคลื่นต่ำสุดตามเกณฑ์ที่กำหนด ซึ่งขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ชุดของรังสีที่มีความยาวคลื่นที่เป็นไปได้ทั้งหมดสร้างสเปกตรัมที่ต่อเนื่องกัน และความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับความเข้มสูงสุดคือ 1.5 เท่าของความยาวคลื่นต่ำสุด

ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น สเปกตรัมของรังสีเอกซ์จะเปลี่ยนแปลงอย่างมากเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของอะตอมกับอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงและควอนตัมของรังสีเอกซ์ปฐมภูมิ อะตอมประกอบด้วยเปลือกอิเล็กตรอนภายใน (ระดับพลังงาน) ซึ่งจำนวนจะขึ้นอยู่กับเลขอะตอม (แสดงด้วยตัวอักษร K, L, M เป็นต้น) อิเล็กตรอนและรังสีเอกซ์ปฐมภูมิจะผลักอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่ง . สถานะ metastable เกิดขึ้นและการกระโดดของอิเล็กตรอนไปในทิศทางตรงกันข้ามเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเปลี่ยนไปสู่สถานะที่เสถียร การกระโดดครั้งนี้มาพร้อมกับการปล่อยพลังงานควอนตัมและการปรากฏของรังสีเอกซ์ รังสีนี้มีช่วงความยาวคลื่นที่แคบมากและมีความเข้มสูง (ลักษณะการแผ่รังสี) ต่างจากรังสีเอกซ์สเปกตรัมต่อเนื่อง ( ซม. ข้าว.). จำนวนอะตอมที่กำหนดความเข้มของการแผ่รังสีลักษณะเฉพาะนั้นมีขนาดใหญ่มาก ตัวอย่างเช่น สำหรับหลอดเอ็กซ์เรย์ที่มีขั้วบวกทองแดงที่แรงดันไฟฟ้า 1 kV กระแส 15 mA 10 14–10 15 อะตอมให้การแผ่รังสีลักษณะเฉพาะ เป็นเวลา 1 วินาที ค่านี้คำนวณเป็นอัตราส่วนของกำลังเอ็กซ์เรย์ทั้งหมดต่อพลังงานของควอนตัมเอ็กซ์เรย์จากเปลือก K (ซีรีส์ K ของการแผ่รังสีลักษณะเอ็กซ์เรย์) พลังงานทั้งหมดของรังสีเอกซ์ในกรณีนี้เป็นเพียง 0.1% ของพลังงานที่ใช้ไป ส่วนที่เหลือจะสูญหายไป ส่วนใหญ่เกิดจากการเปลี่ยนเป็นความร้อน

เนื่องจากความเข้มสูงและช่วงความยาวคลื่นที่แคบ รังสีเอกซ์ที่เป็นลักษณะเฉพาะจึงเป็นรังสีประเภทหลักที่ใช้ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการควบคุมกระบวนการ คานซีรีส์ K จะถูกสร้างขึ้นพร้อมกันกับบีมซีรีส์ K ซึ่งมีความยาวคลื่นที่ยาวกว่ามาก แต่การใช้งานมีจำกัด ซีรี่ส์ K มีส่วนประกอบสองส่วนโดยมีความยาวคลื่นใกล้เคียง a และ b ในขณะที่ความเข้มขององค์ประกอบ b น้อยกว่า a 5 เท่า ในทางกลับกัน องค์ประกอบ a นั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยความยาวคลื่นที่ใกล้เคียงกันมากสองช่วง ความเข้มของหนึ่งในนั้นมากกว่าอีก 2 เท่า เพื่อให้ได้รังสีที่มีความยาวคลื่นเดียว (รังสีเอกรงค์) ได้มีการพัฒนาวิธีการพิเศษขึ้นโดยอาศัยการดูดกลืนและการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ต่อความยาวคลื่น การเพิ่มขึ้นของเลขอะตอมของธาตุนั้นสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงในลักษณะของเปลือกอิเล็กตรอน และยิ่งจำนวนอะตอมของวัสดุแอโนดหลอดเอ็กซ์เรย์มากเท่าใด ความยาวคลื่นของซีรีย์ K ก็จะสั้นลงเท่านั้น หลอดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดที่มีขั้วบวกจากธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 24 ถึง 42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) และความยาวคลื่นตั้งแต่ 2.29 ถึง 0.712 A (0.229 - 0.712 nm)

นอกจากหลอดเอ็กซ์เรย์แล้ว ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสียังสามารถเป็นแหล่งของรังสีเอกซ์ บางชนิดสามารถฉายรังสีเอกซ์ได้โดยตรง บางชนิดก็ปล่อยอิเล็กตรอนและอนุภาค a ที่สร้างรังสีเอกซ์เมื่อทิ้งระเบิดเป้าหมายที่เป็นโลหะ ความเข้มของรังสีเอกซ์ของแหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสีมักจะน้อยกว่าหลอดเอ็กซ์เรย์มาก (ยกเว้นโคบอลต์กัมมันตภาพรังสี ซึ่งใช้ในการตรวจหาข้อบกพร่องและให้การแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นน้อยมาก - รังสี g) พวกมันคือ ขนาดเล็กและไม่ต้องใช้ไฟฟ้า รังสีเอกซ์ซิงโครตรอนผลิตขึ้นในตัวเร่งอิเล็กตรอนความยาวคลื่นของรังสีนี้สูงกว่าที่ได้รับในหลอดเอ็กซ์เรย์มาก (รังสีเอกซ์แบบอ่อน) ความเข้มของมันสูงกว่าความเข้มของหลอดเอ็กซ์เรย์หลายเท่า นอกจากนี้ยังมีแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์จากธรรมชาติ มีการค้นพบสิ่งเจือปนกัมมันตภาพรังสีในแร่ธาตุหลายชนิด และมีการบันทึกรังสีเอกซ์จากวัตถุในอวกาศ รวมทั้งดาวฤกษ์

ปฏิกิริยาของรังสีเอกซ์กับผลึก

ในการศึกษา X-ray ของวัสดุที่มีโครงสร้างผลึก รูปแบบการรบกวนที่เกิดจากการกระเจิงของรังสีเอกซ์โดยอิเล็กตรอนที่เป็นของอะตอมของโครงตาข่ายคริสตัลจะถูกวิเคราะห์ อะตอมถือว่าเคลื่อนที่ไม่ได้ การสั่นสะเทือนจากความร้อนจะไม่ถูกนำมาพิจารณา และอิเล็กตรอนทั้งหมดของอะตอมเดียวกันจะถือว่ามีความเข้มข้น ณ จุดหนึ่ง ซึ่งเป็นโหนดของผลึกตาข่าย

เพื่อให้ได้สมการพื้นฐานของการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ในผลึก ให้พิจารณาการรบกวนของรังสีที่กระจัดกระจายโดยอะตอมที่อยู่ตามแนวเส้นตรงในโครงผลึก คลื่นระนาบของรังสีเอกซ์แบบเอกรงค์เกิดขึ้นที่อะตอมเหล่านี้ในมุมที่มีโคไซน์เท่ากับ 0 กฎการแทรกสอดของรังสีที่กระจัดกระจายโดยอะตอมมีความคล้ายคลึงกับกฎที่มีอยู่สำหรับตะแกรงการเลี้ยวเบนที่กระจายรังสีแสงในช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ เพื่อให้แอมพลิจูดของการแกว่งทั้งหมดรวมกันเป็นระยะทางไกลจากอนุกรมอะตอม จึงมีความจำเป็นและเพียงพอที่ความแตกต่างในเส้นทางของรังสีที่มาจากอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงแต่ละคู่จะมีความยาวคลื่นเป็นจำนวนเต็ม เมื่อระยะห่างระหว่างอะตอม เอเงื่อนไขนี้ดูเหมือนว่า:

เอ(a – ก) = hล ,

โดยที่ a คือโคไซน์ของมุมระหว่างอนุกรมอะตอมกับลำแสงเบี่ยง ชม-จำนวนเต็ม. ในทุกทิศทางที่ไม่เป็นไปตามสมการนี้ รังสีจะไม่แพร่กระจาย ดังนั้นคานที่กระจัดกระจายจึงสร้างระบบโคแอกเซียลโคแอกเซียลซึ่งมีแกนร่วมคือแถวอะตอม ร่องรอยของรูปกรวยบนระนาบขนานกับอนุกรมอะตอมคือไฮเปอร์โบลา และบนระนาบที่ตั้งฉากกับอนุกรมนั้นเป็นวงกลม

เมื่อรังสีตกที่มุมคงที่ รังสีหลายสี (สีขาว) จะสลายตัวเป็นสเปกตรัมของรังสีที่เบี่ยงเบนในมุมคงที่ ดังนั้น อนุกรมอะตอมจึงเป็นสเปกโตรกราฟสำหรับรังสีเอกซ์

ลักษณะทั่วไปของโครงข่ายอะตอมแบบสองมิติ (แบน) และจากนั้นไปยังโครงข่ายผลึกคริสตัลเชิงปริมาตร (เชิงพื้นที่) สามมิติจะให้สมการที่คล้ายคลึงกันอีกสองสมการ ซึ่งรวมถึงมุมตกกระทบและการสะท้อนของรังสีเอกซ์และระยะห่างระหว่างอะตอมในสาม ทิศทาง. สมการเหล่านี้เรียกว่าสมการ Laue และรองรับการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์

แอมพลิจูดของรังสีที่สะท้อนจากระนาบอะตอมคู่ขนานรวมกัน และตั้งแต่ จำนวนอะตอมมีมาก รังสีสะท้อนสามารถแก้ไขได้ในการทดลอง สภาพการสะท้อนอธิบายโดยสมการ Wulff-Bragg2d sinq = nl โดยที่ d คือระยะห่างระหว่างระนาบอะตอมที่อยู่ติดกัน q คือมุมการมองระหว่างทิศทางของลำแสงตกกระทบกับระนาบเหล่านี้ในผลึก l คือรังสีเอกซ์ ความยาวคลื่น และ n เป็นจำนวนเต็มที่เรียกว่าลำดับการสะท้อน มุม q คือมุมตกกระทบเทียบกับระนาบอะตอม ซึ่งไม่จำเป็นต้องตรงกับทิศทางกับพื้นผิวของตัวอย่างที่ทำการศึกษา

มีการพัฒนาวิธีการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์หลายวิธี โดยใช้ทั้งการแผ่รังสีที่มีสเปกตรัมต่อเนื่องและการแผ่รังสีเอกรงค์ ในกรณีนี้ วัตถุที่อยู่ระหว่างการศึกษาสามารถอยู่นิ่งหรือหมุนได้ สามารถประกอบด้วยคริสตัลหนึ่งชิ้น (ผลึกเดี่ยว) หรือหลายชิ้น (คริสตัลหลายชิ้น) รังสีที่กระจายตัวสามารถบันทึกได้โดยใช้ฟิล์มเอ็กซ์เรย์แบบแบนหรือทรงกระบอก หรือเครื่องตรวจจับเอ็กซ์เรย์เคลื่อนที่ รอบเส้นรอบวง อย่างไรก็ตาม ในทุกกรณี ในระหว่างการทดลองและการตีความผลลัพธ์ สมการวูลฟ์-แบร็กก์ถูกนำมาใช้

การวิเคราะห์เอ็กซ์เรย์ในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ด้วยการค้นพบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ นักวิจัยได้ใช้วิธีการที่ช่วยให้พวกเขาศึกษาการจัดเรียงของอะตอมแต่ละตัวและการเปลี่ยนแปลงในการจัดเรียงนี้ภายใต้อิทธิพลภายนอกโดยไม่ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์

การประยุกต์ใช้รังสีเอกซ์หลักในวิทยาศาสตร์พื้นฐานคือการวิเคราะห์เชิงโครงสร้าง กล่าวคือ การสร้างการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมแต่ละตัวในคริสตัล เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ผลึกเดี่ยวจะเติบโตและทำการวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์ โดยศึกษาทั้งตำแหน่งและความเข้มของการสะท้อน ตอนนี้โครงสร้างของโลหะไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสารอินทรีย์ที่ซับซ้อนซึ่งในเซลล์ระดับประถมศึกษามีอะตอมหลายพันอะตอมได้รับการพิจารณาแล้ว

ในวิทยาแร่วิทยา โครงสร้างของแร่ธาตุหลายพันชนิดถูกกำหนดโดยการวิเคราะห์ด้วยเอ็กซ์เรย์และได้จัดทำวิธีด่วนสำหรับการวิเคราะห์วัตถุดิบแร่ขึ้น

โลหะมีโครงสร้างผลึกที่ค่อนข้างเรียบง่าย และวิธีการเอ็กซ์เรย์ทำให้สามารถศึกษาการเปลี่ยนแปลงในระหว่างการบำบัดทางเทคโนโลยีต่างๆ และสร้างพื้นฐานทางกายภาพของเทคโนโลยีใหม่

องค์ประกอบเฟสของโลหะผสมถูกกำหนดโดยการจัดเรียงของเส้นบนรูปแบบเอ็กซ์เรย์ จำนวน ขนาด และรูปร่างของผลึกถูกกำหนดโดยความกว้าง การวางแนวของผลึก (พื้นผิว) ถูกกำหนดโดยการกระจายความเข้มในกรวยเลี้ยวเบน

เทคนิคเหล่านี้ใช้เพื่อศึกษากระบวนการในระหว่างการเปลี่ยนรูปของพลาสติก รวมถึงการบดของผลึก การเกิดขึ้นของความเค้นภายใน และความไม่สมบูรณ์ในโครงสร้างผลึก (ความคลาดเคลื่อน) เมื่อวัสดุที่เสียรูปได้รับความร้อน จะมีการศึกษาการบรรเทาความเครียดและการเติบโตของผลึก (การตกผลึกใหม่)

เมื่อการวิเคราะห์ด้วยเอ็กซ์เรย์ของโลหะผสมจะกำหนดองค์ประกอบและความเข้มข้นของสารละลายที่เป็นของแข็ง เมื่อสารละลายที่เป็นของแข็งปรากฏขึ้น ระยะห่างระหว่างอะตอมและดังนั้น ระยะห่างระหว่างระนาบอะตอมจึงเปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีขนาดเล็ก ดังนั้นจึงได้มีการพัฒนาวิธีการที่มีความแม่นยำพิเศษขึ้นสำหรับการวัดคาบของผลึกแลตทิซที่มีความแม่นยำถึงสองลำดับที่สูงกว่าความแม่นยำในการวัดด้วยวิธีเอ็กซเรย์ทั่วไป การรวมกันของการวัดที่แม่นยำของคาบต่าง ๆ ของผลึกแลตทิซและการวิเคราะห์เฟสทำให้สามารถสร้างขอบเขตของขอบเขตเฟสบนไดอะแกรมสถานะได้ วิธีการเอ็กซเรย์ยังสามารถตรวจจับสถานะตรงกลางระหว่างสารละลายที่เป็นของแข็งและสารประกอบเคมี - สารละลายที่เป็นของแข็งที่เรียงลำดับซึ่งอะตอมของสิ่งเจือปนจะไม่ถูกจัดเรียงแบบสุ่ม เช่นเดียวกับในสารละลายที่เป็นของแข็ง และในขณะเดียวกันก็ไม่มีลำดับสามมิติ เช่นเดียวกับในสารเคมี สารประกอบ มีเส้นเพิ่มเติมเกี่ยวกับรูปแบบ X-ray ของสารละลายที่เป็นของแข็งที่ได้รับคำสั่ง การตีความรูปแบบ X-ray แสดงให้เห็นว่าอะตอมของสิ่งเจือปนครอบครองบางตำแหน่งในตะแกรงผลึก เช่น ที่จุดยอดของลูกบาศก์

ในระหว่างการดับของโลหะผสมที่ไม่ผ่านการแปลงเฟส สารละลายของแข็งที่มีความเข้มข้นสูงที่สุดอาจเกิดขึ้นได้ และเมื่อให้ความร้อนเพิ่มเติมหรือเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้อง สารละลายที่เป็นของแข็งจะสลายตัวด้วยการปล่อยอนุภาคของสารประกอบเคมี นี่คือผลกระทบของอายุและปรากฏบนภาพรังสีเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งและความกว้างของเส้น การศึกษาการเสื่อมสภาพมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก ตัวอย่างเช่น การเสื่อมสภาพจะเปลี่ยนอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ชุบแข็งแบบอ่อนให้เป็นวัสดุโครงสร้างที่แข็งแรงดูราลูมิน

การศึกษาเอ็กซ์เรย์ของการอบชุบด้วยความร้อนจากเหล็กมีความสำคัญทางเทคโนโลยีมากที่สุด ในระหว่างการชุบแข็ง (การทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว) ของเหล็ก การเปลี่ยนเฟสออสเทนไนต์-มาร์เทนไซต์แบบกระจายจะเกิดขึ้น ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างจากลูกบาศก์เป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส กล่าวคือ เซลล์หน่วยจะอยู่ในรูปปริซึมสี่เหลี่ยม ในการถ่ายภาพรังสี สิ่งนี้แสดงให้เห็นเป็นการขยายเส้นและการแยกบางเส้นออกเป็นสองเส้น สาเหตุของผลกระทบนี้ไม่ได้เป็นเพียงการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างผลึกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเกิดความเค้นภายในขนาดใหญ่อันเนื่องมาจากความไม่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ของโครงสร้างมาร์เทนซิติกและการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว ในระหว่างการแบ่งเบาบรรเทา (การให้ความร้อนของเหล็กชุบแข็ง) เส้นบนรูปแบบเอ็กซ์เรย์จะแคบลง ซึ่งเกิดจากการกลับสู่โครงสร้างสมดุล

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การศึกษาเอ็กซ์เรย์เกี่ยวกับการประมวลผลวัสดุที่มีการไหลของพลังงานเข้มข้น (ลำแสงเลเซอร์ คลื่นกระแทก นิวตรอน และพัลส์อิเล็กตรอน) มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยต้องใช้เทคนิคใหม่ๆ และสร้างเอฟเฟกต์เอ็กซ์เรย์ใหม่ ตัวอย่างเช่น ภายใต้การกระทำของลำแสงเลเซอร์บนโลหะ ความร้อนและความเย็นเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วจนในโลหะเมื่อถูกทำให้เย็นลง ผลึกจะมีเวลาเติบโตได้เพียงขนาดเซลล์หลายหน่วย (นาโนคริสตัล) หรือไม่มีเวลาก่อตัว เลย โลหะดังกล่าวหลังจากการระบายความร้อนดูเหมือนเป็นโลหะธรรมดา แต่ไม่ได้ให้เส้นที่ชัดเจนบนรูปแบบเอ็กซ์เรย์ และรังสีเอกซ์ที่สะท้อนจะกระจายไปทั่วช่วงของมุมการมองทั้งหมด

หลังจากการฉายรังสีนิวตรอน จุดเพิ่มเติม (diffuse maxima) จะปรากฏบนรูปแบบเอ็กซ์เรย์ การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสียังทำให้เกิดผลกระทบจากรังสีเอกซ์เฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง เช่นเดียวกับความจริงที่ว่าตัวอย่างภายใต้การศึกษาเองกลายเป็นแหล่งกำเนิดของรังสีเอกซ์

รังสีเอกซ์เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูงชนิดหนึ่ง มีการใช้อย่างแข็งขันในสาขาการแพทย์ต่างๆ

รังสีเอกซ์คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีพลังงานโฟตอนตามมาตราส่วนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ระหว่างรังสีอัลตราไวโอเลตกับรังสีแกมมา (ตั้งแต่ ~10 eV ถึง ~1 MeV) ซึ่งสอดคล้องกับความยาวคลื่นตั้งแต่ ~10^3 ถึง ~10^−2 อังสตรอม ( ตั้งแต่ ~10^−7 ถึง ~10^−12 ม.) กล่าวคือ เป็นรังสีที่มีความแข็งกว่าแสงที่มองเห็นอย่างหาที่เปรียบไม่ได้ ซึ่งอยู่ในระดับนี้ระหว่างรังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรด ("ความร้อน")

ขอบเขตระหว่างรังสีเอกซ์และรังสีแกมมามีความโดดเด่นตามเงื่อนไข: ช่วงของพวกมันตัดกัน รังสีแกมมาสามารถมีพลังงานได้ 1 keV พวกมันมีต้นกำเนิดต่างกัน: รังสีแกมมาถูกปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการที่เกิดขึ้นในนิวเคลียสของอะตอม ในขณะที่รังสีเอกซ์ถูกปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอน (ทั้งอิสระและในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม) ในเวลาเดียวกัน เป็นไปไม่ได้ที่จะระบุจากโฟตอนเองในระหว่างกระบวนการที่เกิดขึ้น นั่นคือ การแบ่งช่วงเอ็กซ์เรย์และแกมมาเป็นส่วนใหญ่โดยพลการ

ช่วง X-ray แบ่งออกเป็น "soft X-ray" และ "hard" ขอบเขตระหว่างพวกมันอยู่ที่ระดับความยาวคลื่น 2 อังสตรอมและพลังงาน 6 keV

เครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์เป็นหลอดที่สร้างสุญญากาศ มีอิเล็กโทรด - แคโทดซึ่งมีประจุลบและขั้วบวกที่มีประจุบวก แรงดันไฟฟ้าระหว่างพวกเขาคือหลายสิบถึงหลายร้อยกิโลโวลต์ การสร้างโฟตอนเอ็กซ์เรย์เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอน "แตกออก" จากแคโทดและชนเข้ากับพื้นผิวแอโนดด้วยความเร็วสูง รังสีเอกซ์ที่เกิดขึ้นเรียกว่า "bremsstrahlung" โฟตอนมีความยาวคลื่นต่างกัน

ในเวลาเดียวกัน โฟตอนของสเปกตรัมลักษณะเฉพาะจะถูกสร้างขึ้น อิเล็กตรอนบางส่วนในอะตอมของสารแอโนดตื่นเต้น กล่าวคือ มันจะไปโคจรที่สูงกว่า แล้วกลับสู่สถานะปกติ โดยปล่อยโฟตอนที่มีความยาวคลื่นบางช่วง รังสีเอกซ์ทั้งสองประเภทผลิตขึ้นในเครื่องกำเนิดมาตรฐาน

ประวัติการค้นพบ

เมื่อวันที่ 8 พฤศจิกายน พ.ศ. 2438 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ Wilhelm Conrad Roentgen ค้นพบว่าสารบางชนิดภายใต้อิทธิพลของ "รังสีแคโทด" นั่นคือการไหลของอิเล็กตรอนที่เกิดจากหลอดรังสีแคโทดเริ่มเรืองแสง เขาอธิบายปรากฏการณ์นี้โดยอิทธิพลของรังสีเอกซ์บางชนิด ดังนั้น (“รังสีเอกซ์”) จึงเรียกรังสีนี้ในหลายภาษา ภายหลัง V.K. เรินต์เกนศึกษาปรากฏการณ์ที่เขาค้นพบ เมื่อวันที่ 22 ธันวาคม พ.ศ. 2438 เขาได้บรรยายในหัวข้อนี้ที่มหาวิทยาลัยเวิร์ซบวร์ก

ต่อมาปรากฎว่ารังสีเอกซ์เคยถูกสังเกตมาก่อน แต่ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับรังสีเอกซ์กลับไม่มีความสำคัญมากนัก หลอดรังสีแคโทดถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อนานมาแล้ว แต่ก่อน V.K. เอ็กซเรย์ไม่มีใครให้ความสนใจกับการทำให้แผ่นภาพถ่ายใกล้กลายเป็นสีดำ ฯลฯ ปรากฏการณ์ อันตรายที่เกิดจากรังสีที่ทะลุทะลวงยังไม่ทราบ

ประเภทและผลกระทบต่อร่างกาย

“เอ็กซ์เรย์” เป็นรังสีที่แทรกซึมได้น้อยที่สุด การได้รับรังสีเอกซ์แบบอ่อนมากเกินไปจะคล้ายกับการได้รับรังสีอัลตราไวโอเลต แต่จะอยู่ในรูปแบบที่รุนแรงกว่า แผลไหม้ก่อตัวที่ผิวหนัง แต่แผลนั้นลึกกว่าและหายช้ากว่ามาก

Hard X-ray เป็นรังสีไอออไนซ์ที่เต็มเปี่ยมซึ่งสามารถนำไปสู่การเจ็บป่วยจากรังสีได้ รังสีเอกซ์สามารถทำลายโมเลกุลโปรตีนที่ประกอบเป็นเนื้อเยื่อของร่างกายมนุษย์ รวมทั้งโมเลกุลดีเอ็นเอของจีโนม แต่ถึงแม้ว่าควอนตัมของรังสีเอกซ์จะทำลายโมเลกุลของน้ำ แต่ก็ไม่สำคัญ: อนุมูลอิสระที่ออกฤทธิ์ทางเคมี H และ OH ก่อตัวขึ้น ซึ่งสามารถทำหน้าที่เกี่ยวกับโปรตีนและ DNA ได้ การเจ็บป่วยจากรังสีจะเกิดขึ้นในรูปแบบที่รุนแรงมากขึ้น จะส่งผลต่ออวัยวะสร้างเม็ดเลือดมากขึ้น

รังสีเอกซ์มีฤทธิ์ก่อกลายพันธุ์และก่อมะเร็ง ซึ่งหมายความว่าความน่าจะเป็นของการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองในเซลล์ในระหว่างการฉายรังสีจะเพิ่มขึ้น และบางครั้งเซลล์ที่มีสุขภาพดีสามารถเสื่อมสภาพเป็นเซลล์มะเร็งได้ การเพิ่มโอกาสของเนื้องอกร้ายเป็นผลมาตรฐานของการสัมผัสใดๆ รวมทั้งการเอ็กซ์เรย์ รังสีเอกซ์เป็นรังสีประเภทที่อันตรายน้อยที่สุด แต่ก็ยังสามารถเป็นอันตรายได้

รังสีเอกซ์: การประยุกต์ใช้และวิธีการทำงาน

รังสีเอกซ์ใช้ในทางการแพทย์และในด้านอื่น ๆ ของกิจกรรมของมนุษย์

Fluoroscopy และเอกซเรย์คอมพิวเตอร์

การใช้รังสีเอกซ์ที่พบบ่อยที่สุดคือฟลูออโรสโคปี "Transillumination" ของร่างกายมนุษย์ช่วยให้คุณได้ภาพที่มีรายละเอียดของกระดูก (มองเห็นได้ชัดเจนที่สุด) และภาพของอวัยวะภายใน

ความโปร่งใสที่แตกต่างกันของเนื้อเยื่อร่างกายในรังสีเอกซ์นั้นสัมพันธ์กับองค์ประกอบทางเคมี คุณสมบัติของโครงสร้างของกระดูกคือมีแคลเซียมและฟอสฟอรัสอยู่มาก เนื้อเยื่ออื่นๆ ประกอบด้วยคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจนเป็นส่วนใหญ่ อะตอมของฟอสฟอรัสมีน้ำหนักเกือบสองเท่าของอะตอมออกซิเจน และแคลเซียมอะตอม 2.5 เท่า (คาร์บอน ไนโตรเจน และไฮโดรเจนเบากว่าออกซิเจนด้วยซ้ำ) ในเรื่องนี้การดูดซึมของโฟตอนเอ็กซ์เรย์ในกระดูกจะสูงกว่ามาก

นอกจาก "ภาพ" แบบสองมิติแล้ว การถ่ายภาพรังสียังทำให้สามารถสร้างภาพสามมิติของอวัยวะได้ โดยการถ่ายภาพรังสีชนิดนี้เรียกว่า เอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (computed tomography) เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ จะใช้เอ็กซเรย์แบบอ่อน ปริมาณแสงที่ได้รับในภาพเดียวมีน้อย โดยจะเท่ากับค่าแสงที่ได้รับระหว่างเที่ยวบิน 2 ชั่วโมงบนเครื่องบินที่ระดับความสูง 10 กม. โดยประมาณ

การตรวจจับข้อบกพร่องด้วย X-ray ช่วยให้คุณตรวจจับข้อบกพร่องภายในขนาดเล็กในผลิตภัณฑ์ได้ มีการใช้รังสีเอกซ์แบบแข็ง เนื่องจากวัสดุหลายชนิด (เช่น โลหะ) มีความ "โปร่งแสง" ได้ไม่ดี เนื่องจากมีมวลอะตอมสูงของสารที่เป็นส่วนประกอบ

การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์และการวิเคราะห์การเรืองแสงด้วยรังสีเอกซ์

รังสีเอกซ์มีคุณสมบัติที่ช่วยให้สามารถตรวจสอบอะตอมแต่ละตัวได้อย่างละเอียด การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในด้านเคมี (รวมถึงชีวเคมี) และผลึกศาสตร์ หลักการทำงานของมันคือการกระเจิงของการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์โดยอะตอมของผลึกหรือโมเลกุลที่ซับซ้อน โดยใช้การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ โครงสร้างของโมเลกุลดีเอ็นเอถูกกำหนด

การวิเคราะห์การเรืองแสงด้วยรังสีเอกซ์ช่วยให้คุณกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของสารได้อย่างรวดเร็ว

รังสีบำบัดมีหลายรูปแบบ แต่ทุกรูปแบบเกี่ยวข้องกับการใช้รังสีไอออไนซ์ รังสีรักษาแบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ corpuscular และ wave Corpuscular ใช้การไหลของอนุภาคแอลฟา (นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม), อนุภาคบีตา (อิเล็กตรอน), นิวตรอน, โปรตอน, ไอออนหนัก คลื่นใช้รังสีของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า - รังสีเอกซ์และแกมมา

วิธีการฉายรังสีรักษาใช้เป็นหลักในการรักษาโรคมะเร็ง ความจริงก็คือว่าการแผ่รังสีส่งผลกระทบต่อการแบ่งเซลล์อย่างแข็งขันซึ่งเป็นสาเหตุที่อวัยวะสร้างเม็ดเลือดต้องทนทุกข์ทรมานด้วยวิธีนี้ (เซลล์ของพวกมันแบ่งตัวอย่างต่อเนื่องทำให้เกิดเซลล์เม็ดเลือดแดงใหม่มากขึ้น) เซลล์มะเร็งยังมีการแบ่งตัวอย่างต่อเนื่องและมีความเสี่ยงต่อรังสีมากกว่าเนื้อเยื่อปกติ

ระดับของรังสีถูกใช้เพื่อยับยั้งการทำงานของเซลล์มะเร็ง ในขณะที่ส่งผลกระทบต่อสุขภาพในระดับปานกลาง ภายใต้อิทธิพลของรังสี มันไม่ใช่การทำลายเซลล์ในลักษณะนี้ แต่เป็นความเสียหายต่อจีโนมของพวกมัน - โมเลกุลดีเอ็นเอ เซลล์ที่มีจีโนมที่ถูกทำลายอาจมีอยู่ระยะหนึ่ง แต่ไม่สามารถแบ่งตัวได้อีกต่อไป กล่าวคือ การเติบโตของเนื้องอกจะหยุดลง

การฉายรังสีเป็นรูปแบบการฉายรังสีที่อ่อนโยนที่สุด การแผ่รังสีคลื่นมีความนุ่มนวลกว่าการแผ่รังสี corpuscular และรังสีเอกซ์จะอ่อนกว่ารังสีแกมมา

ระหว่างตั้งครรภ์

การใช้รังสีไอออไนซ์ในระหว่างตั้งครรภ์เป็นอันตราย รังสีเอกซ์ทำให้เกิดการกลายพันธุ์และอาจทำให้เกิดความผิดปกติในทารกในครรภ์ได้ การบำบัดด้วยรังสีเอกซ์ไม่เข้ากันกับการตั้งครรภ์: ใช้ได้ก็ต่อเมื่อตัดสินใจทำแท้งแล้วเท่านั้น ข้อ จำกัด ของฟลูออโรสโคปนั้นนุ่มนวลกว่า แต่ในเดือนแรกก็ห้ามโดยเด็ดขาดเช่นกัน

ในกรณีฉุกเฉิน การตรวจเอ็กซ์เรย์จะถูกแทนที่ด้วยการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก แต่ในช่วงไตรมาสแรกพวกเขาพยายามหลีกเลี่ยงเช่นกัน (วิธีนี้เพิ่งปรากฏขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้และแน่นอนจะพูดถึงการไม่มีผลที่เป็นอันตราย)

อันตรายที่แน่ชัดเกิดขึ้นเมื่อได้รับปริมาณรวมอย่างน้อย 1 mSv (ในหน่วยเก่า - 100 mR) ด้วยการเอกซเรย์อย่างง่าย (เช่น เมื่อทำการถ่ายภาพรังสี) ผู้ป่วยจะได้รับน้อยกว่าประมาณ 50 เท่า ในการรับยาในแต่ละครั้ง คุณต้องทำการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์โดยละเอียด

กล่าวคือ การเอ็กซ์เรย์ 1-2 เท่าในระยะแรกของการตั้งครรภ์ไม่ได้คุกคามผลร้ายแรง (แต่อย่าเสี่ยงจะดีกว่า)

การรักษาด้วยมัน

รังสีเอกซ์ใช้ในการต่อสู้กับเนื้องอกมะเร็งเป็นหลัก วิธีนี้เป็นวิธีที่ดีเพราะมีประสิทธิภาพสูง: ฆ่าเนื้องอกได้ ไม่ดีเพราะว่าเนื้อเยื่อที่แข็งแรงไม่ได้ดีขึ้นมาก มีผลข้างเคียงมากมาย อวัยวะของเม็ดเลือดมีความเสี่ยงเป็นพิเศษ

ในทางปฏิบัติ มีการใช้วิธีการต่างๆ เพื่อลดผลกระทบของรังสีเอกซ์ต่อเนื้อเยื่อที่แข็งแรง ลำแสงถูกชี้ไปที่มุมในลักษณะที่เนื้องอกปรากฏในโซนของทางแยกของพวกเขา (ด้วยเหตุนี้การดูดซับพลังงานหลักจึงเกิดขึ้นที่นั่น) บางครั้งขั้นตอนจะดำเนินการในการเคลื่อนไหว: ร่างกายของผู้ป่วยหมุนสัมพันธ์กับแหล่งกำเนิดรังสีรอบแกนที่ผ่านเนื้องอก ในขณะเดียวกัน เนื้อเยื่อที่แข็งแรงจะอยู่ในเขตฉายรังสีในบางครั้งเท่านั้น และสำหรับผู้ป่วยเท่านั้น

รังสีเอกซ์ใช้ในการรักษาโรคข้อบางและโรคที่คล้ายคลึงกันรวมทั้งโรคผิวหนัง ในกรณีนี้ อาการปวดจะลดลง 50-90% เนื่องจากการฉายรังสีในกรณีนี้มีความนุ่มนวลกว่า จึงไม่มีการสังเกตผลข้างเคียงที่คล้ายกับที่เกิดขึ้นในการรักษาเนื้องอก