مقاله در مورد اشعة ایکس وتهیة آن

بخشی از مقاله

اشعة ايكس وتهية آن
اشعةايكس درسال1895 توسط رونتگنRontgon كشف شد . اين دانشمندضمن آزمايش هايي كه دربارة فلورسانس انجام مي داد ، مشاهده نمودكه اگر جدارة لولة كروكس را با كاغذ سياهي بپوشاند ، تشعشع حاصل به هنگام تخلية الكتريكي در داخل لولة كروكس ، صفحه و فيلم عكاسي موجود درخارج لولة كروكس پوشانده شده با كاغذ سياه را متأثر مي سازد . يعني دراثر بمباران ماده توسط الكترون ، اشعه اي حاصل مي شود كه از اجسام كدر عبور مي نمايد. چون در ابتداي امر طبيعت اين اشعه مجهول بود آن را اشعة ايكس ناميد . امروزه اشعة ايكس را مي توان توسط لامپ هاي يوني و لامپ هاي الكتروني تهيه نمود .

1ـ لامپ هاي يوني: لامپ هاي يوني ازحباب شيشه اي كه داراي دوالكترود مي باشد و فشار هواي داخل آن در حدود 0.5 ميليمتر جيوه مي باشد درست شده است . به طوريكه در صورت ايجاد اختلاف پتانسيل نسبتا‏‎ً زياد بين دو الكترود يا دو قطب اشعة كاتوديك حاصل شده و در اثر برخورد اين اشعة كاتوديك بر آند ،كه آن را آنتي كاتد مي ناميم ،اشعة ايكس توليد مي ـ شود . چون قسمت اعظم انرژي الكترون ها به صورت حرارت درآنتي كاتد ظاهر مي شود ، لذا براي جلوگيري از ذوب آنتي كاتد آن را از فلزات ديرگداز مانند پلاتين و يا تنگستن مي سازند در شكل زير نمونه اي از يك لامپ يوني را مشاهده مي كنيد .

2ـ لامپ هاي الكتروني يا لامپ هاي كوليج Coolidge :
اين لامپ در 1912توسط كوليج ساخته شده است . مكانيسم اين لامپ مانند يك لامپ دو قطبي مي باشد بدين ترتيب كه يك فيلمان يا رشته سيم ازجنس تنگستن بااستفاده ازولتاژ 6.3ولت گرم شده و فلز دهندة الكترون را طبق پديدة ترمويونيك گرم مي نمايد . الكترون هاي به وجود آمده تحت تاُثير پتانسيل DC بالا كه بين همين فلز دهندة الكترون (كاتد) و فلز آند

(آنتي كاتد) الكترون ها سرعت نزديك به ثلث تا نصف سرعت نور به خود اختصاص مي دهد ،كه ضمن برخورد با آنتي كاتد نيز متوقف شده و در نتيجه تمام انرژي آن به حرارت تبديل مي شود لذا ضمن اين كه آنتي كاتد از فلزات دير گداز نظير مس ـ آهن ـ كبالت ـ كُرم ـ موليبدن ـ تنگستن و نقره مي سازند و آن را توسط جريان هوا يا آب خنك مي نمايند .لامپ هاي مولد اشعة ايكس كه براساس لامپ كوليج شناخته شده بر دو نوع :

الف ـ تيوپ بسته
ب ـ تيوپ هاي جدا شدني
مي باشد كه هر دو در خلأ كار مي كنند و بازده اين نوع لامپ ها از رابطة زير به دست مي آيند :

z V 10-9 × 1.1 
كه درآن z عدد اتمي آنتي كاتد و Vاختلاف پتانسيلي است كه بين آند و كاتد بسته مي شود مثلاّ بازده لامپ اشعة ايكس تنگستني كه با 100kv كار مي كند برابر 0.8 درصد و لامپ اشعة ايكس مسي كه با 30kv كار مي كند برابر 0.2 درصد مي باشد .
در زير ، شكل و اجزاي تشكيل دهندة تيوپ هاي بستة مولد اشعة ايكس را ملاحظه مي كنيد كه متشكل از يك محفظة شيشه اي با فشار داخلي 105 ميليمتر جيوه ، يك كاتد و يك آند مي باشد . نيمي از يك محفظة شيشه اي دريك غلاف فلزي قرار دارد كه جنس آن از آلياژ كووار covar (مس ، فولاد ، كُرم و موليبدن ) است البته جنس شيشه طوري است كه مانع عبور اشعة ايكس مي باشد . دراين لامپ فيلمان يا رشته سيم توليدكنندة گرما والكترون با استفاده از پديدة ترمويونيك از جنس تنگستن انتخاب شده و به عنوان كاتد استفاده مي شود ، شيشة جوش خورده و انتهايش به طرف ولتاژ كم AC هدايت مي شود . اطراف رشته سيم توليد كنندة گرما را محفظة فلزي احاطه كرده كه توليد كننده و متمركزكنندة الكترون هاي خروجي در اثر پديدة ترمويونيك بر روي سطح آنتي كاتد است اگر پتانسيل لازم بين كاتد و آنتي كاتد برقرار باشد . بنا بر اين سطحي كه محل برخورد الكترون ها با آنتي كاتد است كوچك مي باشد . اين سطح را « سطح كانوني » نامند . با تغيير شدت جريان گذرنده از رشته سيم تعداد الكترون هاي آزاد شده و همچنين شدت اشعة ايكس را تغيير داد . البته چون الكترون هايي كه به آنتي كاتد برخورد مي كنند توسط آنتي كاتد متوقف مي شوند و در واقع انرژي جنبشي خود را از دست داده و تبديل به حرارت مي

شود براي جلوگيري از ذوب شدن آنتي كاتد آن را با جريان هوا يا آب خنك مي كنند .
اشعة ايكس توليد شده از دريچه هايي كه روي بدنة لامپ تعبيه شده است ، خارج مي شود ، ايجاد اين دريچه ها از نظر مكاني و از نظر جنس يكي از كارهاي اساسي سازندگان مولد اشعة ايكس است .
ازآن جايي كه شيشه هاي معمولي مانع عبور اشعة ايكس بخصوص اشعة ايك

س حاصل از آنتي كاتد مس و كُرم هستند ، به جاي شيشة معمولي ، ابتدا از شيشة « لن دومان » ـ كه از عناصر سبك نظير ليتيوم و بُر ساخته مي شود ـ استفاده مي كردند . ولي به خاطر جذب اشعة ايكس از آنتي كُرم و جذب رطوبت زود از بين مي رفت ، درلامپ هاي جديد از ورقه هاي نازك فلز برليوم كه بسيار محكم و در عين حال جاذب اشعة ايكس نيست ، استفاده مي كنند كه غالباً همراه با ورقة نازكي از ميكا به كاربرده مي شود .
شكل و ابعاد سطح كانوني لامپ اشعة ايكس
مولدهاي اشعة ايكس بر اساس قدرت تشعشعي كه دارند ، دسته بندي مي شوند ، اين قدرت تشعشعي برحسب جنس آنتي كاتد و ساختمان سطح كانوني آن بستگي دارد ، طبق تعريف و قرار داد ، سطح كانوني مساحتي از آنتي كاتد است كه درمعرض برخورد الكترون ها قرار مي گيرد ، بنابراين مي توان گفت كه قدرت تشعشعي يك مولد اشعة ايكس به قدرت تحمل سطح كانوني آن بستگي دارد . معمولاً مساحت سطح كانوني از مساحت مورد نياز بيشتر است . با وجود آن ارزش لامپ هاي مولد اشعة ايكس به دو عامل اساسي بستگي دارد :
1ـ سطح كانوني
در شكل زير ( الف ) سطح كانوني حقيقي و سطوح كانوني ظاهري را در دو امتداد عمود برهم مشاهده مي كنيدكه سطح كانون حقيقي لامپ مولد اشعة ايكس تجارتي مربع مستطيل به ابعاد 1× 10‍ ميليمتر و سطح كانوني ظاهري
خطي آن به شكل مربع مستطيل به ابعاد 0.1 × 10 ميليمتر و سطح كانوني ظاهري نقطة آن به شكل مربع به ابعاد1 ×1 ميليمتر مي باشد .
2ـ نحوة پخش بار الكتروني در روي سطح كانوني
اين پخش بايد تا حدّ ممكن يكنواخت باشد . كه نحوة توزيع بار الكتروني در روي سطح كانوني درلامپ هاي بسته از مشخصات اصلي لامپ است . و تنها عاملي كه تا حدودي در اختيار است زاوية شعاع هاي خروجي با سطح آنتي كاتد است .
پرتوهايي كه به وسيلة آنتي كاتد فرستاده مي شوند ، درتمام جهات ، داراي شدت مساوي هستند . اگر  زاوية ميانگين پرتوهاي خروجي از دريچة S با سطح آنتي كاتد باشد (شكل ب صفحه قبل ) ، طبق تعريف سطح مفيد سطح كانوني برابر S /Sin  خواهد بود .

با توجه به اين كه مولد اشعة ايكس مانند يك منبع نوراني نيست و تغيير زاوية منبع نسبت به سطح ورودي دريافت كننده ، سبب تغيير انرژي دسته اشعة ايكس نمي شود . يعني درخشندگي منبع مقدار ثابت بوده و به امتداد تابش بستگي ندارد « قانون لامبر » ، لذا زاوية  را چه براي ازدياد انرژي و چه براي ازدياد سطح ظاهري كانون «S/Sin  » بايد كوچك كرد ولي چون ناهمواري سطح آنتي كاتد حتي در سطح ميكروسكپي باعث جذب شعاع هاي مماسي مي شود ، تقليل داراي حدي است .

زاوية  در بهترين تيوپ هاي بسته1.5 درجه است ، واضح است كه در چنين مولد هايي سطح آنتي كاتد بايد كاملاً صيقلي شده باشد .
معمولاً  درلامپ هاي تجارتي بين 4 تا 6 درجه تغيير مي كند. دراين نوع لامپ ها به جاي دو دريچه ، دو جفت دريچه درست مي كنند ، به طوريكه محور هرجفت دريچه بر محورجفت دريچة ديگر عمود باشد . البته مولدهايي نيز مي توان يافت كه سطوح كانوني آن ها دوايري به قطريك ميليمتراست . بهترين مولد اشعة ايكس آن هايي هستند كه توزيع و نحوة پخش الكترون روي آنتي كاتد آن ها يكنواخت باشد براي اين كار به هنگام تنظيم دستگاه يكي از دو آزمايش زير را انجام مي دهند :
صفحة سوراخ داري كه حائل پرتو ايكس است و ابعاد سوراخ آن به مراتب از ابعاد سطح كانوني كوچكتر است ( 0.02 ميليمتر ) در مسير دسته اشعة ايكس قرار مي دهند تا تصوير دايره اي شكل روي قطعه فيلم مستقر در پشت صفحة سوراخ دار كه به نسبت P / S بزرگ شده است ، به دست آيد البته مي توان به جاي سوراخ دايره اي شكل يك شكاف مربع مستطيل قرار داد و تصوير سطح كانوني را در دو امتداد تهيه نمود و نحوة توزيع شدت تشعشع پرتو ايكس را دردو امتداد طولي وعرضي بررسي واصلاح هاي لازم را جهت توزيع يكنواخت روي آنتي كاتد انجام داد . در مولدهاي تجارتي ، كمتر مي توان يك چنين مولدهاي اصلاح شده را به دست آورد . لازم به تذكر است كه سطح كانوني ، به مرور كاركرد مولد شكل خود را از دست مي دهد ، و بدين ترتيب ازارزش مولد كاسته مي شود .
تهية تصوير از سطح كانوني توسط سوراخ دايره اي شكل و شكاف مستطيل شكل
نمونه اي از تصاوير سطح كانوني يك تيوپ بسته
الف – سطح كانوني با وضعيت بد
ب- سطح كانوني مطلوب به ابعاد 0.6×1 ميليمتر
ج – سطح كانوني مطلوب ريز به ابعاد 0.05 ×0.5 ميليمتر

مكانيسم توليد اشعة ايكس
در پديدة فتوالكتريك دراثر تابش نور به سطح يك فلز ، فوتون نور تمام انرژي الكترومغناطيسي خود را به الكترون فلز منتقل مي سازد . قسمتي از اين انرژي براي مقابله با پيوند اتصالي الكترون به هسته صرف مي شود و قسمتي ديگر به صورت انرژي جنبشي درالكترون ظاهرمي شود . عكس اين پديده درتوليد اشعة ايكس اتفاق مي افتد . درلامپ اشعة ايكس الكترون هاي آزاد شده در فيلمان و اطراف در اثر پتانسيل موجود بين آند وكاتد با سرعت نزديك به سرعت نور به طرف آنتي كاتد كشيده شده و به آن برخورد نموده و در آن نفوذ كرده تا اين كه انرژي خود را از دست بدهد .
براي الكتروني كه در داخل آنتي كاتد نفوذ كرده دو اتفاق مي افتد :
1ـ به علت عبور از كنار هستة اتم كه بار مثبت دارد ، از مسير خود منحرف مي شود (طبق شكود ساطع مي كند كه به صورت فوتون ظاهر مي شود . فركانس اين فوتون  خواهد بود به طوريكه اگر انرژي جنبشي الكترون قبل از عبور از كنار هستة اتم K1 و بعد از عبور K2 باشد طبق اصل بقاي انرژي مي توان نوشت :

K1- K2 = h

كه درآن h ثابت پلانك برابر 10-34 j.s× 6.6262 مي باشد . ازآن جايي كه الكترون ها حين نفوذ از فواصل متفاوت هسته عبور مي كنند و به يك اندازه نقصان انرژي پيدا نمي نمايند لذا اشعة ايكس توليد شده يكرنگ نخواهد بود بلكه تشكيل طيف متصلي را مي دهد .
اگر بار الكترون e و اختلاف پتانسيل بين آند
وكاتد V باشد ، ماكزيمم انرژي كه الكترون
مي تواند آزاد سازد هنگامي است كه در اثر
برخورد برهستة اتم توسط هستة اتم متوقف
شود دراين حال انرژي آزاد شده مساوي eV
خواهد بود ، بنا بر اين :
eV = h و يا eV = hc / 
خواهد بود واضح است كه فركانس چنين اشعه اي ماكزيمم و طول موج آن مينيمم مي باشد يعني :
 max =eV / h و min = hc / eV
لذا اشعة ايكس توليد شده از طرف طول موج هاي كوتاه محدود به minو از طرف طول موجهاي بلند محدوديتي نخواهد داشت .
2ـ زماني كه آنتي كاتد به وسيلة الكترون هاي سريع بمباران مي شود تعدادي از اين

الكترون ها به علت سرعت زيادي كه دارند . داخل ساختمان اتمي شده و برخورد با الكترون هاي لايه هاي … , M , L , K نموده و با خارج راندن الكتروني از اين لايه ها به خارج لاية مذكور اتم يونيزه شده و واضح است كه به محض خارج شدن يك الكترون از لاية داخلي الكترون ديگري از لايه هاي بالاتر فوراً سقوط كرده و حفرة موجود را پر مي نمايد . چون هرچه الكترون در لايه هاي دورتر از هسته باشد ، داراي انرژي بيشتري است ، لذا سقوط يك الكترون از قشر بالاتر به قشر پايين تر مقدار انرژي آزاد مي سازد واين انرژي نيز به صورت فوتون ايكس ولي يكرنگ ظاهرمي شود. از اين نظر درطيف اشعة ايكس علاوه بر يك طيف متصل كه به طول موج min محدود است چند تشعشع يكرنگ نيز كه از خطوط مشخصة عنصر يا عناصر تشكيل دهندة آنتي كاتد خواهد بود ، ديده مي شود . در شكل زير طيف هاي پيوستة فلز موليبدن را برحسب ولتاژهاي مختلف اعمال شده بين آند و كاتد و همچنين خطوط مشخصة آن را كه مربوط به لاية K مي باشد
ملاحظه مي كنيد .
اگر پتانسيل بين آند وكاتد را تغيير دهيم حدّ
طول موج min تغيير مي نمايد ولي طول
موج خطوط مشخصة آنتي كاتد ثابت مي ـ
ماند در صورتي كه اگرآنتي كاتد عوض شود

با ولتاژ ثابت حدّ min ثابت مانده وخطوط
مشخصة جديدي ظاهر مي شود كه وابسته
به جنس آنتي كاتد است . اگراختلاف پتانسيل بين آند وكاتد مولد اشعة ايكس مساويV باشد ، مقدارحداقل طول موج يعني min حاصل برابر خواهد بود با :
V)=×10-19×108)/(1.6×3×10-34×min = hc / eV =(6.62
10-7) / V (m)×(12.4
) ْmin =12400 / V (A

ازرابطة فوق معلوم مي شودكه براي تهية اشعة ايكس با طول موج كوتاه (يعني اشعة ايكس سخت ) لازم است كه اختلاف پتانسيل بين آند و كاتد زياد باشد . درلامپ هاي يوني به علت وجود گاز نمي توان اين اختلاف پتانسيل رازياد بالابرد،زيرا دراين حال تخلية الكتريكي به صورت جرقه ظاهرمي شود . ازاين نظراست كه اين مولدها فقط براي تهية اشعة ايكس با طول موج بلند (اشعة ايكس نرم) بكار مي رود. در طب وصنعت كه نياز به داشتن اشعة ايكس سخت است ، از لامپ كوليج استفاده مي شود.
طول موج خطوط مشخصه : در شكل زير نمايشي از طول موج خطوط اصلي يك سري از عناصر برحسب افزايش عدد اتمي را مشاهده مي كنيد . به روشني ازآن دو عمل اساسي نتيجه مي شود : طيف هاي خيلي ساده ، در برگيرندة غير از يك عدد كوچك از خطوط با طيف هاي تمامي عناصر متشابه هستند . آن ها ساخته شده اند توسط گروه هاي خطوط به نام سري … , M , L , K . هرسري شامل يك دسته از خطوط است كه به صورت زاوية متقابل در طيف هاي همة عناصر جايگزين يكديگر مي شوند . شدت نسبي خطوط در تقريب اول براي عناصرمختلف يكسان است . فركانس يك خط تعريف شده با عدد اتمي تغيير مي كند بنا براين قانون ساده موزلي :
1/2 = C ( Z - )

كه در آن Z عدد اتمي و C و  مقادير ثابت هستند (1 ~ ) . در شكل زيرخطوط مشخصة واقع در ناحية طول موج هاي به كار رفته در راديوكريستالوگرافي را ملاحظه مي كنيد .
سري K خيلي مهم است : كه شامل سه خط با شدت قابل ذكراست . دوت

ا با شدت زياد يك خط دوگانه خيلي نزد هم KK را تشكيل مي دهد ، به طوريكه دو مؤلفه داراي شدت قابل مقايسه هستند( K ، دو مرتبه شدتش زيادتراز K است و طول موج كوتاهتر دارد). اختلاف طول موج  تا اندازه اي براي تمامي عناصر ثابت است ،اين كه موجب مي شودكه مقدار نسبي  افزايش پيدا مي كند با عدداتمي عناصر (1.7/ 1000 براي Cr و 23/ 1000 براي W ) . ولي درحالت خوب كه درآن جا خط دوگانه حاكم نيست براي K مي پذيريم طول موج زير را :
( 2 K + K ) / 3

سومين خط قوي سري K ناميده مي شود : داراي يك طول موج خيلي كوتاه تقريباً % 10 ، و شدتي درحدود1/7 شدت K مي باشد . جدول زير طول موج هاي سريK عناصر را مي دهدكه ، براي خواص فيزيكي آن ها ، آنتي كاتد خوب هستند و بنا براين خط Kدر ناحية بكارگيري راديوكريستالوگرافي است .
سري خطوط L شامل يك تعداد زياد از خطوط است واين تنها براي عناصر سنگين است .

Vk طول موج ( ْ A ) آنتي كاتد
K K - K عدد اتمي نام
5950

7100

7700

8300

9000

20000

23400

24500

25600

69500 2.085

1.757

1.621

1.500

1.392

0.6323

0.5456

0.5205

0.4970

0.1844 2.294-2.290

1.940-1.936

1.793-1.783

1.662-1.658

1.544-1.540

0.7135-0.7093

0.6176-0.6132

0.5898-0.5854

0.5638-0.5594

0.2138-0.2090 24

26

27

28

29

42

45

46

47

74 Chromium
Fer

Cobalt

Nickel

Cu

Molybdenum

Rhodium

Palladium

Ag

Tungsten

پايين تر از كلسيم ، كه در ناحية طول موج عموماً قابل استفاده هستند . ماهيت وتشخيص اشعةايكس
محققاني كه بعد از رونتگن با اشعة ايكس كار مي كردند مشاهده كردند كه
بعضي ازخواص اشعة ايكس مانند اشعه هاي نوراني و بعضي ديگركاملاً ازآن مجزا مي باشد ،يعني اشعة ايكس همانند اشعه هاي نوراني شيشة حساس عكاسي را متأثر مي سازد و به خط مستقيم نيز منتشر مي شود ، از اين رو معتقد شدند كه ذات اين اشعه بايد مشابه اشعه هاي نوراني باشد . تجربه ديگري كه م

ؤيد نظرية آنان بود ، منحرف شدن اين اشعه در يك ميدان الكتريكي يا مغناطيسي است . پديدة تفرق بعلت كوچك بودن طول موج اشعة ايكس غير قابل ملاحظه است . يعني زاوية تفرق نوار مركزي ( Sin D ) قابل سنجش نيست ، اشعة ايكس تقريباً منعكس نشده وانعكاس آن درشرايط مخصوص امكان پذير است . اشعة ايكس برحسب شدت تشعشع و زمان تأثير آن باعث ضعف و فاسد شدن سلولهاي حياتي مي شود . شدت اشعة ايكس به دو عامل يعني طول موج تشعشع و تعداد الكترون هايي كه در زمان معيني ازالكترود (كاتد) خارج مي شود بستگي دارد. عامل اول با اختلاف پتانسيل V بين آند و كاتد و عامل دوم با مشخصات فيلمان (توليد كنندة الكترون) تغيير مي كند .
با پيشرفت علم ،كلّية خواصي كه براي اشعه هاي نوراني پيدا شد ، براي اشعة ايكس نيز قطعيت پيدا كرد ، مثلاً با توجه به نظرية الكترومانيتيك ماكسول براي اشعة نوراني ، اشعة ايكس نيز از نوع اشعة الكترومانيتيك عرضي مي باشد . يعني انتشار امواج اشعة ايكس يا هر موج نوري ، نتيجة انتشار يك ميدان مغناطيسي(H) و يك ميدان الكتريكي (E) عمود بر هم مي باشد . اين دو بردار عمود بر هم سطحي را درست مي كنند كه عمود بر امتداد انتشار امواج است و به نام سطح موج خوانده مي شود ، وقتي E در دستگاه u . e . s و H در دستگاه u . e . m بيان شوند ، با هم برابرند ولي بر همديگر عمود مي باشند . به خاطر شبيه بودن E و H از هر جهت مگردر راستا وسوي آن ها كه برهم عمود هستند مي توان فقط درمورد بردار E بحث نمود . اگر E به صورت يك تابع متناوب باشد :
E = a Sin ( t -)
ويا: E = a eI (t-)
دراين صورت شدت اشعه يا انرژي حمل شده توسط موج با مجذور دامنه متناسب است يعني :
I ~ a2 و يا I = E . E*
كه در آن E* مزدوج E مي باشد يعني :
E = a Cos (t -  + ia Sin (t -
E* = a Cos (t - ia Sin (t -
خواهد بود .
اين نظريه در مورد تمام طول موج هاي نوري كه درجدول زيرآمده صادق است . همان طوريكه درجدول مذكور ملاحظه مي كنيد طول موج اشعة ايكس به مراتب ازطول موج مرئي كمتر است . حدّ فاصل بين اشعة ايكس و اشعة گاما و اشعة ماوراء بنفش را نمي توان به طوردقيق مشخص نمود . براي مثال با ايجاد 106 × 2 ولت بين آند و كاتد اشعة ايكس به طول موج ْْ0.006 A و يا توسط بتاترون صد مليون ولتي طول موجي در حدود ْ0.00012 A

‎‎ توليد نمود و يا برعكس اشعة ايكسي مي توان تهيه كردكه طول موج آن ها از مرز طول موج هاي ماوراء بنفش بيشتر باشد ولي در بلورشناسي از اشعه هاي ايكسي استفاده مي كنيم كه طول موج آن ها بين0.5 تا 2.5 آنگسترم باشد و در راديوگرافي ازاشعة ايكس هايي با طول موج 0.5 تا 1 آنگسترم استفاده مي شود .
بايد توجه داشت كه اشعة ايكس نيز مانند اشعة نوراني

، از خاصيت دوگانگي ذره بودن و موجي بودن برخوردار مي باشد .
نوع اشعه طول موج ( ْA ) منبع توليد وسيلة تشخيص

اشعة  0.001 تا 1.4
0.06 تا 0.5 كه در راديولوژي بكار مي رود

فعل و انفعالات و تجزيه
هاي هسته اي
نظير وسايل تشخيص
اشعة ايكس

اشعة
ايكس 0.006 تا 1.19
با بتاترون مي توان
اشعة ايكس 0.0001
هم تهيه كرد

تصادم الكترونهاي سريع با اجسام
و توقف ان ها توسط جسم 1- فوتوگرافي ، 2- فسفرسانس
3- واكنش شيميايي
4- يونيزاسيون

5- كنش فوتوالكتريك
6- پراش توسط بلورها
اشعة ماوراء
بنفش
136 تا 3900 اجسامي كه در دماهاي

بالا تشعشع مي كنند ، و تشعشع هاي حاصل از يونيزاسيون
گازي 1- فوتوگرافي و كنش
فوتوالكتريك
2- توري هاي ريز
اشعة
مرئي 3900 تا 7700
تشعشع اجسام گرم و تشعشع
حاصل از يونيزاسيون گازها چشم ، منشور ،
توري و غيره
اشعة مادون قرمز 7700 تا 106 × 4 تشعشع هاي حرارتي ترموكوپل ، صفحات عكاسي
مخصوص
تشعشعهاي
خورشيدي 2960 تا 53000
امواج
هرتز 106 تا 1014 × 3 نوسانات حاصل ازلامپهاي سه
قطبي تخلية قوس الكتريكي
( درمدار LC )
كوهرور
امواج كوتاه هرتز 106 تا 1011 كوهرور ، انعكاس
انكسار ، پراش
امواج
راديويي 1014 تا 1014 × 3
1012 ×2 تا
1012 ×5.5 تبديل آن به جريان متناوب
و بالاخره صوت
امواج
الكتريكي 1014 × 3 تا
1016 × 3.5 چرخش يك بوبين در ميدان
الكتريكي اثر حرارتي جريان متناوب
روش مكانيكي يا الكتريكي
براي تشخيص اشعة ايكس همان طوريكه در جدول صفحة قبل مشخص شده چند راه وجود دارد كه ما دراينجا به شرح چند تايي از آنها مي پردازيم :
1ـ با رؤيت ـ اشعة ايكس به علت كوتاهي طول موج خود نمي تواند شبكية چشم را متأثر نمايد . براي تشخيص آن از خاصيت فلورسانس اجسام استفاده مي كنيم ، بدين معني كه اشعة ايكس را بر صفحه اي كه قشري از يك مادة فلورسان يا فسفر برروي آن كشيده شده است مي تابانيم ، در نتيجه وجود اشعة ايكس به رنگ سبز مغز پسته اي ديده مي شود مادة فلورسانس پلاتينوسيانورباريم است .
2ـ با عكاسي ـ اشعة ايكس صفحات حساس

عكاسي را متاُثر مي كند . براي تشديد تأثير اشعة ايكس بر املاح نقره روي صفحات حساس را قشري از يك مادهُ فلورسانس مي پوشانند .
3ـ با يونيزه كردن گازها ـ اشعة ايكس گازها را يونيزه مي كند . به طوري كه هرگاه يك دسته اشعة ايكس را بين دو
صفحة خازن كه در داخل گازي غوطه ور
است بتابانيم گاز يونيزه شده و با قراردادن
اختلاف پتانسيل بين دو صفحةخازن جرياني
از مدار عبور مي كند ، شكل روبرو . ن شدت تشعشع را نيز اندازه گرفت زيرا اگر مشخصات گاز ثابت و اختلاف پتانسيل موجود بين دو سلاح معلوم باشد با اندازه گيري شدت جريان مي توان شدت اشعة ايكس را به دست آورد . اگر اطاق يونيزاسيون براي اندازه گيري اشعة ايكس يا اشعة گاما به كاررود آنراR-Meter ( Rate-Meter ) نامند . شدت اشعة ايكس را ممكن است با تاباندن اشعة ايكس بر ورقة ضخيمي از فلز و اندازه گيري ازدياد درجه حرارت آن نيز تعين نمود. شدت اشعة ايكس را با واحدي بنام واحد رونگتن يا واحد r اندازه مي گيرند. طبق قراردادكنگرة سال 1937 يك واحد رونگتن تشعشع اشعة ايكس يا اشعة گاما شدتي است كه اشعة مذكور بتواند يك سانتيمتر مكعب هوا را در شرايط متعارفي يونيزه كند و توليد 10-19 × 1/3 واحد الكترواستاتيك الكتريسيتة مثبت يا منفي تهيه كند . محسبات نشان مي دهد كه انرژي جذب شده به وسيلة يك گرم از جسمي دراثرتابش يك رونگتن اشعة ايكس معادل (92) ارگ است.اين مقدار انرژي جذب شده را با نماد(Rontgok equivalont Physical ) نشان مي ـ دهند . بطور كلي مي توان از 17 خاصيت مهم اشعة ايكس به شرح زير نام برد :
1ـ اشعة ايكس غير مرئي است .
2ـ اشعة ايكس به خط مستقيم منتشر مي شود .
3ـ ميدان الكتريكي ومغناطيسي اشعة ايكس را منحرف نمي كند واين امر نشان مي دهد كه اشعة ايكس حامل الكتريسيته نيست .
4 ـ تمام خواص مربوط به اشعة نوراني ، ازجمله : انعكاس،پراش ، پلاريزاسيون ، … را دارد .
5 ـ سرعت آن ، برابر 108 m/sec × 3 مي باشد .
6 ـ ارتعاشات الكترومانيتيك عرضي دارد .
7 ـ طول موج اشعة ايكس گام وسيعي دارد .
8 ـ اشعة ايكس به وسيلة اجسام جذب مي شود .
9ـ با فرستادن اشعة كاتدي بر روي فلزات ( بخصوص فلزات سنگين ) ،مي توان اشعة ايكس را تهيه كرد . همچنين به وسيلة متلاشي كردن هسته هاي اتمي توسط سيليكون ها و بمب هاي اتمي نيز اشعة ايكس ايجادمي شود .
10ـ برروي صفحات حساس عكاسي اثرمي گذارد. در بعضي اجسام مي تواند خاصيت فسفرسانس يا فلورسانس ايجادكند و درضمن برخورد با بعضي از سنگها ومواد مي تواند آن ها را رنگي كند . گازها را مي تواند يونيزه كند وخواص الكتريكي مايعات و جامدات را تغيير دهد .
11ـ اشعة ايكس مي تواند فوتو الكترون آزاد كند ،همچنين مي تواند با انرژي زياد پوزيترون ومزون به وجود آورد .
12ـ خاصيت فتوشيمي دارد .
13ـ برروي سلول هاي حياتي اثر نموده وحتي باعث نابودي آن ها مي شود .
14ـ طول موج طيف پيوستة آن ، بستگي به اختلاف پتانسيلي داردكه روي مولد اشعة ايكس بسته مي شود. طيف خطوط منفصل آن به وسيلة اجسام مختلف ،متفاوت است . يعني طول موج اين خطوط منفصل تابع اجزاي تشكيل دهندة آنتي كاتد مي باشد.
15ـ يك طيف جذبي دارد كه از مشخصات شيميايي اجسام است .
16ـ ايجاد پديدة پراش اشعة ايكس توسط شبكه هاي بلوري
17- ايجاد پديدة پراش اشعة ايكس توسط شبكه يا توري معمولي
از اين 17خاصيت مهم اشعة ايكس بيشترخاصيت شانزدهم است كه در بلورـ شناسي ازآن استفاده مي شود. قبل شرح به يك پديدة ديگر فيزيك به نام پديدةكمپتون كه بيان آن فقط با اشعة ايكس امكان پذير است ،مي پردازيم .
پديدة كمپتون – Compton effect

يكي از پديده هايي كه صحت نظريه هاي فيزيك را تائيد مي نمايد پديدة كمپتون است كه در سال 1923 توسط كمپتون كشف شده است . اين دانشمند درآزمايش هايي كه دربارة پخش اشعة ايكس بعمل آورد مشهاده نمودكه دركنار اشعة ايكس پخش شده كه طول موج آن برابراشعة ايكس تابش است اشعة ديگري با طول موج بلندتر ظاهرمي شود. اين پديده را پديدة كمپتون ناميده اند. تعبيرعلمي اين پديده به توسط خودكمپتون و دباي با توجه به تئوري نسبيت بيان ش از انرژي فوتون به الكترون منتقل شده و در نتيجه انرژي فوتون نقصان پذيرفته وطول موج آن زياد مي شود. دستگاهي كه براي اين آزمايش بكارمي رود به شرح زيراست :
به وسيلة مولد اشعة ايكس يك دسته اشعة ايكس به طول موج  به موازات سطح بلور(C) مي تابانيم . دراين حال نقطة روشني مانند P0 روي صفحة فلورسان ظاهر مي شود . بلور (C) را آنقدر مي چرخانيم تا طيف رديف اول  (k=1) در نقطه اي مانند P1 ديده شود اگرزاوية چرخش بلور باشد طبق قانون براگ خواهيم داشت 2d Sin  كه در آن d فاصلة صفحات رتيكولري بلور است با
سنجش  ودانستن مقدارd طول
موج  بدست مي آيد. شكل بالا
تشعشع  معمولاً يكي ازخطوط
مشخصة فلزي مانندموليبدن است.
حال درمسير اشعة ايكس جسم پخش كننده (مانند كربن ) درنقطة S قرارمي ـ دهيم. تغييري درطيف ظاهر نمي شود. مولد اشعة ايكس را آنقدر دوران مي ـ دهيم تا امتداد اشعة تابش با امتداد اولية آن زاويه اي مانند  درست كند . دستگاه را با چرخاندن بلور( C ) دوباره تنظيم مي نمائيم تا مجددا ًروي صفحة فلورسانس طيف رديف اول ظاهر شود . مشاهده مي شود كه به ازاي = 0 تنها يك خط به طول موج  يعني طول موج اشعة ايكس تابش ديده مي شود. ولي به ازاي مقادير ديگر  در مجاورت خط اصلي با طول موج  خط ديگري به طول موج   ظاهرمي شود ، به طوريكه  تنها وابستگي به زاوية پخش  دارد و هيچگونه ارتباطي به طول موج تابش  و جنس پخش كنندة Sندارد . شكل زير نمايش  و  را بر حسب مقادير مختلف نشان مي دهد .
ظهوراين پديده با توجه به اصول فيزيك كوانتيك به شرح زير بيان مي شود. هنگاميكه فوتوني با فركانس و با انرژي h به ماده اي مانندS مي تابد ، انرژي آن به دوقسمت تقسيم مي شود ، قسمتي باعث جدا كردن الكترون وحركت آن درامتدادSA و قسمت ديگر
به شكل فوتوني به فركانس  و h در
امتدادSB ظاهرمي شود شكل روبرو :
اگر E0 و E انرژي الكترون ، وeV انرژي انرژي لازم براي جداكردن قبل ازحركت و بعد ازحركت باشد . الكترون از سطح جسم فرض شود (انرژي پيوندي يا تابع كار) طبق قانون بقاي‌ انرژي مي توان نوشت :
h + E0 = h+ eV + E
چون فوتون هاي اشعة ايكس به علت زياد بودن  انرژي زيادي دارند مي ـ توان درمقابل h ازeV صرفنظر نموده و الكترون جسم را مانند الكترون آزاد ( كه قبل از برخورد فوت

ون ساكن باشد ) فرض نموده و رابطة فوق را به شكل سادة زير نوشت :
h+ E0 = h + E
اگر برخورد فوتون با الكترون برخورد الاستيك فرض شود ،قانون بقاي اندازه حركت را نيزمي توان بكار برد. چون جرم فوتون مساوي M=h/C2 و مقدارحركت آن P = Mc = hc / c2 = h /c = h /  است و انرژي الكترون در حال سكون E0 = m0 c2 و پس از برخورد و شروع به حركت E = m c2 است با توجه به اينكه طبق فرمول نسبيت انيشتاين m = m0 / (1 - 2 / c2 )1/2 مي باشد ،قوانين بقاي انرژي و بقاي اندازه حركت به صورت رابطة زير در مي آيد :
h= h + (E –E0)
ويا (1) hc / = (hc / + (E – E0)
و تصاوير اندازه حركت روي محورهاي x ها و y ها عبارتند از :

(2) h /  =(h /cos  + P cos  تصاوير روي محور x ها
(3) 0 = ( h / sin - P sin  تصاوير روي محور y ها

كه در آن P = mV اندازه حركت الكترون خواهد بود. اگرروابط (2) و (3) را مجذور كرده و با هم جمع كنيم خواهيم داشت :
(h2cos2/)+(h2/2)-2(h2cos/)=P2cos2
h2sin22=P2sin2(4)  P2=(h2/22)(2+2-2cos)

رابطة(1) نشان مي دهد كه : E=(hC/+E0
E2 =(h2C2/22)(2 +2)-2(h2C2/)+2(hC/)E0(-)+E02
و يا :
E2-E02=(h2C222)(2+2)-2(h2C2/+2(hC/)E0(-) (5)

چونm = m0 /(1-V2/C2)1/2 يعنيm2C2-m2V2 = m02C2 مي باشد با ضرب كردن طرفين اين معادله در C2و با توجه به اينكهE0 = m0C2 و E = mC2 است ، نتيجه مي گيريم كه :
m2C4-m02C4 = m2V2C2 = P2C2
ويا: E2-E02 = P2C2
بنا بر اين رابطة (5) به صورت زير در مي آيد :
P2C2=(h2C2/22)(2+2)-2(h2C2/)+2(hC/)E0(-)
(6)
حال اگر رابطة (h2/22)(2+2) از رابطة (4) استخراج و طرفين درC2
ضرب كنيم خواهيم داشت :

(h2C2/22)(2+2) = P2C2+2(hC/)E0(-)
با جايگزيني اين مقدار در رابطة (6) خواهيم داشت :
0=2(h2C2/)cos-2(h2C2/)+2(hC/)E0(-)
m0C2 hC(1-cos)=m0C2(-)=
و از آنجا :
2h/m0C) sin22) (-)=

از اين رابطه معلوم مي شود كه اختلاف طول موج تابش و اشعة پخش شده يعني  فقط تابع زاويةپخش  مي باشد.اين اخ

تلاف به ازاي  = 90 مساوي است با :
ْ=0.02426 A 1/2×=2h/m0C)  
چنانكه ملاحظه مي شود اگر آزمايش در ناحية نور مرئي مثلاً به طول موج ‎ْ4000 A = انجام مي گرفت ، با تغييرات طول موج دراثر پديدة كمپتون در حدود % 0.006 خواهد بود وتغييرات به هيچ وجه قابل تفكيك نمي باشد. درصورتيكه در ناحية اشعة ايكس كه طول موجش ْ1A مي باشد ، تغييرات  در حدود %2 خواهد بود كه مي توان آن را به راحتي تشخيص داد . از اين نظراست كه پديدة كمپتون فقط با اشعة ايكس سخت و اشعة گاما قابل رؤيت مي باشد .