مقاله در مورد اشعه ایکس وتهیه آن

word قابل ویرایش
44 صفحه
9700 تومان
97,000 ریال – خرید و دانلود

اشعه ایکس وتهیه آن
اشعهایکس درسال۱۸۹۵ توسط رونتگنRontgon کشف شد . این دانشمندضمن آزمایش هایی که درباره فلورسانس انجام می داد ، مشاهده نمودکه اگر جداره لوله کروکس را با کاغذ سیاهی بپوشاند ، تشعشع حاصل به هنگام تخلیه الکتریکی در داخل لوله کروکس ، صفحه و فیلم عکاسی موجود درخارج لوله کروکس پوشانده شده با کاغذ سیاه را متأثر می سازد . یعنی دراثر بمباران ماده توسط الکترون ، اشعه ای حاصل می شود که از اجسام کدر عبور می نماید. چون در ابتدای امر طبیعت این اشعه مجهول بود آن را اشعه ایکس نامید . امروزه اشعه ایکس را می توان توسط لامپ های یونی و لامپ های الکترونی تهیه نمود .

۱ـ لامپ های یونی: لامپ های یونی ازحباب شیشه ای که دارای دوالکترود می باشد و فشار هوای داخل آن در حدود ۰٫۵ میلیمتر جیوه می باشد درست شده است . به طوریکه در صورت ایجاد اختلاف پتانسیل نسبتا‏‎ً زیاد بین دو الکترود یا دو قطب اشعه کاتودیک حاصل شده و در اثر برخورد این اشعه کاتودیک بر آند ،که آن را آنتی کاتد می نامیم ،اشعه ایکس تولید می ـ شود . چون قسمت اعظم انرژی الکترون ها به صورت حرارت درآنتی کاتد ظاهر می شود ، لذا برای جلوگیری از ذوب آنتی کاتد آن را از فلزات دیرگداز مانند پلاتین و یا تنگستن می سازند در شکل زیر نمونه ای از یک لامپ یونی را مشاهده می کنید .

۲ـ لامپ های الکترونی یا لامپ های کولیج Coolidge :
این لامپ در ۱۹۱۲توسط کولیج ساخته شده است . مکانیسم این لامپ مانند یک لامپ دو قطبی می باشد بدین ترتیب که یک فیلمان یا رشته سیم ازجنس تنگستن بااستفاده ازولتاژ ۶٫۳ولت گرم شده و فلز دهنده الکترون را طبق پدیده ترمویونیک گرم می نماید . الکترون های به وجود آمده تحت تاُثیر پتانسیل DC بالا که بین همین فلز دهنده الکترون (کاتد) و فلز آند

(آنتی کاتد) الکترون ها سرعت نزدیک به ثلث تا نصف سرعت نور به خود اختصاص می دهد ،که ضمن برخورد با آنتی کاتد نیز متوقف شده و در نتیجه تمام انرژی آن به حرارت تبدیل می شود لذا ضمن این که آنتی کاتد از فلزات دیر گداز نظیر مس ـ آهن ـ کبالت ـ کُرم ـ مولیبدن ـ تنگستن و نقره می سازند و آن را توسط جریان هوا یا آب خنک می نمایند .لامپ های مولد اشعه ایکس که براساس لامپ کولیج شناخته شده بر دو نوع :

الف ـ تیوپ بسته
ب ـ تیوپ های جدا شدنی
می باشد که هر دو در خلأ کار می کنند و بازده این نوع لامپ ها از رابطه زیر به دست می آیند :

z V 10-9 × ۱٫۱ 
که درآن z عدد اتمی آنتی کاتد و Vاختلاف پتانسیلی است که بین آند و کاتد بسته می شود مثلاّ بازده لامپ اشعه ایکس تنگستنی که با ۱۰۰kv کار می کند برابر ۰٫۸ درصد و لامپ اشعه ایکس مسی که با ۳۰kv کار می کند برابر ۰٫۲ درصد می باشد .
در زیر ، شکل و اجزای تشکیل دهنده تیوپ های بسته مولد اشعه ایکس را ملاحظه می کنید که متشکل از یک محفظه شیشه ای با فشار داخلی ۱۰۵ میلیمتر جیوه ، یک کاتد و یک آند می باشد . نیمی از یک محفظه شیشه ای دریک غلاف فلزی قرار دارد که جنس آن از آلیاژ کووار covar (مس ، فولاد ، کُرم و مولیبدن ) است البته جنس شیشه طوری است که مانع عبور اشعه ایکس می باشد . دراین لامپ فیلمان یا رشته سیم تولیدکننده گرما والکترون با استفاده از پدیده ترمویونیک از جنس تنگستن انتخاب شده و به عنوان کاتد استفاده می شود ، شیشه جوش خورده و انتهایش به طرف ولتاژ کم AC هدایت می شود . اطراف رشته سیم تولید کننده گرما را محفظه فلزی احاطه کرده که تولید کننده و متمرکزکننده الکترون های خروجی در اثر پدیده ترمویونیک بر روی سطح آنتی کاتد است اگر پتانسیل لازم بین کاتد و آنتی کاتد برقرار باشد . بنا بر این سطحی که محل برخورد الکترون ها با آنتی کاتد است کوچک می باشد . این سطح را « سطح کانونی » نامند . با تغییر شدت جریان گذرنده از رشته سیم تعداد الکترون های آزاد شده و همچنین شدت اشعه ایکس را تغییر داد . البته چون الکترون هایی که به آنتی کاتد برخورد می کنند توسط آنتی کاتد متوقف می شوند و در واقع انرژی جنبشی خود را از دست داده و تبدیل به حرارت می

شود برای جلوگیری از ذوب شدن آنتی کاتد آن را با جریان هوا یا آب خنک می کنند .
اشعه ایکس تولید شده از دریچه هایی که روی بدنه لامپ تعبیه شده است ، خارج می شود ، ایجاد این دریچه ها از نظر مکانی و از نظر جنس یکی از کارهای اساسی سازندگان مولد اشعه ایکس است .
ازآن جایی که شیشه های معمولی مانع عبور اشعه ایکس بخصوص اشعه ایک

س حاصل از آنتی کاتد مس و کُرم هستند ، به جای شیشه معمولی ، ابتدا از شیشه « لن دومان » ـ که از عناصر سبک نظیر لیتیوم و بُر ساخته می شود ـ استفاده می کردند . ولی به خاطر جذب اشعه ایکس از آنتی کُرم و جذب رطوبت زود از بین می رفت ، درلامپ های جدید از ورقه های نازک فلز برلیوم که بسیار محکم و در عین حال جاذب اشعه ایکس نیست ، استفاده می کنند که غالباً همراه با ورقه نازکی از میکا به کاربرده می شود .
شکل و ابعاد سطح کانونی لامپ اشعه ایکس
مولدهای اشعه ایکس بر اساس قدرت تشعشعی که دارند ، دسته بندی می شوند ، این قدرت تشعشعی برحسب جنس آنتی کاتد و ساختمان سطح کانونی آن بستگی دارد ، طبق تعریف و قرار داد ، سطح کانونی مساحتی از آنتی کاتد است که درمعرض برخورد الکترون ها قرار می گیرد ، بنابراین می توان گفت که قدرت تشعشعی یک مولد اشعه ایکس به قدرت تحمل سطح کانونی آن بستگی دارد . معمولاً مساحت سطح کانونی از مساحت مورد نیاز بیشتر است . با وجود آن ارزش لامپ های مولد اشعه ایکس به دو عامل اساسی بستگی دارد :
۱ـ سطح کانونی
در شکل زیر ( الف ) سطح کانونی حقیقی و سطوح کانونی ظاهری را در دو امتداد عمود برهم مشاهده می کنیدکه سطح کانون حقیقی لامپ مولد اشعه ایکس تجارتی مربع مستطیل به ابعاد ۱× ۱۰‍ میلیمتر و سطح کانونی ظاهری
خطی آن به شکل مربع مستطیل به ابعاد ۰٫۱ × ۱۰ میلیمتر و سطح کانونی ظاهری نقطه آن به شکل مربع به ابعاد۱ ×۱ میلیمتر می باشد .
۲ـ نحوه پخش بار الکترونی در روی سطح کانونی
این پخش باید تا حدّ ممکن یکنواخت باشد . که نحوه توزیع بار الکترونی در روی سطح کانونی درلامپ های بسته از مشخصات اصلی لامپ است . و تنها عاملی که تا حدودی در اختیار است زاویه شعاع های خروجی با سطح آنتی کاتد است .
پرتوهایی که به وسیله آنتی کاتد فرستاده می شوند ، درتمام جهات ، دارای شدت مساوی هستند . اگر  زاویه میانگین پرتوهای خروجی از دریچه S با سطح آنتی کاتد باشد (شکل ب صفحه قبل ) ، طبق تعریف سطح مفید سطح کانونی برابر S /Sin  خواهد بود .

با توجه به این که مولد اشعه ایکس مانند یک منبع نورانی نیست و تغییر زاویه منبع نسبت به سطح ورودی دریافت کننده ، سبب تغییر انرژی دسته اشعه ایکس نمی شود . یعنی درخشندگی منبع مقدار ثابت بوده و به امتداد تابش بستگی ندارد « قانون لامبر » ، لذا زاویه  را چه برای ازدیاد انرژی و چه برای ازدیاد سطح ظاهری کانون «S/Sin  » باید کوچک کرد ولی چون ناهمواری سطح آنتی کاتد حتی در سطح میکروسکپی باعث جذب شعاع های مماسی می شود ، تقلیل دارای حدی است .

زاویه  در بهترین تیوپ های بسته۱٫۵ درجه است ، واضح است که در چنین مولد هایی سطح آنتی کاتد باید کاملاً صیقلی شده باشد .
معمولاً  درلامپ های تجارتی بین ۴ تا ۶ درجه تغییر می کند. دراین نوع لامپ ها به جای دو دریچه ، دو جفت دریچه درست می کنند ، به طوریکه محور هرجفت دریچه بر محورجفت دریچه دیگر عمود باشد . البته مولدهایی نیز می توان یافت که سطوح کانونی آن ها دوایری به قطریک میلیمتراست . بهترین مولد اشعه ایکس آن هایی هستند که توزیع و نحوه پخش الکترون روی آنتی کاتد آن ها یکنواخت باشد برای این کار به هنگام تنظیم دستگاه یکی از دو آزمایش زیر را انجام می دهند :
صفحه سوراخ داری که حائل پرتو ایکس است و ابعاد سوراخ آن به مراتب از ابعاد سطح کانونی کوچکتر است ( ۰٫۰۲ میلیمتر ) در مسیر دسته اشعه ایکس قرار می دهند تا تصویر دایره ای شکل روی قطعه فیلم مستقر در پشت صفحه سوراخ دار که به نسبت P / S بزرگ شده است ، به دست آید البته می توان به جای سوراخ دایره ای شکل یک شکاف مربع مستطیل قرار داد و تصویر سطح کانونی را در دو امتداد تهیه نمود و نحوه توزیع شدت تشعشع پرتو ایکس را دردو امتداد طولی وعرضی بررسی واصلاح های لازم را جهت توزیع یکنواخت روی آنتی کاتد انجام داد . در مولدهای تجارتی ، کمتر می توان یک چنین مولدهای اصلاح شده را به دست آورد . لازم به تذکر است که سطح کانونی ، به مرور کارکرد مولد شکل خود را از دست می دهد ، و بدین ترتیب ازارزش مولد کاسته می شود .
تهیه تصویر از سطح کانونی توسط سوراخ دایره ای شکل و شکاف مستطیل شکل
نمونه ای از تصاویر سطح کانونی یک تیوپ بسته
الف – سطح کانونی با وضعیت بد
ب- سطح کانونی مطلوب به ابعاد ۰٫۶×۱ میلیمتر
ج – سطح کانونی مطلوب ریز به ابعاد ۰٫۰۵ ×۰٫۵ میلیمتر

مکانیسم تولید اشعه ایکس
در پدیده فتوالکتریک دراثر تابش نور به سطح یک فلز ، فوتون نور تمام انرژی الکترومغناطیسی خود را به الکترون فلز منتقل می سازد . قسمتی از این انرژی برای مقابله با پیوند اتصالی الکترون به هسته صرف می شود و قسمتی دیگر به صورت انرژی جنبشی درالکترون ظاهرمی شود . عکس این پدیده درتولید اشعه ایکس اتفاق می افتد . درلامپ اشعه ایکس الکترون های آزاد شده در فیلمان و اطراف در اثر پتانسیل موجود بین آند وکاتد با سرعت نزدیک به سرعت نور به طرف آنتی کاتد کشیده شده و به آن برخورد نموده و در آن نفوذ کرده تا این که انرژی خود را از دست بدهد .
برای الکترونی که در داخل آنتی کاتد نفوذ کرده دو اتفاق می افتد :
۱ـ به علت عبور از کنار هسته اتم که بار مثبت دارد ، از مسیر خود منحرف می شود (طبق شکود ساطع می کند که به صورت فوتون ظاهر می شود . فرکانس این فوتون  خواهد بود به طوریکه اگر انرژی جنبشی الکترون قبل از عبور از کنار هسته اتم K1 و بعد از عبور K2 باشد طبق اصل بقای انرژی می توان نوشت :

K1- K2 = h

که درآن h ثابت پلانک برابر ۱۰-۳۴ j.s× ۶٫۶۲۶۲ می باشد . ازآن جایی که الکترون ها حین نفوذ از فواصل متفاوت هسته عبور می کنند و به یک اندازه نقصان انرژی پیدا نمی نمایند لذا اشعه ایکس تولید شده یکرنگ نخواهد بود بلکه تشکیل طیف متصلی را می دهد .
اگر بار الکترون e و اختلاف پتانسیل بین آند
وکاتد V باشد ، ماکزیمم انرژی که الکترون
می تواند آزاد سازد هنگامی است که در اثر
برخورد برهسته اتم توسط هسته اتم متوقف
شود دراین حال انرژی آزاد شده مساوی eV
خواهد بود ، بنا بر این :
eV = h و یا eV = hc / 
خواهد بود واضح است که فرکانس چنین اشعه ای ماکزیمم و طول موج آن مینیمم می باشد یعنی :
 max =eV / h و min = hc / eV
لذا اشعه ایکس تولید شده از طرف طول موج های کوتاه محدود به minو از طرف طول موجهای بلند محدودیتی نخواهد داشت .
۲ـ زمانی که آنتی کاتد به وسیله الکترون های سریع بمباران می شود تعدادی از این

الکترون ها به علت سرعت زیادی که دارند . داخل ساختمان اتمی شده و برخورد با الکترون های لایه های … , M , L , K نموده و با خارج راندن الکترونی از این لایه ها به خارج لایه مذکور اتم یونیزه شده و واضح است که به محض خارج شدن یک الکترون از لایه داخلی الکترون دیگری از لایه های بالاتر فوراً سقوط کرده و حفره موجود را پر می نماید . چون هرچه الکترون در لایه های دورتر از هسته باشد ، دارای انرژی بیشتری است ، لذا سقوط یک الکترون از قشر بالاتر به قشر پایین تر مقدار انرژی آزاد می سازد واین انرژی نیز به صورت فوتون ایکس ولی یکرنگ ظاهرمی شود. از این نظر درطیف اشعه ایکس علاوه بر یک طیف متصل که به طول موج min محدود است چند تشعشع یکرنگ نیز که از خطوط مشخصه عنصر یا عناصر تشکیل دهنده آنتی کاتد خواهد بود ، دیده می شود . در شکل زیر طیف های پیوسته فلز مولیبدن را برحسب ولتاژهای مختلف اعمال شده بین آند و کاتد و همچنین خطوط مشخصه آن را که مربوط به لایه K می باشد
ملاحظه می کنید .
اگر پتانسیل بین آند وکاتد را تغییر دهیم حدّ
طول موج min تغییر می نماید ولی طول
موج خطوط مشخصه آنتی کاتد ثابت می ـ
ماند در صورتی که اگرآنتی کاتد عوض شود

با ولتاژ ثابت حدّ min ثابت مانده وخطوط
مشخصه جدیدی ظاهر می شود که وابسته
به جنس آنتی کاتد است . اگراختلاف پتانسیل بین آند وکاتد مولد اشعه ایکس مساویV باشد ، مقدارحداقل طول موج یعنی min حاصل برابر خواهد بود با :
V)=×۱۰-۱۹×۱۰۸)/(۱٫۶×۳×۱۰-۳۴×min = hc / eV =(6.62
10-7) / V (m)×(۱۲٫۴
) ْmin =12400 / V (A

ازرابطه فوق معلوم می شودکه برای تهیه اشعه ایکس با طول موج کوتاه (یعنی اشعه ایکس سخت ) لازم است که اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد زیاد باشد . درلامپ های یونی به علت وجود گاز نمی توان این اختلاف پتانسیل رازیاد بالابرد،زیرا دراین حال تخلیه الکتریکی به صورت جرقه ظاهرمی شود . ازاین نظراست که این مولدها فقط برای تهیه اشعه ایکس با طول موج بلند (اشعه ایکس نرم) بکار می رود. در طب وصنعت که نیاز به داشتن اشعه ایکس سخت است ، از لامپ کولیج استفاده می شود.
طول موج خطوط مشخصه : در شکل زیر نمایشی از طول موج خطوط اصلی یک سری از عناصر برحسب افزایش عدد اتمی را مشاهده می کنید . به روشنی ازآن دو عمل اساسی نتیجه می شود : طیف های خیلی ساده ، در برگیرنده غیر از یک عدد کوچک از خطوط با طیف های تمامی عناصر متشابه هستند . آن ها ساخته شده اند توسط گروه های خطوط به نام سری … , M , L , K . هرسری شامل یک دسته از خطوط است که به صورت زاویه متقابل در طیف های همه عناصر جایگزین یکدیگر می شوند . شدت نسبی خطوط در تقریب اول برای عناصرمختلف یکسان است . فرکانس یک خط تعریف شده با عدد اتمی تغییر می کند بنا براین قانون ساده موزلی :
۱/۲ = C ( Z - )

که در آن Z عدد اتمی و C و  مقادیر ثابت هستند (۱ ~ ) . در شکل زیرخطوط مشخصه واقع در ناحیه طول موج های به کار رفته در رادیوکریستالوگرافی را ملاحظه می کنید .
سری K خیلی مهم است : که شامل سه خط با شدت قابل ذکراست . دوت

ا با شدت زیاد یک خط دوگانه خیلی نزد هم KK را تشکیل می دهد ، به طوریکه دو مؤلفه دارای شدت قابل مقایسه هستند( K ، دو مرتبه شدتش زیادتراز K است و طول موج کوتاهتر دارد). اختلاف طول موج  تا اندازه ای برای تمامی عناصر ثابت است ،این که موجب می شودکه مقدار نسبی  افزایش پیدا می کند با عدداتمی عناصر (۱٫۷/ ۱۰۰۰ برای Cr و ۲۳/ ۱۰۰۰ برای W ) . ولی درحالت خوب که درآن جا خط دوگانه حاکم نیست برای K می پذیریم طول موج زیر را :
( ۲ K + K ) / ۳

سومین خط قوی سری K نامیده می شود : دارای یک طول موج خیلی کوتاه تقریباً % ۱۰ ، و شدتی درحدود۱/۷ شدت K می باشد . جدول زیر طول موج های سریK عناصر را می دهدکه ، برای خواص فیزیکی آن ها ، آنتی کاتد خوب هستند و بنا براین خط Kدر ناحیه بکارگیری رادیوکریستالوگرافی است .
سری خطوط L شامل یک تعداد زیاد از خطوط است واین تنها برای عناصر سنگین است .

Vk طول موج ( ْ A ) آنتی کاتد
K K – K عدد اتمی نام
۵۹۵۰

۷۱۰۰

۷۷۰۰

۸۳۰۰

۹۰۰۰

۲۰۰۰۰

۲۳۴۰۰

۲۴۵۰۰

۲۵۶۰۰

 

۶۹۵۰۰ ۲٫۰۸۵

۱٫۷۵۷

 

۱٫۶۲۱

۱٫۵۰۰

۱٫۳۹۲

۰٫۶۳۲۳

۰٫۵۴۵۶

۰٫۵۲۰۵

۰٫۴۹۷۰

۰٫۱۸۴۴ ۲٫۲۹۴-۲٫۲۹۰

۱٫۹۴۰-۱٫۹۳۶

۱٫۷۹۳-۱٫۷۸۳

۱٫۶۶۲-۱٫۶۵۸

۱٫۵۴۴-۱٫۵۴۰

۰٫۷۱۳۵-۰٫۷۰۹۳

۰٫۶۱۷۶-۰٫۶۱۳۲

۰٫۵۸۹۸-۰٫۵۸۵۴

۰٫۵۶۳۸-۰٫۵۵۹۴

 

۰٫۲۱۳۸-۰٫۲۰۹۰ ۲۴

۲۶

۲۷

 

۲۸

۲۹

۴۲

۴۵

۴۶

۴۷

۷۴ Chromium
Fer

Cobalt

Nickel

Cu

Molybdenum

Rhodium

Palladium

Ag

Tungsten

 

پایین تر از کلسیم ، که در ناحیه طول موج عموماً قابل استفاده هستند . ماهیت وتشخیص اشعهایکس
محققانی که بعد از رونتگن با اشعه ایکس کار می کردند مشاهده کردند که
بعضی ازخواص اشعه ایکس مانند اشعه های نورانی و بعضی دیگرکاملاً ازآن مجزا می باشد ،یعنی اشعه ایکس همانند اشعه های نورانی شیشه حساس عکاسی را متأثر می سازد و به خط مستقیم نیز منتشر می شود ، از این رو معتقد شدند که ذات این اشعه باید مشابه اشعه های نورانی باشد . تجربه دیگری که م

 

ؤید نظریه آنان بود ، منحرف شدن این اشعه در یک میدان الکتریکی یا مغناطیسی است . پدیده تفرق بعلت کوچک بودن طول موج اشعه ایکس غیر قابل ملاحظه است . یعنی زاویه تفرق نوار مرکزی ( Sin D ) قابل سنجش نیست ، اشعه ایکس تقریباً منعکس نشده وانعکاس آن درشرایط مخصوص امکان پذیر است . اشعه ایکس برحسب شدت تشعشع و زمان تأثیر آن باعث ضعف و فاسد شدن سلولهای حیاتی می شود . شدت اشعه ایکس به دو عامل یعنی طول موج تشعشع و تعداد الکترون هایی که در زمان معینی ازالکترود (کاتد) خارج می شود بستگی دارد. عامل اول با اختلاف پتانسیل V بین آند و کاتد و عامل دوم با مشخصات فیلمان (تولید کننده الکترون) تغییر می کند .
با پیشرفت علم ،کلّیه خواصی که برای اشعه های نورانی پیدا شد ، برای اشعه ایکس نیز قطعیت پیدا کرد ، مثلاً با توجه به نظریه الکترومانیتیک ماکسول برای اشعه نورانی ، اشعه ایکس نیز از نوع اشعه الکترومانیتیک عرضی می باشد . یعنی انتشار امواج اشعه ایکس یا هر موج نوری ، نتیجه انتشار یک میدان مغناطیسی(H) و یک میدان الکتریکی (E) عمود بر هم می باشد . این دو بردار عمود بر هم سطحی را درست می کنند که عمود بر امتداد انتشار امواج است و به نام سطح موج خوانده می شود ، وقتی E در دستگاه u . e . s و H در دستگاه u . e . m بیان شوند ، با هم برابرند ولی بر همدیگر عمود می باشند . به خاطر شبیه بودن E و H از هر جهت مگردر راستا وسوی آن ها که برهم عمود هستند می توان فقط درمورد بردار E بحث نمود . اگر E به صورت یک تابع متناوب باشد :
E = a Sin ( t -)
ویا: E = a eI (t-)
دراین صورت شدت اشعه یا انرژی حمل شده توسط موج با مجذور دامنه متناسب است یعنی :
I ~ a2 و یا I = E . E*
که در آن E* مزدوج E می باشد یعنی :
E = a Cos (t –  + ia Sin (t -
E* = a Cos (t – ia Sin (t -
خواهد بود .
این نظریه در مورد تمام طول موج های نوری که درجدول زیرآمده صادق است . همان طوریکه درجدول مذکور ملاحظه می کنید طول موج اشعه ایکس به مراتب ازطول موج مرئی کمتر است . حدّ فاصل بین اشعه ایکس و اشعه گاما و اشعه ماوراء بنفش را نمی توان به طوردقیق مشخص نمود . برای مثال با ایجاد ۱۰۶ × ۲ ولت بین آند و کاتد اشعه ایکس به طول موج ْْ۰٫۰۰۶ A و یا توسط بتاترون صد ملیون ولتی طول موجی در حدود ْ۰٫۰۰۰۱۲ A

‎‎ تولید نمود و یا برعکس اشعه ایکسی می توان تهیه کردکه طول موج آن ها از مرز طول موج های ماوراء بنفش بیشتر باشد ولی در بلورشناسی از اشعه های ایکسی استفاده می کنیم که طول موج آن ها بین۰٫۵ تا ۲٫۵ آنگسترم باشد و در رادیوگرافی ازاشعه ایکس هایی با طول موج ۰٫۵ تا ۱ آنگسترم استفاده می شود .
باید توجه داشت که اشعه ایکس نیز مانند اشعه نورانی

، از خاصیت دوگانگی ذره بودن و موجی بودن برخوردار می باشد .
نوع اشعه طول موج ( ْA ) منبع تولید وسیله تشخیص

اشعه  ۰٫۰۰۱ تا ۱٫۴
۰٫۰۶ تا ۰٫۵ که در رادیولوژی بکار می رود

فعل و انفعالات و تجزیه
های هسته ای
نظیر وسایل تشخیص
اشعه ایکس

اشعه
ایکس ۰٫۰۰۶ تا ۱٫۱۹
با بتاترون می توان
اشعه ایکس ۰٫۰۰۰۱
هم تهیه کرد

تصادم الکترونهای سریع با اجسام
و توقف ان ها توسط جسم ۱- فوتوگرافی ، ۲- فسفرسانس
۳- واکنش شیمیایی
۴- یونیزاسیون

۵- کنش فوتوالکتریک
۶- پراش توسط بلورها
اشعه ماوراء
بنفش
۱۳۶ تا ۳۹۰۰ اجسامی که در دماهای

بالا تشعشع می کنند ، و تشعشع های حاصل از یونیزاسیون
گازی ۱- فوتوگرافی و کنش
فوتوالکتریک
۲- توری های ریز
اشعه
مرئی ۳۹۰۰ تا ۷۷۰۰
تشعشع اجسام گرم و تشعشع
حاصل از یونیزاسیون گازها چشم ، منشور ،
توری و غیره
اشعه مادون قرمز ۷۷۰۰ تا ۱۰۶ × ۴ تشعشع های حرارتی ترموکوپل ، صفحات عکاسی
مخصوص
تشعشعهای
خورشیدی ۲۹۶۰ تا ۵۳۰۰۰
امواج
هرتز ۱۰۶ تا ۱۰۱۴ × ۳ نوسانات حاصل ازلامپهای سه
قطبی تخلیه قوس الکتریکی
( درمدار LC )
کوهرور
امواج کوتاه هرتز ۱۰۶ تا ۱۰۱۱ کوهرور ، انعکاس
انکسار ، پراش
امواج
رادیویی ۱۰۱۴ تا ۱۰۱۴ × ۳
۱۰۱۲ ×۲ تا
۱۰۱۲ ×۵٫۵ تبدیل آن به جریان متناوب
و بالاخره صوت
امواج
الکتریکی ۱۰۱۴ × ۳ تا
۱۰۱۶ × ۳٫۵ چرخش یک بوبین در میدان
الکتریکی اثر حرارتی جریان متناوب
روش مکانیکی یا الکتریکی
برای تشخیص اشعه ایکس همان طوریکه در جدول صفحه قبل مشخص شده چند راه وجود دارد که ما دراینجا به شرح چند تایی از آنها می پردازیم :
۱ـ با رؤیت ـ اشعه ایکس به علت کوتاهی طول موج خود نمی تواند شبکیه چشم را متأثر نماید . برای تشخیص آن از خاصیت فلورسانس اجسام استفاده می کنیم ، بدین معنی که اشعه ایکس را بر صفحه ای که قشری از یک ماده فلورسان یا فسفر برروی آن کشیده شده است می تابانیم ، در نتیجه وجود اشعه ایکس به رنگ سبز مغز پسته ای دیده می شود ماده فلورسانس پلاتینوسیانورباریم است .
۲ـ با عکاسی ـ اشعه ایکس صفحات حساس

عکاسی را متاُثر می کند . برای تشدید تأثیر اشعه ایکس بر املاح نقره روی صفحات حساس را قشری از یک مادهُ فلورسانس می پوشانند .
۳ـ با یونیزه کردن گازها ـ اشعه ایکس گازها را یونیزه می کند . به طوری که هرگاه یک دسته اشعه ایکس را بین دو
صفحه خازن که در داخل گازی غوطه ور
است بتابانیم گاز یونیزه شده و با قراردادن
اختلاف پتانسیل بین دو صفحهخازن جریانی
از مدار عبور می کند ، شکل روبرو . ن شدت تشعشع را نیز اندازه گرفت زیرا اگر مشخصات گاز ثابت و اختلاف پتانسیل موجود بین دو سلاح معلوم باشد با اندازه گیری شدت جریان می توان شدت اشعه ایکس را به دست آورد . اگر اطاق یونیزاسیون برای اندازه گیری اشعه ایکس یا اشعه گاما به کاررود آنراR-Meter ( Rate-Meter ) نامند . شدت اشعه ایکس را ممکن است با تاباندن اشعه ایکس بر ورقه ضخیمی از فلز و اندازه گیری ازدیاد درجه حرارت آن نیز تعین نمود. شدت اشعه ایکس را با واحدی بنام واحد رونگتن یا واحد r اندازه می گیرند. طبق قراردادکنگره سال ۱۹۳۷ یک واحد رونگتن تشعشع اشعه ایکس یا اشعه گاما شدتی است که اشعه مذکور بتواند یک سانتیمتر مکعب هوا را در شرایط متعارفی یونیزه کند و تولید ۱۰-۱۹ × ۱/۳ واحد الکترواستاتیک الکتریسیته مثبت یا منفی تهیه کند . محسبات نشان می دهد که انرژی جذب شده به وسیله یک گرم از جسمی دراثرتابش یک رونگتن اشعه ایکس معادل (۹۲) ارگ است.این مقدار انرژی جذب شده را با نماد(Rontgok equivalont Physical ) نشان می ـ دهند . بطور کلی می توان از ۱۷ خاصیت مهم اشعه ایکس به شرح زیر نام برد :
۱ـ اشعه ایکس غیر مرئی است .
۲ـ اشعه ایکس به خط مستقیم منتشر می شود .
۳ـ میدان الکتریکی ومغناطیسی اشعه ایکس را منحرف نمی کند واین امر نشان می دهد که اشعه ایکس حامل الکتریسیته نیست .
۴ ـ تمام خواص مربوط به اشعه نورانی ، ازجمله : انعکاس،پراش ، پلاریزاسیون ، … را دارد .
۵ ـ سرعت آن ، برابر ۱۰۸ m/sec × ۳ می باشد .
۶ ـ ارتعاشات الکترومانیتیک عرضی دارد .
۷ ـ طول موج اشعه ایکس گام وسیعی دارد .
۸ ـ اشعه ایکس به وسیله اجسام جذب می شود .
۹ـ با فرستادن اشعه کاتدی بر روی فلزات ( بخصوص فلزات سنگین ) ،می توان اشعه ایکس را تهیه کرد . همچنین به وسیله متلاشی کردن هسته های اتمی توسط سیلیکون ها و بمب های اتمی نیز اشعه ایکس ایجادمی شود .
۱۰ـ برروی صفحات حساس عکاسی اثرمی گذارد. در بعضی اجسام می تواند خاصیت فسفرسانس یا فلورسانس ایجادکند و درضمن برخورد با بعضی از سنگها ومواد می تواند آن ها را رنگی کند . گازها را می تواند یونیزه کند وخواص الکتریکی مایعات و جامدات را تغییر دهد .
۱۱ـ اشعه ایکس می تواند فوتو الکترون آزاد کند ،همچنین می تواند با انرژی زیاد پوزیترون ومزون به وجود آورد .
۱۲ـ خاصیت فتوشیمی دارد .
۱۳ـ برروی سلول های حیاتی اثر نموده وحتی باعث نابودی آن ها می شود .
۱۴ـ طول موج طیف پیوسته آن ، بستگی به اختلاف پتانسیلی داردکه روی مولد اشعه ایکس بسته می شود. طیف خطوط منفصل آن به وسیله اجسام مختلف ،متفاوت است . یعنی طول موج این خطوط منفصل تابع اجزای تشکیل دهنده آنتی کاتد می باشد.
۱۵ـ یک طیف جذبی دارد که از مشخصات شیمیایی اجسام است .
۱۶ـ ایجاد پدیده پراش اشعه ایکس توسط شبکه های بلوری
۱۷- ایجاد پدیده پراش اشعه ایکس توسط شبکه یا توری معمولی
از این ۱۷خاصیت مهم اشعه ایکس بیشترخاصیت شانزدهم است که در بلورـ شناسی ازآن استفاده می شود. قبل شرح به یک پدیده دیگر فیزیک به نام پدیدهکمپتون که بیان آن فقط با اشعه ایکس امکان پذیر است ،می پردازیم .
پدیده کمپتون – Compton effect

یکی از پدیده هایی که صحت نظریه های فیزیک را تائید می نماید پدیده کمپتون است که در سال ۱۹۲۳ توسط کمپتون کشف شده است . این دانشمند درآزمایش هایی که درباره پخش اشعه ایکس بعمل آورد مشهاده نمودکه درکنار اشعه ایکس پخش شده که طول موج آن برابراشعه ایکس تابش است اشعه دیگری با طول موج بلندتر ظاهرمی شود. این پدیده را پدیده کمپتون نامیده اند. تعبیرعلمی این پدیده به توسط خودکمپتون و دبای با توجه به تئوری نسبیت بیان ش از انرژی فوتون به الکترون منتقل شده و در نتیجه انرژی فوتون نقصان پذیرفته وطول موج آن زیاد می شود. دستگاهی که برای این آزمایش بکارمی رود به شرح زیراست :
به وسیله مولد اشعه ایکس یک دسته اشعه ایکس به طول موج  به موازات سطح بلور(C) می تابانیم . دراین حال نقطه روشنی مانند P0 روی صفحه فلورسان ظاهر می شود . بلور (C) را آنقدر می چرخانیم تا طیف ردیف اول  (k=1) در نقطه ای مانند P1 دیده شود اگرزاویه چرخش بلور باشد طبق قانون براگ خواهیم داشت ۲d Sin  که در آن d فاصله صفحات رتیکولری بلور است با
سنجش  ودانستن مقدارd طول
موج  بدست می آید. شکل بالا
تشعشع  معمولاً یکی ازخطوط
مشخصه فلزی مانندمولیبدن است.
حال درمسیر اشعه ایکس جسم پخش کننده (مانند کربن ) درنقطه S قرارمی ـ دهیم. تغییری درطیف ظاهر نمی شود. مولد اشعه ایکس را آنقدر دوران می ـ دهیم تا امتداد اشعه تابش با امتداد اولیه آن زاویه ای مانند  درست کند . دستگاه را با چرخاندن بلور( C ) دوباره تنظیم می نمائیم تا مجددا ًروی صفحه فلورسانس طیف ردیف اول ظاهر شود . مشاهده می شود که به ازای = ۰ تنها یک خط به طول موج  یعنی طول موج اشعه ایکس تابش دیده می شود. ولی به ازای مقادیر دیگر  در مجاورت خط اصلی با طول موج  خط دیگری به طول موج   ظاهرمی شود ، به طوریکه  تنها وابستگی به زاویه پخش  دارد و هیچگونه ارتباطی به طول موج تابش  و جنس پخش کننده Sندارد . شکل زیر نمایش  و  را بر حسب مقادیر مختلف نشان می دهد .
ظهوراین پدیده با توجه به اصول فیزیک کوانتیک به شرح زیر بیان می شود. هنگامیکه فوتونی با فرکانس و با انرژی h به ماده ای مانندS می تابد ، انرژی آن به دوقسمت تقسیم می شود ، قسمتی باعث جدا کردن الکترون وحرکت آن درامتدادSA و قسمت دیگر
به شکل فوتونی به فرکانس  و h در
امتدادSB ظاهرمی شود شکل روبرو :
اگر E0 و E انرژی الکترون ، وeV انرژی انرژی لازم برای جداکردن قبل ازحرکت و بعد ازحرکت باشد . الکترون از سطح جسم فرض شود (انرژی پیوندی یا تابع کار) طبق قانون بقای‌ انرژی می توان نوشت :
h + E0 = h+ eV + E
چون فوتون های اشعه ایکس به علت زیاد بودن  انرژی زیادی دارند می ـ توان درمقابل h ازeV صرفنظر نموده و الکترون جسم را مانند الکترون آزاد ( که قبل از برخورد فوت

ون ساکن باشد ) فرض نموده و رابطه فوق را به شکل ساده زیر نوشت :
h+ E0 = h + E
اگر برخورد فوتون با الکترون برخورد الاستیک فرض شود ،قانون بقای اندازه حرکت را نیزمی توان بکار برد. چون جرم فوتون مساوی M=h/C2 و مقدارحرکت آن P = Mc = hc / c2 = h /c = h /  است و انرژی الکترون در حال سکون E0 = m0 c2 و پس از برخورد و شروع به حرکت E = m c2 است با توجه به اینکه طبق فرمول نسبیت انیشتاین m = m0 / (1 – ۲ / c2 )1/2 می باشد ،قوانین بقای انرژی و بقای اندازه حرکت به صورت رابطه زیر در می آید :
h= h + (E –E0)
ویا (۱) hc / = (hc / + (E – E0)
و تصاویر اندازه حرکت روی محورهای x ها و y ها عبارتند از :

(۲) h /  =(h /cos  + P cos  تصاویر روی محور x ها
(۳) ۰ = ( h / sin - P sin  تصاویر روی محور y ها

که در آن P = mV اندازه حرکت الکترون خواهد بود. اگرروابط (۲) و (۳) را مجذور کرده و با هم جمع کنیم خواهیم داشت :
(h2cos2/)+(h2/۲)-۲(h2cos/)=P2cos2
h2sin2۲=P2sin2(۴)  P2=(h2/۲۲)(۲+۲-۲cos)

رابطه(۱) نشان می دهد که : E=(hC/+E0
E2 =(h2C2/۲۲)(۲ +۲)-۲(h2C2/)+۲(hC/)E0(-)+E02
و یا :
E2-E02=(h2C2۲۲)(۲+۲)-۲(h2C2/+۲(hC/)E0(-) (۵)

چونm = m0 /(1-V2/C2)1/2 یعنیm2C2-m2V2 = m02C2 می باشد با ضرب کردن طرفین این معادله در C2و با توجه به اینکهE0 = m0C2 و E = mC2 است ، نتیجه می گیریم که :
m2C4-m02C4 = m2V2C2 = P2C2
ویا: E2-E02 = P2C2
بنا بر این رابطه (۵) به صورت زیر در می آید :
P2C2=(h2C2/۲۲)(۲+۲)-۲(h2C2/)+۲(hC/)E0(-)
(۶)
حال اگر رابطه (h2/۲۲)(۲+۲) از رابطه (۴) استخراج و طرفین درC2
ضرب کنیم خواهیم داشت :

(h2C2/۲۲)(۲+۲) = P2C2+2(hC/)E0(-)
با جایگزینی این مقدار در رابطه (۶) خواهیم داشت :
۰=۲(h2C2/)cos-۲(h2C2/)+۲(hC/)E0(-)
m0C2 hC(1-cos)=m0C2(-)=
و از آنجا :
۲h/m0C) sin2۲) (-)=

 

از این رابطه معلوم می شود که اختلاف طول موج تابش و اشعه پخش شده یعنی  فقط تابع زاویهپخش  می باشد.این اخ

تلاف به ازای  = ۹۰ مساوی است با :
ْ=۰٫۰۲۴۲۶ A 1/2×=۲h/m0C)  
چنانکه ملاحظه می شود اگر آزمایش در ناحیه نور مرئی مثلاً به طول موج ‎ْ۴۰۰۰ A = انجام می گرفت ، با تغییرات طول موج دراثر پدیده کمپتون در حدود % ۰٫۰۰۶ خواهد بود وتغییرات به هیچ وجه قابل تفکیک نمی باشد. درصورتیکه در ناحیه اشعه ایکس که طول موجش ْ۱A می باشد ، تغییرات  در حدود %۲ خواهد بود که می توان آن را به راحتی تشخیص داد . از این نظراست که پدیده کمپتون فقط با اشعه ایکس سخت و اشعه گاما قابل رؤیت می باشد .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 9700 تومان در 44 صفحه
97,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد