مقاله در مورد اشعه ایکس، شکلی دیگر از نور

word قابل ویرایش
21 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

اشعه ایکس، شکلی دیگر از نور

در سال ۱۸۹۵ یک فیزیکدان آلمانی به نام ویلهِلم روئنتگن شکل جدیدی از پرتو را کشف نمود.وی آن را اشعه‌ی ایکس نامید که برناشناخته بودن آن تاکید ورزد.این پرتوی اسرار آمیز قابلیت عبور از بسیاری مواد که نور مرئی را جذب می کنند٬ داشت. همچنین اشعه‌ی ایکس قدرت جداسازی الکترون‌های آزاد اتم را دارد. بیش از سال ها٬ این خصوصیات استثنایی٬ اشعه‌ی ایکس را در بسیاری از زمینه ها مانند پزشکی و تحقیقات در مورد طبیعت اتم مؤثر ساخت. سرانجام اشعه‌ی ایکس به عنوان شکل دیگری از نور معرفی شد .

 

نور٬ حاصل از جهش ها ٬ ارتعاشات و بی نظمی کل ذرات می‌باشد.نور مانند یک توله سگ سرزنده است که نمی‌تواند ساکن باشد.صندلی که شما روی آن نشسته‌اید در نگاه و احساس غیر متحرک به نظر می رسد.اما اگر شما بتوانید از دید اتمی به آن نگاه کنید خواهید دید که اتم ها و مولکول ها در حال ارتعاشند.صدها ترلیون مرتبه در ثانیه ارتعاش به هم برخورد می‌کنند. در حالیکه سرعت به دور گشتن الکترون ۲۵۰۰۰مایل در ساعت است.وقتی ذرات باردار برخورد می‌کنند بر اثر تغییرات ناگهانی حرکتشان یک بسته انرژی تولید می‌کنند که فوتون نامیده می‌شوند. فوتون ها با سزعت نور دور می‌شوند.در واقع آن ها نور یا امواج الکترومغناطیس هستند برای شروع یک استفاده فنی.
تا این زمان الکترون‌های باردار تنها ذره‌های شناخته شده هستند که دارای بیشترین ناآرامی هستند و بنابراین عامل تولید بسیاری از فوتون‌های جهان می‌باشد.

اشعه X می تواند به واسطه برخورد بین یک الکترون و یک پروتون پر سرعت تولید شود.
نور می‌تواند شکل‌های مختلفی داشته باشد.امواج رادیویی ٬ امواج میکرو ٬ فروسرخ٬مرئی٬بسیار درخشان ٬اشعه‌ی ایکس و امواج گاما شکل‌های مختلف نور هستند. امواج رادیویی از فوتون های کم انرژی ساخته شده‌اند.فوتون‌های بصری تنها فوتون‌هایی هستند که به وسیله چشم دیده می‌شوند.این پرتوها میلیون‌ها بار از پرتوهای رادیویی معمولی پر انرژی تر هستند.انرژی پرتوهای ایکس صد تا هزار برابر بیشتر از فوتون‌های مرئی می‌باشند.سرعت ذرات هنگامی که برخورد یا ارتعاش می‌کنند یک محدوده را در انرژی فوتون‌ها به وجود می‌آورند. هم چنین سرعت ٬ یک معیار اندازگیری دما نیز می‌باشد.(در یک روز گرم ذرات موجود در هوا نسبت به یک روز سرد سریعتر حرکت می‌کند.)
دماهای خیلی پایین (صدها درجه زیر صفر سلسیویس) تولید امواج رادیویی با انرژی کم و فوتون های امواج میکرو می نماید٬ در حالیکه بدن سرد ما (در حدود ۳۰ درجه سلسیوس)تولید امواج مادون قرمز می کند.دماهای خیلی بالا (میلیون ها درجه سلسیوس)اشعه‌ی ایکس تولید می‌کند.

گستره امواج الکترومغناطیس:طول موج پرتوهای تولید شده به وسیله یک جرم معمولا مربوط به دماست.
هم چین خود فوتونها می‌توانند با الکترون‌ها برخورد کنند.اگر الکترون ها بیشتر از فوتون ها انرژی داشته باشند٬ برخور می‌تواند انرژی فوتون‌ها را افزایش دهد.در این صورت فوتون‌ها با انرژی پایین می‌توانند به فوتون ها با انرژی بالا تبدیل شوند.این فرایندپراکند

گی کامپتون(Compton scattering )خوانده می شود. که در مورد سیاهچاله ها٬جایی که ماده چگال می شودو درجه حرارت میلیونی وجود دارد٬این پدیده اهمیت می یابد.فوتونهای جمع آوری شده در فضا توسط تلسکوپ اشعه ایکس ٬ لکه های تاریک را آشکار میسازد.مناطقی که در آن ٬ذرات به واسطه انفجارهای عظیم یا میدان گرانشی شدید٬به دماهای بالا برانگیخته میشوند یا انرژی کسب می کنند.

بازگشت پراکنده کامپتونی
این شرایط در کجا وجود دارد؟
در یک تغییر شگفت آور مکان٬ در دامنه‌ای به وسعت فضای وسیع بین کهکشان‌ها تا دنیای فروریخته و حیرت انگیز ستاره‌های نوترونی یا سیاهچاله‌ها.

خطوط نشری و جذبی:
وقتی یک الکترون آزادبه وسیله میدان الکتریکی یک پروتون یا یک اتم باردار(یون)شتاب داده می‌شود فوتون های ساطع شده می‌تواند یک دامنه گسترده از انرژی را بوجود آورند.انرژی‌ها وابسته به سرعت حرکت الکترون‌ها و میزانی که شتاب به آن‌ها داده شده است می‌باشند.انرژی فوتون های تولید شده تحت این فرایند طیف پیوسته خوانده می‌شود و می‌تواند به صورت یک منحنی پیوسته ترسیم شود.در مقایسه٬ اگر الکترون در حال گردش به دور هسته یک اتم خنثی یا باردار باشد٬طیف به صورت یک سری رأس های نوک تیز یا خطوط در می آید و این به خاطر تطابق گردش الکترون ها در اتم با نظریه کوانتم است.این گردش ها٬ یا بطور دقیق تر٬این سطوح انرژی ٬به واسطه مقدار انرژی که دارند مجزا می شوند ٬درست همانند جدا شدن پله ها به واسطه بلندیشان .همان طور که شما نمی توانید در موقیتی مابین گام های پله ای گامی بردارید ٬الکترون در اتم نمی تواند بین دو سطح انرژی قرار بگیرد.اتم برای هر عنصری مثل اکسیژن ٬کربن و … سطح انرژی منحصر به خود دارد.

طیف NGC4151 منتقل شده با انرژی بالا توسط چندرا
مطالعه دقیق انرژی فوتون های ساطع یا جذب شده به وسیله ذرات یک اتم یک طرح کلی را برای حالت انرژی آن اتم ارائه می دهد.با دانستن این طرح کلی و گسترده انرژی ستاره شناسان قادرند در امواج ساطعه از ستارگان و گازها ٬به محاسبه مقدار هر عنصر اقدام کنند .در این صورت ستاره شناسان می توانند تعیین کنند که ستاره ها بیشتر از هیدروژن با مخلوطی از هلیم و همچنین عناصر سنگین تر مانند کربن٬نیتروژن و اکسیژن و مانند ان تشکیل شده اند.
به طور طبیعی الکترون در اتم در پایین ترین سطح انرژی(در پایین پله ها)قرار دارد.اما اگر اتم در اثر برخورد با یک الکترون آزاد یا یک اتم دیگر یا یک فوتون برانگیخته شود٬ پایین ترین سطح انرژی اشغال نخواهد شد.

انتشار اتمی
یکی از الکترون ها چرخنده به سرعت به این سطح می جهد و در بازگشت٬ انرژی در فرم فوتون مخصوص به آن سطح انرژی آزاد می کند. این فوتون خطوط گسیلش یک طیف را بالا می برد.یک

گاز داغ متشکل از اتم ها یک طیف مرکب از خطوط گسیلش را بیرون می برد که این طیف بر اساس عناصر موجود در گاز می باشد.فرایندی عکس این هم می تواند رخ دهد .اگر جریانی از فوتون ها به یک گاز برخورد کند ٬آن دسته از فوتونهایی که انرژیشان با انرژی اتم های موجود در گاز مطابقت می کند٬توسط گاز جذب می شود. این فرایند سری خطوط جذبی گاز را افزایش می دهد.

پرتوهای سیکلوترن(Synchrotron)
سوپرنوا٬اما این کل داستان نیست. اشعه‌ی ایکس می تواند تحت شرایط دیگر نیز به وجود آید.

زمانی که فیزیکدانان با اولین ذرات الکترونی کار می کردند٬ کشف نمودند که الکترون ها بدون هیچ گونه برخورد می توانند فوتون تولید کنند. این امکان وجود داشت زیرا میدان مغناطیسی در شتاب دهنده ها باعث حرکت سریع الکترون در یک مارپیچ تحت نیروی خطوط میدان مغناطیسی می شد. به این فرایند پرتوهای سیکلوترن گفته می شد. این ذرات کیهانی مانند الکترون ها می توانند به واسطه میدان های الکتریکی و مغناطیسی با سرعت هایی بالا٬ نزدیک به سرعت نور٬ شتاب بگیرند. این ذرات با انرژی بالا می توانند فوتون های سیکلوترن با طول موجی بیشتر از امواج رادیویی و انرژی مابین اشعه x و گاما تولید کند.

پرتوهای سیکلوترن :الکترون های در حال حرکت در میدان مغناطیسی فوتون ها را ساطع می کنند
پرتوهای سیکلوترن ساطع شده از منابع کیهانی دارای یک طیف گسترده یا فوتون های پراکنده همراه با طیف انرژی هستند. انرژی این پرتو٬ با سرعت کمتری نسبت به یک طیف ساطع شده از گاز داغ نزول می شود. وقتی پرتوی سیکلوترن در پس مانده های ابرنواخترها٬ جت های کیهانی یا منابع دیگر مشاهده می شوند٬ اطلاعاتی در مورد انرژی بالای الکترون ها و میدان مغناطیسی موجود به دست می آید.
طیف اشعه ایکس
اشعه تولید شده بوسیله لامپ اشعه ایکس یک طول موج ندارد. بلکه شامل گستره‌ای از طول موجهاست. پرتوهای ایکس بوسیله دو نوع فرایند تولید می‌شوند:
شتاب منفی الکترونها در موقع برخورد با انتهای ماده هدف پرتوهای ایکسی با طول موجهای متفاوت تولید می‌کند. این پرتو “سفید” یا نوار پیوسته فرکانسها در طیف اشعه ایکس را به عنوان تابش ترمزی می‌شناسند.
• برخورد الکترون با اتم هدف موجب جابجایی الکترون مداری در اتم هدف و راندن آن به حالت پر انرژی‌تری می‌شود. این عمل را برانگیزش می‌نامند.
o هنگامی که الکترون مداری پر انرژی به موقعیت مداری نخستین خود برمی‌گردد، رها شدن انرژی بصورت گسیل پرتوی با فرکانس خاصی خواهد بود. این پرتو شدت خیلی بیشتری نسبت به پرتو “سفید” زمینه خواهد داشت.
o معمولا برای هر ماده هدف معینی بیش از یک طول موج اشعه ایکس وجود دارد. طول موج پرتو تولید شده بوسیله لامپ اشعه ایکس ، حد پایینی دارد که با ولتاژ لامپ نسبت عکس دارد. کمترین طول موج برحسب نانومتر (nm) از رابطه زیر بدست می‌آید. که در آن V ولتاژ لامپ می‌باشد.
λmin = 1239.5/V
o پرتو حد پایینی طول موج طیف ، بیشترین اهمیت را در پرتو نگاری دارد. زیرا توانایی نفوذ آن بیشتر است.

مشخصه‌های بارز اشعه ایکس
• بزرگی جریان لامپ بر پخش طول موج اشعه ایکس تولید شده تأثیر ندارد. اما بر روی شدت پرتو موثر است.
• طول موج اشعه ایکس یا اشعه گاما بسیار مهم است. با کاهش طول موج ، نفوذپذیری پرتو به درون محیط افزایش می‌یابد. به بیان دیگر در مقایسه با پرتوی با طول موج بزرگتر ، پرتوی با طول موج بسیار کوتاه قادر به نفوذ به ماده معینی با ضخامت بیشتر و یا چگالی بیشتر خواهد بود. بنابراین ، اگر حداقل طول موج پرتو تولید شده با افزایش ولتاژ لامپ کاهش یابد، نفوذپذیری پرتو افزایش خو

اهد یافت.
بررسی کمی اشعه ایکس
• پرتو ناشی از لامپ ۲۰۰ کیلوولتی به درون فولادی به ضخامت حدود ۲۵mm نفوذ می‌کند.
• اگر ولتاژ لامپ به ۱Mv افزایش یابد، پرتو به درون فولادی به ضخامت حدود ۱۳۰mm نفوذ خواهد کرد.
• حد بالای عملی برای لامپهای اشعه ایکس رایج در حدود ۱۰۰۰Kv است و این امر سبب

تولید اشعه ایکس با کوتاهترین طول موج می شود. این پرتو انرژی فوتونی تقریبا برابر ۱Mev دارد.
• پرتو ایکس با انرژی فوتونی تا ۳۰Mev را با استفاده از الکترونهای پرانرژی (الکترونهای سریع) بوجود آمده بوسیله مولد واندوگراف شتاب دهنده خطی یا چشمه بتاترون می‌توان تولید کرد.
نفوذ پذیری اشعه ایکس
نفوذ پذیری پرتوهای ایکس تولید شده از پرتوهای گاما کمتر بوده اما برای پرتوهای ایکس تولید شده در لامپهای اشعه ایکس بوسیله چشمه‌های پرانرژی در خصوص فولاد نیز دیده می‌شود. باید توجه کرد که بیشترین ضخامتهای استفاده از زمانهای پرتودهی چند دقیقه‌ای و فیلمی با سرعت متوسط می‌توان مورد بررسی قرار داد. مقاطع ضعیفتر را با استفاده از زمانهای پرتودهی طولانی و فیلمی با سرعت زیاد می‌توان بازرسی کرد.

نحوه تولید اشعه ایکس
پرتوهای ایکس را بوسیله بمباران هدفی فلزی با باریکه‌ای از الکترونهای سریع تولید می کنند. قطعات اصلی لامپ اشعه ایکس شامل کاتد برای گسیل الکترونها و آند به عنوان هدف می‌باشد، که هر دو درون لامپ خلا جای گرفته‌اند. با توجه به میزان نفوذ اشعه ایکس و فرکانس مربوطه‌اش از لامپهای اشعه ایکس متنوعی در کارهای تحقیقاتی ، پزشکی ، صنعت و … استفاده می‌کنند.
پراش اشعه ایکس
پراش (تفرق) اشعه ایکس روشی برای مطالعهٔ ساختار مواد بلوری است که در سال ۱۹۱۲ میلادی توسط فون لاوه کشف شد و توسط ویلیام هنری براگ و ویلیام لورنس براگ برای بررسی بلورها بکار گرفته شد.
اشعه‌های ایکسی که برای پراش استفاده می‌شوند، معمولاً طول موجی در حدود ۰/۵ الی ۲/۵ آنگستروم دارند.
این روش بر پایهٔ خاصیت موجی اشعه ایکس استوار است. هستهٔ اتم‌ها در یک شبکهٔ کریستالی به فاصلهٔ کمی (در حدود چند آنگستروم) از یکدیگر قرار گرفته‌اند. بازتابش اشعهٔ ایکس از این صفحات متوالی منجر به تداخل سازنده یا ویرانگر امواج ایکس می‌شود. در صورتی که امواج تداخل سازنده داشته باشند، با استفاده از فرمول براگ می‌توان فاصلهٔ صفحات کریستالی و در نتیجه اندازه و نوع سلول واحد را بدست آورد

لامپ اشعه ایکس

جریان الکتریکی با ولتاژ کم از میان رشته کاتد برای گرم کردن آن و التهاب و تحریک گسیل گرما یونی الکترونها می گذرد. اختلاف پتاسیل الکتریکی زیادی (ولتاژ لامپ) بین کاتد و هدف آندی ، برای شتاب دهی الکترونها در فاصله فضایی بین آن دو وجود دارد. معمولا گستره ولتاژی لامپ اشعه ایکس بین kv۵۰ تا Mv۱ است.

ساختمان لامپ اشعه ایکس
پرتوهای ایکس را بوسیله بمباران هدفی فلزی با باریکهای از الکترونهای سریع تولید میکنند. قطعات اصلی لامپ اشعه ایکس شامل کاتد برای گسیل الکترونها و آندی در نقش هدف میباشند، که ر دو درون لامپ خلا جای گرفتهاند. کاتد پیچهای رشتهای از جنس تنگستن است، این لامپ یک پیچه کانونی جهت جمع کنندگی باریکه الکترونی نیز دارد و در ساختمان آن از پمپ تخلیه نیز استفاده میکنند.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 21 صفحه
87,000 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