Рентгенівська трубка її пристрій, характеристичне випромінювання
Рентгенівська трубка є запаяною вакуумовану скляну трубку, в якій знаходяться електроди (рис.2). При накладенні різниці потенціалом між електродами (порядку 10-50 кВ) електрони відриваються від катода і з величезною швидкістю починають рухатися до анода. При зіткненні з анодом електрони зупиняються, при цьому основна частина їх енергії йде на нагрівання анода, і дуже невелика частина (близько 1%) трансформується у випромінювання, яке виходить із трубки через віконце бериллієве. Енергія випромінювання hν дорівнює роботі з переміщення електрона із зарядом e в електричному полі з різницею потенціалів V: eV = hν = hc/λ
При допущенні про перехід всієї енергії електрона в випромінювання можна розрахувати мінімальну довжину хвилі випромінювання, що виникає: λmin = hc/eV, а з урахуванням значень фізичних констант (h, c, e) ця формула набуває вигляду: λmin (Ǻ)= 12,4/ V(кеВ). З цієї залежності випливає, що з підвищенням різниці потенціалів між катодом і анодом мінімально можливе значення довжини хвилі λmin зменшуватиметься (рис.) Оскільки велика частина енергії електронів йде на нагрівання анода, то в спектрі рентгенівської трубки з'являються хвилі з довжинами λ > λmin, причому їх освіта більш імовірно, ніж λmin.
Рентгенівська дифрактометрія є важливим неруйнівним методом аналізу речовин у твердому, порошковому чи кристалічному вигляді: метали, мінерали, полімери, каталізатори, синтетичні матеріали, фармацевтичні продукти, тонкі плівки та шари, кераміка, а також напівпровідники. Вивчення властивостей матеріалів та контроль якості у науці та на виробництві неможливий без рентгенівської дифрактометрії.
Рентгенографічні методи аналізу використовуються для вивчення структури, складу і властивостей різних матеріалів, і в тому числі, будівельних. Широкому поширенню рентгенографічного аналізу сприяла його об'єктивність, універсальність, швидкість багатьох його методів, точність і можливість вирішення різноманітних завдань, які часто не доступні для інших методів дослідження. За допомогою рентгенографічного аналізу досліджують якісний та кількісний мінералогічний та фазовий склад матеріалів (рентгенофазовий аналіз) тонку структуру кристалічних речовин – форму, розмір та тип елементарного осередку, симетрію кристала. Координати атомів у просторі (рентгеноструктурний аналіз) ступінь досконалості кристалів та наявність у них зональних напруг розмір мозаїчних блоків у монокристалах тип твердих розчинів, ступінь їх упорядкованості та межірозчинність розмір і орієнтування частинок в дисперсних системах текстуру речовин і стан поверхневих шарів різних матеріалів щільність, коефіцієнт термічного розширення, товщину листових матеріалів та покриттів внутрішні мікродефекти у виробах (дефектоскопія) поведінка речовин при низьких і високих температурах і тисках і т.д.
Квиток 4.
Рентгенограма (синонім рентгенівський знімок) — постійне негативне зображення об'єкта, що досліджується, отримане на спеціальній (рентгенівській) плівці або фотопапері за допомогою рентгенівського випромінювання. Для отримання рентгенограми використовують одну з основних властивостей рентгенівського випромінювання (див.) - проникати через різні середовища та тканини організму та поглинатися ними різною мірою залежно від їх фізико-хімічних властивостей. Найважливіше значення при цьому має порядковий номер елементів (по таблиці Менделєєва), що становлять ті чи інші тканини, товщина шару об'єкта, що знімається, і його щільність, а також довжина хвилі рентгенівського випромінювання, практично визначається жорсткістю, вираженою в кіловольтах. Встановлено, що поглинання рентгенівського випромінювання пропорційно до четвертого ступеня порядкового номера елемента (Z) та третього ступеня довжини хвилі. Отже, атоми кальцію (Z = 20), що становлять переважно кісткову тканину, порівняно з атомами кисню (Z=8), що входять до складу так званих м'яких тканин, поглинають рентгенівське випромінювання сильніше: 204:84 =160 000 : 4096=40 , тобто приблизно 40 разів. Звідси зрозуміло, чому кістки проти м'якими тканинами дають на рентгенограмі набагато інтенсивнішу тінь. На цій же закономірності засноване застосування контрастних речовин, таких як барій (Z=56), йод (Z=53) та інших там, де природні умови контрастностінедостатні або відсутні. Так як рентгенографічний ефект, крім властивостей об'єкта, залежить від якості (жорсткості) і кількості (у міліамперсекундах) рентгенівського випромінювання, що пройшло через об'єкт дослідження і досягло посилювальних екранів і плівки, ясно, що чим жорсткішим буде випромінювання, інакше кажучи, чим більше його проникає здатність і чим більша експозиція, тобто кількість випромінювання, тим сильнішим буде процес фотохімічного впливу на світлочутливий шар і тим вираженішим буде ступінь почорніння плівки після її фотообробки. Основними найважливішими критеріями оцінки рентгенограми, що визначають її придатність для цілей рентгенодіагностики, є: 1) оптична контрастність; 2) різкість зображення та 3) відсутність артефактів.
Інтенсивність - кількісна характеристика рентгенівського випромінювання, яка виражається кількістю променів, що випускаються трубкою в одиницю часу. Інтенсивність рентгенівського випромінювання вимірюється в міліамперах. Порівнюючи її з інтенсивністю видимого світла від звичайної лампи розжарювання, можна провести аналогію: так, лампа на 20 Ватт світитиме з однією інтенсивністю, або силою, а лампа на 200 Ватт — з іншого, при цьому якість самого світла (його спектр) є однаковою . Інтенсивність рентгенівського випромінювання, по суті, це його кількість. Кожен електрон створює на аноді один або кілька квантів випромінювання, отже кількість рентгенівських променів при експонуванні об'єкта регулюється шляхом зміни кількості електронів, що прагнуть аноду, і кількості взаємодій електронів з атомами вольфрамової мішені, що можна здійснити двома шляхами:
1. Змінюючи ступінь напруження спіралі катода за допомогою понижуючого трансформатора (кількість електронів, що утворюються приемісії, залежатиме від того, наскільки сильно розпечена вольфрамова спіраль, а кількість квантів випромінювання залежатиме від кількості електронів);
2. Змінюючи величину високої напруги, що підводиться підвищує трансформатором до полюсів трубки - кадоду і аноду (чим вище напруга подається на полюси трубки, тим більшу кінетичну енергію отримують електрони, які за рахунок своєї енергії можуть взаємодіяти з декількома атомами речовини анода по черзі. 10>рис.5 ;електрони з низькою енергією зможуть вступити в меншу кількість взаємодій).
p align="justify"> Інтенсивність рентгенівського випромінювання (анодний струм), помножена на витримку (час роботи трубки), відповідає експозиції рентгенівського випромінювання, яка вимірюється в мАс (міліамперах в секунду). Експозиція - це параметр, який, як і інтенсивність, характеризує кількість променів, що випускаються рентгенівською трубкою. Різниця полягає лише в тому, що експозиція враховує ще й час роботи трубки (наприклад, якщо трубка працює 0,01 сек., то кількість променів буде одним, а якщо 0,02 сек, то кількість променів буде іншим - в два рази більше). Експозиція випромінювання встановлюється рентгенологом на контрольній панелі рентгенівського апарату залежно від виду дослідження, розмірів об'єкта, що досліджується, та діагностичного завдання.