Рентгенографи я
жүктеу/скачать 4.56 Mb.
|
шыққан электрондар анодқа қарай үдей қозғалады да, онымен соқтығысады. Соқтығысу нәтижесінде анод қызады. Егер ол температура балқу температурасына жетсе анодтың балқып кетуі де мүмкін. Сондықтан анодты үздіксіз суытып тұратын арнайы суытқыш жүйесі қолданылады. Егер анод пен катодтың арасындағы кернеу U болса онда электронның энергиясы Eе=eU болады. Мұндағы е –электронның заряды. Анодқа қарай үдей қозғалған электрондар онымен соқтығысады, яғни қозғалыс жылдамдығы тежеледі де, электромагнит толқынның көзіне айналады. Электромагнит толқынның жиілігі электрондардың бастапқы кинетикалық энергиясына және тежелу интенсивтілігіне тәуелді болады. Олардың бастапқы кинетикалық энергиясы бірдей болғанымен анодпен әсерлескенде тежелу мөлшері әртүрлі болады. Сондықтан фотондардың энергиясы, олай болса, жиіліктері де әртүрлі болады. Осындай сәулені тежеулік рентген сәулесі дейді. Тежеулік рентген сәулесінің спектрі тұтас болады (2-сурет).
Осы теңдеуден мынандай қортынды жасаймыз: теж- еулік рентген сәулесінің энергиясы анод пен катодтың арасындағы U кернеуге тура пропорционал да, толқын ұзындығына кері пропорционал болады (2-сурет). Сонымен рентген сәулесінің толқын ұзындығы неғұрлым үлкен болса тасымалдайтын энергиясы солғұрлым аз болады және керсінше, толқын ұзындығы неғұрлым кіші бола тасымалдайтын энергиясы солғұрлым үлкен болады. Рентген сәулесінің қуаты (Р) электрон зарядының (е) және олардың үдеуінің () квадраттарына тура пропорционал: Ре22 Электрон үдеуінің тежелу уақытын есептеп, сәуле шығару қуатын анықтауға болады. Тежелу уақытында Е электронның энергиясы мынаған тең: Ее=P е22 . Мұндағы 0 –электронның бастапқы жылдамдығы. Сипаттамалық рентген сәулесі Тежеулік рентген сәулесі анодпен соқтығысатын электрондардың энергиясына ғана тәуелді болады. Сонымен қатар анодтың материалына да тәуелді рентген сәулесі болады. Егер анодпен соқтығысқан электрондардың энергиясы атомның ішкі электрондық қабатынан электронды ұрып шығаруға жеткілікті болса, онда ондай рентген сәулесі сипаттамалық рентген сәулесі болады. Сипаттамалық рентген сәулесінің спектрі сызықты болады. Сол сызықтардың жиілігі анодтың материалына тәуелді болады. Сипаттамалық рентген сәулесі өте қарапайым. Олар K, L, M және О әріптерімен белгіленген (3-сурет) бірнеше сериялардан тұрады. Әр серияның өзіне тән жиіліктеріне сәйкес келетін , , т.с.с. сызықтары болады.
Атомның ішкі электрондық қабатындағы бір электронның қашықтауы сол атомды қоздырады да, сипаттамалық рентген сәулесін тудырады. Егер К-қабатындағы екі электронның бірі босап шықса, онда оның орнына кез келген сыртқы қабаттан (K, L, M және т.б.) босаған электрон өтеді. Соның нәтижесінде К-сериясы пайда болады. К –сериясы басқа сериялармен қатар жүреді. Себебі жоғарғы электрондық қабаттан босаған электронның орнына басқа деңгейлердегі (K, L, M және т.б.) электрондар ауысады. Ол электронның орнына басқа электрон келеді. Ағылшын ғалымы Мозли 1913 жылы рентген спектрінің сызықтарының оларды шығаратын элементтің атомдық номерімен байланысын теория жүзінде дәлелдеген. Осы заң бойынша К сызығы мына формуламен өрнектеледі: Мұндағы R- Ридберг тұрақтысы (R = 109737,31568539 см−1), Z –элементтің атомдық номері. К - сызығы үшін L - сызығы үшін және т.с.с. Осы формуланы мына түрде жазуға болады: Мозли заңын әдетте былай көрсетеді: Мұндағы с және -тұрақты шамалар, К –сериясы үшіни =1, L-сериясы үшін =7,5 және с.с. Сонымен Мозли заңын былай қортындылауға болады; жиіліктің квадрат түбірі анод жасалған химиялық элементтің Z атомдық номеріне тәуелді функция. 1.2. Рентген сәулесінің затпен әсерлесуі Рентген сәулесі затпен әсерлескенде сол затта жұтылады, яғни интенсивтілігі кемиді, фотоэффект құбылысы болады, когерентті шашырайды және комптон эффектісі пайда болады. Рентген сәулесі бір затпен әсерлескенде онда жұтылады. Жұтылған энергияның шамасы жұтылу қабатына, әсерлескен заттың табиғатына және толқын ұзындығына байланысты. Бір заттан өткенде рентген сәулесінің энергиясының азаюы екі процеске байланысты: нақты жұтылады, яғни фотондардың энергиясының бір бөлігі әсерлескен ортаның ішкі энергиясына айналады. рентген сәулесі шашырайды, яғни таралу бағытын өзгертеді. Рентген сәулесінің жұтылуы Рентген сәулесі кез-келген ортамен әсерлескенде жұтылады.Жұтылған энергия ортаның ішкі энергиясына айналады.Рентген сәулесінің жұтылу процесін түсіндіру үшін интенсивтілік (І) деген ұғымды енгізейік.Рентген сәулесінің интенсивтілігі деп сәуленің таралу бағытына көлденең орналасқан беттің ауданынан 1 секунд ішінде өтетін энергия мөлшерін айтады. Қалыңдығы l пластиканың бетіне монохромат паралель сәулелер ағыны перпендикуляр түссін (4-сурет).Осы пластинаны өзара тең элементар dx қалыңдықтарға бөлейік.Әрбір dx қалыңдықта рентген сәулесінің интенсивтілігі бастапқы шамасымен салыст ырғанда dІх мөлшеріне кемиді, яғни dІх = І0 dх (4)
Мұндағы - жұтылу коэффициенті, ол заттың рентген сәулесін (қалыңдығына тәуелсіз) жұту шамасын сипаттайды; (-) таңбасы сәуле dх қабаттан өткенде интенсивтілігі азаятынын көрсетеді. Бұдан мынадай қортынды туындайды: Өзара тең қабатқа келіп түскен рентген сәулесінің өзара тең интенсивтілігі жұтылады және жұтылу шамасы түскен сәуленің абсолют шамасына тәуелді емес. Осы заңды алғаш ашқан ғалым Бугер болғандықтан, оны Бугер заңы дейді. Мұндағы Іх – теңдеудің сол жағына шығарып осы теңдеуді интегралдайық. Пластинаның қалыңдығы 0-ден дейін, ал жарықтың интенсивтілігі І0-ден І-ға дейін өзгерісін /4-сурет/ бұдан немесе Мұндағы І0 – пластинаға келіп түскен жарықтың интенсивтілігі, І–пластинадан өткен жарықтың интенсивтілігі. Жоғарыдағы екі теңдеудің мағыналары бірдей. Сондықтан оларды рентген сәулесінің жұтылуын анықтайтын Бугер заңы дейді. Мұндағы -ды жұтылу коэффициенті дейді, оның екі мәні бар: сызықты жұтылу коэффициенті және массалық жұтылу коэффициенті. Рентген сәулесінің сызықты жұтылу коэффициенті әсерлесу затының атомдық номеріне, рентген сәулесінің толқын ұзындығына тәуелді, яғни = k3z4 k-пропорционалдық коэффициент. Өлшем бірлігі [] = [1 см -1] Осы формуланың физикалық мәні мынада: рентген сәулесінің сызықты жұтылу коэффициенті сәуленің 1 см жол өткендегі интенсивтілігінің азаюын көрсетеді. Рентген сәулесінің массалық жұтылу коэффициенті Мұндағы -сәуленің әсерлескен затының тығыздығы. Өлшем бірлігі [] = [1 см22 -1] Массалық жұтылу коэффициенті рентген сәулесінің жұтылуының заттың массасына тәуелді екенін көрсетеді. Мысалы судың, су буының және мұздың массалық жұту коэффициенті бірдей. Сондықтан анықтама кестесінде массалық жұту коэффициентін рентген сәулесінің жұтылуының толқын ұзындығына тәуелді мәнін көрсетеді. Егер сызықты жұту коэффициентін анықтау керек болса, онда -ды сол заттың тығыздығына көбейтеді, яғни =м. Фотоэффект. Металл бетіне келіп түскен рентген сәулесі өздерінің энергиясы жеткілікті болса, олар электрондармен әсерлеседі. Сонда бөлініп шыққан кванттың кинетикалық энергиясы артып, металдың бетінен шығып қоршаған ортаға тарайды. Осы құбылысты фотоэффект дейді. Фотоэффектінің мынандай үш заңы дәлелденген: Фототоктың интенсивтілігі (І) анодқа келіп түскен электрондар ағынының интенсивтілігіне (І) тура пропорционал болады, яғни Іф.т. kІ, мұндағы k –тұрақты шама, оны сол заттың жарық сезгіштік қасиеті дейді. Осыны фотоэффектің 1-заңы, немесе Столетов заңы дейді. Кванттық процестердегі энергияның сақталу заңына сүйене отырып Эйнштейн фотоэффектінің екінші заңын дәлелдеді. Ол заң фотоэффект үшін Эйнштейн заңы деп аталып былай жазылады: Мұндағы ħ – Планк тұрақтысы, - келіп түскен рентген сәулесінің жиілігі, А – электронды металдан бөліп шығаруға жұмсалатын жұмыс мөлшері, m – электронның массасы, - электрон қозғалысының бастапқы жылдамдығы. Осы заңды былай түсінуге қажет: Келіп түскен рентген сәулесінің энергиясы ( ) электронды металдан шығару жұмысына (А) және оған бастапқы кинетикалық энергия беруге шығындалады. Олай болса электрондар қозғалысының бастапқы жылдамдығы тек қана келіп түскен фотонның жиілігне ғана тәуелді. Жиілік артқан сайын электронның жылдамдығы артады және керсінше, жиілік кемісе жылдамдық соған сәйкес кемиді. Жиіліктің мәні белгілі бір шамаға жеткенде ( 0) фотоэффект құбылысы болмайды, яғни Олай болса ħ А. Мұнда фотонның энергиясы тек қана электронды шығару жұмысын атқаруға ғана жеткілікті, сондықтан электрон қозғалысының жылдамдығы нольге тең болады = 0. Осыған сәйкес келетін жарықтың жиілігін фотоэффект құбылысының қызыл шекарасы, немесе фотоэффектінің үшінші заңы дейді. Когерентті шашырау. Егер ұзынтолқынды рентген сәулесі затпен әсерлессе онда ол сол заттан шашырайды. Бірақ түскен сәуленің толқын ұзындығы шашыраған сәуленің толқын ұзындығына тең болады. Оның себебі мынада: рентген сәулесінің энергиясы (ħ) заттың ионизациялану энергиясынан (А) кіші болса, сол заттың атомдары еріксіз тербеліске келіп, қосалқы толқын көзіне айналады. Бөлініп шыққан кванттың жиілігі сол затқа әсер еткен кванттың жиілігіндей болады. Рентген сәулесінің осылай шашырауын когерентті шашырау дейді. Рентген сәулесі мен атомның энергиясы өзгермейтін болғандықтан когерентті шашырау биологиялық әсер етпейді. Дегенмен, рентген сәулесінен қорғану жүйесін жасағанда алғашқы сәуленің бағытын ескеру керек. Комптон эффектісі. Бастапқы энергиясы ħ кванттар ағыны с – жылдамдығымен таралатын алғашқы рентген сәулесімен бір бағытта таралсын (5-сурет)
Рентген сәулесінің осылай шашырауын когеренттік емес шашырау дейді де оны алғаш ашқан ғалымның құрметіне Комптон эффектісі дейді. Комптон эффектісі, көпшілік жағдайда, қысқа толқынды сәуленің жеңіл атомды заттардан өткенде байқалады. Элементтің атомдық номері артқан сайын электронның өз ядросымен байлам энергиясы артады да, когеренттік емес шашырау мүмкіншілігі кемиді. 1.3 Рентген сәулесінің дифракциясы Рентген сәулесінің дифракциясы мен интерференция құбылысы бір-бірімен тығыз байланысты. Шашыраған когерентті рентген сәулелері, басқа да электромагниттік толқындар сияқты, бір-бірімен өзара қабаттасып, кеңістіктің бір нүктесінде интенсивтілігінің артуын және тағы бір нүктесінде кемуін рентген сәулесінің интерференциясы дейді. Интерференция құбылысын байқау үшін қолданылатын дифракциялық тордың ролін кристалдық тор атқарады. Себебі кристалдардың жазықтықаралық ара қашықтықтары рентген сәулесінің толқын ұзындығына сәйкес келеді. Периоды в кристалдық қатар құрайтын атомға екі сәуле бағыттайық: М1 А1 N1 және M2 A2 N2 (6-сурет) Егер осы бағытта дифракция құбылысы болса, онда сынық сызығы М1 А1 N1 сынық сызығы M2 A2 N2 –ден толқын ұзындығының толық санына ұзын болуы керек, бұл айырмашылықты былай жазамыз: А1 С1 - A2 В2 = n Мұндағы А1 С1 =в cosn және A2 В2 = в cos0 болғандықтан n=в(cosn - cos0 ) мұндағы n=0,1,2,3 ...
жүктеу/скачать 4.56 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|