«Рентгенография» пәні бойынша дәрістік кешен

«Рентгенография» пәні бойынша дәрістік кешен

Рентген сәулелеріне кіріспе және олардың пайда болу табиғаты, қасиеттері, ашылу тарихы

Рентген сәулелері – ол көзге көрінетін жарық сияқты, көлденең электромагнитты толқындар, бірақ олардың λ-толқын ұзындығы аз болады.

Катодты сәлелерді ашқаннан кейін, 19 ғ. соңында, физиктердің көбі, соның ішінде неміс ғалымы Вильгельм Конрад Рентген, оларды зерттеумен айналысқан.

Ол бірінші тәжірибенің өзінен мынаны байқады, жарықтан қорғалған разрядтты түтікшенің катод сәулелерін шығатын Al терезелері жок болса да, оның жанында орналасқан фотопластиналар, көп жағдайда жарықтандырылған болған. Рентген ол құбылысты былай жазды, бұл сәулелер бұрын белгісіз болған сәулелер, және оны X-сәулелер деп атады. Ол Х-сәулелер электрондардың затпен соғылуы кезінде пайда болатыны, және олардың магнит өрісінде ауытқымайтынын анықтады. 1895 жылдың желтоқсан айында Рентген, Вюрцбургер физикалық университетінде өзінің Х-сәулелер бойынша зерттеулер нәтижесін ең алғаш баяндады.

1896 жылдың 5 наурызында баяндалған екінші жұмысында, жаңа екі факт атап көрсетілді.  Біріншісі Аугусто Ригеде ашылған, олар мүмкін Рентгенннің бұл жұмыспен айналасатынын білмеген болар. Олардың анықтағаны, Х-сәулесі ауадан өткенде, ауаны разрядтап, электірленген бөлшектер тудыратынын анықтады. Екіншісі Рентгеннің бірінші жұмысында да айтылып кеткен болатын: Х-сәулесі катод сәулелерінің түтікшенің шынысына түскенде ғана емес, және басқа заттарға соның ішінде газдар, сұйықтарға түскенде пайда болатыны. Сонда Х-сәулесінің интенсивтілігі, сәуленің түсетін затына байланысты болады.

Осы уақытта көрінетін сәуленің толқындық оптикасымен айналысып жүріп, неміс физигі Макс фон Лауэ мынандай ойға келді, кристалда атомдардың орналасу ара қашықтықтары рентген сәулесінің толқын ұзындығы сияқы қатынаста болады деп, және соңғы сәулелер өткен кезде дифракция құбылыс пайда болу керек деген. Бұл құбылыстың теориясын жасағаннан кейін, П. Книппингпен және В. Фридрихпен бірге, эксперимент жүзінде мыс сульфатының кристалынан дифракциялық сурет алды.  Ренгенограммада көптеген дақтар пайда болды, олар әр түрлі интенсивтілікті және олар орталық даққа жақын симметриялы өрнектер тұрғызғанын көрді, ол рентген сәулесінің тура әсер етуімен түсіндірілді.

Лауэмен алынған нәтижелер келесі екі құбылысты дәлелдеді: рентген сәулелері – ол толқын ұзындықтары қысқа электромагниттік толқындар; Кристалдар периодты құрылымды болады және олар рентген сәулелеріне дифракциялық тор ретінде болады.  1914 жылы М. Лауэ рентген сәулелерінің дифракциясын ашқаны үшін, физика бойынша нобель сыйлығына ұсынылды  [4].

Электромагниттік толқындар спектрінде λ рентген сәулелерінің шекараларын көрсету мүмкін емес: толқындардың үлкен ұзындықтары бар аумақтарда ультра күлгінге ұқсас сәулелер пайда болады, ал қарама қарсы жақтан – радиоактивті заттардың γ-сәуленуіне ұқсас сәулелер пайда болады. Барлық рентген диапозоны  700 ден 0,1 ангстремге дейінгі аумақты қаптайды, бірақта әдетте ол рентгендік вакуумдық ультракүлгін біткен кездегі, диапозоны 300 ангстремнен басталады деп есептеледі [7].

Одан ары бұл аумақтар λ толқынмен жұмсақ ретті  2-300 ангстрем, және қатты-одан көбірек қысқа толқындар үшін. Корпускулярлы көз қарас бойынша рентген сәулерінің толқын ағынын кванттар-фотондар жиыны, олардың энергиясы E=hc/ λ (h=6,022045.10-34 Дж.с – Планк тұрақтысы, ал  c=2,99792458.108 м/c жарықтың вакуумдағы жылдамдығы) тең. Рентген сәулелері үшін жиілігі ν=c/ λ, көзге көрінетін жарық толқынның жиілігінен 1000 есе жоғары, соңғысына сәйкес фотон энергиясы өте төмен: рентген фотонының энергиясы шамасы бойынша, ішкі атом электрондарының ядро мен байланысымен салыстыруға болады, онда ол жарық фотондары үшін энергиялық күші байланысы сыртқы валенттілік қабат шамасы бойынша бір түрлі. Қатты рентген сәулелері үшін фотндар энергиясын әдетте киллоэлектронвольтпен (кэВ), 1 эВ=1,6022.10-19 Дж, hν=12,4/ λ, егер толқын ұзындығы λ ангстреммен берілсе. Соған сәйкес  қатты рентген толқын диапозоны, энергия диапозонына сәйкес болады 6,2 -120 кэВ.