Рентгеновские лучи

⇐ Предыдущая12345678910

Характеристическое рентгеновское излучение – электромагнитное излучение, испускаемое при переходах

электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние (характеристический спектр). Длина волны характеристического рентгеновского излучения, испускаемого химическими элементами, зависит от атомного номера элемента. Кривая соответствует закону Мозли: чем больше атомный номер элемента, тем меньше длина волны характеристической линии. Закон Мозли – линейная зависимость квадратного корня

из частоты характеристического рентгеновского излучения от атомного номера химического элемента.

Тормозное рентгеновское излучение (рентгеновские лучи) с непрерывным энергетическим спектром — коротковолновое электромагнитное (фотонное) излучение. Образуется при уменьшении кинетической энергии (торможении, рассеянии)

быстрых заряженных частиц, например, при торможении в кулоновском поле ускоренных электронов.

Существенно для легких частиц электронов и позитронов. Спектр тормозного излучения непрерывен,

максимальная энергия равна начальной энергии частицы.

Рентгеновские спектры, спектры испускания и поглощения рентгеновских лучей. Характеристические рентгеновские спектры испускают атомы мишени, у которых при столкновении с заряженной частицей высокой энергии или фотоном первичного рентгеновского излучения с одной из внутренних оболочек (K-, L-, M-, … оболочек) вылетает электрон. Состояние атома с вакансией во внутренней оболочке (его начальное состояние) неустойчиво. Электрон одной из внешних оболочек может заполнить эту вакансию, и атом при этом переходит в конечное состояние с меньшей энергией.Избыток энергии атом может испустить в виде фотона характеристического излучения. Поскольку энергия Е1 начального и Е2 конечного состояний атома квантованы, возникает линия рентгеновского спектра с частотой v=(Е1- Е2)/h, где h — постоянная Планка. Другой весьма важной особенностью характеристических спектров рентгеновских лучей является то обстоятельство, что каждый элемент даёт свой спектр независимо от того, возбуждается ли этот элемент к испусканию рентгеновских лучей в свободном состоянии или в химическом соединении. Эта особенность характеристического спектра рентгеновских лучей используется для идентификации различных элементов в сложных соединениях и является основой рентгеноспектрального анализа.

20. Орбитальный, спиновой и полный механические моменты электрона в атоме, их физический смысл и возможные значения.Механический момент атома складывается из орбитальных и спиновыхмоментов электронов. Магнетизм ядра из-за его малости можно не учитывать. При сложениимоментов в полный момент атома возможны два случая:1) Орбитальные моменты электронов Ml взаимодействуют между собой сильнее, чем соспиновыми моментами Ms. В свою очередь спиновые моменты электронов связаны междусобой сильнее, чем с орбитальными моментами. В этом случае сначала складываютсяотдельно орбитальные моменты электронов Ml в полный орбитальный момент атома ML испиновые моменты электронов Ms в полный спиновой момент атома MS, а затемполучившиеся моменты складываются в полный момент атома MJ. Такой случай сложениямоментов называется LS – связью. Такая связь наблюдается у большинства атомов.2) Связь между орбитальным Ml и спиновым Ms моментом электрона сильнее, чемвзаимодействие его с другими электронами. В этом случае сначала складываются спиновойMs и орбитальный Ml моменты для каждого электрона в полный момент электрона Mj, а затемуже эти электронные моменты складываются в полный момент атома MJ. Такая связьназывается jj – связью. jj – связь наблюдается в основном у тяжелых атомов.Рассмотрим подробнее случай LS – связи. В этом случае сначала формируется полныйорбитальный момент атома ML. Его величина определяется формулойML = h L(L +1) .Рассмотрим, как получаются возможные значения L для атома с двумя электронами. В этомслучае орбитальное квантовое число L может иметь значенияL = l1 + l 2;l1 + l 2 −1;…, l1 − l 2 ,где l1 и l2 – орбитальные числа, соответствующие орбитальному движению каждогоэлектрона. Всего в этом случае получается 2lmin+1 значение L (lmin — меньшее из чисел l1 и l2).В случае атома, имеющего более чем два электрона, максимальное значение L равно суммечисел l всех электронов. Чтобы найти минимальное значение L, нужно сложить сначала числаl любых двух электронов. Затем каждый из полученных результатов складывается с lтретьего электрона и т. д. Наименьшее из получившихся при этом чисел будет представлятьсобой минимальное возможное значение квантового числа L. Значения орбитального момента импульса всегда целые или ноль.Проекция результирующего орбитального момента на ось z определяется по стандартнойформуле:MLz = mLh , mL = −L,….,0,……,L .Все вычисления необходимо повторить дли получения аналогичных формул для спиновогомеханического момента электронов:

MS = h S(S +1)

MSz = mSh , mS = −S,….,0,……,S.

Значения квантового числа спинового механического момента получаются так же, как и значения L. Результирующий орбитальный и спиновой механические моменты атома образуют в сумме полный момент импульса атома MJ = h J(J + 1) . При данных значениях ML и MS квантовое число J имеет следующие значения J = L + S,L + S −1,……, L − S . Следовательно, J – целое, если значение S – целое (четное число электронов), и J – полуцелое, если значения S – полуцелые (нечетное число электронов). Проекция полного механического момента атома на направление z

MJz = mJh , mJ = −J,….,0,……,J .

Ясно, что состояние атома определяется квантовыми числами L, S и J. Для упрощения записи удобно пользоваться символической формой вида J 2S+1L . Под буквой L понимают величину, обозначающую значение полного орбитального момента импульса. Для электронов с L = 0 это S, L = 1 это P, L = 2 это D, L = 3 это F и так далее. Нижний индекс дает значение квантового числа полного момента импульса атома. Значение верхнего индекса равно мультиплетности энергетического уровня.

⇐ Предыдущая12345678910

Дата добавления: 2016-11-03; просмотров: 2865 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

История открытия X-лучей

Рентгеновские лучи открыл в 1895 году немец Вильгельм Рентген. В конце 19 века ученые занимались исследованием газового разряда при малом давлении. При этом в газоразрядной трубке создавались потоки электронов, движущихся с большой скоростью. Исследованием этих лучей занялся и В.Рентген.

Он заметил, что если поместить рядом с газоразрядной трубкой фотопластинку, то она будет засвечена, даже если её завернуть в черную бумагу. Продолжая ставить опыты, Рентген обернул газоразрядную трубку бумагой смоченной в растворе платиносинеродистого бария. Бумага начала светиться.

Рентген был любопытный, и между бумагой и трубкой поместил свою руку, в надежде, наверное, на то, что и она начнет светиться, но этого не произошло. Зато на бумаге экране остались видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний кисти руки. Рентген предположил, что это какое-то неизвестное излучение, которое обладает очень сильным проникающим эффектом.

  • Он назвал эти лучи Х-лучами. Впоследствии эти лучи стали называть рентгеновскими.

Свойства рентгеновского излучения

На рентгеновские лучи никакого воздействия не оказывает электромагнитное поле. При этом они практически не испытывали преломлений и не отражались. Появилось предположение, что рентгеновские лучи — это электромагнитные волны, которые излучаются при торможении электронов.

  • Они имеют очень маленькую длину волны, вследствие чего обладают такой высокой проникающей способностью.

Теперь внимание ученых было приковано к исследованию рентгеновских лучей. Пытались обнаружить дифракцию этих лучей. Пропускали их через щели в пластинках, но не обнаружили никакого эффекта. Спустя некоторое время, немец Макс Лауэ предложил пропускать рентгеновские лучи через кристаллы.

Обосновывал он это тем, что возможно длина волн рентгеновского излучения сравнима с размерами атомов, и поэтому на искусственных щелях дифракции добиться не удастся. Поэтому следует использовать кристаллы, у которых есть четкая структура и расстояние между атомами приблизительно равно размеру самих атомов. Предположения Лауэ были подтверждены.

После пропускания рентгеновских лучей через кристалл, на экране появлялась примерно следующая картина.

Появление дополнительных маленьких пятнышек можно было объяснить только явлением дифракции рентгеновских лучей на внутренней структуре кристалла. При дальнейшем исследовании оказалось, что длинна волны рентгеновского излучения по порядку величины действительно была равна размеру атомов.

Рентгеновские лучи получили широкое распространение на практике. В медицине, научных исследованиях, в технике. С помощью рентгеновских лучей проводят дефектоскопию различных конструкций, поиск черных дыр и переломов в костях людей.

Нужна помощь в учебе?


Предыдущая тема: Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение: сущность и особенности
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspШкала электромагнитных излучений: свойства и особенности

Что такое рентгеновское излучение и лучи

Рентгеновское излучение состоит из электромагнитных волн направленного спектра действия. Это энергия фотонов, которая проходит между потоком ультрафиолета и гамма-излучением. Электромагнитные волны возникают в момент взаимодействия заряженных электронов катода с твердой поверхностью анода, которые находятся в полости вакуумной трубки.

При ударении электронов об анод, происходит выделение большого количества кинетической энергии.

В условиях закрытого пространства и быстро протекающего физического процесса – этот энергетический потенциал трансформируется в частицы кванты (фотоны). Так получают спектр волн с положительно заряженными элементами, с помощью которых можно просвечивать человеческое тело, а также предметы, обладающие невысокой степенью плотности.

Различают следующие виды рентгеновского излучения:

  • с широким спектром – возникает при масштабном рассеивании потоков электромагнитных волн, которые образуют пики и линии неправильной формы (чаще всего встречается в условиях неконтролируемых физических процессов между электронами и поверхностью анода);
  • с узким спектром – это целенаправленный поток электромагнитных волн с положительно заряженными частицами – фотонами, которые используются в медицине для определения патологических состояний отдельных участков тела и внутренних органов.

Рентгеновские лучи всех типов имеют оболочки, либо еще их называют энергетическими уровнями. Они маркируются символами – М, К и L в зависимости от близости расположения к центру электромагнитной оболочки.

Источники рентгеновского излучения

Основным источником рентгеновского излучения является вакуумная трубка, в которой установлен катод и анод. Происходит нагрев катода и выработка электронов, которые ускоряются за счет образования электромагнитного поля, а затем ударяются об поверхность анода.

Подобными устройствами оборудованы рентгенологические аппараты, функциональным предназначением которых является исследование мягких тканей человека и элементов его опорно-двигательного аппарата.

В лабораторных условиях источником рентгеновского излучения могут быть специальные лампы, которые применяются в проведения биохимических реакций, требующих использования метода флуоресценции. Кроме устройств, созданных человеком для получения рентгеновского излучения в медицинских целях, существуют источники, образующие электромагнитные волны данного типа.

Они такие:

  • радиоактивные металлы в период их распада;
  • космические объекты, которые преодолели плотные слои атмосферы и попали на поверхность Земли;
  • минеральные породы и полезные ископаемые, содержащие в своем составе примеси радиоактивных металлов.

Природные источники электромагнитных волн рентгеновского типа встречаются в окружающей среде крайне редко, а частота их излучения значительно ниже, чем в искусственно созданной вакуумной трубке на основе катода и анода.

Механизм действия рентгеновских лучей

После образования заряженных частиц и выделения электромагнитных волн, они проходят сквозь объект, который расположен на пути их спектра действия. Если же это медицинский аппарат, то поток рентгеновских лучей направляется на конкретную мишень.

За счет физического свойства заряженных фотонов просвечивать поверхности и ткани с невысокой структурной плотностью, происходит прохождение лучей сквозь тело человека и друге объекты. Мягкие ткани внутренних органов, которые не имеют морфологических изменений, являются здоровыми, хорошо просвечиваются фотонами без отображения дефектов.

Если же присутствуют участки тканей с патологическими состояниями (например, легкие, пораженные палочкой туберкулеза), то они отображаются в виде темных пятен. Это дает возможность врачу определить масштабы воспалительного процесса и очаги локализации патогенных микроорганизмов, либо формирования посторонних новообразований.

Кости отличаются более плотной структурой. Поэтому они практически не просвечиваются рентгеновским излучением. Отчетливо отображаются только элементы скелета без их полой структуры.

Если по каким-либо причинам произошел перелом кости или образовалась трещина, то в дефектный участок тканей проникает большое количество фотонов. Это позволяет определить место разрушенной части кости и предпринять неотложные меры лечения больного.

Применение рентгеновских лучей в медицине

Первые рентгеновские аппараты давали возможность врачам изучать исключительно структуру костных тканей, определять их целостность, а также участки возможных повреждений. Развитие технического прогресса привело к сокращению продолжительности экспозиции при фотофиксации, а также улучшило качество съемки.

Современное рентгенологическое оборудование позволяет докторам изучать даже мягкие ткани, своевременно определять их патологии и начинать лечение. В медицинской практике электромагнитные волны рентгеновского типа используются в процессе проведения следующих диагностических процедур:

Флюорография

Этот метод исследования предусматривает фотофиксацию теневого изображения. Пациент занимает исходную позицию между источником излучения и специальным экраном, поверхность которого выполнена из иодида цезия. Под воздействием электромагнитного излучения указанный элемент начинает светиться.

Ткани внутренних органов, оказавшиеся на пути лучей, создают эффект тени, которые имеют разную степень затемненности. Врач-рентгенолог, который проводит обследование пациента, фиксирует снимок на люминесцентном экране, увеличивает изображение и определяет участки патологического состояния тканей легких и сердца.

Современное оборудование позволяет увеличить фотографию до максимальных пределов, чтобы доктор не полагался исключительно на остроту своего зрения. Также используются компьютеры, которые сохраняют данные об истории болезни конкретного пациента.

Рентгенография

Это процесс записи изображения на рентгеновскую пленку. В данном случае исследуемый участок тела находится между источником ионизирующего излучения и пленкой, которая закреплена в аппарате. Заряженные частицы лучей проходят сквозь тело пациента, после чего изображение внутренних органов, мягких тканей или костей, переносится на снимок.

Как и в случае с флюорографией, врач выполняет изучение полученной информации. Данный метод особенно эффективен при диагностике трещин, переломов, вывихов, определении воспалительных процессов в костной ткани.

Контрастные вещества

Отдельные внутренние органы человеческого организма имеют полую структуру, либо становятся бесцветными под воздействием ионизирующего излучения, не создают тени на снимке (например, кишечник, мочевой пузырь, почки).

В таком случае используют контрастные вещества, который пациент употребляет в желудочно-кишечный тракт (соли бария) или же ему их вводят внутривенно (иодсодержащий раствор). После этого выполняется рентгенологическая фиксация внутреннего органа, который имеет признаки болезни.

Компьютерная томография

Была разработана в 1970 г. Это разновидность рентгеновской диагностики. Принцип проведения обследования с использованием данного способа заключается в том, что пациент помещается в специальный бокс, а медицинское оборудование осуществляет съемку всего тела. Это компьютерная рентгеновская томография.

Позволяет обнаружить опухолевые процессы в тканях внутренних органов и костях, обнаружить вялотекущие и острые воспаления, внутренние кровотечения. Преимущество данного метода заключается в том, что в организм пациента не требуется вводить контрастные вещества и прочие растворы.

Защита от рентгеновских лучей

В связи с тем, что избыток рентгеновского излучения способен нарушать работу эпителиальных клеток и тканей внутренних органов, существуют следующие меры защиты от ионизирующего излучения, которые в обязательном порядке применяются в медицине.

Перечень мер:

  • фильтр-пластинка – устанавливается на выходе из вакуумной трубки, чтобы обеспечить поглощение мягких лучей, которые наносят вред верхнему слою кожи;
  • просвинцованный фартук – состоит из резины, внутри которой находятся свинцовые пластины, сквозь них не проходит ионизирующее излучение (одевается на врача-рентгенолога, а также с помощью него защищаются участки тела пациента, которые не обследуются);
  • металлический тубус – фиксируется непосредственно на вакуумной трубке, где происходит физическая реакция (обеспечивает эффективный контроль над пучками рентгеновских лучей, а также предотвращает их хаотическую ионизацию);
  • просвинцованное стекло – располагается на передней поверхности экрана, чтобы оградить тело от избыточного количества ионизирующего излучения;
  • передвижная ширма – это деревянная конструкция, внутри которой находятся свинцовые пластины, используется, как мобильный барьер от излучения (размеры защитного средства — 1,5 м высота и 1 м ширина).

Использование вышеперечисленных средств, предназначенных для защиты от рентгеновского излучения (в процессе обследования пациентов) – это обязательное условие сохранения здоровья врача-рентгенолога. Допустимая норма облучения, которая не опасна для здоровья и не влечет за собой негативных последствий – это 0,03 рентгена в день.

Рентгеновское излучение является физическим явлением, открытие которого изменило жизнь и дальнейшую историю человечества. Оно до сегодняшнего времени используется в медицине и позволяет диагностировать серьезнейшие патологии костной ткани и внутренних органов.

Оформление статьи: Лозинский Олег

Видео о рентгеновском излучении

История рентгена и как он работает:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *