क्ष-किरणांचे मूलभूत गुणधर्म

1. उत्तम भेदक आणि ionizing क्षमता.

2. विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्राद्वारे विचलित होत नाही.

3. त्यांचा फोटोकेमिकल प्रभाव आहे.

4. पदार्थांची चमक निर्माण करा.

5. दृश्यमान किरणोत्सर्गाप्रमाणे परावर्तन, अपवर्तन आणि विवर्तन.

6. जिवंत पेशींवर जैविक प्रभाव पडतो.

1. पदार्थाशी संवाद

क्ष-किरणांची तरंगलांबी अणूंच्या आकाराशी तुलना करता येण्यासारखी असते, त्यामुळे क्ष-किरण लेन्स बनवण्यासाठी वापरता येईल अशी कोणतीही सामग्री नाही. याव्यतिरिक्त, जेव्हा क्ष-किरण पृष्ठभागावर लंब असतात तेव्हा ते जवळजवळ परावर्तित होत नाहीत. असे असूनही, एक्स-रे ऑप्टिक्समध्ये, क्ष-किरणांसाठी ऑप्टिकल घटक तयार करण्याच्या पद्धती सापडल्या आहेत. विशेषतः, हे दिसून आले की हिरा त्यांना चांगले प्रतिबिंबित करतो.

क्ष-किरण पदार्थांमध्ये प्रवेश करू शकतात आणि भिन्न पदार्थ त्यांना वेगळ्या प्रकारे शोषून घेतात. क्ष-किरणांचे शोषण हा क्ष-किरण छायाचित्रणातील त्यांचा सर्वात महत्त्वाचा गुणधर्म आहे. क्ष-किरणांची तीव्रता शोषक स्तरामध्ये प्रवास केलेल्या मार्गावर अवलंबून वेगाने कमी होते (I = I0e-kd, जेथे d ही थर जाडी आहे, गुणांक k हा Z³λ³ च्या प्रमाणात आहे, Z हा घटकाचा अणुक्रमांक आहे, λ आहे तरंगलांबी).

फोटोशोषण (फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव) आणि कॉम्प्टन स्कॅटरिंगच्या परिणामी शोषण होते:

फोटॉनद्वारे अणूच्या शेलमधून इलेक्ट्रॉन बाहेर काढण्याची प्रक्रिया म्हणून फोटोशोषण समजले जाते, ज्यासाठी फोटॉन ऊर्जा एका विशिष्ट किमान मूल्यापेक्षा जास्त असणे आवश्यक असते. जर आपण फोटॉनच्या उर्जेवर अवलंबून शोषण्याच्या क्रियेची संभाव्यता विचारात घेतली, तर जेव्हा एखादी विशिष्ट उर्जा गाठली जाते तेव्हा ती (संभाव्यता) त्याच्या कमाल मूल्यापर्यंत झपाट्याने वाढते. उच्च उर्जेसाठी, संभाव्यता सतत कमी होते. या अवलंबनामुळे, असे म्हटले जाते की शोषण मर्यादा आहे. शोषणाच्या कृती दरम्यान बाहेर पडलेल्या इलेक्ट्रॉनची जागा दुसर्या इलेक्ट्रॉनने व्यापलेली असते, तर कमी फोटॉन उर्जेसह रेडिएशन उत्सर्जित होते, ज्याला तथाकथित म्हणतात. फ्लूरोसेन्स प्रक्रिया.

क्ष-किरण फोटॉन केवळ बद्ध इलेक्ट्रॉनांशीच नव्हे तर मुक्त आणि कमकुवतपणे बांधलेल्या इलेक्ट्रॉनांशी देखील संवाद साधू शकतो. इलेक्ट्रॉन्सवर फोटॉनचे विखुरलेले आहे - तथाकथित. कॉम्प्टन स्कॅटरिंग. विखुरलेल्या कोनावर अवलंबून, फोटॉनची तरंगलांबी विशिष्ट प्रमाणात वाढते आणि त्यानुसार, ऊर्जा कमी होते. फोटोशोषणाच्या तुलनेत कॉम्प्टन स्कॅटरिंग, उच्च फोटॉन उर्जेवर प्रमुख बनते.

या प्रक्रियांव्यतिरिक्त, शोषणाची आणखी एक मूलभूत शक्यता आहे - इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन जोड्या दिसण्यामुळे. तथापि, यासाठी 1.022 MeV पेक्षा जास्त ऊर्जा आवश्यक आहे, जी वरील क्ष-किरण उत्सर्जन सीमेच्या बाहेर आहे (<250 кэВ). Однако при другом подходе, когда "ренгеновским" называется излучение, возникшее при взаимодействии электрона и ядра или только электронов, такой процесс имеет место быть. Кроме того, очень жесткое рентгеновское излучение с энергией кванта более 1 МэВ, способно вызвать Ядерный фотоэффект.

[सुधारणे]

2. जैविक प्रभाव

क्ष-किरण ionizing आहेत. हे सजीवांच्या ऊतींवर परिणाम करते आणि रेडिएशन सिकनेस, रेडिएशन बर्न्स आणि घातक ट्यूमर होऊ शकते. या कारणास्तव, क्ष-किरणांसह कार्य करताना संरक्षणात्मक उपाय करणे आवश्यक आहे. असे मानले जाते की नुकसान रेडिएशनच्या शोषलेल्या डोसच्या थेट प्रमाणात आहे. क्ष-किरण विकिरण एक उत्परिवर्ती घटक आहे.

[सुधारणे]

3. नोंदणी

ल्युमिनेसेन्स प्रभाव. क्ष-किरणांमुळे काही पदार्थ चमकू शकतात (फ्लोरोसेन्स). फ्लोरोस्कोपी (फ्लोरोसंट स्क्रीनवरील प्रतिमेचे निरीक्षण) आणि एक्स-रे फोटोग्राफी (रेडिओग्राफी) दरम्यान वैद्यकीय निदानामध्ये हा प्रभाव वापरला जातो. वैद्यकीय फोटोग्राफिक चित्रपटांचा वापर सामान्यत: तीव्र पडद्याच्या संयोजनात केला जातो, ज्यामध्ये एक्स-रे फॉस्फरचा समावेश होतो, जे क्ष-किरणांच्या क्रियेखाली चमकतात आणि प्रकाश-संवेदनशील फोटोग्राफिक इमल्शन प्रकाशित करतात. जीवन-आकाराची प्रतिमा मिळविण्याच्या पद्धतीला रेडिओग्राफी म्हणतात. फ्लोरोग्राफीसह, प्रतिमा कमी प्रमाणात प्राप्त केली जाते. ल्युमिनेसेंट पदार्थ (सिंटिलेटर) ऑप्टिकली इलेक्ट्रॉनिक लाइट डिटेक्टर (फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब, फोटोडायोड इ.) शी जोडला जाऊ शकतो, परिणामी उपकरणाला सिंटिलेशन डिटेक्टर म्हणतात. हे आपल्याला वैयक्तिक फोटॉनची नोंदणी करण्यास आणि त्यांची उर्जा मोजण्याची परवानगी देते, कारण सिंटिलेशन फ्लॅशची ऊर्जा शोषलेल्या फोटॉनच्या उर्जेच्या प्रमाणात असते.

फोटोग्राफिक प्रभाव. क्ष-किरण, तसेच सामान्य प्रकाश, फोटोग्राफिक इमल्शन थेट प्रकाशित करण्यास सक्षम आहेत. तथापि, फ्लोरोसेंट लेयरशिवाय, यासाठी 30-100 पट एक्सपोजर (म्हणजे डोस) आवश्यक आहे. या पद्धतीत (स्क्रीनलेस रेडिओग्राफी म्हणून ओळखले जाते) तीक्ष्ण प्रतिमांचा फायदा आहे.

सेमीकंडक्टर डिटेक्टरमध्ये, एक्स-रे ब्लॉकिंग दिशेने जोडलेल्या डायोडच्या p-n जंक्शनमध्ये इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या तयार करतात. या प्रकरणात, एक लहान प्रवाह वाहतो, ज्याचे मोठेपणा घटना एक्स-रे रेडिएशनच्या उर्जा आणि तीव्रतेच्या प्रमाणात असते. स्पंदित मोडमध्ये, वैयक्तिक एक्स-रे फोटॉनची नोंदणी करणे आणि त्यांची ऊर्जा मोजणे शक्य आहे.

आयोनायझिंग रेडिएशनचे गॅस-भरलेले डिटेक्टर वापरून वैयक्तिक क्ष-किरण फोटॉन देखील नोंदणीकृत केले जाऊ शकतात (गीजर काउंटर, आनुपातिक चेंबर इ.).

अर्ज

क्ष-किरणांच्या मदतीने, मानवी शरीराला "प्रबुद्ध" करणे शक्य आहे, परिणामी हाडांची प्रतिमा आणि आधुनिक उपकरणांमध्ये अंतर्गत अवयवांची प्रतिमा मिळवणे शक्य आहे (एक्स-रे देखील पहा) . हे या वस्तुस्थितीचा वापर करते की मुख्यतः हाडांमध्ये असलेल्या कॅल्शियम (Z=20) या मूलद्रव्याचा अणुक्रमांक मऊ उती बनवणाऱ्या घटकांच्या अणुसंख्येपेक्षा खूप मोठा असतो, म्हणजे हायड्रोजन (Z=1), कार्बन (Z=6). ), नायट्रोजन (Z=7), ऑक्सिजन (Z=8). पारंपारिक उपकरणांव्यतिरिक्त जे अभ्यासाधीन ऑब्जेक्टचे द्विमितीय प्रक्षेपण देतात, तेथे गणना केलेले टोमोग्राफ आहेत जे आपल्याला अंतर्गत अवयवांची त्रि-आयामी प्रतिमा प्राप्त करण्यास अनुमती देतात.

एक्स-रे वापरून उत्पादनांमध्ये (रेल्स, वेल्ड इ.) दोष शोधणे याला एक्स-रे दोष शोध म्हणतात.

पदार्थ विज्ञान, क्रिस्टलोग्राफी, रसायनशास्त्र आणि बायोकेमिस्ट्रीमध्ये, एक्स-रे डिफ्रॅक्शन स्कॅटरिंग (क्ष-किरण विवर्तन विश्लेषण) वापरून अणू स्तरावर पदार्थांची रचना स्पष्ट करण्यासाठी क्ष-किरणांचा वापर केला जातो. डीएनएच्या संरचनेचे निर्धारण हे एक प्रसिद्ध उदाहरण आहे.

याव्यतिरिक्त, क्ष-किरणांचा वापर पदार्थाची रासायनिक रचना निर्धारित करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. इलेक्ट्रॉन बीम मायक्रोप्रोबमध्ये (किंवा इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपमध्ये), विश्लेषण केलेला पदार्थ इलेक्ट्रॉनसह विकिरणित केला जातो, तर अणू आयनीकृत असतात आणि वैशिष्ट्यपूर्ण क्ष-किरण विकिरण उत्सर्जित करतात. इलेक्ट्रॉन ऐवजी क्ष-किरण वापरले जाऊ शकतात. या विश्लेषणात्मक पद्धतीला एक्स-रे फ्लूरोसेन्स विश्लेषण म्हणतात.

विमानतळांवर, एक्स-रे टेलिव्हिजन इंट्रोस्कोप सक्रियपणे वापरले जातात, जे मॉनिटर स्क्रीनवर धोकादायक वस्तू दृष्यदृष्ट्या शोधण्यासाठी हातातील सामान आणि सामानाची सामग्री पाहण्याची परवानगी देतात.

एक्स-रे थेरपी हा रेडिएशन थेरपीचा एक विभाग आहे ज्यामध्ये 20-60 केव्हीच्या एक्स-रे ट्यूब व्होल्टेज आणि 3-7 सेमी (लहान) त्वचेच्या फोकल अंतरावर तयार केलेल्या क्ष-किरणांच्या उपचारात्मक वापराचा सिद्धांत आणि सराव समाविष्ट केला जातो. -रेंज रेडिओथेरपी) किंवा 180-400 केव्हीच्या व्होल्टेजवर आणि त्वचा-फोकल अंतर 30-150 सेमी (रिमोट रेडिओथेरपी).

एक्स-रे थेरपी प्रामुख्याने वरवरच्या ट्यूमरवर आणि त्वचेच्या रोगांसह (बुक्काचे अल्ट्रासॉफ्ट एक्स-रे) सह इतर काही रोगांवर केली जाते.

[सुधारणे]

नैसर्गिक क्ष-किरण

पृथ्वीवर, क्ष-किरण श्रेणीतील इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशन अणूंच्या आयनीकरणाच्या परिणामी, किरणोत्सर्गी क्षय दरम्यान उद्भवलेल्या रेडिएशनद्वारे तयार होते, अणु अभिक्रिया दरम्यान उद्भवणाऱ्या गॅमा रेडिएशनच्या कॉम्प्टन प्रभावाच्या परिणामी आणि वैश्विक विकिरणाने देखील. किरणोत्सर्गी क्षय देखील क्ष-किरण क्वांटाच्या थेट उत्सर्जनास कारणीभूत ठरतो जर यामुळे क्षय झालेल्या अणूच्या इलेक्ट्रॉन शेलची पुनर्रचना झाली (उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रॉन कॅप्चर दरम्यान). इतर खगोलीय पिंडांवर होणारे क्ष-किरण विकिरण पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर पोहोचत नाहीत, कारण ते वातावरणाद्वारे पूर्णपणे शोषले जाते. चंद्र आणि एक्सएमएम-न्यूटन सारख्या उपग्रह क्ष-किरण दुर्बिणीद्वारे त्याचा शोध घेतला जात आहे.

1895 मध्ये, जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ डब्ल्यू. रोएंटजेन यांनी एक नवीन, पूर्वी अज्ञात प्रकारचे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशन शोधून काढले, ज्याला त्याच्या शोधकर्त्याच्या सन्मानार्थ एक्स-रे असे नाव देण्यात आले. W. Roentgen वयाच्या 50 व्या वर्षी वुर्झबर्ग विद्यापीठाचे रेक्टर पद धारण करून आणि त्यांच्या काळातील सर्वोत्तम प्रयोगकर्त्यांपैकी एक म्हणून नावलौकिक मिळवून त्यांच्या शोधाचे लेखक बनले. रोएंटजेनच्या शोधासाठी तांत्रिक अनुप्रयोग शोधणारा पहिला अमेरिकन एडिसन होता. त्याने एक सुलभ प्रात्यक्षिक उपकरण तयार केले आणि आधीच मे 1896 मध्ये न्यूयॉर्कमध्ये एक एक्स-रे प्रदर्शन आयोजित केले होते, जिथे अभ्यागत त्यांच्या स्वत: च्या हाताला चमकदार स्क्रीनवर पाहू शकतात. सततच्या प्रात्यक्षिकांमुळे एडिसनच्या सहाय्यकाचा गंभीर भाजल्याने मृत्यू झाल्यानंतर, शोधकाने एक्स-रेचे पुढील प्रयोग थांबवले.

क्ष-किरण किरणोत्सर्गाची भेदक शक्ती जास्त असल्याने औषधात त्याचा वापर होऊ लागला. सुरुवातीला, क्ष-किरणांचा वापर हाडांच्या फ्रॅक्चरची तपासणी करण्यासाठी आणि मानवी शरीरात परदेशी शरीरे शोधण्यासाठी केला जात असे. सध्या, क्ष-किरणांवर आधारित अनेक पद्धती आहेत. परंतु या पद्धतींमध्ये त्यांचे दोष आहेत: रेडिएशनमुळे त्वचेला खोल नुकसान होऊ शकते. दिसणाऱ्या अल्सरचे अनेकदा कर्करोगात रुपांतर होते. अनेक प्रकरणांमध्ये बोटे किंवा हात कापावे लागले. फ्लोरोस्कोपी(अर्धपारदर्शकतेचा समानार्थी) क्ष-किरण तपासणीच्या मुख्य पद्धतींपैकी एक आहे, ज्यामध्ये अर्धपारदर्शक (फ्लोरोसंट) स्क्रीनवर अभ्यासाधीन ऑब्जेक्टची प्लॅनर पॉझिटिव्ह प्रतिमा मिळवणे समाविष्ट आहे. फ्लोरोस्कोपी दरम्यान, विषय अर्धपारदर्शक स्क्रीन आणि एक्स-रे ट्यूब दरम्यान असतो. आधुनिक क्ष-किरण अर्धपारदर्शक स्क्रीनवर, क्ष-किरण ट्यूब चालू असताना प्रतिमा दिसते आणि ती बंद केल्यानंतर लगेच अदृश्य होते. फ्लोरोस्कोपीमुळे अवयवाच्या कार्याचा अभ्यास करणे शक्य होते - हृदयाची धडधड, फासळी, फुफ्फुस, डायाफ्राम, पचनमार्गाचे पेरिस्टॅलिसिस इत्यादींच्या श्वसन हालचाली. फ्लोरोस्कोपीचा उपयोग पोट, गॅस्ट्रोइंटेस्टाइनल ट्रॅक्ट, ड्युओडेनम, यकृत, पित्ताशय आणि पित्तविषयक मार्गाच्या रोगांवर उपचार करण्यासाठी केला जातो. त्याच वेळी, मेडीकल प्रोब आणि मॅनिपुलेटर ऊतींचे नुकसान न करता घातले जातात आणि ऑपरेशन दरम्यानच्या क्रिया फ्लोरोस्कोपीद्वारे नियंत्रित केल्या जातात आणि मॉनिटरवर दृश्यमान असतात.
रेडियोग्राफी -प्रकाशसंवेदनशील सामग्रीवर निश्चित प्रतिमेच्या नोंदणीसह एक्स-रे डायग्नोस्टिक्सची पद्धत - विशेष. फोटोग्राफिक फिल्म (एक्स-रे फिल्म) किंवा त्यानंतरच्या फोटो प्रक्रियेसह फोटोग्राफिक पेपर; डिजिटल रेडियोग्राफीसह, प्रतिमा संगणकाच्या मेमरीमध्ये निश्चित केली जाते. हे एक्स-रे डायग्नोस्टिक उपकरणांवर केले जाते - स्थिर, विशेष सुसज्ज क्ष-किरण खोल्यांमध्ये स्थापित, किंवा मोबाइल आणि पोर्टेबल - रुग्णाच्या बेडसाइडवर किंवा ऑपरेटिंग रूममध्ये. रेडिओग्राफवर, विविध अवयवांच्या संरचनेचे घटक फ्लोरोसेंट स्क्रीनपेक्षा अधिक स्पष्टपणे प्रदर्शित केले जातात. विविध रोग शोधण्यासाठी आणि प्रतिबंध करण्यासाठी रेडियोग्राफी केली जाते, त्याचे मुख्य लक्ष्य विविध वैशिष्ट्यांच्या डॉक्टरांना योग्यरित्या आणि त्वरीत निदान करण्यात मदत करणे आहे. एक्स-रे प्रतिमा केवळ एक्सपोजरच्या वेळी अवयव किंवा ऊतकांची स्थिती कॅप्चर करते. तथापि, एक रेडिओग्राफ विशिष्ट क्षणी केवळ शारीरिक बदल कॅप्चर करतो, ते प्रक्रियेची स्थिती देते; ठराविक अंतराने घेतलेल्या रेडियोग्राफच्या मालिकेद्वारे, प्रक्रियेच्या गतिशीलतेचा अभ्यास करणे शक्य आहे, म्हणजेच कार्यात्मक बदल. टोमोग्राफी.टोमोग्राफी या शब्दाचे ग्रीकमधून भाषांतर केले जाऊ शकते स्लाइस प्रतिमा.याचा अर्थ असा की टोमोग्राफीचा उद्देश अभ्यासाच्या ऑब्जेक्टच्या अंतर्गत संरचनेची एक स्तरित प्रतिमा प्राप्त करणे आहे. संगणित टोमोग्राफी उच्च रिझोल्यूशनद्वारे दर्शविली जाते, ज्यामुळे मऊ उतींमधील सूक्ष्म बदल ओळखणे शक्य होते. सीटी अशा पॅथॉलॉजिकल प्रक्रियांचा शोध घेण्यास परवानगी देते ज्या इतर पद्धतींद्वारे शोधल्या जाऊ शकत नाहीत. याव्यतिरिक्त, सीटीचा वापर निदान प्रक्रियेदरम्यान रुग्णांना प्राप्त झालेल्या एक्स-रे रेडिएशनचा डोस कमी करणे शक्य करते.
फ्लोरोग्राफी- एक निदान पद्धत जी आपल्याला अवयव आणि ऊतींची प्रतिमा मिळविण्यास अनुमती देते, एक्स-रे शोधल्यानंतर एक वर्षानंतर, 20 व्या शतकाच्या शेवटी विकसित केली गेली. चित्रांमध्ये तुम्ही स्क्लेरोसिस, फायब्रोसिस, परदेशी वस्तू, निओप्लाझम, विकसित पदवी असलेल्या जळजळ, वायूंची उपस्थिती आणि पोकळी, गळू, गळू इत्यादींमध्ये घुसखोरी पाहू शकता. बहुतेकदा, छातीचा एक्स-रे काढला जातो, जो क्षयरोग, फुफ्फुस किंवा छातीतील घातक ट्यूमर आणि इतर पॅथॉलॉजीज शोधू देतो.
एक्स-रे थेरपी- ही एक आधुनिक पद्धत आहे ज्याद्वारे सांध्यांच्या विशिष्ट पॅथॉलॉजीजवर उपचार केले जातात. या पद्धतीद्वारे ऑर्थोपेडिक रोगांचे उपचार करण्याचे मुख्य दिशानिर्देश आहेत: क्रॉनिक. सांध्यातील दाहक प्रक्रिया (संधिवात, पॉलीआर्थराइटिस); डीजनरेटिव्ह (ऑस्टियोआर्थरायटिस, ऑस्टिओचोंड्रोसिस, विकृत स्पॉन्डिलोसिस). रेडिओथेरपीचा उद्देशपॅथॉलॉजिकल बदललेल्या ऊतकांच्या पेशींच्या महत्त्वपूर्ण क्रियाकलापांना प्रतिबंध करणे किंवा त्यांचा संपूर्ण नाश करणे. ट्यूमर नसलेल्या रोगांमध्ये, क्ष-किरण थेरपीचा उद्देश दाहक प्रतिक्रिया दडपून टाकणे, वाढीव प्रक्रिया रोखणे, वेदना संवेदनशीलता कमी करणे आणि ग्रंथींचे स्रावित क्रियाकलाप कमी करणे आहे. हे लक्षात घेतले पाहिजे की लैंगिक ग्रंथी, हेमॅटोपोएटिक अवयव, ल्युकोसाइट्स आणि घातक ट्यूमर पेशी क्ष-किरणांसाठी सर्वात संवेदनशील असतात. प्रत्येक प्रकरणात रेडिएशन डोस स्वतंत्रपणे निर्धारित केला जातो.

क्ष-किरणांच्या शोधासाठी, रोएंटजेनला 1901 मध्ये भौतिकशास्त्रातील पहिले नोबेल पारितोषिक देण्यात आले आणि नोबेल समितीने त्यांच्या शोधाच्या व्यावहारिक महत्त्वावर जोर दिला.
अशा प्रकारे, क्ष-किरण हे 105 - 102 nm च्या तरंगलांबीसह अदृश्य विद्युत चुंबकीय विकिरण आहेत. क्ष-किरण दृश्यमान प्रकाशासाठी अपारदर्शक असलेल्या काही सामग्रीमध्ये प्रवेश करू शकतात. ते पदार्थ (सतत स्पेक्ट्रम) मध्ये वेगवान इलेक्ट्रॉन्सच्या घटतेदरम्यान आणि अणूच्या बाहेरील इलेक्ट्रॉन शेलपासून आतील भागांमध्ये (रेखीय स्पेक्ट्रम) इलेक्ट्रॉनच्या संक्रमणादरम्यान उत्सर्जित होतात. एक्स-रे रेडिएशनचे स्त्रोत आहेत: एक्स-रे ट्यूब, काही किरणोत्सर्गी समस्थानिक, प्रवेगक आणि इलेक्ट्रॉनचे संचयक (सिंक्रोट्रॉन रेडिएशन). रिसीव्हर्स - फिल्म, ल्युमिनेसेंट स्क्रीन, आण्विक रेडिएशन डिटेक्टर. क्ष-किरणांचा उपयोग क्ष-किरण विवर्तन विश्लेषण, औषध, दोष शोधणे, क्ष-किरण वर्णक्रमीय विश्लेषण इत्यादींमध्ये केला जातो.

क्ष-किरण विकिरण (क्ष-किरणांचा समानार्थी) तरंगलांबीच्या विस्तृत श्रेणीसह (8·10 -6 ते 10 -12 सें.मी. पर्यंत). क्ष-किरण विकिरण तेव्हा होते जेव्हा चार्ज केलेले कण, बहुतेकदा इलेक्ट्रॉन, पदार्थाच्या अणूंच्या विद्युत क्षेत्रामध्ये कमी होतात. परिणामी क्वांटामध्ये भिन्न ऊर्जा असते आणि ते सतत स्पेक्ट्रम तयार करतात. अशा स्पेक्ट्रममधील जास्तीत जास्त फोटॉन ऊर्जा घटना इलेक्ट्रॉनच्या ऊर्जेइतकी असते. (पहा) एक्स-रे क्वांटाची कमाल ऊर्जा, किलोइलेक्ट्रॉन-व्होल्ट्समध्ये व्यक्त केली जाते, संख्यात्मकदृष्ट्या ट्यूबवर लागू व्होल्टेजच्या विशालतेइतकी असते, किलोव्होल्टमध्ये व्यक्त केली जाते. पदार्थातून जात असताना, क्ष-किरण त्याच्या अणूंच्या इलेक्ट्रॉनशी संवाद साधतात. 100 keV पर्यंत ऊर्जा असलेल्या एक्स-रे क्वांटासाठी, सर्वात वैशिष्ट्यपूर्ण संवादाचा प्रकार म्हणजे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव. अशा परस्परसंवादाच्या परिणामी, क्वांटम ऊर्जा अणू शेलमधून इलेक्ट्रॉन बाहेर काढण्यात आणि त्याला गतीज ऊर्जा प्रदान करण्यासाठी पूर्णपणे खर्च केली जाते. एक्स-रे क्वांटमच्या उर्जेत वाढ झाल्यामुळे, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावाची संभाव्यता कमी होते आणि फ्री इलेक्ट्रॉन्सवर क्वांटाच्या विखुरण्याची प्रक्रिया, तथाकथित कॉम्प्टन प्रभाव, प्रमुख बनतो. अशा परस्परसंवादाच्या परिणामी, एक दुय्यम इलेक्ट्रॉन देखील तयार होतो आणि त्याव्यतिरिक्त, एक क्वांटम प्राथमिक क्वांटमच्या उर्जेपेक्षा कमी उर्जेसह उडतो. जर एक्स-रे क्वांटमची उर्जा एक मेगाइलेक्ट्रॉन-व्होल्टपेक्षा जास्त असेल, तर तथाकथित जोड परिणाम होऊ शकतो, ज्यामध्ये इलेक्ट्रॉन आणि पॉझिट्रॉन तयार होतात (पहा). परिणामी, पदार्थातून जात असताना, क्ष-किरण किरणोत्सर्गाची ऊर्जा कमी होते, म्हणजेच तिची तीव्रता कमी होते. या प्रकरणात कमी-ऊर्जा क्वांटा शोषून घेण्याची अधिक शक्यता असल्याने, क्ष-किरण विकिरण उच्च-ऊर्जा क्वांटासह समृद्ध होते. क्ष-किरण किरणोत्सर्गाचा हा गुणधर्म क्वांटाची सरासरी उर्जा वाढवण्यासाठी, म्हणजेच त्याची कडकपणा वाढवण्यासाठी वापरला जातो. एक्स-रे रेडिएशनच्या कडकपणात वाढ विशेष फिल्टर्स (पहा) वापरून साध्य केली जाते. एक्स-रे डायग्नोस्टिक्स (पहा) आणि (पहा) साठी एक्स-रे रेडिएशनचा वापर केला जातो. Ionizing रेडिएशन देखील पहा.

क्ष-किरण विकिरण (समानार्थी: क्ष-किरण, क्ष-किरण) - 250 ते 0.025 A (किंवा 5 10 -2 ते 5 10 2 keV पर्यंत ऊर्जा क्वांटा) च्या तरंगलांबीसह क्वांटम इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशन. 1895 मध्ये, व्ही.के. रोएंटजेन यांनी याचा शोध लावला. क्ष-किरणांना लागून असलेल्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनचा वर्णक्रमीय प्रदेश, ज्याची ऊर्जा मात्रा ५०० केव्ही पेक्षा जास्त आहे, त्याला गॅमा रेडिएशन (पहा); किरणोत्सर्ग, ज्याची उर्जा परिमाण 0.05 keV पेक्षा कमी आहे, ते अतिनील विकिरण आहे (पहा).

अशा प्रकारे, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनच्या विशाल स्पेक्ट्रमच्या तुलनेने लहान भागाचे प्रतिनिधित्व करते, ज्यामध्ये रेडिओ लहरी आणि दृश्यमान प्रकाश दोन्ही समाविष्ट असतात, एक्स-रे रेडिएशन, कोणत्याही इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनप्रमाणे, प्रकाशाच्या वेगाने (व्हॅक्यूममध्ये सुमारे 300 हजार किमी / सेकंद) प्रसारित होते. ) आणि तरंगलांबी λ ( दोलनाच्या एका कालावधीत रेडिएशन ज्या अंतरावर पसरते) द्वारे दर्शविले जाते. क्ष-किरण रेडिएशनमध्ये इतर अनेक तरंग गुणधर्म (अपवर्तन, हस्तक्षेप, विवर्तन) असतात, परंतु दीर्घ-तरंगलांबीच्या किरणोत्सर्गापेक्षा त्यांचे निरीक्षण करणे अधिक कठीण आहे: दृश्यमान प्रकाश, रेडिओ लहरी.

एक्स-रे स्पेक्ट्रा: a1 - 310 kV वर सतत bremsstrahlung स्पेक्ट्रम; a - 250 kV वर सतत bremsstrahlung स्पेक्ट्रम, a1 - 1 mm Cu ने फिल्टर केलेला स्पेक्ट्रम, a2 - 2 mm Cu ने फिल्टर केलेला स्पेक्ट्रम, b - टंगस्टन लाइनची K- मालिका.

क्ष-किरण तयार करण्यासाठी, क्ष-किरण नळ्या वापरल्या जातात (पहा), ज्यामध्ये जेव्हा वेगवान इलेक्ट्रॉन एनोड पदार्थाच्या अणूंशी संवाद साधतात तेव्हा रेडिएशन होते. क्ष-किरणांचे दोन प्रकार आहेत: bremsstrahlung आणि वैशिष्ट्यपूर्ण. ब्रेम्सस्ट्राहलुंग एक्स-रे रेडिएशन, ज्यामध्ये सतत स्पेक्ट्रम असतो, ते सामान्य पांढर्या प्रकाशासारखे असते. तरंगलांबी (Fig.) वर अवलंबून तीव्रतेचे वितरण कमाल सह वक्र द्वारे दर्शविले जाते; लांब लाटांच्या दिशेने, वक्र हळूवारपणे पडतो, आणि लहान लाटांच्या दिशेने, ते एका विशिष्ट तरंगलांबी (λ0) वर तुटते आणि खंडित होते, ज्याला सतत स्पेक्ट्रमची लहान-तरंगलांबी सीमा म्हणतात. λ0 चे मूल्य ट्यूबवरील व्होल्टेजच्या व्यस्त प्रमाणात आहे. ब्रेम्सस्ट्राहलुंग हे अणू केंद्रकांसह वेगवान इलेक्ट्रॉनच्या परस्परसंवादातून उद्भवते. bremsstrahlung तीव्रता एनोड करंटची ताकद, ट्यूब व्होल्टेजचा वर्ग आणि एनोड सामग्रीच्या अणुक्रमांक (Z) यांच्या थेट प्रमाणात असते.

जर एक्स-रे ट्यूबमध्ये प्रवेगित इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा एनोड पदार्थाच्या गंभीर मूल्यापेक्षा जास्त असेल (ही ऊर्जा ट्यूब व्होल्टेज Vcr द्वारे निर्धारित केली जाते, जी या पदार्थासाठी गंभीर आहे), तर वैशिष्ट्यपूर्ण विकिरण होते. वैशिष्ट्यपूर्ण स्पेक्ट्रम रेषा आहे, त्याच्या वर्णक्रमीय रेषा एक मालिका बनवतात, जी K, L, M, N या अक्षरांनी दर्शविली जाते.

K मालिका ही सर्वात लहान तरंगलांबी आहे, L मालिका जास्त तरंगलांबी आहे, M आणि N मालिका फक्त जड घटकांमध्ये पाळली जाते (K-मालिकेसाठी टंगस्टनचा Vcr 69.3 kv आहे, L-श्रेणीसाठी - 12.1 kv). वैशिष्ट्यपूर्ण विकिरण खालीलप्रमाणे उद्भवते. वेगवान इलेक्ट्रॉन अणू इलेक्ट्रॉनला आतील कवचांमधून बाहेर काढतात. अणू उत्तेजित होतो आणि नंतर जमिनीवर परत येतो. या प्रकरणात, बाहेरील, कमी बद्ध शेलमधील इलेक्ट्रॉन्स आतील कवचांमध्ये मोकळी झालेली जागा भरतात आणि उत्तेजित आणि ग्राउंड अवस्थेतील अणूच्या उर्जेमधील फरकाच्या समान उर्जेसह वैशिष्ट्यपूर्ण रेडिएशनचे फोटॉन उत्सर्जित केले जातात. हा फरक (आणि म्हणून फोटॉनची उर्जा) एक विशिष्ट मूल्य आहे, प्रत्येक घटकाचे वैशिष्ट्य आहे. ही घटना घटकांचे एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण अधोरेखित करते. आकृती ब्रेम्सस्ट्राहलुंगच्या सतत स्पेक्ट्रमच्या पार्श्वभूमीवर टंगस्टनचा रेषा वर्णपट दर्शवते.

एक्स-रे ट्यूबमध्ये प्रवेगक इलेक्ट्रॉन्सची ऊर्जा जवळजवळ संपूर्णपणे थर्मल एनर्जीमध्ये रूपांतरित होते (या प्रकरणात एनोड जोरदार गरम होते), फक्त एक क्षुल्लक भाग (100 kV च्या जवळच्या व्होल्टेजवर सुमारे 1%) ब्रेमस्ट्रॅलंग उर्जेमध्ये रूपांतरित होतो. .

औषधामध्ये क्ष-किरणांचा वापर पदार्थाद्वारे क्ष-किरणांच्या शोषणाच्या नियमांवर आधारित आहे. क्ष-किरणांचे शोषण शोषक सामग्रीच्या ऑप्टिकल गुणधर्मांपासून पूर्णपणे स्वतंत्र आहे. क्ष-किरण कक्षांमध्ये कर्मचार्‍यांचे संरक्षण करण्यासाठी वापरला जाणारा रंगहीन आणि पारदर्शक शिसा क्ष-किरण जवळजवळ पूर्णपणे शोषून घेतो. याउलट, प्रकाशाला पारदर्शक नसलेली कागदाची शीट एक्स-रे कमी करत नाही.

एकसंध (म्हणजे विशिष्ट तरंगलांबी) क्ष-किरण बीमची तीव्रता, शोषक थरातून जात असताना, घातांक नियमानुसार (e-x) कमी होते, जेथे e हा नैसर्गिक लघुगणकांचा आधार असतो (2.718), आणि घातांक x g/cm 2 मधील वस्तुमान क्षीणन गुणांक (μ/p) cm 2 /g प्रति शोषक जाडीच्या गुणानुरूप आहे (येथे p ही पदार्थाची घनता g/cm 3 मध्ये आहे). क्ष-किरण विखुरणे आणि शोषून घेणे या दोन्हीद्वारे कमी केले जातात. त्यानुसार, वस्तुमान क्षीणन गुणांक ही वस्तुमान शोषण आणि विखुरलेल्या गुणांकांची बेरीज आहे. शोषकांच्या वाढत्या अणुक्रमांक (Z) (Z3 किंवा Z5 च्या प्रमाणात) आणि वाढत्या तरंगलांबी (λ3 च्या प्रमाणात) सह वस्तुमान शोषण गुणांक झपाट्याने वाढते. तरंगलांबीवरील हे अवलंबन शोषक पट्ट्यांमध्ये दिसून येते, ज्याच्या सीमांवर गुणांक उडी मारतो.

पदार्थाच्या वाढत्या अणुसंख्येसह वस्तुमान विखुरण्याचे गुणांक वाढते. λ≥0,3Å साठी स्कॅटरिंग गुणांक तरंगलांबीवर अवलंबून नाही, λ साठी<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

घटत्या तरंगलांबीसह शोषण आणि विखुरण्याच्या गुणांकात घट झाल्यामुळे क्ष-किरणांच्या भेदक शक्तीमध्ये वाढ होते. हाडांसाठी वस्तुमान शोषण गुणांक [शोषण मुख्यतः Ca 3 (PO 4) 2 मुळे आहे] मऊ उतींपेक्षा जवळजवळ 70 पट जास्त आहे, जेथे शोषण मुख्यतः पाण्यामुळे होते. हे स्पष्ट करते की हाडांची सावली मऊ उतींच्या पार्श्वभूमीवर रेडिओग्राफवर इतकी तीव्रपणे का दिसते.

कोणत्याही माध्यमाद्वारे एकसंध क्ष-किरण बीमचा प्रसार, तीव्रता कमी होण्यासह, वर्णक्रमीय रचनेत बदल, किरणोत्सर्गाच्या गुणवत्तेत बदल होतो: स्पेक्ट्रमचा लाँग-वेव्ह भाग शोषून घेतला जातो. शॉर्ट-वेव्ह भागापेक्षा जास्त प्रमाणात, रेडिएशन अधिक एकसमान बनते. स्पेक्ट्रमच्या लांब-तरंगलांबीचा भाग फिल्टर केल्याने मानवी शरीरात खोलवर असलेल्या फोसीच्या एक्स-रे थेरपी दरम्यान खोल आणि पृष्ठभागाच्या डोसमधील गुणोत्तर सुधारणे शक्य होते (एक्स-रे फिल्टर पहा). एकसमान क्ष-किरण बीमची गुणवत्ता दर्शवण्यासाठी, "अर्धा क्षीणन स्तर (L)" ही संकल्पना वापरली जाते - पदार्थाचा एक थर जो किरणोत्सर्गाला अर्धा कमी करतो. या लेयरची जाडी ट्यूबवरील व्होल्टेज, फिल्टरची जाडी आणि सामग्रीवर अवलंबून असते. सेलोफेन (12 keV ऊर्जेपर्यंत), अॅल्युमिनियम (20-100 keV), तांबे (60-300 keV), शिसे, आणि तांबे (>300 keV) अर्धे क्षीणन स्तर मोजण्यासाठी वापरले जातात. 80-120 केव्हीच्या व्होल्टेजवर तयार होणाऱ्या एक्स-रेसाठी, 1 मिमी तांबे हे 26 मिमी अॅल्युमिनियमच्या फिल्टरिंग क्षमतेच्या समतुल्य आहे, 1 मिमी लीड अॅल्युमिनियमच्या 50.9 मिमीच्या समतुल्य आहे.

क्ष-किरणांचे शोषण आणि विखुरणे त्याच्या कॉर्पस्क्युलर गुणधर्मांमुळे होते; क्ष-किरण कणांच्या प्रवाहाच्या रूपात अणूंशी संवाद साधतात (कण) - फोटॉन, ज्यापैकी प्रत्येकामध्ये विशिष्ट ऊर्जा असते (क्ष-किरण तरंगलांबीच्या व्यस्त प्रमाणात). एक्स-रे फोटॉनची ऊर्जा श्रेणी 0.05-500 केव्ही आहे.

एक्स-रे रेडिएशनचे शोषण फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावामुळे होते: इलेक्ट्रॉन शेलद्वारे फोटॉनचे शोषण इलेक्ट्रॉनच्या उत्सर्जनासह होते. अणू उत्तेजित होतो आणि जमिनीच्या स्थितीत परत येतो, वैशिष्ट्यपूर्ण विकिरण उत्सर्जित करतो. उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉन फोटॉनची सर्व ऊर्जा (अणूमधील इलेक्ट्रॉनची बंधनकारक ऊर्जा वजा) वाहून नेतो.

एक्स-रे रेडिएशनचे विखुरणे हे स्कॅटरिंग माध्यमाच्या इलेक्ट्रॉन्समुळे होते. शास्त्रीय विखुरणे (विकिरणाची तरंगलांबी बदलत नाही, परंतु प्रसाराची दिशा बदलते) आणि तरंगलांबीतील बदलासह विखुरणे - कॉम्प्टन इफेक्ट (विखुरलेल्या किरणोत्सर्गाची तरंगलांबी घटनेपेक्षा जास्त असते). नंतरच्या प्रकरणात, फोटॉन हलत्या बॉलप्रमाणे वागतो आणि फोटॉनचे विखुरणे कॉमंटनच्या लाक्षणिक अभिव्यक्तीनुसार, फोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनसह बिलियर्ड्सच्या खेळाप्रमाणे होते: इलेक्ट्रॉनशी टक्कर झाल्यावर, फोटॉन त्याच्या उर्जेचा काही भाग हस्तांतरित करतो. त्याच्याकडे आणि विखुरलेले, आधीच कमी ऊर्जा (अनुक्रमे, विखुरलेल्या किरणोत्सर्गाची तरंगलांबी वाढते), इलेक्ट्रॉन अणूमधून रीकॉइल एनर्जीने उडतो (या इलेक्ट्रॉनांना कॉम्प्टन इलेक्ट्रॉन किंवा रिकोइल इलेक्ट्रॉन म्हणतात). क्ष-किरण ऊर्जेचे शोषण दुय्यम इलेक्ट्रॉन (कॉम्प्टन आणि फोटोइलेक्ट्रॉन) च्या निर्मिती दरम्यान आणि त्यांच्याकडे ऊर्जा हस्तांतरित करताना होते. पदार्थाच्या एकक वस्तुमानात हस्तांतरित केलेल्या क्ष-किरणांची ऊर्जा क्ष-किरणांच्या शोषलेल्या डोसचे निर्धारण करते. या डोसचे एकक 1 rad 100 erg/g शी संबंधित आहे. शोषकाच्या पदार्थामध्ये शोषलेल्या ऊर्जेमुळे, अनेक दुय्यम प्रक्रिया घडतात ज्या एक्स-रे डोसमेट्रीसाठी महत्त्वाच्या असतात, कारण त्यावरच एक्स-रे मापन पद्धती आधारित असतात. (डोसिमेट्री पहा).

सर्व वायू आणि अनेक द्रव, अर्धसंवाहक आणि डायलेक्ट्रिक्स, क्ष-किरणांच्या प्रभावाखाली, विद्युत चालकता वाढवतात. चालकता सर्वोत्तम इन्सुलेट सामग्रीद्वारे आढळते: पॅराफिन, अभ्रक, रबर, एम्बर. चालकतेतील बदल हे माध्यमाच्या आयनीकरणामुळे होते, म्हणजे, तटस्थ रेणूंचे सकारात्मक आणि नकारात्मक आयनांमध्ये विभक्त होणे (आयनीकरण दुय्यम इलेक्ट्रॉनद्वारे तयार केले जाते). हवेतील आयनीकरण हे एक्स-रे रेडिएशनचे एक्सपोजर डोस (हवेतील डोस) निर्धारित करण्यासाठी वापरले जाते, जे रोएंटजेन्समध्ये मोजले जाते (आयोनायझिंग रेडिएशन डोस पहा). 1 r च्या डोसमध्ये, हवेत शोषलेला डोस 0.88 rad आहे.

क्ष-किरणांच्या कृती अंतर्गत, पदार्थाच्या रेणूंच्या उत्तेजनाच्या परिणामी (आणि आयनांच्या पुनर्संयोजनादरम्यान) अनेक प्रकरणांमध्ये पदार्थाची दृश्यमान चमक उत्तेजित होते. एक्स-रे रेडिएशनच्या उच्च तीव्रतेवर, हवा, कागद, पॅराफिन इत्यादींची दृश्यमान चमक दिसून येते (धातू अपवाद आहेत). दृश्यमान प्रकाशाचे सर्वाधिक उत्पादन Zn·CdS·Ag-फॉस्फरस आणि फ्लोरोस्कोपीमध्ये स्क्रीनसाठी वापरल्या जाणार्‍या इतर स्फटिकासारखे फॉस्फरसद्वारे दिले जाते.

क्ष-किरणांच्या प्रभावाखाली, पदार्थामध्ये विविध रासायनिक प्रक्रिया देखील घडू शकतात: चांदीच्या हॅलाइड्सचे विघटन (क्ष-किरणांमध्ये वापरला जाणारा फोटोग्राफिक प्रभाव), पाण्याचे विघटन आणि हायड्रोजन पेरॉक्साइडच्या जलीय द्रावणात बदल. सेल्युलोइडचे गुणधर्म (क्लाउडिंग आणि कापूर सोडणे), पॅराफिन (क्लाउडिंग आणि ब्लीचिंग)

पूर्ण रूपांतरणाच्या परिणामी, रासायनिक जड पदार्थाद्वारे शोषलेली सर्व क्ष-किरण ऊर्जा उष्णतेमध्ये रूपांतरित होते. उष्णतेच्या अगदी कमी प्रमाणात मोजण्यासाठी अत्यंत संवेदनशील पद्धतींची आवश्यकता असते, परंतु क्ष-किरणांच्या परिपूर्ण मापनासाठी ही मुख्य पद्धत आहे.

क्ष-किरणांच्या संपर्कात येणारे दुय्यम जैविक परिणाम हे वैद्यकीय रेडिओथेरपीचा आधार आहेत (पहा). क्ष-किरण, ज्याचे प्रमाण 6-16 keV आहे (2 ते 5 Å पर्यंत प्रभावी तरंगलांबी), मानवी शरीराच्या ऊतींच्या त्वचेच्या आवरणाद्वारे जवळजवळ पूर्णपणे शोषले जातात; त्यांना सीमा किरण किंवा कधीकधी बुक्का किरण (बुक्का किरण पहा) म्हणतात. खोल क्ष-किरण थेरपीसाठी, 100 ते 300 keV पर्यंत प्रभावी ऊर्जा क्वांटासह कठोर फिल्टर केलेले रेडिएशन वापरले जाते.

क्ष-किरण किरणोत्सर्गाचा जैविक प्रभाव केवळ क्ष-किरण थेरपीमध्येच नव्हे तर क्ष-किरण निदानामध्ये, तसेच क्ष-किरणांच्या संपर्काच्या इतर सर्व प्रकरणांमध्ये देखील विचारात घेतला पाहिजे ज्यासाठी रेडिएशन संरक्षणाचा वापर आवश्यक आहे ( पहा).

एक्स-रे रेडिएशन
अदृश्य रेडिएशन भेदण्यास सक्षम आहे, जरी भिन्न प्रमाणात, सर्व पदार्थ. हे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशन आहे ज्याची तरंगलांबी सुमारे 10-8 सेमी आहे. दृश्यमान प्रकाशाप्रमाणेच, क्ष-किरणांमुळे फोटोग्राफिक फिल्म ब्लॅकनिंग होते. औषध, उद्योग आणि वैज्ञानिक संशोधनासाठी ही मालमत्ता खूप महत्त्वाची आहे. अभ्यासाखालील वस्तूमधून पुढे जाणे आणि नंतर चित्रपटावर पडणे, एक्स-रे रेडिएशन त्यावर त्याची अंतर्गत रचना दर्शवते. क्ष-किरण किरणोत्सर्गाची भेदक शक्ती वेगवेगळ्या सामग्रीसाठी भिन्न असल्याने, त्या वस्तूचे जे भाग कमी पारदर्शक असतात ते छायाचित्रातील प्रकाशमान भाग ज्याद्वारे किरणोत्सर्ग चांगल्या प्रकारे आत प्रवेश करतात त्यापेक्षा अधिक उजळ देतात. अशाप्रकारे, त्वचा आणि अंतर्गत अवयव बनवणाऱ्या ऊतींपेक्षा हाडांच्या ऊती क्ष-किरणांसाठी कमी पारदर्शक असतात. म्हणून, रेडिओग्राफवर, हाडे हलके क्षेत्र म्हणून सूचित केले जातील आणि फ्रॅक्चर साइट, जे रेडिएशनसाठी अधिक पारदर्शक आहे, अगदी सहजपणे शोधले जाऊ शकते. एक्स-रे इमेजिंगचा वापर दंतचिकित्सामध्ये दातांच्या मुळांमधील क्षरण आणि गळू शोधण्यासाठी तसेच कास्टिंग, प्लास्टिक आणि रबरमधील क्रॅक शोधण्यासाठी उद्योगात केला जातो. रसायनशास्त्रात क्ष-किरणांचा वापर संयुगांचे विश्लेषण करण्यासाठी आणि क्रिस्टल्सच्या संरचनेचा अभ्यास करण्यासाठी भौतिकशास्त्रात केला जातो. रासायनिक कंपाऊंडमधून जाणारा एक्स-रे बीम वैशिष्ट्यपूर्ण दुय्यम किरणोत्सर्गास कारणीभूत ठरतो, ज्याचे स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण केमिस्टला कंपाऊंडची रचना निर्धारित करण्यास अनुमती देते. क्रिस्टलीय पदार्थावर पडताना, क्ष-किरण बीम क्रिस्टलच्या अणूंद्वारे विखुरलेला असतो, फोटोग्राफिक प्लेटवर स्पॉट्स आणि पट्ट्यांचा स्पष्ट, नियमित नमुना देतो, ज्यामुळे क्रिस्टलची अंतर्गत रचना स्थापित करणे शक्य होते. कर्करोगाच्या उपचारात क्ष-किरणांचा वापर कर्करोगाच्या पेशी नष्ट करतो या वस्तुस्थितीवर आधारित आहे. तथापि, त्याचा सामान्य पेशींवर देखील अनिष्ट परिणाम होऊ शकतो. म्हणून, एक्स-रे वापरताना अत्यंत सावधगिरी बाळगणे आवश्यक आहे. एक्स-रे रेडिएशनचा शोध जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ डब्ल्यू. रोएंटजेन (1845-1923) यांनी लावला होता. या किरणोत्सर्गाशी निगडित इतर काही भौतिक अटींमध्ये त्याचे नाव अमर आहे: आयनीकरण रेडिएशनच्या डोसच्या आंतरराष्ट्रीय युनिटला रोएंटजेन म्हणतात; क्ष-किरण यंत्राने काढलेल्या चित्राला रेडिओग्राफ म्हणतात; रेडिओलॉजिकल मेडिसिनचे क्षेत्र जे रोगांचे निदान आणि उपचार करण्यासाठी क्ष-किरणांचा वापर करते त्याला रेडिओलॉजी म्हणतात. वुर्जबर्ग विद्यापीठात भौतिकशास्त्राचे प्राध्यापक असताना रोएंटजेन यांनी 1895 मध्ये किरणोत्सर्गाचा शोध लावला. कॅथोड किरणांवर प्रयोग करत असताना (डिस्चार्ज ट्यूबमध्ये इलेक्ट्रॉन प्रवाहित होतो), त्याच्या लक्षात आले की व्हॅक्यूम ट्यूबच्या जवळ असलेली स्क्रीन, क्रिस्टलीय बेरियम सायनोप्लॅटिनाइटने झाकलेली आहे, जरी ती नळी काळ्या पुठ्ठ्याने झाकलेली असली तरी ती चमकदारपणे चमकत आहे. रोएंटजेनने पुढे हे सिद्ध केले की त्याने शोधलेल्या अज्ञात किरणांची भेदक शक्ती, ज्याला त्याने एक्स-रे म्हटले, ती शोषणाऱ्या पदार्थाच्या रचनेवर अवलंबून होती. कॅथोड किरण डिस्चार्ज ट्यूब आणि बेरियम सायनोप्लॅटिनाइटसह लेपित स्क्रीन यांच्यामध्ये ठेवून त्याने स्वतःच्या हाताच्या हाडांची प्रतिमा देखील काढली. रोएंटजेनचा शोध इतर संशोधकांच्या प्रयोगांनंतर लागला ज्यांनी हे रेडिएशन वापरण्यासाठी अनेक नवीन गुणधर्म आणि शक्यता शोधल्या. एम. लाउ, डब्ल्यू. फ्रेडरिक आणि पी. निपिंग यांनी मोठे योगदान दिले होते, ज्यांनी 1912 मध्ये क्ष-किरण जेव्हा क्रिस्टलमधून जातात तेव्हा त्याचे विवर्तन दाखवले होते; डब्ल्यू. कूलिज, ज्यांनी 1913 मध्ये गरम कॅथोडसह उच्च-व्हॅक्यूम एक्स-रे ट्यूबचा शोध लावला; जी. मोसेले, ज्यांनी 1913 मध्ये किरणोत्सर्गाची तरंगलांबी आणि घटकाची अणुक्रमांक यांच्यातील संबंध स्थापित केला; जी. आणि एल. ब्रॅगी, ज्यांना क्ष-किरण विवर्तन विश्लेषणाची मूलभूत तत्त्वे विकसित करण्यासाठी 1915 मध्ये नोबेल पारितोषिक मिळाले.
एक्स-रे रेडिएशन मिळवणे
जेव्हा उच्च वेगाने हलणारे इलेक्ट्रॉन पदार्थांशी संवाद साधतात तेव्हा एक्स-रे रेडिएशन होते. जेव्हा इलेक्ट्रॉन्स कोणत्याही पदार्थाच्या अणूंशी टक्कर देतात तेव्हा ते त्यांची गतिज ऊर्जा त्वरीत गमावतात. या प्रकरणात, त्यातील बहुतेक उष्णतेमध्ये रूपांतरित केले जातात आणि एक लहान अंश, सामान्यतः 1% पेक्षा कमी, एक्स-रे उर्जेमध्ये रूपांतरित होतो. ही ऊर्जा क्वांटाच्या स्वरूपात सोडली जाते - फोटॉन नावाचे कण ज्यात ऊर्जा असते परंतु शून्य विश्रांती वस्तुमान असते. एक्स-रे फोटॉन त्यांच्या उर्जेमध्ये भिन्न असतात, जे त्यांच्या तरंगलांबीच्या व्यस्त प्रमाणात असते. क्ष-किरण मिळविण्याच्या पारंपारिक पद्धतीसह, तरंगलांबीची विस्तृत श्रेणी प्राप्त होते, ज्याला एक्स-रे स्पेक्ट्रम म्हणतात. अंजीर मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे स्पेक्ट्रममध्ये उच्चारित घटक असतात. 1. एक विस्तृत "सातत्य" एक सतत स्पेक्ट्रम किंवा पांढरा विकिरण म्हणतात. त्यावर अधिरोपित केलेल्या तीक्ष्ण शिखरांना वैशिष्ट्यपूर्ण क्ष-किरण उत्सर्जन रेषा म्हणतात. जरी संपूर्ण स्पेक्ट्रम हे पदार्थांसह इलेक्ट्रॉनच्या टक्करांचे परिणाम आहे, तरीही त्याचे विस्तृत भाग आणि रेषा दिसण्यासाठी यंत्रणा भिन्न आहेत. पदार्थामध्ये मोठ्या संख्येने अणू असतात, त्यातील प्रत्येक न्यूक्लियस इलेक्ट्रॉन शेल्सने वेढलेले असते आणि दिलेल्या घटकाच्या अणूच्या शेलमधील प्रत्येक इलेक्ट्रॉन विशिष्ट स्वतंत्र ऊर्जा पातळी व्यापतो. सामान्यत: हे कवच, किंवा ऊर्जा पातळी, के, एल, एम, इत्यादी चिन्हांद्वारे दर्शविले जाते, जे केंद्रकाच्या सर्वात जवळ असलेल्या शेलपासून सुरू होते. पुरेशा उच्च ऊर्जेचा एखादा इलेक्ट्रॉन अणूला बांधलेल्या एका इलेक्ट्रॉनशी टक्कर देतो तेव्हा तो इलेक्ट्रॉन त्याच्या शेलमधून बाहेर काढतो. रिकामी जागा शेलमधील दुसर्या इलेक्ट्रॉनने व्यापलेली आहे, जी उच्च उर्जेशी संबंधित आहे. हे नंतरचे एक्स-रे फोटॉन उत्सर्जित करून अतिरिक्त ऊर्जा देते. शेल इलेक्ट्रॉनमध्ये स्वतंत्र ऊर्जा मूल्ये असल्याने, परिणामी क्ष-किरण फोटॉनमध्ये देखील एक स्वतंत्र स्पेक्ट्रम असतो. हे विशिष्ट तरंगलांबीच्या तीक्ष्ण शिखरांशी संबंधित आहे, ज्याची विशिष्ट मूल्ये लक्ष्य घटकावर अवलंबून असतात. इलेक्ट्रॉन कोणत्या शेलमधून (के, एल किंवा एम) काढला गेला यावर अवलंबून वैशिष्ट्यपूर्ण रेषा K-, L- आणि M- मालिका बनवतात. क्ष-किरणांची तरंगलांबी आणि अणुक्रमांक यांच्यातील संबंधाला मोसेलीचा नियम (चित्र 2) म्हणतात.

जर इलेक्ट्रॉन तुलनेने जड न्यूक्लियसशी आदळला तर त्याची गती कमी होते आणि त्याची गतीज ऊर्जा अंदाजे समान उर्जेच्या एक्स-रे फोटॉनच्या रूपात सोडली जाते. जर तो न्यूक्लियसमधून उडाला तर तो त्याच्या उर्जेचा फक्त एक भाग गमावेल आणि उर्वरित त्याच्या मार्गात पडलेल्या इतर अणूंमध्ये हस्तांतरित होईल. उर्जा कमी होण्याच्या प्रत्येक कृतीमुळे काही उर्जेसह फोटॉनचे उत्सर्जन होते. एक सतत एक्स-रे स्पेक्ट्रम दिसतो, ज्याची वरची मर्यादा सर्वात वेगवान इलेक्ट्रॉनच्या उर्जेशी संबंधित आहे. सतत स्पेक्ट्रमच्या निर्मितीसाठी ही यंत्रणा आहे आणि सतत स्पेक्ट्रमची सीमा निश्चित करणारी कमाल ऊर्जा (किंवा किमान तरंगलांबी) प्रवेगक व्होल्टेजच्या प्रमाणात असते, जी घटना इलेक्ट्रॉनची गती निर्धारित करते. स्पेक्ट्रल रेषा बॉम्बर्ड लक्ष्याची सामग्री दर्शवितात, तर सतत स्पेक्ट्रम इलेक्ट्रॉन बीमच्या उर्जेद्वारे निर्धारित केले जाते आणि व्यावहारिकरित्या लक्ष्य सामग्रीवर अवलंबून नसते. क्ष-किरण केवळ इलेक्ट्रॉनच्या भडिमारानेच मिळू शकत नाहीत, तर दुसर्‍या स्त्रोताकडून क्ष-किरणांसह लक्ष्य विकिरण करून देखील मिळवता येतात. या प्रकरणात, तथापि, घटना बीमची बहुतेक ऊर्जा वैशिष्ट्यपूर्ण क्ष-किरण स्पेक्ट्रममध्ये जाते आणि त्यातील एक अतिशय लहान अंश सतत स्पेक्ट्रममध्ये येतो. साहजिकच, घटना एक्स-रे बीममध्ये फोटॉन असणे आवश्यक आहे ज्यांची उर्जा भडिमार केलेल्या घटकाच्या वैशिष्ट्यपूर्ण रेषांना उत्तेजित करण्यासाठी पुरेशी आहे. प्रति वैशिष्ट्यपूर्ण स्पेक्ट्रम उर्जेची उच्च टक्केवारी ही एक्स-रे उत्तेजित करण्याची पद्धत वैज्ञानिक संशोधनासाठी सोयीस्कर बनवते.
एक्स-रे ट्यूब.पदार्थांशी इलेक्ट्रॉनच्या परस्परसंवादामुळे एक्स-रे रेडिएशन प्राप्त करण्यासाठी, इलेक्ट्रॉनचा स्त्रोत, त्यांना उच्च गतीपर्यंत वाढवण्याचे साधन आणि इलेक्ट्रॉनच्या भडिमाराला तोंड देण्यास सक्षम लक्ष्य आणि क्ष-किरण विकिरण तयार करणे आवश्यक आहे. आवश्यक तीव्रता. ज्या उपकरणात हे सर्व आहे त्याला एक्स-रे ट्यूब म्हणतात. सुरुवातीच्या संशोधकांनी आजच्या डिस्चार्ज ट्यूब्ससारख्या "डीप व्हॅक्यूम" नळ्या वापरल्या. त्यांच्यातील पोकळी फारशी नव्हती. डिस्चार्ज ट्यूबमध्ये कमी प्रमाणात वायू असतो आणि जेव्हा ट्यूबच्या इलेक्ट्रोड्सवर मोठा संभाव्य फरक लागू केला जातो तेव्हा गॅसचे अणू सकारात्मक आणि नकारात्मक आयनांमध्ये बदलतात. सकारात्मक ते नकारात्मक इलेक्ट्रोड (कॅथोड) कडे सरकतात आणि त्यावर पडून त्यातून इलेक्ट्रॉन बाहेर काढतात आणि त्या बदल्यात ते पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड (एनोड) कडे जातात आणि त्यावर भडिमार करून एक्स-रे फोटॉनचा प्रवाह तयार करतात. . कूलिजने विकसित केलेल्या आधुनिक एक्स-रे ट्यूबमध्ये (चित्र 3), इलेक्ट्रॉनचा स्त्रोत उच्च तापमानाला गरम केलेला टंगस्टन कॅथोड आहे. अॅनोड (किंवा अँटीकॅथोड) आणि कॅथोड यांच्यातील उच्च संभाव्य फरकाने इलेक्ट्रॉन्सचा वेग वाढतो. इलेक्ट्रॉन्स अणूंशी टक्कर न घेता एनोडपर्यंत पोहोचणे आवश्यक असल्याने, खूप उच्च व्हॅक्यूम आवश्यक आहे, ज्यासाठी ट्यूब चांगल्या प्रकारे रिकामी करणे आवश्यक आहे. यामुळे उर्वरित वायू अणूंचे आयनीकरण आणि परिणामी बाजूच्या प्रवाहांची संभाव्यता देखील कमी होते.

कॅथोडच्या सभोवतालच्या विशेष आकाराच्या इलेक्ट्रोडद्वारे इलेक्ट्रॉन एनोडवर केंद्रित असतात. या इलेक्ट्रोडला फोकसिंग इलेक्ट्रोड म्हणतात आणि कॅथोडसह, ट्यूबचा "इलेक्ट्रॉनिक स्पॉटलाइट" बनवतो. इलेक्ट्रॉन बॉम्बर्डमेंटच्या अधीन असलेले एनोड हे रीफ्रॅक्टरी सामग्रीचे बनलेले असणे आवश्यक आहे, कारण बॉम्बर्डिंग इलेक्ट्रॉनची बहुतेक गतीज उर्जा उष्णतेमध्ये रूपांतरित होते. याव्यतिरिक्त, एनोड उच्च अणुक्रमांक असलेल्या सामग्रीपासून बनवणे इष्ट आहे, कारण वाढत्या अणुक्रमांकासह क्ष-किरण उत्पन्न वाढते. टंगस्टन, ज्याची अणुक्रमांक 74 आहे, बहुतेकदा एनोड सामग्री म्हणून निवडली जाते. क्ष-किरण ट्यूबची रचना अनुप्रयोगाच्या परिस्थिती आणि आवश्यकतांवर अवलंबून भिन्न असू शकते.
एक्स-रे शोध
क्ष-किरण शोधण्याच्या सर्व पद्धती पदार्थांशी त्यांच्या परस्परसंवादावर आधारित आहेत. डिटेक्टर दोन प्रकारचे असू शकतात: जे प्रतिमा देतात आणि जे देत नाहीत. आधीच्यामध्ये एक्स-रे फ्लोरोग्राफी आणि फ्लोरोस्कोपी उपकरणांचा समावेश आहे, ज्यामध्ये एक्स-रे बीम अभ्यासाखाली असलेल्या ऑब्जेक्टमधून जातो आणि प्रसारित रेडिएशन ल्युमिनेसेंट स्क्रीन किंवा फिल्ममध्ये प्रवेश करते. पदार्थाची जाडी आणि त्याची रचना यावर अवलंबून - अभ्यासाखालील वस्तूचे वेगवेगळे भाग वेगवेगळ्या प्रकारे रेडिएशन शोषून घेतात या वस्तुस्थितीमुळे प्रतिमा दिसते. ल्युमिनेसेंट स्क्रीन असलेल्या डिटेक्टरमध्ये, क्ष-किरण ऊर्जा थेट निरीक्षण करण्यायोग्य प्रतिमेमध्ये रूपांतरित केली जाते, तर रेडिओग्राफीमध्ये ती संवेदनशील इमल्शनवर रेकॉर्ड केली जाते आणि फिल्म विकसित झाल्यानंतरच त्याचे निरीक्षण केले जाऊ शकते. दुसऱ्या प्रकारच्या डिटेक्टरमध्ये विविध प्रकारच्या उपकरणांचा समावेश होतो ज्यामध्ये क्ष-किरण उर्जेचे विद्युतीय सिग्नलमध्ये रूपांतर होते जे किरणोत्सर्गाची सापेक्ष तीव्रता दर्शवते. यामध्ये आयनीकरण कक्ष, एक गीजर काउंटर, एक आनुपातिक काउंटर, एक सिंटिलेशन काउंटर आणि कॅडमियम सल्फाइड आणि सेलेनाइडवर आधारित काही विशेष शोधकांचा समावेश आहे. सध्या, सिंटिलेशन काउंटर हे सर्वात कार्यक्षम डिटेक्टर मानले जाऊ शकतात, जे विस्तृत ऊर्जा श्रेणीमध्ये चांगले कार्य करतात.
देखील पहापार्टिकल डिटेक्टर समस्येची परिस्थिती लक्षात घेऊन डिटेक्टर निवडला जातो. उदाहरणार्थ, विखुरलेल्या क्ष-किरण किरणोत्सर्गाची तीव्रता अचूकपणे मोजणे आवश्यक असल्यास, काउंटर वापरले जातात जे टक्केवारीच्या अपूर्णांकांच्या अचूकतेसह मोजमाप करण्यास परवानगी देतात. बर्याच विखुरलेल्या बीमची नोंदणी करणे आवश्यक असल्यास, एक्स-रे फिल्म वापरण्याचा सल्ला दिला जातो, जरी या प्रकरणात तीव्रता समान अचूकतेने निर्धारित करणे अशक्य आहे.
एक्स-रे आणि गॅमा डिफेक्टोस्कोपी
उद्योगातील क्ष-किरणांचा सर्वात सामान्य अनुप्रयोग म्हणजे सामग्री गुणवत्ता नियंत्रण आणि दोष शोधणे. क्ष-किरण पद्धत विना-विध्वंसक आहे, जेणेकरून चाचणी केली जाणारी सामग्री, आवश्यक आवश्यकता पूर्ण करते, असे आढळल्यास, त्याच्या हेतूसाठी वापरता येईल. क्ष-किरण आणि गॅमा दोष शोधणे दोन्ही क्ष-किरणांच्या भेदक शक्तीवर आणि सामग्रीमध्ये शोषण्याच्या वैशिष्ट्यांवर आधारित आहेत. भेदक शक्ती एक्स-रे फोटॉनच्या ऊर्जेद्वारे निर्धारित केली जाते, जी एक्स-रे ट्यूबमधील प्रवेगक व्होल्टेजवर अवलंबून असते. म्हणून, सोने आणि युरेनियम सारख्या जड धातूंचे जाड नमुने आणि नमुने, त्यांच्या अभ्यासासाठी उच्च व्होल्टेजसह क्ष-किरण स्त्रोत आवश्यक आहे आणि पातळ नमुन्यांसाठी, कमी व्होल्टेज असलेला स्त्रोत पुरेसा आहे. खूप मोठ्या कास्टिंग्ज आणि मोठ्या रोल केलेल्या उत्पादनांच्या गॅमा-रे दोष शोधण्यासाठी, बीटाट्रॉन्स आणि रेखीय प्रवेगकांचा वापर केला जातो, कणांना 25 MeV आणि त्याहून अधिक उर्जेपर्यंत गती देतात. पदार्थातील क्ष-किरणांचे शोषण हे शोषक d आणि शोषण गुणांक m च्या जाडीवर अवलंबून असते आणि I = I0e-md या सूत्राद्वारे निर्धारित केले जाते, जेथे I शोषकाद्वारे प्रसारित होणाऱ्या किरणोत्सर्गाची तीव्रता आहे, I0 आहे घटना रेडिएशनची तीव्रता, आणि e = 2.718 हा नैसर्गिक लॉगरिदमचा आधार आहे. दिलेल्या सामग्रीसाठी, क्ष-किरणांच्या दिलेल्या तरंगलांबी (किंवा ऊर्जा) वर, शोषण गुणांक स्थिर असतो. परंतु क्ष-किरण स्त्रोताचे रेडिएशन मोनोक्रोमॅटिक नसते, परंतु त्यामध्ये तरंगलांबीचा विस्तृत स्पेक्ट्रम असतो, परिणामी शोषकच्या समान जाडीचे शोषण रेडिएशनच्या तरंगलांबीवर (वारंवारता) अवलंबून असते. दाबाने धातूंच्या प्रक्रियेशी संबंधित सर्व उद्योगांमध्ये एक्स-रे रेडिएशनचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. इलेक्ट्रॉनिक अभियांत्रिकीमधील जटिल उपकरणे आणि प्रणालींची चाचणी घेण्यासाठी तोफखाना बॅरल्स, खाद्यपदार्थ, प्लास्टिकची चाचणी घेण्यासाठी देखील याचा वापर केला जातो. (न्यूट्रोनोग्राफी, ज्यामध्ये क्ष-किरणांऐवजी न्यूट्रॉन बीमचा वापर केला जातो, त्याच उद्देशांसाठी वापरला जातो.) क्ष-किरणांचा वापर इतर हेतूंसाठी देखील केला जातो, जसे की पेंटिंगची सत्यता निश्चित करण्यासाठी किंवा मुख्य स्तराच्या शीर्षस्थानी पेंटचे अतिरिक्त स्तर शोधणे. .
एक्स-रे डिफ्रॅक्शन
क्ष-किरण विवर्तन घन पदार्थांबद्दल-त्यांची अणू रचना आणि क्रिस्टल स्वरूप-तसेच द्रव, आकारहीन शरीरे आणि मोठ्या रेणूंबद्दल महत्त्वपूर्ण माहिती प्रदान करते. विवर्तन पद्धतीचा वापर अचूक (१०-५ पेक्षा कमी त्रुटीसह) आंतरपरमाणू अंतर निश्चित करण्यासाठी, तणाव आणि दोष शोधण्यासाठी आणि एकल क्रिस्टल्सचे अभिमुखता निश्चित करण्यासाठी देखील केला जातो. विवर्तन पॅटर्न अज्ञात सामग्री ओळखू शकतो, तसेच नमुन्यातील अशुद्धतेची उपस्थिती ओळखू शकतो आणि ते निर्धारित करू शकतो. आधुनिक भौतिकशास्त्राच्या प्रगतीसाठी क्ष-किरण विवर्तन पद्धतीचे महत्त्व फारसे सांगता येत नाही, कारण पदार्थाच्या गुणधर्मांची आधुनिक समज शेवटी विविध रासायनिक संयुगांमधील अणूंच्या व्यवस्थेवरील डेटावर, बंधांच्या स्वरूपावर आधारित असते. त्यांच्या दरम्यान आणि संरचनात्मक दोषांवर. ही माहिती मिळवण्याचे मुख्य साधन म्हणजे एक्स-रे डिफ्रॅक्शन पद्धत. क्ष-किरण विवर्तन क्रिस्टलोग्राफी सजीवांच्या अनुवांशिक सामग्री, डीऑक्सीरिबोन्यूक्लिक अॅसिड (डीएनए) सारख्या जटिल मोठ्या रेणूंची रचना निश्चित करण्यासाठी आवश्यक आहे. क्ष-किरण किरणोत्सर्गाचा शोध लागल्यानंतर लगेचच, वैज्ञानिक आणि वैद्यकीय स्वारस्य या रेडिएशनच्या शरीरात प्रवेश करण्याच्या क्षमतेवर आणि त्याच्या स्वभावावर केंद्रित झाले. स्लिट्स आणि डिफ्रॅक्शन ग्रेटिंग्सवरील क्ष-किरणांच्या विवर्तनावरील प्रयोगांवरून असे दिसून आले की ते इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनचे आहे आणि त्याची तरंगलांबी 10-8-10-9 सेमी आहे. याआधीही, शास्त्रज्ञांनी, विशेषतः डब्ल्यू. बार्लो, असा अंदाज लावला होता. नैसर्गिक क्रिस्टल्सचा नियमित आणि सममितीय आकार क्रिस्टल तयार करणाऱ्या अणूंच्या क्रमबद्ध व्यवस्थेमुळे आहे. काही प्रकरणांमध्ये, बार्लो क्रिस्टलच्या संरचनेचा अचूक अंदाज लावण्यास सक्षम होता. अंदाजित आंतरपरमाण्विक अंतरांचे मूल्य 10-8 सेमी होते. आंतरपरमाण्विक अंतर हे क्ष-किरण तरंगलांबीच्या क्रमानुसार असल्याचे दिसून आल्याने त्यांच्या विवर्तनाचे निरीक्षण करणे तत्त्वतः शक्य झाले. याचा परिणाम म्हणजे भौतिकशास्त्राच्या इतिहासातील सर्वात महत्त्वाच्या प्रयोगांपैकी एकाची कल्पना. एम. लॉ यांनी या कल्पनेची प्रायोगिक चाचणी आयोजित केली होती, जी त्यांचे सहकारी डब्ल्यू. फ्रेडरिक आणि पी. निपिंग यांनी केली होती. 1912 मध्ये, या तिघांनी एक्स-रे विवर्तनाच्या परिणामांवर त्यांचे कार्य प्रकाशित केले. एक्स-रे विवर्तनाची तत्त्वे. क्ष-किरणांच्या विवर्तनाची घटना समजून घेण्यासाठी, एखाद्याने क्रमाने विचार केला पाहिजे: प्रथम, क्ष-किरणांचे स्पेक्ट्रम, दुसरे म्हणजे, क्रिस्टल स्ट्रक्चरचे स्वरूप आणि तिसरे म्हणजे, विवर्तनाची घटना. वर नमूद केल्याप्रमाणे, वैशिष्ट्यपूर्ण क्ष-किरण किरणोत्सर्गामध्ये एनोड मटेरिअलद्वारे निर्धारित केलेल्या उच्च प्रमाणात मोनोक्रोमॅटिकिटीच्या वर्णक्रमीय रेषांची मालिका असते. फिल्टरच्या मदतीने, आपण त्यापैकी सर्वात तीव्र निवडू शकता. म्हणून, एनोड सामग्रीची योग्य प्रकारे निवड करून, अगदी अचूकपणे परिभाषित तरंगलांबी मूल्यासह जवळजवळ मोनोक्रोमॅटिक रेडिएशनचा स्त्रोत मिळवणे शक्य आहे. वैशिष्ट्यपूर्ण किरणोत्सर्गाची तरंगलांबी सामान्यत: क्रोमियमसाठी 2.285 ते चांदीसाठी 0.558 पर्यंत असते (विविध घटकांची मूल्ये सहा महत्त्वपूर्ण आकृत्यांना ज्ञात आहेत). वैशिष्ट्यपूर्ण स्पेक्ट्रम हे एनोडमधील घटना इलेक्ट्रॉन्सच्या क्षीणतेमुळे, कमी तीव्रतेच्या सतत "पांढऱ्या" स्पेक्ट्रमवर अधिरोपित केले जाते. अशा प्रकारे, प्रत्येक एनोडमधून दोन प्रकारचे रेडिएशन मिळू शकतात: वैशिष्ट्यपूर्ण आणि ब्रेम्सस्ट्राहलुंग, ज्यापैकी प्रत्येक स्वतःच्या मार्गाने महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते. क्रिस्टल स्ट्रक्चरमधील अणू नियमित अंतराने स्थित असतात, समान पेशींचा एक क्रम तयार करतात - एक अवकाशीय जाळी. काही जाळ्या (उदाहरणार्थ, बहुतेक सामान्य धातूंसाठी) अगदी सोप्या असतात, तर इतर (उदाहरणार्थ, प्रथिने रेणूंसाठी) खूपच जटिल असतात. क्रिस्टल स्ट्रक्चर खालील द्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे: जर एखाद्या सेलच्या काही दिलेल्या बिंदूपासून शेजारच्या सेलच्या संबंधित बिंदूकडे स्थलांतर केले तर अगदी समान अणु वातावरण सापडेल. आणि जर काही अणू एका पेशीच्या एका किंवा दुसर्‍या बिंदूवर स्थित असेल, तर तोच अणू कोणत्याही शेजारच्या पेशीच्या समतुल्य बिंदूवर स्थित असेल. हे तत्त्व परिपूर्ण, आदर्श ऑर्डर केलेल्या क्रिस्टलसाठी कठोरपणे वैध आहे. तथापि, अनेक क्रिस्टल्स (उदाहरणार्थ, धातूचे घन द्रावण) काही प्रमाणात विस्कळीत आहेत; क्रिस्टलोग्राफिकदृष्ट्या समतुल्य ठिकाणे वेगवेगळ्या अणूंनी व्यापली जाऊ शकतात. या प्रकरणांमध्ये, प्रत्येक अणूची स्थिती निर्धारित केली जात नाही, परंतु केवळ मोठ्या संख्येने कणांवर (किंवा पेशी) अणूची स्थिती "सांख्यिकीय सरासरी" असते. OPTICS या लेखात विवर्तनाच्या घटनेची चर्चा केली आहे आणि वाचक पुढे जाण्यापूर्वी या लेखाचा संदर्भ घेऊ शकतात. हे दर्शविते की जर लाटा (उदाहरणार्थ, ध्वनी, प्रकाश, क्ष-किरण) लहान स्लिट किंवा छिद्रातून जातात, तर नंतरचे लाटांचे दुय्यम स्त्रोत मानले जाऊ शकते आणि स्लिट किंवा छिद्राच्या प्रतिमेमध्ये पर्यायी प्रकाश असतो. आणि गडद पट्टे. पुढे, जर छिद्र किंवा स्लॉट्सची नियतकालिक रचना असेल, तर वेगवेगळ्या छिद्रांमधून येणार्‍या किरणांच्या वाढीव आणि कमी होणार्‍या हस्तक्षेपाच्या परिणामी, एक स्पष्ट विवर्तन पॅटर्न तयार होतो. क्ष-किरण विवर्तन ही एक सामूहिक विखुरणारी घटना आहे ज्यामध्ये छिद्र आणि विखुरलेल्या केंद्रांची भूमिका वेळोवेळी क्रिस्टल स्ट्रक्चरच्या अणूंद्वारे खेळली जाते. ठराविक कोनात त्यांच्या प्रतिमांचे परस्पर प्रवर्धन त्रि-आयामी विवर्तन जाळीवर प्रकाशाच्या विवर्तनामुळे घडणाऱ्या विवर्तन पॅटर्नप्रमाणेच एक विवर्तन नमुना देते. स्फटिकामधील इलेक्ट्रॉनसह घटना एक्स-रे रेडिएशनच्या परस्परसंवादामुळे विखुरणे उद्भवते. क्ष-किरण किरणोत्सर्गाची तरंगलांबी अणूच्या परिमाणांप्रमाणेच असते या वस्तुस्थितीमुळे, विखुरलेल्या क्ष-किरण किरणोत्सर्गाची तरंगलांबी घटनेप्रमाणेच असते. ही प्रक्रिया घटना क्ष-किरणांच्या कृती अंतर्गत इलेक्ट्रॉनच्या सक्तीच्या दोलनांचा परिणाम आहे. आता एका अणूचा विचार करा ज्यात बद्ध इलेक्ट्रॉनचा ढग आहे (न्यूक्लियसभोवती) ज्यावर क्ष-किरण घडतात. सर्व दिशांमधील इलेक्ट्रॉन एकाच वेळी घटनेला विखुरतात आणि भिन्न तीव्रतेचे असले तरी समान तरंगलांबीचे त्यांचे स्वतःचे एक्स-रे रेडिएशन उत्सर्जित करतात. विखुरलेल्या किरणोत्सर्गाची तीव्रता मूलद्रव्याच्या अणुक्रमांकाशी संबंधित आहे अणुक्रमांक हा विखुरण्यात भाग घेऊ शकणार्‍या ऑर्बिटल इलेक्ट्रॉनच्या संख्येइतका असतो. (विखुरणाऱ्या घटकाच्या अणुक्रमांकावर आणि तीव्रता ज्या दिशेने मोजली जाते त्यावर तीव्रतेचे हे अवलंबित्व अणू विखुरणाऱ्या घटकाद्वारे वैशिष्ट्यीकृत केले जाते, जे क्रिस्टल्सच्या संरचनेच्या विश्लेषणामध्ये अत्यंत महत्त्वाची भूमिका बजावते.) चला क्रिस्टल स्ट्रक्चरमध्ये एकमेकांपासून समान अंतरावर असलेल्या अणूंची एक रेषीय साखळी निवडा आणि त्यांच्या विवर्तन पद्धतीचा विचार करा. हे आधीच लक्षात घेतले गेले आहे की क्ष-किरण स्पेक्ट्रममध्ये सतत भाग ("सातत्य") आणि एनोड सामग्री असलेल्या घटकाचे वैशिष्ट्य असलेल्या अधिक तीव्र रेषांचा संच असतो. समजा आम्ही सतत स्पेक्ट्रम फिल्टर केला आणि आमच्या अणूंच्या रेखीय साखळीकडे निर्देशित केलेला जवळजवळ एक रंगाचा एक्स-रे बीम मिळाला. शेजारच्या अणूंनी विखुरलेल्या तरंगांच्या मार्गांमधील फरक तरंगलांबीच्या गुणाकार असल्यास प्रवर्धन स्थिती (प्रवर्धक हस्तक्षेप) समाधानी आहे. जर तुळई ही अंतराल a (कालावधी) द्वारे विभक्त केलेल्या अणूंच्या रेषेच्या a0 कोनात घडत असेल, तर विवर्तन कोन a साठी लाभाशी संबंधित मार्ग फरक a(cos a - cosa0) = hl असे लिहिले जाईल, जेथे l तरंगलांबी आहे आणि h पूर्णांक आहे (चित्र 4 आणि 5).

हा दृष्टीकोन त्रि-आयामी स्फटिकापर्यंत वाढवण्‍यासाठी, स्फटिकातील इतर दोन दिशांमध्‍ये अणूच्‍या पंक्ती निवडण्‍याची आवश्‍यकता आहे आणि अ, ब आणि c या तीन स्फटिक अक्षांसाठी एकत्रितपणे मिळविलेली तीन समीकरणे सोडवणे आवश्‍यक आहे. इतर दोन समीकरणे आहेत

क्ष-किरण विवर्तनासाठी ही तीन मूलभूत Laue समीकरणे आहेत, ज्यामध्ये h, k आणि c या विवर्तन समतलासाठी मिलर निर्देशांक आहेत.
देखील पहाक्रिस्टल्स आणि क्रिस्टलोग्राफी. कोणत्याही Laue समीकरणांचा विचार करता, उदाहरणार्थ पहिले, लक्षात येऊ शकते की a, a0, l हे स्थिरांक आहेत आणि h = 0, 1, 2, ..., त्याचे समाधान शंकूच्या संचाच्या रूपात दर्शविले जाऊ शकते. एक सामान्य अक्ष a (Fig. 5). दिशा b आणि c साठी समान आहे. त्रिमितीय स्कॅटरिंग (विवर्तन) च्या सर्वसाधारण बाबतीत, तीन लाऊ समीकरणांमध्ये समान समाधान असणे आवश्यक आहे, म्हणजे. प्रत्येक अक्षावर स्थित तीन विवर्तन शंकू एकमेकांना छेदले पाहिजेत; छेदनबिंदूची सामान्य ओळ अंजीर मध्ये दर्शविली आहे. 6. समीकरणांचे संयुक्त निराकरण ब्रॅग-वुल्फ कायद्याकडे जाते:

l = 2(d/n)sinq, जेथे d हे h, k आणि c (कालावधी) निर्देशांक असलेल्या विमानांमधील अंतर आहे, n = 1, 2, ... पूर्णांक आहेत (विवर्तन क्रम), आणि q हा कोन आहे क्रिस्टलच्या प्लेनसह घटना बीम (तसेच विवर्तन) द्वारे तयार होते ज्यामध्ये विवर्तन होते. मोनोक्रोमॅटिक एक्स-रे बीमच्या मार्गावर असलेल्या एका क्रिस्टलसाठी ब्रॅग - वुल्फ कायद्याच्या समीकरणाचे विश्लेषण केल्यास, आपण असा निष्कर्ष काढू शकतो की विवर्तनाचे निरीक्षण करणे सोपे नाही, कारण l आणि q निश्चित आहेत, आणि sinq विवर्तन विश्लेषण पद्धती
Laue पद्धत. Laue पद्धत क्ष-किरणांचा सतत "पांढरा" स्पेक्ट्रम वापरते, जो स्थिर एकल क्रिस्टलकडे निर्देशित केला जातो. डी कालावधीच्या विशिष्ट मूल्यासाठी, ब्रॅग-वुल्फ स्थितीशी संबंधित तरंगलांबी संपूर्ण स्पेक्ट्रममधून स्वयंचलितपणे निवडली जाते. अशा प्रकारे मिळवलेल्या लाऊ पॅटर्नमुळे विखुरलेल्या बीमच्या दिशा आणि परिणामी क्रिस्टल प्लेन्सच्या दिशा ठरवणे शक्य होते, ज्यामुळे स्फटिकाची सममिती, अभिमुखता आणि उपस्थिती याबद्दल महत्त्वपूर्ण निष्कर्ष काढणे देखील शक्य होते. त्यातील दोष. या प्रकरणात, तथापि, अवकाशीय कालावधी d बद्दल माहिती गमावली आहे. अंजीर वर. 7 लॉग्रामचे उदाहरण दाखवते. क्ष-किरण फिल्म स्फटिकाच्या विरुद्ध बाजूस स्थित होती ज्यावर क्ष-किरण बीम स्त्रोतापासून घडला होता.

Debye-Scherrer पद्धत (पॉलीक्रिस्टलाइन नमुन्यांसाठी).मागील पद्धतीच्या विपरीत, येथे मोनोक्रोमॅटिक रेडिएशन (l = const) वापरले जाते आणि कोन q भिन्न आहे. यादृच्छिक अभिमुखतेच्या असंख्य लहान स्फटिकांचा समावेश असलेल्या पॉलीक्रिस्टलाइन नमुना वापरून हे साध्य केले जाते, त्यापैकी ब्रॅग-वुल्फ स्थिती पूर्ण करणारे आहेत. विभक्त बीम शंकू बनवतात, ज्याचा अक्ष एक्स-रे बीमच्या बाजूने निर्देशित केला जातो. इमेजिंगसाठी, क्ष-किरण फिल्मची एक अरुंद पट्टी सहसा दंडगोलाकार कॅसेटमध्ये वापरली जाते आणि क्ष-किरण फिल्ममधील छिद्रांद्वारे व्यासासह प्रसारित केले जातात. अशाप्रकारे प्राप्त केलेल्या डीबीग्राममध्ये (चित्र 8) कालावधी d बद्दल अचूक माहिती आहे, म्हणजे. क्रिस्टलच्या संरचनेबद्दल, परंतु लॉग्राममध्ये असलेली माहिती देत ​​नाही. म्हणून, दोन्ही पद्धती एकमेकांना पूरक आहेत. Debye-Scherrer पद्धतीच्या काही अनुप्रयोगांचा विचार करूया.

रासायनिक घटक आणि संयुगे ओळखणे. Debyegram वरून निर्धारित केलेल्या q कोनातून, दिलेल्या घटकाचे किंवा कंपाऊंडचे आंतरप्लॅनर अंतर d मोजता येते. सध्या, डी व्हॅल्यूजच्या अनेक तक्त्या संकलित केल्या गेल्या आहेत, ज्यामुळे केवळ एक किंवा दुसरे रासायनिक घटक किंवा कंपाऊंडच नव्हे तर त्याच पदार्थाच्या विविध टप्प्यातील अवस्था देखील ओळखणे शक्य होते, जे नेहमी रासायनिक विश्लेषण देत नाही. एकाग्रतेवर d कालावधीच्या अवलंबनापासून उच्च अचूकतेसह प्रतिस्थापन मिश्रधातूंमधील दुसऱ्या घटकाची सामग्री निश्चित करणे देखील शक्य आहे.
ताण विश्लेषण.क्रिस्टल्समधील वेगवेगळ्या दिशांसाठी इंटरप्लॅनर स्पेसिंगमधील मोजलेल्या फरकावरून, सामग्रीचे लवचिक मॉड्यूलस जाणून घेतल्यास, उच्च अचूकतेसह त्यातील लहान ताणांची गणना करणे शक्य आहे.
क्रिस्टल्समधील प्राधान्य अभिमुखतेचा अभ्यास.जर पॉलीक्रिस्टलाइन नमुन्यातील लहान क्रिस्टल्स पूर्णपणे यादृच्छिकपणे केंद्रित नसतील, तर डेबीग्रामवरील वलयांची तीव्रता भिन्न असेल. उच्चारित पसंतीच्या अभिमुखतेच्या उपस्थितीत, तीव्रता मॅक्सिमा प्रतिमेतील वैयक्तिक स्पॉट्समध्ये केंद्रित केली जाते, जी एका क्रिस्टलसाठी प्रतिमेसारखी बनते. उदाहरणार्थ, खोल कोल्ड रोलिंग दरम्यान, धातूची शीट एक पोत प्राप्त करते - क्रिस्टलाइट्सचे स्पष्ट अभिमुखता. डेबेग्रामनुसार, सामग्रीच्या थंड कार्याच्या स्वरूपाचा न्याय करता येतो.
धान्याच्या आकारांचा अभ्यास.जर पॉलीक्रिस्टलचे धान्य आकार 10-3 सेमी पेक्षा जास्त असेल तर डेबीग्रामवरील रेषांमध्ये स्वतंत्र स्पॉट्स असतील, कारण या प्रकरणात क्रिस्टल्सची संख्या कोनांच्या मूल्यांची संपूर्ण श्रेणी व्यापण्यासाठी पुरेशी नाही. q जर स्फटिकाचा आकार 10-5 सेमीपेक्षा कमी असेल तर विवर्तन रेषा अधिक रुंद होतात. त्यांची रुंदी क्रिस्टलाइट्सच्या आकाराच्या व्यस्त प्रमाणात असते. स्लिट्सच्या संख्येत घट झाल्यामुळे विवर्तन जाळीचे रिझोल्यूशन कमी होते त्याच कारणास्तव विस्तृतीकरण होते. एक्स-रे रेडिएशन 10-7-10-6 सेमी श्रेणीतील धान्य आकार निर्धारित करणे शक्य करते.
सिंगल क्रिस्टल्ससाठी पद्धती.स्फटिकाद्वारे विवर्तनासाठी केवळ अवकाशीय कालखंडाविषयीच नव्हे, तर विवर्तन करणाऱ्या विमानांच्या प्रत्येक संचाच्या अभिमुखतेबद्दलही माहिती देण्यासाठी, फिरणाऱ्या सिंगल क्रिस्टलच्या पद्धती वापरल्या जातात. स्फटिकावर मोनोक्रोमॅटिक एक्स-रे बीम ही घटना आहे. क्रिस्टल मुख्य अक्षाभोवती फिरते, ज्यासाठी Laue समीकरणे समाधानी आहेत. या प्रकरणात, ब्रॅग-वुल्फ सूत्रामध्ये समाविष्ट असलेला कोन q बदलतो. विवर्तन मॅक्सिमा चित्रपटाच्या बेलनाकार पृष्ठभागासह लाऊ विवर्तन शंकूच्या छेदनबिंदूवर स्थित आहेत (चित्र 9). परिणाम अंजीर मध्ये दर्शविलेल्या प्रकाराचा एक विवर्तन नमुना आहे. 10. तथापि, एका बिंदूवर वेगवेगळ्या विवर्तन ऑर्डरच्या ओव्हरलॅपमुळे गुंतागुंत शक्य आहे. क्रिस्टलच्या रोटेशनसह, चित्रपट देखील एका विशिष्ट मार्गाने हलविला गेल्यास, पद्धत लक्षणीयरीत्या सुधारली जाऊ शकते.

द्रव आणि वायूंचा अभ्यास.हे ज्ञात आहे की द्रव, वायू आणि आकारहीन शरीरांमध्ये योग्य क्रिस्टल रचना नसते. परंतु येथे देखील, रेणूंमधील अणूंमध्ये एक रासायनिक बंध आहे, ज्यामुळे रेणू स्वतः अंतराळात यादृच्छिकपणे केंद्रित असले तरीही त्यांच्यातील अंतर जवळजवळ स्थिर राहते. अशी सामग्री तुलनेने कमी संख्येने स्मीअर मॅक्सिमासह विवर्तन नमुना देखील देते. आधुनिक पद्धतींद्वारे अशा चित्रावर प्रक्रिया केल्याने अशा नॉन-क्रिस्टल सामग्रीच्या संरचनेबद्दल माहिती मिळवणे शक्य होते.
स्पेक्ट्रोकेमिकल एक्स-रे विश्लेषण
क्ष-किरणांच्या शोधानंतर काही वर्षांनी, Ch. Barkla (1877-1944) यांनी शोधून काढले की जेव्हा उच्च-ऊर्जेचा क्ष-किरण प्रवाह एखाद्या पदार्थावर कार्य करतो तेव्हा दुय्यम फ्लोरोसेंट क्ष-किरण विकिरण तयार होते, जे घटकाचे वैशिष्ट्य आहे. अभ्यासाधीन. त्यानंतर थोड्याच वेळात, जी. मोसेले यांनी त्यांच्या प्रयोगांच्या मालिकेत, विविध घटकांच्या इलेक्ट्रॉन बॉम्बर्डमेंटद्वारे प्राप्त झालेल्या प्राथमिक वैशिष्ट्यपूर्ण एक्स-रे रेडिएशनची तरंगलांबी मोजली आणि तरंगलांबी आणि अणुक्रमांक यांच्यातील संबंध काढला. हे प्रयोग आणि ब्रॅगच्या एक्स-रे स्पेक्ट्रोमीटरच्या शोधामुळे स्पेक्ट्रोकेमिकल एक्स-रे विश्लेषणाचा पाया घातला गेला. रासायनिक विश्लेषणासाठी क्ष-किरणांच्या शक्यता लगेच ओळखल्या गेल्या. फोटोग्राफिक प्लेटवर नोंदणीसह स्पेक्ट्रोग्राफ तयार केले गेले, ज्यामध्ये अभ्यासाधीन नमुना एक्स-रे ट्यूबचा एनोड म्हणून काम करतो. दुर्दैवाने, हे तंत्र खूप कष्टदायक असल्याचे दिसून आले आणि म्हणूनच रासायनिक विश्लेषणाच्या नेहमीच्या पद्धती लागू न झाल्यामुळेच त्याचा वापर केला गेला. विश्लेषणात्मक एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी क्षेत्रातील नाविन्यपूर्ण संशोधनाचे उत्कृष्ट उदाहरण म्हणजे 1923 मध्ये जी. हेवेसी आणि डी. कोस्टर यांनी हाफनियम या नवीन घटकाचा शोध लावला. द्वितीय विश्वयुद्धात रेडिओोग्राफीसाठी उच्च-शक्तीच्या एक्स-रे ट्यूब आणि रेडिओकेमिकल मोजमापांसाठी संवेदनशील डिटेक्टरच्या विकासामुळे पुढील वर्षांमध्ये एक्स-रे स्पेक्ट्रोग्राफीच्या जलद वाढीस मोठ्या प्रमाणात हातभार लागला. विश्लेषणाची गती, सुविधा, विना-विध्वंसक स्वरूप आणि पूर्ण किंवा आंशिक ऑटोमेशनच्या शक्यतेमुळे ही पद्धत व्यापक बनली आहे. 11 (सोडियम) पेक्षा जास्त अणुक्रमांक असलेल्या सर्व घटकांच्या परिमाणवाचक आणि गुणात्मक विश्लेषणाच्या समस्यांमध्ये हे लागू होते. आणि जरी क्ष-किरण स्पेक्ट्रोकेमिकल विश्लेषण सामान्यतः नमुन्यातील सर्वात महत्वाचे घटक (0.1-100% पासून) निर्धारित करण्यासाठी वापरले जात असले तरी, काही प्रकरणांमध्ये ते 0.005% आणि त्याहूनही कमी एकाग्रतेसाठी योग्य आहे.
एक्स-रे स्पेक्ट्रोमीटर.आधुनिक एक्स-रे स्पेक्ट्रोमीटरमध्ये तीन मुख्य प्रणाली असतात (चित्र 11): उत्तेजित प्रणाली, म्हणजे. टंगस्टन किंवा इतर रीफ्रॅक्टरी सामग्री आणि वीज पुरवठा बनवलेल्या एनोडसह एक्स-रे ट्यूब; विश्लेषण प्रणाली, म्हणजे दोन मल्टी-स्लिट कोलिमेटर्ससह विश्लेषक क्रिस्टल, तसेच सूक्ष्म समायोजनासाठी स्पेक्ट्रोगोनिओमीटर; आणि गीजर किंवा आनुपातिक किंवा सिंटिलेशन काउंटर, तसेच रेक्टिफायर, अॅम्प्लीफायर, काउंटर आणि चार्ट रेकॉर्डर किंवा इतर रेकॉर्डिंग डिव्हाइससह नोंदणी प्रणाली.

एक्स-रे फ्लोरोसेंट विश्लेषण.विश्लेषण केलेला नमुना रोमांचक क्ष-किरणांच्या मार्गावर स्थित आहे. नमुन्याचा भाग तपासला जाणारा भाग सामान्यत: इच्छित व्यासाच्या छिद्रासह मुखवटाद्वारे विलग केला जातो आणि किरणोत्सर्ग एका समांतर बीममधून जातो. विश्लेषक क्रिस्टलच्या मागे, एक स्लिट कोलिमेटर डिटेक्टरसाठी विभक्त रेडिएशन उत्सर्जित करतो. सहसा, कमाल कोन q हा 80–85° पर्यंत मर्यादित असतो, जेणेकरून केवळ क्ष-किरण ज्यांची तरंगलांबी l असमानता l द्वारे आंतरप्लॅनर अंतराशी संबंधित असते ते विश्लेषक क्रिस्टलवर विभक्त होऊ शकतात. एक्स-रे सूक्ष्म विश्लेषण.वर वर्णन केलेले सपाट विश्लेषक क्रिस्टल स्पेक्ट्रोमीटर सूक्ष्म विश्लेषणासाठी अनुकूल केले जाऊ शकते. प्राथमिक क्ष-किरण किरण किंवा नमुन्याद्वारे उत्सर्जित होणारे दुय्यम किरण संकुचित करून हे साध्य केले जाते. तथापि, नमुन्याच्या प्रभावी आकारात किंवा रेडिएशन ऍपर्चरमध्ये घट झाल्यामुळे रेकॉर्ड केलेल्या विखुरलेल्या रेडिएशनची तीव्रता कमी होते. वक्र क्रिस्टल स्पेक्ट्रोमीटर वापरून या पद्धतीत सुधारणा केली जाऊ शकते, ज्यामुळे डायव्हर्जंट रेडिएशनचा शंकू नोंदवणे शक्य होते आणि केवळ कोलिमेटरच्या अक्षाच्या समांतर रेडिएशनच नाही. अशा स्पेक्ट्रोमीटरने, 25 µm पेक्षा लहान कण ओळखले जाऊ शकतात. आर. कॅस्टेनने शोधलेल्या एक्स-रे इलेक्ट्रॉन प्रोब मायक्रोअ‍ॅनालायझरमध्ये विश्लेषण केलेल्या नमुन्याच्या आकारात आणखी मोठी कपात केली जाते. येथे, एक अत्यंत केंद्रित इलेक्ट्रॉन बीम नमुन्याचे वैशिष्ट्यपूर्ण एक्स-रे उत्सर्जन उत्तेजित करते, ज्याचे नंतर वाकलेले-क्रिस्टल स्पेक्ट्रोमीटरने विश्लेषण केले जाते. अशा उपकरणाचा वापर करून, 1 μm व्यासाच्या नमुन्यात 10-14 ग्रॅमच्या ऑर्डरच्या पदार्थाचे प्रमाण शोधणे शक्य आहे. नमुन्याचे इलेक्ट्रॉन बीम स्कॅनिंगसह इंस्टॉलेशन्स देखील विकसित केले गेले आहेत, ज्याच्या मदतीने त्या घटकाच्या नमुन्यावरील वितरणाचा द्विमितीय नमुना मिळवणे शक्य आहे ज्याचे वैशिष्ट्यपूर्ण रेडिएशन स्पेक्ट्रोमीटरशी जुळले आहे.
वैद्यकीय एक्स-रे निदान
क्ष-किरण तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे एक्सपोजर वेळ लक्षणीयरीत्या कमी झाला आहे आणि प्रतिमांच्या गुणवत्तेत सुधारणा झाली आहे, ज्यामुळे अगदी मऊ ऊतींचे परीक्षण केले जाऊ शकते.
फ्लोरोग्राफी.या निदान पद्धतीमध्ये अर्धपारदर्शक स्क्रीनवरून सावलीची प्रतिमा काढणे समाविष्ट आहे. रुग्णाला क्ष-किरण स्त्रोत आणि फॉस्फर (सामान्यतः सीझियम आयोडाइड) च्या सपाट स्क्रीनच्या दरम्यान ठेवले जाते, जे क्ष-किरणांच्या संपर्कात आल्यावर चमकते. घनतेच्या विविध अंशांच्या जैविक ऊती वेगवेगळ्या तीव्रतेसह एक्स-रे रेडिएशनच्या सावल्या तयार करतात. रेडिओलॉजिस्ट फ्लोरोसेंट स्क्रीनवर सावलीची प्रतिमा तपासतो आणि निदान करतो. पूर्वी, प्रतिमेचे विश्लेषण करण्यासाठी रेडिओलॉजिस्ट दृष्टीवर अवलंबून असत. आता प्रतिमा वाढवणाऱ्या, टेलिव्हिजन स्क्रीनवर प्रदर्शित करणाऱ्या किंवा संगणकाच्या मेमरीमध्ये डेटा रेकॉर्ड करणाऱ्या विविध प्रणाली आहेत.
रेडिओग्राफी.थेट फोटोग्राफिक फिल्मवर एक्स-रे इमेजच्या रेकॉर्डिंगला रेडिओग्राफी म्हणतात. या प्रकरणात, अभ्यासाधीन अवयव क्ष-किरण स्त्रोत आणि चित्रपटाच्या दरम्यान स्थित आहे, जो दिलेल्या वेळी अवयवाच्या स्थितीबद्दल माहिती कॅप्चर करतो. वारंवार रेडियोग्राफी केल्याने त्याच्या पुढील उत्क्रांतीचा न्याय करणे शक्य होते. रेडियोग्राफी आपल्याला हाडांच्या ऊतींच्या अखंडतेचे अचूकपणे परीक्षण करण्यास अनुमती देते, ज्यामध्ये मुख्यतः कॅल्शियम असते आणि ते क्ष-किरणांसाठी अपारदर्शक असते, तसेच स्नायूंच्या ऊती फुटतात. त्याच्या मदतीने, स्टेथोस्कोप किंवा ऐकण्यापेक्षा चांगले, जळजळ, क्षयरोग किंवा द्रवपदार्थाच्या उपस्थितीच्या बाबतीत फुफ्फुसांच्या स्थितीचे विश्लेषण केले जाते. रेडियोग्राफीच्या मदतीने, हृदयाचा आकार आणि आकार तसेच हृदयविकाराने ग्रस्त असलेल्या रुग्णांमध्ये त्याच्या बदलांची गतिशीलता निर्धारित केली जाते.
कॉन्ट्रास्ट एजंट.शरीराचे काही भाग आणि क्ष-किरण किरणोत्सर्गासाठी पारदर्शक असलेल्या वैयक्तिक अवयवांच्या पोकळ्या दृश्यमान होतात, जर ते शरीरासाठी निरुपद्रवी असलेल्या कॉन्ट्रास्ट एजंटने भरलेले असतात, परंतु एखाद्याला अंतर्गत अवयवांच्या आकाराची कल्पना करू शकतात आणि त्यांचे कार्य तपासू शकतात. रुग्ण एकतर कंट्रास्ट एजंट तोंडी घेतो (जसे की गॅस्ट्रोइंटेस्टाइनल ट्रॅक्टच्या अभ्यासात बेरियम क्षार), किंवा ते इंट्राव्हेनस प्रशासित केले जातात (जसे की मूत्रपिंड आणि मूत्रमार्गाच्या अभ्यासात आयोडीनयुक्त द्रावण). अलिकडच्या वर्षांत, तथापि, या पद्धती किरणोत्सर्गी अणू आणि अल्ट्रासाऊंडच्या वापरावर आधारित निदान पद्धतींद्वारे बदलल्या गेल्या आहेत.
सीटी स्कॅन. 1970 च्या दशकात, क्ष-किरण निदानाची एक नवीन पद्धत विकसित केली गेली, जी शरीराच्या किंवा त्याच्या भागांच्या संपूर्ण छायाचित्रावर आधारित होती. पातळ थरांच्या प्रतिमा ("स्लाइस") संगणकाद्वारे प्रक्रिया केल्या जातात आणि अंतिम प्रतिमा मॉनिटर स्क्रीनवर प्रदर्शित केली जाते. या पद्धतीला संगणकीय क्ष-किरण टोमोग्राफी म्हणतात. हे आधुनिक औषधांमध्ये घुसखोरी, ट्यूमर आणि इतर मेंदूच्या विकारांचे निदान करण्यासाठी तसेच शरीरातील मऊ उतींच्या रोगांचे निदान करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. या तंत्राला परदेशी कॉन्ट्रास्ट एजंट्सचा परिचय आवश्यक नाही आणि म्हणून ते पारंपारिक तंत्रांपेक्षा जलद आणि अधिक प्रभावी आहे.
एक्स-रे रेडिएशनची जैविक क्रिया
क्ष-किरण किरणोत्सर्गाचा हानिकारक जैविक प्रभाव रोएंटजेनने शोधल्यानंतर लगेचच शोधला गेला. असे दिसून आले की नवीन किरणोत्सर्गामुळे त्वचेला खोलवर आणि अधिक कायमस्वरूपी नुकसान होऊ शकते, तथापि, तीव्र सनबर्न (एरिथेमा) सारखे काहीतरी होऊ शकते. दिसणाऱ्या अल्सरचे अनेकदा कर्करोगात रुपांतर होते. अनेक प्रकरणांमध्ये बोटे किंवा हात कापावे लागले. मृत्यूही झाले होते. असे आढळून आले आहे की एक्सपोजर वेळ आणि डोस कमी करून, शिल्डिंग (उदा. शिसे) आणि रिमोट कंट्रोल्स वापरून त्वचेचे नुकसान टाळता येते. परंतु हळूहळू एक्स-रे एक्सपोजरचे इतर, अधिक दीर्घकालीन परिणाम प्रकट झाले, ज्याची नंतर पुष्टी झाली आणि प्रायोगिक प्राण्यांमध्ये अभ्यास केला गेला. क्ष-किरणांच्या क्रियेमुळे होणारे परिणाम, तसेच इतर आयनीकरण किरणोत्सर्ग (जसे की किरणोत्सर्गी पदार्थांद्वारे उत्सर्जित होणारे गामा विकिरण) यांचा समावेश होतो: 1) तुलनेने कमी जास्त प्रदर्शनानंतर रक्ताच्या रचनेत तात्पुरते बदल; 2) दीर्घकाळ जास्त प्रदर्शनानंतर रक्ताच्या रचनेत अपरिवर्तनीय बदल (हेमोलाइटिक अॅनिमिया); 3) कर्करोगाच्या घटनांमध्ये वाढ (ल्युकेमियासह); 4) जलद वृद्धत्व आणि लवकर मृत्यू; 5) मोतीबिंदूची घटना. याशिवाय, उंदीर, ससे आणि माश्या (ड्रोसोफिला) यांच्यावरील जैविक प्रयोगांनी हे सिद्ध केले आहे की मोठ्या लोकसंख्येच्या पद्धतशीर विकिरणांच्या लहान डोस देखील उत्परिवर्तनाच्या दरात वाढ झाल्यामुळे, हानिकारक अनुवांशिक प्रभावांना कारणीभूत ठरतात. बहुतेक अनुवांशिकशास्त्रज्ञ या डेटाची मानवी शरीरावर लागू होणारीता ओळखतात. मानवी शरीरावर क्ष-किरण किरणोत्सर्गाच्या जैविक प्रभावाबद्दल, ते रेडिएशनच्या डोसच्या पातळीनुसार तसेच शरीराच्या कोणत्या विशिष्ट अवयवाला किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात आले होते यावर अवलंबून असते. उदाहरणार्थ, रक्त रोग हेमॅटोपोएटिक अवयवांच्या विकिरणाने, मुख्यतः अस्थिमज्जा आणि अनुवांशिक परिणामांमुळे होतात - जननेंद्रियाच्या अवयवांच्या विकिरणाने, ज्यामुळे वंध्यत्व देखील होऊ शकते. मानवी शरीरावर क्ष-किरण किरणोत्सर्गाच्या प्रभावांबद्दलच्या ज्ञानाच्या संचयनामुळे विविध संदर्भ प्रकाशनांमध्ये प्रकाशित झालेल्या अनुज्ञेय रेडिएशन डोससाठी राष्ट्रीय आणि आंतरराष्ट्रीय मानकांचा विकास झाला आहे. क्ष-किरणांव्यतिरिक्त, जे मानवाद्वारे हेतुपुरस्सर वापरले जातात, तथाकथित विखुरलेले, साइड रेडिएशन देखील आहे जे विविध कारणांमुळे उद्भवते, उदाहरणार्थ, मुख्य संरक्षणात्मक स्क्रीनच्या अपूर्णतेमुळे विखुरल्यामुळे, जे होत नाही. हे रेडिएशन पूर्णपणे शोषून घ्या. याव्यतिरिक्त, क्ष-किरण तयार करण्यासाठी डिझाइन केलेली नसलेली अनेक विद्युत उपकरणे उप-उत्पादन म्हणून क्ष-किरण तयार करतात. अशा उपकरणांमध्ये इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप, हाय-व्होल्टेज रेक्टिफायर दिवे (केनोट्रॉन्स), तसेच कालबाह्य रंगीत टेलिव्हिजनचे किनेस्कोप समाविष्ट आहेत. अनेक देशांमध्ये आधुनिक रंगीत किनेस्कोपचे उत्पादन आता सरकारी नियंत्रणाखाली आहे.
एक्स-रे रेडिएशनचे घातक घटक
लोकांसाठी एक्स-रे एक्सपोजरचे प्रकार आणि धोक्याचे प्रमाण रेडिएशनच्या संपर्कात असलेल्या लोकांच्या ताफ्यावर अवलंबून असते.
एक्स-रे उपकरणांसह काम करणारे व्यावसायिक.या श्रेणीमध्ये रेडिओलॉजिस्ट, दंतचिकित्सक, तसेच वैज्ञानिक आणि तांत्रिक कामगार आणि क्ष-किरण उपकरणांची देखभाल आणि वापर करणारे कर्मचारी समाविष्ट आहेत. त्यांना सामोरे जावे लागत असलेल्या किरणोत्सर्गाची पातळी कमी करण्यासाठी प्रभावी उपाययोजना केल्या जात आहेत.
रुग्ण.येथे कोणतेही कठोर निकष नाहीत आणि उपचारादरम्यान रुग्णांना प्राप्त होणारी रेडिएशनची सुरक्षित पातळी उपस्थित डॉक्टरांद्वारे निर्धारित केली जाते. डॉक्टरांना सल्ला दिला जातो की रुग्णांना अनावश्यकपणे क्ष-किरणांच्या संपर्कात येऊ नये. गर्भवती महिला आणि मुलांची तपासणी करताना विशेष सावधगिरी बाळगली पाहिजे. या प्रकरणात, विशेष उपाय केले जातात.
नियंत्रण पद्धती.याचे तीन पैलू आहेत:
1) पुरेशा उपकरणांची उपलब्धता, 2) सुरक्षा नियमांची अंमलबजावणी, 3) उपकरणांचा योग्य वापर. क्ष-किरण तपासणीत, फक्त इच्छित क्षेत्र रेडिएशनच्या संपर्कात आले पाहिजे, मग ती दातांची तपासणी असो किंवा फुफ्फुसाची तपासणी असो. लक्षात घ्या की क्ष-किरण उपकरणे बंद केल्यावर लगेचच प्राथमिक आणि दुय्यम विकिरण दोन्ही अदृश्य होतात; तेथे कोणतेही अवशिष्ट किरणोत्सर्ग देखील नाही, जे त्यांच्या कामात थेट संबंधित असलेल्यांना देखील नेहमीच माहित नसते.
देखील पहा
एटम स्ट्रक्चर;

क्ष-किरणांचा शोध 1895 मध्ये प्रसिद्ध जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ विल्हेल्म रोएंटजेन यांनी अपघाताने लावला. त्याने कमी दाबाच्या गॅस-डिस्चार्ज ट्यूबमध्ये कॅथोड किरणांचा अभ्यास केला ज्याच्या इलेक्ट्रोड्समध्ये उच्च व्होल्टेज आहे. ट्यूब ब्लॅक बॉक्समध्ये असूनही, रोएंटजेनच्या लक्षात आले की प्रत्येक वेळी ट्यूब चालू असताना जवळच असणारी फ्लोरोसेंट स्क्रीन चमकत होती. ही नळी कागद, लाकूड, काच आणि अर्धा-सेंटीमीटर-जाड अॅल्युमिनियम प्लेटमध्ये प्रवेश करू शकणारी किरणोत्सर्गाचा स्त्रोत बनली.

एक्स-रेने निर्धारित केले की गॅस डिस्चार्ज ट्यूब उच्च भेदक शक्तीसह नवीन प्रकारच्या अदृश्य रेडिएशनचा स्त्रोत आहे. हा किरणोत्सर्ग कणांचा किंवा लहरींचा प्रवाह आहे की नाही हे शास्त्रज्ञ ठरवू शकले नाहीत आणि त्यांनी त्याला एक्स-रे नाव देण्याचे ठरवले. नंतर त्यांना एक्स-रे म्हटले गेले.

हे आता ज्ञात आहे की क्ष-किरण हे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनचे एक प्रकार आहेत ज्याची तरंगलांबी अल्ट्राव्हायोलेट इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींपेक्षा कमी आहे. क्ष-किरणांची तरंगलांबी ७० पासून असते nm 10 -5 पर्यंत nm. क्ष-किरणांची तरंगलांबी जितकी कमी तितकी त्यांच्या फोटॉनची उर्जा जास्त आणि भेदक शक्ती जास्त. तुलनेने लांब तरंगलांबी असलेले एक्स-रे (10 पेक्षा जास्त nm), म्हटले जाते मऊ. तरंगलांबी 1 - 10 nmवैशिष्ट्यीकृत करते कठीणक्षय किरण. त्यांच्याकडे प्रचंड भेदक शक्ती आहे.

एक्स-रे मिळत आहे

जेव्हा वेगवान इलेक्ट्रॉन किंवा कॅथोड किरण कमी दाबाच्या डिस्चार्ज ट्यूबच्या भिंती किंवा एनोडशी आदळतात तेव्हा क्ष-किरण तयार होतात. आधुनिक क्ष-किरण नलिका म्हणजे कॅथोड आणि त्यात स्थित एक एनोड असलेले रिक्त काचेचे कंटेनर. कॅथोड आणि एनोड (अँटीकॅथोड) मधील संभाव्य फरक कित्येक शंभर किलोव्होल्टपर्यंत पोहोचतो. कॅथोड हा टंगस्टन फिलामेंट आहे जो विद्युत प्रवाहाने गरम होतो. थर्मिओनिक उत्सर्जनाच्या परिणामी कॅथोडद्वारे इलेक्ट्रॉनचे उत्सर्जन होते. क्ष-किरण नलिकेत विद्युत क्षेत्राद्वारे इलेक्ट्रॉन्सचा वेग वाढवला जातो. ट्यूबमध्ये गॅस रेणूंची संख्या फारच कमी असल्याने, इलेक्ट्रॉन्स एनोडकडे जाताना त्यांची ऊर्जा व्यावहारिकपणे गमावत नाहीत. ते खूप वेगाने एनोडपर्यंत पोहोचतात.

क्ष-किरण नेहमी तयार होतात जेव्हा हाय स्पीड इलेक्ट्रॉन्स एनोड सामग्रीद्वारे मंद होतात. बहुतेक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा उष्णता म्हणून नष्ट होते. म्हणून, एनोड कृत्रिमरित्या थंड करणे आवश्यक आहे. क्ष-किरण नळीतील एनोड हा टंगस्टन सारख्या उच्च वितळ बिंदू असलेल्या धातूचा बनलेला असावा.

ऊर्जेचा काही भाग जो उष्णतेच्या स्वरूपात विरघळत नाही तो इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह एनर्जी (क्ष-किरण) मध्ये रूपांतरित होतो. अशा प्रकारे, क्ष-किरण हे एनोड सामग्रीच्या इलेक्ट्रॉन बॉम्बस्फोटाचा परिणाम आहेत. क्ष-किरणांचे दोन प्रकार आहेत: bremsstrahlung आणि वैशिष्ट्यपूर्ण.

Bremsstrahlung एक्स-रे

जेव्हा एनोड अणूंच्या विद्युत क्षेत्राद्वारे उच्च वेगाने हलणारे इलेक्ट्रॉन कमी होतात तेव्हा ब्रेम्सस्ट्राहलुंग उद्भवते. वैयक्तिक इलेक्ट्रॉन्सच्या क्षीणतेच्या स्थिती सारख्या नसतात. परिणामी, त्यांच्या गतीज उर्जेचे विविध भाग क्ष-किरणांच्या ऊर्जेत जातात.

bremsstrahlung स्पेक्ट्रम एनोड सामग्रीच्या स्वरूपापासून स्वतंत्र आहे. तुम्हाला माहिती आहेच, एक्स-रे फोटॉनची ऊर्जा त्यांची वारंवारता आणि तरंगलांबी ठरवते. त्यामुळे, ब्रेमस्ट्राहलुंग क्ष-किरण एकरंगी नसतात. हे विविध प्रकारच्या तरंगलांबी द्वारे दर्शविले जाते ज्याचे प्रतिनिधित्व केले जाऊ शकते सतत (सतत) स्पेक्ट्रम.

क्ष-किरणांमध्ये इलेक्ट्रॉन्सच्या गतिज ऊर्जेपेक्षा जास्त ऊर्जा असू शकत नाही. सर्वात लहान क्ष-किरण तरंगलांबी कमी होत जाणार्‍या इलेक्ट्रॉनच्या कमाल गतीज उर्जेशी संबंधित आहे. क्ष-किरण ट्यूबमधील संभाव्य फरक जितका जास्त असेल तितकी लहान क्ष-किरण तरंगलांबी मिळवता येते.

वैशिष्ट्यपूर्ण एक्स-रे

वैशिष्ट्यपूर्ण एक्स-रे रेडिएशन सतत नाही, परंतु रेखा स्पेक्ट्रम. जेव्हा वेगवान इलेक्ट्रॉन अॅनोडपर्यंत पोहोचतो तेव्हा अणूंच्या आतील कक्षेत प्रवेश करतो आणि त्यातील एक इलेक्ट्रॉन बाहेर काढतो तेव्हा या प्रकारचे रेडिएशन होते. परिणामी, एक मोकळी जागा दिसून येते, जी वरच्या अणु कक्षेतून उतरलेल्या दुसर्‍या इलेक्ट्रॉनद्वारे भरली जाऊ शकते. इलेक्ट्रॉनच्या उच्च ते निम्न उर्जा पातळीच्या संक्रमणामुळे विशिष्ट वेगळ्या तरंगलांबीच्या क्ष-किरण होतात. म्हणून, वैशिष्ट्यपूर्ण एक्स-रे रेडिएशन आहे रेखा स्पेक्ट्रम. वैशिष्ट्यपूर्ण विकिरण रेषांची वारंवारता एनोड अणूंच्या इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्सच्या संरचनेवर पूर्णपणे अवलंबून असते.

वेगवेगळ्या रासायनिक घटकांच्या वैशिष्ट्यपूर्ण किरणोत्सर्गाच्या वर्णक्रमीय रेषा समान स्वरूपाच्या असतात, कारण त्यांच्या अंतर्गत इलेक्ट्रॉन कक्षाची रचना एकसारखी असते. परंतु त्यांची तरंगलांबी आणि वारंवारता जड आणि हलक्या अणूंच्या आतील परिभ्रमणांमधील उर्जा फरकांमुळे आहे.

वैशिष्ट्यपूर्ण क्ष-किरण स्पेक्ट्रमच्या रेषांची वारंवारता धातूच्या अणुक्रमांकानुसार बदलते आणि मोसेली समीकरणाद्वारे निर्धारित केली जाते: v 1/2 = ए(Z-B), कुठे झेड- रासायनिक घटकाची अणुक्रमांक, एआणि बी- स्थिरांक.

पदार्थासह क्ष-किरणांच्या परस्परसंवादाची प्राथमिक भौतिक यंत्रणा

क्ष-किरण आणि पदार्थ यांच्यातील प्राथमिक संवाद तीन यंत्रणांद्वारे दर्शविला जातो:

1. सुसंगत विखुरणे. क्ष-किरण फोटॉनमध्ये इलेक्ट्रॉनच्या अणूच्या केंद्रकाला बंधनकारक असलेल्या उर्जेपेक्षा कमी ऊर्जा असते तेव्हा परस्परसंवादाचा हा प्रकार घडतो. या प्रकरणात, पदार्थाच्या अणूंमधून इलेक्ट्रॉन सोडण्यासाठी फोटॉनची ऊर्जा पुरेशी नसते. फोटॉन अणूद्वारे शोषला जात नाही, परंतु प्रसाराची दिशा बदलतो. या प्रकरणात, एक्स-रे रेडिएशनची तरंगलांबी अपरिवर्तित राहते.

2. फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव). जेव्हा क्ष-किरण फोटॉन पदार्थाच्या अणूपर्यंत पोहोचतो, तेव्हा तो इलेक्ट्रॉनपैकी एक बाहेर काढू शकतो. जेव्हा फोटॉन ऊर्जा न्यूक्लियससह इलेक्ट्रॉनची बंधनकारक ऊर्जा ओलांडते तेव्हा हे घडते. या प्रकरणात, फोटॉन शोषला जातो आणि इलेक्ट्रॉन अणूमधून सोडला जातो. जर फोटॉन इलेक्ट्रॉन सोडण्यासाठी आवश्यकतेपेक्षा जास्त ऊर्जा वाहून नेत असेल, तर ती उर्वरित ऊर्जा प्रकाशीत इलेक्ट्रॉनमध्ये गतीज उर्जेच्या रूपात हस्तांतरित करेल. ही घटना, ज्याला फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट म्हणतात, तेव्हा घडते जेव्हा तुलनेने कमी-ऊर्जा एक्स-रे शोषले जातात.

एक अणू जो त्याचे एक इलेक्ट्रॉन गमावतो तो सकारात्मक आयन बनतो. मुक्त इलेक्ट्रॉनचे आयुष्य खूपच कमी असते. ते तटस्थ अणूंद्वारे शोषले जातात, जे नकारात्मक आयनांमध्ये बदलतात. फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा परिणाम म्हणजे पदार्थाचे तीव्र आयनीकरण.

जर एक्स-रे फोटॉनची उर्जा अणूंच्या आयनीकरण उर्जेपेक्षा कमी असेल, तर अणू उत्तेजित अवस्थेत जातात, परंतु आयनीकरण होत नाहीत.

3. विसंगत विखुरणे (कॉम्प्टन प्रभाव). हा परिणाम अमेरिकन भौतिकशास्त्रज्ञ कॉम्प्टन यांनी शोधला होता. जेव्हा एखादा पदार्थ लहान तरंगलांबीच्या क्ष-किरणांना शोषून घेतो तेव्हा असे होते. अशा क्ष-किरणांची फोटॉन ऊर्जा ही पदार्थाच्या अणूंच्या आयनीकरण ऊर्जेपेक्षा नेहमीच जास्त असते. कॉम्प्टन इफेक्ट हा अणूच्या बाहेरील शेलमधील एका इलेक्ट्रॉनसह उच्च-ऊर्जा असलेल्या एक्स-रे फोटॉनच्या परस्परसंवादाचा परिणाम आहे, ज्याचे अणू केंद्राशी तुलनेने कमकुवत बंधन आहे.

उच्च-ऊर्जा असलेला फोटॉन त्याची काही ऊर्जा इलेक्ट्रॉनमध्ये हस्तांतरित करतो. उत्तेजित इलेक्ट्रॉन अणूमधून बाहेर पडतो. मूळ फोटॉनची उर्वरित उर्जा प्राथमिक फोटॉनच्या दिशेच्या काही कोनात लांब तरंगलांबीच्या एक्स-रे फोटॉनच्या रूपात उत्सर्जित होते. दुय्यम फोटॉन दुसर्या अणूचे आयनीकरण करू शकतो, आणि असेच. क्ष-किरणांच्या दिशा आणि तरंगलांबीमधील हे बदल कॉम्प्टन इफेक्ट म्हणून ओळखले जातात.

पदार्थासह क्ष-किरणांच्या परस्परसंवादाचे काही परिणाम

वर नमूद केल्याप्रमाणे, क्ष-किरण पदार्थाचे अणू आणि रेणू उत्तेजित करण्यास सक्षम आहेत. यामुळे काही पदार्थांचा (उदा. झिंक सल्फेट) फ्लूरोसेन्स होऊ शकतो. जर क्ष-किरणांचा समांतर किरण अपारदर्शक वस्तूंकडे निर्देशित केला असेल, तर फ्लोरोसेंट पदार्थाने लेपित स्क्रीन ठेवून किरण ऑब्जेक्टमधून जात असल्याचे निरीक्षण केले जाऊ शकते.

फ्लोरोसेंट स्क्रीन फोटोग्राफिक फिल्मसह बदलली जाऊ शकते. क्ष-किरणांचा फोटोग्राफिक इमल्शनवर प्रकाशासारखाच प्रभाव असतो. दोन्ही पद्धती व्यावहारिक औषधांमध्ये वापरल्या जातात.

क्ष-किरणांचा आणखी एक महत्त्वाचा परिणाम म्हणजे त्यांची आयनीकरण क्षमता. ते त्यांच्या तरंगलांबी आणि उर्जेवर अवलंबून असते. हा प्रभाव एक्स-रे तीव्रता मोजण्यासाठी एक पद्धत प्रदान करतो. जेव्हा क्ष-किरण आयनीकरण कक्षातून जातात तेव्हा विद्युत प्रवाह निर्माण होतो, ज्याची परिमाण क्ष-किरणांच्या तीव्रतेच्या प्रमाणात असते.

पदार्थाद्वारे क्ष-किरणांचे शोषण

जेव्हा क्ष-किरण पदार्थांमधून जातात, तेव्हा शोषण आणि विखुरल्यामुळे त्यांची ऊर्जा कमी होते. पदार्थातून जाणाऱ्या क्ष-किरणांच्या समांतर बीमची तीव्रता कमकुवत होणे हे बोगुअरच्या नियमाद्वारे निर्धारित केले जाते: I = I0 e -μd, कुठे मी ०- एक्स-रे रेडिएशनची प्रारंभिक तीव्रता; आयपदार्थाच्या थरातून जाणाऱ्या क्ष-किरणांची तीव्रता, डी-शोषक थर जाडी , μ - रेखीय क्षीणन गुणांक. हे दोन प्रमाणांच्या बेरजेइतके आहे: ट- रेखीय अवशोषण गुणांक आणि σ - रेखीय स्कॅटरिंग गुणांक: μ = τ+ σ

प्रयोगांमध्ये, असे आढळून आले की रेखीय शोषण गुणांक पदार्थाच्या अणुक्रमांकावर आणि क्ष-किरणांच्या तरंगलांबीवर अवलंबून असतो:

τ = kρZ 3 λ 3, कुठे k- थेट आनुपातिकतेचे गुणांक, ρ - पदार्थाची घनता, झेडमूलद्रव्याचा अणुक्रमांक आहे, λ क्ष-किरणांची तरंगलांबी आहे.

Z वर अवलंबून राहणे व्यावहारिक दृष्टिकोनातून खूप महत्वाचे आहे. उदाहरणार्थ, कॅल्शियम फॉस्फेटने बनलेले हाडांचे शोषण गुणांक मऊ उतींच्या शोषण गुणांकापेक्षा जवळपास 150 पट जास्त आहे ( झेडकॅल्शियमसाठी =20 आणि झेड=१५ फॉस्फरससाठी). जेव्हा क्ष-किरण मानवी शरीरातून जातात तेव्हा स्नायू, संयोजी ऊतक इत्यादींच्या पार्श्वभूमीवर हाडे स्पष्टपणे दिसतात.

हे ज्ञात आहे की पाचक अवयवांमध्ये इतर मऊ उतींप्रमाणेच शोषण गुणांक असतो. परंतु जर रुग्णाने कॉन्ट्रास्ट एजंट - बेरियम सल्फेट ( Z=बेरियमसाठी 56). बेरियम सल्फेट क्ष-किरणांसाठी खूप अपारदर्शक आहे आणि बहुतेकदा गॅस्ट्रोइंटेस्टाइनल ट्रॅक्टच्या क्ष-किरण तपासणीसाठी वापरला जातो. रक्तवाहिन्या, मूत्रपिंड आणि यासारख्या स्थितीची तपासणी करण्यासाठी काही अपारदर्शक मिश्रण रक्तप्रवाहात इंजेक्शन दिले जातात. या प्रकरणात, आयोडीनचा वापर कॉन्ट्रास्ट एजंट म्हणून केला जातो, ज्याचा अणू क्रमांक 53 आहे.

वर एक्स-रे शोषण अवलंबून झेडक्ष-किरणांच्या संभाव्य हानिकारक प्रभावांपासून संरक्षण करण्यासाठी देखील वापरले जाते. या उद्देशासाठी, लीड वापरली जाते, मूल्य झेडज्यासाठी 82 आहे.

औषधात क्ष-किरणांचा वापर

डायग्नोस्टिक्समध्ये एक्स-रे वापरण्याचे कारण म्हणजे त्यांची उच्च भेदक शक्ती, मुख्य एक्स-रे गुणधर्म. शोधाच्या सुरुवातीच्या काळात, क्ष-किरणांचा वापर प्रामुख्याने हाडांच्या फ्रॅक्चरची तपासणी करण्यासाठी आणि मानवी शरीरात परदेशी शरीरे (जसे की गोळ्या) शोधण्यासाठी केला जात असे. सध्या, एक्स-रे (एक्स-रे डायग्नोस्टिक्स) वापरून अनेक निदान पद्धती वापरल्या जातात.

फ्लोरोस्कोपी . क्ष-किरण यंत्रामध्ये क्ष-किरण स्त्रोत (क्ष-किरण ट्यूब) आणि फ्लोरोसेंट स्क्रीन असते. क्ष-किरण रुग्णाच्या शरीरातून गेल्यानंतर, डॉक्टर रुग्णाची छाया प्रतिमा पाहतो. क्ष-किरणांच्या हानिकारक प्रभावांपासून डॉक्टरांचे संरक्षण करण्यासाठी स्क्रीन आणि डॉक्टरांच्या डोळ्यांमध्ये एक लीड विंडो स्थापित केली पाहिजे. या पद्धतीमुळे काही अवयवांच्या कार्यात्मक स्थितीचा अभ्यास करणे शक्य होते. उदाहरणार्थ, एक डॉक्टर फुफ्फुसांच्या हालचाली, गॅस्ट्रोइंटेस्टाइनल ट्रॅक्टमधून कॉन्ट्रास्ट एजंटचा रस्ता थेट निरीक्षण करू शकतो. या पद्धतीचे तोटे म्हणजे अपर्याप्त कॉन्ट्रास्ट प्रतिमा आणि प्रक्रियेदरम्यान रुग्णाला प्राप्त झालेल्या रेडिएशनचे तुलनेने उच्च डोस.

फ्लोरोग्राफी . या पद्धतीमध्ये रुग्णाच्या शरीराच्या एखाद्या भागाचे छायाचित्र काढणे समाविष्ट आहे. क्ष-किरणांच्या कमी डोसचा वापर करून रुग्णांच्या अंतर्गत अवयवांच्या स्थितीच्या प्राथमिक अभ्यासासाठी ते नियम म्हणून वापरले जातात.

रेडिओग्राफी. (क्ष-किरण रेडियोग्राफी). ही एक्स-रे वापरून संशोधनाची एक पद्धत आहे, ज्या दरम्यान फोटोग्राफिक फिल्मवर प्रतिमा रेकॉर्ड केली जाते. छायाचित्रे सामान्यतः दोन लंबवत विमानांमध्ये घेतली जातात. या पद्धतीचे काही फायदे आहेत. क्ष-किरण छायाचित्रांमध्ये फ्लोरोसेंट स्क्रीनवरील प्रतिमेपेक्षा अधिक तपशील असतात आणि म्हणूनच ते अधिक माहितीपूर्ण असतात. ते पुढील विश्लेषणासाठी जतन केले जाऊ शकतात. एकूण रेडिएशन डोस फ्लोरोस्कोपीमध्ये वापरल्या जाणार्‍या प्रमाणापेक्षा कमी आहे.

संगणित एक्स-रे टोमोग्राफी . संगणकीकृत अक्षीय टोमोग्राफिक स्कॅनर हे सर्वात आधुनिक क्ष-किरण निदान उपकरण आहे जे आपल्याला अवयवांच्या मऊ ऊतकांसह मानवी शरीराच्या कोणत्याही भागाची स्पष्ट प्रतिमा प्राप्त करण्यास अनुमती देते.

संगणकीय टोमोग्राफी (CT) स्कॅनरच्या पहिल्या पिढीमध्ये एक विशेष एक्स-रे ट्यूब समाविष्ट आहे जी दंडगोलाकार फ्रेमला जोडलेली असते. क्ष-किरणांचा एक पातळ किरण रुग्णाकडे निर्देशित केला जातो. फ्रेमच्या विरुद्ध बाजूस दोन एक्स-रे डिटेक्टर जोडलेले आहेत. रुग्ण फ्रेमच्या मध्यभागी असतो, जो त्याच्या शरीराभोवती 180 0 फिरू शकतो.

स्थिर वस्तूमधून एक्स-रे बीम जातो. डिटेक्टर विविध ऊतींचे शोषण मूल्य प्राप्त करतात आणि रेकॉर्ड करतात. क्ष-किरण ट्यूब स्कॅन केलेल्या विमानाच्या बाजूने रेषीयपणे फिरत असताना रेकॉर्डिंग 160 वेळा केली जाते. नंतर फ्रेम 1 0 ने फिरवली जाते आणि प्रक्रिया पुन्हा केली जाते. फ्रेम 180 0 फिरेपर्यंत रेकॉर्डिंग चालू राहते. अभ्यासादरम्यान प्रत्येक डिटेक्टर 28800 फ्रेम्स (180x160) रेकॉर्ड करतो. माहितीवर संगणकाद्वारे प्रक्रिया केली जाते आणि विशेष संगणक प्रोग्रामद्वारे निवडलेल्या स्तराची प्रतिमा तयार केली जाते.

सीटीची दुसरी पिढी एकाधिक एक्स-रे बीम आणि 30 पर्यंत एक्स-रे डिटेक्टर वापरते. यामुळे 18 सेकंदांपर्यंत संशोधन प्रक्रियेचा वेग वाढवणे शक्य होते.

सीटीची तिसरी पिढी नवीन तत्त्व वापरते. पंखाच्या रूपात क्ष-किरणांचा एक विस्तृत किरण अभ्यासाखाली असलेल्या वस्तूला कव्हर करतो आणि शरीरातून गेलेले एक्स-रे रेडिएशन अनेक शेकडो डिटेक्टरद्वारे रेकॉर्ड केले जातात. संशोधनासाठी लागणारा वेळ 5-6 सेकंदांपर्यंत कमी केला जातो.

पूर्वीच्या एक्स-रे निदान पद्धतींपेक्षा सीटीचे बरेच फायदे आहेत. हे उच्च रिझोल्यूशन द्वारे दर्शविले जाते, ज्यामुळे मऊ उतींमधील सूक्ष्म बदल ओळखणे शक्य होते. सीटी अशा पॅथॉलॉजिकल प्रक्रियांचा शोध घेण्यास परवानगी देते ज्या इतर पद्धतींद्वारे शोधल्या जाऊ शकत नाहीत. याव्यतिरिक्त, सीटीचा वापर निदान प्रक्रियेदरम्यान रुग्णांना प्राप्त झालेल्या एक्स-रे रेडिएशनचा डोस कमी करणे शक्य करते.