مقاله اشعه ایكس و تهیه آن

مقاله اشعه ایكس و تهیه آن 

اشعةایكس درسال1895  توسط رونتگنRontgon   كشف شد . این دانشمندضمن آزمایش هایی كه دربارة  فلورسانس انجام می داد ، مشاهده نمودكه اگر جدارة  لولة كروكس  را با كاغذ  سیاهی  بپوشاند ، تشعشع  حاصل  به هنگام تخلیة  الكتریكی در داخل  لولة كروكس ، صفحه و فیلم  عكاسی موجود درخارج لولة كروكس پوشانده شده با كاغذ سیاه را متأثر می سازد . یعنی دراثر بمباران  ماده  توسط  الكترون ، اشعه ای حاصل می شود كه  از اجسام كدر عبور می نماید. چون در ابتدای امر طبیعت این اشعه مجهول بود آن را اشعة ایكس  نامید . امروزه اشعة ایكس را می توان توسط لامپ های یونی و لامپ های الكترونی تهیه نمود .

شكل و ابعاد سطح كانونی لامپ اشعة ایكس

مولدهای  اشعة ایكس  بر اساس قدرت  تشعشعی كه  دارند ، دسته بندی  می شوند ، این قدرت تشعشعی برحسب جنس آنتی كاتد و ساختمان سطح كانونی آن بستگی  دارد  ، طبق  تعریف  و قرار  داد ، سطح كانونی مساحتی از آنتی كاتد است كه درمعرض  برخورد الكترون ها قرار می گیرد ، بنابراین می توان گفت كه قدرت تشعشعی یك مولد اشعة ایكس به قدرت  تحمل  سطح كانونی آن  بستگی دارد .  معمولاً مساحت  سطح كانونی از مساحت مورد نیاز بیشتر است . با وجود آن ارزش لامپ های مولد اشعة ایكس به دو عامل اساسی بستگی دارد :

1ـ سطح كانونی

در شكل زیر ( الف )  سطح كانونی حقیقی و  سطوح كانونی ظاهری  را  در دو امتداد عمود برهم مشاهده می كنیدكه سطح كانون حقیقی لامپ مولد اشعة ایكس تجارتی مربع مستطیل به ابعاد 1× 10‍ میلیمتر و سطح كانونی ظاهری

خطی آن  به  شكل مربع  مستطیل به  ابعاد 0.1 × 10 میلیمتر و سطح كانونی ظاهری نقطة آن  به  شكل مربع  به  ابعاد1 ×1 میلیمتر می باشد .

2ـ نحوة پخش بار الكترونی در روی سطح كانونی

این پخش باید تا حدّ ممكن  یكنواخت باشد . كه نحوة توزیع بار الكترونی  در روی سطح كانونی درلامپ های بسته از مشخصات اصلی لامپ است . و تنها عاملی كه تا حدودی در اختیار است  زاویة  شعاع های خروجی با  سطح آنتی كاتد است .

پرتوهایی كه به وسیلة  آنتی كاتد فرستاده می شوند ، درتمام جهات ، دارای شدت مساوی هستند . اگر a  زاویة میانگین پرتوهای خروجی از دریچة S   با سطح آنتی كاتد باشد (شكل ب صفحه قبل ) ، طبق تعریف سطح  مفید  سطح كانونی  برابر  S /Sin a  خواهد بود .

با توجه به این كه مولد اشعة ایكس مانند یك منبع نورانی نیست و تغییر زاویة  منبع  نسبت به سطح  ورودی  دریافت كننده ، سبب  تغییر انرژی دسته اشعة ایكس نمی شود . یعنی درخشندگی منبع مقدار ثابت بوده  و به امتداد تابش بستگی ندارد « قانون لامبر » ، لذا زاویة a  را چه  برای  ازدیاد انرژی و چه برای ازدیاد سطح ظاهری كانون «S/Sin a  » باید كوچك كرد  ولی چون ناهمواری سطح آنتی كاتد حتی در سطح میكروسكپی باعث  جذب  شعاع های مماسی می شود ، تقلیل   aدارای حدی است .

زاویة a در بهترین تیوپ های بسته1.5   درجه است ، واضح است كه در چنین مولد هایی سطح آنتی كاتد باید كاملاً  صیقلی شده باشد .

معمولاً  a درلامپ های تجارتی بین 4  تا 6  درجه تغییر می كند. دراین نوع لامپ ها به جای دو دریچه ، دو جفت دریچه درست می كنند ، به طوریكه محور هرجفت دریچه بر محورجفت دریچة دیگر عمود باشد . البته مولدهایی نیز می توان یافت كه سطوح كانونی آن ها دوایری به قطریك میلیمتراست . بهترین مولد اشعة ایكس آن هایی هستند كه توزیع و نحوة  پخش الكترون روی آنتی كاتد آن ها یكنواخت باشد برای این كار  به  هنگام تنظیم دستگاه یكی از دو آزمایش زیر را انجام می دهند :

صفحة سوراخ داری كه حائل  پرتو ایكس است  و ابعاد سوراخ آن  به مراتب از ابعاد سطح كانونی كوچكتر است ( 0.02 میلیمتر ) در مسیر دسته اشعة ایكس قرار می دهند تا  تصویر دایره ای  شكل روی  قطعه  فیلم مستقر در پشت  صفحة  سوراخ دار كه  به نسبت  P /  S   بزرگ  شده است ، به دست آید البته می توان به جای سوراخ دایره ای  شكل یك شكاف  مربع  مستطیل قرار داد و تصویر سطح كانونی را در دو امتداد تهیه  نمود و نحوة  توزیع  شدت تشعشع پرتو ایكس را دردو امتداد طولی وعرضی بررسی واصلاح های لازم  را جهت  توزیع  یكنواخت روی  آنتی كاتد  انجام  داد . در مولدهای تجارتی ، كمتر می توان یك چنین مولدهای اصلاح  شده را  به دست آورد . لازم  به تذكر است كه سطح كانونی ، به مرور كاركرد مولد  شكل خود را از دست می دهد ، و بدین ترتیب ازارزش مولد كاسته می شود .

تهیة تصویر از سطح كانونی توسط سوراخ دایره ای شكل و شكاف مستطیل شكل

                     نمونه ای از تصاویر سطح كانونی یك تیوپ بسته

                      الف – سطح كانونی با وضعیت بد

                      ب- سطح كانونی مطلوب به ابعاد 0.6×1 میلیمتر

                      ج – سطح كانونی مطلوب ریز به ابعاد 0.05 ×0.5 میلیمتر

مكانیسم تولید اشعة ایكس

در پدیدة فتوالكتریك دراثر تابش نور به سطح یك فلز ، فوتون نور تمام  انرژی الكترومغناطیسی خود را به الكترون فلز منتقل می سازد . قسمتی از این انرژی  برای مقابله  با پیوند اتصالی الكترون به هسته  صرف می شود و قسمتی دیگر به صورت انرژی جنبشی درالكترون ظاهرمی شود . عكس این پدیده درتولید اشعة ایكس اتفاق می افتد . درلامپ اشعة ایكس الكترون های آزاد شده در فیلمان و اطراف در اثر پتانسیل موجود بین آند وكاتد با سرعت نزدیك به سرعت  نور به طرف آنتی كاتد كشیده شده و به آن  برخورد نموده و در آن نفوذ كرده تا این كه انرژی خود را از دست بدهد .