Рентген сәулелер

Рентген сәулелерінің жұтылуы және медициналық бейнелеу

Рентген сәулелерінің жұтылу дәрежесі заттың тығыздығына пропорционал. Сондықтан рентген сәулелерінің көмегімен адамның ішкі ағзаларының суретін түсіруге болады. Мұндай бейнелерде қаңқа сүйектері мен жұмсақ тіндердегі әртүрлі өзгерістерді салыстырмалы түрде оңай ажыратуға мүмкіндік бар.

Флюорография не үшін қажет?

Көп елдерде профилактикалық тексерулердің маңызды бөлігі ретінде флюорография қолданылады. Оның мақсаты — адам өзін жайсыз сезінбей тұрып-ақ, кеуде қуысы ағзаларындағы өзгерістерді ерте кезеңде анықтауға көмектесу.

Рентген сәулелерінің ашылуы

Бұл сәулелерді 1895 жылы неміс физигі Вильгельм Конрад Рентген ашты. Ол өзіне дейін көптеген зерттеушілер мән бермеген немесе байқамаған құбылыстарды аңғарып, нәтижесінде ғылымдағы аса ірі жаңалықтардың бірін жасады.

Катод сәулелерімен тәжірибелер

XIX ғасырдың соңында аз қысымды газдардағы разряд физиктердің ерекше назарын аударды. Газ-разрядтық түтіктерде өте шапшаң электрондар ағыны туындайтын, ол кезде оларды катод сәулелері деп атаған. Сол кезеңде бұл сәулелердің табиғаты толық анықталмаған еді; белгілісі — олардың көзі түтіктің катод аймағында болатыны.

Күтпеген белгілер

Рентген катод сәулелерін зерттей отырып, фотопластинаның қара қағазға оралғанына қарамастан, разрядтық түтікшенің маңында ағарып қалғанын байқады. Кейін ол тағы бір құбылысты анықтады: барийдің платинацианиді ерітіндісімен өңделген экран түтікше жақындағанда жарқырай бастайды.

Түтікше мен экранның арасына қолды қойған кезде экранда қолдың әлсіз бейнесі көрініп, сүйектердің қою көлеңкелері анық байқалған. Осыдан Рентген бұрын белгісіз, өте өтімді сәуле пайда болатынын түсінді және оны Х-сәулелер деп атады. Кейін бұл атау орнығып, «рентген сәулелері» термині кеңінен қолданылды.

Сәуле қалай пайда болады?

Рентген жаңа сәуленің катод сәулелері (яғни шапшаң электрондар ағыны) шыны түтіктің қабырғасына соқтығысқан аймақтарда туындайтынын байқады. Кейінгі тәжірибелер рентген сәулелері шапшаң электрондар кез келген кедергіде, әсіресе металда, күрт тежелгенде пайда болатынын көрсетті.

Рентген сәулелерінің негізгі қасиеттері

Фотохимиялық әсер

Рентген сәулелері фотопластинаға әсер етеді, сол арқылы бейне алуға мүмкіндік береді.

Иондандыру қабілеті

Олар ауаның иондалуын туғызады, яғни газ ортасында зарядталған бөлшектердің түзілуіне ықпал етеді.

Өтімділік және оптикалық мінез

Рентген сәулелері көптеген заттардан айтарлықтай шағылмайды және сынбайды; электромагниттік өріс те олардың таралу бағытын көзге көрінерліктей өзгертпейді.

Толқын ұзындығы неге маңызды?

Осы қасиеттер рентген сәулелері электрондардың кенет тежелуінен туатын электромагниттік толқындар деген болжамға алып келді. Көрінетін жарық пен ультракүлгін сәулелермен салыстырғанда, рентген сәулелерінің толқын ұзындығы әлдеқайда кіші. Электрон энергиясы неғұрлым жоғары болса, сәуленің толқын ұзындығы соғұрлым қысқа болады. Рентген сәулелерінің жоғары өтімділігі де, негізінен, осы қысқа толқын ұзындығымен байланысты.

Дегенмен бұл тұжырымды тәжірибелік түрде дәлелдеу қажет болды, әрі мұндай дәлелдер рентген сәулелері ашылғаннан кейін шамамен 15 жыл өткен соң алынды.

Рентген сәулелерінің дифракциясы: толқындық табиғатты дәлелдеу

Егер рентген сәулелері электромагниттік толқындар болса, онда толқындарға тән құбылыс — дифракция — міндетті түрде байқалуы тиіс. Алғашқыда сәулелерді қорғасын пластиналардағы өте жіңішке саңылаудан өткізгенде, дифракцияға ұқсас көрініс байқалмады.

Неліктен кристалл қажет болды?

Неміс физигі Макс Лауэ рентген сәулелерінің толқын ұзындығы тым кішкентай болғандықтан, жасанды бөгеттер арқылы дифракцияны көру қиын екенін болжады: атом өлшемдерімен шамалас, өте ұсақ (шамамен 10⁻¹⁰ м) саңылау жасау мүмкін емес еді. Сондықтан бірден-бір тиімді жол — табиғи периодты құрылымы бар кристалдарды пайдалану.

Кристалдағы атомдардың арақашықтығы рентген сәулелерінің толқын ұзындығымен шамалас болғандықтан, мұндай құрылым дифракция құбылысын тудыратын табиғи «тор» рөлін атқарады.

Тәжірибе нәтижесі

Рентген сәулелерінің жіңішке шоғы кристалға бағытталып, оның ар жағында фотопластина орналастырылды. Нәтижесінде түзу бағыттағы үлкен дақпен қатар, оның маңында белгілі заңдылықпен орналасқан ұсақ дақтар пайда болды. Бұл ұсақ дақтар кристалдың реттелген құрылымында рентген сәулелерінің дифракциясы болатынын дәлелдеді.

Дифракциялық көріністі талдау рентген сәулелерінің толқын ұзындығын анықтауға мүмкіндік берді: ол ультракүлгін сәулелерден де қысқа және шамасы жағынан атомдық өлшемдермен бір деңгейде екені белгілі болды.

Рентген сәулелерінің қолданылуы

Медицина

Диагнозды нақтылау үшін рентгенография және басқа да әдістер қолданылады.
Онкологияда сәулелік емнің кейбір түрлерінде пайдаланылады.

Ғылым және материалтану

Рентгенқұрылымдық талдау арқылы кристалдағы атомдардың кеңістікте орналасу тәртібі анықталады.
Өте күрделі органикалық қосылыстардың, соның ішінде белоктардың құрылысын зерттеуге мүмкіндік береді.

«Көру» сөзінің ғылыми мағынасы

Мұнда «молекуланы көру» сөзбе-сөз түсіндірілмейді. Негізгі әдіс — дифракциялық көріністі өлшеп, оны есептеу мен модельдеу арқылы түсіндіру; соның нәтижесінде атомдардың кеңістікте орналасу сипаты анықталады. Толқын ұзындығының өте шағын болуы бұл тәсілдің тиімділігін арттырды.

Рентгендік дефектоскопия

Өнеркәсіпте рентгендік дефектоскопия кең қолданылады: құймалардағы ақауларды, рельстердегі сызаттарды, пісірілген жіктердің сапасын анықтау және басқа да бақылаулар. Бұл әдіс бұйымда қуыс немесе бөгде қосылыстар болғанда рентген сәулелерінің жұтылуы өзгеретініне негізделген.

Рентген түтігі: сәуле шығаратын құрылғы

Қазіргі кезде рентген сәулелерін алу үшін рентген түтіктері деп аталатын арнайы құрылғылар қолданылады. Олардың конструкциясы Рентген пайдаланған алғашқы аппараттармен салыстырғанда әлдеқайда жетілдірілген.

Жұмыс істеу принципі (қысқаша)

1 Катод (вольфрам қылы) термоэлектрондық эмиссия арқылы электрондар шығарады.
2 Электрондар ағыны фокустаушы цилиндр арқылы бағытталып, жылдамдатылады.
3 Электрондар анодқа соқтығысқанда рентген сәулелері түзіледі.

Жұмыс шарттары

Анод пен катод арасындағы кернеу бірнеше ондаған киловольтқа дейін жетеді.
Түтіктің ішінде жоғары вакуум жасалады: қысым шамамен 10⁻⁵–10⁻⁷ мм сынап бағанасы.

Толқын ұзындығы және энергия

Рентген сәулелерінің толқын ұзындығы шамамен 10⁻⁹ м-ден 10⁻¹⁰ м-ге дейінгі диапазонда болады.
Қуатты түтіктерде анодты сумен салқындатады, өйткені электрондар тежелгенде жылудың көп бөлігі бөлінеді.
Электрон энергиясының тек аз бөлігі ғана пайдалы сәулеге айналады.

Қорытынды

Қысқа толқын ұзындығы мен жоғары өтімділік рентген сәулелерін медицинада, өнеркәсіптік бақылауда және кристалдар мен күрделі молекулалардың құрылымын зерттеуде аса құнды құралға айналдырды.