گیل فان |مقاله | تحقیق| کتاب

تحقیق اشعه ایکس چیست؟

در سال ۱۸۹۵ ، درخشش کوتاه صفحه فسفرسانتی که در گوشه‌ای از آزمایشگاه نیمه تاریک بررسی اشعه کاتدیک قرار داشت، ذهن آماده و خلاق رنتگن که در آن زمان استاد فیزیک بود، متوجه پرتوهای تازه‌ای نمود که از حباب شیشه‌ای لامپهای کاتودیک بیرون زده و بی آنکه به چشم دیده شود به اطراف پراکنده می‌شوند. آن چه مایه شگفتی رنتگسن شده بود، نفوذ این پرتوها از دیواره شیشه‌ای لامپ به بیرون و تأثیر آن روی صفحه فاوئورسانت در گوشه‌ای نسبتا دور از لامپ در آزمایشگاه بود. رنتگن به بررسیهای خود درباره کشف تازه که آن پرتو ایکس نامید (بخاطر فروتنی) ، ادامه داد. بعدها این اشعه رنتگن نامیده شد.

طیف اشعه ایکس

اشعه تولید شده بوسیله لامپ اشعه ایکس یک طول موج ندارد. بلکه شامل گستره‌ای از طول موجهاست. پرتوهای ایکس بوسیله دو نوع فرایند تولید می‌شوند:
شتاب منفی الکترونها در موقع برخورد با انتهای ماده هدف پرتوهای ایکسی با طول موجهای متفاوت تولید می‌کند. این پرتو "سفید" یا نوار پیوسته فرکانسها در طیف اشعه ایکس را به عنوان تابش ترمزی می‌شناسند.
برخورد الکترون با اتم هدف موجب جابجایی الکترون مداری در اتم هدف و راندن آن به حالت پر انرژی‌تری می‌شود. این عمل را برانگیزش می‌نامند.
هنگامی که الکترون مداری پر انرژی به موقعیت مداری نخستین خود برمی‌گردد، رها شدن انرژی بصورت گسیل پرتوی با فرکانس خاصی خواهد بود. این پرتو شدت خیلی بیشتری نسبت به پرتو "سفید" زمینه خواهد داشت.
معمولا برای هر ماده هدف معینی بیش از یک طول موج اشعه ایکس وجود دارد. طول موج پرتو تولید شده بوسیله لامپ اشعه ایکس ، حد پایینی دارد که با ولتاژ لامپ نسبت عکس دارد. پرتو حد پایینی طول موج طیف ، بیشترین اهمیت را در پرتو نگاری دارد. زیرا توانایی نفوذ آن بیشتر است.

مشخصه‌های بارز اشعه ایکس

بزرگی جریان لامپ بر پخش طول موج اشعه ایکس تولید شده تأثیر ندارد. اما بر روی شدت پرتو موثر است.
طول موج اشعه ایکس یا اشعه گاما بسیار مهم است. با کاهش طول موج ، نفوذپذیری پرتو به درون محیط افزایش می‌یابد. به بیان دیگر در مقایسه با پرتوی با طول موج بزرگتر ، پرتوی با طول موج بسیار کوتاه قادر به نفوذ به ماده معینی با ضخامت بیشتر و یا چگالی بیشتر خواهد بود. بنابراین ، اگر حداقل طول موج پرتو تولید شده با افزایش ولتاژ لامپ کاهش یابد، نفوذپذیری پرتو افزایش خواهد یافت.

بررسی کمی اشعه ایکس

پرتو ناشی از لامپ ۲۰۰ کیلوولتی به درون فولادی به ضخامت حدود ۲۵mm نفوذ می‌کند.
اگر ولتاژ لامپ به ۱Mv افزایش یابد، پرتو به درون فولادی به ضخامت حدود ۱۳۰mm نفوذ خواهد کرد.
حد بالای عملی برای لامپهای اشعه ایکس رایج در حدود ۱۰۰۰Kv است و این امر سبب تولید اشعه ایکس با کوتاهترین طول موج می شود. این پرتو انرژی فوتونی تقریبا برابر ۱Mev دارد.
پرتو ایکس با انرژی فوتونی تا ۳۰Mev را با استفاده از الکترونهای پرانرژی (الکترونهای سریع) بوجود آمده بوسیله مولد واندوگراف شتاب دهنده خطی یا چشمه بتاترون می‌توان تولید کرد.

نفوذ پذیری اشعه ایکس

نفوذ پذیری پرتوهای ایکس تولید شده از پرتوهای گاما کمتر بوده اما برای پرتوهای ایکس تولید شده در لامپهای اشعه ایکس بوسیله چشمه‌های پرانرژی در خصوص فولاد نیز دیده می‌شود. باید توجه کرد که بیشترین ضخامتهای استفاده از زمانهای پرتودهی چند دقیقه‌ای و فیلمی با سرعت متوسط می‌توان مورد بررسی قرار داد. مقاطع ضعیفتر را با استفاده از زمانهای پرتودهی طولانی و فیلمی با سرعت زیاد می‌توان بازرسی کرد.

نحوه تولید اشعه ایکس

پرتوهای ایکس را بوسیله بمباران هدفی فلزی با باریکه‌ای از الکترونهای سریع تولید می کنند. قطعات اصلی لامپ اشعه ایکس شامل کاتد برای گسیل الکترونها و آند به عنوان هدف می‌باشد، که هر دو درون لامپ خلا جای گرفته‌اند. با توجه به میزان نفوذ اشعه ایکس و فرکانس مربوطه‌اش از لامپهای اشعه ایکس متنوعی در کارهای تحقیقاتی ، پزشکی ، صنعت و ... استفاده می‌کنند.
پرتو گاما

اشعه گاما نوعی از امواج الکترومغناطیسی است. طول موج آن بسیار کوتاه است و از ۱ تا ۰٫۰۱ آنگستروم تغییر می‌کند. جرم آن در مقیاس اتمی صفر، سرعت آن برابر سرعت نور، بار الکتریکی آن صفر است. انرژی اشعه گاما از ۱۰ کیلو الکترون ولت تا ۱۰ مگا الکترون ولت تغییر می‌کند.

برد اشعه گاما بسیار زیاد است. مثلاً در هوا چندین متر است. خاصیت ایجاد یونیزاسیون و برانگیختگی در اشعه گاما نیز وجود دارد. ولی به مراتب کمتر از ذرات آلفا و بتا است. مثلاً اگر قدرت یونیزاسیون متوسط اشعه گاما را یک فرض کنیم، قدرت یونیزاسیون متوسط ذره بتا ۱۰۰ و ذره آلفا ۱۰۴ خواهد بود. قدرت نفوذ این اشعه به مراتب بیشتر از ذرات بتا و آلفا است. طیف انرژی اشعه گاما، همانند ذرات آلفا تک انرژی است. یعنی تمام فوتون‌های گامای حاصل از یک عنصر رادیواکتیو دارای انرژی یکسانی هستند.وبه علم كمك بسيار اساسي مي كند.

این اشعه تنها از یک تکه فلز سرب به طول ۴۰ سانتی متر نمی‌تواند عبور کند. اين پرتو از لحاظ انر‍ژي شباهت بسياري با اشعه ايكس دارد ولی مهمترين تفاوت اين اشعه با اشعه ایکس در این است كه اولاً منشا توليداشعه ايكس يك واكنش اتمي است در حالي كه منشا توليد اشعه گاما يك برهمكنش هسته اي است و دوم اينكه طيف اشعه گاما نسبت به اشعه ايكس همدوس تر و متمركز تر مي باشد.اشعه گاما Gamma ray اشعه ای که در انتهای طیف ودر بالاتر از منطقه اشعه ایکس قرار دارد.طول موج امواج گاما کمتر از چهارصدم نانومتر است. انرژی فوتونهای گاما بین ۱۰۰۰۰الکترون ولت تا یک میلیون الکترون ولت است.بر خلاف اشعه ایکس منشاءآن انتقالات بین حالت های مختلف درون هسته می باشد. تولید این اشعه در پدیده های اخترفیزیکی به شکل موارد زیر می باشد ۱-واپاشی هسته های رادیو اکتیو در انفجارات ابرنواختری ۲- در واکنشهای اشعه کیهانی ۳-تابش انحناء در میدان های مغناطیسی بسیار قوی ۴- برخورد ذرات ماده و ضد ماده.قدرت نفوذ اشعه گاما بسیار زیاد است برای جلوگیری از نفوذ آن از فلزاتی مانند سرب وتنگستن استفاده می شود. انفجارات ابرنواختری ،برخورد میان کهکشانها، کوازار ها ، تپنده ها وواکنشهای نزدیک به سیاهچاله ها از منابع اصلی تولید اشعه گاما در طبیعت به حساب می آیند. ماه، منبع پرتو گاما(حتی قویتر از خورشید) در منظومه شمسی ماست. خورشید به تنهایی میزان بسیار اندکی پرتو گاما تولید می کند (البته به جز شراره های خورشیدی) چرا که انرژی کافی برای شتاب دادن ذرات را ندارد. پرتوهای گامای رصد شده از ماه نیز از برهم کنش مابین امواج کیهانی و سطح ماه تولید و ساطع می شوند. چنین اتفاقی بصورت مشابه در خورشید هم شاید رخ بدهد اما میدان مغناطیسی خورشید، مانع از آن می شود تا این امواج کیهانی به سطح آن برسند. چنین بر هم کنش هایی همچنین باعث می شوند تا جو زمین از لحاظ پرتوهای گاما بسیار درخشان به نظر برسد.هیچ منبع پرتوی گامایی به جز اینها در فواصلی نزدیک به ما (در منظومه شمسی)، تاکنون دیده نشده است

تمامی تصاویر پرتو گاما (و همچنین پرتو X وامواج رادیویی ، مادون قرمز ، ماورای بنفش و ...)بدست آمده از تلسکوپهای فضایی مانند تلسکوپ گلاست و تلسکوپ کامپتون بصورت مجازی رنگ آمیزی می شوند. رنگ های متفاوت نور عادی، برای نمایش دادن میزان قدرت پرتوگاما و یا انرژی آنها به کار می روند. اگر چه دانشمندان در واقع اینگونه تصاویر را برای برقراری ارتباط بیشتر با عموم تولید می کنند، تمامی اطلاعاتی که - از طریق این رصدها - به دست می آید، بصورت عددی است که برای استخراج داده های علمی، این اعداد و ارقام هستند که پردازش می شوند. حتی زمانی که دانشمندان، تصاویر را آنالیز می کنند، در واقع به بررسی اعدادی مشغولند که چنین تصاویری را ساخته اند.

منبع:

tamirat-zone1.persianblog.ir