АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Регистрация рентгеновского излучения

Для регистрации рентгеновских лучей применяются люминесцентный, фотографический, электрофотографический и ионизационный методы.

Люминесцентный метод основан на свечении под действием рентгеновских лучей некоторых веществ и особенно люминофоров – веществ, дающих большой выход видимого излучения (флуоресценцию).

Наилучшим люминофором с желто-зеленым свечением является смесь 50% ZnS+50% CdS. Подобные люминофоры используют для изготовления экранов визуального наблюдения изображений в рентгеновских лучах (экраны для просвечивания в дефектоскопии и медицинской диагностике). Небольшие экраны применяют для настройки рентгеновских камер и юстировки гониометров рентгеновских дифрактометров.

Фотографический метод регистрации рентгеновских лучей широко распространен и в настоящее время. Он обладает высокой чувствительностью и документальностью, но требует использования специальных фотоматериалов и их трудоемкой обработки. Рентгеновские пленки имеют двухсторонний слой эмульсии, содержащий значительно больше бромистого серебра, чем обычные фотоматериалы. Фотоэмульсия состоит из мельчайших (~ 1 мкм) кристалликов AgBr с присадками небольших количеств серы, что создает структурные дефекты. Поэтому возникают центры возбуждения скрытого изображения. При поглощении квантов рентгеновских лучей с энергией E = hν в эмульсии, как и при действии видимого света, идут процессы по схеме:

AgBr + hν → Br + Ag.

Скопление 20-100 атомов Ag образует устойчивый центр скрытого изображения, который способен проявляться под действием фотореагента – проявителя. Кристаллики, содержащие центры скрытого изображения, восстанавливаются до металлического серебра. Кристаллики AgBr, не содержащие таких центров и не восстановленные проявителем, вымываются из эмульсии закрепляющим раствором. В результате на фотопленке остаются только зерна металлического серебра. Число таких зерен и определяет плотность почернения фотоэмульсии, которое пропорционально экспозиции – произведению интенсивности излучения на время облучения.

Оценку плотности почернения на рентгенограммах производят визуально или более точно с помощью микрофотометров, которыепозволяют записать и рассчитать кривую распределения плотности почернения.

Электрофотографический метод (ксерография) сохраняет многие преимущества фотометода, но более экономичен. Принцип его такой же, как у множительных аппаратов. Непосредственно перед рентгеновской съемкой в специальном устройстве потенциалом в 5-10 кВ заряжают пластину со слоем аморфного селена толщиной 100 мкм. Затем эту ксерографическую пластину экспонируют, как и в фотометоде. При облучении за счет снижения сопротивления слоя селена заряд уходит с чувствительного слоя в количестве, пропорциональном экспозиции. В результате получается скрытое электростатическое изображение. Для его проявления наносят частицы порошка, заряженные противоположно знаку заряда селенового слоя. Чем больше заряд на данном участке, т. е. чем меньше интенсивность облучения, тем больше прилипает частиц. При необходимости перенесения изображения на бумагу применяют порошок, содержащий смолистые вещества. На проявленный напылением этого порошка чувствительный слой накладывают бумагу и в специальном устройстве заряжают ее потенциалом, противоположным заряду частиц порошка. При этом часть порошка переносится на бумагу. Изображение закрепляют парами ацетона, которые размягчают смолистые вещества и обеспечивают прилипание частичек к бумаге. С одной экспонированной пластины можно получить несколько копий. После разрядки и удаления остатков изображения селеновая пластина может использоваться повторно. Этот метод пока не нашел широкого применения в практике структурных исследований, но для решения задач дефектоскопии, особенно при микродефектоскопии на основе так называемых рентгеновских микроскопов, он начинает использоваться.

Ионизационный метод позволяет более точно измерять интенсивность рентгеновских лучей, но измерение проводится на небольшой площади, определяемой размерами входного окна счетчика и измерительных щелей. Поэтому для измерения пространственного распределения интенсивности рентгеновских лучей необходимо сканирование – перемещение счетчика по всей области углов рассеяния. Это ограничивает применение метода в дефектоскопии, где он широко используется только для измерения толщины, однако в рентгеноструктурном анализе этот метод практически вытесняет все остальные, несмотря на необходимость использования дорогостоящей электронной аппаратуры.

Ионизационный метод основан на ионизации атомов вещества при взаимодействии с квантами рентгеновских лучей. Если ионизация газа происходит в поле плоского конденсатора, то образовавшиеся ионы движутся к соответствующим электродам, и возникает ионизационный ток. При увеличении напряженности электрического поля на обкладках конденсатора скорость ионов увеличивается, поэтому уменьшается вероятность их нейтрализации при столкновении противоположных ионов, следовательно, возрастает ионизационный ток (рис. 6). При напряжении U > U₁ нейтрализация становится ничтожной, и ионизационный ток достигает насыщения.

При дальнейшем увеличении напряжения до U = U₂ ионизационный ток не увеличивается, возрастает лишь скорость ионов. При U > U₂ скорость ионов становится настолько большой, что происходит ударная ионизация молекул газа. Ток начинает линейно возрастать с увеличением напряжения за счет газового усиления. Коэффициент усиления при напряжениях до U ≤ U₃ может достигать 10²-10⁴ (область полной пропорциональности). При U > U₃ нарушается линейность газового усиления (область неполной пропорциональности). При U > U₄ возникает лавинный разряд. Дальнейшее повышение напряжения вызывает самостоятельный разряд.

Для регистрации рентгеновских лучей применяют приборы, работающие в различных областях газового разряда.

Ионизационные камеры работают в режиме насыщения. Скорость счета ионизационной камеры мала, всего (1-2)× 10² импульсов в минуту, поэтому она используется редко.

Пропорциональные счетчики работают в режиме полной пропорциональности и особенно широко применяются для регистрации длинноволнового рентгеновского излучения. Например, с их помощью удалось зарегистрировать характеристическое излучение легких элементов, начиная с бериллия, – λ_Kα = 11,6 нм.

Импульсы в пропорциональных счетчиках зависят от энергии ионизирующих частиц. Поэтому, применяя дискриминаторы, можно разделить импульсы, отвечающие квантам определенной энергии и, соответственно, определенным длинам волн рентгеновских лучей.

Газоразрядные счетчики работают в области равных импульсов, амплитуда которых не зависит от типа и энергии ионизирующих частиц, но здесь за счет лавинного разряда резко увеличивается ток до 10^-3 Е. Это значительно упрощает регистрацию, но увеличивает «мертвое время» счетчика и уменьшает максимальную скорость счета до 5× 10² имп/с против 10⁶ имп/с для пропорционального счетчика.

Для гашения лавинного разряда в газоразрядный счетчик, называемый также счетчиком Гейгера, вводят «гасящие добавки»: органические вещества (этиловый спирт или метилаль) или галогены.

Счетчик начинает работать при определенном напряжении – потенциале зажигания U₁. При повышении напряжения скорость счета быстро растет, затем на некотором участке от U₂ до U₃, называемом «плато», становится почти постоянной.

Рабочее напряжение счетчика:

Конструктивное исполнение счетчика показано на рис. 8.

Для рентгеноструктурного анализа в новых модификациях рентгеновских аппаратов с регистрацией излучения счетчиками обычно используются сцинтилляционные счетчики. Эти счетчики имеют достаточно большой срок службы, малое «мертвое время» и их скорость счета достигает 10⁷ имп/с.

Такой счетчик состоит из прозрачного люминесцирующего кристалласцинтиллятора (NaJ или KJ с примесью активатора Tl) и фотоэлектронного умножителя – ФЭУ. Квант рентгеновского излучения, попадая в кристалл-сцинтиллятор, выбивает быстрый фотоэлектрон, который, двигаясь в кристалле, ионизирует атомы. Возбужденные атомы испускают кванты видимого излучения, давая вспышку – сцинтилляцию, т. е. в кристалле люминофоре происходит преобразование рентгеновского кванта в световой. Этот процесс называется переизлучением. Свет, попадая на катод ФЭУ, выбивает фотоэлектроны, которые затем размножаются последовательно расположенными электродами (динодами) ФЭУ, усиливаясь в 10⁸ раз до тока 10^-6 А. Пропорциональная зависимость между ионизирующей способностью частицы (ее энергией) и амплитудой фототока позволяет с помощью амплитудных анализаторов выделять импульсы, отвечающие определенной длине волны рентгеновских лучей.

Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 1566 | Нарушение авторских прав