АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Максимальную энергию квант рентгеновского излучения будет иметь, если разогнавшийся электрон всю свою энергию при торможении передаст образующемуся кванту, т. е.

(1.4)

Таким образом, максимальной энергии квантов в спектре соответствует минимальная длина волны, что естественно, так как длина волны и частота (т.е. энергия) обратно пропорциональны. Итак, спектр тормозного рентгеновского имеет коротковолновую границу.

Для описания спектральной интенсивности тормозного рентгеновского излучения спектра ТРИ обычно используется формула Крамерса:

(1.5)

Здесь к – коэффициент пропорциональности,» 10^-9, i – ток, протекающий через РТ, Z – атомный номер материала анода, Eo – максимальная энергия и минимальная длина волны квантов в спектре.

Коротковолновую границу тормозного спектра можно записать как

(1.6)

Тогда спектр тормозного излучения будет иметь вид, представленный на рисунке 1.1

Рис. 1.1. Спектр тормозного излучения трубки при различных напряжениях

Из формулы (1.5) можно показать, как на спектр тормозного излучения влияет изменение тока и напряжения трубки. При повышении тока изменяется интенсивность, но форма спектра остается прежней, а при повышении напряжения – происходит также и смещение коротковолновой границы

i1>i2>i3 U1>U2>U3

I(E) I(E)

i1 U1

i2 U2

i3 U3

Eo E Eo1 Eo2 Eo3 E

Рис. 1.2. К влиянию электрических параметров на спектр тормозного излучения

Очевидно, что полная интенсивность – площадь фигуры под графиком, то есть интеграл:

(1.7)

Из этого можно определить КПД рентгеновской трубки, как электрического прибора как отношение выходной мощности рентгеновского излучения к электрической мощности, затрачиваемой на работу трубки

(1.8)

Действительно, КПД – менее 1%, остальная часть “закачиваемой” в трубку мощности идет на неполезное с точки зрения генерации рентгеновского излучения явление - нагрев анода рентгеновской трубки.

1.2. Характеристическое рентгеновское излучение

Возникновение квантов характеристического рентгеновского излучения можно описать следующим образом.

На атом в стационарном состоянии налетает внешний электрон с большей энергией и передает часть (или всю) своей энергии одному из электронов на внутренних оболочках атомов. Получив эту избыточную энергию внутренний электрон, покидает свою оболочку, образовав на ней вакансию. Так как атом стремиться занять наиболее устойчивое состояние из всех возможных (то есть должно быть заполнено максимальное число внутренних оболочек), то электроны с внешних оболочек начинают переходить на внутренние оболочки. В результате этого перехода часть собственной энергии электрона, выделяется из атома в виде кванта излучения hν.

Характеристическим, возникающее излучение называется потому, что энергия образующихся квантов однозначно определяется «расстоянием» между энергетическими оболочками.

e^-

удаленный электрон

квант

ядро рентгеновского

излучения

К

L

Рис. 1.3. К формированию характеристического рентгеновского излучения

Спектр характеристического рентгеновского излучения имеет сложную форму, состоящую из отдельных пиков или линий излучения. Такую форму можно объяснить следующим образом

В атоме - несколько

электронных оболочек

M (K,L,M,N,O), разделенных

на подуровни (орб. и магн.

квантовые числа). Если

L La выбит é с К-оболочки -

возможно возникновение

любой серии излучения.

(правда, с различными

К Ka Kb вероятностями)

Рис. 1.4. Формирование линий характеристического излучения

Существует общепринятая номенклатура для линий характеристического спектра:

переходит электрон переходит электрон

С какого уровня

переходит электрон

Частоту линии характеристического излучения можно определить, пользуясь эмпирическим законом Мозли:

(1.9)

Здесь R = 109737 см^-1 - постоянная Ридберга, S – экранирующая постоянная (обычно выбирается близкой к единице), Z – атомный номер элемента, в атоме которого происходит переход, n – главные квантовые числа уровней, участвующих в переходе. Линии характеристического излучения узкие (в спектральном спектре), но не чрезвычайно. Причина их «уширения» - разность энергий между уровнями постоянно слегка меняется, уровни «размыты» ввиду того, что внутренняя энергия атом не бывает равной нулю.

1.3. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом

Фотопоглощение.

Спектральная зависимость коэффициентов фотопоглощения имеет вид гиперболы с несколькими резкими скачками (скачками фотопоглощения). Общее снижение коэффициента фотопоглощения с ростом энергии квантов обусловлено ростом их проникающей способности.

Возникновение скачков рассмотрим на примере К-скачка. Если энергия квантов несколько меньше, чем энергия связи электрона на К-оболочке, то вырывание электрона с К-оболочки не происходит и коэффициент фотопоглощения мал.

Как только энергия кванта больше энергии связи он может выбить электрон с К- оболочки и коэффициент фотопоглощения резко возрастает (скачок на графике). Аналогичным образом можно объяснить «тройной» L-скачок.

Е кванта РИ = Есвязи é + Евыбитого é (1.9)

При фотоэффекте атом возбуждается, а переходит в норм. состояние двумя способами:- испусканием характеристического рентгеновского излучения или- испусканием Оже-электронов

первичное РИ Оже-электрон

L

Характеристическое излучение

K

Рис. 1.5. К формированию скачков поглощения

Когерентное рассеяние (эффект Томсона).

Воздействие рентгеновского излучения на объект (кристаллическую решетку) можно рассматривать как помещение положительно заряженных ядер атомов этого объекта в переменное электромагнитное поле. Находясь в электромагнитном поле, заряженные частицы совершают гармонические колебания (осцилляции). Заряженная частица, совершающая периодические колебания в свою очередь являются источником электромагнитного излучения. Частота этого излучения равна частоте колебании заряженной частицы, которая в свою очередь, равна частоте воздействующего электромагнитного поля, то есть падающего рентгеновского излучения. Такой процесс, при котором происходит переизлучение части энергии без изменения длины волны, называется когерентным рассеянием.

Некогерентное рассеяние.

Налетающий квант рентгеновского излучения испытывает соударение с электроном, находящимся в веществе, и передает ему часть своей энергии. В результате этого взаимодействия, так как энергия кванта уменьшается, увеличивается его длина волны и мы наблюдаем эффект некогерентного рассеяния (то есть рассеяние излучения на веществе с увеличением длины волны этого излучения).

Первичное РИ é

Рассеянное РИ

Рис. 1.6. Некогерентное рассеяние

Квант РИ соударяется с покоящимся электроном, сообщая ему энергию и теряя ее сам, то есть Е перв. кв. = Е расс. кв. + Е эл. Сдвиг энергии рассеянного РИ зависит от угла падения и атомного номера элемента.

Закон Бугера-Ламберта

Закон Бугера-Ламберта описывает ослабление рентгеновского излучения слоем вещества. Интенсивность до объекта всегда больше, чем интенсивность после объекта, следовательно всегда имеет место ослабление излучения веществом

Io I1

dX

D

Рис. 1.7. К выводу закона Бугера-Ламберта

Ослабление интенсивности в элементарном слое можно описать как

(1.10)

где Ix – интенсивность лучей, падающих на слой dX.

Тогда можно провести следующие операции:

(1.11)

(1.12)

(1.13)

В соответствии с законом Бугера-Ламберта ослабление излучения слоем вещества носит экспонциальный характер. Так как коэффициент ослабления рентгеновского излучения велик в области малых энергии квантов и мал в области больших энергий квантов, то ослабление потока рентгеновского излучения происходит неравномерно: мягкое излучение почти целиком ослабляется объектом, жесткое (высокоэнергетичное) излучение почти не взаимодействует с ним.

Дата добавления: 2015-12-15 | Просмотры: 832 | Нарушение авторских прав