دانستنی های علمی برای نوجوانان

علوم-فنون-مشاهیر علمی-((نظر یادت نره رفیق))-((Please give comments))

+ اشعه ی ایکس

 

داستان اشعه ایکس (X)

آیا می دانید داستان اشعه ایکس (X) بیشتر از یکصد سال پیش آغاز شد؟ درنیمه سده ی نوزدهم مردی به نام هاینریش گایسلر کشف کرد که اگر لوله ای که فاقد هواست تحت ولتاژ بالا تخلیه ی الکتریکی شود نورهای زیبایی درون لوله تولید خواهد شد. مدتی پس از آن ویلیهلم کروس اثبات کرد که علت درخشندگی ذرات الکتریکی است. پس از آن هاینریش هرتز نشان داد که این اشعه می تواند از لایه های نازک طلا و یا پلاتین عبور کند. شاگرد وی به نام لنارد پنجره هایی از مواد ساخت بطوری که اشعه توانست از راه پنجره باز لوله خارج شود. اکنون به کشف اشعه ایکس می پردازیم :

در سال 1895 ویلهم رونتگن با یکی از این لوله ها که بدون پنجره بود آزمایشی انجام می داد وی متوجه شد که بلورهای نزدیک لوله درخشیدند. جون او می دانست اشعه ای که قبلا کشف شد (اشعه کاتدی ) از شیشه عبور نمی کند تا چنین اثری داشته باشد. گمان برد باید نوع دیگری از اشعه وجود داشته باشد. چون این اشعه نامرئی که از نور و اشعه دیگر بسیار متفاوت بود قابل تشریح نبود. آن را اشعه ایکس ( به معنی اشعه مجهول ) نامید. بعد ها دانشمندان آن را اشعه رونتگن نام نهادند و اکنون نیز این نام را بسیاری از دانشمندان به کار می برند.

 

 

انچه در پی می آید از سایت  http://www.jumptochem.com/nuke77/index.php    برداشته شده است

 

 

ساختمان لامپ اشعه ایکس:

پرتوهای ایکس را به وسیله بمباران هدفی فلزی با باریکه ای از الکترونهای سریع تولید می کنند. قطعات اصلی لامپ اشعه ایکس شامل کاتد برای گسیل الکترونها و آندی در نقش هدف می باشند، که هر دو درون لامپ خلا جای گرفته اند. کاتد پیچه ای رشته ای از جنس تنگستن است، این لامپ یک پیچه کانونی جهت جمع کنندگی باریکه الکترونی نیز دارد و در ساختمان آن از پمپ تخلیه نیز استفاده می کنند


نحوه عمل لامپ اشعه ایکس:


•     جریان الکتریکی با ولتاژ کم از میان رشته کاتد برای گرم کردن آن و التهاب و تحریک گسیل گرما یونی الکترونها می گذرد. اختلاف پتاسیل الکتریکی زیادی ولتاژ لامپ بین کاتد و هدف آندی ، برای شتابدهی الکترونها در فاصله فضایی بین آن دو وجود دارد. معمولا گستره ولتاژی لامپ اشعه ایکس بین kv50 تا Mv1 است.
•     فنجانک متمرکز کننده ای یا پیچه کانونی را نزدیک کاتد قرار می دهند که این پیچه به عنوان عدسی الکترومغناطیسی برای متمرکز کردن گسیل گرما یونی به صورت باریکه ای که به مرکز هدف آندی هدف گیری شده است، عمل می کند. آند از قطعه کوچکی از فلز هدف تشکیل شده است که معمولا از جنس تنگستن است و در پوشش مسی جای گرفته است.


•     تنگستن را به عنوان ماده هدف به کار می برند زیرا گسیل کننده بسیار موثر پرتوهای ایکس است و نقطه ذوب فوق العاده بالایی (3380 درجه سانتیگراد) دارد. از این رو دماهای بسیار بالایی را که به وسیله برخورد الکترونهای سریع ایجاد می شود، می تواند تحمل کند. قطعه تنگستن را درون مکعبی مسی که با آب یا روغن خنک می شود جای می دهند. بدین ترتیب انرژی گرمایی تولید شده را با رسانش از طریق مس می توانند به آسانی از بین ببرند.


کپسول لامپ اشعه ایکس:

•     کپسول لامپ اشعه ایکس را ممکن است از شیشه ، ماده سرامیکی همچون آلومینا ، فلز یا ترکیبی از مواد بسازند. بیشتر لامپهای اشعه ایکس که امروزه ساخته می شوند، ساختمانی از جنس سرامیک _ فلز دارند، که آنها را در مقایسه با لامپ های شیشه ای _ فلزی برای هر ولتاژ بخصوصی می توان کوچکتر ساخت.

•     کپسول لامپ باید استحکام ساختمانی خوبی در دماهای بالا داشته باشد، تا اثرهای ترکیبی گرمای تابیده از آند و نیروهای اعمالی به محفظه خلا به وسیله فشار اتمسفر را بتواند تحمل کند. شکل کپسول ممکن است با میزان ولتاژ لامپ و ماهیت طرح آند و کاتد تغییر کند.

•     کپسول باید دارای دریچه ای در مقابل آند برای امکان خروج باریکه اشعه ایکس از لامپ باشد. این دریچه از عنصری با عدد اتمی پایین برای حداقل جذب اشعه ایکس ساخته شده است. معمولا دریچه را از بریلیوم به ضخامت 3 تا 4 میلیمتر می سازند.

•     اتصالات الکتریکی آند و کاتد به دیواره های کپسول جوش داده می شود. لامپ پرتو درون محفظه ای فلزی قراردارد که برای محافظت در مقابل شوک الکتریکی با ولتاژ بالا کاملا عایق بندی شده است و معمولا این محفظه پریز و دوشاخه ولتاژ قوی دارد که امکان قطع سریع کابلهای الکتریکی اتصال دهنده لامپ به ژنراتور فشار قوی را به وجودمی آورد.

طراحی لامپ اشعه ایکس:

•     دستگاه های قابل حمل اشعه ایکس که در کارگاهها به کار می روند، معمولا همه چیز سرخود دارند و مجهز به ژنراتور فشار قوی و لامپ اشعه ایکس هستند که درون یک محفظه قراردارند. در این حالت هیچ کابل فشار قوی در خارج از محفظه وجود ندارد. جریان الکتریکی حاصل از ولتاژ ضعیف از میان رشته کاتد می گذرد و با گرم کردن آن ابر الکترونی در پیرامون رشته با گسیل گرما یونی به وجود می آید.

•     هنگامی که ولتاژ قوی در میان لامپ در بین کاتد و آند اعمال می شود، الکترونها در عرض فضای تخلیه شده برای برخورد به هدف شتاب می گیرند. باریکه الکترونی طوری متمرکز می شود که تنها به سطح کوچکی از هدف برخورد می کند، که این سطح کوچک را نقطه کانونی می نامند. بیشتر انرژی باریکه الکترونی به انرژی گرمایی که ناگزیر از بین می رود، تبدیل می شود و مقداری از آن به اشعه ایکس تبدیل می شود.

•     هر چقدر نقطه کانونی روی هدف کوچکتر باشد، تصویر پرتونگاری به دست آمده روشنتر خواهد بود. در هر حال آن مقدار از گرمایش آندی که به وجود می آید مانع استفاده از نقطه کانونی بسیار کوچک خواهد شد. طراحی آند و هدف بر مبنای شرایط بهینه ای از عمر طولانی هدف و پرتونگاری بیشینه صورت می گیرد.

•     در بسیاری از طراحیهای لامپ اشعه ایکس صفحه آند را نسبت به باریکه الکترون شیبدار می سازند. باریکه الکترونی طوری متمرکز می شود که نقطه کانونی مربع کوچکی بر روی صفحه عمود بر باریکه الکترونی به وجود می آورد. درحالی که این نقطه کانونی به صورت دراز و باریک بر روی صفحه شیبدار هدف به وجود می آید.


پارامترهای فیزیکی کنترل کننده باریکه:

متغیر های مهم لامپ اشعه ایکس که مکانیزم عمل و کنترل باریکه حاصل را سبب می شوند، عبارتند از:
•     جریان الکتریکی رشته:
تغییر در جریان رشته سبب تغییر در دمای رشته می شود و تغییر در آهنگ گسیل گرما یونی الکترونها را به دنبال دارد.

     ولتاژ لامپ:
افزایش در ولتاژ لوله و اختلاف پتاسیل الکتریکی بین کاتد و آند ، انرژی باریکه الکترونی و در نتیجه انرژی و توان نفوذ اشعه ایکس تولید شده را افزایش خواهد داد.

     جریان الکتریکی لامپ:


جریان لامپ برابر مقدار شارش الکترونی بین کاتد و آند است و مستقیماً به دمای رشته مربوط می شود (از جریان لامپ معمولا به عنوان میلی آمپراژ لامپ یاد می کنند). شدت باریکه اشعه تولید شده به وسیله لامپ تقریبا متناسب با میلی آمپراژ لامپ است.

 

 


طیف اشعه ایکس:

اشعه تولید شده به وسیله لامپ اشعه ایکس یک طول موج ندارد. بلکه شامل گستره ای از طول موج هاست. پرتوهای ایکس به وسیله دو نوع فرایند تولید می شوند:
• شتاب منفی الکترون ها در موقع برخورد با انتهای ماده هدف پرتوهای ایکس با طول موج های متفاوت تولید می کند. این پرتو "سفید" یا نوار پیوسته فرکانس ها در طیف اشعه ایکس را به عنوان تابش ترمزی می شناسند.

• برخورد الکترون با اتم هدف موجب جابه جایی الکترون مداری در اتم هدف و راندن آن به حالت پرانرژی تری می شود. این عمل را برانگیزش می نامند.
هنگامی که الکترون مداری پرانرژی به موقعیت مداری نخستین خود برمی گردد، رها شدن انرژی به صورت 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 وجوددارد. طول موج پرتو تولید شده به وسیله لامپ اشعه ایکس ، حدپایینی دارد که باولتاژ لامپ نسبت عکس دارد. کمترین طول موج برحسب نانومتر (nm) از رابطه زیر به دست می آید. که در آن V ولتاژ لامپ می باشد. λmin=1239.5/V
پرتو حد پایینی طول موج طیف ، بیشترین اهمیت را در پرتو نگاری دارد. زیرا توانایی نفوذ آن بیشتر است.



مشخصه های بارز اشعه ایکس:

• بزرگی جریان لامپ بر پخش طول موج اشعه ایکس تولید شده تاثیر ندارد. اما بر روی شدت پرتو موثر است.

• طول موج اشعه ایکس یااشعه گاما بسیار مهم است. با کاهش طول موج ، نفوذپذیری پرتو به درون محیط افزایش می یابد. 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 200 کیلوولتی به درون فولادی به ضخامت حدود 25mm نفوذ می کند.

• اگر ولتاژ لامپ به 1Mv افزایش یابد، پرتو به درون فولادی به ضخامت حدود 130mm نفوذ خواهد کرد.

• حد بالای عملی برای لامپ های اشعه ایکس رایج در حدود 1000 Kv است و این امر سبب تولید اشعه ایکس با کوتاهترین طول موج می شود. این پرتو انرژیفوتونی تقریبا برابر 1Mev دارد.

• پرتو ایکس با انرژی فوتونی تا 30Mev را با استفاده از الکترونهای پرانرژی (الکترونهای سریع) بوجود آمده به وسیله مولد واندوگراف شتابدهنده خطی یا چشمه بتاترون می توان تولید کرد.




نفوذپذیری اشعه ایکس:

نفوذپذیری پرتوهای ایکس تولید شده از پرتوهای گاما کمتر بوده اما برای پرتوهای ایکس تولید شده در لامپهای اشعه ایکس به وسیله چشمه های پرانرژی در خصوص فولاد نیز دیده می شود. باید توجه کرد که بیشترین ضخامتهای استفاده از زمانهای پرتودهی چند دقیقه ای و فیلمی با سرعت متوسط می توان مورد بررسی قرار داد. مقاطع ضعیفتر را با استفاده از زمانهای پرتودهی طولانی و فیلمی با سرعت زیاد می توان بازرسی کرد.



نحوه تولید اشعه ایکس :

پرتوهای ایکس را به وسیله بمباران هدفی فلزی با باریکه ای از الکترونهای سریع تولید می کنند. قطعات اصلی لامپ اشعه ایکس شامل کاتد برای گسیل الکترونها و آند به عنوان هدف می باشد که هر دو درون لامپ خلا جای گرفته اند. با توجه به میزان نفوذ اشعه ایکس و فرکانس مربوطه اش از لامپ های اشعه ایکس متنوعی در کارهای تحقیقاتی ، پزشکی ، صنعت و ... استفاده می کنند.

نویسنده : حمید رضا قنواتی ; ساعت ۱٢:۱۳ ‎ب.ظ ; پنجشنبه ٢۱ خرداد ۱۳۸۸
comment نظرات () لینک


انواع کد های جدید جاوا تغییر شکل موس