5. Рентген сәулелерінің затпен әсерлескенде болатын құбылыстар.

Рентген сәулелерін тіркеу және қолдану, оның биологиялық объектілерге әсері рентген фотондарының заттың атомдары және молекулаларымен әсерлесу кезінде жүретін бірінші ретті физикалық процестермен байланысты.

Р ентген фотонының энергиясы (hν) мен заттың ионизациялану энергиясының (Е_и) арасындағы қатынасқа байланысты рентген сәулесінің затпен әсерлесуінің үш түрі бар:

1. когерентті (классикалық) шашырау,

2. фотоэффект,

3. когерентті емес шашырау (Комптон эффект).

А ) Когерентті шашырау (сурет 8) жүреді, егер затқа түсуші рентген фотонының энергиясы (hν₁) заттың ионизациялану энергиясынан (электроннның заттан шығу энергиясынан) Е_и кіші болса, яғни hν₁<Е_и болса. Бұл жағдайда рентген фотоны заттың валенттік электронымен кездесіп, оған өзінің энергиясын толығымен береді де, оны қоздырады, нәтижесінде электрон ядродан алысырақ орбитаға өтеді. Электрон қозу орбитасында ұзақ бола алмайды, ол 10^-10 секундтан соң бұрынғы қалыпты (бұрынғы) орбитасына қайтып келеді де, өзінің артық энергиясын рентген диапазонындағы электромагниттік толқын ретінде шығарады. Бұл фотонның энергиясы (hν₂) электронның жұтқан энергиясына тең, бірақ таралу бағыты басқа болуы мүмкін, сондықтан бұл құбылыс шашырау деп аталады. Когерентті деп аталуы затқа түскен бірінші реттік және одан шыққан екінші реттік фотондардың жиілігі (толқын ұзындығы) бірдей болатындықтан:

hν_{2 =} hν₁ немесе ν_{2 =} ν₁ немесе λ₂ = λ₁

Сонымен когерентті шашырау кезінде затта өзгеріс болмайды, ал рентген сәулесі өзінің таралу бағытын өзгертеді.

Б) Фотоэффект (сурет 9) жүреді, егер затқа түсуші рентген фотонының энергиясы заттың ионизациялану энергиясына (электроннның заттан шығу энергиясына) Е_и тең не үлкен болса, яғни hν₁ ≥ Е_и болса.

Рентген сәулесінің фотоны заттың валенттік электронымен әсерлесіп, оған өзінің энергиясын толығымен береді. Электрон қабылдаған энергиясының бір бөлігін заттан шығу жұмысына жұмсап, нәтижесінде өзінің затын тастап, бос электронға айналады. Электронның қалған энергиясы оның кинетикалық энергиясына айналады. Фотоэффект кезінде мына теңдік орындалады:

hν₁ = Е_и+ mυ²/2.

Сонымен фоттоэффект нәтижесінде зат оң ионға айналады, бос электрон пайда болады, ал ретген фотоны жойылып кетеді.

В ) Когерентті емес шашырау (Комптон эффект, сурет 10) жүреді, егер hν₁ >> Е_и болса. Бұл жағдайда электронға берілген фотон энергиясының бір бөлігі электронның заттан шығу жұмысын атқаруына, екінші бөлігі бос электронға кинетикалық энергия, үшінші бөлігі екінші реттік электромагниттік толқынның пайда болуына жұмсалады.

Екінші реттік фотон кезкелген бағытта шашырай алады. Комптон эффект кезінде мына теңдік орындалады:

hν₁= Е_и+ mυ²/2+ hν₂.

Бұдан, екінші реттік фотонның энергиясы hν₂ бірінші реттік фотон энергиясынан hν₁ кіші болатындығы көрінеді. Ендеше ν₂<ν₁ немесе λ₂>λ₁, сондықтан бұл құбылыс когерентті емес деп аталады. Мұндай әсерлесу нәтижесінде зат оң ионға айналады, бос электрон пайда болады және заттың басқа атомдарымен, молекулаларымен әсерлесе алатын екінші реттік фотон пайда болады.

Рентген (иондаушы) сәулелерінің затпен әсерлесуі кезінде болатын, жоғарыда қарастырылған физикалық құбылыстар бірінші реттік процестер болып табылады. Олар келесі екінші, үшінші,… және тағы басқа құбылыстардың жүруіне әкеледі. 11-суретте рентген сәулелерінің затпен әсерлесуі кезінде мүмкін болатын процестер тізбегі көрсетілген. Рентген сәулелерінің затпен әсерлесуі кезінде байқалатын құбылыстардың негізіне жататын процестерге тоқталайық:

1 ) Рентгенолюминесценция — рентген сәулелерінің әсерінен кейбір заттардың жарық шығаруы, осы құбылыс Рентгенге сәулені ашуға мүмкіндік берді. Бұл құбылыс рентген сәулелерін бақылау үшін (рентгеноскопия) қолданылатын арнаулы жарықтанатын экран жасау үшін, кейде рентген сәулелерінің фотопластиналарға әсерін күшейту үшін қолданылады.

2) Рентген сәулелерінің химиялық әсерлері, мысалы суда сутегінің асқан тотығын тудырады. Сәулені тіркеу үшін қолданылатын, рентген сәулелерінің фотопластинаға әсері –көрнекті маңызды мысал.

3) Рентген сәулелерінің иондаушы әсері ортаның сәулелену нәтижесінде электр өткізгіштігінің артуына әкеледі. Рентген сәулелерінің бұл қасиеті осы сәуленің әсерін бағалау үшін дозиметрияда қолданылады.