113. Характеристическое рентгеновское излучение и его спектр.

Характеристическим является рентгеновское излучение, возникающее вследствие того, что ускоренные электроны проникают вглубь атомов и выбивают из внутренних слоев электроны, при этом, на свободные места переходят электроны с верхних уровней, высвечивая фотоны характеристического излучения.

Характеристическое рентгеновское излучение, в отличие от тормозного, имеет в своём спектре особенности в виде характерных всплесков на определённых длинах волн.

Как правило, это происходит при увеличении напряжения на рентгеновской трубке: электроны получают большую энергию и могут проникать во внутренние орбиты атома и выбивать из них электроны. Поскольку электронные орбиты имеют строгую «комплектацию», то вакантное место заполняют электроны с более высоких орбит. Такой переход обязательно сопровождается дополнительным излучением, который складывается с тормозным и имеет вид, представленный на рисунке.

В отличие от оптических спектров характеристические рентгеновские спектры разных атомов однотипны. Это связано с тем, что внутренние слои у разных атомов одинаковы и отличаются лишь энергетически. Это приводит к тому, что характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра. Эта закономерность известна как закон Мозли:

 = A (Z – B)

где  - частота спектральной линии Z – атомный номер A и B – постоянные.

Кроме этого, характеристический рентгеновский спектр атома не зависит от химического соединения, в которое этот атом входит, поэтому его и назвали характеристическим.

114. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом.

В зависимости от соотношения энергии  фотона и энергии ионизации А, имеют место три

главных процесса взаимодействия: когерентное, некогерентное рассеяние и фотоэффект.

1. Когерентное (классическое) рассеяние – характеризуется небольшой энергией взаимодействия, энергия фотона меньше энергии ионизации (h<А_И). Отражаясь от атомов, рентгеновские лучи могут интерферировать и давать информацию о молекулярном строении веществ.

2. НЕКОГЕРЕНТНОЕ РАССЕЯНИЕ (ЭФФЕКТ КОМПТОНА) – рассеяние с изменением (увеличением) длины волны. Энергия фотона больше энергии ионизации (h>А_И). При взаимодействии с атомами энергия рентгеновского фотона расходуется на 1) образование нового рассеянного фотона с энергией h¹, на отрыв электрона от атома (работа ионизации А_И) и сообщение электрону кинетической энергии Е_К = (m_ev²/2). Таким образом : h = h¹ + А_И +Е_К.

3 фотоэффект –характеризуется поглощением кванта, в результате чего может произойти отрыв электрона (т.е. ионизация). Если энергии кванта не достаточно для фотоионизации, то фотоэффект проявится в возбуждении атома.

Перечисленные процессы являются первичными и могут иметь вторичные, третичные и т.д. эффекты.

В

Ф = Ф₀ e^-x, где Ф – поток излучения после прохождения слоя вещества тощиной х; Ф₀ – падающий

результате перечисленных процессов пучок рентгеновского излучения ослабляется по закону:,

 –линейный коэффициент ослабления (зависит от энергии фотона и плотности вещества).

Линейный коэффициент ослабления можно представить, состоящим из трех слагаемых, соответсвующих когерентному рассеянию _к, некогерентному рассеянию_нк и фотоэффекту _ф:

 = _к + _нк + _ф

Линейный коэффициент ослабления зависит от плотности вещества, поэтому чаще применяется массовый коэффициент ослабления, который находят как

_m =  / , где  – плотность вещества; Известно, что _m = k ³Z³,

где Z – порядковый номер атома вещества; k – коэффициент пропорциональности.

Способность вещества взаимодействовать с рентгеновским излучением выражается эмпирическим числом – слоем половинного ослабления – т.е. значением толщины слоя материала, проходя через который поток излучения уменьшается в 2 раза.

Ф₀

Ф₀/2

Х

Одно из наиболее важных применений рентгеновского излучения является рентгенодиагностика. Для диагностики используют фотоны с энергией 60 - 120 кэВ. Рентгенодиагностику используют в виде рентгеноскопию - когда изображение получают на экране и рентгенографии - когда изображение фиксируют на фотопленке. Если исследуемый орган и окружающие ткани примерно одинаково ослабляют рентгеновское излучение, то применяют специальные контрастные вещества.