No Image

Что нам известно о рентгеновском излучении?

СОДЕРЖАНИЕ
0
09 января 2021
array(3) {
  [0]=>
  array(50) {
    [0]=>
    string(113) "9a58a06b8d87ad58fc686f226f4db67d.jpg"
    [1]=>
    string(113) "6d08309604887259544b43833c4d22f0.jpg"
    [2]=>
    string(115) "8d9736a63f068fa4246db6ec709f0f19.jpeg"
    [3]=>
    string(113) "0609c3cbe8817ee40985a0d930b08d68.png"
    [4]=>
    string(113) "4e6c618d14014bc67b9ce41e729c8e84.png"
    [5]=>
    string(115) "d1af6538a7605e52f4b393de04c5ec54.jpeg"
    [6]=>
    string(115) "804e69e50e23500b043cbfd4db7e49c5.jpeg"
    [7]=>
    string(113) "69f2ea125d3df1e64a6116c5c20ac0e1.png"
    [8]=>
    string(115) "c44848af8b9a14a32fbc445f15440e05.jpeg"
    [9]=>
    string(115) "1210b8383fac732effe786b5e4e60259.jpeg"
    [10]=>
    string(115) "0bae17154e604af7646d76e2bd7bc6ab.jpeg"
    [11]=>
    string(115) "bc1773321425defd7daff94f2bca411c.jpeg"
    [12]=>
    string(115) "135589771ceabeac0a9ec5c6c05b30e1.jpeg"
    [13]=>
    string(113) "846163e1272c1dc07bc41dbc30a19da8.png"
    [14]=>
    string(113) "7253ddbb786b30091ffc397003d42fd1.png"
    [15]=>
    string(115) "dec9c8b69e278f7ac46d6ce6bb9cbb8d.jpeg"
    [16]=>
    string(115) "d0864be8385740daa715e6626872526f.jpeg"
    [17]=>
    string(115) "52833d29fb619eb1332334abc2ceaf7e.jpeg"
    [18]=>
    string(113) "18fd829caa9c4d228305f5f2342fdebc.png"
    [19]=>
    string(115) "19ad5c4378eddc53b8f347ebc694452f.jpeg"
    [20]=>
    string(115) "6d4a7d6c93142766ab71a1dce389fe73.jpeg"
    [21]=>
    string(113) "34b1e60677b2102e136bd58bc7803a1c.png"
    [22]=>
    string(113) "26b225449ec104f319c6637a7ec17df4.png"
    [23]=>
    string(115) "43610ddf0838bd55c059345ce223d76e.jpeg"
    [24]=>
    string(113) "8724d8b97c29aca3d225eec0223ff52b.png"
    [25]=>
    string(113) "e58a4d3b2ac4d87fa9a0bcfd856b7f53.png"
    [26]=>
    string(115) "91f6ef52c24df4c89bf74ab0829919f3.jpeg"
    [27]=>
    string(113) "80cae31c7a5a8c6707ab5ca0d4f6c352.png"
    [28]=>
    string(113) "156718b9f7e0a05b197f0d39e7e34378.png"
    [29]=>
    string(115) "01c488645f91b9d6582a372036733918.jpeg"
    [30]=>
    string(115) "39a701d2976917d5bc0e1a4419cfb92f.jpeg"
    [31]=>
    string(113) "d5a3e3724202280c2f96c1c6ae1cd4a7.png"
    [32]=>
    string(113) "42afed9a8f4b50f55c0fe0d8fb3ff170.png"
    [33]=>
    string(115) "71ded4a6697f7f6489f475e913db1814.jpeg"
    [34]=>
    string(115) "b47f16c17917f246ed79920689c5425a.jpeg"
    [35]=>
    string(115) "c42b1b9df601cac5723d8acac85efdea.jpeg"
    [36]=>
    string(113) "e35478e6a69709451875e6a1d912368b.png"
    [37]=>
    string(113) "a347b5a1a20f733ec075f526234214ab.png"
    [38]=>
    string(115) "4601810a5620d46c2e39f2c248da575d.jpeg"
    [39]=>
    string(115) "7d337e015c348acbc7ad120491bc11b1.jpeg"
    [40]=>
    string(115) "dc0cbf79aa2da180660d1b5ae5e19541.jpeg"
    [41]=>
    string(113) "7a20b4affbf7e0275c87952163e86b0c.png"
    [42]=>
    string(115) "cca365dd4bf2e0b5a9551080acb7c38e.jpeg"
    [43]=>
    string(113) "7fa261a1d50475e6e6d5f26678913fa1.png"
    [44]=>
    string(115) "07750a37997dfaf448a7169fc68e72ff.jpeg"
    [45]=>
    string(115) "153338f5227965ad211110ae6d8016f2.jpeg"
    [46]=>
    string(115) "79a333a06d76dd5c6479b4b5fb5343ee.jpeg"
    [47]=>
    string(115) "9d6fc1c110fa86510fcdc037c56ca9fa.jpeg"
    [48]=>
    string(113) "c8dddca38013c47a8ede2e671fb9248a.png"
    [49]=>
    string(113) "6ef7149cdafe66a1f74388896c8903e5.png"
  }
  [1]=>
  array(50) {
    [0]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/9/a/5/9a58a06b8d87ad58fc686f226f4db67d.jpg"
    [1]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/6/d/0/6d08309604887259544b43833c4d22f0.jpg"
    [2]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/8/d/9/8d9736a63f068fa4246db6ec709f0f19.jpeg"
    [3]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/0/6/0/0609c3cbe8817ee40985a0d930b08d68.png"
    [4]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/4/e/6/4e6c618d14014bc67b9ce41e729c8e84.png"
    [5]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/d/1/a/d1af6538a7605e52f4b393de04c5ec54.jpeg"
    [6]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/8/0/4/804e69e50e23500b043cbfd4db7e49c5.jpeg"
    [7]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/6/9/f/69f2ea125d3df1e64a6116c5c20ac0e1.png"
    [8]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/c/4/4/c44848af8b9a14a32fbc445f15440e05.jpeg"
    [9]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/1/2/1/1210b8383fac732effe786b5e4e60259.jpeg"
    [10]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/0/b/a/0bae17154e604af7646d76e2bd7bc6ab.jpeg"
    [11]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/b/c/1/bc1773321425defd7daff94f2bca411c.jpeg"
    [12]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/1/3/5/135589771ceabeac0a9ec5c6c05b30e1.jpeg"
    [13]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/8/4/6/846163e1272c1dc07bc41dbc30a19da8.png"
    [14]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/7/2/5/7253ddbb786b30091ffc397003d42fd1.png"
    [15]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/d/e/c/dec9c8b69e278f7ac46d6ce6bb9cbb8d.jpeg"
    [16]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/d/0/8/d0864be8385740daa715e6626872526f.jpeg"
    [17]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/5/2/8/52833d29fb619eb1332334abc2ceaf7e.jpeg"
    [18]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/1/8/f/18fd829caa9c4d228305f5f2342fdebc.png"
    [19]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/1/9/a/19ad5c4378eddc53b8f347ebc694452f.jpeg"
    [20]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/6/d/4/6d4a7d6c93142766ab71a1dce389fe73.jpeg"
    [21]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/3/4/b/34b1e60677b2102e136bd58bc7803a1c.png"
    [22]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/2/6/b/26b225449ec104f319c6637a7ec17df4.png"
    [23]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/4/3/6/43610ddf0838bd55c059345ce223d76e.jpeg"
    [24]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/8/7/2/8724d8b97c29aca3d225eec0223ff52b.png"
    [25]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/e/5/8/e58a4d3b2ac4d87fa9a0bcfd856b7f53.png"
    [26]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/9/1/f/91f6ef52c24df4c89bf74ab0829919f3.jpeg"
    [27]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/8/0/c/80cae31c7a5a8c6707ab5ca0d4f6c352.png"
    [28]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/1/5/6/156718b9f7e0a05b197f0d39e7e34378.png"
    [29]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/0/1/c/01c488645f91b9d6582a372036733918.jpeg"
    [30]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/3/9/a/39a701d2976917d5bc0e1a4419cfb92f.jpeg"
    [31]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/d/5/a/d5a3e3724202280c2f96c1c6ae1cd4a7.png"
    [32]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/4/2/a/42afed9a8f4b50f55c0fe0d8fb3ff170.png"
    [33]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/7/1/d/71ded4a6697f7f6489f475e913db1814.jpeg"
    [34]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/b/4/7/b47f16c17917f246ed79920689c5425a.jpeg"
    [35]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/c/4/2/c42b1b9df601cac5723d8acac85efdea.jpeg"
    [36]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/e/3/5/e35478e6a69709451875e6a1d912368b.png"
    [37]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/a/3/4/a347b5a1a20f733ec075f526234214ab.png"
    [38]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/4/6/0/4601810a5620d46c2e39f2c248da575d.jpeg"
    [39]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/7/d/3/7d337e015c348acbc7ad120491bc11b1.jpeg"
    [40]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/d/c/0/dc0cbf79aa2da180660d1b5ae5e19541.jpeg"
    [41]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/7/a/2/7a20b4affbf7e0275c87952163e86b0c.png"
    [42]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/c/c/a/cca365dd4bf2e0b5a9551080acb7c38e.jpeg"
    [43]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/7/f/a/7fa261a1d50475e6e6d5f26678913fa1.png"
    [44]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/0/7/7/07750a37997dfaf448a7169fc68e72ff.jpeg"
    [45]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/1/5/3/153338f5227965ad211110ae6d8016f2.jpeg"
    [46]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/7/9/a/79a333a06d76dd5c6479b4b5fb5343ee.jpeg"
    [47]=>
    string(63) "/wp-content/uploads/9/d/6/9d6fc1c110fa86510fcdc037c56ca9fa.jpeg"
    [48]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/c/8/d/c8dddca38013c47a8ede2e671fb9248a.png"
    [49]=>
    string(62) "/wp-content/uploads/6/e/f/6ef7149cdafe66a1f74388896c8903e5.png"
  }
  [2]=>
  array(50) {
    [0]=>
    string(36) "9a58a06b8d87ad58fc686f226f4db67d.jpg"
    [1]=>
    string(36) "6d08309604887259544b43833c4d22f0.jpg"
    [2]=>
    string(37) "8d9736a63f068fa4246db6ec709f0f19.jpeg"
    [3]=>
    string(36) "0609c3cbe8817ee40985a0d930b08d68.png"
    [4]=>
    string(36) "4e6c618d14014bc67b9ce41e729c8e84.png"
    [5]=>
    string(37) "d1af6538a7605e52f4b393de04c5ec54.jpeg"
    [6]=>
    string(37) "804e69e50e23500b043cbfd4db7e49c5.jpeg"
    [7]=>
    string(36) "69f2ea125d3df1e64a6116c5c20ac0e1.png"
    [8]=>
    string(37) "c44848af8b9a14a32fbc445f15440e05.jpeg"
    [9]=>
    string(37) "1210b8383fac732effe786b5e4e60259.jpeg"
    [10]=>
    string(37) "0bae17154e604af7646d76e2bd7bc6ab.jpeg"
    [11]=>
    string(37) "bc1773321425defd7daff94f2bca411c.jpeg"
    [12]=>
    string(37) "135589771ceabeac0a9ec5c6c05b30e1.jpeg"
    [13]=>
    string(36) "846163e1272c1dc07bc41dbc30a19da8.png"
    [14]=>
    string(36) "7253ddbb786b30091ffc397003d42fd1.png"
    [15]=>
    string(37) "dec9c8b69e278f7ac46d6ce6bb9cbb8d.jpeg"
    [16]=>
    string(37) "d0864be8385740daa715e6626872526f.jpeg"
    [17]=>
    string(37) "52833d29fb619eb1332334abc2ceaf7e.jpeg"
    [18]=>
    string(36) "18fd829caa9c4d228305f5f2342fdebc.png"
    [19]=>
    string(37) "19ad5c4378eddc53b8f347ebc694452f.jpeg"
    [20]=>
    string(37) "6d4a7d6c93142766ab71a1dce389fe73.jpeg"
    [21]=>
    string(36) "34b1e60677b2102e136bd58bc7803a1c.png"
    [22]=>
    string(36) "26b225449ec104f319c6637a7ec17df4.png"
    [23]=>
    string(37) "43610ddf0838bd55c059345ce223d76e.jpeg"
    [24]=>
    string(36) "8724d8b97c29aca3d225eec0223ff52b.png"
    [25]=>
    string(36) "e58a4d3b2ac4d87fa9a0bcfd856b7f53.png"
    [26]=>
    string(37) "91f6ef52c24df4c89bf74ab0829919f3.jpeg"
    [27]=>
    string(36) "80cae31c7a5a8c6707ab5ca0d4f6c352.png"
    [28]=>
    string(36) "156718b9f7e0a05b197f0d39e7e34378.png"
    [29]=>
    string(37) "01c488645f91b9d6582a372036733918.jpeg"
    [30]=>
    string(37) "39a701d2976917d5bc0e1a4419cfb92f.jpeg"
    [31]=>
    string(36) "d5a3e3724202280c2f96c1c6ae1cd4a7.png"
    [32]=>
    string(36) "42afed9a8f4b50f55c0fe0d8fb3ff170.png"
    [33]=>
    string(37) "71ded4a6697f7f6489f475e913db1814.jpeg"
    [34]=>
    string(37) "b47f16c17917f246ed79920689c5425a.jpeg"
    [35]=>
    string(37) "c42b1b9df601cac5723d8acac85efdea.jpeg"
    [36]=>
    string(36) "e35478e6a69709451875e6a1d912368b.png"
    [37]=>
    string(36) "a347b5a1a20f733ec075f526234214ab.png"
    [38]=>
    string(37) "4601810a5620d46c2e39f2c248da575d.jpeg"
    [39]=>
    string(37) "7d337e015c348acbc7ad120491bc11b1.jpeg"
    [40]=>
    string(37) "dc0cbf79aa2da180660d1b5ae5e19541.jpeg"
    [41]=>
    string(36) "7a20b4affbf7e0275c87952163e86b0c.png"
    [42]=>
    string(37) "cca365dd4bf2e0b5a9551080acb7c38e.jpeg"
    [43]=>
    string(36) "7fa261a1d50475e6e6d5f26678913fa1.png"
    [44]=>
    string(37) "07750a37997dfaf448a7169fc68e72ff.jpeg"
    [45]=>
    string(37) "153338f5227965ad211110ae6d8016f2.jpeg"
    [46]=>
    string(37) "79a333a06d76dd5c6479b4b5fb5343ee.jpeg"
    [47]=>
    string(37) "9d6fc1c110fa86510fcdc037c56ca9fa.jpeg"
    [48]=>
    string(36) "c8dddca38013c47a8ede2e671fb9248a.png"
    [49]=>
    string(36) "6ef7149cdafe66a1f74388896c8903e5.png"
  }
}

Лабораторные источники

Рентгеновские трубки

Основная статья: Рентгеновская трубка


Схематическое изображение рентгеновской трубки. X — рентгеновские лучи, K — катод, А — анод (иногда называемый антикатодом), С — теплоотвод, Uh — напряжение накала катода, Ua — ускоряющее напряжение, Win — впуск водяного охлаждения, Wout — выпуск водяного охлаждения

Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов или молекул. Оба эффекта используются в рентгеновских трубках. Основными конструктивными элементами таких трубок являются металлические катод и анод (ранее называвшийся также антикатодом). В рентгеновских трубках электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом (при этом рентгеновские лучи не испускаются, так как ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом за счёт тормозного излучения происходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутренних электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. При этом испускается рентгеновское излучение с характерным для материала анода спектром энергий (характеристическое излучение, частоты определяются законом Мозли: ν=A(Z−B),{\displaystyle {\sqrt {\nu }}=A(Z-B),} где Z — атомный номер элемента анода, A и B — константы для определённого значения главного квантового числа n электронной оболочки). В настоящее время аноды изготавливаются главным образом из керамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, — из молибдена или меди.


Трубка Крукса.

В процессе ускорения-торможения лишь около 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99 % энергии превращается в тепло.

Ускорители частиц

Рентгеновское излучение можно получать также и на ускорителях заряженных частиц. Так называемое синхротронное излучение возникает при отклонении пучка частиц в магнитном поле, в результате чего они испытывают ускорение в направлении, перпендикулярном их движению. Синхротронное излучение имеет сплошной спектр с верхней границей. При соответствующим образом выбранных параметрах (величина магнитного поля и энергия частиц) в спектре синхротронного излучения можно получить и рентгеновские лучи.

Длины волн спектральных линий K-серий (нм) для ряда анодных материалов.,

Kα₁ Kα₂ Kβ₁ Kβ₂
Fe 0,193735 0,193604 0,193998 0,17566 0,17442
Cu 0,154184 0,154056 0,154439 0,139222 0,138109
Ag 0,0560834 0,0559363 0,0563775
Cr 0,2291 0,22897 0,229361
Co 0,179026 0,178897 0,179285
Mo 0,071073 0,07093 0,071359
W 0,0210599 0,0208992 0,0213813
Zr 0,078593 0,079015 0,070173 0,068993
Ni 0,165791 0,166175 0,15001 0,14886

Рентген позволяет узнать структуру вещества

Рентгеновская кристаллография — это научное направление, связанное с выявлением структуры вещества на атомном и молекулярном уровнях. Отличительная черта кристаллических тел — многократное упорядоченное повторение в пространственной структуре одних и тех же элементов (ячеек), состоящих из определенного набора атомов, молекул или ионов.

Основной метод исследований заключается в воздействии на кристаллический образец узкого пучка рентгеновских лучей с помощью рентгеновской камеры. Полученная фотография показывает картину дифрагированных рентгеновских лучей, проходящих через кристалл, по которой ученые могут затем визуально отобразить его пространственную структуру, называемую кристаллической решеткой. Различные способы осуществления данного метода получили название рентгеноструктурного анализа.

Фотография дифракционной картины ДНК в ее так называемой B-конфигурации

Некоторые молекулярные биологи предсказывают, что в визуализации наиболее крупных и сложных молекул рентгеновскую кристаллографию может заменить новый метод — криогенная электронная микроскопия.

Одним из новейших инструментов химического анализа стал пленочный сканер Хендерсона, который он использовал в своей новаторской работе в области криогенной электронной микроскопии. Однако этот метод пока остается довольно дорогим и поэтому вряд ли в ближайшее время полностью вытеснит рентгеновскую кристаллографию.

Сравнительно новое направление исследований и технических приложений, связанное с использованием рентгеновских лучей, — рентгеновская микроскопия. Она предназначена для получения увеличенного изображения исследуемого объекта в реальном пространстве в двух или трех измерениях с использованием элементов фокусирующей оптики.

Дифракционный предел пространственного разрешения в рентгеновской микроскопии за счет малой длины волны используемого излучения примерно в 1000 раз лучше, чем соответствующее значение для оптического микроскопа. Кроме того, проникающая способность рентгеновского излучения позволяет изучать внутреннее строение образцов, совершенно непрозрачных для видимого света.

И хотя электронная микроскопия обладает преимуществом несколько более высокого пространственного разрешения, она не является неразрушающим методом исследования, поскольку для нее требуются вакуум и образцы с металлическими или металлизированными поверхностями, что совершенно губительно, например, для биологических объектов.

Синтетическая зубная эмаль

Пока одни ученые работают над регенерацией зубов, в Китае создали искусственную зубную эмаль, которую можно наносить на лишенный натуральной эмали участок зуба.

Синтетическая эмаль, которую создала группа ученых из Чжэцзянского университета (Zhejiang University) под руководством доктора Чжаомина Лю (Zhaoming Liu), идентична натуральной. Она полностью имитирует ее естественную сложную структуру. Ученые смогли синтезировать кластеры главного компонента эмали – фосфата кальция.

Они получились небольшими: диаметром всего в полтора нанометра. Столь малые размеры обеспечивают чрезвычайно плотную упаковку кластеров в структуры, подобные натуральной зубной эмали. В предыдущих экспериментах этого достичь не удалось. На помощь ученым пришел триэтиламин, посредством которого удалось замедлить слипание растущих кластеров.

Синтетическая зубная эмаль / stomatologclub.ru

Лабораторные опыты показали, что искусственная эмаль может прочно закрепляться на кристаллах гидроксиапатита – основной минеральной составляющей костей и зубов – и формировать на них прочную пленку.

Взаимодействие рентгеновских лучей с кристаллами

При рентгенографическом исследовании материалов с кристаллической структурой анализируют интерференционные картины, возникающие в результате рассеяния рентгеновских лучей электронами, принадлежащими атомам кристаллической решетки. Атомы считаются неподвижными, их тепловые колебания не учитываются и все электроны одного и того же атом считаются сосредоточенными в одной точке – узле кристаллической решетки.

Для вывода основных уравнений дифракции рентгеновских лучей в кристалле рассматривается интерференция лучей, рассеянных атомами, расположенными вдоль прямой в кристаллической решетке. На эти атомы под углом, косинус которого равен a0 , падает плоская волна монохроматического рентгеновского излучения. Законы интерференции лучей, рассеянных атомами, аналогичны существующим для дифракционной решетки, рассеивающей световое излучение в видимом диапазоне длин волн. Чтобы на большом расстоянии от атомного ряда амплитуды всех колебаний складывались, необходимо и достаточно, чтобы разность хода лучей, идущих от каждой пары соседних атомов, содержала целое число длин волн. При расстоянии между атомами а это условие имеет вид:

а(aa0) = hl,

где a – косинус угла между атомным рядом и отклоненным лучом, h – целое число. Во всех направлениях, не удовлетворяющих этому уравнению, лучи не распространяются. Таким образом, рассеянные лучи образуют систему коаксиальных конусов, общей осью которых является атомный ряд. Следы конусов на плоскости, параллельной атомному ряду, – гиперболы, а на плоскости, перпендикулярной ряду, – круги.

При падении лучей под постоянным углом полихроматическое (белое) излучение разлагается в спектр лучей, отклоненных под фиксированными углами. Таким образом, атомный ряд является спектрографом для рентгеновского излучения.

Обобщение на двумерную (плоскую) атомную решетку, а затем на трехмерную объемную (пространственную) кристаллическую решетку дает еще два аналогичных уравнения, в которые входят углы падения и отражения рентгеновского излучения и расстояния между атомами по трем направлениям. Эти уравнения называются уравнениями Лауэ и лежат в основе рентгеноструктурного анализа.

Амплитуды лучей, отраженных от параллельных атомных плоскостей складываются и т.к. количество атомов очень велико, отраженное излучение можно зафиксировать экспериментально. Условие отражения описывается уравнением Вульфа – Брэгга2d sinq = nl, где d – расстояние между соседними атомными плоскостями, q – угол скольжения между направлением падающего луча и этими плоскостями в кристалле, l – длина волны рентгеновского излучения, n – целое число, названное порядком отражения. Угол q является углом падения по отношению именно к атомным плоскостям, которые не обязательно совпадают по направлению с поверхностью исследуемого образца.

Разработано несколько методов рентгеноструктурного анализа, использующих как излучение со сплошным спектром, так и монохроматическое излучение. Исследуемый объект при этом может быть неподвижным или вращающимся, может состоять из одного кристалла (монокристалл) или многих (поликристалл), дифрагированное излучение может регистрироваться с помощью плоской или цилиндрической рентгеновской пленки или перемещающегося по окружности детектора рентгеновского излучения, однако во всех случаях при проведении эксперимента и интерпретации результатов используется уравнение Вульфа – Брэгга.

Рентгеновская астрономия

На Земле мы довольно редко сталкиваемся с рентгеновским излучением, однако оно достаточно часто обнаруживается в космосе. Там оно возникает естественным путем в силу активности многих космических объектов. Благодаря этому стала возможна рентгеновская астрономия. Энергия рентгеновских фотонов гораздо больше, нежели оптических, поэтому в рентгеновском диапазоне излучает вещество, нагретое до чрезвычайно высоких температур.

Источниками рентгеновского излучения являются черные дыры, нейтронные звезды, квазары. Благодаря рентгеновской астрономии появилась возможность отличать черные дыры от нейтронных звезд, были обнаружены пузыри Ферми, удалось запечатлеть процесс разрушения обычной звезды, приблизившейся к черной дыре.

Один из первых рентгеновских источников на небе — Лебедь Х-1 — был открыт в 1964 году, и сегодня большинство ученых уверены, что это черная дыра массой около 15 солнечных масс // NASA

Эти космические источники рентгеновского излучения не являются для нас заметной частью естественного радиационного фона и поэтому никак не угрожают людям. Исключением может стать только такой источник жесткого электромагнитного излучения, как вспышка сверхновой звезды, произошедшая достаточно близко от Солнечной системы.

Применение рентгеновских лучей в медицине

Если на заре использования рентгеновских лучей врачи в основном занимались определением переломов, то из года в год исследуемые заболевания становились все разнообразнее. Сегодня облучение рентгеном помогает не только обнаружить любую проблему, связанную с проблемами внутренних органов (этим занимается рентгенодиагностика), но и позволяет лечить серьезнейшие недуги, в частности – некоторые злокачественные новообразования (тут на помощь приходит рентгенотерапия).

В первом случае используются новейшие инновационные технологии типа обычной или осевой компьютерной томографии с получением цветных изображений внутренних органов человека в нужных проекциях.

При помощи рентгеновской съемки решаются и такие важные стоматологические проблемы, как обнаружение кариесов и воспалительных процессов в основаниях зубов. При проведении рентгенотерапии облучение лучами служит достижению следующих целей:

  • уничтожению раковых клеток и предотвращению их развития;
  • уменьшению параметров злокачественных новообразований, в частности – их размеров;
  • снятию болевых синдромов.

Кроме того, рентгеновские лучи широко применяются при мониторинге метаболических процессов в организме, а также весьма продуктивно используются в комбинации с физиотерапевтическими процедурами

Правда, здесь необходимо соблюдать одно важное правило: не использовать эти две манипуляции в один и тот же день, в противном случае облучающая нагрузка на систему кроветворения может стать непомерно высокой. Единственной безопасной процедурой в день, когда проводится рентген – исследование, является ингаляция

На сегодняшний день рентгеновские лучи применяются во многих отраслях науки и техники.

История открытия

Сделанная В. К. Рентгеном фотография (рентгенограмма) руки Альберта фон Кёлликера.

Рентгеновское излучение было открыто Вильгельмом Конрадом Рентгеном. Изучая экспериментально катодные лучи, 8 ноября 1895 года он заметил, что находившийся вблизи катодно-лучевой трубки картон, покрытый платиносинеродистым барием, начинает светиться в тёмной комнате. В течение нескольких следующих недель он изучил все основные свойства вновь открытого излучения, названного им X-лучами (“икс-лучами”). 22 декабря 1895 года Рентген сделал первое публичное сообщение о своём открытии в Физическом институте Вюрцбургского университета. 28 декабря 1895 года в журнале Вюрцбургского физико-медицинского общества была опубликована статья Рентгена под названием «О новом типе лучей».

Но ещё за 8 лет до этого — в 1887 году Никола Тесла в дневниковых записях зафиксировал результаты исследования рентгеновских лучей и испускаемое ими тормозное излучение, однако ни Тесла, ни его окружение не придали серьёзное значение этим наблюдениям. Кроме этого, уже тогда Тесла предположил опасность длительного воздействия рентгеновских лучей на человеческий организм.

Катодно-лучевая трубка, которую Рентген использовал в своих экспериментах, была разработана Й. Хитторфом и В. Круксом. При работе этой трубки возникают рентгеновские лучи. Это было показано в экспериментах Генриха Герца и его ученика Филиппа Ленарда через почернение фотопластинок. Однако никто из них не осознал значения сделанного ими открытия и не опубликовал своих результатов.

По этой причине Рентген не знал о сделанных до него открытиях и открыл лучи независимо — при наблюдении флюоресценции, возникающей при работе катодно-лучевой трубки. Рентген занимался Х-лучами немногим более года (с 8 ноября 1895 года по март 1897 года) и опубликовал о них три статьи, в которых было исчерпывающее описание новых лучей. Впоследствии сотни работ его последователей, опубликованных затем на протяжении 12 лет, не могли ни прибавить, ни изменить ничего существенного. Рентген, потерявший интерес к Х-лучам, говорил своим коллегам: «Я уже всё написал, не тратьте зря время». Свой вклад в известность Рентгена внесла также знаменитая фотография руки Альберта фон Кёлликера, которую он опубликовал в своей статье (см. изображение справа)

За открытие рентгеновских лучей Рентгену в 1901 году была присуждена первая Нобелевская премия по физике, причём нобелевский комитет подчёркивал практическую важность его открытия. В других странах используется предпочитаемое Рентгеном название — X-лучи, хотя словосочетания, аналогичные русскому, (англ. Roentgen rays и т. п.) также употребляются

В России лучи стали называть «рентгеновскими» по инициативе ученика В. К. Рентгена — Абрама Фёдоровича Иоффе.

Рентгеновское излучение в медицине

Способность рентгеновских лучей просвечивать материальные объекты не только дает людям возможность создавать простые рентгеновские снимки, но и открывает возможности для более продвинутых средств диагностики. К примеру, она лежит в основе метода компьютерной томографии (КТ).

Внутри кольца, в котором лежит пациент, вращаются источник рентгеновских лучей и приемник. Полученные данные о том, как ткани тела поглощают рентгеновские лучи, реконструируются компьютером в 3D-картинку. Метод КТ особенно важен для диагностики инсульта, и хоть он и менее точен, чем магнитно-резонансная томография головного мозга, зато требует гораздо меньше времени.

Сравнительно новое направление, которое развивается сейчас в микробиологии и медицине, — применение мягкого рентгеновского излучения. При просвечивании живого организма оно позволяет получать изображение кровеносных сосудов, подробно изучать структуру мягких тканей и даже проводить микробиологические исследования на клеточном уровне.

Рентгеновский микроскоп, использующий излучение разряда типа пинч в плазме тяжелых элементов, дает возможность увидеть такие детали строения живой клетки, какие не видит электронный микроскоп даже в специально подготовленной клеточной структуре.

Один из видов лучевой терапии, применяемой для лечения злокачественных опухолей, использует жесткое рентгеновское излучение, что становится возможным благодаря его ионизирующему воздействию, разрушающему ткань биологического объекта. В этом случае в качестве источника излучения используется ускоритель электронов.

Открытие Рентгена

С конца XIX века наука начинает играть принципиально новую роль в формировании картины мира. Еще столетие назад деятельность ученых носила любительский и частный характер. Однако к концу XVIII века, в результате научно-технической революции, наука превратилась в систематическую деятельность, в которой каждое открытие становилось возможным благодаря вкладу множества специалистов.

Начали появляться исследовательские институты, периодические научные журналы, возникла конкуренция и борьба за признание авторских прав на научные достижения и технические новшества. Все эти процессы происходили и в Германской империи, где к концу XIX века кайзер поощрял научные достижения, которые повышали престиж страны на мировой арене.

Одним из ученых, увлеченно работавших в этот период, был профессор физики, ректор Вюрцбургского университета Вильгельм Конрад Рентген. 8 ноября 1895 года он задержался в лаборатории допоздна, как часто случалось, и решил провести экспериментальные исследования электрического разряда в стеклянных вакуумных трубках. Он затемнил комнату и обернул одну из трубок непрозрачной черной бумагой, чтобы было удобнее наблюдать оптические явления, которые сопровождают разряд. К своему удивлению,

Рентген увидел на стоявшем неподалеку экране, покрытом кристаллами цианоплатинита бария, полосу флуоресценции. Вряд ли ученый мог тогда представить, что стоит на пороге одного из самых важных научных открытий своего времени. В следующем году о рентгеновских лучах будет написано свыше тысячи публикаций, медики немедленно возьмут изобретение на вооружение, благодаря ему в дальнейшем будет открыта радиоактивность и появятся новые направления науки.

Трубка Крукса — устройство, с помощью которого впервые неосознанно производили рентгеновское излучение // wikipedia.org

Рентген посвятил следующие несколько недель исследованию природы непонятного свечения и установил, что флуоресценция появлялась всякий раз, когда он подавал ток в трубку. Источником излучения являлась именно трубка, а не какая-нибудь другая часть электрической цепи.Не зная, с чем он столкнулся, Рентген решил обозначить этот феномен как лучи икс, или X-лучи. Далее Рентген обнаружил, что это излучение может проникать почти во все предметы на различную глубину, зависящую от толщины предмета и плотности вещества.

Так, небольшой свинцовый диск между разрядной трубкой и экраном оказался непроницаем для икс-лучей, а кости руки отбрасывали на экран более темную тень, окруженную более светлой тенью от мягких тканей. Вскоре ученый выяснил, что икс-лучи вызывают не только свечение экрана, покрытого цианоплатинитом бария, но и потемнение фотопластинок (после проявления) в тех местах, где икс-лучи попадали на фотоэмульсию.

В ходе своих экспериментов Рентген убедился, что открыл неизвестное науке излучение. 28 декабря 1895 года он сообщил о результатах исследований в статье «О новом виде излучения» в журнале «Анналы физики и химии». Вместе с тем он разослал ученым ставшие впоследствии знаменитыми снимки руки своей жены, Анны Берты Людвиг.

Благодаря старому другу Рентгена, австрийскому физику Францу Экснеру, первыми эти фото увидели жители Вены 5 января 1896 года на страницах газеты Die Presse. Уже на следующий день информация об открытии была передана газете London Chronicle. Так открытие Рентгена постепенно начало входить в повседневную жизнь людей. Практическое применение ему нашлось практически сразу: 20 января 1896 года в Нью-Гэмпшире врачи оказали помощь человеку со сломанной рукой с помощью нового диагностического метода — рентгеновского снимка.

Рентгеновский снимок руки Анны Берты Людвиг // wikipedia.org

Смачивание и растекание

На кухонной плите с жировой пленкой пролитая жидкость может образовать маленькие пятна, а на столе — одну лужицу. Все дело в том, что молекулы жидкости в первом случае сильнее притягиваются друг к другу, чем к поверхности плиты, где есть несмачиваемая водой жировая пленка, а на чистом столе притяжение молекул воды к молекулам поверхности стола выше, чем притяжение молекул воды между собой. В результате лужица растекается.

Это явление также относится к физике жидкостей и связано с поверхностным натяжением. Как известно, мыльный пузырь или капли жидкости имеют шарообразную форму из-за сил поверхностного натяжения.

В капле молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильней, чем к молекулам газа, и стремятся внутрь капли жидкости, уменьшая площадь ее поверхности. Но, если есть твердая смачиваемая поверхность, то часть капли при соприкосновении растягивается по ней, потому что молекулы твердого тела притягивают молекулы жидкости, и эта сила превосходит силу притяжения между молекулами жидкости.

Степень смачивания и растекание по твердой поверхности будет зависеть от того, какая сила больше — сила притяжения молекул жидкости и молекул твердого тела между собой или сила притяжения молекул внутри жидкости.

Это физическое явление с 1938 года широко стали использовать в промышленности, в производстве бытовых товаров, когда в лаборатории компании DuPont был синтезирован материал Teflon (политетрафлуороэтилен).

Его свойства используются не только в изготовлении посуды с антипригарным покрытием, но и в производстве непромокаемых, водоотталкивающих тканей и покрытий для одежды и обуви. Teflon отмечен в «Книге рекордов Гинесса» как самая скользкая субстанция в мире. Он имеет очень низкие поверхностное натяжение и адгезию (прилипание), не смачивается ни водой, ни жирами, ни многими органическими растворителями.

Взаимодействие с веществом

Длина волны рентгеновских лучей сравнима с размерами атомов, поэтому не существует материала, из которого можно было бы изготовить линзу для рентгеновских лучей. Кроме того, при перпендикулярном падении на поверхность рентгеновские лучи почти не отражаются. Несмотря на это, в рентгеновской оптике были найдены способы построения оптических элементов для рентгеновских лучей. В частности, выяснилось, что их хорошо отражает алмаз.

Рентгеновские лучи могут проникать сквозь вещество, причём различные вещества по-разному их поглощают. Поглощение рентгеновских лучей является важнейшим их свойством в рентгеновской съёмке. Интенсивность рентгеновских лучей экспоненциально убывает в зависимости от пройденного пути в поглощающем слое (I = Ie-kd, где d — толщина слоя, коэффициент k пропорционален Z³λ³, Z — атомный номер элемента, λ — длина волны).

Поглощение происходит в результате фотопоглощения (фотоэффекта) и комптоновского рассеяния:

  • Под фотопоглощением понимается процесс выбивания фотоном электрона из оболочки атома, для чего требуется, чтобы энергия фотона была больше некоторого минимального значения. Если рассматривать вероятность акта поглощения в зависимости от энергии фотона, то при достижении определённой энергии она (вероятность) резко возрастает до своего максимального значения. Для более высоких значений энергии вероятность непрерывно уменьшается. По причине такой зависимости говорят, что существует граница поглощения. Место выбитого при акте поглощения электрона занимает другой электрон, при этом испускается излучение с меньшей энергией фотона, происходит т. н. процесс флуоресценции.
  • Рентгеновский фотон может взаимодействовать не только со связанными электронами, но и со свободными, а также слабосвязанными электронами. Происходит рассеяние фотонов на электронах — т. н. комптоновское рассеяние. В зависимости от угла рассеяния, длина волны фотона увеличивается на определённую величину и, соответственно, энергия уменьшается. Комптоновское рассеяние, по сравнению с фотопоглощением, становится преобладающим при более высоких энергиях фотона.

Биологическое воздействие

Рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов и злокачественных опухолей. По причине этого при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты. Считается, что поражение прямо пропорционально поглощённой дозе излучения. Рентгеновское излучение является мутагенным фактором.

Регистрация

  • Эффект люминесценции. Рентгеновские лучи способны вызывать у некоторых веществ свечение (флюоресценцию). Этот эффект используется в медицинской диагностике при рентгеноскопии (наблюдение изображения на флюоресцирующем экране) и рентгеновской съёмке (рентгенографии). Медицинские фотоплёнки, как правило, применяются в комбинации с усиливающими экранами, в состав которых входят рентгенолюминофоры, которые светятся под действием рентгеновского излучения и засвечивают светочувствительную фотоэмульсию. Метод получения изображения в натуральную величину называется рентгенографией. При флюорографии изображение получается в уменьшенном масштабе. Люминесцирующее вещество (сцинтиллятор) можно оптически соединить с электронным детектором светового излучения (фотоэлектронный умножитель, фотодиод и т. п.), полученный прибор называется сцинтилляционным детектором. Он позволяет регистрировать отдельные фотоны и измерять их энергию, поскольку энергия сцинтилляционной вспышки пропорциональна энергии поглощённого фотона.
  • Фотографический эффект. Рентгеновские лучи, также, как и обычный свет, способны напрямую засвечивать фотографическую эмульсию. Однако без флюоресцирующего слоя для этого требуется в 30—100 раз большая экспозиция (то есть доза). Преимуществом этого метода (известного под названием безэкранная рентгенография) является бо́льшая резкость изображения.
  • В полупроводниковых детекторах рентгеновские лучи производят пары электрон-дырка в p-n-переходе диода, включённого в запирающем направлении. При этом протекает небольшой ток, амплитуда которого пропорциональна энергии и интенсивности падающего рентгеновского излучения. В импульсном режиме возможна регистрация отдельных рентгеновских фотонов и измерение их энергии.
  • Отдельные фотоны рентгеновского излучения могут быть также зарегистрированы при помощи газонаполненных детекторов ионизирующего излучения (счётчик Гейгера, пропорциональная камера и др.).

Как детектируют рентгеновское излучение

На протяжении длительного времени для детектирования и измерения рентгеновского излучения использовался тонкий слой люминофора или фотоэмульсии, нанесенный на поверхность стеклянной пластинки или прозрачной полимерной пленки. Первый под действием рентгеновского излучения светился в оптическом диапазоне спектра, а у пленки под действием химической реакции менялась оптическая прозрачность покрытия.

В настоящее время для регистрации рентгеновского излучения чаще всего применяют электронные детекторы — приборы, вырабатывающие электрический импульс при поглощении кванта излучения в чувствительном объеме детектора. Они отличаются принципом преобразования энергии поглощенного излучения в электрические сигналы.

Рентгеновские детекторы с электронной регистрацией можно разделить на ионизационные, действие которых основано на ионизации вещества, и радиолюминесцентные, в том числе сцинтилляционные, использующие люминесценцию вещества под действием ионизирующего излучения. Ионизационные детекторы, в свою очередь, делятся на газонаполненные и полупроводниковые в зависимости от детектирующей среды.

Основными типами газонаполненных детекторов являются ионизационные камеры, счетчики Гейгера (счетчики Гейгера — Мюллера) и пропорциональные газоразрядные счетчики. Кванты излучения, попадающие в рабочую среду счетчика, вызывают ионизацию газа и протекание тока, который и регистрируется. В полупроводниковом детекторе под действием квантов излучения образуются электронно-дырочные пары, которые также делают возможным протекание электрического тока через тело детектора.

Основной компонент сцинтилляционных счетчиков вакуумного прибора — это фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), использующий фотоэффект для конверсии излучения в поток заряженных частиц и явление вторичной эмиссии электронов для усиления тока образующихся заряженных частиц. ФЭУ имеет фотокатод и систему последовательных ускоряющих электродов — динодов, при ударе о которые происходит размножение ускоренных электронов.

Вторичный электронный умножитель — открытый вакуумный прибор (работает только в условиях вакуума), в котором на входе излучение рентгеновского диапазона преобразуется в поток первичных электронов и затем усиливается за счет вторичной эмиссии электронов при их распространении в канале умножителя.

По этому же принципу работают микроканальные пластины, представляющие собой огромное количество отдельных микроскопических каналов, пронизывающих пластинчатый детектор. Они могут дополнительно обеспечить пространственное разрешение и формирование оптического изображения поперечного сечения потока падающего на детектор рентгеновского излучения путем бомбардировки выходящим потоком электронов полупрозрачного экрана с нанесенным на него люминофором.

Кто? Откуда? Сколько лет?

Дед Мороз в его традиционном праздничном виде оказывается чуть моложе рождественской ёлки. Иногда считается, что это своеобразная модификация Санта Клауса или Святого Николая, но у Деда Мороза всё-таки другие корни. С добрым Сантой он, пожалуй, в родстве, но дальнем.

Впервые под именем Морозко он появляется в народной сказке, которую в 1840 году пересказывает Владимир Одоевский. В сборнике «Сказки дедушки Иринея» появляется история о Морозе Ивановиче, который живет в глубоком колодце. Сначала к нему случайно попадает Рукодельница, которая и перину взбивает, и в избе порядок наводит, за что получает награду. Второй в избе появляется Ленивица, которая, понятное дело, не делает ничего и получает сосульки и ледышки.

Пока что никаких подарков и исполнения желаний. Больше похоже на воспитательную притчу, но сказка обрела известность и была включена в различные детские хрестоматии.

Со временем в России к Рождеству стали печатать специальные открытки. На первых порах они были просто калькой с иностранных — брали ту же картинку, но делали надпись на русском языке. Для европейского старичка с мешком подарков нужно было имя. Называли его Ёлкичем, Рождественским дедом, потом передали доброму старичку имя Мороз Иванович. Постепенно оно трансформировалось в Дед Мороз.

Кстати, и Ёлкич не был забыт. К примеру, у Фёдора Соллогуба есть рассказ с таким названием, и там девочка Сима так рассказывает о забытом персонаже: «Маленький, маленький, с новорожденный пальчик. И весь зелёненький, и смолкой от него пахнет, и сам такой шершавенький. И брови зелененькие».

А Дед Мороз стал полноправным и главным персонажем детских праздников с середины 1930-х, когда ёлка опять стала основным атрибутом праздника. С тех самых пор он и поселился на Кольском полуострове, под Мурманском.

Комментировать
0