Рентген сәулелері

Рентген сәулелер

 

Рентген сәулелердің жұтылу дәрежесі заттың тығыздығына пропорционал. Сондықтан рентген сәулелерінің жәрдемімен адамның ішкі ағзаларының фотографиясын алуға болады. Бұл фотографияларда қанқа сүйектерін және жұмсақ тканьдердің әр түрлі өзгерістерін оңай ажыратуға болады.

 Қазір біздің еліміздегі барлық азаматтар жылына бір рет флюорография өтуге тиіс. Рентген сәулелерінің жәрдемімен адам ауырғанын сезе бастаудан бұрын, ауруды алдын ала анықтап білу үшін, кеуде клеткаларынын суреті түсіріледі.

 Рентген сәулелерінің  ашылуы. Бұл сәулелер 1895 жылы неміс физигі Вильгельм Рентген ашқан. Рентген өзіне дейінгі көптеген ғалымдардың мән бермеген және аңғара алмағандарын байқай қойды. Осы ерекше қабілеті оның тамаша жаңалық ашуына жәрдемдесті.

 Ғасырдың аяғында аз  қысымды газдардағы разряд физиктердің  назарын аударды. Бұл жағдайларда  газ-разрядтық түтіктерде өте шапшаң электрондардың ағыны туғызылған. Сол уақытта оларды катод сәулелері деп атаған. Бұл сәулелердің табиғаты сол кезде сенімді түрде тиянақтала қоймаған еді, тек бұл сәулелердің шығатын басы түтіктің катодында екені ғана мәлім болған.

 Катод сәулелерін зерттеумен  шұғылданған Рентген, фотопластина  қара қағазға ораулы тұрғанына  қарамастан, разрядтық түтікшенің маныңда ағарып қалған. Осыдан кейін ол тағы бір таңқаларлық құбылысты байқады. Барийдің платина ерітіндісіне батырылған қағаз экранға разрядтық түтікщені орағанда, экран ағара бастайтыны байқалды. Оның үстіне, Рентген түтікше мен экранның арасына қолын ұстағанда экранда қолдың нобайының қылаң реңкінде сүйектердің қара көлеңкелері көрінеді.

 Ғалым разрядтық түтікшемен жұмыс істегенде бұрын белгісіз күшті, өтімді сәуле пайда болатынын түсінді. Ол оны Х-сәулелер деп атады. Соңынан бұл сәулелерге «рентген сәулелер» деген термин берік қалыптасты.

 Рентген жаңа сәуле  катод сәулелерінің (шапшаң электрондар  ағыны) шыны түтіктің қабырғаларына соқтығысқан орындарында пайда болатыны байқалған. Бұл орында шыны жасаудан жарық шығарған. Х-сәулелер шапшаң электрондарды кез келген кедергімен атап айтқанда металл электрондармен тежегенде пайда болатынын кейінгі тәжірибелер көрсетті.

 Рентген сәулелерінің  қасиеттері. Рентген ашқан сәулелер  фотопластинаға әсер етеді, ауаның  иондалуын туғызады бірақ кез  келген бір заттардан айтарлықтай шағылмайды және сынбайды. Электромагниттік өріс олардың таралу бағытына ешқандай әсерін тигізбейді.

 Осыдан кейін бірден  рентген сәулелері электрондардың  кенет тежелуінен шығатын электромагниттік толқындар деген болжам жасалды. Спектрді көрінетін бөлігінің жарық сәулелері мен ультракүлгін сәулелеріненөзгеше рентген сәулелерінің толқын ұзындықтары біршама кіші болады. Кедергіге соқтығысатын электрондардың энергиясы неғұрлым көп болса, олардың толқын ұзындығы соғұрлым кіші болады. Рентген сәулелерінің жоғары өтімділігі және басқа ерекшеліктері дәл осы толқын ұзындығының шағын болуымен байланыстырылады. Бірақ бұл гипотеза дәлелдеуді қажет етеді. Және ондай дәлелдеулер Рентген ашқаннан кейін 15 жылдан соң жасалды.

 Рентген сәулелерінің  дифракциясы. Егер рентген сәулелері  электромагниттік толқындар болса,  онда толқынның барлық түріне тән құбылыс – дифракция байқалуы тиіс. Алғаш рентген сәулелерін қорғасын пластиналардың өте жіңішке саңырау арқылы жіберген, бірақ дифракцияға ұқсас ешнәрсе байқалмаған. Неміс физигі Макс Лауэ жасанды бөгеттерден сол толқындардың дифракциясын байқау үшін рентген сәулелерінің толқын ұзындығы тымқішкене болар деп жорыды. Шындығында, атомнын өлшемдерімен бірдей, өлшемдері 10 см болатын саңырау жасау мүмкін емес. Онда қалатын бір ғана мүмкіндік – кристалдарды пайдалану. Олардың реттелген құрылымы бар, олардағы жеке атомдардың ара қашықтығы шамасынын реті жөнінен атомдардың ара қашықтығы шамасынын реті жөнінен атомдардың өздерінің өлшемдеріне, яғни 10 см тең.

 Периодты құрылымы  бар кристалл, ұзындықтары атом  өлшемдерімен шамалас келетін  толқындардың дифракциясын туғызатын,  табиғи құрылғы болып табылады.

 Міне, рентген сәулелерінің  жіңішке шоғы арғы жағына фотопластина  орналастырылған кристалға бағытталған. Нәтиже ең оптимистік үмітке толық сай келеді. Түзудің бойымен сәуле таратып тұрған ортадағы үлкен дақпен қоса, сонын маңайында белгілі тәртіппен орналасқан ұсақ дақтар пайда болады. Бұл ұсақ дақтардың пайда болуыкристалдың реттелген құрылымындағы рентген сәулелерінің дифракциясымен түсіндіріледі.

 Дифракциялық көріністі зерттеу рентген сәулелерінің толқын ұзындығын анықтауға мүмкіндік береді. Ол ультракүлгін толқын ұзындығынан қысқа және шамасы жағынан атом өлшемдеріне тең болып шықты.

 Рентген сәулелерінің  қолданылуы. Рентген сәулелері көптеген  өте маңызды практикалық қолдау  тапты. Медицинада олар аурудың  диагнозын дұрыс қою үшін, сондай-ақ, рак ауруын емдеу үшін қолданылады.

 Рентген сәулелерін  ғылыми зерттеуледе өте кең түрде қолданылуда. Рентген сәулелері кристалдар арқылы өткендегі дифракциялық көрінісіне қарап, кеңістікте атомдардың орналасу реті – кристалдың құрылымын анықтау мүмкіндігі туады. Органикалық емес кристал заттар үшін мұны орындау онша қиын болмады. Алайда рентген – құрылымдық анализ арқылы өте күрделі органикалық қосылыстардың, белоктардың құрылысын түсіндіруге мүмкіндіктер бар. Атап айтқанда, он мыңдаған атомдардан құралған, гемоглобин молекуласынын құрылымы анықталған.

 Бұл жетістіктерге сәулелерінің толқын ұзындықтарының шағындығы нәтижесәнде қол жетті, толқын ұзындығы жәрдемімен дұрысында молекулалардың құрылымын көруге болатындай еді. Көру деп отырғанымыз сөзбе-сөз мағынада емес мұндағы мәселе дифракциялық көріністі анықтау, соның жәрдемімен көп еңбектеніп, оны түсіндіре отырып, атомдардың кеңістікте орналасу сипатын анықтауға болады.

 Рентген сәулелерінің  қолданылатын жерлерінің ішінен  рентгендік дефектоскопияны –  құймалардағы ақауларды, рельстердегі  сызаттарды табу, пісірілген жіктердің сапасын анықтау т.б. әдісін айта кетуге болады.

 Рентгендік дефектоскопия  бұйымдарда қуыс немесе бөгде қосылыстар бар болса, рентген сәулелерінің жұтылуы өзгеретініне негізделген.

 Рентеген сәулелерінің  құрылысы. Қазіргі кезде рентген  сәулелерін шығарып алу үшін, рентген түтіктері деп аталатын құрылғылар жасалған. Олардың конструкциясын Рентген жасаған алғашқы аппараттардан анағұрлым жақсы.

1-суретте электрондық  рентген түтігінің ықшамдалған схемасы кескінделген. Катод 1 вольфрамнан жасалған қылсым, ол термо электрондық эмиссия есебінен электрондар шығарады. Цилиндр 3 электрондар ағынын фокустайды, сонан соң олар металл электродпен 2 (анодпен) соқтығысады. Осыдан рентген сәулелері туындайды. Анод пен катодтың арасындағы кернеу бірнеше ондаған киловатқа жетеді. Түтікте, толық вакуум жасалады; ондағы газдың қысымы 10-5 – 10-7мм сынақ бағанасына тең болады.

 Рентген сәулелерінің  толқын ұзындығы 10-9 м-ден 10-10дейіңгі  диапазонда болады.

 Қуатты рентген түтіктерінде анод сумен салқындатылады, өйткені электрондар тежелгенде көп мөлшерде жылу бөлініп шығады. Электрондар энергиясынын 3 ғана пайдалы сәулеге айналады.

 Рентген сәулелерінің  толқын ұзындығы 10 м ден 10 дейінгі  диапазонда болады. Олардың өтімділігі  зор және медицинада, сондай-ақ  кристалдар мен күрделі органикалық молекулалардың құрылымын зерттеу үшін пайдаланылады.

Рентген спектрлік талдаудың  қолданылуы. Рентген-флуоресцентті спектроскопия (РФС) геологияда, таукен ісінде, минералогияда, метрографияда, металлургияда, гидрометалургияда, технологиялық процестерде, электроникада, оптикада, геохимияда, химия мен мұнай, көмір өндірісінде, цемент пен тыңайтқыш өндірісінде әр түрлі үлгілердегі (сұйық, қатты) көптеген элементтерді анықтау үшін кең қолдау тапты.

 

РСТ әдісі көптеген құймалардың  құрамын анықтауға өте ыңғайлы, өйткені мұндай жағдайда олардың  көлемі мен өлшемі бірдей стандартты үлгілерін алуда олардың бетін  ысқылай отырып, жалтырата өңдеу  де жеңіл. Сол сияқты ол керамика, шыны, пластмасса, катализатор, қайрақ тас және тағы басқа күрделі заттардын құрамын айқындау үшін де жиі пайдаланылады. Оның тездігі мен көп элементтілігі қоршаған ортадағы заттарды талдауға қажет. Рентген спектрлік талдаудың бір түрі - берілген қатты зат бетіндегі арнайы нүктені таңдап алып талдау әдісі. Бұл қоспаның беткі ауданға қалай таралып, орналасқанын нақтылы анықтауға мүмкіндік береді. Бұл әдіс сонымен қатар негізгі заттың бетіне қапталған екінші бір зат қалыңдығын да анықтау үшін кең пайдаланылады. Ал рентген сәуле шығарудың медицинада науқас адамға диагноз қоюда және халық шаруашылығының көптеген салаларындағы маңызын айтпасақ та белгілі. РСТ әдістері ай бетінің жыныстарын талдауға қолданылады. Оның көмегімен көптеген технологиялық процестер автоматты түрде реттелініп, басқарылуда.[1]

Рентген 1845 ж. Леннепеде туылған. 1868 ж. Цюрих политехникумын бiтiредi. 1871-1873 ж.ж. Вюрцбург университетiнде, 1874-1879 ж.ж. Старсбург университетiнде iстейдi. 1879-1888 ж.ж. Гиссендегi университетте профессор және физика институтының директоры болады. 1900-1920 ж.ж. Мюнхен университетiнiң профессоры және Физика институтының директоры болады.

 

 Рентгеннiң ғылыми зерттеулерi электромагенитзмге, кристаллдар физикасына, оптикаға, молекулалық физикаға арналады. 1895 ж. ультракүлгiн сәулелерiнен әлдеқайда үлкен рентген сәулелерi деп аталатын сәуле шығаруды ашты және олардың қасиеттерiн зерттедi: шағылу, жұтылу, ауаны иондау қабiлеттерi және т.б.

 

1885 ж. электр өрiсiнде қозғалатын диэлектриктiң магнит өрiсiн ашады.

 

 Ретгеннiң көптеген жұмыстары сұйықтардың, газдардың кристалдардың қасиеттерiн, электромагниттiк құбылыстарын зерттеуге арналған. Ол кристаллдардағы электрлiк және оптикалық құбылыстардың өзара байланысын ашты. 1901 ж. Рентгенге өзiнiң атымен аталатын сәуленi ашуы үшiн физиктердiң арасында бiрiншi болып Нобель сыйлығы берiлдi

Рентген сәулелер

 

 

 

Рентген сәулелердің жұтылу дәрежесі заттың тығыздығына пропорционал. Сондықтан рентген сәулелерінің жәрдемімен адамның ішкі ағзаларының  фотографиясын алуға болады. Бұл  фотографияларда қанқа сүйектерін және жұмсақ тканьдердің әр түрлі  өзгерістерін оңай ажыратуға болады.

 Қазір біздің еліміздегі  барлық азаматтар жылына бір  рет флюорография өтуге тиіс. Рентген сәулелерінің жәрдемімен  адам ауырғанын сезе бастаудан  бұрын, ауруды алдын ала анықтап  білу үшін, кеуде клеткаларынын  суреті түсіріледі.

 Рентген сәулелерінің  ашылуы. Бұл сәулелер 1895 жылы неміс  физигі Вильгельм Рентген ашқан.  Рентген өзіне дейінгі көптеген  ғалымдардың мән бермеген және  аңғара алмағандарын байқай қойды.  Осы ерекше қабілеті оның тамаша  жаңалық ашуына жәрдемдесті.

 Ғасырдың аяғында аз  қысымды газдардағы разряд физиктердің  назарын аударды. Бұл жағдайларда  газ-разрядтық түтіктерде өте  шапшаң электрондардың ағыны  туғызылған. Сол уақытта оларды  катод сәулелері деп атаған. Бұл  сәулелердің табиғаты сол кезде  сенімді түрде тиянақтала қоймаған  еді, тек бұл сәулелердің шығатын  басы түтіктің катодында екені  ғана мәлім болған.

 Катод сәулелерін зерттеумен  шұғылданған Рентген, фотопластина  қара қағазға ораулы тұрғанына  қарамастан, разрядтық түтікшенің  маныңда ағарып қалған. Осыдан  кейін ол тағы бір таңқаларлық  құбылысты байқады. Барийдің платина  ерітіндісіне батырылған қағаз  экранға разрядтық түтікщені  орағанда, экран ағара бастайтыны  байқалды. Оның үстіне, Рентген түтікше  мен экранның арасына қолын  ұстағанда экранда қолдың нобайының  қылаң реңкінде сүйектердің қара  көлеңкелері көрінеді.

 Ғалым разрядтық түтікшемен  жұмыс істегенде бұрын белгісіз  күшті, өтімді сәуле пайда болатынын  түсінді. Ол оны Х-сәулелер  деп атады. Соңынан бұл сәулелерге  «рентген сәулелер» деген термин  берік қалыптасты.

 Рентген жаңа сәуле  катод сәулелерінің (шапшаң электрондар  ағыны) шыны түтіктің қабырғаларына  соқтығысқан орындарында пайда  болатыны байқалған. Бұл орында  шыны жасаудан жарық шығарған. Х-сәулелер шапшаң электрондарды  кез келген кедергімен атап  айтқанда металл электрондармен  тежегенде пайда болатынын кейінгі  тәжірибелер көрсетті.

 Рентген сәулелерінің  қасиеттері. Рентген ашқан сәулелер  фотопластинаға әсер етеді, ауаның  иондалуын туғызады бірақ кез  келген бір заттардан айтарлықтай  шағылмайды және сынбайды. Электромагниттік  өріс олардың таралу бағытына  ешқандай әсерін тигізбейді.

 Осыдан кейін бірден  рентген сәулелері электрондардың  кенет тежелуінен шығатын электромагниттік  толқындар деген болжам жасалды.  Спектрді көрінетін бөлігінің  жарық сәулелері мен ультракүлгін  сәулелеріненөзгеше рентген сәулелерінің  толқын ұзындықтары біршама кіші  болады. Кедергіге соқтығысатын  электрондардың энергиясы неғұрлым  көп болса, олардың толқын ұзындығы  соғұрлым кіші болады. Рентген  сәулелерінің жоғары өтімділігі  және басқа ерекшеліктері дәл  осы толқын ұзындығының шағын  болуымен байланыстырылады. Бірақ  бұл гипотеза дәлелдеуді қажет  етеді. Және ондай дәлелдеулер  Рентген ашқаннан кейін 15 жылдан  соң жасалды.

 Рентген сәулелерінің  дифракциясы. Егер рентген сәулелері  электромагниттік толқындар болса,  онда толқынның барлық түріне  тән құбылыс – дифракция байқалуы  тиіс. Алғаш рентген сәулелерін  қорғасын пластиналардың өте  жіңішке саңырау арқылы жіберген, бірақ дифракцияға ұқсас ешнәрсе  байқалмаған. Неміс физигі Макс  Лауэ жасанды бөгеттерден сол  толқындардың дифракциясын байқау  үшін рентген сәулелерінің толқын  ұзындығы тымқішкене болар деп  жорыды. Шындығында, атомнын өлшемдерімен  бірдей, өлшемдері 10 см болатын  саңырау жасау мүмкін емес. Онда  қалатын бір ғана мүмкіндік  – кристалдарды пайдалану. Олардың  реттелген құрылымы бар, олардағы  жеке атомдардың ара қашықтығы  шамасынын реті жөнінен атомдардың  ара қашықтығы шамасынын реті  жөнінен атомдардың өздерінің  өлшемдеріне, яғни 10 см тең.

 Периодты құрылымы  бар кристалл, ұзындықтары атом  өлшемдерімен шамалас келетін  толқындардың дифракциясын туғызатын,  табиғи құрылғы болып табылады.