एक्स-रे विकिरण (समानार्थी एक्स-रे) तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला (8·10 -6 से 10 -12 सेमी तक) के साथ है। एक्स-रे विकिरण तब होता है जब आवेशित कण, अधिकतर इलेक्ट्रॉन, किसी पदार्थ के परमाणुओं के विद्युत क्षेत्र में मंद हो जाते हैं। इस मामले में गठित क्वांटा में अलग-अलग ऊर्जाएं होती हैं और एक सतत स्पेक्ट्रम बनता है। ऐसे स्पेक्ट्रम में क्वांटा की अधिकतम ऊर्जा आपतित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा के बराबर होती है। (सेमी.) में एक्स-रे क्वांटा की अधिकतम ऊर्जा, किलोइलेक्ट्रॉन-वोल्ट में व्यक्त, संख्यात्मक रूप से ट्यूब पर लागू वोल्टेज के परिमाण के बराबर होती है, जिसे किलोवोल्ट में व्यक्त किया जाता है। जब एक्स-रे किसी पदार्थ से होकर गुजरती हैं, तो वे उसके परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों के साथ परस्पर क्रिया करती हैं। 100 केवी तक की ऊर्जा वाले एक्स-रे क्वांटा के लिए, सबसे विशिष्ट प्रकार की इंटरैक्शन फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव है। इस तरह की बातचीत के परिणामस्वरूप, क्वांटम की ऊर्जा पूरी तरह से इलेक्ट्रॉन को परमाणु खोल से बाहर निकालने और उसे गतिज ऊर्जा प्रदान करने में खर्च हो जाती है। जैसे-जैसे एक्स-रे क्वांटम की ऊर्जा बढ़ती है, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की संभावना कम हो जाती है और मुक्त इलेक्ट्रॉनों द्वारा क्वांटम के बिखरने की प्रक्रिया - तथाकथित कॉम्पटन प्रभाव - प्रमुख हो जाती है। इस तरह की बातचीत के परिणामस्वरूप, एक द्वितीयक इलेक्ट्रॉन भी बनता है और, इसके अलावा, प्राथमिक क्वांटम की ऊर्जा से कम ऊर्जा वाला एक क्वांटम उत्सर्जित होता है। यदि एक्स-रे क्वांटम की ऊर्जा एक मेगाइलेक्ट्रॉन-वोल्ट से अधिक है, तो तथाकथित युग्मन प्रभाव उत्पन्न हो सकता है, जिसमें एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन बनता है (देखें)। नतीजतन, किसी पदार्थ से गुजरने पर एक्स-रे विकिरण की ऊर्जा कम हो जाती है, यानी उसकी तीव्रता कम हो जाती है। चूंकि कम-ऊर्जा क्वांटा का अवशोषण अधिक संभावना के साथ होता है, एक्स-रे विकिरण उच्च-ऊर्जा क्वांटा से समृद्ध होता है। एक्स-रे विकिरण की इस संपत्ति का उपयोग क्वांटा की औसत ऊर्जा को बढ़ाने, यानी इसकी कठोरता को बढ़ाने के लिए किया जाता है। एक्स-रे विकिरण की कठोरता में वृद्धि विशेष फिल्टर (देखें) का उपयोग करके प्राप्त की जाती है। एक्स-रे विकिरण का उपयोग एक्स-रे डायग्नोस्टिक्स (देखें) और (देखें) के लिए किया जाता है। आयोनाइजिंग विकिरण भी देखें।

एक्स-रे विकिरण (पर्यायवाची: एक्स-रे, एक्स-रे) 250 से 0.025 ए (या 5·10 -2 से 5·10 2 केवी तक ऊर्जा क्वांटा) की तरंग दैर्ध्य के साथ क्वांटम विद्युत चुम्बकीय विकिरण है। इसकी खोज 1895 में वी.के. रोएंटजेन ने की थी। एक्स-रे विकिरण से सटे विद्युत चुम्बकीय विकिरण का वर्णक्रमीय क्षेत्र, जिसकी ऊर्जा क्वांटा 500 केवी से अधिक है, को गामा विकिरण कहा जाता है (देखें); विकिरण जिसका ऊर्जा क्वांटा 0.05 केवी से नीचे है, पराबैंगनी विकिरण का गठन करता है (देखें)।

इस प्रकार, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के विशाल स्पेक्ट्रम के एक अपेक्षाकृत छोटे हिस्से का प्रतिनिधित्व करते हुए, जिसमें रेडियो तरंगें और दृश्य प्रकाश दोनों शामिल हैं, एक्स-रे विकिरण, किसी भी विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तरह, प्रकाश की गति से फैलता है (लगभग 300 हजार किमी/के निर्वात में) सेकंड) और तरंग दैर्ध्य λ (वह दूरी जिस पर विकिरण एक दोलन अवधि में यात्रा करता है) द्वारा विशेषता है। एक्स-रे विकिरण में कई अन्य तरंग गुण (अपवर्तन, हस्तक्षेप, विवर्तन) भी होते हैं, लेकिन लंबी तरंग दैर्ध्य विकिरण की तुलना में उनका निरीक्षण करना अधिक कठिन होता है: दृश्य प्रकाश, रेडियो तरंगें।

एक्स-रे स्पेक्ट्रा: ए1 - 310 केवी पर निरंतर ब्रेम्सस्ट्रालंग स्पेक्ट्रम; a - 250 kV पर निरंतर ब्रेक स्पेक्ट्रम, a1 - 1 मिमी Cu के साथ फ़िल्टर किया गया स्पेक्ट्रम, a2 - 2 मिमी Cu के साथ फ़िल्टर किया गया स्पेक्ट्रम, b - K-श्रृंखला टंगस्टन लाइनें।

एक्स-रे विकिरण उत्पन्न करने के लिए, एक्स-रे ट्यूब (देखें) का उपयोग किया जाता है, जिसमें विकिरण तब होता है जब तेज इलेक्ट्रॉन एनोड पदार्थ के परमाणुओं के साथ संपर्क करते हैं। एक्स-रे विकिरण दो प्रकार के होते हैं: ब्रेम्सस्ट्रालंग और विशेषता। ब्रेम्सस्ट्रालंग एक्स-रे में सामान्य सफेद रोशनी के समान एक सतत स्पेक्ट्रम होता है। तरंग दैर्ध्य (चित्र) के आधार पर तीव्रता वितरण को अधिकतम वाले वक्र द्वारा दर्शाया जाता है; लंबी तरंगों की ओर वक्र सपाट रूप से गिरता है, और छोटी तरंगों की ओर यह तेजी से गिरता है और एक निश्चित तरंग दैर्ध्य (λ0) पर समाप्त होता है, जिसे निरंतर स्पेक्ट्रम की लघु-तरंग सीमा कहा जाता है। λ0 का मान ट्यूब पर वोल्टेज के व्युत्क्रमानुपाती होता है। ब्रेम्सस्ट्रालंग तब होता है जब तेज़ इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। ब्रेम्सस्ट्रालंग की तीव्रता एनोड करंट की ताकत, ट्यूब में वोल्टेज के वर्ग और एनोड पदार्थ के परमाणु क्रमांक (जेड) के सीधे आनुपातिक है।

यदि एक्स-रे ट्यूब में त्वरित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा एनोड पदार्थ के लिए महत्वपूर्ण मूल्य से अधिक है (यह ऊर्जा ट्यूब पर इस पदार्थ के लिए महत्वपूर्ण वोल्टेज वीसीआर द्वारा निर्धारित की जाती है), तो विशेषता विकिरण होता है। विशेषता स्पेक्ट्रम पंक्तिबद्ध है; इसकी वर्णक्रमीय रेखाएँ श्रृंखला बनाती हैं, जिन्हें K, L, M, N अक्षरों द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है।

K श्रृंखला सबसे छोटी तरंग दैर्ध्य है, L श्रृंखला लंबी तरंग दैर्ध्य है, M और N श्रृंखला केवल भारी तत्वों में देखी जाती है (K-श्रृंखला के लिए टंगस्टन का Vcr 69.3 kV है, L-श्रृंखला के लिए - 12.1 kV)। विशिष्ट विकिरण इस प्रकार उत्पन्न होता है। तेज़ इलेक्ट्रॉन परमाणु इलेक्ट्रॉनों को उनके आंतरिक कोश से बाहर निकाल देते हैं। परमाणु उत्तेजित होता है और फिर जमीनी अवस्था में लौट आता है। इस मामले में, बाहरी, कम बंधे हुए कोशों से इलेक्ट्रॉन आंतरिक कोशों में खाली स्थानों को भर देते हैं, और विशिष्ट विकिरण के फोटॉन उत्तेजित और जमीनी अवस्था में परमाणु की ऊर्जा के बीच अंतर के बराबर ऊर्जा के साथ उत्सर्जित होते हैं। इस अंतर (और इसलिए फोटॉन ऊर्जा) में प्रत्येक तत्व की एक निश्चित मूल्य विशेषता होती है। यह घटना तत्वों के एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण का आधार है। यह आंकड़ा ब्रेम्सस्ट्रालंग के निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ टंगस्टन के लाइन स्पेक्ट्रम को दर्शाता है।

एक्स-रे ट्यूब में त्वरित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा लगभग पूरी तरह से थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है (एनोड बहुत गर्म हो जाता है), केवल एक छोटा सा हिस्सा (100 केवी के करीब वोल्टेज पर लगभग 1%) ब्रेम्सस्ट्रालंग ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है।

चिकित्सा में एक्स-रे का उपयोग पदार्थ द्वारा एक्स-रे के अवशोषण के नियमों पर आधारित है। एक्स-रे विकिरण का अवशोषण अवशोषक पदार्थ के ऑप्टिकल गुणों से पूरी तरह से स्वतंत्र है। एक्स-रे कक्षों में कर्मियों की सुरक्षा के लिए उपयोग किया जाने वाला रंगहीन और पारदर्शी लेड ग्लास लगभग पूरी तरह से एक्स-रे को अवशोषित कर लेता है। इसके विपरीत, कागज की एक शीट जो प्रकाश के लिए पारदर्शी नहीं है, एक्स-रे को क्षीण नहीं करती है।

एक अवशोषक परत से गुजरने वाली एक सजातीय (यानी, एक निश्चित तरंग दैर्ध्य) एक्स-रे किरण की तीव्रता घातीय कानून (ई-एक्स) के अनुसार घट जाती है, जहां ई प्राकृतिक लघुगणक (2.718) का आधार है, और घातांक एक्स बराबर है द्रव्यमान क्षीणन गुणांक का उत्पाद (μ /p) सेमी 2 /जी प्रति अवशोषक की मोटाई जी/सेमी 2 में (यहां पी पदार्थ का घनत्व जी/सेमी 3 में है)। एक्स-रे विकिरण का क्षीणन प्रकीर्णन और अवशोषण दोनों के कारण होता है। तदनुसार, द्रव्यमान क्षीणन गुणांक द्रव्यमान अवशोषण और प्रकीर्णन गुणांक का योग है। द्रव्यमान अवशोषण गुणांक अवशोषक की बढ़ती परमाणु संख्या (Z) (Z3 या Z5 के आनुपातिक) और बढ़ती तरंग दैर्ध्य (λ3 के आनुपातिक) के साथ तेजी से बढ़ता है। तरंग दैर्ध्य पर यह निर्भरता अवशोषण बैंड के भीतर देखी जाती है, जिसकी सीमाओं पर गुणांक छलांग प्रदर्शित करता है।

द्रव्यमान प्रकीर्णन गुणांक पदार्थ की बढ़ती परमाणु संख्या के साथ बढ़ता है। λ≥0.3Å पर प्रकीर्णन गुणांक तरंग दैर्ध्य पर निर्भर नहीं करता है, λ पर<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

घटती तरंग दैर्ध्य के साथ अवशोषण और प्रकीर्णन गुणांक में कमी से एक्स-रे विकिरण की भेदन शक्ति में वृद्धि होती है। हड्डी के लिए द्रव्यमान अवशोषण गुणांक [उत्थान मुख्य रूप से सीए 3 (पीओ 4) 2 के कारण होता है] नरम ऊतक की तुलना में लगभग 70 गुना अधिक है, जहां अवशोषण मुख्य रूप से पानी के कारण होता है। यह बताता है कि रेडियोग्राफ़ पर नरम ऊतकों की पृष्ठभूमि के विरुद्ध हड्डियों की छाया इतनी स्पष्ट क्यों दिखाई देती है।

किसी भी माध्यम से एक गैर-समान एक्स-रे किरण का प्रसार, तीव्रता में कमी के साथ, वर्णक्रमीय संरचना में बदलाव और विकिरण की गुणवत्ता में बदलाव के साथ होता है: स्पेक्ट्रम का लंबी-तरंग वाला हिस्सा है शॉर्ट-वेव भाग की तुलना में अधिक हद तक अवशोषित होने पर, विकिरण अधिक सजातीय हो जाता है। स्पेक्ट्रम के लंबे-तरंग वाले हिस्से को फ़िल्टर करने से, मानव शरीर में गहराई में स्थित घावों की एक्स-रे थेरेपी के दौरान, गहरी और सतही खुराक के बीच अनुपात में सुधार करने की अनुमति मिलती है (एक्स-रे फ़िल्टर देखें)। एक्स-रे की एक अमानवीय किरण की गुणवत्ता को चिह्नित करने के लिए, "आधा क्षीणन परत (एल)" की अवधारणा का उपयोग किया जाता है - पदार्थ की एक परत जो विकिरण को आधे से क्षीण कर देती है। इस परत की मोटाई ट्यूब पर वोल्टेज, फिल्टर की मोटाई और सामग्री पर निर्भर करती है। अर्ध-क्षीणन परतों को मापने के लिए, सिलोफ़न (12 केवी ऊर्जा तक), एल्यूमीनियम (20-100 केवी), तांबा (60-300 केवी), सीसा और तांबा (>300 केवी) का उपयोग किया जाता है। 80-120 केवी के वोल्टेज पर उत्पन्न एक्स-रे के लिए, 1 मिमी तांबा फ़िल्टरिंग क्षमता में 26 मिमी एल्यूमीनियम के बराबर है, 1 मिमी सीसा 50.9 मिमी एल्यूमीनियम के बराबर है।

एक्स-रे विकिरण का अवशोषण और प्रकीर्णन इसके कणिका गुणों के कारण होता है; एक्स-रे विकिरण परमाणुओं के साथ कणिकाओं (कणों) - फोटॉन की एक धारा के रूप में संपर्क करता है, जिनमें से प्रत्येक में एक निश्चित ऊर्जा होती है (एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य के विपरीत आनुपातिक)। एक्स-रे फोटॉनों की ऊर्जा सीमा 0.05-500 keV है।

एक्स-रे विकिरण का अवशोषण फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण होता है: इलेक्ट्रॉन शेल द्वारा एक फोटॉन का अवशोषण एक इलेक्ट्रॉन के निष्कासन के साथ होता है। परमाणु उत्तेजित होता है और जमीनी अवस्था में लौटकर विशिष्ट विकिरण उत्सर्जित करता है। उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉन फोटॉन की सारी ऊर्जा (परमाणु में इलेक्ट्रॉन की बंधन ऊर्जा घटाकर) ले जाता है।

एक्स-रे प्रकीर्णन प्रकीर्णन माध्यम में इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है। शास्त्रीय प्रकीर्णन (विकिरण की तरंग दैर्ध्य नहीं बदलती है, लेकिन प्रसार की दिशा बदल जाती है) और तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन के साथ प्रकीर्णन के बीच एक अंतर किया जाता है - कॉम्पटन प्रभाव (बिखरे हुए विकिरण की तरंग दैर्ध्य घटना विकिरण की तुलना में अधिक है) ). बाद के मामले में, फोटॉन एक चलती हुई गेंद की तरह व्यवहार करता है, और फोटॉन का प्रकीर्णन, कॉमटन की आलंकारिक अभिव्यक्ति के अनुसार होता है, जैसे कि फोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के साथ बिलियर्ड्स खेलना: एक इलेक्ट्रॉन से टकराकर, फोटॉन अपनी ऊर्जा का हिस्सा उसमें स्थानांतरित करता है और है बिखरा हुआ, कम ऊर्जा वाला (तदनुसार, बिखरे हुए विकिरण की तरंग दैर्ध्य बढ़ जाती है), एक इलेक्ट्रॉन पुनरावृत्ति ऊर्जा के साथ परमाणु से बाहर निकलता है (इन इलेक्ट्रॉनों को कॉम्पटन इलेक्ट्रॉन, या पुनरावृत्ति इलेक्ट्रॉन कहा जाता है)। एक्स-रे ऊर्जा का अवशोषण द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों (कॉम्पटन और फोटोइलेक्ट्रॉन) के निर्माण और उनमें ऊर्जा के हस्तांतरण के दौरान होता है। किसी पदार्थ के एक इकाई द्रव्यमान में स्थानांतरित एक्स-रे विकिरण की ऊर्जा एक्स-रे विकिरण की अवशोषित खुराक निर्धारित करती है। इस खुराक की इकाई 1 रेड 100 erg/g से मेल खाती है। अवशोषित ऊर्जा के कारण, अवशोषक पदार्थ में कई माध्यमिक प्रक्रियाएं होती हैं, जो एक्स-रे डोसिमेट्री के लिए महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि यह उन पर है कि एक्स-रे विकिरण को मापने के तरीके आधारित हैं। (डोसिमेट्री देखें)।

एक्स-रे के संपर्क में आने पर सभी गैसें और कई तरल पदार्थ, अर्धचालक और डाइलेक्ट्रिक्स विद्युत चालकता बढ़ाते हैं। सर्वोत्तम इन्सुलेट सामग्री द्वारा चालकता का पता लगाया जाता है: पैराफिन, अभ्रक, रबर, एम्बर। चालकता में परिवर्तन माध्यम के आयनीकरण के कारण होता है, यानी, तटस्थ अणुओं को सकारात्मक और नकारात्मक आयनों में अलग करना (आयनीकरण द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पादित होता है)। हवा में आयनीकरण का उपयोग एक्स-रे एक्सपोज़र खुराक (हवा में खुराक) निर्धारित करने के लिए किया जाता है, जिसे रेंटजेन में मापा जाता है (आयनीकरण विकिरण खुराक देखें)। 1 आर की खुराक पर, हवा में अवशोषित खुराक 0.88 रेड है।

एक्स-रे विकिरण के प्रभाव में, किसी पदार्थ के अणुओं के उत्तेजना के परिणामस्वरूप (और आयनों के पुनर्संयोजन के दौरान), कई मामलों में पदार्थ की एक दृश्यमान चमक उत्तेजित होती है। एक्स-रे विकिरण की उच्च तीव्रता पर, हवा, कागज, पैराफिन, आदि (धातुओं के अपवाद के साथ) में एक दृश्यमान चमक देखी जाती है। दृश्यमान चमक की उच्चतम उपज क्रिस्टलीय फॉस्फोरस जैसे Zn·CdS·Ag-फॉस्फोरस और फ्लोरोस्कोपी स्क्रीन के लिए उपयोग किए जाने वाले अन्य द्वारा प्रदान की जाती है।

एक्स-रे विकिरण के प्रभाव में, किसी पदार्थ में विभिन्न रासायनिक प्रक्रियाएं भी हो सकती हैं: सिल्वर हैलाइड यौगिकों का अपघटन (एक्स-रे फोटोग्राफी में उपयोग किया जाने वाला एक फोटोग्राफिक प्रभाव), पानी का अपघटन और हाइड्रोजन पेरोक्साइड के जलीय घोल, गुणों में परिवर्तन सेल्युलाइड (गंदलापन और कपूर का निकलना), पैराफिन (गंदलापन और ब्लीचिंग)।

पूर्ण रूपांतरण के परिणामस्वरूप, रासायनिक रूप से निष्क्रिय पदार्थ, एक्स-रे विकिरण द्वारा अवशोषित सभी ऊर्जा, गर्मी में परिवर्तित हो जाती है। गर्मी की बहुत कम मात्रा को मापने के लिए अत्यधिक संवेदनशील तरीकों की आवश्यकता होती है, लेकिन एक्स-रे विकिरण के पूर्ण माप के लिए यह मुख्य विधि है।

एक्स-रे विकिरण के संपर्क से होने वाले माध्यमिक जैविक प्रभाव मेडिकल एक्स-रे थेरेपी का आधार हैं (देखें)। एक्स-रे विकिरण, जिसका क्वांटा 6-16 केवी (2 से 5 Å तक प्रभावी तरंग दैर्ध्य) है, मानव शरीर के त्वचा ऊतक द्वारा लगभग पूरी तरह से अवशोषित होता है; इन्हें सीमा किरणें या कभी-कभी बुक्का किरणें कहा जाता है (देखें बुक्का किरणें)। गहरी एक्स-रे थेरेपी के लिए, 100 से 300 केवी तक प्रभावी ऊर्जा क्वांटा के साथ कठोर फ़िल्टर्ड विकिरण का उपयोग किया जाता है।

एक्स-रे विकिरण के जैविक प्रभाव को न केवल एक्स-रे थेरेपी के दौरान, बल्कि एक्स-रे निदान के दौरान, साथ ही एक्स-रे विकिरण के संपर्क के अन्य सभी मामलों में भी ध्यान में रखा जाना चाहिए, जिनमें विकिरण सुरक्षा के उपयोग की आवश्यकता होती है। (देखना)।

1. एक्स-रे का अपवर्तन एवं परावर्तन. एक माध्यम से दूसरे माध्यम में गुजरते समय एक्स-रे, प्रकाश की तरह, अपवर्तन का अनुभव करते हैं। हालाँकि, एक्स-रे का अपवर्तनांक 1 से बहुत कम भिन्न होता है, जिससे लंबे समय तक न केवल इसे मापना असंभव हो गया, बल्कि किरणों के अपवर्तन के तथ्य को स्थापित करना भी असंभव हो गया। अब यह स्थापित किया गया है कि जब  1 Å और कांच से हवा में संक्रमण 1- n = 10 -6, जहां n अपवर्तक सूचकांक है, और जब धातु से हवा में संक्रमण होता है, तो n 1 से केवल 10 -5 तक भिन्न होता है . यह तथ्य कि एन एक्स-रे 1 के बेहद करीब हैं, प्रकाश सूक्ष्मदर्शी के सिद्धांत के समान एक्स-रे सूक्ष्मदर्शी के निर्माण को रोकता है।

अपनी छोटी तरंग दैर्ध्य वाले एक्स-रे के लिए, किसी भी पिंड की सतह खुरदरी हो जाती है, इसलिए उनके लिए साधारण स्पेक्युलर प्रतिबिंब असंभव है। खुरदरेपन को भेदते हुए, एक्स-रे पदार्थ के परमाणुओं के साथ संपर्क करते हैं, प्रतिबिंब के बजाय फैला हुआ बिखराव का अनुभव करते हैं। अपवर्तक माध्यम की सतह पर आपतन के छोटे कोण पर, वे पूर्ण आंतरिक प्रतिबिंब का अनुभव करते हैं। आपतन कोण 0.5 से कम होना चाहिए।

2. एक्स-रे का क्षीण होनाकिसी पदार्थ से गुजरते समय। जब एक्स-रे किसी पदार्थ से होकर गुजरती हैं, तो अध्ययन के तहत पदार्थ के परमाणुओं के साथ उनकी बातचीत की विभिन्न और जटिल घटनाएं घटित होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप इन किरणों की तीव्रता कम हो जाती है (चित्र 2.4)।

चावल। 2.4. किसी पदार्थ से गुजरते समय एक्स-रे किरण का क्षीण होना।

आइए मान लें कि समान अनुपात में विकिरण ऊर्जा एक ही सजातीय पदार्थ की समान मोटाई में अवशोषित होती है। आइए हम तरंग दैर्ध्य  के साथ आपतित मोनोक्रोमैटिक किरणों की एक समानांतर किरण की तीव्रता को I 0 से निरूपित करें, और मोटाई d की प्लेट से गुजरने के बाद उनकी तीव्रता को I d से निरूपित करें। आइए सतह से एक निश्चित दूरी x पर dx मोटाई वाले पदार्थ की एक परत का चयन करें। इस पर आपतित किरणों की तीव्रता II 0 है।

फिर एक अतिसूक्ष्म पथ dx के अनुदिश तीव्रता में कमी समीकरण द्वारा निर्धारित की जाती है:

dI= -Idx(2.8)

यहां  1 सेमी के पथ के साथ किसी दिए गए पदार्थ में तरंग दैर्ध्य  के साथ किरणों के क्षीणन को दर्शाने वाला एक स्थिरांक है। इस स्थिरांक को रैखिक क्षीणन गुणांक या किरणों का कुल रैखिक अवशोषण गुणांक कहा जाता है।

चरों को अलग करने और समीकरण (2.8) को एकीकृत करने पर, हम प्राप्त करते हैं

= -;एल.एन = - d;

मैं डी =आई 0 ई -  डी. (2.9)

रैखिक क्षीणन गुणांक के अलावा, व्यवहार में द्रव्यमान क्षीणन गुणांक का अक्सर उपयोग किया जाता है, जो दर्शाता है कि किसी पदार्थ के 1 ग्राम से गुजरने पर एक्स-रे प्रवाह कितना क्षीण हो जाता है। द्रव्यमान क्षीणन गुणांक रैखिक से संबंधित है

 एम =/. (2.10)

द्रव्यमान क्षीणन गुणांक की अवधारणा का उपयोग रैखिक गुणांक की तुलना में अधिक बार किया जाता है, क्योंकि द्रव्यमान क्षीणन गुणांक किसी दिए गए पदार्थ के लिए एक स्थिर मान है और यह उसके एकत्रीकरण या घनत्व (छिद्र) की स्थिति पर निर्भर नहीं करता है।

2.3. एक्स-रे का अवशोषण और प्रकीर्णन

जिन संबंधों पर हमने विचार किया है वे एक्स-रे विकिरण के क्षीणन की प्रक्रिया के मात्रात्मक पक्ष को दर्शाते हैं। आइए हम प्रक्रिया के गुणात्मक पक्ष या उन भौतिक प्रक्रियाओं पर संक्षेप में ध्यान दें जो कमज़ोरी का कारण बनती हैं। यह, सबसे पहले, अवशोषण है, अर्थात्। एक्स-रे ऊर्जा का अन्य प्रकार की ऊर्जा में रूपांतरण और दूसरा, प्रकीर्णन, अर्थात्। तरंग दैर्ध्य (शास्त्रीय थॉम्पसन प्रकीर्णन) को बदले बिना और तरंग दैर्ध्य (क्वांटम प्रकीर्णन या कॉम्पटन प्रभाव) को बदलने के साथ विकिरण के प्रसार की दिशा बदलना।

1. फोटोइलेक्ट्रिक अवशोषण. एक्स-रे क्वांटा पदार्थ के परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोश से इलेक्ट्रॉनों को फाड़ सकता है। इन्हें आमतौर पर फोटोइलेक्ट्रॉन कहा जाता है। यदि आपतित क्वांटा की ऊर्जा कम है, तो वे परमाणु के बाहरी कोश से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल देते हैं। फोटोइलेक्ट्रॉनों को बड़ी गतिज ऊर्जा प्रदान की जाती है। बढ़ती ऊर्जा के साथ, एक्स-रे क्वांटा परमाणु के गहरे कोश में स्थित इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करना शुरू कर देता है, जिनकी नाभिक के साथ बंधन ऊर्जा बाहरी कोश में इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक होती है। इस अंतःक्रिया के साथ, आपतित एक्स-रे क्वांटा की लगभग सारी ऊर्जा अवशोषित हो जाती है, और फोटोइलेक्ट्रॉनों को दी गई ऊर्जा का कुछ हिस्सा पहले मामले की तुलना में कम होता है। फोटोइलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के अलावा, इस मामले में उच्च स्तर से नाभिक के करीब स्थित स्तरों तक इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के कारण विशिष्ट विकिरण के क्वांटा उत्सर्जित होते हैं।

इस प्रकार, फोटोइलेक्ट्रिक अवशोषण के परिणामस्वरूप, किसी दिए गए पदार्थ का एक विशिष्ट स्पेक्ट्रम प्रकट होता है - द्वितीयक विशिष्ट विकिरण। यदि एक इलेक्ट्रॉन को के-शेल से बाहर निकाला जाता है, तो विकिरणित पदार्थ की संपूर्ण रेखा स्पेक्ट्रम विशेषता प्रकट होती है।

चावल। 2.5. अवशोषण गुणांक का वर्णक्रमीय वितरण।

आइए आपतित एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य  के आधार पर फोटोइलेक्ट्रिक अवशोषण के कारण द्रव्यमान अवशोषण गुणांक / में परिवर्तन पर विचार करें (चित्र 2.5)। वक्र में टूटने को अवशोषण जंप कहा जाता है, और संबंधित तरंग दैर्ध्य को अवशोषण सीमा कहा जाता है। प्रत्येक छलांग परमाणु K, L, M, आदि के एक निश्चित ऊर्जा स्तर से मेल खाती है।  जीआर पर, एक्स-रे क्वांटम की ऊर्जा इस स्तर से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए पर्याप्त हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य के एक्स-रे क्वांटा का अवशोषण तेजी से बढ़ जाता है। सबसे छोटी तरंग दैर्ध्य छलांग के-स्तर से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने से मेल खाती है, एल-स्तर से दूसरा, आदि। एल और एम सीमाओं की जटिल संरचना इन कोशों में कई उपस्तरों की उपस्थिति के कारण है। कुछ हद तक बड़े तरंग दैर्ध्य वाले एक्स-रे के लिए, क्वांटा की ऊर्जा संबंधित शेल से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए अपर्याप्त है; इस वर्णक्रमीय क्षेत्र में पदार्थ अपेक्षाकृत पारदर्शी है।

i पर अवशोषण गुणांक की निर्भरता जेडफोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

/= С 3 जेड 3 , (2.11)

जहाँ C आनुपातिकता गुणांक है, जेडविकिरणित तत्व की क्रम संख्या है, / द्रव्यमान अवशोषण गुणांक है,  आपतित एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य है।

यह निर्भरता चित्र 2.5 में अवशोषण छलांग के बीच वक्र के अनुभागों का वर्णन करती है।

2. शास्त्रीय (सुसंगत) बिखरावप्रकीर्णन के तरंग सिद्धांत की व्याख्या करता है। यह तब होता है जब एक एक्स-रे क्वांटम किसी परमाणु के इलेक्ट्रॉन के साथ संपर्क करता है, और क्वांटम की ऊर्जा किसी दिए गए स्तर से इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए अपर्याप्त होती है। इस मामले में, प्रकीर्णन के शास्त्रीय सिद्धांत के अनुसार, एक्स-रे परमाणुओं के बंधे इलेक्ट्रॉनों के मजबूर कंपन का कारण बनते हैं। दोलनशील इलेक्ट्रॉन, सभी दोलनशील विद्युत आवेशों की तरह, विद्युत चुम्बकीय तरंगों का एक स्रोत बन जाते हैं जो सभी दिशाओं में फैलते हैं।

इन गोलाकार तरंगों के हस्तक्षेप से विवर्तन पैटर्न की उपस्थिति होती है, जो स्वाभाविक रूप से क्रिस्टल की संरचना से संबंधित होती है। इस प्रकार, यह सुसंगत प्रकीर्णन है जो विवर्तन पैटर्न प्राप्त करना संभव बनाता है, जिसके आधार पर कोई प्रकीर्णन वस्तु की संरचना का न्याय कर सकता है। शास्त्रीय प्रकीर्णन तब होता है जब 0.3 Å से अधिक तरंग दैर्ध्य के साथ नरम एक्स-रे विकिरण एक माध्यम से गुजरता है। एक परमाणु द्वारा प्रकीर्णन शक्ति बराबर होती है:

पी= जेड मैं 0 , (2.12)

और एक ग्राम पदार्थ

जहां I 0 आपतित एक्स-रे किरण की तीव्रता है, N अवोगाद्रो की संख्या है, A परमाणु भार है, जेड- पदार्थ की क्रम संख्या.

यहां से हम शास्त्रीय प्रकीर्णन का द्रव्यमान गुणांक  cl / पा सकते हैं, क्योंकि यह P/I 0 या  cl /= के बराबर है जेड.

सभी मानों को प्रतिस्थापित करने पर, हमें  k,l /= 0.402 प्राप्त होता है .

चूंकि अधिकांश तत्व जेड/A0.5 (हाइड्रोजन को छोड़कर), फिर

 सीएल /0.2 , (2.14)

वे। शास्त्रीय प्रकीर्णन का द्रव्यमान गुणांक सभी पदार्थों के लिए लगभग समान है और यह आपतित एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर नहीं करता है।

3. क्वांटम (असंगत) बिखराव. जब कोई पदार्थ कठोर एक्स-रे विकिरण (0.3 Å से कम तरंग दैर्ध्य) के साथ संपर्क करता है, तो बिखरे हुए विकिरण की तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन देखे जाने पर क्वांटम बिखराव एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाना शुरू कर देता है। इस घटना को तरंग सिद्धांत द्वारा नहीं समझाया जा सकता है, लेकिन इसे क्वांटम सिद्धांत द्वारा समझाया गया है। क्वांटम सिद्धांत के अनुसार, इस तरह की बातचीत को मुक्त इलेक्ट्रॉनों (बाहरी गोले के इलेक्ट्रॉनों) के साथ एक्स-रे क्वांटा की लोचदार टक्कर का परिणाम माना जा सकता है। एक्स-रे क्वांटा अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा इन इलेक्ट्रॉनों को सौंप देते हैं और अन्य ऊर्जा स्तरों में उनके संक्रमण का कारण बनते हैं। जो इलेक्ट्रॉन ऊर्जा प्राप्त करते हैं उन्हें रिकॉइल इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। ऐसी टक्कर के परिणामस्वरूप ऊर्जा h 0 के साथ एक्स-रे क्वांटा एक कोण द्वारा मूल दिशा से विचलित हो जाता है, और इसकी ऊर्जा h 1 आपतित क्वांटम की ऊर्जा से कम होगी। प्रकीर्णित विकिरण की आवृत्ति में कमी संबंध द्वारा निर्धारित होती है:

एच 1 =एच 0 -ई विभाग, (2.15)

जहां ई रेक्ट रिकॉइल इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा है।

सिद्धांत और अनुभव से पता चलता है कि क्वांटम बिखरने के दौरान आवृत्ति या तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन तत्व की क्रमिक संख्या पर निर्भर नहीं करता है जेड, लेकिन प्रकीर्णन कोण पर निर्भर करता है। जिसमें

  - 0 = =(1 -cos) 0.024 (1 -cos), (2.16)

जहां  0 और   बिखरने से पहले और बाद में एक्स-रे क्वांटम की तरंग दैर्ध्य है,

m 0 विश्राम अवस्था में एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान है, सी- प्रकाश की गति।

सूत्रों से यह स्पष्ट है कि जैसे-जैसे प्रकीर्णन कोण बढ़ता है, 0 (= 0 पर) से 0.048 Å (= 180 पर) तक बढ़ जाता है। 1 Å क्रम की तरंगदैर्घ्य वाली नरम किरणों के लिए, यह मान लगभग 4-5 का एक छोटा प्रतिशत है। लेकिन कठोर किरणों ( = 0.05 - 0.01 Å) के लिए, तरंग दैर्ध्य में 0.05 Å परिवर्तन का अर्थ है  में दो बार या कई बार परिवर्तन।

इस तथ्य के कारण कि क्वांटम प्रकीर्णन असंगत है (विभिन्न , परावर्तित क्वांटम के प्रसार का कोण भिन्न है, क्रिस्टल जाली के संबंध में बिखरी तरंगों के प्रसार में कोई सख्त पैटर्न नहीं है), परमाणुओं की व्यवस्था में क्रम क्वांटम प्रकीर्णन की प्रकृति को प्रभावित नहीं करता। ये बिखरी हुई एक्स-रे, एक्स-रे छवि में समग्र पृष्ठभूमि बनाने में शामिल होती हैं। प्रकीर्णन कोण पर पृष्ठभूमि की तीव्रता की निर्भरता सैद्धांतिक रूप से गणना की जा सकती है, जिसका एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण में कोई व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं है, क्योंकि पृष्ठभूमि उत्पन्न होने के कई कारण हैं, और इसके समग्र महत्व की गणना आसानी से नहीं की जा सकती है।

फोटोइलेक्ट्रॉन अवशोषण, सुसंगत और असंगत प्रकीर्णन की जिन प्रक्रियाओं पर हमने विचार किया है वे मुख्य रूप से एक्स-रे के क्षीणन को निर्धारित करती हैं। उनके अलावा, अन्य प्रक्रियाएं भी संभव हैं, उदाहरण के लिए, परमाणु नाभिक के साथ एक्स-रे की बातचीत के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े का निर्माण। उच्च गतिज ऊर्जा वाले प्राथमिक फोटोइलेक्ट्रॉनों के प्रभाव में, साथ ही प्राथमिक एक्स-रे प्रतिदीप्ति, माध्यमिक, तृतीयक, आदि हो सकते हैं। विशिष्ट विकिरण और संगत फोटोइलेक्ट्रॉन, लेकिन कम ऊर्जा के साथ। अंत में, कुछ फोटोइलेक्ट्रॉन (और आंशिक रूप से पीछे हटने वाले इलेक्ट्रॉन) पदार्थ की सतह पर संभावित अवरोध को पार कर सकते हैं और उससे आगे उड़ सकते हैं, यानी। एक बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव उत्पन्न हो सकता है।

हालाँकि, सभी विख्यात घटनाओं का एक्स-रे क्षीणन गुणांक के मूल्य पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। दसवीं से एंगस्ट्रॉम की इकाइयों तक तरंग दैर्ध्य वाले एक्स-रे के लिए, आमतौर पर संरचनात्मक विश्लेषण में उपयोग किया जाता है, इन सभी दुष्प्रभावों को नजरअंदाज किया जा सकता है और यह माना जा सकता है कि प्राथमिक एक्स-रे बीम का क्षीणन एक तरफ बिखरने के कारण होता है और दूसरी ओर अवशोषण प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप। तब क्षीणन गुणांक को दो गुणांकों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है।

/=/+/, (2.17)

जहां / द्रव्यमान अपव्यय गुणांक है, जो सुसंगत और असंगत बिखरने के कारण ऊर्जा हानि को ध्यान में रखता है; / द्रव्यमान अवशोषण गुणांक है, जो मुख्य रूप से फोटोइलेक्ट्रिक अवशोषण और विशेषता किरणों के उत्तेजना के कारण ऊर्जा हानि को ध्यान में रखता है।

एक्स-रे किरण के क्षीणन में अवशोषण और प्रकीर्णन का योगदान बराबर नहीं है। संरचनात्मक विश्लेषण में प्रयुक्त एक्स-रे के लिए, असंगत बिखराव को नजरअंदाज किया जा सकता है। यदि हम इस बात को ध्यान में रखें कि सुसंगत प्रकीर्णन का परिमाण भी छोटा है और सभी तत्वों के लिए लगभग स्थिर है, तो हम यह मान सकते हैं कि

//, (2.18)

वे। एक्स-रे किरण का क्षीणन मुख्य रूप से अवशोषण द्वारा निर्धारित होता है। इस संबंध में, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के दौरान द्रव्यमान अवशोषण गुणांक के लिए ऊपर चर्चा किए गए नियम द्रव्यमान क्षीणन गुणांक के लिए मान्य होंगे।

विकिरण चयन . तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण (क्षीणन) गुणांक की निर्भरता की प्रकृति कुछ हद तक संरचनात्मक अध्ययन में विकिरण की पसंद को निर्धारित करती है। क्रिस्टल में मजबूत अवशोषण एक्स-रे विवर्तन पैटर्न में विवर्तन धब्बों की तीव्रता को काफी कम कर देता है। इसके अलावा, मजबूत अवशोषण के दौरान होने वाली प्रतिदीप्ति फिल्म को रोशन करती है। इसलिए, अध्ययन के तहत पदार्थ की अवशोषण सीमा से थोड़ी कम तरंग दैर्ध्य पर काम करना लाभहीन है। इसे चित्र में दिए गए चित्र से आसानी से समझा जा सकता है। 2.6.

1. यदि एनोड, जिसमें अध्ययन के तहत पदार्थ के समान परमाणु शामिल हैं, विकिरण करता है, तो हम अवशोषण सीमा प्राप्त करते हैं, उदाहरण के लिए

चित्र.2.6. किसी पदार्थ से गुजरने पर एक्स-रे विकिरण की तीव्रता में परिवर्तन।

क्रिस्टल के अवशोषण का K-किनारा (चित्र 2.6, वक्र 1) स्पेक्ट्रम के शॉर्ट-वेव क्षेत्र में इसके विशिष्ट विकिरण के सापेक्ष थोड़ा स्थानांतरित हो जाएगा। यह बदलाव लाइन स्पेक्ट्रम की किनारे रेखाओं के सापेक्ष 0.01 - 0.02 Å के क्रम पर है। यह हमेशा एक ही तत्व के उत्सर्जन और अवशोषण की वर्णक्रमीय स्थिति में होता है। चूंकि अवशोषण छलांग उस ऊर्जा से मेल खाती है जिसे परमाणु के बाहर के स्तर से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए खर्च किया जाना चाहिए, सबसे कठिन के-श्रृंखला रेखा परमाणु के सबसे दूर के स्तर से के-स्तर में संक्रमण से मेल खाती है। यह स्पष्ट है कि परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा E हमेशा उस ऊर्जा से थोड़ी अधिक होती है जो तब निकलती है जब एक इलेक्ट्रॉन सबसे दूर के स्तर से समान K-स्तर पर जाता है। चित्र से. 2.6 (वक्र 1) यह इस प्रकार है कि यदि एनोड और अध्ययन के तहत क्रिस्टल एक पदार्थ हैं, तो सबसे तीव्र विशेषता विकिरण, विशेष रूप से के  और के  लाइनें, अवशोषण के सापेक्ष क्रिस्टल के कमजोर अवशोषण के क्षेत्र में स्थित हैं सीमा। इसलिए, क्रिस्टल द्वारा ऐसे विकिरण का अवशोषण कम होता है, और प्रतिदीप्ति कमजोर होती है।

2. यदि हम एक एनोड लेते हैं जिसका परमाणु क्रमांक है जेड 1 अध्ययन के तहत क्रिस्टल से बड़ा है, तो इस एनोड का विकिरण, मोसले के नियम के अनुसार, शॉर्ट-वेव क्षेत्र में थोड़ा स्थानांतरित हो जाएगा और अध्ययन के तहत उसी पदार्थ की अवशोषण सीमा के सापेक्ष स्थित होगा जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 2.6, वक्र 2. यहां K  रेखा अवशोषित हो जाती है, जिसके कारण प्रतिदीप्ति दिखाई देती है, जो शूटिंग में बाधा उत्पन्न कर सकती है।

3. यदि परमाणु संख्या में अंतर 2-3 इकाई है जेड, तो ऐसे एनोड का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम शॉर्ट-वेव क्षेत्र में और भी आगे स्थानांतरित हो जाएगा (चित्र 2.6, वक्र 3)। यह मामला और भी प्रतिकूल है, क्योंकि, सबसे पहले, एक्स-रे विकिरण बहुत क्षीण हो जाता है और, दूसरी बात, शूटिंग के दौरान मजबूत प्रतिदीप्ति फिल्म को रोशन करती है।

इसलिए, सबसे उपयुक्त एक एनोड है जिसका विशिष्ट विकिरण अध्ययन के तहत नमूने द्वारा कमजोर अवशोषण के क्षेत्र में स्थित है।

फिल्टर . हमने जिस चयनात्मक अवशोषण प्रभाव पर विचार किया, उसका व्यापक रूप से स्पेक्ट्रम के लघु-तरंग दैर्ध्य भाग को कमजोर करने के लिए उपयोग किया जाता है। ऐसा करने के लिए, किरणों के मार्ग में कई सौवें हिस्से की मोटाई वाली पन्नी रखी जाती है मिमी.पन्नी ऐसे पदार्थ से बनी होती है जिसका क्रमांक 1-2 इकाई से कम होता है जेडएनोड. इस मामले में, चित्र 2.6 (वक्र 2) के अनुसार, फ़ॉइल के अवशोषण बैंड का किनारा K  - और K  - उत्सर्जन रेखाओं और K  - रेखा, साथ ही निरंतर स्पेक्ट्रम के बीच स्थित है। बहुत कमजोर हो जाना. K  विकिरण की तुलना में K  का क्षीणन लगभग 600 है। इस प्रकार, हमने  विकिरण से  विकिरण को फ़िल्टर किया है, जिसकी तीव्रता में लगभग कोई बदलाव नहीं होता है। फ़िल्टर ऐसी सामग्री से बना फ़ॉइल हो सकता है जिसका क्रमांक 1-2 इकाई कम हो जेडएनोड. उदाहरण के लिए, मोलिब्डेनम विकिरण पर काम करते समय ( जेड= 42), जिरकोनियम एक फिल्टर के रूप में काम कर सकता है ( जेड= 40) और नाइओबियम ( जेड=41). श्रृंखला में एमएन ( जेड= 25), Fe ( जेड= 26), सह ( जेड= 27) पूर्ववर्ती तत्वों में से प्रत्येक अगले तत्व के लिए फ़िल्टर के रूप में काम कर सकता है।

यह स्पष्ट है कि फिल्टर उस कक्ष के बाहर स्थित होना चाहिए जिसमें क्रिस्टल की तस्वीर खींची गई है ताकि फिल्म प्रतिदीप्ति किरणों के संपर्क में न आए।

पदार्थ के साथ एक्स-रे की अंतःक्रिया के कुछ प्रभाव

जैसा कि ऊपर बताया गया है, एक्स-रे पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं को उत्तेजित करने में सक्षम हैं। इससे कुछ पदार्थ (जैसे जिंक सल्फेट) प्रतिदीप्त हो सकते हैं। यदि एक्स-रे की एक समानांतर किरण को अपारदर्शी वस्तुओं पर निर्देशित किया जाता है, तो आप फ्लोरोसेंट पदार्थ से ढकी एक स्क्रीन रखकर देख सकते हैं कि किरणें वस्तु से कैसे गुजरती हैं।

फ्लोरोसेंट स्क्रीन को फोटोग्राफिक फिल्म से बदला जा सकता है। एक्स-रे का फोटोग्राफिक इमल्शन पर प्रकाश के समान ही प्रभाव पड़ता है। व्यावहारिक चिकित्सा में दोनों विधियों का उपयोग किया जाता है।

एक्स-रे का एक अन्य महत्वपूर्ण प्रभाव उनकी आयनीकरण क्षमता है। यह उनकी तरंगदैर्घ्य और ऊर्जा पर निर्भर करता है। यह प्रभाव एक्स-रे की तीव्रता को मापने के लिए एक विधि प्रदान करता है। जब एक्स-रे आयनीकरण कक्ष से गुजरती हैं, तो एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है, जिसका परिमाण एक्स-रे विकिरण की तीव्रता के समानुपाती होता है।

जैसे ही एक्स-रे पदार्थ से होकर गुजरती हैं, अवशोषण और प्रकीर्णन के कारण उनकी ऊर्जा कम हो जाती है। किसी पदार्थ से गुजरने वाली एक्स-रे की समानांतर किरण की तीव्रता का क्षीणन बौगुएर के नियम द्वारा निर्धारित किया जाता है:, जहां मैं 0- एक्स-रे विकिरण की प्रारंभिक तीव्रता; मैं- पदार्थ की परत से गुजरने वाली एक्स-रे की तीव्रता, डी -अवशोषक परत की मोटाई , - रैखिक क्षीणन गुणांक. यह दो मात्राओं के योग के बराबर है: टी- रैखिक अवशोषण गुणांक और एस- रैखिक अपव्यय गुणांक: एम = टी+एस

प्रयोगों से पता चला है कि रैखिक अवशोषण गुणांक पदार्थ की परमाणु संख्या और एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है:

प्रत्यक्ष आनुपातिकता का गुणांक कहां है, पदार्थ का घनत्व है, जेड- तत्व की परमाणु संख्या, - एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य।

व्यावहारिक दृष्टि से Z पर निर्भरता बहुत महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, हड्डियों का अवशोषण गुणांक, जो कैल्शियम फॉस्फेट से बना होता है, नरम ऊतकों की तुलना में लगभग 150 गुना अधिक होता है ( जेड=कैल्शियम के लिए 20 और जेड=फॉस्फोरस के लिए 15)। जब एक्स-रे मानव शरीर से होकर गुजरती हैं, तो हड्डियाँ मांसपेशियों, संयोजी ऊतक आदि की पृष्ठभूमि के विरुद्ध स्पष्ट रूप से दिखाई देती हैं।

यह ज्ञात है कि पाचन अंगों में अन्य कोमल ऊतकों के समान ही अवशोषण गुणांक होता है। लेकिन अन्नप्रणाली, पेट और आंतों की छाया को पहचाना जा सकता है यदि रोगी एक कंट्रास्ट एजेंट लेता है - बेरियम सल्फेट ( जेड=बेरियम के लिए 56). बेरियम सल्फेट एक्स-रे के लिए बहुत अपारदर्शी है और अक्सर जठरांत्र संबंधी मार्ग की एक्स-रे जांच के लिए उपयोग किया जाता है। रक्त वाहिकाओं, गुर्दे आदि की स्थिति की जांच करने के लिए कुछ अपारदर्शी मिश्रणों को रक्तप्रवाह में इंजेक्ट किया जाता है। इस मामले में, आयोडीन, जिसका परमाणु क्रमांक 53 है, का उपयोग कंट्रास्ट एजेंट के रूप में किया जाता है।

एक्स-रे अवशोषण की निर्भरता जेडइसका उपयोग एक्स-रे के संभावित हानिकारक प्रभावों से बचाने के लिए भी किया जाता है। इस प्रयोजन के लिए सीसे की मात्रा का प्रयोग किया जाता है जेडजिसके लिए यह 82 के बराबर है।

रेखा (विशेषता) एक्स-रे स्पेक्ट्रम

तत्वों के लाइन स्पेक्ट्रा का पहला व्यवस्थित अध्ययन 1913 में जी. मोसले द्वारा किया गया था। उन्होंने वैक्यूम-प्रकार ब्रैग स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग किया था। अध्ययन के तहत प्रत्येक तत्व से एक एक्स-रे ट्यूब लक्ष्य तैयार किया गया था। मोसले ने पाया कि अध्ययन किए गए सभी तत्व एक समान प्रकार के स्पेक्ट्रा देते हैं (इसलिए स्पेक्ट्रा के लिए अक्सर इस्तेमाल किया जाने वाला नाम - विशेषता स्पेक्ट्रा)। उन्होंने प्रत्येक तत्व की एक्स-रे वर्णक्रमीय रेखाओं को दो समूहों या श्रृंखला में विभाजित किया: अपेक्षाकृत कम तरंग दैर्ध्य वाला एक समूह, एल-श्रृंखला, और अपेक्षाकृत लंबी तरंग दैर्ध्य वाला एक समूह, एल-श्रृंखला। श्रृंखला तरंग दैर्ध्य के एक बड़े अंतराल द्वारा एक दूसरे से अलग होती है। 66 से अधिक परमाणु संख्या वाले भारी तत्व अन्य एक्स-रे वर्णक्रमीय श्रृंखला भी उत्पन्न करते हैं, जिन्हें एम- के रूप में नामित किया गया है। एन-, 0-श्रृंखला, तरंग दैर्ध्य एल-श्रृंखला से भी अधिक लंबी है।

एक्स-रे अवशोषण

नमूने से गुजरने वाले एक्स-रे विकिरण की तीव्रता अवशोषण और बिखरने के कारण कम हो जाती है। एक्स-रे के अवशोषण का तंत्र ऑप्टिकल अवशोषण के तंत्र से भिन्न होता है: एक्स-रे ऊर्जा का अवशोषण एक ही प्रक्रिया के परिणामस्वरूप होता है - परमाणु के बाहर आंतरिक कोश के इलेक्ट्रॉनों का टूटना, यानी आयनीकरण के परिणामस्वरूप। आंतरिक इलेक्ट्रॉनों के कारण परमाणु का। अवशोषित विकिरण की ऊर्जा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों (फोटोइलेक्ट्रॉन) की गतिज ऊर्जा और उत्तेजित परमाणु की संभावित ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जो उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की बंधन ऊर्जा के बराबर होती है।

चित्र 16 एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रम का गुणात्मक दृश्य दिखाता है। सबसे कम ऊर्जा (सबसे लंबी तरंग दैर्ध्य) का एक्स-रे विकिरण बाहरी कोश से इलेक्ट्रॉनों को छीन लेता है। जैसे-जैसे विकिरण ऊर्जा बढ़ती है, किसी इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए इसकी कम और कम आवश्यकता होती है

सीपियाँ इसके साथ अवशोषण में कमी आती है। अवशोषण में एक नीरस कमी तब तक होती है जब तक कि विकिरण ऊर्जा अगले, गहरे कोश से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए पर्याप्त नहीं हो जाती। इससे अवशोषण बढ़त के अनुरूप अवशोषण में तेज वृद्धि होती है। अवशोषण किनारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अवशोषण में एक तेज उछाल है जो इस तथ्य के कारण होता है कि एक्स-रे क्वांटा की ऊर्जा एक इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित अवस्था में स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त हो जाती है। चित्र 16 कोशों और उपकोशों से इलेक्ट्रॉनों के बाहर निकलने के कारण होने वाले अवशोषण में उछाल को दर्शाता है एलऔर एमऔर गोले को।

एक और घटना जिसके कारण पदार्थ से गुजरते समय एक्स-रे विकिरण की तीव्रता कमजोर हो जाती है, वह है प्रकीर्णन। एक्स-रे फोटॉन (फोटॉन ऊर्जा -) की टक्कर के परिणामस्वरूप प्रकीर्णन होता है हू)परमाणु के इलेक्ट्रॉनों के साथ (ऊर्जा के साथ)। बाम मछली)।

यदि एक्स-रे फोटॉनों की ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों की बंधन ऊर्जा से कम है (हू तो फोटॉन किसी दिए गए आंतरिक आवरण से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर नहीं निकाल सकते हैं। संलग्न इलेक्ट्रॉनों के साथ एक लोचदार टकराव के परिणामस्वरूप, फोटॉन केवल दिशा बदलते हैं (तितर-बितर); उनकी ऊर्जा और, तदनुसार, तरंग दैर्ध्य समान रहते हैं। बिखराव जिसमें तरंग दैर्ध्य होता है नहीं बदलता कहलाता है सुसंगत (टोमोन) बिखरना।यह संरचनात्मक विश्लेषण में प्रयुक्त एक्स-रे विवर्तन का आधार बनता है।

यदि एक्स-रे फोटॉनों की ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों की बंधन ऊर्जा से अधिक है (हु > ई एल),फिर फोटॉन संबंधित आंतरिक आवरण से एक इलेक्ट्रॉन को फाड़ देते हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉनों से टकराने पर वे अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा उनमें स्थानांतरित कर देते हैं। परिणामस्वरूप, बिखरे हुए फोटॉन में कम ऊर्जा और लंबी तरंग दैर्ध्य होती है। बदलती तरंग दैर्ध्य के साथ इस प्रकीर्णन को कहा जाता है असंगत (कॉम्पटन) rayeeeeee।चूँकि इलेक्ट्रॉन नॉकआउट सभी एक्स-रे और इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रा की उपस्थिति के लिए पहली शर्त है, यह असंगत प्रकीर्णन है जो उनकी उपस्थिति के साथ होता है। लेकिन चूँकि परमाणु में एक साथ अधिक और कम मजबूती से बंधे इलेक्ट्रॉन (गहरे और कम गहरे आंतरिक गोले) होते हैं, बिखरे हुए विकिरण के स्पेक्ट्रम में दो रेखाएँ देखी जा सकती हैं - एक अपरिवर्तित और एक परिवर्तित (बढ़ी हुई) तरंग दैर्ध्य के साथ।

प्रकीर्णन की तीव्रता परमाणु संख्या के साथ बढ़ती है: एक परमाणु में जितने अधिक इलेक्ट्रॉन होते हैं, उनके प्रकीर्णन की तीव्रता उतनी ही अधिक होती है, अर्थात, एक्स-रे हल्के परमाणुओं द्वारा कमजोर रूप से प्रकीर्णित होते हैं और भारी परमाणुओं द्वारा दृढ़ता से प्रकीर्णित होते हैं।

किसी पदार्थ से गुजरने पर एक्स-रे की तीव्रता में कमी का मात्रात्मक मूल्यांकन क्षीणन गुणांक डी का उपयोग करके किया जाता है, जो शुद्ध (फोटोइलेक्ट्रिक) अवशोषण गुणांक एम और बिखरने वाले गुणांक का योग है एक।क्षीणन गुणांक को अक्सर अवशोषण गुणांक कहा जाता है, जिसका अर्थ है इसकी दो-अवधि सामग्री। 0.5 ए से अधिक तरंग दैर्ध्य पर और जेड > 26 वाले तत्वों के लिए, क्षीणन लगभग पूरी तरह से अवशोषण के कारण होता है

रैखिक क्षीणन (अवशोषण) गुणांक /ts, सेमी -1 में मापा जाता है, वेरे के नियम से निर्धारित किया जा सकता है:

नमूने की मोटाई पर किसी भी विकिरण की तीव्रता में कमी की घातीय निर्भरता स्थापित करना। रैखिक अवशोषण गुणांक की गणना लघुगणक (29) द्वारा की जाती है:

रैखिक क्षीणन गुणांक (30) का उपयोग किसी दिए गए नमूना मोटाई और किसी दिए गए विकिरण के लिए नमूने की पारदर्शिता या अस्पष्टता का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है। चूँकि गुणांक d/ पदार्थ की स्थिति (ठोस, तरल, गैसीय) पर निर्भर करता है, यह किसी दिए गए तत्व के अवशोषण को दर्शाने वाला स्थिरांक नहीं है। इसका मान अवशोषित पदार्थ की परमाणु संख्या और एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है।

द्रव्यमान क्षीणन (अवशोषण) गुणांक का अक्सर उपयोग किया जाता है

कहाँ आर- घनत्व (g/cm3), यानी d का आयाम cm2/g है। द्रव्यमान गुणांकों का परिचय सुविधाजनक हो जाता है, क्योंकि उनकी विशिष्ट विशेषता पदार्थ की समग्र स्थिति से उनकी स्वतंत्रता है। इस प्रकार, पानी, जलवाष्प और बर्फ के लिए d का मान समान है। इसके अलावा, विभिन्न प्रकार के विभिन्न पदार्थों के लिए क्षीणन गुणांक निर्धारित करने की कोई आवश्यकता नहीं है। यह संभव है क्योंकि अवशोषण और प्रकीर्णन मुख्य रूप से परमाणुओं के आंतरिक इलेक्ट्रॉनों द्वारा किया जाता है, जिसकी स्थिति उस पदार्थ पर निर्भर नहीं करती है जिसमें किसी विशेष तत्व का परमाणु होता है। इस कारण से, संदर्भ तालिकाएँ आमतौर पर बड़े पैमाने पर क्षीणन गुणांक के लिए मान प्रदान करती हैं टी विभिन्न तत्वों के परमाणुओं के लिए और एक्स-रे की विभिन्न तरंग दैर्ध्य के लिए। उदाहरण के लिए, सीनियर विकिरण में एल्यूमीनियम का द्रव्यमान अवशोषण गुणांक के ए (ए = 0.876 ए) को Do.876 या /एजीके ए के रूप में नामित किया गया है। सबसे महत्वपूर्ण के लिए d मानों की तालिकाएँ के ए1 ~, किग्रा-, एल ए - और तत्वों की अन्य उत्सर्जन लाइनें प्रकाशित की गई हैं।

एक नमूना पदार्थ के माध्यम से एक्स-रे विकिरण का मार्ग इस पदार्थ के साथ विकिरण की बातचीत के साथ होता है। इस अंतःक्रिया के तीन प्रकार ज्ञात हैं: (स्लाइड 17)

1. एक्स-रे विकिरण का प्रकीर्णन (बिना परिवर्तन के और तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन के साथ);

2. फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव;

3. इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े का निर्माण (यह प्रभाव केवल 1 MeV से अधिक फोटॉन ऊर्जा पर होता है)।

एक्स-रे प्रकीर्णन. एक पदार्थ जो एक्स-रे के संपर्क में आता है वह द्वितीयक विकिरण उत्सर्जित करता है, जिसकी तरंग दैर्ध्य या तो आपतित किरणों की तरंग दैर्ध्य (सुसंगत प्रकीर्णन) के बराबर होती है या थोड़ी भिन्न होती है। पहले मामले में, एक्स-रे की किरण द्वारा निर्मित वैकल्पिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र विकिरणित पदार्थ के इलेक्ट्रॉनों की दोलन गति का कारण बनता है, और वे सुसंगत विकिरण के स्रोत बन जाते हैं। सुसंगतता के कारण, विभिन्न परमाणुओं द्वारा बिखरी किरणें हस्तक्षेप कर सकती हैं। क्रिस्टलीय पदार्थों में परमाणु तलों के बीच की दूरी एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य के बराबर होती है। इसलिए क्रिस्टल ऐसे सुसंगत एक्स-रे के लिए विवर्तन झंझरी के रूप में कार्य करता है।

कॉम्पटन प्रभाव. कॉम्पटन स्कैटरिंग में, एक घटना क्वांटम किसी पदार्थ के इलेक्ट्रॉनों से तेजी से टकराती है। परिणामस्वरूप, ऊर्जा का कुछ हिस्सा इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा को बढ़ाने पर खर्च होता है और विकिरण तरंगदैर्घ्य बढ़ जाता है। इसलिए, कॉम्पटन प्रकीर्णन असंगत है और प्रकीर्णित विकिरण हस्तक्षेप नहीं कर सकता है। इसलिए, हम इस पर ध्यान नहीं देंगे, खासकर जब से यह प्रकीर्णन संरचनात्मक और चरण विश्लेषण में उपयोग किए जाने वाले अपेक्षाकृत नरम विकिरण के लिए महत्वहीन है।

फोटो प्रभाव. यह प्रक्रिया केवल कठोर प्राथमिक विकिरण के मामले में होती है। इस मामले में, पदार्थ के परमाणुओं के साथ बातचीत करके, एक्स-रे इलेक्ट्रॉनों को परमाणु से बाहर निकाल सकते हैं, इसे आयनित कर सकते हैं। यदि नष्ट हुए इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा अधिक है, तो वे स्वयं गैर-विशेषता वाले एक्स-रे विकिरण का स्रोत हो सकते हैं। अर्थात्, इस प्रकार का विकिरण केवल निरंतर (सफेद) विकिरण में योगदान देता है।

किसी पदार्थ द्वारा एक्स-रे विकिरण का कुल अवशोषण।

किसी पदार्थ से गुजरते हुए, एक्स-रे परमाणुओं के आयनीकरण, उनमें फ्लोरोसेंट विकिरण की उत्तेजना और ऑगर इलेक्ट्रॉनों के निर्माण का कारण बनते हैं। ये प्रक्रियाएँ एक्स-रे के अवशोषण के लिए जिम्मेदार हैं। इसके अलावा, पदार्थ के इलेक्ट्रॉनों द्वारा सभी दिशाओं में बिखरने के कारण आपतित किरण की दिशा में पदार्थ से गुजरने वाली किरणों की तीव्रता कम हो जाती है। अंत में, बहुत उच्च ऊर्जा (1 MeV से अधिक) के एक्स-रे क्वांटा, नाभिक के पास उड़ते हुए, इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े की उपस्थिति का कारण बनते हैं। यह सब गुजरने वाली किरण की तीव्रता को कम कर देता है, पदार्थ की परत जितनी अधिक मोटी होती है।

सामान्य नियम जो किसी अवशोषित पदार्थ में किसी सजातीय किरणों के क्षीणन को मात्रात्मक रूप से निर्धारित करता है, उसे निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है:

"समान सजातीय पदार्थ की समान मोटाई में, समान विकिरण की ऊर्जा के समान हिस्से अवशोषित होते हैं।"

यदि पदार्थ पर आपतित किरणों की तीव्रता को I 0 से तथा अवशोषित पदार्थ की प्लेट से गुजरने के बाद उनकी तीव्रता को I से दर्शाया जाए, तो इस नियम को निम्नलिखित रूप में व्यक्त किया जा सकता है:

आइए हम एक पतली सजातीय स्क्रीन लें, जिसके माध्यम से गुजरने पर एकता के बराबर क्रॉस सेक्शन वाला एक मोनोक्रोमैटिक बीम ऊर्जा dI खो देता है। यह स्क्रीन की मोटाई dx और बीम की तीव्रता I 0 के समानुपाती है। हमें वह मिलता है:

dI = - μ I 0 dx

कहा पे: डीएक्स - पदार्थ परत की मोटाई;

स्थिर मान μ संख्या का प्राकृतिक लघुगणक है जो तीव्रता में कमी को दर्शाता है जब किरणें इकाई मोटाई के किसी दिए गए पदार्थ की परत से गुजरती हैं:

μ = ln (I 0 /I) (dx = 1 के साथ)।

इस गुणांक को μ कहा जाता है - किसी दिए गए पदार्थ के लिए रैखिक अवशोषण गुणांक, या रैखिक किरण क्षीणन गुणांक।

इस समीकरण को हल करने पर, हमें प्राप्त होता है:

मैं = मैं 0 ऍक्स्प (-μ x)

जहाँ x अवशोषण परत की मोटाई है।

अवशोषण गुणांक को आंतरिक अवशोषण गुणांक τ और प्रकीर्णन गुणांक σ के योग के रूप में माना जा सकता है।

μ = τ + σ

द्रव्यमान अवशोषण गुणांक का उपयोग करना अधिक सुविधाजनक है, क्योंकि रैखिक अवशोषण गुणांक नमूना पदार्थ के घनत्व के समानुपाती होते हैं।

μ/ρ = τ/ρ + σ/ρ

हमारे लिए रुचि की तरंग दैर्ध्य सीमा में, द्रव्यमान प्रकीर्णन गुणांक आंतरिक अवशोषण गुणांक τ/ρ से बहुत कम है, इसलिए हम मोटे तौर पर यह मानते हैं:

यदि नमूने के पदार्थ की संरचना ज्ञात है, तो वजन (द्रव्यमान) प्रतिशत में घटकों की सामग्री को जानकर, इसके लिए μ/ρ की गणना करना संभव है।

विचाराधीन अवशोषण गुणांक पदार्थ की परमाणु संख्या और एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। विशेष टेबलें हैं. ये डेटा आवश्यक हैं, उदाहरण के लिए, एक्स-रे रिकॉर्डिंग की दी गई ज्यामिति के लिए अध्ययन के तहत पदार्थ में एक्स-रे विकिरण के प्रवेश की गहराई निर्धारित करने के लिए।

अब आइए देखें कि इसकी आवश्यकता क्यों है। स्लाइड 26 निकल में एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रम दिखाती है (एक्स-रे तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण गुणांक μ/ρ की निर्भरता)। यह देखा जा सकता है कि कुछ तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण गुणांक में तीव्र परिवर्तन होता है।

छलांग के बीच के अंतराल में, अवशोषण गुणांक अनुमानित निर्भरता के अनुसार बढ़ती तरंग दैर्ध्य के साथ बढ़ता है:

जहां: k आनुपातिकता गुणांक है, और Z तत्व की क्रम संख्या है।

अवशोषण गुणांक में उछाल के अनुरूप तरंग दैर्ध्य को कहा जाता है अवशोषण बैंड के किनारे।उनके पास एक बढ़िया संरचना है, जिस पर हम विचार नहीं करेंगे।

जैसा कि पहले ही संकेत दिया गया है, एक्स-रे विकिरण का अवशोषण मुख्य रूप से परमाणुओं के आंतरिक या बाहरी इलेक्ट्रॉन कोश से इलेक्ट्रॉनों के बाहर निकलने के कारण होता है। यदि विकिरण ऊर्जा किसी दिए गए कोश से इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा से अधिक या उसके बराबर है, तो इस प्रक्रिया के कारण अवशोषण होता है। यदि विकिरण ऊर्जा कम है तो अवशोषण अधिक बाहरी कोशों के कारण ही होता है। इसलिए, वे K-, L-, M-, आदि के बीच अंतर करते हैं। अवशोषण बैंड के किनारे।

उपरोक्त समीकरण में गुणांक k अध्ययनाधीन पदार्थ के अवशोषण बैंड के K-किनारे से कम तरंग दैर्ध्य के लिए लगभग 7x10 -3 के बराबर है। अवशोषण बैंड के K- और L-किनारों के बीच के अंतराल में, यह लगभग 9x10 -4 है। अर्थात्, अवशोषण बैंड के K-किनारे से गुजरने पर, अवशोषण गुणांक लगभग 8 गुना बदल जाता है। इससे स्पेक्ट्रम में उछाल आता है.

एक्स-रे छवियां लेने के लिए विकिरण का चयन करते समय इन छलांगों की उपस्थिति को ध्यान में रखा जाता है। अवशोषण बैंड के किनारों से माध्यमिक एक्स-रे उत्सर्जन एक्स-रे विवर्तन पैटर्न में पृष्ठभूमि में महत्वपूर्ण वृद्धि का कारण बनता है और इसलिए अवांछनीय है। इसलिए, शूटिंग के लिए, विकिरण को या तो λ किनारे से काफी कम तरंग दैर्ध्य के साथ, या λ किनारे से अधिक के साथ चुना जाता है। (स्लाइड 28 ए और बी)।

अवशोषण बैंड किनारों की उपस्थिति का उपयोग β-विकिरण को कम करने के लिए भी किया जाता है। ऐसा करने के लिए, उपयोग किए गए विकिरण की α और β रेखाओं के बीच स्थित अवशोषण बैंड के किनारे वाली सामग्री की एक पतली प्लेट को K-श्रृंखला विकिरण किरण के पथ में रखा जाता है। (स्लाइड 28 ग्राम)।

आमतौर पर, एनोड के सीरियल नंबर से एक कम सीरियल नंबर वाले तत्व की फ़ॉइल को फ़िल्टर के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

लेकिन हकीकत में सबकुछ इतना आसान नहीं है. उदाहरण के लिए, टाइटेनियम डाइऑक्साइड TiO2 का एक्स-रे पैटर्न लेने के लिए, आप मोलिब्डेनम ट्यूब से विकिरण का उपयोग कर सकते हैं, क्योंकि इस मामले में एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य 0.709 ए है, जो कि किनारे से बहुत कम है। टाइटेनियम अवशोषण बैंड (2.50 ए)। यानी हम स्लाइड पर स्थिति (ए) की स्थिति लागू करते हैं। हालाँकि, विकिरण के चरण विश्लेषण के लिए इस ट्यूब का उपयोग अवांछनीय है। छोटी तरंग दैर्ध्य के कारण, अंतरतलीय दूरी निर्धारित करने का रिज़ॉल्यूशन और सटीकता कम होगी। लंबी तरंग दैर्ध्य वाले विकिरण को प्राथमिकता दी जानी चाहिए। उदाहरण के लिए, तांबे की ट्यूब से। CuK α की तरंग दैर्ध्य 1.54 A है, जो टाइटेनियम अवशोषण बैंड के किनारे से भी कम है। निकल फ़ॉइल का उपयोग फ़िल्टर के रूप में किया जाता है। तांबे की क्रम संख्या 29 है, और निकल की 28 है। द्वितीयक टाइटेनियम विकिरण को कम करने के लिए, एल्यूमीनियम पन्नी को निकल के ऊपर भी रखा जाता है। नरम टाइटेनियम विकिरण को कठोर तांबे के विकिरण की तुलना में अधिक दृढ़ता से अवशोषित किया जाएगा। यानी तरंग दैर्ध्य और फ़िल्टर सामग्री का चयन करने की प्रक्रिया बहुत सरल नहीं है।

2. एक्स-रे विकिरण के स्रोत

संरचनात्मक अध्ययन के लिए एक्स-रे उत्पादन की मुख्य विधियों में तेज गति से चलने वाले इलेक्ट्रॉनों की एक धारा का उपयोग शामिल है। इलेक्ट्रॉन त्वरक - बीटाट्रॉन और रैखिक - का उपयोग शक्तिशाली शॉर्ट-वेव एक्स-रे का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से दोष का पता लगाने में किया जाता है।

लेकिन इलेक्ट्रॉन त्वरक भारी होते हैं, स्थापित करना मुश्किल होता है, और मुख्य रूप से स्थिर प्रतिष्ठानों में उपयोग किया जाता है। एक्स-रे का सबसे आम स्रोत एक्स-रे ट्यूब है।

इलेक्ट्रॉन बीम उत्पन्न करने के सिद्धांत के आधार पर, एक्स-रे ट्यूबों को गर्म कैथोड वाली ट्यूबों में विभाजित किया जाता है (थर्मिओनिक उत्सर्जन के परिणामस्वरूप मुक्त इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं (चित्र 3)) और ठंडे कैथोड वाली ट्यूबों (परिणामस्वरूप मुक्त इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं) क्षेत्र उत्सर्जन का) दोनों प्रकार के एक्स-रे ट्यूबों को निरंतर वैक्यूम के साथ सील किया जा सकता है और वैक्यूम पंपों द्वारा निकाला जा सकता है।

सबसे आम सीलबंद हॉट कैथोड एक्स-रे ट्यूब हैं। इनमें एक ग्लास बल्ब और दो इलेक्ट्रोड होते हैं - एक कैथोड और एक एनोड (चित्र 5)। फ्लास्क में एक उच्च वैक्यूम (10-7 - 10-8 मिमी एचजी) बनाया जाता है, जो कैथोड से एनोड तक इलेक्ट्रॉनों की मुक्त आवाजाही, गर्म कैथोड के थर्मल, रासायनिक और विद्युत इन्सुलेशन को सुनिश्चित करता है।

एक्स-रे ट्यूब कैथोड में एक फिलामेंट और एक फोकसिंग कैप होता है। धागे और टोपी का आकार ट्यूब के एनोड पर फोकल स्पॉट के दिए गए आकार से निर्धारित होता है - गोल या पंक्तिबद्ध। एक टंगस्टन सर्पिल फिलामेंट को विद्युत धारा द्वारा 2000 - 2200 C तक गर्म किया जाता है; उत्सर्जक विशेषताओं में सुधार के लिए, फिलामेंट को अक्सर थोरियम यौगिकों के साथ लेपित किया जाता है।

फोकल स्पॉट का आकार एक्स-रे ट्यूब के ऑप्टिकल गुणों को निर्धारित करता है। ट्रांसमिशन के दौरान छवि जितनी तेज होगी, साथ ही एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण की सटीकता, फोकस आकार उतना ही छोटा होगा। छोटे फोकस आकार वाले एक्स-रे ट्यूब को उच्च फोकस कहा जाता है।

एक्स-रे ट्यूब का एनोड एक तांबे का सिलेंडर होता है, जिसके अंत में एनोड का एक दर्पण दबाया जाता है - सामग्री की एक प्लेट जिसमें इलेक्ट्रॉनों की गति धीमी हो जाती है। एक्स-रे ट्यूबों में, संचरण के लिए दर्पण टंगस्टन से बना होता है; एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण के लिए, यह उस धातु से बना होता है जिसके विशिष्ट विकिरण का उपयोग किया जाएगा। संरचनात्मक विश्लेषण के लिए एक्स-रे ट्यूबों में एनोड का अंत एनोड अक्ष (इलेक्ट्रॉन बीम) से एक निश्चित कोण पर काटा जाता है। यह ट्यूब से अधिकतम तीव्रता के साथ निकलने वाली किरण प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

जब इलेक्ट्रॉन एनोड दर्पण से टकराते हैं, तो उनकी लगभग 96% ऊर्जा ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है, इसलिए एनोड सिलेंडर को बहते पानी या तेल से ठंडा किया जाता है।

एनोड से परावर्तित इलेक्ट्रॉनों को फंसाने और अप्रयुक्त एक्स-रे से बचाने के लिए एनोड को एक विशेष तांबे के आवरण द्वारा संरक्षित किया जाता है। इस केस में एक्स-रे के निकास के लिए एक या अधिक खिड़कियाँ होती हैं, जिनमें बेरिलियम की पतली प्लेटें डाली जाती हैं, जो व्यावहारिक रूप से ट्यूब में उत्पन्न एक्स-रे विकिरण को अवशोषित नहीं करती हैं।

एक्स-रे ट्यूब पी की अधिकतम शक्ति इसके माध्यम से गुजरने वाली विद्युत धारा की शक्ति से निर्धारित होती है:

जहां यू एक्स-रे ट्यूब पर लागू अधिकतम वोल्टेज है; I एक्स-रे ट्यूब के माध्यम से बहने वाली अधिकतम धारा है।

वास्तविक बिजली सीमा फोकल स्पॉट क्षेत्र (यानी, बिजली घनत्व), एनोड सामग्री और ट्यूब के संचालन समय पर निर्भर करती है। अल्पकालिक भार दीर्घकालिक भार से दसियों गुना अधिक हो सकता है।

एक्स-रे ट्यूब के माध्यम से व्यावहारिक रूप से मापने योग्य धारा तभी प्रकट होती है जब फिलामेंट धारा 2000-2100 सी (छवि 6 ए) के फिलामेंट हीटिंग तापमान के अनुरूप एक निश्चित मूल्य तक पहुंच जाती है; फिलामेंट धारा में वृद्धि से तापमान और फिलामेंट (उत्सर्जन धारा) द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या में तेजी से वृद्धि होती है। निरंतर फिलामेंट धारा और कम वोल्टेज पर, सभी उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन एनोड तक नहीं पहुंचते हैं, लेकिन उनमें से केवल एक हिस्सा, जितना बड़ा एनोड वोल्टेज उतना अधिक होता है। एक निश्चित वोल्टेज पर, फिलामेंट करंट के आधार पर, सभी उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन एनोड (संतृप्ति मोड) पर गिरते हैं, इसलिए एनोड वोल्टेज में और वृद्धि से एनोड करंट में वृद्धि नहीं होती है (यह उत्सर्जन करंट के बराबर है)। एनोड करंट के इस सीमित मूल्य को संतृप्ति करंट कहा जाता है, और फिलामेंट करंट जितना अधिक होगा, यह उतना ही अधिक होगा (चित्र 6 बी)। एक्स-रे ट्यूब नाममात्र वोल्टेज से 3-4 गुना अधिक वोल्टेज पर संतृप्ति मोड में काम करते हैं, अर्थात, संतृप्ति धारा को स्थापित करने के लिए आवश्यक है। इसलिए, एनोड करंट को एक विस्तृत श्रृंखला के भीतर नियंत्रित किया जाता है, जिससे फिलामेंट करंट थोड़ा बदल जाता है।

संरचनात्मक विश्लेषण के लिए एक्स-रे ट्यूबों के पदनामों में, एनोड वोल्टेज के बजाय, एनोड दर्पण की सामग्री को इंगित किया जाता है, जो सीआर, फ़े, सीओ, नी, क्यू, एमओ, एजी, डब्ल्यू और कुछ अन्य शुद्ध धातुएं हैं। (प्रत्येक, स्वाभाविक रूप से, विशिष्ट विकिरण की अपनी तरंग दैर्ध्य होती है)। उदाहरण के लिए, 0.7 BSV-2-Co ट्यूब की निरंतर शक्ति 0.7 किलोवाट है, यह सुरक्षित है, इसे संरचनात्मक विश्लेषण, जल शीतलन, प्रकार 2, कोबाल्ट एनोड के लिए डिज़ाइन किया गया है।

एक्स-रे विकिरण का पंजीकरण.

एक्स-रे को पंजीकृत करने के लिए फोटोग्राफिक, ल्यूमिनसेंट, सिंटिलेशन, इलेक्ट्रोफोटोग्राफिक और आयनीकरण विधियों का उपयोग किया जाता है।

ऐतिहासिक रूप से, पहली और हाल तक सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली विधि फोटोग्राफिक विधि थी।

एक्स-रे रिकॉर्ड करने की फोटोग्राफिक विधि आज भी व्यापक है। इसमें उच्च संवेदनशीलता और दस्तावेज़ीकरण है, लेकिन इसके लिए विशेष फोटोग्राफिक सामग्रियों के उपयोग और उनके श्रम-गहन प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। एक्स-रे फिल्मों में दो तरफा इमल्शन परत होती है जिसमें पारंपरिक फोटोग्राफिक सामग्रियों की तुलना में काफी अधिक सिल्वर ब्रोमाइड होता है। फोटोग्राफिक इमल्शन में छोटे (~ 1 µm) AgBr क्रिस्टल होते हैं जिनमें थोड़ी मात्रा में सल्फर मिलाया जाता है, जो संरचनात्मक दोष पैदा करता है। अत: अव्यक्त छवि के उत्तेजना केंद्र उत्पन्न होते हैं। जब ऊर्जा ν = ε h के साथ एक्स-रे क्वांटा को एक इमल्शन में अवशोषित किया जाता है, जैसा कि दृश्य प्रकाश की क्रिया के साथ होता है, तो प्रक्रियाएँ निम्नलिखित योजना के अनुसार होती हैं:

AgBr + h ν → Ag + Br.

20-100 एजी परमाणुओं का एक समूह अव्यक्त छवि का एक स्थिर केंद्र बनाता है, जिसे एक फोटोएजेंट - डेवलपर के प्रभाव में प्रकट किया जा सकता है। अव्यक्त छवि के केंद्रों वाले क्रिस्टल धात्विक चांदी में बदल जाते हैं। AgBr क्रिस्टल जिनमें ऐसे केंद्र नहीं होते हैं और डेवलपर द्वारा कम नहीं किए जाते हैं, उन्हें फिक्सिंग समाधान के साथ इमल्शन से धोया जाता है। परिणामस्वरूप, फोटोग्राफिक फिल्म पर केवल धात्विक चांदी के कण ही ​​बचे रहते हैं। ऐसे दानों की संख्या फोटोइमल्शन के कालेपन के घनत्व को निर्धारित करती है, जो एक्सपोज़र के समानुपाती होता है - विकिरण की तीव्रता और विकिरण समय का उत्पाद।

रेडियोग्राफ़ पर कालापन के घनत्व का आकलन माइक्रोफोटोमीटर का उपयोग करके दृश्य रूप से या अधिक सटीक रूप से किया जाता है, जिससे कालापन घनत्व वितरण वक्र को रिकॉर्ड करना और गणना करना संभव हो जाता है।

चमकदार स्क्रीन (फ्लोरोस्कोपी) पर एक छवि को देखने की ल्यूमिनसेंट विधि में बहुत अधिक उत्पादकता होती है और इसके लिए फोटोग्राफिक सामग्री की लागत की आवश्यकता नहीं होती है। यह विधि कुछ पदार्थों और विशेष रूप से फॉस्फोरस के एक्स-रे के प्रभाव में चमक पर आधारित है - पदार्थ जो दृश्य विकिरण (प्रतिदीप्ति) की उच्च उपज देते हैं।

पीली-हरी चमक वाला सबसे अच्छा फॉस्फोर 50% ZnS + 50% CdS का मिश्रण है। ऐसे फ़ॉस्फ़ोर का उपयोग एक्स-रे में छवियों के दृश्य अवलोकन के लिए स्क्रीन के निर्माण के लिए किया जाता है (दोष का पता लगाने और चिकित्सा निदान में ट्रांसिल्युमिनेशन के लिए स्क्रीन)। छोटी स्क्रीन का उपयोग एक्स-रे कैमरों को समायोजित करने और एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर के गोनियोमीटर को समायोजित करने के लिए किया जाता है। फॉस्फोर CaWO4 (नीली-बैंगनी चमक के साथ) का उपयोग एक्स-रे के फोटोग्राफिक प्रभाव को बढ़ाने के लिए किया जाता है। ऐसा करने के लिए, स्क्रीन को फोटोग्राफिक फिल्म के इमल्शन के खिलाफ कसकर दबाया जाता है, जिससे ट्रांसिल्युमिनेशन (फ्लोरोग्राफी) के दौरान एक्सपोज़र को तेजी से कम करना संभव हो जाता है।

एक जगमगाहट काउंटर एक ल्यूमिनसेंट क्रिस्टल (थैलियम टीएल एक्टिवेटर के मिश्रण के साथ NaI) और एक फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब (PMT) का एक संयोजन है।

स्किंटिलेटर में प्रवेश करके, एक्स-रे क्वांटम को फॉस्फर द्वारा अवशोषित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक फोटोइलेक्ट्रॉन का निर्माण होता है। क्रिस्टल पदार्थ से गुजरते हुए यह इलेक्ट्रॉन बड़ी संख्या में परमाणुओं को आयनित करता है। आयनित परमाणु, स्थिर अवस्था में लौटकर, पराबैंगनी प्रकाश के फोटॉन उत्सर्जित करते हैं। ये फोटॉन, फोटोमल्टीप्लायर के फोटोकैथोड से टकराकर उसमें से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल देते हैं, जो फोटोमल्टीप्लायर के विद्युत क्षेत्र में त्वरित होकर पहले उत्सर्जक पर गिरते हैं। प्रत्येक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जक कोटिंग सामग्री से कई इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है, और पूरी प्रक्रिया अगले उत्सर्जक पर दोहराई जाती है, और इसी तरह। आधुनिक फोटोमल्टीप्लायरों में 8-15 कैस्केड होते हैं, उनका कुल लाभ 10 7-10 8 तक पहुँच जाता है।

प्रत्येक चरण को 150-200 वोल्ट के वोल्टेज की आपूर्ति की जाती है। पीएमटी पर कुल वोल्टेज 600 - 2000V है। फोटोमल्टीप्लायर के आउटपुट पर एक वोल्टेज पल्स दिखाई देता है, जो पता लगाए गए क्वांटम की ऊर्जा के समानुपाती होता है। उदाहरण के लिए, Kα तांबे के लिए, इस पल्स का आयाम 0.01 V है। इसलिए, ऐसे पल्स को रिकॉर्ड करने के लिए, एक हजार के क्रम के लाभ वाले एम्पलीफायरों का उपयोग किया जाता है।

इलेक्ट्रोफोटोग्राफिक विधि (ज़ेरोग्राफी) फोटो विधि के कई फायदे बरकरार रखती है, लेकिन अधिक किफायती है। इसका सिद्धांत गुणन मशीनों के समान ही है। इस पद्धति को अभी तक संरचनात्मक अनुसंधान के अभ्यास में व्यापक अनुप्रयोग नहीं मिला है, लेकिन इसका उपयोग दोष का पता लगाने की समस्याओं को हल करने के लिए किया जाने लगा है, विशेष रूप से तथाकथित एक्स-रे माइक्रोस्कोप के आधार पर माइक्रोफ्लाव का पता लगाने में।

आयनीकरण विधि एक्स-रे की तीव्रता को सटीक रूप से मापना संभव बनाती है, लेकिन माप काउंटर इनपुट विंडो के आयामों और मापने वाले स्लिट्स द्वारा निर्धारित एक छोटे से क्षेत्र पर किया जाता है। इसलिए, एक्स-रे तीव्रता के स्थानिक वितरण को मापने के लिए, स्कैनिंग आवश्यक है - बिखरने वाले कोणों की पूरी श्रृंखला पर काउंटर को घुमाना।

यह दोष का पता लगाने में विधि के उपयोग को सीमित करता है, जहां इसका व्यापक रूप से केवल मोटाई मापने के लिए उपयोग किया जाता है, लेकिन एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण में महंगे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का उपयोग करने की आवश्यकता के बावजूद, यह विधि व्यावहारिक रूप से अन्य सभी को प्रतिस्थापित करती है।

आयनीकरण विधि एक्स-रे क्वांटा के साथ बातचीत करते समय किसी पदार्थ के परमाणुओं के आयनीकरण पर आधारित होती है। यदि गैस आयनीकरण एक फ्लैट संधारित्र के क्षेत्र में होता है, तो परिणामी आयन संबंधित इलेक्ट्रोड में चले जाते हैं, और एक आयनीकरण धारा उत्पन्न होती है। जैसे-जैसे संधारित्र प्लेटों पर विद्युत क्षेत्र की ताकत बढ़ती है, आयनों की गति बढ़ती है, इसलिए विपरीत आयनों की टक्कर में उनके बेअसर होने की संभावना कम हो जाती है, इसलिए, आयनीकरण धारा बढ़ जाती है (चित्र 7)। वोल्टेज U > U 1 पर, उदासीनीकरण नगण्य हो जाता है, और आयनीकरण धारा संतृप्ति तक पहुँच जाती है।

वोल्टेज में यू = यू 2 की और वृद्धि के साथ, आयनीकरण धारा में वृद्धि नहीं होती है, केवल आयन वेग बढ़ता है। U > U 2 पर आयन का वेग इतना अधिक हो जाता है कि गैस अणुओं का प्रभाव आयनीकरण हो जाता है। गैस परमाणुओं के साथ विकिरण की परस्पर क्रिया के दौरान बनने वाले फोटोइलेक्ट्रॉन और टकराव के दौरान खोई हुई गति पुन: संयोजित नहीं होती है, बल्कि फिर से त्वरित हो जाती है, जिससे गैस को आयनित करने और नए आयन-इलेक्ट्रॉन जोड़े बनाने के लिए पर्याप्त गतिज ऊर्जा प्राप्त होती है। इन प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, प्रभाव आयनीकरण बार-बार होता है और इलेक्ट्रॉनों की संख्या हिमस्खलन की तरह बढ़ जाती है। तथाकथित गैस प्रवर्धन के कारण बढ़ते वोल्टेज के साथ धारा रैखिक रूप से बढ़ने लगती है। यू ≤ यू 3 तक वोल्टेज पर लाभ 10 2 -10 4 (पूर्ण आनुपातिकता क्षेत्र) तक पहुंच सकता है।

इस क्षेत्र में, दो प्रकार के निर्वहन होते हैं: गैर-स्वतंत्र और स्वतंत्र। यू 2 - यू 3 क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन तेजी से क्षय होता है और जैसे ही सभी आयन और इलेक्ट्रॉन कैथोड और एनोड तक पहुंचते हैं, डिस्चार्ज बंद हो जाता है। डिस्चार्ज तभी तक मौजूद रहता है जब तक विकिरण काउंटर में प्रवेश करता है। यह कोई स्वतंत्र श्रेणी नहीं है.

वोल्टेज में और वृद्धि एक स्वतंत्र निर्वहन का कारण बनती है।

यू > यू 3 पर, गैस प्रवर्धन की रैखिकता बाधित होती है (अपूर्ण आनुपातिकता का क्षेत्र)। यू > यू 4 पर हिमस्खलन निर्वहन होता है। कैथोड पर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण उत्पन्न फोटोइलेक्ट्रॉन के प्रभाव में भी हिमस्खलन का निर्माण होता है। कैथोड आयनों के पुनर्संयोजन के दौरान उत्पन्न पराबैंगनी विकिरण से विकिरणित होता है। डिस्चार्ज तुरंत संपूर्ण गैस मात्रा में फैल जाता है और इसे बनाए रखने के लिए नए विकिरण क्वांटा की आवश्यकता नहीं होती है।