Эффект максимального поглощения излучения определенных длин волн называется селективным поглощением.
Фильтры рентгеновского излучения
1. Эффект селективного поглощения широко используется для отделения линий от . На пути лучей ставится тонкий слой вещества содержащего атомы, край полосы поглощения которых лежит между и линиями излучения. При этом линия будет ослаблена во много раз сильнее, чем .
2. Вещество фильтра должно иметь номер на единицу меньше, чем атомный номер излучателя.
3. Величина ослабления будет обусловлена толщиной фильтра – количеством материала ослабителя на пути излучения.
4. Фильтр должен располагаться вне камеры. В противном случае за счет флюоресценции материала фильтра будет повышаться уровень фона (вуаль на пленках).
Экраны-фильтры изготавливаются обычно так, чтобы отношение интенсивностей и излучения равнялось 1/600.
т.е. .
Фильтры можно готовить из фольги чистого элемента или из его порошка, закрепленного на бумаге. В первом случае основной характеристикой фильтра является его толщина, во втором – количество вещества, приходящееся на единицу пути (плотность, поделенная на толщину).
В таблице приведены характеристики фильтров для различных длин волн (анодов): материал фильтра, его толщина ( ), двумерная плотность ( ), длина волны К-полосы поглощения ( ) и коэффициент прохождения -линии анода ( ).
Таблица
Основные характеристики селективных фильтров для - излучения
Материал анода | Характеристики фильтров | ||||
Материал фильтра | |||||
Хром | Ванадий | 2,968 | 0,016 | 0,009 | |
Железо | Марганец | 1,895 | 0,016 | 0,012 | |
Кобальт | Железо | 1,743 | 0,018 | 0,014 | |
Никель | Кобальт | 1,608 | 0,018 | 0,015 | |
Медь | Никель | 1,487 | 0,021 | 0,018 | |
Молибден | Цирконий | 0,688 | 0,108 | 0,069 | |
Серебро | Родий | 0,534 | 0,079 | 0,096 |
Если взять два фильтра, элементы которых расположены рядом в периодической таблице, то их коэффициенты массового поглощения практически совпадут везде, кроме области, расположенной между краями поглощения. Если получить рентгенограмму сначала при одном (с меньшим ), а затем при установке обоих, то эти рентгенограммы будут отличаться тем, что на второй рентгенограмме отсутствует участок спектра между и , а на первой он есть. Такие двойные фильтры (фильтры Росса) находят широкое применение в практике рентгеноструктурных исследований, практически выполняя роль монохроматоров.
Физиологическое действие Х-лучей
Рентгеновские лучи влияют на характер биохимических реакций, протекающих в живых тканях. Под их действием происходит расщепление молекул воды на водород и гидроксил – частицы чрезвычайно активные в химическом отношении. Вследствие этого нарушается нормальный ход биохимических процессов в организме.
В живых организмах они могут вызвать местное (ожог, затрагивающий покровные ткани и даже мышцы) или общее поражение (лучевую болезнь разной степени тяжести)
Для живых организмов наибольшую опасность представляет мягкое рентгеновское излучение, так как оно в большей степени поглощается живыми тканями, состоящими в основном из легких элементов.
Когерентное рассеяние Х-лучей
Всякое вещество, на которое падают Х-лучи, испускают вторичное излучение, длина которого равна первичной длине волны, либо близка к ней.
1. В случае рассеяния без изменения длины волны все атомы вещества образуют ансамбль когерентных источников, излучение которых может интерферировать
2. Благодаря тому, что в конденсированных средах межатомные расстояния по порядку величины равны длинам волн Х-лучей, возможна интерференция.
3. Энергия рассеяния не распределяется по всему пространству, а
4. концентрируется по отдельным направлениям, где рассеяние наиболее интенсивное – получаются дифракционные картины, по которым возможно определить взаимное расположение атомов.
На этих трех фактах основан рентгеноструктурный анализ. В основе рентгеноструктурного анализа лежит явление когерентного рассеяния Х-лучей конденсированными средами.
Рассеяние свободным электроном. Формула Томсона
|
Пусть волна плоско поляризованная, электрический вектор ее распространяется по , встречает в точке О свободный электрон (рис.). Под действием переменного ускорения электрон начнет колебаться с амплитудой
. (1)
При этом он будет испускать электромагнитное излучение, которое в точке Р опишется вектором
, (2)
где - расстояние ОР, - угол между ОР и вектором ускорения электрона , электрический вектор лежит в плоскости ( , ). Т.е., в точку Р попадет излучение с амплитудой
. (3)
Выберем в качестве плоскости ХОУ плоскость, в которой лежат векторы , . Пусть угол рассеяния равен . Предположим, что в начальный момент времени вектор направлен по OZ нормально к плоскости
, . Тогда и
E┴= (4)
Отношение интесивностей волны первичной (в точке О) и рассеянной (в точке Р) равно отношению квадратов амплитуд электрических полей
I┴ = , т.к. (5)
I┴ - поток энергии, пересекающий за 1 с площадь 1 см2, расположенную в точке Р перпендикулярно . Эта площадь видна из точки О под телесным углом равным . Энергия рассеянного излучения, отнесенная к единице угла, будет
I┴ = . (6)
Если предположить теперь, что первичный электрический вектор расположен в плоскости ХОУ, то, согласно (3) и (6) интенсивность в точке Р будет
. (7)
Поляризованный пучок всегда может быть разложен на два пучка, электрические векторы которых перпендикулярны и параллельны плоскости ХОУ в пропорции k┴ и , k┴+ =1. Тогда интенсивность рассеяния можно представить в виде
k┴ I┴+ = (k┴+ ) . (8)
Если первичный пучок не поляризован, то k┴ = =1/2, тогда (8) примет вид
(9)
Это формула Томсона.
При подстановке , , получим
. (10)
- энергия рассеяния внутри единицы телесного угла.
Интенсивность рассеяния пучка на расстоянии от точки рассеяния равна .
Формулы (8) и (9) являются фундаментальными в рентгеноструктурном анализе, т.к. все теоретические расчеты сводятся к определению рассеивающей способности данного объекта.
Применительно к ядру: интенсивность рассеяния одним протоном будет в раз слабее интенсивности рассеяния одним электроном. Этой величиной можно пренебречь.
Дата добавления: 2015-08-20; просмотров: 856;