مقاله در مورد ویژگیهای پرتو xپرتونگاری

توضیحات

  مقاله در مورد ویژگیهای پرتو xپرتونگاری دارای 67 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد ویژگیهای پرتو xپرتونگاری  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد ویژگیهای پرتو xپرتونگاری،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله در مورد ویژگیهای پرتو xپرتونگاری :

مقدمه

پرتوهای X در سال 1895 ، به وسیله ی رونتگن فیزیكدان آلمانی كشف شد و از آنجا كه ماهیت آنها در آن زمان ناشناخته بود ، بدین نام خوانده شدند . این پرتوها برخلاف نور معمولی نامرئی هستند اما مسیر مستقیمی را می پیماند و فیلم عكاسی را مانند نور مرئی متأثر می كنند . از سوی دیگر ، از نور با نفوذتر بوده و به آسانی از بدن انسان ، چوب ، قطعات نسبتاً ضخیم فلزی ، و دیگر اشیاء كدر عبور می كنند .

برای استفاده از هر وسیله ای همواره به شناخت كامل آن نیاز نیست ، به این دلیل تقریباً بی درنگ فیزیك دانها و چندی بعد مهندسان علاقه مند به مطالعه ساختار درونی اجسام كدر ، پرتوهای X را بكار گرفتند . با قرار دادن لامپ پرتو X در یك سوی جسم و فیلم عكاسی در سوی دیگر ، می توان تصویری سایه مانند و یا پرتونگار به دست آورد، بخشهایی از جسم با چگالی كمتر ، نسبت به بخشهایی با چگالی بیشتر مقدار بیشتری از تابش X را عبور می دهند . بدین وسیله نقطه ی شكست در استخوانی شكسته و یا محل تركی در یك فلز قالب گیری شده مشخص می شود.

بدین ترتیب پرتونگاری بدون آگاهی دقیق از تابش بكار برده شده ، آغاز شد ، زیرا ماهیت كامل پرتوهای X تا سال 1912 ، مشخص نبود ،‌ در این سال ، پدیده ی پراش پرتو X در بلوها كشف شد ، و همزمان با این كشف ، ماهیت موجی پرتوهای X به اثبات رسد از این رو روش جدیدی برای بررسی ریز ساختار ماده نیز فراهم شد . هر چند پرتونگاری در این نوع خود وسیله بسیار مهمی است و از زمینه ی كاربردی گسترده ای برخوردار است ، اما معمولاً توان تفكیك آن برای آشكارسازی جزئیات درونی ، تا مرتبه  محدود می شود . از سوی دیگر ، پراش می تواند به طور غیر مستقیم جزئیات ساختار درونی را تا اندازه ی آشكار كند ، و در این كتاب به این پدیده، و كاربردهای آن در مسائل متالورژیكی پرداخته می شود . در اینجا پرتوهای X و ساختار دورنی بلورها در دو فصل اول به عنوان پیش نیازهای لازم برای بحث پراش پرتوهای X در بلوها كه به دنبال خواهد آمد ، توصیف شده است.

تابش الكترومغناطیس

امروزه می دانیم كه پرتوهای X ، تابش الكترومغناطیسی با ماهیتی كاملاً همانند نور مرعی ،‌‌ اما با طول موجی بسیار كوتاهتر از آن هستند ،‌ واحد اندازه گیری در ناحیه پرتو X آنگسترم برابر با  است و پرتوهای X بكار رفته در پراش ، تقریباً طول موجهایی در گستره ی 5/0 تا 5/2 دارند ، در حالی كه طول موج نور مرئی در محدوده 6000 است . بدین ترتیب پرتوهای X ،‌ ناحیه ای میان پرتوهای گاما و فرابنفش را در طیف كامل الكترومغناطیسی اشغال می كنند.

گاهی در اندازه گیری طول موج پرتو X از واحدهای دیگری مانند واحد X ، (XU) ،‌ و كیلو ‌X (KX=1000XU) استفاده می كنند . واحد KX ،‌‏ اندكی از آنگسترم بزرگتر است كه منشا آن در بخش 3 ـ 4 توصیف می شود . واحد پذیرفته شده ی SI برای طول موج در ناحیه ی پرتو X ، نانومتر است:

نامومتر

اما این واحد رایج نشده است.

طیف پیوسته

هنگامی پرتوهای X ایجاد می شوند كه شتاب هر ذره ی باردار الكتریكی با انرژی جنبشی كافی، بسرعت كند شود ، معمولاً برای چنین منظوری از الكترونها استفاده می شود. این تابش در یك لامپ پرتو X با منبعی از الكترونها و دو الكترود فلزی ، تولید می شود . ولتاژ زیادی كه به میزان چند ده هزار ولت در دو سر الكترود وجود دارد موجب گسیل الكترونها به سوی آندو یا هدف می شود و در آنجا الكترونها با سرعت زیاد به هدف برخورد می كنند . پرتوهای X در نقطه ی برخورد تولید شده و در تمام جهات منتشر می شوند. اگر e بار الكترون ( ^19-10×6/1 كولمب ) و V ولتاژ دو سر الكترودها باشد ، در این صورت انرژی جنبشی ( بر حسب ژول ) الكترونها هنگام برخورد از معادله ی زیر به دست می آید.

( 3 ـ 1 )                                           

كه در آن m جرم الكترون ( kg ^31- 10×11/9 ) و V سرعت آن بر حسب متر بر ثانیه درست پیش از برخورد است . در لامپی با ولتاژ 30000 ولت ، این سرعت نزدیك به سرعت نور است . بیشتر انرژی جنبشی الكترونهایی كه به هدف برخورد می كنند به حرارت تبدیل شده و كمتر از یك درصد از این انرژی به پرتوهای X تبدیل می شود.

هنگامی پرتوهای خارج شده از هدف ، مورد واكاوی قرار گیرند ، آشكار می شود كه مجموعه ای از طول موجهای گوناگون هستند ، و تغییرات شدت با طول موج ، به ولتاژ لامپ بستگی دارد .

شدت تا طول موج ویژه ای صفر است كه به آن حد طول موج كوتاه می گویند، سپس بسرعت تا بیشینه ای افزایش می یابد و آنگاه بدون هیچ مرز مشخصی در ناحیه ی طول موجهای بلند كاهش می یابد . هنگام افزایش ولتاژ لامپ ، شدت تمام طول موجها افزایش یافته و مرز طول موج كوتاه و مكان بیشینه به سوی طول موجهای كوتاهتر
تغییر مكان می دهد .

تابشی با این منحنی ها نشان اده شده را تابش چند رنگ ،‌ پیوسته ، و یا سفید گویند ، زیرا مانند نور سفید از پرتوهایی با طول موجهای گوناگوی ساخته شده است . تابش سفید را تابش ترمزی نیز گویند كه واژه ای آلمانی است ، زیرا از شتاب كاهش یافته ای الكترونها ناشی می شود.

طیف پیوسته ، از كند شدن سریع الكترونهای برخورد كننده به هدف ناشی می شود ، زیرا همانگونه كه در بالا گفته شد ، هر بار كند شونده ، انرژی آزاد می كنند . در هر صورت ، تمام الكترونها به یك صروت كند نمی شوند ، برخی در یك برخورد متوقف شده و تمام انرژی خود را یكباره از دست می دهند ، در حالی كه دیگر الكترونها به وسیله ی اتمهای هدف به این سو و آن سو منحرف شده ، و به دنبال آن ، بخشهایی از انرژی جنبشی خود را بتدریج از دست می دهند تا تمام آن مصرف شود . الكترونهایی كه در یك برخورد متوقف شده و به فوتونهالی با بیشینه یا انرژی ، یعنی به پرتوهای X با كمینه ی طول موج ، تبدیل می شوند . این الكترونها ، تمام انرژی eV خود را به انرژی فوتونی تبدیل كرده و می توان نوشت:

متر

این معادله حد طول موج كوتاه ( بر حسب آنگسترم ) را بر حسب تابعی از ولتاژ بكار برده شده V ارائه می دهد . اگر الكترونی به طور كامل در یك برخورد متوقف نشده بلكه فقط جزئی از سرعت آن بر اثر برخوردهای جنبی كاهش یابد، فقط كسری از انرژی eV آن به صورت تابش منتشر می شود . او انرژی فوتون ایجاد شده كمتر از است . بر اساس حركت موجی ، پرتو X مربوطه دارای بسامدی كمتر از و طول موجی بلندتر از خواهد بود.مجموعه ی این طول موجها طیف پیوسته را تشكیل می دهند كه در گستره ای كه از به بالا قرار می گیرد.

هنگام افزایش ولتاژ بكار برده شده به نقطه ی بالاتر و سمت چپ آشكار می شود ، زیرا تعداد فوتونهای تولید شده در ثانیه و انرژی میانگین هر فوتون ، افزایش می یابند . همه انرژی پرتو X منتشر شده در هر ثانیه كه با مساحت زیر یكی از منحنی ها متناسب است و نیز به عدد اتمی Z هدف و جریان I لامپ ، یعنی تعداد الكترونهای برخورد كننده به هدف در ثانیه ، بستگی دارد . این شدت كل پرتوX ، از رابطه ی زیر به دست می آید.

( 5 ـ 1 )                                    = طیف پیوسته

كه درآن A ثابت تناسب و m ثابتی با مقداری نزدیك 2 است . بنابراین در جایی كه به مقادیر زیاد تابش سفید نیاز است ،‌ بایسته است برای هدف از فلز سنگینی مانند تنگستن ( 74 = Z ) و ولتاژی هر چه بالاتر استفاده كرد. توجه كنید كه جنس هدف بر شدت اثر می گذارد. اما توزیع طیف پیوسته را تغییر نمی دهد.

طیف ویژه

هنگامی ولتاژ لامپ پرتو X از یك مقدار مشخص بحرانی فراتر بود . پیشینه های باریكی كه ویژگی فلز هدف است در برخی از طول موجها بر روی طیف پیوسته پدیدار می شوند . از آنجا كه این بیشینه ها باریك بوده و طول موج آنها از ویژگی جنس فلز هدف بكار برده می باشد، به آنها خطوط ویژه می گویند . این خطوط به چند مجموع به نامهای L,K و M و مانن دآنها بر حسب افزیش طول موج رده بندی می شوند . تمام این خطوط ،‌ طیف پیوسته فلز بكار برده شده به عنوان هدف را تشكیل می دهند . برای یك هدف مولیبدنی ،‌ خطوط K طول موجهایی نزدیك به 7/0 ، خطوط L نزدیك به 5 ، و خطوط M طول موجهای بلندتر به آسانی جذب می شوند . در مجموعه K چندین خط وجود دارد ، اما در كارهای معمولی پراش فقط شدیدترین سه خط این مجموعه عبارت است از و برای مولیبدن طول موجهای آنها تقریباً برابر هستند با:

709/0 :

714/0 :

632/0 :

طول موج مؤلفه های آنقدر به یكدیگر نزدیكند كه همواره به عنوان یك خط در نظر گرفته می شوند ، در صورت جدا شدن Ka دوتایی ، و در غیر اینصورت ، فقط خط Ka خوانده می شود.

همچنین معمولاً به صورت خط ،‌ با حذف زیر نویس 1 نمایش داده می شود . شدت همواره نزدیك به 2 برابر است ، در حالیكه نسبت شدت به به عدد اتمی هدف بستگی داشته ، اما میانگین این نبت نزدیك به است.

از آنجا كه ولتاژ بحرانی برانگیختگی ، یعنی ولتاژ لازم برای انگیختن تابش ویژه K برای مولیبدن KV 01/20 است، افزایشی در ولتاژ بالاتر از این ولتاژ بحرانی شدت خطوط ویژه را نسبت به طیف پیوسته افزایش می دهد ، اما طول موج آنها را تغییر نمی دهد. افزایش ولتاژ ، طیف پیوسته را به طول موجهای كوتاهتر تغییر مكان داده و نیز شدت خطوط K را نسبت به طیف پیوسته افزایش داده ،‌ اما طول موج آنها را تغییر نداده است.

شدت هر خط ویژه كه در بالای طیف پیوسته اندازه گیری می شود ، هم به جریان I لامپ و هم به مقدار اختلاف ولتاژ بكار برده شده v مازاد بر ولتاژ بحرانی برانگیختگی آن خط بستگی دارد. برای یك خط K ، شدت تقریباً برابر است با :

( 6 ـ 1 )                                   

كه در آن B ثابت تناسب ،‌‌ ولتاژ برانگیختگی k ، و n ثابتی است با مقدار تقریبی 5/1 . ( در حقیقت n یك ثابت واقعی نیست ، بكله به V بستگی داشته و از 1 تا 2 تغییر می كند. ) شدت یك خط ویژه می تواند نسبتاً بزرگ باشد: برای مثال ، در تابشی ناشی از یك هدف مسی كه با kV 30 عمل می كند ، شدت خط Ka تقریباً 90 بار بیشتر از شدت طول موجهای همجوار نزدیك با آن در طیف پیوسته است . افزون بر شدت ، خطوط ویژه همچنین بسیار باریك هستند ، و اغلب آنها پهنایی كمتر از 001/0 دارند كه در نیمی از شدت بیشینه ی آنها اندازه گیری شده است . وجود این خط تیز و پرشدت Ka است كه تا اندازه زیادی پراش پرتو X را فراهم می كند زیرا در بسیاری از آزمایشهای پراش ، به تابش تكفام و یا تقریباً تكفام نیاز است.

خطوط ویژه پرتوX به وسیله ی دبلیو . اچ . براگ كشف شد و اچ . جی . موزلی آن را تنظیم كرد . موزلی ، دریافت كه طول موج هر خط ویژه هنگامی كاهش می یابد كه عدد اتمی گسیلینده زیاد شود . او بویژه رابطه ای خطی ( قانون موزلی ) میان ریشه ی دوم بسامد خط V و عدد اتمی Z به دست آورد.

خطوط دوتایی تفكیك شده Ka در سمت راست بر روی مقیاس بزرگ شده طول موج تمایش داده شده است.

( 7 ـ 1 )‌                                            

كه در آن C و ثابت است . دومین خط ، قویترین خط در سری L است . این منحنی ها به طور ضمنی نشان می دهند كه خطوط L همواره دارای طول موجهای بلند نیستند : برای مثال ، خط فلزی سنگین مانند تنگستن ، نزدیك به طول موج خط مس ،‌ یعنی 5/1 است.

طول موج خطوط ویژه ی پرتو X تقریباً برای تمام عناصر شناخته شده ،‌ عمدتاً از سوی ام . سیگبان و دستیاران او اندازه گیری شده ، و جدولی از این طول موجها باری قویترین خطوط سری K و L در پیوست 7 یافت می شود . داده های مربوط به خطوط ضعیف تر را می توان در جلد چهارم جدولهای بین المللی بلورشناسی پرتو به دست آورد.

در حالی كه طیف پیوسته در اثر كاهش سریع شناب الكترونها ،‌ از فلز هدف ناشی می شود، منشأ طیف ویژه در اتمهای سازنده ی ماده ی هدف نهفته است . برای درك این پدیده ، كافی است اتمی را با هسته ای مركزی در نظر بگیرید كه پیرامون آن را الكترونها در پوسته های گوناگون فرا گرفته اند و نشانه های M,L,K در رابطه با عدد كوانتومی …….، 3 ، 2 ، 1 = n هستند . اگر یكی از الكترونهایی كه هدف را بمباران می كنند ، از انرژی جنبشی كافی برخوردار باشد، می تواند الكترونی را از پوسته K خارج كرده و اتم را در یك حالت برانگیخته با انرژی بالاتر قرار دهد.

بی درنگ یكی از الكترونهای بیرونی تر در مكان خالی پوسته K قرار می گیرد، و در آن فرآیند با گسیل انرژی ، اتم را دوباره به حالت عادی انرژی خود بر می گرداند . انرژی سیل شده ،‌ به صورت تابشی با طول موج معین است كه در واقع تابش ویژه K خواهد بود.
 

مكام خالی پوسته K ممكن است با الكترونی از هر یك از پوسته های بیرونی تر پر شود، بدین ترتیب به رشته ای از خطوط K برای مثال خطوط Ka و ، منجر شود كه به ترتیب ناشی از پرشدن مكان خالی پوسته با الكترونی از پوسته های L و یا M خواهد بود. مكان خالی لایه K را ممكن است از پوسته L و یا از پوسته M پر كرده، به گونه ای كه یكی از اتمهای هدف می تواند . تابش Ka و اتم مجاور با آن تابش شدیدتر است . همچنین نتیجه می شود كه نمی توان یك خط K را بدون برانگیختن تمام خطوط دیگر برانگیخته كرد. خطوط ویژه، به همین روش تولید می شوند : الكترونی از پوسته ی L به بیرون پرتاب شده و مكان خالی با الكترونی از پوسته ی بیرونی تر پر می شود.

اكنون دلیل ضرورت وجود ولتاژ بحرانی برانگیختگی برای تابش ویژه آشكار می شود. برای مثال ، تابش K نمی تواند برانگیخته شود مگر آنكه ولتاژ لامپ به گونه ا ی باشد كه انرژی الكترونهای بمباران كننده برای خارج كردن یك الكترون از پوسته K اتم هدف . بسنده باشد اگر كار لازم برای خارج كردن یك الكترون K باشد ، در این صورت انرژی جنبشی لازم برای الكترونها از رابطه ی زیر به دست می آید:

( 8 ـ 1 )                                            

انرژی لازم ، برای خارج كردن یك الكترون L كمتر از یك الكترون K است ، زیرا
اولی دورتر از هسته قرار دارد . بنابراین برانگیختگی L از ولتاژ برانگیختگی K كمتر است و وجود تابش ویژه ی K بدون وجود تابش های L و M و مانند آنها امكان پذیر نیست.

جذب

درك بیشتر از انتقالهای الكترونی كه در اتمها رخ می دهد را نه تنها از تأثیر متقابل الكترونها و اتمها ، بلكه از تأثیر متقابل پرتوهای X و اتمها نیز می توان دریافت . هنگامی پرتوهای « وارد هر نوع ماده ای شوند ،‌ بخشی از آنها عبور و بخشی جذب می شود. آزمایش نشان می دهد كه كاهش كسری در شدت I باریكه پرتو x هنگام عبور از ماده ی همگن ، با فاصله ی پیموده شده X متناسب است . به صورت دیفرانسیلی :

( 9 ـ 1 )                                   

كه در آن ثابت تناسب ، ضرب جذب خطی خوانده می شود و به ماده ی مورد مطالعه ،‌ چگالی آن ، و طول موج پرتوهای X بستگی دارد. انتگرالگیری از معادله ی
( 9-1 ) می دهد:

( 10-1 )                                            

كه در آن شدت باریكه فرودی پرتوی x و شدت باریكه عبوری پس از گذشتن از ضخامت x است .

ضریب جذب خطی متناسب با چگالی است ،‌ و بدان معنی است كه كمیت برای یك ماده ثابت بوده و مستقل از حالت فیزیكی آن ( جامد ، مایع ، گاز ) است . این كمیت را ضریب جذب جرمی گفته و كمیتی است كه معمولاً به صورت جدول ارائه می شود . در این صورت معادله ی ( 10-1 ) را می توان به صورت مؤثرتری به گونه ی زیر نوشت:

( 11 ـ 1 )                            

مقادیر ضریب جذب جرمی در پیوست 8 بر ای طول موجهای ویژه ی گوناگونی ارائه شده است كه در پراش بكار می رود.

گاهی لازم است ضریب جذب جرمی ماده ای ، بیش از یك عنصر را بدانیم ، اگر ماده مخلوطی مكانیكی ، محلول و یا تركیب شیمیایی ، و یا به صورت حالت جامد ، مایع و یا گاز باشد ،‌ ضریب جذب جرمی آن بسادگی میانگین توزین شده ی ضرایب جذب جرمی عناصر سازنده ی آن است اگر و مانند ‌آنها ، كسرهای وزنی عناصر 1 و 2 و مانند آنها در ماده ،‌ و و مانند آنها ، ضرایب جذب جرمی آنها باشد ، در این صورت ضریب جذب جرمی ماده از رابطه ی زیر به دست می آید:

( 12 ـ 1 )                         

روشی كه در آن ضریب جذب با طول موج تغییر می كند ، نشانه ای از بر همكنش پرتوهای X با اتمها است . این تغییرات برای تمام مواد یكسان است . این منحنی از دو شاخه ی همانند تشكیل یافته كه با ناپیوستگی تیزی به نام لبه ی جذب جدا شده است.

( 13 ـ 1 )                                         

كه در آن k ثابت ، و برای هر شاخه از این منحنی مقدار متفاوتی دراد ، و Z عدد اتمی جذب كننده است . بنابراین پرتوهای X با طول موج كوتاه نفوذ پذیری بسیار زیادی دارند و سخت نامیده می شوند ، در حالی كه پرتوهای x با طول موج بلند به آسانی جذب شده و به آنها نرم گفته می شود.

ماده ، پرتوهایX را به دو صورت متفاوت جذب می كند ، یك به وسیله ی پراكندگی و دیگری از راه جذب واقعی كه این دو فرآیند با هم تشكیل جذب كل را می دهند و با كمیت اندازه گیری می شود . پراكندگی پرتوهای x از بسیاری جنبه ها همانند پراكندگی نور مرئی از ذرات گردوغبار در هوا است . پراكندگی در تمام جهت ها انجام می شود ، و از آنجا كه انرژی موجود در باریكه های پراكنده شده ، در باریكه های عبوری پدیدار نمی شود، باریكه ی عبوری پرتوهای X را می توان جذب شده خواند پدیده ی پراكندگی در فصل چهارم با جزئیات بیشتری بحث خواهد شد ، كافی است در اینجا توجه كنیم بجز برای عناصر بسیار سبك ، این پدیده فقط كسر كوچكی از جذب كل را تشكیل می دهد . جذب كل را تشكیل می دهد . جذب واقعی از انتقالهای الكترونی درون اتم ایجاد می شود و از دیدگاه نظریه ی كوانتومی تابشی بهتر است مورد بررسی قرار گیرد . درست همانگونه كه الكترونی با انرژی كافی می تواند یك الكترونی k را برای مثال ، از یك اتم خارج كند و باعث گسیل تابش ویژه K شود ، یك كوانتوم فرودی از پرتوهای X نیز به شرط آن كه از همان مقدار كمینه ی انرژی برخوردار باشد ، توانایی چنین فرایندی را خواهد داشت . در این حالت ، الكترون خارج شده را فوتون الكترون و تابش ویژه ایجاد شده را تابش فلورسانت می نامند . تابش فلورسانت در تمام جهت ها و دقیقاً با همان طول موج تابش ویژه ناشی از بمباران الكترونی هدف فلزی انجام می شود . ( عملاً ، یك اتم ،‌ همان تابش k را بدن در نظر گرفتن چگونگی بوجود آمدن مكان خالی پوسته ی K در آغاز ،‌ گسیل می كند). این پدیده این پدپده همانند پرتو X است كه از اثر فوتوالكتریك در ناحیه ی فرابنفش طیف ایجاد می شود ، در آنجا ، فوتوالكترونها می توان از پوسته های خارجی تر اتم فلز با تابش فرابنفش پرتاب شوند ، البته این شرط كه طول موج آنها كمتر از مقدار معین بحرانی باشد.

برای دریافت اینجا کلیک کنید