Promieniowanie rentgenowskie 2.doc

Promienie rentgenowskie

Promienie rentgenowskie zostały wykryte w 1895 r. przez Wilhelma Conrada Roentgena. W 1901r. uzyskał on za to wykrycie nagrodę Nobla. Analizując cechy promieni katodowych, Roentgen stwierdził że sprawdzi czy promienie te są w stanie przejść także przez zwykłą szklaną ściankę. Do tego doświadczenia skonstruował sobie rurę Crookesa przykrył czarnym pudłem kartonowym i zasłonił okna w pomieszczeniu w którym się znajdował, by światło rurki nie mogło przeszkadzać w zauważeniu ewentualnych zjawisk na szklanej ściance. W tym momencie zaobserwował fluorescencje które leżały o prawie metr od rury płytki która była pokryta BaPt(CN)4 (tetracyjanoplatynianem barowym). Zjawisko to nie mogło zostać spowodowane przez promienie katodowe ponieważ była za duża odległość płytki od rury Crookesa. Okazało się, że wykrył on nowy typ niewidzialnych promieni które zostały przez niego nazwane promieniami rentgena. W czasie analiz nad tym nowym zjawiskiem zaobserwował także, iż świecenie ekranu utrzymuje się, wtedy kiedy między nim a rurą kładł przeróżne przedmioty takie jak 1000 stronicowa książka albo dłoń. Analizował przezroczystość przeróżnych substancji w stosunku do promieniowania. Fotografował skrawki drutu przez drewnianą grubą deskę oraz odważniki zamknięte w pudełku. Historyczne jest zdjęcie zrobione 22 grudnia  czasie krótkiej ekspozycji, zauważyć można na nim rękę żony Roentgena z cieniem pierścienia na palcu.

Roentgen odnalezione przez siebie promienie określił mianem promieni X, a potem określano je promieniami Roentgena.

Do produkowania promieni X wykorzystuje się 2 lampy: jonowa lampa rentgenowska i lampa Coolidge’a z żarzoną katodą, która jest wykorzystywana do produkowania elektronów swobodnych przy pomocy zjawiska termoelektrycznego. Jonowa lampa rentgenowska jest to bańka szklana, okrągła o średnicy paru albo kilkunastu centymetrów, zapełniona jest gazem o ciśnieniu paru dziesiątych Pa. W bańce są 3 elektrody metalowe: płytka glinowa, która ma formę wklęsłej miseczki o środku krzywizny wewnątrz bańki i która stanowi katodę, anoda, która jest złączona metalicznie (zamyka obwód prądowy dla elektronów) z 3 elektrodą nazywaną antykatodą. Jest to blaszka z bardzo trudno topliwego metalu; umieszczona jest dokładnie wewnątrz bańki oraz jest ona ustawiona pod kątem 45° do osi bańki.

By uruchomić lampy trzeba podłączyć pomiędzy katodę i antykatodę napięcie rzędu paru dziesięciu tysięcy Voltów. W bańce takiej są jony dodatnie, które bombardując katodę wyzwalają z niej elektrony. Elektrony które wylatują z wklęsłej katody tworzą zbieżny strumień promieni katodowych skupiającej się na bardzo niewielkiej powierzchni antykatody. Tworzą się 2 rodzaje promieniowania rentgenowskiego: o widmie ciągłym (promieniowanie hamowania) oraz o widmie liniowym. Gwałtownie przemieszczające się elektrony trafiają na atomy bombardowanego pierwiastka a także w ich polach elektrycznych szybko zmieniają kierunki albo zostają wyhamowane. W tym momencie elektron może utracić pewną część swojej energii, która zostaje wyemitowana w formie promieniowania hamowania. Częstotliwość oraz energia wysyłanego fotonu jest tym większa, im bardziej jest hamowany elektron.. Kiedy elektron zostaje w całości przez jądro wyhamowany, wtedy cała jego energia ulega zamianie na energię promieniowania. Częstotliwość tego promieniowania jest wówczas maksymalna.

Krótkofalowa granica widma promieniowania rentgenowskiego uzależniona jest od napięcia przyśpieszającego. Elektrony promieni katodowych są w stanie przekazywać swą energię elektronom atomów antykatody. Mają one ogromną energię, a zatem są w stanie wytrącić nie tylko elektrony zewnętrzne, ale również elektrony które leżą bardzo blisko jądra. Wytrącony elektron albo wylatuje poza atom wówczas staje się elektronem swobodnym lub zajmuje wolne miejsce w warstwie dalekiej od jądra (w tej która nie jest zapełniona). Zwolnione miejsce przez niego od razu jest zajęte przez elektron z wyższej warstwy, w czasie tego przejścia dochodzi do wysyłania energii w formie fotonu.

Max Laue nakierował prostopadle wiązkę promieni X(o widmie ciągłym) na powierzchnię cienkiego monokryształu, która gdy przeszła przez kryształ padła na kliszę fotograficzną. Na kliszy uzyskujemy zaczernioną plamę centralną dla wiązki nie ugiętej, i plamy boczne dla wiązek ugiętych. Zespół regularnie położonych plamek został nazwany obrazem Lauego. Regularne ułożenie niewielkich zaczernionych plam informuje nas o tym, iż jedynie w niektórych kierunkach ugięte promienie X wzmacniają się, natomiast w pozostałych zaś znoszą się. Eksperyment ten pokazał, iż zachodzi interferencja promieni X.

Cechy promieni rentgenowskich

Ř              Rozchodzą się prostoliniowo

Ř              Są niewidoczne, ale powodują fluorescencję

Ř              Są w stanie wywołać jonizację powietrza

Ř              Promieniowanie może przeniknąć nawet przez szkło, przez czarny papier oraz przez wiele innych rzeczy, które są nieprzeźroczyste dla światła

Ř              Zaczerniają klisze fotograficzne

Ř              Są wchłaniane bardziej przez pierwiastki o większej liczbie porządkowej Z

Ř              W próżni posiadają prędkość światła

Ř              Nie mogą ulec odchyleniu w polu elektrycznym oraz magnetycznym

Promieniowanie rentgenowskie stosuje się w analizach pierwiastkowego składu chemicznego materiałów (analiza rentgenospektralna) i do analizowania struktur kryształów (krystalografia rentgenowska). Dodatkowo promieniowanie rentgenowskie bardzo często wykorzystuje się w diagnostyce medycznej (rentgenodiagnostyka). Posiada także znaczenie w zwalczaniu nowotworów złośliwych i w pewnych schorzeniach skóry (rentgenoterapia)

W 1948 r. odkryto promieniowanie rentgenowskie które pochodzi z przestrzeni kosmicznej, od tego momentu astronomowie szukają promieni X w Kosmosie. Są w stanie one ujawniać obszary aktywności energetycznej w przestrzeni kosmicznej. Dają one także możliwość obserwowania przyćmionych ciał, między innymi pulsarów.