RADIATIILE X

CONTINUTURI:

1.Descoperirea radiatiilor X2.Definitie3.Producerea radiatiilor X4.Mecanismul de producere a radiatiilor X -radiatia X de franare -radiatia X caracteristica5.Importanta teoretica a legii lui Moseley6.Aplicatii practice ale radiatiilor X7.Efectele radiatiilor X si masuri de

radioprotectie

1.Descoperirea radiatiilor X(1895) Wilhelm Konrad Roentgen(1845-1923)

-primul laureat al premiului Nobel pentru fizica in anul 1901

Biografie

Descoperirea radiatiilor X

• Este legata de studiul descarcarilor electrice in gaze (tuburi Crookes)

Ce a descoperit Roentgen?

• O hartie acoperita cu o sare de bariu lumineaza la fiecare descarcare din tub ,daca acesta se introduce intr-o cutie de carton negru.

• Daca in calea razelor emise de tub sunt puse diferite obiecte:o scandura,o carte,o bucata de ebonita,etc.,acestea lasau radiatiile sa treaca si luminescenta sarii de bariu continua.

• Daca in calea razelor se pune mana,pe hartia acoperita cu sare de bariu apare conturul oaselor acesteia.

Primele radiografii O radiografie a mainii lui Rudolph

Albert von Kölliker,realizata de

Roentgen in 1896 Imaginea oaselor mainii sotiei lui Roentgen

Concluzii:• Razele emise de tuburile Crookes au

urmatoarele proprietati:

-provoaca luminescenta unor substante;

-impresioneaza placile fotografice;

-au putere mare de penetrare

-nu sunt deviate in campuri electrice si magnetice(deci nu sunt formate din particule incarcate electric)

-se propaga cu viteza luminii

-sunt oprite de ecrane de plumb

2.Definitia radiatiilor X

• Radiatiile X sunt radiatii electromagnetice cu lungimea de unda cuprinsa intre 0,01 si 50 nm.

Spectrul electromangnetic

10-2 to 50 nm

400 to 700 nm

10-4 to 10 -2 nm

50 to 400 nm

700 to 104 nm

NMR 10 um - 10 mm

Spectrul rad.elmg.-interactiv

3.Producerea radiatiilor X

• Radiatiile X sunt produse in tuburi de raze X (tuburi Coolidge-1913)

Rad.X-animatiel

Spectrul radiatiei X

• Daca energia e- care bombardeaza tinta e mica,spectrul radiatiei este continuu.Forma acestuia este independenta de natura anticatodului (depinde doar de tensiunea de acelerare)

• Daca e energia e- care bombardeaza tinta e mare,radiatia prezinta doua spectre:unul continuu si unul de linii.Spectrul de linii depinde de natura materialului tintei

4.1.Mecanismul de producere a radiatiei X de franare

• Rad.X de franare-interactiv •La energii mici ale electronilor incidenti, ciocnirile cu

electronii materialului tinta sunt elastice.

-Electronii proiectil se apropie de nucleul tinta (pozitiv)care

il va accelera,obligandu-l sa evolueze dupa o hiperbola.In

conformitate cu principiiile electrodinamicii,electronii emit

radiatii electromagnetice(rad.X).In acest fel,energia

electronilor scade(electronii sunt franati).In consecinta, radiatia X emisa se numeste radiatie X de franare.

Fotonii emisi pot avea orice frecventa cuprinsa intre 0 si o

valoare maxima vmax (lungime de unda

minima)corespunzatoare franarii electronilor pana la

oprire.

h vmax=eU; vmax=c/λmin=eU/h; λmin=hc/eU

Problema 1 :Enunt:

Calculati lungimea de unda minima a radiatiei X din spectrul continuu al materialului tinta,daca tensiunea de accelerare aplicata este de

a) 15 kV; b) 25KV

Rezolvare:

4.2.Mecanismul de producere a radiatiei X caracteristice

• La energii mari ale electronilor incidenti, ciocnirile cu electronii materialului tinta sunt inelastice.

-Electronii proiectil pot ioniza atomii materialului tinta,expulzand electroni aflati pe nivele energetice interioare.Pentru aducerea atomului in stare de stabilitate (de energie minima) , electronii se rearanjeaza pe paturile interioare, emitand fotoni cu energia bine determinata. Frecventa liniilor spectrale obtinute astfel depinde de natura materialului tinta si se numeste radiatie X caracteristica.

Frecventele liniilor spectrale din spectrul radiatiei X caracteristice pot fi calculate pe baxa legii lui Moseley:

)11

()(1

222

knZR

R=constanta lui Rydberg

Z=numarul atomic al elementului

5.Importanta teoretica a legii lui Moseley

• A permis corectarea si completarea tabelului periodic al elementelor al lui Mendeleev

•Corectarea tabelului

Punctele corespunzatoare elem.Ni si Co erau

situate in afara graficului

(mNi=58,68;mCo=58,94).Din calcule rezulta

ca ZCo=27 si ZNi=28.

•Completarea tabelului

Din grafic lipsesc niste puncte,ceea ce indica

exstenta unor elemente

nedescoperite:Z=61,72,75

Problema 2Enunt:

Folosind legea lui Moseley sa se calculeze:

a)Lungimea de unda Kα pentru Al(Z=13)si pentru Co(Z=27)

b)Diferenta dintre energiile de legatura ale electronilor K si L in cazul vanadiului V(Z=23).Se cunosc:h.c,R,σ

Rezolvare:

Problema 3

Enunt:

Sa se calculeze tensiune de accelerare a electronilor intr-un tub de raze X cu anticatod de Ni(Z=28)daca se stie ca diferenta dintre lungimea de unda a liniei Kα si lungimea de unda aminima a spectrului continuu este Δλ=84pm.Se cunosc:h,c,R,e si σ

Rezolvare:

6.Aplicatii practice

6.1.Aplicatii medicale• radiografii (se bazeaza pe proprietatea

radiatiilor X de a impresiona placile fotografice si de a provoca luminescenta unor substante: platinocianura de bariu,sulfura de zinc)

• fluoroscopia(se bazeaza pe proprietatea razelor X de a provoca florescenta unor substante)

• Tratamentul medical al unor forme de cancer

6.2.Aplicatii industriale• Testarea pieselor metalice si identificarea

defectelor de structura a unor materiale(defectoscopia cu raze X)

6.3.Aplicatii stiintifice• Masurarea constantelor retelelor cristaline prin

difractia razelor X• In astronomia cu raxe X

Imag.a Pamnatului -1996-

satelitul Polar

Imagine a soarelui-2000-satelitul

Yokoh

Imagine a unui rest de supernova