[h=2]نحوه تولید اشعه ایکس
تاریخچه
در سال 1897 جی. جی. تامسون یک ذره با بار منفی که از هر اتمی کوچکتر بود را کشف کرد و آنرا الکترون نامید. بر اساس کارهای رادرفورد و بوهر یک مدل ساده اتمی ممکن است، به صورت یک هسته حجیم با بار مثبت که توسط الکترونهای واقع در مداراتی با شعاع خاص احاطه شده ، در نظر گرفته شود. منظومه شمسی به همین شکل سازمان یافته است.
هسته
هسته یک اتم از چندین نوع ذره اولیه به نام نوکلئون ساخته شده است. پروتونها و نوترونها جز نوکلئونها می‌باشند. پروتونها دارای بار الکتریکی مثبت می باشند که از نظر عددی مساوی بار الکترونها می باشد، در حالیکه نوترونها فاقد بار الکتریکی هستند. جرم نوترون و پروتون مشابه یکدیگر می‌باشد و تقریبا 1836 برابر بیشتر از جرم الکترون است. تعداد پروتونهای هسته هر اتم به نام عدد اتمی (Z) آن نامیده می‌شود. مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته یک اتم عدد جرمی (A) نامیده می شود.
تمامی اتمهای یک عنصر دارای عدد اتمی (Z) مشابه هستند و لیکن یک عنصر ممکن است دارای چندین ایزوتوپ باشد. تعداد پروتونهای تمامی ایزوتوپهای یک عنصر مشابه می‌باشد، ولی تعداد نوترونهای آنها متفاوت است. به همین دلیل ، ایزوتوپهای یک عنصر دارای عدد اتمی یکسان و جرم اتمی متفاوت می باشند.
مدارات الکترونی
الکترونها ذراتی با بار منفی هستند که در اطراف هسته چرخش می‌نمایند. از آنجا که یک اتم در حالت عادی از نظر الکتریکی خنثی می‌باشد، لذا می‌بایست شامل تعداد مساوی از الکترون و پروتون باشد. نیروی کششی بین بار مثبت هسته و بار منفی الکترون موجب نگاهداشتن الکترونها در اتم می‌گردد. این نیرو تحت عنوان نیروی همبستگی الکترون نامیده می شود. جهت نیروی همبستگی به سمت هسته می‌باشد.
یک الکترون نمی‌تواند انرژی کمتر یا بیشتر از انرژی مربوط به لایه‌ای که در آن قرار دارد، داشته باشد و لیکن ممکن است که از یک لایه انرژی به لایه دیگر که پر نشده است، جابجا شود. سیستم اتمی حداکثر شامل 2 الکترون در مدار اول و تا 8 الکترون در مدار دوم و تا 18 الکترون در مدار سوم و ... می‌باشد. مدارات الکترونی بوسیله حروف M , L , k و … نامگذاری می‌شوند.
نحوه انتقال الکترون از یک لایه به لایه دیگر
حرکت الکترون به لایه پایین‌تر ، به عنوان مثال از لایه L به لایه K به تابش انرژی منجر می‌گردد. میزان انرژی تابشی برابر اختلاف انرژی همبستگی بین این دو لایه خواهد بود. این انرژی ممکن است، شکل فوتون به خود بگیرد. اگر کمیت انرژی کافی باشد، فوتون ممکن است، اصطلاحا اشعه ایکس نامیده شود. حرکت الکترون به یک لایه انرژی بالاتر به عنوان مثال از لایه K به لایه L مستلزم دادن انرژی به الکترون است که یکی از منابع انرژی می تواند جذب فوتون اشعه ایکس باشد.
ترازهای انرژی هسته
ترازهای انرژی در مورد هسته نیز صادق است، به این ترتیب که اگر به ذرات داخل هسته (پروتون ، نوترون و ...) انرژی داده شود، هسته در حالت تحریک قرار خواهد گرفت و همانند الکترون نمی تواند در این حالت باقی بماند. بنابراین انرژی اضافی (که برابر با تفاضل دو تراز انرژی است) به صورت تشعشع (از هسته) ساطع می‌گردد.
مدلهای استادانه تری برای ساختمان اتمی پیشنهاد گردیده است، که در آنها مدارات به صورت بیضی شکل بوده یا اینکه الکترونها را فقط به صورت امواج ایستاده در اطراف هسته اتم در نظر گرفته است، اما مدل مدارات دایره ای برای تولید اشعه ایکس به اندازه کافی دقیق می باشد. در تولید اشعه ایکس از سه خاصیت اتمهای تنگستن در هدف لامپ مولد اشعه ایکس استفاده می شود:
1. میدان الکتریکی هسته
2. انرژی همبستگی مدارات الکترونی
3. احتیاج اتم به قرار گرفتن در پایین ترین وضعیت انرژی
هنگامی که الکترونهای سریع ، انرژی خود را پس از برخورد به هدف لامپ مولد اشعه ایکس (تنگستن) از دست می‌دهند، به دو طریق اشعه ایکس تولید می‌گردد:
* فرآیند اول شامل تولید اشعه ایکس در اثر واکنش الکترونها با هسته اتمهای سنگین می‌باشد که با نام تشعشع عمومی خوانده می شود.
* دومین فرآیندی که منجر به تولید اشعه ایکس می‌گردد، شامل تصادم بین الکترونهای سریع و الکترونهای لایه‌ای اتمهای تنگستن در هدف می‌باشد که تحت عنوان تشعشع اختصاصی نامیده می‌شود.
منبع:دانشنامه رشد
در سال 1897 جی. جی. تامسون یک ذره با بار منفی که از هر اتمی کوچکتر بود را کشف کرد و آنرا الکترون نامید. بر اساس کارهای رادرفورد و بوهر یک مدل ساده اتمی ممکن است، به صورت یک هسته حجیم با بار مثبت که توسط الکترونهای واقع در مداراتی با شعاع خاص احاطه شده ، در نظر گرفته شود. منظومه شمسی به همین شکل سازمان یافته است.
هسته
هسته یک اتم از چندین نوع ذره اولیه به نام نوکلئون ساخته شده است. پروتونها و نوترونها جز نوکلئونها می‌باشند. پروتونها دارای بار الکتریکی مثبت می باشند که از نظر عددی مساوی بار الکترونها می باشد، در حالیکه نوترونها فاقد بار الکتریکی هستند. جرم نوترون و پروتون مشابه یکدیگر می‌باشد و تقریبا 1836 برابر بیشتر از جرم الکترون است. تعداد پروتونهای هسته هر اتم به نام عدد اتمی (Z) آن نامیده می‌شود. مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته یک اتم عدد جرمی (A) نامیده می شود.
تمامی اتمهای یک عنصر دارای عدد اتمی (Z) مشابه هستند و لیکن یک عنصر ممکن است دارای چندین ایزوتوپ باشد. تعداد پروتونهای تمامی ایزوتوپهای یک عنصر مشابه می‌باشد، ولی تعداد نوترونهای آنها متفاوت است. به همین دلیل ، ایزوتوپهای یک عنصر دارای عدد اتمی یکسان و جرم اتمی متفاوت می باشند.
مدارات الکترونی
الکترونها ذراتی با بار منفی هستند که در اطراف هسته چرخش می‌نمایند. از آنجا که یک اتم در حالت عادی از نظر الکتریکی خنثی می‌باشد، لذا می‌بایست شامل تعداد مساوی از الکترون و پروتون باشد. نیروی کششی بین بار مثبت هسته و بار منفی الکترون موجب نگاهداشتن الکترونها در اتم می‌گردد. این نیرو تحت عنوان نیروی همبستگی الکترون نامیده می شود. جهت نیروی همبستگی به سمت هسته می‌باشد.
یک الکترون نمی‌تواند انرژی کمتر یا بیشتر از انرژی مربوط به لایه‌ای که در آن قرار دارد، داشته باشد و لیکن ممکن است که از یک لایه انرژی به لایه دیگر که پر نشده است، جابجا شود. سیستم اتمی حداکثر شامل 2 الکترون در مدار اول و تا 8 الکترون در مدار دوم و تا 18 الکترون در مدار سوم و ... می‌باشد. مدارات الکترونی بوسیله حروف M , L , k و … نامگذاری می‌شوند.
نحوه انتقال الکترون از یک لایه به لایه دیگر
حرکت الکترون به لایه پایین‌تر ، به عنوان مثال از لایه L به لایه K به تابش انرژی منجر می‌گردد. میزان انرژی تابشی برابر اختلاف انرژی همبستگی بین این دو لایه خواهد بود. این انرژی ممکن است، شکل فوتون به خود بگیرد. اگر کمیت انرژی کافی باشد، فوتون ممکن است، اصطلاحا اشعه ایکس نامیده شود. حرکت الکترون به یک لایه انرژی بالاتر به عنوان مثال از لایه K به لایه L مستلزم دادن انرژی به الکترون است که یکی از منابع انرژی می تواند جذب فوتون اشعه ایکس باشد.
ترازهای انرژی هسته
ترازهای انرژی در مورد هسته نیز صادق است، به این ترتیب که اگر به ذرات داخل هسته (پروتون ، نوترون و ...) انرژی داده شود، هسته در حالت تحریک قرار خواهد گرفت و همانند الکترون نمی تواند در این حالت باقی بماند. بنابراین انرژی اضافی (که برابر با تفاضل دو تراز انرژی است) به صورت تشعشع (از هسته) ساطع می‌گردد.
مدلهای استادانه تری برای ساختمان اتمی پیشنهاد گردیده است، که در آنها مدارات به صورت بیضی شکل بوده یا اینکه الکترونها را فقط به صورت امواج ایستاده در اطراف هسته اتم در نظر گرفته است، اما مدل مدارات دایره ای برای تولید اشعه ایکس به اندازه کافی دقیق می باشد. در تولید اشعه ایکس از سه خاصیت اتمهای تنگستن در هدف لامپ مولد اشعه ایکس استفاده می شود:
1. میدان الکتریکی هسته
2. انرژی همبستگی مدارات الکترونی
3. احتیاج اتم به قرار گرفتن در پایین ترین وضعیت انرژی
هنگامی که الکترونهای سریع ، انرژی خود را پس از برخورد به هدف لامپ مولد اشعه ایکس (تنگستن) از دست می‌دهند، به دو طریق اشعه ایکس تولید می‌گردد:
* فرآیند اول شامل تولید اشعه ایکس در اثر واکنش الکترونها با هسته اتمهای سنگین می‌باشد که با نام تشعشع عمومی خوانده می شود.
* دومین فرآیندی که منجر به تولید اشعه ایکس می‌گردد، شامل تصادم بین الکترونهای سریع و الکترونهای لایه‌ای اتمهای تنگستن در هدف می‌باشد که تحت عنوان تشعشع اختصاصی نامیده می‌شود.
منبع:دانشنامه رشد