الدرس: 8-6 الأشعة السينية X - ray

من هو العالم الذي اكتشف لاشعة السينية؟ وكيف؟

اكتشفت الاشعة السينية عام 1895 من قبل العالم رونتجن مصادفة عندما كان يدرس كهربائية الغازات والتوصيل الكهربائي للالكترونات داخل أنابيب مفرغة جزئيًا من الهواء.

ما هي الأشعة السينية؟ وكيف يمكن الحصول عليها؟

هـي موجات كهرومغناطيسية غير مرئية أطوالها الموجية قصيرة جداً بحدود $(10-0.001)\mathrm{nm}$ لا تتأثر بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية لأنها ليست دقائق مشحونة يمكن الحصول عليها باستعمال أنبوبة زجاجية مفرغة من الهواء، تحتوي على قطبين أحدهما سالب (کانود) وهو قتيل تنبعث منه الإلكترونات عند تسخينه، والآخر قطب موجب (أبود) وهو هدف فلزي عادة يميل بزاوية معينة مع اتجاه حركة الإلكترونات المعجلة، وعند اصطدام الإلكترونات المعجلة بالهدف الفلزي تظهر الأشعة السينية عن طريق الظاهرة الكهروضوئية العكسية.

مم يتكون جهاز توليد الاشعة السينية؟

يتكون من انبوبة زجاجية مفرغة من الهواء، تحتوي على قطبين احدهما سالب (كاثود Cathode) وهو فتيل تنبعث منه الالكترونات عند تسخينه والاخر قطب موجب ( أنود Anode ) وهو هدف فلزي عادة يميل بزاوية معينة مع اتجاه حركة الالكترونات المعجلة، ونتيجة لتصادم

هذه الالكترونات تتولد حرارة عالية لذا يصنع الهدف من مادة درجة انصهارها عالية جدًا مثل التنكستن والمولبدينيوم كما يختار الهدف من مادة ذات عدد ذري كبير وذلك لزيادة كفاءة الاشعة السينية وتستعمل وسائل تبريد خاصة لتبريد الهدف نتيجة تولد الحرارة العالية.

يصنع عادة الهدف في أنبوبة توليد الأشعة السينية من مادة درجة انصهارها عالية جداء وعدد ذري كبير علل ذلك؟

لأنه عند تصادم الإلكترونات المعجلة مع الهدف تتولد درجة حرارة عالية جداً قد تؤدي إلى انصهار الهدف، والعدد الذري الكبير يزيد من كفاءة الأشعة السينية.

هل تتأثر الاشعة السينية بالمجالات الكهربائية؟

كلا لأنها دقائق غير مشحونة.

بماذا يمتاز الانود في جهاز توليد الاشعة السينية؟

1. درجة انصهاره عالية جدًا ليتحمل الحرارة الناتجة عن تصادم الالكترونات بالهدف الفلزي.

2. عدده لذري كبير وذلك لزيادة كفاءة الاشعة السينية لأن شدة الاشعة السينية تتناسب طرديًا مع العدد الذري لمادة الهدف.

3. يميل بزاوية معينة مع اتجاه حركة الالكترونات.

تعد الأشعة السينية ظاهرة كهروضوئية عكسية، علل ذلك؟

لأن الأشعة السينية تتولد نتيجة تحول طاقة الإلكترونات المعجلة المنبعثة من الكاثود والساقطة على الهدف إلى فوتونات الأشعة السينية يتم اختيار الهدف في أنبوبة توليد الأشعة السينية.

علل يجب أن يتم اختيار الهدف في أنبوبة الأشعة السينية من مادة ذات عدد ذري كبير (مثل التنكستن أو المولبدينيوم)، علل ذلك؟

وذلك لزيادة كفاءة الأشعة السينية.

تستخدم وسائل خاصة لتبريد الهدف في أنبوبة توليد الأشعة السينية، علل ذلك؟

لأنه عند تصادم الإلكترونات المعجلة مع الهدف تتولد درجة حرارة عالية جداً قد تؤدي إلى انصهار الهدف.

علل يصنع الهدف الفلزي في انبوبة الاشعة السينية من التنكستين؟

لان درجة انصهاره عالية جدًأ وعدده الذري كبير.

إن طيف الأشعة السينية يتألف من نوعين أذكرهما؟

1. الأشعة السينية ذات الطيف الخطي الحاد.
2. الأشعة السينية ذات الطيف المستمر.

ما هو الطيف الذي يميز ذرات مادة الهدف عند انبعاث الأشعة السينية؟

إن الطيف الذي يعد صفة مميزة لذرات مادة الهدف هو الطيف الخطي الحاد من طيف الأشعة السينية.

وضح كيف ينبعث الطيف الخطي الحاد للأشعة السينية (الأشعة السينية المميزة)؟

عند سقوط الإلكترونات المعجلة على ذرات مادة الهدف فإن هذه الإلكترونات تنتزع أحد الإلكترونات من أحد المستويات الداخلية للهدف ويغادر الذرة نهائياً فتحصل حالة التأين، أو قد يرتفع إلى مستوى أكثر طاقة فتحصل حالة التهيج، وفي كلا الحالتين تصبح الذرة قلقة (متهيجة) تحاول العودة إلى وضع الاستقرار فيهبط الإلكترون المتهيج إلى مستوى الطاقة التي انتزعت منه، فيبعث طاقة بشكل فوتون للأشعة السينية طاقته تساوي فرق الطاقة بين المستويين أي $hf=E_1-E_2$

علام تعتمد شدة الاشعة السينية؟

تعتمد على عدد الفوتونات المنبعثة عند طول موجي معين. (شدة الاشعة السينية تتناسب طرديًا مع عدد الفوتونات).

وضح كيف ينتج طيف الأشعة السينية المستمر؟

ينتج هذا الطيف عن اصطدام الإلكترونات المعجلة مع ذرات مادة الهدف مما يؤدي إلى تباطؤ حركتها بمعدل كبير بتأثر المجال الكهربائي لنوى مادة الهدف وبالتالي تفقد جميع طاقتها وتظهر بشكل فوتونات الأشعة السينية بترددات مختلفة.

علام يعتمد أعظم تردد لفوتون الأشعة السينية؟ علام يعتمد أقصر طول موجي لفوتون الأشعة السينية ذاكراً العلاقة الرياضية؟

يعتمد على فرق الجهد المسلط على طرفي أنبوب الأشعة السينية والذي يجعل الإلكترون يكتسب طاقة حركية عظمى وفق العلاقة:

$$\begin{gathered} f_{max}=\frac{eV}{h} \\ {\lambda }_{min}=\frac{hc}{eV} \end{gathered}$$

اشتق علاقة أقصر طول موجي $\left({\lambda }_{min}\right)$ والذي يقابل أعظم تردد (للأشعة السينية)؟

بما أن أعظم طاقة حركية لفوتون الأشعة السينية تعطى وفق العلاقة:

$\begin{array}{r}K{E}_{max}=eV\\ \\ h{f}_{max}=eV\Rightarrow f_{max}=\frac{eV}{h}\\ \\ \because f_{max}=\frac{c}{{\lambda }_{min}}\\ \\ \therefore \frac{c}{{\lambda }_{min}}=\frac{eV}{h}\Rightarrow {\lambda }_{min}=\frac{hc}{eV}\end{array}$

عدد بعض تطبيقات التي تستثمر الأشعة السينية؟

المجال الطبي تستخدم في:

• التصوير الإشعاعي للعظام والأنسجة.
• الكشف وعلاج بعض الأورام في الجسم.
• تعقيم المعدات الطبية التي لا يمكن تعقيمها بالحرارة مثل العقارات الجراحية اللدنة أو المطاطية والمحقنات.

عدد بعض تطبيقات التي تستثمر فيها الأشعة السينية؟

المجال الصناعي تستخدم في: الكشف عن الشقوق والهنات في القوالب المعدنية والأخشاب المستعملة في صناعة الزوارق.

الكشف عن العناصر الداخلة في تركيب المواد المختلفة وتحليلها دراسة خصائص الجوامد والتركيب البلوري.

المجال الأمني تستخدم في:

• مراقبة حقائب المسافرين في المطارات.
• التعرف على أساليب الرسامين والتمييز بين اللوحات الحقيقية واللوحات المزيفة.

كيف تستثمر الأشعة السينية للتعرف على أساليب الرسامين والتمييز بين اللوحات الحقيقية واللوحات المزيفة؟ ميز بين اللوحات الحقيقية واللوحات المزيفة باستعمال الأشعة السينية؟

الألوان المستعملة في اللوحات القديمة تحتوي على الكثير من المركبات المعدنية التي تمتص الأشعة السينية، وأما الألوان المستعملة في اللوحات الحديثة فهي مركبات عضوية تمتص الأشعة السينية بنسبة أقل.

ما مقدار أعظم تردد لفوتون الأشعة السينية المتولدة إذا سلط فرق جهد مقداره (50kv) على قطبي الأنبوية؟

$\begin{array}{r}K{E}_{max}=\mathrm{eV}\\ \\ K{E}_{max}=1.6\times {10}^{-19}\times 50\times {10}^3\\ \\ K{E}_{max}=80\times {10}^{-16}\mathrm{J}\\ \\ K{E}_{max}=h{f}_{max}\\ \\ 80\times {10}^{-16}=6.63\times {10}^{-34}\times f_{max}\\ \\ f_{max}=\frac{80\times {10}^{-16}}{6.63\times {10}^{-34}}\\ \\ f_{max}=12.066\times {10}^{18}\mathrm{Hz}\end{array}$

احسب مقدار الجهد اللازم تسليطه على قطبي أنبوبة الأشعة السينية لكي ينبعث فوتون بأقصر طول موجي 4.5x10^-7m

$\begin{array}{r}K{E}_{max}=\frac{hc}{{\lambda }_{min}}=\frac{6.63\times {10}^{-34}\times 3\times {10}^8}{4.5\times {10}^{-7}}\\ \\ K{E}_{max}=\frac{19.89\times {10}^{-26}}{4.5\times {10}^{-7}}\\ \\ K{E}_{max}=4.42\times {10}^{-19}\mathrm{J}\\ \\ K{E}_{max}=\mathrm{eV}\\ \\ 4.42\times {10}^{-19}=1.6\times {10}^{-19}\times V\\ \\ V=\frac{4.42\times {10}^{-19}}{1.6\times {10}^{-19}}=2.7625\mathrm{V}\\ \end{array}$