20.10.2006
Paweł Wiącek
Gr. 204
MATERIAŁOZNAWSTWO
Laboratorium
Rentgenografia strukturalna
Promieniowanie rentgenowskie.
Promieniowanie X (rentgenowskie) jest strumieniem kwantów promieniowania elektromagnetycznego, powstającym w wyniku oddziaływania (hamowania) strumienia elektronów z jądrami atomów materii. Promieniowanie to rozchodzi się w postaci fali elektromagnetycznej, powstałej w lampie rentgenowskiej.
Widma optyczne powstają w wyniku dostarczania do atomu energii od kilku do kilkunastu elektronowoltów (wzbudzeniu ulegają tylko elektrony z powłoki zewnętrznej), elektrony z powłok wewnętrznych mają energię wiązania 104-105 eV. Dostarczając do atomu takiej energii, atom wprowadzany jest w stan bardzo wysokiego wzbudzenia. Atom powraca do stanu podstawowego emitując fotony posiadające wysoką częstotliwość.
Otrzymamy wówczas widmo liniowe, zwane liniowym widmem rentgenowskim. Okrył je Wilhelm Conrad Röentgen (1845-1923) w 1895 r. Oprócz widma liniowego występuje również widmo ciągłe promieniowania rentgenowskiego. Natura promieni Roentgena przez długi czas była nie zbadana. Nie można ich było zaliczyć do promieni korpuskularnych, a uzyskanie interferencji fal tego promieniowania za pomocą siatki dyfrakcyjnej było niemożliwe. Dopiero w roku 1912 udało się uzyskać interferencję promieni Roentgena wykorzystując jako siatkę dyfrakcyjną naturalny układ atomów w sieci krystalicznej kryształów.
Dzisiaj wiadomo, że ogólnie znane i powszechnie stosowane promienie Roentgena, rozchodzą się w postaci niewidzialnych fal elektromagnetycznych, których długości zawierają się w przedziale od 
. Powyżej zamieszczony jest schemat lampy rentgenowskiej, która jest sztucznym źródłem elektronów.
Promieniowanie charakterystyczne.
Ze wzbudzeniem atomu pierwiastka elektrody hamującej jest związane promieniowanie charakterystyczne, dające widmo liniowe. Promieniowanie charakterystyczne pojawia się, gdy energia elektronów przekroczy określoną dla danego pierwiastka wartość. Dla wolframu napięcie potrzebne do uzyskania tego efektu wynosi 70 kV. Wartość ta wynika z energii wiązania na powłoce K (najbliższej jądra) atomu wolframu. Promieniowanie charakterystyczne stanowi niewielki odsetek całości promieniowania rentgenowskiego. Tylko 1% energii kinetycznej elektronów jest zamieniany na energię promieniowania rtg, 99% ich energii zostaje zamienione na ciepło. Dzieje się tak ponieważ większość elektronów wytrąca elektrony z powłok zewnętrznych atomów wolframu i powoduje ich silne ruchy, które dają emisję ciepła.
Własności i zastosowanie promieniowania X
Promienie X znajdują duże zastosowanie w technice i w przemyśle. W rentgenodefektoskopii służą do badania uszkodzeń, defektów, do kontroli materiałów, do sprawdzania izolacji i uszczelnień, do wykrywania skaz złącz spawanych. Jest to szczególnie ważne przy budowie np. samolotów, gdzie zastosowanie źle spawanych złącz grozi katastrofą. Promienie X łatwo przenikają przez powietrze i inne gazy wypełniające niepożądane szczeliny czy skazy i dają na klisze silnie zaczernione obrazy defektów. Dzięki temu, że długości fal promieni X są porównywalne z odległościami międzyatomowymi ciał stałych, stosuje się je do badania struktury tych ciał (rentgenografia). Wiązka promieni padających ulegając dyfrakcji zostaje częściowo odbita od płaszczyzn sieciowych. Wzmocnienie interferencyjne od kolejnych płaszczyzn zachodzi, gdy różnice dróg promieni są równe całkowitej wielokrotności długości fali. Wówczas, jest spełniony tzw. warunek Wulfa- Bragga, wyrażony wzorem:
2d sinϑ = nλ
gdzie n - liczba całkowita; d - odległość między płaszczyznami sieciowymi kryształu.
Promienie X znalazły zastosowanie przede wszystkim w medycynie. W diagnostyce stosuje się je do prześwietlania kości, płuc czy zębów, wykorzystując do tego celu aparat rentgenowski. Zastosowanie terapeutyczne promieni X polega na ich silnym działaniu na tkanki żywe. W rentgenoterapii okresowe naświetlanie promieniami X pozwala na zniszczenie chorej tkanki. Fakt ten wykorzystano w leczeniu schorzeń skóry, a w szczególności do leczenia nowotworów.
Podsumowując, właściwości, które pozwoliły na tak różnorodne zastosowanie promieniowania rentgenowskiego, to: przenikanie przez materię (przechodzą z łatwością przez szkło i płytki z metali lekkich), częściowe pochłaniane przez różne pierwiastki (zdolność pochłaniania wzrasta ze wzrostem grubości warstwy i liczby atomowej), jonizacja gazów, przez które przechodzi, rozchodzenie się po liniach prostych, brak odchyleń w polu elektrycznym, ani magnetycznym, niszczy tkanki organiczne, wywołuje fluorescencję.
Wyszukiwarka