شرکت دیده رایان صنعتی اصفهان (درصا)|info@dorsa-co.ir
//فرآیندهای تولید پرتوی ایکس

فرآیندهای تولید پرتوی ایکس

پرتوی ایکس به دو صورت تولید می شود:

۱- پرتوتابی ترمزی

۲- پرتوتابی مشخصه

در فرآیند پرتوتابی ترمزی، الکترون‌های پرانرژی به هسته‌ی اتم‌های آند فلزی برخورد می‌کنند، اما به دلیل میدان‌های قوی الکتریکی ناشی از اجزای هسته، در زمان بسیار کوتاهی، سرعت خود را از دست می‌دهند. این تغییر سرعت و یا جهت حرکت الکترون‌ها موجب آزاد شدن انرژی جنبشی به صورت فوتون‌های پرتوی ایکس می‌شود. هرچه سرعت و انرژی جنبشی الکترون‌ها بیشتر و فاصله‌ی بین الکترون و هسته کمتر باشد انرژی فوتون تولیدی بیشتر خواهد بود. همچنین با افزایش بار هسته و قوی‌تر شدن میدان الکتریکی هسته، انرژی فوتون بیشتر می‌شود. در اینجا طبق قانون پایستگی انرژی داریم:

\( k = \frac{1}{2}mv^2 \) m ،k و v به ترتیب انرژی جنبشی، جرم و سرعت الکترونها هستند.

\( E = \frac{hc}{\lambda} \) c ،h ،E و λ به ترتیب انرژی فوتون، ثابت پالنک، سرعت نور در خال و طول موج فوتون تولیدی است.

\( \frac{1}{2}mv^2 = \frac{hc}{\lambda} \) طبق قانون پایستگی انرژی، میزان تغییر انرژی جنبشی الکترون‌ها برابر با انرژی فوتون تولیدی است.

تصویر شماتیک پرتوتابی

فرآیند پرتوتابی مشخصه زمانی اتفاق می‌افتد که الکترون‌های پرانرژی به اتم فلز آند برخورد کرده و موجب فرار یک الکترون از تراز انرژی پایین می‌شود (یونش درونی). زمانی که یک الکترون از ترازهای بالایی، جای خالی الکترون قبلی را پر می‌کند، اختلاف انرژی این دو تراز به صورت یک فوتون پرتوی ایکس آزاد می‌شود.

تصویر شماتیک پرتوتابی

در صورتی که نمودار شدت پرتوی ایکس تولید شده را برحسب طول موج رسم کنیم، یک منحنی هموار با تعدادی پیک به دست می‌آید. بخش هموار (spectrum continuous) مربوط به پرتوتابی ترمزی و پیک‌ها مربوط به پرتوتابی مشخصه است.

شدت پرتوی ایکس بر حسب طول

وقتی الکترون از لایه‌ی بالایی به لایه‌ی پایینی منتقل می‌شود، انتقال با نام لایه‌ی پایینی خوانده می‌شود. وقتی از اندیس α در کنار نام انتقال الکترونی استفاده می‌شود، یعنی الکترون یک تراز به پایین سقوط کرده و زمانی که از اندیس β استفاده شود، یعنی الکترون دو تراز به پایین سقوط کرده است.

تراز های انرژی اتمی و انتقالات الکترونی

همانطور که گفته شد، پرتوی ایکس از بسته‌های انرژی به نام فوتون تشکیل میشود. هر فوتون با توجه به فرکانسی که دارد، مقدار انرژی مشخصی دارد که این انرژی برابر hf است.

پرتوهای مشخصه و طیف پیوسته مولیبدن در ولتاژ ۳۵ کیلوولت

\( k_\alpha \) که مربوط به انتقال انرژی کمتر است در طول موج‌های بلندتر پدید می‌آید در حالی که \( k_\beta \) که مربوط به انتقال انرژی بیشتر است در طول موجهای کوتاه‌تر پدید می‌آید. چون احتمال انتقال الکترون از مدار M به K کمتر از انتقال از L به K است، \( k_\beta \) شدت کمتری نسبت به \( k_\alpha \) دارد. با توجه به نکات ذکر شده، اکنون می‌دانیم که استفاده از فلزات مختلف به عنوان آند فلزی با توجه به انتقالات الکترونی مختلف سبب تولید پرتوهای ایکس با طول موج مشخصه‌ی متفاوت می‌شود. در دستگاه تولید پرتوی ایکس بیشتر از مس و گاهی از مولیبدن، کبالت، کروم و … به عنوان آند استفاده میشود. در جدول زیر \( k_\alpha \) و حدود ولتاژ لازم برای تولید پرتوی ایکس توسط فلزات مختلف نشان داده شده است.

جنس آند عدد اتمی \( k_\alpha \) گستره ولتاژ (KV)
مس ۲۹ ۱٫۵۴۲ ۳۰-۴۵
کروم ۲۴ ۲٫۲۹۱ ۲۰-۳۰
مولیبدن ۴۲ ۰٫۷۱ ۶۰-۸۰
آهن ۲۶ ۱٫۹۳۷ ۲۰-۳۵
کبالت ۲۷ ۱٫۷۹۱ ۲۵-۴۰
نقره ۴۷ ۰٫۵۶۱ ۷۰-۸۰

پرتوهای ایکس بر اساس انرژی فوتون‌ها به دو نوع تقسیم می شوند:

۱-  تکفام (تک رنگ): پرتو فقط دارای یک طول موج خاص است و انرژی فوتون‌های آن یکسان است.

۲- پیوسته (سفید): دارای طول موج‌های مختلفی است و انرژی فوتون‌های آن متفاوت است.

۱۳۹۸-۷-۱۵ ۱۵:۲۷:۰۶ +۰۰:۰۰