Razele X (PPT Fizica Leonard) [PDF]

Zitiervorschau

X

RAZELE

Cuprins Radiatiile X Natura radiatiilor X Proprietatiile razelor X Aplicatiile radiatiilor X Surse de raze X Absorbtia de raze X

Radiatiile X Radiatiile electromagnetice sunt produse prin oscilatia sau acceleratia unei sarcini electrice.Undele electromagnetice au atat componente electrice cat si magnetice. Gama radiatiilor electromagnetice este foarte larga: unde cu frecventa foarte inalta si lungime mica sau frecventa foarte joasa si lungime mare. Lumina vizibila constituie numai o parte din spectrul undelor electromagnetice. In ordine descrescatoare de frecventa, spectrul undelor electromagnetice se compune din: radiatii gama, radiatii X, radiatii ultraviolete, lumina vizibila, radiatii infrarosii, microunde si unde radio. Undele electromagnetice nu au nevoie de mediu pentru a se transmite. Astfel, lumina si undele radio pot circula in spatial interplanetar si interstelar, la soare si stele, pana la Pamant. Indiferent de frecventa si lungimea de unda, undele electromagnetice au o viteza de 299.792km/s in vid. Lungimea si frecventa undeleor electromagnetice sunt importante in determinarea efectului termic, al vizibilitatii, al penetrarii si a altor caracteristici

Spectrul undelor electromagnetice se compune din: radiatii gama, radiatii X, radiatii ultraviolete, lumina vizibila, radiatii infrarosii, microunde si

Au fost descoperite intamplator in anul 1895 de fizicianul german Wilhem Conrad Roentgen, in timp ce facea experimente de descarcari electrice in tuburi vidate, respectiv el a observat ca din locul unde razele catodice cadeau pe sticla tubului razbeau in exterior raze cu insusiri deosebite; aceste raze strabateau corpurile, impresionau placutele fotografice, etc. El le-a numit raze X deoarece natura lor era necunoscuta. Descoperirea sa i-a asigurat celebritatea pentru care in 1901 a primit Premiul Nobel. Ulterior au fost numite raze (radiatii) Roentgen, in cinstea fizicianului care le-a descoperit.

Natura radiatiilor X Asadar radiatiile X sunt radiatii electromagnetice cu o putere de penetrare indirect proportionala cu lungimea de unda. Cu cat lungimea de unda este mai mica, cu atat puterea de penetrare este mai mare. Razele mai lungi, apropiate de banda razelor ultraviolete sunt cunoscute sub denumirea de radiatii moi. Razele mai scurte , apropiate de radiatiile gama, se numesc raze x dure.Radiatiile X se produc cand electronii cu viteza mare lovesc un obiect material. O mare parte din energia electronilor se transforma in caldura iar restul se transforma in raze x, producand modificari in atomii tintei, ca rezultat al impactului.Radiatia emisa nu este monocromatica ci este compusa dintr-o gama larga de lungimi de unda. Primul tub care a produs raze X a fost conceput de fizicianul William Crookes. Cu un tub de sticla partial vidat, continand doi electrozi prin care trece curent electric. Ca rezultat al ionizarii, ionii pozitivi lovesc catodul si provoaca iesirea electronilor din catod. Acesti electroni, sub forma unui fascicul de raze catodice, bombardeaza peretii de sticla ai tubului si rezulta razele X. Acest tub produce numai raze X moi, cu energie scazuta.

Radiatiile X sunt radiatii electromagnetice penetrante. Rezulta prin bombardarea unei tinte de tungsten cu electroni cu viteza mare.

Tubul lui William Crookes

Un tub catodic imbunatatit, prin introducerea unui catod curbat pentru focalizarea fasciculului de electroni pe o tinta din metal greu, numita anod, produce raze X mai dure, cu lungimi de unda mai scurte si energie mai mare. Razele X produse, depind de presiunea gazului din tub.Urmatoarea imbunatatire a fost realizata de William David Coolidge in 1913 prin inventarea tubului de raze X cu catod incalzit. Tubul este vacuumat iar catodul emite electroni prin incalzire cu un curent electric auxiliar. Cauza emiterii electronilor nu este bombardarea cu ioni, ca in cazurile precedente. Accelerarea procesului de emitere a electronilor se face prin aplicarea unui current electric de inalta tensiune, prin tub. Cu cat creste voltajul, scade lungimea de unda a radiatiei. Fizicianul american Arthur Holly Compton (1892 – 1962), laureat al Premiului Nobel, prin studiile sale a descoperit asa numitul effect Compton in anul 1922. Teoria sa demonstreaza ca lungimile de unda ale radiatiilor X si gama cresc atunci cand fotonii care le formeaza se ciocnesc de electroni. Fenomenul demonstreaza si natura corpusculara a razelor X.

Lungimile de unda ale radiatiilor X si gama cresc atunci cand fotonii care le

um functioneaza tubul de raze X

Proprietatile radiatiilor X Radiatiille X impresioneaza solutia fotografica, ca si lumina. Absorbtia radiatiilor depinde de densitatea si de greutatea atomica. Cu cat greutatea atomica este mai mica, materialul este mai usor patruns de razele X. Cand corpul uman este expus la radiatiii X, oasele, cu greutate atomica mai mare decat carnea, absorb in mai mare masura radiatiile siapar umbre mai pronuntate pe film. Radiatiile cu neutroni se folosesc in anumite tipuri de radioagrafii, cu rezultate total opuse: partile intunecate de pe film sunt cele mai usoare. Radiatiile X provoaca fluorescenta anumitor materiale, cum ar fi platinocianidul de bariu si sulfura de zinc. Daca filmul fotografic este inlocuit cu un ecran tratat cu un asemenea material, structura obiectelor opace poate fi observata direct. Aceasta tehnica se numeste fluoroscopie. Alta caracteristica importanta este puterea de ionizare, care depinde de lungimea de unda. Capacitatea razelor X monocromatice de a ioniza, este direct proportionala cu energia lor. Aceasta proprietate ne ofera o metoda de masurare a energiei razelor X. Cand razele X trec printr-o camera de ionizare, se produce un curent electric proportional cu energia fasciculului incidental. De asemenea, datorita capacitatii de ionizare, razele X pot fi vazute intr-un nor. Alte proprietati: difractia, efectul fotoelectric, efectul Compton si altele.

impresioneaza solutia fotografica, ca si lumina. provoaca fluorescenta anumitor materiale. puterea de ionizaredifractia, efectul fotoelectric,

Aplicatiile radiatiilor X Principalele utilizari: cercetari stiintifice, industrie, medicina. Studiul radiatiilor X a jucat un rol vital in fizica, in special in dezvoltarea mecanicii cuantice. Ca mijloc de cercetare, radiatiile X au permis fizicienilor sa confirme experimental teoria cristalografiei. Folosind metoda difractiei, substantele cristaline pot fi identificate si structura lor determinate.Metoda poate fi aplicata si la pulberi, care nu au structura cristalina, dar o structura moleculara regulata. Prin aceste mijloace se pot identifica compusi chimici si se poate stabili marimea particulelor ultramicroscopice.Prin spectroscopie cu raxe X se pot identifica elementele chimice si izotopii lor. In afara de aplicatiile din fizica, chimie, mineralogie, metalurgie si biologie, razele X se utilizeaza si in industrie, pentru testarea nedestructiva a unor aliaje metalice. Pentru asemenea radiografii se utilizeaza Cobalt 60 si Caesium 137.

Principalele utilizari: cercetari stiintifice, industrie,

um se produce o radiografie

ectiune printr-o radiografie

De asemenea prin radiatii X se testeaza anumite faze de productie si se elimina defectele. Razele X ultramoi se folosesc in determinarea autenticitatii unor lucrari de arta sau la restaurarea unor picturi. In medicina, radiografele sau fluoroscoapele sunt mijloace de diagnosticare. In radiotarapie se utilizeaza in tratamentul cancerului. Aparatul computerizat, tomograful axial (scanner CAT sau CT) a fost inventat in 1972 de inginerul eletronist Godfrey Hounsfield si a fost pus in aplicare pe scara larga dupa anul 1979.

Surse de raze-X Sistemul solar- Atmosfera externa a Soarelui este o sursa de raze-X. Stele - Atmosfera fierbinte sau corola stelelor normale produc si ele razeX. Observatiile razelor-X sunt folositoare la intelegerea activitatii stelelor in evolutia lor. Stelele Pitice Albe- Acestea sunt dense, resturi arse ale unor stele cum ar fi Soarele. Ele s-au format in urma consumarii combustbilului nuclear. Supernove si ramasite ale acestora – Cand o stea explodeaza si se transforma intr-o supernova, explozia creeaza un nor in care se pot atinge valori de mai multe milioane de grade care straluceste in raze-X timp de mii de ani. Observatiile razelor-X pot dezvalui dinamica exploziei si elementele grele prezente in norul rezultat. Stelele neutronice- Cand o stea masiva devine o supernova, ea poate lasa in urma sa ramasite dense numite de specialisti “stele neutronice”. Stelele neutronice tinere trimit in afara lor particule cu energii care pot trimite raze-X timp de mai multe mii de ani. Gaurile negre- Cand stea moarta are masa mai mare decat trei sori, aceasta formaeaza o gaura neagra in spatiu. Telescoapele pentru observarea razelor-X ne dau o imagine asupra materiei supraincalzite care se misca in jurul gaurilor negre.

Galaxiile – Observatiile prin raze-X a galaxiilor normale au revelat calduroasa, energetica parte a caracterului unei galaxii prin localizarea stelelor neutronice, ramasitele supernovelor si ale gaurilor negre. Galaxii active si Quasari – Galaxiile active duc o “viata” violenta, de obicei in centrul acestora. Aceasta activitate se datoreaza unei gauri negre uriase din centrul acestora sau o coliziune cu o alta galaxie sau ambele. Quasarii sunt exemple extreme de galaxii active. Un fundal radioactiv– Cerul observat in raze-X nu este intunecat, ci este slab luminat, lumina in raze-X care vine de la multe surse indepartate.

amantul luminat cu raze X

Absorbtia de raze-X Absorbtia acestora de catre atmosfera Pamantutui este impartita pe mai multe strauri atmosferice. Absorptia se face in urmatorul mod: Fotonii razelor-X—particule minuscule incarcate cu energie electromagnetica puternica—sunt absorbiti de orice intalnesc in cale si care este compus din atomi. Cantitatea de radiatii se imputineaza trecand prin ionosfera si prin stratul de ozon. Ce se intampla cand razele-X sunt absorbite in atmosfera? Energia unei unde X incearca sa deplaseze un electron de la orbita lui din jurul unui atom de oxigen.acest proces se numeste absorbrtia fotoelectrica, deoarece un foton este absorbit in procesul inlaturarii electronului de la atom. Telescoapele pentru observarea razelor-X de deasupra Pamantului pot colecta radiatii de tip X de la surse care se afla la miliarde de ani lumina departare. Aceste radiatii-X de provenienta cosmica sunt focalizate de o oglinda concava si redirectionate spre un aparat de masura a intensitatii si proprietatilor cum ar fi directia din care vin si energia razelor-X. Un material solid sau gazos din interiorul aparatului absoarbe aceste raze sub efectul foto-electric.

Telescoapele pentru observarea razelor-X de deasupra Pamantului pot colecta radiatii de tip X de la surse care se afla la miliarde de ani lumina

Proiect realizat de: Benchea Leonard Va multumesc !