RADIATIILE X Liceul Tehnologic Nicolae Teclu Copsa Mica

CONTINUTURI: 1.Descoperirea radiatiilor X 2.Definitie 3.Producerea radiatiilor X 4.Mecanismul de producere a radiatiilor X -radiatia X de franare -radiatia X caracteristica 5.Importanta teoretica a legii lui Moseley 6.Aplicatii practice ale radiatiilor X 7.Efectele radiatiilor X si masuri de radioprotectie

1.Descoperirea radiatiilor X(1895) Wilhelm Konrad Roentgen(1845-1923) -primul laureat al premiului Nobel pentru fizica in anul 1901 Biografie

Descoperirea radiatiilor X Este legata de studiul descarcarilor electrice in gaze (tuburi Crookes) La aplicarea unei tensiuni mari intre cei doi electrozi,campul electric accelereaza ionii de gaz prezenti in numar mic in gazul rarefiat.Ionii pozitivi sunt accelerati spre catod si in urma ciocnirilor cu catodul,este creat un numar suplimentar de electroni ,care sunt accelerati spre anod.Iau nastere ,asfel, descarcari electrice ,insotite de fenomene luminoase in interiorul tubului.La presiuni de ordinul 10 -2 Torr,fenomenele luminoase in interiorul tubului dispar;pe peretele opus catodului apare o luminescenta verzuie.Ea este produsa de asa numitele “raze catodice”.

Ce a descoperit Roentgen? O hartie acoperita cu o sare de bariu lumineaza la fiecare descarcare din tub ,daca acesta se introduce intr-o cutie de carton negru. Daca in calea razelor emise de tub sunt puse diferite obiecte:o scandura,o carte,o bucata de ebonita,etc.,acestea lasau radiatiile sa treaca si luminescenta sarii de bariu continua. Daca in calea razelor se pune mana,pe hartia acoperita cu sare de bariu apare conturul oaselor acesteia.

Imaginea oaselor mainii sotiei lui Roentgen Primele radiografii O radiografie a mainii lui Rudolph Albert von Kölliker,realizata de Roentgen in 1896 Imaginea oaselor mainii sotiei lui Roentgen

Concluzii: Razele emise de tuburile Crookes au urmatoarele proprietati: -provoaca luminescenta unor substante; -impresioneaza placile fotografice; -au putere mare de penetrare -nu sunt deviate in campuri electrice si magnetice(deci nu sunt formate din particule incarcate electric) -se propaga cu viteza luminii -sunt oprite de ecrane de plumb

2.Definitia radiatiilor X Radiatiile X sunt radiatii electromagnetice cu lungimea de unda cuprinsa intre 0,01 si 50 nm.

Spectrul electromangnetic Spectrul rad.elmg.-interactiv Spectrul electromangnetic NMR 10 um - 10 mm 700 to 104 nm 400 to 700 nm 50 to 400 nm 10-2 to 50 nm 10-4 to 10 -2 nm

3.Producerea radiatiilor X Radiatiile X sunt produse in tuburi de raze X (tuburi Coolidge-1913) Tubul de raxe X este un tub vidat(presiunea 10-6 mm Hg) care contine 2 electrozi:catod si anod. -Anodul este confectionat dintr-un material greu fuzibil -Catodul este un filament alimentat la tensiuni de ordinul 4-12 V.Emite electroni prin emisie termoelectronica.Acestia sunt accelerati la tensiuni mari (103-106 V)si lovesc anodul care emite radiatii. -Catodul este un filament alimentat la tensiuni de ordinul 4-12 V.Emite electroni prin emisie termoelctronica.Acestia sunt accelerati la tensiuni mari (103-106 V)si lovesc anodul care emite radiatii. Rad.X-animatiel

Spectrul radiatiei X Daca energia e- care bombardeaza tinta e mica,spectrul radiatiei este continuu.Forma acestuia este independenta de natura anticatodului (depinde doar de tensiunea de acelerare) Daca e energia e- care bombardeaza tinta e mare,radiatia prezinta doua spectre:unul continuu si unul de linii.Spectrul de linii depinde de natura materialului tintei

Problema 1 : Enunt: Calculati lungimea de unda minima a radiatiei X din spectrul continuu al materialului tinta,daca tensiunea de accelerare aplicata este de 15 kV; b) 25KV

4.1.Mecanismul de producere a radiatiei X de franare Rad.X de franare-interactiv 4.1.Mecanismul de producere a radiatiei X de franare La energii mici ale electronilor incidenti, ciocnirile cu electronii materialului tinta sunt elastice. -Electronii proiectil se apropie de nucleul tinta (pozitiv)care il va accelera,obligandu-l sa evolueze dupa o hiperbola.In conformitate cu principiiile electrodinamicii,electronii emit radiatii electromagnetice(rad.X).In acest fel,energia electronilor scade(electronii sunt franati).In consecinta, radiatia X emisa se numeste radiatie X de franare. Fotonii emisi pot avea orice frecventa cuprinsa intre 0 si o valoare maxima vmax (lungime de unda minima)corespunzatoare franarii electronilor pana la oprire. h vmax=eU; vmax=c/λmin=eU/h; λmin=hc/eU

4.2.Mecanismul de producere a radiatiei X caracteristice

La energii mari ale electronilor incidenti, ciocnirile cu electronii materialului tinta sunt inelastice. -Electronii proiectil pot ioniza atomii materialului tinta,expulzand electroni aflati pe nivele energetice interioare.Pentru aducerea atomului in stare de stabilitate (de energie minima) , electronii se rearanjeaza pe paturile interioare, emitand fotoni cu energia bine determinata. Frecventa liniilor spectrale obtinute astfel depinde de natura materialului tinta si se numeste radiatie X caracteristica. Frecventele liniilor spectrale din spectrul radiatiei X caracteristice pot fi calculate pe baxa legii lui Moseley: R=constanta lui Rydberg Z=numarul atomic al elementului

5.Importanta teoretica a legii lui Moseley A permis corectarea si completarea tabelului periodic al elementelor al lui Mendeleev Corectarea tabelului Punctele corespunzatoare elem.Ni si Co erau situate in afara graficului (mNi=58,68;mCo=58,94).Din calcule rezulta ca ZCo=27 si ZNi=28. Completarea tabelului Din grafic lipsesc niste puncte,ceea ce indica exstenta unor elemente nedescoperite:Z=61,72,75

Problema 2 Enunt: Folosind legea lui Moseley sa se calculeze: a)Lungimea de unda Kα pentru Al(Z=13)si pentru Co(Z=27) b)Diferenta dintre energiile de legatura ale electronilor K si L in cazul vanadiului V(Z=23).Se cunosc:h.c,R,σ

Problema 3 Enunt: Sa se calculeze tensiune de accelerare a electronilor intr-un tub de raze X cu anticatod de Ni(Z=28)daca se stie ca diferenta dintre lungimea de unda a liniei Kα si lungimea de unda aminima a spectrului continuu este Δλ=84pm.Se cunosc:h,c,R,e si σ Rezolvare:

6.Aplicatii practice 6.1.Aplicatii medicale radiografii (se bazeaza pe proprietatea radiatiilor X de a impresiona placile fotografice si de a provoca luminescenta unor substante: platinocianura de bariu,sulfura de zinc) fluoroscopia(se bazeaza pe proprietatea razelor X de a provoca florescenta unor substante) Tratamentul medical al unor forme de cancer

6.2.Aplicatii industriale Testarea pieselor metalice si identificarea defectelor de structura a unor materiale(defectoscopia cu raze X) 6.3.Aplicatii stiintifice Masurarea constantelor retelelor cristaline prin difractia razelor X In astronomia cu raxe X Imagine a unui rest de supernova Imag.a Pamnatului -1996- satelitul Polar Imagine a soarelui-2000-satelitul Yokoh