Principio y estructura de la máquina de rayos X

Los rayos X se producen por la estimulación de los electrones en las capas internas de los átomos.

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Máquina de rayos X Una máquina de rayos X es un dispositivo utilizado para generar rayos X. Se puede dividir en máquinas de rayos X industriales y médicas. Máquinas de rayos X. Las máquinas de rayos X industriales se pueden dividir en máquinas de rayos duros y máquinas de rayos blandos según la intensidad de los rayos que producen. Los analizadores de difracción utilizados para la detección física y química son de rayos blandos, mientras que los utilizados para la detección de materiales grandes y gruesos son de rayos duros. Se puede utilizar electricidad de alto voltaje para generar rayos de alto voltaje, como aplicar un voltaje de 100 Kv o 300 Kv al tubo de rayos X. Los rayos producidos pueden penetrar placas de acero de 5 a 50 mm. El método del acelerador de electrones puede producir rayos que penetran placas de acero de más de 100 mm. Las máquinas que utilizan métodos eléctricos de alto voltaje se pueden dividir en portátiles y móviles (fijas).

El principio y la estructura de la máquina de rayos X y el descubrimiento de los rayos X En 1895, el físico alemán W.C.R?0?0ntgen utilizó un tubo de vidrio sellado con dos electrodos metálicos (uno de ellos). (llamado ánodo y el otro cátodo). Se aplican decenas de miles de voltios de electricidad de alto voltaje a ambos extremos de los electrodos y el aire se extrae del tubo de vidrio con un extractor de aire. Para bloquear la fuga de luz (una especie de arco de luz) durante la descarga de alto voltaje, se coloca una capa de cartón negro en el exterior del tubo de vidrio. Mientras realizaba este experimento en un cuarto oscuro, descubrió accidentalmente que un trozo de cartón sumergido en una solución de cianuro de platino y bario a dos metros del tubo de vidrio emitía una fluorescencia brillante. Otras pruebas demostraron que el cartón, las tablas de madera, la ropa y un libro de unas dos mil páginas de grosor no podían bloquear esta fluorescencia. Lo que es aún más sorprendente es que cuando tomó el cartón fluorescente con la mano, vio la imagen de los huesos de la mano en el cartón. En aquel momento, Roentgen determinó que se trataba de un tipo de rayo invisible al ojo humano pero que podía penetrar objetos. Como no podíamos explicar su principio y no conocíamos sus propiedades, tomamos prestada la "X" que representa el número desconocido en matemáticas como nombre en clave, y lo llamamos rayo "X" (o rayos X o simplemente rayos X). ). Este es el origen del descubrimiento y nombre de los rayos X. Las máquinas de rayos industriales aprovechan esta característica y utilizan el alto voltaje aplicado a dos electrodos metálicos mediante un transformador de alto voltaje para generar rayos. Las máquinas de rayos son equipos indispensables para pruebas no destructivas en la industria aeroespacial, construcción petrolera, tuberías de gas natural, calderas, recipientes a presión, etc. Las máquinas de rayos X industriales se dividen en direcciones circunferenciales, "H", Figura 1. y direccional "Q" Figura 2. Emite rayos 360 grados en dirección circunferencial. La orientación es de 60 grados para la emisión de rayos. También se divide en alta y baja tensión. Va desde 10 kilovoltios hasta 450 kilovoltios. Cuanto mayor es el voltaje de kilovoltios, mayor es la intensidad del rayo.

Descripción general

Radiación electromagnética con longitudes de onda entre los rayos ultravioleta y gamma. Descubiertos por el físico alemán W.K. Roentgen en 1895, también se les llama rayos Roentgen. Aquellos con longitudes de onda inferiores a 0,1 angstrom se denominan rayos X superduros, aquellos con longitudes de onda en el rango de 0,1 a 1 angstrom se denominan rayos X duros y aquellos en el rango de 1 a 10 angstrom se denominan rayos X blandos. . Los rayos X en el laboratorio se producen mediante tubos de rayos X. Generalmente se utiliza tungsteno, pero los tubos de rayos X utilizados para el análisis de la estructura cristalina también pueden estar hechos de hierro, cobre, níquel y otros materiales. Los electrones se aceleran con altos voltajes de decenas a cientos de miles de voltios, el haz de electrones bombardea el objetivo y el objetivo emite rayos X. Se generarán altas temperaturas cuando los electrones bombardeen el objetivo, por lo que el objetivo debe enfriarse con agua y, a veces, el objetivo está diseñado para girar.

[Editar este párrafo] Características

Las características de los rayos X son una longitud de onda muy corta y una frecuencia alta. Su longitud de onda es de aproximadamente (20~0,06) × 10-8 cm. Por lo tanto, los rayos X deben producirse mediante la transición de átomos entre dos niveles de energía con energías muy diferentes. Por lo tanto, el espectro de rayos X se emite cuando los electrones de la capa más interna del átomo hacen la transición, mientras que el espectro óptico se emite cuando los electrones de la capa externa hacen la transición. Los rayos X no se desvían en los campos eléctricos y magnéticos. Esto demuestra que los rayos X son flujos de partículas sin carga, por lo que pueden producir fenómenos de interferencia y difracción.

0 está determinado por el voltaje de aceleración V: λ 0 = hc /( ev ) es la constante de Planck, e es la carga del electrón y c es la velocidad de la luz en el vacío. El espectro de identificación se compone de una serie de espectros de líneas, que se generan por la transición de los electrones internos del elemento objetivo. Cada elemento tiene un conjunto específico de espectros de identificación, que refleja la estructura de la capa atómica. Las fuentes de radiación de sincrotrón pueden producir rayos X de espectro continuo de alta intensidad y se han convertido en importantes fuentes de rayos X.

Los rayos X tienen un alto poder de penetración y pueden penetrar muchos materiales opacos a la luz visible, como tinta, papel, madera, etc. Este rayo invisible puede provocar fluorescencia visible en muchos materiales sólidos, sensibilizar películas fotográficas e ionizar el aire. Cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es la energía de los rayos X. Se les llama rayos X duros. Las longitudes de onda son más bajas, llamadas rayos X suaves. Cuando electrones en movimiento a alta velocidad bombardean un objetivo metálico en el vacío, el objetivo emite rayos X. Este es el principio estructural del tubo de rayos X.

[Editar este párrafo] Clasificación

Los rayos X emitidos se dividen en dos categorías:

(1) Si la energía de los electrones bloqueados por el El objetivo no cruza Dentro de un cierto límite, solo se emite radiación de espectro continuo. Esta radiación se llama radiación Bremsstrahlung y la naturaleza del espectro continuo no tiene nada que ver con el material objetivo.

(2) Un tipo de radiación discontinua con solo unos pocos espectros de líneas especiales. El espectro de líneas que emite la radiación se llama radiación característica, y el espectro característico está relacionado con el material objetivo.

[Editar este párrafo] Aplicación

Máquina de rayos X de diagnóstico médico La máquina de rayos X médica se utiliza a menudo como uno de los métodos de examen auxiliares en medicina. Hay dos métodos de examen clínico con rayos X comúnmente utilizados: fluoroscopia y fotografía. La fluoroscopia es más económica y conveniente, y la parte inspeccionada se puede cambiar a voluntad para diversas observaciones, pero no puede dejar registros objetivos y no es fácil distinguir los detalles. La fotografía puede mostrar claramente la estructura de la parte inspeccionada en la película de rayos X y puede almacenarse como un registro objetivo durante mucho tiempo, de modo que pueda estudiarse en cualquier momento cuando sea necesario o compararse durante un nuevo examen. Si es necesario, se pueden realizar exámenes de rayos X especiales, como tomografía, radiografía y radiografía. La elección del método de examen por rayos X debe basarse en las condiciones específicas que se examinan, los requisitos para resolver las enfermedades (especialmente las enfermedades ortopédicas [1]) y las necesidades clínicas. El examen de rayos X es solo uno de los métodos de diagnóstico auxiliares clínicos.

Utilizado para la detección de defectos en la industria. La exposición prolongada a la radiación de rayos X es perjudicial para el cuerpo humano. Los rayos X [2] pueden excitar la fluorescencia, ionizar gases y sensibilizar el látex fotosensible. Por lo tanto, los rayos X pueden detectarse con medidores de ionización, contadores de centelleo y láminas de látex fotosensibles. La estructura reticular de los cristales puede producir importantes efectos de difracción de los rayos X. El método de difracción de rayos X se ha convertido en un medio importante para estudiar la estructura, la morfología y diversos defectos del cristal.

[Editar este párrafo] Descubierto

El 8 de noviembre de 1895 era viernes. Por la noche, todo el campus de la Universidad de Würzburg en Munich, Alemania, se sumergió en una atmósfera tranquila. Todos se fueron a casa para pasar el fin de semana. Pero había una habitación donde las luces todavía estaban encendidas. Bajo la luz, un erudito de más de cincuenta años miraba aturdido una pila de películas fotográficas de color gris negruzco, como si hubiera caído en una profunda meditación...

¿En qué estaba pensando? Resultó que este erudito había realizado un experimento de descarga antes. Para garantizar la precisión del experimento, envolvió firmemente todo el equipo experimental con papel de aluminio y cartón de antemano, y usó un tubo catódico sin ventana de aluminio para dejar pasar el cátodo. Radiolúcido. Pero ahora, se sorprendió al descubrir que una pantalla recubierta con platino y cianógeno de bario (esta pantalla se usó para otro experimento) emitida contra los rayos catódicos emitía luz y la pila de negativos originalmente sellada junto al tubo de descarga, ahora lo tienen. También se volvieron grises y negros, ¡esto significa que han estado expuestos!

Este fenómeno, que la mayoría de la gente rápidamente ignoraría, llamó la atención de este estudioso y despertó su gran interés. Pensó: ¡El cambio en la película sólo demuestra que el tubo de descarga emite un nuevo tipo de rayo con un poder extremadamente penetrante, que puede incluso penetrar la bolsa que contiene la película! Asegúrese de investigarlo detenidamente.

Sin embargo, como todavía no se sabe qué tipo de rayo es, se le llama "rayos X".

Así que el estudioso comenzó a estudiar esta misteriosa radiografía.

Primero colocó una pantalla recubierta con material fosforescente cerca del tubo de descarga y descubrió que la pantalla inmediatamente emitía una luz brillante. Luego, intentó tomar algunos materiales más livianos y generalmente opacos -como libros, láminas de caucho y tablas de madera- y colocarlos entre el tubo de descarga y la pantalla para bloquear el misterioso rayo invisible, pero nadie pudo bloquearlo. Apenas se ven sombras en la pantalla e incluso puede atravesar placas de aluminio de 15 mm de espesor con facilidad. No fue hasta que colocó una gruesa placa de metal entre el tubo de descarga y la pantalla que la sombra de la placa de metal apareció en la pantalla; parecía que este tipo de rayo aún no podía penetrar un material demasiado grueso. El experimento también encontró que solo las placas de plomo y las placas de platino pueden hacer que la pantalla no sea luminosa. Cuando el tubo catódico está conectado, la película fotográfica colocada al lado también será sensible. no ayudará.

Un fenómeno aún más mágico ocurrió a continuación. Roentgen no llegó a casa muy tarde una noche, y su esposa fue al laboratorio para verlo. Como resultado, su esposa se convirtió en una niña bajo la influencia del. Radiación desconocida. La primera persona que dejó huellas en películas fotográficas. Cuando Roentgen tomó la primera radiografía, le pidió a su esposa que cubriera la placa fotográfica con la mano. Cuando se reveló, la pareja vio la imagen de los huesos de los dedos y el anillo de bodas en la película.

Este descubrimiento es de gran valor para la medicina. Es como darle a la gente un par de "anteojos" que pueden ver a través de la piel, permitiendo que los "ojos" del médico penetren en la piel de las personas y vean a través de la piel. Se pueden observar claramente los huesos y diversos fenómenos fisiológicos y patológicos en el cuerpo vivo. Basándose en este principio, la gente inventó más tarde la máquina de rayos X, y los rayos X se han convertido en un arma indispensable en la medicina moderna. Cuando las personas se caen accidentalmente y se lesionan, ¿no siempre tienen que ir primero al hospital para "tomar una fotografía" y comprobar si hay una fractura? ¡Esto está utilizando fotografía de rayos X!

Aunque este estudioso descubrió los rayos X, la gente de la época, incluido él mismo, no sabía qué eran esos rayos. No fue hasta principios del siglo XX que la gente se dio cuenta de esa importante evidencia. Es por estas razones que en la Ceremonia de Entrega del Premio Nobel en 1901, este académico se convirtió en la primera persona en el mundo en ganar el Premio Nobel de Física.

Para conmemorar a Roentgen, la gente llamó a los rayos X rayos Roentgen.