Рентгенографи я
жүктеу/скачать 4,56 Mb.
|
treatise34952 3
| 6-сурет. Атомдық қатардағы дифракция (Лауэ теңдеуін шығару үшін)
Үшөлшемді тордағы дифракция үшін осыған ұқсас теңдік барлық координаталық осьтерде орындалуы керек: a (cos n – cos 0)= n, в (cos n – cos 0)= n, c (cos n – cos 0)= n, Мұндағы а, в, с – х, у, z осьтерінің бойындағы тордың периодтары; 0, 0, 0 – х, у, z осьтерінің арасындағы бұрыштары; n, n, n - дифракциялық сәулелердің бағыттарының арасындағы бұрыштар. Осы теңдеулер рентген сәулелерінің дифракциясы үшін Лауэ теңдеуі деп аталады.
Рентген сәулесі шағылатын үшөлшемді кристалдық параллель жазықтықтардан тұрады деп санайық. Сонда (жазықтықтардан шағылу, яғни тордағы дифракция m=n=0) Лауэнің екі шарты мынадай болады: a (cos n – cos 0)= n, в (cos n – cos 0)= n, 7-суреттен M1 A1 N1 сәулесі N2 A2 N2 сәулесіне қарағанда В2А2+А2С2 артық жол түретіні көрінеді. Бірақ В2А2+А2С2= d sin , яғни дифракциялық эффект болу үшін мына теңдеу орындалу керек.
Мұндағы n=1, 2, 3, …. Осы теңдеу Вульф-Брегг теңдеуі деп аталады. Дифракциялық картина алу үшін (8-сурет) рентген түтігінен (Т) шыққан, фильтрмен (Ф) бөлініп алынған монохроматты сәуле диафрагмадан (Д) өтіп, кристалдың (К2) бір қабырғасына келіп түссін. Кристалл айналмалы столға бекітілсін. Кристалдан шағылған сәуле фотоүлбіге (фотоплатина) Y келіп түссін. Кристалдан әртүрлі бұрышпен (Ө) шағылған сәуленің интенсивтілігіне сәйкес фотоүлбіде қарайған жолақтар пайда болады. Сол жолақтар арқылы дифракциялық максимумдардың бағыттарын анықтайды. Осы бағыттар арқылы кристалдардағы атомдардың орналасуын және (рентген сәулесінің толқын ұзындығы () белгілі болса) атомдардың арақашықтығын (d) анықтауға болады.
Рентген сәулелерінің дифракциялық картинасына талдау жасау арқылы кристалдардың құрылымын анықтауды рентгенқұрлымдық (рентгено-структурный) сараптама дейді. Олай болса, рентгенқұрлымдық сараптама арқылы кристалдардың ғана емес, сол сияқты поликристалды денелерді және органикалық заттарды да зерттеуге болады. 1.4 Рентген сәулесінің көздері Түрліше заттардың құрылымын зерттеу – жоғарғы жылдамдықты электрондар ағынын алумен тығыз байланысты. Электрондарды үдеткіштер – бетатрондар мен сызықты үдеткіштер қысқатолқынды рентген сәулесін алуға қолданылады. Бірақ үдеткіштердің көлемі үлкен, жылжымайтын, қосуы күрделі және электр энергиясын көп тұтынатын болғандықтан, көпшілік жағдайда тұрақты (стационар) құрылымдар түрінде ғана болады. Сондықтан тұтынатын энергиясы аз, қолдануға ыңғайлы, жоғарғы жылдамдықты электрондар көзі ретінде рентген түтігі қолданылады. Электрондар ағынын алуға арналған рентген түтіктері ыстық катодты (бос электрондар термоэлектрондық эмиссия нәтижесінде алынады) және суық катодты (бос электрондар ағыны автоэлектрондық эмиссия әсерінен туындайды) болып екіге бөлінеді. Рентген түтіктерінің іші тұрақты вакуум болады. Оларды бөлшектеуге болмайды. Екінші бір түрлері бөлшектеуге қолайлы вакуум насостарымен жабдықталады. Қазіргі уақытта ғылым мен техникада ыстық катодты жоғарғы вакуумды рентген түтігі кеңінен қолданылады. Олардың ішіне екі электрод – анод пен катод (9-сурет) бекітіледі. Колбаның ішіндегі ауа жоғары вакуумға дейін (10-7 – 10-8 мм.сын.бағ) сиретіледі. Жоғары вакуум электрондардың анодтан катодқа қарай еркін қозғалысын қамтамасыз етіп, қызған катодты жылулық, химиялық және электрлік әсерден қорғайды. Рентген түтігінің катоды қызатын қылсымнан және фокустаушы қалпақшадан тұрады. Қылсымның және қалпақшанаң пішіндері түтіктің анодындағы фокустық нүктенің пішініне байланысты болады. электрондар эмиссиясын арттыру үшін вольфрам қылсымды ториймен қаптайды.
Рентген сәулесінің аноды – көлденең қимасына анодтың айнасы престеліп бекітілген мыс цилиндр. Анодтың айнасынмен электрондар соқтығысып қозғалыстары тежеледі. Нәрсенің кескінін алуға арналған рентген түтіктерінде анодтың айнасы вольфрамнан, ал рентгенқұрылымдық сараптамада (рентгенструктуралық анализде) сипаттамалық рентген сәулесі қолдануға арналған металдан жасалады. Рентген түтіктерінде анодтың көлденең қимасы, катодпен салыстырғанда, бұрыш жасай орналастырылады. Бұл түтіктен шыққан электрондардың бағытталған максималды ағынын алу үшін қолданылады. Электрондар анодпен соқтығысқанда олардың энергиясының мөлшері 95 % -ы жылу энергиясына айналатын болғандықтан анод тез қызады. Сондықтан анодты салқындату үшін су немесе арнайы май қолданылады. Анодтан шағылған электрондарды бөгеу үшін және рентген сәулелерінен қорғану үшін анод арнайы жасалған мыс қораптың ішіне орналастырылады. Рентген түтігінің ішінде пайда болған қажетті сәулелер шығу үшін мыс қорапта арнайы жасалған терезелер бар. Ол терезелерді рентген сәулесін өте аз жұтатын берилийдің жұқа пластикаларынан жасайды. Рентген сәулесінің қуаты (Р) анод пен катодтың арасындағы кернеуге (U) және түтіктен өтетін максималды тоққа (І) тәуелді, яғни P=UJ (5) Рентген түтігінің нақты қуаты фокустық нүктенің диаметріне (яғни меншікті қуатына), анодтың материалына және түтікті қолдану мерзіміне тәуелді болады. Рентген түтігінің электрлік сипатын мына тәуелділікпен анықтайды: UA=const болса, онда J=f(JH) (6) JH=const болса, онда JH=f(UA) (7) Мұндағы ІT - электрондар катодтан анодқа қарай өткенде (анодтық тоқ) пайда болған электр тоғы. ІH- рентген түтігінің катодын қыздыратын тоқтың шамасы. UA-рентген түтігіне берілген кернеу (анодтық кернеу). Осы тәуелділік график түрінде 10-суретте көрсетілген. Катод қылсымының температурасы 2000 – 21000С-қа жеткенде ғана рентген түтігінен ток өтеді (10 а-сурет). Қылсымның температурасы артқанда одан бөлініп шығатын электрондар саны артады (эмиссиялық тоқ). Катодты қыздыратын тоқтың шамасы тұрақты болса және кернеуі аз болса, онда эмиссиялық электрондардың көпшілігі анодқа жете алмайды. Егер анодқа берілген кернеуді өсірсе, онда оған жететін электрондардың саны артады, олай болса анодтық тоқ та артады. Анодқа берілген кернеуді қанша өсіргенмен қылсымның температурасы белгілі бір шамаға жеткеннен кейін (Uқ), анодтық тоқ өзгермейді, яғни катодтан бөлініп шыққан электрондардың басым көпшілігі (максималды) анодқа жетеді. Осыған сәйкес келетін анодтық тоқты қанығу тоғы (Іқ) дейді (10 б-сурет). Рентген түтігінің анодына берілетін кернеу қанығу тоғына жеткізетін кернеудің шамасынан 3-4 есе көп болады. Сондықтан катод қылсымының тоғын көп өзгертпей-ақ анодтық тоқты өзгертуге болады. Фокустық нүкте дөңгелек тәріздес немесе сызық пішіндес болуы мүмкін. Вольфрамнан жасалған катодтың қылсымы электр тоғымен 2000 – 2200 0С –қа дейін қыздырылады. Өндірістен шығатын рентген түтіктері әріптер мен сандардан құралған шартты белгілермен белгіленеді. Бірінші сан рентген түтігінің шекті қуатын көрсетеді. Одан кейінгілер: бірінші әріп – рентген сәулесінен және жоғарғы кернеуден қорғау түрі. (Р-рентген сәулесінен қорғау жүйесі бар рентген түтігі; Б-қорабында рентген сәулесінен және электр тоғынан қорғау жүйелері орналастырылған, яғни қауыпсыз; егер ол әріп болмаса қорғау – жүйесінің жоқ екенін көрсетеді.); екінші әріп – рентген түтігін қолдану аясын көрсетеді (Д – медицинада – сәуле арқылы індетті анықтауда – диагностикада; Т- терапияда; П – заттардың құрылысын анықтауда – дефектоскопияда; С –құрылымдық сараптамада (структуралық анализде); Х – спектрлік сараптамада);
жүктеу/скачать 4,56 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|