1

السابعة والثامنة/م الفحوصات االشعاعیة الفحص باالشعة السینیة

X-Ray Testing

اشعة جديدة عرفـت باالشـعة السـينية eng1895 Rontالعالم رونتجين اكتشف المقدمة 1-6

ولقد توصل رونتجن ان االشـعة السـينية هـي . RontgenRayفها تشواليزال اسم االشعة ينسب باسم مكولهـا مواصـفات متشـابهة ) 11m-10-9-10(اع كهرومغناطيسي بطول موجي قصير جداً يتراوح ما بين اشع

مصدرها وال تنحرف عن اتجاهها عند مرورهـا خـالل للضوء حيث انها تنتقل بخطوط مستقيمة منبعثة من .المجاالت المغناطيسية والكهربائية ولذلك فهي ليست دقائق مشحونة بالكهربائية

لالشعة السینیةخصائص الرئیسیة ال6- 2 :الخواص التالية تتصف االشعة السينية واشعة كاما

A. اشعة غير مرئية كهرومغناطيسية. B. المعدنية والخاليا الحية نستطيع اختراق المواد.

C. السميكة وحسب شدة والطول الموجي لالشعة السينيةتخترق المواد.

D. تسير بخطوط مستقيمة.

E. ولذلك تستخدم افالم التصوير في الكشف عن باطن ى المستحلبات التصوريةتؤثر كيمياوياً عل .بعد تعرضها لالشعة السينية االجسام و عيوب المعادن

F. تؤين الغازات التي تمر خاللها.

G. التتأثر بالمجاالت الكهربائية والمغناطيسية.

H. تسير بسرعة مقدارهاcm/sec 1010× 3

I. عند سقوطها على عنصر )ضوئيةالكترونات ال( تحرر فوتوالكترون.

J. على الرغم من امكانية حيودها عند مرورها واسطة العدسات او الموشور بالتنحرف االشعة السينية .خالل فتحة صغيرة

K. وتكون . تتولد االشعة السينية عند أصطدام الشعة الكاثودية في أنبوب التفريغ بائ جسم صلب .اءة من العناصر الخفيفة مثل االلمنيومأكثر كفالعناصر الثقيلة مثل البالتين

L. تؤثر االشعة السينية على تسبب االشعة السينية تلف الخاليا الحية.

M. 11-10-9-10تعتبر االشعة السينية جزء من االمواج الكهرومغناطيسية وتتحدد اطوالها الموجية منm.

.االطوال الموجية للطيف الكهرومغناطيسي) 1(ويوضح الشكل

2

الطیف الكھرو مغناطسیة) 1(شكل

3

4

استخدامات االشعة السینیة 3-6

في المجالين الصناعي والطبي حيث لها استخدامات واسعة في المجال تستخدم االشعة السينية :الصناعي للكشف عن العيوب الداخلية التالية

a( عيوب عمليات السباكة) فجوات، شفوق االوساخ ،الشوائب( b( طاء عملية اللحام اخ) الفجوات،االوساخ الشقوق ،(

c( اختالف التركيب الكيمياوي من منطقة الى اخرى وفي حاالت االخنالفات الكبيرة.

d( وخاصة لمعادن لتحديد هوية المواد.

e( الكشف عن اخطاء التجميع النهائي للمنتجات وتضيف االشعة السينية المستخدمة وحسب استخدامها في -:او الصناعي باالتي المجال الطبي

.المجال الطبي وتستخدم في KV 60-20باستخدام فرق جهد soft Raysاالشعة الضعيفة االختراق • .وتستخدم في المجال الصناعي 300KV-60باستخدام فرق جهد Hard Raysاالشعة القوية االختراق •

.وقد تستخدم االشعة الضعيفة في بعض مجاالت الصناعة

فحص الالاتالفي بواسطة االشعة السینیة واشعة كاماال 6- 4 المهمـة فـي مجـال الفحوصـات هي احدى الطرق التصوير باالشعة السينية او باشعة كاما

الالاتالفية في الكشف عن العيوب الداخلية التي تكون في داخل المواد او االجزاء المصنعة وكذلك التي تكونينات من هذا رمن اقدم الطرق المستعملة في الفحوصات حيث ان استعمالها يعود الى العش ،وهيالسطح على

لمعرفة مدى خلـو القرن، وهي االن من اوسع الطرق استعماالً نتيجة للنتائج الجيدة التي يمكن الحصول عليها ـ والفكرة وراء استعمال االشعة السينية في الكشف عن العيوب االجزاء من العيوب ، تعرض النمـوذج وه

المراد فحصه والفلم الفوتغرافي الى االشعة السينية فتظهر نتائج الفحوصات بعد غسل الفلـم الفـوتغرافي الفجـوات الصـغيرة العيـوب مثـل بسـبب خالل المواد المختلفةشدة االشعة عند مرورها فيتغيير الى

porocity لفلم اكثر سواداً عند الشـقوق والفجـوات ظهر ايف الخ ،.. واختالف تركيز المواد والشقوقتصـوير )4،5،6، 3، 2( توضـح االشـكال .الـخ ...ووجود الخبث واقل سواداً عند زيادة تركيز المواد

. .مختلفةاالشعة السينية لنماذج صناعية وكائنات حية

5

تصویر االشعة السینیة لبسمار في قطعة خشبیة ) 2(شكل

ختالف تركیز الحدید في سبیكة معدنیةتصویر االشعة السینیة ال) 3(شكل

6

مستویات الطاقة لالشعة السینیة6- 5

تصویر االشعة السینیة للقفص لصدري لكائن حي) 4(شكل

لید تصویر االشعة السینیة ) 5(شكل لكائن حي

لسمكة تصویر االشعة السینیة ) 6(شكل

7

ويحتــوي علـى )kالغالف n=1(توزيع االلكترونات في المــــدارات في موضوع تغيير

)2 electrons ( والمـدارL يحتـوي)8 electrons ( والمـدارn=3 ) غـالفM ( يحتـوي علـى)18

electrons (والمدار، n=4 ) الغالفN( ى عليحتوي)32 electrons( ويعرف)EK ( بالطاقة الالزمـةهي الطاقة الالزمة الزالة احد االلكترونات مـن ) EL(،الى خارج الذرة Kمن غالفالزالة احد االلكترونات

.الخ .... EMوكذلك )L(غالف هي اكبـر )K(للنواة فلذلك ان طاقة الترابط الاللكترونات من الغالف Mاقرب من غالف ) L(ان الغالف

: وان ) L(من طاقة ترابط االلكترونات من غالف

NMLK EEEE ⟩⟩⟩

مستويات الطاقة لالشعة السينية) 6(شكل

8

ذات تردد αKخط طيف يبعث L → Kانتقال االلكترون من غالف β انتقال االلكترون في غالفM → K يبعث خطاً هوKB ذات تردد

)7.(....................h

EEf MKK

−=

β ذات تردد Kyيعطي خط طيف N → Kانتقال االلكترون من غالف

.h

EEf NKKy

−=

).6(وكذلك يبعث خطوط طيفية للمدارات االخرى وكما موضح في الشكل

ة تحلیل االشعة السینیة كیمیكانی6-6

أجريـت (المميزة لالشعة السينية النبعثة من قبل العناصر الطياف بأول دراسة ل 1913موزلي قام ومن ثم يـتم تحليـل .... واعتبر كل عنصر هدف في اتابيب توليد االشعة السينية) عنصر 38على دراسهال

فيـرو سـيانيد هـي المسـتخدم ةالبلور(الخارجة من كل عنصر بواسطة مطيافية احادي البلورة االطياف سجل الطيف على لوح فوتوغرافي داخل غرفة مفرغة من الهواء لتفادي امتصاص االشـعة تم توي) البوتاسيوم

أحد األلكتـرونين )الكترون (األشعة الكاثودية تظهر األشعة السينية عندما يقتلع جسم من .الطويلة في الهواء يترك الذرة نهائياً تبعاً لكميـة وهذا األلكترون المقتلع قد يحتل أحد المدارات الخارجية للذرة او( Kفي الغالف

Kونتيجة لهذه العملية ال يبقى في الغـالف ) الطاقة المنقولة إليه بواسطة جسيم األشعة الكاثودية الساقط عليه سيبعث فوتون ترددي يساوي تـردد Kالى الغالف L انتقل الكترون من الغالففإذا . سوى الكترون واحد

. Lα يبعث فوتـون تـردد يسـاوي الخـط Lالى الغالف Mمن غالف وعند انتقال الكترون α K الخط .ميكانكية توليد االطياف السينية) 7(ح الشكل ضيو

9

الخطوط المنبعثة من العناصر تنتمي الى سلسلتين مختلفتين احداهما فـي ظهرت االلواح الفوتوغرافية بأنأ ) .L(سلسلة والثانية موجتها اطول تعرف )K(سلسلة القصيرة تعرف طقة الموجة من

: ورپحسب نظرية يتم احتساب طاقة تلك السالسل

)1...(....................21 nn EEfh −= f-تردد السالسل

-h ثابت بالنك n2 – مستوى الطاقة االعلى n1- مستوى الطاقة االقل وبحسب التردد لالشعة المنبعثة

السينية ميكانيكية توليد االشعة) 7(يوضح الشكل

10

)2..(....................)11(8 2

22

132

0

24

nnhzemf e −=

ε

wave numberوبحسب العدد الموجي

)3(....................)21

11(

81

22320

24

=−===′nnCh

zemcff e

ελ

البـد ان ) αL(و )αK(وقد اجرى موزلي تجاربه في نظرية بور لذرة الهيدروجين وبين ان تردد الخط :αKكمية ثابتة فتصبح تردد الخط العدد الذري من )Z(يكتب بالصيغة التالية ، بعد ان يطرح

)4.....(..........).........21

11()1( 22

2 −−= ZRcfK α 17100973.1 -:علما ان −× m Rc =

)5.....(..........).........31

21()4.7( 22

2 −−= ZRCfLα

)Lالغـالف ( n=2لكترون مدار عدده الكمي ينبعث عندما يدخل اال αKان الخط )4(تفسر معادلة فاقـد الحـدى االلكتـرونين Kاليحدث اال اذا كان الغالف ، وهذا . )Kغالف( n=1الى مدار عدده الكمي

يتحرك في مجـال L→ Kالن االلكترون المنتقل من الغالف Zبدالً من )Z-1(ان تفسيير .الموجودين فيه، وعليه فأن المجال سوف Kفي الغالفلاللكترون المتبقي ) e-(السالبة والشحنة) Ze+(شحنة النواة الموجبة

يحجب النواة ويجعل شـحنتها Kغالف ويقال ان االلكترون في )Z-1(يعادل مجال الشحنة الموجبة مقدارها . الفعالة اقل من شحنتها االصلية

1−= ZZeff وعنـد انتقـال n=2االلكترونات غالف هو احدى االلكترون المقتلع فأنفي هذه الحالة ) 5(اما تغيير معادلة

يبعـث فوتـون تـردده يسـاوي تـردد الخـط ) L(الـى الغـالف )Mغالف ( n=3االلكترون من مدار αL ويظهر في المعادلة)Z-7.4( غالف سبب ذلك يعود الى كون االلكترونات في)L( منتشرة اكثـر

هذه االلكترونات التحجب النواة عن الكترونات في الغـالف ولذا فأن جميع )K( غالفونات في من االلكتر)M( كما تفعل في غالف)K.( ظاھرة اوجیھ : االنتقاالت الغیر مشعة 7-6

)K(االشعة السينية على ذرة معينة ويتمكن من قطع احد االلكترونات فـي الغـالف عندما يسقط فوتون وهذا الفوتون النبعث Kαمع بعث فوتون االشعة السينية من خط طيف نوع L → Kااللكترون من فينتقل

، وتكون )9(الشـكل وكما موضح في L تاركاً الذرة ثنائية التأين في المستوي Lغالف قد يقطع الكترون في : الطاقة الحركية اللكترون اوجيه هي

11

)8(..........LLKa EEET −−=

النبعث هو الكترون اوجيه وقد ينقطـع بظاهرة اوجيه وااللكتـرون فعملية االنتقال هنا غير مشعة وتدعى .مؤدياً الى بعث طاقة كافية القتالع الكترون Lغالف ويؤدي الى انتقال الكترون في K االلكترون في

ويكون كـل مـن المسـتوي Mي غالف أحدى اللكترونات ف Kهنالك أحتماالت أخرى فقد يبعد الفوتون : احادي التأين فتكون الطاقة الحركية لالكترونات هي

ray prodection-Xتولید لالشعة السینیة طرق 8-6 :باحدى الطرق التالیة تتولد االشعة السینیة

A ( باسقاط االشعة الكاثودية او االلكترونات السريعة الحركة على ذرات العناصر. B( باسقاط فوتونات ذات طاقة كافية على ذرات العناصر كما في التأثير الضـوئي الكهربـائي لالشـعة

السينية والذي يتبعه اعادة ترتيب االلكترونات في الذرة فتؤدي الى انتاج الطيف المميز لالشعة السينية .وتسمى هذه باطياف الفلورية لالشعة السينية

C (نات او جسيمات الفا ذات طاقة عالية باسقاط ايونات موجبة كالبروتو. D ( تحدث عملية األسر االلكترون في حاالت االنشطار النـواة الحـدى ذرات – بطريقة أسر الكتـرون

K العنصر حيث تنشطر النواة الى نواة االم ونواة وليدة فتأسر النواة الوليدة احد الكترونـي الغـالف باعثاً فوتون االشعة السينية مـن Kاو ... Mاو Lالغالف القريبة من النواة فينتقل احد الكترونات

ظاھرة اوجیھ) 9( شكل

)9.......(MLKa EEET −−=

12

. انبعاث الطيف المستمر لالشعة السـينية واحسن دليل على حدوث هذه العملية هو Kβاو Kαنوع . Ag 107 47 التي تتحول الىCd 107 48النظائرلعنصرمثال على ذلك أحدى

E (فوتون اشعة كاما عند انتقال نواة متجهة من مستوي عالي الطاقة الـى مسـتوي طاقتـه فوتون اشعة كاماينبعث

واطئة او الى المستوي االرضي للنواة ،فيحدث ان يقلع هذا الفوتون الكترونـات مـن احـد االغلفـة الداخلية مما يؤدي الى انتقال الكترون من غالف خارجي الى الغىف الذي فقـد االلكتـرون فيبعـث

.الطيف المميز لالشعة السينيةبذلك ينتج فوتون االشعة السينية و االشعة السینیة االجھزة المستخدمة لتولید 9-6

ية عن طريق استعمال الكترونات بسرعة عالية تصطدم بهدف من مادة معدنية نيمكن توليد االشعة السي . X لتوليد اشعةنات حيث يؤدي ذلك الى توليد االشعة السينية عن طريق تحول قسم من طاقة هذه االلكترو

: تتمثل بثالثة اجزاءالمتطلبات االساسية النتاج االشعة السينية a( مصدر الكترونات b( طريقة يمكن بواسطتها تعجيل االلتكرونتات للوصول بها الى سرع عالية.

c( هدف معدني )Metal Tarjet(

هد عالي بين مصدر االلكترونات في االنابيب التي تولد االشعة السينية تعجل االلكترونات عن طريق فرق ج . الذي يدعى الكاثود والهدف ،فرق الجهد هذا يدعى بفولتية انبوب االشعة السينية

.االلكترونات المتحركة من الكاثود الى مادة الهدف تدعى بتيار انبوب االشعة السينية •

او ) Kev(فولت – ترونوالكيلو الك) ev(فولت –طاقة االختراق لالشعة السينية تقاس عادة بالكترون • ).Mev(فولت – ميكا الكترون

بأنه الطاقة التي يكتسبها االلكترون عند تعجيله في مجال كهربائي الذي يحدثه فرق جهد )ev(ويعرف ..فولت واحدمقداره

السرعة التي يصدم بها االلكترون مع مادة الهدف يحدد بواسطة فولتية االنبوب والطاقة التي تتولد بها 2شعة السينية تتناسب مع مربع السرعة التي يتحرك بها االلكترون اال

21 mv .

وهنالك نوعان من .. تزداد قابلية االشعة السينية على اختراق المواد كلما كانت طول موجتها قصيرة غازانبوب الانابيب توليد االشعة السينية والتي يمكن ان تستعمل في تصوير االشعة وهما

.Coolidge وانبوب كولتج،ويجري تفريغ ) 10(وانبوب كولتج يستعمل بصورة واسعة في الوقت الحاضر وهي وكما في الشكل

الهواء من االنبوب بصورة جيدة ، الكاثود موجود بشكل سلك بشكل جلزوني وهو من عنصر التنكستن . النبوب بااللكترونات عادة ويسخن بواسطة بطارية كما في الشكل لكي يجهز ا

. Ionia emission thermoيدعى اشعاع االلكترونات من الكاثود بالشكل المشروح

13

التجارب والبحوث النظرية تقرر ان انبعاث االلكترونات من الكاثود الساخن تتناسب مع درجة • .الحرارة الكاثود

م المجال الكهرومغناطيسي حيث يعمل على تنظي cupالسلك الذي يمثل الكاثود موضوع داخل • ).الهدف(نود \بحيث ان االلكترونات تسقط على مساحة صغيرة جداً من اال

الفولتية العالية تسلط بين الكاثود والهدف حيث يعمل فرق الجهد بين هاتين النقطتين على تعجيل • .االلكترونات لكي تصدم الهدف بقوة

اي (شدة االشعة السينية التي تتولد نتيجة اصطدام االلكترونات بالهدف تتناسب مع تيار االنبوب •تعتمد على فولتية انبوب االشعة جهتيوكذلك ) االلكترونات المنطلقة من الكاثود الى الهدف

.السينية

-:كفاءة توليد االشعة السينية تعطى بالعالقة التالية

)10.....(104.1 7 VZE ×= تمثل الكفاءة Eحيث

العدد الذري لمادة الهدف Zو هي فولتية االنبوب Vو

من هذه العالقة يتضح ان كفاءة توليد االشعة السينية تكون قليلة عندما تكون فولتية االنبوب قليلة او واطئة ة سينية اما البقية من طاقة االلكترونات تتحول الى اشع %3فقط كيلوفولت 300فعند استعمال فولتية مقدارها

فتتحول الى طاقة حرارية حيث ان الطاقة الحرارية التي تتولد على الهدف تتناسب مع حاصل ضرب فولتية وهي مقدار كبير تؤدي الى ارتفاع درجة حرارة الهدف بسرعة حيث يؤدي ذلك على IVاالنبوب في تياره

تصاميم او طرق الجراء \حيث قد وضعت عدة كفاءة الجهاز والتي تأثيرات اخرى ،لذلك يجب تبريد الهدف :عملية التبريد ومن هذه الطرق

A. جعل الماء او الزيت يمر باستمرار داخل الهدف ويخرج منه. B. ربط قضبان طويلة من مادة معدنية موصلة الى الهدف وتمتد الى خارج االنبوب حيث تقوم

بنقل الحرارة من الهدف الى خارج االنبوب

C. الخرى يعمل الهدف بحيث يستطيع الدورات حيث تسقط االلكترونات على وفي المجاالت ا .نقاط متغيرة اثناء دورانه

D. وفي حاالت اخرى يكون مثبت في كتلة كبيرة من النحاس تعمل على نقل الحرارة بعيدا عن .الهدف

من نقطة في التصوير الشعاعي يفضل ان يكون مصدر االشعة السينية صغير الحجم اي ان االشعة تنطلق .ويمكن الحصول على ذلك من تصميم معين لشكل الهدف ولكن ولكن ذلك يعقد عملية التبريد

.يصمم الهدف بحيث انه االلكترونات تسقط على مساحة كبيرة فولت حيث ) 6-15(السلك الذي يستعمل كفتيل هو من مادة التنكستن ،الفولتية المستعملة لتسخين الفتيل من

امبير ، الطاقة الكهربائية التي يشغل فيها جهاز االشعة السينية تجهز من الشبكة العامة ) 3-5( يكون التيار من

14

للكهرباء باستعمال محوالت لكل من الفتيل وفرق الجهد الذي يعمل به الجهاز مع استعمال مقومات تيار تقوم والكاثود سالب مما يجعل بتحويل التيار المتناوب الى تيار مستمر بحيث يكون االنود دائماً موجب

االلكترونات التي تنطلق من الفتيل المسخن تتجه وبتعجيل الى الهدف متصلة بسرع عالية وعند اصطدامها به .تتولد االشعة السينية وكما ذكرنا سابقاً

الجھد الحرج لألشعة السینیة 01-6

-:ھي kالغالف ألبعاد األلكترون منأن الطاقة األزمة

Kk

K eVhcE ==λ

الجهد الحرج وهو اصغر جهد الذي عند تسليطه بين االنود والكاثود في انبـوب االشـعة KVيمثل حيث ندما يكون فـرق الجهـد بـين ،وعKالسينية يعطي االلكترون الساقط طاقة كامنة البعاد الكترون من الغالف

لاللكترون الساقط غير كافية لرفع ذرات الهدف الى مسـتوي تكون الطاقة الحركية . KVطرفي االنبوب اقل تظهر جميع KVالجهد الى ان يصبح فعند زيادة . من الطيف kولذلك التظهر خطوط المتسلسلة KEالطاقة

بحيـث EKفي ان واحد وهذا يعني ان كثيراً من الذرات الهدف ترتفع الـى المسـتوي kخطوط المتسلسلة مصحوباً بانبعاث فوتونات تقابل خطـوط Kالى الغالف N,M,Lيصبح ممكناً انتقال االلكترونات من االغلفة

: للفضة KVالمتسلسلة واحدة وباالمكان حساب 10105.0 −×=kλ

منظومة تولید االشعة السینیة) 10(شكل

15

KVehcV

kK 6.25==

λ

ray prodection-X طیف االشعة السینیة 11-6

عندج قياس شدةاالشعة السينية المنبعثة عن هدف كدالة لطول موجتها بواسطة مطياف بلوري وجد بأن طيـف -:االشعة السينية الناتج يتألف من نوعين متميزين

a( طيف مستمر

b( طيف خطي

c( مركب على الطيف المستمر.

يبين طيف االشعة السينية لهدف المولبدينوم لفروق جهد مختلفة مسلطة على االنبوب ،ويظهـر ) 8( والشكل ،والخطان الحادان الظـاهران همـا مـن مميـزات معـدن كيلو فولت 25فرق الجهد الطيف الخطي عند

.دينومللمولب Kβ و kαالمولبدينوم ويعرفان بخطي وينتج الطيف المستمر بسبب فقدان االلكترونات لمعجلة طاقتها علـى شـكل اشـعاع عنـد اصـطدامها

جسم مشحون ويسمى هـذا )اويتباطأ(بجسيمات الهدف وتباطؤها ، كما بينا سابقاً ينبعث االشعاع عندما يتعجل ينتج بسبب توقف االلكترونات المعجلـة والذي ) او اشعة التوقف( االشعاع باشعة البريمشتراهلنكالنوع من

اما الطيف لخطي فينتج بسبب االشعاع الناجم عن اعادة ترتيب االلكترونات المدارية لذرات مادة . باالصطدام الهدف في مستويات الطاقة المختلفة ،والذي يتبع تحرر احد هذه االلكترونات مـن الـذرة نتيجـة اصـطدام

ا كانت قيمة طاقة المستويات الذرية محددة فان انتقال االلكترونات المدارية مـن ولم. االلكترونات المعجلة بها مستوى واطىء يؤدي الى اشعاع فوتون ذي طاقة معينة تساوي فرق الطاقة بين المستويين وبذلك يكون طول موجته محدداً ويظهر على شكل خط حاد في الطيف ، ولما كانت قيمة طاقة المسـتويات الذريـة هـي مـن

.مميزات ذرات مادة الهدف لذلك كان الطيف الخطي من مميزات مادة الهدف ايضاً

يوضح طيف االشعة السينية) 8(شكل

16

لالشعة السینیة crystal Spectrometerالمطیاف البلوري 21-6 التي استخدمت البلورات كمحزز حيود في مطياف االشـعة الينيـة طريقة براك ) 11(يوضح الشكل

للحصول على حزمة ضيقة السينية القادمة من اليسار خالل شق في صحيفة من الرصاص ،حيث تمر االشعة .،اذ يقوم الرصاص بامتصاص جميع االشعة ماعدا التي تمر خالل الشق

φبعد ذلك تسقط االشعة على بلورة حرة الدوران وعمودجية على مستوى الشكل ويمكن قياس الزاويـة اه االشعة الساقطة ويحدث انعكاس براك ذو الشدة العظمى فقط باالتجاه اللذي يضع بين مستويات البلورة واتج

2φ مع اتجاه االشعة الساقطة عندما يتحقق شرط براك الثاني. )11.....(sin2 θλ dn =

ها اشد انعكاس يقود الى معرفـة ن مستويات بلورية معينة ، ويتم قياس الزوايا التي يحدث فيييبثابتة ) d(قيمة

.اكثر البلورات شيوعاً هي بلورات ملح الطعام وفلورديد الليثيوم والكوارتز.طول موجة االشعة السينية معامالت امتصاص االشعة السینیة 31-6

مطيـاف بـراك ثم تعكس بواسطة بلـورة السينية بأمرارها خالل شقين اذا مرت حزمة ضيقة لالشعة وكمـا تخدام خطوة التـأين سخالل المادة المراد دراستها وتقاس شدة االشعة النافذة بأ المنفردة ثم تمر بعد ذلك

.) 13(موضح في الشكل

المطياف البلوري ) 12(شكل

17

ل نحصل على الشك) di(وتغيير شدة الشعاع النافذ ) dx(مادة لعندما ترسم العالقة بين تغيير سمك ا )14( :

منظومة المتصاص االشعة ) 13(شكل باستخدام فضوة التأين السينية

تأثیر تغییر السمك مع الشعاع النافذ) 14(شكل

18

ويوضح ذلك خالل العالقة Exponential Decayعن منحني اضمحالل اسي وهذا الشكل عبارة :الرياضية

)12....(....................dxIdx µ=− و ) x(مقدار النقصان في اشعاع المار خالل السمك المادة ) dx-(حيث يمثل

)I( شدة الشعاع الساقط )dx ( عنصر السمك )M (جزءالطاقة المزال :ويعرف خطي ال معامل االمتصاص.

) :12(واليجاد شدة الحزمة النافذة نكامل المعادلة

∫ ∫−=I

I

X

dtI

dI

0 0

µ

xII

µ−=0ln

)13..(..............................0xeII µ−=

02فأذا جعلنا 1 II اع اللساقط الى النصـف الـى ستكون سمك المادة المساهمة والتي تشكل شدة الشع =

21X فستكون

)14..(..........693.0

21 µ

=X

.وهذه المعادلة صحيحة لحزمة ضعيفة من االشعة السينية تمتص المواد ذات العدد الذري العالي االشعة السنية اكثر من المواد ذات العدد الذري الـواطىء فمـثالً معامـل ) μ(عينة من كتلة وحدة المساحة تمتص قطعة مـن الرصـاص قطعـة الكـاربون ويعتمـد لقيمة م

:العدد الذري Zاليتغير λمقدار ثابت طالما ) K(االمتصاص الكتلي على

)15........()( 3ZK λµ =

19

:اسالیب امتصاص االشعة السینیة 41-6

طتها تقليل االشعة السينية المارة فيها وعلى شـكل حـزم هناك ثالث طرق لذرات المادة تتمكن بواس حيث تمتص االشعة السينية بسبب تحريرها االمتصاص بالتأثير الكهروضوئي:ضيقة ، وهذه الطرق هي

ويتضمن ذلك انبعاث االلكترونـات . االلكترونات من ذرات المادة كما يحدث تماناً في الظاهرة الكهروضوئية فوتونـات الداخلي ايضاً عندما تكون طاقـة من الغالف وأنماالخارجي للذرة ) القشرة(من الغالف ليس فقط

ويترتب على ذلك ان تبعث الذرات التهيجة اشعاع كهرومغناطيسي بسبب اعادة ترتيب . االشعة السيننية كافية المنخفضة عـادة االلكترونات في مختلف االغلفة الذرية ،ولالمتصاص الكهروضوئي اهمية كبيرة في الطاقات

. لالشعة السينية التي تمتص بها االشعة السينية والتي تظهر اهميتها في طاقات االشعة السـينية المتوسـطة والطريقة الثانية

والنـاجم عـن االهتـزاز ) ثومسـون -اسـتطارة رايلـي (هي طريقة االستطارة بنوعيها االعتيادي وهذا . الساقطة حيث تقوم باعادة بعث االشعة الى جميع الجهات االضطراري اللكترونات المادة بسبب االشعة

النوع من االستطارة يحدث بكثرة عندما تكون الموجات طويلة ،اما اذا كان طول الموجة قصيراًَ فعندئذ تعاني .التي تصبح اهميتها كبيرة في هذا المدى من الطكاقة استطارة كومبتونالفوتونات ذات الطاقة العالية من

ع اباستخدام معادالت ديراك لفيزياء الكم النسبية، واسـتط 1929عام فينظرية متكاملة لالستطارة بينتوقد . التنبوء بدقة بالتوزيع الزاوي للشدة وكذلك استقطاب االشعة المستطارة

بوزترون وهـي –والطريقة الثالثة المتصاص االشعة السينية هي طريقة توليد زوج الكترون

. الـى اللكتـرون و بـوزترون 1.02Mevفوتون االشعة السينية الذي يزيد طاقته علـى فناءعبارة اوالبوزترون جسيم كتلته مساوية الى كتلة االلكترون وشحنته مساوية ايضاً لشحنة االلكترون ولكنهـا موجبـة

μ طـي لمعامل االمتصاص الخطرق االمتصاص الثالثة ومدى مساهمة كل منها ) 15( يوضح الشكل . .كدالة لطاقة الفوتونات

ةالنسـبي –بوجود البوزترون من نظريته في فيزياء الكم 1929ولقد تنبأ ديرك عام

ـ 1932،وتم اكتشافه تجريبياً عام يمن قبل اندرسون ،وطريقة توليد الزوج تمثل الحالـة الت تتحول فيها الطاقة الى مادة

20

. ويمكن بسهولة حساب الكتلة السكونية لاللكترون بداللة الطاقة ،وهـي تكـافىء طاقـة مقـدارها

0.51Mev باستخدام المعادلة النسبية الخاصةوذلك : ) E=m0c2 ( وعليه فعند توليد او خلـق وزج

واهر تفاعل االشعة السينية مع المادة ظ) 15(الشكل

21

،وال 1.02Mevونين أي بوزترون يجب ان تكون طاقة الفوتون كافية لكي تتحول الى كتلة الكتـر –الكترون كمـا . يمكن ان يتحول الفوتون الىالكترون او بوزترون فقط الن ذلك يخالف قانون حفظ الشحنة الكهربائية

وانما يجب ان تحدث العملية في مجال كهربائي قوي ،مثالً قـرب الى زوج في اي مكان وال يتحول الفوتون الزخم والطاقة فاذا كانت النواة ثقيلة فالطاقة التي تأخذها تكوننواة الذرة ،وعليه تأخذ نواة الذرة بعضاً من

تيلتوليد الزوج ،اما اذا كانت النواة ال 1.02Mevقليلة وعليه فطاقة الفوتون يجب ان تكون اكبر قليالً من جـب يتم التحول بالقرب منها خفيفة فالطاقة التي تأخذها من الفوتون تكون اكبر وعليه فان طاقة الفوتون ي

. 1.02Mevان تكون اكبر من ويجعل تواجد االلكترونات في جميع المواد عمر البوزترونات قصيراً الن عند مرور البوزترون فـي

او ثالثـة (المواد يفقده طاقته الحركية فينجذب نحو الكترون سالب وقبل ان يتحدا ويتحـوال الـى فوتـونين منظومة تشبه ذرة البعض مكونان ما يسمى بالبوزترونيوم ، واالخير فانهما يدوران حول بعضهما ) فوتونـات

ثانية ،وقد ثبت وجوده وسجلت خطوط طيفـه التـي تسـاوي 7-10الهيدروجين وعمرها قصير يقدر بحوالي .ترددها نصف ترددات ذرة الهيدروجين تقريباً

وبـالرغم . ء المادة وتحويلها الى طاقة ان تحول االلكترون والبوزترون الى فوتونات يسمى بافنا اال انهـا تصـبح 1.02Mevمن ان االمتصاص بطريقة توليد الزوج اليحدث اذا كانت طاقة الفوتون اقل من

اكثر اهمية في الطاقات العالية ، فمثالً في مادة الرصاص يصبح االمتصاص بتوليد الوزج في طاقـات اكبـر معامل االمتصاص ) 16(ويوضح الشكل لكهروضوئي او االستطارة ،متصاص ااكثر اهمية من اال 5Mevمن

.لطرق االمتصاص الثالثة

.معامل االمتصاص لطرق االمتصاص الثالثة ) 16(الشكل

22

:ويكتب معامل االمتصاص الذري الكلي لطرق االمتصاص الثالثة كما يلي

)16........(aaaa T πσµ ++=

هروضـوئي ، المقطع العرضـي الـذري لالمتصـاص الك Ta ،σa ،πaحيث يمثل .االستطارة ،وتوليد الزوج على التتالي

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11