Surse de radiatii X

Radiatiile X - o alta forma de lumina

In 1895 Wilhem Roentgen, fizician german, a descoperit o forma noua de radiatie numita radiatie X datorita naturii necunoscute (la vremea respectiva) a acesteia.
Radiatiile X pot fi considerate o alta forma de lumina. Atunci cand particule cu sarcina electrica se ciocnesc schimbarile in miscarea lor poate avea drept rezultat producerea fotonilor; de aceea in univers electronii sunt responsabili pentru producerea celor mai multi fotoni.

Wilhelm Roentgen

Radiatiile X pot fi produse prin ciocnirea dintre un proton si un electron

 

Lumina poate imbraca forme multiple: unde radio, microunde, radiatii infrarosii, radiatii vizibile, radiatii ultraviolete, radiatii X, radiatii gama. Enumerarea anterioara s-a facut in ordinea cresterii energiei fotonilor; vitezele particulelor care se ciocnesc sau vibreaza si produc fotoni sunt masuri ale temperaturii acestora. In figura alaturata este aratat spectrul electromagnetic obtinut prin incalzirea unui corp (in figura, temperatura creste de la dreapta la stanga).

Spectrul electromagnetic

Fotonii pot la randul lor ciocni electroni, iar in urma interactiunii pot rezulta fotoni de energie mai mare-radiatii X (efectul Compton).

Efectul Compton

Atunci cand un electron liber este accelerat de campul electric al unui proton sau al unui ion fotonii rezultati pot avea un spectru continuu de energii care depinde de acceleratia electronilor (figura alaturata).

Spectru continuu de energie

Daca electronul este un electron orbital, iar atomul se afla intr-o stare excitata ca urmare a interactiunii cu un alt electron, un alt atom sau un foton, la dezexcitare fotonii rezultati (radiatii X) au energii bine determinate care corespund nivelelor energetice intre care a avut loc tranzitia; rezultatul unor astfel de tranzitii este un spectru de linii care este specific unui anumit atom.

Emisie atomica

Producerea radiatiilor X poate avea loc si ca urmare a accelerarii electronilor in campul magnetic al unui accelerator de particule cum ar fi sincrotronul. Acest proces este cunoscut ca procesul producerii radiatiei de sincrotron. Radiatia de sincroton poate proveni si din cosmos ca radiatie rezultata in urma exploziei supernovelor.

Radiatia de sincrotron

Mecanismele producerii radiatiilor X

Radiatiile X pot fi produse in doua moduri. Unul este numit bremsstrahlung si are intelesul de franare - radiatii de franare; ele se datoreaza imprastierilor elastice sau inelastice ale electronilor pe nucleu. Altul este cunoscut sub numele de radiatii K si se datoreaza tranzitiilor atomice de pe patura K.

Radiatia de franare In tuburile de radiatii X producerea radiatiilor se datoreaza accelerarii electronilor emisi de un catod si interactiei cu electronii unei tinte; tensiunile de accelerare sunt de ordinul kilovoltilor. Radiatiile X produse in acest mod formeaza un spectru continuu de energii cuprinse intre cativa KeV pana la maximum de energie posibila corespunzatoare materialului tinta. Cel mai obisnuit material tinta, folosit in tuburile de radiatii X, este tungstenul. Aplicatia de mai jos simuleaza acest proces de producere a radiatiilor de franare. · Butonul <Electron> determina emisia unui singur electron si un singur proces de imprastiere care da nastere unui foton X. · Butonul <Automat> determina un proces continuu de emisie permitand astfel obtinerea rapida a spectrului de radiatii X. · Graficul arata numarul de evenimente (fotoni X) in functie de energia acestora.

Radiatii X caracteristice

Patura K este cea mai joasa patura din punct de vedere energetic. Un electron de mare enegie poate trece, in urma unei interactii, pe o patura K. Energia pierduta in urma tranzitiei se regaseste in energia fotonului X. Fotonii emisi sunt caracteristici elementului respectiv ceea ce determina obtinerea unui spectru caracteristic (de linii). In figura de mai jos este aratat un astfel de spectru (suprapus peste un spectru continuu).