الأشعة السينية

الأشعة السينية إشعاع كهرطيسي ذو أطوال موجية wave lengths أقصر من الإشعاع فوق البنفسجي ultraviolet، انظر الشكل (1).

الشكل (1): طيف الإشعاع الكهرطيسي electromagnetic radiation spectrum، المناطق والواحدات

يتم إنتاج الأشعة السينية عادة بتشعيع irradiation أنود anode كهربائي بإلكترونات سريعة. يوضح الشكل (2) المخطط الهيكلي لأنبوب الأشعة السينية. يتم نزع الإلكترونات من الكاتود cathode، ومن ثم تسريعها في الفولطية V0 بين الكاتود والأنود، لتصطدم بعدها بالأنود مصدرة الأشعة السينية.

مخطط هيكلي لأنبوب الأشعة السينية

الشكل (2): مخطط هيكلي لأنبوب الأشعة السينية

باستخدام كواشف detectors مناسبة يمكن قياس طاقة الأشعة السينية الناتجة.

يظهر الشكل (3) طيف الأشعة السينية لأنود مصنوع من الروديوم Rh  المطعم بالروتينيوم Ru.

الشكل (3): طيف الأشعة السينية لأنود مصنوع من الروديوم Rhodium  المطعم بالروتينيوم Ruthenium . يعرض الشكل الشدة الإشعاعية كتابع لزاوية سف grazing  الكاشف، والتي تتناسب مع طول الموجة. تزداد الخطوط المميزة وضوحاً مع ازدياد فولطية الأشعة السينية.

يظهر التحليل الطيفي لهذه الأشعة مايلي:

طيف الكبح

هناك دوماً طيف مستمر طاقياً، يدعى بطيف الكبح bremsspectrum . يعود إشعاع الكبح إلى انحراف خط سير الإلكترون الذي يحمل الطاقة E0 نتيجة تعرضه للحقل الكهرطيسي electromagnetic field للنواة، مما يؤدي إلى التخفيف من سرعته وإصدار فوتون يحمل الفرق في الطاقة، وفوتونات الكبح bremsphotons هذه هي التي تشكل طيف الكبح. يوضح الشكل (4) نشوء طيف الكبح.

نشأة طيف الكبح السيني. يتعرض الإلكترون للحقل الكهرطيسي للنواة، مما يؤدي إلى انحراف مساره والتخفيف من سرعته، ويتم إصدار فوتون يحمل الفرق في الطاقة.

الشكل (4): نشأة طيف الكبح السيني. يتعرض الإلكترون للحقل الكهرطيسي للنواة، مما يؤدي إلى انحراف مساره والتخفيف من سرعته، ويتم إصدار فوتون يحمل الفرق في الطاقة.

الطيف المميز

عند توافر شروط معينة هناك خطوط طيفية spectral lines تظهر عند طاقات محددة، وتشكل ما يدعى بالطيف المميز characteristic spectrum. يصطدم الإلكترون المسرع بأحد الإلكترونات الذرية، نازعاً إياه من الطبقة الذرية التي كان يشغلها، مما يؤدي إلى حدوث فراغ في هذه الطبقة. يقوم أحد الإلكترونات من الطبقات الأعلى بملء الفراغ، مصدراً الفرق في الطاقة على شكل فوتون ذي طاقة محددة، وتعادل الفرق في الطاقة بين السويتين.

عندما يتم نزع الإلكترون من الطبقة n=1) K) فإننا نحصل على سلسلة من خطوط الأشعة السينية تمثل الفروق في الطاقة بين هذه الطبقة والطبقات التي تعلوها، ويسمى الخط الناتج عن الانتقال من الطبقة n=2) L)  إلى الطبقة K بـ Kα، الخط الناتج عن الانتقال من الطبقة n=3) M)  إلى الطبقة K بـ Kβ، وهكذا. عندما يتم نزع الإلكترون من الطبقة L فإننا نحصل على سلسلة من الخطوط تمثل الفروق الطاقية بين الطبقة L  والطبقات التي تعلوها، ويسمى الخط الطيفي الناتج عن الانتقال من الطبقة M  إلى الطبقة L بـ Lα، من الطبقة N  إلى الطبقة L  بـ Lβ، وهكذا. وتطلق تسميات مشابهة عند نزع الإلكترونات من الطبقات التي تلي الطبقة L  كالطبقات M  و N  وغيرهما. يوضح الشكل (5) نشوء الخطوط الطيفية المميزة للأشعة السينية وتسميتها.

الشكل (5): نشأة الطيف المميز للأشعة السينية. يقوم الإلكترون المسرع بتأيين الذرة، وذلك بإعطاء أحد الإلكترونات الذرية الطاقة الكافية لمغادرة الذرة، وهذا ما يرمز إليه الانتقال إلى المنطقة المظللة في أعلى الشكل. يتشكل فراغ في الطبقة التي يتم نزع الإلكترون منها، وتقوم الإلكترونات من الطبقات الأعلى بملء هذا الفراغ مصدرة الخطوط الطيفية المميزة على شكل سلاسل تدعى K  ، L  ، M  ، . .

مطيافية الأشعة السينية

نظراً لاختلاف السويات الطاقية بين عنصر وآخر، فإن طاقات الخطوط الطيفية المميزة تتباين من عنصر لآخر، ويمكن استخدام الخطوط الطيفية المميزة للأشعة السينية في تحديد العنصر الذي قام بإصدار هذا الإشعاع المميز. يوضح الشكل (6) المواقع الطيفية لخطوط الأشعة السينية المميزة لمختلف العناصر، ويلاحظ ازدياد طاقة سلسلة معينة مع ازدياد العدد الذري.

الشكل (6): المواقع الطيفية لخطوط الأشعة السينية المميزة للعناصر.

الشكل (6): المواقع الطيفية لخطوط الأشعة السينية المميزة للعناصر.

المصدر: محاضرات د. سامي حداد في الفيزياء النووية – جامعة دمشق

تحرير: سامر عبد الرزاق بكر

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *