рентгеновское излучение какого спектрального состава используется для просвечивания объектов

Спектральный состав рентгеновского излучения

Подобно белому свету рентгеновские лучи неоднородны по своему составу. Изучение рентгеновского излучения показало, что оно в большинстве случаев содержит в себе два налагающихся друг на друга спектра: сплошной спектр излучения с широкой непрерывной полосой различных длин волн и линейчатый или характеристический спектр, состоящий из отдельных линий с определенными значениями длин волн. Закономерности, которым подчиняются сплошной и характеристический спектры, различны.

Рис. 2.1. Сплошной (1-2) и линейчатый (3) спектры рентгеновской трубки.

При низком напряжении между анодом и катодом трубки возникает только сплошной спектр лучей (рис. 2.1, кривые 1-2). Как только напряжение превысит некоторое критическое значение, зависящее от вещества анода, к непрерывному излучению добавляется характеристический спектр лучей (рис. 2.1, кривая 3).

Сплошной спектр рентгеновских лучей. Сплошной спектр возникает в результате торможения электронов на аноде рентгеновской трубки. Как известно из классической электродинамики, заряженная частица, движущаяся с ускорением, является источником электромагнитного поля, частота которого тем больше, чем больше ускорение. Поэтому при резком торможении электрона на аноде мы получаем электромагнитное излучение высокой частоты и малой длины волны – рентгеновский квант. Поскольку условия торможения в веществе для каждого электрона различны (одни электроны тормозятся на самой поверхности, другие проникают вглубь анода, постепенно теряя часть своей энергии), то мы получаем кванты рентгеновского излучения с различными длинами волн.

Распределение интенсивности в таком спектре показано на рис. 2.1. Как видно из рисунка, сплошной спектр имеет коротковолновый край и максимум интенсивности при некоторых средних длинах волн. Появление максимума является следствием того, что большинство электронов тормозится не сразу, а после ряда столкновений с атомами. Положение края и максимума интенсивности зависит от напряжения на рентгеновской трубке. На длину волны излучения влияет и материал анода. Классическая электродинамика позволяет объяснить общие закономерности возникновения белого рентгеновского спектра, но не объясняет его коротковолновый край.

С точки зрения квантовой механики коротковолновая граница спектра l_кр, т.е. наибольшая величина кванта рентгеновских лучей, соответствует преобразованию всей кинетической энергии электронов в электромагнитное излучение

, (2.1)

Подставив значение всех постоянных, получим:

или минимальную длину волны, характеризующую коротковолновый край сплошного спектра. Из (2.2) следует, что минимальная длина волны, действительно, зависит от напряжения между электродами трубки и при увеличении напряжения длина волны, соответствующая краю сплошного спектра, уменьшается. Этим и объясняется тот факт, что с увеличением напряжения весь спектр смещается в сторону более коротких длин волн. В формировании коротковолнового края сплошного спектра принимает участие лишь незначительная часть всех электронов. Многие электроны тормозятся так, что основная часть их кинетической энергии превращается в тепловую. Поэтому к.п.д. рентгеновской трубки очень мал, порядка 5% – остальная часть энергии электронов расходуется на нагрев анода.

Характеристический спектр рентгеновских лучей. Если сплошной спектр связан исключительно с изменением энергетического состояния электронов, летящих к аноду (режимом работы трубки), то линейчатый обусловлен процессами, происходящими в электронных оболочках атомов анода. Представим атом в виде обычной планетарной модели (рис. 2.2). Такая модель является упрощенной, но достаточной для объяснения происхождения линейчатых спектров. С точки зрения этой модели вся электронная оболочка состоит из ряда слоев. Ближайший к ядру K-слой соответствует минимальной энергии электрона, второй L-слой – более высокой энергии. Последующие слои обозначаются M, N, O, P, q и т.д.

Рис.2.2. Схема атома, поясняющая природу

линейчатого (характеристического) излучения.

Электроны стремятся занять положение, соответствующее минимуму их энергии. Это приводит к тому, что они заполняют в первую очередь K-слой, где может быть не более двух электронов, затем L-слой, включающий восемь электронов, и т.д.

Если в электрическое поле атома попадает посторонний электрон, обладающий большой кинетической энергией, то взаимодействие этого электрона с электронной системой атома может привести к передаче его энергии одному из электронов атома. Грубо говоря, летящий электрон может выбить электрон с одной из заполненных оболочек с переходом его на одну из вышележащих незанятых оболочек или вообще за пределы атома. Электроны с более высокоэнергетических электронных оболочек стремятся перейти на освободившийся уровень с меньшей энергией, а избыток энергии освобождается в виде кванта рентгеновского излучения.

Рассмотрение природы возникновения характеристического спектра делает понятным то, почему это излучение возникает только по достижении определенного напряжения на трубке. Очевидно, что для возникновения линейчатого (характеристического) спектра, энергия летящих на анод электронов должна быть достаточна, чтобы выбить электрон с K, L и т.д. слоя. Для возбуждения, например K-серии, величина этой энергии должна быть по крайней мере равна:

, (2.3)

где U – напряжение между анодом и катодом; l_min –длина волны наиболее коротковолновой линии излучения данной серии.

Из соотношения (2.3) получим наименьшее напряжение, необходимое для возбуждения данной серии, называемое потенциалом возбуждения серии

Для одного и того же химического элемента наибольший потенциал требуется для возбуждения К-серии. Для различных химических элементов потенциалы возбуждения определяются строением атома, длинами волн характеристического спектра, а последние, согласно закону Мозли, зависят от порядкового номера Z как:

(2.5)

В выражении (2.5) S – константа экранирования, учитывающая отталкивание перескакивающего электрона электронными оболочками атома, она одинакова для всех линий одной серии; K – постоянная, общая для одноименных линий (например K_b ) всех элементов, т.к.

, (2.6)

где n₁ 2 и n₂ 2 – главные квантовые числа энергетических уровней атома между которыми происходит переход, e и m – заряд и масса электрона.

Из соотношения (2.5) следует, что с увеличением порядкового номера Z атома длина волны линий характеристического спектра уменьшается. Следовательно, меняя анод, мы можем получать характеристическое излучение с различными длинами волн (табл. 2.1).

Для рентгеноструктурного анализа используют обычно лучи K-серии характеристического спектра, т.к. более длинноволновые лучи поглощаются и малопригодны для исследования. Кроме того, линии K-серии много интенсивнее остальных серий. При этом следует отметить, что на рис.2.2 дана лишь грубая схема энергетических уровней атома. В действительности уровни L, M и все последующие подразделяются на несколько подуровней (рис.2.3).

Рис. 2.3. Тонкая структура полос K_a и K_b излучения.

Квантовая теория дает правила отбора, разрешающие лишь определенные переходы между энергетическими уровнями. Так, на K уровень могут переходить электроны лишь с L₂ и L₃ подуровней M-оболочки. Поэтому K_a и K_b линии спектра в действительности являются двойными (дублетами). Наиболее интенсивной из линий K-серии является K_a1 (рис.2.3): она в 2 раза более интенсивна, чем K_a2 и в пять раз интенсивнее K_b. При этом, если различие между длинами волн K_a и K_b сравнительно большое, то значения длин волн K_a1 и K_a2 очень близки. Это следует и из таблицы 2.1. Поэтому на рентгенограммах, снятых при малом разрешении, линии K_a1 и K_a2 сливаются в одну K_a-линию. Для расчета в этом случае берут промежуточное значение l_k_a равным:

которое также указано в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Порядковый номер элемента	Длины волн, Å	Потенциал возбуждения
Z	Элемент	K_a1	K_a2	K_a	K_b	K-серии, кВ
Cr	2,2935	2,2896	2,2909	2,0848	5,98
Fe	1,9399	1,9359	1,9373	1,7565	7,10
Cu	1,5443	1,5405	1,5418	1,3922	8,86
Mo	0,7135	0,7093	0,7107	0,6322	20,00
W	0,2188	0,2090	0,1846	69,3

Для практической работы часто бывает необходимо найти такой режим трубки, при котором характеристический спектр наиболее резко выделялся бы на фоне сплошного. Опыт показывает, что по мере повышения напряжения на трубке интенсивность характеристического и белого излучения возрастает. Оптимальное напряжение создается при превышении потенциала возбуждения в 3–5 раз.

Дата добавления: 2016-02-04 ; просмотров: 3277 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ПО ПРОГРАММЕ «ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ТАМОЖЕННОГО КОНТРОЛЯ» 2016.

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ПО ПРОГРАММЕ «ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ТАМОЖЕННОГО КОНТРОЛЯ» 2016.

Рентгеновское излучение какого спектрального состава используется для просвечивания объектов?

Выберите один ответ:

a. характеристическое и тормозное рентгеновское излучение

b. тормозное рентгеновское излучение

c. характеристическое рентгеновское излучение

Перечень технических средств таможенного контроля, применяемых таможенными органами Российской Федерации при проведении таможенного контроля утвержден приказом ФТС?

Выберите один ответ:

c. № 2190 от 25.10.2011

С какой скоростью распространяются рентгеновские лучи?

Выберите один ответ:

Верно ли утверждение: «После отключения излучателя ИДК и окончании просвечивания объекта, объект остается радиоактивным и испускает «остаточное» излучение»?

Выберите один ответ:

a. да, не более 10 сек.

b. да, не более 1 мин. (?)

Излучение какого вида используется для просвечивания объектов в ИДК?

Выберите один ответ:

c. характеристическое рентгеновское излучение

d. жесткое тормозное рентгеновское излучение

6. Рентгеновские свойства атома определяются изменением строения его:

Выберите один ответ:

a. внешних электронных оболочек

c. внутренних электронных оболочек

7. В каком диапазоне по длине волны находится рентгеновское излучение:

Выберите один ответ:

a. между ультрафиолетовым и инфракрасным

b. между гамма-лучами и нейтронным

c. между инфракрасным и фотонным

d. между ультрафиолетовым и гамма-лучами

В каком году были открыты рентгеновские лучи, и к какому году относятся сообщение о первом применении рентгеновских лучей (в медицинских целях)?

Выберите один ответ:

9. На какие 2 группы делятся лучевые досмотровые установки по используемому источнику ионизирующего излучения:

Выберите один ответ:

a. рентгеновские установки углублённого контроля отдельных предметов и инспекционно-досмотровые комплексы

b. рентгеновские установки для контроля багажа и товаров и инспекционно-досмотровые ускорительные комплексы ДРТ и ИДК

c. инспекционно-досмотровые комплексы и низкодозовые рентгеновские установки для контроля физических лиц

10. Радиоактивные свойства атома определяются изменением строения его:

Выберите один ответ:

a. внутренних электронных оболочек

c. внешних электронных оболочек

11. Каким свойством НЕ определяется качество рентгеновского изображения:

Выберите один ответ:

e. разрешающей способностью

Что такое рентгеновское излучение?

Выберите один ответ:

a. электромагнитное излучение с длиной волны в вакууме менее 0.1 нм

b. электромагнитное излучение с длиной волны в вакууме от 380 нм до 760 нм

c. электромагнитное излучение с длиной волны в вакууме от 0,01 пм до 0,1 нм

Относится ли досмотровая рентгеновская техника к техническим средствам интроскопии?

Выберите один ответ:

c. в зависимости от способа применения

14. Укажите рентгеновские методы просвечивания объектов:

Выберите один ответ:

b. метод сканирования

C. система двухпроекционного обследования объекта

D. проекционный метод

Какова природа рентгеновских лучей?

Выберите один ответ:

a. это поток высокоэнергетичных электронов

b. это коротковолновое электромагнитное излучение

c. это ультракороткие акустические волны

16. Определение подлинности, происхождения и принадлежности объекта таможенного контроля относится к понятию:

Выберите один ответ:

Какие из перечисленных свойств не присущи рентгеновскому излучению?

Выберите один ответ:

a. наводит остаточную радиацию облучаемых веществ

b. вызывает свечение (флюоресцентность) некоторых веществ

c. поглощаются в веществе

18. Кто относится к группе «Б» (лиц работающих непосредственно с источниками ионизирующего излучения):

Выберите один ответ:

a. лица, работающие с радиоизотопными источниками излучения

b. лица, работающие с техногенными источниками излучения

c. лица, получающие при работе с радиоизотопными излучениями дозу, не превышающую 24 мкЗв

d. лица, находящиеся по условиям работы в сфере воздействия ионизирующего излучения

Получение, хранение и использование источников излучения разрешается только после получения какого документа о соответствии условий работы с источниками излучения санитарным правилам?

Выберите один ответ:

a. протокола, выдаваемого комиссией территориального отделения Роспотребнадзора

b. протокола, выдаваемого аккредитованными лабораториями радиационного контроля по запросу таможенного органа

c. санитарного сертификата, выдаваемого аккредитованными лабораториями радиационного контроля по запросу таможенного органа

d. санитарно-эпидемиологического заключения, выдаваемого Управлением Роспотребнадзора

e. экспертного заключения, выдаваемого комиссией территориального отделения Роспотребнадзора

К какой группе облучаемых лиц относятся операторы инспекц.-досмотровых комплексов?

Выберите один ответ:

b. необлучаемый персонал

c. персонал группы «Б»

21. Назовите 2 основных нормативно-правовых акта (документа) обеспечения радиационной безопасности, сущность одного из которых заключается в определении допустимых пределов радиационного воздействия, а другого – определение средств, посредством реализации которых обеспечивается соблюдение первого документа:

Выберите один ответ:

a. «нормы радиационной безопасности» (НБР-99/2009) и «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности» (ОCПОРБ-99/2010)

b. федеральный закон Российской Федерации «О Радиационной безопасности населения» от 09.01.1996 г. №3-ФЗ и Федеральный Закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 30.03.1999 г. №52

c. «гигиенические требования к устройству и эксплуатации радиоизотопных приборов» (СанПиН 2.6.1.1015-01.2.6.1) и Руководство Р 2.2.755-99 «Гигиенические критерии оценки условий труда и классификации рабочих мест при работах с источниками ионизирующих излучений»

22. Выберите утверждение, которое является характеристикой перемещаемого ИДК:

Выберите один ответ:

a. обладает упрощённой радиационной защитой

b. досмотровый тоннель ИДК окружён бетонными стенами, служащими защитой от выхода наружу высокоэнергетичного рентгеновского излучения

c. работает на ровной площадке с двумя заасфальтированными полосами

d. во время сканирования досмотровые рентгеновские средства находятся в подвижном состоянии

e. при использовании должна быть развита таможенная и околотаможенная инфраструктура

23. Где должен находиться пульт управления стационарным ИДК:

Выберите один ответ:

a. за пределами стационарного комплекса

b. за пределами санитарной зоны.

c. в отдельном помещении вне зоны досмотрового зала

d. в досмотровом зале

Каким нормативно-правовым документом, регламентируются лицензирование источников, генерирующих рентгеновское излучение?

Выберите один ответ:

a. федеральный Закон РФ №128-ФЗ от 08.08.2001 «О лицензировании отдельных видов деятельности»

b. федеральный Закон РФ «О радиационной безопасности населения» от 30.03.99 г. №52-ФЗ

c. постановление Правительства РФ от 02.04.2012 N 278 «О лицензировании деятельности в области использования источников ионизирующего излучения (генерирующих) (за исключением случая, если эти источники используются в медицинской деятельности»

30. Для женщин в возрасте до 45 лет, работающих с источниками излучения, эквивалентная доза на поверхности нижней части области живота не должна превышать:

Выберите один ответ:

Выберите товары, не подлежащие воздействию рентгеновского излучения.

Выберите один или несколько ответов:

a. вакцины для людей

c. изолят соевого белка

Какие приборы используются для измерения экспозиционной дозы радиации?

Выберите один ответ:

Человеком за год?

Выберите один ответ:

A. любых товаров

E. средств идентификации

f. все утверждения верны

97. К признакам дописки относятся: