Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Применение - рентгеноструктурный анализ - Рентгеновские аппараты

Оглавление
Рентгеновские аппараты
Введение
Генерирование рентгеновских лучей
Ослабление рентгеновских лучей веществом
Световозбуждающее и фотографическое действия рентгеновских лучей
Количественная и качественная оценка рентгеновского излучения
Защита от рентгеновских лучей
Применение - рентгенодиагностика
Применение - рентгенотерапия
Применение - рентгенодефектоскопия
Применение - рентгеноструктурный анализ
Применение - рентгеноспектральный анализ
Применение - облучение в технологических целях
Рентгеновские трубки
Электрические характеристики рентгеновских трубок
Рентгеновские излучатели
Высоковольтный рентгеновский кабель
Рентгеновские питающие устройства
Главные трансформаторы
Параметры R, L и С главного трансформатора
Представление о расчете главного трансформатора
Главные трансформаторы с переменным коэффициентом трансформации
Высоковольтные вентили
Высоковольтные генераторы
Регулировка напряжения на трубке и тока трубки
Включение и отключение питающего устройства
Автоматика в рентгеновских питающих устройствах
Стабилизация работы питающего устройства
Контроль напряжения на трубке и ее анодного тока
Выпрямительные схемы рентгеновских питающих устройств
Однополупериодная безвентильная схема
Однополупериодная вентильная схема
Двухполупериодная схема
Схема удваивания с пульсирующим напряжением
Схема удваивания со сглаженным напряжением
Падение напряжения в главной цепи питающего устройства
Перенапряжения в питающих устройствах
Импульсное питание рентгеновской трубки
Рентгенодиагностические аппараты
Рентгенодиагностические исследования
Рентгенодиагностические трубки
Системы регулировок рентгенодиагностического аппарата
Регулировка выдержки
Защита трубки от перегрузки
Реле экспозиции
Падающая нагрузка
Передвижные аппараты
Стационарные аппараты
Усилитель яркости рентгеновского изображения
Рентгенокиносъемка
Рентгенотелевидение
Флюорографические аппараты
Хирургические аппараты
Аппараты для ангиокардиографии
Аппараты для близкофокусной и внутриполостной терапии
Аппараты для глубокой терапии
Рентгенодефектоскопические аппараты
Рентгеновские микроскопы
Рентгеновские аппараты для структурного анализа
Рентгеновские аппараты для спектрального анализа
Рентгеновские аппараты для облучения в технологических целях

г) Рентгеноструктурный анализ. Рентгеноструктурный анализ представляет собой область применения рентгеновских лучей, служащую для исследования строения кристаллических веществ. Как известно, в таких веществах атомы или группы атомов располагаются закономерно, образуя пространственную решетку. Если расстояние между соседними атомами пространственной решетки сравнимо с длинами воли падающих на кристалл рентгеновских лучей, то имеет место особый вид рассеяния— дифракция рентгеновских лучей кристаллами. Как показали Г. В. Вульф и Брэгги (см. введение), дифракцию рентгеновских лучей кристаллами можно представить как отражение этих лучей от плоскостей пространственной решетки кристалла.
Пусть на кристалл, построенный из ряда параллельных атомных плоскостей (рис. 1-17), падает параллельный пучок однородных рентгеновских лучей. Проходя через первую из этих плоскостей, лучи частично отражаются от нее по закону зеркального отражения. Подобное же отражение происходит при прохождении через вторую плоскость. Отраженные от обеих плоскостей лучи интерферируют между собой. Амплитуды отраженных волн складываются в тех случаях, когда разность хода отраженных лучей будет кратна длине волны. Разность хода равна:

Рис. 1-17. К выводу уравнения Вульфа—Брэггов.

Из прямоугольных треугольников АВС и BCD следует:

и

откуда

Лучи, отраженные от всех параллельных атомных плоскостей, усиливают друг друга при разности хода, равной целому числу длин волн:

Эта формула и носит имя Вульфа и Брэггов. Здесь целое число п называется порядком отражения. Отражение будет наиболее сильным при п= 1. С возрастанием п количество отраженных лучей быстро уменьшается. Отражающей может быть любая плоскость, проведенная через атомы пространственной решетки. Отражение будет тем сильнее, чем больше атомов содержит отражающая плоскость. Формула позволяет, зная λ, находить d (рентгеноструктурный анализ) и, наоборот, зная d, находить λ (рентгеноспектральный анализ).

Исследование кристаллической структуры веществ методами рентгеноструктурного анализа дает возможность определять взаимное расположение атомов и молекул в твердых телах. Тело определенного химического состава, например какой-либо сплав, в результате механической или термической обработки может в сильной степени изменить свои свойства, что обусловливает либо изменение кристаллической структуры (фазовое превращение), либо искажение этой структуры под действием внешних сил или внутренних напряжений. Нахождение связи между атомной структурой и свойствами тела позволяет устанавливать контроль за технологическими процессами, влиять па них в желаемом направлении и создавать более совершенные процессы.
Упомянем здесь о трех методах рентгеноструктурного анализа, которые можно считать основополагающими. При методе Лауэ на неподвижный монокристалл падает пучок рентгеновских лучей с непрерывным спектром. Метод вращения монокристалла отличается от метода Лауэ тем, что кристалл вращается, а для облучения используется характеристический спектр.

Рис. 1-18. Основные методы рентгеноструктурного анализа.
а — метод Лауэ; б — метод вращающегося кристалла; в — метод Дебая — Шерера; 1 — пучок первичных лучей; 2 — образец; 3—рассеянное излучение; 4 — рентгеновская пленка.
Метод Дебая — Шерера, наиболее распространенный в практике, предназначается для исследования поликристаллов с беспорядочной ориентацией отдельных кристалликов; при этом методе также используется характеристический спектр.
На рис. 1-18 указанные методы представлены в очень схематическом виде. Рассеянное излучение воздействует здесь на рентгеновскую пленку. При первом методе на пленке после проявления появляются отдельные пятна, располагающиеся вокруг центрального пятна, являющеюся результатом воздействия первичного пучка лучей. При втором методе на пленке, которая при облучении располагается вокруг образца концентрически в виде ленты, также появляются отдельные пятна. При третьем методе на такой же пленке появляются отдельные линии, располагающиеся поперек ширины пленки. Анализируя дифракционную картину, определяют строение исследуемого вещества.
Когда используется непрерывный спектр, обычно употребляются рентгеновские трубки с вольфрамовым анодом. Критическое напряжение вольфрама велико (69,3 кВ), что позволяет па такой трубке работать без характеристического излучения линии К при относительно высоких напряжениях. Когда используется характеристический спектр, материал анода подбирают, исходя из расстояния d между центрами пространственной решетки; чем больше отношение λ:d, тем выше разрешающая способность системы. Исходя из сказанного, у рентгеновских трубок, предназначаемых для структурного анализа, зеркала анодов делают из разных металлов. Чтобы получить более высокую интенсивность излучения, рабочее напряжение берется в несколько раз выше критического. Неиспользуемые лучи или поглощаются специально подбираемыми селективными фильтрами, или отсеиваются рентгеновскими монохроматорами.
Благодаря использованию характеристического излучения с весьма различными длинами воли диапазон напряжений, применяемых в рентгеноструктурном анализе, очень широк: от 15—20 до 60—70 кВ, а иногда и выше. В рентгеновских трубках, предназначаемых для структурного анализа, стремятся уменьшить величину фокуса. Это объясняется тем, что при рентгеноструктурном анализе пользуются узким диафрагмированным пучком лучей и уменьшение площади фокуса увеличивает интенсивность этого пучка. Некоторые виды структурных исследований требуют трубок с очень малым фокусом (микрофокусом). Мощности обычных трубок для рентгеноструктурного анализа не превышают сотен ватт, а трубок с микрофокусом — ватт или десятков ватт. Из-за слабой интенсивности излучения, воздействующего на пленку, выдержки часто бывают очень велики, достигая нескольких часов.
В рентгеновских аппаратах для структурного анализа вместо рентгеновского штатива применяется оперативный стол, па котором располагаются рентгеновский излучатель и приборы, необходимые для регистрации
излучения. Питающее устройство часто располагается под оперативным столом.
В настоящее время при рентгеноструктурном анализе вместо фотографической регистрации дифракционной картины широкое применение получила электрическая регистрация с помощью счетчиков частиц. Аппараты, предназначаемые для такой регистрации, получили название дифрактометров.

Рис. 1-19. Электрическая регистрация интенсивности рентгеновского излучения применительно к методу Дебая—Шерера.

Они позволяют с высокой степенью точности регистрировать не только .геометрию, но и интенсивность дифракционной картины. На рис. 1-19 дается представление о такой регистрации применительно к методу Дебая — Шерера. Вокруг образца по окружности перемещается счетчик частиц, определяющий интенсивность рассеянного излучения в функции угла отсчета. Сигналы, воспринимаемые счетчиком, усиливаются и преобразуются специальными электронными устройствами, после чего регистрируются, например, с помощью самопишущего прибора.
Чувствительность такого способа гораздо выше, чем фотографического. В то же время этот способ значительно усложняет удорожает аппаратуру, так как требует сложных электронных устройств. Кроме того, поскольку здесь в отличие от фотографического метода регистрация для различных углов производится разновременно, требуется постоянство интенсивности пучка первичных лучей во времени. Это заставляет осуществлять с высокой степенью точности стабилизацию напряжения на рентгеновской трубке и ее анодного тока Благодаря внедрению дифрактометров роль рентгеноструктурного анализа сильно возросла. Гамма-излучение не находит себе применения в структурном анализе. В ограниченных масштабах используются явления дифракции электронов и нейтронов.



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »