Kėdainių M. Daukšos pagr. m-kla
E. Kimantas K. Račys R. Ramanauskas 10a
Rentgeno spinduliai
Mokytoja : V. Orlienė
Kėdainiai 2006
Turinys
Įvadas ————————————————————————————————————03
V. Rentgenas ir rentgeno spindulių atradimas ———————————————————-04V. Rentgeno spindulių savybės —————————————————————————–05Rentgeno spindulių gavimas ir prigimtis —————————————————————–05Radioaktyvumas ———————————————————————————————-06Rentgeno spinduliai ir jų panaudojimas ——————————————————————07
Išvados ———————————————————————————————————–09Naudota literatūra ———————————————————————————————–10
Įvadas
XIX amžiuje buvo atrasti infraraudonieji ir ultravioletiniai spinduliai, radioaktyvusis spinduliavimas ir radijo bangos. Tačiau mokslininkus ir visuomenę labiausiai sudomino vokiečių fiziko Vilhelmo Rentgeno (1845 – 1923) atrastieji spinduliai. 1895 m. mokslininkas pastebėjo, kad greitų elektronų srautui susidūrus su kokia nors kieta medžiaga, skleidžiami ypatingi spinduliai, kurie prasiskverbia pro šviesai neskaidrias medžiagas. Šie spinduliai vėliau buvo pavadinti Rentgeno spinduliais. Rentgeno spinduliai – elektromagnetiniai jonizuojantieji spinduliai. Šiuos spindulius sukuria rentgeno vamzdis, sinchronuotas, priešpriešinių pluoštų greitintuvo elektronų kaupimo žiedas; juos skleidžia radioaktyvieji izotopai, Saulė, kiti kosminiai rentgeno šaltiniai. Pagal sužadinimo būdą rentgeno spinduliai ir jų spektrai būna stabdomieji, arba baltieji ir charakteringieji, arba būdingieji. Charakteringieji rentgeno spinduliai susidaro dėl atomo jonizacijos, išlėkus elektronui iš atomo vidinių sluoksnių. Jei atomą jonizuoja susidūrusi su juo didelės energijos dalelė, pvz., elektronas, yra pirminiai rentgeno spinduliai, jei rentgeno arba gama kvantas – antriniai, arba fluorescenciniai.
V. Rentgenas ir rentgeno spindulių atradimas
V. Rentgenas eksperimentiškai įrodė, kad judančio elektriškai poliarizuoto dielektriko sukurtas magnetinis laukas (Rentgeno srovė) tapatus elektros srovės sukurtam magnetiniam laukui. 1895 m. atrado spindulius, kuriuos pavadino X spinduliais, ir ištyrė jų savybes, numatė spindulių pritaikymo galimybes medicinoje ir technikoje. Svarbūs Rentgeno pjezoelektroninių ir piroelektroninių kristalų savybių, elektrinių ir optinių reiškinių ryšio kristaluose tyrimai. Mokslininkas labai tiksliai išmatavo įvairias fizikines konstantas. V. Rentgeno atradimai buvo viena šiuolaikinės atomo teorijos ištakų. Rentgeno srovės atradimas davė pradžią H. A. Lorenco elektroninei teorijai, o Rentgeno spindulių atradimas tiesiog stimuliavo radioaktyvumo atradimą.
V. Rentgenas pastebėjo, kad atokiai nuo vamzdelio stovėjęs ekranas, padengtas bario oksidu, švyti. Ekranas buvo naudojamas aptikti katodiniams spinduliams: jiems veikiant bario oksidą, ši medžiaga imdavo švytėti arba, anot fizikų, fluorescuoti (tas reiškinys vėliau buvo panaudotas televizorių ekranuose). Betgi ekrano negalėjo veikti katodiniai spinduliai, nes juos sugerdavo net nedidelis oro tarpas. Mokslininkas suprato atradęs naujus, dar skvarbesnius spindulius, kuriuos skleidė katodinis vamzdelis. Kiek atsitiktinis buvo tas atradimas, nėra žinoma, nes V. Rentgenas nemėgo pasakoti apie atradimo aplinkybes; jam atrodė, kad svarbu rezultatai, o ne mokslininko kelias į juos. Vykdydami mokslininko valią, palikuonys po jo mirties sunaikino asmeninį V. Rentgeno archyvą.V. Rentgenas iš karto suvokė šio atradimo svarbą. Jam teko didžioji lemtis, ir jis norėjo būti jos vertas. Tad mokslininkas neskubėjo pranešti apie savo atradimą, nesigyrė netgi savo kolegoms nei žmonai. Jis užsidarė savo laboratorijoje, pasistatė ten lovą, o maistą žmona palikdavo prie laboratorijos durų. V. Rentgenas ėmėsi visapusiškai tirti naujųjų spindulių savybes. Mokslininkas nustatė, kad nežinomus spindulius, jo pavadintus X spinduliais, skleidžia katodinio vamzdelio stiklas toje vietoje, kur į jį pataiko katodiniai spinduliai. V. Rentgenas kruopščiai ištyrė jį nustebinusį X spindulių skvarbumą: jie lengvai praeidavo ne tik pro popieriaus palą, bet ir per storą knygą, netgi 3 cm storio eglinę lentą. Tiesa, juos smarkiai sugerdavo metaliniai, ypač švininiai, daiktai. Naudodamasis tuo, kad X spinduliai veikia fotografinę plokštelę, V. Rentgenas fotografavo svarsčius, sudėtus į dėžutę, metalo gabalą, kurio nevienalytiškumas išryškėjo X spinduliuose, ir kt. Mokslininkas bandė atskleisti ir šių spindulių prigimtį. Jeigu tai yra bangos, turėtų būti stebimi jų lūžiai arba difrakcija, tačiau šių reiškinių jam nepavyko aptikti.V. Rentgenas per septynias įtempto darbo savaites atliko didžiulį darbą. Gruodžio pabaigoje atradėjas pasikvietė į laboratoriją savo žmoną, paprašė jos padėti ranką ant fotografinės plokštelės, įvyniotos į tamsų popierių, ir išryškinęs plokštelę, gavo jos rankos kaulų atvaizdą. V. Rentgenas atsisakė patentuoti savo atradimą ir nepasinaudojo galimybėmis pralobti iš jo. Staigi šlovė ir visuomenės dėmesys trukdė jo moksliniam darbui, tad atradėjas vengė pagerbimų ir apdovanojimų. Vis dėlto 1901 m. jis nuvyko į Stokholmą atsiimti jam skirtos pirmosios Nobelio premijos.V. Rentgeno spindulių savybės
Rentgeno spinduliai smarkiai ardo organizmų ląsteles. Praeidami pro dujas, jas jonizuoja ir padaro laidžias elektrai. Rentgeno spinduliai nenukrypsta nei magnetiniame, nei elektriniame lauke. Juo stipresnė panaudojama energija, juo trumpesnės rentgeno spindulių bangos, o tuo pačiu ir stipresnė skverbtis; sodresni ir savo sudėtyje turį sunkesnių atomų kūnai lengviau absorbuoja Rentgeno spindulius; vietoje absorbuotų rentgeno spindulių susikuria antriniai ilgesnės bangos spinduliai. Rentgeno spinduliai sužadina kai kuriuose junginiuose liuminescenciją (švytėjimą). Šie spinduliai pasižymi stipriu biologiniu veikimu ir gydomąja galia. Nuolatinis rentgeno spindulių veikimas žmogui pavojingas, nes šie spinduliai perveria žmogaus kūno atomus ir juo apardo.Rentgeno spinduliams būdingos bangų savybės: • interferencija (dviejų arba daugiau vienodo dažnio bangų sankloda ); • atsispindėjimas; • užlinkimas (lūžtant arba užlinkstant sklidimo kryptis pakinta).
Rentgeno spindulių gavimas ir prigimtis
Prietaisas Rentgeno spinduliams gauti vadinamas Rentgeno vamzdžiu. Tai stiklinis balionas, iš kurio išsiurbtas oras ir kuriame įtaisyti du elektrodai – anodas ir katodas. Katodas yra volframo spiralė, kuri įkaitinta spinduliuoja elektronus. Aukšta įtampa tarp anodo ir katodo (50 – 200 V) elektronus įgreitina. Jiems atsitrenkus į metalinį anodą, elektronai smarkiai stabdomi, o jų kinetinė energija virsta elektromagnetinių bangų energija. Anodas pradeda skleisti Rentgeno spindulius, kurie išeina pro vamzdžio stiklą. Fotoninė teorija paaiškina Rentgeno spindulių trumpabangę ribą. Todėl Rentgeno prietaisuose, keičiant greitinimo įtampą, galima gauti didelių energijų kvantus arba, kaip sako medikai, „kietąją spinduliuotę“. Turėdami daug energijos, Rentgeno spindulių kvantai biologiniuose audiniuose gali sukelti fotoefektą, o tai kiekvienu atveju kenkia. Pavyzdžiui, kai greitinimo įtampa U=30 kV, tai didelės energijos kvantai turi 30000 eV energijos.Netrukus po Rentgeno spindulių atradimo net keli mokslininkai nepriklausomai vienas nuo kito iškėlė hipotezę, jog Rentgeno spinduliai yra dar trumpesnio negu ultravioletiniai spinduliai ilgio elektromagnetinės bangos. Tokiu atveju jie difraguoja (užlinksta) tik praeidami pro labai siaurus plyšelius. Betgi kaip pagaminti tokius plyšelius? Nepatikrinta hipotezė liko tik viena iš daugelio tuo metu pasiūlytų hipotezių, aiškinusių Rentgeno spindulių prigimtį. Tik 1912 m. M. Planko mokiniui Lauei kilo išganinga mintis, jog atstumai tarp molekulių atomų kristale yra maždaug tokio pat dydžio kaip Rentgeno spindulių bangos ilgis. Tada tarpai tarp atomų kristale sudarytų natūralius plyšelius šių spindulių difrakcijai stebėti. Mokslininkas apskaičiavo, kad Rentgeno spindulių pluoštui praėjus per ploną kristalo plokštelę, už jos padėtoje fotografinėje plokštelėje turi atsirasti šviesūs taškai, išdėstyti koncentriškais apskritimais. Šis atradimas ne tik įrodė, kad Rentgeno spinduliai yra maždaug 1 nm eilės ilgio elektromagnetinės bangos, bet ir patvirtino hipotezę, kad kristalai yra sudaryti iš taisyklingų gardelių, bei suteikė labai patogų metodą atomų išsidėstymui kristaluose tirti. Netrukus buvo sudarytas natrio ir chloro atomų išsidėstymas valgomosios druskos kristale ir kitų sudėtingesnių kristalų struktūra. Rentgenostruktūrinė analizė (taip buvo pavadintas šis metodas) pasirodė esanti pritaikoma ir atomų išsidėstymui sudėtingose organinėse molekulėse tirti. Tiesa, iš panašaus difrakcinio vaizdo iššifruoti įvairių atomų padėtis molekulėje yra gana sunkus, detektyvo sugebėjimų reikalaujantis darbas, tačiau mokslininkai tokiu būdu nustatė daugelio organinių molekulių, sudarytų iš šimtų ir tūkstančių atomų, sandarą. Rentgenostruktūrinės analizės metodu 1953 m. buvo iššifruotas genetinis kodas – nustatyta dezoksiribonukleininės rūgšties molekulės, primenančios dvigubą spiralę, sandara.
Radioaktyvumas
Radioaktyvumas – tai kai kurių nestabilių branduolių savybė spontaniškai (savaime) skilti į kitų elementų branduolius ir sukelti radiaciją (spinduliuotę). Šis vyksmas dar žinomas kaip radioaktyvusis skilimas. Radioaktyvieji ir Rentgeno spinduliai gali suardyti atomus ir molekules. Didelė jų dozė gali sukelti spindulinę ligą, ir pakenkti žmogaus organizmui. Taigi nesant tikrai būtino reikalo, tiesioginę Rentgeno diagnostiką reikėtų daryti ne dažniau kaip kartą per metus. Televizoriai, ypač spalvotieji, taip pat skleidžia truputį Rentgeno spindulių, tačiau laikantis 2,5 metru atstumo, tie spinduliai praktiškai yra sugeriami oro. Radioaktyvioms medžiagoms esant magnetiniame lauke, kai kurie jų skleidžiami spinduliai atsilenkia į vieną pusę, kiti – į priešingą. Vadinasi, spindulius sudaro dalelės, turinčios teigiamą ir neigiamą elektros krūvius. Išlekiančios dalelės su teigiamu krūviu buvo pavadintos alfa spinduliais. Vėliau paaiškėjo, kad tai – helio atomo branduoliai. Išlekiančios neigiamo krūvio dalelės buvo pavadintos beta spinduliais; tai pasirodė esą elektronai. Dar po kelerių metų buvo aptiktas trečiojo tipo radioaktyvusis spinduliavimas, kurio neveikė magnetinis ir elektrinis laukiai, tai gama spinduliai, kurie buvo panašūs į Rentgeno spindulius, tik dar skvarbesni už juos.
Rentgeno spinduliai ir jų panaudojimas
Jeigu Rentgeno spinduliai sklinda pro nevienalytę medžiagą, pavyzdžiui, žmogaus kūną, tai įvairios kūno dalys – kaulai, gyslos, raumenys – juos praleidžia skirtingai. Rentgeno aparato švytinčiame ekrane matome žmogaus organų šešėlį. Ši Rentgeno spindulių savybė panaudojama medicinoje (Rentgenodiagnostika, Rentgenoterapija) kaulų lūžiams tirti, svetimkūniams ieškoti, ligoms diagnozuoti. Nedidelėmis spindulių dozėmis gydoma. Praeidami pro kūno audinius, ardo piktybinius auglius. Metalurgijoje (Rentgeno defektoskopija) Rentgeno spinduliais aptinkami liejimo defektai: iškilimai, tuštumos, priemaišos, medžiagų negrynumas. Peršviečiant Rentgeno spinduliais kristalus, išaiškinama jų vidinė struktūra, nustatomi kristalinių gardelių tipai, tiriami defektai. Rentgeno analize pavyksta iššifruoti ir sudėtingų organinių junginių, tokių kaip hemoglobinas, struktūrą, pagaliau, deimantą nuo jį imituojančios klastotės. Natūralus deimantas apšviestas Rentgeno spinduliais švyti, o dirbtinis neturi fluorescencinių savybių. Moksliniuose tyrimuose (Rentgenostruktūrinė analizė, Rentgenografija, Rentgeno mikroskopija). Iš kosminių Rentgeno spindulių sužinoma apie kosminių kūnų cheminę sudėtį ir fizikinius procesus kosmose (Rentgeno astronomija). Rentgeno spinduliai spartina kai kurias chemines reakcijas, medžiagų polimerizaciją, organinių medžiagų krekingą (Radiacinė chemija), jais naudojamasi senovės tapybai rasti po vėlesnės tapybos sluoksniu, maisto pramonėje (svetimkūniams rasti), kriminalistikoje, archeologijoje.
Tarp šiuolaikinių apsaugos priemonių svarbią vietą užima Rentgeno aparatai. Rentgeno tikrinimo įranga leidžia neardant objekto (lagamino, rankinės, siuntinio ir t. t.), peršviesti jį ir atvaizduoti rentgenoskopinį vaizdą monitoriuje. Rentgeno spinduliai yra labai skvarbūs, todėl dauguma medžiagų, tokios kaip audiniai, popierius, guma ir t. t., jiems yra „skaidrios“. Metalai ir kitos tankios medžiagos Rentgeno spindulius praleidžia blogiau. Kiekviena Rentgeno tikrinimo sistema turi spinduliavimo generatorių ir Rentgeno spindulių imtuvą. Generatorius dažniausiai būna elektroninis vamzdis, kurio sukuriamus Rentgeno spindulius charakterizuoja anodo įtampa. Kuo ši įtampa didesnė, tuo Rentgeno spinduliai yra skvarbesni. Įprastiniai rentgenoskopiniai vaizdai yra nespalvoti, tačiau juos įmanoma apdoroti skaitmeniniais metodais ir išskirti tam tikrus objektus. Šiuolaikiniai Rentgeno aparatai turi specializuotą vaizdo kompiuterį, kuris leidžia atskirti ne tik metalinius objektus, bet ir plastikus. Apdorotas vaizdas gali būti nuspalvintas, įtartini objektai pažymėti. Rentgeno aparatai būna stacionarūs, nešiojami bei vežiojami. Tarp stacionarių labiausiai paplitę yra konvejeriniai, kurie yra specialiai pritaikyti oro uostams ir kitoms svarbioms organizacijoms.Išvados
Darbas buvo susijęs su rentgeno spinduliais. V. Rentgenas eksperimentiškai įrodė, kad judančio elektriškai poliarizuoto dielektriko sukurtas magnetinis laukas (Rentgeno srovė) tapatus elektros srovės sukurtam magnetiniam laukui. 1895 m. atrado spindulius, kuriuos pavadino X spinduliais, ir ištyrė jų savybes, numatė spindulių pritaikymo galimybes medicinoje ir technikoje. Svarbūs Rentgeno pjezoelektroninių ir piroelektroninių kristalų savybių, elektrinių ir optinių reiškinių ryšio kristaluose tyrimai. Mokslininkas labai tiksliai išmatavo įvairias fizikines konstantas. Rentgeno spinduliai smarkiai ardo organizmų ląsteles. Praeidami pro dujas, jas jonizuoja ir padaro laidžias elektrai. Rentgeno spinduliai nenukrypsta nei magnetiniame, nei elektriniame lauke. Juo stipresnė panaudojama energija, juo trumpesnės rentgeno spindulių bangos, o tuo pačiu ir stipresnė skverbtis; sodresni ir savo sudėtyje turį sunkesnių atomų kūnai lengviau absorbuoja Rentgeno spindulius; vietoje absorbuotų rentgeno spindulių susikuria antriniai ilgesnės bangos spinduliai. Prietaisas Rentgeno spinduliams gauti vadinamas Rentgeno vamzdžiu. Tai stiklinis balionas, iš kurio išsiurbtas oras ir kuriame įtaisyti du elektrodai – anodas ir katodas. Katodas yra volframo spiralė, kuri įkaitinta spinduliuoja elektronus. Aukšta įtampa tarp anodo ir katodo (50 – 200 V) elektronus įgreitina. Radioaktyvumas – tai kai kurių nestabilių branduolių savybė spontaniškai (savaime) skilti į kitų elementų branduolius ir sukelti radiaciją (spinduliuotę). Šis vyksmas dar žinomas kaip radioaktyvusis skilimas. Radioaktyvieji ir Rentgeno spinduliai gali suardyti atomus ir molekules. Didelė jų dozė gali sukelti spindulinę ligą, ir pakenkti žmogaus organizmui.
Naudota literatūra:
1. Karazija R. Fizika humanitarams, Vilnius: Šviesa, 19972. Tarasonis V. Fizika III. Vadovėlis XII klasei, Vilnius: Žiburys, 1998