Kirish I. Asosiy qism rentgen nurlarining va ularning xossalari

1. Rentgen nurlarining va ularning xossalari.
Rentgen nurlarini 1895-yilda nemis fizigi Vilgelm Rentgen (1845-1923) kashf etgan. U bu kashfiyoti uchun 1901-yilda birinchi bo'lib Nobel mukofotini olishga sazavor bo'lgan. V.Rentgen o'zi kashf etgan nurlarni dastlab X-nurlar deb atagan, keyinchalik bu nurlar uni nomi bilan ataladigan bo'ldi. V.Rentgen bu kashfiyotini katod nurlarini o'rganish vaqtida tasodifan topdi. U tajribalaridan birida katod nayini qora kardon qog’oz bilan yaxshilab o'radi. Xonani qorong’i qilib, katod nayida razryad hosil qilganda xonani boshqa tomonida u qandaydir nurlanishni ko'rdi. Ma'lumki, katod nurlari (elektronlar oqimi) havoda bir necha santimetr masofagacha tarqalishi mumkin xolos. Tajribani takrorlaganda ham, yana bu hol takrorlandi. Xonani yoritib qarasa, nurlanayotgan narsa, qurilma yaqinidagi flyuoressensiyalanuvchi ekran ekan. Shunda rentgen yangi nurlanish turiga duch kelganini tushundi. Keyinchalik ma'lum bo'ldiki, rentgen nurlanishi katta tezlikdagi elektronlarni keskin tormozlanishi natijasida hosil bo'lar ekan.

Rentgen nurlari sxemasi tasvirlangan rentgen trubkasida hosil qilinadi. Maxsus transformatorga ulanadigan volfram sim katod (K) vazifasini o'taydi. Katod va anod (A) orasida hosil qilinadigan elektr maydon katoddan uchib chiqayotgan termoelektronlarni tezligini orttiradi. Yetarlicha katta kinetik energiyaga erishgan elektronlar volfram yoki platinadan qilingan anod mishenni ichiga kirib borish vaqtida keskin tormozlanishi natijasida rentgen nurlari hosil bo'ladi. Bu nurlar to’lqin uzunligi 10^-12–10^-8 oralig’ida bo'lgan elektromagnit to’lqinlardan iborat.

2. Rentgen nurlarning spektrlari.
Rentgen nurlarining spektral tarkibi murakkab bo'lib, elektronlar energiyasiga va anod materiallarining turiga bog’liq.
Rasmda rentgen nurlari spektrining tipik shakli tasvirlangan. Rentgen nuri spektri qisqa to’lqin uzunlik tomondan chegaralangan min tutash va tutash spektr sohasida joylashgan katta intensivlikdagi bir necha chiziqli (1, 2,...) spektrlar yig’indisidan iborat.
Tajribani ko'rsatishicha tutash spektr anod materialiga bog’liq bo'lmay, u faqat anodga urilayotgan elektronning energiyasiga bog’liq bo'lib, elektronlarning anodga urilishi natijasida tormozlanishi tufayli hosil bo'lar ekan. Shuning uchun ham rentgen nurining tutash spektri tormozlanish spektri deb ham ataladi. Bunday xulosa nurlanishning klassik nazariyasiga ham mos keladi, ya'ni bu nazariyaga ko'ra zaryadli zarrachalar tormozlanganda tutash spektrli nurlanish hosil bo'lishi kerak.
Agar anod va katod orasidagi kuchlanishni orttirib borsak, tutash rentgen nurini qisqa to’lqin uzunlik tomondagi chegarasi ham qisqa to’lqin uzunlik tomonga siljib boradi.
Rentgen nuri tutash spektrini qisqa to’lqin uzunliklar sohasidagi keskin chegarsini faqat kvant nazariya asosida tushuntirish mumkin. Agar elektronning kinetik energiyasi to’liqicha nurlanishga sarflansa, nurlanish chastotasi eng katta yoki nurlanish to’lqin uzunligi eng kichik bo'ladi, ya'ni
e U = ( 1)
Bu ifoda tajriba natijasiga mos keladi. Katod va anod orasidagi potentsiallar farqi qancha katta bo'lsa, shuncha qisqa uzunlikdagi rentgen nuri hosil bo'ladi.
Rentgen spektrlari — toʻlqin uzunliklarining 10~4 dan 103 A gacha sohasidagi elektromagnit nurlanishlar, yaʼni rentgen nurlanishning chiqarish va yutish spektrlari. Rentgen spektrlari tutash (yaxlit) va chiziqli (harakteristik) boʻladi. Tutash Rentgen spektrlari zaryadlangan zarralar (elektron, proton, mezon va h.k.) ning antikatodga urilib tormozlanishi jarayonida vujudga keladi. Chiziqli Rentgen spektrlari elektronlarning antikatodga urilib, oʻz energiyasini antikatod atomlariga berishi natijasida hosil boʻladi. Chizikdi Rentgen spektrlari bir-biridan keskin ajralib turadigan ayrim chiziqlardan iborat boʻladi.
Tutash Rentgen spektrlarining xususiyati antikatod materialiga emas, zaryadlangan zarralarning massasi va ularni tezlatuvchi potensialga bogʻliq. Tormozlanish spektrlari intensivligi taqsimoti toʻlqin uzunligiga qarab efi chiziq bilan ifodalanadi (racmga q.). Chiziqning qisqa toʻlqinli chegarasi antikatodga urilayotgan zaryadlangan zarraning energiyasiga bogʻliq, Mas, elektronlarni tezlatuvchi potensial f=100 KB ga teng boʻlganida, tutash spektrdagi eng qisqa toʻlqin uzunligi 0,123 A boʻladi. Uygʻotuvchi elektronlarning energiyasi biror kritik qiymatdan ortiq boʻlmaganda, tutash spektr, ularning energiyasi kritik qiymatga teng yoki undan katta boʻlsa, chizikli spektr hosil boʻladi. Chizikli Rentgen spektrlarining xususiyati esa antikatod materialiga bogʻliq. Har bir elementning oʻziga xos chizikli Rentgen spektrlari bor. Ingliz olimi G. Mozli nurlanuvchi elementlarning Rentgen spektrlari ini tadqiq qilib (1913), ularning spektr chiziklari chastotasi bilan chiziqaarni hosil qiluvchi elementning atom tartib raqami orasidagi bogʻlanishni ifodalovchi qonunni kashf etdi (qarang Mozli qonuni).
Rentgen nurlari elektromagnit to‘lqinlar nurlanishi bo‘lib, to‘lqin uzunligi λ=(100,001) nm oraliq­da bo‘ladi. Rentgen nurlari ikki xil bo‘lishi aniqlangan: tormozlanish va xarakteristik rentgen nurlari.
Rentgen nurlarining spektrlari. Tormozlash rentgen nurlari tutash spektrni hosil qiladi. Tutash spektrning tuzilishi anod materialiga bog‘liq bo‘lmaydi. Tutash spektr quyidagi xossalarga ega: spektrda rentgen nurlari intensivligi­ning to‘lqin uzunligiga bog‘liq ravishda taqsimlanishi egri chiziqdan iborat bo‘lib, to‘lqin uzunligining aniq qiymatlarida egri chiziq maksimumga ega bo‘ladi. Intensivlikning bu maksimumidan uzun to‘lqinlar va qisqa to‘lqinlar tomonga pasayishi turlicha bo‘ladi; uzun to‘lqinlar tomonga pasayganda egri chiziq assimptotik ravishda nolga intiladi, qisqa to‘lqinlar tomonga pasayganda esa keskin pasayadi va to‘lqin uzunligining ma’lum bir qiymatida spektr keskin uziladi. To‘lqin uzunligining bu qiymati tutash spektrning qisqa to‘lqinli chegarasi deyiladi va u elektronlarni tezlatuvchi potensialga bog‘liq bo‘ladi.
Anod va katod orasidagi potensiallar farqining turli qiymatlari uchun tormozlanish rentgen nurlanishining tutash spektri keltirilgan. Rasmda tormozlanish rentgen nurlanishi intensivligining to‘lqin uzunligiga bog‘liqligi tasvirlangan. Anod va katod orasidagi potensiallar ayirmasi U₁=30 kV bo‘lganda spektr to‘lqin uzunligi ma’lum bir chega­raviy λ_cheg1 qiymatidan bosh­lanib, uzun to‘lqin uzunlik­lar tomonidan davom etadi. Potensiallar ayirmasi yana oshirila borilsa, U₂=40 kV bo‘lganda, spektrning qisqa to‘lqinli chegarasi chapga siljiydi, λ_cheg2 spektrning in­tensivligi esa ortadi. U₂=50 kV bo‘lganda ham shunday bo‘ladi va h.k.
Tutash spektrning qisqa to‘lqinlar sohasida spektrning uzilishini kvant mexanikasi tasavvurlari asosida quyidagicha tushuntirish mumkin: elektronlar tormozlanishida hosil bo‘ladigan rentgen nurlarining energiyasi tormozlangan tez elektronlarning energiyasidan katta bo‘la olmaydi.
Katod va anod orasiga qo‘yilgan potensiallar ayirmasi bilan tezlashtirilgan elektronlar eU kattalikdagi kinetik energiyaga erishadi. Elektronlar anod sirtiga urilib tormozlanganida kinetik energiyasi­ning bir qismi anodni qizdirishga sarf bo‘ladi, qolgan qismi hosil bo‘lgan rentgen nurlanishi kvantlari energiyasiga aylanadi. U vaqtda energiya uchun quyidagi munosabat o‘rinli bo‘ladi: