08 ثامنًا: طيف الأشعة السينية
- تُحلَّل حزمة الأشعة السينية الصادرة من الهدف إلى أطوالها الموجية فنحصل على طيف من نوعين:
- طيف متصل (مستمر): من جميع الأطوال الموجية (في حدود معينة)، لا يتغير بتغير مادة الهدف.
- طيف خطي (مميز): أطوال موجية محددة تميز العنصر المكوّن لمادة الهدف.
أ- الطيف الخطي المميز
- ينتج إذا اصطدم الإلكترون المعجل بأحد الإلكترونات القريبة من نواة ذرة الهدف.
- يكتسب الإلكترون الداخلي طاقة كبيرة فيقفز إلى مستوى أعلى أو يغادر الذرة.
- يحل محله إلكترون من أحد المستويات الخارجية الأعلى طاقة.
- يظهر فرق الطاقة بين المستويين في صورة إشعاع له طول موجي محدد:
\[\begin{gathered}\dfrac{h c}{\lambda}= \Delta E\end{gathered}\]
- الطول الموجي للأشعة المميزة (الشديدة / Hard) لا يتوقف على فرق الجهد المستخدم، لكنه يتوقف على نوع العنصر.
- كلما زاد العدد الذري للعنصر (مادة الهدف) نقص الطول الموجي للإشعاع المميز.
- عند فروق الجهد المنخفضة قد لا تظهر الأشعة المميزة.
ب- الطيف المستمر (المتصل)
- ينتج نتيجة تناقص سرعة الإلكترونات بمرورها قرب إلكترونات ذرات مادة الهدف.
- تقل طاقتها نتيجة التصادمات والتشتت، فتصدر إشعاعًا كهرومغناطيسيًا.
- يسمى الإشعاع المستمر أو أشعة الكابح (الفرملة) Bremsstrahlung أو الإشعاع اللين (Soft).
- الفرق بين طاقة الإلكترونات الأصلية وطاقتها بعد مرورها في الهدف يظهر إشعاعًا يحتوي جميع الأطوال الموجية الممكنة، لأن الإلكترونات تفقد طاقتها على دفعات وبدرجات متفاوتة.
- لهذا الطيف طول موجي أدنى \(\lambda _{m}\) يتوقف على فرق الجهد V (عندما يفقد الإلكترون كل طاقته دفعة واحدة):
\[\begin{gathered}\lambda _{m} = \dfrac{h c}{e V}\end{gathered}\]
مقارنة بين الطيفين
| وجه المقارنة | الطيف المستمر | الطيف الخطي المميز |
|---|---|---|
| سبب النشأة | تباطؤ الإلكترونات قرب ذرات الهدف | انتقال إلكترون بين مستويات داخلية |
| الاسم الآخر | أشعة الكابح / الإشعاع اللين | الأشعة المميزة / الشديدة |
| الأطوال الموجية | كل الأطوال في مدى معين | أطوال محددة |
| علاقته بمادة الهدف | لا يتأثر بنوعها | يتوقف على نوع العنصر (العدد الذري) |
| علاقته بفرق الجهد | الطول الموجي الأدنى يتغير بالجهد | لا يتغير بالجهد (إذا ظهر) |
✍️ أمثلة محلولة
- مثال 3: أنبوبة أشعة سينية فرق جهدها 50 kV.
- احسب أقصر طول موجي ينتج عنها.
- \[\begin{gathered}(e = 1.6 \times 10^{-19} C)\end{gathered}\]الحل:
- \[\begin{gathered}\lambda _{m} = \dfrac{h c}{e V} = \dfrac{6.625 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^{8}}{1.6 \times 10^{-19} \times 5 \times 10^{4}}\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}\lambda _{m} = \dfrac{1.99 \times 10^{-25}}{8} \times 10^{-15} = 2.5 \times 10^{-11} m = 0.025 \,\text{nm}\end{gathered}\]