X-IŞINLARI 1

1. 1901 WILHELM CONRAD RONTGEN 20

1.1. X-IŞINLARI 201.2. BREMSSTRAHLUNG IŞIMA 211.3. Karekteristik Işıma 23

X-IŞINLARI 2

1. 1901 WILHELM CONRAD RONTGEN

1.1. X-Işınları

19.yüzyılda bilim adamları CRT ile bir çok çalışmalar yapmış ve bu alanda büyük bilgi birikimi oluşturulmuşlardı. Bu çalışmaların bir ürünü olarak X-ışınları, 19. yüzyılın sonunda Röntgen tarafından bulundu. Röntgen bulduğu bu ışınların yapısını bilmediğinden bunlara X adını verdi.

X-ışınları dalga boylarına göre aşağıdaki gibi tanımlanmaktadır.

λ <0,1 Å ise çok sert, λ = 0,1-1 Å ise sert,λ = 1-10 Å ise yumuşak, λ > 10 Å ise çok yumuşak

X-ışınları çekirdek içinde değil, elektronlar seviyesinde meydana gelen olayların ürünüdür. Yüksek enerjili elektronların bir metal atomuna çarpması ile iki farklı atomik süreç sonucunda üretilir: Bremsstrahlung Işıma ve Karekteristik Işıma.

Şekil 1 Sürekli ve Karekteristik Işımalı Tayf

Bakır çubuk Tungsten

hedef

Yüksek Voltaj

Filaman

Filaman Voltajı

Vakum

X-IŞINLARI 3

Gama ışınlarından farkı eskiden enerjisi ile ayrılırken yeni yapılan deneyler sonucunda düşük enerjili gama ışınlarının gözlenmesi ve yüksek enerjili x-ışınlarının üretilebilmesi nedeniyle artık kaynağına göre ayrım yapılmaktadır.

Şekil 2 X-ışınları tüpleri

X ışınları yaygın olarak havası boşaltılmış lambalarda (Crookes lambası , akkor katotlu lambalar vb.) üretilirler. Son zamanlarda büyük hızlandırıcılarda üretilmektedir.

X-ışınları yüksek vakumlu bir cam hazne içinde oluşturulabilir. Anot ve katot olmak üzere iki adet elektrot mevcuttur. Anot, platin, tunsten gibi yüksek erime noktalı ağır metalden yapılır. Elektronlar, uçlarına ısıtma devresi bağlanmış bir tungsten filamandan yayılır. Elektron demetinin yoğunluğu filamanın sıcaklığıyla orantılı olarak artar. Anod, tungstenden yapılmış içi oyuk bir kütledir ve su ile soğutulur; filamanın 1 cm yakınına yerleştirilmiş ve bir yüksek gerilim kaynağının pozitif kısmına bağlanmıştır

1.2. Bremsstrahlung Işıma

1.süreç:Klasik elektromagnetik teoriye göre şöyle açıklanır: Hedefe gelen yüksek hızlı elektron, atomun çekirdegine yaklaşırken elektronun negatif yükü ile çekirdegin pozitif yükü etkileşir ve çekirdeğe doğru bir sapma olur. Bu bir ivmelenmeye sebep olur ivmelenen bir yük de

X-IŞINLARI 4

elektromagnetik ışıma yapar, yani foton salar. Oluşan bu ışınıma “frenleme ışınımı” anlamındaki Bremsstrahlung ya da “beyaz ışıma” denir.

Şekil 3 Bremsstrahlung x-ışını üretilme prensibi

Enerji tayfları süreklidir yani, sürekli X-ışınlarının enerji aralığı, hemen hemen, sıfırla yüksek hızlı elektronun maksimum enerjisi arasındadır. Maksimal potansiyel 70.000 volt olup, elektronların maksimal kazanabildiği enerji en fazla 70 keV olabilir. Bu enerji kinetik enerji denklemine uygulandığında elektronların katod ve anod arasındaki 1-3 cm mesafelik yolda ışık hızının yaklaşık yarı hızına ulaştığı anlaşılır. İşte bu kadar yüksek bir hızla hedefi bombardıman eden elektronların kinetik enerjileri termal enerji ve x-ışını şeklinde elektromanyetik enerjiye dönüşmektedir. Elektron bombardımanında kinetik enerjinin büyük kısmı ısı enerjisine dönüşmektedir. Elektronlar, hedefin dış yörünge elektronlarını aynı yörüngede daha yüksek enerji düzeyine uyarmakta ancak yörüngeden koparamamaktadır. Uyarılmış elektronlar normal konumlarına dönerken infrared radyasyon salınır. Böylece elektronların kinetik enerjilerinin % 99’u ısı enerjisine dönüşmektedir. Sürekli X-ışınlarının enerjisi üç faktöre bağlıdır. Bunlar; yüksek hızlı elektronun enerjisi, hedef malzemenin yoğunluğu ve elektronun hareket doğrultusu.

X-IŞINLARI 5

1.3. Karekteristik Işıma

(1917, Charles Glover Barkla)

2.süreç: Dışarıdan gelen yüksek hızlı bir elektron, veya x-ışını yüksek enerjisi sebebiyle atomun “iç yörüngelerindeki” bir elektronu koparıp bu yörüngeden uzaklaştırabilir. Daha yüksek orbitallerde bulunan bir elektron aniden alt seviyeye inerek bu boşluğu doldurur,

Şekil 4 Karekteristik ışımalı x-ışını üretilme prensibi

fazla enerjisini bir X-ışını fotonu olarak salar. Bu durumda oluşan ışımaya Karakteristik Işıma denir. Her bir elementin kendine özgü karakteristik ışıma dalgaboyları vardır.

Barkla made significant progress in developing and refining the laws of X-ray scattering, X-ray spectroscopy, the principles governing the transmission of X-rays through matter, and especially the principles of the excitation of secondary X-rays.

X-IŞINLARI 6