SADRAJ 1.Uvod..................................................................................... ... 1 2.Nastanak i.karakteristike X-zraka............................................ 2 2.1.Kontinuirani rend.spektar............................................ 3 2.2.Diskretni rend.spektar................................................. 4 3.Difrakcija X-zraka na kristalima............................................ 5 4.refleksija i refrakcija............................................................... 8 5.Prolaenje X-zraka kroz materiju........................................... 9 6.Apsorpcija X-zraka.................................................................10 7.Rasprivanje X-zraka..............................................................11 8.Comptonov efekat..................................................................12 9.Upotreba X-zraka...................................................................13 10.Zakljuak..............................................................................14 11.Literatura..............................................................................15 1.UVOD

NjemakifiziarWilhelmKonradRontgen(Rendgen)je1895 god.prouavajuipranjenjaukatodnojcijeviotkriodotada nepoznato zraenje koje je nazvao x-zraenje ili x-zrake. Veuprvojfaziprouavanja,rendgenovih,X-zrakauoenojeda skreuumagnetnomielektrinompolju,izazivajujonizacijugasova teimajuvelikuprodornumoijakofiziolokodejstvonaroitona kou i kotanu sr ovjeka. OdsvogotkrivanjapasvedodanasX-zracipredstavljaju nezamjenljivozraenjekojeovjekkoristikakounauciinaunim disciplinama tako i u praksi uopte. Razlogobradeovezanimljivetemejeupravounedovoljnom poznavanjunastanka,funkcioniranjaiupotrebeX-zraka.Mnogisu povrinski upoznati sa X- zracima a ne znaju dovoljno o njima. UpravoiztograzlogaX-zracisutematskiobraeniipredstavljeniu ovom radu. X-zracisuuastnjihovogpronalazaanazvanRendgenskizraciili uoptezraenje Rendgenovo zraenje.

2.NASTANAK I KARAKTERISTIKE X-ZRAKA Kadaseelektronikojisekretajuvelikimbrzinamanaglozaustavesudaromsa vrstimtijelomstvaraseveomaprodornaradijacija.Turadijaciju1895.g. OtkriojeWilhelmKonradRontgen(Rendgen)izuavajuipojavepranjenjau Katodnoj cijevi i nazvao je X-zraenje koje se danas takoer zove i Rendgenovo zraenje. X-zraci se proizvode u visokovakumiranoj vakum cijevi tzv. Rendgenskoj cijevi i akceleratorima naelektrisanih estica npr. elektrona u betatronima. Urendgenskojcijevi(Slika1)stvarasesnopbrzihelektrona.Ovielektronise oslobaajuarenjemizkatode(K)iubrzavajusepremaanodi(A)razlikom potencijalaodnekolikodesetinahiljadavolti.Udaromelektronanaantikatodu stvaraseradijacija.Izvorzraenjajepovrinaantikatode,aveinakinetike energije elektrona troi se na grijanje antikatode dok samo mali dio na stvaranje X-zraka. Intenzitetzraenjazavisiodkoliineosloboenihelektronanakatodi,a kvalitetzraenja odrazlikenaponana elektrodama.Posvojojprirodi x-zraci suelektromagnetnitalasiidentinisasvjetlou,alimanjihtalasnihduinaod ultraljubiastihzraka.Intervaltalasneduine imjeod0,110-10do20010-10 cm. X- zraci se opaaju po jonizaciji sredine kroz koju prolaze npr. dejstvom na fotografsku plou, florescentne zastore itd. Imaju veliku prodornu mo kroz sva tijela i jako fizioloko dejstvo. X-zraci duih talasnih duina se nazivaju mekim jerse lake apsorbuju u materiji, dok se x-zraci kraih talasnih duina nazivaju tvrdim i tee se apsorbuju u materiju. Zraenjerasporeenouspektarpotalasnimduinamapokazujedapostoje2 spektra x-zraka: -kontinuiran -diskontinuiran ili diskretan 2.1.Kontinuiran rendgenski spektar Kontinuiran spektar, koji se jo naziva i zakono zraenje, protee se na jednom dostavelikompodrujutalasnihduina.Karaktertogspektranezavisiod prirode antikatode, a odreen je samo razlikom potencijala koja se koristi da bi seubrzalielektroni.tojerazlikaveakrivaraspodjeleintenzivnostibite strmija i vie pomaknuta kraim talasnim duinama (slika 2). Najkraa talasna duina za datu razliku potencijala (V) iznosi: min =V1010 345 , 12 (V je u jedinicama KV) Doknaponnepreenekuodreenuveliinujavljasesamozraenjesa neprekidnimx-spektrom,akadapreetugranicujavljasetzv.karakteristina radijacijajerkarakterieantikatoduureajakojijujeproizveo.Ova karakteristina radijacija se naziva jo diskretnim rentgenskim spektrom. Kinetikaenergijakojujeelektronurentgenskojcijevidobioprelaskomkroz razliku potencijala (V) bit e jednaka: T= 22mv= e V Frekvencija zraenja kvanta sa max. energijom bit e: h v0 = T = 300eV (V mjereno u voltima) Talasna duina iznosi: 0= 0vc = V1010 345 , 12 (V mjereno u kilovoltima) Tabela1pokazujevezuizmeuenergijeelektronamax.frekvencijeodnosno najkrae talasne duine kontinuiranog rentgenskog spektra. Energija elektrona (eV) V0(sk-1)0 1032,4 101712,345 10-10 1042,4 10181,2345 10-10 1052,4 10190,12345 10-10 2.2.Diskretni rendgski spektar Diskretnirentgenskispektarnazivasejoikarakteristinimrentgenskim spektrom.Zarazlikuodzakonogzraenjakojejeindiferentnouodnosuna materijalantikatode,direktnox-zraenjesastojiseododjeljenihlinija elektromagnetskogzraenjasatanoodreenimvrijednostimafrekvencijakoje ovise od atomskog broja materijala antikatode i time karakteriu anodu. Eksperimentalnojedokazanodatalasneduinelinijakarakteristinogspektra rastukadatomskibrojmaterijalaanodeopada.Tojeprvikonstatovao1913. god.H.Moseley.Dokjerazlikapotencijalaizmeuelektrodaniska,pojavljuje se samo zakono zraenje. Kad naponom naraste do odreenih vrijednosti, osim zakonog zraenja pojavljuje se i karakteristino zraenje tj. diskretni rentgenski spektar. 3.DIFRAKCIJA X-ZRAKA NA KRISTALIMA Kako je indeks prelamanja x-zraka blizu jedinice, spektrometrima sa prizmama nisu pogodni za izuavanje talasa x-zraenja. Drugi metod je pomou difrakcije na otvorima koji sa jednakih dimenzija kao i talasna duina svjetlosti (Slika 3). FiziarM.Lave1912.god.jepredloiodasekaodifrakcionareetkaza izuavanjetalasax-zraenjaupotrebikristalsadimenzijomatomatj.takvim dimenzijama kakve su i talasne duine x-zraka. Mehanizmirasprivanjakadax-zracipadajunapovrinikristalasurazliiti. Rasprivanje koje ne dovodi do promjene talasne duine, a ni do promjene faze jenajbitnije.Rasprivanjejenajintenzivnijeusmjeruukomesnoppadana kristal, te se rasprivanje odvija u centru atoma. Centri rasprivanja su atomi ili centriatomakojiinereetkukristala.Kristaljetrodimenzionalnadifrakciona reetka (Slika 4a). Akopromatramoreetkunaslici4bgdjesuatomicentrirasprenja,arazmaci atoma su d, uoavamo da na takvu reetku pada paralelni snop zraka pod uglom 0, gdje je ugao 0 ugao koji zatvaraju pravu AB na kojoj lee centri rasijanja 1, 2, 3... Razlika dviju zraka koje izlaze iz susjednih centara je: d(cos - cos 0) = n n cio broj talasna duina cos = dn + cos 0 Talasna duina kao funkcija veliina dobijenih iz eksperimentalnih uslova je: = -2d 2322213 2 0 1cos cos cosn n nn n n+ ++ + _ | o Pored Lanerove metode postoji i Bregova metoda koja se zasniva na refleksiji x-zrakapopovrinikristala.Bregjematematikimputemutvrdiouslovza dobijanjemax.pojaavanjereflektovanihx-zrakasakristalnereetke odreenom jednainom tj. Breg Vulfovom jednainom: z = 2d sin gdje je z = 1,2,3... svaki cio broj talasna duina x-zraka d - konstanta Izovejednaineproizilazidapojaavanjeinterferencijomx-zrakaposlije odbijanja kristalne reetke moe nastati samo pod odreenim selektivnim uglom , koji zadovoljava tu jednainu samo u sluaju kada su x-zraci odbijeni sa svih nizovamrenihravnikristalabieujednakimfazama,jereputnarazlika izmeu njih iznositi cio broj (z) talasne duine (). Akougao ne zadovoljava ove uslove koji odgovaraju zraci odreene talasne duine,ondaodbijenix-zracineebitiufazipastogainterferencijomeili oslabiti ili se ponititi. Difrakcija x-zraka (rendgenovih zraka) dobijanje difrakcionih likova i dijagrama kristalavrisepomouspecijalnihureaja,prvenstvenospektografazax-zrake,koji su u praksi poznatiji pod imenom rendgenospektografa. Krozuzakproreznaolovnomzaklonu(Z)proputenix-zraciizrendgenske cijevi nailaze na kristal (C) koji je smjeten u sredini okrugle kutije (D) na ijem se unutranjem bonom zidu nalazi fotografski film (Slika 6). Vei dio x-zraka prolazi direktno kroz kristal (bez odbijanja) i na fotografskom filmu doe lik proreza P0. AkojekristalpostavljendazrakABzaklapaugaokojizadovoljavaBregovu jednainutj.akoodgovaraselekcionomuglu,ondaeuslijeddifrakcije odbijenog dijela x-zraka nastati lik proreza P. Na negativu filma dobija se crna interferentna pruga P pored crne pruge P0. Uglova, koji zadovoljavaju Bregovu jednainu ima mnogo. Njiihove veliine dobiemo ako u jednaini: z = 2d sin(1) stavljamo z = 1, 2, 3... Tada dobijamo: sin = d 2 ; sin1 =d 22; sin2 = d 23 itd. (2) Ako polako okreemo kristal C njegova povrina gradit e sa upadnim x-zrakom redomuglove,1,2,3...ijesuvrijednostiodreenejednainom(2)koje odgovaraju jednaini (1). Dabismodobiliostaleprugenafilmutrebapolakoobrtatikristal.Ovajmetod dobijanja difrakcije x-zraka se naziva metod pomou kristala koji rotira. Postoji i trea metoda difrakcije x-zraka poznata pod imenom metoda kristalnih prakova.TojesavrenijaBregovametodapri kojojse umjestokristalakoristi kristalni praak. Otkrivanje i dokazivanje difrakcije x-zraka na kristalu bilo je veoma vano jer se difrakcijom x-zraka nije samo ispitivalo x-zraenje ve i struktura kristala tj. tip kristalne reetke. 4.REFLEKSIJA I REFRAKCIJA Efekat refleksije kod x-zraka je veoma mali (Slika 6). Premaklasinojteorijidisperzije,pretpostavljasedajeprelamanjesvjetlostiiatomskihoscilatorakojipobueninaoscilovanjeemitujukarakteristinu radijaciju.Ako imaNioscilatorafrekvencije vi ujedininomvolumenusredine kojojpripadaju,klasinateorijadajeodnosizmeuindeksaprelamanja()i frekvencije svjetlosti (v) : 2 1 = emet 22 ( )02 2c v vNii gdje su e naelektrisanje; m masa oscilatora; indeks prelamanja, dok je v frekvencijasvjetlostikojiupada.Ovajobrazacdostadobroopisujeindeks prelamanja,akosefrekvencijavnalaziblizufrekvencijeultraljubiaste svjetlosti. Za x zrake frekvencija v je vrlo velika pa se v1 moe zanemariti. U tom sluaju dobijamo obrazac: 2 1 = 0222 c t v mN ee Obrazac pokazuje da je ( 1), x zraka mala ali negativna veliina, je manji od 1. To znai da e prilikom prelaska x zraka iz optiki rjee u optiki guu sredinu, ugao skretanja biti vei od ugla upadanja i da e postojati granini ugao upadanja od kojeg dalje dolazi do totalne refleksije. Efekat refrakcije x zraka nijevelikimoraseuzetiuobzirsamoprifinijimmjerenjima,aurutinskom radu moe da se zanemari. 5.PROLAENJE X ZRAKA KROZ MATERIJU Xzracipokazujuspecifinoponaanjeprilikomprolaskakrozmateriju. Apsorpcija x zraka razlikuje se od apsorpcije optike svjetlosti. Prolaskomkroznekusredinuintenzivnostsnopaxzrakaslabi,jerjedandio bivaraspren,adrugiapsorbovan.Tajefekatjeposljedicainterakcijezraenja sasredinomkrozkojuprolazi.Apsorpcijaxzrakanastajeuglavnomzbog jonizacije,odnosnozbogfotoefektakojimseizbacujuelektroniizatoma. Rasprivanjemzracimijenjajusmjer,atalasnaduinamoedaostane nepromjenjena, kao to je to bio sluaj kod difrakcije zraenja na reetki ili pak moe da se promjeni, kao to je to sluaj kod nekoherentnog rasijanja. AkosnopxzrakaintenzivnostiIprolazikrozslojdebljinedxoslabiezadI (Slika 7). Tajgubitakjeproporcionalanintenzivnostizraenjadebljineslojakrozkojije prola. dI = -Idx koef. slabljenja Usluajukadasnopprolazikrozsupstancudebljinelintegriranjemprethodne jednaine dobijamo zakon slabljenja intenzivnosti snopa: I = Io e- l Io intenzivnost upadnog snopa za l = 0, a I intenzivnost snopa kad je prolo kroz sloj supstance Koef. je sastavljen od dva koeficijenta: = + koef. apsorpcije koef. rasprivanja Uizraunavanjimakorisnojeraditistzv.atomskimkoef.:a, a,a, kojise dobijaju iz masenih koeficijenata ako se oni pomnoe sa masom atoma. (A / N je masa atoma gdje je A atomska teina, N Avogardov broj). Na taj nain a karakterie slabljenje snopa x zraka u sloju koji ima samo jedan atomnacm2.Vanajeosobinakoef.a, a, a, utometoonizaviseodsvojih atoma.Molekularnoslabljenjebitezbirslabljenjakojaproizveduatomiod kojih je moleklul sastavljen. Prema tome moemo da odredimo koef . slabljenja za supstancu iji hem. sastav poznajemo, ako poznajemo odgovarajue atomske koeficijente. 6.APSORPCIJA X ZRAKA Eksperimentalnojenaenodapostojisljedeiodnosizmeuatomskogkoef. apsorpcijeikarakteristikazraenjakojeseapsorbuje,tesupstancekrozkoju prolazi. a = aZ4 3 + b gdje su: a i b neke konstante, Z redni broj elementa, a talasna duina x zraka. Odatle se moe izraunati maseni koef. apsorpcije: AZ cAaNZANa3 4 3 4' tt= = = (c' = aN) ( Konstanta b moe se zanemariti ako se radi s elementima veeg Z). Vidimo da apsorpcijaxzrakavrlobrzorastezaZ,tj.darednimbrojemelementaa. Budui da redni broj elemenata pokazuje koliko ima elektrona u atomu, izlazi da apsorpcijaxzrakazavisiodbrojaelektronauatomusupstancekrozkoju prolazi. injenica da apsorpcija x zraka raste za Z, supstanca kroz koju prolazi i da se koeficijentapsorpcijemolekulamoedaizraunaizatomskihkoeficijenata apsorpcije,koristiseprilikomprimjenexzraka,npr.umetalurgiji,medicini itd. Dvije pojave koje prate apsorpciju x zraka su: -fluoroscentna radijacija i -Augerov efekat Deekscitacijom atom zrai, a kvanti energije tog zraenja odgovaraju razlikama za prelaz elektrona iz viih u nia energetska stanja. Taemitovanaradijacijajekarakteristinaradijacijazaatomeapsorbera.To zraenje prolazei kroz sredinu moe da izazove nova zraenja, tako da e se pri odreenojtalasnojduinixzraenjapojavitinoveserijekarakteristinog spektra. Ovaj proces nastanka karakteristinog spektra se nazivafluoroscentna radijacija. DrugiefekatkojipratiapsorpcijuxzrakasenazivaAugerovefekat.Utom efektupobueniatomiprideekscitacijineemitujekvantelektromagnetnog zraenja,vesedeekscitiraemisijomelektrona.Elektronemitovanizatoma Augerovim efektom nije nastao fotoelektrinom apsorpcijom kvanta energije to ga emituje atom pri deekscitaciji ve je nastao direktno u procesu reorganizacije pobuenogatomaiprivraanjuunjegovonormalnostanje.Prideekscitaciji AugenovimprelazimaatommoedaemitujeinekolikoAugenovihelektrona, prema tome kako se deekscitira. Ovaj efekat u spektroskopiji svjetlosti naziva se autojonizacijom. 7.RASPRIVANJE X ZRAENJA X zraci prolaskom kroz materiju mogu da se raspruju na dva potpuno razliita naina.Onimogudaserasprujukoherentno,kadazraenjenemjenjasvoje talasneduine,inekoherentno,kadazraenjerasprivanjemmijenjatalasnu duinu. Ona postaje vea. Koherentnorasijanjesretalismonpr.priizuavanjudifrakcijexzrakana kristalnoj reetci. 8.COMPTONOV EFEKAT Ispitujuirasprivanjexzrakakraihtalasnihduina,A.Comptonje1923. godine opazio da se osim koherentnog zraenja pojavljuje i raspreno zraenje, ije su talasne duine postale due, a kvant energije manji. Ispitivanja je vrio sa KlinijomMo(talasnaduina0,710-8cm),akaorasprivasluiojeugljenik (Z = 6). ema eksperimenta data je na sl. 9. Paralelan snop X - zraka odreenetalasneduine0padanakristalK.RaspreniXzracidetektujuse brojaen(B)kojimoeda seokreeoko vertikalneosekojaprolazi krozmetu (K).Meurasprenimzraenjem,osimzraenjakomesepromjenilatalasna duina,Comptonjenaaoizraenjesapromjenjenomtalasnomduinom. Spektarrasprenogzraenjanapojedinimuglovimapokazujedaurasprenom zraenjupostojizraenjeijasetalasnaduinanijepromjenilauodnosuna upadno X zraenje, ali i zraenje ije su talasne duine vee od talasne duine upadnogzraenja.Ovapromjenatalasneduinezavisiodugla,ipromjenaje utolikoveaukolikojeugaorasprenjavei.Kadugaoraste,intenzivnost zraenja koje nije promjenilo talasnu duinu opada, a intenzivnost zraenja koje mijenja talasnu duinu raste. Osimtoga,pokazanojedaveliinapomakalinijanezavisiodtalasneduine svjetlostikojaupada.Kadrasteatomskibrojatomakristala,intenzivnost pomaknute linije opada, a intenzivnost nepomaknute linije raste. 9. UPOTREBA X ZRAKA Upotreba X zraka je ogromna. Jedna od nama najpoznatijih upotreba X zraka jeste u medicini. Prolaskom X zrakakrozorganizamnafluoroscentnimzastorimailifotografskojploi dobijamo potpunu sliku svih kostiju tj. cjelokupni skelet. Ovajprocessenazivarentgenskoslikanje,azasnivasenarazlicikoeficijenata apsorpcije izmeu tkiva i kostiju. Kosti imaju mnogo vei (63 puta) koeficijent apsorpcije od tkiva i zbog toga na fotografsku plou prolaskomX zraka kroz organizam oslikavaju se kosti, a ne tkiva organizma. PrimjenomdifrakcijeXzrakovaje omoguenomjerenjeatomskih veliina,a tojebilooddalekosenogznaajaurazvitkuatomskefizikepaistovremenoi potvrda realne egzistencije atoma. Na osnovu dijagrama dobijenih difrakcijom X zrakova uspjeno je vreno utvrivanje poloaja i rasporeda atoma i jona, kao i njihovih meusobnih rastojanja pa i sama struktura kristala. Istraivanjemstrukturekristalazapoelajedaserazvijajojednanovaoblast fizike, koja je poznata pod imenom fizika vrstog tijela. Otkrie difrakcije X zrakova naroito je znaajno zbog toga to je omogueno da se tim putem dobije spektar X zrakova, odnosno rentgenski spektar. SpektroskopijaXzrakovaimalajevanuuloguuutvrivanjurednogbroja elemenatauperiodnomsistemu,atakoeriuotkrivanjuunutranjestrukture atoma. X Zraci dali su povod otkriu radioaktivnog zraenja. 10.ZAKLJUAK Tematska cjelina koja je obraena daje nam jasno saznanje i odgovore na pitanja nastanka , funkcioniranja i upotrebe X- zraka.OvatripitanjakojaseproimajukrozradupoznajuitaocasaX- zracima i daju mu veoma dobro i jasno saznanje o njima.itaocikrozradsaznajutasutoX-zraci,kakofunkcionirajuiono najbitnije gdje se koriste odnosno pomau ovjeku.Kada sve rezimiramo zakljuujemo da ova tematski obraena cjelina itaoca upoznaje sa X-zracima te mu daje dovoljno saznanje o zracima koji su toliko vani za ovjeka a o kojima se toliko malo zna.