پرتو ایکس یا اشعه ایکس

پرتو ایکس یا اشعه ایکس (اشعه رونتگن) نوعی از امواج الکترومغناطیس با طول موج حدود ۱۰ تا ۱۰-۲ آنگستروم است که در بلورشناسی و عکسبرداری از اعضای داخلی بدن و عکسبرداری از درون اشیای جامد و به عنوان یکی از روش‌های تست غیرمخرب در تشخیص نقص‌های موجود در اشیای ساخته شده (مثلاً در لوله‌هاو...) کاربرد دارد.

تاريخچه

پرتو ایکس در سال ۱۸۹۵ توسط ویلهلم کنراد رونتگن (رنتگن)، فیزیکدان آلمانی کشف شد و به دلیل ناشناخته بودن ماهیت آن، پرتو ایکس نامیده شد. او پی برد که برخورد پرتوهای کاتدی بر جداره‌های لامپ خلاء، پرتوهایی نامرئی با قدرت نفوذ بسیار زیاد تولید می‌کند که بر روی فیلم‌های عکاسی تأثیر می‌گذارند. این پرتوها توانایی عبور از لایه‌های ضخیم مواد کدر، از جمله بافت‌های بدن انسان را داشتند.

این گمان که پرتوهای ایکس، امواج الکترومغناطیس با طول موج بسیار کوتاهند، به کمک یک آزمایش پراش دوگانه که در سال ۱۹۰۶ توسط سی.گ.بارکلا انجام گرفت، تائید شد.

اثبات قطعی ماهیت موجی پرتو ایکس در سال ۱۹۱۲ به وسیلهٔ فون لاوه ارائه شد.

انواع پرتو ایکس

پرتو ایکس تکفام (تک رنگ): پرتو ایکسی که فقط دارای یک طول موج خاص است را پرتو ایکس تکفام می‌نامند.

پرتو ایکس سفید (پیوسته): پرتو ایکسی که تکفام نبوده و دارای طول موج‌هایی در بازهٔ λ1 تا λ2 است.

روش‌های تولید

در هنگام برخورد الکترونهای با سرعت بالا به فلزات، الکترون‌های لایه‌های پایین‌تر به لایه‌های بالاتر منتقل شده (اتم‌ها برانگیخته می‌شوند) و در هنگام برگشت الکترون‌ها به حالت پایه انرژی مازاد را به صورت پرتو ایکس گسیل می‌کنند. بنابراین هر لامپ تولید پرتو ایکس باید شامل:

منبع الکترون

میدان شتاب‌دهنده به الکترونها

هدف فلزی

باشد. به علاوه از آنجایی که قسمت عمدهٔ انرژی جنبشی الکترونها هنگام برخورد به فلز هدف، به حرارت تبدیل می‌شود، معمولاً فلز هدف را با آب خنک می‌کنند تا ذوب نشود.

لامپ‌های گازی

این لامپ‌ها همانند لامپ پرتو ایکس اولیه‌ای هستند که رونتگن ساخته بود و امروزه چندان کاربردی ندارند. در این لامپ‌ها الکترون از یونش مقدار اندکی گاز موجود در لامپ تقریباً تخلیه شده به وجود می‌آید.

ایمنی

پرتو ایکس برای انسان بسیار خطرناک است و می‌تواند آسیب‌های زیستی قابل توجهی را پدید آورد. این آسیب‌ها در انسان شامل سوختگی، بیماری ناشی از دریافت تابش بیش از حد و اثرات ژنتیکی می‌باشند.

پراش اشعه ایکس

پراش (تفرق) اشعه ایکس روشی برای مطالعهٔ ساختار مواد بلوری است که در سال ۱۹۱۲ میلادی توسط فون لاوه کشف شد و توسط ویلیام هنری براگ و ویلیام لورنس براگ برای بررسی بلورها بکار گرفته شد.

اشعه‌های ایکسی که برای پراش استفاده می‌شوند، معمولاً طول موجی در حدود ۰/۵ الی ۲/۵ آنگستروم دارند.

این روش بر پایهٔ خاصیت موجی اشعه ایکس استوار است. هستهٔ اتم‌ها در یک شبکهٔ کریستالی به فاصلهٔ کمی (در حدود چند آنگستروم) از یکدیگر قرار گرفته‌اند. بازتابش اشعهٔ ایکس از این صفحات متوالی منجر به تداخل سازنده یا ویرانگر امواج ایکس می‌شود. در صورتی که امواج تداخل سازنده داشته باشند، با استفاده از فرمول براگ می‌توان فاصلهٔ صفحات کریستالی و در نتیجه اندازه و نوع سلول واحد را بدست آورد.

نمودار

روش‌های متداول

روش لاوه (لائو)

روش پودری

روش دبای-شرر

روش تفرق سنجی (دیفرکتیومتری)

قانون براگ

nλ=2dsinθ

که در این فرمول d فاصلهٔ بین صفحات کریستالی، θ زاویهٔ برخورد پرتو تابشی به صفحهٔ اتمی، λ طول موج اشعه ایکس تابشی و n یک عدد صحیح است که معمولاً ۱ در نظر گرفته می‌شود.