המחלקה להוראת המדעים, מכון ויצמן למדע, רחובות קרינת X המצגת ברובה מהווה תרגום ועיבוד של שני המקורות המצורפים בסוף שולמית קפון המחלקה להוראת המדעים, מכון ויצמן למדע, רחובות כל הזכויות שמורות  קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר (למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה); העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

מהי קרינת X? קרינת X היא שם לפוטונים בטווח אנרגיות של 100eV-100,000eV. אורכי גל אופייניים: 0.01nm-10nm

איך ניתן לייצר פוטונים בעלי אנרגיה גדולה כ"כ (100eV-100,000eV)? קרינת גוף שחור? יש לחמם את הגוף לטמפרטורה גבוהה פי 10 מאשר טמפרטורת פני השמש... עירור של אלקטרונים חיצוניים באטום? לא, כי מתקבלים פוטונים בעלי אנרגיה מסדר גודל של 10eV. דעיכה רדיואקטיבית? אפשר, אבל מאד קשה לשלוט על היצירה (לכבות ולהפעיל את הראקציה..)

שפופרת ריק ליצירת קרני X 2. האלקטרונים הנפלטים מהקתודה, מואצים בהשפעת מתח גבוה (עשרות אלפי וולט) 3. האלקטרונים מתנגשים במטרה עשויה אטומים כבדים – למשל טונגסטן 1. תותח אלקטרונים: קתודה מחוממת ע"י מעגל חימום, פולטת אלקטרונים בפליטה תרמיונית 5. רוב האלקטרונים הפוגעים במטרה לא ייצרו קרינת X. הם פשוט יחממו אותה. לכן משתמשים למטרה במתכת בעלת טמפרטורת התכה גבוהה, ולרוב מקיפים אותה במערכת מקררת. 4. חלק קטן מהאלקטרונים המתנגשים במטרה, גורמים לפליטת פוטונים אנרגטיים – קרינת X

ספקטרום קרינת ה X הנוצרת בשפופרת 0 K Kb  intensity הספקטרום מורכב משתי קרינות שמקורן ואופיין שונה: Kb  Ka intensity  intensity 0 קרינה אופיינית למטרה “Characteristic” ספקטרום בדיד קרינת הבלימה “Bremsstrahlung” ספקטרום רציף

קרינת הבלימה “Bremsstrahlung” המקור לפוטונים בספקטרום הרציף, הם אלקטרונים שמתנגשים באטומי המטרה ומאטים, כלומר מפסידים אנרגיה קינטית. האנרגיה נפלטת כרצף של פוטונים. ספקטרום הקרינה רציף האלקטרון הפוגע יכול להפסיד אנרגיה קינטית בכל קומבינציה של "צעדים" כלומר יש רצף של אורכי גל שהפוטונים הנפלטים מהמטרה יכולים לקבל. קיים אורך גל מינימאלי 0 לספקטרום שאינו תלוי בסוג המטרה אלא באנרגיה המקסימאלית של האלקטרון הפוגע. הפוטון האנרגטי ביותר שיוכל להיפלט מהשפופרת, כלומר הפוטון בעל אורך הגל הקצר ביותר, מתקבל כשהאלקטרון הפוגע מפסיד את כל האנרגיה הקינטית שלו לפוטון אחד .  intensity 0

קרינה אופיינית למטרה “Characteristic” האלקטרון המתנגש באטומי המטרה כל כך אנרגטי עד שהוא מצליח לעקור אלקטרון אטומי שנמצא בקליפה הכי פנימית של האטום. נוצר "חור" שמתמלא ע"י אלקטרון אטומי מקליפה רחוקה יותר. כשהאלקטרון האטומי יורד לרמת אנרגיה נמוכה יותר נפלט פוטון מאד אנרגטי (קרינת X) K shell (n=1) L shell (n=2) e- (high energy electron) e- n=1 “K shell” n=2 “L shell” n=3 “M shell”

קרינה אופיינית למטרה “Characteristic” האלקטרון המתנגש באטומי המטרה כל כך אנרגטי עד שהוא מצליח לעקור אלקטרון אטומי שנמצא בקליפה הכי פנימית של האטום. נוצר "חור" שמתמלא ע"י אלקטרון אטומי מקליפה רחוקה יותר. כשהאלקטרון האטומי יורד לרמת אנרגיה נמוכה יותר נפלט פוטון מאד אנרגטי (קרינת X) e- L shell (n=2) e- e- e- n=1 “K shell” n=2 “L shell” n=3 “M shell” e- ejected electron K shell (n=1) e- e-

קרינה אופיינית למטרה “Characteristic” האלקטרון המתנגש באטומי המטרה כל כך אנרגטי עד שהוא מצליח לעקור אלקטרון אטומי שנמצא בקליפה הכי פנימית של האטום. נוצר "חור" שמתמלא ע"י אלקטרון אטומי מקליפה רחוקה יותר. כשהאלקטרון האטומי יורד לרמת אנרגיה נמוכה יותר נפלט פוטון מאד אנרגטי (קרינת X) L shell electron falls down e- L shell (n=2) e- e- e- n=1 “K shell” n=2 “L shell” n=3 “M shell” X-Ray photon emitted K shell (n=1) e- e- “K X-ray” (n=2 n=1)

קרינה אופיינית למטרה “Characteristic” “K X-ray” (n=2 n=1) “K X-ray” (n=3 n=1) מרווח האנרגיה בין הרמות תלוי בסוג האטומים מהן עשויה המטרה. לכן הספקטרום בדיד ושונה מחומר לחומר. Kb  Ka intensity

ספקטרום קרינת ה X הנוצרת בשפופרת Kb  Ka intensity  intensity 0 + קרינה אופיינית למטרה “Characteristic” ספקטרום בדיד קרינת הבלימה “Bremsstrahlung” ספקטרום רציף 0 K Kb  intensity

מקורות Physics 2000 - A University of Colorado at Boulder Website, http://www.colorado.edu/physics/2000/xray/making_xrays.html George D. Gollin, University of Illinois in Urbana Champaign, http://online.physics.uiuc.edu/courses/phys102/fall06/print_files/lect26_handout.ppt חזרה לדף העבודה