تابش اشعه ایکس. پرتوهای مرموز که جهان را تغییر داد

فهرست مطالب:

تابش اشعه ایکس. پرتوهای مرموز که جهان را تغییر داد
تابش اشعه ایکس. پرتوهای مرموز که جهان را تغییر داد
Anonim

در قرن نوزدهم ، تشعشعات نامرئی برای چشم انسان ، قادر به عبور از گوشت و مواد دیگر ، چیزی کاملاً خارق العاده به نظر می رسید. در حال حاضر ، اشعه ایکس به طور گسترده ای برای ایجاد تصاویر پزشکی ، انجام پرتودرمانی ، تجزیه و تحلیل آثار هنری و حل مشکلات انرژی هسته ای استفاده می شود. چگونه تابش اشعه ایکس کشف شد و چگونه به مردم کمک می کند - ما به همراه فیزیکدان الکساندر نیکولاویچ دولگوف می فهمیم.

کشف رونتگن

از پایان قرن نوزدهم ، علم نقش اساسی جدیدی در شکل گیری تصویر جهان ایفا کرد. یک قرن پیش ، فعالیت دانشمندان ماهیت آماتور و خصوصی داشت. با این حال ، در پایان قرن 18 ، در نتیجه انقلاب علمی و فناوری ، علم به یک فعالیت سیستماتیک تبدیل شد که در آن هر کشفی به لطف مشارکت بسیاری از متخصصان امکان پذیر شد. موسسات تحقیقاتی ، مجلات علمی دوره ای ظاهر شدند ، رقابت و مبارزه برای به رسمیت شناختن حق چاپ برای دستاوردهای علمی و نوآوری های فنی به وجود آمد. همه این فرایندها در امپراتوری آلمان رخ داد ، جایی که در پایان قرن 19 ، قیصر دستاوردهای علمی را تشویق کرد که اعتبار کشور را در صحنه جهانی افزایش داد.

یکی از دانشمندانی که در این دوره با اشتیاق کار می کرد ، پروفسور فیزیک ، ویلهلم کنراد رونتگن ، رئیس دانشگاه وورتزبورگ بود. در 8 نوامبر 1895 ، او دیر در آزمایشگاه ماند ، همانطور که اغلب اتفاق می افتاد ، و تصمیم گرفت یک مطالعه تجربی در مورد تخلیه الکتریکی در لوله های خلاء شیشه ای انجام دهد. او اتاق را تاریک کرد و یکی از لوله ها را در کاغذ مشکی مات پیچید تا مشاهده پدیده های نوری همراه با ترشحات آسانتر شود. در کمال تعجب ، رونتگن یک نوار فلورسانس را در یک صفحه نزدیک دید که با کریستالهای سیانوپلاتینیت باریم پوشیده شده بود. بعید است که دانشمندی بتواند تصور کند که در آستانه یکی از مهمترین کشفیات علمی زمان خود است. سال آینده ، بیش از هزار نشریه در مورد اشعه ایکس نوشته می شود ، پزشکان بلافاصله اختراع را به خدمت می گیرند ، به لطف آن ، رادیواکتیویته در آینده کشف می شود و جهات جدیدی از علم ظاهر می شود.

Image
Image

لوله کروکس - دستگاهی است که برای اولین بار ناخودآگاه تولید شده است

لوله کروکس - دستگاهی که به کمک آن برای اولین بار اشعه ایکس به طور ناخودآگاه تولید شد // wikipedia.org

رونتگن چند هفته آینده را به بررسی ماهیت درخشش نامفهوم اختصاص داد و دریافت که هر زمان که جریان را روی لوله اعمال می کند ، فلورسانس ظاهر می شود. این لوله منبع تابش بود و نه بخشی دیگر از مدار الکتریکی. بدون اطلاع از آنچه که با آن روبرو بود ، رونتگن تصمیم گرفت این پدیده را اشعه ایکس یا اشعه ایکس نامگذاری کند. علاوه بر این ، رونتگن دریافت که این تابش بسته به ضخامت جسم و چگالی ماده می تواند تقریباً در همه اجسام به اعماق مختلف نفوذ کند. بنابراین ، یک دیسک سربی کوچک بین لوله تخلیه و صفحه نمایش در برابر اشعه ایکس غیرقابل نفوذ بود و استخوان های دست سایه ای تیره تر بر روی صفحه ایجاد کردند که توسط سایه روشن تری از بافتهای نرم احاطه شده بود. به زودی ، دانشمند دریافت که اشعه ایکس نه تنها باعث درخشش صفحه پوشیده از سیانوپلاتینیت باریم ، بلکه باعث تیره شدن صفحات عکاسی (پس از توسعه) در مکانهایی که اشعه ایکس روی امولسیون عکاسی می افتد ، می شود.

در طول آزمایشات خود ، رونتگن متقاعد شد که تابش ناشناخته ای را برای علم کشف کرده است. در 28 دسامبر 1895 ، وی نتایج مقاله را در مقاله "درباره نوع جدیدی از تشعشعات" در مجله "Annals of Physics and Chemistry" گزارش داد.در همان زمان ، او تصاویر دست همسرش آنا برتا لودویگ را که بعداً مشهور شد به دانشمندان ارسال کرد. به لطف دوست قدیمی رونتگن ، فیزیکدان اتریشی فرانتس اگزنر ، ساکنان وین اولین کسانی بودند که این عکسها را در 5 ژانویه 1896 در صفحات روزنامه Die Presse مشاهده کردند. روز بعد ، اطلاعات مربوط به افتتاحیه به روزنامه لندن کرونیکل منتقل شد. بنابراین کشف Roentgen به تدریج شروع به ورود به زندگی روزمره مردم کرد. برنامه عملی تقریباً بلافاصله پیدا شد: در 20 ژانویه 1896 ، در نیوهمپشایر ، پزشکان با استفاده از یک روش تشخیصی جدید - اشعه ایکس ، به مردی با دست شکسته کمک کردند.

Image
Image

اشعه ایکس دست آنا برتا لودویگ // wikipedia.org

استفاده اولیه از اشعه ایکس

در طول چندین سال ، تصاویر اشعه ایکس به طور فعال برای عملیات دقیق تر شروع به استفاده کرده اند. فردریش اوتو والخوف ، 14 روز پس از افتتاح ، اولین اشعه ایکس دندان را انجام داد. و سپس ، به همراه فریتز گیزل ، اولین آزمایشگاه اشعه ایکس دندانپزشکی جهان را تاسیس کردند.

تا سال 1900 ، 5 سال پس از کشف ، استفاده از اشعه ایکس در تشخیص بخشی جدایی ناپذیر از اقدامات پزشکی محسوب می شد.

آمار جمع آوری شده توسط قدیمی ترین بیمارستان پنسیلوانیا را می توان نشان دهنده گسترش فناوری های مبتنی بر تابش اشعه ایکس دانست. به گفته وی ، در سال 1900 ، فقط حدود 1-2 of از بیماران از اشعه ایکس کمک گرفتند ، در حالی که تا سال 1925 25 درصد از آنها وجود داشت.

در آن زمان از اشعه ایکس به روشی بسیار غیرمعمول استفاده می شد. به عنوان مثال ، از آنها برای ارائه خدمات حذف مو استفاده می شود. برای مدت طولانی ، این روش در مقایسه با روش های دردناک تر - پنس یا موم ترجیح داده می شد. علاوه بر این ، اشعه ایکس در دستگاه های مخصوص کفش-فلوروسکوپ های آزمایش (پدوسکوپ) استفاده شده است. این دستگاه ها اشعه ایکس با یک جای مخصوص برای پا و همچنین پنجره هایی بود که مشتری و فروشندگان از طریق آنها می توانستند نحوه نشستن کفش ها را ارزیابی کنند.

Image
Image

فلوروسکوپ برای کفش // wikipedia.org

استفاده اولیه از تصویربرداری با اشعه ایکس از منظر ایمنی مدرن س manyالات زیادی را ایجاد می کند. مشکل این بود که در زمان کشف اشعه ایکس ، عملاً چیزی در مورد تشعشع و پیامدهای آن معلوم نبود ، به همین دلیل پیشگامانی که از اختراع جدید استفاده کردند در تجربیات خود با آثار مضر آن روبرو شدند. در اواخر قرن نوزدهم به یک پدیده جمعی تبدیل شد. قرن بیستم ، و مردم به تدریج متوجه خطرات استفاده بی رویه از اشعه ایکس شدند.

ماهیت اشعه ایکس

تابش اشعه ایکس تابش الکترومغناطیسی با انرژی فوتون از e 100 eV تا 250 keV است که در مقیاس امواج الکترومغناطیسی بین تابش فرابنفش و تابش گاما قرار دارد. این بخشی از تابش طبیعی است که در رادیوایزوتوپها هنگامی رخ می دهد که اتم های عناصر توسط یک جریان الکترون ، ذرات آلفا یا کوانتومای گاما برانگیخته می شوند ، که در آنها الکترون ها از پوسته های الکترون اتم خارج می شوند. تابش اشعه ایکس زمانی اتفاق می افتد که ذرات باردار با شتاب حرکت می کنند ، به ویژه هنگامی که الکترون ها در سرعت الکتریکی کاهش می یابند ، در میدان الکتریکی اتم های یک ماده.

اشعه ایکس نرم و سخت متمایز می شود ، مرز مشروط بین آنها در مقیاس طول موج حدود 0.2 نانومتر است که مربوط به انرژی فوتونی در حدود 6 کیلو ولت است. تابش اشعه ایکس به دلیل طول موج کوتاه ، هم نفوذی است و هم یونیزه می شود ، زیرا هنگام عبور از یک ماده ، با الکترون ها در تعامل است ، آنها را از اتم ها بیرون می کشد ، در نتیجه آنها را به یون ها و الکترون ها شکسته و ساختار ماده را تغییر می دهد. که عمل می کند

Image
Image

ویژگی های ایزوتوپ های رادیویی

اشعه ایکس باعث درخشش یک ترکیب شیمیایی به نام فلورسانس می شود. تابش اتم های نمونه با فوتون های پرانرژی باعث انتشار الکترون ها می شود - آنها اتم را ترک می کنند. در یک یا چند مداری الکترون ، "حفره" ایجاد می شود - جای خالی ، به همین دلیل اتم ها به حالت برانگیخته می روند ، یعنی ناپایدار می شوند. میلیون ها ثانیه بعد ، اتم ها زمانی به حالت پایدار برمی گردند که فضاهای خالی در مداری داخلی با الکترون هایی از مدارهای بیرونی پر شوند. این گذار با انتشار انرژی در قالب یک فوتون ثانویه همراه است ، بنابراین فلورسانس بوجود می آید.

نجوم اشعه ایکس

در زمین ، ما به ندرت با تابش اشعه ایکس مواجه می شویم ، اما اغلب در فضا یافت می شود. در آنجا به طور طبیعی به دلیل فعالیت بسیاری از اجرام فضایی رخ می دهد. این امر نجوم اشعه ایکس را ممکن کرد. انرژی فوتون های اشعه ایکس بسیار بیشتر از فوتون های نوری است ؛ بنابراین ، در محدوده اشعه ایکس ماده ای منتشر می کند که تا دمای بسیار بالا گرم می شود. منابع اشعه ایکس سیاه چاله ها ، ستاره های نوترونی ، اختروش ها هستند. با تشکر از نجوم اشعه ایکس ، تشخیص سیاهچاله ها از ستون های نوترونی امکان پذیر شد ، حباب های فرمی کشف شد و می توان روند تخریب یک ستاره معمولی را که به سیاهچاله نزدیک می شد ، ثبت کرد.

Image
Image

یکی از اولین منابع اشعه ایکس در آسمان - Cygnus X -1 - در سال 1964 کشف شد و امروزه اکثر دانشمندان مطمئن هستند که این یک سیاهچاله با جرم حدود 15 جرم خورشیدی است // ناسا

این منابع کیهانی تابش اشعه ایکس بخش قابل توجهی از تابش زمینه طبیعی برای ما نیستند و بنابراین به هیچ وجه مردم را تهدید نمی کنند. تنها استثنا می تواند منبعی از تابش الکترومغناطیسی سخت مانند انفجار ابرنواختر باشد که به اندازه کافی در منظومه شمسی رخ داده است.

چگونه می توان اشعه ایکس را به صورت مصنوعی ایجاد کرد؟

دستگاه های اشعه ایکس هنوز به طور گسترده ای برای تداخل غیر مخرب استفاده می شوند (تصاویر اشعه ایکس در پزشکی ، تشخیص نقص در فناوری). جزء اصلی آنها یک لوله اشعه ایکس است که از یک کاتد و یک آند تشکیل شده است. الکترودهای لوله به منبع ولتاژ بالا متصل می شوند ، معمولاً دهها یا حتی صدها هزار ولت. هنگامی که کاتد گرم می شود ، الکترونهایی از خود ساطع می کند ، که توسط میدان الکتریکی ایجاد شده بین کاتد و آند شتاب می گیرند. در برخورد با آند ، سرعت الکترون ها کاهش می یابد و بیشتر انرژی خود را از دست می دهند. در این حالت ، اشعه ایکس تشعشع تشعشعی ایجاد می شود ، اما قسمت عمده انرژی الکترون به گرما تبدیل می شود ، بنابراین آند خنک می شود.

Image
Image

Ekaterina Zolotoryova برای PostNauki

لوله اشعه ایکس با عمل ثابت یا پالس هنوز گسترده ترین منبع تابش اشعه ایکس است ، اما از تنها منبع دور است. برای بدست آوردن پالسهای تشعشعی با شدت بالا ، از تخلیه جریان زیاد استفاده می شود ، که در آن کانال پلاسما جریان جاری توسط میدان مغناطیسی خود جریان-که به اصطلاح خرج می شود-فشرده می شود. اگر تخلیه در محیطی از عناصر نوری انجام شود ، به عنوان مثال ، در یک محیط هیدروژنی ، در این صورت نقش یک شتاب دهنده موثر الکترونها توسط میدان الکتریکی ناشی از خود تخلیه را ایفا می کند. این تخلیه می تواند به طور قابل توجهی از میدان ایجاد شده توسط یک منبع جریان خارجی فراتر رود. به این ترتیب ، پالس های اشعه ایکس سخت با انرژی زیاد کوانتوهای تولید شده (صدها کیلو الکترون ولت) ، که قدرت نفوذ بالایی دارند ، بدست می آید.

برای به دست آوردن اشعه ایکس در طیف وسیع طیفی ، از شتاب دهنده های الکترون - سنکروترون ها استفاده می شود.در آنها ، تشعشع در داخل یک محفظه خلا حلقوی شکل می گیرد ، که در آن یک پرتو باریک از الکترونهای پرانرژی ، تقریباً با سرعت نور شتاب می گیرد و در مدار دایره ای حرکت می کند. در حین چرخش تحت تأثیر میدان مغناطیسی ، الکترونهای پرنده پرتوهای فوتونی را به صورت مماس در طیف وسیعی به مدار متصاعد می کنند که حداکثر آنها در محدوده اشعه ایکس قرار می گیرد.

نحوه تشخیص اشعه ایکس

برای مدت طولانی ، یک لایه نازک از فسفر یا امولسیون عکاسی روی سطح یک صفحه شیشه ای یا فیلم پلیمری شفاف اعمال شد تا اشعه ایکس را اندازه گیری و اندازه گیری کند. اولین مورد ، تحت تأثیر اشعه ایکس ، در محدوده نوری طیف درخشید ، در حالی که شفافیت نوری پوشش در فیلم تحت تأثیر یک واکنش شیمیایی تغییر کرد.

در حال حاضر ، بیشتر از آشکارسازهای الکترونیکی برای ثبت تابش اشعه ایکس استفاده می شود - دستگاه هایی که هنگام جذب کوانتوم تابش در حجم حساس آشکارساز ، پالس الکتریکی تولید می کنند. آنها در اصل تبدیل انرژی تابش جذب شده به سیگنال های الکتریکی متفاوت هستند. آشکارسازهای اشعه ایکس با ثبت الکترونیکی را می توان به یونیزاسیون تقسیم کرد که عملکرد آنها بر اساس یونیزاسیون یک ماده و رادیولومسنت ، از جمله سوزاندن ، با استفاده از درخشندگی یک ماده تحت تأثیر تشعشع یونیزه کننده است. بسته به محیط تشخیص ، آشکارسازهای یونیزاسیون به نوبه خود به دو نوع نیمه گاز و نیمه رسانا تقسیم می شوند.

انواع اصلی آشکارسازهای پر از گاز محفظه های یونیزاسیون ، شمارنده های گایگر (شمارنده های گایگر-مولر) و شمارنده های تخلیه گاز متناسب هستند. ورود کوانتومهای تابشی به محیط کار شمارنده باعث یونیزاسیون گاز و جریان می شود که ثبت می شود. در یک آشکارساز نیمه هادی ، جفت های الکترون-حفره تحت عمل کوانتوم تشعشع تشکیل می شوند ، که همچنین باعث می شود جریان الکتریکی از بدن آشکارساز عبور کند.

م componentلفه اصلی شمارنده های سوزاندن در دستگاه خلاء ، یک لوله چندتایی (PMT) است که از اثر فوتوالکتریک برای تبدیل تابش به جریانی از ذرات باردار و پدیده انتشار الکترون ثانویه برای افزایش جریان ذرات باردار تولید شده استفاده می کند. تکثیر کننده نوری دارای یک فوتوکاتد و یک سیستم الکترودهای شتاب دهنده متوالی است - دیودها ، که بر اثر برخورد الکترون های شتاب دار تکثیر می شوند.

ضرب الکترون ثانویه یک دستگاه خلاء باز است (فقط در شرایط خلاء کار می کند) ، که در آن تابش اشعه ایکس در ورودی به جریانی از الکترون های اولیه تبدیل شده و سپس به دلیل انتشار ثانویه الکترون ها در حال انتشار در کانال ضرب ، تقویت می شود. به صفحات میکروکانال ، که تعداد زیادی از کانالهای میکروسکوپی جداگانه هستند که در آشکارساز صفحه نفوذ می کنند ، طبق همان اصل کار می کنند. آنها همچنین می توانند با بمباران یک صفحه نیمه شفاف با فسفری که روی آن با جریان الکترون خروجی قرار گرفته است ، وضوح فضایی و تشکیل یک تصویر نوری از سطح مقطع جریان اشعه ایکس روی آشکارساز را ایجاد کنند.

اشعه ایکس در پزشکی

توانایی تابش اشعه ایکس از طریق اجسام مادی نه تنها به افراد این امکان را می دهد که اشعه ایکس ساده بسازند ، بلکه امکاناتی را برای ابزارهای تشخیصی پیشرفته ایجاد می کند. به عنوان مثال ، در قلب توموگرافی کامپیوتری (CT) قرار دارد. منبع و گیرنده اشعه ایکس در داخل حلقه ای که بیمار در آن قرار دارد می چرخد. داده های به دست آمده در مورد چگونگی جذب اشعه ایکس توسط بافت های بدن توسط رایانه به یک تصویر سه بعدی بازسازی می شود. CT مخصوصاً برای تشخیص سکته مغزی اهمیت دارد و اگرچه دقت کمتری نسبت به تصویربرداری رزونانس مغناطیسی از مغز دارد ، اما زمان بسیار کمتری به طول می انجامد.

یک جهت نسبتاً جدید که در حال حاضر در زمینه میکروبیولوژی و پزشکی در حال توسعه است ، استفاده از اشعه نرم اشعه ایکس است. هنگامی که یک موجود زنده شفاف است ، به فرد اجازه می دهد تا تصویری از رگ های خونی را بدست آورد ، ساختار بافت نرم را با جزئیات مطالعه کند و حتی مطالعات میکروبیولوژیکی را در سطح سلولی انجام دهد. میکروسکوپ اشعه ایکس با استفاده از تشعشعات ناشی از تخلیه نوع کوچک در پلاسمای عناصر سنگین ، امکان مشاهده چنین جزئیاتی از ساختار یک سلول زنده را می دهد ، که میکروسکوپ الکترونی حتی در ساختار سلولی آماده شده نمی تواند مشاهده کند.

یکی از انواع پرتودرمانی که برای درمان تومورهای بدخیم استفاده می شود ، از اشعه ایکس سخت استفاده می کند که به دلیل اثر یونیزه کننده آن ، که بافت یک جسم بیولوژیکی را تخریب می کند ، امکان پذیر می شود. در این حالت ، از شتاب دهنده الکترون به عنوان منبع تابش استفاده می شود.

رادیوگرافی در فناوری

اشعه ایکس نرم در تحقیقات با هدف حل مشکل همجوشی گرمایی هسته ای استفاده می شود. برای شروع فرآیند ، لازم است یک موج ضربه ای پس رفت را با تاباندن یک هدف دوتریوم و تریتیوم کوچک با اشعه ایکس نرم از یک تخلیه الکتریکی ایجاد کرده و پوسته این هدف را به حالت پلاسما گرم کنید. این موج مواد مورد نظر را با چگالی هزاران برابر چگالی یک جامد فشرده کرده و تا دمای گرمایی هسته ای گرم می کند. انتشار انرژی همجوشی حرارتی در مدت کوتاهی رخ می دهد ، در حالی که پلاسما داغ با اینرسی پراکنده می شود.

توانایی شفافیت رادیوگرافی را ممکن می سازد - یک تکنیک تصویربرداری که به شما اجازه می دهد به عنوان مثال ساختار داخلی یک شیء مات از فلز را نمایش دهید. نمی توان با چشم تعیین کرد که آیا سازه های پل محکم جوش خورده اند ، آیا درز لوله لوله گاز هوایی ندارد و آیا ریل ها محکم به یکدیگر می چسبند. بنابراین ، در صنعت ، از اشعه ایکس برای تشخیص عیب استفاده می شود - نظارت بر قابلیت اطمینان خواص اصلی کارکرد و پارامترهای یک شی یا عناصر جداگانه آن ، که نیازی به خارج کردن سرویس یا برچیدن آن ندارد.

طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس بر اساس تأثیر فلورسانس است - یک روش تجزیه و تحلیل برای تعیین غلظت عناصر از بریلیوم تا اورانیوم در محدوده 0،0001 تا 100 in در مواد با منشاء مختلف. هنگامی که یک نمونه با یک جریان تابش قوی از یک لوله اشعه ایکس تابش می شود ، تابش فلورسنت مشخصه اتم ها ظاهر می شود که متناسب با غلظت آنها در نمونه است. در حال حاضر ، تقریباً هر میکروسکوپ الکترونی امکان تعیین ترکیب عنصری ریز اجزای مورد مطالعه با روش تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس را بدون هیچ مشکلی فراهم می کند.

اشعه ایکس در تاریخ هنر

قابلیت تابش اشعه ایکس و ایجاد جلوه فلورسانس نیز برای مطالعه نقاشی ها مورد استفاده قرار می گیرد. آنچه در زیر پوشش رنگ پنهان است می تواند اطلاعات زیادی در مورد تاریخچه بوم نشان دهد. به عنوان مثال ، در کار ماهرانه با چندین لایه رنگ است که یک تصویر می تواند در آثار یک هنرمند بی نظیر باشد. هنگام انتخاب مناسب ترین شرایط ذخیره سازی برای بوم ، توجه به ساختار لایه های نقاشی نیز مهم است. برای همه اینها ، تابش اشعه ایکس ضروری است ، که به شما امکان می دهد بدون آسیب رساندن به زیر لایه های بالای تصویر نگاه کنید.

پیشرفتهای مهم در این راستا روشهای جدید تخصصی برای کار با آثار هنری است.فلورسانس ماکروسکوپی نوعی تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه X است که برای تجسم ساختار توزیع عناصر کلیدی ، عمدتا فلزات ، در مناطق تقریباً 0.5-1 متر مربع یا بیشتر مناسب است. از طرف دیگر ، لامینوگرافی اشعه ایکس ، نوعی توموگرافی اشعه ایکس رایانه ای ، که بیشتر برای مطالعه سطوح مسطح مناسب است ، برای به دست آوردن تصاویر از لایه های جداگانه یک تصویر امیدوار کننده به نظر می رسد. این روشها همچنین می توانند برای مطالعه ترکیب شیمیایی لایه رنگ مورد استفاده قرار گیرند. این اجازه می دهد تا بوم تاریخ گذاری شود ، از جمله برای شناسایی جعل.

اشعه ایکس به شما امکان می دهد ساختار یک ماده را دریابید

کریستالوگرافی اشعه ایکس یک جهت علمی است که با شناسایی ساختار ماده در سطوح اتمی و مولکولی مرتبط است. ویژگی بارز اجسام کریستالی تکرار مرتب متعدد در ساختار فضایی همان عناصر (سلول ها) است که از مجموعه خاصی از اتم ها ، مولکول ها یا یون ها تشکیل شده است.

روش اصلی تحقیق شامل قرار دادن نمونه بلوری در معرض اشعه ایکس با استفاده از دوربین اشعه ایکس است. عکس به دست آمده تصویری از اشعه ایکس پراش را که از کریستال عبور می کند نشان می دهد ، که از آن پس دانشمندان می توانند ساختار فضایی آن را که شبکه کریستالی نامیده می شود به صورت بصری نشان دهند. روشهای مختلف اجرای این روش را تجزیه و تحلیل ساختاری اشعه ایکس می نامند.

تجزیه و تحلیل ساختاری اشعه ایکس از مواد کریستالی شامل دو مرحله است:

  1. تعیین اندازه سلول واحد بلور ، تعداد ذرات (اتم ها ، مولکول ها) در واحد واحد و تقارن آرایش ذرات. این داده ها با تجزیه و تحلیل هندسه محل حداکثر پراش به دست می آیند.
  2. محاسبه چگالی الکترون در داخل سلول واحد و تعیین مختصات اتم ها ، که با موقعیت حداکثر چگالی الکترون مشخص می شوند. این داده ها با تجزیه و تحلیل شدت حداکثر پراش به دست می آیند.
Image
Image

عکسی از الگوی پراش DNA در ساختار به اصطلاح B آن

برخی از زیست شناسان مولکولی پیش بینی می کنند که در تصویربرداری از بزرگترین و پیچیده ترین مولکولها ، کریستالوگرافی اشعه ایکس ممکن است با تکنیکی جدید به نام میکروسکوپ الکترونی کرایوژنیک جایگزین شود.

یکی از جدیدترین ابزارها در تجزیه و تحلیل شیمیایی ، اسکنر فیلم هندرسون بود که او در کارهای پیشرو خود در میکروسکوپ الکترونی سرمازا استفاده کرد. با این حال ، این روش هنوز بسیار گران است و بنابراین بعید است که در آینده ای نزدیک جایگزین کریستالوگرافی اشعه ایکس شود.

میکروسکوپ اشعه ایکس یک حوزه نسبتاً جدید از تحقیقات و کاربردهای فنی مرتبط با استفاده از اشعه ایکس است. این دستگاه برای به دست آوردن تصویر بزرگتر از شی مورد مطالعه در فضای واقعی در دو یا سه بعد با استفاده از اپتیک تمرکز طراحی شده است.

حد پراش وضوح فضایی در میکروسکوپ اشعه ایکس به دلیل طول موج کم تابش مورد استفاده ، حدود 1000 برابر بهتر از مقدار مربوطه برای میکروسکوپ نوری است. علاوه بر این ، قدرت نفوذ تابش اشعه ایکس امکان مطالعه ساختار داخلی نمونه هایی را دارد که کاملاً مات با نور مرئی هستند. و اگرچه میکروسکوپ الکترونی دارای مزیت وضوح فضایی کمی بیشتر است ، اما این روش تحقیق غیر مخرب نیست ، زیرا به خلاء و نمونه هایی با سطوح فلزی یا فلزی نیاز دارد ، که برای مثلاً برای اجسام بیولوژیکی کاملاً مخرب است.

توصیه شده: