www.farukdemir.info.tr X-ışınları 3. Ders Doç. Dr. Faruk DEMİR

X-IŞINI ÖLÇÜM BİRİMLERİ www.farukdemir.info.tr X-IŞINI ÖLÇÜM BİRİMLERİ ışık hızıdır. X-ışınlarının ölçümünde dört fiziksel özellikle ilgilenilir: 1. Frekans (v) Frekans birim zamandaki titreşim sayısı olarak ifade edilir ve birimi 𝑠 −1 veya Hz’dir. optik spektroskopide prensip olarak kullanılan diğer birimler birim uzunluktaki titreşim sayısı dalga sayısı ( 𝑐𝑚 −1 ) ve 1012 Hz olan fresneldir. http://www.bildirgec.org/imaj/chattagush/frekans.jpg Dalgaboyu ve frekans arasındaki ilişki 2. Dalga boyu ( ) Bir dalganın iki maksimum veya iki minimum noktası arasındaki mesafe dalga boyu olarak tanımlanır. Dalgaboyu genellikle Angröstöm (Ǻ)’dir. 1Ǻ= 10 −10 m= 10 −8 𝑐m =0,1nm 2 MMM216 X- ışınları 1. Ders

X-IŞINI ÖLÇÜM BİRİMLERİ www.farukdemir.info.tr X-IŞINI ÖLÇÜM BİRİMLERİ X-ışını dalgaboyu bölgesi bazen dörde ayrılır:   λ< 0,1Ǻ ise ultrahard 0,1≤ λ ≤ 1Ǻ hard 1 ≤ λ ≤ 10Ǻ soft λ > 10Ǻ ultrasoft 3. Enerji Bir fotonun enerjisi http://u2.lege.net/cetinbal/AE/Compton_eng.gif 4. Şiddet   X-ışını şuasının şiddeti birim zamanda birim yüzeye düşen enerji olarak tanımlanır ve birimi joule/(m2.s) veya erg/(cm2s)’dir. 3 MMM216 X- ışınları 1. Ders

X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ www.farukdemir.info.tr X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ X-ışınları yüksek hızlı yüklü parçacıkların yavaşlatılmasıyla elde edilir. X-ışınlarını elde etmede yüklü parçacık olarak genellikle elektronlar kullanılır. Genellikle Coolidge tüpü bir x-ışını tüpü bir elektron kaynağı ve iki elektrotan ibarettir. Elektrotlar arasına çok yüksek bir gerilim uygulandığında her bir elektron üzerine kuvveti etki eder. Burada elektronun yükü ve elektrotlar arasındaki elektrik alandır. Bu kuvvetin etkisiyle hareket eden elektronların sahip olduğu kinetik enerji 4 MMM216 X- ışınları 1. Ders

X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ www.farukdemir.info.tr X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ İvmesi olan bir yük enerji yayınlar. Tabi ivme pozitif veya negatif olabilir ve bu sebeple ortalama bir durum etrafında devamlı bir şekilde salınan bir yük mükemmel bir elektromanyetik radyasyon kaynağı olarak hareket eder. Mesela radyo dalgaları yayınlama antenindeki yüklerin ileri-geri salınımından ve görünen ışık ışığı yayınlayan kaynağı cismin atomlarındaki elektronların titreşiminden oluşur. Benzer şekilde x-ışınları yukarıda belirtildiği gibi çok yüksek hıza (dolayısıyla kinetik enerjiye) sahip yüklü parçacığın (elektronun) tüpün anoduna çarptıktan sonra frenlenmesiyle elde dilir. 5 MMM216 X- ışınları 1. Ders

X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ www.farukdemir.info.tr X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ Şekil 1 Coolidge tüpü bir x-ışını tüpü. https://www.youtube.com/watch?v=CYD6w1JotY4 6 MMM216 X- ışınları 1. Ders

X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ www.farukdemir.info.tr X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ Elektronlar x-ışını tüpünün anoduna çarptığında aşağıdaki olaylardan biri meydana gelebilir: Tüpün anoduna geldikleri doğrultuda geri saçılırlar. Böyle saçılma kesri anodun atom numarası ile artar. 2. Hedef atomlarındaki dış elektronlar veya hedef metalin her tarafını kaplayan elektron gazı (plazma elektronları) ile etkileşerek hedef yüzeyin içine saçılabilir. Bu valans ve plazma elektronlarının çoğu düşük-enerjili(<50 eV) ikincil elektronlar tarafından anottan çıkartılabilir. Böyle etkileşmelerin herbiri gelen elektrondan 10-100 eV enerji alır. Geri saçılmayan elektronların çoğu bu işleme maruz kalır. 3. Hedef atomların iç yörünge elektronları ile etkileşebilir. Böyle etkileşme ihtimaliyeti yukarıdaki iki işlem için olanla karşılaştırıldığında küçüktür. Bu hedef atomların karakteristik x-ışınlarına neden olan işlemdir. 7 MMM216 X- ışınları 1. Ders

X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ www.farukdemir.info.tr X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ Hedef atomların çekirdeklerinin çevresindeki yüksek Coulomb alanında Rutherford saçılmasına maruz kalabilirler. Böyle etkileşmelerin çoğu elastiktir yani enerji kaybına neden olmazlar. X-ışını fotonları gibi bütün enerjilerini veya enerjilerinin bir kısmını vererek çarpışmaksızın inelastik Rutherford saçılmasına maruz kalabilirler. Pratik x-ışını spektrometrelerinde potansiyellerde (<100 kV) hedefi bombardıman eden elektronların sadece %0,5-1’i bu işleme maruz kalır. Bu sürekliliğe (veya sürekli x-ışınlarına) neden olan işlemdir. 8 MMM216 X- ışınları 1. Ders

X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ www.farukdemir.info.tr X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ Sürekli spektrum yüksek hızlı elektronlar maddede adım adım yavaşlatıldığında meydana gelir. Bir elektron enerjisini birden fazla adımda kaybettiğinde herbirinin enerjisi ve dolayısıyla dalgaboyu birbirinden farklı X-ışınları yayınlanır. Başka bir elektron farklı enerjilerde X-ışınları yayınlar. Bazı elektronlar ise aynı fotonlar gibi bütün enerjilerini tekbir frenlenme işlemiyle kaybedebilirler. Böylelikle maksimum enerjiye veya mininmum dalgaboyuna sahip bir X-ışını fotonu yayınlanmış olur. Böylelikle X-ışınlarının kısa dalga boyu sınırı ortaya çıkmış olur. X-ışınlarının kısa dalga boyu klasik fizikle açıklanamayan olaylardan biridir. Elektronun sahip olduğu maksimum enerji elektronun kinetik enerjisine buda yayınlanan X-ışını fotonun enerjisine eşit olduğundan 9 MMM216 X- ışınları 1. Ders

X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ www.farukdemir.info.tr X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ Elde edilir bu eşitlik Duane-Hunt yasası olarak adlandırılır. Bu kanun Duane-Hunt sınırının ve kısa dalgaboyu sınırının hesaplanmasına izin verir. Burada angström (Ǻ) birimindedir ve lamda’nın birimi volttur. Yukarıda bahsedildiği gibi birçok elektronun ürettiği X-ışını fotonları bir süreklilik oluşturmaktadır (Şekil 2).   Şekil 2 Sürekli x-ışını spektrumu. 10 MMM216 X- ışınları 1. Ders

X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ www.farukdemir.info.tr X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ Dört nolu işlemde olduğu gibi hedef anoda çarpan bir elektron hedefin atomlarından birinin iç yörüngelerinden bir elektron koparabilir veya onu daha dış yörüngelere çıkarabilir. Bu sırada iç yörüngede kalan boşluk dış yörüngelerdeki bir elektron tarafından doldurulur ve bu esnada o elementin karakteristik X–ışınları yayınlanır. Karakteristik X-ışınları o elemente özgü enerji ve dalga boyuna sahiptir ve her elementin karakteristik X-ışınları farklı enerjilere sahiptir.   Şekil 3 Karakteristik X-ışınlarının oluşumu.   Şekil 4 Tipik bir x-ışını spektrumu. 11 MMM216 X- ışınları 1. Ders

X-ışını Tüp Akımının, Potansiyelinin ve Anodunun (Hedefinin) Etkisi www.farukdemir.info.tr X-ışını Tüp Akımının, Potansiyelinin ve Anodunun (Hedefinin) Etkisi Uyarma koşullarında spektal dağılımla ilgili birçok ifade arasında en yararlı olanı aşağıdadır: 12 MMM216 X- ışınları 1. Ders

X-ışını Tüp Akımının, Potansiyelinin ve Anodunun (Hedefinin) Etkisi www.farukdemir.info.tr X-ışını Tüp Akımının, Potansiyelinin ve Anodunun (Hedefinin) Etkisi Şekil 5. Sürekli spektruma x-ışını tüpünün, potansiyeli ve anodunun etkisi. 13 MMM216 X- ışınları 1. Ders

X-ışını Tüp Akımının, Potansiyelinin ve Anodunun (Hedefinin) Etkisi www.farukdemir.info.tr X-ışını Tüp Akımının, Potansiyelinin ve Anodunun (Hedefinin) Etkisi Şekil 5’te sürekli spektruma X-ışını tüp akımının, potansiyelin ve anodunun etkisi görülmektedir. Esas itibariyle, bu şekil bu parametrelerin hiçbirinin sürekli spektrumun genel şeklini etkilemediği açıkça göstermektedir. X-ışını tüpünün akımındaki bir değişim sürekli spektrumun şiddetinde orantılı bir değişime neden olur, çünkü filaman telden anoda ulaşan elektron sayısı tüp akımı ile doğrudan orantılıdır. X-ışını tüp anodunun atom numarası da çok benzer bir etki gösterir, çünkü herbir hedef atomunun orbital elektronlarının sayısı-ve dolayısıyla anottaki toplam elektron sayısı- ile orantılıdır. Filaman elektronlarının adım adım yavaşlatılmasına neden olan bu elektronlardır. Yine de, sürekli spektrumdali dalgaboyları anodun karakteristiği değildir. X-ışını tüp potansiyeli besbelli en çok etkileyen etkidir. artarken: 1) mevcut herhangi bir dalgaboundaki şiddet artar çünkü çünkü filaman elektronları daha yüksek hızlara hızlandırılırlarve daha fazla yavaşlatılmaya maruz kalırlar, 2) ve dolayısıyla Duane-Hunt yasasına göre daha küçük dalgaboylarına karşılık gelir ve 3) yakınında ki şiddet ile keskin bir artış gösterir (iki katına çıktığında şiddet 16 kat artar). 14 MMM216 X- ışınları 1. Ders