Загальна інформація
Опис
Більшість застосувань рентгенівських променів ґрунтується на їхній здатності проходити крізь речовину. Оскільки ця здатність залежить від густини речовини, стає можливим отримання зображень внутрішніх частин об'єктів і навіть людей. Це знаходить широке застосування в таких галузях, як медицина або безпека.
Експериментальна установка
Додаткова інформація (1/2)
Попередні
знання
Попередні знання, необхідні для цього експерименту, наведено в розділі "Теорія".
Принцип
Рентгенівська трубка генерує рентгенівські промені, які змушують флуоресцентний екран випромінювати світло. Об'єкти, які знаходяться між джерелом рентгенівського випромінювання і флуоресцентним екраном, опромінюються так, що їх внутрішня структура стає видимою. Якщо змінювати силу струму та напругу на аноді, то на флуоресцентному екрані можна якісно спостерігати зміну інтенсивності випромінювання.
Додаткова інформація (2/2)
Мета навчання
Мета цього експерименту - дізнатися, як рентгенівські промені проникають у м'яку матерію.
Завдання
- Зробіть рентгенівський знімок об'єкта і спостерігайте за результатом на флуоресцентному екрані.
- Змінюйте силу струму та напругу на аноді та спостерігайте за результатом на флуоресцентному екрані.
Теорія (1/2)
Рентгенівські промені невидимі для людського ока. Для того, щоб їх можна було сприймати, їх "перетворюють" на видиме світло за допомогою флуоресценції та певних матеріалів. Ці речовини поглинають рентгенівське випромінювання і переходять у збуджений стан. Коли вони повертаються в основний стан, вони частково випромінюють цю енергію. Втрата енергії призводить до зміни довжини хвилі випромінюваного світла: Довжина хвилі стає довшою і тепер знаходиться у видимому діапазоні. У наш час в якості люмінесцентної речовини на екрані використовується переважно сульфід цинку. Рентгенівські промені проникають в об'єкти, непроникні для видимого світла. Видиме світло поглинається в набагато меншій мірі. Поглинання залежить від товщини і типу матеріалу. Якщо раніше рентгенівське випромінювання використовували навіть для того, щоб перевірити, чи добре сидить взуття, то тепер ми знаємо про шкідливий вплив цього випромінювання. В аеропортах його використовують для перевірки багажу.
Теорія (2/2)
Коли рентгенівське випромінювання з інтенсивністю потрапляє на речовину товщиною , інтенсивність випромінювання , що проходить, відповідно до закону поглинання має такий вигляд:
(1)
- інтенсивність випромінювання за поглиначем; - початкова інтенсивність випромінювання
- лінійний коефіцієнт поглинання; - товщина матеріалу.
Рівняння (1) безпосередньо показує, що інтенсивність випромінювання за поглиначем також залежить від товщини поглинача. Лінійний коефіцієнт поглинання залежить від довжини хвилі випромінювання, а також від атомного номера поглинаючої речовини. Поглинальна здатність речовини різко зростає при збільшенні довжини хвилі або атомного номера поглинача.
Обладнання
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | XR 4.0 X-ray Базова рентгенівська установка, 35 кВ | 09057-99 | 1 |
| 2 | XR 4.0 Знімна рентгенівська трубка Cu | 09057-51 | 1 |
| 3 | XR 4.0 X-ray Рентгенівське зображення, розширення | 09155-88 | 1 |
Підготовка та виконання роботи
Підготовка
- Якщо в експериментальній камері встановлений гоніометр, його слід за можливості зняти.
- Встановіть оптичну лаву і розташуйте флуоресцентний екран у тримачі на оптичній лаві якомога далі вправо. Для стійкого розташування різних об'єктів перед флуоресцентним екраном рекомендується використовувати предметні столики.
Виконання роботи (1/3)
Розташуйте об'єкт безпосередньо перед флуоресцентним екраном або на відстані від нього, прямо на шляху променя. Якщо об'єкт розташовано на відстані від екрана, то його буде збільшено, і водночас він втратить різкість. Ви отримаєте висококонтрастне зображення за максимальної напруги на аноді (35 кВ) і максимальної сили струму на аноді (1,0 мА).
Тепер закрийте двері і дійте наступним чином:
- Заблокуйте двері за допомогою кнопки 1.
- Активуйте рентгенівське випромінювання за допомогою кнопки 2.
Кнопка 1
Потім на дисплеї відображається:
Кнопка 2
Виконання роботи (2/3)
Регулювання напруги і сили струму на аноді:
- Натисніть кнопку під "Меню" (дисплей).
- У наступному вікні виберіть "Параметри рентгенівського зображення" (використовуйте клавіші зі стрілками для вибору).
- Виберіть параметр, який необхідно змінити.
- Підтвердіть свій вибір натисканням Enter.
- Змініть поточне значення, яке відображається за допомогою клавіш зі стрілками.
- Підтвердіть натисканням Enter.
- Тепер будуть відображені нові параметри.
Виконання роботи (3/3)
Фотозйомка цифровою камерою:
- Закріпіть камеру на ковзній опорі на оптичній лаві.
- Переведіть камеру в нічний режим і вимкніть спалах.
- Повністю затемніть приміщення або накрийте камеру кришкою.
- Ми рекомендуємо запускати камеру з таймером автоспуску, щоб зображення не розпливалося під час роботи з камерою.
Оцінка
Завдання 1
Зробіть рентгенівський знімок об'єкта і спостерігайте за результатом на флуоресцентному екрані.
Рентгенівський знімок цифрового будильника: Відносно чітке зображення цифрового будильника можна побачити на флуоресцентному екрані (рис. 1). Зокрема, добре видно деталі, що містять метали. Усередині будильника дуже чітко видно дроти, оскільки вони складаються з металу, атомний номер якого значно вищий, ніж у навколишнього пластику. Пластик складається переважно з вуглецю, водню і кисню.
Рентгенівський знімок мушлі равлика: Внутрішнє веретено мушлі равлика добре видно на рис. 2. На рис. 1 видно, що пропускання залежить від товщини поглинача. Мушля равлика повністю складається з того ж матеріалу, але в області шпинделя є більше "маси" між джерелом рентгенівського випромінювання і екраном. Саме тому цю ділянку видно чіткіше завдяки вищому рівню поглинання.
Рисунок 1
Рисунок 2
Завдання 2
Змінюйте силу струму та напругу на аноді та спостерігайте за результатом на флуоресцентному екрані.
Коли сила струму на аноді зменшується, зображення стає темнішим. Те ж саме відбувається при зменшенні напруги на аноді.
Примітка:
Для демонстрації дії рентгенівських променів можна використовувати широкий спектр різних об'єктів. Особливо вражаючих результатів можна досягти або з об'єктами, що складаються з декількох різних матеріалів з різною поглинальною здатністю, або з об'єктами з різною товщиною матеріалу.
