پرتو X (پرتو ایکس) (روش ها، کاربرد ها، آنالیز ها)

پرتوی X(پرتو ایکس)  به واسطه ی کاربرد های زیادی که در آنالیز و مشخصه یابی مواد دارد، بسیار مورد توجه است. به همین دلیل در مقاله ی پیش رو مقدماتی در مورد پرتو X گفته می شود و در ادامه، برخی از روش های طیف سنجی، مشخصه یابی و آنالیز آن توضیح داده و بررسی می شود.

تفسیر آنالیز XRD

پرتوی ایکس یا پرتوی رونتگن(به واسطه ی کشف آن توسط رونتگن، به این نام نیز شناخته می شود) بخشی از طیف امواج الکترومغناطیسی است که طول موج تقریبی آن از 01/0 تا 10 آنگستروم است و بین امواج فرابنفش و گاما قرار می‌گیرد. این پرتو به دلیل انرژی بالایی که دارد در عکسبرداری از اعضا‌ی داخلی بدن (رادیوگرافی)، عکس‌برداری از اجسام جامد (در مصارف صنعتی برای بررسی وجود ترک در لوله‌ها) و … کاربرد دارد. همچنین استفاده از پرتوی ایکس در بلورشناسی حائز اهمیت فراوان است. این امر به دلیل خواص موجی پرتوی ایکس (خواصی مانند پراش و تداخل امواج) امکان‌پذیر است.

کشف پرتوی ایکس

پرتوی ایکس توسط فیزیکدان آلمانی به نام ویلهلم رونتگن در سال 1895 میلادی کشف شد. او به صورت اتفاقی متوجه شد که وقتی مواد فلوئورسنت در نزدیکی یک لوله ی پرتو کاتدی (CRT) قرار میگیرند، نور ضعیفی از خود ساطع می کنند. رونتگن نخستین کسی بود که متوجه شد با یک پرتوی جدید مواجه شده است و چون این پرتو ناشناخته بود، نام آن را پرتوی x گذاشت. رونتگن بابت این کشف بزرگ خود در سال 1901، جایزه‌ی نوبل فیزیک را کسب کرد. در آن زمان برخی دانشمندان معتقد بودند که پرتوی x از جنس امواج الکترومغناطیس است که در نهایت، فون لاوه توانست در سال 1912 ماهیت الکترومغناطیسی این پرتو را اثبات کند.

ویژگی‌های پرتوی ایکس
قدرت نفوذ پرتوهای ایکس به دلیل انرژی بالا، فوق‌العاده زیاد است و از اغلب مواد عبور می‌کنند. اگر دست خود را در مسیر پرتوهای ایکس قرار دهیم، فقط سایه‌ی استخوان‌های دست روی صفحه مشاهده می‌شود. علت این امر آن است که پرتوهای ایکس بدون جذب شدن از عضلات و بافت نرم بدن عبور می‌کنند ولی از استخوان عبور نمی‌کنند و جذب می‌شوند. به طور کلی عناصری که جرم اتمی زیادی دارند پرتو‌های ایکس را بیش‌تر جذب می‌کنند. پرتوهای ایکس روی بافت‌های زنده اثر کرده و موجب تخریب آنها می‌شوند. بنابراین لوله‌های پرتوی ایکس را در محفظه‌های سربی قرار می‌دهند، زیرا همان طور که گفته شد، سرب به دلیل جرم اتمی زیاد توانایی جذب پرتوی ایکس را دارد. پرتوهای ایکس در بسیاری از اجسام، فلورسانس تولید می‌کنند. مثلا تابش پرتوی ایکس بر روی باریم هگزا سیانوپلاتینات، نور سبز رنگ تولید می‌کند.
از دیگر ویژگی‌های پرتوهای ایکس محدوده‌ی طول موج آن‌هاست. همان‌طور که قبلا اشاره شد، طول موج تقریبی پرتوی ایکس در حد 0.01 تا 10 آنگستروم است که این مقدار مشابه فاصله‌ی بین اتم‌ها در بلور مواد است و همین امر امکان پراش و بررسی ساختار بلوری مواد را با استفاده از پرتوی ایکس فراهم کرده است.

فرآیند‌های تولید پرتوی ایکس

پرتوی ایکس به دو صورت تولید می‌شود: 1- پرتوتابی ترمزی 2- پرتوتابی مشخصه
در فرآیند پرتوتابی ترمزی، الکترون‌های پرانرژی به هسته‌ی اتم‌های آند فلزی برخورد می‌کنند، اما به دلیل میدان‌های قوی الکتریکی ناشی از اجزای هسته، در زمان بسیار کوتاهی، سرعت خود را از دست می‌دهند. این تغییر سرعت و یا جهت حرکت الکترون‌ها موجب آزاد شدن انرژی جنبشی به صورت فوتون‌های پرتوی ایکس می‌شود.
هرچه سرعت و انرژی جنبشی الکترون‌ها بیش‌تر و فاصله‌ی بین الکترون و هسته کم‌تر باشد انرژی فوتون تولیدی بیش‌تر خواهد بود. هم‌چنین با افزایش بار هسته و قوی‌تر شدن میدان الکتریکی هسته، انرژی فوتون بیش‌تر می‌شود. در این‌جا طبق قانون پایستگی انرژی داریم:
k=1/2 mv

بعضی آنالیز هایی که از پرتو X استفاده می کنند:

–پراش پرتو ایکس XRD(X Ray Diffraction)

–طیف سنجی فوتوالکترونی پرتو ایکس XPS(X ray Photoelectron Spectroscopy)

-طیف سنجی جذب پرتو ایکس XAS(X ray Absorbsion Spectroscopy)

-طیف سنجی انرژی پرتو ایکس XES(X ray Energy Spectroscopy)

–طیف نگاری فلوئورسانس پرتو ایکس XRF(X ray Fluorescence)

-طیف سنجی الکترون اوژه AES(Auger Electron Spectroscopy)

منبع:

edu.nano.ir