modern fizik

1. X-IŞINLARI 1
1. 1901 WILHELM CONRAD RONTGEN...................................................2
1.1. X-IŞINLARI ................................................................................................2
1.2. BREMSSTRAHLUNG IŞIMA...............................................................................3
1.3. KAREKTERİSTİK IŞIMA ..................................................................................5

2. X-IŞINLARI 2
1.1901 WILHELM CONRAD RONTGEN
1.1. X-Işınları
19.yüzyılda bilim adamları CRT ile bir çok çalışmalar yapmış ve bu
alanda büyük bilgi birikimi oluşturulmuşlardı. Bu çalışmaların bir
ürünü olarak X-ışınları, 19. yüzyılın sonunda Röntgen tarafından
bulundu. Röntgen bulduğu bu ışınların yapısını bilmediğinden bunlara
X adını verdi.
X-ışınları dalga boylarına göre aşağıdaki gibi tanımlanmaktadır.
λ <0,1 Å ise çok sert,
λ = 0,1-1 Å ise sert,
λ = 1-10 Å ise yumuşak,
λ > 10 Å ise çok yumuşak
X-ışınları çekirdek içinde değil, elektronlar seviyesinde meydana gelen
olayların ürünüdür. Yüksek enerjili elektronların bir metal atomuna
çarpması ile iki farklı atomik süreç sonucunda üretilir: Bremsstrahlung
Işıma ve Karekteristik Işıma.
Şekil 1 Sürekli ve Karekteristik Işımalı Tayf

3. X-IŞINLARI 3
Gama ışınlarından farkı eskiden enerjisi ile ayrılırken yeni yapılan
deneyler sonucunda düşük enerjili gama ışınlarının gözlenmesi ve
yüksek enerjili x-ışınlarının üretilebilmesi nedeniyle artık kaynağına
göre ayrım yapılmaktadır.
Yüksek Voltaj
Vakum
Bakır
çubuk
Filaman Filaman Tungsten
Voltajı hedef
Şekil 2 X-ışınları tüpleri
X ışınları yaygın olarak havası boşaltılmış lambalarda (Crookes
lambası , akkor katotlu lambalar vb.) üretilirler. Son zamanlarda büyük
hızlandırıcılarda üretilmektedir.
X-ışınları yüksek vakumlu bir cam hazne içinde oluşturulabilir. Anot
ve katot olmak üzere iki adet elektrot mevcuttur. Anot, platin, tunsten
gibi yüksek erime noktalı ağır metalden yapılır. Elektronlar, uçlarına
ısıtma devresi bağlanmış bir tungsten filamandan yayılır. Elektron
demetinin yoğunluğu filamanın sıcaklığıyla orantılı olarak artar. Anod,
tungstenden yapılmış içi oyuk bir kütledir ve su ile soğutulur; filamanın
1 cm yakınına yerleştirilmiş ve bir yüksek gerilim kaynağının pozitif
kısmına bağlanmıştır
1.2. Bremsstrahlung Işıma
1.süreç:
Klasik elektromagnetik teoriye göre şöyle açıklanır: Hedefe gelen
yüksek hızlı elektron, atomun çekirdegine yaklaşırken elektronun
negatif yükü ile çekirdegin pozitif yükü etkileşir ve çekirdeğe doğru bir
sapma olur. Bu bir ivmelenmeye sebep olur ivmelenen bir yük de

4. X-IŞINLARI 4
elektromagnetik ışıma yapar, yani foton salar. Oluşan bu ışınıma
“frenleme ışınımı” anlamındaki Bremsstrahlung ya da “beyaz ışıma”
denir.
Şekil 3 Bremsstrahlung x-ışını üretilme prensibi
Enerji tayfları süreklidir yani, sürekli X-ışınlarının enerji aralığı, hemen
hemen, sıfırla yüksek hızlı elektronun maksimum enerjisi arasındadır.
Maksimal potansiyel 70.000 volt olup, elektronların maksimal
kazanabildiği enerji en fazla 70 keV olabilir. Bu enerji kinetik enerji
denklemine uygulandığında elektronların katod ve anod arasındaki 1-3
cm mesafelik yolda ışık hızının yaklaşık yarı hızına ulaştığı anlaşılır.
İşte bu kadar yüksek bir hızla hedefi bombardıman eden elektronların
kinetik enerjileri termal enerji ve x-ışını şeklinde elektromanyetik
enerjiye dönüşmektedir. Elektron bombardımanında kinetik enerjinin
büyük kısmı ısı enerjisine dönüşmektedir. Elektronlar, hedefin dış
yörünge elektronlarını aynı yörüngede daha yüksek enerji düzeyine
uyarmakta ancak yörüngeden koparamamaktadır. Uyarılmış elektronlar
normal konumlarına dönerken infrared radyasyon salınır. Böylece
elektronların kinetik enerjilerinin % 99’u ısı enerjisine dönüşmektedir.
Sürekli X-ışınlarının enerjisi üç faktöre bağlıdır. Bunlar; yüksek hızlı
elektronun enerjisi, hedef malzemenin yoğunluğu ve elektronun hareket
doğrultusu.

5. X-IŞINLARI 5
1.3. Karekteristik Işıma
(1917, Charles Glover Barkla)
2.süreç:
Dışarıdan gelen yüksek hızlı bir elektron, veya x-ışını yüksek enerjisi
sebebiyle atomun “iç yörüngelerindeki” bir elektronu koparıp bu
yörüngeden uzaklaştırabilir. Daha yüksek orbitallerde bulunan bir
elektron aniden alt seviyeye inerek bu boşluğu doldurur,
Şekil 4 Karekteristik ışımalı x-ışını üretilme prensibi
fazla enerjisini bir X-ışını fotonu olarak salar. Bu durumda oluşan
ışımaya Karakteristik Işıma denir. Her bir elementin kendine özgü
karakteristik ışıma dalgaboyları vardır.
Barkla made significant progress in developing and refining the laws of
X-ray scattering, X-ray spectroscopy, the principles governing the
transmission of X-rays through matter, and especially the principles of
the excitation of secondary X-rays.

6. X-IŞINLARI 6