أسئلة: الأشعة السينية

الإجابة الصحيحة: لأن درجة انصهاره عالية ويتحمل الحرارة الهائلة الناتجة عن اصطدام الإلكترونات

يفقد الإلكترون السريع معظم طاقته في صورة حرارة عند الاصطدام بالمصعد، لذا يُفضل التنجستن لارتفاع درجة انصهاره.

الإجابة الصحيحة: تباطؤ الإلكترونات المتسارعة نتيجة اقترابها من نوى ذرات المصعد

المجال الكهربي للنواة يُبطئ الإلكترون المفاجئ ويجعله يُصدر جزءًا من طاقته كفوتون أشعة سينية مستمر.

الإجابة الصحيحة: جهد تسارع الأنبوبة فقط

من قانون ديوان-هَنت $\lambda_{min} = \frac{hc}{eV}$، يعتمد الطول الموجي الأقصر على جهد التسارع الثابت ولا يتأثر بمادة المصعد.

الإجابة الصحيحة: من انتقالات إلكترونية بين مستويات الطاقة الداخلية لذرات المصعد

طرد إلكترون من مدار داخلي ثم انتقال إلكترون من مدار أعلى ليملأ الفراغ ينتج فوتونًا طاقته مميزة للعنصر.

الإجابة الصحيحة: الطبيعة الموجية للأشعة السينية وتماثل المسافات الذرية

بما أن الأطوال الموجية قريبة من المسافات البينية للبلورة، تعمل البلورة كمحزز حيود يظهر تداخلاً بناءً.

الإجابة الصحيحة: يقل أقصر طول موجي وتزداد أقصى طاقة للفوتونات

العلاقة عكسية بين الجهد $V$ وأقصر طول موجي $\lambda_{min}$ طبقًا للعلاقة $\lambda_{min} = \frac{hc}{eV}$.

الإجابة الصحيحة: تيار الأنبوبة (عدد الإلكترونات المنبعثة من المهبط)

شدة الأشعة تعتمد على عدد الإلكترونات (التيار)، بينما طاقتها وقدرتها على الاختراق تعتمد على جهد التسارع.

الإجابة الصحيحة: $2.49\times 10^{-11}$ م

بتطبيق العلاقة $\lambda_{min} = \frac{hc}{eV}$ مع $V=50000$ فولت، ينتج الناتج حوالي $2.49\times 10^{-11}$ متر.

الإجابة الصحيحة: $1.24\times 10^{4}$ إلكترون فولت

طاقة الفوتون $E = \frac{hc}{\lambda} = \frac{1.989\times 10^{-25}}{1\times 10^{-10}} \approx 1.989\times 10^{-15}$ جول، وبالقسمة على $1.6\times 10^{-19}$ تنتج حوالي $12431$ إلكترون فولت.

الإجابة الصحيحة: التصوير الطبي التشخيصي والأشعة المقطعية

تخترق الأشعة الأنسجة الرخوة بسهولة بينما تمتصها العظام بدرجة أكبر، مما يتيح تكوين صور تشخيصية واضحة.

الإجابة الصحيحة: $22.0^{\circ}$

من قانون براج: $\sin\theta = \frac{n\lambda}{2d} = \frac{1\times 0.15}{2\times 0.2} = 0.375$، ومنها $\theta = \sin^{-1}(0.375) \approx 22.0^{\circ}$.

الإجابة الصحيحة: تتحول إلى طاقة حرارية في المصعد

يفقد الإلكترون معظم طاقته في صورة حرارة عند الاصطدام، بينما تتحول نسبة ضئيلة جدًا إلى فوتونات أشعة سينية.

تنتج الأشعة السينية في أنبوبة مفرّغة تحتوي على: 1) مهبط ساخن (كاثود) يبعث إلكترونات بالانبعاث الحراري. 2) مصعد معدني (عادة تنجستن لارتفاع درجة انصهاره). يُسرّع فرق جهد كهربائي كبير الإلكترونات نحو المصعد لتكتسب طاقة حركية عالية ($eV$)؛ وعند اصطدامها بذرات المصعد، تفقد جزءًا من طاقتها على هيئة فوتونات أشعة سينية والباقي يتبدد كحرارة.

1) الطيف المستمر (الإشعاع المكابح): ينشأ نتيجة تباطؤ الإلكترونات السريعة وتغيير مسارها بفعل المجال الكهربي لنواة ذرة المصعد، وتختلف الطاقة المنبعثة حسب مدى الاقتراب من النواة. 2) الطيف الخطي المميز: ينشأ عندما يمتلك الإلكترون طاقة كافية لطرد إلكترون من مدار داخلي ذري (كـمدار K)، فينتقل إلكترون أعلى ليحل محله مصدراً فوتونًا طاقته تساوي فرق الطاقة بين المستويين وهو مميز لكل عنصر.

باستخدام قانون ديوان-هنت: $\lambda_{min} = \frac{hc}{eV}$ البسط = $(6.63\times 10^{-34}) \times (3\times 10^8) = 1.989\times 10^{-25}$ المقام = $(1.6\times 10^{-19}) \times (4\times 10^4) = 6.4\times 10^{-15}$ $\lambda_{min} = \frac{1.989\times 10^{-25}}{6.4\times 10^{-15}} \approx 3.11\times 10^{-11}$ متر (أو $0.0311$ نانومتر).

الصيغة الرياضية: $n\lambda = 2d\sin\theta$ دلالة الرموز: - $n$: رتبة الحيود (عدد صحيح موجب: 1، 2، 3، ...). - $\lambda$: الطول الموجي للأشعة السينية الساقطة. - $d$: المسافة الفاصلة بين المستويات الذرية المتوازية في البلورة. - $\theta$: زاوية السقوط المقيسة من مستوى المستويات الذرية.

لأن جهد التسارع يحدد الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات الساقطة ($eV$)، والتي بدورها تحدد أقصى طاقة للفوتون الناتج وأقصر طول موجي (علاقة طردية مع الطاقة). أما تيار الأنبوبة فيمثل عدد الإلكترونات المنبعثة في الثانية الواحدة، وكلما زاد عدد الإلكترونات زاد عدد الفوتونات المنتجة (أي زادت شدة الأشعة) دون تغيير طاقتها الفردية.

تعمل البلورات كمحزّز حيود لأن المسافات البينية الفاصلة بين مستوياتها الذرية متقاربة جدًا في رتبة الأجزاء من النانومتر، وهي نفس رتبة الأطوال الموجية للأشعة السينية. وعند سقوط الأشعة بزوايا محددة تحدث تداخلات بنّاءة وفق قانون براج. الأهمية التطبيقية: يُستخدم حيود الأشعة السينية لتحليل التركيب البلوري للمواد ومعرفة المسافات الذرية وبنية الجزيئات المعقدة.