ПОГЛИНАННЯ РЕНТГЕНІВСЬКОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ В речовини. При дослідженні взаємодії рентгенівських променів з речовиною (твердим, рідким або газоподібним) реєструється інтенсивність минулого або діфрагованого випромінювання. Ця інтенсивність інтегрального і пов'язана з різними процесами взаємодії. Щоб відокремити один від одного ці процеси, використовують їх залежно від умов експерименту і фізичних характеристик досліджуваного об'єкта.
Ефект розсіювання рентгенівських променів пов'язаний з тим, що сили змінного електромагнітного поля, що створюється пучком рентгенівських променів, призводять в коливальний рух електрони в досліджуваному матеріалі. Хиткі електрони випускають рентгенівські промені тієї ж довжини хвилі, що і первинні, при цьому відношення потужності променів, розсіяних 1 г речовини, до інтенсивності падаючого випромінювання приблизно становить 0,2. Цей коефіцієнт дещо збільшується для рентгенівських променів з великою довжиною хвилі (м'яке випромінювання) і зменшується для променів з малою довжиною хвилі (жорстке випромінювання). При цьому найсильніше розсіюються промені в напрямку падаючого пучка рентгенівських променів (і в зворотному напрямку) і слабкіше за все (в 2 рази) в напрямку, перпендикулярному первинному.
Фотоефект виникає, коли поглинання падаючого рентгенівського випромінювання супроводжується викидом електронів. Після викиду внутрішнього електрона відбувається повернення до стаціонарного стану. Цей процес може відбуватися або без випромінювання з викидом другого електрона (ефект Оже), або супроводжуватися характеристичним рентгенівським випромінюванням атомів матеріалу (див. РЕНТГЕНІВСЬКІ ПРОМЕНІ). За своєю природою це явище аналогічно флюоресценції. Рентгенівська флюоресценція може відбуватися тільки при впливі характеристичного рентгенівського випромінювання будь-якого елементу на перешкоду з більш легкого елемента (з меншим атомним номером).
Сумарне поглинання рентгенівських променів визначається підсумовуванням усіма видами взаємодії, що ослабляють інтенсивність рентгенівського випромінювання. Для оцінки ослаблення інтенсивності рентгенівського випромінювання при проходженні через речовину використовують лінійний коефіцієнт ослаблення, що характеризує зменшення інтенсивності випромінювання при проходженні через 1 см речовини і рівний натуральному логарифму відносини інтенсивностей падаючого і минулого випромінювання. Крім того, як характеристику здатності речовини поглинати падаюче випромінювання використовують товщину шару половинного поглинання, тобто товщина шару, при проходженні через який інтенсивність випромінювання зменшується вдвічі.
Фізичні механізми розсіювання рентгенівського випромінювання і виникнення вторинного характеристичного випромінювання різні, але у всіх випадках залежать від кількості атомів речовини, що взаємодіють з рентгенівським випромінюванням, тобто від щільності речовини, тому універсальної характеристикою поглинання є масовий коефіцієнт поглинання - істинний коефіцієнт поглинання, віднесений до щільності речовини.
Коефіцієнт поглинання в одному і тому ж речовині падає зі зменшенням довжини хвилі рентгенівського випромінювання, однак при деякій довжині хвилі відбувається різке збільшення (стрибок) коефіцієнта поглинання, після чого продовжується його зменшення (рис.). При стрибку коефіцієнт поглинання збільшується в кілька разів (іноді на порядок) і на різну величину для різних речовин. Виникнення стрибка поглинання пов'язано з тим, що при певній довжині хвилі збуджується характеристичне рентгенівське випромінювання речовини, що опромінюється, що різко збільшує втрати енергії при проходженні випромінювання. У межах кожної ділянки кривої залежності коефіцієнта поглинання від довжини хвилі (до і після стрибка поглинання) масовий коефіцієнт поглинання змінюється пропорційно кубу довжини хвилі рентгенівського випромінювання і атомного номера хімічного елемента (матеріалу перепони).
Коли через речовина проходить немонохроматичним рентгенівське випромінювання, наприклад, випромінювання із суцільним спектром, виникає спектр коефіцієнтів поглинання, при цьому короткохвильове випромінювання поглинається слабкіше довгохвильового і в міру збільшення товщини перешкоди результуючий коефіцієнт поглинання наближається до величини, характерної для короткохвильового випромінювання. Якщо речовина складається з декількох хімічних елементів, то сумарний коефіцієнт поглинання залежить від атомного номера кожного елемента і кількості цього елементу в речовині.
Розрахунки поглинання рентгенівського випромінювання в речовині мають велике значення для рентгенодефектоскопії. При наявності дефекту (наприклад, пори або раковини) в металевій пластині інтенсивність минулого випромінювання збільшується, а при включенні з більш важкого елемента - зменшується. Знаючи величину коефіцієнта поглинання, можна розрахувати геометричні розміри внутрішнього дефекту.
При дослідженні матеріалів за допомогою рентгенівського випромінювання інтерпретація результатів ускладнюється через наявність кількох довжин хвиль. Для виділення окремих довжин хвиль застосовують рентгенівські фільтри, виготовлені з речовин з різним коефіцієнтом поглинання для різних довжин хвиль, при цьому використовується той факт, що зростання довжини хвилі випромінювання супроводжується збільшенням коефіцієнта поглинання. Наприклад, для алюмінію коефіцієнт поглинання рентгенівського випромінювання К-серії від залізного анода (l = 1,932 А), більше, ніж для випромінювання К-серії від молібденового анода (l = 0,708 А) і при товщині алюмінієвого фільтра 0,1 мм ослаблення випромінювання від залізного анода в 10 разів більше, ніж для випромінювання молібдену.
Наявність стрибка поглинання на кривій залежності коефіцієнта поглинання від довжини хвилі дає можливість отримати селектівно- поглинають фільтри, якщо довжина хвилі фильтруемого випромінювання, лежить безпосередньо за стрибком поглинання. Цей ефект використовується для того, щоб відфільтрувати b -складати К-серії випромінювання, яка за інтенсивністю в 5 разів слабкіше a -складати. Якщо підібрати відповідний матеріал фільтру так, щоб a і b -складати були по різні боки стрибка поглинання, то інтенсивність b -складати зменшується ще в кілька разів. Прикладом може служити завдання про фільтрації b-випромінювання міді, в якій довжина хвилі a-випромінювання К-серії становить 1,539, а b-випромінювання 1,389 А. У той же час на кривій залежності коефіцієнта поглинання від довжини хвилі стрибок поглинання відповідає довжині хвилі 1,480 А , тобто знаходиться між довжинами хвиль a і b-випромінювання міді, в районі стрибка поглинання коефіцієнт поглинання збільшується в 8 разів, тому інтенсивність b-випромінювання виявляється менше інтенсивності a-випромінювання в десятки разів.
При взаємодії рентгенівського випромінювання з твердим тілом можуть виникати радіаційні пошкодження структури, пов'язані з переміщенням атомів. В іонних кристалах виникають центри забарвлення, аналогічні явища спостерігаються в стеклах, в полімерах змінюються механічні властивості. Ці ефекти пов'язані з вибиванням атомів з рівноважних положень в кристалічній решітці. В результаті утворюються вакансії - відсутність атомів у рівноважних положеннях в кристалічній решітці і впроваджені атоми, що знаходяться в стані рівноваги положенні в решітці. Ефект фарбування кристалів і скла під дією рентгенівського випромінювання є оборотним і в більшості випадків зникає при нагріванні або тривалій витримці. Зміна механічних властивостей полімерів при рентгенівському опроміненні пов'язано з розривом міжатомних зв'язків.
Основним напрямком вивчення взаємодії рентгенівського випромінювання з твердим тілом є рентгеноструктурний аналіз, за допомогою якого досліджують розташування атомів в твердому тілі і його зміни при зовнішніх впливах.
Лев Миркин
