Produzione dei raggi X

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1 I RAGGI X Produzione dei raggi X Tubo a raggi X Emissione per frenamento Emissione per transizione Spettro di emissione pag.1

2 Lunghezza d onda, frequenza, energia (fm) λ (m) RAGGI GAMMA ν (Å) RAGGI X (nm) 10 8 INFRA- -ROSSO ULTRA- -VIOLETTO (μm) 10 6 (mm) 10 4 (cm) 10 2 MICRO ONDE ONDE RADIO (Hz) GeV VISIBILE E = hν MeV kev E (ev) λν = c λ Å : ν Hz E 10 ev 200 kev λ (m) ν (Hz) pag.2

3 Da dove vengono i raggi X? Impossibile una produzione naturale L emissione caratteristica di atomi/molecole eccitati per via termica o elettrica dà radiazioni elettromagnetiche di energia inferiore Necessaria una produzione artificiale Bisogna produrre fenomeni atomici cui sia associata un energia maggiore di quella delle eccitazioni termiche o elettriche Emissione per transizione Due metodi: Emissione per frenamento Transizione diretta di elettroni Produzione di elettroni liberi legati tra orbitali esterni con alta energia cinetica e e interni di un atomo loro successivo frenamento pag.3

4 Alta corrente nel filamento: effetto Joule effetto termoionico emissione di elettroni Il tubo a raggi X Tubo a vuoto con anodo e catodo Generatore di tensione + trasformatore: alta corrente nel catodo alta d.d.p. tra anodo e catodo raggi X generatore di corrente Elettroni in alta d.d.p.: moto accelerato verso l anodo urto con l anodo e cessione di energia Radiazione di frenamento Radiazione di transizione n catodo K + F filamento generatore di alta tensione vuoto trasformatore anodo A diodo rete 220 V pag.4

5 Il tubo a raggi X Energia degli elettroni nel moto accelerato dalla d.d.p. d dal catodo all anodo/anticatodo E = T = ½m e v 2 = eδv è l energia totale massima messa in gioco nel processo Con questa energia gli elettroni urtano contro l anticatodo di tungsteno e interagiscono ( perdono energia) con la materia secondo i consueti processi ( interaz.radiazione-materia) pag.5

6 Emissione per frenamento Nell attraversare gli atomi di anticatodo, l elettrone diminuisce gradualmente la sua energia cinetica, emettendo fotoni di energia sempre minore. anticatodo v v = 0 e v' v" v"' h ν h ν" " h ν"' h ν + h ν' + h ν" +... = e ΔV Energia massima dei raggi X emessi con una d.d.p. ΔV: T T'< T bremsstrahlung elettrone fotone X T T T'=hν Se fosse emesso un unico fotone, la sua energia sarebbe: eδv = hν max pag.6

7 Spettro di emissione per frenamento eδv = hν max intensità I (u.a.) kv ν max = eδv/h λ min = c/ν max = hc/eδv = ( J s)( m/s) ( C) ΔV = 1238 nm / ΔV (Volt) kv 35 kv 30 kv 25 kv Spettro continuo: ν(10 18 Hz) tutte le λ fino a λ max che dipende da ΔVV E(keV) λ(å) ν E pag.7

8 Emissione per transizione Dopo l emissione di un elettrone interno (es. orbitale K), altri elettroni scendono dagli orbitali esterni (es. L, M) dell atomo emettendo raggi X di energia hν pari alla differenza tra le energie degli orbitali atomici. Spettro discreto (a righe) M L Valori energetici K in base alla legge di Moseley: hν = A(Z-b) 2 elettrone con Ab A,b costanti ti incidente FASE 1 FASE 2 elettrone deviato elettrone di transizione M L K Dipende da Z del bersaglio elettrone da orbitale K fotone X pag.8

9 Spettro di emissione complessivo pag.9

10 Spettro di emissione complessivo Spettro continuo di frenamento + conteggi Spettro discreto di transizione i I (x 10 9 ) K α ΔV = 84 kv E max = 84 kev! K β (kev) Energia: dipende da d.d.p. Intensità: dipende da corrente E Bersaglio: anticatodo t di tungsteno t Calore da frenamento Alto punto di fusione Alta conducibilità termica da transizione Alto numero atomico pag.10