إنتاج الأشعة السينية

كيف يتم إنتاج الأشعة السينية؟

هناك ثلاث آليات مشتركة لإنتاج الأشعة السينية وهي: تسريع الجسيمات المشحونة والتحولات الذرية بين مستويات الطاقة المنفصلة والانحلال الإشعاعي لبعض النوى الذرية، حيث تؤدي كل آلية إلى طيف مميز من إشعاع الأشعة السينية.

في نظرية الكهرومغناطيسية الكلاسيكية، تبعث الشحنات الكهربائية المتسارعة موجات كهرومغناطيسية، وفي المصدر الأرضي الأكثر شيوعًا للأشعة السينية فإن أنبوب الأشعة السينية وهو شعاع من الإلكترونات عالية الطاقة يؤثر على هدف صلب عندما تتفاعل الإلكترونات سريعة الحركة في الحزمة مع الإلكترونات وأنوية الذرات المستهدفة ستنحرف وتتباطأ بشكل متكرر.
خلال هذا التباطؤ المفاجئ، تبعث إلكترونات الشعاع bremsstrahlung (الألمانية: “إشعاع الكبح”) طيف مستمر من الإشعاع الكهرومغناطيسي مع شدة الذروة في منطقة الأشعة السينية ويتم تضمين معظم الطاقة المشعة في أنبوب الأشعة السينية في هذا الطيف المستمر.
المصادر الأكثر قوة والأكبر بكثير لسلسلة من الأشعة السينية هي مسرعات الجسيمات السنكروترونية وحلقات التخزين في السنكروترون: حيث يتم تسريع الجسيمات المشحونة والتي عادةً ما تكون إلكترونات أو بوزيترونات إلى طاقات عالية جدًا تصل عادة إلى مليارات فولت الإلكترون ثم تقتصر على مدار مغلق بواسطة مغناطيس قوي.
عندما تنحرف الجسيمات المشحونة بواسطة المجالات المغناطيسية وبالتالي تتسارع عبر التغيير في اتجاه حركتها فإنها ستبعث ما يسمى إشعاع السنكروترون وهي سلسلة متصلة يتم تحديد شدتها وتوزيعها الترددي من خلال قوة المجالات المغناطيسية و طاقة الجسيمات المتداولة، حيث يتم استخدام مصادر ضوء السنكروترون المصممة خصيصًا في جميع أنحاء العالم لدراسات الأشعة السينية للمواد.
في أنبوب الأشعة السينية، بالإضافة إلى الطيف المستمر للإشعاع المنبعث من الإلكترونات المتباطئة، هناك أيضًا طيف من خطوط انبعاث الأشعة السينية المنفصلة التي تميز المادة المستهدفة، حيث ينتج هذا “الإشعاع المميز” عن إثارة الذرات المستهدفة من خلال التصادم مع الإلكترونات سريعة الحركة.
يتسبب التصادم أولاً في إخراج إلكترون ذو غلاف داخلي محكم الإغلاق من الذّرة؛ ثم يسقط إلكترون ذو غلاف خارجي فضفاض في القشرة الداخلية لتعبئة الشاغر وفي هذه العملية، تنبعث الذرة من الفوتون بطاقة تساوي الفرق بين حالات الشواغر الداخلية والقشرة الخارجية.
يتوافق فرق الطاقة هذا عادةً مع أطوال موجات الفوتون في منطقة الأشعة السينية للطيف، يمكن أيضًا إنتاج إشعاع الأشعة السينية المميز من مادة مستهدفة عند تعرضه لحزمة الأشعة السينية الأولية، ففي هذه الحالة تبدأ فوتونات الأشعة السينية الأولية بتسلسل التحولات الإلكترونية التي تؤدي إلى انبعاث فوتونات الأشعة السينية الثانوية.