تعريف الخصائص الفيزيائية للاشعة السينية

يصف هذا المقال التعليمي كيفية إنتاج الأشعة السينية وكيفية تفاعلها مع المواد في تشكيل صورة إشعاعية ، وكما يتم وصف المبادئ الأساسية في تعريف الخصائص الفيزيائية للأشعة السينية X – Ray وهي مكملة لمعرفة تفسير الخصائص الفيزيائية للأشعة الجزء الاول .

المفاتيح الاساسية والنقاط الرئيسية في استخدام الاشعة السينية

• يتم انتاج اشعة اكس حسب الحاجة
• يتم انتاج الاشعة السينية عن طريق تفاعل الالكترونات السريعة داخل انبوب الاشعة.
• يتم استخدام نوعين من التقنيات في توليد الاشعة characteristic radiation and bremsstrahlung
• لايتم استخدام اي مواد مشعة حيث انها تعمل بالكهرباء
• التحكم الكامل في كثافة الاشعاع عن طريق الجهد او التيار current or voltage
• تسافر الاشعة في خطوط مستقيمة ويتم تخفيفها وفقا لكثافة المواد وفي المجالات الطبية يتم تخفيف شدة الاشعاع وفقا لكثافة وسمك انسجة الجسم.
• يمكن تكبير الصورة الاشعاعية في الوقت الحقيقي للتصوير.
• صورة الاشعة السينية عبارة عن خريطة من حيث كثافة الظلام
• التعرض للاشعة السينية بصورة غير معقولة خطر جدا على الخلايا الحية
• يجب استخدام الاشعة السينية من واقع مسؤلية.

تعريف انتاج الاشعة السينية

يتم انتاج الاشعة السينية داخل جهاز المعروف باسم الانبوب ولا يتم في هذه العمليات اشتراك اي نوع من انواع المواد المشعة الطبيعية كما يمكن تغيير اعدادات الجهد والتيار من اجل الحصول على خصائص معينة في كمية انتاج الاشعة بحيث يتم تطبيق مختلف اطياف اشعة اكس لاجزاء المواد المختلفة.

وكما هو واضح بالمثال اعلاه يتم انشاء الاشعة السينية عبر مجموعة من التفاعلات وهو تسريع الالكترونات وقذفها الى نواه المواد المستهدفة التنغستن (الانود) وكما وضحنا سايفا هناك نوعان من توليد الاشعة السينية حسب الاتي.

اولا: فكرة عمل الإشعاع الانكباحي Bremsstrahlung Radiation

ان انابيب الأشعة السينية تنتج فوتونات من خلال تسريع تيار من الإلكترونات المحملة بطاقات عالية قد تصل الي عدة مئات كيلو الكترون فولت . مع سرعات عدة مئات من الكيلومترات في الساعة ، ثم يتم اصطدامها بالمواد المستهدفة الثقيلة التنغستن،

في حين ان هناك تسارع مفاجئ من الجسيمات المشحونة (الإلكترونات) ، وفي هذه المرحلة يتم انتاج فوتونات الإشعاع الانكباحي وبذلك يتم توليد الإشعاع (أشعة X) ، ويتم استمراية او زيادة الطيف الاشعاعي عبر الطاقات ، عن طريق زيادة الحد الاقصى من الطاقة لشعاع الالكترون الي عدة كيلو الكترون فولت ،

هناك ايضا عملية تخفيف للفوتونات المتولدة في اشعاع الكبح ، فعند تمرير الفوتون خلال المواد المستهدفة (الانود – التنغستن ) والتي تكون في حدود 50 ميكرون ، يتم انتاج شعاع نافذة الألمنيوم أو شعاع فراغ البريليوم الذي يساهم في عملية التخفيف او القضاء على الفوتونات منخفضة الطاقة من 1 كيلو  إلى 15 كيلو.

كما يحدث انخفاض كبير في هذه المرحلة لطيف الاشعاع الذي يتراوح من 15 كيلو  الى 50 كيلو و يتم تعديل خروج طيف الاشعة عبر أنبوب الأشعة السينية بتركيب مزيد من المرشحات (فلاتر) التي يتم استخدامها في عمليات ضبط الاشعاع.

ثانيا: فكرة عمل قذيفة الاشعاع K-shell Emission Radiation

قد يعرف ايضا باسم Characteristic radiation ومن الواجب ان نتذكر أن ذرات الإلكترونات يتم تكوينها واعدادها داخل وعاء shell ويتم اغلاقه على طاقات ذرية مختلفة ، وبشكل مبسط عن فكرة العمل فهي تشبه المدفع بحيث يتم تكوين عدد كثير جدا من الالكترونات داخل نواه الذرة ويتم غلقها وتسمى (الذرات الثقيلة ) ، ثم يحدث تصادم الكترون سريع الحركة مع الكترون K-shell الذي يقوم بعملية دق تدريجي على الذرات الثقيلة ليحدث ثقب او حفرة في الجزء السفلي من الذرة ولكن بشرط ان تكون طاقة الالكترون السريع اكبر من طاقة الكترون K-shell ، المهم عند احداث هذا الثقب تملاء الالكترونات الغلاف الخارجي لهذا الثقب ويتم قذف فوتون واحد للاشعة السينية.

وبالتالي فآن طاقة الكترونات K-shell هي الاقل بالنسبة للاكترونات الموجودة داخل الذرة وان الالكترون الوارد من الذرة يمد الكترون k-shell ما يكفي من الطاقة ليتم قذفة او تسديده خارج النواه الي اللمواد المستهدفة التنغستن او الانود والذي لديه طاقات عالية جدا ، ثم يسقط الالكترون بعد خسارته للطاقة ويظهر باعتباره فوتون الاشعة السينية ، في الوقت نفسه تقع الالكترونات ذات الطاقة العالية في الوعاء او shell ويتم غلق الذرة وعيد نفس العملية وهلما جرا ….

حيث ان الذرة المتأينة لا تزال نشطة لفترة زمنية ١٠ الي ١٤ ثانية وبالتالي يمكنها ان تعيد هذه العملية مرارا وتكرارا كل ١٠ الي ١٢ ثانية وفي العموم ان نوع اشعاع القذيفة K-shell Emission Radiation   له كثافة اعلى من كثافة اشعاع الكبح كما ان فوتون هذا النوع من الاشعاع يخرج في طول موجي واحد لا يتغير  وفي الرسم البياني الاتي يوضح طيف الاشعة السينية وكيف يمكن التحكم فيه عن طريق اعدادات الجهد والتيار او عن طريق اضافة الفلاترللحد من الاشعة السينية منخفضة الطاقة

معلومة ….. قل لعبادي يقولوا التي هي احسن ان الشيطان ينزغ بينهم ان الشيطان للانسان عدو مبين

انظر ايضا الي هذه الصورة Bremsstrahlung

كانت هذه نبذة مختصرة عن طريقة عمل و تعريف الخصائص الفيزيائية للاشعة السينية ضمن دورة التصوير بالاشعة في الاختبارات غير الاتلافية NDT المقدمة بموقع عقل المهندس كما يسعدني تلقي اي استفسار حول الموضوع عبر اضافة التعليقات.