X-Işını Nedir? X-Işını Nasıl Oluşur?

X Işınının Oluşumu

X-ışını kırınımı uyumlu saçılmanın özel bir durumudur. Özellikle, elektron gevşek olarak bağlı olduğunda, x-ışını fotonu enerjisinin bir kısmını çarpışma sırasında elektrona aktarabilir. Bu durumda saçılma, uyumsuz saçılma ya da Compton saçılması adını alır; saçılan ışının dalga boyu geleninkinden daha büyüktür.

Toplam saçılma, σ uyumlu ve uyumsuz saçılma terimlerinin toplamından oluşur ve
σ = Z f 2 + ( 1 – f 2 ) bağıntısı ile verilir. Burada ilk terim uyumlu ve ikinci terim ise uyumsuz saçılma terimi olup Z atom numarası ve f atomsal saçılma katsayısı adını alır.

Fotoelektrik Olay
X-Işını bir maddenin üzerine düştüğünde geçen demetin şiddetinde azalma olduğunda bu azalma miktarı I0 – I olarak tanımlanabilir ve bu miktarın çoğunluğu fotoelektrik etkileşmelere yol açar. Başka bir değişle, fotonların bir kısmı elektronların bağlı bulundukları konumlardan kopmalarına yol açar. Fotoelektrik soğurma τ ile gösterilir ve atomun her düzeyinde oluşur. Toplam fotoelektrik soğurma, τtop her bir enerji düzeyindeki soğurmaların toplamına eşittir.
τtop = τ K + τ L + τ M + ∙ ∙ ∙

Boşalan elektron yerleri üst tabakalardan elektron geçişleri ile doldurulurken yayınlanan ışının dalga boyu, gelen ışının λ dalga boyundan daha uzundur. Yayınlanan ışın x-ışınından farklı bir ışıma da olabilir.

Soğurma
μ = τ + σ ve genellikle τ > σ dir.
Maddenin yoğunluğu ρ olduğuna göre kütlece soğurma katsayısı μM = μ / ρ olarak tanımlanır. Madde için belirgin bir nicelik olan μ / ρ birim kesitte bir ışından birim kütlede madde tarafından alınan enerji kesrini gösterir ve birimi cm2 / g dır.
Kütlece soğurma katsayısının dalga boyuna bağlı olarak değişimi gümüş için yukarıdaki şekilde verilmiştir. Grafikte görüldüğü gibi μ / ρ kütle soğurma katsayısı, K ile gösterilen yere kadar yaklaşık olarak λ3 ile orantılı olarak artar. λK dalga boyuna rastlayan K noktasında μ / ρ birden daha aşağı bir değere düşer, K ile L arasındaki dalga boylarında kütlece soğurma katsayısı tekrar 3 ile orantılı olarak artar. Sonra LI de yeniden düşer. Eğride birbirine yakın LI , LII , LIII gibi üç tane kesiklilik görülmektedir. İlk kesikliğin dalga boyuna K soğurma eşiği ve diğer üç kesiklilik de L soğurma eşiği denir.

X – Işını Oluşumu
Belirgin X–Işını
1. Yüksek enerjili elektron demeti bir hedef malzemesine gönderildiğinde hedef atomlarından saçılırken iç kabuktan da elektron sökülmesine yol açabilir. İç kabukta elektron eksilmesi ile uyarılmış durumda kalan atomda, bir süre sonra, boşalan kabuktaki yer üst tabakadan bir elektronun geçmesi ile doldurulur ve açığa çıkan enerji x-ışını fotonu olarak yayınlanır.



2. Birincil bir X-Işını demeti, hedef atomları üzerine gönderildiğinde iç kabuklardan elektron sökülmesine ve bu elektronun (foto elektron) serbest kalarak bir kinetik enerji ile atomdan fırlatılmasına neden olabilir. İç kabukta boşalan yer üst kabuk elektronları tarafından doldurularak belirgin X-Işını yayınlanmasına yol açılır.

X-Işını Algılayıcıları
Çağdaş spektrometreler ışık enerjisini elektriksel işaret şekline dönüştüren algılayıcılarla donatılmışlardır. Bu tür uygulama için üç farklı dönüştürücü kullanılır:
Gazlı algılayıcılar
Pırıldama sayaçları
Yarıiletken algılayıcılar
Bu üç yöntemin temelini foton sayım işlemi oluşturur. Bu nedenle önce foton sayımı işlemini incelemekte yarar vardır.

Pırıldama Sayacı: Pırıldama sayacı, yüksek enerjili fotonların enerjisini görünür bölgedeki ışık pırıltısına dönüştüren malzeme ile bu pırıltıyı yeterli düzeydeki elektron akımına dönüştüren bir foto çoğaltıcıdan oluşur.
Dönüşüm verimi büyük olmakla birlikte görünür bölgede oluşan pırıltının şiddeti çok zayıftır. Bu nedenle, algılanabilir bir işarete dönüştürebilmek için fotoçoğaltıcı kullanılır.

İdeal bir pırıldama malzemesi aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır:
Yüklü bir parçacığın kinetik enerjisini verimli bir şekilde algılanabilir bir ışığa dönüştürebilmelidir.
Dönüşüm lineer olmalıdır; oluşan ışık geniş bir aralıkta gelen enerji ile orantılı olmalıdır.
Hızlı algılama için yeniden ışıma süresi çok kısa olmalıdır.
Foto çoğaltıcı ile optik olarak bütünleşebilmesi için malzemenin kırılma indisi camınkine yakın olmalıdır.

İnorganik alkali halojenlerden sodyumiyodür ile organic sıvılar ve plastikler yaygın olarak pırıldama malzemesi olarak kullanılır. İnorganik maddeler daha duyarlıklı olmalarına karşın yavaş tepki verirler, organic maddeler ise hızlı olmakla birlikte pırıldama verimi düşüktür.

Foton Sayımı: X-Işını algılayıcıları genellikle foton sayıcıları olarak çalışırlar. X-Işını fotonları bir dönüştürücü tarafından elektriksel atmaya dönüştürülür ve demetin şiddeti birim zamandaki sayım cinsinden sayısal olarak kaydedilir. Ancak, bu kayıt işlemi ikinci bir foton gelmeden tamamlanabilecek hızda gerçekleşmelidir.

Bu nedenle, foton sayımı yalnızca göreceli olarak düşük şiddetli demetlere uygulanabilir. Demet şiddeti arttıkça foton sayısı artar ve her bir fotona ait elektriksel atmalar da daha sık oluşur. Sayım düzeneğinin sayma süresinden daha kısa sürede oluşan atmalar bu durumda ayırt edilemezler. Birim zamanda oluşan ortalama bir atma sayısına karşılık gelen sabit bir akım oluşur. Zayıf şiddetli ışımanın şiddet ölçümü için foton sayımı daha elverişlidir.

MERT KAYA