الفيزياء — الصف الثالث الثانوي، الطبعة الثانية ٢٠٠٥

(3-1-4) الأشعة السينية ( أشعة X) :

في عام 1895م لاحظ العالم الألماني " وليم رونتجن " بأن أشعة قوية مجهولة تتولد عندما تصطدم الالكترونات السريعة بجسم معدني يسمى عادة بالهدف. وسميت هذه الأشعة المجهولة بالأشعة السينية (أشعة X) وذلك لأنها كانت مجهولة الطبيعة وعادة يرمز للشئ المجهول بـ (X) أو (Y) أي س أو ص لقد أمكن لاحقاً فهم كيفية تولد الأشعة السينية على ضوء قانون بقاء الطاقة. فعندما يصطدم الكترون سريع بجسم معدني فإنه يسكن (أي يتوقف) فتتحول طاقته الحركية التي كان يتحرك بها عند اصطدامه بالجسم إلى طاقة في شكل موجات كهرومغنطيسية . حيث يولد كل الكترون فوتوناً واحداً فقط . وهذا يعني أن أشعة (X) هي موجات كهرومغنطيسية (فوتونات) . ويتركب جهاز توليد الأشعة السينية من أنبوبة زجاجية مفرغة من الهواء وبداخلها قطب سالب يسمى بالمهبط موصل بالقطب السالب لمصدر كهربي عالي الجهد ، وهو معدن يقوم بقذف الالكترونات عندما يتم تسخينه بواسطة فتيل (وهو سلك ملفوف مثل سلك التتجستن المستخدم في المصابيح) فتتنافر الالكترونات السالبة مع المهبط السالب (شكل (5-4) ). ويوجد بالأنبوبة أيضاً أسطوانة معدنية متصلة بالقطب الموجب للمصدر الكهربي وتسمى بالمصعد وهي تعمل على جذب الالكترونات السالبة إليها . ويعمل فرق الجهد (جـ) على تسريع الالكترونات بإكسابها سرعة عالية وطاقة حركة بفضل الشغل الذي يبذله المصدر الكهربي عليها . حيث نجد أن طاقة حركة الالكترون :

ط_ح = الشغل المبذول بواسطة المصدر الكهربي = فرق الجهد × شحنةالالكترون

الشكل (5-4) : جهاز أشعة (X) .

الشكل (5-4) : جهاز أشعة (X) .

ملاحظة تصحيح (ليست من الكتاب): رقم الرسم في تسلسل أشكال الفصل هو (4-5) لا (5-4). اسم الملف بقي fig-4-5.svg حتى لا تُكسر الروابط.

(16-4)
طح (الإلكترون)=جـ×ش١\boxed{ \text{ط}_\text{ح}\text{ (الإلكترون)} = \text{جـ} \times \text{ش}_\text{١} }

وعندما تصطدم هذه الالكترونات السريعة بالهدف المعدني تتوقف وتسكن فتتحول الطاقة الحركية لكل إلكترون قد توقف إلى طاقة تبعث في شكل فوتون تردده ذ . وحسب قانون بقاء الطاقة نجد أن :

طاقة الفوتون = الطاقة الحركية للالكترون

ولأن طاقة الفوتون = هـ × ذ \qquad حيث هـ = ثابت بلانك .

(17-4)
∴هـ×ذ=طح الإلكترون\boxed{ \therefore \text{هـ} \times \text{ذ} = \text{ط}_\text{ح}\text{ الإلكترون} }

ونسبة لصعوبة قياس سرعة الالكترون وبالتالي طاقة حركته فإننا سنستخدم العلاقة (16-4) بين طاقة الحركة وفرق جهد المصدر الكهربي لإيجاد طاقة الفوتون بدلالة فرق الجهد لتصبح في الصورة :

هـ × ذ = ط_ح = ش₁ × جـ = 1.6×10−191.6 \times 10^{-19} × جـ

وتستخدم اشعة (X) أو الأشعة السينية في الطب بصورة مكثفة حيث يتم بواسطتها تصوير الكسور والتغيرات التي تحدث في الجسم بسبب الأمراض مما يمكن من تشخيص هذه الأمراض بواسطة الأطباء .

مثال (4-4) :

أحسب الطول الموجي لأشعة (X) التي تنبعث من الجهاز الذي ينتجها إذا كان فرق الجهد بين طرفي المصدر الكهربي يساوي 100000 فولت علماً بأن شحنة الإلكترون ش₁ = 1.6×10−191.6 \times 10^{-19} كولوم وثابت بلانك هـ = 6.6256.625 × 10−3410^{-34} جول ثانية .

الحل :

هـ × ذ = جـ × ش₁ \qquad حيث جـ = فرق الجهد

هـ×عλ\dfrac{\text{هـ} \times \text{ع}}{\lambda} = جـ × ش₁

λ=هـ×عجـ×ش١=6.625×10−34×3×108105×1.6×10−19=12.422×10−12 م\lambda = \frac{\text{هـ} \times \text{ع}}{\text{جـ} \times \text{ش}_\text{١}} = \frac{6.625 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^{8}}{10^{5} \times 1.6 \times 10^{-19}} = 12.422 \times 10^{-12}\text{ م}