الهدف

بنهاية هذا الدرس، سيكون الطالب قادرًا على وصف إنتاج الأشعة السينية وتطبيق قانون براج لحيودها.

شرح الدرس

إنتاج الأشعة السينية:

  • قصف الهدف بإلكترونات ذات طاقة عالية
  • إشعاع الفرملة (Bremsstrahlung): تباطؤ الإلكترونات يُنتج طيفًا مستمرًا
  • الخط الطيفي: إلكترون يملأ فجوة في مستوى داخلي يُنتج فوتون X محدد

الحد الأقصر موجيًا: λ_min = hc/(eV)

حيود الأشعة السينية (قانون براج):

2d·sinθ = nλ
  • d: المسافة بين الطبقات الذرية في البلورة
  • θ: زاوية السقوط (مع السطح)

أسئلة تدريبية

1. إلكترون تسارع عبر 50 kV. احسب أقصر طول موجي للأشعة السينية الناتجة. h=6.626×10⁻³⁴، c=3×10⁸، e=1.6×10⁻¹⁹

عرض الإجابة

λ_min=hc/(eV)=6.626×10⁻³⁴×3×10⁸/(1.6×10⁻¹⁹×50000)=1.989×10⁻²⁵/8×10⁻¹⁵=2.49×10⁻¹¹ م=0.0249 نانومتر.

2. أشعة X طولها الموجي 0.1نانومتر تسقط على بلورة d=0.2nm. عند أي زاوية يحدث حيود الرتبة الأولى؟

عرض الإجابة

2d·sinθ=1λ→sinθ=0.1/(2×0.2)=0.25→θ=14.5°.

3. ما الفرق بين الطيف المستمر والطيف الخطي للأشعة السينية؟

عرض الإجابة

المستمر (Bremsstrahlung): ينتج عن تباطؤ الإلكترونات بشكل تدريجي. الأقصر موجيًا يعتمد على فرق الجهد. الخطي: ينتج عن الانتقالات الذرية بين مستويات محددة، طوله الموجي يحدد نوع العنصر المستهدف.

4. لماذا تُستخدم الأشعة السينية وليس الضوء المرئي في دراسة البنية البلورية؟

عرض الإجابة

لأن المسافات بين الذرات في البلورات (~0.1-1nm) مماثلة لأطوال موجات الأشعة السينية، مما يُتيح حيودًا قابلًا للقياس. أطوال موجات الضوء المرئي (400-700nm) أكبر بكثير فلا تُنتج حيودًا مناسبًا.

5. بلورة d=0.154nm. أشعة X λ=0.154nm. احسب زوايا حيود أول وثاني رتبة.

عرض الإجابة

n=1: sinθ=nλ/(2d)=0.154/0.308=0.5→θ=30°. n=2: sinθ=0.308/0.308=1→θ=90° (غير قابل للقياس عمليًا).

6. ما المحدد الرئيسي لجودة أنبوب الأشعة السينية الطبي (حدة الصورة)؟

عرض الإجابة

1) حجم بقعة الهدف (الأصغر←أحدة). 2) فرق الجهد (يُحدد الطاقة وبالتالي قدرة الاختراق). 3) ثبات الإشارة. 4) التبريد: طاقة الإلكترونات تتحول 99% حرارة و1% فقط أشعة X.

7. إلكترون طاقته 30keV يصطدم بهدف تنجستن. ما الحد الأقصر موجيًا؟

عرض الإجابة

λ_min=hc/E=6.626×10⁻³⁴×3×10⁸/(30000×1.6×10⁻¹⁹)=1.989×10⁻²⁵/4.8×10⁻¹⁵=4.14×10⁻¹¹م≈0.041nm.

8. كيف يساعد تحليل الحيود بالأشعة السينية (XRD) في اكتشاف بنية DNA؟

عرض الإجابة

فرانكلين وويلكينز استخدما XRD لتصوير ألياف DNA. أنماط حيود المحاور Bragg كشفت البنية الحلزونية المزدوجة والمسافات بين أزواج القواعد، وهو ما استخدمه واتسون وكريك لتأكيد نموذجهما.

9. احسب الجهد اللازم لإنتاج أشعة X طولها الموجي 0.05nm.

عرض الإجابة

V=hc/(eλ)=6.626×10⁻³⁴×3×10⁸/(1.6×10⁻¹⁹×5×10⁻¹¹)=1.989×10⁻²⁵/8×10⁻³⁰=24,862 V≈24.9 kV.

10. ما التطبيقات الطبية للأشعة السينية؟ وما مخاطرها؟

عرض الإجابة

التطبيقات: تصوير العظام والصدر، CT scan، تصوير الثدي (ماموغرافي). المخاطر: تأيين الأنسجة يمكنه كسر الحمض النووي وقد يسبب طفرات وسرطانًا. لهذا تُستخدم جرعات أدنى ممكنة.

11. ما الفرق بين التصوير بالأشعة السينية التقليدي والـCT scan؟

عرض الإجابة

التقليدي: صورة مستوية (2D) تعرض ظلالًا متراكبة. CT: جهاز يلتقط صورًا من زوايا كثيرة حول الجسم، يُعيد بناؤها حاسوبيًا كمقاطع 3D دقيقة تُظهر الأنسجة الرخوة والأورام بوضوح أكبر.

12. لماذا يتوهج الهدف المعدني في أنبوب الأشعة السينية؟

عرض الإجابة

لأن 99% تقريبًا من طاقة الإلكترونات تتحول لحرارة (ليس أشعة X). لذا يحتاج الهدف (تنجستن) لتبريد مستمر ولديه نقطة انصهار عالية جدًا (3422°C). بعض الأنابيب تستخدم هدفًا دوارًا لتوزيع الحرارة.

💬 ابدأ من هنا — افهم أولًااطلب من ChatGPT أن يشرح الدرس مرة أو مرتين أو حتى عشر مرات، بطريقة أبسط أو بأمثلة أو بمواقف من الحياة. عندما تفهم، اقرأ الدرس جيدًا ثم أجب عن الأسئلة الاثني عشر.
1
Copy lesson information
2
Open ChatGPT
Paste lesson information in the ChatGPT chat box.
Open ChatGPT
3
Press Enter / Send
Press Enter / Send, then wait for ChatGPT to get ready with your lesson.
تحميل هذا الباب / Download this Chapterنسخة كاملة للدراسة بدون إنترنت، مع الأسئلة والإجابات والصور المتاحة.