تمتص الأشعة السينية في الأجسام المختلفة بسبب ظاهرتي: التشتت والأثر الكهروضوئي، وإن كانت تأثيرات التشتت ضئيلة بشكل أو بآخر إذا قورنت بالأثر الكهروضوئي. ويشمل التشتت نوعين هما التشتت المترابط الذي لا يصاحبه تغير في الطول الموجي (وهو يعرف بتشتت طومسون والتشتت غير المترابط (ويسمى تشتت كومتون) (انظر الشكل 3-4).

شكل (3-4) امتصاص الاشعة السينية

1- حزمة ساقطة 2- إلكترونات أوجيه الثانوية 3- الاثر الكهروضوئي 4- التشتت

– معامل الامتصاص الكتلي

هب أن حزمة أشعة أحادية اللون ذات مقطع مستعرض مساحته الوحدة، تمر خلال حائل متجانس. تفقد هذه الحزمة طاقة مقدارها dI من وهو يتناسب مع كتلة وحدة المساحات من هذا الحائل (dp)، فإذا كانت شدة الأشعة الساقطة I₀ فإن:

dI = - μ I dp

حيث μ هو معامل الامتصاص الكتلي للحائل. وبإجراء التكامل لهذه العلاقة نجد:

حيث x هو سمك الحائل وρ كثافة مادته. ويعتمد معامل الامتصاص الكتلي على العدد الذري للعنصر والطول الموجي للأشعة. وقد وجد أن العلاقة بين معامل الامتصاص والطول الموجي تظهر بعض التغيرات المفاجئة، وقد أعزي ذلك إلى الأثر الكهروضوئي، حيث يؤدي امتصاص الذرة لأحد الفوتونات إلى اقتلاع إلكترون منها، مما يؤدي إلى انبعاث إشعاع ثانوي (تسمى هذه الظاهرة «الفلورية»)، كما قد يكون مصحوبا بانبعاث إلكترونات أوجيه وإلكترونات ثانوية (الشكل 3-5).

شكل (5-3)

تغير μ مع الطول الموجي في حالة حائل مصنوع من التنجستن

 ولكي تتأين قشرة ما، فلابد وأن تزيد طاقة الفوتون الأولى hv على طاقة ربط الإلكترون بذرته؛ أي أن قشرة ذرية ما ولتكن K لن تتأين إلا بإشعاع تردده v أكبر من v_K بحيث:

وعلى ذلك لابد أن يكون الطول الموجي أقل من _Kλ حيث:

وبمجرد أن يصبح الطول الموجي λ أقصر من _Kλ فإن القشرة K تصبح معرضة للتأين ويصل امتصاص الأشعة بسبب هذه القشرة إلى حده الأقصى، ثم يتضاءل بعد ذلك كلما كبر الطول الموجي λ. وتتكرر نفس الظاهرة مع القشرة L وإن كانت السعة النسبية للتغيرات أقل.

ويتغير معامل الامتصاص الكتلي لعنصر ما في المناطق الواقعة بين التغيرات المفاجئة تبعا لقانون يسمى قانون «براج – بيرس»:

أي أن الامتصاص يزداد بزيادة العدد الذري للعنصر، حيث يكون امتصاص العناصر الخفيفة ضعيفا على عكس العناصر الثقيلة التي تتمتع بامتصاص قوى للأشعة السينية، ولا يتغير معامل الامتصاص مع العدد الذري بصورة منتظمة وإنما تشوب العلاقة بعض الانقطاعات التي تعزى لنفس السبب السابق.

وإذا اعتبرنا الخط _αK للنحاس (Å 1.542 = λ) ، مثلا، فإن العناصر التي يكون عددها الذري مساويا أو أقل من 27 (وهو العدد الذري للكوبالت) سيناظرها طول موجى حرج _Kλ أكبر من (Å 1.6084= Co_Kλ).

ويكون العكس صحيحا بالنسبة للعناصر التي تلى الكوبالت إذ إن Ni = 1.489Å) λ_K )، ويصبح تأين القشرة K عندئذ مستحيلا. وبالنسبة لإشعاع _αCu K فإن هناك انخفاضا حادا في معامل الامتصاص فيما بين الكوبالت والنيكل.

– النوافذ والسواتر Windows and Screens

تصنع نوافذ أنابيب الأشعة السينية من مواد أعدادها الذرية منخفضة؛ لذا فهي ضعيفة الامتصاص أي أنها تنفذ الأشعة بسهولة ولما كانت المواد العضوية غير قادرة عادة على الاحتفاظ بتفريغ مناسب داخل أنبوبة الأشعة؛ لذا تتم الاستعانة بعنصر البريليوم على الرغم من صعوبة تشغيله. أما الزجاج العادي فذو امتصاص مرتفع. أما الرصاص– بما له من قدرة عالية على الامتصاص – فهو من أكثر المواد التي يشيع استعمالها في صناعة السواتر المستخدمة للحماية من الإشعاع. وهو يستخدم على هيئة صفائح معدنية أو كنوافذ من الزجاج الرصاصي.

– اجهزة الترشيح Filters

هناك بعض المواد التي يقع الانقطاع في معامل امتصاصها عند λ_K ولذلك فهي تتمتع بامتصاص قوى للأطوال الموجية الأقصر من _Kλ ويقع الخط الثنائي _αK قريبا جدا من الخط _βK (الشكل 3-6) والذي يتمتع بشدة نسبية مرتفعة.

الشكل (3-6)

تغير معامل الامتصاص مع الطول الموجي وكيفية اختيار المرشح

ويحدث أن تتراكب ظواهر الحيود الخاصة بالخط _αK مع تلك الخاصة بالخط _βK، وعندئذ يصبح من العسير تفسير أنماط الحيود الناتجة وللتغلب على هذه المشكلة فإننا نلجأ إلى الاستفادة من حقيقة أن الطول الموجي للخط _βK أقصر من الطول الموجي للخط _αK، فإذا استخدم ترشح مصنوع من مادة تمتص معظم شدة الخط _βK والقليل من _αK حتى يصير لدينا حزمة ذات طاقة واحدة تقريبا. ومادة المرشح ذات انقطاع K بين الخطين _αK و_βK. ويلاحظ أنه في حين يتيح المرشح استبعاد الخط _βK تقريبا. إلا أنه غير قادر على إزالة الطيف المستمر (الأبيض)، كما أنه لا يفصل بين الخطين _α1K، _α2K.

ويبين الجدول (2-3) أنواع المرشحات المستخدمة مع المصاعد الشائعة للتخلص من الخط K_β. وقد تم حساب السمك بحيث تصبح النسبة بين شدتي K_β إلى K_α نحو واحد في المائة. ومثال ذلك أن مصعد الكروم يستخدم له مرشح من الفاناديوم وإن كان الحصول على صفيحة رقيقة للغاية منه يكاد يكون مستحيلا؛ لذا يتم صنع المرشح من أكسيد الفاناديوم المخلوط بمادة رابطة.

جدول (2-3)

المرشحات المستخدمة مع أكثر المصاعد شيوعا