மருத்துவர் எலும்பு முறிவைத் தோலைத் திறக்காமல் எப்படிப் பார்க்கிறார்? இதற்கு உதவுவது X-கதிர்கள் — மிகக் குறுகிய அலைநீளம் கொண்ட, அதிக ஊடுருவல் திறன் கொண்ட மின்காந்த அலைகள். இவை ஒளிமின் விளைவின் தலைகீழ் (reverse) செயல்முறையால் உருவாக்கப்படுகின்றன.
1. X-கதிர் உற்பத்தி
அதிவேக இலத்திரன்கள் ஒரு உலோக இலக்கை (target) மீது மோதித் திடீரெனத் தடைப்படும்போது, அவற்றின் இயக்கச் சக்தி X-கதிராக மாறுகிறது. முழு இயக்கச் சக்தியும் ஒரே ஃபோட்டானாக மாறினால் அதுவே அதிகபட்ச சக்தி (குறைந்தபட்ச அலைநீளம்):
Max X-ray energy
hf_max = eV (V = முடுக்கு மின்னழுத்தம்)பயன்பாடுகள்
மருத்துவ உருவாக்கம் (எலும்பு முறிவு), பல் கதிர்ப்படம், படிக அமைப்பு ஆய்வு (X-ray crystallography), பாதுகாப்புச் சோதனை. அதிக அடர்த்தியான பொருள்கள் (எலும்பு) X-கதிரை அதிகம் உறிஞ்சுவதால் படத்தில் வெண்மையாகத் தெரிகின்றன.
2. துகள் இயற்பியல் அறிமுகம் (Particle physics)
சடப்பொருளின் அடிப்படைத் துகள்கள்:
- குவார்க்குகள் (quarks): புரோத்தன், நியூத்திரன் இவற்றால் ஆனவை (up, down quarks). தனியே காணப்படா.
- லெப்டான்கள் (leptons): இலத்திரன், நியூட்ரினோ போன்றவை.
- ஒவ்வொரு துகளுக்கும் ஒரு எதிர்த்துகள் (antiparticle) உண்டு (எ.கா பாசிட்ரான் = எதிர்-இலத்திரன்).
- அடிப்படை விசைகள் நான்கு: ஈர்ப்பு, மின்காந்தம், வலு அணுக்கரு விசை, மென் அணுக்கரு விசை.
3. தீர்க்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டு
எ.கா. தரப்பட்ட தரவுகள்: X-கதிர் குழாயில் V = 50 kV; e = 1.6×10⁻¹⁹, h = 6.6×10⁻³⁴.
படி 1: hf_max = eV → f_max = eV/h.
படி 2: f_max = (1.6×10⁻¹⁹ × 50000)/6.6×10⁻³⁴.
இறுதி முடிவு: f_max ≈ 1.2×10¹⁹ Hz.
தேர்வாளர் குறிப்பு
- X-கதிர் = ஒளிமின் விளைவின் தலைகீழ் (KE → ஃபோட்டான்).
- V↑ எனில் f_max↑, λ_min↓ (ஊடுருவல் கூடும்).
- குவார்க்குகள் தனியே இருக்கா; எப்போதும் இணைந்தே.
4. தேர்வுப் பாணி வினா
வினா
X-கதிர் படத்தில் எலும்பு ஏன் வெண்மையாகவும் தசை கறுப்பாகவும் தெரிகிறது?
விடையைக் காண்க
அடர்த்தியான எலும்பு X-கதிரை அதிகம் உறிஞ்சுகிறது → குறைவான கதிர் படத்தை அடைகிறது → வெண்மை. குறை அடர்த்தித் தசை வழியே கதிர் கடந்து படத்தைக் கறுப்பாக்குகிறது.
🎯 MCQ பயிற்சி — 20 கேள்விகள்
விடையைத் தெரிவுசெய்யவும் — பின்னர் ஒவ்வொரு விருப்பத்துக்கும் ஏன் சரி / தவறு எனும் விளக்கமும் ஆழமான விளக்கமும் (deep explanation) தோன்றும்.
Q1 / 20
★★★★★
X-கதிர் என்பது?
(1) α துகள்
இல்லை.
(2) அதிக ஆற்றல் EM போட்டான்கள் (λ ≈ 0.01–10 nm) / high-energy EM photons (λ ≈ 0.01–10 nm)
சரி.
(3) நியூட்ரான்
இல்லை.
(4) ஒலி
அலை வேறு.
(5) மட்டும் radio
நீண்ட λ.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): X-கதிர்கள் = அதிக f, குறை λ EM அலைகள் — UV-க்கும் γ-க்கும் இடைப்பட்டது. கண்டறிந்தவர் Röntgen 1895.
Q2 / 20
★★★★★
X-கதிர் குழாயில் (X-ray tube) X-கதிர்கள் எவ்வாறு உருவாகின்றன?
(1) தற்செயல்
இல்லை.
(2) வெப்பமான cathode-இல் இருந்து வெளியேறும் இலத்திரன்கள் high V-ஆல் முடுக்கப்பட்டு உலோக target-ஐ தாக்கும் / electrons from a hot cathode, accelerated by high V, hit a metal target
சரி.
(3) மட்டும் γ decay
அது nuclear.
(4) LED-ஆல்
அல்ல.
(5) மட்டும் ஒளி
போதாது.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): வெப்பமான tungsten filament thermionic emission → cathode→ anode (V ~ 50-150 kV); high-energy இலத்திரன்கள் tungsten target-இல் திடீரென நின்று Bremsstrahlung (braking radiation) → continuous X-ray + சில characteristic கோடுகள் (target atom-இன் inner shell மாற்றத்தால்).
Q3 / 20
★★★★★
X-கதிர் குழாயில் accelerating voltage V கூட்டப்பட்டால்?
(1) λ_max கூடும்
எதிர்மாறு.
(2) λ_min குறையும் (E = eV → λ_min = hc/eV) / λ_min decreases (E = eV → λ_min = hc/eV)
சரி.
(3) λ மாறாது
மாறும்.
(4) tube வெடிக்கும்
போதாது.
(5) மட்டும் characteristic λ-கள்
போதாது.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): ஒரு இலத்திரனின் KE = eV; அதனை முழுவதுமாக ஒரு X-photon ஆகவே மாற்றினால் f_max = eV/h, அதனால் λ_min = hc/(eV). V கூட → λ_min குறை → அதிக ஊடுருவம்.
Q4 / 20
★★★★★
X-கதிர் குழாயில் mA (tube current) கூட்டப்பட்டால்?
(1) λ_min குறையும்
அது V.
(2) X-கதிர் தீவிரம் கூடும் (அதிக photon எண்/வினாடி); λ ஸ்பெக்ட்ரம் மாறாது / X-ray intensity increases (more photons/s); spectrum shape unchanged
சரி.
(3) γ-ஆக மாறும்
இல்லை.
(4) tube வெடிக்கும்
போதாது.
(5) நிற்காது
மாறும்.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): mA = cathode-இலிருந்து வெளியேறும் இலத்திரன்களின் வீதம் = X-photon-களின் வீதம் = தீவிரம். V (λ_min/penetration) & mA (intensity/contrast) தனித்தனியாகக் கட்டுப்படுத்த — medical X-ray-இல் முக்கியம்.
Q5 / 20
★★★★☆
X-கதிர் spectrum-இல் continuous பகுதியின் காரணம்?
(1) atom-இன் shell transition
அது characteristic.
(2) Bremsstrahlung (இலத்திரன் target-இல் முடுக்கம் இழப்பால் EM வெளியீடு) / Bremsstrahlung (electrons decelerating in target emit EM)
சரி.
(3) γ decay
இல்லை.
(4) LED
இல்லை.
(5) போட்டான்-இலத்திரன்
அல்ல.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): Bremsstrahlung (braking radiation): muyaki இலத்திரன்கள் atom-களின் Coulomb புலத்தில் முடுக்கம் இழக்கும்போது EM photon வெளியீடு — பல வெவ்வேறு ஆற்றல்கள் → continuous spectrum (λ ≥ λ_min). λ_min = hc/(eV) — cutoff.
Q6 / 20
★★★★☆
X-கதிர் spectrum-இல் characteristic கோடுகளின் காரணம்?
(1) Bremsstrahlung
continuous.
(2) target அணுவின் inner-shell (K, L) இலத்திரன் mass: உள் hole-க்கு வெளி இலத்திரன் வீழும்போது வெளியீடு / inner-shell (K, L) vacancy filled by an outer electron → photon
சரி.
(3) γ decay
இல்லை.
(4) LED
இல்லை.
(5) போட்டான்-இலத்திரன்
அல்ல.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): Incoming இலத்திரன் target atom-இன் K-shell இலத்திரனை வெளியேற்றினால் hole; L→K வீழ்ச்சி → K_α photon; M→K → K_β. ஒவ்வொரு target element-உக்கும் characteristic frequency (Moseley's law).
Q7 / 20
★★★★☆
V = 50 kV-இல் λ_min?
(1) 0.025 nm
சரி — hc/eV.
(2) 2.5 nm
UV.
(3) 0.25 nm
soft X.
(4) 25 nm
UV.
(5) 25 pm
வேறு வடிவம்.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): λ_min = hc/(eV) = 1240 eV·nm/50000 eV = 0.0248 nm ≈ 0.025 nm = 25 pm. (குறிப்பு: 25 pm = 0.025 nm ✓.)
Q8 / 20
★★★★☆
X-கதிர்களின் முக்கிய மருத்துவப் பயன்?
(1) MRI
அது magnetic.
(2) radiograph & CT-scan: எலும்பு/உள்-உறுப்பு படம் / radiograph & CT — bone/internal-organ imaging
சரி.
(3) LED
அல்ல.
(4) மட்டும் therapy
மட்டும் அல்ல.
(5) MRI
magnetic.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): X-கதிர் (50-150 kV) எலும்பு (Ca, அதிக Z, அதிக உறிஞ்சல்) vs மென்-திசு (குறை Z) வேறுபாட்டை contrast-ஆகக் காட்டும். Radiograph (plain film), fluoroscopy (real-time), CT (3D), mammography, angiography (contrast medium). கதிர் dose கட்டுப்படுத்தப்பட வேண்டும்.
Q9 / 20
★★★★☆
X-கதிர் diffraction-இன் பயன்?
(1) mass spec
அல்ல.
(2) கிரிஸ்டலின் atom-களின் ஏற்பாட்டை அறிய (Bragg's law) / determine atomic arrangement in crystals (Bragg's law)
சரி.
(3) medical imaging மட்டும்
போதாது.
(4) EOG
EEG.
(5) நிறை அளவீடு
அல்ல.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): X-கதிர் λ ~ atom இடைவெளி (Å) → கிரிஸ்டலில் diffraction → Bragg: 2d sinθ = nλ. பயன்: உப்பு/உலோக நிலைகள், DNA structure (Franklin/Watson-Crick), மருந்து வளர்ச்சி, semiconductor தயாரிப்பு.
Q10 / 20
★★★★☆
Bragg's law?
(1) nλ = 2d sinθ
சரி.
(2) nλ = d sinθ
போதாது.
(3) nλ = 2d cosθ
sin அல்ல cos.
(4) nλ = d cosθ
அப்படியில்லை.
(5) nλ = d/sinθ
தலைகீழ்.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): Bragg: அடுத்தடுத்த atom layers (இடைவெளி d) X-கதிர் reflection — பாதை வேறுபாடு 2d sinθ (θ = glancing angle). Constructive interference (பிரகாசமான கோடு): 2d sinθ = nλ. அலைநீளம் (λ) தெரிந்தால் d-ஐ காணலாம் & vice versa.
Q11 / 20
★★★★☆
hard X-rays vs soft X-rays — வேறுபாடு?
(1) சமம்
இல்லை.
(2) hard = அதிக ஆற்றல் (குறை λ, அதிக ஊடுருவம், radiology); soft = குறை ஆற்றல் (குறை ஊடுருவம், ஆராய்ச்சி/மட்டும் மென்-திசு) / hard = high energy (short λ, more penetrating, radiology); soft = low energy (less penetrating, research/soft tissue)
சரி.
(3) γ அல்ல
போதாது.
(4) MRI
MRI வேறு.
(5) LED
LED வேறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): Hard X-ray (high V > 100 kV) — அதிக ஊடுருவம் — CT, dense tissue. Soft X-ray (low V, ~10–50 kV) — குறை ஊடுருவம் — mammography, microscopy.
Q12 / 20
★★★★☆
X-கதிர் & γ-கதிர் — இரண்டும் EM, அவற்றை எவ்வாறு வேறுபடுத்துவது?
(1) அலைவெண் வேறுபாடு
λ overlap.
(2) மூலத்தின் வேறுபாடு: X-கதிர் = atom-electron transitions (இலத்திரன் தாக்கம்); γ = atomic nucleus (சிதைவு, fission) / source differs: X-ray = atomic electrons; γ = atomic nucleus
சரி.
(3) அலை வெவ்வேறு
அப்படி இல்லை.
(4) மட்டும் γ photon
போதாது.
(5) γ X அலை இல்லை
இரண்டும் EM.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): EM spectrum-இல் λ overlap (~10⁻¹¹ m): வேறுபாடு மூலத்தில். X-கதிர் = atom-இலத்திரன் transitions/Bremsstrahlung (tube). γ = nucleus சிதைவு (radioactivity). சில γ X-கதிரை விட குறை ஆற்றல், சில X-கதிர் γ-ஐ விட அதிகம் — overlap.
Q13 / 20
★★★☆☆
X-கதிர் safety — அடிப்படை?
(1) நிற்க
போதாது.
(2) TIME குறை, DISTANCE அதிக, SHIELDING (ஈயம், concrete) / TDS: minimise time, maximise distance, use shielding
சரி.
(3) γ-ஐ நாட
போதாது.
(4) மட்டும் கையுறை
போதாது.
(5) கருவி எடுத்துச்செல்
போதாது.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): TDS: time குறை, distance அதிக (∝ 1/r²), ஈயம் apron, ஈய-கண்ணாடி, ஈய-stone சுவர். dose monitoring (dosimeter), மருத்துவ ALARA (as low as reasonably achievable). கருப்பை-இலத்திரன் dose limits.
Q14 / 20
★★★☆☆
CT-scan vs ordinary X-ray?
(1) சமம்
இல்லை.
(2) CT = வெவ்வேறு கோணங்களில் பல X-கதிர் காட்சிகளை எடுத்து கணினியால் 3D படம் கட்டியெடுக்கிறது / CT = many X-ray views from different angles, computer reconstructs 3D image
சரி.
(3) MRI
MRI வேறு.
(4) மட்டும் ஒளி
அல்ல.
(5) sound
ultrasound.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): CT (computed tomography): X-ray tube நோயாளியைச் சுற்றிச் சுழன்று பல projections (slices)-ஐ கேள்தைக் கொள்ள, கணினி filtered back-projection-ஆல் cross-sectional 3D படம் கட்டியெடுக்கிறது. dose அதிகம் (~10-100x plain X-ray).
Q15 / 20
★★★☆☆
மருத்துவ X-கதிர் படத்தில் "contrast"-ஐ எது தீர்மானிக்கிறது?
(1) ஆற்றலின் வேறுபாடு
போதாது.
(2) வெவ்வேறு திசுக்களின் வெவ்வேறு linear attenuation coefficient μ (Z-உடன் கூடுகிறது); எலும்பு (Ca, Z=20) >> மென்-திசு (C, H, O) / different μ of tissues (rises with Z); bone (Ca, Z=20) >> soft tissue
சரி.
(3) மட்டும் வெப்பம்
அல்ல.
(4) கருவியின் தீவிரம்
intensity → exposure.
(5) மட்டும் V
போதாது.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): I = I₀ e⁻μx; μ Z³-உடன் வேகமாகக் கூடும். எலும்பு (Ca) → அதிகம் உறிஞ்சும் (வெள்ளை); soft tissue (~water) → குறை உறிஞ்சல் (கருப்பு). Iodine, barium contrast media — பெரிய Z → வாஸ்குலர்/GI imaging.
Q16 / 20
★★★☆☆
X-கதிர் & visible ஒளி — ஏன் X-கதிர் வழியே செல்லும், ஒளி வழியே செல்லாது?
(1) X அலை அல்ல
EM.
(2) அதிக f → photon ஆற்றல் அதிகம் → atomic electrons-உடன் பெரும்பாலான photon மோதலின்றி கடக்கும்; visible ஒளி atomic transitions-ஆல் மொத்தம் உறிஞ்சப்படுகிறது / higher f → photon energy >> typical atomic binding → most pass; visible matches atomic transitions & is absorbed
சரி.
(3) மட்டும் தீவிரம்
போதாது.
(4) மட்டும் shadow
போதாது.
(5) கருப்பு-வெள்ளை
போதாது.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): X-photon ஆற்றல் (~10-100 keV) ≫ atomic transition (~eV) என்பதால் transitions-உடன் "மோதலின்றி" வழியே செல்லும். அதேசமயம் photoelectric absorption (Z³-உடன்) எலும்பில் பெரியது — contrast. Visible photons (eV) atomic transitions-உடன் resonance → முழுமையாக உறிஞ்சப்படுகிறது.
Q17 / 20
★★★☆☆
Crystal-இல் Bragg diffraction d = 0.2 nm, λ = 0.1 nm, n=1. θ?
(1) 14.5°
சரி — sinθ=λ/(2d)=0.25.
(2) 30°
அதிக.
(3) 60°
அதிக.
(4) 45°
அதிக.
(5) 75°
அதிக.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): 2d sinθ = nλ → sinθ = nλ/(2d) = 0.1/0.4 = 0.25 → θ = arcsin(0.25) ≈ 14.5°.
Q18 / 20
★★★☆☆
V கொண்ட X-கதிர் tube-இல் photon-களின் அதிகபட்ச ஆற்றல்?
(1) eV
சரி.
(2) ½eV
½ எங்கிருந்து?
(3) 2eV
அதிகம்.
(4) eV/2
போதாது.
(5) eV²
அலகு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): KE = eV (potential difference இலத்திரனின் KE-ஆக); அதனை முழுவதும் ஒரே photon-ஆகவே மாற்றினால் E_max = eV → f_max = eV/h. சில photon-கள் குறைவாக (Bremsstrahlung continuum).
Q19 / 20
★★★☆☆
Röntgen X-கதிரைக் கண்டறிந்த ஆண்டு?
(1) 1895
சரி.
(2) 1905
அது photoelectric.
(3) 1856
வேறு.
(4) 1923
Compton.
(5) 1801
Young.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): Wilhelm Röntgen 1895 cathode ray tube-உடன் வேலை செய்யும்போது தற்செயலாக கண்டறிந்தார்; "X" = அறியாத கதிர். Nobel Prize 1901 (முதல் physics Nobel).
Q20 / 20
★★★☆☆
X-கதிர் ஒரு பொருளில் ஊடுருவல் ∝?
(1) λ அல்ல
உண்டு.
(2) அதிக E (குறை λ) → அதிக ஊடுருவம்; அதிக Z & ρ → குறை ஊடுருவம் / higher E → more penetration; higher Z & ρ → less penetration
சரி.
(3) மட்டும் தீவிரம்
போதாது.
(4) மட்டும் mass
போதாது.
(5) மட்டும் coolant
போதாது.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): I = I₀ e⁻μx; μ ≈ k·Z³·ρ/E³ (photoelectric range). எனவே ஈயம் (Z=82) γ-shielding-க்கு சிறந்தது; X-கதிர் CT-இல் high-V (hard) penetration அதிகம்.
📝 கட்டமைக்கப்பட்ட வினாக்கள் — 3
கட்டமைப்பு வினா 1
8 புள்ளி
X-ray tube.
(a) X-ray tube-இன் கட்டமைப்பு & அதன் X-கதிர் உருவாக்கும் முறையை கூறுக.
விடை
Cathode (வெப்பமான tungsten filament — thermionic emission); anode (tungsten target, அதிக Z, high melting point) — இடையே high V (50-150 kV). Filament இலத்திரன்கள் → anode-ஐ நோக்கி முடுக்கப்பட்டு tungsten-இல் தாக்கி (1) Bremsstrahlung continuous + (2) target inner-shell vacancy → outer e⁻ → characteristic கோடுகள் (K_α, K_β). Vacuum tube, cooling system (rotating anode, water).
(b) V கூட & mA கூடினால் X-கதிர் ஸ்பெக்ட்ரம் எவ்வாறு மாறும்?
விடை
V↑ → λ_min = hc/(eV) குறை → spectrum குறை-λ பக்கம் shift, அதிக-ஆற்றல் photon-கள், ஊடுருவம்↑. mA↑ → intensity↑ (photons/sec அதிகம்) ஆனால் spectrum shape மாறாது.
(c) V = 100 kV-இல் λ_min.
விடை
λ_min = hc/(eV) = 1240 eV·nm/100000 eV = 1.24×10⁻² nm = 0.0124 nm (12.4 pm)
கட்டமைப்பு வினா 2
6 புள்ளி
Bragg diffraction.
(a) Bragg's law nλ = 2d sinθ-ஐ தருவித்து X-ray crystallography-இல் பயன்பாட்டை கூறுக.
விடை
அடுத்தடுத்த atomic planes இடைவெளி d. கீழ் plane reflection-இன் பாதை வேறுபாடு = 2d sinθ (θ glancing angle). Constructive interference: 2d sinθ = nλ. பயன்: அறியப்பட்ட λ-உடன் θ-ஐ அளந்து d → atomic structure; உப்பு, உலோகம், DNA, மருந்து வடிவமைப்பு.
(b) λ = 0.154 nm (Cu K_α) கொண்ட X-ray, d = 0.282 nm NaCl, n=1 — θ.
விடை
sinθ = nλ/(2d) = 0.154/(2×0.282) = 0.273 → θ ≈ 15.85°
கட்டமைப்பு வினா 3
5 புள்ளி
பயன்பாடு & safety.
(a) மருத்துவ X-ray-இன் இரு பயன்பாடுகள் & ஒரு திருப்தியின்மையைக் கூறுக.
விடை
பயன்: (1) எலும்பு radiograph (fracture, dislocation); (2) CT (cancer, stroke imaging); mammography, dental, angiography. வரம்பு: ionising radiation → கதிர் dose; cumulative dose → cancer risk; pregnancy/paediatric carefully limited; soft tissue contrast குறை (mention MRI/ultrasound complement).
(b) TDS கொள்கையை விளக்குக.
விடை
Time குறை: dose = rate × time. Distance அதிக: I ∝ 1/r² (inverse square). Shielding: ஈய apron, ஈய-கண்ணாடி, ஈய-stone சுவர் X-கதிர்களை உறிஞ்சும். ALARA — as low as reasonably achievable; dosimeter பயன்படுத்தல்.
✍️ கட்டுரை வினாக்கள் — 4
கட்டுரை வினா 1
10 புள்ளி
(a) X-கதிர்களைக் கண்டறிந்தது, அவற்றின் EM spectrum-இல் இடம் — விளக்குக. (b) ஒரு X-ray tube-இல் X-கதிர் உருவாக்கம் — Bremsstrahlung & characteristic கோடுகள் — விளக்குக. (c) V = 80 kV-இல் λ_min & f_max.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) Röntgen 1895 தற்செயலாக கண்டுபிடித்தார் (cathode ray tube experiment); EM spectrum-இல் UV (குறை f) & γ (அதிக f) இடைப்பட்டு λ ≈ 0.01-10 nm; ஊடுருவம் கொண்டது, photo film-ஐக் கருத்தாக்கும், Nobel Prize 1901.
(b) X-ray tube: வெப்பமான tungsten filament (cathode) → thermionic emission → high V (50–150 kV) இலத்திரன்களை anode (tungsten) கடப்பகுதிக்குக் கொண்டுவரும். Target-இல் இலத்திரன்கள் (1) Coulomb புலத்தில் முடுக்கம் இழந்து Bremsstrahlung continuous spectrum (λ_min-உடன்) வெளியிடுகின்றன; (2) சில இலத்திரன்கள் target atom-களின் K-shell-ஐ ionise செய்தபின் L→K மாற்றத்தில் characteristic கோடுகள் (K_α, K_β — target element-உக்கு unique).
(c)
(b) X-ray tube: வெப்பமான tungsten filament (cathode) → thermionic emission → high V (50–150 kV) இலத்திரன்களை anode (tungsten) கடப்பகுதிக்குக் கொண்டுவரும். Target-இல் இலத்திரன்கள் (1) Coulomb புலத்தில் முடுக்கம் இழந்து Bremsstrahlung continuous spectrum (λ_min-உடன்) வெளியிடுகின்றன; (2) சில இலத்திரன்கள் target atom-களின் K-shell-ஐ ionise செய்தபின் L→K மாற்றத்தில் characteristic கோடுகள் (K_α, K_β — target element-உக்கு unique).
(c)
λ_min = hc/(eV) = 1240/80000 = 1.55×10⁻² nm = 15.5 pm
f_max = c/λ_min = 3×10⁸/1.55×10⁻¹¹ ≈ 1.94×10¹⁹ Hz
கட்டுரை வினா 2
10 புள்ளி
(a) Bragg's law 2d sinθ = nλ-ஐ வரைபடம் வழியே தருவிக்க. (b) X-ray crystallography-இன் முக்கிய பயன்பாடுகள் (கனிமம், மருந்து, DNA). (c) λ = 0.12 nm, d = 0.18 nm, n = 1, 2 — θ-மதிப்புகள்.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) கிரிஸ்டலில் atom-கள் ஒரே மாதிரியான layers-ஆக ஒழுங்கமைக்கப்படுகின்றன, layers இடைவெளி d. Glancing angle θ-இல் X-கதிர் layer 1 & layer 2 (கீழே d) — இரண்டாம் layer reflection-இன் கூடுதல் பாதை = 2d sinθ. Constructive interference: இவ்வேறுபாடு = nλ → 2d sinθ = nλ.
(b) Mineral structure (NaCl, quartz); உலோக alloy phases; semiconductor wafer characterization; protein/மருந்து structure (insulin, COVID protein → vaccine); DNA double-helix Franklin's "photo 51" Watson-Crick model-க்கு அடிப்படை. Modern: synchrotron + protein crystallography → structural biology.
(c)
(b) Mineral structure (NaCl, quartz); உலோக alloy phases; semiconductor wafer characterization; protein/மருந்து structure (insulin, COVID protein → vaccine); DNA double-helix Franklin's "photo 51" Watson-Crick model-க்கு அடிப்படை. Modern: synchrotron + protein crystallography → structural biology.
(c)
n=1: sinθ₁ = λ/(2d) = 0.12/0.36 = 0.333 → θ₁ ≈ 19.5°
n=2: sinθ₂ = 2λ/(2d) = 0.667 → θ₂ ≈ 41.8°
கட்டுரை வினா 3
10 புள்ளி
(a) X-கதிர் & γ-கதிர் — இரண்டின் ஒற்றுமை & வேறுபாட்டைக் கூறுக. (b) hard vs soft X-கதிர் — வரையறை & பயன்பாட்டைக் கூறுக. (c) X-கதிர் ஊடுருவல் கணினி (I = I₀ e⁻μx) — பகுதி (i) μ = 0.5 cm⁻¹ எலும்பில், x = 2 cm-க்கு I/I₀; பகுதி (ii) μ = 0.2 cm⁻¹ மென்-திசுவில், அதே x.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) ஒற்றுமை: இரண்டும் EM photons (m=0, c-இல் பயணம், ionising). λ-overlap (~10⁻¹¹–10⁻¹² m). வேறுபாடு: மூலம் — X-கதிர் = வெளியில் இருந்து குழாயில் இலத்திரன்-target தாக்கம் (atomic-electron transitions, Bremsstrahlung); γ = atom கருவின் சிதைவு (radioactivity, fission). γ பொதுவாக சிறிது அதிக ஆற்றல், ஆனால் spectrum overlap.
(b) Hard X-கதிர் = V > 100 kV → λ < 0.1 Å → அதிக ஊடுருவம் (CT, dense tissue). Soft X-கதிர் = V < 50 kV → λ > 0.2 Å → குறை ஊடுருவம் — mammography (சிறு கட்டிகள் கண்டறிதல்), X-ray microscopy.
(c)
(b) Hard X-கதிர் = V > 100 kV → λ < 0.1 Å → அதிக ஊடுருவம் (CT, dense tissue). Soft X-கதிர் = V < 50 kV → λ > 0.2 Å → குறை ஊடுருவம் — mammography (சிறு கட்டிகள் கண்டறிதல்), X-ray microscopy.
(c)
(i) I/I₀ = e⁻⁰·⁵ײ = e⁻¹ ≈ 0.37 (37%)
(ii) I/I₀ = e⁻⁰·²×² = e⁻⁰·⁴ ≈ 0.67 (67%)
→ எலும்பு அதிகம் உறிஞ்சுவதால் (37% remains vs 67%), படத்தில் வெள்ளையாக (radiopaque); மென்-திசு கருப்பாக → contrast.
கட்டுரை வினா 4
10 புள்ளி
(a) ஒரு X-ray photon ஆற்றல் & ஊடுருவல் கணினி (E = hf, I = I₀ e⁻μx)-ஐக் கூறி, μ எவ்வாறு Z, ρ & E-ஐச் சார்ந்தது எனக் கூறுக. (b) X-ray dose மற்றும் radiation pratection (TDS, dosimeter, ALARA).
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) Photon ஆற்றல் E = hf = hc/λ; X-கதிருக்கு keV–100 keV range. ஊடுருவல்: ஒரு பொருளை x கடந்த பின் I = I₀ e⁻μx (exponential decay), μ = linear attenuation coefficient (cm⁻¹). μ ≈ k·ρ·Z³/E³ (photoelectric range): ρ↑ (அடர்த்தி, உ-ம். ஈயம்) → μ↑; Z↑ (உ-ம். எலும்பு Ca, contrast iodine) → μ↑ (Z³); E↑ (hard X-ray) → μ↓ (1/E³). எனவே ஈயம் சிறந்த shielding, hard X-ray அதிக ஊடுருவம்.
(b) Dose = அலகு திணிவுக்கு உள்ளெடுக்கப்பட்ட radiation ஆற்றல் (Gy = J/kg); biological dose Sv = Gy × WR (X-கதிர்: WR=1). Annual background ~2-3 mSv; medical chest X-ray ~0.1 mSv; CT abdomen ~10 mSv. TDS: Time குறை, Distance ↑ (∝ 1/r²), Shielding (ஈய apron, ஈய சுவர், ஈய கண்ணாடி). Dosimeter (film badge / TLD) தொழிலாளர் exposure-ஐ அளக்க; செயலாளர் dose-limit ~20 mSv/yr (5 yr average). ALARA: "as low as reasonably achievable" — அவசியமான imaging மட்டும், குறை-V உகந்த setting, கருப்பை-கருக்கொள்ளும் கதிர் காப்பு, pediatric reduced dose.
(b) Dose = அலகு திணிவுக்கு உள்ளெடுக்கப்பட்ட radiation ஆற்றல் (Gy = J/kg); biological dose Sv = Gy × WR (X-கதிர்: WR=1). Annual background ~2-3 mSv; medical chest X-ray ~0.1 mSv; CT abdomen ~10 mSv. TDS: Time குறை, Distance ↑ (∝ 1/r²), Shielding (ஈய apron, ஈய சுவர், ஈய கண்ணாடி). Dosimeter (film badge / TLD) தொழிலாளர் exposure-ஐ அளக்க; செயலாளர் dose-limit ~20 mSv/yr (5 yr average). ALARA: "as low as reasonably achievable" — அவசியமான imaging மட்டும், குறை-V உகந்த setting, கருப்பை-கருக்கொள்ளும் கதிர் காப்பு, pediatric reduced dose.