Tia X là gì? Đặc điểm, tính chất, ứng dụng và bài tập về tia X

Tia X là một phần kiến thức quan trọng mà chúng ta cần nắm vững trong chương trình Vật lý. Trong cuộc sống tia X cũng được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực như y học, an ninh…Để tìm hiểu rõ hơn về tia X là gì và những thông tin thú vị về tia X, hãy theo dõi bài viết dưới đây nhé.

Tia X là gì?

Tia X được phát hiện từ năm 1895 qua thí nghiệm của nhà vật lý học Wilhelm Röntgen, người Đức. Khi đó, ông đã sử dụng tia Cathode cho đi qua tấm kính và phát hiện có 1 bức xạ mà mắt thường không thể thấy được, phóng ra từ vỏ thủy tinh đối diện với Cathode. Nhờ phát hiện nay ông đã nghiên cứu và tìm ra bí mật tia X, mang lại giải Nobel vật lý đầu tiên vào năm 1901.

Tia X có cùng bản chất với sóng điện tử, tia X có bước sóng nằm trong khoảng 0,01 nm – 10 nm. Chúng được phát ra khi chùm tia electron có chứa năng lượng lớn đập vào vật rắn. Tia X được coi là một loại bức xạ điện từ giúp người dùng có thể nhìn xuyên qua da và quan sát các bộ phận bên trong cơ thể người.

Ngày nay, với sự tiến bộ của công nghệ và khoa học các chùm tia X ngày càng mạnh hơn. Từ đó, nhờ có tia X giúp tăng khả năng theo dõi tế bào sinh học, tiêu diệt tế bào ung thư.

Cơ chế phát ra tia X như thế nào?

Trước kia khi phát hiện ra tia X người ta sử dụng ống Rơnghen, nhưng ngày nay người ta dùng ống Cu-lit-giơ làm nguồn phát. Cụ thể:

Ống Rơnghen

Ống Rơnghen có cấu tạo dạng một bình cầu để chứa khí có áp suất thấp phía bên trong bao gồm ba điện cực gồm:

• Ca tốt: Là phần ở chòm cầu, nơi các electron tập trung lại sau khi bật ra.
• Anot: Ở vị trí thành bình có điện cực dương đối diện Catot.
• Điện cực thường: Ở bề mặt chứa một kim loại có khối lượng nguyên tử lớn, khó nóng chảy, được nối với Anot.

Cách hoạt động: 

Giả sử cho 1 hiệu điện thế không đổi đặt vào giữa anot và catot với khoảng vài chục kV. Khi đó, electron sẽ bứt ra và tăng tốc mạnh từ catot. Ở phần đối âm cực, khi các electron đập vào thì bị hãm lại rồi phát ra tia X, gọi là bức xạ hãm.

Ống Cu-lit-giơ

Ống Cu-lit-gio có cấu tạo gồm: bình hình cầu, chân không bên trong và hai điện cực:

• Chòm cầu catot là nơi tập trung về tâm hình cầu của các electron.
• Sử dụng một nguồn điện riêng để nung nóng catot bằng một dây tím.

Cách hoạt động

• Cung cấp năng lượng cho nguồn phát, khi đó electron của Catot sẽ tăng tốc trong điện trường mạnh gây ra động năng rất lớn và di chuyển về phía anote.
• Các electron này khi gặp các nguyên tử trên cực anote sẽ xuyên sâu vào vỏ nguyên tử. Chúng tương tác với hạt nhân và các lớp electron của nguyên tử để làm dịch chuyển các electron vào tầng sắp xếp theo các mức năng lượng khác nhau. Quá trình dịch chuyển từ tầng này sang tầng khác của electron này đã tạo ra các tia X.

Qua quá trình đó có 2 dạng tia X được tạo ra là tia X ‘bức xạ hãm’ và tia X đặc trưng:

• Bức xạ hãm: Tạo ra khi có sự tương tác giữa các electron và hạt nhân nguyên tử. Ví dụ: Hình ảnh được tạo ra khi chụp X-quang là do bức xạ hãm.
• Tia X đặc trưng: Tạo ra khi electron bắn vào bia chắn và làm các hạt electron của các nguyên tử có trên vật liệu làm bia bị bắn ra, đi lệch ra khỏi quỹ đạo..

Tính chất và công dụng của tia X

Tính chất

Tia X có những tính chất đặc trưng đó là:

• Tia X là sóng điện từ có bước sóng nhỏ, ngắn từ 0,01 – 10nm, có dãy tần số nằm trong khoảng 3×10¹⁶ HZ đến 3×10¹⁹ Hz, có năng lượng là 120eV cho đến 120keV.
• Tia X có 2 loại là tia X cứng và tia X mềm. Tia X cứng có thể đâm xuyên mạnh qua vật thể, có năng lượng cao 5-10 keV. Tia X mềm dễ bị hấp thụ trong không khí, có năng lượng khoảng 600eV.
• Tia X có đầy đủ tính chất quang học như: tán xạ, khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ và có khả năng làm phát quang một số chất.
• Khi nhìn bằng mắt thường sẽ không có khả năng nhìn thấy tia X, bởi chúng có tia bức xạ mạnh, nằm trong dải ánh sáng mà mắt người nhìn thấy được.

Công dụng

Bên cạnh việc tìm hiểu tính chất Tia X, thì chúng ta không thể bỏ qua một số công dụng phổ biến, đó là:

• Có thể sử dụng để chuẩn đoán, chữa bệnh trong ngành y.
• Giúp tìm ra được những khuyến thể có trong các vật đúc kim loại, hay các tinh thể được sử dụng trong công nghiệp.
• Được sử dụng để quét, kiểm tra hành lý bên trong của hành khách đi máy bay.
• Trong phòng thí nghiệm, tia X có công dụng giúp nghiên cứu thành phần, cấu trúc của vật rắn dễ dàng hơn.

Ứng dụng của tia X (Tia Rơn-ghen)

Tia X được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, thông dụng nhất là ngành y học và công nghệ cơ khí. Các ứng dụng đó là:

Ứng dụng của tia X trong y học

Tia X được ứng dụng trong máy chụp X-quang, giúp nhìn rõ các cấu trúc mô trong cơ thể. Từ đó chẩn đoán hình ảnh và đưa ra được những phương án điều trị nhanh chóng. Bên cạnh đó còn có một số thiết bị ứng dụng tia X trong y tế như: máy chụp CT, PET-CT…

Ngoài ra trong quá trình xạ trị, tia X dùng để chữa bệnh ung thư nông rất phổ biến.

Ứng dụng trong công nghệ cơ khí

Tia X được sử dụng trong các máy chụp ảnh phóng xạ để kiểm tra tạp chất trong sản phẩm. Khi sử dụng tia X sẽ giúp phát hiện ra các sản phẩm đạt chuẩn theo quy định hay không mà không gây phá hủy sản phẩm. Từ đó, giúp cho việc phân loại chất lượg sản phẩm chưa đạt yêu cầu hay đủ tiêu chuẩn sẽ dễ dàng hơn.

Trong nghiên cứu khoa học

Tia X sử dụng trong việc nghiên cứu các cấu trúc tinh thể của vật rắn. Trong nghiên cứu người ta sử dụng phổ tán sắc năng lượng tia X để phân tích thành phần hóa học của vật rắn; dựa vào sự tương tác với các bức xạ khi phổ tia X phát ra từ vật rắn có thể nhìn thấy trong các kính hiển vi điện tử.

Kiểm tra an ninh tại sân bay

Tia X được dùng trong các máy quét an ninh tại các cửa khẩu, sân bay, nơi có yêu cầu cao về an ninh. Tia X có thể kiểm tra các gói hành lý kín và phát hiện được các vật nguy hiểm. Hệ thống quét an ninh thường tích hợp chiếu X quang với máy quét dò kim loại nhằm thu thập các thông tin tin cậy hơn về đối tượng được quét.

Một số bài tập trắc nghiệm về tia X

Bài 1: Điện áp giữa ka tốt và an nốt trong một ống Rơnghen là 2000V. Hãy tính bước sóng ngắn nhất mà ống có thể phát ra của tia X?

1. 4,68.10^-10m
2. 4,68.10^-10m
3. 5,25.10^-10m
4. 6,21.10^-10m

Đáp án: D

Bài 2: Tia X không có ứng dụng nào sau đây?

1. Sấy khô, sưởi ấm
2. Chiếu điện, chụp điện
3. Chữa bệnh ung thư
4. Tìm bọt khí bên trong các vật bằng kim loại.

Đáp án: B

Bài 3: Tia X được tạo ra bằng cách nào sau đây:

1. Chiếu tia hồng ngoại vào một kim loại.
2. Cho một chùm electron nhanh bắn vào một kim loại khó nóng chảy có nguyên tử lượng lớn.
3. Cho một chùm electron chậm bắn vào một kim loại.
4. Chiếu tia tử ngoại vào kim loại có nguyên tử lượng lớn.

Đáp án: B

Bài 4: Một chất có quang xạ phát xạ là đặc trưng cho

1. Chất ấy
2. Thành phần hóa học của nó
3. Thành phần nguyên tố của nó
4. Cấu tạo phân tử của nó

Đáp án: C

Bài 5: Tìm phát biểu đúng: 

Tia hồng ngoại, tử ngoại và Rơn-ghen có điểm chung là

1. Bản chất là sóng điện từ
2. Tác dụng là ion hóa không khí
3. Tốc độ bằng nhau trong chân không
4. Gây ra hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ

Đáp án: B

Bài 6: Tia X được ứng dụng nhiều là nhờ

1. Có thể xuyên qua vải, gỗ, cơ mềm
2. Làm đen phim ảnh
3. Phát quang các chất
4. Hủy diệt tế bào

Đáp án: A

Bài 7: Tia X xuyên qua lá kim loại nhờ có:

1. Dễ dàng với mọi tia và mọi lá
2. Bước sóng càng nhỏ thì càng dễ
3. Kim loại có nguyên tử càng lớn thì càng dễ
4. Bước sóng càng nhỏ càng khó

Đáp án: D

Bài 8. Có thể nhận biết tia X bằng:

1. Chụp ảnh.
2. Tế bào quang điện.
3. Màn huỳnh quang.
4. Các câu trên đều đúng.

Đáp án: D

Bài 9: Đặc trưng của một chất có quang phổ vạch phát xạ là

1. Chính nó
2. Thành phần hóa học của nó
3. Thành phần nguyên tố của nó
4. Cấu tạo phân tử của nó

Đáp án: C

Bài 10: Trên trái Đất, quang phổ của mặt trời mà ta thu được là

1. Liên tục.
2. Vạch phát xạ.
3. Lớp khí quyển của Mặt Trời, vạch hấp thụ
4. Lớp khí quyển của Trái Đất, vạch hấp thụ

Đáp án: C

Trên đây là những thông tin về tia X là gì, đặc điểm, tính chất và ứng dụng của nó trong đời sống. Bên cạnh đó là một số bài tập trắc nghiệm để giúp các bạn học sinh củng cố lại kiến thức. Mong rằng với những thông tin trong bài viết này sẽ cung cấp cho bạn nhiều thông tin hữu ích và đạt được điểm cao trong quá trình học tập

Xem thêm:

• Điều kiện để có dòng điện là gì? Công thức tính cường độ dòng điện
• Tia UV là gì? Những tác hại của tia UV
• Cầu vồng lửa là gì? Phân biệt cầu vồng lửa và mây ngũ sắc
• Cực quang là gì? Giải mã nguồn “ánh sáng kỳ bí” xuất hiện trong tự nhiên
• Tiếp xúc điện là gì? Phân loại, các chế độ làm việc của tiếp điểm