في إطار التقريب البصري الهندسي، من المستحيل تحديد الحد المادي لدقة الأنظمة البصرية. يتم حل هذه المشكلة من خلال مراعاة الطبيعة الموجية للإشعاع. يرجع القرار المحدود للمجهر إلى ظاهرة الحيود، والتي تسببها الطبيعة الموجية للضوء.

إذا كان هناك عائق مثل شاشة معتمة في مسار موجة الضوء، فإن جزءًا من الموجة، الذي تأخر بسبب العائق، يتوقف عن العمل، ويتشكل الظل. ومع ذلك، فإن هذا يسبب ظاهرة محددة تتمثل في انحناء الموجة حول عائق ما، تسمى الحيود. ونتيجة لذلك، يحدث عند حواف الثقب انحراف في اتجاه انتشار شعاع الضوء عن الأصل والتمدد الزاوي المصاحب للشعاع، مما يؤدي إلى تلطيخ حدود الظل (الشكل 1)، و، وبالتالي ظهور تناقض بين الكائن وصورة الظل الخاصة به.

رسم بياني 1 نمط الحيود عند الحجاب الحاجز (أ) وتوزيع شدة الضوء (ب) على الشاشة.

نظرية آبي

ما ورد أعلاه صحيح بالنسبة لحالة المصادر غير المتماسكة، أي. لأشياء المراقبة ذاتية الإضاءة. ومع ذلك، بالنسبة للممارسة، فإن حالة الكائنات المضيئة أكثر أهمية بكثير. هذا يعني انه النقاط الفرديةتتناثر الأجسام بفعل الموجات الساقطة عليها من مصدر واحد، أي: أنفسهم مصادر للإشعاع متماسك.

أشار آبي (1873) إلى طريقة مثيرة للاهتمام للغاية لتحديد قوة تحليل المجهر لمثل هذه الحالة.

من أجل التبسيط، دعونا نفكر في الحالة التي يتم فيها إنتاج الإضاءة بواسطة شعاع متوازي، ويكون الجسم قد تم إنتاجه نموذج بسيطمحزوز الحيود، الفترة التي يكون فيها d حجم (ومعنى) أصغر التفاصيل المميزة.

الصورة 2

قبل أن يضرب الضوء عدسة المجهر، يتعرض للحيود (الشكل 2)، ويشكل، نتيجة للتداخل في المستوى البؤري FF، عددًا من الحدود القصوى الرئيسية، يتم تحديد المسافات الزاوية بينها بواسطة فترة الشبكة - كائن المراقبة (حسب آبي - الصورة أو الطيف الأساسي).

في الحالة الموصوفة، يتم تحديد موضع الحد الأقصى للحيود عند بالشرط:

حيث م هو عدد صحيح.

نظرًا لأن الحد الأقصى للحيود يتوافق مع الأشعة المتماسكة، فإن هذه الأشعة تتداخل مرة أخرى مع بعضها البعض خلف المستوى البؤري للعدسة، مما يعطي صورة للجسم نفسه (ما يسمى الصورة الثانوية) في المستوى P2P2، وهو مترافق بالنسبة إلى عدسة 00 مع الطائرة P1P1.

فقط المجموعة الكاملة من الحد الأقصى للحيود هي التي ستحدد الصورة الثانوية بما يتوافق تمامًا مع الكائن.

كلما كانت تفاصيل الصورة أكبر، كانت زاوية الحيود المقابلة لها أصغر. لا يمكن ملاحظة تفاصيل البنية الأقصر من الطول الموجي على الإطلاق، لأن الموجات المنحرفة عن هذه الأجزاء لا تصل إلى شاشة P2P2"

إذا كان الحجاب الحاجز الموجود في المستوى البؤري يقطع الحزم المنحرفة بحيث يشارك الشعاع المركزي فقط في تكوين الصورة، فلن نرى صورًا للأشياء التي تعطي حيودًا عن البنية الدورية.

تنص قاعدة لومر على ما يلي: إذا قام النظام البصري بتكوين صورة دون تشويه والتقط كل الضوء المنحرف بواسطة جسم ما، فإن الصورة تنقل بشكل صحيح توزيع سعات وأطوار الإشعاع المنتشرة بواسطة الجسم.

عند دراسة الأجسام الحقيقية في TEM، يجب على المرء أن يضع في اعتباره أن نمط الحيود لا يتشكل بواسطة الذرات فحسب، بل أيضًا عن طريق الحبوب وعيوب الشبكة. وبما أن حجم الحبوب أكبر بكثير من المسافات بين الذرات، فإن زوايا الحيود على الحبوب أصغر بكثير من زوايا الحيود على البنية الذرية. لذلك، عندما يقطع حاجز الفتحة الحزم المتكونة بالحيود على الذرات، فإن الصورة في مستوى الصورة المجهرية تتكون من الحزم المنحرفة على الحبيبات. ولذلك، فإننا نلاحظ على الشاشة الحبوب، وليس الذرات. من أجل رؤية الذرات، من الضروري أن تمر الأشعة المنحرفة بواسطة الذرات عبر حاجز الفتحة وأن تشارك أيضًا في تكوين صورة للكائن في مستوى الصورة. وللقيام بذلك، من الضروري أن تكون زوايا الحيود على الذرات صغيرة جدًا. يمكن تحقيق ذلك عن طريق تقليل الطول الموجي للإلكترون، والذي يتم تنفيذه في الأجهزة عن طريق زيادة الجهد المتسارع في مصدر الإلكترون المجهري إلى 200-400 كيلو فولت وأعلى. هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على صور شبكات الحيود في المجاهر الإلكترونية العاملة في دقة عالية(HR TEM - المجهر الإلكتروني النافذ عالي الدقة).

يتم توزيع الطاقة الضوئية في صورة الحيود لنقطة ما بشكل غير متساو. تمت دراسة توزيع الإضاءة في حلقات الحيود لأول مرة من قبل العالم الإنجليزي إيري (1811-1892)، وكانت الدائرة المركزية لبقعة الحيود تسمى دائرة إيري. تتركز معظم الطاقة الضوئية في الصورة في الدائرة الهوائية (حوالي 84%) وأول حلقتين أو ثلاث حلقات.

رياضياً، حساب توزيع الإضاءة في حلقات الحيود يعود إلى تحديد جذور دالة بيسل J1 (u). يتم الحصول على توزيع الكثافة I أثناء حيود موجة مستوية بواسطة ثقب دائري بواسطة الدالة

وسيطة دالة بيسل

حيث a هو نصف قطر الثقب . زاوية الحيود، يتم الحصول على الجذر الأول الموافق للحد الأدنى الأول من الإضاءة (أي حدود النقطة المضيئة المركزية في نمط الحيود) بالقيمة

ثم نصف قطر الدائرة المركزية الأكثر كثافة، وتسمى دائرة الهواء أو دائرة التشتت،

• ل - الطول الموجي.
• · ن - معامل الانكسار للمسافة بين الجسم والعدسة.
• · م - تكبير العدسة.
• · ج - زاوية فتحة العدسة .

المظهر على صورة مشوهةالدائرة بدلاً من النقطة تعادل العدسة المثالية التي تصور كائنًا على شكل دائرة نصف قطرها

يُسمى r نصف قطر دائرة التشتت.

وبالتالي، مع انخفاض زاوية الفتحة أو قطر الحجاب الحاجز، كما هو موضح في الشكل 3، فإن حجم الصورة الناتج سوف ينحرف بشكل متزايد عن الحجم المثالي.

الحد الأقصى للمسافة التي تم حلها، مع الأخذ في الاعتبار فقط خطأ الحيود الذي تم النظر فيه هنا، يساوي نصف قطر دائرة الانتثار المخصصة للكائن، أي.

يقتصر الجزء المرئي من الطيف على منطقة ضيقة من الأطوال الموجية من 0.4 إلى 0.8 ميكرومتر، وبالتالي يتم تحقيق زيادة في الدقة (وبالتالي التكبير المفيد) في المجهر الضوئي من خلال استخدام سائل غمر خاص بمعامل انكسار. ن ؟ 1.5. تبلغ زاوية الفتحة للعدسات عالية الجودة حوالي 70 درجة (sin 0 × 0.9)، بحيث تكون القيمة لمسافة التحليل القصوى تساوي تقريبًا نصف الطول الموجي للضوء المستخدم، أي 0.2 ميكرومتر.

إذا كانت الأشعة من نقطه المصدريمر الضوء عبر نظام بصري حقيقي (الهدف، العدسة، وما إلى ذلك)، ثم يتشكل نمط تداخل أولي على شكل دائرة هوائية في مستوى صورة النظام.

إذا كنت تستخدم مصدر ضوء ممتد، فعندما تمر الأشعة عبر النظام، ستنتج كل نقطة من المصدر دائرتها الخاصة، ونتيجة لذلك يتم تشكيل نمط تداخل معقد في مستوى صورة النظام.

أرز. 4

أ) موضع صور الحيود للنقطتين A وB، مع مراعاة تحليلها؛

ب) رسم بياني لتوزيع الكثافة في صورة الحيود لنقطتين مضيئتين

النظام البصري القرار

في الحالة التي تكون فيها نقطتان مضيئتان تم تصويرهما بواسطة نظام بصري على مسافة صغيرة جدًا من بعضهما البعض، يمكن أن تتداخل أنماط تشتت الحيود جزئيًا أو تندمج في واحدة. إذا كان النظام البصري يسمح لك في مثل هذه الصورة المعقدة بمراقبة نقطتين متقاربتين بشكل منفصل، فإنهم يقولون إن النظام "يحل" هذه النقاط.

إذا كانت المسافة بين مراكز أنماط الحيود للنقطتين A و B محددة بـ r (الشكل 4، أ)، فستكون هذه النقاط مرئية بشكل منفصل بشرط أن تكون r>c، حيث c هو نصف قطر الحد الأدنى الأول (أو دائرة هوائية).

عادة، عند تقييم دقة الأنظمة، يتم استخدام معيار رايلي. وفقًا لرايلي، يعتبر حد الدقة هو الموضع الذي تمر فيه الحلقة المظلمة لدائرة حيود واحدة عبر مركز الضوء للدائرة المجاورة (الشكل 4). في هذه الحالة، فإن مجموع إحداثيات منحنيات الشدة عند النقطة C سيكون مساويًا لحوالي 0.8 من الإحداثيات عند النقطة القصوى. يعتبر الفارق 20% كافيا لفصل الصور. ما سبق هو جوهر ما يسمى. معيار رايلي لتحليل الأنظمة البصرية.

تم تحقيق تحسن كبير في الدقة في المجهر الإلكترونيوالتي تستخدم إشعاع الإلكترون لتكوين الصور.

وفقًا للمبدأ الأساسي لميكانيكا الموجات، فإن كل جسيم له كتلة m ويتحرك بسرعة v يتوافق مع موجة طولها

صيغة العمل لحساب الطول الموجي للإلكترونات في الأنجستروم هي:

حيث U هو الجهد المتسارع بالكيلو فولت

تستخدم المجاهر الإلكترونية الحديثة إلكترونات بسرعات تقابل أطوال موجية تتراوح بين 0.003 و0.007 نانومتر.

إن الدقة التي يمكن تحقيقها عمليًا للمجاهر الإلكترونية تتجاوز دقة المجاهر الضوئية 1000 مرة فقط. يرجع هذا التناقض إلى حقيقة أنه في العدسات الإلكترونية الضوئية، مقارنة بالعدسات الخفيفة، هناك أخطاء أكبر بكثير في الصورة، ما يسمى الانحرافات. لتقليل تأثير الانحرافات، من الضروري تقليل زوايا الفتحة بمقدار 100-1000 مرة مقارنة بزوايا فتحة المجاهر الضوئية الضوئية.

وبغض النظر عن خصوصيتها والغرض منها، فهي بالضرورة تشترك في شيء واحد الخصائص البدنية، وهو ما يسمى "القرار". هذه الخاصية الفيزيائية حاسمة لجميع الأجهزة البصرية والبصرية دون استثناء، على سبيل المثال، بالنسبة للمجهر، فإن المعلمة الأكثر أهمية ليست فقط القدرة المكبرة لعدساته، ولكن أيضًا الدقة التي تعتمد عليها جودة صورة الجسم. قيد الدراسة يعتمد بشكل مباشر. إذا كان تصميم هذا الجهاز غير قادر على توفير تصور منفصل لأصغر التفاصيل، فستكون الصورة الناتجة ذات جودة رديئة حتى مع زيادة كبيرة.

دقة الأجهزة البصريةهي الكمية التي تميز قدرتهم على التمييز بين أصغر التفاصيل الفردية للأشياء المرصودة أو المقاسة. يسمى حد القرار الحد الأدنى للمسافةبين التفاصيل (النقاط) المجاورة لكائن ما، حيث لم يعد يُنظر إلى صورها على أنها عناصر منفصلة للكائن، تندمج معًا. كلما كانت هذه المسافة أصغر، كلما زادت دقة الجهاز.

يعتبر مقلوب حد الدقة بمثابة مؤشر كمي للدقة. هذا المعلمة الأكثر أهميةويحدد جودة الجهاز وبالتالي سعره. نظرًا لخاصية حيود موجات الضوء، فإن جميع صور العناصر الصغيرة لجسم ما تبدو وكأنها نقاط مضيئة محاطة بنظام من دوائر التداخل متحدة المركز. هذه الظاهرة هي التي تحد من دقة أي أدوات بصرية.

وفقًا لنظرية الفيزيائي الإنجليزي رايلي في القرن التاسع عشر، لا يزال من الممكن تمييز صورة عنصرين صغيرين قريبين من جسم ما عندما يتطابق الحد الأقصى لانعراجهما. لكن حتى هذا القرار له حدوده. يتم تحديده من خلال المسافة بين هذه التفاصيل الصغيرة للأشياء. يتم تحديده عادةً من خلال الحد الأقصى لعدد الخطوط المتصورة بشكل منفصل لكل ملليمتر من الصورة. تم إثبات هذه الحقيقة تجريبيا.

تنخفض دقة الأجهزة في حالة وجود انحرافات (انحرافات شعاع الضوء عن الاتجاه المعطى) والأخطاء التصنيعية المختلفة للأنظمة البصرية مما يزيد من أبعاد بقع الحيود. وبالتالي، كلما كانت بقع الحيود أصغر، زادت دقة أي بصريات. وهذا مؤشر مهم.

يتم تقييم دقة أي جهاز بصري من خلال وظائف الأجهزة الخاصة به، والتي تعكس جميع العوامل التي تؤثر على جودة الصورة التي يقدمها هذا الجهاز. وبطبيعة الحال، يجب أن تشمل هذه العوامل المؤثرة في المقام الأول الانحراف والحيود - انحناء موجات الضوء حول العوائق، ونتيجة لذلك، انحرافها عن الاتجاه المستقيم. لتحديد دقة الأجهزة البصرية المختلفة، يتم استخدام لوحات اختبار خاصة شفافة أو غير شفافة بنمط قياسي، تسمى العوالم.

صفحة 1

دقة الأجهزة البصرية، وخاصة المجاهر، محدودة بظاهرة الحيود. صورة الجسيمات أحجام أصغرسيكون له شكل دائرة حيود، يكون شكلها مستقلاً عمليا عن شكل الجزيئات. في بطريقة خاصةومع ذلك، من خلال مراقبة أنماط الحيود هذه، يمكن ملاحظتها، وبالتالي يمكن تحديد حقيقة وجود الجسيمات وموقعها وحركتها. تشكل مراقبة ودراسة هذه الجزيئات الصغيرة في المحاليل الغروية والهباء الجوي موضوع الفحص المجهري الفائق.

ترتبط القيود في دقة الأجهزة البصرية بظواهر الحيود والانحرافات في عناصر الأنظمة البصرية.

بالإضافة إلى دقة العين، تتأثر دقة الجهاز البصري بدرجة تصحيح النظام.

ما الذي يحدد دقة الأجهزة البصرية؟

على زيادة دقة الأجهزة البصرية: Dokl.

يُفهم عادةً دقة الجهاز البصري على أنها القدرة على التمييز (تحليل) عنصرين قريبين في صورة كائن - نقطتان مضيئتان قريبتان في جهاز بصري تقليدي أو خطين قريبين أحادي اللون في الطيف يتم الحصول عليهما باستخدام جهاز طيفي .

ما المقصود بدقة الجهاز البصري وعلى ماذا يعتمد.

لماذا تحد ظاهرة الحيود من دقة الأجهزة البصرية، مثل التلسكوب؟

وفقًا لمعيار رايلي، تتوافق الدقة القصوى لجهاز بصري مع الحالة التي يتطابق فيها الحد الأقصى الرئيسي لنمط الحيود من كائن نقطي تمامًا مع الحد الأدنى الأول لنمط الحيود من كائن نقطي آخر قريب من الأول. يتم استيفاء هذا الشرط من خلال الحد الأدنى من الدقة الزاويّة للجهاز البصري.

يتضح من الصيغة (183.2) أنه لزيادة دقة الأجهزة البصرية من الضروري إما زيادة قطر العدسة أو تقليل طول العدسة. ولذلك، لمراقبة التفاصيل الدقيقة لجسم ما، يتم استخدام الأشعة فوق البنفسجية، ويتم الحصول على الصورة الناتجة في هذه الحالةتمت ملاحظتها باستخدام شاشة الفلورسنت أو تسجيلها على لوحة فوتوغرافية. ويمكن الحصول على دقة أكبر باستخدام الأشعة السينية، ولكنها تتمتع بقدرة اختراق عالية وتمر عبر المادة دون انكسار؛ لذلك، في هذه الحالة من المستحيل إنشاء عدسات انكسارية. تمتلك تيارات الإلكترون (عند طاقات معينة) تقريبًا نفس الطول الموجي للأشعة السينية.

يتضح من الصيغة (183.2) أنه لزيادة دقة الأجهزة البصرية، من الضروري إما زيادة قطر العدسة أو تقليل الطول الموجي. ولذلك، لمراقبة التفاصيل الدقيقة لجسم ما، يتم استخدام الأشعة فوق البنفسجية، ويتم ملاحظة الصورة الناتجة في هذه الحالة باستخدام شاشة الفلورسنت أو تسجيلها على لوحة التصوير الفوتوغرافي. ويمكن الحصول على دقة أكبر باستخدام الأشعة السينية، ولكنها تتمتع بقدرة اختراق عالية وتمر عبر المادة دون انكسار؛ لذلك، في هذه الحالة من المستحيل إنشاء عدسات انكسارية. تمتلك تيارات الإلكترون (عند طاقات معينة) تقريبًا نفس الطول الموجي للأشعة السينية.

آخر اسأل الفائدةمهم جدا مع نقطة فنيةالرؤية: ما هو دقة الأجهزة البصرية. عندما نصنع مجهرًا، نريد رؤية الجسم بأكمله الموجود في مجال رؤيتنا. وهذا يعني، على سبيل المثال، أننا عندما ننظر إلى بكتيريا لها نقطتان على جانبيها، فإننا نريد التمييز بين البقعتين في صورة مكبرة. قد يعتقدون أنه لهذا تحتاج فقط إلى الحصول على تكبير كافٍ، لأنه يمكنك دائمًا إضافة المزيد من العدسات وتحقيقها تكبير أعلىوإذا كان المصمم حاذقاً فسيتخلص من الانحرافات الكروية واللونية؛ يبدو أنه لا يوجد سبب لعدم تكبير الصورة المطلوبة إلى أي حجم. لكن حدود قدرات المجهر لا ترجع إلى استحالة تحقيق التكبير أكثر من 2000 مرة.

دقة(قوة التحليل) للأجهزة البصرية، تميز قدرة هذه الأجهزة على إنتاج صور منفصلة لنقطتين لجسم قريب من بعضهما البعض. أصغر مسافة خطية أو زاوية بين نقطتين تندمج منهما صورهما تسمى خطية أو الحد الزاويالأذونات. عادة ما يتم استخدام مقلوبها ككمية. مقياس القرار. بسبب حيود الضوء عند حواف الأجزاء البصرية، حتى في النظام البصري المثالي (أي خالي من الانحراف؛ انظر انحرافات الأنظمة البصرية)، فإن صورة النقطة ليست نقطة، ولكنها دائرة ذات ضوء مركزي بقعة محاطة بحلقات (بالتناوب داكنة وخفيفة في ضوء أحادي اللون. بلون قوس قزح - في ضوء أبيض). تتيح نظرية الحيود حساب أصغر مسافة يتم حلها بواسطة النظام، إذا كان معروفًا توزيعات الإضاءة التي يدركها جهاز الاستقبال (العين، طبقة الصورة) الصور بشكل منفصل. وفقًا لرايلي (1879)، لا يزال من الممكن رؤية صور نقطتين متساويتين في السطوع بشكل منفصل إذا كان مركز بقعة الحيود لكل منهما يتقاطع مع حافة الحلقة المظلمة الأولى للأخرى (الشكل 1). في حالة النقاط ذاتية الإضاءة التي تبعث أشعة غير متماسكة، عند استيفاء معيار رايلي هذا، فإن الحد الأدنى من الإضاءة بين صور النقاط التي تم حلها سيكون 74% من سطوعها. القيمة القصوى، والمسافة الزاوية بين مراكز بقع الحيود (الحد الأقصى للإضاءة) Δφ = 1.21 /D حيث  هو الطول الموجي للضوء، D هو قطر حدقة المدخل النظام البصري(انظر الفتحة في البصريات). إذا و - البعد البؤريالنظام البصري، فإن القيمة الخطية لحد استبانة رايلي هي σ = 1,21 f/D. يتم التعبير عن حد دقة التلسكوبات ونطاقات الإكتشاف بالثواني القوسية (انظر تحليل قوة التلسكوب)؛ بالنسبة للطول الموجي 5 ~ 560 نانومتر، الموافق للحد الأقصى لحساسية العين البشرية، فهو يساوي α" = 140/D (D بالملليمتر). بالنسبة لعدسات التصوير الفوتوغرافي، يتم تعريف الدقة عادةً على أنها الحد الأقصى لعدد الخطوط المرئية بشكل منفصل لكل 1 مم من صورة كائن اختبار قياسي (سم . العالم) ويتم حسابها باستخدام الصيغة N = 1470ε، حيث ε هي الفتحة النسبية للعدسة (انظر أيضًا دقة نظام التصوير الفوتوغرافي؛ حول دقة المجاهر، أنظر مقالة المجهر).العلاقات المعطاة صالحة فقط للنقاط الواقعة على محور المنظومات الضوئية المثالية.وجود الانحرافات وأخطاء التصنيع يزيد من حجم بقع الحيود ويقلل من الدقة أنظمة حقيقية، والذي يتناقص أيضًا مع المسافة من مركز مجال الرؤية. يتم تحديد دقة الجهاز البصري R op، الذي يتضمن نظامًا بصريًا بدقة R oc ومستقبل الضوء (الطبقة الضوئية، كاثود المحول الإلكتروني البصري، وما إلى ذلك) بدقة R p، بواسطة القيمة التقريبية الصيغة 1/R op = 1/R oc + 1/R p; ويترتب على ذلك أنه من المستحسن استخدام المجموعات التي تكون فيها R os و R p كميات من نفس الترتيب. يمكن تقييم دقة الجهاز من خلال وظيفة الأجهزة الخاصة به، والتي تعكس جميع العوامل التي تؤثر على جودة الصورة (الانحراف، والانحراف، وما إلى ذلك). إلى جانب تقييم جودة الصورة من خلال الدقة، يتم استخدام طريقة تقييمها باستخدام خصائص تباين التردد على نطاق واسع. لتحليل الأجهزة الطيفية، انظر الفن. الأجهزة الطيفية.

توزيع الإضاءة E في صورة مصدرين ضوئيين نقطيين يقعان بحيث تكون المسافة الزاوية Δφ بين الحد الأقصى للإضاءة مساوية لـ القيمة الزاويةΔθ نصف قطر نقطة الحيود المركزية (Δφ = Δθ - حالة رايلي).

تتميز دقة الأجهزة البصرية بالقدرة على توفير صور منفصلة لنقطتين لجسم قريب من بعضهما البعض. تسمى أصغر مسافة خطية أو زاوية بين نقطتين، والتي تندمج منها صورهما، بحد الدقة الخطية أو الزاوية. كل نظام لديه فتحة محدودة، والتي تنحني حولها موجة كروية تنبعث من الجسم، مما يسبب الحيود. بسبب حيود الضوء عند حواف الأجزاء البصرية، حتى في النظام البصري المثالي، فإن صورة النقطة ليست نقطة، بل دائرة ذات بقعة ضوئية مركزية محاطة بحلقات (بالتناوب داكنة وخفيفة في ضوء أحادي اللون، قزحي الألوان في الضوء الأبيض). يتم فصل الحد الأقصى المركزي بواسطة الحد الأدنى المطلق عن الحد الأقصى الآخر الأقل كثافة. هذه الحدود القصوى ذات الترتيب الأعلى ليس لها تأثير كبير على نمط الحيود. تعتمد جودة صورة النظام البصري على عرض هذا الحد الأقصى، أي على المسافة التي يقع عندها الحد الأدنى المطلق الأول من مركز شكل الحيود. كلما كانت المساحة القصوى أصغر، جودة أفضلالصور. عرض الحد الأقصى المركزي هو دالة لزاوية الفتحة على جانب الصورة والطول الموجي للضوء. كلما كانت زاوية الفتحة أصغر وطول الموجة أطول، كلما كان الحد الأقصى أوسع.

يمكن تقسيم العوامل في قوة العين على التحليل إلى عوامل "عصبية"، والتي تشمل طرق معالجة الإشارات في شبكية العين والأجزاء المغطاة من المحلل البصري، وعوامل "بصرية"، وهي في المقام الأول الحيود على القزحية، وهو الانحرافات التي تحدث في العين. ، تشتت الضوء على أسطح بيئات العين، تأثير عدم انتظام القرنية، لامركزية النظام البصري للعين، التركيز غير الصحيح، تباين الأشياء. ظروف مختلفةالعمل البصري، وهذه العوامل تؤثر بشكل مختلف. وهكذا، في الرؤية النهارية، بسبب صغر حجم حدقة العين، يزداد تأثير الحيود، لكن الانحرافات يكون تأثيرها أقل، وانحراف المنطقة المحيطية للقرنية عن الشكل الصحيح. في الرؤية الليلية، عندما تتوسع حدقة العين ولا تعمل المنطقة المركزية فحسب، بل أيضًا المنطقة المحيطية للقرنية، يرجع الانخفاض الرئيسي في جودة الصورة ودقتها إلى الشكل غير المنتظم للقرنية وتشتت الضوء على الوسائط العينية .

تكوين الصورة على الشبكية من وجهة نظر الطبيعة الموجية للضوء.

في العين، كما هو الحال في معظم الأنظمة البصرية الأخرى، يقتصر سقوط موجة كروية من جسم ما على الحجاب الحاجز ذو الفتحة الدائرية - بؤبؤ العين، الذي يحدد قطره عرض الحد الأقصى المركزي. شكل الحيود من ثقب دائري هو دائرة الحيود. الحد الأقصى المركزي، الذي يُنظر إليه على أنه "صورة" النقطة، في هذه الحالة له نصف قطر:

وبما أن نصف القطر هذا يعتمد على الطول الموجي، فإن حجم الحد الأقصى المركزي ونصف القطر الأقصى الجانبي ليسا متساويين بالنسبة للألوان المختلفة. ولذلك، فإن صورة النقطة في الضوء الأبيض تكون ملونة. يؤدي وجود انحرافات كبيرة إلى حد ما في النظام البصري للعين إلى إعادة توزيع الإضاءة في شكل الحيود - تنخفض الإضاءة في الحد الأقصى المركزي وتزداد في حلقات الحيود. يظل قطر الحد الأقصى المركزي كما هو، ولكن في الجوانب الجانبية يتغير بدرجة أكبر أو أقل. عين الإنسانهو نظام بصري بيولوجي يتميز بدقة معينة، أي أصغر مسافة بين عناصر الجسم المرصود (يتم إدراكها كنقاط أو خطوط)، حيث لا يزال من الممكن تمييزها عن بعضها البعض. بالنسبة للعين العادية، عند الابتعاد عن الجسم بما يسمى. أفضل مسافة رؤية (D = 250 مم)، متوسط ​​الدقة العادية هو 0.176 مم.

المجاهر الضوئية والإلكترونية.ميكروسكوب الكترونيو هو العناصر الفرديةفي غرضها، فهي تشبه المجهر الضوئي، وفي المجهر الضوئي، يكون حامل المعلومات حول جسم ما هو الفوتون والضوء. مصدر الضوء عادة ما يكون مصباحا متوهجا. بعد التفاعل مع كائن ما (الامتصاص، والتشتت، والحيود)، يتحول تيار الفوتون ويحتوي على معلومات حول الكائن. يتم تشكيل تدفق الفوتون باستخدام الأجهزة البصرية‎العدسات بشكل رئيسي: المكثف , عدسة , العدسة , يتم تسجيل الصورة بالعين (أو لوحة فوتوغرافية، أو شاشة مضيئة، وما إلى ذلك).

في المجهر الإلكتروني، يكون حامل المعلومات حول جسم ما هو الإلكترون، ومصدر الإلكترونات هو كاثود ساخن . يتم تسريع الإلكترونات وتكوين الشعاع بواسطة قطب كهربائي مركزي وأنود - وهو نظام يسمى مدفع الإلكترون . بعد التفاعل مع جسم ما (التشتت في الغالب)، يتحول تدفق الإلكترونات ويحتوي على معلومات حول الجسم. يحدث تكوين تدفق الإلكترونات تحت التأثير الحقل الكهربائي(نظام الأقطاب الكهربائية والمكثفات) والمغناطيسي (نظام الملفات ذات التيار). تسمى هذه الأنظمة العدسات الإلكترونية قياسا على العدسات البصرية التي تشكل تدفق الضوء (مكثف؛ الإلكترونية، بمثابة عدسة، الإسقاط). يتم تسجيل الصورة على لوحة فوتوغرافية حساسة للإلكترون أو شاشة مضيئة كاثودية .

تقع الحدود القصوى الرئيسية بشكل متماثل في أزواج، بالنسبة إلى الحد المركزي، وإلى حد ما تتكرر بعضها البعض. مجموعة الحدود القصوى الموجودة على جانب واحد من المركز، إلى جانب الجانب المركزي، تكفي لنقل معلومات حول الموضوع. وبالتالي، فإن حجب الأشعة القادمة من الحد الأقصى الموجود على الجانب الآخر من المركز لن يؤدي إلا إلى تقليل سطوع صورة الجسم.

كما يتبين من الصيغة (حيث A هي الفتحة العددية؛ وn هو معامل الانكسار للوسط الموجود بين الجسم والعدسة الشيئية)، فإن إحدى الطرق لتقليل حد دقة المجهر هي استخدام الضوء مع طول موجي أقصر. يمكن زيادة الفتحة العددية باستخدام وسط سائل خاص - الغمر - في المسافة بين الهدف وزجاج غطاء المجهر. العدسة لا تؤثر على دقة المجهر على الإطلاق، فهي فقط تخلق صورة مكبرة للعدسة.

التحليل الطيفي عبارة عن مجموعة من الطرق لتحديد تركيبة الجسم نوعيًا وكميًا، استنادًا إلى دراسة أطياف تفاعل المادة مع الإشعاع، بما في ذلك الأطياف الاشعاع الكهرومغناطيسي, الموجات الصوتية، توزيعات الكتلة والطاقة الجسيمات الأوليةإلخ. اعتمادا على أغراض التحليل وأنواع الأطياف، يتم التمييز بين عدة طرق للتحليل الطيفي. تتيح التحليلات الطيفية الذرية والجزيئية تحديد التركيب العنصري والجزيئي للمادة، على التوالي. في طرق الانبعاث والامتصاص، يتم تحديد التركيب من أطياف الانبعاث والامتصاص، ويتم إجراء التحليل الطيفي الكتلي باستخدام أطياف كتلة الأيونات الذرية أو الجزيئية ويسمح بتحديد التركيب النظائري لجسم ما.

استقطاب الضوء هو ظاهرة تعديل خاص لأشعة الضوء الطبيعية المنبعثة من مصدر ضوء عادي، حيث تكتسب الأشعة خصائص مختلفة في اتجاهات مختلفة متعامدة مع اتجاه الشعاع؛ يمكن أن تحدث خاصية الأشعة هذه في مصدر الضوء نفسه، إذا تم وضع الأخير تحت ظروف معينة، ولكن يمكن أيضًا نقلها بشكل مصطنع إلى الأشعة الخارجة من مصدر الضوء في حالتها الطبيعية.
الضوء الذي يتم فيه ترتيب اتجاهات تذبذبات ناقل الضوء بطريقة ما يسمى مستقطبًا. لذلك، إذا كان نتيجة لأي تأثيرات خارجيةإذا ظهر الاتجاه المفضل لتذبذبات المتجه E، فإننا نتعامل مع ضوء مستقطب جزئيًا. الضوء الذي يتأرجح فيه المتجه E في اتجاه واحد فقط، عموديًا على الحزمة، يسمى مستقطبًا مستويًا.
الانكسار الثنائي عبارة عن أجسام ليفية لها محور بصري واحد. على الرغم من أن هذا يعتبر تبسيطًا مفرطًا، إلا أنه من المناسب بالنسبة للعديد من الدراسات البيولوجية افتراض أن المحور الطويل للألياف يتزامن مع المحور البصري للهيكل.
في أجهزة الاستقطاب - المستقطبات، يتم استخدام واحد من ثلاثة لإنتاج ضوء مستقطب كليًا أو جزئيًا الظواهر الفيزيائية: الاستقطاب عندما ينعكس الضوء أو ينكسر عند السطح البيني بين وسطين شفافين؛ ثنائية اللون الخطية. الانكسار المزدوج.

عند إنشاء الصور في البصريات الهندسية، يتم استخدام التقريبات التالية: 1. ينتشر الضوء في وسط متجانس بشكل مستقيم (أي يتم إهمال ظواهر الحيود). 2. تنتشر الأشعة الفردية بشكل مستقل عن بعضها البعض (أي يتم إهمال تداخل الأشعة). 3. عندما يمر الشعاع من وسط له معامل انكسار n إلى وسط ذو معامل انكسار n" عند السطح البيني، تكون العلاقة ti sin i = n" sin t محققة بين زاوية السقوط i وزاوية الانكسار r. ويعتبر الانعكاس حالة خاصةيعود الانكسار إلى الوسط الأول ويتم تحديد مسار الأشعة عن طريق الاستبدال البسيط في الانكسارات التي تم الحصول عليها من الأسطوانة. ولا يؤخذ في الاعتبار الانعكاس الجزئي للأشعة أثناء الانكسار والامتصاص الجزئي أثناء الانعكاس.4. من أجل التبسيط، يتم إجراء الحساب فقط للأشعة الواردة والمنعكسة بزوايا صغيرة بحيث يمكن استخدام علاقات تقريبية لها: sin a "tg a" a.
النظام البصري المركزي هو نظام تقع مراكز جميع أسطحه على نفس الخط المستقيم. ويسمى هذا الخط المستقيم بالمحور البصري للنظام. دعونا نفكر في انكسار الأشعة المجاورة للمحور (أي الأشعة التي تمر بالقرب من المحور البصري بشكل لا نهائي) على سطح كروي واحد. وفي حالة وجود سطح كروي واحد، يمكن أن يكون المحور البصري أي خط مستقيم عابر.
الألياف البصريةتستخدم على نطاق واسع للإضاءة. يتم استخدامها كدليل ضوئي في التطبيقات الطبية وغيرها من التطبيقات حيث يجب توصيل الضوء الساطع إلى منطقة يصعب الوصول إليها من خلال مركز السطح.
المنظار - مجموعة من الأدوات البصرية لأغراض مختلفة. هناك مناظير طبية وفنية. تُستخدم المناظير الداخلية التقنية لفحص تجاويف الآلات والمعدات التي يصعب الوصول إليها أثناء إجراء العملية صيانةوتقييم الأداء (شفرات التوربينات، وأسطوانات محركات الاحتراق الداخلي، وتقييم حالة خطوط الأنابيب، وما إلى ذلك)، بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم المناظير الداخلية التقنية في أنظمة الأمان لفحص التجاويف المخفية (بما في ذلك فحص خزانات الغاز في الجمارك). تم إنتاج المناظير الداخلية التقنية في الاتحاد السوفيتي في خاركوف، وتستخدم المناظير الطبية في الطب لفحص وعلاج الأعضاء البشرية الداخلية المجوفة (المريء والمعدة والشعب الهوائية والإحليل والمثانة والأعضاء التناسلية الأنثوية والكلى وأعضاء السمع) وكذلك تجاويف البطن وغيرها من الهيئات.

انحرافات النظم البصرية(باللاتينية - الانحراف) - التشوهات وأخطاء الصورة الناتجة عن عيوب في النظام البصري. جميع العدسات، حتى أغلىها، معرضة للانحرافات بدرجات متفاوتة. ويعتقد أنه كلما زاد نطاق الأطوال البؤرية للعدسة، كلما ارتفع مستوى انحرافاتها. تفاصيل التحقيق- انحراف الأنظمة البصرية. انتهاك تماثل مركزية حزم الأشعة من مصدر نقطي مرت عبر النظام البصري دون الإخلال بتماثل بنية هذه الحزم (على عكس الغيبوبة والاستجماتيزم). مسافة δs"على طول المحور البصري بين نقطتي التلاشي للصفر والأشعة المتطرفة يسمى انحراف كروي طولي.قطر الدائرة δ" يتم تحديد دائرة التشتت (القرص) بواسطة الصيغة

أين2 ح 1 - قطر فتحة النظام؛ أ"- المسافة من النظام إلى نقطة الصورة؛ δs"- الانحراف الطولي للأشياء الموجودة في اللانهاية، حيث F"- البعد البؤري الخلفي: من أجل الوضوح، يتم عرض الانحراف الكروي عادة ليس فقط في شكل جداول، ولكن أيضًا بيانيًا. تتركز الأشعة الضوئية التي تمر عبر العدسة بالقرب من المحور البصري (الأقرب إلى المركز) في المنطقة في، بعيدًا عن العدسة. تتركز الأشعة الضوئية التي تمر عبر مناطق حافة العدسة في المنطقة أ، أقرب إلى العدسة. وبذلك يتبين أن حواف العدسة لها طول بؤري أقصر من ذلك، والانحراف اللوني (CA) هو ظاهرة ناتجة عن تشتت الضوء المار عبر العدسة، أي الانحراف اللوني. تحلل شعاع الضوء إلى مكوناته. أشعة ذات أطوال موجية مختلفة ( لون مختلف) تنكسر تحت زوايا مختلفةولذلك يتكون قوس قزح من شعاع أبيض. الانحرافات اللونية تؤدي إلى انخفاض وضوح الصورة وظهور هامش اللون، وخاصة على الأجسام المتناقضة. الاستجماتيزم(من اليونانية أ - جسيم سلبي ونقطة وصمة عار)، وهو عيب في النظام البصري ناتج عن الانحناء غير المتساوي للسطح البصري في مستويات مقطعية مختلفة لشعاع الضوء الساقط عليه. يتشوه سطح الموجة الكروية، بعد المرور عبر النظام البصري، ويتوقف عن أن يكون كرويًا. الاستجماتيزم(طب) - عيب في الرؤية يرتبط بانتهاك شكل العدسة أو القرنية أو العين، ونتيجة لذلك يفقد الإنسان القدرة على الرؤية بوضوح. مع العدسات البصرية الكروية، لا يتم تعويض الخلل بشكل كامل. إذا ترك الاستجماتيزم دون علاج، فإنه يمكن أن يؤدي إلى الحول وانخفاض حاد في الرؤية. وبدون تصحيح، يمكن أن يسبب الاستجماتيزم الصداع وألم العين. لذلك، من المهم جدًا زيارة طبيب العيون بانتظام. العدسات الأسطوانية لها شكل إطار السيارة، منحنية في اتجاه واحد أكثر من الآخر. المجهر الضوئييعتمد على قوانين البصريات الهندسية والنظرية الموجية لتكوين الصورة؛ طبيعية أو مصادر مصطنعةسفيتا. المجهر الكلاسيكي عبارة عن حامل ثلاثي الأرجل مزود بحامل أنبوب متحرك وإضاءة ومسرح. الأنبوب (الأنبوب المجوف) الملحق بها مجهز بنظام عدسات. مرآة مرفقة بجدول الكائنات أدناه. من خلال تغيير موضع المصباح والمرآة وسطح العمل للمسرح باستخدام صمامات خاصة، من الممكن تحقيق تركيز دقيق لأشعة الضوء على الجسم قيد الدراسة وظهور صورة واضحة في العدسة. يوجد في الطرف السفلي من الأنبوب 2-3 عدسات متحركة بدرجات متفاوتة من التكبير، وفي الطرف العلوي توجد عدسة عينية. وينقسم المجهر الضوئي إلى تباين الطور، والتداخل، والاستقطاب، والتألق، والأشعة تحت الحمراء، والمجسمة ويعتمد على الاستخدام خصائص مختلفةالضوء والكائن قيد الدراسة

الإشعاع الشمسي (الإشعاع) -الإشعاع الكهرومغناطيسي والجسيمي من الشمس. النطاق الطيفي للإشعاع الكهرومغناطيسي القادم من الشمس واسع جدًا - من موجات الراديو إلى الأشعة السينية - لكن شدته القصوى تقع على الجزء المرئي (الأصفر والأخضر) من الطيف. يخضع الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الأرض لتنقية صارمة في طبقات الغلاف الجوي للأرض. يبدأ الغلاف الجوي للأرض بتدمير الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية على ارتفاع 350 كم. تنعكس موجات الراديو الطويلة على نفس الارتفاع. يتم امتصاص الأشعة فوق البنفسجية الناعمة على ارتفاع 30-35 كم، حيث يتكون الأوزون. وتمتص البحار والمحيطات، وكذلك الأرض، الإشعاع المتبقي الذي يصل إلى سطح الغطاء الأرضي. الثابت الشمسي- هذه هي الكمية طاقة شمسية، السقوط على سطح مساحته متر مربعوتحولت بشكل عمودي أشعة الشمسعلى حدود الغلاف الجوي للأرض. الأشعة تحت الحمراء- الإشعاع الكهرومغناطيسي، الذي يشغل المنطقة الطيفية بين الطرف الأحمر للضوء المرئي (بطول موجة 0 = 0.74 ميكرومتر) وإشعاع الموجات الدقيقة (1-2 ~ مم). الأشعة تحت الحمراءيُطلق عليه أيضًا الإشعاع "الحراري"، نظرًا لأن جلد الإنسان ينظر إلى الأشعة تحت الحمراء الصادرة عن الأجسام الساخنة على أنها إحساس بالحرارة. تستخدم الأشعة تحت الحمراء في العلاج الطبيعي. اختراق موجات الأشعة تحت الحمراءفي عمق الجسم (حتى 7 سم) يقوم بتدفئة الأنسجة والأعضاء والعضلات والعظام والمفاصل ويسرع تدفق الدم والليمفاوية. كما أن الأشعة تحت الحمراء تجعل من الممكن إضعاف تأثير المبيدات الحشرية والأشعة السينية، مما يساعد على زيادة المناعة غير المحددة. تعمل الأشعة تحت الحمراء على تجفيف الجلد، وبالتالي يمكن استخدامها لعلاج بعض الأمراض الجلدية أو الحروق. الأشعة فوق البنفسجية- الإشعاع الكهرومغناطيسي، الذي يشغل النطاق بين الحد البنفسجي للإشعاع المرئي وإشعاع الأشعة السينية (380 - 10 نانومتر، 7.9 1014 - 3 1016 هرتز). الخواص: نشاط كيميائي عالي، غير مرئي، قدرة اختراق عالية، يقتل الكائنات الحية الدقيقة، بجرعات صغيرة له تأثير مفيد على جسم الإنسان (الدباغة)، ولكن بجرعات كبيرة له تأثير بيولوجي سلبي: تغيرات في تطور الخلايا والتمثيل الغذائي، تأثير على العيون. يرجع استخدام الأشعة فوق البنفسجية في الطب إلى حقيقة أن لها تأثيرات مبيد للجراثيم ومطفرة وعلاجية (طبية) ومضادة للفطريات ووقائية وتطهير ؛ الطب الحيوي بالليزر. يؤدي نقص الأشعة فوق البنفسجية إلى نقص الفيتامينات وانخفاض المناعة، أداء سيءالجهاز العصبي، وظهور عدم الاستقرار العقلي، والأشعة فوق البنفسجية لها تأثير كبير على استقلاب الفوسفور والكالسيوم، وتحفز تكوين فيتامين د، وتحسن جميع عمليات التمثيل الغذائي في الجسم.

الإشعاع الحراريأو الإشعاع - نقل الطاقة من جسم إلى آخر على شكل موجات كهرومغناطيسيةبسبب طاقتها الحرارية. يقع الإشعاع الحراري بشكل رئيسي في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف، أي عند أطوال موجية تتراوح من 0.74 ميكرون إلى 1000 ميكرون. سمة مميزةالتبادل الحراري الإشعاعي هو أنه يمكن إجراؤه بين الأجسام الموجودة ليس فقط في أي وسط، ولكن أيضًا في الفراغ. خصائص الإشعاع الحراري- لمعان حيويةهي كمية طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي في النطاق الكامل للأطوال الموجية للإشعاع الحراري التي ينبعثها الجسم في جميع الاتجاهات من وحدة مساحة السطح لكل وحدة زمنية: R = E/(S t), [J/(m2s) ] = [W/m2 ] تعتمد الطاقة المضيئة على طبيعة الجسم ودرجة حرارة الجسم وحالة سطح الجسم والطول الموجي للإشعاع.ومن الخصائص الكمية للإشعاع الحراري الكثافة الطيفية لمعان الطاقة (الانبعاثية) للجسم (R)- الطاقة الإشعاعية لكل وحدة مساحة سطح الجسم في نطاق ترددي لعرض الوحدة:

- معامل الامتصاص- نسبة الطاقة التي يمتصها الجسم إلى الطاقة الساقطة. لذلك، إذا سقط الإشعاع من تدفق dFpad على الجسم، فإن جزءًا منه ينعكس من سطح الجسم - dFotr، ويمر الجزء الآخر إلى الجسم ويتحول جزئيًا إلى حرارة dFpogl، والجزء الثالث، بعد عدة الانعكاسات الداخلية، تمر عبر الجسم نحو الخارج dFpr: α = dFag/dFd.معامل الامتصاص α يعتمد ذلك على طبيعة الجسم الممتص، والطول الموجي للإشعاع الممتص، ودرجة الحرارة وحالة سطح الجسم. - معامل الامتصاص أحادي اللون- معامل امتصاص الإشعاع الحراري لطول موجي معين عند درجة حرارة معينة: αл,T = f(α,T) من بين الأجسام هناك أجسام يمكنها امتصاص كل الإشعاع الحراري لأي طول موجي يقع عليها. تسمى هذه الأجسام الممتصة بشكل مثالي أجسام سوداء تمامًا.بالنسبة لهم α = 1. هناك أيضا الأجسام الرمادية,من أجل ألف<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.قانون كيرتشوف. الإشعاع الحراري هو التوازن - كمية الطاقة المنبعثة من الجسم هي مقدار امتصاصه له. بالنسبة للأجسام الثلاثة الموجودة في تجويف مغلق يمكننا أن نكتب:

قانون كيرتشوف:إن نسبة الكثافة الطيفية للضوء النشط لجسم ما إلى معامل امتصاصه أحادي اللون (عند درجة حرارة معينة ولطول موجي معين) لا تعتمد على طبيعة الجسم وهي تساوي لجميع الأجسام الكثافة الطيفية للطاقة لمعان عند نفس درجة الحرارة والطول الموجي. قانون ستيفان بولتزمان.يتناسب إجمالي اللمعان النشط على كامل نطاق الطول الموجي مع القوة الرابعة لدرجة حرارة الجسم المطلقة:

قانون النبيذ.الطول الموجي max، الذي يمثل الكثافة الطيفية القصوى لضياء طاقة الجسم الأسود، يتناسب عكسيًا مع درجة حرارته المطلقة T:

lmax = v/t،حيث b = 2.9*10-3 m·K هو ثابت فيينا. صيغة بلانك.تتناسب الطاقة الكمومية مع تردد الإشعاع: E = حν = ح ج/ ,أين ح= 6.63*10-34 J ث ثابت بلانك.

طبيعة الأشعة السينية ومن المعروف الآن أن الأشعة السينية هي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي له طول موجي أقصر من الموجات الكهرومغناطيسية فوق البنفسجية. يتراوح الطول الموجي للأشعة السينية من 70 نانومترما يصل إلى 10-5 نانومتر. كلما كان الطول الموجي للأشعة السينية أقصر، زادت طاقة فوتوناتها وزادت قدرتها على الاختراق. الأشعة السينية ذات الطول الموجي الطويل نسبيًا (أكثر من 10 نانومتر)، وتسمى ناعم. الطول الموجي 1 - 10 نانومتريميز صعبالأشعة السينية. لديهم قوة اختراق هائلة. أناالأشعة السينية – الموجات الكهرومغناطيسية بطول من 80 إلى 10-5 نانومتر. يتداخل إشعاع الأشعة السينية طويل الموجة مع الأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة، ويتداخل إشعاع الأشعة السينية قصير الموجة مع إشعاع g طويل الموجة. يتم إنتاج الأشعة السينية في أنابيب الأشعة السينية. رسم بياني 1.

ك – الكاثود

1 – شعاع الالكترون

2 – الأشعة السينية

أرز. 1. جهاز أنبوب الأشعة السينية.

الأنبوب عبارة عن دورق زجاجي (ربما يكون به فراغ عالٍ: يبلغ الضغط فيه حوالي 10-6 مم زئبق) مع قطبين كهربائيين: الأنود A والكاثود K، حيث يتم تطبيق الجهد العالي U (عدة آلاف فولت). الكاثود هو مصدر للإلكترونات (بسبب ظاهرة الانبعاث الحراري). الأنود عبارة عن قضيب معدني له سطح مائل لتوجيه إشعاع الأشعة السينية الناتج بزاوية إلى محور الأنبوب. وهي مصنوعة من مادة موصلة للحرارة للغاية لتبديد الحرارة الناتجة عن القصف الإلكتروني. يوجد في الطرف المشطوف صفيحة من المعدن المقاوم للحرارة (على سبيل المثال، التنغستن).
يرجع التسخين القوي للأنود إلى حقيقة أن العدد الرئيسي من الإلكترونات في شعاع الكاثود، الذي يضرب الأنود، يتعرض للعديد من الاصطدامات مع ذرات المادة وينقل إليها طاقة كبيرة. تحت تأثير الجهد العالي، تنبعث الإلكترونات بواسطة خيوط الكاثود الساخن يتم تسريعها إلى طاقات عالية. الطاقة الحركية للإلكترون هي mv 2/2. وهي تساوي الطاقة التي تكتسبها أثناء التحرك في المجال الكهروستاتيكي للأنبوب: mv 2 /2 = eU (1) حيث m وe هي كتلة وشحنة الإلكترون، وU هو الجهد المتسارع. تحدث العمليات التي تؤدي إلى ظهور إشعاع الأشعة السينية bremsstrahlung بسبب التباطؤ الشديد للإلكترونات في مادة الأنود بواسطة المجال الكهروستاتيكي للنواة الذرية والإلكترونات الذرية، ويمكن تمثيل آلية الحدوث على النحو التالي. الإلكترونات المتحركة هي تيار معين يشكل مجالًا مغناطيسيًا خاصًا به. تباطؤ الإلكترونات هو انخفاض في قوة التيار، وبالتالي تغيير في تحريض المجال المغناطيسي، مما سيؤدي إلى ظهور مجال كهربائي متناوب، أي. ظهور موجة كهرومغناطيسية، وبالتالي، عندما يطير جسيم مشحون إلى مادة ما، فإنه يتباطأ، ويفقد طاقته وسرعته، وتنبعث منه موجات كهرومغناطيسية. أجهزة الأشعة السينية (مرادفها: تركيبات الأشعة السينية) هي أجهزة لإنتاج واستخدام الأشعة السينية للأغراض التقنية والطبية. حسب الغرض منها، تنقسم أجهزة الأشعة السينية الطبية إلى تشخيصية وعلاجية. يتكون جهاز الأشعة السينية من المكونات الرئيسية التالية. 1. جهاز الجهد العالي يشتمل على محول الجهد العالي (ما يسمى بالمحول الرئيسي) ومحول فتيل أنبوب الأشعة السينية ونظام تصحيح التيار المغذي لأنبوب الأشعة السينية (في الطاقة المنخفضة) الأجهزة، قد يكون جهاز المعدل غائبا). 2. مولد الأشعة السينية - أنبوب الأشعة السينية. 3. Switchgear - لوحة تحكم تنظم أوضاع تشغيل الجهاز. 4. حامل ثلاثي القوائم أو مجموعات من الحوامل الثلاثية لتثبيت الأشعة السينية

الطيف هو تراكب لطيف مستمر، محدود على جانب الأطوال الموجية القصيرة بحد معين l min، يسمى حدود الطيف المستمر,والطيف الخطي - مجموعة من الخطوط الفردية التي تظهر على خلفية طيف مستمر، وقد أظهرت الأبحاث أن طبيعة الطيف المستمر مستقلة تمامًا عن مادة الأنود، ولكنها تتحدد فقط من خلال طاقة الإلكترونات التي تقصف الأنود. وأظهرت دراسة تفصيلية لخصائص هذا الإشعاع أنه ينبعث من قصف الإلكترونات للأنود نتيجة تباطؤها أثناء تفاعلها مع الذرات المستهدفة. ولذلك يسمى طيف الأشعة السينية المستمر طيف الكبح. ويتفق هذا الاستنتاج مع النظرية الكلاسيكية للإشعاع، لأنه عندما تتباطأ الشحنات المتحركة، يجب أن ينشأ بالفعل إشعاع ذو طيف مستمر، ومع ذلك، فإن النظرية الكلاسيكية لا تعني وجود حدود موجة قصيرة من الطيف المستمر. ويترتب على التجارب أنه كلما زادت الطاقة الحركية للإلكترونات المسببة لكسر الأشعة السينية، قل عدد l دقيقة. يتم تفسير هذا الظرف، وكذلك وجود الحدود نفسها، من خلال نظرية الكم. ومن الواضح أن الطاقة الحدية للكم تتوافق مع حالة الكبح التي يتم فيها تحويل الطاقة الحركية الكاملة للإلكترون إلى طاقة كمومية، أي حيث ش-فرق الجهد الناتج عن نقل الطاقة إلى الإلكترون هالأعلى، نالحد الأقصى - التردد المقابل لحدود الطيف المستمر. ومن ثم فإن الطول الموجي المقطوع، والذي يتوافق تمامًا مع البيانات التجريبية. من خلال قياس حدود طيف الأشعة السينية المستمر باستخدام الصيغة (229.1)، يمكن تحديد القيمة التجريبية لثابت بلانك ح"، والذي يتزامن بدقة مع البيانات الحديثة. مع وجود طاقة عالية بما فيه الكفاية من الإلكترونات التي تقصف الأنود، تظهر خطوط حادة فردية على خلفية طيف مستمر - طيف خطي تحدده مادة الأنود ويسمى طيف الأشعة السينية المميز (الإشعاع)كان سبب استخدام الأشعة السينية في التشخيص هو قدرتها العالية على الاختراق. في الأيام الأولى بعد اكتشافها، تم استخدام الأشعة السينية في الغالب لفحص كسور العظام وتحديد موقع الأجسام الغريبة (مثل الرصاص) في جسم الإنسان. حاليًا، يتم استخدام العديد من طرق التشخيص باستخدام الأشعة السينية (تشخيص الأشعة السينية). الأشعة السينية . يتكون جهاز الأشعة السينية من مصدر الأشعة السينية (أنبوب الأشعة السينية) وشاشة الفلورسنت. وبعد مرور الأشعة السينية عبر جسم المريض، يلاحظ الطبيب صورة ظلية له. يجب تركيب نافذة رصاصية بين الشاشة وعيني الطبيب لحماية الطبيب من التأثيرات الضارة للأشعة السينية. تتيح هذه الطريقة دراسة الحالة الوظيفية لبعض الأعضاء. على سبيل المثال، يمكن للطبيب أن يراقب بشكل مباشر حركات الرئتين ومرور عامل التباين عبر الجهاز الهضمي. تتمثل عيوب هذه الطريقة في عدم كفاية صور التباين والجرعات الكبيرة نسبيًا من الإشعاع التي يتلقاها المريض أثناء الإجراء. التصوير الفلوري . تتكون هذه الطريقة من التقاط صورة لجزء من جسم المريض. يتم استخدامها عادةً للفحص الأولي لحالة الأعضاء الداخلية للمرضى باستخدام جرعات منخفضة من الأشعة السينية. التصوير الشعاعي. (التصوير الشعاعي). هذه طريقة بحث تستخدم الأشعة السينية حيث يتم تسجيل الصورة على فيلم فوتوغرافي. يتم التقاط الصور عادة في طائرتين متعامدتين. هذه الطريقة لها بعض المزايا. تحتوي صور الأشعة السينية على تفاصيل أكثر من شاشة الفلورسنت، وبالتالي فهي أكثر إفادة. ويمكن حفظها لمزيد من التحليل. الجرعة الإشعاعية الإجمالية أقل من تلك المستخدمة في التنظير الفلوري. . يعد ماسح التصوير المقطعي المحوري المجهز بتكنولوجيا الكمبيوتر هو أحدث جهاز تشخيص بالأشعة السينية الذي يسمح لك بالحصول على صورة واضحة لأي جزء من جسم الإنسان، بما في ذلك الأنسجة الرخوة للأعضاء.

تعتمد طريقة التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية على إعادة بناء صورة لقسم معين من جسم المريض من خلال تسجيل عدد كبير من إسقاطات الأشعة السينية لهذا القسم، والتي يتم إجراؤها بزوايا مختلفة. وتدخل المعلومات الواردة من أجهزة الاستشعار التي تسجل هذه الإسقاطات إلى جهاز الكمبيوتر، والذي يستخدم برنامجًا خاصًا، يحسبتوزيع كثافة العينةفي القسم قيد الدراسة وعرضه على شاشة العرض. تتميز الصورة المقطعية لجسم المريض التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة بالوضوح الممتاز ومحتوى المعلومات العالي. ويسمح البرنامج، إذا لزم الأمر، زيادة تباين الصورةعشرات وحتى مئات المرات. وهذا يوسع القدرات التشخيصية لهذه الطريقة. التصوير المقطعي بالأشعة السينية . يُعد ماسح التصوير المقطعي المحوري، المجهز بتقنية الكمبيوتر، أكثر أجهزة التشخيص بالأشعة السينية تقدمًا والذي يسمح لك بالحصول على صورة واضحة لأي جزء من جسم الإنسان، بما في ذلك أعضاء الأنسجة الرخوة. يتضمن الجيل الأول من ماسحات التصوير المقطعي المحوسب (CT) أنبوب أشعة سينية خاص متصل بإطار أسطواني. يتم توجيه شعاع رفيع من الأشعة السينية نحو المريض. يتم تثبيت كاشفين للأشعة السينية على الجانب الآخر من الإطار. يكون المريض في وسط إطار يمكن أن يدور حول جسمه بمقدار 180 درجة، ويمر شعاع الأشعة السينية عبر جسم ثابت. تقوم أجهزة الكشف بالحصول على قيم الامتصاص للأنسجة المختلفة وتسجيلها. يتم إجراء التسجيلات 160 مرة بينما يتحرك أنبوب الأشعة السينية خطيًا على طول المستوى الممسوح ضوئيًا. ثم يتم تدوير الإطار 1 0 ويتم تكرار الإجراء. يستمر التسجيل حتى يدور الإطار بمقدار 180 0 . يسجل كل كاشف 28800 إطارًا (180 × 160) أثناء الدراسة. تتم معالجة المعلومات بواسطة الكمبيوتر، ويتم تكوين صورة الطبقة المختارة باستخدام برنامج كمبيوتر خاص، ويستخدم الجيل الثاني من الأشعة المقطعية عدة حزم من الأشعة السينية وما يصل إلى 30 كاشفًا لها. وهذا يجعل من الممكن تسريع عملية الفحص لمدة تصل إلى 18 ثانية، ويستخدم الجيل الثالث من التصوير المقطعي مبدأً جديدًا. يغطي شعاع واسع من الأشعة السينية على شكل مروحة الجسم قيد الدراسة، ويتم تسجيل إشعاع الأشعة السينية الذي يمر عبر الجسم بواسطة عدة مئات من أجهزة الكشف. يتم تقليل الوقت اللازم للفحص إلى 5-6 ثواني، ويتمتع التصوير المقطعي المحوسب بالعديد من المزايا مقارنة بطرق التشخيص السابقة بالأشعة السينية. ويتميز بدقة عالية، مما يجعل من الممكن التمييز بين التغيرات الطفيفة في الأنسجة الرخوة. يتيح لك التصوير المقطعي اكتشاف العمليات المرضية التي لا يمكن اكتشافها بطرق أخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام التصوير المقطعي المحوسب يجعل من الممكن تقليل جرعة الأشعة السينية التي يتلقاها المرضى أثناء عملية التشخيص. عند معالجة الصور، يمكن لمصوري الفيديو:الحصول على صور إيجابية وسلبية، وصور زائفة الألوان، وصور بارزة. زيادة التباين وتكبير جزء الصورة محل الاهتمام. تقييم التغيرات في كثافة أنسجة الأسنان وهياكل العظام، والتحكم في انتظام حشو القناة. في علاج جذور الأسنان، تحديد طول قناة بأي انحناء، وفي الجراحة، حدد حجم الزرعة بدقة 0.1 مم، نظام كشف التسوس الفريد مع عناصر الذكاء الاصطناعي عند تحليل الصورة يسمح لك باكتشاف التسوس في مرحلة البقعة، تسوس الجذر والتسوس الخفي.

التأثير البيولوجي للإشعاع هو تعطيل الوظائف الحيوية، وخاصة الخلايا التي تتكاثر بسرعة. يتميز التفاعل الأساسي بين الأشعة السينية والمادة بثلاث آليات: 1. التشتت المتماسك. يحدث هذا النوع من التفاعل عندما تكون لدى فوتونات الأشعة السينية طاقة أقل من طاقة ربط الإلكترونات بالنواة الذرية. وفي هذه الحالة لا تكون طاقة الفوتون كافية لتحرير الإلكترونات من ذرات المادة. ولا تمتص الذرة الفوتون، ولكنه يغير اتجاه انتشاره. وفي هذه الحالة يبقى الطول الموجي للأشعة السينية دون تغيير. التأثير الكهروضوئي (التأثير الكهروضوئي). عندما يصل فوتون الأشعة السينية إلى ذرة مادة ما، فإنه يمكن أن يطرد أحد الإلكترونات. يحدث هذا إذا تجاوزت طاقة الفوتون طاقة ربط الإلكترون بالنواة. في هذه الحالة، يتم امتصاص الفوتون ويتحرر الإلكترون من الذرة. إذا كان الفوتون يحمل طاقة أكثر مما هو مطلوب لإطلاق إلكترون، فإنه سينقل الطاقة المتبقية إلى الإلكترون المتحرر في شكل طاقة حركية. تحدث هذه الظاهرة، التي تسمى التأثير الكهروضوئي، عندما يتم امتصاص الأشعة السينية ذات الطاقة المنخفضة نسبيًا. 3. التشتت غير المتماسك (تأثير كومبتون). تم اكتشاف هذا التأثير من قبل الفيزيائي الأمريكي كومبتون. ويحدث ذلك عندما تمتص المادة الأشعة السينية ذات الطول الموجي القصير. وتكون طاقة الفوتون لهذه الأشعة السينية دائمًا أكبر من طاقة التأين لذرات المادة. ينشأ تأثير كومبتون من تفاعل فوتون الأشعة السينية عالي الطاقة مع أحد الإلكترونات الموجودة في الغلاف الخارجي للذرة، والتي لها اتصال ضعيف نسبيًا مع نواة الذرة. الأشعة السينية قادرة على "تفكيك" الجزيئات والذرات المعقدة في جسم الإنسان إلى جزيئات مشحونة وجزيئات نشطة. كما هو الحال مع أنواع الإشعاع الأخرى، فإن الأشعة السينية ذات الشدة المحددة التي تؤثر على جسم الإنسان لفترة طويلة بما فيه الكفاية هي التي تعتبر خطيرة. تشمل الآثار الناجمة عن عمل الأشعة السينية، وكذلك الإشعاعات المؤينة الأخرى، ما يلي: 1) تغييرات مؤقتة في تكوين الدم بعد إشعاع زائد صغير نسبيا؛ 2) تغييرات لا رجعة فيها في تكوين الدم (فقر الدم الانحلالي) بعد التشعيع المفرط لفترة طويلة. 3) حدوث إعتام عدسة العين. 4) زيادة الإصابة بالسرطان (بما في ذلك سرطان الدم)؛ 5) الشيخوخة السريعة والوفاة المبكرة

معلومات ذات صله.