X-Işınları Çalışma Soruları Yrd. Doç. Dr. Numan Akdoğan Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü Nanomanyetizma ve Spintronik Araştırma Merkezi (NASAM) X1 (X-ışınları hakkında genel bilgiler) 1. a) Elektromanyetik spektrumu çizip, açıklayınız. b) X-ışınlarını enerji ve dalgaboyu cinsinden tanımlayınız. c) Sürekli ve karakteristik radyasyonu şekil üzerinde çizip, açıklayınız. 2. a) Bir X-ışını cihazında dikkat edilmesi gereken muhtemel tehlikeler nelerdir? b) X-ışını cihazlarının muhtemel zararlarından korunmak için nelere dikkat edilmelidir? c) X-ışınlarıyla çalışılırken deney düzeneği neden kurşun bloklardan oluşan bir kafes ile çevrilir? d) X-ışını cihazlarında neden kurşunlu camlar kullanılır? 3. X-ışınlarının uygulama alanlarından en az yedi tanesini yazınız. X2 (X-ışınlarının üretilmesi) 4. a) X-ışını tüpünü çizerek, X-ışınlarının nasıl üretildiğini anlatınız. b) Dönen anod tüpü nasıl çalışır ve X-ışını tüpüne göre avantajları nelerdir? 5. a) X-ışını tüplerinde filaman olarak hangi malzeme kullanılır, neden? b) X-ışını tüplerinde hedef malzeme (anod) olarak neden Cu, Mo ve Co gibi malzemeler kullanılır? c) X-ışını tüplerini çevreleyen cam malzeme niçin Berilyum dan imal edilir? 6. a) Bir X-ışını tüpünde anod olarak Cu kullanırsak, hangi karakteristik dalga boylarını elde ederiz? b) Cu anod kullanılan bir X-ışını tüpüyle tek dalgaboyuna sahip X-ışınları elde etmek istersek ne yapmamız gerekir? 7. a) İlk dairesel hızlandırıcı olan, cyclotron hızlandırıcısının çalışma prensibini şekil çizerek açıklayınız. b) Bu tür hızlandırıcılar günümüzde hangi amaçlar için kullanılmaktadır?
8. a) Bir sinkrotron (synchrotron) ışık kaynağının ana ünitelerini şekil çizerek gösteriniz ve herbir ünitenin görevini kısaca yazınız. b) Sinkrotron ışık kaynağının cyclotron hızlandırıcısına göre avantajı nedir? 9. a) Microtron ve sinkrotron hızlandırıcısında bulunan lineer hızlandırıcıların (linac) çalışma prensibini şekil çizerek anlatınız. b) Sinkrotron hızlandırıcısına synchrotron isminin verilmesinin sebebi nedir? c) Sinkrotron hızlandırıcısında linac lardan başka hangi üniteler bulunur ve ne amaçla kullanılırlar? 10. a) Sinkrotron hızlandırıcısındaki depolama halkasında hangi üniteler vardır ve ne amaçla kullanılırlar? b) Sinkrotron hızlandırıcılarında bütün sistem neden yüksek vakuma ihtiyaç duyar? c) Depolama halkasında elektronlar niye enerjilerini kaybederler? d) Depolama halkasında elektron takviyesi (injection) niçin yapılır? e) Sürekli elektron takviyesi (continous injection veya top-up injection) nedir ve hangi avantajları vardır? 11. a) Yönlendirici mıknatısların (bending or dipole magnets) çalışma prensibini ve sinkrotron hızlandırıcısının hangi bölümlerinde, ne amaçla kullanıldığını anlatınız. b) Saptırıcıların (wiggler) ve dalgalandırıcıların (undulator) çalışma prensibini ve sinkrotron hızlandırıcısının hangi bölümlerinde, ne amaçla kullanıldığını anlatınız. c) Yönlendirici, saptırıcı ve dalgalandırıcılar tarafından üretilen X-ışınlarının farkı nedir? 12. İvmeli hareket yaptırılan elektron neden X-ışını yayınlar? 13. Demet hattında (beamline) hangi üniteler vardır ve ne amaçla kullanılırlar? 14. a) Serbest elektron lazerinin (FEL) ana ünitelerini şekil çizerek gösteriniz ve FEL in çalışma prensibini anlatınız. b) FEL in sinkrotron hızlandırıcısına göre avantajı nedir? X3 (X-ışını sayaçları) 15. a) Fotoğraf filminin çalışma prensibini ve günümüzde hangi amaçlar için kullanıldığını anlatınız. b) Bilimsel çalışmalarda sayaç olarak fotoğraf filminin neden tercih edilmediğini yazınız. 16. a) Gaz iyonlaştırma sayaçlarının çalışma prensibini şekil çizerek anlatınız.
b) Orantılı sayaçların çalışma prensibini şekil çizerek anlatınız. Bu sayaçların gaz iyonlaştırma sayaçlarından farkı nedir? c) Geiger sayaçlarının orantılı sayaçlardan farkı nedir? d) Gaz iyonlaştırma, orantılı ve Geiger sayaçları için voltaj-verim ilişkisini tek bir grafik üzerinde gösterip, açıklayınız. 17. a) Işık (scintillation) sayaçlarının çalışma prensibini şekil çizerek açıklayınız. b) Işık sayaçlarının orantılı sayaçlara göre avantajı nedir? c) Işık çoğaltıcı tüpün (photomultiplier tube) çalışma prensibini şekil çizerek açıklayınız. 18. a) Yarıiletken sayaçların çalışma prensibini anlatınız. b) Yarıiletken sayaçların avantaj ve dezavantajlarını yazınız. 19. CCD sayaçların çalışma prensibini şekil çizerek açıklayınız. X4 (X-ışınlarının maddeyle etkileşmesi) 20. Genel olarak X-ışınlarının maddeyle etkileşmesi hangi üç ana başlık altında toplanabilir ve bu etkileşmelerin gerçekleşme oranı nelere bağlıdır? 21. Fotoelektron, Auger elektronu ve floresan ışını nedir? 22. a) Esnek ve esnek olmayan saçılma nedir? b) Thomson, Rayleigh ve Compton saçılmalarını tanımlayınız. c) Coherent ve incoherent saçılma nedir? 23. Enerji ve momentum korunumundan yararlanarak, Compton saçılması için aşağıdaki ifadeyi elde ediniz: h λ = λ+ (1 cos θ) mc e 24. a) X-ışınlarının maddeyle etkileşmesini tanımlayan karmaşık kırılma indisini yazıp, herbir ifadeyi açıklayınız. b) t kalınlığındaki bir malzemeden geçen X-ışınının şiddetini yazıp, herbir ifadeyi açıklayınız. 25. Düşük enerjili (soft) ve yüksek enerjili (hard) X-ışınlarını tanımlayıp, hangi amaçlar için hangi X-ışınlarının kullanıldığını yazınız.
X5 (X-ışını kırınımı) 26. a) X-ışınlarının kristalden kırınımının mümkün olması için von Laue nun öngördüğü şartlar nelerdir? b) Friedrich ve Knipping tarafından yapılan ve Laue deneyi olarak bilinen deneyi anlatınız. c) Friedrich ve Knipping tarafından yapılan deneylerin iki ana sonucu nedir? d) Baba-oğul Bragg lerin X-ışını kırınımına katkıları nedir? 27. a) Şekil çizerek, Bragg yasasının 2dsinθ = nλ olduğunu gösteriniz. b) Yapıcı ve yokedici girişim nedir? 28. a) Yapı faktörü nedir ve kristal analizinde ne işe yarar? b) BCC ve FCC yapılar için yapı faktörlerini yazınız. X6 (X-ışını yansıması) 29. a) X-ışını yansıması ölçümlerinin amacı nedir ve hangi bilgiler elde edilir? b) X-ışını yansıması ölçümlerinin avantajları nelerdir? 30. X-ışını yansıması ölçümleri için örneğin hazırlanma süreçlerini (alignment) açıklayarak sıralayınız. 31. Bir yansıma eğrisinin platosu, kritik açısı, salınımlar arası mesafesi, salınım genlikleri ve şekli hangi bilgileri verir? 32. Specular bir yansıma için Snell yasasını kullanarak, kritik açı ile elektron yoğunluğu arasında bir bağıntı elde ediniz. 33. X-ışını yansıma eğrisinin şekli hangi denklemlerle hesaplanır? 34. a) X-ışını yansıması eğrisinden ince film kalınlığı nasıl hesaplanır? b) Film kalınlığının yansıma eğrisine nasıl bir etkisi olur? c) Elektron yoğunluğunun yansıma eğrisine nasıl bir etkisi olur? d) Film pürüzlüğünün yansıma eğrisine nasıl bir etkisi olur? e) Alttaş pürüzlüğünün yansıma eğrisine nasıl bir etkisi olur?
X7 (Büyük açı X-ışını kırınımı) 35. a) Büyük açı X-ışını kırınımı deneylerinin amacı nedir? b) Kaç tane birim hücre tipi ve kristal sınıfı vardır? c) Herbir birim hücre çeşidi için, birim hücredeki atom sayısını hesaplayınız. 36. Büyük açı X-ışını kırınım deneyi sonuçları nasıl analiz edilir? 37. a) BCC yapıdaki Fe için aşağıdaki yansımalardan hangileri izinlidir? (100), (110), (111), (200) b) Cu K α (λ=1.54 A ) radyasyonu kullanıldığında, yukarıdaki izinli yansımalar hangi 2θ açılarında ve q değerlerinde görülür (a Fe =2.86 A )? X8 (X-ray resonant magnetic scattering) 38. a) XRMS ölçümlerinin geometrisini çizerek açıklayınız. b) XRMS ölçümlerindeki değiştirilebilir parametrelerin neler olduğunu ve hangi avantajları sağladığını açıklayınız. 39. s (σ), p (π) ve dairesel polarize ışığı tanımlayınız. 40. a) X-ray magnetic reflectivity ölçümlerinin nasıl yapıldığını ve hangi bilgileri verdiğini açıklayınız. b) XRMS ölçümlerinin nasıl yapıldığını ve hangi bilgileri verdiğini açıklayınız. c) Asymmetry ratio nedir ve hangi bilgiyi verir? 41. a) XRMS tekniğiyle histeresis ölçümlerinin nasıl yapıldığını açıklayınız. b) XRMS tekniğiyle yapılan histeresis ölçümlerinin avantaj ve dezavantajları nelerdir? X9 (X-ray magnetic circular dichroism) 42. a) XMCD tekniğinin avantaj ve dezantajları nelerdir? b) XMCD nin kaynağını two step modelini kullanarak açıklayınız. 43. a) XMCD ölçümleri için kaç farklı ölçüm düzeneği vardır? Herbir ölçüm düzeneğini şekil çizerek açıklayınız, avantaj ve dezantajlarını yazınız. b) Ölçüm düzeneği seçildikten sonra, XMCD ölçümlerini yapabilmek için hangi adımlar takip edilmelidir?
44. a) XAS ve XMCD yi farklı polarizasyonla ölçülen şiddetler cinsinden tanımlayınız ve açıklayınız! b) XMCD ölçümlerinin analizi nasıl yapılır? Yörünge ve spin manyetik momentlerini veren ifadeleri yazıp, bu ifadelerdeki herbir terimi açıklayınız. X10 (X-ışınlarıyla görüntüleme) 45. X-PEEM tekniğinin çalışma prensibini ve avantajlarını açıklayınız. 46. a) X-ışınlarıyla tıbbi görüntüleme nasıl yapılır? b) Röntgen tıbbi görüntüleme yönteminin görüntüleme açısından en büyük dezavantajı nedir? 47. Bilgisayarlı tomografi (BT) tekniğinin çalışma prensibini ve avantajlarını açıklayınız. 48. Röntgen ve BT tekniklerinin ortak dezavantajı nedir ve bu ortak dezavantajın olumsuz etkilerini azaltmak için ne gibi tedbirler alınmıştır?