Razele X

Razele X (Razele X fac parte din spectrul electromagnetic, cu lungimi de undă mai scurte decât lumina vizibilă. Aplicații diferite utilizează diferite părți ale spectrului de raze X.)

Razele X formează radiația X, un tip de radiație electromagnetică. Cele mai multe raze X au o lungime de undă cuprinsă între 0,01 și 10 nanometri, corespunzând frecvențelor cuprinse între 30 petahertz și 30 exahertz (3×1016 Hz – 3×1019 Hz) și energii cuprinse între 100 eV și 100 keV. Lungimile de undă cu raze X sunt mai scurte decât cele ale razelor UV și de obicei sunt mai lungi decât cele ale razelor gamma. În multe limbi, radiația X este menționată cu termeni care denotă radiația Röntgen, după omul de știință german Wilhelm Röntgen, care de obicei este creditat ca descoperitor și care a numit-o radiația X pentru a semnifica un tip de radiație necunoscut.

Istorie

Fizicianul german Wilhelm Röntgen este de obicei creditat ca descoperitor de raze X în 1895, deoarece el a fost primul care le-a studiat sistematic, deși nu este primul care a observat efectele. El este, de asemenea, cel care le-a dat denumirea de „raze X” (semnificând o m[rime necunoscută), deși mulți alții le-au menționat ca „raze Röntgen” (și radiografiile asociate cu raze X ca „Rontgenograme”) timp de câteva decenii după descoperirea lor și chiar și până în prezent în unele limbi, inclusiv în limba germană a lui Röntgen.

Imagistica cu raze X cu aparate de tuburi Crookes timpurii (Imagistica cu raze X cu aparate de tuburi Crookes timpurii, la sfârșitul anilor 1800. Tubul Crookes este vizibil în centru. Omul în picioare își vede mâna cu un ecran cu fluoroscop. Omul așezat face o radiografie a mâinii prin plasarea ei pe o placă fotografică. Nu sunt luate măsuri de precauție împotriva expunerii la radiații; pericolele sale nu erau cunoscute în acel moment.)

Cel mai vechi experimentator care se crede că a produs (în necunoștință de cauză) raze X, a fost William Morgan. În 1785 a prezentat o lucrare Societății Regale din Londra, care descrie efectele trecerii curenților electrici printr-un tub de sticlă parțial evacuat, producând o strălucire creată de raze X. Această lucrare a fost explorată în continuare de către Humphry Davy și asistentul său Michael Faraday.

La 8 noiembrie 1895, profesorul german de fizică Wilhelm Röntgen a dat peste raze X în timp ce experimenta cu tuburile Lenard și Crookes și a început să le studieze. El a scris un raport inițial „Cu privire la un nou tip de raze: o comunicare preliminară„, iar la 28 decembrie 1895 a prezentat-o ​​revistei Societății Fizico-medicale din Würzburg. Aceasta a fost prima lucrare scrisă despre raze X. Röntgen s-a referit la radiații ca „X”, pentru a indica faptul că era un tip necunoscut de radiații. Numele a rămas, deși (peste obiecțiile mari ale lui Röntgen) mulți dintre colegii săi au sugerat să le numim razele Röntgen. Acestea sunt încă menționate ca atare în multe limbi. Röntgen a primit primul premiu Nobel pentru fizică pentru descoperirea sa.

Tubul cu raze X răcit cu apă (O diagramă simplificată a tubului cu raze X răcit cu apă)

În 1895, Thomas Edison a investigat capacitatea materialelor de a produce fluorescență atunci când sunt expuse la raze X și a constatat că tungstatul de calciu este cea mai eficientă substanță. În jurul lunii martie 1896, fluoroscopul pe care l-a dezvoltat a devenit standard pentru examinările medicale cu raze X. Cu toate acestea, Edison a renunțat la cercetarea cu raze X în jurul anului 1903, chiar înainte de moartea lui Clarence Madison Dally, unul dintre sticlari. Dally avea obiceiul de a testa tuburile cu raze X pe mâini și a dobândit un cancer în ele atât de tenace încât ambele brațe au fost amputate într-o încercare inutilă de a-și salva viața.

Odată cu descoperirea în 1895 de cercetători, medici și inventatori, au apărut numeroase povestiri despre arsuri, căderea părului, și alte simptome mai rele, în revistele tehnice ale timpului. În februarie 1896, profesorul John Daniel și dr. William Lofland Dudley de la Universitatea Vanderbilt au raportat căderea părului după ce Dr. Dudley a fost radiografiat. Un copil care a fost împușcat în cap a fost adus la laboratorul Vanderbilt în 1896. Înainte de a încerca să găsească glonțul, a fost încercat un experiment, pentru care Dudley „cu devotamentul său caracteristic științei” s-a oferit voluntar. Daniel a raportat că 21 de zile după ce a făcut o fotografie a craniului lui Dudley (cu o durată de expunere de o oră), el a observat o pată cheală de 2 inci (5,1 cm) în diametru, pe capul său în zona cea mai apropiată de tubul cu raze X: a fost fixat suportul de placă cu plăcile spre partea laterală a craniului și o monedă între craniu și cap. Tubul a fost fixat de cealaltă parte la o distanță de jumătate de centimetru de păr.

Multe aplicații ale razelor X au generat imediat un interes enorm. Atelierele au început să producă versiuni specializate ale tuburilor Crookes pentru generarea de raze X, iar aceste tuburi de raze X cu catod rece sau Crookes au fost utilizate până în 1920.

Din anii 1920 până în anii 1950, aparatele cu raze X au fost dezvoltate pentru a ajuta la potrivirea încălțămintei și au fost vândute la magazinele de încălțăminte comerciale. Preocupările legate de impactul utilizării frecvente sau prost controlate au fost exprimate în anii 1950, ceea ce a dus la sfârșitul final al acestei practici în deceniul respectiv.

Microscopul cu raze X a fost dezvoltat în anii 1950.

Observatorul de raze X din Chandra, lansat pe 23 iulie 1999, a permis explorarea proceselor foarte violente din univers care produc raze X. Spre deosebire de lumina vizibilă, care oferă o imagine relativ stabilă asupra universului, universul cu raze X este instabil. El prezintă stele care sunt sfâșiate de găuri negre, coliziuni galactice și novae și stele neutronice care creează straturi de plasmă care apoi explodează în spațiu.

Un dispozitiv cu laser cu raze X a fost propus ca parte a Inițiativei de apărare strategică a Administrației Reagan în anii 1980, dar singurul test al dispozitivului (un fel de „blaster” laser sau raze de moarte, alimentat de o explozie termonucleară) a dat rezultate neconcludente. Din motive tehnice și politice, proiectul general (inclusiv cel cu laser cu raze X) a fost decontaminat (deși a fost ulterior reînviat de administrația Bush ca o apărare națională a rachetelor folosind tehnologii diferite).

Imagistica cu raze X cu contrast de fază se referă la o varietate de tehnici care utilizează informația de fază a unui fascicul de raze X coerent pentru a evidenția țesuturile moi. A devenit o metodă importantă pentru vizualizarea structurilor celulare și histologice într-o gamă largă de studii biologice și medicale. Există mai multe tehnologii utilizate pentru imagistica de contrast cu fază radiologică, toate folosind principii diferite pentru a converti variațiile de fază în razele X care apar de la un obiect în variații de intensitate. Acestea includ contrastul de fază bazat pe propagare, interferometria cu talbot, imagistica îmbunătățită prin refracție și interferometria cu raze X. Aceste metode oferă un contrast mai mare comparativ cu imagistica cu raze X de absorbție normală, ceea ce face posibilă vizualizarea detaliilor mai mici. Un dezavantaj este că aceste metode necesită un echipament mai sofisticat, cum ar fi sursele de raze X de sincrotron sau microfoc, optica cu raze X și detectoarele cu raze X de înaltă rezoluție.

Proprietăți

Fotonii cu raze X transportă suficientă energie pentru a ioniza atomii și pentru a întrerupe legăturile moleculare. Aceasta face ca radiațiile să fie un tip de radiații ionizante și, prin urmare, dăunătoare țesutului viu. O doză foarte ridicată de radiații într-o perioadă scurtă de timp provoacă boală prin radiații, în timp ce dozele mai mici pot da un risc crescut de cancer indus de radiații. În imagistica medicală, acest risc crescut de cancer este, în general, mult mai mare decât beneficiile examinării. Capacitatea ionizantă a razelor X poate fi utilizată în tratamentul cancerului pentru a ucide celulele maligne folosind radioterapia. De asemenea, este utilizat pentru caracterizarea materialelor utilizând spectroscopia cu raze X.

Razele X de energie mare pot traversa obiecte relativ groase fără a fi prea absorbite sau împrăștiate. Din acest motiv, razele X sunt utilizate pe scară largă pentru a arăta interiorul obiectelor opace vizuale. Cele mai des întâlnite aplicații sunt în radiografia medicală și în scanerele de securitate ale aeroportului, dar tehnicile similare sunt de asemenea importante în industrie (de exemplu, radiografia industrială și scanarea industrială) și cercetare (de exemplu la animale mici). Adâncimea de penetrare variază cu câteva ordini de mărime pe spectrul de raze X. Aceasta permite ajustarea energiei fotonice pentru aplicație astfel încât să asigure o transmisie suficientă prin obiect și în același timp să asigure un contrast bun în imagine.

Razele X au lungimi de undă mult mai scurte decât lumina vizibilă, ceea ce face posibilă cercetarea structurilor mult mai mici decât se poate vedea utilizând un microscop normal. Această proprietate este folosită în microscopia cu raze X pentru a obține imagini de înaltă rezoluție și, de asemenea, în cristalografia cu raze X pentru a determina pozițiile atomilor în cristale.

Interacțiunea cu materia

Razele X interacționează cu materia în trei moduri principale, prin fotoabsorbție, împrăștiere Compton și împrăștiere Rayleigh. Rezistența acestor interacțiuni depinde de energia razelor X și de compoziția elementară a materialului, dar nu și de proprietățile chimice, deoarece energia fotonului cu raze X este mult mai mare decât energiile chimice de legare. Fotoabsorbția sau  absorbția fotoelectrică este mecanismul de interacțiune dominant în regimul cu raze X moi și pentru energiile mai joase ale razelor X. La energii mai mari, împrăștierea Compton domină.

Producere

Ori de câte ori particulele încărcate (electroni sau ioni) de energie suficientă lovesc un material, se produc raze X.

Detectoare

Detectoarele cu raze X variază în formă și funcție în funcție de scopul lor. Detectoarele imagistice, cum ar fi cele utilizate pentru radiografie, au fost inițial bazate pe plăci fotografice și film fotografic ulterior, dar acum sunt în mare parte înlocuite cu diferite tipuri de detectori digitali, cum ar fi plăcile de imagine și detectoarele cu ecran plat. Pentru protecția împotriva radiațiilor, riscul expunerii directe este adesea evaluat utilizând camere de ionizare, în timp ce dozimetrele sunt folosite pentru a măsura doza de radiație la care a fost expusă o persoană. Spectrele de raze X pot fi măsurate fie prin dispersoare de energie, fie prin spectrometre de dispersie a lungimii de undă.

Utilizări medicale

Raze X
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:X-Ray.png 

(Raze X.)

De la descoperirea lui Röntgen că razele X pot identifica structurile osoase, radiografiile au fost folosite pentru imagistica medicală. Prima utilizare medicală a fost la mai puțin de o lună după ce a fost publicată această lucrare. Până în 2010, au fost efectuate 5 miliarde de examinări medicale la nivel mondial. Expunerea la radiații din imagistica medicală în 2006 a reprezentat aproximativ 50% din expunerea totală la radiațiile ionizante din Statele Unite.

Summary
Review Date
Reviewed Item
Razele X
Author Rating
51star1star1star1star1star
Share...Share on FacebookTweet about this on TwitterShare on Google+Share on LinkedInShare on RedditShare on StumbleUponShare on TumblrPin on PinterestEmail this to someone

Lasă un Răspuns