Definicja i właściwości promieniowania rentgenowskiego

Promienie rentgenowskie lub promieniowanie X jest częścią widma elektromagnetycznego o krótszych długościach fal (wyższej częstotliwości) niż światło widzialne. Długość fali promieniowania X wynosi od 0,01 do 10 nanometrów. W ten sposób długość fali promieniowania rentgenowskiego znajduje się między światłem ultrafioletowym a promieniami gamma. Rozróżnienie między promieniami rentgenowskimi i gamma może opierać się na długości fali lub źródle promieniowania. Czasami promieniowanie rentgenowskie jest uważane za promieniowanie emitowane przez elektrony, podczas gdy promieniowanie gamma jest emitowane przez jądro atomowe.

Niemiecki naukowiec Wilhelm Röntgen jako pierwszy badał promieniowanie rentgenowskie (1895), chociaż nie był pierwszą osobą, która je obserwowała. Wcześniej obserwowano promienie X pochodzące z rur Crookesa wynalezionych około 1875 roku. Röntgen nazwał to światło “promieniowaniem X”, aby wskazać, że był to wcześniej nieznany typ. Czasami promieniowanie nazywa się promieniowaniem Roentgena lub rentgenowskim, od nazwiska naukowca.

Termin rentgen jest również używany w odniesieniu do obrazu radiograficznego utworzonego za pomocą promieniowania rentgenowskiego oraz do metody zastosowanej do wytworzenia obrazu.

Twarde i miękkie promienie rentgenowskie

Energia promieniowania rentgenowskiego wynosi od 100 eV do 100 keV (długość fali poniżej 0,2–0,1 nm). Twarde promienie rentgenowskie to te o energiach fotonów większych niż 5-10 keV. Miękkie promienie rentgenowskie to te o niższej energii. Długość fali twardych promieni rentgenowskich jest porównywalna do średnicy atomu. Twarde promienie rentgenowskie mają wystarczającą energię, aby wniknąć w materię, podczas gdy miękkie promienie są absorbowane w powietrzu lub wnikają w wodę na głębokość około 1 mikrometra.

Źródła promieniowania rentgenowskiego

Promienie rentgenowskie mogą być emitowane, gdy dostatecznie naładowane cząstki energetyczne uderzają w materię. Przyspieszone elektrony są wykorzystywane do wytwarzania promieniowania rentgenowskiego w lampie rentgenowskiej, która jest lampą próżniową z gorącą katodą i metalowym celem. Możliwe jest również wykorzystanie protonów lub innych jonów dodatnich. Na przykład emisja promieniowania rentgenowskiego wywołana protonami jest techniką analityczną. Naturalne źródła promieniowania rentgenowskiego obejmują radon, inne radioizotopy, wyładowania atmosferyczne i promienie kosmiczne.

Jak promieniowanie rentgenowskie oddziałuje z materią

Trzy sposoby, w jakie promienie rentgenowskie oddziałują z materią, to rozpraszanie Comptona, rozpraszanie Rayleigha i fotoabsorpcja. Rozpraszanie Comptona jest głównym oddziaływaniem obejmującym twarde promieniowanie rentgenowskie o wysokiej energii, podczas gdy fotoabsorpcja jest dominującą interakcją z miękkimi promieniami rentgenowskimi i twardymi promieniami rentgenowskimi o niższej energii. Każde promieniowanie rentgenowskie ma wystarczającą energię, aby pokonać energię wiązania między atomami w cząsteczkach, więc efekt zależy od składu pierwiastkowego materii, a nie od jej właściwości chemicznych.

Zastosowania promieni rentgenowskich

Większość ludzi jest zaznajomiona z promieniami rentgenowskimi ze względu na ich zastosowanie w obrazowaniu medycznym, ale istnieje wiele innych zastosowań promieniowania.

W medycynie diagnostycznej promieniowanie rentgenowskie służy do oglądania struktur kostnych. Twarde promieniowanie rentgenowskie służy do minimalizacji pochłaniania promieni rentgenowskich o niskiej energii. Nad lampą rentgenowską umieszcza się filtr, aby zapobiec przenoszeniu promieniowania o niższej energii. Wysoka masa atomów wapnia w zębach i kościach pochłania promieniowanie rentgenowskie, pozwalając większości pozostałego promieniowania przejść przez organizm. Tomografia komputerowa, fluoroskopia i radioterapia to inne techniki diagnostyczne promieniowania rentgenowskiego. Można je również stosować w technikach terapeutycznych, takich jak leczenie raka.

Promienie rentgenowskie są wykorzystywane w krystalografii, astronomii, mikroskopii, radiografii przemysłowej, ochronie lotnisk, spektroskopii, fluorescencji i implodowaniu urządzeń do rozszczepienia. Promieniowanie rentgenowskie może służyć do tworzenia sztuki, a także do analizy obrazów. Zakazane zastosowania obejmują rentgenowskie usuwanie włosów i fluoroskopy do dopasowywania butów, które były popularne w latach dwudziestych XX wieku.

Ryzyko związane z promieniowaniem rentgenowskim

Promienie rentgenowskie są formą promieniowania jonizującego, zdolną do zrywania wiązań chemicznych i jonizacji atomów. Kiedy po raz pierwszy odkryto promieniowanie rentgenowskie, ludzie cierpieli na poparzenia i wypadanie włosów. Pojawiły się nawet doniesienia o zgonach. Wśród badaczy nie ma zgody co do dawki, która stanowi poważne zagrożenie dla człowieka, częściowo dlatego, że ryzyko zależy od wielu czynników. Jest oczywiste, że promieniowanie rentgenowskie może powodować uszkodzenia genetyczne, które mogą prowadzić do raka i problemów rozwojowych. Największe ryzyko dotyczy płodów lub dzieci.

 

Źródła: Anne Marie Helmenstine, Ph.D. / ThoughtCo.

Medical Radiation Exposure Of The U.S. Population Greatly Increased Since The Early 1980s

Examples of Radiation

What the Compton Effect Is and How It Works in Physics

Spectroscopy Definition

Zdjęcia: Unsplash

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x