مقدمه اي بر اشعه ي ايکس ( XRay)
اشعه ي ايکس تشعشعي الکترومغناطيسي است شبيه همان نور مرئي اما با طول موج خيلي کوتاهتر. تقريبا همه ي مواد تا حدي براي اشعه ي ايکس شفاف هستند. به همين دليل اشعه ي ايکس اين امکان را فراهم مي آورد که گوشت، استخوان، فلزات و ديگر موادي را که نور مرئي نمي تواند از آن ها عبور کند به خوبي تشخيص دهيم. اشعه ي ايکس وسيله اي فوق العاده گرانبها در تحقيقات پزشکي، فناوري و علمي است.
اشعه ي ايکس گاهي اشعه ي رونتگِن (Roentgen) ناميده مي شود. چرا که ويلهلم کونراد رونتگن آن را در سال 1895 کشف کرد. رونتگن اين پديده را اشعه ي ايکس ناميده چرا که نماد ايکس (X) براي ناشناخته ها به کار مي رود و او قادر به تشخيص ماهيت اين تشعشع نبود. تا سال 1912 به الکترومغناطيس بودن اشعه ي ايکس پي برده نشد. اشعه ي ايکس با واحدهايي که راد و رونتگن ناميده مي شوند اندازه گيري مي شود. فيزيکداني که در تشخيص و درمان بيماري ها بوسيله ي اشعه ي ايکس متخصص مي شود، راديولوژيست يا رونتگنولوژيست ناميده مي شود.
خصوصيات اشعه ي ايکس
همانند امواج راديويي و ديگر تشعشعات الکترومغناطيسي، اشعه ي ايکس هم محدوده ي وسيعي از طول موج دارد. تشعشعات قوي، به شدت نفوذ کننده و شديدا مخرب با طول موج کوتاه اشعه ي ايکس سخت ناميده مي شود. آن دسته از تشعشعات با طول موج بيشتر و قدرت نفوذ کمتر (نوعي که در تشخيص هاي پزشکي و دندان پزشکي استفاده مي شود) با اسم اشعه ي ايکس نرم شناخته مي شوند. اشعه ي ايکس مي تواند در برخي مواد خيلي آسان تر از ديگر مواد نفوذ کند، مثلا اشعه ي ايکس در گوشت آسانتر از استخوان و در استخوان آسان تر از سرب نفوذ مي کند. بنابراين اشعه ي ايکس اين امکان را به ما مي دهد که استخوان ها را از ميان گوشت و گلوله اي را که ميان استخوان فرو رفته است را ببينيم. توانايي اشعه ي ايکس نه تنها به طول موج آن بلکه به چگالي و ضخامت ماده هم بستگي دارد.
اشعه ي ايکس همانند اشعه هاي نور بر فيلم عکاسي اثر مي گذارند.
يک عکس راديولوژي بوسيله ي عبور دادن باريکه اي از اشعه ي ايکس از درون جسمي به سمت فيلم عکاسي، تهيه مي شود. در روش جديدتر که xeroradiography ناميده مي شود، يک صفحه ي فلزي که به صورت الکتروستاتيکي باردار شده جايگزين فيلم عکاسي مي شود. وقتي که اشعه ي ايکس از درون يک جسم عبور مي کند و به صفحه ي فلزي برخورد مي کند، متناسب با چگالي جسم صفحه را بي بار مي کند. براي بدست آوردن تصوير الکتروستاتيکي که به اين طريق شکل گرفته است، يک پودر بر روي صفحه ي فلزي پاشيده مي شود. که اين پودر به مناطق باردار مي چسبد. پودر در مناطقي که بار بيشتري دارد ضخيم تر از نقاط داراي بار کمتر جمع مي شود و به اين ترتيب تصويري دقيق توليد مي کند.
اشعه ي ايکس موجب درخشش برخي مواد يا شفاف شدن آن ها مي شود.
موارد استفاده از اشعه ي ايکس:
در طي يکي دو هفته پس از آن که رونتگن کشف خود را انجام داد، اشعه ايکس در پزشکي مورد استفاده قرار گرفت. از آن روز تاکنون اشعه ايکس استفاده هاي مهمي در دانش و صنعت داشته است.
در پزشکي:
اشعه ايکس به دندانپزشکان کمک مي کند تا بيماري هاي دندان ها را کشف کنند. پزشکان از اشعه ايکس براي پيدا کردن محل گلوله ها و ديگر اجسام خارجي داخل بدن، راهنمايي گرفتن جهت تنظيم استخوان هاي شکسته و تشخيص سرطان، زخم معده، سنگ هاي کليه و ديگر نابه هنجاري ها، استفاده مي کنند. انواع مختلفي از پويش گرماي (اسکنرهاي) اشعه ي ايکس ساخته شده اند، که تصاوير با جزئيات بالا از قسمت هاي مشخصي از بدن فراهم مي کنند. يک نمونه از آن که با عنوان CT(Computerized tomography) ( پرتو نگاري کامپيوتري) شناخته مي شود. پرتوهاي باريکي از اشعه ي ايکس را تحت زواياي مختلف به درون بدن بيمار مي فرستد. اطلاعاتي که از طريق اشعه ي ايکس بدست آمده است توسط يک کامپيوتر پردازش مي شود تا تصويري از يک سطح متقاطع از بدن ايجاد کند. اين تصوير جزئيات خيلي بيشتري نسبت به يک عکس معمولي اشعه ي ايکس نشان مي دهد. يک قسمت از بدن مي تواند بوسيله ي توليد يک سري از تصاوير سطح متقاطع مجاور از سه بعد مورد مطالعه قرار گيرد. هم چنين اشعه ي ايکس مي تواند رشد سلول هاي بدن را متوقف کند و حتي آن ها را کاملا نابود کند. بنابراين از آن ها براي نابود کردن تومورهاي بدخيم و خوش خيم استفاده مي شود. هم چنين از اشعه ي ايکس در درمان سرطان خون و آماس کيسه هاي مفصلي استفاده مي شود.
در صنعت:
از اشعه ي ايکس براي بررسي کالالهاي کنسرو شده و ديگر محصولات بسته بندي شده استفاده مي شود. يک نوار نقاله کالاها را از مقابل پرتويي از اشعه ي ايکس عبور مي دهد. اگر ظرفي به طور ناصحيح پر شده باشد يا داراي جسمي خارجي باشد؛ اشعه ايکس يک زنگ خطر را فعال مي کند يا وسيله اي را وادار مي کند تا آن ظرف را از نوار نقاله خارج کند. به طور مشابه از اشعه ي ايکس براي جداسازي ياقوت از گرانيت و بررسي قطعات هواپيما و اتومبيل، کالاهاي لاستيکي، پلاستيک ها، ريخته گري فلزي و ديگر کالاهاي متفاوت استفاده مي شود. وقتي که عناصر در برابر يک لامپ اشعه ي ايکس قرار بگيرند هر عنصري اشعه ي ايکسي با طول موج مشخص ساطع مي کند. از اين خصوصيت اشعه ها براي تحليل آلياژهاي فلزي، رنگدانه هاي رنگ و ديگر مواد استفاده مي شود.
در دانش:
دانشمندان به وسيله ي استفاده از اشعه ايکس چيزهاي زيادي در مورد ساختار مواد ياد گرفته اند. در ميان اين موارد، آنها نحوه چيدمان اتم ها در بلورها را فرا گرفته اند. طول موج متوسط اشعه ي ايکس تقريبا برابر فاصله ي اتم ها در بلورها است. بنابراين بلورها به عنوان چهار چوبي براي پراش اشعه ايکس عمل مي کنند. اين بدان دليل است که آن ها اشعه ي ايکس را تحت الگويي تجزيه مي کنند که نشان دهنده ي جايگاه اتم هاي آن هاست. وقتي که الگوهاي يک ماده ي بلورين خاص شناخته شدند. کارشناسان مي توانند از اشعه ي ايکس براي تحليل مواد سازنده بلور استفاده کنند. محصولات نفتي، آلياژهاي فلزي و ديگر مواد بدين طريق تحليل (آناليز) شدند.
ديگر استفاده ها از اشعه ي ايکس:
مأموران گمرک و پرسنل امنيتي فرودگاه از اشعه ي ايکس براي بررسي چمدان ها و بسته ها از لحاظ داشتن اسلحه و يا مواد قاچاق استفاده مي کنند. اشعه ي ايکس نشان مي دهد مرواريدها طبيعي هستند يا پرورشي، و آيا جواهرات طبيعي هستند يا ساختگي. هم چنين از اشعه ي ايکس براي بررسي صحت منسوب بودن يک نقاشي به اسمي که روي آن نوشته شده، استفاده مي شود. برخي مواقع اشعه ي ايکس تغييراتي که در نقاشي اصلي انجام شده است را فاش کرده يا نقاشي اوليه اي که در زير نقاشي فعلي قرار دارد را نشان داده است.
خطرات اشعه ي ايکس:
از آنجا که اشعه ايکس مي تواند سلول هاي زنده را نابود کند بايد در نهايت دقت استفاده شود. وقتي که از اشعه ي ايکس به طور نامناسب استفاده شود مي تواند موجب ايجاد سوختگي هاي شديد، سرطان، سرطان خون و آب مرواريد شود. اشعه ي ايکس مي تواند روند پير شدن را سرعت بخشد، ايمني در برابر بيماري ها را کاهش دهد و موجب تغييرات فاجعه آميزي در سلول هاي مولد شود.
پوشش هاي سربي صفحات لاستيکي با سرب اشباع شده و شيشه هاي سرب اندود براي محافظت از بيماران و تکنسين ها در برابرتشعشات ناخواسته استفاده مي شود.
چگونه اشعه ي ايکس توليد مي شود؟
رايج ترين وسيله براي توليد اشعه ي ايکس، يک لامپ خلاء است که لامپ کوليج ناميده مي شود. اين لامپ داراي دو الکترود است. يک کاتد (الکترود منفي) که گرم مي شود تا الکترون رها کند، و يک آند (الکترود مثبت) که نگهدارنده ي قطعه ي فلزي است که هدف نام دارد. وقتي که يک ولتاژ بالا به دو طرف الکترود ها اعمال شود، الکترون ها به سمت هدف (قطعه فلز مذکور) جاري مي شوند و با سرعت بالايي با آن برخورد مي کنند که موجب توليد اشعه ي ايکس مي شود. معمولا در هدف از تنگستن يا ديگر فلزات با نقطه ي ذوب بالا استفاده مي شود چون بمباران الکترونها دماي بالايي ايجاد مي کند.
وقتي که الکترون ها به قطعه فلز هدف برخورد کردند، اشعه ي ايکس به وسيله ي 2 فرآيند توليد مي شود. يکي از اين فرآيندها هنگامي رخ مي دهد که الکترون ها توسط اتم هاي هدف کم سرعت شده و از مسير مستقيم منحرف شدند، در اين هنگام انرژي جنبشي (انرژي حرکت) الکترون ها مستقيماً به اشعه ي ايکس تبديل مي شود. اين اشعه که bremss trahlung نام دارد، اشعه ي ايکسي را شامل مي شود که تمام طول موج هاي بالاتر از يک طول موج حداقل مشخص را دارا مي باشد. ولتاژ لامپ که بالاتر رود، انرژي جنبشي الکترونهاي برخورد کننده با هدف را افزايش مي دهد و حداقل طول موج اشعه ي ايکسي راکه مي توان توليد کرد، کاهش مي دهد.
فرآيند ديگر با الکترونهاي اتم هاي سازنده ي هدف سر و کار دارد. مي توان اين گونه تصور کرد که اين الکترونها در نزديکي هسته و در تعدادي پوشش يا لايه ي درون هم ديگر، چيده شده اند. هر چه لايه بزرگتر باشد، انرژي الکترون هاي تشکيل دهنده ي آن هم بيشتر است. هنگامي که يک الکترون سرعت بالا از کاتد يا اتمي از هدف برخورد مي کند، گاهي از بيرون يک ضربه اي به الکترون داخل آن مي زند (و آن الکترون را خارج مي کند). بلافاصله الکتروني از يک لايه بزرگتر (با انرژي بالاتر) جايگزين الکترون اخراج شده مي شود. انرژي از دست رفته توسط الکتروني که به لايه ي پايين تر سقوط کرده است به صورت يک اشعه ايکس ساطع مي شود.
اشياء فضايي مختلفي منبع توليدکننده اشعه ي ايکس به صورت طبيعي توسط فرآيندهاي فيزيکي اي که در گازهاي خيلي داغ يا ذرات پر انرژي رخ مي دهند، هستند.
منبع: How stuff works. com
اصل مقاله را به زبان انگلیسی، در لینک زیر مشاهده نمایید:
http://science.howstuffworks.com/dictionary/physics-terms/xray-info.htm
