Sisu
- Röntgen kui lained
- Röntgenkiirgus osakestena
- Röntgenienergia kasutamine
- Röntgenikiirgus praktilistes rakendustes
- Röntgenikiirgus meditsiinis
- Röntgeniajalugu: algus
- Röntgeniajalugu: levik
- Röntgen negatiivsed tervisemõjud
- Röntgenohutus
- DNA röntgenikiirgus
Elektromagnetilise laine üksiku footoni, näiteks röntgenpildi, üldine energiavalem on esitatud valemiga Plancksi võrrand: E = hν, milles energia E džaulides on võrdne Plancksi konstandi korrutisega h (6.626 × 10 −34 Js) ja sagedus ν (hääldatakse "nu") s_ ühikutes-1_. Elektromagnetilise laine antud sageduse jaoks saate selle võrrandi abil arvutada vastava footoni juurde kuuluva röntgenienergia. See kehtib kõigi elektromagnetilise kiirguse vormide, sealhulgas nähtava valguse, gammakiirte ja röntgenkiirte kohta.
Plancki võrrand sõltub valguse lainekujulistest omadustest. Kui kujutlete valgust lainena, nagu on näidatud ülaltoodud diagrammil, võite ette kujutada, et sellel on amplituud, sagedus ja lainepikkus täpselt nagu ookeanilaine või helilaine. Amplituud mõõdab ühe harja kõrgust nagu näidatud ja vastab üldiselt laine heledusele või intensiivsusele ning lainepikkus mõõdab horisontaalset kaugust, mille kogu lainetsükkel katab. Sagedus on täislainepikkuste arv, mis mööduvad antud punktist igal sekundil.
Röntgen kui lained
••• Syed Hussain AtherElektromagnetilise spektri osana saate ühe või teise teadmise korral määrata röntgenkiirguse sageduse või lainepikkuse. Sarnaselt Plancksi võrrandile on see sagedus ν Elektromagnetilise laine väärtus on seotud valguse kiirusega c, 3 x 10-8 m / s võrrandiga c = λν kus λ on laine lainepikkus. Valguse kiirus jääb kõigis olukordades ja näidetes konstantseks, seega näitab see võrrand, kuidas elektromagnetilise laine sagedus ja lainepikkus on üksteisega pöördvõrdelised.
Ülaltoodud diagrammil on näidatud erinevat tüüpi lainete erinevad lainepikkused. Röntgenikiirgus jääb spektri ultraviolett- (UV) ja gammakiirte vahele, nii et lainepikkuse ja -sageduse röntgenikiirguse omadused jäävad nende vahele.
Lühemad lainepikkused näitavad suuremat energiat ja sagedust, mis võib ohustada inimeste tervist. UV-kiirguse eest blokeerivad päikesekaitsekreemid ning kaitsev mantlid ja pliikilbid, mis blokeerivad röntgenikiirguse sisenemist nahasse, näitavad seda jõudu. Kosmosest kosmosekiirguse kiired on Maa atmosfääri õnneks neelanud, hoides ära nende kahjustamise inimestele.
Lõpuks võib sageduse seostada perioodiga T sekundites võrrandiga T = 1 / f. Need röntgenikiirguse omadused võivad kehtida ka muude elektromagnetilise kiirguse vormide kohta. Röntgenkiirgus näitab neid lainekujulisi, aga ka osakestetaolisi omadusi.
Röntgenkiirgus osakestena
Lisaks lainekujulisele käitumisele käituvad röntgenikiirgused nagu osakeste voog, justkui koosneks röntgenkiirguse üks laine objektidest üksteisega kokkupõrkel ja kokkupõrke korral neelaks, peegeldaks või läbiks seda.
Kuna Plancksi võrrand kasutab energiat üksikute footonite kujul, väidavad teadlased, et valguse elektromagnetilised lained kvantiseeritakse neisse energiapakettidesse. Need on valmistatud kindlas koguses footonitest, mis kannavad diskreetseid energiakoguseid, mida nimetatakse kvantideks. Kuna aatomid absorbeerivad või eraldavad footoneid, suurendavad need vastavalt energiat või kaotavad selle. See energia võib esineda elektromagnetilise kiirguse kujul.
1923. aastal selgitas ameerika füüsik William Duane, kuidas röntgenikiirgus kristallides nende osakeselaadse käitumise kaudu difrakteerub. Duane kasutas difrakteeruva kristalli geomeetrilisest struktuurist kvantiseeritud impulsiülekannet selgitamaks, kuidas erinevad röntgenlained materjali läbimisel käituvad.
Nagu ka teistel elektromagnetilise kiirguse vormidel, näitavad röntgenikiirgused seda laine-osakeste kahesust, mis võimaldab teadlastel kirjeldada nende käitumist nii, nagu nad oleksid mõlemad osakesed ja lained samaaegselt. Nad voolavad nagu lained, mille lainepikkus ja sagedus eraldavad osakesi, justkui osakeste kiired.
Röntgenienergia kasutamine
Saksa füüsiku Maxwell Plancki järgi nime saanud Plancksi võrrand dikteerib, et valgus käitub sellel lainekujulisel viisil, samuti näitab valgus osakeselaadseid omadusi. See valguse laineosakeste duaalsus tähendab, et kuigi valguse energia sõltub selle sagedusest, tuleb see ikkagi footonite poolt dikteeritud diskreetne energiakogus.
Kui röntgenkiirte footonid puutuvad kokku erinevate materjalidega, neelab mõni neist materjali, teised aga läbi. Läbivad röntgenikiired lasevad arstidel luua inimese keha sisepilte.
Röntgenikiirgus praktilistes rakendustes
Meditsiinis, tööstuses ja erinevates uurimisvaldkondades kasutatakse füüsika ja keemia kaudu röntgenikiirte erinevalt. Meditsiiniliste kujutiste uurijad kasutavad röntgenikiirte abil diagnoose inimkeha seisundite raviks. Kiiritusravil on rakendusi vähiravis.
Tööstusinsenerid kasutavad röntgenikiirgust, et tagada metallide ja muude materjalide sobivad omadused, mis on vajalikud näiteks ehitiste pragude tuvastamiseks või suurtele rõhkudele vastupidavate konstruktsioonide loomiseks.
Röntgenkiirte uuringud sünkrotronirajatistes võimaldavad ettevõtetel toota teadusinstrumente, mida kasutatakse spektroskoopias ja pildistamisel.Need sünkrotronid kasutavad valguse painutamiseks suuri footoneid ja sunnivad footoneid võtma lainekujulisi trajektoore. Kui nendes rajatistes toimub röntgenkiirte ringjate liikumiste kiirendamine, muutub nende kiirgus lineaarselt polaarseks, et toota suurt hulka jõudu. Seejärel suunab masin röntgenkiirte teiste kiirendite ja uurimisvõimaluste poole.
Röntgenikiirgus meditsiinis
Röntgenikiirguse rakendused lõid täiesti uusi, innovaatilisi ravimeetodeid. Röntgenikiirgus muutus lahutamatuks kehas esinevate sümptomite tuvastamise protsessist nende mitteinvasiivse olemuse kaudu, mis võimaldaks neil diagnoosida ilma vajaduseta kehasse füüsiliselt siseneda. Röntgenikiirte eeliseks oli ka arstide juhendamine, kui nad paigaldasid, eemaldasid või muutsid patsientidesse meditsiiniseadmeid.
Meditsiinis kasutatakse kolme peamist röntgenikiirte kuvamise tüüpi. Esimene, radiograafia, kujutab skeleti süsteemi vaid väikestes kiirgustes. Teine, fluoroskoopia, võimaldab spetsialistidel reaalajas vaadata patsiendi sisemist seisundit. Meditsiinilised teadlased on seda kasutanud patsientide baariumi toitmiseks, et jälgida nende seedetrakti tööd ning diagnoosida söögitoru haigusi ja häireid.
Lõpuks võimaldab kompuutertomograafia patsientidel heita rõngakujulise skanneri alla, et luua patsiendi siseorganite ja -struktuuride kolmemõõtmeline pilt. Kolmemõõtmelised kujutised liidetakse paljudest patsiendi kehast tehtud ristlõigetest.
Röntgeniajalugu: algus
Saksa mehaanikainsener Wilhelm Conrad Roentgen avastas röntgenikiirte, kui ta töötas kineskoobitorudega - seadmega, mis vallandas kujutiste saamiseks elektronid. Torus kasutati klaasümbrist, mis kaitses elektroode toru sees vaakumis. Toru kaudu elektrivoolusid juhtides jälgis Roentgen, kuidas seadmest eraldusid erinevad elektromagnetilised lained.
Kui Roentgen kasutas toru kaitsmiseks paksu musta paberit, leidis ta, et tuubist kiirgab rohelist fluorestsentsvalgust - röntgenikiirgust, mis võib paberist läbi minna ja energiat anda muudele materjalidele. Ta leidis, et kui teatud energiahulga laetud elektronid põrkuvad materjaliga, tekivad röntgenikiirgus.
Neid röntgenikiirguseks nimetades lootis Roentgen tabada nende salapärase, tundmatu olemuse. Roentgen avastas, et see võib läbida inimkude, kuid mitte luu ega metalli kaudu. 1895. aasta lõpus lõi insener röntgenikiirguse abil kujutise oma naise käest, samuti kasti kaalu kujutise, mis on röntgeniajaloos tähelepanuväärne.
Röntgeniajalugu: levik
Varsti teadlasi ja insenere meelitas röntgenikiirgus salapärane loodus hakkas uurima röntgenikiirguse kasutamise võimalusi. Rentgen (R) muutuks kiirguse kokkupuute mõõtmise nüüdseks kõlbmatuks ühikuks, mida määratletakse kokkupuute hulgana, mis on vajalik kuiva õhu õhus elektrostaatilise laengu ühe positiivse ja negatiivse ühiku saamiseks.
Inimeste ja teiste olendite sisemiste luustiku ja elundistruktuuride kujutiste loomiseks lõid kirurgid ja meditsiiniuurijad innovaatilisi tehnikaid, kuidas mõista inimkeha või selgitada välja, kus kuulid haavatud sõdurites paiknevad.
1896. aastaks olid teadlased juba rakendanud tehnikaid, et selgitada välja, millist tüüpi röntgenikiirgus võib neid läbi viia. Kahjuks lagunevad röntgenikiirgust tootvad torud suurel hulgal tööstuslikuks otstarbeks vajaliku pinge all, kuni Ameerika füüsiku-inseneri William D. Coolidge'i 1913. aasta Coolidge'i torud kasutasid volframniiti täpsemaks visualiseerimiseks äsja sündinud väljal. radioloogia. Coolidges'i töö maandaks röntgentorud kindlalt füüsikauuringutes.
Tööstus algas lambipirnide, päevavalguslampide ja vaakumtorude tootmisega. Tootmisettevõtted valmistasid terastorudest radiograafiaid, röntgenpilte, et kontrollida nende sisestruktuure ja koostist. 1930. aastateks oli General Electric Company tootnud miljon röntgengeneraatorit tööstusliku radiograafia jaoks. Ameerika mehaanikainseneride selts hakkas röntgenikiirte abil keevitatud surveanumaid kokku sulatama.
Röntgen negatiivsed tervisemõjud
Arvestades, kui palju energiat röntgenikiirgus nende lühikese lainepikkuse ja kõrgete sagedustega pakib, kuna ühiskond võttis röntgenkiirte vastu erinevates valdkondades ja erialadel, põhjustaks röntgenikiirgus kokkupuude inimestega silmade ärritust, elundite puudulikkust ja nahapõletusi, mõnikord isegi mille tagajärjel kaovad jäsemed ja inimelud. Need elektromagnetilise spektri lainepikkused võivad purustada keemilisi sidemeid, mis põhjustavad DNA mutatsioone või muutusi eluskoes molekulaarstruktuuris või raku funktsioonis.
Uuemad röntgenikiirte uuringud on näidanud, et need mutatsioonid ja keemilised aberratsioonid võivad põhjustada vähki ning teadlaste hinnangul põhjustab USA-s 0,4% vähktõvest CT-skaneerimine. Kuna röntgenikiirte populaarsus kasvas, hakkasid teadlased soovitama ohutuks peetud röntgeniannuse taset.
Kui ühiskond võttis omaks röntgenikiirte jõu, hakkasid arstid, teadlased ja muud spetsialistid väljendama oma muret röntgenikiirte kahjulike tervisemõjude pärast. Kuna teadlased jälgisid, kuidas röntgenikiirgus läbib keha, ilma et oleks tähelepanelikult jälginud, kuidas lained konkreetselt kehapiirkondi sihtisid, polnud neil vähe põhjust arvata, et röntgenikiirgus võib olla ohtlik.
Röntgenohutus
Hoolimata röntgentehnoloogiate negatiivsest mõjust inimeste tervisele, saab nende mõju kontrollida ja säilitada tarbetu kahju või riski vältimiseks. Kui vähk mõjutab loomulikult ühte viiest ameeriklasest, tõstab CT-skannimine tavaliselt vähiriski 0,05 protsenti ja mõned teadlased väidavad, et madal röntgenikiirgus ei pruugi isegi aidata inimestel vähiriski tekitada.
Inimese kehal on isegi sisseehitatud viise röntgenikiirguse väikeste annuste tekitatud kahju parandamiseks, selgub American Journal of Clinical Oncology uuringust, mis viitab sellele, et röntgenikiirgus ei kujuta üldse olulist ohtu.
Lastel on röntgenkiirgusega kokkupuutel suurem ajuvähi ja leukeemia risk. Sel põhjusel, kui laps võib vajada röntgenograafiat, arutavad arstid ja muud spetsialistid lapseootel perekonna hooldajatega riskide kohta nõusoleku andmist.
DNA röntgenikiirgus
Suure koguse röntgenikiirgus võib põhjustada oksendamist, verejooksu, minestamist, juuste ja naha kaotust. Need võivad põhjustada DNA mutatsioone, kuna neil on lihtsalt piisavalt energiat DNA molekulide vaheliste sidemete purustamiseks.
Sellegipoolest on keeruline kindlaks teha, kas DNA mutatsioonid tulenevad röntgenkiirgusest või DNA enda juhuslikest mutatsioonidest. Teadlased saavad uurida mutatsioonide olemust, sealhulgas nende tõenäosust, etioloogiat ja sagedust, et teha kindlaks, kas DNA kaheahelalised katkestused olid röntgenikiirguse või DNA enda juhuslike mutatsioonide tulemus.