یکی از پدیده هایی علمی که همه ما در این زمانه با آن سروکار داریم اشعه ایکس است که باشگاه خبرنگاران جوان قصد دارد در این راستا به سوالاتی مانند؛ اشعه ایکس (X-ray) چیست ، چطور پا به دنیای ما نهاد و چه مشخصه هایی دارد ، پاسخ دهد، پس با ما همراه باشید و به دنیای این اشعه سفر کنید!

تاریخچه اشعه ایکس

در سال 1895 ، درخشش کوتاه صفحه فسفرسانتی که در گوشه‌ای از آزمایشگاه نیمه تاریک بررسی اشعه کاتدیک قرار داشت، ذهن آماده و خلاق رنتگن که در آن زمان استاد فیزیک بود، متوجه پرتوهای تازه‌ای کرد که از حباب شیشه‌ای لامپهای کاتودیک بیرون زده است و بی آنکه به چشم دیده شود به اطراف پراکنده می‌شوند.

بیشتر بخوانید: اشعه ایکس 120 ساله شد 

آن چه مایه شگفتی رنتگسن شده بود، نفوذ این پرتوها از دیواره شیشه‌ای لامپ به بیرون و تأثیر آن روی صفحه فاوئورسانت در گوشه‌ای نسبتا دور از لامپ در آزمایشگاه بود، رنتگن به بررسیهای خود درباره کشف تازه که آن پرتو ایکس نامید (بخاطر فروتنی) ادامه داد، بعدها این اشعه رنتگن نامیده شد.

اشعه ایکس

اشعه ایکس شکلی از پرتوهای الکترومغناطیسی است، همانطور که نور مرئی، اشعه مادون قرمز، مایکرو ویو و امواج رادیویی این گونه هستند.

اما پرتوهای ایکس در مقایسه با سایر انواع پرتوها انرژی بیشتری دارند. فوتون اشعه ایکس می‌تواند صدها یا هزاران بار پرانرژی‌تر از فوتون نور مرئی باشد.

ویلهلم رونتگن در سال 1895 برای اولین باز پرتوهای ایکس را توصیف کرد و این دستاورد اولین جایزه نوبل در فیزیک را برای او به بار آورد، به زودی پرتوهای ایکس در طول جنگ جهانی اول برای مقاصد پزشکی به کار رفتند.

بیشتر بخوانید: تهیه اولین عکس سه بعدی رنگی اشعه ایکس از بدن انسان 

اغلب پرتوهای ایکس در جهان هنگامی به وجود می‌آیند که اتم‌های بسیار تحریک‌شده به آرایش حالت پایه‌ای‌شان بازمی‌گردند.

برای مثال یک الکترون که از اربیتال‌های درونی یک اتم کنده می‌شود- مثلا در نتیجه برخورد باچیزی- سپس این اتم هنگامی که به حالت تعادلی‌اش بازمی‌گردد، فوتون اشعه ایکس از خود بیرون می‌دهد.

یک منبع رایج دیگر برای اشعه ایکس فرآیندی است که bremsstrahlung نامیده می‌شود، کلمه‌ای آلمانی که به معنای "پرتوتابی ترمزی" است. پرتوهای ایکس هنگامی ساطع می‌شوند که یک دسته پرانرژی ذرات مانند الکترون‌ها به سرعت شتاب خود را از دست می‌دهند، برای مثال به علت برخورد به یک هدف فلزی.

در ماشین‌های پزشکی اشعه ایکس، یک دسته پرانرژی الکترون روی یک هدف، معمولا قطعه‌ای تنگستن، متمرکز می‌شود. در حالیکه الکترون‌ها شتاب خود را ار دست می‌دهند، در نتیجه پرتوتابی ترمزی اشعه ایکس تولید می‌شود.

به علاوه الکترون‌های تابیده‌شده ممکن است با اتم تنگستن برخورد کنند و یک الکترون از مدار داخلی آن به بیرون رانده می‌شود و در نتیجه از طریق سازوکار اول هم اشعه ایکس به وجود می‌‌آید. در واقع این نوع وسیله به طور همزمان از طرق هر دو سازوکار اشعه ایکس ایجاد می‌کند.

بالاخره ماشین سینکروتون (شتاب‌دهنده) که الکترون‌های را در مداری حلقه‌‌ای شتاب می‌دهد می‌توانداشعه ایکس تولید کند.

در حالیکه الکترون‌ها درون دستگاه شتاب‌دهنده چرخانده می‌شوند، دسته‌های پرقدرت اشعه ایکس ساطع می‌کنند، که می‌تواند برای بسیاری از انواع متفاوت پژوهش‌‌ها به کار روند.

طیف اشعه ایکس

اشعه تولید شده بوسیله لامپ اشعه ایکس یک طول موج ندارد، بلکه شامل گستره‌ای از طول موجهاست.

پرتوهای ایکس به وسیله دو نوع فرایند تولید می‌شوند:

شتاب منفی الکترون ها در موقع برخورد با انتهای ماده هدف پرتوهای ایکسی با طول موجهای متفاوت تولید می‌کند. این پرتو "سفید" یا نوار پیوسته فرکانس ها در طیف اشعه ایکس را به عنوان تابش ترمزی می‌شناسند.

برخورد الکترون با اتم هدف موجب جابجایی الکترون مداری در اتم هدف و راندن آن به حالت پر انرژی‌تری می‌شود. این عمل را برانگیزش می‌نامند.

هنگامی که الکترون مداری پر انرژی به موقعیت مداری نخستین خود برمی‌گردد، رها شدن انرژی بصورت گسیل پرتوی با فرکانس خاصی خواهد بود. این پرتو شدت خیلی بیشتری نسبت به پرتو "سفید" زمینه خواهد داشت.

معمولا برای هر ماده هدف معینی بیش از یک طول موج اشعه ایکس وجود دارد. طول موج پرتو تولید شده بوسیله لامپ اشعه ایکس ، حد پایینی دارد که با ولتاژ لامپ نسبت عکس دارد. کمترین طول موج برحسب نانومتر (nm) از رابطه زیر بدست می‌آید. که در آن V ولتاژ لامپ می‌باشد.

λmin = 1239.5/V

پرتو حد پایینی طول موج طیف ، بیشترین اهمیت را در پرتو نگاری دارد. زیرا توانایی نفوذ آن بیشتر است.

مشخصه‌های بارز اشعه ایکس

بزرگی جریان لامپ بر پخش طول موج اشعه ایکس تولید شده تأثیر ندارد. اما بر روی شدت پرتو موثر است.

بیشتر بخوانید: تولید چیپس‌های خوشمزه‌تر با اشعه ایکس 

طول موج اشعه ایکس یا اشعه گاما بسیار مهم است. با کاهش طول موج ، نفوذپذیری پرتو به درون محیط افزایش می‌یابد. به بیان دیگر در مقایسه با پرتوی با طول موج بزرگتر ، پرتوی با طول موج بسیار کوتاه قادر به نفوذ به ماده معینی با ضخامت بیشتر و یا چگالی بیشتر خواهد بود.

بنابراین ، اگر حداقل طول موج پرتو تولید شده با افزایش ولتاژ لامپ کاهش یابد، نفوذپذیری پرتو افزایش خواهد یافت.

بررسی کمی اشعه ایکس

پرتو ناشی از لامپ 200 کیلوولتی به درون فولادی به ضخامت حدود 25mm نفوذ می‌کند.

اگر ولتاژ لامپ به 1Mv افزایش یابد، پرتو به درون فولادی به ضخامت حدود 130mm نفوذ خواهد کرد.

ببینید: قدرتمندترین دستگاه لیزر پرتو ایکس در دنیا

حد بالای عملی برای لامپ های اشعه ایکس رایج در حدود 1000Kv است و این امر سبب تولید اشعه ایکس با کوتاهترین طول موج می شود. این پرتو انرژی فوتونی تقریبا برابر 1Mev دارد.

پرتو ایکس با انرژی فوتونی تا 30Mev را با استفاده از الکترون های پرانرژی (الکترونهای سریع) بوجود آمده به وسیله مولد واندوگراف شتاب دهنده خطی یا چشمه بتاترون می‌توان تولید کرد.

نفوذ پذیری اشعه ایکس

نفوذ پذیری پرتوهای ایکس تولید شده از پرتوهای گاما کمتر بوده اما برای پرتوهای ایکس تولید شده در لامپ های اشعه ایکس بوسیله چشمه‌های پرانرژی در خصوص فولاد نیز دیده می‌شود.

باید توجه کرد که بیشترین ضخامت های استفاده از زمانهای پرتودهی چند دقیقه‌ای و فیلمی با سرعت متوسط می‌توان مورد بررسی قرار داد. مقاطع ضعیف تر را با استفاده از زمانهای پرتودهی طولانی و فیلمی با سرعت زیاد می‌توان بازرسی کرد.

نحوه تولید اشعه ایکس

پرتوهای ایکس را بوسیله بمباران هدفی فلزی با باریکه‌ای از الکترونهای سریع تولید می کنند. قطعات اصلی لامپ اشعه ایکس شامل کاتد برای گسیل الکترون ها و آند به عنوان هدف می‌باشد، که هر دو درون لامپ خلا جای گرفته‌اند. با توجه به میزان نفوذ اشعه ایکس و فرکانس مربوطه‌اش از لامپ های اشعه ایکس متنوعی در کارهای تحقیقاتی ، پزشکی ، صنعت و ... استفاده می‌کنند.

انتهای پیام/