Definicja i właściwości promieni X (promieniowanie X)

Promieniowanie rentgenowskie lub promieniowanie rentgenowskie są częścią elektromagnetyczną widmo z krótszym długości fal (wyższy częstotliwość) niż widzialne światło. Długość fali promieniowania X wynosi od 0,01 do 10 nanometrów lub częstotliwości od 3 × 10¹⁶ Hz do 3 × 10¹⁹ Hz To stawia długość fali rentgenowskiej między światłem ultrafioletowym a promieniowaniem gamma. Rozróżnienie między promieniami rentgenowskimi i gamma może opierać się na długości fali lub źródle promieniowania. Czasami promieniowanie X jest uważane za promieniowanie emitowane przez elektrony, podczas gdy promieniowanie gamma jest emitowane przez jądro atomowe.

Niemiecki naukowiec Wilhelm Röntgen był pierwszym badaczem promieni rentgenowskich (1895), chociaż nie był pierwszą osobą, która je obserwowała. Zaobserwowano promieniowanie rentgenowskie pochodzące z rur Crookesa, które zostały wynalezione około 1875 roku. Röntgen nazwał światło „promieniowaniem X”, aby wskazać, że był to wcześniej nieznany typ. Czasami promieniowanie

Termin promieniowanie rentgenowskie stosuje się również w odniesieniu do obrazu radiograficznego utworzonego za pomocą promieniowania rentgenowskiego oraz do metody zastosowanej do wytworzenia obrazu.

Promieniowanie rentgenowskie ma zakres energii od 100 eV do 100 keV (poniżej długości fali 0,2–0,1 nm). Twarde promienie rentgenowskie to te o energii fotonu większej niż 5-10 keV. Miękkie promienie rentgenowskie to te o niższej energii. Długość fali twardych promieni rentgenowskich jest porównywalna ze średnicą atomu. Twarde promieniowanie rentgenowskie ma wystarczającą energię do penetracji materii, podczas gdy miękkie promienie rentgenowskie są absorbowane w powietrzu lub wnikają do wody na głębokość około 1 mikrometra.

Promienie rentgenowskie mogą być emitowane za każdym razem, gdy dostatecznie energetycznie naładowane cząstki uderzą w materię. Przyspieszone elektrony są wykorzystywane do wytwarzania promieniowania rentgenowskiego w lampie rentgenowskiej, która jest lampą próżniową z gorącą katodą i metalową tarczą. Można również stosować protony lub inne jony dodatnie. Na przykład emisja rentgenowska indukowana protonem jest techniką analityczną. Naturalne źródła promieniowania X obejmują gaz radonowy, inne radioizotopy, błyskawice i promienie kosmiczne.

Trzy sposoby, w jakie promieniowanie rentgenowskie oddziałują z materią Rozpraszanie Comptona, Rozpraszanie Rayleigha i fotoabsorpcja. Rozpraszanie Comptona jest podstawową interakcją obejmującą wysokoenergetyczne twarde promieniowanie rentgenowskie, natomiast fotoabsorpcja jest dominującą interakcją z miękkimi promieniami rentgenowskimi i twardymi promieniami rentgenowskimi o niższej energii. Każde promieniowanie rentgenowskie ma energię wystarczającą do pokonania energii wiązania między atomami w cząsteczkach, więc efekt zależy od pierwiastkowego składu materii, a nie od jej właściwości chemicznych.

Większość ludzi zna promieniowanie rentgenowskie ze względu na ich zastosowanie w obrazowaniu medycznym, ale istnieje wiele innych zastosowań promieniowania:

W medycynie diagnostycznej promienie rentgenowskie są wykorzystywane do przeglądania struktur kostnych. Twarde promieniowanie rentgenowskie służy do zminimalizowania absorpcji promieni rentgenowskich o niskiej energii. Filtr umieszczony jest nad lampą rentgenowską, aby zapobiec transmisji promieniowania o niższej energii. Wysokość masa atomowa atomów wapnia w zębach i kościach pochłania promieniowanie rentgenowskie, pozwalając, by większość innego promieniowania przechodziła przez ciało. Tomografia komputerowa (skany CT), fluoroskopia i radioterapia są innymi technikami diagnostycznymi promieniowania rentgenowskiego. Promieniowanie rentgenowskie można również stosować w technikach terapeutycznych, takich jak leczenie raka.

Promieniowanie rentgenowskie stosuje się w krystalografii, astronomii, mikroskopii, radiografii przemysłowej, bezpieczeństwie na lotniskach, spektroskopia, fluorescencji i do implodowania urządzeń rozszczepiających. Promieniowanie rentgenowskie można wykorzystać do tworzenia sztuki, a także do analizy obrazów. Zakazane zastosowania obejmują usuwanie włosów za pomocą promieni rentgenowskich i fluoroskopy dopasowane do butów, które były popularne w latach dwudziestych.

Promieniowanie rentgenowskie jest formą promieniowania jonizującego, zdolnego do zrywania wiązań chemicznych i jonizacji atomów. Kiedy promieniowanie rentgenowskie zostało odkryte po raz pierwszy, ludzie ponieśli oparzenia popromienne i wypadanie włosów. Były nawet doniesienia o śmierci. Podczas gdy choroba popromienna jest w dużej mierze przeszłością, medyczne promieniowanie rentgenowskie jest znaczącym źródłem wytworzonym przez człowieka narażenie na promieniowanie, co stanowi około połowy całkowitej ekspozycji na promieniowanie ze wszystkich źródeł w USA w 2006. Nie ma zgody co do dawki, która stanowi zagrożenie, częściowo dlatego, że ryzyko zależy od wielu czynników. Oczywiste jest, że promieniowanie rentgenowskie może powodować uszkodzenia genetyczne, które mogą prowadzić do raka i problemów rozwojowych. Najwyższe ryzyko dotyczy płodu lub dziecka.

Podczas gdy promieniowanie rentgenowskie znajduje się poza widmem widzialnym, można zobaczyć blask zjonizowanych cząsteczek powietrza wokół intensywnej wiązki promieniowania rentgenowskiego. Możliwe jest również „zobaczenie” promieni rentgenowskich, jeśli silne źródło jest widziane przez ciemne oko. Mechanizm tego zjawiska pozostaje niewyjaśniony (a eksperyment jest zbyt niebezpieczny do przeprowadzenia). Wcześni badacze donieśli, że widzą niebiesko-szary blask, który wydawał się pochodzić z oka.

Ekspozycja na promieniowanie medyczne populacji USA znacznie wzrosła od wczesnych lat 80, Science Daily, 5 marca 2009 r. Źródło: 4 lipca 2017 r.