Definiție și proprietăți de raze X (radiații X)

Razele X sau radiațiile X fac parte din spectrul electromagnetic cu lungimi de undă mai scurte (frecvență mai mare) decât lumina vizibilă. Lungimea de undă a radiației X variază de la 0,01 la 10 nanometri sau frecvențele de la 3 × 10¹⁶ Hz până la 3 × 10¹⁹ Hz. Aceasta pune lungimea de undă a razelor X între lumina ultravioletă și razele gamma. Distincția dintre razele X și razele gamma se poate baza pe lungimea de undă sau pe sursa de radiație. Uneori, radiația x este considerată a fi radiația emisă de electroni, în timp ce radiația gamma este emisă de nucleul atomic.

Omul de știință german Wilhelm Röntgen a fost primul care a studiat radiografiile (1895), deși nu a fost prima persoană care le-a observat. Au fost observate raze X provenind din tuburile Crookes, care au fost inventate în jurul anului 1875. Röntgen a numit lumina „radiații X” pentru a indica faptul că era un tip necunoscut anterior. Uneori, radiația este numită Röntgen sau Roentgen, după omul de știință. Ortografiile acceptate includ raze x, raze x, raze x și raze X (și radiații).

Termenul de radiografie este de asemenea utilizat pentru a se referi la o imagine radiografică formată cu ajutorul radiației X și la metoda folosită pentru producerea imaginii.

Raze X dure și moi

Razele X variază energia de la 100 eV la 100 keV (sub 0,2-0,1 nm lungime de undă). Radiografiile dure sunt cele cu energii fotonice mai mari de 5-10 keV. Razele X moi sunt cele cu energie mai mică. Lungimea de undă a razelor X dure este comparabilă cu diametrul unui atom. Radiografiile dure au energie suficientă pentru a pătrunde în materie, în timp ce razele X moi sunt absorbite în aer sau pătrund în apă până la o adâncime de aproximativ 1 micrometru.

Surse de raze X

Razele X pot fi emise ori de câte ori particulele încărcate suficient de energice lovesc materie. Electronii accelerați sunt folosiți pentru a produce radiații X într-un tub cu raze X, care este un tub de vid cu un catod fierbinte și o țintă metalică. De asemenea, pot fi folosiți protoni sau alți ioni pozitivi. De exemplu, emisia de raze X indusă de protoni este o tehnică analitică. Sursele naturale de radiații X includ gazul radon, alte radioizotopi, fulgere și razele cosmice.

Cum interacționează radiația X cu materia

Cele trei moduri în care razele X interacționează cu materia sunt împrăștierea Compton, împrăștierea Rayleigh și fotoabsorbția. Răspândirea Compton este interacțiunea primară care implică raze X cu energie mare, în timp ce fotoabsorbția este interacțiunea dominantă cu razele X moi și razele X dure de energie mai mică. Orice raze X are energie suficientă pentru a depăși energia de legare între atomii din molecule, deci efectul depinde de compoziția elementară a materiei și nu de proprietățile chimice ale acesteia.

Utilizări ale razelor X

Majoritatea oamenilor sunt familiarizați cu razele X din cauza utilizării lor în imagini medicale, dar există multe alte aplicații ale radiațiilor:

În medicina de diagnostic, radiografiile sunt utilizate pentru a vizualiza structurile osoase. Radiația x tare este utilizată pentru a reduce la minimum absorbția razelor X cu energie scăzută. Un filtru este plasat peste tubul cu raze X pentru a preveni transmiterea radiațiilor cu energie mai mică. Masa atomică ridicată a atomilor de calciu din dinți și oase absoarbe radiațiile x, permițând trecerea prin corp a majorității celorlalte radiații. Tomografia computerizată (tomografii computerizate), fluoroscopia și radioterapia sunt alte tehnici de diagnosticare a radiațiilor x. Razele X pot fi, de asemenea, utilizate pentru tehnici terapeutice, cum ar fi tratamentele pentru cancer.

Razele X sunt utilizate pentru cristalografie, astronomie, microscopie, radiografie industrială, securitate aeroportuară, spectroscopie, fluorescență și pentru implementarea dispozitivelor de fisiune. Razele X pot fi utilizate pentru a crea artă și, de asemenea, pentru a analiza picturile. Utilizările interzise includ îndepărtarea părului cu raze X și fluoroscopuri pentru încălțăminte, care erau amândouă populare în anii '20.

Riscuri asociate radiațiilor X

Razele X sunt o formă de radiații ionizante, capabile să rupă legăturile chimice și să ionizeze atomii. Când radiografiile au fost descoperite pentru prima dată, oamenii au suferit arsuri prin radiații și căderea părului. Au fost chiar raportări de decese. În timp ce boala prin radiații este în mare parte o problemă a trecutului, radiografiile medicale reprezintă o sursă semnificativă de expunere la radiații provocate de om, reprezentând aproximativ jumătate din expunerea totală la radiații din toate sursele din SUA în 2006. Nu există dezacord cu privire la doza care prezintă un pericol, parțial deoarece riscul depinde de mai mulți factori. Este clar că radiațiile x sunt capabile să provoace daune genetice care pot duce la cancer și probleme de dezvoltare. Cel mai mare risc este pentru un făt sau copil.

Văzând radiografii

În timp ce razele X sunt în afara spectrului vizibil, este posibil să vedem strălucirea moleculelor de aer ionizate în jurul unui fascicul de raze X intense. De asemenea, este posibil să „vedeți” radiografii dacă o sursă puternică este privită de un ochi adaptat la întuneric. Mecanismul acestui fenomen rămâne inexplicabil (iar experimentul este prea periculos pentru a fi realizat). Cercetătorii timpurii au raportat că au văzut o strălucire albastru-cenușie care părea să vină din interiorul ochiului.

Sursă

Expunerea la radiații medicale a populației din SUA a crescut în mare măsură de la începutul anilor 1980, Science Daily, 5 martie 2009. Adus 4 iulie 2017.