Какво Представляват Рентгеновите Лъчи?

{h1}

Рентгеновите лъчи са форма на електромагнитно излъчване, която се използва за медицински изображения, за лечение на рак и дори се използва за изследване на космоса.

Рентгеновите лъчи са видове електромагнитно излъчване, вероятно най-известни със способността си да виждат през кожата на човек и да разкриват изображения на костите под него. Напредъкът в технологиите доведе до по-мощни и съсредоточени рентгенови лъчи, както и до все по-големи приложения на тези светлинни вълни - от изображения на малки биологични клетки и структурни компоненти на материали като цимент до убиване на ракови клетки.

Рентгеновите лъчи са грубо класифицирани в меки рентгенови лъчи и твърди рентгенови лъчи. Меките рентгенови лъчи имат относително къси дължини на вълната от около 10 нанометра (нанометър е една милиардна част от метър) и така попадат в обхвата на електромагнитния (ЕМ) спектър между ултравиолетовата (UV) светлината и гама-лъчите. Твърдите рентгенови лъчи имат дължина на вълната от около 100 пикометра (пикометърът е една трилионна част от метър). Тези електромагнитни вълни заемат същия регион от ЕМ спектъра като гама-лъчите. Единствената разлика между тях е техният източник: рентгеновите лъчи се произвеждат от ускоряващи се електрони, докато гама-лъчите се произвеждат от атомни ядра в една от четирите ядрени реакции.

История на рентгенови лъчи

Рентгеновите лъчи са открити през 1895 г. от Вилхелм Конрад Рьонтген, професор от Вюрцбургския университет в Германия. Според историята на неразрушителния ресурсен център „История на радиографията“ Рьонтген забелязва кристали в близост до катод-лъчева тръба с високо напрежение, които проявяват флуоресцентно сияние, дори когато ги екранира с тъмна хартия. Известна форма на енергия се произвеждаше от тръбата, която проникваше в хартията и причиняваше кристалите да светят. Рьонтген нарече неизвестната енергия „рентгеново излъчване“. Експериментите показаха, че това лъчение може да проникне в меките тъкани, но не и до костите, и да произведе сенки на фотографски плаки.

За това откритие през 1901 г. Рьонтген е удостоен с първата Нобелова награда по физика.

Рентгенови източници и ефекти

Рентгеновите лъчи могат да бъдат произведени на Земята чрез изпращането на високоенергиен лъч от електрони, разбиващи се в атом като мед или галий, според Кели Гафни, директор на източника на радиационно осветление на Stanford Synchrotron. Когато лъчът удари атома, електроните във вътрешната обвивка, наречена s-обвивка, се юстират и понякога изхвърлят от орбитата си. Без този електрон, или електрони, атомът става нестабилен и така атомът да се "отпусне" или да се върне в равновесие, каза Гафни, електрон в така наречената 1p обвивка се спуска, за да запълни празнината. Резултатът? Рентгенография се освобождава.

"Проблемът с това е флуоресценцията [или рентгеновата светлина, която се излъчва] върви във всички посоки", казва Гафни пред WordsSideKick.com. "Те не са насочени и не са съсредоточени. Това не е много лесен начин да направите високоенергичен и ярък източник на рентгенови лъчи."

Въведете синхротрон, вид ускорител на частици, който ускорява заредени частици като електрони вътре в затворен кръгов път. Основната физика предполага, че всеки път, когато ускорите заредена частица, тя излъчва светлина. Видът на светлината зависи от енергията на електроните (или други заредени частици) и магнитното поле, което ги избутва около кръга, каза Гафни.

Тъй като синхротронните електрони се изтласкват до скоростта на светлината, те отделят огромни количества енергия, особено рентгенова енергия. И не само всякакви рентгенови лъчи, а много мощен лъч от фокусирана рентгенова светлина.

Синхротронното излъчване е видяно за първи път в General Electric в Съединените щати през 1947 г., според Европейския синхротронно излъчване. Тази радиация се счита за неудобство, тъй като причинява загубата на енергия от частиците, но по-късно през 60-те години е призната за светлина с изключителни свойства, която преодолява недостатъците на рентгеновите тръби. Една интересна особеност на синхротронното излъчване е, че то е поляризирано; тоест електрическите и магнитните полета на фотоните всички колебаят в една и съща посока, която може да бъде линейна или кръгова.

"Тъй като електроните са релативистични [или се движат с близка светлинна скорост], когато излъчват светлина, това в крайна сметка е фокусирано в посока напред", казва Гафни. "Това означава, че получавате не само правилния цвят на светлинните рентгенови лъчи, а не само много от тях, защото имате много запазени електрони, те също така преференциално се излъчват в посока напред."

Рентгеново изображение

Поради способността си да проникват в определени материали, рентгеновите лъчи се използват за няколко неразрушителни приложения за оценка и тестване, по-специално за идентифициране на недостатъци или пукнатини в структурните компоненти. Според ресурсния център на NDT „Излъчването се насочва през част и върху [а] филм или друг детектор. Получената сензорна снимка показва вътрешните характеристики“ и дали частта е звукова. Това е същата техника, използвана в лекарските и стоматологичните кабинети за създаване на рентгенови изображения съответно на костите и зъбите. [Изображения: Зашеметяващи рентгенови снимки на риба]

Рентгеновите лъчи също са от съществено значение за проверките за сигурност на транспорта на товари, багаж и пътници. Електронните детектори за изображения позволяват визуализация в реално време на съдържанието на пакети и други пътнически вещи.

Първоначалното използване на рентгенови лъчи е за изобразяване на кости, които лесно се различават от меките тъкани на филма, който беше наличен по това време. Въпреки това, по-прецизни фокусиращи системи и по-чувствителни методи за откриване, като подобрени фотографски филми и сензори за електронни изображения, позволиха да се разграничат все по-фините детайли и фините разлики в плътността на тъканите, като се използват много по-ниски нива на експозиция.

Освен това компютърната томография (КТ) комбинира множество рентгенови изображения в 3D модел на регион, който представлява интерес.

Подобно на CT, синхротронната томография може да разкрие триизмерни изображения на вътрешни конструкции на обекти като инженерни компоненти, според Центъра за материали и енергия на Helmholtz.

Рентгенова терапия

Лъчевата терапия използва високоенергийно лъчение, за да убие раковите клетки, като уврежда тяхната ДНК. Тъй като лечението може също да повреди нормалните клетки, Националният институт за рак препоръчва внимателно да се планира лечението, за да се сведат до минимум страничните ефекти.

Според Американската агенция за опазване на околната среда, така наречената йонизираща радиация от рентгенови лъчи затваря фокусирана област с достатъчно енергия, за да премахне изцяло електроните от атомите и молекулите, като по този начин променя техните свойства. В достатъчни дози това може да повреди или унищожи клетките. Въпреки че това увреждане на клетките може да причини рак, то може да се използва и за борба с него. Чрез насочване на рентгенови лъчи при ракови тумори той може да разруши тези анормални клетки.

Рентгенова астрономия

Според Робърт Патерсън, професор по астрономия в Държавния университет в Мисури, небесните източници на рентгенови лъчи включват близки двоични системи, съдържащи черни дупки или неутронни звезди. В тези системи по-масивният и компактен звезден остатък може да съблече материал от придружителната си звезда, за да образува диск с изключително горещ рентгенов излъчващ газ, докато се върти навътре. Освен това свръхмасивните черни дупки в центровете на спиралните галактики могат да излъчват рентгенови лъчи, тъй като те абсорбират звезди и газови облаци, които попадат в гравитационния им обхват.

Рентгеновите телескопи използват нискоъгълни отражения, за да фокусират тези високоенергийни фотони (светлина), които иначе биха преминали през нормални огледала на телескопа. Тъй като земната атмосфера блокира повечето рентгенови лъчи, наблюденията обикновено се извършват с помощта на балони с висока надморска височина или орбитални телескопи.

Допълнителни ресурси

  • За да научите повече, изтеглете този PDF файл от SLAC, озаглавен „Ранна история на рентгеновите лъчи“.
  • Ресурсният център NDE / NDT предоставя информация за неразрушителна оценка / неразрушително тестване.
  • Страницата на мисията на НАСА в електромагнитния спектър обяснява как астрономите използват рентгенови лъчи.

Тази страница е актуализирана на 5 октомври 2018 г. от редактора на науката на живо, Жана Брайнер.


Видео Добавка: Физици Филми - Биологично действие на радиацията.




Изследване


Верига, Която Контролира Преяждането, Намерено В Мозъка
Верига, Която Контролира Преяждането, Намерено В Мозъка

Хормонът Държи Обещанието Като Подобрител На Паметта
Хормонът Държи Обещанието Като Подобрител На Паметта

Наука Новини


Как Еволюираха Ваксините За Валцуване И Женските Пениси
Как Еволюираха Ваксините За Валцуване И Женските Пениси

Съвет На Ouija: Демистифициране На „Мистифициращия Оракул“
Съвет На Ouija: Демистифициране На „Мистифициращия Оракул“

Скакалци Срещу Скакалци: Какво Прави Рояк?
Скакалци Срещу Скакалци: Какво Прави Рояк?

Mummy Murder Mystery: King Ramesses Iii Throat Slashhed
Mummy Murder Mystery: King Ramesses Iii Throat Slashhed

Мигрирани Динозаври, Вкаменелостите На Зъбите Потвърждават
Мигрирани Динозаври, Вкаменелостите На Зъбите Потвърждават


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com