Promieniowanie rentgenowskie

Z Wikipedii

Śródoperacyjny cholangiogram uwidaczniający drogi żółciowe w trakcie laparoskopowej cholecystektomii.

Promieniowanie rentgenowskie (w wielu krajach nazywane promieniowaniem X lub promieniami X) - to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, którego długość fali mieści się w zakresie od 10 pm do 10 nm. Zakres promieniowania rentgenowskiego znajduje się pomiędzy ultrafioletem i promieniowaniem gamma. Znanym skrótem nazwy jest promieniowanie rtg.

[edytuj] Zakresy promieniowania rentgenowskiego

• twarde promieniowanie rentgenowskie - długość od 5 pm do 100 pm
• miękkie promieniowanie rentgenowskie - długość od 0,1 nm do 10 nm

[edytuj] Źródła promieniowania

Promieniowanie rentgenowskie uzyskuje się w praktyce (np. w lampie rentgenowskiej) poprzez wyhamowywanie rozpędzonych elektronów na materiale o dużej (powyżej 20) liczbie atomowej (promieniowanie hamowania), efektem czego jest powstanie promieniowania o charakterystyce ciągłej, na którym widoczne są również piki pochodzące od promieniowania charakterystycznego anody (rozpędzone elektrony wybijają elektrony z atomów anody). Wybite elektrony pochodzące z dolnych powłok elektronowych pozostawiają je pustymi do czasu aż elektron z wyższej powłoki go nie zapełni. Elektron przechodząc z wyższego stanu emituje kwant promieniowania rentgenowskiego - następuje emisja charakterystycznego promieniowania X. Promieniowanie X powstaje także w wyniku wychwytu elektronu, tj. gdy jądro przechwytuje znajdujący się na powłoce K elektron, w wyniku czego powstaje wolne miejsce, na które spadają elektrony z wyższych powłok i następuje emisja kwantu X. Przykładem źródła promieniowania X działającego w oparciu o wychwyt elektronu jest ⁵⁵Fe, emitujące 80% kwantów o energii ok. 5,9 keV (linia K-alfa) oraz 20% o energii 6,2keV (linia K-beta). Obecnie są budowane także efektywniejsze źródła promieniowania X, promieniowanie wytwarzane jest przez poruszające się po okręgu elektrony w synchrotronach, stąd promieniowanie to nazywa się promieniowaniem synchrotronowym. Pierwsze źródła promieniowania synchrotronowego należące do tzw. I i II generacji były stosunkowo mało wydajne. Dopiero źródła promieniowania synchrotronowego nowszej konstrukcji, należące do III generacji, pozwoliły na osiąganie większych natężeń promieniowania, a przede wszystkim umożliwiły w miarę ciągłą bezawaryjną pracę. Synchrotrony III generacji zaopatrywano też z reguły w tzw. "urządzenia wstawkowe" (ang. insertion devices) - wigglery i undulatory. W urządzeniach tych elektrony poruszają się w periodycznym polu magnetycznym po trajektorii zbliżonej do sinusoidy, dzięki czemu natężenie emitowanego promieniowania znacznie się zwiększa (nawet o kilka rzędów wielkości) w stosunku do natężenia promieniowania wytwarzanego w polu magnesów zakrzywiających synchrotronu bez urządzeń wstawkowych. Przykładem źródeł synchrotronowych mogą być: BESSY II (Berlin), DORIS III (II generacji, Hasylab, Hamburg), ESRF (III generacji, Grenoble). Obecnie działają już źródła kolejnej, IV. generacji promieniowania synchrotronowego, lasery na swobodnych elektronach (lub lasery FEL - ang. Free Electron Laser. Najsilniejszy z nich, laser FLASH w DESY (Hamburg) wytwarza impulsy monochromatycznego promieniowania w zakresie XUV-SX (skrajnego ultrafioletu próżniowego do miękkiego promieniowania rentgenowskiego), o czasie trwania około 25 femtosekund i mocy szczytowej w impulsie dochodzącej do 1 GW. Lasery FEL są przestrajalne, a emitowane przez nie promieniowanie jest spójne i spolaryzowane liniowo. Szczytowe natężenie w impulsie osiągać może wartości ponad 9 rzędów wielkości większe niż otrzymywane z najpotężniejszych synchrotronów III generacji. W lutym 2007 r. w tym samym ośrodku w Hamburgu rozpoczęto budowę europejskiego lasera X-FEL działającego w rentgenowskim zakresie dł. fali 6 nm - 0.1 nm. Przewiduje się, że pełną operacyjną zdolność działania laser ten osiągnie w roku 2013.

[edytuj] Promieniowanie i medycyna

Zdjęcie rentgenowskie dłoni żony Roentgena wykonane przez niego w 1896

Promieniowanie rentgenowskie jest wykorzystywane do uzyskiwania zdjęć rentgenowskich, które pozwalają m.in. na diagnostykę złamań kości i chorób płuc oraz do rentgenowskiej tomografii komputerowej. Naświetlanie promieniami rentgenowskimi zabija komórki nowotworowe, co wykorzystuje się w radioterapii. Przyjęcie dużej dawki promieniowania może powodować oparzenia i chorobę popromienną.

[edytuj] Historia

Jedni z najważniejszych badaczy promieni rentgenowskich to William Crookes, Johann Wilhelm Hittorf, Eugen Goldstein, Heinrich Hertz, Philipp Lenard, Hermann von Helmholtz, Thomas Edison, Nikola Tesla, Charles Barkla, oraz Wilhelm Conrad Roentgen.

Jedne z najwcześniejszych badań zostały przeprowadzone przez Williama Crookesa oraz Johann Johanna Wilhelma Hittorfa. Obserwowali oni powstające w lampie próżniowej promieniowanie, które pochodziło z ujemnej elektrody. Promienie te powodowały świecenie szkła w lampie. W 1876 roku Eugen Goldstein nazwał je promieniowaniem katodowym. Nie było to jednak promieniowanie rentgenowskie tylko strumień elektronów o dużej energii. Następnie angielski fizyk William Crookes badał efekty wyładowań elektrycznych w gazach szlachetnych. Stwierdził on, że jeżeli umieści w pobliżu lampy kliszę fotograficzną, to ulega ona naświetleniu i pojawiają się na niej cienie przedmiotów, które przesłaniały lampę. Efekt ten nie wzbudził jego zainteresowania. Głównym źródłem wspomnianego efektu było promieniowanie nazwane później "X" a powstające w wyniku gwałtownego wyhamowania elektronów - promieni katodowych.

W roku 1892 niemiecki fizyk Heinrich Hertz rozpoczął eksperymenty, nad przenikaniem promieni katodowych przez cienkie warstwy metalu, np. aluminium, a jego student Philipp Lenard kontynuował te badania. Uczeń Hertza opracował wersje lampy katodowej i analizował przenikanie promieni przez różne materiały.

Niezależnie od nich w kwietniu 1887 roku Nikola Tesla rozpoczął badania nad tym samym problemem. Eksperymentował z wysokimi napięciami i lampami próżniowymi. Opublikował on wiele technicznych prac nad udoskonalonymi lampami z jedną elektrodą. W 1897 roku wygłosił na ten temat odczyt przed New York Academy of Sciences. Tesla potrafił wytworzyć na tyle silne promieniowanie katodowe, że udało mu się zaobserwować jego negatywny wpływ na istoty żywe. W 1892 roku zdał sobie sprawę, że promienie katodowe mogą służyć do obserwacji wnętrza ciała człowieka i wykonał szereg fotografii. Jednak nie opublikował tych wyników, za to wysyłał zdjęcia do Wilhelma Roentgena.

Hermann von Helmholtz sformułował równania opisujące promieniowanie katodowe, z których wynikała możliwość ich dyspersji.

8 listopada 1895 roku Wilhelm Röntgen niemiecki naukowiec rozpoczął obserwacje promieni katodowych podczas eksperymentów z lampami próżniowymi.

28 grudnia 1895 roku opublikował on wyniki swoich badań w czasopiśmie Würzburgskiego Towarzystwa Fizyczno-Medycznego. Było to pierwsze publiczne ogłoszenie istnienia promieni rentgenowskich, dla których Roentgen zaproponował nazwę promieni X, obowiązującą do chwili obecnej w większości krajów (m.in. w krajach anglosaskich). Potem wielu naukowców zaczęło je określać jako promienie rentgena (nazwa obowiązujące m.in. w Polsce i w Niemczech). Za odkrycie promieni X Roentgen otrzymał pierwszą nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1901 roku.

[edytuj] Zobacz też

Zobacz galerię na Wikimedia Commons:
Promieniowanie rentgenowskie

• analiza rentgenofluorescencyjna (metoda XRF)
• astronomia rentgenowska
• częstotliwość
• fala
• Geminga
• lampa rentgenowska
• oddziaływanie elektromagnetyczne
• promieniowanie charakterystyczne
• rentgenografia strukturalna (krystalografia rentgenowska, analiza rengenostrukturalna - metody XRD i SAXS)
• Wilhelm Röntgen