एक्स-रे ऊर्जा की गणना कैसे करें

एक एक्स-रे जैसे विद्युत चुम्बकीय तरंग के एकल फोटॉन की ऊर्जा का सामान्य सूत्र द्वारा दिया गया हैप्लैंक का समीकरण​:

किस ऊर्जा मेंइजूल में प्लैंक स्थिरांक के गुणनफल के बराबर हैएच​ (6.626 × 10 ⁻³⁴ जेएस) और आवृत्तिν(उच्चारण "nu") s. की इकाइयों में^-1. विद्युत चुम्बकीय तरंग की दी गई आवृत्ति के लिए, आप इस समीकरण का उपयोग करके एकल फोटॉन के लिए संबद्ध एक्स-रे ऊर्जा की गणना कर सकते हैं। यह दृश्य प्रकाश, गामा किरणों और एक्स-रे सहित विद्युत चुम्बकीय विकिरण के सभी रूपों पर लागू होता है।

•••सैयद हुसैन अथेरे

प्लैंक का समीकरण प्रकाश के तरंग-समान गुणों पर निर्भर करता है। यदि आप प्रकाश की कल्पना एक तरंग के रूप में करते हैं जैसा कि ऊपर चित्र में दिखाया गया है, तो आप कल्पना कर सकते हैं कि इसमें एक आयाम, आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य है जैसे कि समुद्र की लहर या ध्वनि तरंग हो सकती है। आयाम दिखाए गए अनुसार एक शिखा की ऊंचाई को मापता है और आम तौर पर चमक से मेल खाता है या तरंग की तीव्रता, और तरंगदैर्घ्य क्षैतिज दूरी को मापता है जो तरंग का एक पूर्ण चक्र है कवर। आवृत्ति पूर्ण तरंग दैर्ध्य की संख्या है जो हर सेकंड किसी दिए गए बिंदु से गुजरती है।

•••सैयद हुसैन अथेरे

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक स्पेक्ट्रम के हिस्से के रूप में, आप एक्स-रे की आवृत्ति या तरंग दैर्ध्य निर्धारित कर सकते हैं जब आप एक या दूसरे को जानते हैं। प्लैंक के समीकरण के समान, यह आवृत्तिνविद्युत चुम्बकीय तरंग प्रकाश की गति से संबंधित हैसी, ३ x १०^-8 एम/एस, समीकरण के साथ

जिसमें तरंग की तरंगदैर्घ्य है। प्रकाश की गति सभी स्थितियों और उदाहरणों में स्थिर रहती है, इसलिए यह समीकरण दर्शाता है कि विद्युत चुम्बकीय तरंग की आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य एक दूसरे के व्युत्क्रमानुपाती कैसे होते हैं।

उपरोक्त आरेख में विभिन्न प्रकार की तरंगों की विभिन्न तरंगदैर्घ्य दर्शाई गई हैं। एक्स-रे स्पेक्ट्रम में पराबैंगनी (यूवी) और गामा किरणों के बीच होते हैं इसलिए तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति के एक्स-रे गुण उनके बीच आते हैं।

कम तरंग दैर्ध्य अधिक ऊर्जा और आवृत्ति का संकेत देते हैं जो मानव स्वास्थ्य के लिए जोखिम पैदा कर सकते हैं। सनस्क्रीन जो यूवी किरणों और सुरक्षात्मक कोट और सीसे की ढाल के खिलाफ अवरुद्ध करते हैं जो एक्स-रे को त्वचा में प्रवेश करने से रोकते हैं, इस शक्ति को प्रदर्शित करते हैं। बाहरी अंतरिक्ष से गामा किरणें सौभाग्य से पृथ्वी के वायुमंडल द्वारा अवशोषित कर ली जाती हैं, जिससे वे लोगों को नुकसान नहीं पहुंचाती हैं।

अंत में, आवृत्ति अवधि से संबंधित हो सकती हैटीसेकंड में समीकरण के साथ

ये एक्स-रे गुण विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अन्य रूपों पर भी लागू हो सकते हैं। एक्स-रे विकिरण विशेष रूप से इन तरंग-समान गुणों को दर्शाता है, लेकिन कण-समान गुणों को भी दर्शाता है।

तरंग-समान व्यवहार के अलावा, एक्स-रे कणों की एक धारा की तरह व्यवहार करते हैं जैसे कि एक्स-रे की एकल तरंग वस्तुओं से टकराने के बाद एक के बाद एक कण से मिलकर बनता है और टकराने पर, अवशोषित, परावर्तित या पास होता है के माध्यम से।

क्योंकि प्लैंक का समीकरण एकल फोटॉन के रूप में ऊर्जा का उपयोग करता है, वैज्ञानिकों का कहना है कि प्रकाश की विद्युत चुम्बकीय तरंगें ऊर्जा के इन "पैकेट" में "मात्राबद्ध" होती हैं। वे विशिष्ट मात्रा में फोटॉन से बने होते हैं जो क्वांटा नामक ऊर्जा की असतत मात्रा ले जाते हैं। जैसे ही परमाणु फोटॉन को अवशोषित या उत्सर्जित करते हैं, वे क्रमशः ऊर्जा में वृद्धि करते हैं या इसे खो देते हैं। यह ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय विकिरण का रूप ले सकती है।

1923 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी विलियम डुआने ने समझाया कि इन कण-समान व्यवहारों के माध्यम से एक्स-रे क्रिस्टल में कैसे विवर्तित होंगे। डुआने ने विवर्तनिक क्रिस्टल की ज्यामितीय संरचना से परिमाणित गति हस्तांतरण का उपयोग यह समझाने के लिए किया कि सामग्री से गुजरते समय विभिन्न एक्स-रे तरंगें कैसे व्यवहार करेंगी।

एक्स-रे, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अन्य रूपों की तरह, इस तरंग-कण द्वैत को प्रदर्शित करते हैं जो वैज्ञानिकों को उनके व्यवहार का वर्णन करने देता है जैसे कि वे दोनों कण और तरंगें एक साथ थे। वे तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति के साथ तरंगों की तरह बहते हैं जबकि कणों की मात्रा उत्सर्जित करते हैं जैसे कि वे कणों के बीम थे।

जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्सवेल प्लैंक के नाम पर रखा गया, प्लैंक का समीकरण बताता है कि प्रकाश इस तरंग-समान तरीके से व्यवहार करता है, प्रकाश भी कण-समान गुण दिखाता है। प्रकाश के इस तरंग-कण द्वैत का अर्थ है कि, हालांकि प्रकाश की ऊर्जा इसकी आवृत्ति पर निर्भर करती है, फिर भी यह फोटॉन द्वारा निर्धारित ऊर्जा की असतत मात्रा में आती है।

जब एक्स-रे के फोटॉन विभिन्न सामग्रियों के संपर्क में आते हैं, तो उनमें से कुछ सामग्री द्वारा अवशोषित हो जाते हैं जबकि अन्य गुजरते हैं। एक्स-रे जो डॉक्टरों से होकर गुजरते हैं, वे मानव शरीर की आंतरिक छवियां बनाते हैं।

भौतिकी और रसायन विज्ञान के माध्यम से चिकित्सा, उद्योग और अनुसंधान के विभिन्न क्षेत्रों में एक्स-रे का अलग-अलग तरीकों से उपयोग किया जाता है। चिकित्सा इमेजिंग शोधकर्ता मानव शरीर के भीतर स्थितियों का इलाज करने के लिए निदान बनाने में एक्स-रे का उपयोग करते हैं। रेडियोथेरेपी में कैंसर के उपचार में अनुप्रयोग हैं।

औद्योगिक इंजीनियर एक्स-रे का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए करते हैं कि धातुओं और अन्य सामग्रियों में के लिए आवश्यक उपयुक्त गुण हों जैसे भवनों में दरारों की पहचान करना या ऐसी संरचनाएँ बनाना जो बड़ी मात्रा में झेल सकें दबाव।

सिंक्रोट्रॉन सुविधाओं पर एक्स-रे पर शोध कंपनियों को स्पेक्ट्रोस्कोपी और इमेजिंग में उपयोग किए जाने वाले वैज्ञानिक उपकरणों का निर्माण करने देता है। ये सिंक्रोट्रॉन प्रकाश को मोड़ने के लिए बड़े चुम्बकों का उपयोग करते हैं और फोटॉन को तरंग-समान प्रक्षेप पथ लेने के लिए बाध्य करते हैं जब एक्स-रे होते हैं इन सुविधाओं पर परिपत्र गति में त्वरित, बड़ी मात्रा में उत्पादन करने के लिए उनका विकिरण रैखिक रूप से ध्रुवीकृत हो जाता है शक्ति। मशीन फिर एक्स-रे को अन्य त्वरक और अनुसंधान के लिए सुविधाओं की ओर पुनर्निर्देशित करती है।

चिकित्सा में एक्स-रे के अनुप्रयोगों ने उपचार के पूरी तरह से नए, नवीन तरीकों का निर्माण किया। एक्स-रे अपने गैर-आक्रामक प्रकृति के माध्यम से शरीर के भीतर लक्षणों की पहचान करने की प्रक्रिया का अभिन्न अंग बन गए हैं जो उन्हें शरीर में शारीरिक रूप से प्रवेश करने की आवश्यकता के बिना निदान करने की अनुमति देगा। एक्स-रे में चिकित्सकों का मार्गदर्शन करने का भी लाभ था क्योंकि उन्होंने रोगियों के भीतर चिकित्सा उपकरणों को डाला, हटाया या संशोधित किया।

चिकित्सा में तीन मुख्य प्रकार के एक्स-रे इमेजिंग का उपयोग किया जाता है। पहला, रेडियोग्राफी, कंकाल प्रणाली को केवल थोड़ी मात्रा में विकिरण के साथ चित्रित करता है। दूसरा, फ्लोरोस्कोपी, पेशेवरों को वास्तविक समय में एक मरीज की आंतरिक स्थिति को देखने देता है। चिकित्सा शोधकर्ताओं ने इसका उपयोग रोगियों को उनके पाचन तंत्र के कामकाज का निरीक्षण करने और अन्नप्रणाली के रोगों और विकारों के निदान के लिए बेरियम खिलाने के लिए किया है।

अंत में, कंप्यूटेड टोमोग्राफी रोगियों को रोगी के आंतरिक अंगों और संरचनाओं की त्रि-आयामी छवि बनाने के लिए रिंग के आकार के स्कैनर के नीचे लेटने देती है। रोगी के शरीर से ली गई कई क्रॉस-अनुभागीय छवियों से त्रि-आयामी छवियों को एक साथ एकत्रित किया जाता है।

जर्मन मैकेनिकल इंजीनियर विल्हेम कॉनराड रोएंटजेन ने एक्स-रे की खोज की, जब वह कैथोड-रे ट्यूब के साथ काम कर रहे थे, एक उपकरण जो छवियों को बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों को निकालता था। ट्यूब ने एक कांच के लिफाफे का इस्तेमाल किया जो ट्यूब के अंदर एक वैक्यूम में इलेक्ट्रोड की रक्षा करता था। ट्यूब के माध्यम से विद्युत धाराएं भेजकर, रोएंटजेन ने देखा कि डिवाइस से विभिन्न विद्युत चुम्बकीय तरंगें कैसे उत्सर्जित होती हैं।

जब रोएंटजेन ने ट्यूब की सुरक्षा के लिए एक मोटे काले कागज का इस्तेमाल किया, तो उसने पाया कि ट्यूब से हरे रंग की फ्लोरोसेंट रोशनी, एक एक्स-रे निकलती है, जो कागज से होकर गुजर सकती है और अन्य सामग्रियों को सक्रिय कर सकती है। उन्होंने पाया कि, जब एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा के आवेशित इलेक्ट्रॉन पदार्थ से टकराते हैं, तो एक्स-रे उत्पन्न होते हैं।

उन्हें "एक्स-रे" नाम देते हुए, रोएंटजेन ने उनके रहस्यमय, अज्ञात स्वभाव को पकड़ने की आशा की। रोएंटजेन ने पाया कि यह मानव ऊतक से गुजर सकता है, लेकिन हड्डी या धातु से नहीं। 1895 के अंत में, इंजीनियर ने एक्स-रे का उपयोग करके अपनी पत्नी के हाथ की एक छवि के साथ-साथ एक बॉक्स में वजन की एक छवि बनाई, जो एक्स-रे इतिहास में एक उल्लेखनीय उपलब्धि थी।

जल्द ही, एक्स-रे की रहस्यमय प्रकृति से वैज्ञानिक और इंजीनियर आकर्षित हो गए, उन्होंने एक्स-रे के उपयोग की संभावनाओं की खोज शुरू कर दी। द रेंटजेन (आर) विकिरण जोखिम को मापने की एक अब-निष्क्रिय इकाई बन जाएगी जिसे राशि के रूप में परिभाषित किया जाएगा शुष्क हवा के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक चार्ज की एकल सकारात्मक और नकारात्मक इकाई बनाने के लिए आवश्यक जोखिम का।

मनुष्यों और अन्य प्राणियों, सर्जनों और चिकित्सा के आंतरिक कंकाल और अंग संरचनाओं की छवियों का निर्माण शोधकर्ताओं ने मानव शरीर को समझने या यह पता लगाने की नवीन तकनीकों का निर्माण किया कि गोलियां कहाँ स्थित थीं घायल सिपाही।

1896 तक, वैज्ञानिक पहले से ही यह पता लगाने के लिए तकनीकों को लागू कर रहे थे कि किस प्रकार के पदार्थ एक्स-रे से गुजर सकते हैं। दुर्भाग्य से, एक्स-रे का उत्पादन करने वाली ट्यूब औद्योगिक उद्देश्यों के लिए आवश्यक बड़ी मात्रा में वोल्टेज के तहत टूट जाती हैं, जब तक कि अमेरिकी भौतिक विज्ञानी-इंजीनियर विलियम डी। कूलिज ने रेडियोलॉजी के नवजात क्षेत्र में अधिक सटीक दृश्य के लिए टंगस्टन फिलामेंट का उपयोग किया। कूलिज का काम एक्स-रे ट्यूबों को भौतिकी अनुसंधान में मजबूती से स्थापित करेगा।

लाइटबल्ब, फ्लोरोसेंट लैंप और वैक्यूम ट्यूब के उत्पादन के साथ औद्योगिक कार्य शुरू हुआ। विनिर्माण संयंत्रों ने अपनी आंतरिक संरचनाओं और संरचना को सत्यापित करने के लिए स्टील ट्यूबों के रेडियोग्राफ, एक्स-रे छवियों का उत्पादन किया। 1930 के दशक तक जनरल इलेक्ट्रिक कंपनी ने औद्योगिक रेडियोग्राफी के लिए एक मिलियन एक्स-रे जनरेटर का उत्पादन किया था। अमेरिकन सोसाइटी ऑफ मैकेनिकल इंजीनियर्स ने वेल्डेड दबाव वाहिकाओं को एक साथ मिलाने के लिए एक्स-रे का उपयोग करना शुरू किया।

यह देखते हुए कि एक्स-रे अपनी छोटी तरंग दैर्ध्य और उच्च आवृत्तियों के साथ कितनी ऊर्जा पैक करते हैं, जैसा कि समाज ने विभिन्न क्षेत्रों और विषयों में एक्स-रे को अपनाया, एक्स-रे के संपर्क में आने से व्यक्तियों को आंखों में जलन, अंग की विफलता और त्वचा में जलन का अनुभव होता है, कभी-कभी इसके परिणामस्वरूप अंगों का नुकसान भी होता है और रहता है। विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम के ये तरंगदैर्ध्य रासायनिक बंधनों को तोड़ सकते हैं जो डीएनए में उत्परिवर्तन या आणविक संरचना में परिवर्तन या जीवित ऊतकों में सेलुलर फ़ंक्शन का कारण बन सकते हैं।

एक्स-रे पर हाल के शोध से पता चला है कि ये उत्परिवर्तन और रासायनिक विचलन कैंसर का कारण बन सकते हैं, और वैज्ञानिकों का अनुमान है कि संयुक्त राज्य में 0.4% कैंसर सीटी स्कैन के कारण होते हैं। जैसे-जैसे एक्स-रे लोकप्रियता में वृद्धि हुई, शोधकर्ताओं ने एक्स-रे खुराक के स्तर की सिफारिश करना शुरू कर दिया जिसे सुरक्षित समझा गया।

जैसे-जैसे समाज ने एक्स-रे की शक्ति को अपनाया, चिकित्सकों, वैज्ञानिकों और अन्य पेशेवरों ने एक्स-रे के नकारात्मक स्वास्थ्य प्रभावों के बारे में अपनी चिंता व्यक्त करना शुरू कर दिया। जैसा कि शोधकर्ताओं ने देखा कि एक्स-रे शरीर से कैसे गुजरेंगे, इस पर ध्यान दिए बिना कि कैसे तरंगें विशेष रूप से शरीर के क्षेत्रों को लक्षित करती हैं, उनके पास यह मानने का कोई कारण नहीं था कि एक्स-रे हो सकते हैं खतरनाक।

मानव स्वास्थ्य पर एक्स-रे प्रौद्योगिकियों के नकारात्मक प्रभावों के बावजूद, अनावश्यक नुकसान या जोखिम को रोकने के लिए उनके प्रभावों को नियंत्रित और बनाए रखा जा सकता है। जबकि कैंसर स्वाभाविक रूप से 5 में से 1 अमेरिकी को प्रभावित करता है, सीटी स्कैन आम तौर पर कैंसर के खतरे को .05 तक बढ़ा देता है प्रतिशत, और कुछ शोधकर्ताओं का तर्क है कि कम एक्स-रे एक्सपोजर किसी व्यक्ति के जोखिम में भी योगदान नहीं दे सकता है कैंसर।

एक अध्ययन के अनुसार, मानव शरीर में एक्स-रे की कम खुराक से होने वाले नुकसान की मरम्मत के लिए अंतर्निहित तरीके भी हैं। अमेरिकन जर्नल ऑफ क्लिनिकल ऑन्कोलॉजी में, यह सुझाव देते हुए कि एक्स-रे स्कैन में कोई महत्वपूर्ण जोखिम नहीं है सब।

एक्स-रे के संपर्क में आने पर बच्चों को ब्रेन कैंसर और ल्यूकेमिया का खतरा अधिक होता है। इस कारण से, जब किसी बच्चे को एक्स-रे स्कैन की आवश्यकता हो सकती है, तो चिकित्सक और अन्य पेशेवर सहमति प्रदान करने के लिए बच्चे के परिवार के अभिभावकों के साथ जोखिमों पर चर्चा करते हैं।

उच्च मात्रा में एक्स-रे के संपर्क में आने से उल्टी, रक्तस्राव, बेहोशी, बालों का झड़ना और त्वचा का झड़ना हो सकता है। वे डीएनए में उत्परिवर्तन पैदा कर सकते हैं क्योंकि उनके पास डीएनए अणुओं के बीच के बंधन को तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा है।

यह अभी भी निर्धारित करना मुश्किल है कि क्या डीएनए में उत्परिवर्तन एक्स-रे विकिरण या स्वयं डीएनए के यादृच्छिक उत्परिवर्तन के कारण होता है। वैज्ञानिक उत्परिवर्तन की प्रकृति का अध्ययन कर सकते हैं जिसमें उनकी संभावना, एटियलजि और आवृत्ति निर्धारित करने के लिए शामिल हैं क्या डीएनए में डबल-स्ट्रैंड टूटना एक्स-रे विकिरण या डीएनए के यादृच्छिक उत्परिवर्तन का परिणाम था? अपने आप।