Hogyan számoljuk ki a röntgensugarat

Az elektromágneses hullám, például egy röntgensugár egyetlen fotonjának energiaképletét aPlanck-egyenlet​:

amelyben az energiaEJoule-ban megegyezik Planck állandójának szorzatávalh​ (6.626 × 10 ⁻³⁴ Js) és a gyakoriságν(ejtsd: "nu") s egységekben^-1. Az elektromágneses hullám adott frekvenciájára ezen egyenlet segítségével kiszámíthatja egyetlen foton kapcsolódó röntgen energiáját. Az elektromágneses sugárzás minden formájára vonatkozik, beleértve a látható fényt, a gammasugarakat és a röntgensugarakat.

•••Syed Hussain Ather

Planck egyenlete a fény hullámtulajdonságaitól függ. Ha a fényt hullámként képzeled el, amint az a fenti ábrán látható, akkor elképzelheted, hogy amplitúdója, frekvenciája és hullámhossza ugyanolyan, mint egy óceán vagy egy hanghullám. Az amplitúdó az egyik címer magasságát méri az ábra szerint, és általában megfelel a fényerőnek vagy a hullám intenzitása, és a hullámhossz a hullám teljes ciklusának vízszintes távolságát méri borítók. A frekvencia az a teljes hullámhossz, amely másodpercenként áthalad egy adott ponton.

•••Syed Hussain Ather

Az elektromágneses spektrum részeként meghatározhatja a röntgen frekvenciáját vagy hullámhosszát, amikor ismeri az egyiket vagy a másikat. Planck egyenletéhez hasonlóan ez a frekvencia isνaz elektromágneses hullám értéke a fénysebességgel függ összec, 3 x 10^-8 m / s, az egyenlettel

amelyben λ a hullám hullámhossza. A fénysebesség állandó marad minden helyzetben és példában, így ez az egyenlet megmutatja, hogy az elektromágneses hullám frekvenciája és hullámhossza fordítottan arányos-e egymással.

A fenti ábrán a különböző típusú hullámok különböző hullámhosszait mutatjuk be. A röntgensugarak az ultraibolya (UV) és a gammasugarak között helyezkednek el a spektrumban, így a hullámhossz és a frekvencia röntgen tulajdonságai közöttük esnek.

A rövidebb hullámhosszak nagyobb energiát és frekvenciát jeleznek, amelyek kockázatot jelenthetnek az emberi egészségre. Az UV-sugárzást gátló fényvédők, valamint az ólom védőbevonatai és pajzsai, amelyek megakadályozzák a röntgensugarak bőrbe jutását, bizonyítják ezt az erőt. A világűrből származó gammasugarakat szerencsére elnyeli a Föld légköre, megakadályozva, hogy ártsanak az embereknek.

Végül a gyakoriság összefüggésbe hozható az időszakkalTmásodpercek alatt az egyenlettel

Ezek a röntgen tulajdonságok az elektromágneses sugárzás egyéb formáira is vonatkozhatnak. Különösen a röntgensugárzás mutatja ezeket a hullámszerű tulajdonságokat, de részecskeszerű is.

A hullámos viselkedés mellett a röntgensugarak úgy viselkednek, mint a részecskék, mintha egy röntgen egyetlen hulláma lenne egyik részecske a másik után tárgyakkal ütközött és ütközéskor elnyelte, visszaverődött vagy áthaladt keresztül.

Mivel Planck egyenlete energiát használ fel egyetlen foton formájában, a tudósok szerint az elektromágneses fényhullámokat "kvantálják" ezekbe az energia "csomagokba". Speciális mennyiségű fotonból állnak, amelyek diszkrét mennyiségű energiát hordoznak, az úgynevezett kvantumokat. Amint az atomok abszorbeálják vagy kibocsájtják a fotonokat, az energia növekszik, vagy elveszíti azt. Ez az energia elektromágneses sugárzás formájában jelentkezhet.

1923-ban William Duane amerikai fizikus elmagyarázta, hogy a röntgensugarak hogyan oszlanak el a kristályokban ezen részecskeszerű viselkedés révén. Duane a diffrakciós kristály geometriai felépítéséből származó kvantált impulzusátvitelt használta annak magyarázatára, hogy a különböző röntgenhullámok hogyan viselkednének az anyagon való áthaladáskor.

A röntgensugarak az elektromágneses sugárzás más formáihoz hasonlóan mutatják ezt a hullám-részecske kettősséget, amely lehetővé teszi a tudósok viselkedésük leírását, mintha egyszerre lennének részecskék és hullámok egyaránt. Hullámként hullámzanak hullámhosszon és frekvencián, miközben részecskemennyiséget bocsátanak ki, mintha részecskék gerendái lennének.

Maxwell Planck német fizikusról elnevezett Planck-egyenlet azt írja elő, hogy a fény ilyen hullámos módon viselkedik, a fény részecskeszerű tulajdonságokat is mutat. Ez a hullám-részecske fény kettősség azt jelenti, hogy bár a fény energiája a frekvenciájától függ, mégis diszkrét energiamennyiségben érkezik, amelyet a fotonok diktálnak.

Amikor a röntgensugarak fotonjai különböző anyagokkal érintkeznek, egyeseket az anyag elnyeli, míg mások átjutnak. Az áthaladó röntgensugarak lehetővé teszik az orvosok számára, hogy belső képeket hozzanak létre az emberi testről.

Az orvostudomány, az ipar, valamint a fizika és kémia révén végzett kutatások különféle területei különböző módon használják a röntgensugarakat. Az orvosi képalkotó kutatók röntgensugarakat használnak a diagnózisok létrehozása során az emberi test állapotainak kezelésére. A sugárkezelés alkalmazható a rák kezelésében.

Az ipari mérnökök röntgensugarakat használnak annak biztosítására, hogy a fémek és egyéb anyagok megfelelő tulajdonságokkal rendelkezzenek olyan célokra, mint az épületek repedéseinek azonosítása vagy olyan szerkezetek létrehozása, amelyek ellenállnak a nagy mennyiségű nyomás.

A szinkrotron létesítményekben végzett röntgensugarak kutatása lehetővé teszi a vállalatok számára, hogy spektroszkópiában és képalkotásban használt tudományos műszereket állítsanak elő. Ezek a szinkrotronok nagy mágnesekkel hajlítják a fényt, és arra kényszerítik a fotonokat, hogy hullámpályás pályára lépjenek. ezekben a létesítményekben körkörös mozdulatokkal felgyorsul, sugárzásuk lineárisan polarizálódik, így nagy mennyiségű erő. Ezután a gép átirányítja a röntgensugarakat más gyorsítók és kutatási lehetőségek felé.

A röntgensugarak alkalmazása az orvostudományban teljesen új, innovatív kezelési módszereket hozott létre. A röntgensugarak a testen belüli tünetek azonosításának folyamata szerves részévé váltak noninvazív természetük révén, amely lehetővé tette számukra a diagnosztizálást anélkül, hogy fizikailag be kellene lépniük a testbe. A röntgensugárzásnak az volt az előnye is, hogy irányította az orvosokat, amikor behelyezték, eltávolították vagy módosították az orvostechnikai eszközöket a betegek belsejében.

Az orvostudományban használt röntgenképek három fő típusa létezik. Az első, a radiográfia, a csontrendszert csak kis mennyiségű sugárzással képezi le. A második, a fluoroszkópia segítségével a szakemberek valós időben tekinthetik meg a beteg belső állapotát. Orvosi kutatók ezt használták a betegek báriumának táplálására, hogy megfigyeljék az emésztőrendszer működését, valamint diagnosztizálják a nyelőcső betegségeit és rendellenességeit.

Végül a számítógépes tomográfia lehetővé teszi a betegek számára, hogy egy gyűrű alakú szkenner alatt feküdjenek le, hogy háromdimenziós képet alkossanak a beteg belső szerveiről és szerkezeteiről. A háromdimenziós képeket a beteg testéről készített számos keresztmetszeti képből összesítik.

Wilhelm Conrad Roentgen német gépészmérnök felfedezte a röntgensugarakat, miközben katódsugárcsövekkel dolgozott, amely képalkotás céljából elektronokat lőtt ki. A csőben egy üveg burkolatot használtak, amely az elektródákat vákuumban védte a cső belsejében. Az elektromos áramok csövön keresztüli küldésével Roentgen megfigyelte, hogy a készülékből milyen különböző elektromágneses hullámok bocsátódnak ki.

Amikor Roentgen vastag fekete papírt használt a cső védelmére, megállapította, hogy a cső zöld fluoreszcens fényt, röntgenfelvételt bocsát ki, amely áthaladhat a papíron és energiát adhat más anyagoknak. Megállapította, hogy amikor egy bizonyos energiamennyiségű töltött elektronok összeütköznek az anyaggal, röntgen képződik.

"Röntgennek" nevezve őket, Roentgen abban reménykedett, hogy megragadja titokzatos, ismeretlen természetüket. Roentgen felfedezte, hogy átjuthat az emberi szöveteken, de nem csonton vagy fémen keresztül. 1895 végén a mérnök elkészítette a felesége kezének képét a röntgensugarak felhasználásával, valamint egy dobozban lévő súlyképet, amely a röntgen történetében figyelemreméltó.

Hamarosan a tudósok és mérnökök elcsábultak a röntgen titokzatos természete miatt, elkezdték feltárni a röntgen használatának lehetőségeit. A roentgen (R) a sugárterhelés mérésének mára megszűnt egységévé válna, amelyet összegként határoznának meg A száraz levegő egyetlen pozitív és negatív elektrosztatikus egységének létrehozásához szükséges expozíció

Képek készítése emberek és más élőlények, sebészek és orvosok belső váz- és szervszerkezeteiről a kutatók innovatív technikákat hoztak létre az emberi test megértéséhez vagy a golyók elhelyezkedésének kitalálásához sebesült katonák.

1896-ban a tudósok már a technikákat alkalmazták, hogy kiderítsék, milyen típusú anyagokon haladhatnak át a röntgensugarak. Sajnos a röntgensugarakat termelő csövek megszakadtak az ipari célokra szükséges nagy feszültség alatt William D. amerikai fizikus-mérnök 1913-as Coolidge-csövéig. Coolidge egy volfrámszálat használt a pontosabb megjelenítés érdekében a radiológia újonnan született területén. Coolidge munkája szilárdan megalapozta a röntgencsöveket a fizika kutatásában.

Az ipari munka villanykörték, fénycsövek és vákuumcsövek gyártásával kezdődött. A gyártóüzemek röntgenfelvételeket, röntgenképeket készítettek acélcsövekből, hogy ellenőrizzék azok belső szerkezetét és összetételét. Az 1930-as évekre a General Electric Company egymillió röntgengenerátort gyártott ipari röntgenfelvételhez. Az Amerikai Gépészmérnökök Társasága röntgensugarakat kezdett alkalmazni a hegesztett nyomástartó edények összeolvasztására.

Tekintettel arra, hogy a röntgensugarak mennyi energiát tartalmaznak rövid hullámhosszukkal és magas frekvenciájukkal, miközben a társadalom különböző területeken és tudományterületeken alkalmazta a röntgensugarakat, a a röntgensugaraknak való kitettség szemirritációt, szervi elégtelenséget és bőrégést tapasztal, néha a végtagok és él. Az elektromágneses spektrum ezen hullámhosszai megszakíthatják azokat a kémiai kötéseket, amelyek mutációkat okozhatnak a DNS-ben, vagy megváltoztathatják az élő szövetek molekulaszerkezetét vagy sejtfunkcióit.

A röntgensugarakkal kapcsolatos újabb kutatások kimutatták, hogy ezek a mutációk és kémiai aberrációk rákot okozhatnak, és a tudósok becslése szerint az Egyesült Államokban a rákos megbetegedések 0,4% -át CT-vizsgálatok okozzák. Amint a röntgensugárzás népszerűsége nőtt, a kutatók elkezdték ajánlani a röntgendózis biztonságosnak tartott szintjét.

Amint a társadalom magáévá tette a röntgensugarak erejét, az orvosok, a tudósok és más szakemberek elkezdték kifejezni aggályaikat a röntgensugarak negatív egészségügyi hatásai miatt. Ahogy a kutatók megfigyelték, hogy a röntgensugarak hogyan jutnak át a testen, anélkül, hogy nagy figyelmet fordítanának arra, hogyan hullámok kifejezetten a test területeit célozták meg, kevés okuk volt azt hinni, hogy a röntgensugarak lehetnek veszélyes.

A röntgentechnológiák emberi egészségre gyakorolt ​​negatív következményei ellenére ezek hatása ellenőrizhető és fenntartható a felesleges károk vagy kockázatok megelőzése érdekében. Míg a rák természetesen minden ötödik amerikait érint, a CT-vizsgálat általában 0,05-re növeli a rák kockázatát százaléka, és egyes kutatók azzal érvelnek, hogy az alacsony röntgensugárzás még az egyén kockázatához sem járulhat hozzá rák.

Egy tanulmány szerint az emberi testnek még beépített módjai is vannak az alacsony dózisú röntgensugarak okozta károk helyrehozására az American Journal of Clinical Oncology című szaklapban, ami arra utal, hogy a röntgenvizsgálatok nem jelentenek jelentős kockázatot minden.

A gyermekeket nagyobb az agyrák és a leukémia kockázata, ha röntgensugárzásnak vannak kitéve. Ezért, amikor a gyermeknek szüksége lehet röntgenvizsgálatra, az orvosok és más szakemberek a gyermek családjának gondviselőivel megbeszélik a kockázatokat a hozzájárulás megadásához.

A nagy mennyiségű röntgensugárzás hányást, vérzést, ájulást, hajhullást és bőrvesztést okozhat. Mutációkat okozhatnak a DNS-ben, mert éppen elegendő energiájuk van a DNS-molekulák közötti kötések megszakításához.

Még mindig nehéz meghatározni, hogy a DNS mutációi röntgensugárzás vagy a DNS véletlenszerű mutációi miatt következnek be. A tudósok tanulmányozhatják a mutációk természetét, beleértve annak valószínűségét, etiológiáját és gyakoriságát hogy a DNS kettős szálú törései röntgensugárzás vagy a DNS véletlenszerű mutációinak következményei voltak-e maga.