X線エネルギーの計算方法

X線などの電磁波の単一光子のエネルギーの一般式は次の式で与えられます。プランクの方程式​:

どのエネルギーでEジュールでのプランク定数の積に等しいh​ (6.626 × 10 ⁻³⁴ Js）と頻度ν（「nu」と発音）sの単位^-1. 電磁波の特定の周波数について、この方程式を使用して、単一光子に関連するX線エネルギーを計算できます。 これは、可視光線、ガンマ線、X線を含むすべての形態の電磁放射に適用されます。

•••サイードフセインアザー

プランクの方程式は、光の波状の性質に依存します。 上の図のように光を波として想像すると、海の波や音波と同じように、振幅、周波数、波長を持っていると想像できます。 振幅は、示されているように1つの山の高さを測定し、一般的に明るさまたは 波の強度、および波長は、波の全サイクルが水平距離を測定します カバーします。 周波数は、1秒ごとに特定のポイントを通過する全波長の数です。

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電磁スペクトルの一部として、どちらかがわかっている場合は、X線の周波数または波長のいずれかを決定できます。 プランクの方程式と同様に、この周波数はν電磁波の速度は光速に関係しますc、3 x 10^-8 m / s、方程式

ここで、λは波の波長です。 光の速度はすべての状況と例で一定のままであるため、この方程式は、電磁波の周波数と波長が互いに反比例することを示しています。

上の図には、さまざまな種類の波のさまざまな波長が示されています。 X線はスペクトル内の紫外線（UV）とガンマ線の間にあるため、波長と周波数のX線特性はそれらの間にあります。

より短い波長は、人間の健康にリスクをもたらす可能性のあるより大きなエネルギーと周波数を示します。 紫外線を遮断する日焼け止めと、X線が皮膚に入るのを遮断する鉛の保護コートとシールドがこの力を発揮します。 宇宙からのガンマ線は幸いにも地球の大気に吸収され、人々に害を及ぼすことを防いでいます。

最後に、頻度は期間に関連付けることができますT方程式で数秒で

これらのX線特性は、他の形態の電磁放射にも適用できます。 特にX線放射はこれらの波状の特性を示しますが、粒子のような特性も示します。

波のような振る舞いに加えて、X線はまるでX線の単一の波のように粒子の流れのように振る舞います オブジェクトと衝突する次々と粒子で構成され、衝突すると、吸収、反射、または通過します 使って。

プランクの方程式は単一光子の形でエネルギーを使用するため、科学者は光の電磁波がこれらのエネルギーの「パケット」に「量子化」されると言います。 それらは、量子と呼ばれる離散的な量のエネルギーを運ぶ特定の量の光子でできています。 原子が光子を吸収または放出すると、それぞれエネルギーが増加するか、失われます。 このエネルギーは、電磁放射の形をとることができます。

1923年、アメリカの物理学者ウィリアムデュアンは、これらの粒子のような振る舞いによってX線が結晶内でどのように回折するかを説明しました。 Duaneは、回折結晶の幾何学的構造からの量子化された運動量伝達を使用して、材料を通過するときにさまざまなX線波がどのように動作するかを説明しました。

X線は、他の形態の電磁放射と同様に、この波動粒子の二重性を示します。これにより、科学者は、粒子と波動の両方であるかのように行動を説明できます。 それらは、まるで粒子のビームであるかのように大量の粒子を放出しながら、波長と周波数の波のように流れます。

ドイツの物理学者マクスウェルプランクにちなんで名付けられたプランクの方程式は、光がこの波のように振る舞うことを示しており、光も粒子のような特性を示します。 この光の波動粒子の二重性は、光のエネルギーはその周波数に依存しますが、それでも光子によって決定される離散的な量のエネルギーをもたらすことを意味します。

X線の光子がさまざまな材料と接触すると、それらの一部は材料に吸収され、他の光子は通過します。 通過するX線により、医師は人体の内部画像を作成できます。

医学、産業、および物理学と化学を通じたさまざまな研究分野では、さまざまな方法でX線が使用されます。 医用画像研究者は、人体の状態を治療するための診断を作成する際にX線を使用します。 放射線療法は癌治療に応用されています。

産業エンジニアはX線を使用して、金属やその他の材料に必要な適切な特性があることを確認します。 建物のひび割れを特定したり、大量の建物に耐えられる構造物を作成したりするなどの目的 圧力。

シンクロトロン施設でのX線の研究により、企業は分光法やイメージングに使用される科学機器を製造することができます。 これらのシンクロトロンは、大きな磁石を使用して光を曲げ、X線が これらの施設で円運動で加速されると、それらの放射は直線偏光になり、大量の パワー。 次に、マシンはX線を他の加速器や研究施設に向け直します。

医学におけるX線の応用は、まったく新しい革新的な治療法を生み出しました。 X線は、身体に物理的に入る必要なしに診断できる非侵襲的な性質を通じて、体内の症状を特定するプロセスに不可欠になりました。 X線には、医師が患者の体内に医療機器を挿入、取り外し、または改造する際にガイドするという利点もありました。

医学で使用されるX線イメージングには主に3つのタイプがあります。 最初のX線撮影では、少量の放射線だけで骨格系を画像化します。 2番目の透視室では、専門家が患者の内部状態をリアルタイムで確認できます。 医学研究者はこれを使用して患者のバリウムに栄養を与え、消化管の働きを観察し、食道の疾患や障害を診断しました。

最後に、コンピューター断層撮影法により、患者はリング状のスキャナーの下に横になり、患者の内臓や構造の3次元画像を作成できます。 三次元画像は、患者の体を撮影した多くの断面画像から集約されます。

ドイツの機械エンジニア、ヴィルヘルム・コンラッド・レントゲンは、電子を発射して画像を生成する装置であるブラウン管を使用しているときに、X線を発見しました。 チューブは、チューブ内の真空中で電極を保護するガラスエンベロープを使用していました。 レントゲンは、チューブに電流を流すことにより、デバイスからさまざまな電磁波がどのように放出されるかを観察しました。

レントゲンがチューブを保護するために厚い黒い紙を使用したとき、彼はチューブが緑色の蛍光灯、X線を放出し、それが紙を通過して他の材料にエネルギーを与える可能性があることを発見しました。 彼は、ある量のエネルギーの帯電した電子が物質と衝突すると、X線が生成されることを発見しました。

それらを「X線」と名付けて、レントゲンは彼らの神秘的で未知の性質を捕らえることを望みました。 レントゲンは、それが人間の組織を通過できるが、骨や金属は通過できないことを発見しました。 1895年後半、エンジニアはX線を使用して妻の手の画像と、箱の中の重りの画像を作成しました。これは、X線の歴史の中で注目に値する偉業です。

すぐに、科学者やエンジニアはX線の不思議な性質に魅了され、X線の使用の可能性を模索し始めました。 レントゲン（R）は、量として定義される放射線被ばくを測定する現在は廃止された単位になります 乾燥空気の静電荷の単一の正と負の単位を作成するために必要な露出の。

人間や他の生き物、外科医、医療機関の内部の骨格や臓器の構造の画像を作成する 研究者たちは、人体を理解したり、弾丸がどこにあるかを把握したりする革新的な技術を生み出しました 負傷した兵士。

1896年までに、科学者たちはすでにこの技術を適用して、X線が通過できる物質の種類を解明していました。 残念ながら、X線を生成する管は、アメリカの物理学者であるウィリアムDの1913年のクーリッジ管まで、産業目的に必要な大量の電圧の下で故障していました。 Coolidgeは、新しく生まれた放射線医学の分野でより正確な視覚化を行うためにタングステンフィラメントを使用しました。 Coolidgeの仕事は、物理学の研究でX線管をしっかりと接地するでしょう。

電球、蛍光灯、真空管の製造で産業活動が始まりました。 製造工場では、鋼管の内部構造と組成を確認するために、鋼管のX線写真（X線画像）を作成しました。 1930年代までに、General ElectricCompanyは工業用X線撮影用の100万個のX線発生器を製造していました。 アメリカ機械学会は、溶接された圧力容器を融合するためにX線の使用を開始しました。

社会がさまざまな分野や分野でX線を受け入れているため、X線が短波長と高周波でどれだけのエネルギーを詰め込んでいるかを考えると、 X線にさらされると、個人は眼の刺激、臓器不全、皮膚のやけどを経験し、時には手足の喪失や 生きています。 電磁スペクトルのこれらの波長は、DNAの突然変異、または生体組織の分子構造や細胞機能の変化を引き起こす化学結合を破壊する可能性があります。

X線に関する最近の研究では、これらの突然変異と化学的異常が癌を引き起こす可能性があることが示され、科学者は米国の癌の0.4％がCTスキャンによって引き起こされていると推定しています。 X線の人気が高まるにつれ、研究者たちは安全と思われるレベルのX線線量を推奨し始めました。

社会がX線の力を受け入れるにつれて、医師、科学者、その他の専門家は、X線の健康への悪影響について懸念を表明し始めました。 研究者がX線がどのように体を通過するかを観察したように、 波は特に体の領域を標的にしており、X線が可能であると信じる理由はほとんどありませんでした 危険な。

X線技術は人間の健康に悪影響を及ぼしますが、その影響を制御および維持して、不必要な危害やリスクを防ぐことができます。 癌はアメリカ人の5人に1人に自然に影響を及ぼしますが、CTスキャンは一般に癌のリスクを0.05上昇させます パーセント、そして一部の研究者は、低いX線被曝は個人のリスクにさえ寄与しないかもしれないと主張します 癌。

ある研究によると、人体には低線量のX線によって引き起こされた損傷を修復する方法さえ組み込まれています American Journal of Clinical Oncologyで、X線スキャンが重大なリスクをもたらさないことを示唆しています すべて。

X線にさらされると、子供は脳腫瘍や白血病のリスクが高くなります。 このため、子供がX線スキャンを必要とする場合は、医師や他の専門家が子供の家族の保護者とリスクについて話し合い、同意を求めます。

大量のX線にさらされると、嘔吐、出血、失神、脱毛、皮膚の喪失を引き起こす可能性があります。 それらは、DNA分子間の結合を切断するのにちょうど十分なエネルギーを持っているため、DNAに突然変異を引き起こす可能性があります。

X線照射によるものか、DNA自体のランダムな突然変異によるものかを判断することは依然として困難です。 科学者は、突然変異の確率、病因、頻度など、突然変異の性質を調べて決定することができます DNAの二本鎖切断がX線照射の結果であるのか、それともDNAのランダムな突然変異の結果であるのか 自体。