Kaip apskaičiuoti rentgeno energiją

Elektromagnetinės bangos, tokios kaip rentgenas, vieno fotono energijos bendrą formulę pateikiaPlancko lygtis​:

kurioje energijaEdžauliais yra lygus Plancko konstantos sandaugaih​ (6.626 × 10 ⁻³⁴ Js) ir dažnumasν(tariama „nu“) s vienetais^-1. Tam tikram elektromagnetinės bangos dažniui galite apskaičiuoti susietą vieno fotono rentgeno energiją naudodami šią lygtį. Jis taikomas visoms elektromagnetinės spinduliuotės formoms, įskaitant regimąją šviesą, gama spindulius ir rentgeno spindulius.

•••Syedas Hussainas Atheris

Plancko lygtis priklauso nuo šviesos bangų savybių. Jei įsivaizduosite šviesą kaip bangą, kaip parodyta aukščiau pateiktoje diagramoje, galite įsivaizduoti, kad ji turi amplitudę, dažnį ir bangos ilgį, kaip gali vandenyno banga ar garso banga. Amplitudė matuoja vieno keteros aukštį, kaip parodyta, ir paprastai atitinka ryškumą arba bangos intensyvumas, o bangos ilgis matuoja horizontalų atstumą, kuris yra visas bangos ciklas viršeliai. Dažnis yra visų bangų ilgių, kurie kiekvieną sekundę praeina pro tam tikrą tašką, skaičius.

•••Syedas Hussainas Atheris

Kaip elektromagnetinio spektro dalį galite žinoti rentgeno dažnį arba bangos ilgį, kai žinote vieną ar kitą. Šis dažnis panašus į Plancko lygtįνelektromagnetinės bangos dydis susijęs su šviesos greičiuc, 3 x 10^-8 m / s, su lygtimi

kurioje λ yra bangos bangos ilgis. Šviesos greitis išlieka pastovus visose situacijose ir pavyzdžiuose, todėl ši lygtis parodo, kaip elektromagnetinės bangos dažnis ir bangos ilgis yra atvirkščiai proporcingi vienas kitam.

Aukščiau pateiktoje diagramoje parodyti įvairių tipų bangų įvairūs bangos ilgiai. Rentgeno spinduliai yra tarp ultravioletinių (UV) ir gama spindulių, todėl bangos ilgio ir dažnio rentgeno savybės patenka tarp jų.

Trumpesni bangos ilgiai rodo didesnę energiją ir dažnį, kurie gali kelti pavojų žmonių sveikatai. Saulės kremai, kurie apsaugo nuo UV spindulių, ir švino apsauginiai sluoksniai bei skydai, kurie neleidžia rentgeno spinduliams patekti į odą, demonstruoja šią galią. Gama spindulius iš kosmoso, laimei, absorbuoja Žemės atmosfera, neleisdami jiems pakenkti žmonėms.

Galiausiai dažnis gali būti susijęs su laikotarpiuTper sekundes su lygtimi

Šios rentgeno savybės gali būti taikomos ir kitoms elektromagnetinės spinduliuotės formoms. Rentgeno spinduliuotė visų pirma rodo šias bangų savybes, bet taip pat ir panašias į daleles.

Be banginio elgesio, rentgeno spinduliai elgiasi kaip dalelių srautas, tarsi viena rentgeno banga susidarė iš vienos dalelės po kitos susidūrimo su daiktais ir susidūrus sugeria, atspindi ar praeina per.

Kadangi Plancko lygtis naudoja energiją pavienių fotonų pavidalu, mokslininkų teigimu, elektromagnetinės šviesos bangos yra „kvantuojamos“ į šiuos energijos „paketus“. Jie yra pagaminti iš tam tikrų fotonų kiekių, kurie perneša atskirus energijos kiekius, vadinamus kvantais. Kai atomai sugeria arba išskiria fotonus, jie atitinkamai padidina energiją arba ją praranda. Ši energija gali būti elektromagnetinės spinduliuotės forma.

1923 m. Amerikiečių fizikas Williamas Duane'as paaiškino, kaip rentgeno spinduliai difraktuojasi kristaluose, pasitelkdami tokį dalelių pobūdį. Duane'as naudojo kiekybinį impulsų perdavimą iš difrakuojančio kristalo geometrinės struktūros, kad paaiškintų, kaip skirtingos rentgeno bangos elgtųsi eidamos per medžiagą.

Rentgeno spinduliai, kaip ir kitos elektromagnetinės spinduliuotės formos, rodo šį bangų ir dalelių dvilypumą, kuris leidžia mokslininkams apibūdinti jų elgesį taip, lyg jos būtų ir dalelės, ir bangos vienu metu. Jie teka kaip bangos, kurių bangos ilgis ir dažnis skleidžia dalelių kiekį, tarsi jie būtų dalelių pluoštai.

Pavadinta vokiečių fiziko Maxwello Plancko vardu, Plancko lygtis nurodo, kad šviesa elgiasi tokiu banginiu būdu, šviesa taip pat rodo į daleles panašias savybes. Šis bangos ir dalelių šviesos dvilypumas reiškia, kad, nors šviesos energija priklauso nuo jos dažnio, ji vis tiek gaunama atskirais energijos kiekiais, kuriuos diktuoja fotonai.

Rentgeno spindulių fotonams kontaktuojant su skirtingomis medžiagomis, kai kuriuos iš jų medžiaga absorbuoja, o kiti praeina. Praėjusios rentgeno nuotraukos leidžia gydytojams sukurti vidinius žmogaus kūno vaizdus.

Medicina, pramonė ir įvairios fizikos ir chemijos tyrimų sritys naudoja rentgeno spindulius skirtingais būdais. Medicinos vizualizacijos tyrėjai naudoja rentgeno spindulius kurdami diagnozes žmogaus kūno sąlygoms gydyti. Radioterapija taikoma vėžio gydymui.

Pramonės inžinieriai naudoja rentgeno spindulius, kad metalai ir kitos medžiagos turėtų reikiamų savybių tokiais tikslais kaip pastatų įtrūkimų nustatymas arba konstrukcijų, kurios galėtų atlaikyti didelius kiekius, sukūrimas spaudimas.

Rentgeno spindulių tyrimai sinchrotronų įrenginiuose leidžia įmonėms gaminti mokslinius prietaisus, naudojamus spektroskopijoje ir vaizduose. Šie sinchrotronai naudoja didelius magnetus, kad išlenktų šviesą ir priverstų fotonus žengti bangų trajektorijas, kai rentgeno spinduliai pagreitėjo sukamaisiais judesiais šiose patalpose, jų spinduliuotė tampa tiesiškai poliarizuota, kad susidarytų didelis kiekis galia. Tada mašina nukreipia rentgeno spindulius link kitų greitintuvų ir tyrimų galimybių.

Rentgeno spindulių taikymas medicinoje sukūrė visiškai naujoviškus gydymo metodus. Rentgenas tapo neatsiejama nuo simptomų nustatymo kūne proceso dėl jų neinvazinės prigimties, leidžiančios diagnozuoti, net nereikia fiziškai patekti į kūną. Rentgeno spinduliai taip pat turėjo pranašumą nukreipti gydytojus, kai jie įdėjo, pašalino ar modifikavo medicinos prietaisus pacientams.

Medicinoje naudojami trys pagrindiniai rentgeno vaizdų tipai. Pirmoji rentgenografija vaizduoja skeleto sistemą tik su nedideliu radiacijos kiekiu. Antroji - fluoroskopija - leidžia specialistams realiuoju laiku matyti vidinę paciento būklę. Medicinos tyrėjai tai naudojo pacientams maitinti bariu, kad stebėtų jų virškinamojo trakto veiklą ir diagnozuotų stemplės ligas ir sutrikimus.

Galiausiai kompiuterinė tomografija leidžia pacientams atsigulti po žiedo formos skaitytuvu, kad būtų sukurtas trimatis paciento vidaus organų ir struktūrų vaizdas. Erdviniai vaizdai sujungiami iš daugelio paciento kūno padarytų skerspjūvių vaizdų.

Vokiečių mechanikos inžinierius Wilhelmas Conradas Roentgenas rado rentgeno spindulius, kai jis dirbo su katodinių spindulių vamzdeliais - prietaisu, kuris atleido elektronus vaizdams gaminti. Vamzdyje buvo naudojamas stiklo apvalkalas, kuris vamzdžio viduje vakuume apsaugojo elektrodus. Siųsdamas elektros sroves per vamzdelį, Roentgenas pastebėjo, kaip skirtingos elektromagnetinės bangos skleidžiamos iš įrenginio.

Kai Roentgenas panaudojo storą juodą popierių, kad apsaugotų tūtelę, jis nustatė, kad tūbelė skleidė žalią fluorescencinę šviesą, rentgeno spindulius, kurie galėjo praeiti pro popierių ir paskatinti kitas medžiagas. Jis nustatė, kad kai tam tikro energijos kiekio įelektrinti elektronai susidurs su medžiaga, buvo gaminami rentgeno spinduliai.

Pavadinęs juos „rentgeno spinduliais“, Roentgenas tikėjosi užfiksuoti paslaptingą, nežinomą jų prigimtį. Roentgenas atrado, kad jis gali praeiti per žmogaus audinius, bet ne per kaulus ar metalą. 1895 m. Pabaigoje inžinierius, naudodamas rentgeno spindulius, sukūrė žmonos rankos atvaizdą, taip pat svarmenų dėžutėje vaizdą, kuris buvo ryškus rentgeno istorijoje.

Netrukus mokslininkai ir inžinieriai susigundė paslaptinga rentgeno spindulių prigimtimi, pradėjusia tyrinėti rentgeno naudojimo galimybes. Roentgenas (R) taps nebeveikiančiu radiacijos apšvitos matavimo vienetu, kuris bus apibrėžtas kaip kiekis poveikio, reikalingo vienam teigiamam ir neigiamam sauso oro elektrostatinio krūvio vienetui sukurti.

Žmonių ir kitų būtybių, chirurgų ir medicinos darbuotojų vidaus griaučių ir organų struktūrų vaizdų kūrimas tyrinėtojai sukūrė novatoriškas žmogaus kūno supratimo ar kulkos išsiaiškinimo technikas sužeistų kareivių.

1896 m. Mokslininkai jau taikė metodus, kad išsiaiškintų, kokio tipo medžiagą gali praleisti rentgeno spinduliai. Deja, rentgeno spindulius gaminantys vamzdeliai sugedo esant dideliam įtampos kiekiui, reikalingam pramoniniams tikslams, iki 1913 m. Amerikiečių fiziko-inžinieriaus Williamo D. „Coolidge“ vamzdelių. Coolidge'as naudojo volframo siūlą, kad būtų galima tiksliau vizualizuoti naujai gimusioje radiologijos srityje. Coolidge'as atlikdamas fizinius tyrimus tvirtai įžemins rentgeno vamzdelius.

Pramonės darbai prasidėjo gaminant lemputes, fluorescencines lempas ir vakuuminius vamzdelius. Gamyklos gamino plieninių vamzdžių rentgenogramas, rentgeno nuotraukas, kad patikrintų jų vidinę struktūrą ir sudėtį. Iki 1930-ųjų „General Electric Company“ pagamino milijoną rentgeno generatorių pramoninei rentgenografijai. Amerikos mechanikos inžinierių draugija pradėjo naudoti rentgeno spindulius sulydydama suvirintus slėginius indus.

Atsižvelgiant į tai, kiek energijos sugeria rentgeno spinduliai su savo trumpais bangos ilgiais ir aukštais dažniais, visuomenei pritaikius rentgeno spindulius įvairiose srityse ir srityse, rentgeno spindulių poveikis žmonėms gali sukelti akių dirginimą, organų nepakankamumą ir odos nudegimus, kartais net prarasti galūnes ir gyvena. Šie elektromagnetinio spektro bangos ilgiai gali nutraukti cheminius ryšius, kurie sukeltų DNR mutacijas arba pakeistų molekulinę struktūrą ar ląstelių funkciją gyvuose audiniuose.

Naujausi rentgeno spindulių tyrimai parodė, kad šios mutacijos ir cheminės aberacijos gali sukelti vėžį, o mokslininkų skaičiavimais, JAV 0,4% vėžio atvejų sukelia CT. Didėjant rentgeno populiarumui, mokslininkai pradėjo rekomenduoti rentgeno spindulių dozes, kurios buvo laikomos saugiomis.

Visuomenei įsisavinus rentgeno spindulių galią, gydytojai, mokslininkai ir kiti specialistai ėmė reikšti susirūpinimą dėl neigiamo rentgeno poveikio sveikatai. Tyrėjai pastebėjo, kaip rentgeno spinduliai praeis per kūną, nekreipdami dėmesio į tai, kaip bangos, specialiai nukreiptos į kūno vietas, jie neturėjo pagrindo manyti, kad rentgeno spinduliai gali būti pavojinga.

Nepaisant neigiamos rentgeno technologijų įtakos žmonių sveikatai, jų poveikį galima kontroliuoti ir išlaikyti, kad būtų išvengta nereikalingos žalos ar rizikos. Nors vėžys natūraliai paveikia 1 iš 5 amerikiečių, KT tyrimas paprastai padidina vėžio riziką iki 05 procentų, o kai kurie tyrinėtojai teigia, kad mažas rentgeno spindulių poveikis netgi negali prisidėti prie individo rizikos vėžys.

Remiantis tyrimo duomenimis, žmogaus organizmas netgi turi įdiegtus būdus, kaip atitaisyti žalą, kurią sukelia nedidelės rentgeno dozės leidinyje „American Journal of Clinical Oncology“, teigdamas, kad rentgeno tyrimai nekelia reikšmingos rizikos visi.

Rentgeno spinduliais vaikams yra didesnė smegenų vėžio ir leukemijos rizika. Dėl šios priežasties, kai vaikui gali reikėti atlikti rentgeno tyrimą, gydytojai ir kiti specialistai aptaria riziką su vaiko šeimos globėjais, norėdami pateikti sutikimą.

Didelio kiekio rentgeno spindulių poveikis gali sukelti vėmimą, kraujavimą, alpimą, plaukų slinkimą ir odos netekimą. Jie gali sukelti DNR mutacijas, nes turi pakankamai energijos, kad nutrauktų ryšius tarp DNR molekulių.

Vis dar sunku nustatyti, ar DNR mutacijos atsirado dėl rentgeno spinduliuotės, ar pačios atsitiktinės DNR mutacijos. Mokslininkai gali ištirti mutacijų pobūdį, įskaitant jų tikimybę, etiologiją ir dažnumą ar dvigubos grandinės pertraukos DNR buvo rentgeno spinduliuotės ar atsitiktinių DNR mutacijų rezultatas pats.