Как рассчитать энергию рентгеновского излучения

Общая формула для энергии одиночного фотона электромагнитной волны, такой как рентгеновский луч, дается выражениемУравнение планка​:

в какой энергииEв Джоулях равно произведению постоянной Планкачас​ (6.626 × 10 ⁻³⁴ Js) и частотаν(произносится "ню") в единицах с^-1. Для данной частоты электромагнитной волны вы можете рассчитать соответствующую энергию рентгеновского излучения для одиночного фотона, используя это уравнение. Он применяется ко всем формам электромагнитного излучения, включая видимый свет, гамма-лучи и рентгеновские лучи.

•••Сайед Хуссейн Атер

Уравнение Планка зависит от волновых свойств света. Если вы представите свет как волну, как показано на диаграмме выше, вы можете представить, что он имеет амплитуду, частоту и длину волны, как океанская волна или звуковая волна. Амплитуда измеряет высоту одного гребня, как показано, и обычно соответствует яркости или интенсивность волны, а длина волны измеряет горизонтальное расстояние, которое полный цикл волны охватывает. Частота - это количество длин волн, проходящих через заданную точку каждую секунду.

•••Сайед Хуссейн Атер

Как часть электромагнитного спектра, вы можете определить частоту или длину волны рентгеновского излучения, если вы знаете одно или другое. Подобно уравнению Планка, эта частотаνэлектромагнитной волны относится к скорости светаc, 3 х 10^-8 м / с, с уравнением

в которой λ - длина волны. Скорость света остается постоянной во всех ситуациях и примерах, поэтому это уравнение демонстрирует, как частота и длина волны электромагнитной волны обратно пропорциональны друг другу.

На приведенной выше диаграмме показаны различные длины волн разных типов. Рентгеновские лучи находятся между ультрафиолетовым (УФ) и гамма-лучами в спектре, поэтому рентгеновские свойства длины волны и частоты находятся между ними.

Более короткие длины волн указывают на большую энергию и частоту, которые могут представлять опасность для здоровья человека. Солнцезащитные кремы, которые блокируют УФ-лучи, а также защитные покрытия и экраны из свинца, которые блокируют проникновение рентгеновских лучей в кожу, демонстрируют эту силу. К счастью, гамма-лучи из космоса поглощаются атмосферой Земли, не давая им причинить вред людям.

Наконец, частота может быть связана с периодомТв секундах с уравнением

Эти рентгеновские свойства могут также применяться к другим формам электромагнитного излучения. Рентгеновское излучение, в частности, проявляет эти волнообразные свойства, а также свойства частиц.

В дополнение к волнообразному поведению, рентгеновские лучи ведут себя как поток частиц, как если бы одна волна рентгеновского излучения состоит из частиц, которые одна за другой сталкиваются с объектами и при столкновении поглощают, отражают или проходят через.

Поскольку уравнение Планка использует энергию в форме одиночных фотонов, ученые говорят, что электромагнитные волны света «квантуются» в эти «пакеты» энергии. Они состоят из определенных количеств фотонов, которые несут дискретные количества энергии, называемые квантами. Когда атомы поглощают или излучают фотоны, они, соответственно, увеличивают или теряют энергию. Эта энергия может принимать форму электромагнитного излучения.

В 1923 году американский физик Уильям Дуэйн объяснил, как рентгеновские лучи будут преломляться в кристаллах через такое поведение, подобное частицам. Дуэйн использовал квантованную передачу импульса от геометрической структуры дифрагирующего кристалла, чтобы объяснить, как различные рентгеновские волны будут вести себя при прохождении через материал.

Рентгеновские лучи, как и другие формы электромагнитного излучения, демонстрируют дуальность волна-частица, которая позволяет ученым описывать свое поведение так, как если бы они были и частицами, и волнами одновременно. Они текут, как волны с длиной волны и частотой, при этом испуская количество частиц, как если бы они были пучками частиц.

Названное в честь немецкого физика Максвелла Планка, уравнение Планка гласит, что свет ведет себя волнообразно, свет также проявляет свойства частиц. Этот дуализм света волна-частица означает, что, хотя энергия света зависит от его частоты, она все же приходит в виде дискретных количеств энергии, продиктованных фотонами.

Когда фотоны рентгеновских лучей контактируют с различными материалами, некоторые из них поглощаются материалом, а другие проходят. Проходящие рентгеновские лучи позволяют врачам создавать внутренние изображения человеческого тела.

Медицина, промышленность и различные области исследований в области физики и химии используют рентгеновские лучи по-разному. Исследователи в области медицинской визуализации используют рентгеновские лучи для постановки диагнозов для лечения состояний человеческого тела. Лучевая терапия применяется при лечении рака.

Промышленные инженеры используют рентгеновские лучи, чтобы гарантировать, что металлы и другие материалы обладают соответствующими свойствами, необходимыми для такие цели, как выявление трещин в зданиях или создание конструкций, способных выдержать большое количество давление.

Исследования рентгеновских лучей на синхротронных установках позволяют компаниям производить научные инструменты, используемые в спектроскопии и визуализации. Эти синхротроны используют большие магниты, чтобы отклонять свет и заставлять фотоны двигаться по волнообразным траекториям. ускоренные круговыми движениями на этих установках, их излучение становится линейно поляризованным, образуя большое количество мощность. Затем машина перенаправляет рентгеновские лучи на другие ускорители и объекты для исследований.

Применение рентгеновских лучей в медицине позволило создать совершенно новые инновационные методы лечения. Рентгеновские лучи стали неотъемлемой частью процесса выявления симптомов в организме благодаря своей неинвазивной природе, что позволило им диагностировать без необходимости физического проникновения в организм. Рентгеновские лучи также имели то преимущество, что помогали врачам вставлять, извлекать или модифицировать медицинские устройства внутри пациентов.

В медицине используются три основных типа рентгеновской визуализации. Первый - рентгенография - позволяет получить изображение скелетной системы с небольшим количеством радиации. Вторая, рентгеноскопия, позволяет специалистам в реальном времени наблюдать за внутренним состоянием пациента. Медицинские исследователи использовали его для кормления пациентов барием, чтобы наблюдать за работой их пищеварительного тракта и диагностировать заболевания и расстройства пищевода.

Наконец, компьютерная томография позволяет пациентам лечь под кольцевым сканером для создания трехмерного изображения внутренних органов и структур пациента. Трехмерные изображения объединяются из множества изображений поперечного сечения тела пациента.

Немецкий инженер-механик Вильгельм Конрад Рентген открыл рентгеновские лучи, когда работал с электронно-лучевыми трубками - устройством, которое запускает электроны для получения изображений. В трубке использовалась стеклянная оболочка, которая защищала электроды от вакуума внутри трубки. Посылая электрические токи через трубку, Рентген наблюдал, как устройство испускает различные электромагнитные волны.

Когда Рентген использовал толстую черную бумагу для защиты трубки, он обнаружил, что трубка излучает зеленый флуоресцентный свет, рентгеновское излучение, которое может проходить через бумагу и возбуждать другие материалы. Он обнаружил, что когда заряженные электроны определенной энергии сталкиваются с материалом, возникают рентгеновские лучи.

Назвав их «рентгеновскими лучами», Рентген надеялся запечатлеть их загадочную, неизвестную природу. Рентген обнаружил, что он может проходить через ткани человека, но не через кости или металл. В конце 1895 года инженер создал изображение руки своей жены с помощью рентгеновских лучей, а также изображение гирь в коробке, что стало заметным подвигом в истории рентгеновских лучей.

Вскоре ученые и инженеры, очарованные загадочной природой рентгеновских лучей, начали изучать возможности использования рентгеновских лучей. Рентген (р) станет ныне несуществующей единицей измерения радиационного облучения, которая будет определяться как количество экспозиции необходимо сделать единую положительную и отрицательную единицу электростатического заряда для сухого воздуха.

Создание изображений внутреннего скелета и структур органов людей и других существ, хирургов и врачей. исследователи создали инновационные методы понимания человеческого тела или выяснения, где находились пули. раненые солдаты.

К 1896 году ученые уже применяли методы, чтобы выяснить, через какие типы материи могут проходить рентгеновские лучи. К сожалению, трубки, излучающие рентгеновские лучи, выходили из строя под воздействием большого количества напряжения, необходимого для промышленных целей до тех пор, пока в 1913 году не появились трубки Кулиджа американского инженера-физика Уильяма Д. Кулидж использовал вольфрамовую нить для более точной визуализации в недавно появившейся области радиологии. Работа Кулиджа прочно закрепила бы рентгеновские трубки в физических исследованиях.

Промышленная деятельность началась с производства лампочек, люминесцентных ламп и электронных ламп. Заводы-производители производили рентгеновские снимки и рентгеновские снимки стальных трубок для проверки их внутренней структуры и состава. К 1930-м годам компания General Electric произвела один миллион рентгеновских генераторов для промышленной радиографии. Американское общество инженеров-механиков начало использовать рентгеновские лучи для сплавления сварных сосудов под давлением.

Учитывая, сколько энергии упаковывают рентгеновские лучи с их короткими длинами волн и высокими частотами, поскольку общество приняло рентгеновские лучи в различных областях и дисциплинах, воздействие рентгеновских лучей может вызвать у людей раздражение глаз, органную недостаточность и ожоги кожи, иногда даже приводящие к потере конечностей и жизни. Эти длины волн электромагнитного спектра могут разорвать химические связи, которые вызовут мутации в ДНК или изменения в молекулярной структуре или клеточной функции в живых тканях.

Более поздние исследования рентгеновских лучей показали, что эти мутации и химические аберрации могут вызывать рак, и, по оценкам ученых, 0,4% случаев рака в Соединенных Штатах вызваны компьютерной томографией. По мере роста популярности рентгеновских лучей исследователи начали рекомендовать уровни дозировки рентгеновских лучей, которые считались безопасными.

Когда общество восприняло силу рентгеновских лучей, врачи, ученые и другие профессионалы начали выражать свою обеспокоенность по поводу негативного воздействия рентгеновских лучей на здоровье. Поскольку исследователи наблюдали, как рентгеновские лучи проходят через тело, не обращая пристального внимания на то, как волны специально нацелены на участки тела, у них не было оснований полагать, что рентгеновские лучи могут быть опасный.

Несмотря на негативное влияние рентгеновских технологий на здоровье человека, их влияние можно контролировать и поддерживать, чтобы предотвратить ненужный вред или риск. В то время как рак естественным образом поражает каждого пятого американца, компьютерная томография обычно повышает риск рака на 0,05. процентов, и некоторые исследователи утверждают, что низкая экспозиция рентгеновского излучения может даже не способствовать индивидуальному риску рак.

Согласно исследованию, человеческое тело даже имеет встроенные способы восстановления повреждений, вызванных низкими дозами рентгеновских лучей. в Американском журнале клинической онкологии, предполагая, что рентгеновские снимки не представляют значительного риска при все.

Дети подвергаются большему риску рака мозга и лейкемии при воздействии рентгеновских лучей. По этой причине, когда ребенку может потребоваться рентгеновское сканирование, врачи и другие специалисты обсуждают риски с опекунами семьи ребенка, чтобы дать согласие.

Воздействие большого количества рентгеновских лучей может вызвать рвоту, кровотечение, обморок, потерю волос и кожу. Они могут вызывать мутации в ДНК, потому что у них достаточно энергии, чтобы разорвать связи между молекулами ДНК.

По-прежнему сложно определить, произошли ли мутации в ДНК из-за рентгеновского излучения или случайных мутаций самой ДНК. Ученые могут изучить природу мутаций, включая их вероятность, этиологию и частоту, чтобы определить: были ли двухцепочечные разрывы в ДНК результатом рентгеновского излучения или случайных мутаций ДНК сам.