Како израчунати рендгенску енергију

Општа формула за енергију појединачног фотона електромагнетног таласа као што је рендген дата јеПланцкова једначина​:

у којој енергијаЕ.у Јоулесу једнак је производу Планцкове константех​ (6.626 × 10 ⁻³⁴ Јс) и учесталостν(изговара се „ну“) у јединицама с^-1. За дату фреквенцију електромагнетног таласа помоћу ове једначине можете израчунати повезану рендгенску енергију за један фотон. Примењује се на све облике електромагнетног зрачења, укључујући видљиву светлост, гама зраке и рендгенске зраке.

•••Сиед Хуссаин Атхер

Планцкова једначина зависи од таласних својстава светлости. Ако замишљате светлост као талас као што је приказано на горњем дијаграму, можете замислити да има амплитуду, фреквенцију и таласну дужину баш као што то могу океански талас или звучни талас. Амплитуда мери висину једног гребена како је приказано и углавном одговара осветљености или интензитет таласа, а таласна дужина мери хоризонталну удаљеност од пуног циклуса таласа покрива. Фреквенција је број пуних таласних дужина које сваке секунде пролазе поред дате тачке.

•••Сиед Хуссаин Атхер

Као део електромагнетног спектра, можете да одредите фреквенцију или таласну дужину Кс-зрака кад знате једно или друго. Слично Планцковој једначини, ова фреквенцијаνелектромагнетног таласа односи се на брзину светлостиц, 3 к 10^-8 м / с, са једначином

у коме је λ таласна дужина таласа. Брзина светлости остаје константна у свим ситуацијама и примерима, па ова једначина показује како су фреквенција и таласна дужина електромагнетног таласа обрнуто пропорционалне једна другој.

На горњем дијаграму приказане су различите таласне дужине различитих врста таласа. Рентгенски зраци леже између ултраљубичастих (УВ) и гама зрака у спектру, тако да рендгенска својства таласне дужине и фреквенције падају између њих.

Краће таласне дужине указују на већу енергију и фреквенцију које могу представљати ризик по људско здравље. Креме за сунчање које спречавају УВ зраке и заштитни слојеви и штитови од олова који спречавају улазак Кс-зрака у кожу показују ову моћ. Гама зраке из свемира срећом апсорбује Земљина атмосфера, спречавајући их да наштете људима.

Коначно, учесталост се може повезати са периодомТ.у секундама са једначином

Ова својства рендгенског зрака могу се применити и на друге облике електромагнетног зрачења. Рентгенско зрачење нарочито показује та својства налик таласима, али и она налик честицама.

Поред таласаног понашања, рендгенски зраци се понашају као млаз честица као да је један талас рендгенског зрака састојала се од једне честице за другом која се сударала са објектима и приликом судара упијала, одражавала или пролазила кроз.

Будући да Планцкова једначина користи енергију у облику појединачних фотона, научници кажу да су електромагнетни таласи светлости „квантизовани“ у ове „пакетиће“ енергије. Израђени су од специфичних количина фотона који носе дискретне количине енергије зване кванте. Како атоми апсорбују или емитују фотоне, они повећавају енергију или је губе. Ова енергија може имати облик електромагнетног зрачења.

Амерички физичар Виллиам Дуане је 1923. објаснио како ће се Кс-зраци дифрактовати у кристалима кроз ова понашања слична честицама. Дуане је користио квантизовани пренос импулса из геометријске структуре дифрактивног кристала да објасни како ће се понашати различити рендгенски таласи приликом проласка кроз материјал.

Рендгенски зраци, попут осталих облика електромагнетног зрачења, показују ову дуалност таласних честица која омогућава научницима да описују своје понашање као да су истовремено и честице и таласи. Они теку попут таласа са таласном дужином и фреквенцијом, док емитују количине честица као да су снопови честица.

Названа по немачком физичару Маквеллу Планцку, Планцкова једначина налаже да се светлост понаша на такав таласасти начин, светлост такође показује својства слична честицама. Ова дуалност светлости таласних честица значи да, иако енергија светлости зависи од њене фреквенције, она ипак долази у дискретним количинама енергије коју диктирају фотони.

Када фотони Кс-зрака дођу у контакт са различитим материјалима, неке од њих апсорбује материјал, док други пролазе. Рентгенски зраци који пролазе омогућавају лекарима да креирају унутрашње слике људског тела.

Медицина, индустрија и разна подручја истраживања кроз физику и хемију користе рендгенске зраке на различите начине. Истраживачи медицинских снимака користе рендген у стварању дијагнозе за лечење стања у људском телу. Радиотерапија има примену у лечењу карцинома.

Индустријски инжењери користе рентгенске зраке како би осигурали да метали и други материјали имају одговарајућа својства потребна сврхе попут идентификовања пукотина у зградама или стварања структура које могу издржати велике количине притиска.

Истраживање рендгенских зрака у синхротронским објектима омогућава компанијама да производе научне инструменте који се користе у спектроскопији и сликању. Ови синхротрони користе велике магнете да савијају светлост и присиљавају фотоне да узимају таласне путање Када су рендгенски зраци убрзани кружним покретима у овим објектима, њихово зрачење постаје линеарно поларизовано дајући велике количине снага. Затим машина преусмерава рендгенске зраке ка другим акцелераторима и објектима за истраживање.

Примена рендгенских зрака у медицини створила је потпуно нове, иновативне методе лечења. Рендгенски зраци постали су саставни део процеса идентификовања симптома у телу кроз њихову неинвазивну природу која би им омогућила дијагнозу без потребе да физички уђу у тело. Рендген је такође имао предност вођења лекара када су убацивали, вадили или модификовали медицинске уређаје унутар пацијената.

Постоје три главне врсте рендгенског снимања које се користе у медицини. Прва, радиографија, приказује коштани систем са само малим количинама зрачења. Друга, флуороскопија, омогућава професионалцима да у реалном времену виде унутрашње стање пацијента. Медицински истраживачи су ово користили за храњење пацијената баријумом како би посматрали рад њиховог дигестивног тракта и дијагностиковали болести и поремећаје једњака.

Коначно, рачунарска томографија омогућава пацијентима да легну испод скенера у облику прстена како би створили тродимензионалну слику унутрашњих органа и структура пацијента. Тродимензионалне слике су обједињене из многих слика попречног пресека снимљених на телу пацијента.

Немачки машински инжењер Вилхелм Цонрад Роентген открио је рендгенске зраке док је радио са катодним цевима, уређајем који је отпуштао електроне да би створио слике. Цев је користила стаклену коверту која је штитила електроде у вакууму унутар цеви. Слањем електричних струја кроз цев, Роентген је посматрао како се различити електромагнетни таласи емитују из уређаја.

Када је Роентген користио густи црни папир за заштиту цеви, открио је да је цев емитовала зелено флуоресцентно светло, рендген, који би могао проћи кроз папир и енергизирати друге материјале. Открио је да су се, када би се наелектрисани електрони одређене количине енергије сударали са материјалом, производили рендгенски зраци.

Назвавши их „рендгенским зракама“, Роентген се надао да ће ухватити њихову мистериозну, непознату природу. Роентген је открио да може проћи кроз људско ткиво, али не и кроз кости нити метал. Крајем 1895. године инжењер је створио слику руке своје супруге користећи рендгенске зраке, као и слику тегова у кутији, што је запажен подвиг у историји рендгенских зрака.

Убрзо су научници и инжењери постали замамљени мистериозном природом рендгенског зрака који је почео да истражује могућности за употребу рендгенских зрака. Роентген (Р.) постала би сада угашена јединица за мерење изложености зрачењу која би се дефинисала као количина изложености неопходне за стварање једне позитивне и негативне јединице електростатичког наелектрисања за сув ваздух.

Израда слика унутрашњих структура костију и органа људи и других створења, хирурга и лекара истраживачи су створили иновативне технике разумевања људског тела или откривања места у коме се налазе меци рањених војника.

До 1896. године научници су већ примењивали технике да би утврдили кроз које врсте материје Кс-зраци могу проћи. На несрећу, цеви које производе рендгенске зраке би се разбијале под великим количинама напона потребног за индустријске сврхе све до 1913. Цоолидге цеви америчког физичког инжењера Вилијама Д. Цоолидге је користио волфрамову нит за прецизнију визуализацију у новорођеном пољу радиологије. Цоолидгеов рад би чврсто утемељио рендгенске цеви у истраживањима физике.

Индустријски посао је кренуо производњом сијалица, флуоресцентних сијалица и вакуумских цеви. Производни погони су производили радиографије, рендгенске снимке челичних цеви како би се проверила њихова унутрашња структура и састав. До 1930-их Генерал Елецтриц је произвео милион генератора Кс-зрака за индустријску радиографију. Америчко друштво машинских инжењера почело је да користи рендгенске зраке за спајање заварених посуда под притиском.

С обзиром на то колико се енергије пакују рентгенски зраци са својим кратким таласним дужинама и високим фреквенцијама, док је друштво прихватало рендгенске зраке у разним областима и дисциплинама, излагање рендгенским зракама проузроковало би иритацију очију, отказивање органа и опекотине коже, понекад чак резултирало губитком удова и живи. Ове таласне дужине електромагнетног спектра могу да прекину хемијске везе које би изазвале мутације ДНК или промене у молекуларној структури или ћелијској функцији живих ткива.

Новија истраживања на рендгенским зракама показала су да ове мутације и хемијске аберације могу изазвати рак, а научници процењују да 0,4% карцинома у Сједињеним Државама узрокује ЦТ скенирање. Како је рентген зрачио све више популарности, истраживачи су почели да препоручују ниво дозирања рендгенских зрака који се сматрао сигурним.

Како је друштво прихватило моћ рендгенских зрака, лекари, научници и други професионалци почели су да изражавају своју забринутост због негативних ефеката рендгенских зрака на здравље. Док су истраживачи приметили како ће рендгенски зраци пролазити кроз тело не обраћајући помну пажњу на то како таласи посебно циљани на подручја тела, имали су мало разлога да верују да би рендген могао бити опасно.

Упркос негативним импликацијама рендгенских технологија на здравље људи, њихови ефекти се могу контролисати и одржавати како би се спречила непотребна штета или ризик. Иако рак природно погађа сваког петог Американца, ЦТ скенирање обично повећава ризик од рака за .05 процената, а неки истраживачи тврде да ниска изложеност рендгенским зрацима можда чак и не доприноси ризику појединца од карцином.

Према истраживању, људско тело чак има уграђене начине за поправљање штете узроковане малим дозама рендгенских зрака у Америчком часопису за клиничку онкологију, сугеришући да рендгенски снимци не представљају значајан ризик све.

Деца су изложена већем ризику од рака мозга и леукемије када су изложена рендгенским зракама. Из тог разлога, када дете може да захтева рендгенско снимање, лекари и други стручњаци разговарају о ризицима са старатељима дететове породице да дају сагласност.

Излагање великој количини рендгенских зрака може резултирати повраћањем, крварењем, несвестицом, губитком косе и губитком коже. Они могу проузроковати мутације у ДНК јер имају таман толико енергије да разбију везе између молекула ДНК.

Још увек је тешко утврдити да ли су мутације у ДНК последица рентгенског зрачења или случајних мутација саме ДНК. Научници могу проучавати природу мутација, укључујући њихову вероватноћу, етиологију и учесталост да би утврдили да ли су двоструки ланци у ДНК резултат рентгенског зрачења или случајних мутација ДНК себе.