X-Ray Enerjisi Nasıl Hesaplanır

X-ışını gibi bir elektromanyetik dalganın tek bir fotonun enerjisinin genel formülü şu şekilde verilir:Planck denklemi​:

hangi enerjideEJoule cinsinden Planck sabitinin çarpımına eşittirh​ (6.626 × 10 ⁻³⁴ Js) ve frekansν("nu" olarak telaffuz edilir) s birimlerinde^-1. Belirli bir elektromanyetik dalga frekansı için, bu denklemi kullanarak tek bir foton için ilişkili X-ışını enerjisini hesaplayabilirsiniz. Görünür ışık, gama ışınları ve X-ışınları dahil olmak üzere her türlü elektromanyetik radyasyon için geçerlidir.

•••Seyit Hüseyin Ather

Planck denklemi ışığın dalga benzeri özelliklerine bağlıdır. Işığı yukarıdaki şemada gösterildiği gibi bir dalga olarak tasavvur ederseniz, tıpkı bir okyanus dalgası veya bir ses dalgası gibi bir genlik, frekans ve dalga boyuna sahip olduğunu düşünebilirsiniz. Genlik, gösterildiği gibi bir tepenin yüksekliğini ölçer ve genellikle parlaklık veya dalganın yoğunluğu ve dalga boyu, dalganın tam bir döngüsünün yatay mesafeyi ölçer kapsar. Frekans, belirli bir noktadan her saniye geçen tam dalga boylarının sayısıdır.

•••Seyit Hüseyin Ather

Elektromanyetik spektrumun bir parçası olarak, birini veya diğerini bildiğinizde bir X-ışınının frekansını veya dalga boyunu belirleyebilirsiniz. Planck denklemine benzer şekilde, bu frekansνelektromanyetik dalganın ışığın hızıyla ilgilidirc, 3x10^-8 m/s, denklem ile

burada λ dalganın dalga boyudur. Işığın hızı tüm durumlarda ve örneklerde sabit kalır, bu nedenle bu denklem bir elektromanyetik dalganın frekansının ve dalga boyunun birbiriyle nasıl ters orantılı olduğunu gösterir.

Yukarıdaki şemada, farklı dalga türlerinin çeşitli dalga boyları gösterilmektedir. X-ışınları, spektrumda morötesi (UV) ve gama ışınları arasında yer alır, bu nedenle dalga boyu ve frekansın X-ışını özellikleri bunların arasına düşer.

Daha kısa dalga boyları, insan sağlığına risk oluşturabilecek daha fazla enerji ve frekansı gösterir. UV ışınlarına karşı koruma sağlayan güneş kremleri ve X ışınlarının cilde girmesini engelleyen koruyucu kaplamalar ve kurşun kalkanlar bu gücü gösterir. Uzaydan gelen gama ışınları neyse ki Dünya'nın atmosferi tarafından emilir ve insanlara zarar vermelerini engeller.

Son olarak, frekans periyotla ilişkilendirilebilir.Tdenklemi ile saniyeler içinde

Bu x-ışını özellikleri, diğer elektromanyetik radyasyon biçimleri için de geçerli olabilir. Özellikle X-ışını radyasyonu, bu dalga benzeri özelliklerin yanı sıra parçacık benzeri özellikleri de gösterir.

Dalga benzeri davranışlara ek olarak, X-ışınları tek bir X-ışını dalgası gibi bir parçacık akışı gibi davranır. birbiri ardına nesnelerle çarpışan ve çarpışma üzerine absorbe eden, yansıtan veya geçen parçacıklardan oluşuyordu. vasıtasıyla.

Planck'ın denklemi enerjiyi tek fotonlar biçiminde kullandığından, bilim adamları elektromanyetik ışık dalgalarının bu enerji "paketlerine" "kuantize edildiğini" söylüyorlar. Kuantum adı verilen ayrık miktarlarda enerji taşıyan belirli miktarlarda fotondan yapılırlar. Atomlar fotonları emdikçe veya yaydıkça, sırasıyla enerjileri artar veya kaybederler. Bu enerji elektromanyetik radyasyon şeklini alabilir.

1923'te Amerikalı fizikçi William Duane, bu parçacık benzeri davranışlar yoluyla X-ışınlarının kristallerde nasıl kırınım yapacağını açıkladı. Duane, farklı X-ışını dalgalarının malzemeden geçerken nasıl davranacağını açıklamak için kırınım yapan kristalin geometrik yapısından nicelenmiş momentum transferini kullandı.

X-ışınları, diğer elektromanyetik radyasyon biçimleri gibi, bilim adamlarının davranışlarını aynı anda hem parçacıklar hem de dalgalarmış gibi tanımlamasına izin veren bu dalga-parçacık ikiliğini sergiler. Bir dalga boyu ve frekansı olan dalgalar gibi akarlar ve parçacık demetleriymiş gibi çok miktarda parçacık yayarlar.

Alman fizikçi Maxwell Planck'ın adını taşıyan Planck denklemi, ışığın bu dalga benzeri şekilde davrandığını, ışığın da parçacık benzeri özellikler gösterdiğini belirtir. Işığın bu dalga-parçacık ikiliği, ışığın enerjisinin frekansına bağlı olmasına rağmen, yine de fotonlar tarafından dikte edilen ayrı enerji miktarlarında geldiği anlamına gelir.

X-ışınlarının fotonları farklı malzemelerle temas ettiğinde bir kısmı malzeme tarafından emilirken bir kısmı da içinden geçer. İçinden geçen röntgenler, doktorların insan vücudunun iç görüntülerini oluşturmasına izin verir.

Tıp, endüstri ve fizik ve kimya yoluyla çeşitli araştırma alanları, X-ışınlarını farklı şekillerde kullanır. Tıbbi görüntüleme araştırmacıları, insan vücudundaki koşulları tedavi etmek için teşhisler oluşturmak için X-ışınlarını kullanır. Radyoterapinin kanser tedavisinde uygulamaları vardır.

Endüstri mühendisleri, metallerin ve diğer malzemelerin gerekli özelliklere sahip olmasını sağlamak için X-ışınlarını kullanır. binalardaki çatlakları tespit etmek veya büyük miktarda darbeye dayanabilecek yapılar oluşturmak gibi amaçlar basınç.

Senkrotron tesislerinde X-ışınları üzerinde araştırma yapılması, şirketlerin spektroskopi ve görüntülemede kullanılan bilimsel araçları üretmesine olanak tanır. Bu senkrotronlar, ışığı bükmek ve fotonları dalga benzeri yörüngeler almaya zorlamak için büyük mıknatıslar kullanır. Bu tesislerde dairesel hareketlerle hızlandırılan radyasyonları, büyük miktarlarda üretmek için doğrusal olarak polarize olur. güç. Makine daha sonra X-ışınlarını diğer hızlandırıcılara ve araştırma tesislerine yönlendirir.

X-ışınlarının tıptaki uygulamaları, tamamen yeni, yenilikçi tedavi yöntemleri yarattı. X-ışınları, vücuda fiziksel olarak girmeye gerek kalmadan teşhis koymalarına izin verecek invaziv olmayan yapıları sayesinde vücuttaki semptomları tanımlama sürecinin ayrılmaz bir parçası haline geldi. X-ışınları, aynı zamanda, hastalara tıbbi cihazları yerleştirirken, çıkarırken veya değiştirirken doktorlara rehberlik etme avantajına da sahipti.

Tıpta kullanılan üç ana X-ışını görüntüleme türü vardır. İlki, radyografi, iskelet sistemini sadece az miktarda radyasyonla görüntüler. İkincisi, floroskopi, profesyonellerin bir hastanın iç durumunu gerçek zamanlı olarak görmelerini sağlar. Tıp araştırmacıları bunu, sindirim sisteminin işleyişini gözlemlemek ve yemek borusu hastalıklarını ve rahatsızlıklarını teşhis etmek için hastaları baryumla beslemek için kullandılar.

Son olarak, bilgisayarlı tomografi, hastanın iç organlarının ve yapılarının üç boyutlu bir görüntüsünü oluşturmak için hastaların halka şeklindeki bir tarayıcının altına yatmasına olanak tanır. Üç boyutlu görüntüler, hastanın vücudundan alınan birçok kesitsel görüntüden bir araya getirilir.

Alman makine mühendisi Wilhelm Conrad Roentgen, görüntü üretmek için elektronları ateşleyen bir cihaz olan katot ışın tüpleriyle çalışırken X ışınlarını keşfetti. Tüp, elektrotları tüpün içindeki bir vakumda koruyan bir cam zarf kullandı. Roentgen, tüp üzerinden elektrik akımları göndererek cihazdan ne kadar farklı elektromanyetik dalgaların yayıldığını gözlemledi.

Roentgen tüpü korumak için kalın siyah bir kağıt kullandığında, tüpün yeşil bir flüoresan ışığı, yani bir X-ışını yaydığını ve bu ışığın kağıdın içinden geçip diğer malzemelere enerji verdiğini buldu. Belli bir enerji miktarına sahip yüklü elektronlar malzeme ile çarpıştığında X-ışınlarının üretildiğini buldu.

Onlara "X-ışınları" adını veren Roentgen, onların gizemli, bilinmeyen doğasını yakalamayı umuyordu. Röntgen, insan dokusundan geçebileceğini keşfetti, ancak kemik veya metalden geçemedi. 1895'in sonlarında mühendis, X-ışınlarını kullanarak karısının elinin bir görüntüsünü ve bir kutudaki ağırlıkların bir görüntüsünü yarattı, X-ışını tarihinde kayda değer bir başarı.

Yakında, bilim adamları ve mühendisler, X-ray'in gizemli doğasından etkilenerek, X-ray kullanım olanaklarını keşfetmeye başladılar. röntgen ($) miktarı olarak tanımlanacak radyasyon maruziyetini ölçmek için artık kullanılmayan bir birim haline gelecektir. kuru hava için tek bir pozitif ve negatif elektrostatik yük birimi oluşturmak için gerekli maruz kalma süresi.

İnsanların ve diğer canlıların, cerrahların ve tıp doktorlarının iç iskelet ve organ yapılarının görüntülerini üretmek araştırmacılar, insan vücudunu anlamak veya mermilerin nerede olduğunu bulmak için yenilikçi teknikler yarattılar. Yaralı askerler.

1896'da bilim adamları, X-ışınlarının hangi tür maddeden geçebileceğini bulmak için teknikleri zaten uyguluyorlardı. Ne yazık ki, X-ışınları üreten tüpler, 1913'te Amerikalı fizikçi-mühendis William D. Coolidge, yeni doğan radyoloji alanında daha doğru görselleştirme için bir tungsten filaman kullandı. Coolidge'in çalışması, X-ışını tüplerini fizik araştırmalarında sağlam bir şekilde topraklayacaktır.

Ampul, floresan lamba ve vakum tüplerinin üretimi ile endüstriyel çalışma başladı. Üretim tesisleri, iç yapılarını ve bileşimlerini doğrulamak için çelik boruların radyografilerini, X-ışını görüntülerini üretti. 1930'larda General Electric Company, endüstriyel radyografi için bir milyon X-ray jeneratörü üretmişti. Amerikan Makine Mühendisleri Derneği, kaynaklı basınçlı kapları bir araya getirmek için X-ışınlarını kullanmaya başladı.

X-ışınlarının kısa dalga boyları ve yüksek frekansları ile ne kadar enerji topladığı düşünüldüğünde, toplum X-ışınlarını çeşitli alanlarda ve disiplinlerde kucakladığından, X ışınlarına maruz kalma, bireylerin göz tahrişi, organ yetmezliği ve cilt yanıkları yaşamasına neden olabilir, hatta bazen uzuv ve uzuv kaybıyla sonuçlanabilir. hayatları. Elektromanyetik spektrumun bu dalga boyları, DNA'da mutasyonlara veya canlı dokularda moleküler yapı veya hücresel işlevde değişikliklere neden olacak kimyasal bağları kırabilir.

X-ışınları üzerine yapılan daha yakın tarihli araştırmalar, bu mutasyonların ve kimyasal sapmaların kansere neden olabileceğini göstermiştir ve bilim adamları, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki kanserlerin %0.4'ünün BT taramalarından kaynaklandığını tahmin etmektedir. X-ışınlarının popülaritesi arttıkça, araştırmacılar, güvenli kabul edilen X-ışını dozaj seviyelerini önermeye başladılar.

Toplum, X-ışınlarının gücünü benimsedikçe, doktorlar, bilim adamları ve diğer profesyoneller, X-ışınlarının olumsuz sağlık etkileri hakkındaki endişelerini dile getirmeye başladılar. Araştırmacılar, X-ışınlarının vücuttan nasıl geçtiğini gözlemledikçe, dalgalar özellikle vücudun bölgelerini hedef aldı, X-ışınlarının olabileceğine inanmak için çok az nedenleri vardı. tehlikeli.

X-ray teknolojilerinin insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkilerine rağmen, gereksiz zarar veya riski önlemek için etkileri kontrol edilebilir ve sürdürülebilir. Kanser doğal olarak her 5 Amerikalıdan 1'ini etkilerken, bir BT taraması genellikle kanser riskini 0,05 oranında artırır. ve bazı araştırmacılar, düşük X-ışını maruziyetinin bir bireyin riskine bile katkıda bulunmayabileceğini iddia ediyor. kanser.

Bir araştırmaya göre, insan vücudu, düşük dozda X-ışınlarının neden olduğu hasarı onarmanın yerleşik yollarına bile sahiptir. Amerikan Klinik Onkoloji Dergisi'nde, X-ışını taramalarının önemli bir risk oluşturmadığını öne sürüyor herşey.

Çocuklar, X ışınlarına maruz kaldıklarında beyin kanseri ve lösemi riski altındadır. Bu nedenle, bir çocuk bir röntgen taramasına ihtiyaç duyduğunda, doktorlar ve diğer profesyoneller, riskleri çocuğun ailesinin velileriyle görüşerek onay verir.

Yüksek miktarda X ışınlarına maruz kalmak kusma, kanama, bayılma, saç dökülmesi ve cilt kaybına neden olabilir. DNA molekülleri arasındaki bağları kırmak için yeterli enerjiye sahip oldukları için DNA'da mutasyonlara neden olabilirler.

DNA'daki mutasyonların X-ışını radyasyonundan mı yoksa DNA'nın rastgele mutasyonlarından mı kaynaklandığını belirlemek hala zordur. Bilim adamları, mutasyonların doğasını, olasılıkları, etiyolojileri ve frekansları dahil olmak üzere inceleyerek, DNA'daki çift sarmal kopmalarının X-ışını radyasyonunun mu yoksa DNA'nın rastgele mutasyonlarının mı sonucu olduğu kendisi.