اشعه ایکس

اشعه ایکس چگونه کار می‌کند؟

اشعه x چگونه کار می کند؟اشعه x کاملا تصادفی کشف شد.در سال 95 یک دانشمند آلمانی بنام ویلیام رونتگن هنگام کار روی پرتو های الکترون در لوله خلا ء ، این کشف را به نام خود ثبت کرد.

رونتگن متوجه شد که صفحه فلورسنت هنگامی که پرتوهای الکترون به آن تابیده شدند ، روشن می شوند. ولی این مساله آنقدرها هم عجیب نبود ، چون مواد فلورسنت در واکنش به پرتوهای الکترو مغناطیس برافروخته می شوند. ولی مساله این بود که رونتگن دور لوله تخلیه را با مقوا پوشانده بود و طبعا نباید پرتوها به صفحه فلورسنت تابیده می شد.

رونتگن چند وسیله را بین لوله و صفحه قرار داد ولی صفحه همچنان روشن بود. عاقبت او دست خود را بین آن قرار داد و با تعجب استخوانهای دستش را روی صفحه دید!در این تصادف جالب، یکی از پرکاربردترین وسایل پزشکی اختراع شد. فن آوری اشعه x به پزشکان این امکان را می دهد که بدون جراحی قادر به تشخیص شکستگی استخوان و زخم های داخلی باشند. اختراعی که تا کنون جان هزاران نفر ار از مرگ نجات داده است .

اشعه x چیست؟
اشعه x شبیه همان نوری است که ما می بینیم. هر دو انرژی الکترومغناطیس را توسط فوتونها حمل می کنند . فوتونها با تغییر مکان الکترونها در اتم تولید می شوند. تنها تفاوت اشعه x و نور قابل رؤیت در طول موج آنهاست.

اشعه x دارای طول موجی کوتاه تر از نور است که چشم ما قادر به دیدن آن نیست .همانطور که می دانید الکترونها در مدارهای مختلفی دور هسته اتم گردش می کنند. هرگاه یک الکترون به وسیله نیروئی از مدار خود به مدار بالاتر منتقل شود چون این انتقال ناپایداری اتم را در پی دارد و برای رسیدن به حالت پایدار قبلی خود ، الکترون به مدار اصلی برگشته و آن مقدار انرژی که جذب نموده بود را به صورت بسته انرژی به نام فوتون آزاد میکند. این فوتون همان پرتو ایکس میباشد.

هنگامی که یک فوتون با یک اتم برخورد کند ، اتم ممکن است انرژی فوتون را با فرستادن یک الکترون به سطح بالاتر جذب کند ، البته به شرط اینکه این انرژی برای تغییر سطح الکترون کافی باشد.

امواج رادیویی چون انرژی زیادی برای جابجایی الکترونهای اتم ها را ندارند ،‌ از بسیاری اجسام عبور می کنند.فوتونهای اشعه x هم از بسیاری اجسام عبور می کنند ولی با یک دلیل کاملا متفاوت :فوتونهای اشعه x انرژی بسیار زیادی دارند اتم های بزرگ چون دارای سطوح انرژی بالایی در مدارات خود هستند، بیشتر مایلند تا انرژی فوتونها را جذب کنند و برعکس اتم های کوچک تمایل چندانی به جذب انرژی ندارند.

اغلب بافتهای بدن ما دارای اتم های کوچکی هستند ولی برخی قسمت ها ( مثل استخوان ) که اتم کلسیم دارند، تمایل زیادی به جذب فوتونهای اشعه x دارند.البته کاربرد اشعه x محدود به تشخیص شکستگی استخوانها نیست ،بلکه برای تشخیص ترکیدگی لوله ها در ماشین آلات سنگین و نمایش محتویات چمندان ها در فرودگاه ها هم بکار می روند.
با این حال ما دستگاهی را که در بیمارستانها استفاده می شود را بررسی خواهیم کرد.

دستگاه اشعه x :قلب این دستگاه از دو الکترود (کاتد و آند) تشکیل شده که داخل لوله خلاء شیشه ای قرار دارند.کاتد یک رشته بسیار داغی است( شبیه آنچه در لامپ های مهتابی یا فلورسنت دیده اید.)


با برقراری جریان بسیار بالائی بین آند و کاتد که در فاصله کمی از هم قرار دارند الکترونها از سطح آند کنده و با سرعت بسیار بالائی به سطح آند برخورد نموده و باعث جابجائب الکترونها در آند و به دنبال آن تابش پرتو ایکس میشود.

اختلاف ولتاژ بالای بین کاتد و آند باعث می شود تا الکترونها از سطح آند بطرف کاتد پرتاب شوند و با برخورد الکترونها به اتم های تنگستن (بخاطر انرژی فوق العاده زیادی که دارند )،اتم تنگستن یکی از الکترونهای سطح پایین خود (نزدیک به هسته) را از دست می دهد.

سپس هسته اتم مجبور می شود تا یکی از الکترونهای سطح بالا را بطرف خود جذب کند و این الکترون با افتادن از سطح بالاتر به پایین تر مجبور می شود تا انرژی اضافی خود را بصورت فوتونهای نور آزاد کند. این فوتونها همان اشعه x هستند.


الکترونهای آزاد بدون اصابت به اتم نیز می توانند فوتون تولید کنند. در این روش الکترونی که از مرکز اتم عبور می کند به طرف هسته جذب می شود. این نزدیکی باعث می شود تا سرعت عبور الکترون کم شود ، تغییر مسیر دهد و بعلاوه مقداری از انرژی خود را بصورت فوتون آزاد کند.


برخورد الکترونها به سطح تنگستن گرمای زیادی تولید می کند. موتور الکتریکی صفحه تنگستن را می چرخاند تا از ذوب شدن بخشی از آن جلوگیری کند. روغن خنکی هم دور تا دور لوله خلاء وظیفه خنک کردن سیستم را برعهده دارد.کل دستگاه در یک محفظه ضخیم قرار دارند تا از خروج و پخش اشعه x به اطراف جلوگیری شود . یک سوراخ فیلتردار هم برای هدایت اشعه تولید شده بطرف بدن بیمار تعبیه شده است.در طرف دیگر یک صفحه مثل فیلم عکاسی، اشعه ها را ضبط می کند (نحوه کار مثل دوربین های عکاسی است). پزشکان به این صفحه نگاتیو می گویند. روی نگاتیو، بافتهای سخت مثل استخوان به رنگ سفید و بافتهای نرم به رنگ سیاه دیده می شوند و پزشکان با بررسی این نگاتیو محل دقیق و نوع شکستکی استخوان را پیدا می کنند.