Ορισμός και ιδιότητες ακτίνων Χ (Χ ακτινοβολία)

Οι ακτίνες Χ ή η ακτινοβολία Χ είναι μέρος του ηλεκτρομαγνητικού συστήματος φάσμα με μικρότερη μήκη κύματος (πιο ψηλά συχνότητα) από ορατό φως. Το μήκος κύματος ακτινοβολίας Χ κυμαίνεται από 0,01 έως 10 νανόμετρα ή συχνότητες από 3 × 10¹⁶ Hz έως 3x10¹⁹ Hz. Αυτό θέτει το μήκος κύματος των ακτίνων Χ μεταξύ υπεριώδους φωτός και ακτίνων γάμμα. Η διάκριση μεταξύ ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα μπορεί να βασίζεται σε μήκος κύματος ή σε πηγή ακτινοβολίας. Μερικές φορές η ακτινοβολία Χ θεωρείται ακτινοβολία που εκπέμπεται από ηλεκτρόνια, ενώ η ακτινοβολία γάμμα εκπέμπεται από τον ατομικό πυρήνα.

Ο γερμανός επιστήμονας Wilhelm Röntgen ήταν ο πρώτος που μελέτησε τις ακτινογραφίες (1895), αν και δεν ήταν ο πρώτος που τα παρατηρούσε. Έχουν παρατηρηθεί ακτίνες Χ που προέρχονται από σωλήνες Crookes, οι οποίες εφευρέθηκαν γύρω στο 1875. Ο Röntgen κάλεσε το φως "X-radiation" για να δείξει ότι ήταν προηγουμένως άγνωστος τύπος. Μερικές φορές το ακτινοβολία ονομάζεται ακτινοβολία Röntgen ή Roentgen, μετά από τον επιστήμονα. Οι αποδεκτές ορθογραφίες περιλαμβάνουν τις ακτίνες Χ, τις ακτίνες Χ, τις ακτινογραφίες και τις ακτίνες Χ (και την ακτινοβολία).

Ο όρος ακτίνων Χ χρησιμοποιείται επίσης για να αναφέρεται σε μια ακτινογραφική εικόνα που σχηματίζεται χρησιμοποιώντας την ακτινοβολία Χ και στη μέθοδο που χρησιμοποιείται για την παραγωγή της εικόνας.

Οι ακτίνες Χ κυμαίνονται σε ενέργεια από 100 eV έως 100 keV (κάτω από 0,2-0,1 nm μήκος κύματος). Οι σκληρές ακτινογραφίες είναι εκείνες με ενέργειες φωτονίων μεγαλύτερες από 5-10 keV. Οι μαλακές ακτίνες Χ είναι αυτές με χαμηλότερη ενέργεια. Το μήκος κύματος των σκληρών ακτίνων Χ είναι συγκρίσιμο με τη διάμετρο ενός ατόμου. Οι σκληρές ακτίνες Χ έχουν αρκετή ενέργεια για να διεισδύσουν στην ύλη, ενώ οι μαλακές ακτίνες Χ απορροφούνται στον αέρα ή διεισδύουν στο νερό σε βάθος περίπου 1 μικρομέτρου.

Οι ακτίνες Χ μπορεί να εκπέμπονται κάθε φορά που φορτισμένα σωματίδια επαρκώς ενεργά φορτίζονται. Τα επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ακτινοβολίας ακτίνων Χ σε σωλήνα ακτίνων Χ, ο οποίος είναι ένας σωλήνας κενού με μια θερμή κάθοδο και μεταλλικό στόχο. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν πρωτόνια ή άλλα θετικά ιόντα. Για παράδειγμα, η εκπομπή ακτίνων Χ που προκαλείται από πρωτόνια είναι μια αναλυτική τεχνική. Φυσικές πηγές ακτινοβολίας Χ περιλαμβάνουν το ραδιενέριο, άλλα ραδιοϊσότοπα, κεραυνούς και κοσμικές ακτίνες.

Οι τρεις τρόποι ακτινογραφίας αλληλεπιδρούν με την ύλη είναι Compton σκέδαση, Rayleigh σκέδαση και φωτοαπορρόφηση. Η σκέδαση Compton είναι η πρωταρχική αλληλεπίδραση που περιλαμβάνει υψηλής ενέργειας ακτίνες Χ, ενώ η φωτοαπορρόφηση είναι η κυρίαρχη αλληλεπίδραση με μαλακές ακτίνες Χ και ακτινογραφίες ακτινοβολίας χαμηλότερης ενέργειας. Οποιαδήποτε ακτινογραφία έχει αρκετή ενέργεια για να ξεπεράσει τη δεσμευτική ενέργεια μεταξύ ατόμων σε μόρια, έτσι το αποτέλεσμα εξαρτάται από τη στοιχειακή σύνθεση της ύλης και όχι από τις χημικές της ιδιότητες.

Οι περισσότεροι άνθρωποι γνωρίζουν τις ακτίνες Χ λόγω της χρήσης τους στην ιατρική απεικόνιση, αλλά υπάρχουν πολλές άλλες εφαρμογές της ακτινοβολίας:

Στο διαγνωστικό ιατρείο χρησιμοποιούνται ακτίνες Χ για να βλέπουν τις οστικές δομές. Η σκληρή ακτινοβολία Χ χρησιμοποιείται για την ελαχιστοποίηση της απορρόφησης των ακτίνων Χ χαμηλής ενέργειας. Ένα φίλτρο τοποθετείται πάνω από το σωλήνα ακτίνων Χ για να αποτρέψει τη μετάδοση της χαμηλότερης ακτινοβολίας ενέργειας. Το ύψος ατομική μάζα των ατόμων του ασβεστίου στα δόντια και στα οστά απορροφά την ακτινοβολία x, επιτρέποντας την πλειονότητα των άλλων ακτινοβολιών να περάσουν μέσα από το σώμα. Η τομογραφία μέσω υπολογιστή (CT), η φθοριοσκόπηση και η ακτινοθεραπεία είναι άλλες διαγνωστικές τεχνικές ακτινοβολίας. Οι ακτίνες Χ μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για θεραπευτικές τεχνικές, όπως θεραπευτικές αγωγές καρκίνου.

Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται για κρυσταλλογραφία, αστρονομία, μικροσκοπία, βιομηχανική ακτινογραφία, ασφάλεια αεροδρομίων, φασματοσκοπία, τον φθορισμό και την αποικοδόμηση συσκευών σχάσης. Οι ακτίνες Χ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία τέχνης και επίσης για την ανάλυση των έργων ζωγραφικής. Οι απαγορευμένες χρήσεις περιλαμβάνουν την αποτρίχωση με ακτίνες Χ και τα φθοριοσκόπια για τοποθέτηση παπουτσιών, τα οποία ήταν και τα δύο δημοφιλή στη δεκαετία του 1920.

Οι ακτίνες Χ είναι μια μορφή ιονίζουσας ακτινοβολίας, ικανή να σπάσει τους χημικούς δεσμούς και να ιονίζει τα άτομα. Όταν οι ακτίνες Χ ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά, οι άνθρωποι υπέστησαν εγκαύματα ακτινοβολίας και απώλεια μαλλιών. Υπήρχαν ακόμη και αναφορές θανάτων. Ενώ η ασθένεια ακτινοβολίας είναι σε μεγάλο βαθμό ένα πράγμα του παρελθόντος, οι ιατρικές ακτινογραφίες είναι μια σημαντική πηγή ανθρωπογενών έκθεση στην ακτινοβολία, αντιπροσωπεύοντας περίπου το ήμισυ της συνολικής έκθεσης σε ακτινοβολία από όλες τις πηγές στις Η.Π.Α. 2006. Υπάρχει διαφωνία σχετικά με τη δόση που παρουσιάζει κίνδυνο, εν μέρει επειδή ο κίνδυνος εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Είναι σαφές ότι η ακτινοβολία Χ είναι ικανή να προκαλέσει γενετική βλάβη που μπορεί να οδηγήσει σε καρκίνο και αναπτυξιακά προβλήματα. Ο μεγαλύτερος κίνδυνος είναι το έμβρυο ή το παιδί.

Ενώ οι ακτίνες Χ είναι έξω από το ορατό φάσμα, είναι δυνατό να δούμε τη λάμψη των ιονισμένων μορίων αέρα γύρω από μια έντονη δέσμη ακτίνων Χ. Είναι επίσης πιθανό να «βλέπετε» τις ακτίνες Χ εάν μια ισχυρή πηγή προβάλλεται από ένα σκοτεινό προσαρμοσμένο μάτι. Ο μηχανισμός αυτού του φαινομένου παραμένει ανεξήγητος (και το πείραμα είναι πολύ επικίνδυνο για να εκτελεστεί). Οι πρώτοι ερευνητές ανέφεραν ότι είδαν μια γαλάζια γκρίζα λάμψη που φαινόταν να έρχεται από το μάτι.

Ιατρική ακτινοβολία Η έκθεση του πληθυσμού των ΗΠΑ αυξήθηκε σημαντικά από τις αρχές της δεκαετίας του '80, Science Daily, 5 Μαρτίου 2009. Ανακτήθηκε στις 4 Ιουλίου 2017.