در مطالب گذشته وبلاگ فرادرس در مورد مفاهیم مربوط به طیف‌های اتمی و امواج الکترومغناطیسی صحبت کردیم. همان‌طور که در این مطالب نیز بیان شد، بخشی از طیف الکترومغناطیسی مربوط به پرتو یا همان اشعه ایکس است. از این رو در این مطلب از وبلاگ فرادرس تصمیم گرفتیم تا در مورد این اشعه صحبت کرده و بخشی از کاربردهای آن را توضیح دهیم. همچنین پیشنهاد می‌کنیم تا نگاهی بر مقاله «تابش ترمزی» که اساس کار تولید اشعه (پرتو) ایکس است نیز داشته باشید.

اشعه ایکس

اشعه ایکس نوعی تابش الکترومغناطیسی است که بیشتر به دلیل قابلیت نفوذ آن در پوست و عکس‌برداری از استخوان‌ها، شناخته شده است. پیشرفت‌های تکنولوژی منجر به ایجاد پرتوهای ایکس همگراتری شده است؛ از این رو با استفاده از تکنولوژی امروزه در تولید پرتو ایکس می‌توان ساختار سلول‌ها و دیگر اجزاء جزئی‌تر بیولوژیکی را نیز تعیین کرد. از این پرتوها در ساخت مکانیزم‌هایی استفاده می‌شود که می‌توان با استفاده از آن‌ها سلول‌های سرطانی را از بین برد.

در حالتی کلی اشعه ایکس را به دو دسته اشعه ایکس سخت و نرم تقسیم‌بندی می‌کنند. پرتو‌های ایکس نرم دارای طول موج‌هایی در حدود ۱۰ نانومتر هستند. با توجه به این مقدار از طول موج، می‌توان گفت که این امواج از نظر دسته‌بندی بین امواج فرابنفش و گاما قرار می‌گیرند. پرتو‌های ایکس سخت طول موج‌های کوتاه‌تری دارند. طول موج این نوع از پرتو‌ها حدود ۱۰۰ پیکومتر است که می‌توان آن را در حدود امواج گاما در نظر گرفت.

تنها تفاوت بین پرتو‌های سخت و نرم منبع تولید آن‌ها است. به‌طور دقیق‌تر می‌توان گفت که پرتو‌های نرم با استفاده از شتاب دادن الکترون‌ها و پرتو‌های سخت یا امواج گاما در نتیجه واکنش‌های هسته‌ای تولید می‌شوند.

تاریخچه اشعه ایکس

پرتو ایکس برای اولین بار در سال ۱۸۹۵ توسط فیزیکدانی آلمانی به نام «ویلهلم رونتگن» (Wilhelm Conrad Röntgen) مورد مطالعه قرار گرفت. رونتگن متوجه تابش فلوئوروسنسی شد که در هنگام قرار گرفتن کریستال در معرض لامپ کاتودی ولتاژ بالا ایجاد می‌شد. این تابش حتی در زمانی که کریستال با استفاده از یک کاغذ پوشانده می‌شد نیز بوجود می‌آمد.

دلیل نامگذاری آن به ایکس نیز این امر است که در آن موقع این پرتو بسیار ناشناخته و غیرمعمول به‌نظر می‌رسید. دلیل این امر نیز آن است که رونتگن با قرار دادن این پرتو در میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی شاهد عدم انحراف آن بود.

یکی از ویژگی‌های جالب این پرتو آن است که می‌تواند از اکثر مواد (به جز مواد سخت) عبور کند. به همین دلیل رونتگن توانست با استفاده از عبور دادن این پرتو از دست همسرش، تصویری از استخوان‌ها تهیه کند.

اشعه ایکس
تصویر دست چپ همسر رونتگن که اولین تصویر تهیه شده با استفاده از پرتو ایکس محسوب می‌شود.

جالب است بدانید که رونتگن در سال ۱۸۹۶ نشان رامفورد را به خاطر این کشف مهم دریافت کرد. او همچنین در سال ۱۹۰۱ اولین جایزه نوبل در فیزیک را کسب کرد.

منابع پرتو ایکس و تاثیرات آن

پرتو ایکس را می‌توان با برخورد دادن پرتو‌های پرانرژی الکترون با اتم‌هایی همچون مس یا گالیوم ایجاد کرد. در حقیقت با این تابش، الکترون‌های قرار گرفته در زیرلایه‌های اوربیتالی درونی همچون $$ S $$، جابجا شده و در مواردی از مدار خود خارج می‌شوند. این پدیده را می‌توان در مقیاس ماکروسکوپی مشابه با اثر فوتوالکتریک تحلیل کرد. با خارج شدن الکترون از مدارش، الکترون قرارگرفته در زیرلایه اوربیتالی $$ p $$، به‌منظور پایدار کردن اتم، جای آن را می‌گیرد. این انتقال از لایه پرانرژی‌تر $$ p $$ به $$ s $$ منجر به تولید پرتو ایکس می‌شود.

با استفاده از روش فوق پرتویی ایجاد می‌شود که متمرکز نبوده و در تمامی جهات منتشر می‌شود. در حقیقت تولید قدرتمند و متمرکز از پرتو ایکس کاری آسان نیست. روش دیگری که در مقیاس صنعتی از آن استفاده می‌شود، شتاب دادن ذراتی باردار همچون الکترون در سنکروترون است. در این روش ذرات باردار در مسیری دایره‌ای و بسته با سرعت بالا به حرکت در می‌آیند. طبق قوانین فیزیک حرکت شتابدار ذرات باردار الکتریکی منجر به تولید نور (موج الکترومغناطیسی) می‌شود. نوع نور تولید شده وابسته به میدان الکتریکی و مغناطیسی است که به‌منظور شتاب دادن ذرات از آن استفاده می‌شود.

زمانی که در سنکروترون، سرعت ذرات به کسری از سرعت نور برسد، پرتوهایی قدرتمند با فرکانس بالا تولید می‌شوند که همان پرتوهای متمرکز ایکس هستند. تابش ناشی از سنکروترون برای اولین بار در سال ۱۹۴۷ مشاهده شد.

کاربردها

پرتو ایکس می‌تواند ماهیت مواد را تغییر دهد. از این رو جذب آن توسط سلول‌های موجودات زنده یا گیاهان امکان آسیب زدن به آن‌ها را ایجاد می‌کند. اما قدرت اشعه ایکس در عبور از بافت‌های نرم امکان عکس‌برداری از اندام‌های درونی را فرآهم می‌کند. از این رو از اشعه ایکس معمولا در پزشکی به‌منظور عکس‌برداری از اندام‌های درونی استفاده می‌شود. با استفاده از عکس‌های تهیه شده به وسیله پرتو ایکس، می‌توان محل دقیق شکستگی استخوان و میزان آن را نیز تعیین کرد.

وضعیت قرار گرفتن دندان‌ها که با استفاده از اشعه ایکس قابل بررسی است.

در دندان‌پزشکی نیز با استفاده از پرتو ایکس می‌توان تصویری از محل دقیق پوسیدگی تهیه کرده که در درمان آن بسیار کمک‌کننده است. عکس‌برداری از اندام‌های درونی تحت عنوان رادیوگرافی و مشاهده مستقیم بدن با پرتوها نیز رادیوسکوپی نامیده می‌شود. رادیوگرافی با استفاده از باریکه‌ای از پرتو ایکس انجام می‌شود که از بدن عبور می‌کند. این باریکه از بافت‌های گوشتی به‌راحتی عبور می‌کند و عبور آن از بافت‌های استخوانی مشکل‌تر است.

البته جالب است بدانید که تنها کاربرد اشعه ایکس در پزشکی، عکس‌برداری نیست. در حقیقت به‌منظور ضدعفونی کردن ابزارآلات پزشکی نیز از این اشعه استفاده می‌شود. تاثیر این اشعه روی بافت‌های مختلف متفاوت است. از این رو می‌توان از آن در از بین بردن بافت‌های سرطانی استفاده کرد. در حقیقت با تاباندن این اشعه روی بافت‌های سرطانی می‌توان با تخریب DNA سلول‌های سرطانی، آن‌ها را از بین برد. این روش، پرتو درمانی نام دارد و البته با عوارضی نیز همراه است.

تصویری که با استفاده از پرتو ایکس از زوج کهکشان دوشاخک گرفته شده است.

علاوه بر پزشکی این پرتو در صنعت و حتی در نجوم نیز کاربرد بسیاری دارد. در حقیقت می‌توان نقاط ضعف، حفره‌های و شکاف‌های ریز ایجاد شده در مواد ریخته‌گری را با استفاده از این اشعه شناسایی کرد. حتی در فرودگاه‌ها و محیط‌های امنیتی نیز می‌توان از این اشعه به‌منظور شناسایی اسلحه، مهمات و دیگر وسایل ممنوعه استفاده کرد.

در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه فیزیک، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

«مجید عوض‌زاده»، فارغ‌ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک از دانشگاه تهران است. فیزیک، ریاضیات و مهندسی مکانیک از جمله مباحث مورد علاقه او هستند که در رابطه با آن‌ها تولید محتوا می‌کند.

بر اساس رای 56 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

3 نظر در “اشعه ایکس (X-ray) — به زبان ساده

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *