Bilim

X-Ray Enerjisi Nasıl Hesaplanır?

Posted on
Yazar: Judy Howell
Yaratılış Tarihi: 27 Temmuz 2021
Güncelleme Tarihi: 15 Kasım 2024
Anonim
X IŞINLARI
Video: X IŞINLARI

İçerik

Bir X-ışını gibi bir elektromanyetik dalganın tek bir fotonun enerjisi için genel formülü; Planlar denklemi: E = hv bağıntısıhangi enerjide E Joule cinsinden Plancks sabiti çarpımına eşittir h (6.626 × 10 −34 Js) ve frekans ν (telaffuz edilen "nu") s_ birimlerinde-1_. Bir elektromanyetik dalganın belirli bir frekansı için, bu denklemi kullanarak tek bir foton için ilgili X-ışını enerjisini hesaplayabilirsiniz. Görünür ışık, gama ışınları ve X ışınları dahil tüm elektromanyetik radyasyon formlarına uygulanır.

••• Syed Hussain Ather

Plank denklemi ışığın dalga özelliklerine bağlıdır. Işığı yukarıdaki şemada gösterildiği gibi bir dalga olarak hayal ediyorsanız, bir okyanus dalgası veya ses dalgasının olabileceği gibi bir genlik, frekans ve dalga boyuna sahip olduğunu hayal edebilirsiniz. Genlik, gösterildiği gibi bir tepenin yüksekliğini ölçer ve genel olarak dalganın parlaklığına veya yoğunluğuna karşılık gelir ve dalga boyu, dalganın tam bir döngüsünün kapsadığı yatay mesafeyi ölçer. Frekans, her saniye belirli bir noktadan geçen tam dalga boylarının sayısıdır.

Dalgalar Olarak X-ışınları

••• Syed Hussain Ather

Elektromanyetik spektrumun bir parçası olarak, birini veya diğerini tanıdığınızda bir X ışınının frekansını veya dalga boyunu belirleyebilirsiniz. Plancks denklemine benzer şekilde, bu frekans ν elektromanyetik dalganın ışık hızı ile ilgilidir c, 3 x 10-8 m / s, denklemiyle c = λν λ dalganın dalga boyudur. Işık hızı tüm durumlarda ve örneklerde sabit kalır, bu nedenle bu denklem, bir elektromanyetik dalganın frekansının ve dalga boyunun birbiriyle ters orantılı olduğunu gösterir.

Yukarıdaki şemada, farklı dalga türlerinin çeşitli dalga boyları gösterilmektedir. X ışınları, ultraviyole (UV) ve spektrumdaki gama ışınları arasında uzanır, böylece dalga boyu ve frekansın X-ışını özellikleri aralarında düşer.

Daha kısa dalga boyları, insan sağlığı için risk oluşturabilecek daha fazla enerji ve frekansı gösterir. UV ışınlarına ve koruyucu kaplamalara ve X ışınlarının cilde girmesini engelleyen kurşun kalkanlarına karşı koruyan güneş koruyucuları bu gücü gösterir. Uzaydan gelen gama ışınları neyse ki Dünya'nın atmosferi tarafından emilerek insanlara zarar vermelerini önlüyor.

Son olarak, sıklık dönemle ilgili olabilir T denklem ile saniyeler içinde T = 1 / f. Bu x-ışını özellikleri ayrıca diğer elektromanyetik radyasyon formlarına da uygulanabilir. Özellikle X ışını radyasyonu, bu dalga benzeri özellikleri, aynı zamanda partikül benzeri özellikleri gösterir.

Parçacıklar olarak X ışınları

Dalga benzeri davranışlara ek olarak, X ışınları, bir X ışınının tek bir dalgasının, nesnelerle çarpışmasından sonra bir parçacıktan meydana geldiği ve çarpışma üzerine emildiği, yansıttığı veya içinden geçtiği gibi bir parçacık akışı gibi davranır.

Plancks denklemi enerjiyi tek fotonlar şeklinde kullandığından, bilim adamları elektromanyetik ışık dalgalarının enerjinin bu “paketlerine” “nicelendiğini” söylüyorlar. Kuant olarak adlandırılan enerji miktarlarını taşıyan belirli miktarlarda fotonlardan üretilirler. Atomlar fotonları emdiğinde ya da yayarken, sırasıyla, enerjide artar ya da kaybederler. Bu enerji elektromanyetik radyasyon şeklini alabilir.

1923'te Amerikalı fizikçi William Duane, X-ışınlarının kristallerde bu parçacık benzeri davranışlarla nasıl dağılacağını açıkladı. Duane, farklı X-ışını dalgalarının malzemeden geçerken nasıl davranacağını açıklamak için kırıcı kristalin geometrik yapısından ölçülen momentum transferini kullandı.

Diğer elektromanyetik radyasyon formları gibi X ışınları da, bilim insanlarının davranışlarını aynı anda hem parçacıklar hem de dalgalarmış gibi tanımlamasını sağlayan bu dalga-parçacık ikiliğini sergiliyor. Dalga boyu ve frekansı gibi dalgalar gibi akarken, parçacıkları sanki parçacıkların ışınları gibi salıyorlar.

X-ışını Enerjisini Kullanma

Alman fizikçi Maxwell Planck'tan sonra adlandırılan Plancks denklemi ışığın bu dalga gibi davrandığını belirtir, ışık da parçacık benzeri özellikler gösterir. Işığın bu dalga-parçacık ikiliği, ışığın enerjisi frekansına bağlı olmasına rağmen, hala fotonların dikte ettiği ayrı miktarlarda enerji geldiği anlamına gelir.

X ışınlarının fotonları farklı malzemelerle temas ettiğinde, bazıları geçerken bazıları malzeme tarafından emilir. İçinden geçen X ışınları doktorların insan vücudunun iç görüntülerini oluşturmasını sağlar.

Pratik Uygulamalarda X-ışınları

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

Endüstri mühendisleri, metallerin ve diğer malzemelerin binalardaki çatlakları belirlemek veya büyük miktarda basınca dayanabilecek yapılar oluşturmak gibi amaçlar için gerekli uygun özelliklere sahip olmasını sağlamak için X ışınları kullanır.

Senkrotron tesislerinde X ışınları üzerine araştırma, şirketlerin spektroskopi ve görüntülemede kullanılan bilimsel araçları üretmelerini sağlar.Bu senkrotronlar ışığı bükmek için büyük mıknatıslar kullanır ve fotonları dalga benzeri yörüngelere çekmeye zorlar. Bu tesislerde X-ışınları dairesel hareketlerle hızlandırıldığında, radyasyonları büyük miktarda güç üretmek üzere doğrusal olarak polarize olur. Makine daha sonra X ışınlarını araştırma için diğer hızlandırıcılara ve tesislere yönlendirir.

Tıpta Röntgenler

X ışınlarının tıptaki uygulamaları tamamen yeni, yenilikçi tedavi yöntemleri yarattı. X ışınları, vücuda fiziksel olarak vücuda girmelerine gerek kalmadan tanı koyabilecekleri invazif olmayan doğaları sayesinde vücuttaki semptomları tanımlama sürecinin bir parçası haline geldi. Röntgenler ayrıca, doktorlara hastalar içerisine yerleştirilir, çıkarılır veya değiştirilirken kılavuzluk eder.

Tıpta kullanılan üç ana X-ışını görüntüleme türü vardır. Birincisi, radyografi, iskelet sistemini sadece az miktarda radyasyonla görüntüler. İkincisi, floroskopi, profesyonellerin bir hastanın iç durumunu gerçek zamanlı olarak görmelerini sağlar. Tıp araştırmacıları bunu, baryum hastalarını sindirim kanallarının çalışmalarını gözlemlemek ve özofagus hastalıkları ve bozukluklarını teşhis etmek için kullandılar.

Son olarak, bilgisayarlı tomografi, hastaların iç organları ve yapılarının üç boyutlu bir görüntüsünü oluşturmak için halka şeklinde bir tarayıcının altına uzanmalarını sağlar. Üç boyutlu görüntüler, hasta vücudundan alınan birçok kesitsel görüntüden bir araya toplanır.

X-ışını Geçmişi: Başlangıç

Alman makine mühendisi Wilhelm Conrad Roentgen, görüntü üretmek için elektronları ateşleyen bir cihaz olan kato-ışını tüpleriyle çalışırken X-ışınlarını keşfetti. Tüp, elektrotları tüpün içindeki bir vakumda koruyan bir cam zarf kullandı. Elektrik akımlarını tüpün içinden geçirerek, Roentgen cihazdan farklı elektromanyetik dalgaların nasıl yayıldığını gözlemledi.

Roentgen tüpü korumak için kalın siyah bir kağıt kullandığında, tüpün kağıttan geçen ve diğer malzemelere enerji verebilecek bir X-ışını olan yeşil bir flüoresan ışığı yattığını buldu. Belirli miktarda enerjinin yüklü elektronlarının malzeme ile çarpışacağını, X ışınlarının üretildiğini buldu.

Onlara "X-ışınları" adını veren Roentgen, gizemli ve bilinmeyen doğalarını yakalamayı umuyordu. Roentgen insan dokusundan geçebildiğini keşfetti, ancak kemikten veya metalden değil. 1895'in sonlarında, mühendis, X-ışınlarını kullanarak karelerinin elinin bir görüntüsünü ve bir kutudaki ağırlıkların görüntüsünü, X-ışını tarihinde kayda değer bir eser yarattı.

X-ışını Geçmişi: Spread

Kısa bir süre sonra, bilim adamları ve mühendisler, X-ışınları tarafından etkilendiler. Gizemli doğa, X-ışını kullanımının olanaklarını keşfetmeye başladı. Röntgen (R,) kuru hava için tek bir pozitif ve negatif elektrostatik yük birimi oluşturmak için gerekli maruz kalma miktarı olarak tanımlanacak olan artık radyasyona maruz kalma ölçüm birimi haline gelecektir.

İnsanların ve diğer canlıların iç iskelet ve organ yapılarına ait görüntüler üretmek, cerrahlar ve tıbbi araştırmacılar, insan vücudunu anlamak veya yaralı askerlerde kurşunların nerede bulunduğunu bulmak için yenilikçi teknikler yarattı.

1896'da, bilim adamları, hangi tür X-ışınlarının geçebileceğini anlamak için teknikleri zaten kullanıyorlardı. Ne yazık ki, X-ışınları üreten tüpler, endüstriyel amaçlar için gerekli olan yüksek voltaj gerilimi altında, Amerikan fizikçi-mühendis William D. 1913 Coolidge tüpleri, yeni doğan alanında daha doğru görselleştirme için bir tungsten filamenti kullanana kadar parçalanacaktı. radyoloji. Coolidges çalışması, X-ışını tüplerini fizik araştırmalarında sıkıca topraklar.

Sanayi ampulleri, flüoresan lambalar ve vakum tüpleri üretimi ile başladı. Üretim tesisleri, iç yapılarını ve bileşimlerini doğrulamak için radyograflar, X-ışını görüntüleri, çelik borulardan ürettiler. 1930'lara gelindiğinde General Electric Company, endüstriyel radyografi için bir milyon X-ışını jeneratörü üretti. Amerikan Makine Mühendisleri Birliği, kaynaklı basınçlı kapların kaynaşması için X ışınlarını kullanmaya başladı.

X-ışını Negatif Sağlık Etkileri

Toplumun çeşitli alanlarda ve disiplinlerde X-ışınlarını kucaklamasından dolayı ne kadar enerji X-ışınları kısa dalga boyları ve yüksek frekanslarla doluysa, X-ışınlarına maruz kalmak bireylerin göz tahrişine, organ yetmezliğine ve cilt yanıklarına maruz kalmasına, hatta bazen uzuvların ve yaşamların kaybıyla sonuçlanır. Elektromanyetik spektrumun bu dalga boyları, DNA'da mutasyonlara veya canlı dokularda moleküler yapı veya hücresel fonksiyonlarda değişikliklere neden olacak kimyasal bağları kırabilir.

X-ışınları ile ilgili daha yeni bir araştırma, bu mutasyonların ve kimyasal bozulmaların kansere neden olabileceğini göstermiştir ve bilim adamları, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki kanserlerin% 0.4'ünün BT taramalarından kaynaklandığını tahmin etmektedir. Röntgenler popülerlik arttıkça, araştırmacılar güvenli olduğu düşünülen X-ışını dozaj seviyelerini önermeye başladı.

Toplum, X-ışınlarının gücünü benimsediğinde, doktorlar, bilim adamları ve diğer profesyoneller X-ışınlarının olumsuz sağlık etkileri konusundaki endişelerini dile getirmeye başladılar. Araştırmacılar, X-ışınlarının vücuttan özellikle hedef bölgeleri nasıl hedef aldıklarına dikkat etmeden vücuda nasıl geçeceğini gözlemlediklerinden, X ışınlarının tehlikeli olabileceğine inanmak için çok az nedenleri vardı.

X-ışını Güvenliği

X-ray teknolojilerinin insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkilerine rağmen, gereksiz zarar veya riski önlemek için etkileri kontrol edilebilir ve korunabilir. Kanser doğal olarak her 5 Amerikalıdan 1'ini etkilerken, BT taraması genellikle kanser riskini yüzde 0,05 artırıyor ve bazı araştırmacılar düşük X-ışını maruz kalmasının bireylerin kanser riskine bile katkıda bulunmayabileceğini savunuyor.

Amerikan Klinik Onkoloji Dergisi'nde yapılan bir araştırmaya göre, insan vücudunda, X-ışını taramalarının önemli bir risk oluşturmadığını öne süren düşük dozlu X-ışınlarının neden olduğu hasarları onaracak yöntemler bile vardır.

Çocuklar, X-ışınlarına maruz kaldıklarında daha fazla beyin kanseri ve lösemi riski altındadır. Bu nedenle, bir çocuğun röntgen taraması gerektirmesi durumunda, doktorlar ve diğer profesyoneller rıza sağlamak için çocuğun ailesinin koruyucularıyla riskleri tartışırlar.

DNA'daki X ışınları

Yüksek miktarda X ışınlarına maruz kalma, kusma, kanama, bayılma, saç dökülmesi ve cilt kaybına neden olabilir. DNA'da mutasyonlara neden olabilirler çünkü DNA molekülleri arasındaki bağları koparacak kadar enerjileri vardır.

X-ışını radyasyonu veya DNA'nın rastgele mutasyonları nedeniyle DNA'daki mutasyonların olup olmadığını belirlemek hala zordur. Bilim adamları, DNA'daki çift sarmal kopmalarının X ışını radyasyonunun sonucu mu yoksa DNA'nın rastgele mutasyonları mı olduğunu belirlemek için olasılıkları, etiyolojileri ve sıklıkları dahil mutasyonların doğasını inceleyebilir.