תוֹכֶן
- צילומי רנטגן כגלים
- צילומי רנטגן כחלקיקים
- באמצעות אנרגיית רנטגן
- צילומי רנטגן ביישומים מעשיים
- צילומי רנטגן ברפואה
- היסטוריית רנטגן: ראשית
- היסטוריית רנטגן: התפשטות
- אפקטים בריאותיים שליליים ברנטגן
- בטיחות רנטגן
- צילומי רנטגן על DNA
הנוסחה הכללית לאנרגיה של פוטון בודד של גל אלקטרומגנטי כמו רנטגן ניתנת על ידי משוואת פלאנקס: E = hν, באיזו אנרגיה ה בג'אול שווה למוצר של קבוע פלאנקס ח (6.626 × 10 −34 Js) והתדירות ν (מבוטא "נו") ביחידות של s_-1_. עבור תדר נתון של גל אלקטרומגנטי, אתה יכול לחשב את אנרגיית הרנטגן המשויכת לפוטון יחיד באמצעות משוואה זו. זה חל על כל צורות הקרינה האלקטרומגנטית כולל אור גלוי, קרני גמא וצילומי רנטגן.
משוואת הפלנקס תלויה בתכונות האור של הגל. אם אתה מדמיין אור כגל כפי שמוצג בתרשים לעיל, אתה יכול לדמיין שיש לו אמפליטודה, תדר ואורך גל בדיוק כפי שגל אוקיינוס או גל קול עשויים להיות. המשרעת מודדת את גובהה של סמל אחד כמוצג ובאופן כללי תואמת את בהירות הגל או עוצמתו, ואורך הגל מודד את המרחק האופקי שמכסה מחזור מלא של הגל. התדר הוא מספר אורכי הגל המלאים העוברים בנקודה נתונה בכל שנייה.
צילומי רנטגן כגלים
•כחלק מהספקטרום האלקטרומגנטי, אתה יכול לקבוע את התדירות או את אורך הגל של רנטגן כשאתה מכיר אחד כזה או אחר. בדומה למשוואת פלאנקס, תדירות זו ν של גל אלקטרומגנטי מתייחס למהירות האור ג, 3X10-8 m / s, עם המשוואה c = λν בו λ הוא אורך הגל של הגל. מהירות האור נשארת קבועה בכל המצבים והדוגמאות, ולכן משוואה זו ממחישה כיצד התדר ואורך הגל של הגל האלקטרומגנטי עומדים ביחס הפוך זה לזה.
בתרשים לעיל מוצגים אורכי הגל השונים של סוגים שונים של גלים. קרני רנטגן שוכנות בין קרני אולטרה סגולה (UV) לקרני גאמה בספקטרום כך שתכונות רנטגן של אורך גל ותדר נופלות ביניהן.
אורכי גל קצרים יותר מצביעים על אנרגיה ותדירות גדולים יותר שיכולים להוות סיכון לבריאות האדם. מסנני קרינה החוסמים מפני קרני UV ומעילי מגן ומגני עופרת החוסמים קרני רנטגן להיכנס לעור מדגימים כוח זה. קרני הגמא מהחלל החיצון נקלטות למרבה המזל באטמוספירה של כדור הארץ, ומונעות מהן לפגוע באנשים.
לבסוף, תדירות יכולה להיות קשורה לתקופה ט בשניות עם המשוואה T = 1 / f. תכונות רנטגן אלה יכולות לחול גם על צורות אחרות של קרינה אלקטרומגנטית. קרינת רנטגן בפרט מציגה את המאפיינים הגליים האלה, אך גם את החלקיקים הדומים להם.
צילומי רנטגן כחלקיקים
בנוסף להתנהגויות גליות, צילומי הרנטגן מתנהגים כזרם של חלקיקים כאילו גל בודד של קרני רנטגן מורכב מחלקיק אחד אחרי השני מתנגש עם חפצים ובעת התנגשות, קולט, משקף או עובר דרכו.
מכיוון שמשוואת פלאנקס משתמשת באנרגיה בצורה של פוטונים יחידים, מדענים טוענים כי גלי אור אלקטרומגנטיים "מכמתים" ל"חפיסות "אנרגיה אלה. הם עשויים מכמויות ספציפיות של פוטון הנושאים כמויות אנרגיה נפרדות הנקראות קוונטה. כאשר אטומים קולטים או פולטים פוטונים, הם בהתאמה מגדילים את האנרגיה או מאבדים אותה. אנרגיה זו יכולה ללבוש צורה של קרינה אלקטרומגנטית.
בשנת 1923 הסביר הפיזיקאי האמריקני וויליאם דואיין כיצד קרני הרנטגן יתפרסו בגבישים דרך התנהגויות דומות לחלקיקים אלה. דואין השתמש בהעברת המומנטום הכמותי מהמבנה הגיאומטרי של הגביש המשתרע כדי להסביר כיצד יתנהגו גלי רנטגן שונים כשעוברים דרך החומר.
צילומי רנטגן, כמו צורות אחרות של קרינה אלקטרומגנטית, מראים כפילות חלקיקי גל זו המאפשרת למדענים לתאר את התנהגותם כאילו הם היו חלקיקים וגלים בו זמנית. הם זורמים כמו גלים באורך גל ותדירות תוך פליטה של כמויות של חלקיקים כאילו היו קרני חלקיקים.
באמצעות אנרגיית רנטגן
משמו של פלאנקס נקרא על שמו של הפיזיקאי הגרמני מקסוול פלאנק, ומכתיב כי אור מתנהג בצורה גללית זו, אור מראה גם תכונות הדומות לחלקיקים. כפילות האור של חלקיקי הגל הזה פירושה שלמרות שאנרגיית האור תלויה בתדירותו, היא עדיין מגיעה בכמויות אנרגיה נפרדות המוכתבות על ידי פוטונים.
כאשר הפוטונים של קרני הרנטגן באים במגע עם חומרים שונים, חלקם נקלטים על ידי החומר בעוד שאחרים עוברים דרכם. צילומי הרנטגן העוברים דרכם מאפשרים לרופאים ליצור תמונות פנימיות של גוף האדם.
צילומי רנטגן ביישומים מעשיים
רפואה, תעשיה ותחומי מחקר שונים באמצעות פיזיקה וכימיה משתמשים בצילומי רנטגן בדרכים שונות. חוקרי הדמיה רפואית משתמשים בצילומי רנטגן ביצירת אבחונים לטיפול במצבים בגוף האדם. לרדיותרפיה יש יישומים לטיפול בסרטן.
מהנדסים תעשייתיים משתמשים בצילומי רנטגן בכדי להבטיח שלמתכות וחומרים אחרים יש את התכונות המתאימות למטרות כמו זיהוי סדקים במבנים או יצירת מבנים שיכולים לעמוד בכמויות לחץ גדולות.
מחקר על צילומי רנטגן במתקני סינכרוטרון מאפשר לחברות לייצר מכשירים מדעיים המשמשים בספקטרוסקופיה והדמיה.סינכרוטרונים אלה משתמשים במגנטים גדולים בכדי לכופף אור ולהכריח את הפוטונים לקחת מסלולי גלגלים כאשר קרני רנטגן מואצות בתנועות סיבוביות במתקנים אלה, קרינתן הופכת לקוטבית ליניארית לייצור כמויות גדולות של כוח. לאחר מכן המכונה מפנה את קרני הרנטגן לעבר מאיצים ומתקנים אחרים למחקר.
צילומי רנטגן ברפואה
היישומים של צילומי רנטגן ברפואה יצרו שיטות טיפול חדשות וחדשניות. צילומי רנטגן הפכו להיות אינטגרליים בתהליך זיהוי הסימפטומים בגוף באמצעות אופיים הלא פולשני שיאפשר להם לאבחן ללא צורך להיכנס פיזית לגוף. לצילומי רנטגן היה גם היתרון בהדרכת רופאים כאשר הם הכניסו, הסירו או שינו מכשירים רפואיים בתוך המטופלים.
ישנם שלושה סוגים עיקריים של צילומי רנטגן המשמשים ברפואה. הראשון, רדיוגרפיה, מצייר את מערכת השלד בכמויות קטנות בלבד של קרינה. השנייה, פלואורוסקופיה, מאפשרת לאנשי מקצוע לראות את מצבו הפנימי של חולה בזמן אמת. חוקרים רפואיים השתמשו בכך כדי להאכיל חולים בריום בכדי להתבונן בתפקוד דרכי העיכול שלהם ולאבחון מחלות והפרעות בוושט.
לבסוף, טומוגרפיה ממוחשבת מאפשרת למטופלים לשכב מתחת לסורק בצורת טבעת ליצור תמונה תלת מימדית של האיברים והמבנים הפנימיים של המטופלים. התמונות התלת מימדיות מצטברות יחד מתמונות חתך-רבות רבות שצולמו בגוף המטופלים.
היסטוריית רנטגן: ראשית
מהנדס המכונות הגרמני וילהלם קונרד רואנטגן גילה צילומי רנטגן בזמן שעבד עם צינורות קרני קתודה, מכשיר שירה אלקטרונים לייצור תמונות. הצינור השתמש במעטפת זכוכית שהגנה על האלקטרודות בוואקום בתוך הצינור. על ידי הכנסת זרמים חשמליים דרך הצינור, רוגנטן הבחין כיצד נפלטים גלים אלקטרומגנטיים שונים מהמכשיר.
כאשר רוגנטן השתמש בנייר שחור עבה כדי להגן על הצינור, הוא גילה שהצינור פולט אור ניאון ירוק, רנטגן, שיכול לעבור בנייר ולהניע אנרגיות אחרות. הוא מצא שכאשר אלקטרונים טעונים של כמות מסוימת של אנרגיה יתנגשו עם חומר, הופקו צילומי רנטגן.
רואנטגן קיווה את שמו "צילומי רנטגן" לתפוס את טיבם המסתורי, הלא ידוע. רואנטגן גילה שהוא יכול לעבור דרך רקמות אנושיות, אך לא דרך עצם ולא מתכת. בסוף שנת 1895, המהנדס יצר תמונה של ידו עם אשתו באמצעות קרני הרנטגן וכן תמונה של משקולות בקופסה, הישג בולט בהיסטוריה של הרנטגן.
היסטוריית רנטגן: התפשטות
עד מהרה הפכו מדענים ומהנדסים לפיתוי על ידי הטבע המסתורי שהחלו לבחון את האפשרויות לשימוש ברנטגן. הרואנטגן (ר) יהפוך ליחידה המנותקת כעת של מדידת חשיפת קרינה שתוגדר ככמות החשיפה הנחוצה ליצירת יחידה חיובית ושלילית אחת של מטען אלקטרוסטטי לאוויר יבש.
הפקת תמונות של מבני השלד והאיברים הפנימיים של בני אדם ויצורים אחרים, מנתחים וחוקרים רפואיים יצרו טכניקות חדשניות להבנת גוף האדם או להבין איפה הכדורים נמצאים בחיילים פצועים.
בשנת 1896 כבר השתמשו המדענים בטכניקות בכדי להבין אילו סוגים של צילומי רנטגן עשויים לעבור. למרבה הצער, הצינורות המייצרים קרני רנטגן היו מתפרקים תחת כמויות המתח הגדולות הדרושות למטרות תעשייתיות עד שפופרות הקולידג 'האמריקאיות ויליאם ד. קולידג' מ -1913 השתמשו בנימה טונגסטן לצורך הדמיה מדויקת יותר בשדה החדש שנולד ב- רדיולוגיה. עבודת קירורידס טחנה את צינורות הרנטגן היטב במחקר הפיזיקה.
העבודה התעשייתית המריאה עם ייצור נורות, נורות פלורסנט וצינורות ואקום. מפעלי ייצור ייצרו צילומי רנטגן, תמונות רנטגן, של צינורות פלדה כדי לאמת את המבנים וההרכב הפנימיים שלהם. בשנות השלושים של המאה העשרים ייצרה חברת החשמל הכללית מיליון גנרטורים לרנטגן לרדיוגרפיה תעשייתית. האגודה האמריקאית למהנדסי מכונות החלה להשתמש בצילומי רנטגן לצורך מיזוג כלי לחץ מרותכים זה לזה.
אפקטים בריאותיים שליליים ברנטגן
בהתחשב בכמות האנרגיה של קרני הרנטגן שארוזות אורך הגל הקצר שלהם ותדירויות גבוהות, כאשר החברה אימצה קרני רנטגן בתחומים ודיסציפלינות שונות, החשיפה לקרני רנטגן תגרום לאנשים לחוות גירוי בעיניים, אי ספיקת איברים וכוויות בעור, לפעמים אפילו וכתוצאה מכך אובדן גפיים וחיים. אורכי גל אלה של הספקטרום האלקטרומגנטי עלולים לשבור קשרים כימיים שיגרמו למוטציות ב- DNA או לשינויים במבנה המולקולרי או בתפקוד התא ברקמות חיות.
מחקרים עדכניים יותר בנושא צילומי רנטגן הראו כי מוטציות וסטיות כימיות עלולות לגרום לסרטן, ומדענים מעריכים כי 0.4% ממקרי הסרטן בארצות הברית נגרמים על ידי סריקות CT. כאשר צילומי הרנטגן עלו בפופולריות, החלו החוקרים להמליץ על רמות מינון רנטגן שנחשבו לבטוחות.
כאשר החברה אימצה את כוחם של צילומי הרנטגן, החלו רופאים, מדענים ואנשי מקצוע אחרים להביע את דאגתם מההשפעות הבריאותיות השליליות של צילומי הרנטגן. כאשר החוקרים הבחינו כיצד צילומי רנטגן יעברו בגוף מבלי לשים לב כיצד הגלים פקדו אזורים בגוף באופן ספציפי, לא הייתה להם סיבה מועטה להאמין כי צילומי הרנטגן עלולים להיות מסוכנים.
בטיחות רנטגן
למרות ההשלכות השליליות של טכנולוגיות הרנטגן על בריאות האדם, ניתן לשלוט על השפעותיהן ולשמור עליהן כדי למנוע פגיעה או סיכון מיותר. בעוד שסרטן משפיע באופן טבעי על אחד מכל חמישה אמריקנים, סריקת CT בדרך כלל מעלה את הסיכון לסרטן בשיעור של .05 אחוזים, וחלק החוקרים טוענים כי חשיפה נמוכה לרנטגן עשויה אפילו לא לתרום לסיכון של אנשים לסרטן.
גוף האדם אפילו כולל דרכים מובנות לתיקון נזקים הנגרמים כתוצאה ממינונים נמוכים של קרני רנטגן, כך עולה ממחקר שפורסם בכתב העת האמריקני לאונקולוגיה קלינית, והציע כי סריקת רנטגן אינה מהווה סיכון משמעותי כלל.
ילדים נמצאים בסיכון גבוה יותר לסרטן מוח ולוקמיה כאשר הם נחשפים לצילומי רנטגן. מסיבה זו, כאשר ילד עשוי לדרוש סריקת רנטגן, רופאים ואנשי מקצוע אחרים דנים בסיכונים עם האפוטרופוסים ממשפחת הילדים בכדי לספק הסכמה.
צילומי רנטגן על DNA
חשיפה לכמויות גבוהות של צילומי רנטגן עלולה לגרום להקאות, דימומים, עילפון, אובדן שיער ואובדן עור. הם יכולים לגרום למוטציות ב- DNA מכיוון שיש להם מספיק אנרגיה כדי לשבור קשרים בין מולקולות DNA.
עדיין קשה לקבוע אם מוטציות ב- DNA כתוצאה מקרינת רנטגן או מוטציות אקראיות של ה- DNA עצמו. מדענים יכולים לחקור את טיב המוטציות כולל הסתברותם, אטיולוגיה ותדירותם בכדי לקבוע אם הפסקות בגדול הכפול ב- DNA היו תוצאה של קרינת רנטגן או מוטציות אקראיות של ה- DNA עצמו.