پرتو ایکس (X-Rays)، در فیزیک (Physics)

انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :

پرتو ایکس (X-Rays) :

پرتو ایکس (اشعه ایکس) امواج الکترومغناطیسی با طول موج بسیار کوتاه (0.01 تا 10 نانومتر) و انرژی بالا هستند. این پرتوها در سال 1895 توسط ویلهلم کنراد رونتگن به طور تصادفی کشف شدند و او به دلیل این کشف، اولین جایزه نوبل فیزیک را در سال 1901 دریافت کرد. پرتو ایکس توانایی نفوذ در مواد مختلف، از جمله بافت های نرم بدن، را دارد، اما توسط مواد متراکم تر مانند استخوان و فلزات بیشتر جذب می شود. این ویژگی باعث کاربرد گسترده آنها در پزشکی برای تصویربرداری از استخوان ها و تشخیص شکستگی ها و بیماری ها شده است.

تولید پرتو ایکس: پرتو ایکس معمولا در لامپ های اشعه ایکس (X-ray tubes) تولید می شود. در این لامپ ها، الکترون ها با ولتاژ بسیار بالا (ده ها تا صدها کیلوولت) شتاب داده شده و به یک هدف فلزی (معمولا تنگستن یا مولیبدن) برخورد می کنند. دو مکانیسم اصلی برای تولید پرتو ایکس وجود دارد: 1. تابش ترمزی (Bremsstrahlung): وقتی الکترون های پرسرعت در میدان الکتریکی هسته اتم های هدف منحرف و کند می شوند، انرژی خود را به صورت پرتو ایکس با طیف پیوسته تابش می کنند. 2. پرتوهای مشخصه (Characteristic X-rays): الکترون های پرسرعت می توانند الکترون های لایه های داخلی اتم های هدف را بیرون بیندازند. وقتی الکترون های لایه های بالاتر جای خالی را پر می کنند، پرتو ایکس با طول موج مشخص (وابسته به نوع ماده هدف) گسیل می شود.

برهم کنش با ماده: پرتو ایکس با ماده از راه های مختلفی برهم کنش دارد: - اثر فوتوالکتریک (Photoelectric effect): پرتو ایکس جذب شده و یک الکترون از اتم خارج می شود. این اثر در مواد با عدد اتمی بالا (مانند استخوان و فلزات) غالب است و مبنای تصویربرداری پزشکی است. - پراکندگی کامپتون (Compton scattering): پرتو ایکس با الکترون برخورد کرده و با انرژی کمتر و تغییر مسیر پراکنده می شود. این اثر در بافت های نرم غالب است. - تولید زوج (Pair production): در انرژی های بسیار بالا (بالای 1.022 MeV)، پرتو ایکس می تواند به یک الکترون و یک پوزیترون تبدیل شود.

کاربردها: 1. پزشکی: رادیوگرافی (عکس برداری ساده)، ماموگرافی (تصویربرداری پستان)، فلوروسکوپی (تصویربرداری زنده)، سی تی اسکن (مقطع نگاری کامپیوتری). 2. صنعت: بازرسی جوش ها، تشخیص ترک ها و عیوب داخلی در قطعات فلزی (آزمایش غیرمخرب RT)، بازرسی چمدان ها در فرودگاه ها. 3. علم مواد: کریستالوگرافی اشعه ایکس (XRD) برای تعیین ساختار بلوری مواد، طیف سنجی پراکندگی انرژی (EDS) برای تعیین ترکیب عنصری. 4. امنیت: اسکنرهای ایکس ری در فرودگاه ها و مراکز حساس.

خطرات پرتو ایکس: پرتو ایکس یک پرتو یونیزان است و می تواند به DNA سلول ها آسیب برساند و خطر سرطان را افزایش دهد. میزان دوز دریافتی در تصویربرداری پزشکی معمولا کم است و فواید تشخیصی آن بسیار بیشتر از خطرات آن است. با این حال، باید از تابش غیرضروری به ویژه در کودکان و زنان باردار اجتناب کرد. متخصصان رادیولوژی با استفاده از محافظ‌های سربی (پیش بند، دیوارهای سربی) و رعایت اصول حفاظت در برابر اشعه، خود را در برابر پرتو ایکس محافظت می کنند.