Како израчунати рендгенску енергију

Садржај

• Кс-зраци као таласи
• Кс-зраке као честице
• Коришћење рендгенске енергије
• Кс-зраке у практичним апликацијама
• Кс-зраке у медицини
• Историја рендгенских зрака: Почетно
• Историја рендгенских зрака: Ширење
• Рендгенски негативни утицаји на здравље
• Безбедност рендгенских зрака
• Кс-зраци на ДНК

Општа формула за енергију појединачног фотона електромагнетног таласа, као што је рендгенски снимак, је дата од стране Планцкс једначина: Е = хν, у којој енергије Е у Јоулесу једнак је производу Планцксове константе х (6.626 × 10 ⁻³⁴ Јс) и фреквенцију ν (изговара се „ну“) у јединицама с_^-1_. За одређену фреквенцију електромагнетног таласа, можете израчунати припадајућу енергију рендгенских зрака за један фотон користећи ову једначину. Примењује се на све облике електромагнетног зрачења укључујући видљиву светлост, гама зраке и Кс-зраке.

••• Сиед Хуссаин Атхер

Планкова једначина зависи од таласних својстава светлости. Ако замишљате светлост као талас као што је приказано на горњем дијаграму, можете замислити да он има амплитуду, фреквенцију и таласну дужину као што може бити океански талас или звучни талас. Амплитуда мери висину једног гребена као што је приказано и генерално одговара светлини или интензитету таласа, а таласна дужина мери хоризонталну удаљеност коју покрива цео циклус таласа. Фреквенција је број пуних таласних дужина који сваке секунде пролазе кроз дату тачку.

Кс-зраци као таласи

••• Сиед Хуссаин Атхер

Као део електромагнетног спектра, можете одредити фреквенцију или таласну дужину Кс-зрака када знате једно или друго. Слично је са Планцксовом једначином, ова фреквенција ν електромагнетног таласа се односи на брзину светлости ц, 3 к 10^-8 м / с, са једначином ц = λν у коме је λ таласна дужина таласа. Брзина светлости остаје константна у свим ситуацијама и примерима, тако да ова једначина показује колико су фреквенција и таласна дужина електромагнетног таласа обрнуто пропорционалне једна другој.

На горњем дијаграму приказане су различите таласне дужине различитих типова таласа. Кс-зраци леже између ултраљубичастог (УВ) и гама зрака у спектру, тако да својства таласне дужине и фреквенције падају између њих.

Краће таласне дужине указују на већу енергију и учесталост који могу представљати ризик за здравље људи. Сунчана крема која блокира УВ зраке и заштитни омотач и штитници олова који спречавају Кс-зраке да уђу у кожу демонстрирају ту моћ. Гама зраци из свемира на сву срећу апсорбују Земљину атмосферу, спречавајући их да наштете људима.

Коначно, учесталост може бити повезана са периодом Т у секунди са једначином Т = 1 / ф. Ова својства рендгенских зрака могу се применити и на друге облике електромагнетног зрачења. Рендгенско зрачење показује тачно таласна својства, али такође и својства слична честицама.

Кс-зраке као честице

Поред понашања налик таласима, Кс-зраци се понашају као ток честица као да се један талас рендгенских зрака састоји од једне честице која се после судара са предметима и приликом судара апсорбује, рефлектира или пролази кроз њих.

Због тога што Планцксова једнаџба користи енергију у облику појединачних фотона, научници кажу да се електромагнетски таласи свјетлости „квантизирају“ у те „пакете“ енергије. Израђени су од специфичних количина фотона које носе дискретне количине енергије зване кванта. Како атоми апсорбују или емитују фотоне, они повећавају енергију или је губе. Та енергија може бити у облику електромагнетног зрачења.

Године 1923. амерички физичар Виллиам Дуане објаснио је како ће рендгенски зраци дифрактовати у кристалима кроз таква понашања слична честицама. Дуане је користио квантизирани пријенос импулса из геометријске структуре дифракцијског кристала да објасни како би се различити рендгенски таласи понашали приликом проласка кроз материјал.

Рендгенски зраци, попут других облика електромагнетног зрачења, показују ову дуалност честица таласа која омогућава научницима да опишу њихово понашање као да су истовремено честице и таласи. Они теку попут таласа са таласном дужином и фреквенцијом, истовремено испуштајући количине честица као да су зраке честица.

Коришћење рендгенске енергије

Названа по њемачком физичару Маквеллу Планцку, Планцксова једначина налаже да се светлост понаша на овај таласан начин, а светлост такође показује својства налик честицама. Та дуалност светлости честица таласа значи да, иако енергија светлости зависи од њене фреквенције, она и даље долази у дискретним количинама енергије које диктирају фотони.

Када фотони рендгенских зрака дођу у контакт са различитим материјалима, неки од њих апсорбују материјал, док други пролазе. Рендгенски зраци који пролазе кроз лекаре стварају унутрашње слике људског тела.

Кс-зраке у практичним апликацијама

Медицина, индустрија и разна подручја истраживања кроз физику и хемију користе Кс-зраке на различите начине. Истраживачи медицинског снимања користе Кс-зраке за креирање дијагнозе за лечење стања у људском телу. Радиотерапија има примену у лечењу рака.

Индустријски инжењери користе рендгенске зраке како би осигурали да метали и други материјали имају одговарајућа својства потребна за сврхе као што су препознавање пукотина на зградама или стварање структура које могу издржати велике количине притиска.

Истраживање рендгенских зрака у синхротронским погонима омогућава компанијама да производе научне инструменте који се користе у спектроскопији и снимањима.Ови синхротрони користе велике магнете за савијање светлости и присиљавају фотоне да праве таласне путање Када се рендгенски зраци убрзавају кружним покретима на тим објектима, њихово зрачење постаје линеарно поларизовано да производе велике количине енергије. Машина затим преусмерава рендген зраке према другим акцелераторима и уређајима за истраживање.

Кс-зраке у медицини

Примена рендгенских зрака у медицини створила је потпуно нове, иновативне методе лечења. Кс-зраке су постале саставни део процеса идентификације симптома у телу захваљујући неинвазивној природи која ће им омогућити дијагнозу без потребе да физички уђу у тело. Рендгенски зраци су такође имали предност вођења лекара приликом уметања, уклањања или модификовања медицинских уређаја унутар пацијената.

Постоје три главне врсте рендгенских снимака које се користе у медицини. Прва, радиографија, слика коштани систем са само малим количинама зрачења. Друга, флуороскопија, омогућава стручњацима да прегледају унутрашње стање пацијента у реалном времену. Медицински истраживачи су то користили да би нахранили пацијенте са баријем како би посматрали рад њиховог дигестивног тракта и дијагностиковали болести и поремећаје једњака.

Коначно, рачунарска томографија омогућава пацијентима да леже испод скенера у облику прстена да би створили тродимензионалну слику унутрашњих органа и структура пацијената. Тродимензионалне слике су сакупљене заједно из многих слика попречног пресека узетих из тела пацијента.

Историја рендгенских зрака: Почетно

Немачки машински инжењер Вилхелм Цонрад Роентген открио је рендгенске зраке док је радио са катодним цеви, уређајем који је испалио електроне за производњу слика. Цев је користила стаклену овојницу која је штитила електроде у вакууму у цеви. Проводећи електричне струје кроз цев, Роентген је приметио како из уређаја емитују различите електромагнетне таласе.

Када је Роентген користио дебели црни папир за заштиту цеви, открио је да цев емитује зелену флуоресцентну светлост, рендгенски зрак, који може проћи кроз папир и напајати друге материјале. Открио је да ће се, када се набијени електрони одређене количине енергије сударају с материјалом, стварати рендгенски зраци.

Називајући их "рентгенима", Роентген се надао да ће ухватити њихову тајновиту, непознату природу. Роентген је открио да може проћи кроз људско ткиво, али не кроз кости и метал. Крајем 1895. године, инжењер је створио слику руку своје супруге помоћу рендгенских зрака, као и слику тегова у кутији, што је уочљив подвиг у историји рендгенских зрака.

Историја рендгенских зрака: Ширење

Убрзо су научници и инжињери постали уверени у рендгенске зраке мистериозна природа почела је са истраживањем могућности за употребу на рендгенима. Тхе Роентген (Р) постала би сада неисправна јединица за мерење изложености зрачењу која би се дефинисала као количина изложености која је потребна да се направи једна позитивна и негативна јединица електростатичког набоја за суви ваздух.

Израђујући слике унутрашњих скелетних и органских структура људи и других бића, хирурзи и медицински истраживачи створили су иновативне технике разумевања људског тела или схватили где су меци смештени у рањеним војницима.

До 1896. године научници су већ примењивали технике да би утврдили кроз које типове материје могу да пролазе рендгенски зраци. Нажалост, цеви које производе рендген зраке би се распадале под великим количинама напона потребним за индустријске сврхе све док 1913. цеви за хлађење америчког инжењера физичара Вилијама Д. Цоолидгеа нису користиле волфрамову филамент за прецизнију визуализацију у тек рођеном пољу радиологија. Рад хлађења ће чврсто уземљити рендгенске цеви у истраживањима физике.

Индустријски радови започели су производњом сијалица, флуоресцентних сијалица и вакуумских цеви. Производна постројења су израђивала радиографске снимке, рендгенске снимке, челичних цеви како би проверили њихове унутрашње структуре и састав. До 1930-их Генерал Елецтриц Цомпани је произвео милион рендгенских генератора за индустријску радиографију. Америчко друштво машинских инжењера почело је да користи рендген зраке за спајање заварених посуда под притиском.

Рендгенски негативни утицаји на здравље

С обзиром на то колико енергије Кс-зрака се пакују са својим кратким таласним дужинама и високим фреквенцијама, док је друштво прихватило Кс-зраке у разним областима и дисциплинама, излагање рендгенским зрацима би изазвало иритацију ока, затајење органа и опекотине на кожи, понекад чак и што резултира губитком удова и живота. Ове таласне дужине електромагнетног спектра могу прекинути хемијске везе које би проузроковале мутације у ДНК или промене у молекуларној структури или ћелијској функцији у живим ткивима.

Новија истраживања рендгенских зрака показала су да ове мутације и хемијске аберације могу узроковати рак, а научници процјењују да 0,4% карцинома у Сједињеним Државама узрокује ЦТ претрагом. Како су Кс-зраке порасле у популарности, истраживачи су почели препоручивати нивое дозе рендгенских зрака које су сматране сигурним.

Док је друштво прихватило снагу рендгенских зрака, лекари, научници и други професионалци почели су изражавати забринутост због негативних утицаја Кс-зрака на здравље. Док су истраживачи приметили како ће рендгенски зраци проћи кроз тело, а да нису пажљиво обраћали пажњу на то како таласи специфично циљају подручја тела, имали су мало разлога да верују да су рендгенски зраци опасни.

Безбедност рендгенских зрака

Упркос негативним импликацијама рендгенских технологија на здравље људи, њихови ефекти се могу контролисати и одржавати ради спречавања непотребне штете или ризика. Док рак природно погађа једног од петог Американца, ЦТ скенирање углавном повећава ризик од рака за 0,05 процената, а неки истраживачи тврде да ниска изложеност рендгену може чак и не допринети појединцима да ризикују од рака.

Људско тело има чак и уграђене начине поправљања штете настале услед малих доза рендгенских зрака, показало је истраживање америчког часописа за клиничку онкологију, а указује да рендгенске претраге уопште не представљају значајан ризик.

Деца су изложена већем ризику од рака мозга и леукемије ако су изложена рендгену. Из тог разлога, када детету може бити потребан рентгенски преглед, лекари и други професионалци разговарају о ризицима са старатељима дечије породице како би дали сагласност.

Кс-зраци на ДНК

Изложеност великим количинама рендгенских зрака може резултирати повраћањем, крварењем, несвестим, губитком косе и губитком коже. Могу изазвати мутације у ДНК јер имају довољно енергије да прекину везе између молекула ДНК.

Још увек је тешко утврдити да ли су мутације у ДНК последица рентгенског зрачења или случајне мутације саме ДНК. Научници могу да проуче природу мутација, укључујући њихову вероватноћу, етиологију и учесталост да би утврдили да ли је прекид ДНК у два ланца последица рендгенског зрачења или случајних мутација саме ДНК.