Radiatiile X

Radiatiile X sunt de natura electromagnetica, deosebindu-se de lumina  prin lungimea de unda mai mica.

         Radiatiile electromagnetice sunt produse prin oscilatia  sau  acceleratia  unei  sarcini  electrice.Undele electromagnetice au atat componente electrice cat si magnetice. Gama radiatiilor electromagnetice  este foarte larga: unde cu frecventa foarte inalta  si lungime  mica sau  frecventa foarte joasa  si lungime mare.

         Lumina vizibila constituie numai   o parte din  spectrul  undelor electromagnetice. In ordine descrescatoare de frecventa, spectrul undelor electromagnetice se compune din: radiatii  gama, radiatii X, radiatii ultraviolete, lumina vizibila, radiatii infrarosii, microunde si unde radio.

         Undele  electromagnetice nu au nevoie de mediu  pentru  a se transmite. Astfel, lumina si  undele radio pot circula in spatial interplanetar si interstelar, la soare si stele, pana la Pamant. Indiferent de  frecventa  si lungimea de unda, undele electromagnetice au o viteza de  299.792km/s in vid. Lungimea si frecventa undeleor electromagnetice sunt importante in determinarea efectului termic, al vizibilitatii, al  penetrarii  si  a altor caracteristici.

            Radiatiile X sunt radiatii electromagnetice penetrante, cu  lungime de unda mai scurta  decat a luminii si  rezulta prin bombardarea unei tinte de tungsten cu electroni cu  viteza mare. Au fost descoperite intamplator in anul 1895 de fizicianul german Wilhem Conrad Roentgen, in timp ce facea experimente de descarcari electrice in  tuburi  vidate, respectiv  el  a  observat ca din locul unde razele catodice cadeau pe sticla tubului razbeau in exterior raze cu insusiri  deosebite; aceste raze strabateau corpurile, impresionau placutele fotografice, etc. El le-a numit raze X deoarece natura lor era necunoscuta. Ulterior au fost numite raze (radiatii) Roentgen, in cinstea  fizicianului care le-a descoperit.

Natura  radiatiilor X

         Radiatiile X sunt radiatii electromagnetice cu o putere de penetrare indirect proportionala cu lungimea de unda. Cu cat lungimea de unda este mai mica, cu atat  puterea de penetrare este mai mare. Razele mai lungi, apropiate de banda razelor ultraviolete sunt cunoscute sub denumirea de radiatii moi. Razele mai scurte , apropiate de radiatiile gama, se numesc raze x  dure.

         Radiatiile X se produc cand electronii cu viteza mare lovesc un obiect material. O mare parte din energia electronilor  se transforma in caldura iar  restul se transforma in raze x, producand modificari in atomii  tintei, ca rezultat al impactului.

Radiatia emisa nu este monocromatica ci este compusa dintr-o gama larga de lungimi de unda.

            Primul tub care a produs raze X  a  fost  conceput  de  fizicianul  William  Crookes. Cu un tub de sticla partial vidat, continand  doi electrozi prin care trece curent electric. Ca rezultat al ionizarii, ionii pozitivi lovesc catodul si provoaca iesirea electronilor din catod. Acesti electroni, sub forma unui fascicul de raze catodice, bombardeaza peretii de sticla ai tubului si rezulta razele X. Acest  tub produce numai  raze X  moi, cu energie scazuta.

         Un tub catodic imbunatatit, prin introducerea unui catod curbat pentru focalizarea  fasciculului de electroni pe  o tinta din metal greu, numita anod, produce  raze X mai dure, cu lungimi de unda mai scurte si energie mai mare. Razele X produse, depind de presiunea gazului din tub.      

         Urmatoarea imbunatatire a fost realizata de William David Coolidge in 1913 prin inventarea tubului de raze X cu catod incalzit. Tubul este vacuumat iar catodul emite electroni prin incalzire cu un curent electric auxiliar. Cauza emiterii electronilor nu este bombardarea cu ioni, ca in cazurile precedente. Accelerarea procesului de emitere a electronilor se face prin aplicarea unui current electric de inalta tensiune, prin tub. Cu cat creste voltajul, scade lungimea de unda a radiatiei.

         Fizicianul american Arthur Holly Compton (1892 – 1962), laureat al Premiului Nobel, prin studiile sale a descoperit  asa numitul effect Compton  in anul 1922. Teoria sa demonstreaza  ca lungimile de unda  ale radiatiilor X si gama cresc atunci  cand fotonii care le formeaza  se ciocnesc de electroni. Fenomenul  demonstreaza si  natura corpusculara a razelor X.

Proprietatile radiatiilor X

         Radiatiille X impresioneaza solutia fotografica, ca si lumina. Absorbtia radiatiilor  depinde de densitatea si de greutatea atomica. Cu cat greutatea atomica este mai mica, materialul este mai usor patruns de razele X. Cand corpul uman este expus la radiatiii X, oasele, cu greutate atomica mai mare  decat  carnea, absorb in mai  mare masura radiatiile si

apar umbre mai pronuntate pe film. Radiatiile cu neutroni se folosesc in anumite tipuri de radioagrafii, cu  rezultate total opuse: partile intunecate de pe film sunt cele mai  usoare.

         Radiatiile X provoaca fluorescenta anumitor materiale, cum ar fi platinocianidul de bariu si sulfura de zinc. Daca filmul fotografic este inlocuit cu un ecran tratat cu un asemenea material, structura obiectelor opace poate fi observata direct. Aceasta tehnica se numeste fluoroscopie.

         Alta caracteristica importanta este puterea de ionizare, care depinde de lungimea de unda. Capacitatea  razelor X monocromatice de a ioniza, este direct proportionala cu energia lor. Aceasta proprietate ne ofera o metoda de masurare a energiei razelor X. Cand razele X trec printr-o camera de ionizare, se produce un curent electric proportional cu energia fasciculului incidental. De asemenea, datorita capacitatii  de ionizare, razele X pot fi vazute intr-un nor. Alte proprietati: difractia, efectul  fotoelectric, efectul Compton si altele.

Aplicatiile  radiatiilor X

Principalele utilizari: cercetari  stiintifice, industrie, medicina.

Studiul radiatiilor X a jucat un rol vital in fizica, in special in dezvoltarea mecanicii  cuantice. Ca mijloc de cercetare, radiatiile X au permis fizicienilor sa confirme experimental teoria cristalografiei. Folosind metoda difractiei, substantele cristaline pot fi identificate si structura lor determinate. Metoda poate fi aplicata si la pulberi, care nu au  structura cristalina, dar o structura moleculara regulata. Prin aceste mijloace se pot identifica compusi chimici si se poate stabili marimea particulelor ultramicroscopice. Prin spectroscopie cu raxe X se pot identifica elementele  chimice si izotopii lor. In afara de aplicatiile din fizica, chimie, mineralogie, metalurgie si biologie, razele X se utilizeaza si in industrie, pentru testarea  nedestructiva a unor aliaje metalice. Pentru asemenea radiografii se utilizeaza Cobalt 60 si Caesium 137.

De asemenea  prin  radiatii X se testeaza anumite faze de productie si  se elimina defectele. Razele X ultramoi se folosesc in determinarea autenticitatii unor lucrari de arta sau la restaurarea unor picturi. In medicina, radiografele sau fluoroscoapele sunt mijloace de  diagnosticare. In radiotarapie se utilizeaza  in tratamentul cancerului. Aparatul  computerizat, tomograful axial (scanner CAT sau CT) a fost inventat in 1972 de inginerul eletronist Godfrey Hounsfield si a  fost  pus in aplicare pe scara larga  dupa anul 1979.