اشعه X

پرتو ایکس یا اشعه ایکس (اشعه رونتگن) نوعی از امواج الکترومغناطیس با طول موج حدود ۱۰ تا ۱۰-۲ آنگستروم است که در بلورشناسی و عکسبرداری از اعضای داخلی بدن و عکسبرداری از درون اشیای جامد و به عنوان یکی از روش‌های تست غیرمخرب در تشخیص نقص‌های موجود در اشیای ساخته شده (مثلاً در لوله‌هاو…) کاربرد دارد.

تاریخچه

 تصویر دست همسر رونتگن در سال ۱۸۹۶پرتو ایکس در سال ۱۸۹۵ توسط ویلهلم کنراد رونتگن (رنتگن)، فیزیکدان آلمانی کشف شد و به دلیل ناشناخته بودن ماهیت آن، پرتو ایکس نامیده شد. یعنی با قرار دادن آن در میدان های مغناطیس و الکتریکی به یچ وجه منحرف نشد . این اشعه قدرت نفوذ بسیاری دارد و تقریبا از هر چیزی به جز استخوان و فلز می گذرد . اولین عکس پرتو ایکس از دست همسر رونتگن گرفته شد که انگشتر او به خوبی در عکس مشخص است . این گمان که پرتوهای ایکس، امواج الکترومغناطیس با طول موج بسیار کوتاهند، به کمک یک آزمایش پراش دوگانه که در سال ۱۹۰۶ توسط سی.گ.بارکلا انجام گرفت، تائید شد.

اثبات قطعی ماهیت موجی پرتو ایکس در سال ۱۹۱۲ به وسیلهٔ فون لاوه ارائه شد.

انواع پرتو ایکس

پرتو ایکس تکفام (تک رنگ): پرتو ایکسی که فقط دارای یک طول موج خاص است را پرتو ایکس تکفام می‌نامند.

پرتو ایکس سفید (پیوسته): پرتو ایکسی که تکفام نبوده و دارای طول موج‌هایی در بازهٔ λ۱ تا λ۲ است.

روش‌های تولید

 برای این بخش از این مقاله منابع لازم نیامده‌است. لازم است بر طبق اصول اثبات‌پذیری و شیوه‌نامهٔ ارجاع به منابع منبعی برای آن ذکر شود. مطالب بی‌منبع احتمالاً در آینده حذف خواهند شد.

 در هنگام برخورد الکترونهای با سرعت بالا به فلزات، الکترون‌های لایه‌های پایین‌تر به لایه‌های بالاتر منتقل شده (اتم‌ها برانگیخته می‌شوند) و در هنگام برگشت الکترون‌ها به حالت پایه انرژی مازاد را به صورت پرتو ایکس گسیل می‌کنند. بنابراین هر لامپ تولید پرتو ایکس باید شامل:

منبع الکترون

میدان شتاب‌دهنده به الکترونها هدف فلزی باشد. به علاوه از آنجایی که قسمت عمدهٔ انرژی جنبشی الکترونها هنگام برخورد به فلز هدف، به حرارت تبدیل می‌شود، معمولاً فلز هدف را با آب خنک می‌کنند تا ذوب نشود.

لامپ‌های گازی: این لامپ‌ها همانند لامپ پرتو ایکس اولیه‌ای هستند که رونتگن ساخته بود و امروزه چندان کاربردی ندارند. در این لامپ‌ها الکترون از یونش مقدار اندکی گاز موجود در لامپ تقریباً تخلیه شده به وجود می‌آید.

ایمنی

پرتو ایکس برای انسان بسیار خطرناک است و می‌تواند آسیب‌های زیستی قابل توجهی را پدید آورد. این آسیب‌ها در انسان شامل سوختگی، بیماری ناشی از دریافت تابش بیش از حد و اثرات ژنتیکی می‌باشند.

پراش اشعه ایکس

پراش (تفرق) اشعه ایکس روشی برای مطالعهٔ ساختار مواد بلوری است که در سال ۱۹۱۲ میلادی توسط فون لاوه کشف شد و توسط ویلیام هنری براگ و ویلیام لورنس براگ برای بررسی بلورها بکار گرفته شد.

اشعه‌های ایکسی که برای پراش استفاده می‌شوند، معمولاً طول موجی در حدود ۰/۵ الی ۲/۵ آنگستروم دارند.

این روش بر پایهٔ خاصیت موجی اشعه ایکس استوار است. هستهٔ اتم‌ها در یک شبکهٔ کریستالی به فاصلهٔ کمی (در حدود چند آنگستروم) از یکدیگر قرار گرفته‌اند. بازتابش اشعهٔ ایکس از این صفحات متوالی منجر به تداخل سازنده یا ویرانگر امواج ایکس می‌شود. در صورتی که امواج تداخل سازنده داشته باشند، با استفاده از فرمول براگ می‌توان فاصلهٔ صفحات کریستالی و در نتیجه اندازه و نوع سلول واحد را بدست آورد.

قانون براگ   nλ=۲dsinθ

که در این فرمول d فاصلهٔ بین صفحات کریستالی، θ زاویهٔ برخورد پرتو تابشی به صفحهٔ اتمی، λ طول موج اشعه ایکس تابشی و n یک عدد صحیح است که معمولاً ۱ در نظر گرفته می‌شود

معرفی اشعه X :

اشعه x در سال ۱۸۹۵ توسط رونتگن کشف گردید و امروزه سه کاربرد مهم دارد که عبارتند از:

۱- رادیوگرافی اشعه x برای تهیه تصویر از مواد اپک- شفاف. اساس این روش بر پایه ارتباط بین چگالی مواد و جذب X-ray می‌باشد. از این روش در پزشکی و کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود.

۲- کریستالوگرافی اشعه x که بر پایه ماهیت دوگانه ذره- موج اشعه‌ x عمل کرده و اطلاعاتی درباره ساختار مواد کریستالین ارائه می‌دهد.
۳-  اسپکترومتری فلوئورسانس اشعه x که براساس تشعشع ثانویه ویژه ساطع شده از موادی که توسط یک منبع اشعه x دارای انرژی بالا برانگیخته شده‌اند، عمل می‌کند و کاربرد اصلی آن اندازه‌گیری مقادیر عناصر ویژه در مواد می‌باشد (Connolly, 2005).

تولید اشعه x:

منبع (source) تولید اشعه‌های x، یک لامپ (tube) تحت خلاء است. جریانی (بر حسب mA) برای گرم کردن فیلامنت تنگستنی درون لامپ به کار می‌رود. با گرم شدن فیلامنت الکترون ساطع می‌شود. هر چه جریان بیشتر شود تعداد الکترونهای ساطع شده افزایش می‌یابد. یک ولتاژ بالا، حدود keV 60- 15، برای شتاب دادن به الکترونها در درون لامپ برقرار است. آب خنک کننده (معمولاً حدود C 20) جهت خنک کردن آند، درون لامپ می‌چرخد. الکترونها به هدف (آند)، که یک فلز خالص است، برخورد می‌کنند. برخورد الکترونها به هدف (آند) باعث تولید اشعه x می‌گردد. اشعه‌های x تولید شده از پنجره‌های نازک بریلیمی(Be) لامپ خارج می‌شوند (Connolly, 2005; Flohr, 2000 and DoitPoms).

اشعه‌های x تشعشعات الکترومغناطیس با طول موج بین nm 01/0 و nm 10 (کوتاهتر از طول موج اشعه ماورای بنفش و بلندتر از تشعشع گاما) هستند. فضای اتمهای مجاور در یک ساختار کریستال حدود nm 3/0 است . طول موج اشعه x استفاده شده برای پراش بین ۷/۰ و Aº  ۳/۲ می‌باشد. اشعه‌های x پزشکی دارای طول موج کوتاهتری می‌باشند (Connolly, 2005). بنابراین طول موج اشعه‌های x اندازه‌ای مشابه با فضای اتمی کریستال دارند. Max Van Laue در ۱۹۱۲ تشخیص داد که نمونه کریستالین می‌تواند اشعه x را پراش دهد و مدت زمان کوتاهی پس از او W.L. Bragg ارتباط زاویه پراش با فضای بین صفحه‌ای را نشان داد (Wikipedia, 2006).

مشخصه‌های بارز اشعه ایکس

بزرگی جریان لامپ بر پخش طول موج اشعه ایکس تولید شده تأثیر ندارد. اما بر روی شدت پرتو موثر است.

طول موج اشعه ایکس یا اشعه گاما بسیار مهم است. با کاهش طول موج ، نفوذپذیری پرتو به درون محیط افزایش می‌یابد. به بیان دیگر در مقایسه با پرتوی با طول موج بزرگتر ، پرتوی با طول موج بسیار کوتاه قادر به نفوذ به ماده معینی با ضخامت بیشتر و یا چگالی بیشتر خواهد بود. بنابراین ، اگر حداقل طول موج پرتو تولید شده با افزایش ولتاژ لامپ کاهش یابد، نفوذپذیری پرتو افزایش خواهد یافت.

بررسی کمی اشعه ایکس

پرتو ناشی از لامپ ۲۰۰ کیلوولتی به درون فولادی به ضخامت حدود ۲۵mm نفوذ می‌کند.

اگر ولتاژ لامپ به ۱Mv افزایش یابد، پرتو به درون فولادی به ضخامت حدود ۱۳۰mm نفوذ خواهد کرد.

حد بالای عملی برای لامپهای اشعه ایکس رایج در حدود ۱۰۰۰Kv است و این امر سبب تولید اشعه ایکس با کوتاهترین طول موج می شود. این پرتو انرژی فوتونی تقریبا برابر ۱Mev دارد.

 پرتو ایکس با انرژی فوتونی تا ۳۰Mev را با استفاده از الکترونهای پرانرژی (الکترونهای سریع) بوجود آمده بوسیله مولد واندوگراف شتاب دهنده خطی یا چشمه بتاترون می‌توان تولید کرد.

نفوذ پذیری اشعه ایکس

نفوذ پذیری پرتوهای ایکس تولید شده از پرتوهای گاما کمتر بوده اما برای پرتوهای ایکس تولید شده در لامپهای اشعه ایکس بوسیله چشمه‌های پرانرژی در خصوص فولاد نیز دیده می‌شود. باید توجه کرد که بیشترین ضخامتهای استفاده از زمانهای پرتودهی چند دقیقه‌ای و فیلمی با سرعت متوسط می‌توان مورد بررسی قرار داد. مقاطع ضعیفتر را با استفاده از زمانهای پرتودهی طولانی و فیلمی با سرعت زیاد می‌توان بازرسی کرد.

نحوه تولید اشعه ایکس

پرتوهای ایکس را بوسیله بمباران هدفی فلزی با باریکه‌ای از الکترونهای سریع تولید می کنند. قطعات اصلی لامپ اشعه ایکس شامل کاتد برای گسیل الکترونها و آند به عنوان هدف می‌باشد، که هر دو درون لامپ خلا جای گرفته‌اند. با توجه به میزان نفوذ اشعه ایکس و فرکانس مربوطه‌اش از لامپهای اشعه ایکس متنوعی در کارهای تحقیقاتی ، پزشکی ، صنعت و … استفاده می‌کنند.

اثرات بیولوژیکی پرتو X

تحقیقات دهه های اخیر مخاطرات پرتوهای یونساز را بطور قطع روشن کرده است . برهمین اساس امروزه اثرات بیولوژیکی پرتوهای یونساز را به سه گروه مختلف طبقه بندی می کنند :

الف ) اثرات قطعی بدنی یا جسمانی : جزو آثار اولیه یا زودرس بوده که وقوع آنها حتمی است . که از سرخی پوست

« Erythema» تا نکروز سلولها و عقب افتادگی رشد زمانی« که حاصل تابش مناطق اپی فیزییال در کودکان است » متفاوت است .

ب ) آثار آماری بدن : همانطور که از نام آنها پیداست آماری بوده که از مهمترین آنها لوسمی « Leukemia » انواع سرطانها و کوتاهی عمر است . نام دیگر این آثار ، آثار دیررسی است .

ج ) اثرات ژنتیکی : اثراتی که در فرزندان و نسل های آینده افراد مورد تابش ظاهر می شوند و ناشی از اثر پرتو بر روی DNA می باشد .

اثر اشعه روی سلولها : به دو عامل مقدار اشعه و نوع سلول بستگی دارد . بطور کلی هر چه زمان تابش اشعه کمتر باشد اثر آن زیادتر است زیرا در طی آن فرصت برای ترمیم سلول وجود ندارد . اثر اشعه در قسمتهای مختلف سلول و همینطور انواع سلول یکسان نمی باشد و همینطور این اثرات در حالات مختلف یک سلول متفاوت می باشد . طبق تجربه هسته سلول ۲۵ بار حساس تر از سیتوپلاسم است از طرفی می دانیم خاصیت تولید مثل مربوط به هسته بوده بنابراین ضایعات آن به مراتب وخیم تر می باشد به علاوه تغییرات هسته برعکس سیتوپلاسم قابل ترمیم نمی باشد . اگر چه همه سلولهای زنده به اشعه X حساسند ولی این حساسیت در آنها متفاوت است . طبق قانون برگونی و توبیوند هرچه فعالیت تقسیم سلولی زیادتر و فاصله آن از زمان تقسیم بعدی بیشتر و عمل فیزیولوژیکی آن نامشخص تر باشد حساسیت آن نسبت به اشعه X بیشتر خواهد بود . در بین موجودات تک سلولی معمولاً باکتریها حساسیت زیادی به اشعه ندارند اما با تابش پرتو X و سایر پرتوهای یونساز می توان کشت میکروبی را استریل کرد و بطور کلی حساسیت میکروبهای بیماری زا خیلی کمتر از سلولهای بدن است و از حساس ترین سلولهای بدن به ترتیب نزولی WBC و RBC موجود در طحال و تیموس و مغز استخوان و سلولهای سمینال و مولد اپیدرم است .باید یادآوری کرد که هر گاه بافتی به هر علت مثلاً آماس به حالت جنینی بازگشت کند حساسیت آن به اشعه زیاد می شود .

اثرات اشعه بر گلبولهای خونی : خود گلبولها در برابر پرتو حساسیت زیاد ندارند اما سلولهای تولید کننده آنها در غدد لنفاوی و طحال و مغز استخوان حساسیت بالایی دارند ودر بین آنها بافت لنفوئید از بقیه حساستر بوده و بافت میلوئید که شامل گلبولهای سفید چند هسته ای است حساسیت کمتری دارد به همین دلیل لکوپنی زودتر از آنمی ظاهر می شود .

اثر اشعه بر سایر بافتها : بافت های همبند دارای حساسیت کم در برابر اشعه هستند و عوارض ایجادی در آنها در نهایت آماس است ، غدد مترشحه نسبت به اشعه حساسیت زیاد داشته و منجر به اختلالاتی در ترشحات آنها می شود صلبیه چشم بخصوص در دوره جنینی به اشعه حساس بوده و در افراد بالغ گاه پس از چند ماه منجر به کاتاراکت می شود .

کم خونی پرنیشیوز ، در اثر تابش طولانی و مکرر اشعه به بدن ، مثلاً در پرتو کارها که در معرض تابش مقادیر کم پرتو بطور مداوم قرار می گیرند اختلالاتی در فرمول خون آنها بروزمی کند که گاهی علامت شروع لوسمی است .

اثر اشعه بر غدد تناسلی : اگر بیضه در معرض تابش قرار گیرد حجم کار آن کم شده و تعداد اسپرماتوزوئیدها نیز کم شده و سپس به کلی از بین می رود اما فعالیت جنسی عادی است . عقیمی ممکن است موقتی یا دائمی باشد . مقادیر کم اشعه که هیچ گونه ضایعه پوستی در بیضه ایجاد نکند ممکن است منجر به عقیمی شود . پرتو X بر تخمدان نیز اثر داشته و منجر به عقیمی موقت یا دائمی می شود ، هر چه فولیکولها به مرحله رسیدگی نزدیکتر باشد به اشعه حساسترند که اگر دوز اشعه کافی نباشد عقمی موقت ایجاد می شود .

جهت جستجو سریع موضوع مقاله ، پرسشنامه ، پاورپوینت و گزارش کارآموزی می توانید از قسمت بالا سمت راست جستجو پیشرفته اقدام نمایید.

همچنین جهت سفارش تایپ ، تبدیل فایل پی دی اف (Pdf) به ورد (Word) ، ساخت پاورپوینت ، ویرایش پایان نامه و مقاله با ما در تماس باشید.