İnsanlığın birçok anıtsal keşiflerinde olduğu gibi, X-ışını teknolojisi tamamen kazara icat edildi. 1895 yılında, Wilhelm Roentgen adlı bir Alman fizikçi denemeler yaparken keşif yaptı elektron ışınları içinde gaz boşaltma borusu. Roentgen, elektron ışını açıldığında laboratuarındaki bir flüoresan ekranın parlamaya başladığını fark etti. Bu tepki çok şaşırtıcı değildi - floresan malzeme normalde elektromanyetik radyasyona tepki olarak parlıyor - ama Roentgen'in tüpü ağır siyah karton ile çevriliydi. Roentgen, bunun radyasyonun çoğunu engellediğini varsaydı.
Roentgen, tüp ve ekran arasında çeşitli nesneler yerleştirdi ve ekran hala parladı. Sonunda elini tüpün önüne koydu ve kemiklerinin silüetini flüoresan ekrana yansıttı. X-ışınlarını keşfettikten hemen sonra, en yararlı uygulamalarını keşfetti.
Roentgen'in olağanüstü keşfi, insanlık tarihindeki en önemli tıbbi gelişmelerden birini meydana getirdi. X-ışını teknolojisi, doktorların kırık kemikleri, boşlukları ve yutulmuş nesneleri olağanüstü bir rahatlıkla incelemek için insan dokuları boyunca doğrudan görmelerini sağlar. Modifiye X-ışını prosedürleri, akciğerler, kan damarları veya bağırsaklar gibi daha yumuşak dokuları incelemek için kullanılabilir.
Bu yazıda, X-ışınlarının makinelerinin bu inanılmaz hileyi nasıl çekeceğini tam olarak öğreneceğiz. Anlaşıldığı gibi, temel süreç gerçekten çok basit.
X-ışınları temelde görünür ışık ışınları ile aynı şeydir. Her ikisi de wavelike formları elektromanyetik enerji fotonlar denilen parçacıklar tarafından taşındı (detaylar için Işık Nasıl Çalışır bakınız). X-ışınları ve görünür ışık ışınları arasındaki fark enerji seviyesi bireysel fotonların. Bu aynı zamanda dalga boyu ışınlarının
Gözlerimiz, görünür ışığın belirli dalga boyuna duyarlıdır, ancak daha yüksek enerji X-ışını dalgalarının daha kısa dalga boyuna ya da düşük enerjili radyo dalgalarının daha uzun dalga boyuna değil.
Görünür ışık fotonları ve X-ışını fotonları hem elektronlar atomlarda. Elektronlar bir atom çekirdeğinin etrafında farklı enerji seviyelerini veya orbitalleri barındırır. Bir elektron daha düşük bir yörüngeye düştüğünde, bir miktar enerji açığa çıkarması gerekir - bir foton biçiminde ekstra enerjiyi serbest bırakır. Fotonın enerji seviyesi, elektronun orbitaller arasında ne kadar düştüğüne bağlıdır. (Bu işlemin ayrıntılı bir açıklaması için bu sayfaya bakın.)
Bir foton başka bir atomla çarpıştığında atomun emmek fotonun enerjisi, bir elektronu daha yüksek bir seviyeye yükselterek. Bunun gerçekleşmesi için fotonun enerji seviyesi maç iki elektron pozisyonu arasındaki enerji farkı. Değilse, foton orbitaller arasında elektronları değiştiremez.
Vücut dokusunu oluşturan atomlar, görünür ışık fotonlarını çok iyi emer. Fotonın enerji seviyesi, elektron konumları arasında çeşitli enerji farklılıklarına uyar. Radyo dalgaları, elektronları büyük atomlardaki orbitaller arasında hareket ettirmek için yeterli enerjiye sahip değildir, bu yüzden çoğu şeyden geçerler. X-ışını fotonları da çoğu şeyden geçer, ama bunun tam tersi için: Çok fazla enerjiye sahiptirler.
|Diğer X-Ray Kullanımları X-ışını teknolojisinin en önemli katkıları, tıp dünyasında olmuştur, ancak X-ışınları, diğer birçok alanda da önemli bir rol oynamıştır. X-ışınları kuantum mekaniği teorisi, kristalografi ve kozmolojiyi içeren araştırmalarda çok önemli olmuştur. Endüstriyel dünyada, X-ışını tarayıcıları genellikle ağır metal ekipmanlarındaki dakika kusurlarını tespit etmek için kullanılır. Ve X-ray tarayıcıları, elbette havaalanı güvenliğinde standart donanım haline geldi.|
Bununla birlikte, bir elektronu bir atomdan tamamen uzaklaştırabilirler. X-ışını fotondan gelen enerjinin bir kısmı elektronu atomdan ayırmak için çalışır ve geri kalanı elektronu uzayda uçurur. Daha büyük bir atomun bu şekilde bir X-ışını fotonu absorbe etme olasılığı daha yüksektir, çünkü daha büyük atomlar orbitaller arasında daha büyük enerji farklılıklarına sahiptir - enerji seviyesi fotonun enerjisine daha yakındır. Elektron orbitallerinin enerjide nispeten düşük sıçramalarla ayrıldığı daha küçük atomlar, X-ışını fotonlarını absorbe etme olasılıklarının daha azdır.
Vücudunuzdaki yumuşak doku, daha küçük atomlardan oluşur ve X-ışını fotonlarını özellikle iyi absorbe etmez. Kemikleri oluşturan kalsiyum atomları çok daha büyüktür; X-ışını fotonlarını emer.
Bir sonraki bölümde, X-ışını makinelerinin bu etkiyi nasıl çalıştırdığını göreceğiz.
Bir X-ray makinesinin kalbi bir elektrot çifti - bir katot ve bir anot cam vakum tüpü. Katot bir ısıtmalı filamanDaha eski bir floresan lambasında bulabileceğiniz gibi. Makine filament üzerinden akımı geçer ve ısıtır. Isı yayıcılar, filament yüzeyinden elektronları uzaklaştırır. Pozitif yüklü anot, düz bir disk tungsten, elektronları tüpten geçirir.
Katot ve anot arasındaki voltaj farkı son derece yüksektir, bu yüzden elektronlar büyük bir kuvvetle tüpün içinden geçerler. Hızlanan bir elektron bir tungsten atomu ile çarpıştığında, atomun alt orbitallerinden birinde bir elektronu sallar. Daha yüksek bir yörüngede bulunan bir elektron, daha düşük enerji seviyesine düşer ve ekstra enerjisini bir foton şeklinde açığa çıkarır.Bu büyük bir düşüştür, bu yüzden foton yüksek bir enerji seviyesine sahiptir - bu bir X-ışını fotonudur.
Serbest elektron tungsten atomuyla çarpışır, bir elektronu alt orbitalden koparır. Daha yüksek bir yörünge elektronu boş pozisyonu doldurur, fazla enerjisini bir foton olarak bırakır.
Serbest elektronlar ayrıca bir atoma çarpmadan fotonlar üretebilirler. Bir atomun çekirdeği, seyrini değiştirecek kadar hızlı bir elektron çekebilir. Güneşin etrafında dalgalanan bir kuyruklu yıldız gibi, elektron yavaşlar ve atomu geçtikçe yön değiştirir. Bu "frenleme" hareketi, elektronun bir X-ışını foton formunda fazla enerjiyi yaymasına neden olur.
Serbest elektron tungsten atom çekirdeğine çekilir. Elektron hızlandıkça, çekirdek onu değiştirir. Elektron, bir X-ışını foton olarak salındığı enerjiyi kaybeder.
|Kontrast Medya Normal bir X-ray görüntüsünde, yumuşak dokuların çoğu açıkça görünmez. Organlara odaklanmak veya dolaşım sistemini oluşturan kan damarlarını incelemek için doktorlar kontrast medya vücuda|
Kontrast medya, X-ışınlarını çevreleyen dokudan daha etkili bir şekilde emen sıvılardır. Sindirim ve endokrin sistemlerinde organları odak haline getirmek için, bir hasta kontrast madde karışımını, tipik olarak bir baryum bileşiğini yutar. Doktorlar kan damarlarını veya dolaşım sistemindeki diğer elemanları incelemek isterlerse, hastanın kan dolaşımına kontrast madde enjekte ederler.
Kontrast medya genellikle bir röntgen perdesi. Floroskopide, X-ışınları vücuttan bir floresan ekrana geçerek hareketli bir X-ray görüntüsü yaratır. Doktorlar kontrast ortamın vücuttan geçmesini izlemek için floroskopi kullanabilirler. Doktorlar ayrıca hareketli X-ray görüntülerini film veya videoda kaydedebilir.
X-ışını üretiminde yer alan yüksek etkili çarpışmalar çok fazla ısı üretir. Bir motor anotu erimesini önlemek için döndürür (elektron ışını her zaman aynı alana odaklanmaz). Zarfı saran serin bir yağ banyosu da ısıyı emer.
Tüm mekanizma kalın bir kurşun kalkanla çevrilidir. Bu, X-ışınlarının her yönden kaçmasını engeller. Ekrandaki küçük bir pencere, X ışını fotonlarının bir kısmının dar bir kirişte kaçmasına izin verir. Kiriş hastaya giden yolda bir dizi filtreden geçer.
Hastanın diğer tarafındaki bir kamera, hastanın vücudundan geçen X-ışını ışığının paternini kaydeder. X-ray kamera, sıradan bir kamera ile aynı film teknolojisini kullanır, ancak X-ışını ışığı görünür ışık yerine kimyasal reaksiyonu durdurur. (Bu süreç hakkında bilgi edinmek için nasıl çalışır?)
Genel olarak doktorlar film görüntüsünü negatif. Yani, daha fazla ışığa maruz kalan alanlar daha koyu görünür ve daha az ışığa maruz kalan alanlar daha açık görünür. Kemik gibi sert materyal beyaz görünür ve yumuşak malzeme siyah veya gri görünür. Doktorlar, X-ışını ışınının yoğunluğunu değiştirerek farklı materyalleri odak haline getirebilirler.
X-ışınları tıp dünyasına harika bir ektir; Doktorların hiç ameliyatsız bir hastanın içinde bulunmasına izin veriyorlar. X-ışınları kullanarak kırık bir kemiğe bir hasta açmaktan çok daha kolay ve daha güvenlidir.
Fakat X-ışınları da zararlı olabilir. X-ışını biliminin ilk günlerinde, birçok doktor hastaları ve kendilerini uzun süre ışınlara maruz bırakacaktı. Sonunda, doktorlar ve hastalar gelişmeye başladı radyasyon hastalığıve tıbbi topluluk bir şeylerin yanlış olduğunu biliyordu.
Sorun şu ki X-ışınları bir çeşit iyonlaştırıcı radyasyon. Normal ışık bir atoma çarptığında, atomu önemli bir şekilde değiştiremez. Fakat bir X-ışını bir atoma çarptığında, atomun elektronlarını keserek iyonelektrik yüklü bir atom. Serbest elektronlar daha fazla iyon oluşturmak için diğer atomlarla çarpışır.
Bir iyonun elektrik yükü, hücrelerin içindeki doğal olmayan kimyasal reaksiyonlara yol açabilir. Diğer şeylerin yanı sıra, yük DNA zincirlerini kırabilir. Bozuk bir DNA dizisi olan bir hücre ya ölecek ya da DNA bir mutasyon geliştirecektir. Bir çok hücre ölürse, vücut çeşitli hastalıklar geliştirebilir. DNA mutasyona uğrarsa, bir hücre kanserli hale gelebilir ve bu kanser yayılabilir. Mutasyon bir sperm veya yumurta hücresindeyse, doğum kusurlarına yol açabilir. Bütün bu risklerden dolayı, doktorlar bugün X-ışınlarını kullanıyor.
Bu risklerle bile, X-ışını taraması hala ameliyattan daha güvenli bir seçenek. X-ışını makineleri, tıpta ve güvenlik ve bilimsel araştırmalarda bir varlık olarak paha biçilemez bir araçtır. Onlar gerçekten tüm zamanların en yararlı icatlarından biridir.
X-ışınları ve X-ışını makineleri hakkında daha fazla bilgi için bir sonraki sayfadaki linklere bakın.
İlgili Makaleler
Daha Büyük Bağlantılar