امروز : سه شنبه, 21 آبان 1398
همه چیز راجع به x-ray(بخش اول)

همچون بسیاری از اکتشافات مهم و بزرگ بشر، فناوری اشعه ایکس کاملا تصادفی اختراع شد. در سال 1895، یک فیزیکدان آلمانی به نام ویلهِلم رونتگِن این اکتشاف را هنگامی انجام داد که مشغول آزمایش کردن پرتوی الکترونی در لوله‌ی تخلیه گاز بود. رونتگِن متوجه شد وقتی که پرتوئ الکترونی روشن بود، صفحه‌ی مهتابی (فلورسنت) درون آزمایشگاهش شروع به درخشیدن می‌کرد. این واکنش به خودی خود خیلی تعجب‌ ‌آور نبود،مواد دارای فلورسنت معمولا در واکنش به تابش الکترومغناطیسی میدرخشند،اما لوله‌ی رونتگن را مقوای مشکی بسیار تیره‌ای احاطه کرده بود. رونتگن فرض کرد که این باعث مسدود شدن اکثر تابش شده باشد.

رونتگن اجسام بسیاری را بین لوله و صفحه قرار داد و صفحه همچنان می‌درخشید. درآخر دستش را جلوی لوله گرفت و دید که سایه‌ی استخوان‌هایش بر روی صفحه‌ی مهتابی منعکس شده است. بلافاصله پس از کشف خود اشعه‌های ایکس، مفید‌ترین کاربردش را کشف کرد.
کشف جالب توجه رونتگن باعث وقوع یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های پزشکی در تاریخ انسانی شد. فناوری اشعه‌ی ایکس به پزشکان اجازه ‌می‌دهد تا دقیقا میان بافت انسان را مشاهده و استخوان‌های شکسته،  حفره‌ها و اجسام بلعیده شده را با سهولت خارقالعا‌ده‌ای بررسی کنند. شیوه‌
های اصلاح شده‌ی کار با اشعه‌ی ایکس را می‌توان برای بررسی بافت های نرم‌تر مانند ریه‌ها، رگ‌های خونی یا روده‌ها استفاده کرد.
در این مقاله پی می‌بریم که دستگاه‌های اشعه ایکس دقیقا چگونه این ترفند باورنکردنی را انجام می‌دهد. از قرار معلوم فرایند اصلی بسیار آسان است.

اشعه‌ی ایکس چیست؟
اشعه‌های ایکس در واقع همان اشعه‌های نور مرئی هستند. هردو، صورت موج‌مانند نیروی الکترومغناطیسی‌ای هستند که به‌وسیله‌ی ذره‌هایی به نام فوتون جا‌به‌جا می‌شوند. تفاوت میان اشعه‌های ایکس و اشعه‌های نور مرئی در سطح انرژی هر فوتون است. از این پدیده همچنین به عنوان طول موج اشعه‌ها نیز یاد می‌شود.
چشمان ما نسبت به طول موج خاص نور مرئی حساس است اما نسبت به طول موج‌های کوتاه‌تر موج‌های اشعه‌ ایکس با نیرو‌ی بیشتر یا طول موجهای بلند‌تر موج‌های رادیویی با نیروی کم‌‌تر اینگونه نیستند.
فوتون‌های نور مرئی و فوتون‌‌های اشعه‌ی ایکس هردو از جنبش الکترون‌های درون اتم تولید می‌شوند. الکترون‌ها سطوح مختلفی از انرژی یا اوربیتال‌ها را دور هسته‌ی اتم به خود اختصاص می‌دهند.
هنگامی‌ که الکترونی به اوربیتال پایین‌تری می‌رود، نیاز به رها‌سازی مقداری انرژی دارد و این انرژی اضافی را به شکل فوتون رها (آزاد) می‌کند. سطح نیروی فوتون به مقدار فاصله‌ی پایین آمدن الکترون میان اوربیتال ها بستگی‌ دارد.

همه چیز راجع به x-ray(بخش اول)

 
وقتی یک فوتون با اتمی دیگر برخور می‌کند، اتم ممکن است نیروی فوتون را از طریق بالا بردن سطع یک الکترون جذب کند. برای اینکه این اتفاق بیفتد، سطح انرژی فوتون باید با اختلاف انرژی بین موقعیت دو الکترون تطابق داشته باشد. اگر اینگونه نباشد، فوتون نمی‌تواند الکترون‌ها را بین اوربیتال‌ها منتقل کند.

اتم‌های تشکیل دهنده‌ی بافت بدن شما فوتون‌های نور مرئی را به خوبی جذب می‌کنند. سطح انرژی فوتون با اختلاف انرژی‌های متعددی میان موقعیت‌های الکترون‌ها سازگاری دارد. امواج رادویی انرژی کافی برای جا به جا کردن الکترون‌ها بین اوربیتال‌ها در اتم‌های بزرگتر را ندارند درنتیجه از اکثر اجسام عبور می‌کنند. فوتون‌های اشعه‌ی ایکس نیز از اکثر چیز‌ها عبور می‌کنند اما به دلیل مخالف: بیش از اندازه انرژی دارند.


دیگر مصارف اشعه‌ی ایکس
مهم‌ترین کمک‌های فناوری اشعه‌ی ایکس در دنیای پزشکی بوده اما اشعه‌های ایکس در زمینه‌های دیگری نیز نقش حیاتی داشته‌اند. اشعه‌های ایکس در تحقیقات تئوری مکانیک کوانتومی، بلورشناسی و کیهان‌شناسی نقش محوری بازی می‌کنند. در دنیای صنعتی، اسکنر‌های اشعه‌ی ایکس غالبا برای تشخیص اشکال‌های ریز در تجهیزات فلز سنگین استفاده ‌می‌شوند. البته که اسکنر‌های اشعه‌ی ایکس از تجهیزات استاندارد امنیت  فرودگاه محسوب می‌شوند.
با این حال آنها می‌توانند یک الکترون را به طور کامل از یک اتم بیرون اندازند. مقداری از انرژی فوتون اشعه‌ی ایکس صرف جدا کردن الکترون از اتم می‌شود و بقیه‌اش الکترون را به فضا پرتاب می‌کند.احتمال اینکه یک اتم بزرگتر‌ فوتون اشعه‌ی ایکس را اینگونه جذب کند زیاد است، زیرا اتم‌های بزرگتر اختلاف انرژی بیشتری بین اوربیتال‌های خود دارند— سطح انرژی با انرژی فوتون تطابق بیشتری دارد. اتم‌های کوچکتر که اوربیتال‌های الکترونی‌شان از طریق اختلافات انرژی کمی از هم جدا شده اند، کمتر احتمال جذب فوتون‌های اشعه‌ی ایکس را دارند.
بافت نرم درون بدن شما از اتم‌های کوچکتر تشکیل شده و درنتیجه به خصوص فوتون‌های اشعه‌ی ایکس را به خوبی جذب نمی‌کند. اتم‌های کلسیم سازنده‌ی استخوان‌های شما خیلی بزرگترند پس فوتون‌های اشعه‌ی ایکس را بهتر جذب می‌کنند.
در بخش بعدی می‌بینیم که دستگاه‌های اشعه‌ی ایکس چگونه از این اثر استفاده ‌می‌کنند.

 

دستگاه اشعه‌ی ایکس
قلب دستگاه اشعه‌ی ایکس یک جفت الکترود است،یک کاتد و یک آند که درون لامپ خلأ شیشه‌ای قرار دارد. کاتد رشته‌ای گرم‌ است که مانند آن را در یک لامپ مهتابی قدیمی‌تر پیدا خواهید کرد. دستگاه جریان را از آن رشته رد و آن را گرم می‌کند. گرما الکترون‌ها‌ی سطح رشته را خنثی می‌کند آند دارای بار مثبت که صفحه‌ای تخت از تنگستن است، الکترون‌ها را در امتداد لامپ خلأ می‌کشد،این لامپ های خلا درون تیوب قرار می گیرند.

 

 

 

اختلاف ولتاژ بین کاتد وآند بسیار زیاد است، در نتیجه الکترون‌ها با فشار خیلی زیادی داخل لامپ خلأ پرواز می‌کنند. وقتی الکترونی با سرعت زیاد با اتم تنگستن برخورد می‌کند،در یکی از اوربیتا‌ل‌های اتم الکترونی را سست می‌کند. الکترونی که در اوربیتال بالا‌تر است بلافاصه به سطح انرژی پایین‌تری می‌آید و انرژی اضافی خود را به شکل فوتون آزاد می‌کند. این تغییر انرژی بزرگ است بنابراین فوتون سطح انرژی بالایی دارد که یک فوتون اشعه‌ی ایکس است.

الکترون آزاد با اتم تنگستن برخورد می کند و یک الکترون را از اوربیتال پایینی بیرون می‌اندازد. الکترون اوربیتال بالاتر جایگاه خالی را پر می‌کند و انرژی اضافی آن به شکل فوتون آزاد می‌شود.

الکترون های آزاد همچنین می‌توانند بدون برخورد با اتم، فوتون تولید کنند. هسته‌ی اتم ممکن است  تنها تا جایی الکترونی با سرعت بالا را جذب کند که باعت تغییر مسیرش شود. مانند شهاب سنگی که به دور خورشید می‌‌چرخد، وقتی الکترون با سرعت از کنار اتم رد می‌شود، سرعتش کم و جهتش عوض می‌شود. این عمل "کند شدن" باعث می‌شود که الکترون انرژی اضافی را به شکل فوتون اشعه‌ی ایکس خارج کند.

 الکترون آزاد جذب هسته‌ی اتم تنگستن می‌شود. وقتی الکترون با سرعت از کنار آن رد می‌شود، هسته جهت آن را عوض می‌کند. الکترون انرژی از می‌دهد که آن را به صورت فوتون اشعه‌ی ایکس آزاد می‌کند.

ماده‌ی حاجب پزشکی
در یک عکس اشعه‌ی ایکس عادی اکثر بافت نرم واضح نشان داده نمی‌شوند. برای متمرکز شدن بر روی اعضا یا بررسی رگ‌های خونی که سیستم گردش خون را تشکیل می‌دهند، پزشکان باید ماده‌ی حاجب را وارد بدن کنند.
ماده حاجب مایعی است که اشعه‌ی ایکس را به طور مؤثرتری نسبت به بافت‌های اطراف جذب می‌کند. برای متمرکز شدن بر روی اعضای گوارشی و سیستم غدد درون ریز، بیمار مخلوطی از ماده حاجب را که معمولا ترکیبی از باریوم است می‌بلعد. اگر پزشکان بخواهند رگ‌های خونی یا عناصر دیگری در سیستم گردش خون را بررسی کنند، ماده‌ی حاجب را به خون بیمار تزریق ‌میکنند.
ماده‌ی حاجب معمولا در تلفیق با دستگاه فلوروسکوپی استفاده می‌شود. در فلوروسکوپی اشعه‌ی ایکس از میان بدن رد شده و به صفحه‌ی فلورسنت برخورد کرده و یک تصویر اشعه‌ی ایکس متحرک را تشکیل می‌دهد. پزشکان ممکن است از فلوروسکوپی برای ردیابی عبور مواد حاجب درون بدن استفاده کنند. آن‌ها همچنین می‌توانند تصاویر متحرک اشعه‌ی ایکس را بر رو‌ی فیلم عکاسی یا ویدیو ضبط کنند.
برخورد‌های با شدت مربوط به تولید اشعه‌ی ایکس را گرمای زیادی تولید می‌کنند. موتوری آند را می‌چرخاند تا از ذوب شدن آن جلوگیری کند ( پرتو‌ی الکترون همیشه برروی ناحیه‌ی یکسانی متمرکز نیست). یک استخر روغن خنک که مخزن را در بر گرفته است نیز گرما را جذب می کند.
دوربینی در سمت دیگر بیمار الگو‌ی نور اشعه‌ی ایکس را که از درون بدن بیمار کاملا رد می‌شود ضبط می‌کند. دوربین اشعه‌ی ایکس از همان فناوری فیلم عکاسی که در دوربین عکاسی معمولی به کار رفته است استفاده ‌می‌کند اما نور اشعه‌ی ایکس به جای نور مرئی باعث به وجود آمدن واکنش شیمیایی می‌شود.
به طور کلی، پزشکان عکس‌های روی فیلم را به صورت نگانیو نگهداری می‌کنند. این به آن معنی است که  قسمت‌هایی که در معرض نور بیشتری قرار گرفته اند، تاریک‌تر از قسمت‌هایی که در معرض نور کم‌تر قرار گرفته‌اند به نظر می‌آیند. مواد سخت مانند استخوان‌، سفید و مواد نرم‌تر سیاه یا طوسی نمایان می‌شوند. پزشکان می‌توانند با تغییر شدت پرتو‌ی اشعه‌ی ایکس بر روی ماده‌های متفاوتی تمرکز کنند.

 

ارسال نظر
عکس خوانده نمی شود