რენტგენის გამოსხივება

რენტგენის გამოსხივება, რენტგენის სხივი — მაიონებელი ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელსაც უკავია სპექტრული არე გამა-გამოსხივებასა და ულტრაიისფერ გამოსხივებას შორის. მისი ტალღის სიგრძე მერყეობს დაახლოებით 0.01 ნმ-დან 10 ნმ-მდე (6989100000000000000♠10⁻¹¹ – 6992100000000000000♠10⁻⁸ მ) ინტერვალში,^[1] რაც შეესაბამება 7019300000000000000♠3×10¹⁹ – 7016300000000000000♠3×10¹⁶ ჰც სიხშირეს და ფოტონის ენერგიას 100 ევ – 100 კევ-ს.

რენტგენის გამოსხივება აღმოაჩინა ვილჰელმ კონრად რენტგენმა. მან პირველმა გამოაქვეყნა სტატია რენტგენის სხივების შესახებ, რომლებსაც მან უწოდა X-სხივები (X-rays). რენტგენის სტატია სახელოწდებით „სხივების ახალი ტიპების შესახებ“ გამოქვეყნდა 1895 წლის 28 დეკემბერს ვიურცბურგის ფიზიკა-მედიცინის საზოგადოების ჟურნალში. მანვე შეისწავლა რენტგენის სხივის თვისებები და შექმნა რენტგენის გამოსხივების პირველი წყარო — რენტგენის მილაკი. რენტგენმა აღმოაჩინა, რომ ხისტი რენტგენული სხივი გადის ზოგიერთ მასალაში და ადამიანის სხეულის რბილ ქსოვილებში (რენტგენული სხივის ამ თვისებამ სწრაფად პოვა გამოყენება მედიცინაში). რენტგენული სხივის ელექტრომაგნიტური ბუნება იწინასწარმეტყველა ჯ. სტოქსმა, ხოლო ექსპერიმენტულად დაადგინა ჩ. ბარკლამ. 1912 წელს გერმანელმა ფიზიკოსებმა მ. ლაუემ, ვ. ფრიდრიხმა და პ. კნიპინგმა აღმოაჩინეს რენტგენული სხივის დიფრაქცია კრისტ მესერზე. 1913 წელს გ. ვულფმა და უ. ლ. ბრეგმა დაადგინეს მარტივი თანაფარდობა დიფრაქციის კუთხესა, რენტგენული სხივის ტალღის სიგრძესა და კრისტალის მეზობელ პარალელურ ატომურ სიბრტყეებს შორის მანძილთან. ეს თანაფარდობა საფუძვლად დაედო რენტგენულ სტრუქტურულ ანალიზს. 20-იანი წლებიდან დაიწყო რენტგენული სპექტრების გამოყენება ნივთიერების ელემენტური ანალიზისათვის, ხოლო 20-იანი წლებიდან — ნივთივრების ელექტრონული ენერგეტიკული სტრუქტურის საკვლევად.

რენტგენის სხივის ყველაზე გავრცელებული წყაროა რენტგენის მილაკი. იყენებენ აგრეთვე ზოგიერთ რადიოაქტიურ იზოტოპს. იზოტოპური წყაროები რენტგენის მილაკებთან შედარებით რამდენიმე რიგით უფრო სუსტი ინტენსიურობის გამოსხივებას იძლევიან, მაგრამ მათი ზომები, მასა და ღირებულება მნიშვნელოვნად ნაკლებია, ვიდრე რენტგენისმილაკებიანი დანადგარებისა. ათეული და ასეული ანგსტრემი ტალღის სიგრძის მქონე რენტგენის სხივების წყაროდ შეიძლება გამოყენებულ იქნეს სინქროტრონები და რამდენიმე გევ ენერგიის მქონე ელექტრონთა დამგროვებლები. სინქროტრონების რენტგენული გამოსხივება 2-3 რიგით უფრო ინტენსიურია, ვიდრე რენტგენის მილაკებისა. რენტგენის სხივის ბუნებრივი წყაროა მზე და სხვა კოსმოსური ობიექტები.

რენტგენის სხივის სპექტრის სახე დამოკიდებულია მათი წარმოშობის მექანიზმზე. სპექტრი შეიძლება იყოს უწყვეტი (მუხრუჭჯა) ან ხაზოვანი (მახასიათებელი). რენტგენის უწყვეტ სპექტრს იძლევა სწრაფი დამუხტული ნაწილაკები სამიზნის ატომებთან ურთიერთქმედების გამო დამუხრუჭების შედეგად. უწყვეტი სპექტრი განსაკუთრებით ინტენსიურია სამიზნის ელექტრონებით დაბომბვის დროს. დამუხრუჭების შედეგად მიღებული რენტგენის სხივის ინტენსურობა განაწილებულია მთელ სპექტრულ ინტერვალში მაღალსიხშირულ $\nu _{0}$ საზღვრამდე, რომლის შესაბამისი ფოტონების ენერგია $h\nu _{0}$ ( $h$ პლანკის მუდმივაა) უდრის დამბომბავი ელექტრონის eU ენერგიას (e არის ელექტრონის მუხტი, U – ამჩქარებელ ველში ელექტრონის მიერ გავლილი პოტენციალთა სხვაობა). ამ სიხშირეს შეესაბამება სპექტრის მოკლეტალღიანი საზღვარი $\lambda _{0}=hc/eU$ (c სინათლის სიჩქარეა).

ხაზოვანი გამოსხივება წარმოიქმნება ატომის ერთ-ერთი შიგა ელექტრონული გარსიდან ელექტრონის ამოგდებით იონიზაციის შედეგად ასეთი იონიზაცია შესაძლებელია ატომების შეჯახებისას დიდი ენერგიის სნაწილაკებთან, მაგალითად, ელექტრონთან (პირველადი რენტგენის სხივი) ან ატომის მიერ ფოტონის შთანთქმისას (ფლოურესცენციური რენტგენის სხივი). იონიზებული ატომი აღმოჩნდება საწყის კვანტურ მდგომარეობაში ენერგიის ერთერთ მაღალ დონეზე და 6984100000000000000♠10⁻¹⁶ – 6985100000000000000♠10⁻¹⁵ წმ შემდეგ გადავა მცირე ენერგიის საბოლოო მდგომარეობაში. ამასთან ატოზს შეუძლია ჭარბი ენერგია გამოასხივოს განსაზღვრული სიხშირის ფოტონის სახით. ასეთი გამოსხივების სპექტრული ხაზების სიხშირე დამახასიათებელია ყოველი ელემენტის ატომებისათვის, ამიტომ უწოდებენ რენტგენის ხაზოვან სპექტრს მახასიათებელს. სპექტრული ხაზის შესაბამისი $\nu$ სიხშირის დამოკიდებულება ელემენტის Z ატომურ ნომერზე გამოისახება მოზლის კანონით. $\nu =AZ+B$ , სადაც A და B ყოველი სპექტრული ხაზისათვის მუდმივი სიდიდეებია.

ნივთიერებასთან ურთიერთქმედებისას რენტგენის სხივი შთაინთქმება და გაიბნევა შთანთქმის ინტენსიურობა სწრაფად იზრდება ნივთიერების Z ატომური ნომრისა λ ტალღის სიგრძის ზრდისას. ცოცხალ ორგანიმზე რენტგენის სხივის ზემოქმედება შეიძლება სასარგებლოც იყოს და მავნეც. ამას განაპირობებს ქსოვილში გამოწვეული იონიზაცია. იმის გამო, რომ რენტგენის სხივის შთანთქმა λ-ზეა დამოკიდებული (იონიზაციის მიზეზი სწორედ შთანთქმაა) ბიოლოგიური ზემოქმედების ზომად არ შეიძლება მივიჩნიოთ გამოსხივების ინტენსიურობა. რენტგენის სხივის ნივთიერებაზე ზემოქმედების რაოდენობრივი აღრიცხვა რენტგენომეტრიის ამოცანაა. ამ ზემოქმედების საზომ ერთეულად მიღებულია რენტგენი.

რენტგენის სხივებს ფართოდ იყენებენ მედიცინაში (რენტგენოლოგია, რენტგენოთერაპია და სხვა) ტექნიკაში (დეფექტოსკოპია), მეცნიერებაში (რენტგენული სტრუქტურული აწალიზი, რენტგენული მიკროსკოპია, რენტგენული სპექტროსკოპია და სხვა), კოსმოსიდან მოსული რენტგენის სხივები შეიცავს ინფორმაციას კოსმოსური სხეულების ქიმიური შემადგენლობისა და კოსმოსში მიმდინარე ფიზიკური პროცესების (რენტგენული ასტრონომია) შესახებ. რენტგენის სხივებს იყენებენ რადიაციულ ქიმიაში, კვების მრეწველობაში, კრიმინალისტიკაში, არქეოლოგიაში და სხვაგან.

ენერგიის დიაპაზონები

რბილი და ხისტი რენტგენის სხივები

რენტგენის სხივებს, რომელთა ტალღის სიგრძე λ<2Å, პირობითად უწოდებენ ხისტს, იმ რენტგენის სხივებს კი, რომელთა λ>2Å — რბილს. რამდენიმე კევ ფოტონის ენერგიით შუალედურ დიაპაზონს ხშირად რბილი რენტგენის სხივები ეწოდება. მათი შეღწევადობის უნარის გამო, მყარი რენტგენი ფართოდ გამოიყენება ობიექტების შიგნიდან გამოსახულების მისაღებად (მაგალითად, სამედიცინო რენტგენოგრაფიასა და აეროპორტის უსაფრთხოებაში). ტერმინი „რენტგენი“ მეტონიმურად გამოიყენება ამ მეთოდით მიღებული რენტგენოგრაფიული გამოსახულების აღსანიშნავად, თავად მეთოდის გარდა. რადგან ხისტი რენტგენის სხივების ტალღის სიგრძეები ატომების ზომის მსგავსია, ისინი ასევე სასარგებლოა რენტგენის კრისტალოგრაფიით კრისტალური სტრუქტურების დასადგენად. ამის საპირისპიროდ, რბილი რენტგენი ადვილად შეიწოვება ჰაერში; წყალში 600 ევ (~2 ნმ) რენტგენის სხივების შესუსტების სიგრძე 1 მიკრომეტრზე ნაკლებია.^[2]

გამა სხივები

არ არსებობს კონსენსუსი რენტგენის და გამა სხივების განმასხვავებელი განმარტების შესახებ. ერთ-ერთი გავრცელებული პრაქტიკაა ორი ტიპის გამოსხივების განმასხვავებელი წყაროს მიხედვით განვასხვავოთ: რენტგენის სხივებს ელექტრონები ასხივებენ, ხოლო გამა სხივებს ატომური ბირთვი.^[3]^[4]^[5]^[6] ამ განმარტებას რამდენიმე პრობლემა აქვს: სხვა პროცესებსაც შეუძლიათ ამ მაღალი ენერგიის ფოტონების გენერირება, ან ზოგჯერ გენერაციის მეთოდი უცნობია. ერთ-ერთი გავრცელებული ალტერნატივაა რენტგენის და გამა გამოსხივების განმასხვავებელი ტალღის სიგრძის (ან, ექვივალენტურად, სიხშირის ან ფოტონის ენერგიის) საფუძველზე, სადაც გამოსხივება უფრო მოკლეა, ვიდრე რაიმე თვითნებური ტალღის სიგრძე, როგორიცაა 10−11 მ (0.1 Å), რომელიც განისაზღვრება, როგორც გამა გამოსხივება.^[7] ეს კრიტერიუმი ფოტონს ანიჭებს ცალსახა კატეგორიას, მაგრამ შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ტალღის სიგრძე ცნობილია. (ზოგიერთი გაზომვის ტექნიკა არ განასხვავებს აღმოჩენილ ტალღის სიგრძეებს.) თუმცა, ეს ორი განმარტება ხშირად ემთხვევა ერთმანეთს, რადგან რენტგენის მილების მიერ გამოსხივებულ ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას ზოგადად უფრო გრძელი ტალღის სიგრძე და უფრო დაბალი ფოტონის ენერგია აქვს, ვიდრე რადიოაქტიური ბირთვების მიერ გამოსხივებულ გამოსხივებას. ზოგჯერ, ერთი ან მეორე ტერმინი გამოიყენება კონკრეტულ კონტექსტში ისტორიული პრეცედენტის გამო, გაზომვის (აღმოჩენის) ტექნიკის საფუძველზე, ან მათი დანიშნულებისამებრ გამოყენების საფუძველზე და არა მათი ტალღის სიგრძის ან წყაროს მიხედვით. ამრიგად, სამედიცინო და სამრეწველო გამოყენებისთვის, მაგალითად, სხივური თერაპიისთვის, 6–20 მევ დიაპაზონში გენერირებული გამა-სხივები, ამ კონტექსტში ასევე შეიძლება მოიხსენიებოდეს, როგორც რენტგენის სხივები.^[8]

რესურსები ინტერნეტში

Historical X-ray tubes
Example Radiograph: Fractured Humerus
A Photograph of an X-ray Machine დაარქივებული 2007-08-10 საიტზე Wayback Machine.
X-ray Safety დაარქივებული 2018-06-07 საიტზე Wayback Machine.
An X-ray tube demonstration (Animation)

სქოლიო

↑ Figure 7.1, Wavelengths and frequencies of the different groups of electromagnetic radiation. X-rays lie in the range of 0.01 nm up to 10 nm - Medical Imaging Systems (3 August 2018). in: Berger, Martin; Yang, Qiao; Maier, Andreas (2018) „X-ray Imaging“, Medical Imaging Systems: An Introductory Guide. Springer. ISBN 978-3-319-96519-2.
↑ Physics.nist.gov. Physics.nist.gov. ციტირების თარიღი: 2011-11-08
↑ (1999) Physics for Diagnostic Radiology. US: CRC Press, გვ. 12. ISBN 978-0-7503-0591-4.
↑ (1963) The Feynman Lectures on Physics. US: Addison-Wesley, გვ. 2–8. ISBN 978-0-201-02116-5.
↑ (2003) Handbook of Radioactivity Analysis. Academic Press, გვ. 58. ISBN 978-0-12-436603-9.
↑ (2005) Astroparticle Physics. Springer, გვ. 109. ISBN 978-3-540-25312-9.
↑ (1961) რედ. Hodgman, Charles: CRC Handbook of Chemistry and Physics, 44th Ed. US: Chemical Rubber Co., გვ. 2850.
↑ Government of Canada, Canadian Centre for Occupational Health and Safety. (9 May 2019) Radiation – Quantities and Units of Ionizing Radiation: OSH Answers. ციტირების თარიღი: 2019-05-09

[1] Figure 7.1, Wavelengths and frequencies of the different groups of electromagnetic radiation. X-rays lie in the range of 0.01 nm up to 10 nm - Medical Imaging Systems (3 August 2018). in: Berger, Martin; Yang, Qiao; Maier, Andreas (2018) „X-ray Imaging“, Medical Imaging Systems: An Introductory Guide. Springer. ISBN 978-3-319-96519-2.

[2] Physics.nist.gov. Physics.nist.gov. ციტირების თარიღი: 2011-11-08

[Dendy-3] (1999) Physics for Diagnostic Radiology. US: CRC Press, გვ. 12. ISBN 978-0-7503-0591-4.

[4] (1963) The Feynman Lectures on Physics. US: Addison-Wesley, გვ. 2–8. ISBN 978-0-201-02116-5.

[5] (2003) Handbook of Radioactivity Analysis. Academic Press, გვ. 58. ISBN 978-0-12-436603-9.

[6] (2005) Astroparticle Physics. Springer, გვ. 109. ISBN 978-3-540-25312-9.

[7] (1961) რედ. Hodgman, Charles: CRC Handbook of Chemistry and Physics, 44th Ed. US: Chemical Rubber Co., გვ. 2850.

[8] Government of Canada, Canadian Centre for Occupational Health and Safety. (9 May 2019) Radiation – Quantities and Units of Ionizing Radiation: OSH Answers. ციტირების თარიღი: 2019-05-09

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]