همه‌چیز درباره اشعه‌ ایكس؛ از كشف تصادفی تا تحول دنیای پزشكی

همه‌چیز درباره اشعه‌ ایكس؛ از كشف تصادفی تا تحول دنیای پزشكیعلوم پایه و مهندسیعلمیدوشنبه ۱۹ شهریور ۱۴۰۳ - ۱۳:۳۰مطالعه 16 دقیقهمهدیه یوسفیتبلیغاتتبلیغاتتبلیغاتكشف تصادفی اشعه‌ی ایكس، پنجره‌ای را به اعماق بدن انسان گشود و انقلابی در دنیای پزشكی ایجاد كرد .

تبلیغاتزمانی، ایده‌ی نفوذ به اعماق بدن انسان و آگاهی از وضعیت اندام‌های داخلی بدون جراحی در حد یك رؤیای شیرین بود؛ اما این رؤیا با كشف تصادفی اشعه‌ی ایكس توسط دانشمند آلمانی به‌نام ویلهلم رونتگن (Wilhelm Conrad Röntgen) به واقعیت پیوست .

اشعه‌ی ایكس كه در ابتدا به دلیل ماهیت ناشناخته‌اش‌ «X» نامیده شد، امروزه به یكی از مهم‌ترین ابزارهای تشخیص پزشكی تبدیل شده است.این پرتوهای نامریی، با توانایی نفوذ در بافت‌های بدن، تصاویر دقیق و واضحی از ساختار داخلی بدن ارائه می‌دهند و به پزشكان كمك می‌كنند تا طیف گسترده‌ای از بیماری‌ها را تشخیص دهند و درمان مناسب را تجویز كنند .

در این سفر هیجان‌انگیز با ما همراه شوید تا به بررسی اصول فیزیكی حاكم بر تولید و برهم‌كنش اشعه‌ی ایكس با ماده و كاربردهای متنوع آن‌ها در پزشكی بپردازیم. كپی لینككشف تصادفی اشعه‌ی ایكسشاید باورش عجیب باشد، اما رونگتن در سال ۱۸۹۵ میلادی، اشعه‌ی ایكس را به صورت تصادفی و هنگام انجام آزمایش دیگری كشف كرد .

با این كشفِ‌ شگفت‌انگیز دنیای پزشكی به‌طور كامل متحول شد. در سال ۱۸۹۵، رونگتن در آزمایشگاه خود مشغول انجام آزمایشی با لوله‌ی كاتدی بود. لوله كاتدی كه به آن لوله‌ی پرتوی كاتدی (Cathode Ray Tube یا CRT) نیز گفته می‌شود، دستگاهی است كه در آن الكترون‌ها از یك كاتد گرم شده كه سیمی از جنس تنگستن است، به سمت آند حركت می‌كنند و یك پرتوی الكترونی تشكیل می‌دهند .

این لوله‌ها به طور گسترده در تلویزیون‌های قدیمی، مانیتورهای كامپیوتر و اسیلوسكوپ‌ها استفاده می‌شدند. همان‌طور كه در تصویر زیر مشاهده می‌كنید، آند و كاتد داخل محفظه‌ای شیشه‌ای قرار دارند و پرتوی الكترون‌ها با حركت از كاتد، صفحه‌‌ی فلورسانت را روشن می‌كند .

رونگتن برای جلوگیری از تابش نور فلورسنت به اطراف و خروج آن از محفظه‌ی شیشه‌ای، مقوای نازكی را در به دور لوله‌ی كاتدی پیچید، اما اتفاق بسیار عجیبی رخ داد؛ صفحه‌ی نمایش دیگری خارج از لوله و با فاصله از آن، روشن شد و شروع به درخشیدن كرد .

این اتفاق به معنای عبور پرتوهایی نامریی از مقوای نازك پیچیده شده به دور لوله‌ی كاتدی بود. كشف تصادفی اشعه‌ی ایكس تحولی بزرگی را در دنیای پزشكی ایجاد كردرونگتن هیچ ایده‌ای در مورد ماهیت پرتوهای عبوری از لوله‌ی كاتدی نداشت، بنابراین نام آن‌ها را پرتوهای ایكس گذاشت .

این كشفِ بزرگ، سال‌ها بعد جایزه‌ی نوبل را برای این فیزیك‌دان به ارمغان آورد. در ادامه، در مورد آنچه درون لوله‌ی كاتدی اتفاق می‌افتد، صحبت می‌كنیم. كپی لینكچه اتفاقی درون لوله‌ی كاتدی رخ می‌دهد؟ هنگامی‌كه الكترون‌های پرانرژی و پرسرعت، داخل لوله‌ی كاتدی به قطعه‌ای فلزی مانند تنگستن برخورد می‌كنند، یكی از دو اتفاق زیر رخ می‌دهد: سرعت الكترون‌ها پس از برخورد به قطعه‌ی فلزی كاهش می‌یابد و انرژی جنبشی آن‌ها به انرژی دیگری تبدیل می‌شود .

الكترون‌های پرسرعت با انرژی بالا پس از برخورد به اتم‌های تشكیل‌دهنده‌ی قطعه‌ی فلزی، تعدادی از الكترون‌های اتم‌های فلز را خارج می‌كنند. با جدا شدن الكترون‌ها از اتم، ساختار اتم به طور كلی تغییر می‌كند. الكترون‌ها در اطراف هسته‌ی اتم در لایه‌های مختلفی قرار دارند .

وقتی یك الكترون جدا می‌شود، الكترون‌های دیگر مجبور می‌شوند جای خود را تغییر دهند و در یك آرایش جدید قرار بگیرند. این آرایش جدید نیز با آزاد كردن انرژی همراه است. برخورد الكترون‌های پرانرژی به اتم‌های فلز و آزاد كردن الكتروندر هر یك از دو حالتِ فوق، انرژی به شكل اشعه‌ی ایكس می‌تابد .

اشعه‌ی ایكس نوعی موج الكترومغناطیس و انرژی آن بیشتر از نور مریی و كمتر از پرتوهای گاما است. انرژی اشعه‌ی ایكس به اندازه‌‌ای زیاد است كه بتواند به داخل بسیاری از مواد نفوذ و از آن‌ها عبور كند. به‌دلیل این ویژگی منحصربه‌فرد، از اشعه‌ی ایكس می‌توانیم برای تصویربرداری از اندام‌های داخلی بدن استفاده كنیم .

اما قبل از توضیح این كاربرد، فرآیند تولید اشعه‌ی ایكس داخل لوله‌ی كاتدی را با جزییات بیشتری توضیح می‌دهیم. اشعه‌ی ایكس در فرآیندی مشخص تولید می‌شود و برای تولید آن به سه چیز نیاز داریم:منبع الكترونوسیله‌ای برای دادن انرژی یا شتاب‌دار كردن الكترون‌های خارج شده از منبعوسیله‌ای برای كاهش انرژی یا شتاب‌ الكترون‌هادر صورتِ حذف هر یك از مراحلِ فوق، اشعه‌ی ایكس تولید نخواهد شد .

در تصویربرداری با اشعه‌ی ایكس یا رادیوگرافی، هر سه مرحله‌ی تولید اشعه‌ی ایكس داخل لوله‌ی اشعه‌ی ایكس قرار گرفته‌اند. همان‌طور كه در قسمت‌های قبل اشاره كردیم، الكترون‌ها در رشته سیم كاتد كه داخل لوله‌ی اشعه‌ی ایكس قرار گرفته است، تولید می‌شوند .

به فرآیند تولید الكترون در كاتد، تابش ترمویونیك یا تابش گرمایونی (Thermionic Emission) می‌گوییم. در این فرآیند، الكترون‌ها با دریافت انرژی گرمایی كافی از سطح ماده‌ای جامد، معمولا فلز، خارج می‌شوند. هنگامی‌كه جسمی را گرم می‌كنیم، اتم‌های آن شروع به ارتعاش می‌كنند و الكترون‌های لایه‌ی خارجی اتم‌های مرتعش، انرژی لازم برای رها شدن از قیدِ هسته را به‌دست می‌آورند و از سطح فلز خارج می‌شوند .

كاتد، منبع تولید الكترون است كه با عبور جریان الكتریكی با مقداری مشخص، داغ می‌شود. دمای فلز به اندازه‌ای بالا می‌رود كه الكترون‌ها از سطح آن جدا می‌شوند و ابر الكترونی در اطراف رشته سیم تشكیل می‌شود. این حالت مشابه رشته سیمِ داخل لامپ رشته‌ای است .

در این لامپ‌ها، جریان عبوری از رشته سیم، گرما تولید می‌كند و نور در اثر تولید گرما، ایجاد می‌شود. دمای رشته سیمِ داخل لوله‌ی اشعه‌ی ایكس به حدی بالا می‌رود كه الكترون‌ها از سطح فلز به بیرون پرتاب می‌شوند .

منبع : https://www.zoomit.ir/fundamental-science/425954-everything-about-x-ray/