ΑΚΤΙΝΕΣ Χ χ. τζόκας - 2013

Wilhelm Roentgen (1845 – 1923) Ανακάλυψε το 1925 τις ακτίνες Χ. Τιμήθηκε με το βραβείο Nobel το 1901

Ο Roentgen στο εργαστήριό του

Συσκευή παραγωγής ακτίνων Χ

Λειτουργία της συσκευής παραγωγής ακτίνων Χ: Ηλεκτρόνια μεγάλης ταχύτητας προσπίπτουν σε μεταλλικό στόχο. Από το μεταλλικό στόχο εκπέμπονται ακτίνες Χ

Φύση των ακτίνων Χ Οι ακτίνες Χ είναι αόρατη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, που έχει μήκη κύματος πολύ μικρότερα από τα μήκη κύματος των ορατών ακτινοβολιών (από 10-8m έως 10-13m περίπου)

Φάσμα των ακτίνων Χ Το φάσμα της ακτινοβολίας Χ είναι σύνθετο: Αποτελείται από ένα συνεχές φάσμα πάνω στο οποίο εμφανίζονται μερικές γραμμές (γραμμικό φάσμα)

Συνεχές φάσμα Ένα ηλεκτρόνιο της καθοδικής δέσμης μπορεί να επιβραδυνθεί εξαιτίας της αλληλεπίδρασής του με τα άτομα του υλικού της ανόδου. Η κινητική ενέργεια που χάνει το ηλεκτρόνιο εκπέμπεται υπό τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας ενός φωτονίου, δηλαδή: hf = Κα – Κτ Το ηλεκτρόνιο μπορεί να χάσει οποιοδήποτε μέρος της κινητικής του ενέργειας, άρα τα εκπεμπόμενα φωτόνια θα έχουν όλες τις δυνατές τιμές ενέργειας μικρότερες ή ίσες με Κα. Επομένως το φάσμα της ακτινοβολίας αυτής θα είναι συνεχές.

Παραγωγή συνεχούς φάσματος ακτίνων Χ

Γραμμικό φάσμα Τα ηλεκτρόνια της καθοδικής δέσμης συγκρούονται με τα άτομα του υλικού της ανόδου, οπότε ένα ηλεκτρόνιο των εσωτερικών στιβάδων μεταπηδά σε επιτρεπόμενη τροχιά μεγαλύτερης ενέργειας. Η κενή θέση που δημιουργείται συμπληρώνεται από ηλεκτρόνιο των εξωτερικών στιβάδων, με ταυτόχρονη εκπομπή φωτονίου. Τα φωτόνια που εκπέμπονται έχουν καθορισμένες συχνότητες που είναι χαρακτηριστικές του υλικού της ανόδου.

Παραγωγή γραμμικού φάσματος ακτίνων Χ

Διάγραμμα της έντασης ακτινοβολίας (αριθμός φωτονίων) συναρτήσει της ενέργειας των εκπεμπομένων φωτονίων. Η ακτινοβολία του συνεχούς φάσματος ονομάζεται ακτινοβολία πέδης (bremsstrahlung). Οι κορυφές στο διάγραμμα αντιστοιχούν στις γραμμές εκπομπής Κα, Κβ και Κγ του γραμμικού φάσματος του βολφραμίου.

Τυπικό φάσμα ακτίνων Χ για ένα νόμισμα αποτελού-μενο από κράμα χαλκού  νικελίου

Το μικρότερο μήκος κύματος Όταν το ηλεκτρόνιο χάσει όλη την κινητική του ενέργεια, το εκπεμπόμενο φωτόνιο θα έχει μέγιστη ενέργεια: hfmax = Kα ή hc/λmin = eV οπότε: λmin = hc/eV δηλαδή το συνεχές φάσμα των ακτίνων Χ έχει ένα ελάχιστο μήκος κύματος.

Ένταση ακτινοβολίας των ακτίνων Χ συναρτήσει του μήκους κύματος για διάφορες τιμές της ανοδικής τάσης V

Απορρόφηση των ακτίνων Χ Εξαρτάται από: Τη φύση του υλικού (μεγαλύτερος ατομικός αριθμός Ζ – μεγαλύτερη απορρόφηση) Το μήκος κύματος της ακτινοβολίας (μεγαλύτερο μήκος κύματος – μεγαλύτερη απορρόφηση) Το πάχος του υλικού (μεγαλύτερο πάχος – μεγαλύτερη απορρόφηση)

Χρήσεις των ακτίνων Χ

α) Ακτινογραφία – Ακτινοσκόπηση Τα υλικά με μεγαλύτερο ατομικό αριθμό απορροφούν περισσότερο τις ακτίνες Χ (Ατομικοί αρ. Η=1, C=6, Ν=7, Ο=8, P=15, Ca=20, Hg=80)

β) Στη βιομηχανία Μπορούμε να εξετάσουμε την εσωτερική δομή ενός αντικειμένου χωρίς να χρειαστεί να επέμβουμε εξωτερικά. Η αριστερή εικόνα δείχνει το εσωτερικό ενός μπουζί με τη βοήθεια αχτίνων Χ

γ) Στη ιστορία της τέχνης γ) Στη ιστορία της τέχνης Μία ραδιογραφία ακτίνων Χ του «Συμποσίου των Θεών» (1514 – 1529) αποκάλυψε ότι ο Βενετσιάνος ζωγράφος Giovanni Bellini τροποποίησε τον πίνακά του στη διάρκεια της δημιουργίας του. Μετά το θάνατο του ζωγράφου, ο καλλιτέχνης της αυλής της Ferrara, Dosso Dossi επέφερε τροποποιήσεις στον πίνακα (1516). Τέλος εικάζεται ότι το 1529 ο Τιτσιάνο ζωγράφισε το μεγαλύτερο μέρος του φόντου προσθέτοντας ένα βουνό και το βαθύ μπλέ ουρανό.

δ) Εξερεύνηση του Σύμπαντος δ) Εξερεύνηση του Σύμπαντος Ανιχνευτής ακτίνων Χ, τοποθετημένος σε δορυφόρο

Φωτογράφηση των υπολειμμάτων ενός supernova στο μικρό νέφος του Μαγγελάνου. Τα χρώματα είναι τεχνητά και δείχνουν πως φαίνονται τα υπολείμματα αυτά στην περιοχή των ακτίνων Χ (μπλε), του ορατού φωτός (πράσινο) και των ραδιοκυμάτων (κόκκινο).

Σύστημα διπλού αστέρα. Το ένα από τα δύο αστέρια είναι μαύρη τρύπα. Το υλικό του άλλου αστεριού έλκεται από τη μαύρη τρύπα και στροβιλίζεται καθώς κινείται προς αυτήν. Έτσι αποκτά θερμοκρασία εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου και γίνεται πηγή εκπομπής ακτίνων Χ.

Φωτογραφία του ήλιου στην περιοχή των ακτίνων Χ

Πρώτη φωτογραφία ενός κομήτη (Hyakutake) στην περιοχή των ακτίνων Χ

Φωτογράφηση της Γης στην περιοχή των ακτίνων Χ (1996). Ηλεκτρόνια κινούμενα κατά μήκος των μαγνητικών γραμμών της Γης, συγκρούονται με σωματίδια της γήινης ιονόσφαιρας στην περιοχή των πόλων προκαλώντας εκπομπή ακτίνων Χ

Βιολογικές βλάβες των ακτίνων Χ Διασπούν τους μοριακούς δεσμούς και δημιουργούν ελεύθερες ρίζες Οι ρίζες αυτές διαταράσσουν τη μοριακή δομή των πρωτεϊνών και του γενετικού υλικού (DNA) Τα μολυσμένα κύτταρα, αν επιβιώσουν, μπορούν να δώσουν πολλές γενιές μεταλλαγμένων κυττάρων Οι αλλαγές στα γονίδια που ελέγχουν τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων μπορούν να προκαλέσουν καρκίνο Μπορούν να προκαλέσουν μεταβολές στα γενετικά κύτταρα, με αποτέλεσμα να κληροδοτηθούν ασθένειες στους απογόνους

Χρωμοσωμική ανωμαλία που προκλήθηκε μετά από ακτινοβόληση κυττάρων με ακτίνες Χ (χρωμόσωμα με τρία κεντρομερίδια)