Röntgensugárzás

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Röntgenfelvétel műtét közben

A röntgensugárzás az elektromágneses sugárzás egyik formája, amelynek hullámhossza 10 nanométer és 100 pikométer közé esik, ennek megfelelően frekvenciája 30 PHz és 3 EHz (30·1015 Hz és 3·1018 Hz) közötti. Legfontosabb felhasználási területei az orvostudomány és a kristálytan. Mivel a röntgensugárzás ionizáló sugárzás, ezért élettanilag veszélyes.

Fizikája[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Nagyjából a 0,1 nm-nél hosszabb hullámhosszú röntgensugárzást nevezzük lágy röntgensugárzásnak, az ennél rövidebb hullámhosszúakat pedig kemény röntgensugárzásnak. A kemény röntgensugárzás és a gamma-sugárzás részben átfedi egymást, valójában az elnevezésben a sugárzás forrása számít, nem a hullámhossza: a röntgensugárzást nagyenergiájú elektronfolyamatok hozzák létre, a gamma-sugárzás pedig atommagátalakulások során jön létre.

A röntgensugárzás hullámhossza 0,0006 nm és 1,25 nm között, energiája 11 és 500 keV között van.

A legalapvetőbb előállítási módja az, hogy elektront gyorsítanak, majd azt fém (gyakran volfrám) céltárggyal ütköztetik. A fém céltárgyban az elektron hirtelen lefékeződik, és ha elég nagy energiájú az elektron, akkor képes az atom belső héjon lévő elektronját kiütni. Az atom egy magasabb energiájú elektronja visszaesve az üressé vált szintre röntgenfotont bocsát ki.

Ez okozza a hullámhossz-eloszlás spektrumvonal-szerű részét. Ezen kívül létrejön még egy folytonos fékezési sugárzás összetevő is, melyet a nagy rendszámú atommagok erős elektromos terén szóródó elektronok hoznak létre.

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Páran a legkorábbi röntgensugárzás-kísérletezők közül: Ivan Pului, William Crookes, Johann Wilhelm Hittorf, Eugen Goldstein, Heinrich Hertz, Lénárd Fülöp, Hermann von Helmholtz, Nikola Tesla, Thomas Edison, Charles Glover Barkla, Max von Laue és Wilhelm Conrad Röntgen.

Vízhűtésű röntgencső egyszerűsített ábrája

Johann Hittorf (1824 – 1914) megfigyelte a vákuumcső negatív elektródájából kijövő sugárzást. Ez a sugárzás fluoreszcenciát okozott, amikor a cső üvegfalával találkozott. 1876-ban nevezte el Eugen Goldstein a sugárzást katódsugárzásnak. Később William Crookes vizsgálta a ritka gázokban történő energiakisülést, és megalkotta a róla elnevezett Crookes-csövet. Ez egy vákuumcső, melyben az elektródák között nagy feszültség van. Azt vette észre, hogy ha exponálatlan fotólemezt tett a cső közelébe, akkor árnyékfoltok keletkeznek rajta, de nem vizsgálta tovább a jelenséget.

Tesla[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

1887 áprilisában kezdte el vizsgálni Nikola Tesla a röntgensugárzást a saját fejlesztésű nagyfeszültségű vákuumcsővel és a Crookes-csővel. Technikai publikációiból kiderül, hogy kifejlesztett egy speciális egyelektródás röntgencsövet, melyben nem volt céltárgyként elektróda. Erről 1897-ben a New York-i Tudományos Akadémia előtt tartott előadásában számolt be.

A Tesla műszere mögött álló jelenséget ma fékezési sugárzásnak hívjuk, melynek során nagy energiájú másodlagos röntgensugárzás keletkezik, amikor töltött részecskék (például elektronok) fékeződnek le anyagban. 1892-től Tesla sok kísérletet végzett, de nem határozta meg a sugárzás mibenlétét. Nem közölte eredményeit, és nem tette széles körben ismertté. Későbbi röntgenkísérletei bírták rá, hogy figyelmeztesse a tudományos közösséget a röntgensugárzás biológiai kockázataira.

Hertz[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

1892-ben Heinrich Hertz kezdte vizsgálni a sugárzást, és kimutatta, hogy nagyon vékony fémfólián (például alumíniumon) képes áthatolni. Lénárd Fülöp (Hertz egyik magyar származású hallgatója) tovább vizsgálta ezt a jelenséget. Kifejlesztette a katódsugárcső egy változatát, és megvizsgálta, mennyire hatol át a sugárzás különböző anyagokon, mégsem tudatosult benne, hogy röntgensugárzást vizsgál. Hermann von Helmholtz írt fel matematikai egyenleteket a röntgensugárzásra. Felvetette, hogy diszperzió jöhet létre, mielőtt Röntgen megtette a felfedezését, és bejelentette volna. Helmholtz egyenletei a fény elektromágneses elméletén alapultak (Wiedmann's Annalen, Vol. XLVIII). Ő viszont nem dolgozott tényleges röntgensugárzással.

Röntgen[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egy Röntgen által készített röntgenfelvétel (radiogram)

1895 novemberében Wilhelm Conrad Röntgen német tudós vizsgálni és jegyezni kezdte az otthoni laboratóriumában végzett Crookes vákuumcsöves kísérleteit.

November 8-án azt vette észre, hogy egy fotólemez, ami egy asztal alsó fiókjában, egy bőrtokban volt, fekete csomagolópapírba csavarva, rejtélyes módon fényt kaphatott, mert egy kulcs képe jelent meg rajta. A helyiségben az egyetlen kulcs a kertkapu kulcsa volt, ami ugyanennek az asztalnak a felső fiókjában volt, ahova több mint egy éve tették. A fotólemezen ennek a kulcsnak a képe jelent meg.

Röntgen észrevette, hogy az asztal és a fiókok úgy helyezkednek el, hogy a falra szerelt Crookes-csővel egy vonalban vannak. Azonban a Crookes-cső nem bocsátott ki látható fényt és nyilvánvaló volt, hogy fény nem kerülhetett úgy az alsó fiókba, egy bőrtok belsejébe és a benne lévő csomagolópapíron keresztül a fotólemezre úgy, hogy közben a felső fiókban lévő kulcs képe a lemezre kerüljön. Bármi volt is, ami a képet létrehozta, a kulcson, vagyis a fémtárgyon nem haladt át, ezért az a rész sötét maradt a fotólemezen.

Akkoriban már más tudósok is feltételezték, hogy a Crookes-cső valamiféle sugárzást bocsát ki, és ezt katódsugárzásnak nevezték, mivel az üvegcsőben lévő egyik fémlemezből indult ki (amit katódnak neveztek). Crookes azt gondolta, hogy ezek a sugarak talán egy másik világból erednek. Azonban senki sem mérte vagy tanulmányozta ezeket az ismeretlen sugarakat.

Röntgen feltételezte, hogy ez a katódsugárzás lehet az oka a fotólemezen megjelenő képnek. Kéthetes kísérletezés során bizonyította ezeknek a rejtélyes sugaraknak a létezését, melyeket X-sugaraknak nevezett el (a számításokban az x általában az ismeretlent jelöli). (A világ számtalan helyén ezt a sugárzást ma is X-ray néven ismerik). Megállapította, hogy a sugárzás áthatol fán, papíron, ruhán, sőt, a legtöbb fémen is, kivéve az ólmot.

Kísérleteiben Röntgen bárium-platina-cianid sóval (ez egy fajta fluoreszkáló só) átitatott papírt függesztett a labor falára. Amikor bekapcsolta a Crookes-csövet és a papírra irányította, a papír halvány zölden világítani kezdett (a megfigyeléshez valószínűleg teljes sötétség kellett). Amikor egy vaslemezt tartott a papír elé, a papír fekete maradt a vaslemez helyén és csak a többi helyen világított. Röntgent meglepte, hogy a vaslemezt tartó kezének csontjai is meglátszódtak a képen. Amikor ujjait mozgatta, az azokat körülvevő zöld körvonal ugyanúgy mozgott. Röntgen felesége felsikoltott, amikor ezt meglátta, és azt mondta, hogy a sugarak a halál előhírnökei (hiszen addig csak a holtak csontjai voltak láthatók). Röntgen azonban még hat hétig intenzíven kísérletezett, mielőtt megjelentette volna eredményeit a később röntgensugaraknak nevezett jelenség természetéről és lehetséges felhasználásáról.

Egy hónapon belül az egész világ a röntgensugarakról beszélt. A szkeptikusok halálsugárnak tartották, ami majd elpusztítja az emberi fajt. Az álmodozók csodának tekintették, aminek a segítségével a vakok látni fognak és amivel bonyolult ábrákat és rajzokat lehet majd a tanulók fejébe sugározni. Az orvosok úgy vélték, egy ima meghallgatásra talált.[1]

1895. december 28-án írt egy cikket „Egy újfajta sugárzásról: előzetes közlemény” címmel, és beküldte a Würzburgi Fizikai-Orvosi Folyóirathoz. Ez volt az első hivatalos közlemény a röntgensugárzás kategorizálásáról. Röntgen kapta a legelső fizikai Nobel-díjat ezért a felfedezéséért.

Edison[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

1895-ben Thomas Edison a röntgensugárzás hatására fluoreszkáló anyagokat vizsgált, és azt találta, hogy a kalcium-volframát a leghatékonyabb ilyen anyag. 1896 márciusa körül a fluoroscope, amit kifejlesztett, az orvosi röntgenvizsgálatok szabványává vált. Mégis abbahagyta kísérleteit 1903 körül, Clarence Madison Dally nevű üvegfúvójának halála után. Dally a röntgencsöveket a saját kezein próbálta ki, és olyan komoly rákot kapott, hogy mindkét kezét amputálták, hogy az életét megmentsék.[1].

A 20. század[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

1906-ban Charles Barkla fizikus felfedezte, hogy a röntgensugárzás szóródik gázokon, és mindegyik elemnek van egy rá jellemző úgynevezett karakterisztikus sugárzása. 1917-ben kapott fizikai Nobel-díjat ezért a felfedezéséért.

A röntgensugárzás orvosi célú felhasználásában a sugárkezelés kifejlesztésével John Hall-Edwards volt az első. 1908-ban bal karját amputálni kellett bőrgyulladás terjedése miatt. Az 1950-es években fejlesztették ki a röntgen-mikroszkópot.

Az 1980-as években a Reagan-adminisztráció egy röntgenlézer készülékre alapozta az ún. ’Strategic Defense Initiative’ (Csillagháborús) programját, de a készülék első és egyetlen próbája, melynek során egy termonukleáris robbanás által keltett lézersugár romboló hatását tesztelték, bizonytalan eredményeket produkált.

Az 1990-es években felbocsátották a Chandra röntgenobszervatóriumot, lehetővé téve a röntgensugárzó nagyenergiájú folyamatok tanulmányozását. A világűr röntgenképe nem statikus, nagy változások látszanak benne, ilyen például amikor egy fekete lyuk beszippant egy csillagot, vagy két galaxis ütközik, de röntgensugárzók a nóvák, a neutroncsillagok és más égi objektumok is.

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Röntgensugárzás témájú médiaállományokat.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Kendall Haven: 100 Greatest Science Discoveries of All Time (Unlimited Libraries, 2007)