Radiatiile X sunt de natura electromagnetica, deosebindu-se de lumina prin
lungimea de unda mai mica. z5z17zr
Radiatiile electromagnetice sunt produse prin oscilatia sau acceleratia unei
sarcini electrice.Undele electromagnetice au atat componente electrice cat si
magnetice. Gama radiatiilor electromagnetice este foarte larga: unde cu frecventa
foarte inalta si lungime mica sau frecventa foarte joasa si lungime mare.
Lumina vizibila constituie numai o parte din spectrul undelor electromagnetice.
In ordine descrescatoare de frecventa, spectrul undelor electromagnetice se
compune din: radiatii gama, radiatii X, radiatii ultraviolete, lumina vizibila,
radiatii infrarosii, microunde si unde radio.
Undele electromagnetice nu au nevoie de mediu pentru a se transmite. Astfel,
lumina si undele radio pot circula in spatial interplanetar si interstelar,
la soare si stele, pana la Pamant. Indiferent de frecventa si lungimea de unda,
undele electromagnetice au o viteza de 299.792km/s in vid. Lungimea si frecventa
undeleor electromagnetice sunt importante in determinarea efectului termic,
al vizibilitatii, al penetrarii si a altor caracteristici.
Radiatiile X sunt radiatii electromagnetice penetrante, cu lungime de unda mai
scurta decat a luminii si rezulta prin bombardarea unei tinte de tungsten cu
electroni cu viteza mare. Au fost descoperite intamplator in anul 1895 de fizicianul
german Wilhem Conrad Roentgen, in timp ce facea experimente de descarcari electrice
in tuburi vidate, respectiv el a observat ca din locul unde razele catodice
cadeau pe sticla tubului razbeau in exterior raze cu insusiri deosebite; aceste
raze strabateau corpurile, impresionau placutele fotografice, etc. El le-a numit
raze X deoarece natura lor era necunoscuta. Ulterior au fost numite raze (radiatii)
Roentgen, in cinstea fizicianului care le-a descoperit.
Natura radiatiilor X
Radiatiile X sunt radiatii electromagnetice cu o putere de penetrare indirect
proportionala cu lungimea de unda. Cu cat lungimea de unda este mai mica, cu
atat puterea de penetrare este mai mare. Razele mai lungi, apropiate de banda
razelor ultraviolete sunt cunoscute sub denumirea de radiatii moi. Razele mai
scurte , apropiate de radiatiile gama, se numesc raze x dure.
Radiatiile X se produc cand electronii cu viteza mare lovesc un obiect material.
O mare parte din energia electronilor se transforma in caldura iar restul se
transforma in raze x, producand modificari in atomii tintei, ca rezultat al
impactului.
Radiatia emisa nu este monocromatica ci este compusa dintr-o gama larga de lungimi
de unda.
Primul tub care a produs raze X a fost conceput de fizicianul William Crookes.
Cu un tub de sticla partial vidat, continand doi electrozi prin care trece curent
electric. Ca rezultat al ionizarii, ionii pozitivi lovesc catodul si provoaca
iesirea electronilor din catod. Acesti electroni, sub forma unui fascicul de
raze catodice, bombardeaza peretii de sticla ai tubului si rezulta razele X.
Acest tub produce numai raze X moi, cu energie scazuta.
Un tub catodic imbunatatit, prin introducerea unui catod curbat pentru focalizarea
fasciculului de electroni pe o tinta din metal greu, numita anod, produce raze
X mai dure, cu lungimi de unda mai scurte si energie mai mare. Razele X produse,
depind de presiunea gazului din tub.
Urmatoarea imbunatatire a fost realizata de William David Coolidge in 1913 prin
inventarea tubului de raze X cu catod incalzit. Tubul este vacuumat iar catodul
emite electroni prin incalzire cu un curent electric auxiliar. Cauza emiterii
electronilor nu este bombardarea cu ioni, ca in cazurile precedente. Accelerarea
procesului de emitere a electronilor se face prin aplicarea unui current electric
de inalta tensiune, prin tub. Cu cat creste voltajul, scade lungimea de unda
a radiatiei.
Fizicianul american Arthur Holly Compton (1892 -; 1962), laureat al Premiului
Nobel, prin studiile sale a descoperit asa numitul effect Compton in anul 1922.
Teoria sa demonstreaza ca lungimile de unda ale radiatiilor X si gama cresc
atunci cand fotonii care le formeaza se ciocnesc de electroni. Fenomenul demonstreaza
si natura corpusculara a razelor X.
Proprietatile radiatiilor X
Radiatiille X impresioneaza solutia fotografica, ca si lumina. Absorbtia radiatiilor
depinde de densitatea si de greutatea atomica. Cu cat greutatea atomica este
mai mica, materialul este mai usor patruns de razele X. Cand corpul uman este
expus la radiatiii X, oasele, cu greutate atomica mai mare decat carnea, absorb
in mai mare masura radiatiile si apar umbre mai pronuntate pe film. Radiatiile cu neutroni se folosesc in anumite
tipuri de radioagrafii, cu rezultate total opuse: partile intunecate de pe film
sunt cele mai usoare.
Radiatiile X provoaca fluorescenta anumitor materiale, cum ar fi platinocianidul
de bariu si sulfura de zinc. Daca filmul fotografic este inlocuit cu un ecran
tratat cu un asemenea material, structura obiectelor opace poate fi observata
direct. Aceasta tehnica se numeste fluoroscopie.
Alta caracteristica importanta este puterea de ionizare, care depinde de lungimea
de unda. Capacitatea razelor X monocromatice de a ioniza, este direct proportionala
cu energia lor. Aceasta proprietate ne ofera o metoda de masurare a energiei
razelor X. Cand razele X trec printr-o camera de ionizare, se produce un curent
electric proportional cu energia fasciculului incidental. De asemenea, datorita
capacitatii de ionizare, razele X pot fi vazute intr-un nor. Alte proprietati:
difractia, efectul fotoelectric, efectul Compton si altele.
Aplicatiile radiatiilor X
Principalele utilizari: cercetari stiintifice, industrie, medicina.
Studiul radiatiilor X a jucat un rol vital in fizica, in special in dezvoltarea
mecanicii cuantice. Ca mijloc de cercetare, radiatiile X au permis fizicienilor
sa confirme experimental teoria cristalografiei. Folosind metoda difractiei,
substantele cristaline pot fi identificate si structura lor determinate. Metoda
poate fi aplicata si la pulberi, care nu au structura cristalina, dar o structura
moleculara regulata. Prin aceste mijloace se pot identifica compusi chimici
si se poate stabili marimea particulelor ultramicroscopice. Prin spectroscopie
cu raxe X se pot identifica elementele chimice si izotopii lor. In afara de
aplicatiile din fizica, chimie, mineralogie, metalurgie si biologie, razele
X se utilizeaza si in industrie, pentru testarea nedestructiva a unor aliaje
metalice. Pentru asemenea radiografii se utilizeaza Cobalt 60 si Caesium 137.
De asemenea prin radiatii X se testeaza anumite faze de productie si se elimina
defectele. Razele X ultramoi se folosesc in determinarea autenticitatii unor
lucrari de arta sau la restaurarea unor picturi. In medicina, radiografele sau
fluoroscoapele sunt mijloace de diagnosticare. In radiotarapie se utilizeaza
in tratamentul cancerului. Aparatul computerizat, tomograful axial (scanner
CAT sau CT) a fost inventat in 1972 de inginerul eletronist Godfrey Hounsfield
si a fost pus in aplicare pe scara larga dupa anul 1979.