X ışını

1896'da Wilhelm Röntgen tarafından oluşturulan, eşi Anna Bertha'nın elinin X ışını görüntüsü

X ışınları veya Röntgen ışınları, 0,125 ile 125 keV enerji aralığında veya buna karşılık, dalgaboyu 10 ile 0,01 nm aralığında olan elektromanyetik dalgalar veya foton demetidir. 30 ile 30.000 PHz (10¹⁵ hertz) aralığındaki titreşim sayısı aralığına eşdeğerdir. X ışınları özellikle tıpta tanısal amaçlarla kullanılmaktadırlar. İyonlaştırıcı radyasyon sınıfına dahil olduklarından zararlı olabilirler. X ışınları 1895'te Wilhelm Conrad Röntgen tarafından Crookes tüpü (Hittorf veya Lenard tüpleri ile de) ile yaptığı deneyler sonucunda keşfedilmiştir. Klasik fizik sınırları içinde, X-ışınları aynı görünür ışık gibi bir elektromanyetik dalga olup, görünür ışıktan farkı düşük dalga boyu, dolayısıyla yüksek frekansları ve enerjileridir. Morötesi'nin ötesidir. X Işınlarının ötesi ise Gama ışınları'dır.

Röntgen ışınları ışığa benzeyen fakat gözle görülmeyen, oldukça delici özellikli bir salınımdır. X ışını tabirini (Almanca: X Strahlung, günümüzde Röntgenstrahlung) ilk olarak bu ışınları keşfeden fakat özelliklerini tam bulamayan Wilhelm Conrad Röntgen, “bilinmeyen” anlamında kullanmıştır. Röntgen ışınlarının elektromanyetik radyasyon spektrumunun bir kısmı olduğu, bugün artık bilinmektedir. Bu ışınların dalga boyu 10⁻⁹ ile 10⁻¹¹ cm arasındadır. Dalga boyu gözle görülen ışığınkinden kısadır.

X ışınları elektromanyetik dalga kimliğinde oldukları ve kutuplanma özelliği taşıdığı ilk olarak Charles Glover Barkla (1906) tarafından kanıtlanmıştır. X-ışınları demeti; karbon, alüminyum ve kükürt bloklarından oluşan bir saçıcı ortama gönderilmektedir. Saçıcı ortamın elektronları, üzerine gelen X ışınlarının elektrik alan vektörünün etkisiyle titreşerek aynı frekansta elektromanyetik dalgalar yayınlar. X ışınları xy düzleminde paralel elektrik alan vektörü bulundurur. 0x doğrultusunda saçılmaya başlayan X ışınları yalnızca 0y doğrultusunda titreşen elektrik alan vektörüne sahiptir ve böylelikle kutuplanmıştır.

Tarihçe

8 Kasım 1895'te Alman fizik profesörü Wilhelm Röntgen, Lenard tüpleri ve Crookes tüplerini denerken röntgen ışınlarına tökezledi ve bunları incelemeye başladı. İlk raporunu "Yeni bir ışın türünde: Bir ön iletişim" başlığı altında yazdı ve 28 Aralık 1895'te Würzburg Fiziksel-Tıp Derneği dergisine sundu. Bu, röntgen filmleri üzerine yazılmış ilk makaleydi. Röntgen, radyasyondan bilinmeyen bir radyasyon türü olduğunu belirtmek için "X" olarak bahsetmiştir. İsim sıkışmış olsa da (Röntgen'in büyük itirazları üzerine) birçok meslektaşı onlara Röntgen ışınları demeyi önerdi. Almanca, Macarca, Danca, Lehçe, Bulgarca, İsveççe, Fince, Estonca, Rusça, Japonca, Felemenkçe, Gürcüce, İbranice ve Norveççe de dahil olmak üzere birçok dilde hâlâ bu ışıklardan Röntgen olarak bahsedilmektedir. Röntgen, keşfi için kendisinin ilk Nobel Fizik Ödülü'nü aldı.

Keşfinin çelişkili açıklamaları var, çünkü Röntgen ölümünden sonra laboratuvar notlarını yakmıştı; ancak bu biyografileri muhtemelen yeniden inşa edildi: Röntgen, siyah kartona sarılmış bir Crookes tüpünden katot ışınlarını araştırıyordu. böylece baryumdaki görünür ışık, baryum platinosiyanit ile boyanmış bir flüoresan ekran kullanılarak karışmaz. Yaklaşık 1 metre uzaklıktaki ekrandan hafif yeşil bir parıltı fark etti. Röntgen, tüpten gelen bazı görünmez ışınların ekranın parlamasını sağlamak için kartondan geçtiğini fark etti. Masasındaki kitap ve kağıtlardan da geçebileceklerini buldu. Röntgen kendini bu bilinmeyen ışınları sistematik olarak araştırmaya attı. İlk keşfinden iki ay sonra makalesini yayınladı.

El mit Ringen (Yüzüklü El): Wilhelm Röntgen'in eşinin elindeki ilk "tıbbi" röntgeni 22 Aralık 1895'te çekilmiş ve 1 Ocak 1896'da Freiburg Üniversitesi Fizik Enstitüsü'nden Ludwig Zehnder'e sunulmuştur.

Röntgen, X-ışınları nedeniyle oluşan foğrafik bir plaka üzerinde karısının elinin bir resmini çektiğinde tıbbi kullanımlarını keşfetti. Karısının elinin fotoğrafı, X-ışınları kullanan bir insan vücudu parçasının ilk fotoğrafıydı. Resmi görünce "Ölümümü gördüm" dedi.

Özellikleri

X-ışınları üretmenin bir yolunun şematik gösterimi

X-ışını fotonları atomları iyonize edebilecek ve molekuler bağları kırabilecek enerjiye sahiptir. Bu da X-ışınlarını, canlı dokuya zararlı olan iyonlaştırıcı radyasyon sınıfına sokar. Kısa sürelerde maruz kalınan yüksek dozda X-ışını, radyasyon hastalığına sebep olurken, düşük dozlarda uzun süreler maruz kalınan X-ışınları kanser riskini arttırır. Fakat tıbbi X-ışını görüntülemesinde, faydalar potansiyel zararlara üstün gelir. Ayrıca kullanılan dozlar dikkatlice kontrol edilir.

X-ışınlarını genel olarak yumuşak, gevrek ve sert X-ışınları olarak üç sınıfa ayırmak mümkündür. Yumuşak X-ışınları yaklaşık 100 ile 2000 eV arasında enerjilere sahipken, gevrek X-ışınları 2-8 keV ve sert X-ışınları 8 keV ve yukarısında enerjilere sahiptir (gevrek (ing. tender) X-ışınları terimi bazı kaynaklarda kullanılırken bazı kaynaklarda kullanılmaz. Ayrıca bu enerji aralıkları hakkında üzerinde anlaşılmış kesin bir geçiş bulunmamaktadır). Sert X-ışınları oldukça kalın malzemelerin icinden rahatlıkla geçebilirler. Bu sebeple tıbbi ve güvenlik uygulamalarında sıklıkla kullanılırlar.

X-ışınlarının Madde ile Etkileşimi

Farklı enerjilerdeki X-ışınlarının madde ile etkileşimi farklı şekillerde gerçekleşir. Bunun nedeni de maddelerin kompleks kırılma indislerinin, frekansa (foton enerjisine) ve atomların iyonizasyon enerjilerine baglı olmasıdır. Kompleks kırılma indisi X-ışınları için şu şekilde tanımlıdır:

${\displaystyle n=1-\delta -i\beta }$,

Burada δ kırılım indisinin reel kısmındaki düşüşü, β ise madde içinden geçerken gerçekleşen şiddet kaybını tanımlar.

X-ışınlarının Oluşumu ve Üretimi

X ışınları, hızla hareket eden elektron akımının hedefteki materyalin atomları ile etkileşimi sonucu oluşur. elektronlar hedefle etkileşime girdiğinde, aniden yavaşlar ve kinetik enerjilerinin %1 x ışınına dönüşür (%99 ısı olarak kaybedilir).

X-ışını üretimi için gerekli üç eleman vardır:

1) Elektron kaynağı

2) Elektronların çarpacağı bir hedef

3) Elektronları hızlandıracak bir yol

Kullanım Alanları

Tıp sanayi, medikal görüntülemede kullanılır. Röntgen ışını olarak da bilinir ve radyolojik görüntülemede tanıya yardımcı olarak kullanılır.

Ayrıca tüm havalimanlarında ve tüm alışveriş merkezlerinde güvenlik amacıyla kullanılmaktadır.