Aplicatii ale radiatiilor X

Aplicatii ale radiatiilor X

RADIATIILE X

Radiatiile X sunt de natura electromagnetica, deosebindu-se de lumina prin lungimea de unda mai mica.

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 spatiul 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 undelor 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 catre 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.

v   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 atunci 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 curent 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 efect 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.

v   Proprietatile radiatiilor X

Referat: Clasificarea alimentelor permise pentru mentinerea echilibrului ponderal Document online: Trebuie inlocuit zaharul copiilor cu indulcitori?

Radiatiile 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 radiatii 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.

v   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.

v   Aparatul Roentgen

Aparatul Roentgen foloseste radiatii electromagnetice de tip 'X' (sau 'Röntgen', 'Roentgen') pentru a produce imaginea unui obiect pe o suprafata aflata de obicei sub obiectul respectiv.

Un aparat Roentgen este realizat dintr-un tub radiogen (tub generator de radiatii, tub Roentgen), un transformator de inalta tensiune pentru crearea unei diferente de potential intre electrozii tubului, un transformator de joasa tensiune pentru incalzirea filamentului (respectiv catodului) tubului radiogen. De asemenea, aparatul Roentgen este prevazut cu organe de reglaj si masura a tensiunii de accelerare, a curentului anodic, a timpului de expunere la radiatii etc.

Tubul radiogen

Cea mai importanta componenta a unei instalatii generatoare de radiatii X este tubul radiogen constituit dintr-o incinta vidata, de obicei de sticla, in care sunt plasate o tinta de tungsten (wolfram), cupru sau molibden, si o spirala de tungsten menita sa emita electroni in momentul incalzirii. Diferenta de potential (tensiune) creata cu ajutorul unui transformator de inalta tensiune accelereaza electronii emisi de spirala, izbindu-i astfel cu putere de tinta de tungsten (sau alt metal greu fuzibil, cu numar atomic mare). In urma ciocnirii unui electron cu un atom de metal, electronul va intra intr-unul din straturile superioare de electroni ale atomului, unde va expulza pe alt electron. In urma acestui fenomen, va fi produs un foton de radiatie X.

Transformatorul de inalta tensiune

Are rolul de a mari tensiunea retelei de alimentare peste 10 kilovolti, pentru ca radiatiile produse de tub sa poata patrunde prin invelisul de sticla al tubului.

Transformatorul de incalzire (de coborare a tensiunii)

Are rolul de a incalzi filamentul de tungsten al tubului, pentru ca acesta sa poata emite electroni (vezi emisia termoelectrica).

Organele de reglaj si control

Reglaj: Un autotransformator este utilizat pentru reglarea curentului de inalta tensiune de la tub; apoi un reostat este utilizat pentru reglarea curentului de incalzire a tubului. Un releu de timp este construit pentru a permite reglarea timpului in care aparatul va produce radiatii.

Organe de masura: Un miliampermetru petru masurarea intensitatii curentului anodic (intensitatea este proportionala cu cantitatea de radiatii produse de catre tub) si un voltmetru pentru masurarea tensiunii retelei de alimentare.

Aparatele moderne (dupa anii 1945, de putere mare)

Sunt prevazute cu tuburi cu anod rotativ. Tinta de tungsten este de forma unui con si este fixata de o tija, ce se continua cu un rotor de cupru asemenea cu cel al unui motor electric asincron. Toate acestea sunt montate in interiorul balonului de sticla vidata al tubului. In exteriorul tubului este montat statorul ce permite rotirea rotorului in tub, in momentul aplicarii unui curent electric statorului. Anodul rotativ permite folosirea tubului la curenti ridicati (de ordinul 2000 mA) fara a se uza sau supraincalzi. Aceasta se datoreaza suprafetei mari a anodului ce urmeaza a fi bombardata cu electroni care vor lovi anodul intr-un punct foarte fin si mic (focar). Focarele tuburilor cu anod rotativ sunt cele mai fine si deci mai utile pentru obtinerea unei imagini de calitate ireprosabila. Componentele instalatiei ce urmeaza a fi supuse inaltei tensiuni sunt scufundate in bai de ulei pentru izolatie si, in cazul tubului si transformatorului, si de racire. Cuva de ulei a tubului este de forma cilindrica si este acoperita cu plumb, cu exceptia unei mici zone aflate in dreptul focarului, loc pe unde vor iesi radiatiile. Aceasta cuva a tubului poarta numele de cupola. Cupolei ii este atasat un colimator de plumb pentru limitarea radiatiei, dar si un filtru (in general 2 mm aluminiu) pentru oprirea radiatiilor moi, daunatoare imaginii radiologice.

BIBLIOGRAFIE:

• 'Radiodiagnostic clinic si Radioterapie clinica', Dimitrie Negru
• 'Notiuni de radiofizica', Traian Vasculescu