پرتو ایکس

پرتو ایکس یا پرتو رونتگن ، نوعی از تابش الکترومغناطیسی با طول موج حدود ۰۱/۰ تا ۱۰ نانومتر معادل با ۳۰ پِتاهرتز تا ۳۰ اِگزاهرتز ( ^۱۶ ۱۰×۳ تا ^۱۹ ۱۰×۳ هرتز) و انرژی بین ۱۰۰ الکترون‌ولت تا ۱۰۰ کیلوالکترون‌ولت است.
طول موج این پرتو از طول موج پرتو فرابنفش پایین‌تر و از طول موج پرتو گاما بالاتر است.

تاریخچه :

این پرتو برای اولین بار در سال ۱۸۹۵ توسط فیزیکدانی آلمانی به نام ویلهلم رونتگن مورد مطالعه قرار گرفت. رونتگن متوجه تابش فلوئوروسنسی شد که در هنگام قرار گرفتن کریستال در معرض لامپ کاتودی ولتاژ بالا ایجاد می‌شد. این تابش حتی در زمانی که کریستال با استفاده از یک کاغذ پوشانده می‌شد نیز بوجود می‌آمد.
دلیل نامگذاری آن به ایکس نیز این امر است که در آن موقع این پرتو بسیار ناشناخته و غیرمعمول به‌نظر می‌رسید. دلیل این امر نیز آن است که رونتگن با قرار دادن این پرتو در میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی شاهد عدم انحراف آن بود.
یکی از ویژگی‌های جالب این پرتو آن است که می‌تواند از اکثر مواد ( بجز مواد سخت) عبور کند. به همین دلیل رونتگن توانست با استفاده از عبور دادن این پرتو از دست همسرش، تصویری از استخوان‌ها تهیه کند.
جالب است بدانید که رونتگن در سال ۱۸۹۶ نشان رامفورد را به خاطر این کشف مهم دریافت کرد. او همچنین در سال ۱۹۰۱ اولین جایزه نوبل در فیزیک را کسب کرد.

تابش الکترومغناطیسی:

امواج الکترومغناطیسی بر حسب بسامدشان به نام‌های گوناگونی خوانده می‌شوند امواج رادیویی، ریزموج، فروسرخ (مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نام‌ها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شده‌اند
به پرتو ایکس با فوتون‌های پرانرژی‌تر (بالای ۵ یا ۱۰ کیلو الکترون‌ولت و با طول موج ۰٫۱ تا ۰٫۲ نانومتر) پرتو ایکس سخت (HX) و پرتوهای با انرژی پایین‌تر را پرتو ایکس نرم (SX) می‌گویند.
پرتو‌های ایکس نرم دارای طول موج‌هایی در حدود ۱۰ نانومتر هستند. با توجه به این مقدار از طول موج، می‌توان گفت که این امواج از نظر دسته‌بندی بین امواج فرابنفش و گاما قرار می‌گیرند. پرتو‌های سخت طول موج‌های کوتاه‌تری دارند. طول موج این نوع از پرتو‌ها حدود ۱۰۰ پیکومتر است که می‌توان آن را در حدود امواج گاما در نظر گرفت.
تنها تفاوت بین پرتو‌های سخت و نرم منبع تولید آن‌ها است. به‌طور دقیق‌تر می‌توان گفت که پرتو‌های نرم با استفاده از شتاب دادن الکترون‌ها و پرتو‌های سخت یا امواج گاما در نتیجه واکنش‌های هسته‌ای تولید می‌شوند.

تمایز پرتو ایکس و گاما:

1. روش اول بررسی منبع آن است: پرتو ایکس ازالکترونها و پرتو گاما از هسته اتم ساطع می‌شود.
2. بر اساس طول موج است، پرتوهای دارای طول موج‌های پایین، برای مثال ۰٫۱ آنگستروم، در دسته‌بندی پرتو گاما قرار می‌گیرند.
3. پرتوهای الکترومغناطیس ساطع شده ازتیوب‌های پرتو ایکس دارای طول موج بلندتر و انرژی فوتون پایین‌تری نسبت به پرتوهای ساطع شده از هسته‌های پرتوزا هستند.

(پرتوهای الکترومغناطیس ساطع شده از تیوب‌های پرتو ایکس دارای طول موج بلندتر و انرژی فوتون پایین‌تری نسبت به پرتوهای ساطع شده از هسته‌های پرتوزا هستند).

خواص:

فوتون‌های تابش ایکس دارای انرژی لازم برای یونیزه کردن اتم‌ها و شکستن پیوند اتمی هستند. این خاصیت پرتو ایکس را در طبقه‌بندی پرتوهای یونیزه‌کننده قرار می‌دهد، و به همین دلیل برای بافت‌های زنده مضر است.
قرار گرفتن در معرض دوز تابش در مقادیر بالا در یک دوره زمانی کم باعث ایجاد بیماریهای حاصل از تشعشع می‌شود، و در عین حال قرار گرفتن در معرض دوز تابش در مقادیر پایین ریسک ابتلا به سرطان‌های ناشی از تشعشع را بالا می‌برد.
از قابلیت یونیزه کردن اشعه ایکس می‌توان در درمان سرطان استفاده کرد، که در این روش پرتو درمانی از پرتوایکس برای کشتن سلول‌های بدخیم سرطانی استفاده می‌شود. همچنین ازطیف‌سنجی پرتو ایکس برای تعیین خصوصیات مواد استفاده می‌شود.

پرتو سخت می‌تواند بدون اینکه جذب یا پراکنده شود از اشیاء ضخیم عبور کند. به همین دلیل از پرتو  سخت برای تصویربرداری از داخل اشیاء دارند استفاده می‌شود. کاربردهای دیگر آن عبارتند از رادیوگرافی پزشکی و اسکنرهای امنیتی فرودگاه‌ها. در عین حال از تکنیک مشابه در صنعت (برای مثال رادیوگرافی صنعتی و سی تی اسکن صنعتی)و همچنین تحقیقات (برای مثال سی تی حیوانات کوچک) استفاده می‌شود. عمق نفوذ پرتو ایکس با تغییر فرکانس آن تغییر می‌کند. این موضوع تنظیم انرژی فوتون برای کاربردهای مختلف را امکان‌پذیر می‌کند.

واکنش با مواد:
تأثیر تابش ایکس بر مواد از سه راه صورت می‌گیرد؛

• اثر فوتوالکتریک
• اثر کامپتون
• پراکندگی رایلی

شدت هر یک از این تأثیرات بستگی به انرژی پرتو ایکس دارد.

تولید:

هر زمان که ذرات باردار (الکترون‌ها یا یون) با انرژی کافی به مواد برخورد نمایند، اشعه ایکس تولید می‌شوند.

• تولید از طریق الکترون:

در این روش از تولید، از تیوب پرتو ایکس استفاده می‌شود، که این تیوب یک لوله تحت خلأ است که در آن به الکترون‌ها تولیدی توسط یک کاتد داغ شتاب داده شده تا به سرعت بالا برسند. الکترون‌های با سرعت بالا پس از برخورد به مانع فلزی که همان آند است، پرتو ایکس را ایجاد می‌نمایند.

• تولید از طریق یون‌های مثبت پرسرعت:

این پرتو را می‌توان با استفاده از پروتون‌ها پر سرعت یا یون‌های مثبت دیگر ایجاد نمود. از پرتو حاصل از تحریک پروتون یا پرتو حاصل از ذرات تحریک شده به‌طور گسترده به عنوان یک روش تحلیل مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در هنگام برخورد الکترون‌های با سرعت بالا به فلزات، الکترون‌های لایه‌های پایین‌تر به لایه‌های بالاتر منتقل شده (اتم‌ها برانگیخته می‌شوند) و در هنگام برگشت الکترون‌ها به حالت پایه انرژی مازاد را به صورت پرتو ایکس گسیل می‌کنند؛ بنابراین هر لامپ تولید پرتو ایکس باید شامل:

• منبع الکترون
• میدان شتاب‌دهنده به الکترونها
• هدف فلزی

باشد. به علاوه از آنجایی که قسمت عمدهٔ انرژی جنبشی الکترون‌ها هنگام برخورد به فلز هدف، به حرارت تبدیل می‌شود، معمولاً فلز هدف را با آب خنک می‌کنند تا ذوب نشود.

انواع :

تکفام (تک‌رنگ): فقط دارای یک طول موج خاص است را پرتو ایکس تکفام می‌نامند.

سفید (پیوسته): تکفام نبوده و دارای طول موج‌هایی در بازه  λ_۱ تا λ_۲ است.