Bagaimana Menghitung Tenaga X-Ray

Kandungan

• X-ray sebagai Gelombang
• X-ray sebagai Zarah
• Menggunakan X-ray Energy
• X-ray dalam Aplikasi Praktikal
• X-ray dalam Perubatan
• Sejarah X-ray: Permulaan
• Sejarah X-ray: Sebarkan
• Kesan Kesihatan Negatif X-ray
• Keselamatan X-ray
• X-ray pada DNA

Formula umum untuk tenaga foton tunggal gelombang elektromagnet seperti sinar X diberikan oleh Persamaan Plancks: E = hν, di mana tenaga E dalam Joules adalah sama dengan produk Plancks malar h (6.626 × 10 ⁻³⁴ Js) dan frekuensi ν (disebut "nu") dalam unit s_^-1_. Untuk frekuensi tertentu gelombang elektromagnet, anda boleh mengira tenaga sinar-X yang berkaitan untuk satu foton menggunakan persamaan ini. Ia terpakai kepada semua bentuk radiasi elektromagnet termasuk sinaran cahaya, sinar gamma, dan sinar-X.

••• Syed Hussain Ather

Persamaan Plancks bergantung kepada sifat cahaya cahaya. Jika anda bayangkan cahaya sebagai gelombang seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas, anda boleh bayangkan ia mempunyai amplitud, frekuensi, dan panjang gelombang sama seperti gelombang laut atau gelombang bunyi mungkin. Amplitudo mengukur ketinggian satu puncak seperti ditunjukkan dan pada umumnya sepadan dengan kecerahan atau intensitas gelombang, dan panjang gelombang mengukur jarak mendatar yang kitaran penuh gelombang meliputi. Kekerapan ialah bilangan panjang gelombang penuh yang dilalui oleh titik tertentu setiap saat.

X-ray sebagai Gelombang

••• Syed Hussain Ather

Sebagai sebahagian daripada spektrum elektromagnet, anda boleh menentukan sama ada frekuensi atau panjang gelombang sinar X apabila anda mengetahui satu atau yang lain. Sama persamaan Plancks, kekerapan ini ν gelombang elektromagnetik berkaitan dengan kelajuan cahaya c, 3 x 10^-8 m / s, dengan persamaan c = λν di mana λ adalah panjang gelombang gelombang. Kelajuan cahaya kekal tetap dalam semua keadaan dan contoh, jadi persamaan ini menunjukkan bagaimana kekerapan dan panjang gelombang gelombang elektromagnet berkadar songsang dengan satu sama lain.

Dalam gambarajah di atas, pelbagai panjang gelombang pelbagai jenis gelombang ditunjukkan. Sinar-X terletak di antara sinaran ultraviolet (UV) dan sinar gamma dalam spektrum supaya sinar X mempunyai panjang gelombang dan kekerapan berlaku di antara mereka.

Panjang gelombang yang lebih pendek menunjukkan tenaga dan kekerapan yang lebih besar yang boleh menimbulkan risiko kepada kesihatan manusia. Skrin matahari yang menghalang sinaran UV dan mantel pelindung dan perisai plumbum yang menghalang sinar X dari memasuki kulit menunjukkan kuasa ini. Sinar gamma dari ruang angkasa adalah untungnya diserap oleh atmosfer Bumi, menghalang mereka daripada merosakkan orang.

Akhirnya, frekuensi boleh dikaitkan dengan tempoh T dalam saat dengan persamaan T = 1 / f. Ciri-ciri sinar-x ini juga boleh digunakan untuk bentuk lain radiasi elektromagnetik. Sinaran sinar-X khususnya memperlihatkan ciri-ciri seperti wavelike, tetapi juga seperti zarah.

X-ray sebagai Zarah

Sebagai tambahan kepada perilaku wavelike, sinar-X berperilaku seperti aliran zarah seolah-olah gelombang tunggal sinar X terdiri daripada satu zarah selepas berlanggar dengan objek dan, apabila berlanggar, menyerap, mencerminkan, atau melewati.

Oleh kerana persamaan Plancks menggunakan tenaga dalam bentuk foton tunggal, saintis mengatakan gelombang elektromagnet cahaya adalah "dikkuantifikasi" ke dalam "paket" tenaga ini. Mereka diperbuat daripada jumlah foton tertentu yang membawa sejumlah tenaga yang dipanggil quanta. Apabila atom menyerap atau memancarkan foton, mereka masing-masing meningkatkan tenaga atau kehilangannya. Tenaga ini boleh mengambil bentuk radiasi elektromagnetik.

Pada tahun 1923, ahli fizik Amerika, William Duane menjelaskan bagaimana sinar X akan meresap dalam kristal melalui perilaku seperti zarah ini. Duane menggunakan pemindahan momentum yang dikagih daripada struktur geometri dari kristal berlapis untuk menerangkan bagaimana gelombang X-ray yang berlainan akan berkelakuan apabila melepasi bahan tersebut.

Sinar-X, seperti bentuk radiasi elektromagnet lain, memperlihatkan duality gelombang-zarah ini yang membolehkan ahli sains menggambarkan kelakuan mereka seolah-olah mereka adalah kedua-dua zarah dan gelombang pada masa yang sama. Mereka mengalir seperti gelombang dengan panjang gelombang dan kekerapan sambil mengeluarkan sejumlah zarah seolah-olah mereka adalah rasuk zarah.

Menggunakan X-ray Energy

Dinamakan oleh ahli fizik Jerman, Maxwell Planck, persamaan Plancks menentukan bahawa cahaya berkelakuan dengan cara ini seperti cahaya, juga menunjukkan ciri-ciri seperti zarah. Dualitas cahaya dwi-gelombang ini bermaksud bahawa, walaupun tenaga cahaya bergantung kepada kekerapannya, ia masih terdapat dalam jumlah tenaga yang diskret yang ditentukan oleh foton.

Apabila foton X-ray bersentuhan dengan bahan yang berbeza, sesetengahnya diserap oleh bahan sementara yang lain melaluinya. Sinar-X yang melewati biarkan doktor membuat imej dalaman badan manusia.

X-ray dalam Aplikasi Praktikal

Perubatan, industri dan pelbagai bidang penyelidikan melalui fizik dan kimia menggunakan X-ray dalam pelbagai cara. Penyelidik pengimejan perubatan menggunakan X-ray dalam membuat diagnosis untuk merawat keadaan di dalam tubuh manusia. Radioterapi mempunyai aplikasi dalam rawatan kanser.

Jurutera perindustrian menggunakan sinar-X untuk memastikan logam dan bahan-bahan lain mempunyai ciri-ciri yang sesuai untuk tujuan seperti mengenal pasti keretakan di dalam bangunan atau mewujudkan struktur yang dapat menahan sejumlah besar tekanan.

Penyelidikan sinar-X di kemudahan synchrotron membolehkan syarikat mengeluarkan instrumen saintifik yang digunakan dalam spektroskopi dan pengimejan.Synchrotrons ini menggunakan magnet besar untuk membengkokkan cahaya dan memaksa foton untuk mengambil lintasan wavelike Apabila sinar-X dipercepatkan dalam gerakan bulat di kemudahan ini, radiasi mereka menjadi polarisasi secara linear untuk menghasilkan sejumlah besar kuasa. Mesin itu kemudian mengalihkan sinar-X ke arah pemecut dan kemudahan lain untuk penyelidikan.

X-ray dalam Perubatan

Aplikasi sinar-X dalam ubat mencipta kaedah rawatan yang baru dan inovatif sepenuhnya. X-ray menjadi penting kepada proses mengenal pasti gejala-gejala dalam badan melalui sifat tidak invasif yang membolehkan mereka mendiagnosis tanpa memerlukan secara fizikal masuk ke dalam badan. X-ray juga mempunyai kelebihan membimbing doktor kerana mereka memasukkan, mengeluarkan, atau menukar peralatan perubatan dalam pesakit.

Terdapat tiga jenis utama pengimejan sinar-X yang digunakan dalam perubatan. Yang pertama, radiografi, imej sistem rangka dengan hanya sedikit radiasi. Kedua, fluoroscopy, membolehkan profesional melihat keadaan dalaman pesakit dalam masa nyata. Para penyelidik perubatan telah menggunakan ini untuk memberi makan kepada pesakit barium untuk mengamati pengambilan saluran pencernaan mereka dan mendiagnosis penyakit dan gangguan esofagus.

Akhirnya, tomografi dikira membolehkan pesakit berbaring di bawah pengimbas berbentuk cincin untuk mencipta imej tiga dimensi pesakit organ dan struktur dalaman. Imej tiga dimensi dikumpulkan bersama dari banyak imej keratan yang diambil oleh tubuh pesakit.

Sejarah X-ray: Permulaan

Jurutera mekanikal Jerman Wilhelm Conrad Roentgen menemui sinar-X semasa dia bekerja dengan tiub sinar katod, sebuah alat yang memancarkan elektron untuk menghasilkan imej. Tiub itu menggunakan sampul kaca yang melindungi elektrod dalam vakum di dalam tiub. Dengan arus elektrik melalui tiub, Roentgen melihat bagaimana gelombang elektromagnet yang berbeza dipancarkan dari peranti.

Apabila Roentgen menggunakan kertas hitam tebal untuk melindungi tiub, dia mendapati bahawa tiub memancarkan cahaya neon hijau, sinar-X, yang boleh melalui kertas dan memberi tenaga bahan-bahan lain. Dia mendapati bahawa, apabila elektron dikenakan sejumlah tenaga tertentu akan bertabrakan dengan bahan, sinaran X dihasilkan.

Menamakan mereka "X-ray," Roentgen berharap untuk menangkap sifat misteri mereka yang tidak diketahui. Roentgen mendapati ia dapat melalui tisu manusia, tetapi bukan melalui tulang atau logam. Pada akhir tahun 1895, jurutera mencipta imej tangan wifesnya menggunakan sinar X serta imej berat di dalam kotak, prestasi cemerlang dalam sejarah X-ray.

Sejarah X-ray: Sebarkan

Tidak lama kemudian, para saintis dan jurutera telah ditemui oleh sinar X-misterius mula meneroka kemungkinan penggunaan sinar X. The roentgen (R) akan menjadi unit sekarang yang tidak berfungsi untuk mengesan pendedahan sinaran yang akan ditakrifkan sebagai jumlah pendedahan yang diperlukan untuk membuat satu unit positif dan negatif bagi cas elektrostatik untuk udara kering.

Memproduksi imej struktur rangka dan organ dalaman manusia dan makhluk lain, pakar bedah dan penyelidik perubatan mencipta teknik inovatif untuk memahami tubuh manusia atau mencari tahu di mana peluru berada di tentera yang cedera.

Menjelang tahun 1896, ahli sains telah menggunakan teknik untuk mengetahui jenis sinar X yang boleh dilalui. Malangnya, tiub-tiub yang menghasilkan sinaran X akan pecah di bawah voltan yang banyak yang diperlukan untuk kegunaan industri sehingga tabung Coolidge 1913 jurutera fizik Amerika William D. Coolidge menggunakan filamen tungsten untuk visualisasi yang lebih tepat dalam bidang yang baru dilahirkan radiologi. Kerja-kerja Coolid akan meletakkan tiub sinar-X dengan tegas dalam penyelidikan fizik.

Kerja industri bermula dengan pengeluaran lampu, lampu pendarfluor dan tiub vakum. Kilang pembuatan menghasilkan radiografi, gambar sinar-X, tiub keluli untuk mengesahkan struktur dan komposisi dalaman mereka. Menjelang tahun 1930-an Syarikat General Electric telah menghasilkan satu juta penjana sinar-X untuk radiografi industri. Persatuan Jurutera Mekanikal Amerika mula menggunakan sinar-X untuk menggabungkan kapal tekanan dikimpal bersama.

Kesan Kesihatan Negatif X-ray

Memandangkan berapa banyak sinaran X-ray dengan panjang gelombang pendek dan frekuensi tinggi, apabila masyarakat memeluk X-ray dalam pelbagai bidang dan disiplin, pendedahan kepada X-ray akan menyebabkan individu mengalami kerengsaan mata, kegagalan organ dan luka bakar kulit, kadang-kadang mengakibatkan kehilangan anggota badan dan nyawa. Panjang gelombang ini spektrum elektromagnet dapat memecahkan ikatan kimia yang akan menyebabkan mutasi dalam DNA atau perubahan struktur molekul atau fungsi selular dalam tisu hidup.

Penyelidikan baru-baru ini mengenai X-ray menunjukkan bahawa mutasi dan penyimpangan kimia ini boleh menyebabkan kanser, dan saintis menganggarkan 0.4% daripada kanser di Amerika Syarikat disebabkan oleh imbasan CT. Apabila X-ray meningkat popular, penyelidik mula mencadangkan tahap dos sinar-X yang dianggap selamat.

Sebagai masyarakat memeluk kuasa sinar-X, pakar perubatan, saintis dan profesional lain mula menyatakan kebimbangan mereka tentang kesan-kesan kesihatan negatif sinar-X. Apabila para penyelidik melihat bagaimana X-ray akan melewati badan tanpa memperhatikan bagaimana gelombang khusus menargetkan kawasan badan, mereka tidak mempunyai alasan untuk mempercayai sinar X dapat berbahaya.

Keselamatan X-ray

Walaupun implikasi negatif teknologi sinar-X terhadap kesihatan manusia, kesannya dapat dikawal dan dikekalkan untuk mengelakkan sebarang bahaya atau risiko yang tidak perlu. Walaupun kanser secara semulajadi menjejaskan 1 dari 5 orang Amerika, imbasan CT umumnya menimbulkan risiko kanser sebanyak .05 peratus, dan beberapa penyelidik berpendapat bahawa pendedahan sinar-X rendah mungkin tidak menyumbang kepada risiko individu kanser.

Tubuh manusia juga mempunyai cara membaiki kerosakan yang disebabkan oleh dos yang rendah sinar-X, menurut kajian dalam American Journal of Clinical Oncology, yang mencadangkan bahawa imbasan sinar-X tidak menimbulkan sebarang risiko besar sama sekali.

Kanak-kanak berisiko lebih besar terhadap kanser otak dan leukemia apabila terdedah kepada X-ray. Atas sebab ini, apabila seseorang kanak-kanak memerlukan pemeriksaan X-ray, pakar perubatan dan profesional lain membincangkan risiko dengan penjaga keluarga kanak-kanak untuk memberi persetujuan.

X-ray pada DNA

Pendedahan kepada jumlah sinar X yang tinggi boleh menyebabkan muntah, pendarahan, pengsan, kehilangan rambut dan kehilangan kulit. Mereka boleh menyebabkan mutasi dalam DNA kerana mereka mempunyai tenaga yang cukup untuk memecahkan ikatan antara molekul DNA.

Ia masih sukar untuk menentukan sama ada mutasi DNA sebagai sinaran sinar-X atau mutasi rawak DNA itu sendiri. Para saintis boleh mengkaji sifat mutasi termasuk kebarangkalian, etiologi dan kekerapannya untuk menentukan sama ada reaksi dua strand dalam DNA adalah hasil sinaran sinar-X atau mutasi rawak DNA itu sendiri.