1. Raze X
Duma Ofelia
Cls.XII.SN
http://teaching.phys.sci.qut.edu.au/pub/dmi/Physics_page.htm
2. Cuprins
Radiatiile X
Natura radiatiilor X
Proprietatiile razelor X
Aplicatiile radiatiilor X
Surse de raze X
Absorbtia de raze X
Bibliografie
3. Radiatiile X
Au fost descopoerite de fizicianul german Rontgen Wilhelm Conrad
(18451923). Descoperirea sa i-a asigurat celebritatea pentru care in 1901 a primit
Premiul Nobel
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
4. Asadar 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.
www.dpchallenge.com/image.php?IMAGE_ID=71305
5. Natura radiatiilor X
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.
6. Tubul lui William Crookes
http://home.att.net/~numericana/arms/crookes.htm
7. Cum functioneaza tubul de raze X
http://teaching.phys.sci.qut.edu.au/pub/dmi/Physics_page.htm
8. 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 siapar 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.
9. 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.
10. Cum se produce o radiografie
http://teaching.phys.sci.qut.edu.au/pub/dmi/Physics_page.htm
12. Surse de raze-X
Sistemul solar- Atmosfera externa a Soarelui este o sursa de raze-X.
Stele - Atmosfera fierbinte sau corola stelelor normale produc si ele raze-X. Observatiile
razelor-X sunt folositoare la intelegerea activitatii stelelor in evolutia lor.
Stelele Pitice Albe- Acestea sunt dense, resturi arse ale unor stele cum ar fi Soarele. Ele s-au
format in urma consumarii combustbilului nuclear.
Supernove si ramasite ale acestora – Cand o stea explodeaza si se transforma intr-o
supernova, explozia creeaza un nor in care se pot atinge valori de mai multe milioane de grade
care straluceste in raze-X timp de mii de ani. Observatiile razelor-X pot dezvalui dinamica
exploziei si elementele grele prezente in norul rezultat.
Stelele neutronice- Cand o stea masiva devine o supernova, ea poate lasa in urma sa ramasite
dense numite de specialisti ―stele neutronice‖. Stelele neutronice tinere trimit in afara lor particule
cu energii care pot trimite raze-X timp de mai multe mii de ani.
Gaurile negre-Cand stea moarta are masa mai mare decat trei sori, aceasta formaeaza o gaura
neagra in spatiu. Telescoapele pentru observarea razelor-X ne dau o imagine asupra materiei
supraincalzite care se misca in jurul gaurilor negre.
Galaxiile – Observatiile prin raze-X a galaxiilor normale au revelat calduroasa, energetica parte a
caracterului unei galaxii prin localizarea stelelor neutronice, ramasitele supernovelor si ale gaurilor
negre.
Galaxii active si Quasari – Galaxiile active duc o ―viata‖ violenta, de obicei in centrul acestora.
Aceasta activitate se datoreaza unei gauri negre uriase din centrul acestora sau o coliziune cu o
alta galaxie sau ambele. Quasarii sunt exemple extreme de galaxii active.
Un fundal radioactiv– Cerul observat in raze-X nu este intunecat, ci este slab luminat, lumina in
raze-X care vine de la multe surse indepartate.
13. Pamantul luminat cu raze X
http://www.astrotm.home.ro/Cele%20noua%20planete/pxearth.htm
14. Absorbtia de raze-X
Absorbtia acestora de catre atmosfera Pamantutui este impartita pe mai multe
strauri atmosferice. Absorptia se face in urmatorul mod:
Fotonii razelor-X—particule minuscule incarcate cu energie electromagnetica
puternica—sunt absorbiti de orice intalnesc in cale si care este compus din atomi.
Cantitatea de radiatii se imputineaza trecand prin ionosfera si prin stratul de ozon.
Ce se intampla cand razele-X sunt absorbite in atmosfera?
Energia unei unde X incearca sa deplaseze un electron de la orbita
lui din jurul unui atom de oxigen.acest proces se numeste absorbrtia foto-
electrica, deoarece un foton este absorbit in procesul inlaturarii electronului de
la atom.
Telescoapele pentru observarea razelor-X de deasupra Pamantului pot
colecta radiatii de tip X de la surse care se afla la miliarde de ani lumina
departare. Aceste radiatii-X de provenienta cosmica sunt focalizate de o
oglinda concava si redirectionate spre un aparat de masura a intensitatii si
proprietatilor cum ar fi directia din care vin si energia razelor-X. Un material
solid sau gazos din interiorul aparatului absoarbe aceste raze sub efectul foto-
electric.
