เรารู้อะไรเกี่ยวกับรังสีเอกซ์บ้าง?

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

ในศตวรรษที่ 19 การแผ่รังสีที่ตามนุษย์มองไม่เห็น ซึ่งสามารถทะลุผ่านเนื้อหนังและวัสดุอื่นๆ ได้ ดูเหมือนจะเป็นสิ่งที่น่าอัศจรรย์อย่างยิ่ง ปัจจุบัน รังสีเอกซ์ถูกใช้อย่างแพร่หลายเพื่อสร้างภาพทางการแพทย์ ฉายรังสีบำบัด วิเคราะห์งานศิลปะ และแก้ปัญหาด้านพลังงานนิวเคลียร์

รังสีเอกซ์ถูกค้นพบได้อย่างไรและมันช่วยเหลือผู้คนได้อย่างไร - เราค้นพบร่วมกับนักฟิสิกส์ Alexander Nikolaevich Dolgov

การค้นพบรังสีเอกซ์

ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 วิทยาศาสตร์เริ่มมีบทบาทสำคัญในการกำหนดภาพลักษณ์ของโลก หนึ่งศตวรรษก่อน กิจกรรมของนักวิทยาศาสตร์มีลักษณะเป็นมือสมัครเล่นและเป็นส่วนตัว อย่างไรก็ตาม ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 18 อันเป็นผลมาจากการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี วิทยาศาสตร์กลายเป็นกิจกรรมที่เป็นระบบซึ่งการค้นพบทุกอย่างเป็นไปได้ด้วยความช่วยเหลือจากผู้เชี่ยวชาญหลายคน

สถาบันวิจัย วารสารวิทยาศาสตร์เป็นระยะเริ่มปรากฏ การแข่งขันและการต่อสู้เกิดขึ้นเพื่อรับรองลิขสิทธิ์สำหรับความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์และนวัตกรรมทางเทคนิค กระบวนการทั้งหมดเหล่านี้เกิดขึ้นในจักรวรรดิเยอรมัน ซึ่งเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 ไกเซอร์สนับสนุนความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่เพิ่มศักดิ์ศรีของประเทศในเวทีโลก

นักวิทยาศาสตร์คนหนึ่งที่ทำงานด้วยความกระตือรือร้นในช่วงเวลานี้คือศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ อธิการบดีมหาวิทยาลัย Würzburg Wilhelm Konrad Roentgen เมื่อวันที่ 8 พฤศจิกายน พ.ศ. 2438 เขาอยู่ในห้องทดลองจนดึกเหมือนที่มักจะเกิดขึ้น และตัดสินใจทำการศึกษาทดลองเกี่ยวกับการคายประจุไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศแก้ว เขาทำให้ห้องมืดลงและห่อหลอดหนึ่งด้วยกระดาษสีดำทึบเพื่อให้สังเกตปรากฏการณ์ทางแสงที่มาพร้อมกับการปลดปล่อยได้ง่ายขึ้น ทำให้ฉันประหลาดใจ

เรินต์เกนเห็นแถบเรืองแสงบนหน้าจอใกล้เคียงที่ปกคลุมด้วยผลึกแบเรียมไซยาโนพลาติไนต์ ไม่น่าเป็นไปได้ที่นักวิทยาศาสตร์จะสามารถจินตนาการได้ว่าเขากำลังใกล้จะถึงการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดเรื่องหนึ่งในยุคของเขา ปีหน้าจะมีการเขียนสิ่งตีพิมพ์เกี่ยวกับรังสีเอกซ์มากกว่าหนึ่งพันฉบับ แพทย์จะนำการประดิษฐ์นี้ไปใช้ในทันที ต้องขอบคุณสิ่งนี้ กัมมันตภาพรังสีจะถูกค้นพบในอนาคตและทิศทางใหม่ของวิทยาศาสตร์จะปรากฏขึ้น

เรินต์เกนอุทิศเวลาไม่กี่สัปดาห์ข้างหน้าเพื่อตรวจสอบธรรมชาติของการเรืองแสงที่เข้าใจยาก และพบว่าการเรืองแสงปรากฏขึ้นเมื่อใดก็ตามที่เขาใช้กระแสไฟฟ้ากับหลอด หลอดนี้เป็นแหล่งกำเนิดรังสีไม่ใช่ส่วนอื่นของวงจรไฟฟ้า Roentgen ไม่รู้ว่าเขากำลังเผชิญอะไรอยู่จึงตัดสินใจกำหนดให้ปรากฏการณ์นี้เป็นรังสีเอกซ์หรือรังสีเอกซ์ เรินต์เกนยังค้นพบอีกว่าการแผ่รังสีนี้สามารถทะลุวัตถุเกือบทั้งหมดได้ในระดับความลึกต่างกัน ขึ้นอยู่กับความหนาของวัตถุและความหนาแน่นของสาร

ดังนั้นดิสก์ตะกั่วขนาดเล็กระหว่างท่อระบายและหน้าจอจึงไม่สามารถป้องกันรังสีเอกซ์ได้ และกระดูกของมือทำให้เกิดเงาที่เข้มกว่าบนหน้าจอ ล้อมรอบด้วยเงาที่สว่างกว่าจากเนื้อเยื่ออ่อน ในไม่ช้านักวิทยาศาสตร์ก็พบว่ารังสีเอกซ์ไม่เพียงแต่ทำให้เกิดการเรืองแสงของหน้าจอที่ปกคลุมด้วยแบเรียม ไซยาโนพลาติไนต์ แต่ยังทำให้แผ่นภาพถ่ายมืดลง (หลังการพัฒนา) ในบริเวณที่รังสีเอกซ์ตกลงบนอิมัลชันการถ่ายภาพ

ในระหว่างการทดลอง Roentgen เชื่อว่าเขาค้นพบรังสีที่วิทยาศาสตร์ไม่รู้จัก เมื่อวันที่ 28 ธันวาคม พ.ศ. 2438 เขารายงานผลการวิจัยในบทความเรื่อง "On a new type of radiation" ในวารสาร Annals of Physics and Chemistryในเวลาเดียวกัน เขาได้ส่งรูปมือของภรรยาของเขา Anna Bertha Ludwig ไปให้นักวิทยาศาสตร์ ซึ่งต่อมากลายเป็นภาพที่มีชื่อเสียง

ขอบคุณเพื่อนเก่าของ Roentgen นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย Franz Exner ชาวเวียนนาเป็นคนแรกที่เห็นภาพเหล่านี้เมื่อวันที่ 5 มกราคม พ.ศ. 2439 บนหน้าหนังสือพิมพ์ Die Presse วันรุ่งขึ้น ข้อมูลเกี่ยวกับการเปิดงานถูกส่งไปยังหนังสือพิมพ์ลอนดอนโครนิเคิล ดังนั้นการค้นพบเรินต์เกนจึงเริ่มเข้าสู่ชีวิตประจำวันของผู้คน พบการใช้งานจริงเกือบจะในทันที: เมื่อวันที่ 20 มกราคม พ.ศ. 2439 ในรัฐนิวแฮมป์เชียร์แพทย์ได้รักษาชายคนหนึ่งที่มีแขนหักโดยใช้วิธีการวินิจฉัยแบบใหม่ - เอ็กซ์เรย์

การใช้รังสีเอกซ์ในระยะแรก

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ภาพเอ็กซ์เรย์ได้เริ่มใช้งานอย่างจริงจังเพื่อการทำงานที่แม่นยำยิ่งขึ้น หลังจากเปิดตัวได้ 14 วันแล้ว ฟรีดริช ออตโต วัลคอฟฟ์ ได้ทำการเอ็กซ์เรย์ทางทันตกรรมครั้งแรก และหลังจากนั้น ร่วมกับ Fritz Giesel ได้ก่อตั้งห้องปฏิบัติการเอ็กซ์เรย์ทางทันตกรรมแห่งแรกของโลก

ภายในปี 1900 5 ปีหลังจากการค้นพบ การใช้รังสีเอกซ์ในการวินิจฉัยถือเป็นส่วนสำคัญของการปฏิบัติทางการแพทย์

สถิติที่รวบรวมโดยโรงพยาบาลที่เก่าแก่ที่สุดในเพนซิลเวเนียถือได้ว่าเป็นเครื่องบ่งชี้การแพร่กระจายของเทคโนโลยีโดยอาศัยรังสีเอกซ์ ตามที่เธอกล่าวในปี 1900 ผู้ป่วยประมาณ 1-2% เท่านั้นที่ได้รับความช่วยเหลือเกี่ยวกับรังสีเอกซ์ในขณะที่ในปี 2468 มีผู้ป่วย 25% แล้ว

ในเวลานั้นมีการใช้รังสีเอกซ์ในลักษณะที่ผิดปกติอย่างมาก ตัวอย่างเช่น พวกมันถูกใช้เพื่อให้บริการกำจัดขน วิธีนี้เป็นวิธีที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีที่เจ็บปวดกว่า - คีมหรือแว็กซ์มาเป็นเวลานาน นอกจากนี้ รังสีเอกซ์ยังถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์ประกอบรองเท้า - ฟลูออโรสโคปแบบทดลอง (pedoscopes) นี่คือเครื่องเอกซเรย์ที่มีรอยบากพิเศษสำหรับเท้า เช่นเดียวกับหน้าต่างที่ลูกค้าและผู้ขายสามารถประเมินว่ารองเท้านั่งลงได้อย่างไร

การใช้ภาพเอ็กซ์เรย์ตั้งแต่เนิ่นๆ จากมุมมองด้านความปลอดภัยสมัยใหม่ทำให้เกิดคำถามมากมาย ปัญหาคือ ณ เวลาที่ค้นพบรังสีเอกซ์นั้นแทบไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับการแผ่รังสีและผลที่ตามมาซึ่งเป็นสาเหตุที่ผู้บุกเบิกที่ใช้สิ่งประดิษฐ์ใหม่นี้ต้องเผชิญกับผลกระทบที่เป็นอันตรายในประสบการณ์ของตนเอง กลายเป็นปรากฏการณ์มวลชนในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 19 ศตวรรษที่ XX และผู้คนเริ่มตระหนักถึงอันตรายของการใช้รังสีเอกซ์โดยไม่ตั้งใจ

ลักษณะของรังสีเอกซ์

รังสีเอกซ์เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีพลังงานโฟตอนตั้งแต่ ~ 100 eV ถึง 250 keV ซึ่งอยู่บนมาตราส่วนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างรังสีอัลตราไวโอเลตกับรังสีแกมมา มันเป็นส่วนหนึ่งของการแผ่รังสีธรรมชาติที่เกิดขึ้นในไอโซโทปรังสีเมื่ออะตอมของธาตุถูกกระตุ้นโดยกระแสอิเล็กตรอน อนุภาคแอลฟา หรือแกมมาควอนตา ซึ่งอิเล็กตรอนจะถูกขับออกจากเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม รังสีเอกซ์เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่ออิเล็กตรอนถูกลดความเร็ว ในสนามไฟฟ้าของอะตอมของสาร

เอ็กซ์เรย์แบบอ่อนและแบบแข็งมีความแตกต่างกัน ขอบเขตแบบมีเงื่อนไขระหว่างมาตราส่วนความยาวคลื่นอยู่ที่ประมาณ 0.2 นาโนเมตร ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานโฟตอนประมาณ 6 keV รังสีเอกซ์สามารถทะลุทะลวงได้เนื่องจากความยาวคลื่นสั้นและแตกตัวเป็นไอออน เนื่องจากเมื่อผ่านสสารจะเกิดปฏิกิริยากับอิเล็กตรอน ผลักออกจากอะตอมจึงแตกตัวเป็นไอออนและอิเล็กตรอน และเปลี่ยนโครงสร้างของสารบน ที่มันทำหน้าที่

รังสีเอกซ์ทำให้สารเคมีที่เรียกว่าฟลูออเรสเซนซ์เรืองแสงการฉายรังสีอะตอมของตัวอย่างด้วยโฟตอนพลังงานสูงทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอน - พวกมันออกจากอะตอม ในออร์บิทัลอิเล็กตรอนอย่างน้อยหนึ่งวง "หลุม" จะเกิดขึ้น - ตำแหน่งงานว่างเนื่องจากการที่อะตอมเข้าสู่สถานะตื่นเต้นนั่นคือพวกมันไม่เสถียร หลายล้านวินาทีต่อมา อะตอมจะกลับสู่สภาวะคงที่ เมื่อตำแหน่งว่างในออร์บิทัลชั้นในเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนจากออร์บิทัลชั้นนอก

การเปลี่ยนแปลงนี้มาพร้อมกับการปล่อยพลังงานในรูปแบบของโฟตอนทุติยภูมิ ดังนั้นจึงเกิดการเรืองแสงขึ้น

ดาราศาสตร์เอกซเรย์

บนโลก เราไม่ค่อยพบรังสีเอกซ์ แต่มักพบในอวกาศ มันเกิดขึ้นตามธรรมชาติเนื่องจากกิจกรรมของวัตถุอวกาศจำนวนมาก สิ่งนี้ทำให้ดาราศาสตร์เอ็กซ์เรย์เป็นไปได้ พลังงานของโฟตอนเอ็กซ์เรย์นั้นสูงกว่าพลังงานออปติคัลมาก ดังนั้นในช่วงเอ็กซ์เรย์ โฟตอนจะปล่อยสารที่ให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่สูงมาก

แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ในจักรวาลเหล่านี้ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการแผ่รังสีพื้นหลังตามธรรมชาติสำหรับเรา ดังนั้นจึงไม่คุกคามผู้คนในทางใดทางหนึ่ง ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวอาจเป็นแหล่งกำเนิดของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งเช่นการระเบิดซูเปอร์โนวาซึ่งเกิดขึ้นใกล้กับระบบสุริยะมากพอ

จะสร้างรังสีเอกซ์ได้อย่างไร?

อุปกรณ์เอ็กซ์เรย์ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการตรวจอินโทรสโคปีแบบไม่ทำลาย (ภาพเอ็กซ์เรย์ในทางการแพทย์ การตรวจหาข้อบกพร่องในเทคโนโลยี) องค์ประกอบหลักคือหลอดเอ็กซ์เรย์ซึ่งประกอบด้วยแคโทดและแอโนด อิเล็กโทรดของหลอดเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งปกติจะมีแรงดันไฟฟ้าหลายสิบหรือหลายแสนโวลต์ เมื่อถูกความร้อน แคโทดจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมา ซึ่งจะถูกเร่งโดยสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นระหว่างแคโทดและแอโนด

เมื่อชนกับขั้วบวก อิเล็กตรอนจะชะลอตัวลงและสูญเสียพลังงานส่วนใหญ่ไป ในกรณีนี้ รังสีเบรมสตราลลุงของช่วงเอ็กซ์เรย์ปรากฏขึ้น แต่ส่วนที่เด่นของพลังงานอิเล็กตรอนจะถูกแปลงเป็นความร้อน ดังนั้นขั้วบวกจึงเย็นลง

หลอดเอ็กซ์เรย์ของการกระทำที่คงที่หรือแบบพัลส์ยังคงเป็นแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่แพร่หลายที่สุด แต่ก็ยังห่างไกลจากรังสีเอกซ์เพียงแห่งเดียว เพื่อให้ได้พัลส์รังสีที่มีความเข้มสูงจะใช้การปลดปล่อยกระแสไฟสูงซึ่งช่องพลาสมาของกระแสไหลจะถูกบีบอัดด้วยสนามแม่เหล็กของตัวเองในปัจจุบัน - การบีบที่เรียกว่า

หากการคายประจุเกิดขึ้นในตัวกลางของธาตุแสง เช่น ในตัวกลางไฮโดรเจน ก็จะทำหน้าที่เป็นตัวเร่งความเร็วของอิเล็กตรอนโดยสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในตัวปล่อยเอง การปลดปล่อยนี้สามารถเกินฟิลด์ที่สร้างโดยแหล่งกระแสภายนอกได้อย่างมาก ด้วยวิธีนี้จะได้รับพัลส์ของการแผ่รังสีเอกซ์แบบแข็งที่มีพลังงานสูงของควอนตัมที่สร้างขึ้น (หลายร้อยกิโลอิเล็กตรอนโวลต์) ซึ่งมีกำลังการทะลุทะลวงสูง

เพื่อให้ได้รังสีเอกซ์ในช่วงสเปกตรัมกว้างจะใช้เครื่องเร่งอิเล็กตรอน - ซินโครตรอน ในนั้นรังสีจะเกิดขึ้นภายในห้องสูญญากาศรูปวงแหวนซึ่งลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูงที่พุ่งไปทางแคบ ๆ ซึ่งเร่งความเร็วเกือบถึงความเร็วแสงเคลื่อนที่เป็นวงโคจรเป็นวงกลม ในระหว่างการหมุน ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก อิเล็กตรอนที่บินได้จะปล่อยลำโฟตอนที่สัมผัสถึงวงโคจรในสเปกตรัมกว้าง ซึ่งมีค่าสูงสุดอยู่ที่ช่วงรังสีเอกซ์

วิธีตรวจพบรังสีเอกซ์

เป็นเวลานานที่ชั้นบาง ๆ ของสารเรืองแสงหรืออิมัลชันภาพถ่ายที่ใช้กับพื้นผิวของแผ่นแก้วหรือฟิล์มโพลีเมอร์โปร่งใสเพื่อตรวจจับและวัดการแผ่รังสีเอ็กซ์เรย์อันแรกฉายแสงในช่วงแสงของสเปกตรัมภายใต้การกระทำของรังสีเอกซ์ ในขณะที่ความโปร่งใสทางแสงของสารเคลือบเปลี่ยนไปในฟิล์มภายใต้การกระทำของปฏิกิริยาเคมี

ในปัจจุบัน เครื่องตรวจจับอิเล็กทรอนิกส์มักใช้ในการบันทึกรังสีเอกซ์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สร้างพัลส์ไฟฟ้าเมื่อควอนตัมของรังสีถูกดูดกลืนในปริมาตรที่ละเอียดอ่อนของเครื่องตรวจจับ พวกเขาแตกต่างกันในหลักการของการแปลงพลังงานของรังสีที่ถูกดูดกลืนเป็นสัญญาณไฟฟ้า

เครื่องตรวจจับเอ็กซ์เรย์ที่มีการลงทะเบียนทางอิเล็กทรอนิกส์สามารถแบ่งออกเป็นอิออไนเซชันซึ่งการกระทำนั้นขึ้นอยู่กับการแตกตัวเป็นไอออนของสารและการเรืองแสงด้วยรังสีรวมถึงการเรืองแสงวาบโดยใช้การเรืองแสงของสารภายใต้การกระทำของรังสีไอออไนซ์ ในทางกลับกัน เครื่องตรวจจับไอออไนซ์จะแบ่งออกเป็นแบบเติมแก๊สและเซมิคอนดักเตอร์ ขึ้นอยู่กับสื่อในการตรวจจับ

เครื่องตรวจจับก๊าซประเภทหลัก ได้แก่ ห้องไอออไนซ์ เคาน์เตอร์ไกเกอร์ (เคาน์เตอร์ไกเกอร์-มุลเลอร์) และเคาน์เตอร์ปล่อยก๊าซตามสัดส่วน ปริมาณรังสีที่เข้าสู่สภาพแวดล้อมการทำงานของเคาน์เตอร์ทำให้เกิดไอออไนซ์ของก๊าซและการไหลของกระแสซึ่งบันทึกไว้ ในเครื่องตรวจจับสารกึ่งตัวนำ คู่อิเล็กตรอน-รูถูกสร้างขึ้นภายใต้การกระทำของรังสีควอนตา ซึ่งทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านร่างกายของเครื่องตรวจจับได้

ส่วนประกอบหลักของตัวนับการเรืองแสงวาบในอุปกรณ์สูญญากาศคือหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ (PMT) ซึ่งใช้เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกในการแปลงรังสีเป็นกระแสของอนุภาคที่มีประจุและปรากฏการณ์ของการปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิเพื่อเพิ่มกระแสของอนุภาคที่มีประจุที่สร้างขึ้น photomultiplier มีโฟโตแคโทดและระบบอิเล็กโทรดเร่งปฏิกิริยาแบบต่อเนื่อง - ไดโนด เมื่อกระทบกับอิเล็กตรอนที่เร่งความเร็วจะทวีคูณ

ตัวคูณอิเล็กตรอนทุติยภูมิเป็นอุปกรณ์สุญญากาศแบบเปิด (ทำงานภายใต้สภาวะสุญญากาศเท่านั้น) ซึ่งการแผ่รังสีเอ็กซ์เรย์ที่อินพุตจะถูกแปลงเป็นกระแสของอิเล็กตรอนปฐมภูมิแล้วขยายออกเนื่องจากการปลดปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิในขณะที่พวกมันแพร่กระจายในช่องตัวคูณ.

เพลตไมโครแชนเนลซึ่งเป็นช่องไมโครสโคปแยกกันจำนวนมากที่เจาะเครื่องตรวจจับเพลต ทำงานตามหลักการเดียวกัน นอกจากนี้ยังสามารถให้ความละเอียดเชิงพื้นที่และการก่อตัวของภาพแสงของส่วนตัดขวางของเหตุการณ์ฟลักซ์บนเครื่องตรวจจับรังสีเอกซ์โดยการทิ้งระเบิดการไหลของอิเล็กตรอนที่ส่งออกของหน้าจอกึ่งโปร่งใสที่มีสารเรืองแสงติดอยู่

เอกซเรย์ในยา

ความสามารถของรังสีเอกซ์ในการส่องผ่านวัตถุวัสดุ ไม่เพียงแต่ทำให้ผู้คนสามารถสร้างรังสีเอกซ์แบบง่ายๆ เท่านั้น แต่ยังเปิดโอกาสสำหรับเครื่องมือวินิจฉัยขั้นสูงอีกด้วย ตัวอย่างเช่น เป็นหัวใจสำคัญของการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (CT)

แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์และเครื่องรับจะหมุนอยู่ภายในวงแหวนที่ผู้ป่วยนอนอยู่ ข้อมูลที่ได้รับเกี่ยวกับวิธีที่เนื้อเยื่อของร่างกายดูดซับรังสีเอกซ์นั้นถูกสร้างขึ้นใหม่โดยคอมพิวเตอร์ให้เป็นภาพ 3 มิติ CT มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการวินิจฉัยโรคหลอดเลือดสมอง และถึงแม้จะแม่นยำน้อยกว่าการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กของสมอง แต่ก็ใช้เวลาน้อยกว่ามาก

ทิศทางที่ค่อนข้างใหม่ซึ่งขณะนี้กำลังพัฒนาในด้านจุลชีววิทยาและการแพทย์คือการใช้รังสีเอกซ์แบบอ่อน เมื่อสิ่งมีชีวิตโปร่งแสง จะทำให้ได้ภาพหลอดเลือด ศึกษารายละเอียดโครงสร้างของเนื้อเยื่ออ่อน หรือแม้แต่ทำการศึกษาทางจุลชีววิทยาในระดับเซลล์

กล้องจุลทรรศน์เอ็กซ์เรย์ที่ใช้รังสีจากการปล่อยแบบบีบนิ้วในพลาสมาของธาตุหนักทำให้สามารถดูรายละเอียดโครงสร้างของเซลล์ที่มีชีวิตได้ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แม้แต่ในโครงสร้างเซลล์ที่เตรียมไว้เป็นพิเศษ

การบำบัดด้วยรังสีประเภทหนึ่งที่ใช้รักษาเนื้องอกมะเร็งนั้นใช้การเอ็กซ์เรย์แบบแข็ง ซึ่งเกิดขึ้นได้เนื่องจากผลของไอออไนซ์ ซึ่งจะทำลายเนื้อเยื่อของวัตถุทางชีววิทยา ในกรณีนี้ เครื่องเร่งอิเล็กตรอนถูกใช้เป็นแหล่งรังสี

การถ่ายภาพรังสีในเทคโนโลยี

รังสีเอกซ์อ่อนใช้ในการวิจัยเพื่อแก้ปัญหาการหลอมละลายด้วยความร้อนแบบควบคุม ในการเริ่มต้นกระบวนการ คุณต้องสร้างคลื่นกระแทกหดตัวโดยการฉายรังสีเป้าหมายดิวเทอเรียมและไอโซโทปขนาดเล็กด้วยรังสีเอกซ์แบบอ่อนจากการคายประจุไฟฟ้า และให้ความร้อนแก่เปลือกของเป้าหมายนี้เป็นสถานะพลาสมาในทันที

คลื่นนี้จะบีบอัดวัสดุเป้าหมายให้มีความหนาแน่นสูงกว่าความหนาแน่นของของแข็งหลายพันเท่า และทำให้ร้อนขึ้นจนถึงอุณหภูมิเทอร์โมนิวเคลียร์ การปลดปล่อยพลังงานความร้อนจากฟิวชันนิวเคลียร์จะเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ ในขณะที่พลาสมาร้อนจะกระจายไปตามแรงเฉื่อย

ความสามารถในการโปร่งแสงทำให้การถ่ายภาพรังสีเป็นไปได้ - เทคนิคการถ่ายภาพที่ช่วยให้คุณแสดงโครงสร้างภายในของวัตถุทึบแสงที่ทำจากโลหะได้ เป็นต้น เป็นไปไม่ได้ที่จะระบุได้ด้วยตาเปล่าว่าโครงสร้างของสะพานเชื่อมอย่างแน่นหนาหรือไม่ รอยต่อที่ท่อส่งก๊าซนั้นกันอากาศเข้าหรือไม่ และรางนั้นชิดติดกันแน่นหรือไม่

ดังนั้น ในอุตสาหกรรม X-ray ถูกใช้สำหรับการตรวจจับข้อบกพร่อง - ตรวจสอบความน่าเชื่อถือของคุณสมบัติการทำงานหลักและพารามิเตอร์ของวัตถุหรือองค์ประกอบแต่ละอย่าง ซึ่งไม่จำเป็นต้องนำวัตถุออกจากบริการหรือรื้อถอน

X-ray fluorescence spectrometry ขึ้นอยู่กับผลของการเรืองแสง ซึ่งเป็นวิธีการวิเคราะห์ที่ใช้ในการกำหนดความเข้มข้นของธาตุตั้งแต่เบริลเลียมไปจนถึงยูเรเนียมในช่วง 0,0001 ถึง 100% ในสารที่มีแหล่งกำเนิดต่างๆ

เมื่อตัวอย่างถูกฉายรังสีด้วยฟลักซ์การแผ่รังสีอันทรงพลังจากหลอดเอ็กซ์เรย์ การแผ่รังสีฟลูออเรสเซนต์ที่มีลักษณะเฉพาะของอะตอมจะปรากฏขึ้น ซึ่งเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของพวกมันในตัวอย่าง ในปัจจุบัน แทบทุกกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนทำให้สามารถระบุองค์ประกอบองค์ประกอบโดยละเอียดของไมโครออบเจกต์ที่ศึกษาได้โดยไม่ยาก โดยวิธีการวิเคราะห์การเรืองแสงด้วยรังสีเอกซ์

รังสีเอกซ์ในประวัติศาสตร์ศิลปะ

นอกจากนี้ยังใช้ความสามารถของรังสีเอกซ์ในการส่องผ่านและสร้างเอฟเฟกต์เรืองแสงเพื่อศึกษาภาพวาด สิ่งที่ซ่อนอยู่ภายใต้สีทาด้านบนสามารถบอกได้มากมายเกี่ยวกับประวัติของการสร้างผืนผ้าใบ ตัวอย่างเช่น งานที่มีความชำนาญในการลงสีหลายชั้นทำให้สามารถค้นพบภาพที่มีความเป็นเอกลักษณ์ในผลงานของศิลปินได้ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงโครงสร้างของชั้นของภาพวาดด้วยเมื่อเลือกสภาวะการจัดเก็บที่เหมาะสมที่สุดสำหรับผืนผ้าใบ

ทั้งหมดนี้ การแผ่รังสีเอกซ์เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ ช่วยให้คุณมองใต้ชั้นบนของภาพได้โดยไม่ทำให้เกิดอันตราย

พัฒนาการที่สำคัญในทิศทางนี้เป็นวิธีการใหม่สำหรับการทำงานกับงานศิลปะโดยเฉพาะ Macroscopic fluorescence เป็นอีกรูปแบบหนึ่งของการวิเคราะห์การเรืองแสงด้วยรังสีเอกซ์ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแสดงภาพโครงสร้างการกระจายขององค์ประกอบหลัก ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโลหะ ซึ่งมีอยู่ในพื้นที่ประมาณ 0.5-1 ตารางเมตรขึ้นไป

ในทางกลับกัน X-ray laminography ซึ่งเป็นเครื่องเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบต่างๆ ซึ่งเหมาะสำหรับการศึกษาพื้นผิวเรียบมากกว่า ดูเหมือนว่าจะมีโอกาสได้ภาพในแต่ละชั้นของภาพ วิธีการเหล่านี้ยังสามารถใช้เพื่อศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของชั้นสีได้อีกด้วย ซึ่งช่วยให้ผ้าใบสามารถลงวันที่ รวมทั้งเพื่อระบุการปลอมแปลง

รังสีเอกซ์ช่วยให้คุณค้นหาโครงสร้างของสารได้

ผลึกเอ็กซ์เรย์เป็นทิศทางทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการระบุโครงสร้างของสสารในระดับอะตอมและโมเลกุล ลักษณะเด่นของวัตถุที่เป็นผลึกคือการเรียงลำดับซ้ำหลายครั้งในโครงสร้างเชิงพื้นที่ขององค์ประกอบเดียวกัน (เซลล์) ซึ่งประกอบด้วยอะตอม โมเลกุล หรือไอออนจำนวนหนึ่ง

วิธีการวิจัยหลักประกอบด้วยการแสดงตัวอย่างผลึกไปยังลำแสงรังสีเอกซ์ที่แคบโดยใช้กล้องเอ็กซ์เรย์ ภาพถ่ายที่ได้แสดงภาพรังสีเอกซ์ที่เลี้ยวเบนผ่านคริสตัล ซึ่งนักวิทยาศาสตร์สามารถแสดงโครงสร้างเชิงพื้นที่ได้อย่างชัดเจน ซึ่งเรียกว่าผลึกแลตทิซ วิธีต่างๆ ในการใช้วิธีนี้เรียกว่าการวิเคราะห์โครงสร้างด้วยเอ็กซ์เรย์

การวิเคราะห์โครงสร้าง X-ray ของสารที่เป็นผลึกประกอบด้วยสองขั้นตอน:

1. การกำหนดขนาดหน่วยเซลล์ของผลึก จำนวนอนุภาค (อะตอม โมเลกุล) ในเซลล์หน่วย และความสมมาตรของการจัดเรียงอนุภาค ข้อมูลเหล่านี้ได้มาจากการวิเคราะห์เรขาคณิตของตำแหน่งของค่าสูงสุดของการเลี้ยวเบน
2. การคำนวณความหนาแน่นของอิเล็กตรอนภายในเซลล์ของหน่วยและการกำหนดพิกัดของอะตอม ซึ่งระบุตำแหน่งสูงสุดของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ข้อมูลเหล่านี้ได้มาจากการวิเคราะห์ความเข้มของการเลี้ยวเบนสูงสุด

นักชีววิทยาระดับโมเลกุลบางคนคาดการณ์ว่าในการถ่ายภาพโมเลกุลที่ใหญ่ที่สุดและซับซ้อนที่สุด ผลึกเอ็กซ์เรย์อาจถูกแทนที่ด้วยเทคนิคใหม่ที่เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแช่แข็ง

เครื่องมือใหม่ล่าสุดในการวิเคราะห์ทางเคมีคือเครื่องสแกนฟิล์มของเฮนเดอร์สัน ซึ่งเขาใช้ในงานบุกเบิกด้านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแช่แข็ง อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ยังค่อนข้างแพง ดังนั้นจึงไม่น่าจะมาแทนที่ผลึกศาสตร์ของเอ็กซ์เรย์ได้อย่างสมบูรณ์ในอนาคตอันใกล้นี้

งานวิจัยและการใช้งานทางเทคนิคที่ค่อนข้างใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการใช้รังสีเอกซ์คือกล้องจุลทรรศน์เอ็กซ์เรย์ ได้รับการออกแบบเพื่อให้ได้ภาพที่ขยายใหญ่ขึ้นของวัตถุภายใต้การศึกษาในพื้นที่จริงในสองหรือสามมิติโดยใช้เลนส์โฟกัส

ขีดจำกัดการเลี้ยวเบนของความละเอียดเชิงพื้นที่ในกล้องจุลทรรศน์เอ็กซ์เรย์เนื่องจากความยาวคลื่นขนาดเล็กของรังสีที่ใช้นั้นดีกว่าค่าที่สอดคล้องกันสำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลประมาณ 1,000 เท่า นอกจากนี้ พลังการแทรกซึมของรังสีเอกซ์ยังทำให้สามารถศึกษาโครงสร้างภายในของตัวอย่างที่ทึบแสงจนมองเห็นได้

และถึงแม้ว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะมีข้อได้เปรียบจากความละเอียดเชิงพื้นที่ที่สูงขึ้นเล็กน้อย แต่ก็ไม่ใช่วิธีการตรวจสอบที่ไม่ทำลายล้าง เนื่องจากต้องใช้สุญญากาศและตัวอย่างที่มีพื้นผิวที่เป็นโลหะหรือเป็นโลหะ ซึ่งเป็นอันตรายอย่างยิ่ง ตัวอย่างเช่น สำหรับวัตถุทางชีววิทยา