Download
1 / 38
510 likes | 1.43k Vues
Descoperirea radiatiilor X si utilizarea lor. Cuprins. Povestea descoperirii radiatiilor X; Radiatiile X; Natura radiatiilor X; Proprietatiile radiatiilor X; Mecanismul generarii radiatiilor X; Surse de raze X; Absorbtia de raze X; Aplicatiile acestor radiatii; Sfaturi!!!.
E N D
Cuprins • Povestea descoperirii radiatiilor X; • Radiatiile X; • Natura radiatiilor X; • Proprietatiile radiatiilor X; • Mecanismul generarii radiatiilor X; • Surse de raze X; • Absorbtia de raze X; • Aplicatiile acestor radiatii; • Sfaturi!!!
Povestea descoperirii radiatiilor X *În ziua de 8 noiembrie 1890, profesorul Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) lucra, ca de obicei, singur în camera lui din laboratorul de fizică al Universitaţii din Würzburg. *În acea perioadă, Röntgen se hotărâse să abordeze un nou domeniu - cel al descărcărilor electrice în gaze, probabil pentru studiul fluorescenţei.
*În acest scop, Röntgen a început să studieze decărcarea electrică produsă de o bobină de inducţie într-un tub Crookes. Acoperise tubul cu un carton negru pentru a putea observa mai usor luminozităţile slabe. *Din întâmplare, lângă tubul Crookes se afla un ecran acoperit cu platinocianură de bariu..Röntgen a constat cu uimire că atunci când tubul era alimentat cu tensiune ecranul devenea fluorescent, în mod misterios, căci se pare că nimic nu cădea pe el.
*Proprietatea platinocianurii de bariu de a deveni fluorescentă era bine cunoscută. Pentru a deveni fluorescentă, platinocianura de bariu trebuie bombardată cu radiaţii catodice. În acest scopplatinocianura de bariu era introdusă într-un tub Crookessau dispusă în faţa unei ferestre prin care radiaţiile catodice erau scoase dintr-un tub Lenard. *Tocmai datorită acestei proprietăţi, ecranele acoperite cu platinocianură de bariu erau utilizate în toate laboratoarele în care se făceau experienţe cu raze catodice.
*Asa se explică de ce un asemenea ecran se afla pe masa de lucru al lui Röntgen. Ecranul cu platinocianură de bariu devenea fluorescent în cazul experienţelor sale, chiar dacă asupra sa nu cădea un fascicol de raze catodice. * Pentru a-si da seama de cauzele acestui fenomen, Röntgen a ecranat foarte bine tubul Crookes, a îndepărtat ecranul cu platinocianură de bariu până la o distanţă de 2 m, iar între ecran si tub a pus diferite substanţe opace.
*Ecranul continua să devină fluorescent, atunci când tubul Crookes era alimentat cu tensiune. Röntgen si-a dat imediat seama că se afla unui fenomen necunoscut încă. În următoarele 8 săptămâni el a lucrat intens. *A stabilit că fluorescenţa platinocianurii de bariu este provocată de o radiaţie necunoscută încă, pe care a denumit-o radiaţie X, stabilindu-i în acelasi timp si proprietăţile.
*Această radiaţie putea să provoace nu numai fluorescenţa platinocianurii de bariu, dar si înnegrirea unei plăci fotograficesi chiar descărcarea unui electroscop. *De asemenea Röntgen a arătat că radiaţiile X sunt absorbite în mod diferit de cătreţesuturile moi, respectiv de către oase. Cu această ocazie Röntgen a făcut prima radiografie care reprezenta mâna stângă a soţiei sale.
*În această radiografie apar foarte clar oasele mâinii, precum si verigheta pe care soţia sa o purta. În ziua de 28 martie 1895, Röntgen a comunicat rezultatele sale Societăţii Fizico-Medicale din Würzburg. * În decurs de numai câteva zile, experienţele lui Röntgen au fost repetate în numeroase laboratoare din lume, iar după câteva săptămâni au fost făcute încercări de a utiliza razele X în medicină.
Radiatiile X *Radiatiile electromagnetice sunt produse prin oscilatia sau acceleratia unei sarcini electrice.Undeleelectromagnetice 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, spectrulundelor electromagnetice se compune din: radiatii gama, radiatii X, radiatii ultraviolete, lumina vizibila, radiatii infrarosii, microunde si unde radio. *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.
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.
Radiaţiile X impresionează soluţia fotografică , ca şi luminaAbsorbţia radiaţiilor depinde de densitatea si de masa atomică Cu cat masa atomică este mai mică, materialul este mai usor pătruns de razele X Cand corpul uman este expus la radiaţiii X, oasele cu masa atomică mai mare decat carnea, absorb in mare măsură radiaţiile şi apar umbre mai pronunţate de film.
In cele două imagini ne este prezentat sub forma de raze x, mecanismul vorbirii la om.In prima animaţie rosteşte cuvantul "pion", iar in a doua animaţie ne arata deschiderea maximă a cavităţii bucale.
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. *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 vacumat iar catodul emite electroni prin incalzire cu un curent electric auxiliar. *Accelerarea procesului de emitere a electronilor se face prin aplicarea unui curent electric de inalta tensiune, prin tub. Fizicianul american Arthur Holly Compton (1892 – 1962), laureat al Premiului Nobel, prin studiile sale a descoperit asa numitul effect Compton in anul 1922.
Tubul lui William Crookes
Tub de radiaţii X Spectrul de radiaţii X emis de un anticatod, prin bombardarea cu electroni rapizi (suprapunere de spectru continuu şi spectru de linii caracteristice elementului chimic din care este constituit catodul ).
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 si apar umbre mai pronuntate pe film. Radiatiile cu neutroni se folosesc in anumite tipuri deradioagrafii, cu rezultate total opuse: partile intunecate de pe film sunt cele mai usoare. *Radiatiile X provoaca fluorescentaanumitor 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.
Mecanismul generarii radiatiilor X *La numai câteva luni de la descoperirea razelor X, fizicianul român DragomirHurmuzescu(1865-1954) a construit un electroscop foarte sensibil, care îi poartăsi numele, special pentru studiul acestor radiaţii. *Acest electroscop s-a dovedit a fi foarte util pentru studiul fenomenelor de ionizare produse de diferite preparate radioactive.
De la Röntgen până azi.......radiaţiile care aveau iniţial natura necunoscută numindu-se X, sunt utilizate des în domeniul medical unde se fac nu numai radiografii ci si tomografii computerizate. *Telescoapele de raze X trebuie să fie plasate înafara atmosferei terestre pentru a capta radiaţii X emise de surse aflate la miliarde de ani lumină distanţă. *Printre cele mai cunoscute se aflăChandra X-ray Observatory, care a a fost lansat de naveta Space Shuttle Columbia în 1999.
*Revenind la statisticile efectuate cu privire la utilizarea radiografiilor medicale, trebuie precizat faptul că radiaţiile X au putere mare de ionizare, care este direct proporţională cu energia lor. * Din acest motiv, este binesă limităm, pe cât este posibil, expunerea noastrăla acest tip de radiaţii.
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.
*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. *Galatiile – 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.
Absorbtia de raze-X Absorbtia acestora de catre atmosfera Pamantutui este impartita pe mai multe straturi atmosferice. Absorbtia se face in urmatorul mod: Fotoniirazelor-X—particule minuscule incarcate cu energie electromagneticaputernica—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.
Aplicatiile radiatiilor XPrincipalele 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 lapulberi, 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 elementelechimice 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 Cobalt60 si Caesium137.
De asemenea prin radiatii X se testeaza anumite faze de productie si se elimina defectele. RazeleX 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.
Si în final câteva sfaturi!!! • Nu acceptaţi aplicarea unor proceduri ce presupun expunere la radiaţii X decât sub asistenţa personalului medical specializat si numai dacă este absolut necesar. • Cereţi acoperirea părţilor corpului care nu fac obiectul examinării cu radiaţii X, cu un sorţ de plumb, pentru a evita expunerea inutilă • Femeile însărcinate sau cele care alăptează trebuie să evite efectuarea radiografiilor.
Colegiul National Calistrat Hogas Realizat de:Florea Madalina si Bratu Tincuta In cadrul optionalului: "Invatare pentru societatea cunoasterii" Clasa a-XI-a C Profesor coordonator: Tudor Gabriela.
