خصائص الأشعة السينية

* خصائص الأشعة السينية:
المستحلبات
الفضية المستخدمة في التصوير الضوئي. وتزيل الشحنة الكهربائية للمواد.
ومعظم المواد شفافة لها. وتسير وفق خط مستقيم. ولا يغير اتجاهها مرورها عبر
ساحات مغنطيسية، لذلك فهي ليست سيلاً من جزيئات مشحونة. وتصدر عندما تصطدم
الأشعة تمكن رونتغن منذ اكتشافه الأشعة السينية من دراسة خصائص- هذه
الأشعة تسبب تفلور عدد من المواد من بينها مركب سيان يد البلاتين مع
الباريوم. وتؤثر في خصائصها النوعية ولخصها بأن المهبطية بأي مادة. وإن
العناصر الثقيلة أكثر مردوداً من حيث إصدارها. ولا تنعكس ولا تنكسر بسهولة
كالأشعة الضوئية.
- حالة الأشعة السينية التي تميز كل عنصر من العناصر الكيماوية.
-
تبين منذ السنوات العشر الأولى لاستعمال الأشعة السينية في الطب (التشخيص
والمعالجة) أن هذه الأشعة لا تخلو من التأثيرات المؤذية. فقد عرف منذ
البدء، عندما استخدمها الأطباء في التنظير الشعاعي لجبر كسور العظام، أنها
تحدث حروقاً في أيدي الطبيب الفاحص وأن لها تأثيراً في خلايا نقي العظام
والغدد التناسلية. وأظهرت الدراسات الخلوية الحيوية فيما بعد أن التأثيرات
المؤذية للأشعة تسبب حتى بمقادير قليلة أحياناً تبديلات في صبغيات نواة
الخلية الحية (طفرات) مع ما يتلو ذلك من تشوهات ولادية أو من اضطراب تكاثر
هذه الخلايا وبالتالي موتها.
- وثبت أن تأثيرات الأشعة السينية في
الخلية الحية تقع في أثناء الطور الثالث للانقسام الخلوي، لذلك كانت
الأنسجة الحية ذات الانقسام الخلوي النشيط أشد تأثراً بها كأنسجة نقي
العظام والغدد التناسلية.
- لذلك فقد أحجم الأطباء عن استعمالها على
المرأة الحامل في الأشهر الأولى من الحمل، واستخدمت الواقيات الرصاصية
لحماية العاملين بها. كما أن الهيئة الدولية للطاقة الذرية واللجان
المتفرعة عنها قامت بنشر توصيات الحماية والأمان الخاصة بالأشعة السينية في
منشورات خاصة تناولت القوانين الناظمة لاستعمالات هذه الأشعة وفرضت معايير
وأسساً لصناعة الأجهزة الشعاعية ألزمت الشركات الصانعة التقيد بها، كما
حددت المقادير والجرعات الشعاعية العظمى المسموح بها التي لا تحدث ضرراً
يذكر.
- الأشعة السينية هي شكل من الإشعاع علي ضوء موجات ولكن مع ارتفاع الطاقة ، إلى أن تمكن من إصدار مجموعه من الأنسجة.
-
ولا تسمح طريق الأشعة السينية (مثل الهواء في الرئتين) تظهر في الفيلم ".
مجموعه من السوائل في المعدة أو الرئة ولن تظهر "أو" قاتمة ". "هذه الأنسجة
والعضلات وأجهزه الجسم المختلفة كما يظهر من اللون والظلال الكثيفة أجزاء
الجسم مثل العظام وتظهر".
- وسوف تظهر لك الطبيب أن الأشعة تشير إلى أي وجود مثل كسر العظام في الظل أو الرئة.
خصائص الأشعة السينية :
نستطيع
أن نستنتج مما سبق بعض خصائص الأشعة السينية ولكن من أجل حصر أهم هذه
الخصائص يمكننا ذكر تلك التي ساهمت في توضيح طبيعتها وفي تطور استعمالها في
شتى الميادين.
* الأشعة السينية تنساب بخط مستقيم وبسرعة مساوية لسرعة الضوء.
* لا تتأثر بوجود حقل مغناطيسي أو حقل كهربائي وهذا ما يدل على أنها لا تحمل أي شحنة كهربائية.
* يتغير طول موجة الأشعة السينية بحسب طبيعة معدن المهبط بين جزء من ألف من الأنغستروم وبين ألف أنغستروم.
*تؤثر على أفلام التصوير.
* تسبب فلورة أو فسفرة بعض الأجسام.
* لها تأثير كيمياضوئي .
* تستطيع جرح أو قتل الخلايا الحية وأحيانا إحداث تغيرات عضوية فيها.
*
تتمتع كالضوء بازدواجية الطبيعة بحيث أنها تبدو في بعض الميادين كالموجة(
الحيود مثلا ) وفي بعضها الآخر كمجموعة حبيبات طاقة قادرة على تحرير
إلكترون أو أكثر في بعض الأجسام الصلبة محدثة بذلك تيارا كهربائيا.
إن
تنوع الخصائص إلى جانب تلك التي لم تذكر هنا أوجد العديد من التطبيقات
المهمة . ويكفي أن نذكر على سبيل المثال الخدمات الجلية التي تقدمها الأشعة
السينية في ميادين التصوير الطبي وفي ميدان دراسة تكوين الأجسام الصلبة
وكيفية ترتيب الذرات داخلها . ونستطيع القول بأن عددا من هذه التطبيقات
يدخل في ميادين الفيزياء والكيمياء والهندسة والطب والصناعة. إن السير نحو
توحيد النظرية العلمية عند الإنسان يلاحظ بشكل واضح من تطور الأبحاث
الأساسية في ميدان الأشعة السينية . فالفيزيائي الذي يستعمل الأشعة السينية
في ميدان الأجسام الصلبة مضطر للإلمام بالكثير من النظريات الكيميائية
خاصة فيما يتعلق بطبيعة الرباط بين الذرات داخل الجسم الصلب وبالتالي كمية
الشحنة الكهربائية (أو عدد الالكترونات) المركزة في كل ذرة .

*-أنواع الأشعة السينية :
هناك نوعين من الأشعة السينية يمكن الحصول عليها الآن . والتفريق بين هذين النوعين يعود بشكل أساسي إلى طريقة الحصول على كل منهما:
1-
الأشعة السينية " البيضاء" أو الطيف غير المتقطع . وكلمة بيضاء لاتعني هنا
اللون الأبيض إنما تعني احتواء هذا الطيف على أشعة سينية مختلفة لذبذبة
وطول الموجة . أي أننا نجد في هذا الطيف كل الموجات الممكن تصورها ضمن حدين
أدنى وأعلى لطول الموجة :
λ m < λ< λ M
2- الأشعة السينية
الخاصة بكل معدن والمكونة من عدة أضواء كل واحد منها أحادي طول الموجة
تجتمع في عدة مجموعات . وطول موجة كل ضوء منها يتعلق حسب قانون سنراه لاحقا
بالعدد الذري للعنصر المادي الذي ولده.
يمكن الحصول على " الطيف الأبيض
" بإخضاع أنبوبة الأشعة السينية لتوتر منخفض نسبيا . وإذا ما اتخذنا بعض
الاحتياطات المبنية على دراسة قيمة التوتر وطبيعة المعدن الموجود في المصعد
يمكن الحصول على هذا الطيف الأبيض دون أن يمزج الأشعة السينية الخاصة بنوع
المصعد ع الثاني من الأشعة السينية.
ولهذه الأشعة البيضاء
خاصية مهمة : فإذا عمدنا إلى إجراء رسم بياني لشدة الضوء بالنسبة لطول
الموجة وجدنا أن الشدة تنعدم تحت طول موجة معين أسميناه λ m . وطول الموجة
هذا لا يتعلق مطلقا بنوع العنصر المادي المكون للمصعد (Anode) وإنما يتعلق
بقيمة التوتر الكهربائي المسلط على أنبوبة الأشعة السينية . وأول من طبق
قانون علاقة λ m بالتوتر الكهربائي هما العالمان ديان (Duane) و هونت
(Hunt)وكان ذلك في سنة 1914.
وكمثال على ذلك وبواسطة توتر كهربائي يساوي
000 300 فولت يمكن الحصول على أشعة سينية يساوي الطول الأدنى من الموجة
فيها خمسة أجزاء من ألف من الأنغستروم :
λ = 0.005 A
والتوتر المشار
إليه أعلاه يستعمل للحصول على أشعة سينية تستخدم في معالجة الأقسام
الداخلية من جسم الإنسان لأن الأشعة ذات الموجة المتناهية القصر تملك قدرة
كبيرة على الاختراق .
وبالرغم من أن الطول الأدنى للموجة السينية لا
يتعلق بطبيعة المهبط فإن الشدة الإجمالية للطيف الممكن الحصول عليها تحت
توتر كهربائي ثابت ترتكز على العدد الذري للعنصر المكون للمصعد.
وتجدر
الإشارة إلى أن كيفية انطلاق هذه الأشعة العامة "أو البيضاء" لم تحظ حتى
يومنا هذا بتفسير دقيق . ولكن يمكن القول بأن هذا الطيف ينتج عن تغير مسار
الإلكترونات المنطلقة من المهبط تحت تأثير الحقول المغناطيسية والكهربائية
بالقرب من نواة الذرات في المصعد.
من المعروف جيدا أن الإلكترون المنطلق
من المهبط يكتسب طاقة حركية تساوي حاصل ضرب قيمة التوتر بشحنة الإلكترون
الكهربائية. والتوقف الكامل والسريع للإلكترون عند دخوله في مادة المصعد
يحول هذه الطاقة الحركية إلى إشعاعات وكلما كان التوقف سريعا كانت ذبذبة
الأشعة المنبعثة مرتفعة . والتوقف الكلي للإلكترون عند أول اصطدام بذرة من
ذرات المصعد يعطي الأشعة ذات الذبذبة الأكثر ارتفاعا أو طول الموجة الأقصر
وهي الموجة التي ذكرناها آنفا والتي أسميناها λ m .
وهذه الأشعة العامة
ذات أهمية بالغة . فهي التي استعملت في الماضي لدراسة البلورات في فيزياء
وكيمياء الأجسام الصلبة بطريقة " لاو" "Laue" . وهي التي تستعمل في الطب
للمعالجة بالأشعة السينية وللتصوير بالأشعة.
أما النوع الثاني من الأشعة
السينية فنحصل عليه , إلى جانب النوع الأول الذي وصفناه أعلاه . ولكن طول
الموجة التي نحصل عليها لا يتغير بتغير قيمة التوتر العالي وذلك لأنه خاص
بالعنصر المادي المكون لمعدن المصعد . فإذا أجرينا رسما بيانيا لتغير الشدة
الضوئية بتغير طول الموجة وجدنا أنه تبرز إلى جانب الطيف الأبيض حزمات
أشعة أحادية اللون شديدة الضوء نسبيا . وهذه الحزم هي التي وصفنا بالأشعة
السينية الخاصة بالعنصر المعدني.
ويمكن جمع هذه الحزم في مجموعات يطلق عليها أسم
K, L, M, N, 0...
والمجموعة K هي التي تحوي الأشعة ذات الموجة الأقصر أي الأكثر قدرة على اختراق المادة.
[color=#80BF80]*-كيف يتم إصدار هذه الأشعة ؟؟
-* قانون موزلي Moseley, s Law:
عندما
ينطلق الإلكترون من المهبط يكتسب كما قلنا طاقة حركية تخوله ( في بعض
الأحيان) قذف إلكترون من طبقة ما من طبقات إحدى الذرات المكونة للمصعد .
وهذا يعني أن إحدى الطبقات الداخلية للذرة أصبحت غير متوازنة وفارغة جزئيا
مما يدفع إلكترون يحتل مسارا في طبقة أخرى أبعد من الطبقة الناقصة بالنسبة
للنواة للنزول إلى الطبقة الأقرب للنواة لملء الفراغ . ويعني أيضا أن
إلكترون يترك مسارا ذا مستوى طاقة معين ليحتل مسارا ذا مستوى طاقة أدنى .
والفرق بين طاقتي المستويين يتحول إلى أشعة سينية .
إن طول موجة الأشعة السينية المنبعثة بهذه الطريقة يتعلق بالفرق بين طاقتي المستوى الأساسي للإلكترون والمستوى النهائي له.
وإذا
كان الإلكترون الذي قذف خارج الذرة منتميا للطبقةK سميت الأشعة المنبعثة
بهذا الاسم . وإذا كان ينتمي للطبقة L سميت الأشعة أيضا بهذا الاسم . وهذا
يعني أن الحزمة K تحتوي على أشعة طول موجتها يتعلق بفرق الطاقة بين الطبقة M
والطبقةK وعلى أشعة طول موجتها تتعلق بفرق الطاقة بين الطبقة L والطبقة K
وهكذا دواليك .
والفرق بين طاقة L وطاقة K يختلف بين ذرة معدن وذرة معدن
آخر بين عنصر وعنصر آخر مما يعني أن الحزمة K تختلف من عنصر إلى عنصر آخر
وأنه من الممكن الاسترشاد لطبيعة معدن المصعد إذا ما استطعنا قياس طول موجة
الأشعة السينية المنبعثة منه. فالموجة الأقصر هي K والتي تليها هي L ....
الخ .. ومجموع الحزم K و L وM ... الخ ترشدنا بسهولة إلى طبيعة العنصر .
وتجدر الإشارة إلى أنه بهذه الطريقة استطاع بعض العلماء اكتشاف عناصر
ومعادن جديدة .
لقد استطاع العالم الإنكليزي موزلي أن يجد علاقة بسيطة
بين أطوال الموجة في الأشعة السينية K وبين العدد الذري لعنصر المصعد . فقد
برهن أنه إذا أجرينا رسما بيانيا لتغير الجذر التربيعي لذبذبة أشعة سينية K
بتغير العدد الذري حصلنا على خط مستقيم يمكن التدليل عليه بالمعادلة
التالية المعروفة بقانون موزلي :
حيث
N ترمز إلى الذبذبة =R . ثابت ريدبرغ =c . سرعة الضوء . =Zالعدد الذري
وتجدر
الإشارة لوجود معادلة أخرى خاصة بالأشعة السينية "L" مشابهة لما كان قد
وجده العالم Lyman بالنسبة لطيف الهيدروجين في القسم فوق البنفسجي.
هذا
القانون يعني وجود معادلة أساسية بين كل العناصر بدءا بالهيدروجين وانتهاء
بالعناصر الثقيلة أي أنها مبنية بنفس الحبيبات وبنفس الطريقة . ومن ناحية
ثانية فإن الرسم البياني الذي يعطي الجذر التربيعي للذبذبة الموازية لأي
عدد ذري ساعد العلماء على اكتشاف عناصر جديدة لم تكن معروفة من قبل . فبهذه
الطريقة استطاع كوستر
"Coster" اكتشاف الهافنيوم "Hafnium" كما استطاع تاك "Tacke et" و ندواك "Noddack" اكتشاف المازيريوم و الرانيوم... الخ.
*-اختلاف توزيع طاقة أشعة اكس
تصدر
الأشعة السينية عن الذرة بخلاف جسيمات ألفا و بيتا و إشعاعات جاما التي
تصدر عن النواة و يجب التفريق بين نوعين مختلفين من الأشعة السينية يختلفان
من حيث أسلوب توزيع طاقة الأشعة :
-1 الأشعة السينية المميزة للعنصر Characteristics x-ray
يصدر
هذا النوع من الأشعة السينية عند انتقال الكترونات ذريه من مدارات (قشرات)
ذات طاقه أعلى إلى مدارات ذات طاقه أقل في الذرة نفسها كما هو واضح من
الرسم
حيث أنه كما هو واضح أن الإلكترون الذي في المدار الكبير يمتلك
طاقه أعلى من الإلكترون الذي في المدار الأصغر فلو حصل و أصبح هناك مكان
خالي في المدار الأقل طاقه فإن الإلكترون الموجود في المدار الأعلى سوف
ينتقل تلقائيا إلى المدار الأقل و بما أن هناك فرق في الطاقة بين المدارين
هذا الفرق ينتج عنه انطلاق فوتونات الأشعة السينية بمعنى أن طاقة الفوتون
تساوي فرق الطاقة بين المدارين الأول و الثاني
-2 الأشعة السينية الإنكباحيه Bremsstrahlung
حيث أن كلمة Bremsstrahlung هي كلمه ألمانية الأصل بمعنى أشعه إنكابحيه Braking Radiation
هذا
النوع ينتج عند حدوث إنكباح شديد أو بمعنى آخر تباطوء لإلكترون أي تناقص
شديد في سرعته و سبب هذا التباطوء هو تفاعل الإلكترون مع المجال الكهربي
الشديد للذرة أو للنواة حيث أن الطاقة التي يفقدها الإلكترون بسبب تناقص
سرعته تنطلق في صورة فوتونات أشعة اكس حيث أن طاقة الفوتون المنطلق نتيجة
التباطوء تساوي فرق الطاقة بين الإلكترون قبل التفاعل مع المجال الكهربي و
بعد التفاعل معه .
و يتميز طيف الأشعة الإنكباحيه بأنه طيف مستمر أي
بمعنى أن طاقة الفوتونات تتخذ قيما مختلفة تبدأ من الصفر و تنتهي عند أقصى
قيمه للإلكترون المنكبح .
و من أمثلة الأشعة السينية الإنكباحيه تلك
الأشعة التي يتم توليدها في أنابيب الأشعة السينية المستخدمة في التشخيص
الطبي و في التطبيقات الصناعية المختلفة . حيث يتم تعجيل الإلكترونات
باستخدام فرق جهد كبير ثم تكبح الإلكترونات المعجلة على مادة المصعد فتنطلق
الأشعة الإنكباحيه Bremsstrahlung