الجمعة , 14 ديسمبر 2018
الرئيسية » سؤال وجواب » ما هي اشعة اكس X-Ray؟

ما هي اشعة اكس X-Ray؟

ما هي اشعة اكس X-Ray؟




تستخدم اشعة اكس x-ray في مركبة الفضاء روفر  Rover لكشف سطح المريخ  اشعة اكس لرصد اي اثار للزنك والنيكل في صخوره

اشعة اكس هي جزء من الطيف الكهرومغناطيسية مثلها مثل امواج الراديو والاشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والاشعة فوق البنفسجية والميكروويف. واحد اهم استخدامات اشعة اكس في التصوير الطبي كما ان اشعة اكس تستخدم في علاج السرطان واكتشاف الكون.




تنتقل الاشعة الكهرومغناطيسية في صورة امواج او جسيمات عند اطوال موجية وترددات مختلفة. هذا المدى الواسع من الاطوال الموجية يعرف باسم الطيف الكهرومغناطيسي electromagnetic spectrum. يقسم الطيف الكهرومغناطيسي إلى سبعة اقسام في اتجاه تناقص الطول الموجي وزيادة الطاقة والتردد. والاقسام السبعة هي امواج الراديو radio waves والميكروويف microwaves والاشعة تحت الحمراء infrared والضوء المرئي visible light والاشعة فوق البنفسجية ultraviolet واشعة اكس  X-rays واشعة جاما gamma-rays.

ما هي الاشعة الكهرومغناطيسية؟

صورة كاملة للطيف الكهرومغناطيسي واقسامه السبعة: امواج الراديو radio waves والميكروويف microwaves والاشعة تحت الحمراء infrared والضوء المرئي visible light والاشعة فوق البنفسجية ultraviolet واشعة اكس  X-rays واشعة جاما gamma-rays
تصنف اشعة اكس باشعة اكس الضعيفة soft X-rays واشعة اكس القوية hard X-rays. تقع اشعة اكس الضعيفة في الطيف الكهرومغناطيسي بين الاشعة فوق البنفسجية واشعة جاما. تمتلك ترددات من 3×1016 إلى 1018 هيرتز واطوال موجية من 10nm وحتى 100pm. اما اشعة اكس القوية فيه ايضا تقع في نفس مدى اشعة جاما. الا ان الفرق الوحيد بينها يرجع إلى مصدر توليدها فاشعة اكس تنتج من الالكترونات المسرعة في حين ان اشعة جاما تتولد بواسطة نواة الذرة.
نبذة تاريخية عن اشعة اكس History of X-rays
اكتشفت اشعة اكس في العام 1895 بواسطة العالم الالماني وليام كونراد رونتجين Wilhelm Conrad Röentgen. لاحظ رونتجين ان بلورات بالقرب من مصدر فرق جهد عالي لانبوبة اشعة المهبط تعطي وميض وتوهج حتى اذا كانت محجوبة عنها بورق داكن. بعض من اشكال الطاقة قد تولدت في انبوبة اشعة المهبط ولها القدرة على اختراق الورقة واثارة البلورات وجعلها تتوهج. اطلق العالم رونتجين على هذه الطاقة المجهولة اسم اشعة اكس. بينت التجارب فيما بعد ان هذا الاشعاع يمكنه ان يخترق الانسجة الحية ولا يستطيع ان يخترق العظام، وانها تعطي صور ظلال للعظام على الالواح الفوتوجرافية.
منح رونتجين على هذا الاكتشاف جائزة نوبل في الفيزياء في العام 1901. استخدمت اشعة اكس خلال الحرب العالمية الاولى في الاغراض والاهداف الطبية للتشخيص.

 

مصادر اشعة اكس واثارها X-ray sources and effects

تتولد اشعة اكس عندما تصطدم الكترونات سريعة هدف معدني. تتحرر هذه الالكترونات من فتلة ساخنة وتعجل بواسطة فرق جهد عالي في اتجاه الهدف المعدني. عندما تصطدم الالكترونات الهدف فان طاقتها تتحول إلى اشعة اكس.

كما يمكن ان تتولد اشعة اكس بواسطة جهاز السنكروترون synchrotron وهو احد انواع معجلات الجسيمات التي تجعل الجسيمات المشحونة تتحرك في مسار دائري. عندما تجبر الكترونات بسرعة عالية جدا على الحركة في مسار دائري باستخدام المجال المغناطيسي فان التسارع الزاوي angular acceleration يتسبب انبعاث فوتونات من الجسيمات. اذا كانت طاقة حركة الجسيمات كبيرة بما فيه الكفاية تتولد منها اشعة اكس.

اكتشف اشعاع السنكروترون synchrotron لاول مرة في شركة جنرال الكتريك General Electric في الولايات الامريكية المتحدة في العام 1947. اعتبر في حينه ان هذا الاشعاع مزعج لانه يتسبب في فقد الجسيمات لطاقتها لكن فيما بعد وفي الستينات من القرن العشرين بالتحديد اعتبر على انه ضوء بخواص فريدة وغير عادية تغلبت على اوجه القصور التي صاحبت انتاج اشعة اكس بالطريقة التعليدية. من احد المزايا الفريدة لاشعاع السنكروترون synchrotron ان شعاع اكس مستقطب polarized اي ان المجالين الكهربي والمغناطيسي لجميع الفوتونات تتذبذب في نفس الاتجاه سواء كان استقطاب خطي او استقطاب دائري.

 

التصوير باشعة اكس X-ray imaging

بسبب قوة اشعة اكس على النفاذ من بعض المواد امكن استخدامها في العديد من الفحوصات الغير مؤذية او التي تعرف باسم NDT وهي اختصار لـ nondestructive testing بالاخص لتحديد الشقوق والعيوب في المركبات الانشائية. في هذه الفحصوصات يتم توجيه اشعة اكس خلال الجزء المراد فحصه ورصد النتائج على فيلم او كاشف اخر. من صور ظلال الاجسام المتعرضة لاشعة اكس يتضح البنية التركيبية الداخلية وبناء عليها يمكن معرفة اذا ما كان هذا الجزء بحاجة الى استبدال او انه سليم بدون احداث اي خلل في الجسم.

كما ان اشعة اكس هامة جدا في انظمة الامن والحماية في وسائل النقل وبالاخص نقل البضائع والحقائب والمسافرين في المطارات والاماكن الحساسة. حيث توضع اجهزة تصوير اشعة اكس مرتبطة بكواشف الكترونية تظهر صور حية لكل شيء يمر خلالها.

الاستخدام الاصلي لاشعة اكس هو في تصوير عظام الانسان، وذلك معتمدين على التمييز بين الانسجة الرقيقة والعظام. والان يمكن باستخدام انظمة اشعة اكس مركزة وبكواشف الكترونية تستخدم اشعة اكس للحصول على تفاصيل دقيقة للانسجة ايضا من خلال الفروقات في كثافة الانسجة وهذه الاجهزة تعرف باسم التصوير المقطعي الطبقي والتي تختصر بالحرفين CT وهي اختصار لـ computed tomography. كما ان استخدمات اشعة اكس في المجال الطبي كثيرة ومتعددة فهي تدخل في العمليات الجراحية وعلاج الاورام السرطانية والتخلص من اثار التجلطات الدموية والانسدادات في الاوعية الدموية.

 

العلاج باشعة اكس X-ray therapy

يستخدم العلاج باشعة اكس اشعاع ذو طاقة عالية لقضاء على الخلايا السرطانية عن طريق احداث خلل في DNA لها. لكن هذه الطريقة من العلاج قد تصيب الخلايا السليمة ببعض الضرر ايضا. لذلك تبذل جهود كثيرة ودقيقة للتخطيط لطريقة العلاج لتقليل الاثار الجانبية قدر الامكان.




تتسبب اشعة اكس التي تصنف بانها اشعة مؤينة في تسليط مقدار كبير من الطاقة على منطقة صغيرة مما تتسبب في انتزاع الكترونات ذرات تلك المنطقة بالكامل، وهذا يعمل على تغير خواصها الكيميائية وتفكير الروابط الجزيئية. في حالات الجرعات المناسبة فان هذا يعمل على تدمير الخلايا التي تصلها اشعة اكس.

للتغلب على مشكلة اصابة الخلايا السليمة اثناء تدمير الخلايا السرطانية يتم وضع المريض على طاولة ويقوم الاطباء والمختصون بتوجيه اشعة اكس من عدة اتجاهات مختلفة لاحاطة الخلايا السرطانية بالاشعة من كل الجوانب مع تقليل التعرض للانسجة السليمة.

 

علم فلك اشعة اكس X-ray astronomy

هو علم يختص بدراسة اشعة اكس  القادمة إلينا من مصادر للأجرام السماوية تصدر تلك الأشعة إلى جانب الضوء المرئي. وبما أن الغلاف الجوي للأرض يمتص الأشعة السينية فلا بد من أرسال تلسكوبات الأشعة السينية إلى أعالي الغلاف الجوي للتمكن من تصوير تلك الأشعة القادمة من الأجرام السماوية التي تصدر هذا النوع من الإشعاع. وتستخدم في هذا المضمار البالونات والصواريخ والأقمار الصناعية لحمل تلسكوبات الأشعة السينية. هذا العلم يُكمل علم الفلك ويفتح أعيننا على مجالات للكون كانت غائبة تماما على أعين الإنسان في الماضي ولم تكن تُعرف لنا إلا بعد تمكننا من قياس أشعة إكس وتمكننا من أرسال تلك التلسكوبات الخاصة إلى الفضاء الخارجي.

تصدر اشعة اكس من غازات شديدة الحرارة والتي تراوح من 1 مليون إلى 100 مليون درجة كلفن. وقد اكتشف أول جرم سماوي يصدر أشعة إكس عام 1962، وسمي ذلك الجرم السماوي سكوربيوس إكس-1، واتضح أن إصدار سكوبيوس إكس-1 لاشعة اكس يفوق 10000 مرة إصداره للضوء المرئي. كما اتضح أن طاقة أشعة إكس تفوق الطاقة الكلية التي تصدرها الشمسفي جميع أطوال الموجة. وزادت معرفتنا اليوم عن تلك الأجرام بأنها نجوم شديدة الكثافة مثل النجوم النيوترونية والثقوب السوداء. ومصدر تلك الطاقة الكبيرة نابع عن الجاذبية الشديدة. وعند انجداب الغازات الكونية إلى تلك الأجرام ذات الجاذبية الخارقة تزيد سرعتها كثيرا وتنطلق اشعة اكس.

تستخدم مركبة الفضاء روفر Rover لكشف سطح المريخ اشعة اكس لرصد اي اثار للزنك والنيكل في صخوره

تلسكوب فضائي لرصد اشعة اكس في الفضاء.

درجة الحرارة والتركيب بواسطة اشعة اكس

درجة حرارة جسم تحدد الطول الموجي للاشعاع الصادر عنه. كلما كانت درجة الحرارة اعلى كلما كان الطول الموجي للاشعاع المنبعث اصغر. عندما يصدر عن جسم ساخن اشعة اكس فان درجة حرارته تكون قد فاقت ملايين الدرجات المئوية وهذا ما يحدث على النجوم النابضة pulsars والسوبرنوفا supernovae والاقراص الدوارة accretion disk للثقوب السوداء.

تقوم التسلكوبات الفضائية بتجميع الفوتونات من منطقة محددة في الفضاء. توجه هذه الفوتونات على الكاشف الذي يقوم بامتصاصها ورصد طاقة واتجاه كل فوتون. من تحليل هذه البيانات يمكن الحصول على التركيب ودرجة الحرارة وكثافة الاجرام السماوية البعيدة. وفي صورة مقدمة المقال يتضح كيف تقوم مركبة الفضاء روفر Rover كشف سطح المريخ باستخدام اشعة اكس لرصد اي اثار للزنك والنيكل في صخوره.

 

معلومات اخرى على الموضوع

كيف تعمل اشعة اكس

التصوير الطبقي المقطعي

قصة اكتشاف اشعة اكس




تعليقات

تعليقات

عن الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر - غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي | ومركز الترجمة العلمي | وقناة الفيزياء التعليمي على اليوتيوب | ورئيس تحرير مجلة الفيزياء العصرية | Email skhazem@gmail.com

تفضل بزيارة صفحتي
تصفح كل مقالاتي

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.