Wenn Sie sich jemals einen Knochen gebrochen haben oder zum Flughafen gefahren sind, besteht eine gute Chance, dass Sie Röntgenstrahlen ausgesetzt waren. Diese Form der Strahlung kann in hohen Konzentrationen gefährlich sein, hat aber bei richtiger Anwendung viele nützliche Anwendungen. Lesen Sie weiter für einen tiefen Einblick in die Aspekte von Röntgenstrahlen und wie sie Ihr Leben beeinflussen.
Was sind Röntgenstrahlen? Vollständige Erklärung
Röntgenstrahlen bilden einen von sieben Teilen des elektromagnetischen Spektrums, das den gesamten Bereich der Energiewellen in unserem Universum abdeckt. Dieser Teil liegt am kürzeren Ende des Spektrums, dessen Frequenzen zwischen ultravioletter Strahlung und Gammastrahlen liegen. Röntgenstrahlen sind so klein, dass ihre Wellenlänge so klein wie der Durchmesser eines Atoms sein kann.
Bei der Untersuchung des elektromagnetischen Spektrums verwenden Forscher eine von drei Metriken: Frequenz (Hertz oder Hz), Wellenlänge ( Meter oder m) oder Energie (Elektronenvolt oder eV). Die Messung, die Forscher normalerweise verwenden, hängt davon ab, welche einfacher zu schreiben ist.
Fällig Bis hin zur unglaublich winzigen Größe von Röntgenstrahlen definieren Wissenschaftler sie oft auf der Grundlage ihres Energieniveaus. Obwohl es keine feste Definition für die Energie dieser Art von Strahlung gibt, liegt sie normalerweise zwischen 100 eV und 200 keV.
Ein Röntgenstrahl ist eine durchdringende Form hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung.
Röntgenstrahlen, eine zufällige Entdeckung Ende des 19. Jahrhunderts, entstehen auf natürliche Weise durch die Beschleunigung von Elektronen in Atomen. Dies zeigt sich am deutlichsten beim Auseinanderziehen von Himmelskörpern wie Sternen und Gaswolken. Während die resultierende Energie normalerweise sehr sporadisch ist, haben Forscher Methoden entdeckt, um Elektronen in einer konzentrierteren Umgebung zu beschleunigen.
Ähnlich wie Gammastrahlen haben Röntgenstrahlen Energieniveaus, die stark genug sind, um die Zusammensetzung von Atomen zu verändern. Aufgrund dieser Eigenschaft kann die Exposition gegenüber hohen Röntgenstrahlen zu Krankheiten, körperlichen Schäden und sogar zum Tod führen. Um die gefährlichen Wirkungen dieser Art von Strahlung zu verhindern, verwenden Forscher und Fachpersonal dichte Materialien wie Blei als Abschirmung.
Obwohl sie ein gefährliches Potenzial besitzen, sind Röntgenstrahlen besonders nützlich, um durch Objekte zu blicken. Bei sicherer Anwendung kann diese Strahlung bei der Bildgebung von Gehirn und Körper helfen. Röntgenaufnahmen werden auch verwendet, um den Inhalt von Schiffscontainern und persönlichem Gepäck auf Flughäfen zu untersuchen.
Röntgenstrahlen: Eine genaue Definition
Laut dem National Center for Biotechnology Information , „Röntgenstrahlen gehören zur Gruppe der elektromagnetischen Strahlen, folgen also den Gesetzmäßigkeiten der elektromagnetischen Strahlung. Elektromagnetische Strahlung transportiert Energie, auch Strahlungsenergie genannt, durch Wellen und Photonen durch den Weltraum, genauso wie Radiowellen, das sichtbare Licht oder Mikrowellen.“
Die Regierungsbehörde definiert weiter die Wellenlänge von Röntgenstrahlen, die „im Bereich von 0,01 nm bis 10 nm liegt. Dies entspricht einem Energiebereich von 100 keV bis hinunter zu 100 eV.“
Die australische Strahlenschutz-und Nuklearsicherheitsbehörde (ARPaNSA) unterstützt diese Information und erklärt, dass Röntgenstrahlen „aus der Elektronenwolke eines an Atom. Dies wird im Allgemeinen durch Energieänderungen im Elektron verursacht, das sich von einem höheren Energieniveau auf ein niedrigeres bewegt, wodurch die überschüssige Energie freigesetzt wird.“
Woher kommen Röntgenstrahlen?
Wie die ARPaNSA erklärt, entstehen Röntgenstrahlen durch die Beschleunigung von Elektronen innerhalb eines Atoms. Wenn ihre Energie zunimmt, prallen die Elektronen entweder auf andere Materialien, bleiben fehl am Platz oder fliegen vollständig aus ihrer Umlaufbahn. Dies führt dazu, dass das Atom instabil wird und sich ins Gleichgewicht bringen muss, wodurch Röntgenenergie entsteht.
In natürlichen Umgebungen sehen wir dies typischerweise aggressiv in binären Himmelssystemen. Diese Systeme bestehen aus zwei Körpern, einer massiver als der andere. Der massive Himmelskörper, normalerweise eine Form eines Schwarzen Lochs oder eines Neutronensterns, nutzt seine Anziehungskraft, um seine Partnereinheit auseinanderzureißen. Die enorme Kraft, die beim Zerreißen eines Sterns erforderlich ist, bewirkt, dass Elektronen schnell energetisiert werden und hochfrequente Strahlung abgeben.
Obwohl diese Himmelskörper eine unglaubliche Menge an Röntgenenergie erzeugen, dringen sie selten in die Erdatmosphäre ein. Das liegt daran, dass ihre Photonen so klein sind, dass sie beim Aufprall auf Sauerstoff-oder Stickstoffatome die Plätze mit einem Elektron tauschen. Als Ergebnis dieses Prozesses, der als photoelektrische Absorption bezeichnet wird, müssen sich Forscher auf Wetterballons und Umlaufsatelliten verlassen, um die Strahlung zu untersuchen.
Wie erzeugt man Röntgenstrahlen?
Im Gegensatz zu Gammastrahlen, bei denen ein Kern zur Erzeugung seiner Strahlung zur Ruhe kommt, beruhen Röntgenstrahlen auf der Einschwingung eines ganzen Atoms. Aufgrund der zusätzlichen Komplexität bei diesem Einschwingvorgang sind Röntgenstrahlen schwieriger zu lenken als ihr hochfrequenter Partner. Das macht es jedoch nicht unmöglich, richtig kontrolliert zu arbeiten.
Um Röntgenstrahlen in einer angewandten Umgebung zu erzeugen, beschleunigen Forscher Elektronen in einer Röhre mithilfe eines Spannungsabfalls und richten sie auf ein Target. Wenn die Elektronen oder Zielatome langsamer werden, geben sie in einem Kegel hochfrequente Strahlung ab. Computertomographen (CT) verwenden diese Röhren, um Objekte in 3D abzubilden.
Wissenschaftler erzeugen Röntgenstrahlen auch mit Synchrotrons, die Elektronen in einem massiven, hohlen Ring beschleunigen. Dieser Ring, der etwa die Größe eines Fußballfeldes hat, wird von Magneten umlaufen gelassen, um die Elektronen bei ihrer Beschleunigung zu lenken. Synchrotrons bieten den nötigen Raum, um die Röntgenenergie zu einem starken Strahl zu bündeln, werden aber nur zu Forschungszwecken verwendet.
Wer entdeckte Röntgenstrahlen?
Bereits im Jahr 1869 beobachteten Forscher bei Experimenten mit Elektronenstrahlen unbekannte Strahlung aus Entladungsröhren. Doch erst 1895 entdeckte der deutsche Physiker Wilhelm Röntgen zufällig ihre Existenz, als er mit verschiedenen Entladungsapparaten mit den Strahlen experimentierte.
Durch die Arbeit mit Fluoreszenzeffekten, die durch die Elektronenstrahlen verursacht werden, stellte Röntgen fest, dass Materialien in seinem Labor trotz des Mangels an Licht schimmerten. Es wurde spekuliert, dass das Schimmern eine neue Art von Energiestrahlen ist, ähnlich denen von Ultraviolett und Infrarot.
Röntgen nannte die Strahlung vorübergehend „Röntgen“, wobei sich das „X“ auf die mathematische Bezeichnung für etwas Unbekanntes bezieht. Nach ihrer Bestätigung durch mehrere Röntgenbilder wurde die Strahlung in „Röntgenstrahlen“ umbenannt.“
Was sind die Anwendungen von Röntgenstrahlen?
Medizinisch
Röntgenaufnahmen erstellen Bilder des Inneren Ihres Körpers.
Obwohl Röntgenstrahlen hohe Energieniveaus aufweisen, durchdringen sie nicht so viele Materialien wie Gammastrahlen. Mit dem richtigen Schutz ermöglicht dies Medizinern, den menschlichen Körper zu kartieren, ohne Schaden anzurichten. Häufige Anwendungen für die Röntgenbildgebung sind Mammographien, Zahn-und Körper-CT.
In bestimmten Fällen können Onkologen diese Art von Strahlung verwenden, um Krebszellen abzutöten. Fachleute richten Röntgenstrahlen auf die Zielzellen, um ihre Atome von Elektronen zu befreien, die sie schwächen oder zerstören können. Da diese Art von Strahlung jedoch schwer zu fokussieren ist, kann sie auch normale Zellen schädigen.
Industriell
In der Metallindustrie verwenden Forscher Röntgenkristallographie zur Bestimmung die Qualität dichter Materialien. Bei diesem Prozess werden die gebeugten Strahlen hochfrequenter Wellen anhand ihrer Winkel und Intensitäten gemessen, um ein Bild der Dichte innerhalb des Materials zu erstellen.
In anderen Branchen verwenden Unternehmen die Röntgenbildgebung, um die darin enthaltenen Komponenten zu untersuchen ein Objekt. Dies ist häufig beim Transport zu beobachten, wo Versandbehälter Röntgenstrahlen ausgesetzt werden, um ein Bild der darin befindlichen Objekte zu erstellen. Die Flughafensicherheit nutzt dies auch, um verdächtige Personen auf Dinge an ihren Körpern zu überprüfen.
Weltraum
Da die Atmosphäre diese Energiefrequenz absorbiert, verlassen sich Astronomen auf Wetterballons und Orbitalteleskope, um X-Strahlen im Raum. Insbesondere das Studium dieser Frequenz hilft uns, die Beziehung zwischen Himmelsobjekten und Schwarzen Löchern zu verstehen.
Eine der aufregenderen Beobachtungen, die die Röntgenastronomie mit sich bringt, ist die Dynamik von supermassereichen Schwarzen Löchern. Diese Objekte sind millionenfach dichter als die Sonne und absorbieren die Himmelskörper, die in ihre Anziehungskraft fallen.
Beispiele für Röntgenstrahlen in der realen Welt
Einzelbild-Röntgen-Strahlentomosynthese
Eine der neuesten Entwicklungen in der Röntgentechnologie, die Einzelbild-Röntgentomosynthese (SFXT), verwendet ein ähnliches Design wie die Computertomographie. Die Ausrüstung opfert das Sichtfeld und die Projektion für eine viel höhere Auflösung.
SFXT nimmt Bilder mit 30 FPS auf und fügt Aspekte zusammen, die bis zu 100-mal mehr Details zeigen. Diese Technologie ermöglicht es Forschern, die Mechanik von Körperteilen während ihrer Funktion zu untersuchen.
Backscatter-Technologie
Wo traditionelle Röntgengeräte Strahlung durch den menschlichen Körper übertragen würden, setzen Flughäfen Backscatter-Geräte ein um die Exposition gegenüber schädlichen Wellen zu reduzieren. Backscatter-Röntgenbildgebung erkennt Strahlung, die von Menschen reflektiert wird, und benötigt weniger starke Strahlen. Diese Maschinen werden verwendet, um versteckte Objekte wie Waffen, Flüssigkeiten und andere Schmuggelware zu entdecken.
Chandra X-Ray Observatory
Teil der vier großen Observatorien, das Chandra X-ray Observatorium ist das größte Weltraumteleskop seiner Art. Chandra wurde 1999 ins Leben gerufen und verwendet vier Kameras und Spektrometer, um massive Himmelsobjekte zu untersuchen, während sie miteinander interagieren. Einige der bedeutendsten Entdeckungen von Chandra umfassen eine neue Art von Schwarzen Löchern, den Schatten einer Galaxie, die von einem großen verschlungen wird, und Beweise für dunkle Materie.
Röntgenstrahlen: Weiterführende Literatur
Trotz ihrer starken Energie helfen uns Röntgenstrahlen, die Funktionsweise unseres Universums und unseres inneren Selbst zu verstehen. Diese Form elektromagnetischer Strahlung macht einen Teil der Lichtwellen aus, die unser Leben beeinflussen. Weitere Informationen zu den Anwendungen von Strahlungsenergie finden Sie in den folgenden Artikeln.
Was sind Röntgenstrahlen? Alles, was Sie wissen müssen FAQs (häufig gestellte Fragen)
Wie unterscheiden sich Röntgenstrahlen von Gammastrahlen?
Während sowohl Röntgen-als auch Gammastrahlen sind ionisierende, hochfrequente Energiewellen, Röntgenstrahlen sind größer und weniger stark. Aufgrund ihres Energieunterschieds durchdringen sie weniger Materialien und eignen sich daher ideal für die Kartierung des menschlichen Körpers.
Die beiden Strahlungsarten unterscheiden sich auch in ihrem Emissionsvorgang; Gammastrahlen beruhen auf dem Absetzen eines Kerns in einem Atom, während Röntgenstrahlen auf dem Absetzen der Elektronen beruhen.
Was ist die einfache Definition von Röntgenstrahlen?
Röntgenstrahlen sind eine Strahlungsart im elektromagnetischen Spektrum. Elektromagnetische Strahlung transportiert Energie entlang von Wellen oder Photonen durch den Weltraum. Röntgenstrahlen zeichnen sich durch ihre hohen Frequenzen und hohen Energieniveaus aus.
Woraus bestehen Röntgenstrahlen?
Röntgenstrahlen bestehen aus Licht Energie, die sich mit einer unglaublichen Frequenz ausbreitet. Sie entstehen, wenn Elektronen so schnell beschleunigt werden, dass sie die Zusammensetzung eines Atoms verändern.
Wo werden Röntgenstrahlen verwendet?
Röntgenstrahlen haben Anwendungen in mehreren Branchen, darunter Medizin, Transport und Raumfahrt. Häufige Anwendungen sind Röntgenbildgebung, Kristallographie und Screening. Die NASA verwendet auch Röntgenspektroskopie, um Himmelskörper zu untersuchen.