X射线

自1895年发现以来,X射线科学已经证明了一个重要工具,可以检查以前隐藏的世界,从最微小的原子在空间最遥远的星系。就象光波和无线电波,X射线是一种电磁radiation-oscillating电场和磁场以光速旅行。其效用在于穿透物质的能力。

X射线的穿透能力相对较短的波长和能量高。X射线的波长范围从约0.05埃到数百埃单位。(一个埃等于0.000000004英寸或0.00000001厘米)。波长越短,X射线的能量越高,越深穿透问题。相比之下,可见光波长更长的时间和较低的能量。当光线遇到一个不透明的表面原子物质,它们反射或吸收(见光)。

最早的X射线在医学的应用,用于诊断和治疗水平。今天X射线仍然是使用最广泛的在这一领域。它们穿透软组织但是拦住了骨头,吸收他们。因此如果一个敏感X射线照相底片是放在一个身体的一部分和一个X射线源放置在前面,X射线暴露会导致内部骨骼和器官的照片。板时,或者X光照片,是发展,产生一个负面形象:骨头和密集的组织显示为浅色或白色区域,而组织容易渗透的X射线显得黑暗。虽然身体的骨头是最不透明的结构,有很多密集的组织,比如癌症肿瘤,也可以出现异常光射线照片。医生使用这些图像来诊断疾病,检测体内异物,检查龋齿,和研究损坏或骨折。

为了使X射线用于其他的研究,身体的密度较低的组织,如胃肠道、组织必须首先使不透明的X射线。一般来说,医生问病人喝液体混合物中含有一个不透明的材料,如钡,消化道的内部轮廓成为可见的X射线。

类似process-fluoroscopy-doctors使用X射线观察某些内脏器官。病人定位X射线源和屏幕之间涂有发光的荧光材料当X射线罢工。在荧光镜,可见形象出现在X射线荧光材料。图像是明亮的电子设备被称为图像增强器。然后电视显示器上显示图像,医生可以观察。

这些传统的x光技术有一个重大缺陷。结构可能被覆盖器官,划定或软组织可能不够清晰的查看。这个问题是特别重要的在本地化脑瘤和其他网站在大脑受损。对于这样的应用程序,开发一种新的x射线过程,称为计算机断层扫描,或CT。原名计算机轴向断层,或猫。在这个过程中病人被放置在一个X光机,和一个窄束X射线扫过的身体,每次X射线脉冲后移动通过一个轻微的角度。由此产生的一系列的x射线图像,每个从不同的角度拍摄,由计算机电子记录和分析。,计算机产生一个三维的x射线图像。

虽然CT扫描仪是昂贵的机器,一般花费一百万美元或更多,他们已经成为无价的艾滋病的诊断脑部疾病和头部受伤。他们有能力显示材料之间的细微差别。

X射线是广泛用于牙科医学。获得的x射线图像的嘴巴,一张胶片,被纸覆盖,举行反对的内表面的牙齿。牙医然后开关在X射线,旅行从源外的脸颊,通过组织和牙齿结构,这部电影。这些X射线检测疾病和蛀牙和用于检查牙齿和根部的对齐。

相当与X射线必须小心,因为这足够精力充沛,电离辐射在这个方法是一些原子,电子从分离细胞核,造成损害。各领域之外的病人的身体区域用于X光照片必须屏蔽的材料(通常是一个金属)吸收X射线和X射线剂量应保持在最低限度。医生、牙医、护士和技术人员必须由不透明的类似的保护盾牌,以防止过度的x射线伤害。

另一方面,X射线的破坏性影响,像其他形式的能量辐射,可能会把医学使用。所有形式的辐射影响发展中细胞快速分裂的细胞慢慢多,因为控制细胞分裂的基因材料辐射敏感。因此,医生有时使用集中的X射线杀死癌细胞,而分裂迅速,同时最小化伤害到周围健康细胞分裂较慢。伽马射线、放射性同位素和高能电子和原子核也用于癌症治疗。(见也癌症)。

因为他们的波长短,伟大的穿透能力,X射线可以用来研究不仅生物体的结构,但这无生命的物质。他们主要应用程序作为科学工具crystallography-the研究结晶固体的结构。当x光波通过常规的晶体点阵,他们相互干扰,产生一个特征点的模式在照相底片上。借助计算机,科学家可以分析这个模式并确定晶体的原子是如何排列的。x射线晶体学已经被用于研究DNA的结构,分子输送的关键在所有生物体遗传信息(见遗传学)。

X射线也可以用于识别未知的材料。当一个对象与X射线轰击,其原子吸收能量和重发射一组特征频率。这些核能X射线称为荧光X射线,并通过分析科学家可以确定特定元素构成的物质。

自1970年代以来已使用X射线作为强大的探测研究遥远的天体。X射线可以穿透所有镜子,很难集中在传统的望远镜,但特殊的X射线望远镜设计,输入X射线罢工深凹在小镜子,掠射角,这样他们可以专注于探测器(见望远镜)。极热气体的尸体在空间辐射能量主要在X射线的形式,为某些非常密集物体如中子星,倒塌的古老恒星的核心。尽管这些来自太空的X射线吸收地球的大气,X射线望远镜卫星轨道上远高于大气中已经吸引了大量的新信息。

就像医生可以使用X射线来找到隐藏的疾病在人体内部,所以制造商可以使用相同的辐射找到隐藏的缺陷在产品。自从X射线可以穿透甚至最厚的材料,小火箭裂缝或其他大型机器能被探测到。x射线检查是经常用于研究金属零件内部应力缺陷,它显示为阴影x光照片。

在1980年代的使用介绍了X射线电子微电路生产非常小。以前,集成电路被涂层的硅晶片生产的光敏材料,然后暴露在光掩饰了一个特殊模式的行对应的电路设计。的部分被光的感光材料可以创建永久删除的行模式完成的电路(见电子产品、“集成电路”;微处理器)。细和细线需要更小的电路,光的波长变得太长,代替X射线波长要短得多。

除了使用在医学、科学和工业X射线也被广泛用于安全目的。数以百万计的旅客的手提行李在机场x射线检查检查,和类似的机器经常用于海关检查。

借助x射线检验、艺术历史学家和艺术博物馆馆长发现了数以百计的伪造。x射线照片的金属雕塑据说从古代希腊和埃及,例如,可能显示内部支持结构只有在现代使用的类型。同样,X射线可以揭示旧油画已经盖了一层油漆。

科学家产生X射线的主要方法是允许加速电子碰撞,目标沉重的金属箔。电子在真空下加速电场的影响。当他们碰撞与目标产生X射线由两个过程。

首先,加速与目标电子和电子碰撞激发他们更高的能级。过了一段时间后,当目标电子从这些兴奋水平回落到他们最初的能量水平,他们发出X射线。第二,当加速电子放缓的电子和原子核的目标,他们自己发出X射线。

类似的过程发生在任何电子是加快了这是,改变方向或速度。加速电子发出辐射,电子的能量越高越高的能量辐射(见辐射)。

通过控制电压加速管的X光技师或科学家可以控制加速电子的能量,因此发出的X射线的能量和频率。等非常高能X射线,那些用来穿透厚厚的金属零件,一个线性加速器(通常缩写为直线加速器)可以使用。

反复的优点小加速电压适用于电子管向下移动。因此,电子开始在一个电子伏的能量到达目的地百万电子伏特的能量。

在1980年代中期产生X射线的一种新方法开发了X射线激光。这些激光焦点传统激光器产生的光到一个薄金属线,它强烈地产生热等离子体加热,或电离气体。这种气体的原子是高度兴奋,发出x射线光子,或包(见光光)。反过来,这些光子,原子攻击其他兴奋,刺激他们释放出更多的X射线。这种级联效应产生强烈的束X射线。这种x射线激光,完善后,可用于化学研究产生x射线亲笔的单个分子的三维图像的过程中化学反应。

美国国防部正在开发另一种类型的x射线激光作为一个潜在的武器的初始能量的来源是一个氢弹爆炸。这个激光炸弹的一小部分集中精力在一个狭窄的光束能够引人注目的目标在空间数千英里的距离。这种武器系统被称为战略防御计划。被命名为“星球大战”,由前总统罗纳德·里根宣布1983年3月。

在自然界中,X射线产生深在空间高能电子加速穿过磁场。激动的原子的热等离子体在星际空间是另一个x射线源(见等离子体,等离子体物理)。

在医学成像,可以发现X射线荧光屏幕/胶片组合。荧光屏接受X射线的能量并产生一个可见的形象永久记录的胶卷。有许多检测方法。电离计数器利用X射线电离气体或固体的倾向。X射线片电子从原子和离开自由电子导电。通过测量电导电离的气体或固体,科学家可以确定数量的电离,因此X射线的数量创造了离子。Someionization探测器使用半导体材料在电压。这些都是称为固态探测器。

第二个类别的探测器是基于闪烁的现象。当一个原子是兴奋的X射线,但在可见范围内发出辐射,这个过程叫做闪烁。由此产生的光子放大的光电倍增管,然后由电子电路计算。

在许多应用程序中,不仅需要知道X射线的强度,而且他们的能量分布,或者频谱。为此,X射线光谱仪用于区分不同能量的X射线。(见也频谱和分光镜)。

发现了X射线研究过程中高压电力的影响气体。在这些实验中,气体是减少部分真空玻璃管称为克鲁克斯管。研究人员发现,当电流通过电极之间的气体,气体发光明暗区域的模式,改变电压和真空度的变化。威廉爵士克鲁克斯英格兰和菲利普·勒纳和德国的海因里希·盖斯勒发现发光是由于粒子或波从阴极流,或electron-emitting电极,阳极,或electron-collecting电极,管的。(因此多年的粒子现在已知电子阴极射线)。

德国在1895年威廉·康拉德·伦琴是尝试这些阴极射线,当他注意到荧光材料发光克鲁克斯管附近操作时,即使管蒙面的纸板。材料放置在克鲁克斯管和发光的荧光材料减少,但没有消除它。

伦琴无法确定辐射是如何通过空间或为什么它有这样的穿透能力。因为这个原因他称为辐射X射线,数学家使用的名字x表示未知数量的问题。伦琴射线辐射,给出的正式名称的发现者。(有时也称为射线照片。射线照片)(见也伦琴)。虽然科学家们已经开始理解X射线的本质,坚持共同使用原来的名字了。

1916年美国物理化学家威廉·d·柯立芝专利柯立芝管,成为现代x射线管的原型。早些时候,x光管获得了电子被电离的少数分子气体在管。柯立芝管提供电子从一个盘,热丝钨阴极。(因此管通常被称为热阴极管。)地铁能产生高度可预测的大量辐射,及其效率后来增加了使用高真空。