اشعه ايکس چگونه كار مي‌كند؟

[*میترا*]

پيش از اختراع چراغ‌برق، روشن كردن منازل پس از غروب آفتاب كار دشواري بود. مردم با روشن كردن شمع يا چراغ‌هاي روغني خانه‌هاي خود را روشن مي‌كردند ولي خطر آتش گرفتن و پخش دوده‌ها مشكلاتي را براي مردم به همراه داشتاشعه x چگونه كار مي كند؟ اشعه x كاملا تصادفي اختراع شد. در سال 1895 يك دانشمند آلماني بنام ويليام رونتگن هنگام كار روي پرتو هاي الكترون در لوله خلا ء ، اين اختراع را به نام خود ثبت كرد.




رونتگن متوجه شد كه صفحه فلورسنت هنگامي كه پرتوهاي الكترون به آن تابيده شدند ، روشن مي شوند. ولي اين مساله آنقدرها هم عجيب نبود ، چون مواد فلورسنت در واكنش به پرتوهاي الكترو مغناطيس برافروخته مي شوند. ولي مساله اين بود كه رونتگن دور لوله تخليه را با مقوا پوشانده بود و طبعا“ نبايد پرتوها به صفحه فلورسنت تابيده مي شد.

رونتگن چند وسيله را بين لوله و صفحه قرار داد ولي صفحه همچنان روشن بود. عاقبت او دست خود را بين آن قرار داد و با تعجب استخوانهاي دستش را روي صفحه ديد! در اين تصادف جالب، يكي از پركاربردترين وسايل پزشكي اختراع شد. فن آوري اشعه x به پزشكان اين امكان را مي دهد كه بدون جراحي قادر به تشخيص شكستگي استخوان و زخم هاي داخلي باشند. اختراعي كه تا كنون جان هزاران نفر ار از مرگ نجات داده است .

اشعه x چيست؟
اشعه x شبيه همان نوري است كه ما مي بينيم. هر دو انرژي الكترومغناطيس را توسط فوتونها حمل مي كنند . فوتونها با تغيير مكان الكترونها در اتم توليد مي شوند. تنها تفاوت اشعه x و نور قابل رؤيت در طول موج آنهاست.

اشعه x داراي طول موجي است كه چشم ما قادر به ديدن آن نيست . همانطور كه مي دانيد الكترونها در مدارهاي مختلفي دور هسته اتم گردش مي كنند. هرگاه يك الكترون به مدار پائين تري سقوط كند، مجبور مي شود تا مقداري از انرژي خود را بصورت فوتون نوري آزاد كند.




هنگامي كه يك فوتون با يك اتم برخورد كند ، اتم ممكن است انرژي فوتون را با فرستادن يك الكترون به سطح بالاتر جذب كند ، البته به شرط اينكه اين انرژي براي تغيير سطح الكترون كافي باشد.

امواج راديويي چون انرژي زيادي براي جابجايي الكترونهاي اتم ها را ندارند ،‌ از بسياري اجسام عبور مي كنند. فوتونهاي اشعه x هم از بسياري اجسام عبور مي كنند ولي با يك دليل كاملا متفاوت :فوتونهاي اشعه x انرژي بسيار زيادي دارند اتم هاي بزرگ چون داراي سطوح انرژي بالايي در مدارات خود هستند، بيشتر مايلند تا انرژي فوتونها را جذب كنند و برعكس اتم هاي كوچك تمايل چنداني به جذب انرژي ندارند.

اغلب بافتهاي بدن ما داراي اتم هاي كوچكي هستند ولي برخي قسمت ها ( مثل استخوان ) كه اتم كلسيم دارند، تمايل زيادي به جذب فوتونهاي اشعه x دارند. البته كاربرد اشعه x محدود به تشخيص شكستگي استخوانها نيست ،بلكه براي تشخيص تركيدگي لوله ها در ماشين آلات سنگين و نمايش محتويات چمندان ها در فرودگاه ها هم بكار مي روند.
با اين حال ما دستگاهي را كه در بيمارستانها استفاده مي شود را بررسي خواهيم كرد.

دستگاه اشعه x :
قلب اين دستگاه از دو الكترود (كاتد و آند) تشكيل شده كه داخل لوله خلاء شيشه اي قرار دارند. كاتد يك رشته بسيار داغي است( شبيه آنچه در لامپ هاي مهتابي يا فلورسنت ديده ايد.)




با عبور جريان اكتريكي، كاتد به حدي ملتهب مي شود كه الكترونها از سطح آن به خارج پرتاب مي شوند. در آن سو يك صفحه مسطح بنام آند (قطب مثبت) از جنس فلز تنگستن وجود دارد.

اختلاف ولتاژ بالاي بين كاتد و آند باعث مي شود تا الكترونها از سطح آند بطرف كاتد پرتاب شوند و با برخورد الكترونها به اتم هاي تنگستن (بخاطر انرژي فوق العاده زيادي كه دارند )،اتم تنگستن يكي از الكترونهاي سطح پايين خود (نزديك به هسته) را از دست مي دهد.

سپس هسته اتم مجبور مي شود تا يكي از الكترونهاي سطح بالا را بطرف خود جذب كند و اين الكترون با افتادن از سطح بالاتر به پايين تر مجبور مي شود تا انرژي اضافي خود را بصورت فوتونهاي نور آزاد كند. اين فوتونها همان اشعه x هستند.




الكترونهاي آزاد بدون اصابت به اتم نيز مي توانند فوتون توليد كنند. در اين روش الكتروني كه از مركز اتم عبور مي كند به طرف هسته جذب مي شود. اين نزديكي باعث مي شود تا سرعت عبور الكترون كم شود ، تغيير مسير دهد و بعلاوه مقداري از انرژي خود را بصورت فوتون آزاد كند.




برخورد الكترونها به سطح تنگستن گرماي زيادي توليد مي كند. موتور الكتريكي صفحه تنگستن را مي چرخاند تا از ذوب شدن بخشي از آن جلوگيري كند. روغن خنكي هم دور تا دور لوله خلاء وظيفه خنك كردن سيستم را برعهده دارد. كل دستگاه در يك محفظه ضخيم قرار دارند تا از خروج و پخش اشعه x به اطراف جلوگيري شود . يك سوراخ فيلتردار هم براي هدايت اشعه توليد شده بطرف بدن بيمار تعبيه شده است. در طرف ديگر يك صفحه مثل فيلم عكاسي، اشعه ها را ضبط مي كند (نحوه كار مثل دوربين هاي عكاسي است). پزشكان به اين صفحه نگاتيو مي گويند. روي نگاتيو، بافتهاي سخت مثل استخوان به رنگ سفيد و بافتهاي نرم به رنگ سياه ديده مي شوند و پزشكان با بررسي اين نگاتيو محل دقيق و نوع شكستكي استخوان را پيدا مي كنند.

آيا اشعه x براي انسان ضرر دارد؟
تا مدتها پزشكان و بيماران از اشعه x بدون محافظ استفاده مي كردند ولي آنها بعد از مدتي به سرطان تشعشع دچار شدند. بروز مشكل به اين دليل است كه اشعه x حاوي نوعي پرتو تجزيه كننده (يونيزاسيون) است . برخورد پرتوهاي نور مرئي به بافتهاي بدن، آسيبي به آنها وارد نمي سازد ولي اشعه x بخاطر قدرت فوق العاده اي كه دارد ( به هنگام برخورد به بافت بدن‌) الكترونهاي بافت را جدا مي كند و اتم را تبديل به يون (نوعي اتم حاوي الكتريسيته) مي كند. الكترونهاي آزاد با برخورد به اتم هاي ديگر ، آنها را هم تبديل به يون مي كنند.

يون ها باعث بروز مشكلاتي در سلولهاي بدن و DNA مي شوند . با مرگ يا خرابي DNA ها ، مشكل سرطان بروز مي كند و حتي اين مشكل توسط اسپرم يا تخم به نسل هاي بعدي منتقل مي شود. باتمام اين احوال دستگاههاي توليد اشعه x از گرانبهاترين ابزار پزشكي به حساب مي روند و اغلب تحقيقات و معالجات به اين وسيله ارزشمند وابسته اند.