Rentgenové záření

Rentgenové záření je forma elektromagnetického záření o vlnových délkách 10 nanometrů až 100 pikometrů (odpovídající frekvencím 30 PHz až 60 EHz). Využívá se při lékařských vyšetřeních a v krystalografii. Jedná se o formu ionizujícího záření a jako takové může být nebezpečné.

[editovat] Fyzika a chemie

Záření vlnové délky větší než 0,1 nm je nazýváno měkké a kratší tvrdé rentgenové záření. Vlnové délky nejenergičtější části se částečně překrývají s těmi záření gama, avšak rozlišujeme je dle původu. Foton rentgenového záření vzniká při interakcích vysoce energického elektronu, kdežto záření gama při procesech uvnitř jádra atomu. Rentgenové záření je též využíváno v analytické chemii. Částice látky jsou ionizovány rentgenovým zářením. Vzniklé sekundární rentgenové záření, které je charakteristické pro prvky, je analyzováno detektorem a přiřazeno konkrétním prvkům, ze kterých se analyzovaná látka skládá. Tato analytická metoda se nazývá rentgenfluorescenční spektroskopie.

[editovat] Lékařské využití

Poté, co Röntgen objevil využití pro pozorování kostních struktur, se rozvinulo jeho užívání v lékařském snímkování. Rentgenové záření může být využito pro zobrazení detailů kostí a zubů (skiagrafie), popřípadě za pomoci vhodných technik i ke zkoumání měkké tkáně (denzitografie, subtrakční skiagrafie, tomografie. Radiologie je specializovaný obor lékařství využívající rentgenového záření v diagnostice. Toto je pravděpodobně nejčastější využití rentgenového záření.

[editovat] Historie

Snímek rukou Berthy Röntgenové, jeden z prvních rentgenových snímků

V počátcích výzkumu rentgenového záření se uplatnilo mnoho významných vědců jako Ivan Pului, sir William Crookes, Johann Wilhelm Hittorf, Eugene Goldstein, Heinrich Hertz, Philipp Lenard, Hermann von Helmholtz, Nikola Tesla, Thomas Alva Edison, Charles Glover Barkla a Wilhelm Conrad Röntgen.

Fyzik Johann Wilhelm Hittorf (1824 - 1914) pozoroval vakuovou trubici vyzařující záření na záporné elektrodě. Toto záření způsobovalo při dopadu na stěnu trubice světélkování. Roku 1876 je Eugene Goldstein pojmenoval katodové záření. Později anglický fyzik William Crookes studoval výboje v řídkých plynech a zkonstruoval Crookesovu trubici, skleněnou trubici s elektrodami naplněnou zředěným plynem, v němž při přiložení vysokého stejnosměrného napětí dojde k výboji doprovázenému zářením. Když umístil neexponované fotografické desky nedaleko od trubice, na desce se objevily šmouhy, přestože tento efekt nechtěl zkoumat. Roku 1892 Heinrich Hertz demonstroval, že katodové záření může procházet velmi slabou kovovou překážkou (jako je hliníková destička). Philip Lenard, žák Heinricha Hertze, dále prozkoumával tento efekt. Vyvinul vlastní verzi katodové trubice a zkoumal průchod katodového záření rozličnými materiály. Přesto nezjistil, že se jedná o rentgenové záření.

V dubnu 1887 Nikola Tesla začal zkoumat rentgenové záření pomocí vysokého napětí, vakuových trubic vlastní konstrukce a Crookesových trubic. Z jeho technické dokumentace plyne, že vymyslel a vyrobil trubici s jedinou elektrodou, ostatní trubice na zkoumání rentgenového záření měly dvě elektrody. Roku 1897 výsledky shrnul ve své přednášce pro New York Academy of Sciences. Umožňuje to jev dnes známý jako brzdné záření, kdy při průchodu nabitých částic (nejčastěji elektronů) látkou vzniká druhotné rentgenové záření. Okolo roku 1892 Tesla provedl několik podobných experimentů, ale nezatřídil vzniklé produkty jako to, co dnes zveme rentgenové záření, namísto toho označil celý jev jako zářivou energii. Tesla své výsledky nezveřejnil. Jeho další experimenty ho vedly k varování vědecké komunity před biologickými riziky rentgenového záření.

Hermann von Helmholtz formuloval matematický popis rentgenového záření. Předpověděl disperzní teorii dříve než Röntgen provedl a zveřejnil své pokusy. Byla formulována na základě elektromagnetické teorie světla (Wiedmann's Annalen, Vol. XLVIII).

8. listopadu 1895 Wilhelm Conrad Röntgen, německý vědec, začal provádět a zaznamenávat experimenty s rentgenovým zářením ve vakuové trubici. Röntgen 28. prosince 1895 napsal předběžnou zprávu „O novém druhu paprsků“. Poslal ji do žurnálu Würzburgské lékařské společnosti. Toto je první formální a veřejně známá kategorizace rentgenového záření. Röntgen o záření psal jako o paprscích X (rozdíl mezi slovy paprsek a záření je dán rozdílnými vlastnostmi světla), neboť šlo o doposud neznámé záření, avšak mnoho kolegů se domnívalo, že by se mělo jmenovat po Röntgenovi. Tak se stalo v mnoha jazycích, například češtině, dánštině (Røntgenstråling) či němčině (Röntgenstrahlen). Röntgen za své objevy obdržel vůbec první Nobelovu cenu za fyziku.

Roku 1895 Thomas Alva Edison zkoumal schopnost materiálů fluoreskovat, když jsou vystaveny rentgenovému záření, a zjistil, že nejlépe se osvědčil wolframan vápníku. Asi v březnu 1896 se fluoroskop, který vyvinul, stal standardem lékařských vyšetření rentgenovým zářením. Přesto Edison ukončil výzkum záření roku 1903, potom, co zemřel Clarence Madison Dally, jeden z jeho foukačů skla. Dally zkoušel trubice na své ruce, čímž si přivodil jejich rakovinu. Obě ruce mu byly amputovány v marné snaze ho zachránit.

Roku 1906 fyzik Charles Glover Barkla objevil rozptyl rentgenového záření v plynech a využil ho při zkoumání vlastností látek. Určil tak například počet elektronů v atomu uhlíku. Rovněž dokázal polarizovat rentgenové záření, čímž potvrdil, že má stejné vlastnosti jako viditelné světlo. Za své objevy získal roku 1917 Nobelovu cenu za fyziku.

Lékařské využití rentgenového záření (v oblasti ozařovací terapie) rozšířil John Hall-Edwards v Birminghamu (Anglie). Roku 1908 mu musela být amputována ruka v důsledku nádoru z ozáření.

V padesátých letech 20. století byl sestrojen rentgenový mikroskop.

OBJEVENÍ PAPRSKŮ 8. listopadu 1895 došlo k náhodnému objevení neznámých paprsků.Vědec Wilhelm Conrad Röntgen uvedeného dne ve své laboratoři ověřoval vlastnosti katodového záření, které před ním zjistili jiní badatelé. Domníval se, že se mu podaří najít ještě jiné, dosud nepopsané jevy, vyvolané katodovými paprsky. Opatřil Hittorfovu trubici neprůhledným lepenkovým obalem, aby ho při pozorování nerušilo světlo z trubice. Všiml si při tom jasně fluoreskujících krystalků ležících opodál, které zářily jen tehdy, když byla trubice zapojena. Röntgen jako pečlivý vědec a badatel velmi důkladně pátral po příčině tohoto jevu. Zpočátku si myslel, že obal trubice není neprůhledný, světlo z trubice uniká a září na krystalky. Teprve, když přiložil k obalu fotografickou desku a ta po vyvolání zčernala, došel k závěru, že skutečně objevil nový druh záření, které nazval "paprsky X". Následující týdny strávil Röntgen ve své laboratoři a intenzivně pracoval na výzkumu vlastností tajuplných paprsků. Podařilo se mu zjistit, že: • záření vzniká dopadem katodových paprsků na anodu • šíří se přímočaře, vzduch je prakticky nezeslabuje • nevychyluje se elektrickým ani magnetickým polem • proniká i neprůhlednými látkami • látky je pohlcují tím víc, čím větší mají hustotu • ionizuje vzduch • pronikavost záření se zvýší zvětšením napětí na trubici • lidské oko záření nezachytí Röntgen stále prozařoval a fotografoval pomocí paprsků X různé předměty. Byl také prvním člověkem, který „viděl“ kostru své ruky. Poměrně brzy, dne 28. prosince 1895, seznámil Röntgen se svým objevem vědeckou veřejnost na zasedání lékařské a fyzikální společnosti ve Wüzburgu. Jeho "Zpráva o novém druhu paprsků" vyvolala ihned velkou pozornost a zájem. V jejím úvodu popsal Röntgen podstatu objevu těmito slovy: „Když necháme procházet elektrický výboj většího Ruhmkorffova induktoru Hittorfovou či Crookesovou trubicí nebo podobnou aparaturou a jestliže ji těsně obalíme černým kartonovým papírem v dokonale zatemněné místnosti, stínidlo pokryté kyanidem platnatobarnatým, nacházející se nedaleko trubice, světélkuje a to i tehdy, když citlivou vrstvu odvrátíme od trubice. Tuto fluorescenci pozorujeme i v tom případě, když stínidlo je ve vzdálenosti dvou metrů od experimentálního zařízení. Nejpozoruhodnější na tomto objevu je ta skutečnost, že určitý aktivní činitel prochází černým obalem, který je neprůsvitný pro viditelné a ultrafialové záření Slunce nebo elektrického oblouku.“ Když za měsíc na dalším zasedání společnosti vyfotografoval paprsky X ruku anatoma A. von Köllikera, vyvolal snímek takové nadšení, že účastníci přijali 23. ledna 1896 Köllikerův návrh, aby se paprsky nazývaly Röntgenovým jménem tzn. Rentgenové paprsky (Rentgenové záření). Už mnohem dříve bylo známo, že v místnostech, kde se experimentuje s katodovými paprsky, nelze přechovávat bez nebezpečí zčernání ani dobře zabalené fotografické desky. Nikdo z Röntgenových předchůdců však nepátral po příčině. Nový objev našel prakticky ihned široké uplatnění, nejprve v medicíně a zakrátko i v dalších oborech vědy a techniky. V průběhu jediného roku po objevu rentgenového záření bylo ve světě publikováno více než tisíc prací věnovaných tomuto záření. Rentgenové záření bylo v Čechách poprvé použito k lékařským účelům roku 1897 doktorem Rudolfem Jedličkou a na Slovensku profesorem Alexanderem. Wilhelm Conrad Röntgen získal jako první roku 1901 Nobelovu cenu za fyziku. Bylo to šest let po objevení X paprsků.

RENTGENOVÉ ZÁŘENÍ Rentgenové záření je elektromagnetické vlnění s velmi krátkou vlnovou délkou, tato délka je více než tisíckrát kratší než vlnová délka viditelného světla. Rentgenové záření vzniká nárazem elektronů velké pohybové energie na hmotu ve speciální elektronce (v rentgence). Ke vzniku rentgenového záření je zapotřebí především energie, kterou je nutno vhodně upravit a v rentgence přeměnit v energii rentgenového záření. Výroba rentgenového záření je energetickým dějem, přeměnou elektrické energie v energii záření. Toto záření se šíří přímočaře a prochází některými látkami, které jsou pro ostatní druhy elektromagnetického záření nepropustné Pohlcování rentgenového záření závisí na tloušťce prozařovaného předmětu i na frekvenci záření. Záření s vysokou frekvencí se nazývá tvrdé a s nižší frekvencí měkké. Tvrdé záření prochází i značně silnými vrstvami látek a méně se pohlcuje, používá se v defektoskopii a v diagnostice. Měkké záření je pohlcováno více, používá se v rentgenové terapii. PRINCIP Zdrojem rentgenového záření je obvykle elektronka, nazývaná rentgenka. Z rozžhavené záporné katody vyletují urychlené elektrony směrem ke kladné anodě. Mezi katodou a anodou je připojeno vysoké napětí, které uděluje elektronům vysokou rychlost. Při dopadu elektronů na anodu se většina jejich energie mění v teplo. Část energie dopadajících elektronů se mění na energii rentgenového záření, které vystupuje z anody. Rentgenové záření ionizuje vzduch, vyvolává světélkování některých látek, způsobuje zčernání fotografického filmu a působí také na živé organismy. Při průchodu rentgenového záření hmotou dochází k jeho rozptylu a absorpci. Typické rozmezí vlnových délek je 10exp-12 až 10exp-8 [m].

[editovat] Související články

• Elektromagnetické spektrum
• Inverzní fotoelektrický jev