200px|thumb|Aparat Röntgen Radiația (razele) X sau radiația (razele) Röntgen sunt radiații electromagnetice ionizante, cu lungimi de undă mici, cuprinse între 0,01 și 100 Å (ångström). Razele X formează radiația X, o formă de radiație electromagnetică. Cele mai multe raze X au o lungime de undă cuprinsă între 0,01 și 10 nanometri, corespunzând frecvențelor cuprinse între 30 petahertz și 30 exahertz (3 × 1016 Hz până la 3 × 1019 Hz) și energii cuprinse între 100 și 110 keV. Lungimile de undă cu raze X sunt mai scurte decât cele ale razelor UV și de obicei sunt mai lungi decât cele ale radiațiilor gamma. În multe limbi, radiația X este menționată cu termeni care denotă radiația Röntgen, după ce omul de știință german Wilhelm Röntgen, care de obicei este creditat ca descoperitor, și care l-a numit radiația X pentru a indica un tip de radiație necunoscut.
Istoric
Descoperirea razelor X În timpul unor experimente, fizicianul german Wilhelm Conrad Röntgen, bombardând un corp metalic cu electroni rapizi, a descoperit că acesta emite radiații foarte penetrante, radiații pe care le-a denumit raze X (descoperire realizată în anul 1895). Radiațiile X au fost numite mai târziu radiații Roentgen sau Röntgen.
Fizicianul german Wilhelm Röntgen este de obicei creditat ca descoperitor de raze X în 1895, deoarece el a fost primul care le studiază sistematic, deși nu este primul care a si observat efectele. El este și cel care le-a dat denumirea de "raze X" (care semnifică o cantitate necunoscută ), deși multe altele le-au denumit "raze Röntgen" (și radiografiile asociate cu raze X ca "Röntgenograme") pentru la câteva decenii după descoperirea lor și chiar și până în prezent în unele limbi, inclusiv în limba germană a lui Röntgen.
S-au găsit raze X provenind din tuburile Crookes, tuburi experimentale de descărcare inventate în jurul anului 1875, de către oamenii de știință care investigau razele catodice, adică radiațiile de energie înaltă, create mai întâi în tuburi. Tuburile Crookes au creat electroni liberi prin ionizarea aerului rezidual în tub printr-o tensiune DC ridicată de oriunde între câțiva kilovolți și 100 kV. Această tensiune a accelerat electronii proveniți de la catod la o viteză suficient de mare încât au creat raze X atunci când au lovit anodul sau peretele de sticlă al tubului. Multe dintre tuburile timpurii ale Crookes au radiat, fără îndoială, raze X, deoarece cercetătorii timpurii au observat efecte care le puteau fi atribuite, după cum este detaliat mai jos. Wilhelm Röntgen a fost primul care le studiază sistematic, în 1895.
Descoperirea razelor X a stimulat o adevărată senzație. Biograful Röntgen, Otto Glasser, a estimat că numai în 1896 au fost publicate 49 de eseuri și 1044 articole despre noile raze. Aceasta a fost probabil o estimare conservatoare, dacă se consideră că aproape fiecare lucrare din întreaga lume a raportat în mod extensiv despre noua descoperire, cu o revistă, cum ar fi Știința, dedicându-i numai 23 de articole în acel an. Reacțiile de senzație la noua descoperire includ publicații care leagă noul tip de raze de teoriile oculte și paranormale, cum ar fi telepatia.
Cercetarea timpurie Utilizarea razelor X în scopuri medicale (care a evoluat în domeniul radioterapiei) a fost pionieră de către maiorul John Hall-Edwards din Birmingham, Anglia. Apoi, în 1908, el a trebuit să aibă brațul stâng amputat din cauza răspândirii dermatitei cu raze X pe brațul lui.
În 1914, Marie Curie a dezvoltat aparate radiologice pentru a sprijini soldații răniți în Primul Război Mondial, mașini ce permiteau imagistica rapidă cu raze X pentru soldații răniți pe câmpul de luptă; astfel chirurgii puteau să opereze mai rapid și cu mai multă acuratețe.
Din anii 1920 până în anii 1950, mașinile cu raze X au fost dezvoltate pentru a ajuta la montarea încălțămintei și au fost vândute la magazinele de încălțăminte comerciale. Preocupările privind impactul utilizării frecvente sau prost controlate au fost exprimate în anii 1950, care au dus la sfârșitul final al practicii în deceniul respectiv. Microscopul cu raze X a fost dezvoltat în anii 1950.
Observatorul de raze X din Chandra, lansat pe 23 iulie 1999, a permis explorarea proceselor foarte violente din univers care produc raze X. Spre deosebire de lumina vizibilă, care oferă o imagine relativ stabilă asupra universului, universul cu raze X este instabil. Ea prezintă stele care sunt rupte de găuri negre, coliziuni galactice și novae și stele neutronice care creează straturi de plasmă care apoi explodează în spațiu.
Un dispozitiv cu laser cu raze X a fost propusă ca parte a Inițiativa de Apărare Strategică Administrației Reagan în 1980, dar singurul test al dispozitivului (un fel de laser „blaster“ sau rază a morții, alimentat de o explozie termonucleară) a dat rezultate neconcludente. Din motive tehnice și politice, la proiectul general (inclusiv cel cu laser cu raze X) a fost sistată finanțarea (deși a fost ulterior reînviat de către administrația Bush ca o apărare națională antirachetă folosind diferite tehnologii).
Imagistica cu raze X cu contrast de fază se referă la o varietate de tehnici care utilizează informația de fază a unui fascicul de raze X coerent pentru a imagina țesuturile moi. A devenit o metodă importantă pentru vizualizarea structurilor celulare și histologice într-o gamă largă de studii biologice și medicale. Există mai multe tehnologii utilizate pentru imagistica cu contrast de fază cu raze X, toate folosind principii diferite pentru a converti variațiile de fază în razele X care apar din obiect în variații de intensitate. Acestea includ contrast de fază bazat pe propagare, interferometrie cu talbot, imagistică îmbunătățită prin refracție, și interferometrie cu raze X. Aceste metode oferă un contrast mai mare comparativ cu imagistica cu raze X de absorbție normală, ceea ce face posibilă vizualizarea detaliilor mai mici. Un dezavantaj este că aceste metode necesită un echipament mai sofisticat, cum ar fi sursele de raze X de sincrotron sau microfoc, optica cu raze X și detectoarele cu raze X de înaltă rezoluție.
Intervale de energie Razele X moi și dure Razele X cu energii fotonice ridicate (mai mari de 5-10 keV, sub lungimea de undă de 0,2-0,1 nm) se numesc raze X dure, în timp ce cele cu energie mai mică se numesc raze X moi. Datorită capacității lor de penetrare, razele X sunt utilizate pe scară largă pentru a imagina interiorul obiectelor, de exemplu în radiografia medicală și securitatea aeroportului. Termenul de raze X este folosit metonimic pentru a se referi la o imagine radiografică produsă utilizând această metodă, în plus față de metoda în sine. Deoarece lungimile de undă ale razelor X sunt similare cu dimensiunile atomilor, ele sunt, de asemenea, utile pentru determinarea structurilor de cristal prin cristalografie cu raze X. Prin contrast, razele X moi sunt ușor absorbite în aer; lungimea atenuării a 600 de eV (~ 2 nm) raze X în apă este mai mică de 1 micrometru.
Razele Gamma Nu există un consens pentru definirea unei distincții între razele X și razele gamma. O practică obișnuită constă în a face distincția între cele două tipuri de radiații bazate pe sursa lor: razele X sunt emise de electroni, în timp ce razele gamma sunt emise de nucleul atomic. Această definiție are mai multe probleme: alte procese pot, de asemenea, genera aceste fotoni de mare energie sau, uneori, metoda de generare nu este cunoscută. O alternativă comună este distingerea radiației X și gamma pe baza lungimii de undă (sau, echivalent, a frecvenței sau a energiei fotonice), cu radiații mai scurte decât unele lungimi de undă arbitrare, cum ar fi 10-11 m (0,1 Å), definite ca radiații gamma. Acest criteriu atribuie un foton unei categorii neechivoce, dar este posibilă numai dacă este cunoscută lungimea de undă. (Unele tehnici de măsurare nu fac distincția între lungimile de undă detectate.) Cu toate acestea, aceste două definiții coincid deseori, deoarece radiațiile electromagnetice emise de tuburile cu raze X au în general o lungime de undă mai mare și o energie fotonică mai mică decât radiația emisă de nucleele radioactive. Ocazional, un termen sau altul este utilizat în contexte specifice datorită precedentului istoric, bazat pe tehnica de măsurare (de detecție) sau pe baza utilizării intenționate, mai degrabă decât a lungimii de undă sau a sursei. Astfel, razele gama generate pentru utilizări medicale și industriale, cum ar fi radioterapia, în intervalul de 6-20 MeV, pot fi, în acest context, menționate și ca raze X.
Proprietăți Fotonii cu raze X transporta suficientă energie pentru a ioniza atomii și pentru a întrerupe legăturile moleculare. Aceasta face ca acesta să fie un tip de radiație ionizantă și, prin urmare, dăunătoare țesutului viu. O doză foarte ridicată de radiații într-o perioadă scurtă de timp provoacă boală prin radiații, în timp ce dozele mai mici pot da un risc crescut de cancer indus de radiații. În imagistica medicală, acest risc crescut de cancer este, în general, mult mai mare decât beneficiile examinării. Capacitatea ionizantă a razelor X poate fi utilizată în tratamentul cancerului pentru a ucide celulele maligne folosind radioterapia. De asemenea, este utilizat pentru caracterizarea materialelor utilizând spectroscopia cu raze X.
Lungimea de atenuare a razelor X în apă arătând marginea de absorbție a oxigenului la 540 eV, dependența de energia 3 a fotoaborbției, precum și o nivelare la energii fotonice mai mari din cauza împrăștierii Compton. Lungimea atenuării este de aproximativ patru ordine de mărime mai mare pentru razele X (jumătatea dreaptă), comparativ cu razele X moi (jumătatea stângă).
Razele X pot traversa obiecte relativ groase fără a fi mult absorbite sau împrăștiate. Din acest motiv, razele X sunt utilizate pe scară largă pentru a imagina interiorul obiectelor opace vizuale. Cele mai des întâlnite aplicații sunt în radiografia medicală și în scanerele de securitate ale aeroportului, dar tehnicile similare sunt de asemenea importante în industrie (de exemplu, radiografia industrială și scanarea CT industrială) și cercetarea (de exemplu CT de animale mici). Adâncimea de penetrare variază cu câteva ordini de mărime pe spectrul de raze X. Aceasta permite ajustarea energiei fotonice pentru aplicație astfel încât să asigure o transmisie suficientă prin obiect și în același timp să asigure un contrast bun în imagine.
Razele X au lungimi de undă mult mai scurte decât lumina vizibilă, ceea ce face posibilă cercetarea structurilor mult mai mici decât se poate vedea utilizând un microscop normal. Această proprietate este folosită în microscopia cu raze X pentru a obține imagini de înaltă rezoluție și, de asemenea, în cristalografia cu raze X pentru a determina pozițiile atomilor în cristale.
Interacțiunea cu materia Razele X interacționează cu materia în trei moduri principale, prin fotoabsorbție, împrăștiere Compton și împrăștiere Rayleigh. Rezistența acestor interacțiuni depinde de energia razelor X și de compoziția elementară a materialului, dar nu și de proprietățile chimice, deoarece energia fotonilor cu raze X este mult mai mare decât energiile de legare chimice. Absorbția fotoabsorbției sau fotoelectrică este mecanismul de interacțiune dominant în regimul cu raze X moi și pentru energiile mai joase ale raze X. La energii mai mari, împrăștierea Compton domină.
Absorbție fotoelectrică