Röntgenmääritys ja ominaisuudet (X-säteily)

Röntgensäteet tai röntgensäteily ovat osa sähkömagneettista spektri lyhyemmällä aallonpituudet (korkeampi taajuus) kuin näkyvä valo. Röntgensäteilyn aallonpituus on välillä 0,01 - 10 nanometriä tai taajuudet 3 x 10¹⁶ Hz - 3 × 10¹⁹ Hz. Tämä asettaa röntgensäteen aallonpituuden ultraviolettivalon ja gammasäteiden välille. Erotus röntgen- ja gammasäteiden välillä voi perustua aallonpituuteen tai säteilylähteeseen. Joskus x-säteilyä pidetään elektronien lähettämänä säteilynä, kun taas atomin ydin emittoi gammasäteilyä.

Saksalainen tutkija Wilhelm Röntgen tutki ensimmäisenä röntgenkuvat (1895), vaikka hän ei ollut ensimmäinen ihminen, joka havaitsi niitä. Crookes-putkista, jotka keksittiin noin vuonna 1875, oli havaittu röntgensäteitä. Röntgen kutsui valoa "X-säteilyksi" osoittaakseen, että se oli aikaisemmin tuntematon tyyppi. Joskus säteily kutsutaan tutkijan jälkeen Röntgen- tai Roentgen-säteilyksi. Hyväksytyt oikeinkirjoitukset sisältävät röntgensäteet, röntgenkuvat, röntgenkuvat ja röntgensäteet (ja säteilyn).

Termiä röntgenkuvaus viitataan myös röntgenkuvaan, joka on muodostettu käyttämällä säteilyä ja kuvan tuottamiseen käytettyyn menetelmään.

Röntgensäteiden energia vaihtelee välillä 100 eV - 100 keV (aallonpituus alle 0,2–0,1 nm). Kovia röntgensäteitä ovat ne, joiden fotonienergia on suurempi kuin 5-10 keV. Pehmeät röntgenkuvat ovat niitä, joilla on vähemmän energiaa. Kovien röntgensäteiden aallonpituus on verrattavissa atomin halkaisijaan. Kovilla röntgensäteillä on tarpeeksi energiaa tunkeutua aineeseen, kun taas pehmeät röntgensäteet imeytyvät ilmaan tai tunkeutuvat veteen noin 1 mikrometrin syvyyteen.

Röntgensäteet voivat säteillä aina, kun riittävän energisesti varautuneet hiukkaset osuvat asiaan. Kiihdytettyjä elektroneja käytetään röntgensäteilyn tuottamiseen röntgenputkessa, joka on tyhjöputki, jossa on kuuma katodi ja metallikohde. Protoneja tai muita positiivisia ioneja voidaan myös käyttää. Esimerkiksi protonien indusoima röntgensäteily on analyyttinen tekniikka. Luonnollisiin röntgensäteilylähteisiin kuuluvat radonkaasu, muut radioisotoopit, salama ja kosmiset säteet.

Kolme tapaa, joilla röntgenkuvat ovat vuorovaikutuksessa aineen kanssa, ovat Comptonin sironta, Rayleigh-sironta ja fotoabsorptio. Komptonien sironta on ensisijainen vuorovaikutus, johon liittyy voimakkaasti kovia röntgensäteitä, kun taas fotoabsorptio on hallitseva vuorovaikutus pehmeiden röntgensäteiden ja alhaisemman energian kovien röntgensäteiden kanssa. Millä tahansa röntgenkuvauksella on riittävästi energiaa molekyylien atomien välisen sitoutumisenergian voittamiseksi, joten vaikutus riippuu aineen alkuainekoostumuksesta eikä sen kemiallisista ominaisuuksista.

Suurin osa ihmisistä tuntee röntgenkuvat niiden käytön vuoksi lääketieteellisessä kuvantamisessa, mutta säteilylle on monia muita sovelluksia:

Diagnostisessa lääketieteessä röntgenkuvia käytetään luun rakenteiden tarkasteluun. Kovaa röntgensäteilyä käytetään minimoimaan vähän energiaa kuluttavien röntgensäteiden imeytyminen. Röntgenputken päälle asetetaan suodatin pienemmän energian säteilyn siirtymisen estämiseksi. Korkea atomimassa hampaiden ja luiden kalsiumatomien määrää imee x-säteilyn, päästäen suurimman osan muusta säteilystä kulkemaan kehon läpi. Tietokonetomografia (CT-skannaukset), fluoroskopia ja sädehoito ovat muita röntgensäteilydiagnostiikkamenetelmiä. Röntgensäteitä voidaan käyttää myös terapeuttisissa tekniikoissa, kuten syövän hoidossa.

Röntgensäteitä käytetään kristallografiassa, tähtitiedessä, mikroskopiassa, teollisuusradiografiassa, lentokenttäturvallisuudessa, spektroskopia, fluoresenssi, ja räjäyttämään fissiolaitteita. Röntgensäteitä voidaan käyttää taiteen luomiseen ja myös maalauksien analysointiin. Kiellettyihin käyttötarkoituksiin kuuluvat röntgenkarvanpoisto ja kenkäsovitetut fluoroskoopit, jotka olivat molemmat suosittuja 1920-luvulla.

Röntgensäteet ovat ionisoivan säteilyn muoto, joka pystyy hajottamaan kemialliset siteet ja ionisoimaan atomeja. Kun röntgenkuvaus havaittiin ensimmäisen kerran, ihmiset kärsivät säteilypalovammoista ja hiusten menetyksestä. Oli jopa ilmoituksia kuolemista. Vaikka säteilysairaus on pitkälti menneisyyttä, lääketieteelliset röntgenkuvat ovat merkittävä ihmisen aiheuttama lähde säteilyaltistus, joka on noin puolet kaikista Yhdysvaltain lähteistä peräisin olevasta säteilyaltistuksesta Yhdysvalloissa 2006. Annosta, joka aiheuttaa vaaran, on erimielisyyksiä, osittain siksi, että riski riippuu monista tekijöistä. On selvää, että x-säteily voi aiheuttaa geenivaurioita, jotka voivat johtaa syöpään ja kehitysongelmiin. Suurin riski on sikiölle tai lapselle.

Vaikka röntgenkuvat ovat näkyvän spektrin ulkopuolella, on mahdollista nähdä ionisoituneiden ilmamolekyylien hehku intensiivisen röntgensäteen ympärillä. On myös mahdollista "nähdä" röntgenkuvat, jos tumma sopeutunut silmä katsoo vahvaa lähdettä. Tämän ilmiön mekanismi on edelleen selittämätön (ja kokeilu on liian vaarallinen suorittaakseen). Varhaiset tutkijat kertoivat näkevänsä siniharmaa hehku, joka näytti tulevan silmän sisäpuolelta.

Yhdysvaltain väestön lääketieteellinen säteilyaltistus on lisääntynyt voimakkaasti 1980-luvun alusta lähtien, Science Daily, 5. maaliskuuta 2009. Haettu 4. heinäkuuta 2017.