X 線は通常の光の超強力な形であり、光の速度で直進する波ですが、非常に高いエネルギーを持っています。陰極管内の高エネルギー電子が金属部品に衝突すると、それらは妨げられて余分なエネルギーを放出するか、衝突した原子から電子を放出して再シャッフルを引き起こし、エネルギーも放出します。どちらの場合も、放出されるエネルギーは、可視光よりもエネルギーの多い電磁放射の一種である X 線の形です。
私たちの目で X 線などの電磁放射を見ることができれば、人や動物の体をのぞき込むことはまったく幻想的な体験になるでしょう。皮膚の内部と骨の内部を直接見ることができます。この能力がないのは良いことかもしれませんが、それでも X 線の恩恵を受けています。それらは医療診断において非常に重要であり、科学研究に有用であり、多くの産業用途に適しています. X 線とは何か、どのように使用されているかを詳しく説明する前に、まず X 線の発見の背後にある興味深い歴史を見てみましょう。
X 線の発見
1895 年、ドイツの物理学者ヴィルヘルム レントゲンは陰極管 (電子ビームが蛍光面を照らすガラス容器) を使った実験を行っていました。レントゲンは、蛍光灯が漏れるのを防ぐために、チューブの周りにボール紙を巻き付けました。しばらくすると、彼は奇妙なことに気付きました…チューブの外の別のスクリーンが光っていました!
ヴィルヘルム・レントゲン (写真提供:ウィキメディア・コモンズ)
つまり、目に見えない光線がガラスから漏れ出し、ダンボールを迂回して外のスクリーンに到達したのです。レントゲンは、これらの光線が何であるかを把握できませんでした。不明 自然、彼はそれらをX線と呼んだ。実際、X 線の発見により、レントゲンは 1901 年に史上初のノーベル賞を受賞しました。
今日、私たちは何年も前に彼の研究室で何が起こっていたかを知っています.
陰極管内の高エネルギー電子が金属部品に衝突すると、それらは妨げられて余分なエネルギーを放出するか、衝突した原子から電子を放出して再シャッフルを引き起こし、エネルギーも放出します。どちらの場合も、放出されるエネルギーは、可視光よりもエネルギーの多い電磁放射の一種である X 線の形です。
X 線
これをもっと簡単に言えば、X 線は通常の光の超強力な形であり、光速で直進する波ですが、非常に高いエネルギーを持っています。
X線を紙に貼り付けて測定できれば、X線の波長は通常の光の波長の何千倍も短いことがわかります。これは、それらの頻度 (どのくらいの頻度で小刻みに動き回るか) がそれに対応して高いことを意味します。電磁波のエネルギーは、それらの波の周波数に直接関係しています。高周波 (3×1016 Hz から 3×1019 Hz の範囲) である X 線は非常にエネルギーが高く、通常の光波よりも透過性が高くなります。その結果、光波の通過能力が制限されます。固体 (不透明) の物体に当たると、それ以上移動しなくなります。ただし、X 線はそのエネルギー的な性質のおかげで、通常の光よりもはるかに奥深くまで移動できます。ただし、電子の数が非常に多い (原子番号が大きい) 材料で止めることができます。
それでは、X 線の透過力と限界について詳しく見ていきましょう。
通常の光に関して言えば、ガラスやプラスチックなどの一部の (透明な) 素材は、光波を容易に通過させることがわかっています。しかし、木材や金属などの一部の (不透明な) 素材は光線を吸収し、それ以上進むのを妨げます。同じように、X線を透過する素材と透過しにくい素材があります。 X線を完全に遮断する材料さえいくつかあります。なぜこれが起こるのですか?
X 線が物質に入ると、物質の反対側から出てくるためには、原子の群れを強制的に通り抜ける必要があります。 X 線が物質を通過する際に最大の課題となるのは電子です。電子が多ければ多いほど、物質の衝突する電子によって吸収されるエネルギーが増えるため、X 線が移動しにくくなります。ただし、X 線は、電子が少ない物質を通過するのに十分なほど強力です。炭素ベースの分子でできている私たちの皮膚は、X 線を通過させる材料の非常に良い例です。逆に、X 線が多くの電子 (より高い原子番号) を持つ強力な物質に遭遇すると、X 線はブロックされます。 82 個の電子を持つ重金属である鉛 (Pb) は、X 線を止めるのに特に効果的です。そのため、X 線検査技師が鉛のエプロンを着用したり、鉛のスクリーンの後ろに立っているのをよく見かけます。
この形態の電磁放射の科学的根拠を理解したところで、X 線の最も有用な用途のいくつかを調べてみましょう。
(写真提供:Pexels)
X 線の応用
医薬品
X 線は、1 世紀前に初めて医薬品に応用されました。現在、世界中で毎年何百万もの X 線スキャンが行われています。それらは、診断と治療の両方において、医学において最も有用なツールの 1 つです。主にカルシウムでできている骨や歯は非常に硬く、X線を通しません。しかし、私たちの皮膚と筋肉は軟組織でできており、炭素、水素、酸素などの有機物質で構成されており、これらはすべて原子番号が小さいため、X 線がそれらを迂回しやすい.そのため、レントゲン写真を見ると体内のさまざまな物の影に見えますが、実はこれが医療診断に非常に役立ちます。 X線は、骨の骨折、細胞の腫瘍、および肺気腫や結核などの特定の肺の状態を検出できます.歯科医は X 線を使用して口の中で何が起こっているかを理解し、他の器具やツールでは見ることができない歯と歯茎の健康と状態を評価できるようにします。
顎の X 線 (画像クレジット:maxpixel)
セキュリティ
X 線が体内の重要な領域をスキャンするのに役立つのと同様に、空港のセキュリティ チェックポイントでバッグの中身を確認するのにも役立ちます。 X 線は、プラスチックや革などの柔らかい素材を通過できますが、ナイフ、銃、その他の武器などの武器や弾薬によく使用される重い素材には吸収されます。一般に、セキュリティ担当者は、スーツケースやバッグの内部をリアルタイムでテレビ放送する監視用のコンピューター画面を持っているため、警察官は疑わしい/禁止されている資料を監視できます。
セキュリティスキャナー (画像クレジット:Flickr)
科学研究
医学以外では、X 線の最も初期の用途の 1 つは、物質の内部構造の研究でした。 X 線のビームが結晶に照射されると、原子がビームを正確に散乱させ、結晶の内部パターンの仮想的な影を落とします。このようにして、研究者は原子間の距離を測定できます。これは、X線結晶学またはX線回折と呼ばれます。この技術は、1950 年代の DNA 構造の発見において重要な役割を果たしました。
