X-IŞINLARININ TARİHSEL GELİŞİMİ

... konulu sunumlar: "X-IŞINLARININ TARİHSEL GELİŞİMİ"— Sunum transkripti:

1 X-IŞINLARININ TARİHSEL GELİŞİMİ
X-Işınları,Alman fizik profesörü Wilhelm Conrad Röntgen tarafından keşfedilmiştir. Röntgen,1894 yılında katot ışınları ile ilgili çalışmaya başlamıştır. Bu çalışmalar sırasında 8 Kasım 1895 de laboratuarında camdan yapılmış ve basıncı düşürülmüş elektronik bir tüpte “katot ışınlarının soğurulması”üzerinde deneyler yaparken “baryum platinsiyanür”kaplı bir levhanın parıldamakta olduğunu görmüş fakat bu parıldamanın etraftaki herhangi bir cisimden gelebileceğini düşünerek ışıkları söndürüp deneyleri tekrarlamış parıldama olayını tekrarladığını gözlemlemiştir.Bu parıldamanın, katot ışınlarından kaynaklanıp kaynaklanmadığını anlamak için tüpün üzerini siyah bir kartonla kaplayıp deneyini tekrar ettiğinde aynı olayın yeniden gerçekleştiğini görmüştür.

2

3 Röntgen bu deneyi yapmadan önce katot ışınlarının maddeyi delip geçme özelliğinin olmadığını biliyordu. Bir Crooks tüpünü indüksiyon bobinine bağlayarak, tüpten yüksek gerilimli elektrik akımı geçirdiğinde, tüpten oldukça uzakta durmakta olan cam bir kavanoz içindeki baryumlu platinsiyanür kristallerinde bir takım pırıltıların oluştuğunu gözlemiş; bu tür pırıltılara neden olan ışınlara, o ana kadar bilinmemesinden dolayı "Xışınları"adını vermiştir. Tüpten yüksek gerilimli akım geçirildiğinde karşısında ki ekranda parıldamalar oluşturan ışınların değişik cisimleri, farklı derecelerde geçebildiği, kurşun plaklar tarafından ise tutulduğunu gözleyen Röntgen, eliyle tuttuğu kurşun levhaların ekrandaki gölgesini incelerken kendi parmak kemiklerinin ve yüzüğünün görüntüsünü elde etmiştir.

4

5 X-ışınları 1895 Aralık ayında tıp alanında ilk kez kullanılmış bir hastanın bacağına saplanan kurşunun yeri x-ışınları yardımıyla belirlenmiştir Röntgen’in x-ışınlarını keşfinden 3 ay sonra H.Antonie Becquerel de x ışınları üzerinde çalıştı ve radyoaktifliği tamamladı. Röntgen,bu çalışmaları nedeniyle 1901 yılında ilk Nobel Fizik ödülünü almıştır. Ülkemizde x-ışınları,bulunmasından sonra bir yıl içerisinde Galatasaray lisesi Matematik ve Fizik öğretmeni Mosyö Izuar tarafından üretilmiştir. Tıp amaçlı ilk kullanımı ise Dr. Esat Feyzi tarafından yapılmıştır.Esat Feyzi ilk Türk röntgen uzmanı olarak bilinir.Aynı dönemlerde Dr. Rıfat Osman da Esat Feyzi ile çalışmıştır.

6

7 X-IŞINLARININ ELDE EDİLMESİ
Radyografide ve radyoterapide kullanılan x-ışınları havası boşaltılmış bir tüp içinde,yüksek gerilim altında ısıtılan katottan çıkan elektron demetinin hızlandırılarak anoda çarptırılması ile elde edilmektedir. Elde edilen x-ışınlarının enerjisi,kendisini oluşturan elektronun geçtiği yörüngelerin enerji düzeyine göre değişir. Dış yörüngelerden çekirdeğe yaklaştıkça elde edilen x-ışınlarının dalga boyu kısalmakta,yetenekleri artmaktadır. Elde edilen x-ışınları çekirdeğe ne kadar yakın yörüngeden elde edilmişse,enerjileri de o kadar fazladır. X-ışını üreten aygıtlarda elektrik enerjisi x-ışını enerjisine dönüşür.

8 X-IŞINLARININ OLUŞUMU
X-ışınları, doğal X-ışınları ve yapay X-ışınları olmak üzere iki şekilde meydana gelir; 1) Doğal X-Işınları: Atom çekirdeği tarafından K enerji kabuğundan elektron yakalanması, alfa bozunumu, iç dönüşüm ve beta bozunumu olaylarıyla meydana gelir. Bir atoma dışarıdan gelen veya gönderilen yüksek enerjili elektronlar o atomun ilk halkalarından elektronlar koparırlar. Atomdan kopan bu elektronun yerine daha yüksek seviyelerden (üst halkalardan) elektronlar atlayarak kopan elektronun yerindeki boşluğu doldururlar. Bu sırada ortaya çıkan enerji fazlalığı X-ışını şeklinde dışarı salınır.

9 Çekirdek içerisinde bulunan protonlardan bir tanesi hareketi esnasında atomun ilk halkalarındaki elektronu yakalar ve nötrleşir. Yakalanan bu elektronun halkasındaki boşalan yere diğer bir halkadan bir elektron atlamasıyla X-ışını meydana gelebilir. 2) Yapay X-Işınları:Maddenin; elektron, proton, parçacıkları veya iyonlar gibi hızlandırılmış parçacıklar etkileşmesinden ya da X-ışını tüpünden veya başka bir uygun radyoaktif kaynağından çıkan fotonlarla etkileşmesinden meydana gelir Maddenin, fotonlarla etkileşmesinden karakteristik (çizgi) X-ışınları, yüklü parçacıklarla etkileşmesinden hem karakteristik hem de sürekli X-ışınları elde edilir.

10 Etkileşme şekline göre 2 tür X-ışını elde edilir.
a)Sürekli (Frenleme) X-Işınları:Elektron demeti, hedef atomun çekirdeğine yaklaştığında, çekirdeğin pozitif yükünden kaynaklanan elektrik alandan etkilenir ve ivmeli hareket yapmaya zorlanarak dışarıya fotonlar yayar. Sürekli bir enerji spektrumuna sahip bu fotonlara sürekli x-ışınları, bu olaya da bremsstrahlung veya frenleme radyasyonu adı verilir. b)Karakteristik X-Işınları: Hedef atom üzerine gönderilen elektronların, hedef atomun yörüngesindeki elektronlarla etkileşimi sonrasında, aldıkları enerjiyle üst enerji seviyelerine çıkarlar. Kararsız durumdaki bu enerji seviyeleri geri bozunduğunda dışarıya foton yayınlanır. Enerjileri, seviyeleri arasındaki farka eşit olan bu fotonlara karakteristik x-ışınları adı verilir.

11

12

13 X-Işınlarının Optik Özellikleri
X-ışınları için optik geometri oldukça basit bir durum gösterir, çünkü bu ışınlar homojen veya homojen olmayan ortamlarda daima ışığın boşluktaki hızına çok yakın bir hızla yayılırlar. Bu ışınların maruz kaldığı kırılma ihmal edilebilecek kadar azdır. X-ışınlarını mercekler vasıtasıyla odaklaştırmanın imkânı yoktur. X-ışınlarını tam yansımaya uğratma imkânlarından yararlanılarak bir X-ışınları mikroskobu yapılabilmiştir. Bu cihazın kullanılışı oldukça zahmetlidir

14 Tam yansıma, X-ışınlarının oldukça yatay bir açıyla parlak yüzeyler üzerine düşmesiyle gerçekleşir
Bu amaçla kullanılan aynaların meridyen kesitleri elips şeklindedir. Normal ışınlar gibi X-ışınları da polarizasyona uğrarlar. Birbirine dik iki polarizörden geçen bir X-ışını demeti tam olarak söndürülebilir. X-ışınlarının maddeyi geçişi polarize ışığın titreşim düzlemi üzerine etki etmez.

15 X-IŞINI TÜPÜ X-ışını tüpü yüksek voltajlı bir katot ışını tüpüdür. Tüp yüksek vakumda havası boşaltılmış cam bir kılıftan oluşmuştur. Bir ucunda anot (pozitif elektrot), diğer ucunda katot (negatif elektrot) bulunur ve bunların her ikisi de lehimle sıkıca mühürlenmiştir. Katot, ısıtıldığında elektron salan tungsten materyalinden yapılmış bir flamandır. Anot, kalın bir çubuk ve bu çubuğun sonundaki metal hedeften oluşur. Anot ve katot arasına yüksek voltaj uygulandığında katot flamanda elektron yayınlanır.

16 Bu elektronlar yüksek gerilim altında anoda doğru hızlandırılır ve hedefe çarpmadan önce yüksek hızlara ulaşır. Yüksek hızlı elektronlar metal hedefe çarptıklarında enerjilerini aktararak bir foton yayınlanır. Oluşan X-ışını demeti cam zarfın içindeki ince cam pencereden geçer. Bazı tüplerde tek dalga boylu X-ışını elde etmek için filtre kullanılır. X-ışını tüpü,televizyon tüpüne benzeyen elektron iletimine olanak sağlayan bir vakum tüpüdür.Tüpün camı yüksek ısıya dayanıklı çok sağlam malzemeden yapılmıştır. Yaklaşık cm. uzunluğu ve çapı 15 cm çapındadır. Vakumlu olması tüpün,etkili x-ışını üretebilmesi ve uzun ömürlü olabilmesi için gereklidir.

17

18 Filament;yüksek ısıya dayanıklı olabilmesi için yaklaşık %1-2 toryum ilave edilmiş tungstenden yapılmıştır. Filament,elektrik ampullerindeki sargılara benzer. Katot’a yüksek akım uygulandığında,filament atomlarının dış yörüngelerindeki elektronlar filamentten ayrılırlar ve bir elektron bulutu oluştururlar.Bu olaya termoiyonik salınım adı verilir. Termoiyonik salınım olabilmesi için filamentin 2200 c ve üzerinde ısınması gerekir. Filamentin ısısı arttıkça oluşan elektron sayısı da artar

19 X-IŞINLARININ ÖZELLİKLERİ
1)Yayılma hızı ışık hızıdır. 2)X-ışınlarının dalga boyu A arasında değişmekle birlikte tanısal alanda 0.5A dalga boyundadır.İnsan gözü A arasındaki dalga boyundaki ışığı saçabildiğinden x-ışınları gözle görülemezler. 3)X-ışını boşluktaki hızı km/s ile ışık hızına eşittir. 4)X-ışını partikülsüz dalga ışıması olduğundan ağırlığı yoktur. 5)X-ışını elektriksel bir yükü olmadığından manyetik alanda sapmaz. 6)X-ışınının kimyasal etkisi vardır.X-ışınına maruz kalan maddenin kimyasal yapısında bazı değişiklikler oluşur.X-ışını canlı vücudunda en fazla suyun kimyasal yapısında etki eder.

20 7)X-ışını biyolojik etkileri olup canlı hücrelerde,kromozomların yapısındaki DNA molekülünde,genetik mutasyon veya ölümle sonuçlanabilecek önemli hasarlar meydana getirilebilir.Vücutta ki üreme hücreleri hassas oldukları için radyasyona duyarlı hücrelerdir ve mutlaka radyasyondan korunmalıdır.

21 X-Işınlarının Fizyolojik Etkisi
Yüksek enerjili her ışın gibi X-ışınları da dokular için zararlıdır. Çok yüksek frekansa sahip olan X-ışınları kimyasal bağları kırabilecek enerjiye sahiptir. Bağların kırılması sonucu iyonlaşma oluşur. İyonlaşabilen elektromanyetik ışınımları, hücrenin genetik materyali olan DNA'yı parçalayabilecek kadar enerji taşımaktadır. DNA'nın zarar görmesi ise hücreleri öldürmektedir. Bunun sonucunda doku zarar görür. DNA'da çok az bir zedelenme, kansere yol açabilecek kalıcı değişikliklere sebep olabilir.

22 Hücre için en zararlı ışınlar yumuşak X-ışınlardır, zira bu ışınlar hücre tarafından soğrulur ve bu enerji kazancı hücre içinde yaralanmalara sebep olur Radyolojide kullanılan ışınlar, sertlikleri dolayısıyla çok daha az soğrulurlar ve bu nedenle de çok daha az zararlıdırlar. X-ışınlarına hedef olunduğunda ani bir acıma duygusu da duyulmaz. İyileşmesi diğer yanıklardan çok daha yavaş olur. Modern X-ışınları cihazı, bütün bu tehlikelere karşı korunmak üzere dikkatlice tasarlanmış ve güvenlik düzenekleri ile donatılmıştır.

23 Fotoelektrik iyonizasyon Genetik değişme Hücrenin ölümü
YAPABİLECEĞİ FİZİK OLAYLAR X-IŞINI SOĞURMASININ KALICI SONUÇLARI Transmisyon Kırılma Yansıma Polarizasyon Koherent saçılma İnkoherent saçılma Fotoelektrik olay Radyasyon tahribatı Sıcaklık artması Fotoelektrik iyonizasyon Genetik değişme Hücrenin ölümü