Röntgenikiirgus

Allikas: Vikipeedia
(Ümber suunatud leheküljelt Röntgenkiirgus)

Röntgenkiirgus on elektromagnetkiirgus lainepikkuste vahemikus 0,01–10 nm. See on kõige tuntum kasutuse tõttu meditsiinis, kus sellega tehakse röntgenpilte. Röntgenkiirgus on nime saanud Wilhelm Conrad Röntgeni järgi, kes seda nähtust esimesena põhjalikumalt uuris.

Röntgenkiirgust jagatakse pidurdus- ehk pärsskiirguseks ja karakteristlikuks kiirguseks.

Pärsskiirgus tekib suure energiaga elektronide pidurdumisel metallis, näiteks röntgentoru anoodis, kui elektron annab osa oma kineetilisest energiast ära röntgenkiirgust kandvatele footonitele. Pärsskiirguse spekter on pidev.

Kui langeva elektroni energia on piisav ioniseerimiseks, siis jääb lahkunud elektronist alles auk. Mingi aja pärast täidab selle augu mõni kõrgema energiaga elektron ja kaotatud energia antakse ära karakteristliku kiirguse footonina. Kuna aines elektronkihtidel olevate elektronide energia on kvantiseeritud, siis on ka tekkiva kiirguse spekter diskreetne.

Avastamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Röntgenikiirgus avastati katsetes Crookesi toruga, mille konstrueeris umbes 1870 inglise füüsik William Crookes. See on klaastoru, kus katoodi ja anoodi vahele rakendatakse kõrge pinge, et siis jälgida gaaslahendust. Tugevas väljas kiirendatakse elektrone suure energiani ja kui need tabavad anoodi või seadme korpust, tekkib kõrvalmõjuna röntgenikiirgus.

Röntgenikiirgusega kaasnevaid efekte märkasid juba tookordsed teadlased. Näiteks märkasid mitmed teadlased sõltumatult, et läheduses olnud fotoplaatidele tekkisid varjud. Johann Hittorfi ja William Crookesi konstrueeritud elektronkiiretorudes, mida ka Wilhelm Conrad Röntgen oma katsetes kasutas, tekib röntgenikiirgus, mida tõestati Crookesi ning alates 1892. aastast Heinrich Hertzi ja tema õpilase Philipp Lenardi katsetes fotoplaatide mustumisega, ilmselt aga teadvustamata avastuse tähtsust. Ka Nikola Tesla katsetas alates 1887. aastast elektronkiiretorudega ja tekitas seejuures röntgenikiirgust, kuid ei avaldanud oma tulemusi. Väidetakse ka, et röntgenikiired avastas juba 1881. aastal ukraina päritolu Austria teadlane Johann Puluj.

Wilhelm Conrad Röntgen, röntgenikiirte avastaja

Wilhelm Conrad Röntgen avastas röntgenikiirguse nimetatust teadlastest sõltumatult. Ta vaatles röntgenikiirgust esimest korda Würzburgi Julius Maximiliani Ülikooli Füüsikainstituudis hilisel reede õhtul 8. novembril 1895, kui teenindavat personali enam majas ei olnud. Elektronkiiretoru lähedal helendas fluorestseerus selle töötamise ajal baariumplaatinatsüaniidist ekraan. Helendus ei lakanud ka siis, kui ta toru musta papiga kinni kattis. Järgnenud seitsme palavikulise nädala jooksul, mil Röntgen harva laborist lahkus, selgus, et põhjuseks on kiirgus, mis lähtub sirgjooni mööda gaaslahendustorust, see heidab varje, magnet ei kalluta seda kõrvale ja palju muud. 28. detsembril 1895, esitas Röntgen avaldamiseks töö pealkirjaga "Über eine neue Art von Strahlen".[1][2]

Röntgeni teene on see, et ta sai vastavastatud kiirte tähtsusest kohe aru ning uuris neid esimesena teaduslikult. Röntgeni kuulsusele aitas kindlasti kaasa see, et ta tegi röntgeniülesvõtte oma abikaasa käelabast, mis sisaldus tema esimeses publikatsioonis röntgenikiirguse kohta. See kuulsus tõi talle 1901 Nobeli füüsikaauhinna, kusjuures Nobeli auhinna komitee tõstis esile avastuse praktilist tähtsust. Röntgen nimetas oma avastuse X-kiirteks.

Nimetus "röntgenikiired" pärineb anatoom Albert von Köllikerilt, kes pani selle ette 23. jaanuaril 1896. Ajendiks oli Röntgeni esimene avalik ettekanne Köllikeri asutatud Würzburgi Füüsikalis-meditsiinilise Seltsi (Physikalisch-medizinische Gesellschaft zu Würzburg) kutsel. Mõnes keeles, sealhulgas inglise keeles, on jäädud esialgse nimetuse juurde.

Ühikud[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kuna röntgenkiirgus on elektromagnetkiirgus, võib analoogiliselt mõõta röntgenkiirguse footoni energiat või kiirguse radiomeetrilisi suurusi nagu intensiivsus. [3]

Röntgenkiirguse puhul mõõdetakse veel kiirguse ioniseerimisvõimet SI ühikutes kulonit kilogrammi kohta. Röntgen (R) on iganenud traditsiooniline kiiritatuse ühik, mis vastab kiiritatusele, mis tekitab ühikulise elektrostaatilise laengu kuupsentimeetris kuivas õhus (1,00 R = 2,58×10–4 C/kg).

Neeldunud energia doosi mõõdetakse greides (Gy = J/kg), mis on võrdne neeldunud energiaga ühikulise massiga kehas.

Meditsiinis on tähtsam mõõta kiirguse mõju kui kiirgusega kantavat energiat. Mõõdetakse kahte suurust

  • Ekvivalentdoos = neeldunud doos x kiirguse kaalufaktor. Neeldunud doos on võrdeline neeldunud energiaga. Kiirguse kaalufaktor röntgenkiirguse, gammakiirguse ja beetakiirguse jaoks on 1. Ekvivalentdoosi ühik on siivert tähisega "Sv" rootsi füüsik Rolf Maximilian Sieverti järgi.
  • Efektiivdoos iseloomustab kiirguse mõju konkreetsele koetüübile. Mõõdetakse samuti siiverites. Saadakse ekvivalentdoosi korrutamisel koe tüüpi iseloomustava faktoriga.

Mõõtmine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Röntgenkiirguse detektorid põhinevad kolmel tööpõhimõttel:

Ajalooliselt esimesena töötati välja fotokeemilised meetodid. Nende suurimateks probleemideks oli vajalike keemiliste ühendite kõrge hind (muuhulgas läks vaja hõbedat), kui ka kõrge kiirguse tase, mida läks fotokeemilise reaktsiooni läbiviimiseks vaja. Meditsiinilistes rakendustes on tänapäeval kasutusel fotoluminesents ja pooljuhid kombineeritult. Röntgenkiired langevad plaadile, kus need neelatakse ja saadud energiaga kiiratakse nähtava valguse footoneid, mida siis CCD kaameratega saab jäädvustada.

Geigeri loendur[muuda | redigeeri lähteteksti]

Geigeri loenduri tööpõhimõtte joonis.

Geigeri-Mülleri loendur töötab välise fotoefekti põhimõttel.[4] Kinnises anumas on gaas, silindriline katood ja juhe anoodiks. Anoodi ja katoodi vahele rakendatakse suur pinge ja kui röntgeni footon siseneb anumasse ja ioniseerib gaasi, tekib ioon ja elektron, mida väli kiirendab anoodi suunas. Kiirenev elektron põrkub teel veel teiste gaasi molekulidega ka neid ioniseerides. Nii tekib hetkeks vool ja neid vooluimpulsse Geiger-Mülleri loendur loendab. Kui anuma sisendava ette panna difraktsioonivõre, on võimalik loendurisse jõudvaid footoneid eraldada energia järgi.

Rakendus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Röntgenkiirgusel on suur tähtsus meditsiinis, kus erinevate kudede erineva neelamisteguri tõttu on võimalike näha siseorganeid. Veel kasutatakse röntgenkiirgust ravis vähi vastu, proovides tugeva kiirgusega lõhkuda vähirakkude struktuuri.[5]

Röntgenkiirguse detekteerimisel on ka suur tähtsus radioaktiivsete ainete uurimisel ja astronoomias. Difraktsioonivõre tööpõhimõtte abil saab röntgenkiirgusega uurida kristallide siseehitust (röntgenstruktuuranalüüs).

Veel kasutatakse röntgenkiirgust järgmistes valdkondades:

  • astronoomias uuritakse taevakehade ehitust nende kiirguse abil;
  • röntgenmikroskoopia kasutab väga väikeste objektide vaatlemiseks röntgenkiirgust;
  • tööstuslik radiograafia kasutab röntgenkiirgust tööstuslike detailide kontrollimiseks – näiteks keevituste kvaliteedi hindamiseks;
  • röntgenkiirgusega saab leida ülevärvitud maalide värvikihtide alt esialgseid pilte, sest mõned kasutatud värvid sisaldavad röntgenkiirgust paremini neelavaid raskemetalle;
  • riigipiiridel ja lennujaamades kasutatakse tihti röntgenkiiri, et pagasi ja sõidukite seest kiirelt leida keelatud esemeid;

Mõju tervisele[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kiirguse mõju tervisele jaotatakse otseseks ja kaudseks. Mõlemad kahjustavad valkude struktuuri:

  • otsene mõju on kiirguse neeldumisel vabanenud suure energiaga osakeste mõju otse valkude ja DNA molekulidele;
  • kaudseks mõjuks nimetatakse kiirete elektronide mõju molekulidele. Tekib vee radiolüüs ja vabad radikaalid kahjustavad valgumolekule.

Suure doosi tagajärjeks on kiiritushaigus ja surm[6]. Väikse doosi mõju on esmapilgul väga raske märgata. Kahjustus võib olla ühes rakus ja toime võib hilineda.

Juba 1910. aastal teati, et röntgenikiirgus võib põhjustada vähki haigestumist.[7]

Et kaitsta inimesi või seadmeid röntgenkiirte eest, kasutatakse tihti tinast varjestust, sest see on ühtaegu tihe ja kättesaadav. Mida tihedam on aine, seda suurem on tõenäosus interaktsiooniks footoni ja aatomi vahel ja seda paremat varjestust see pakub.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. W. C. Röntgen. Ueber eine neue Art von Strahlen. (Vorläufige Mittheilung.) – Aus den Sitzungsberichten der Würzburger Physik.-medic. Gesellschaft, Würzburg 1895. (de:s:Ueber eine neue Art von Strahlen (Vorläufige Mittheilung)
  2. Röntgen-Gedächtnisstätte Würzburg
  3. Tõnu Viik, Enn Realo (1997) Kiirguskaitse sõnastik (vaadatud 2012-01-05)
  4. Raivo Rajame. Kiirguse mõõtmine ja mõõtevahendid. (loenguslaidid). (pdf) (Eesti)
  5. Kiirgus, inimesed ja keskkond (Eesti keeles). toimetajad Kristel Kõiv, Merle Lust, Tõnu Viik. 2006. Vaadatud 2012-01-05. 
  6. Kiiritushaigus inimene.ee
  7. ANN DALLY, Status Lymphaticus: Sudden Death in Children from "Visitation of God" to Cot Death, Medical History, 1997, 41: 70-85, lk 78, veebiversioon (vaadatud 19.10.2014) (inglise keeles)

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]