Wilhelm Conrad Roentgen
Odkrycie promieni X
Opracowanie:
uczniowie ZS nr 12
pod kierunkiem nauczyciela fizyki
mgr E. Żołnieruk
1845
Urodził się 27 marca 1845 w Lennep (obecnie część Remscheid), zmarł 10
lutego 1923 w Monachium)
Fizyk niemiecki, laureat Nagrody Nobla.
Studiował inżynierię w Holandii.
W 1869 r. uzyskał doktorat na
uniwersytecie w Zurychu, gdzie
zajmował się badaniami nad ciepłem
właściwym i wyładowaniami
elektrycznymi.
W roku 1888 został profesorem w Instytucie
Fizyki w Würzburgu w Bawarii (obecnie Niemcy).
8 listopada 1895 odkrył nowy typ promieniowania,
które sam nazwał promieniowaniem X (x –
ponieważ "X" oznacza niewiadomą). Za to odkrycie
w roku 1901 został uhonorowany pierwszą nagrodą
Nobla z dziedziny fizyki.
Innymi tematami jego prac były:
krystalografia i fizyka płynów
Krystalografia - dział nauki zajmujący się opisem,
klasyfikacją i badaniem kryształów, krystalitów oraz
substancji o strukturze częściowo uporządkowanej.
Jej zakres pokrywa się częściowo z mineralogią,
fizyką ciała stałego, chemią i materiałoznawstwem.
Fizyka płynów - to dziedzina fizyki zajmująca się badaniem
ruchliwości płynów oraz skutkami ruchów płynów, rozpatrując je
głównie w skali mikroskopowej w celu uzupełnienia opisu
makroskopowego. Analizując zachowanie pojedynczych
cząsteczek stara się przewidzieć potencjalne zachowanie płynów
oraz wyjaśnić intrygujące fenomeny związane z płynami.
Pracownia Conrada
Rentgena
Obserwacje promieni katodowych
rozpoczął podczas eksperymentów z
lampami próżniowymi.
Przypadkowo niedaleko zestawu
doświadczalnego położył tekturkę pokrytą
fluorescencyjnym minerałem. Naukowiec
zauważył, iż zaczyna on świecić w
ciemności, gdy źródło promieni
katodowych jest włączone.
Roentgen natychmiast przystąpił do
doświadczeń, których celem miało być
zbadanie owego zjawiska.
Wilhelm Conrad Roentgen
28 grudnia 1895 roku opublikował on wyniki swoich badań w
czasopiśmie Würzburgskiego Towarzystwa Fizyczno-Medycznego.
Było to pierwsze publiczne ogłoszenie istnienia
promieni rentgenowskich. Roentgen
zaproponował dla nich nazwę promieni X,
obowiązującą do chwili obecnej w większości
krajów (m.in. w krajach anglosaskich).
Roentgen skonstruował pierwszą
lampę wytwarzającą promienie X
i zbadał własności tego
promieniowania.
Za swe odkrycie otrzymał w 1901 roku
nagrodę Nobla.
znajduje się pomiędzy ultrafioletem
i promieniowaniem gamma.
 Twarde promieniowanie rentgenowskie- długość
fali od 5 pm do 100 pm
 Miękkie promieniowanie rentgenowskie
rentgenowskie- długość fali od 0,1 nm do 10 nm
Prześwietlenie ręki promieniami
Roentgena.
Ilustracja pochodzi z roku 1896
Prototyp lampy
Rentgenowskiej
Schemat lampy rentgenowskiej
Lampę stanowi bańka szklana z której
wypompowane jest powietrze, tj. panuje
wysoka próżnia. Wewnątrz znajdują się dwie
elektrody: katoda K i anoda A. Elektrody
połączone są ze źródłem wysokiego
napięcia, rzędu kilkudziesięciu tysięcy wolt
lub nawet większych. Dodatni biegun
połączony jest z anodą, ujemny z katodą.
Katodę stanowi zwykle włókno wolframowe,
które w czasie pracy lampy rozżarzone jest
wskutek przepływu prądu z dodatkowego
źródła żarzenia.
Emitowane wskutek ruchów
termicznych z rozżarzonej katody
elektrony przyspieszane są w polu
elektrycznym panującym w
przestrzeni pomiędzy anodą i
katodą.
W materiale anody elektrony są
wyhamowywane w polu
elektrycznym jąder atomów
materiału stanowiącego anodę
Jak wytłumaczyć powstawanie
promieni X
Elektrony poruszające się z
dużymi prędkościami,
padając na metalową płytę,
są bardzo szybko
wyhamowywane. Tracą więc
znaczną energie, emitując
wysokoenergetyczny foton
promieniowania X.
Miejsce, na które pada wiązka
elektronów staje się źródłem
promieniowania X.
Promieniowania X powstają przy uderzeniu
przyspieszanych elektronów o powierzchnie metali
o dużym ładunku jądra. Pierwotnie powstaje tak
zwane promieniowanie hamowania o widmie
ciągłym, które na drodze procesu wzbudzania
wywołuje wtórne widmo prążkowe o budowie
charakterystycznej dla materiału hamującego
elektrony.
Promieniowanie X powstaje także w wyniku wychwytu
elektronu, gdy jądro przechwytuje elektron znajdujący
się na powłoce K, w wyniku czego powstaje wolne
miejsce, na które spadają elektrony z wyższych powłok i
następuje emisja kwantu X.
W styczniu 1896 roku w Dartmouth w
New Hempshire posłużono się
pierwszy raz promieniami X w celu
właściwego nastawienia złamanej
ręki Eddiego McCarthy. Lekarze
zyskali nowe potężne narzędzie w
walce z urazami i chorobami.
Własności promieniowania X:
- wszelkie substancje są dla promieni X w mniejszym lub
większym stopniu przejrzyste
- są niewidzialne, ale wywołują fluorescencję
- wywołują jonizację powietrza
- wiele substancji fosforyzuje przy naświetlaniu promieniami X
- emulsje fotograficzne są czułe na promienie X, powodujące
zaczernienie kliszy
- w próżni mają prędkość światła
- rozchodzą
się po liniach prostych,
-ich tor nie zakrzywia się w polu magnetycznym ani elektrycznym
- padając na ciało naelektryzowane
powodują, że ciało to traci ładunek
 Przenika przez szkło, czarny papier a nawet
przez płytki metalowe.
 Promieni X przechodząc przez metal ulegają
pochłanianiu.
Zastosowanie promieniowania X
1. W medycynie
Aktualnie lekarze oraz stomatolodzy bardzo
często używają promieni rentgenowskich do
prześwietlania, Np. zębów, kończyn.
Radiografia cyfrowa
Nowoczesne urządzenia rentgenowskie
wyposażone w tak zwany tor wizyjny
składający się ze wzmacniacza obrazu,
kamery wideo, łączącego je układu
optycznego oraz komputera, umożliwiają
uzyskiwanie obrazu cyfrowego
bezpośrednio w czasie rzeczywistym.
Dzięki temu jest możliwa wizualizacja
nie tylko struktury ale także czynności
narządów, a w szczególności układu
krążenia.
Procedura otrzymywania i przetwarzania
radiologicznych obrazów cyfrowych nazywa się
radiografią cyfrową.
Współczesna radiografia ukazuje nam wnętrze ludzkiego
ciała z dokładnością zbliżoną do atlasów anatomicznych.
Tomografia komputerowa umożliwia neurochirurgom
precyzyjne planowanie zabiegów operacyjnych.
Znakowanie izotopowe
Znakowanie izotopowe jest to proces zamiany w związku
chemicznym trwałego jądra, wysyłającym promieniowanie
izotopem promieniotwórczym tego samego pierwiastka, dzięki
czemu można śledzić drogę tego atomu wewnątrz układu
biologicznego lub mechanicznego.
Znakowanie izotopowe stosuje się w badaniach:
 nerek,
 tarczycy,
 kości,
 płuc,
 serca.
Tomografia pozytywowa
Emisyjna tomografia pozytonowa w skrócie PET polega na wstrzykiwaniu
pacjentowi promieniotwórczego izotopu wysyłającego promieniowanie beta
plus co prowadzi do anihilacji i emisji fotonów, wykrywanej w kolejnych
warstwach.
W badaniu korzysta się z pierwiastków, wbudowanych do określonych
cząsteczek, np. glukozy, wody, amoniaku lub leków, które zostają
wprowadzone do organizmu pacjenta drogą żylną lub przez inhalację.
Radioterapia
Radioterapia polega na
wykorzystaniu promieniowania
jonizującego - na przykład
promieni Roentgena - do
niszczenia komórek rakowych.
Stosowanie napromieniania
wymaga precyzyjnego ustalenia
dawki i pola naświetlań, by
zminimalizować uszkadzanie
zdrowych tkanek. Jest to zadanie
onkologów radioterapeutów.
Tomografia komputerowa
Tomografia polega na
wykonywaniu kolejnych zdjęć
rentgenowskich sterowanych
komputerem badanego narządu w
różnych płaszczyznach i pod
różnym kątem. Pozwala to uzyskać
warstwowy obraz, przedstawiający
bardzo dokładnie nawet niewielkie
zmiany chorobowe.
2. W astronomii
Słońce, ciała niebieskie a także inne ciała we
wszechświecie (m.in. czarne dziury) są
naturalnymi źródłami promieni
rentgenowskich.
Na około naszej planety krążą satelity, na których
umieszczone są teleskopy, dzięki którym możemy
wykrywać promieniowania x, które jest wysyłane.
Satelity wysyłają obrazy rentgenowskie na nasza
planetę. Astronomie dzięki temu poszerzają swoją
dotychczasowe informacje na temat przestrzeni
kosmicznej.
Rentgenowski obraz Słońca uzyskany
przez satelitę.
3. W portach lotniczych
Porty lotnicze zaopatrzone są w aparaturę
rentgenowską, która służy do prześwietlania bagaży.
Po prześwietleniu bagaży promienie X są zbierane
przez detektory. Stosując te promienie, komputer
pokazuje na ekranie to co się znajduje w naszej
torbie.
To wszystko powoduje, że
wcześniej można wykryć
przemyt, m.in. broni albo
przekonać się, czy do
samolotu ktoś próbuje
wnieść bombę.
Pistolet
4. W defektoskopii
Defektoskopia rentgenowska polega na nieniszczących
badaniach metali, które mają na celu wykrycie
wewnętrznych wad materiału (pęknięć, pęcherzy,
zanieczyszczeń itp.).
5. W budownictwie
W budownictwie promieniowanie stosuje
się przy spawaniu rurociągów a
zwłaszcza przy budowie konstrukcji
stalowych gdzie istotna jest
wytrzymałość.
Promieniowanie w technice
 Prześwietlanie promieniami rentgenowskimi znalazło
szerokie zastosowanie w technice (defektoskopia).
Obecnie promienie rentgenowskie stosuje się szeroko
zarówno w medycynie — do celów diagnostyki i terapii
— jak i w przemyśle — do kontroli jakości odlewów,
złącz spawanych itp. — i to nie tylko w laboratoriach
zakładowych, lecz także bezpośrednio w halach
produkcyjnych.
 Metody rentgenowskiej analizy strukturalnej
stosuje się szeroko do badania metali, stopów,
minerałów i innych obiektów.
Inne zastosowanie promieni X:

- - inżynierowie prześwietlają kadłub samolotu w
poszukiwaniu pęknięć, które mogłyby spowodować wypadek.
- każdy odbiornik telewizyjny emituje promienie X, które jednak nie
przedostają się przez szybę odbiornika
- używane są w fizyce jądrowej (mikroskopy elektronowe, cyklotrony,
akcelatory)
- - wykorzystywane są w badaniach pierwiastkowego składu
chemicznego substancji oraz struktur kryształów
- - umożliwiają obserwację przyćmionych ciał, np. pulsarów
ZAPAMIĘTAJ !
 Promienie X zostały odkryte w 1895 roku przez
Wilhelma Roentgena.
 Promienie X przenikają w różnym stopniu przez różne
materiały.
 Są one falami elektromagnetycznymi o dużo większej
częstotliwości od światła widzialnego.
 Można je uzyskać wyhamowywując elektrony na metalowej
płycie.
Naświetlanie promieniami rentgenowskimi zabija komórki nowotworowe,
co wykorzystuje się w radioterapii.
Przyjęcie dużej dawki promieniowania może powodować oparzenia
i chorobę popromienną.
Ciekawostki…
 Od 2004r. jego nazwisko znalazło się w nazwie
pierwiastka chemicznego roentgen, znanego
dotychczas jako unununium.
 Na jego cześć jednostkę dawki promieniowania
jonizującego nazwano rentgenem. Również
przyrządy do prześwietleń wykorzystujące
promieniowanie rentgenowskie nazywa się po
prostu rentgen.
Zdjęcia rentgenowskie
Monachium –śmierć uczonego.
Download

Gdynia za czasów Tadeusza Wendy