Gdynia za czasów Tadeusza Wendy
advertisement
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.
