الأشعة السينية (X-ray)

تمثل الأشعة السينية شكلاً من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي الطاقة، ويتميز بأطوال موجية أقصر من تلك الخاصة بالأشعة فوق البنفسجية ولكنها أطول من تلك الخاصة بأشعة جاما. عادةً، تظهر الأشعة السينية أطوال موجية تتراوح من 10 نانومتر إلى 10 بيكومتر، وهو ما يتوافق مع ترددات تمتد من 30 بيتاهيرتز إلى 30 إكساهيرتز (§45§×10¹⁶ هرتز إلى §1213§×§1415§19 هرتز) وطاقات الفوتون من 100 فولت إلى 100 كيلو فولت، على التوالي.

تم اكتشاف الأشعة السينية في عام 1895 من قبل العالم الألماني فيلهلم كونراد رونتجن، الذي صنف هذا النوع من الإشعاع غير المعروف سابقًا باسم الأشعة السينية.

تمتلك الأشعة السينية القدرة على اختراق العديد من المواد الصلبة، بما في ذلك مواد البناء والأنسجة الحية، مما يسهل تطبيقها على نطاق واسع في التشخيص الطبي (على سبيل المثال، لتحديد كسور العظام) وعلوم المواد (على سبيل المثال، للكشف عن نقاط الضعف الهيكلية في المواد وتحديد عناصر كيميائية معينة). ومع ذلك، تشكل الأشعة السينية إشعاعات مؤينة، ويمكن أن يشكل التعرض لها مخاطر صحية كبيرة، مثل تلف الحمض النووي، والسرطان، وفي حالات الشدة العالية، الحروق ومرض الإشعاع الحاد. وبالتالي، يتم تنظيم إنتاجها واستخدامها بشكل صارم من قبل سلطات الصحة العامة.

التاريخ

ملاحظات وأبحاث ما قبل رونتجن

تم ملاحظة الأشعة السينية في البداية في السياقات العلمية كشكل غير معروف من الإشعاع المنبعث من أنابيب التفريغ. تم إجراء هذه الملاحظات من قبل المجربين الذين يدرسون أشعة الكاثود، وهي عبارة عن حزم إلكترونية نشطة تم توثيقها لأول مرة في عام 1869. لاحظ الباحثون الأوائل التأثيرات المنسوبة إلى هذا الإشعاع في العديد من أنابيب كروكس الناشئة، والتي تم اختراعها حوالي عام 1875. ولدت أنابيب كروكس إلكترونات حرة من خلال تأين الهواء المتبقي داخل الأنبوب، باستخدام جهد تيار مباشر عالي يتراوح من بضعة كيلو فولت إلى 100 كيلو فولت. أدى هذا الجهد إلى تسريع الإلكترونات من الكاثود إلى سرعة كافية، مما أدى إلى إنتاج الأشعة السينية عند اصطدامها بالأنود أو الجدار الزجاجي للأنبوب.

يُعتبر ويليام مورغان أول مجرب قام بتوليد الأشعة السينية (عن غير قصد). وفي عام 1785، قدم ورقة بحثية إلى الجمعية الملكية في لندن توضح بالتفصيل تأثيرات تمرير التيارات الكهربائية عبر أنبوب زجاجي مفرغ جزئيًا، مما أدى إلى توهج تنتجه الأشعة السينية. قام همفري ديفي ومساعده مايكل فاراداي بتوسيع هذا البحث لاحقًا.

بدءًا من عام 1888، أجرى فيليب لينارد تجارب للتأكد من إمكانية خروج أشعة الكاثود من أنبوب كروكس إلى الهواء المحيط. قام ببناء أنبوب كروكس يتميز بوجود "نافذة" رفيعة من الألومنيوم موضوعة في النهاية، في مواجهة الكاثود لاعتراض أشعة الكاثود (أُطلق على هذا الجهاز فيما بعد اسم "أنبوب لينارد"). لاحظ لينارد أن شيئًا ما يمر عبر النافذة، قادر على تعريض لوحات الصور الفوتوغرافية وإحداث الفلورسنت. وشرع في قياس قوة اختراق هذه الأشعة من خلال مواد مختلفة. لقد تم افتراض أن جزءًا على الأقل من "أشعة لينارد" هذه كان في الواقع أشعة سينية.

طور هيلمهولتز معادلات رياضية تتعلق بالأشعة السينية. لقد افترض نظرية التشتت المبنية على النظرية الكهرومغناطيسية للضوء قبل اكتشاف رونتجن وإعلانه العام. ومع ذلك، لم يقم هيلمهولتز بإجراء تجارب عملية على الأشعة السينية الفعلية.

في أوائل عام 1890، كان ويليام جينينغز، المصور الفوتوغرافي، وآرثر دبليو جودسبيد، الأستاذ المشارك في جامعة بنسلفانيا، منخرطين في تصوير العملات المعدنية باستخدام الشرر الكهربائي. في 22 فبراير، بعد انتهاء تجاربهم، تُركت عملتان معدنيتان عن غير قصد على كومة من لوحات الصور الفوتوغرافية قبل أن توضح شركة Goodspeed تشغيل أنابيب كروكس لجينينغز. أثناء تطوير هذه اللوحات، لاحظ جينينغز وجود حالات شاذة غير مفسرة على شكل قرص في بعضها؛ إلا أن هذه الظواهر ظلت غير مفسرة، ولم يتقدم التحقيق أبعد من ذلك. لم يدركوا أنهم أنتجوا عن طريق الخطأ صورة بالأشعة السينية حتى عام 1896، على الرغم من أنهم لم يعلنوا اكتشافًا رسميًا.

وفي عام 1890 أيضًا، لاحظ لودفيج زيندر، مساعد رونتجن، وميضًا من الضوء ينبعث من شاشة الفلورسنت قبل ثقب الأنبوب المغطى الذي كان ينشطه.

خلال تجارب "التصوير الكهربائي" التي أجراها بين عامي 1891 و1891 في عام 1893، قام فرناندو سانفورد، أستاذ الفيزياء بجامعة ستانفورد، بتصوير العملات المعدنية باستخدام الشرر الكهربائي، على غرار جينينغز وجودسبيد. ومن المعقول أنه قام بإنتاج واكتشاف الأشعة السينية خلال هذه الفترة دون علمه. نُشرت رسالته بتاريخ 6 يناير 1893 حسب الأصول في المراجعة البدنية، وظهر مقال بعنوان بدون عدسة أو ضوء، صور فوتوغرافية تم التقاطها باستخدام لوحة وأشياء في الظلام في San Francisco Examiner.

لاحظ نيكولا تيسلا، في عام 1894، وجود فيلم فوتوغرافي تالف داخل معمله، وعزا ذلك إلى التجارب التي أجريت على أنابيب كروكس، مما دفعه إلى إجراء تحقيق حول هذه الطاقة المشعة غير المرئية. بعد تعريف فيلهلم رونتجن للأشعة السينية، أنتج تسلا بشكل مستقل صورًا للأشعة السينية باستخدام الفولتية العالية وتصميمات الأنابيب الخاصة به وأنابيب كروكس.

اكتشاف رونتجن

في 8 نوفمبر 1895، اكتشف فيلهلم رونتجن، أستاذ الفيزياء الألماني، الأشعة السينية أثناء تجارب شملت أنابيب لينارد وكروكس، وبدأ بعد ذلك دراستهم المنهجية. قام بتأليف تقرير أولي بعنوان "حول نوع جديد من الأشعة: اتصال أولي"، والذي تم تقديمه في 28 ديسمبر 1895، إلى مجلة الجمعية الفيزيائية الطبية في فورتسبورغ، بمناسبة النشر الافتتاحي للأشعة السينية. عيّن رونتجن هذا الإشعاع "X" للدلالة على طبيعته غير المعروفة، مما دفع بعض المنشورات المبكرة للإشارة إليها باسم أشعة تشي، وتفسير "X" على أنها الحرف اليوناني الكبير Chi، Χ.

على الرغم من وجود روايات متضاربة عن اكتشاف رونتجن بسبب تدمير ملاحظاته المختبرية بعد الوفاة، فقد اقترح كتاب السيرة الذاتية إعادة بناء محتملة: كان رونتجن يفحص أشعة الكاثود المنبعثة من كروكس. الأنبوب الذي كان يغلفه بالكرتون الأسود لمنع تداخل الضوء المرئي. استخدم شاشة الفلورسنت المطلية بمادة الباريوم بلاتينوسيانيد. على بعد متر واحد تقريبًا (3.3 قدم) من الأنبوب، لاحظ تألقًا أخضر دقيقًا على الشاشة. استنتج رونتجن أن الأشعة غير المرئية الصادرة من الأنبوب كانت تخترق الورق المقوى وتتسبب في تألق الشاشة. وكشفت التجارب الإضافية أن هذه الأشعة يمكنها أيضًا اجتياز الكتب والأوراق الموضوعة على مكتبه. دفعت هذه الملاحظة رونتجن إلى إجراء تحقيق صارم ومنهجي لهذه الأشعة الجديدة، وبلغت ذروتها بنشر ورقته البحثية بعد شهرين من اكتشافه الأولي.

حدد رونتجن الفائدة الطبية للأشعة السينية من خلال إنتاج صورة ليد زوجته على لوحة فوتوغرافية، تم إنشاؤها بواسطة الأشعة. تمثل هذه الصورة ليد زوجته أول صورة شعاعية للبنية التشريحية البشرية. وعند مشاهدة الصورة، صرخت قائلة: "لقد رأيت موتي".

أثار اكتشاف الأشعة السينية اهتمامًا عالميًا كبيرًا. قدر أوتو جلاسر، كاتب سيرة رونتجن، أنه في عام 1896 وحده، تم نشر ما يقرب من 49 مقالًا و1044 مقالًا يتعلق بهذه الأشعة الجديدة. من المحتمل أن يكون هذا الرقم تقييمًا متحفظًا، نظرًا لأن كل الصحف في جميع أنحاء العالم تقريبًا غطت هذا الاكتشاف على نطاق واسع، حيث خصصت الدوريات مثل Science 23 مقالًا للموضوع في تلك السنة الواحدة. ظهرت أيضًا ردود فعل مثيرة لهذا الاختراق، بما في ذلك المنشورات التي حاولت ربط الأشعة الجديدة بالظواهر الغامضة والخوارق، مثل التخاطر.

على الرغم من اعتراضات رونتجن القوية، فقد تم اعتماد تسمية "الأشعة السينية" على نطاق واسع، على الرغم من أن العديد من معاصريه اقترحوا المصطلح أشعة رونتجن. لا تزال هذه التسميات البديلة موجودة في العديد من اللغات، بما في ذلك الألمانية والمجرية والأوكرانية والدانماركية والبولندية والتشيكية والبلغارية والسويدية والفنلندية والبرتغالية والإستونية والسلوفاكية والسلوفينية والتركية والروسية واللاتفية والليتوانية والألبانية واليابانية والهولندية والجورجية والعبرية والأيسلندية والنرويجية.

ونظرًا لاكتشافه الرائد، حصل رونتجن على جائزة نوبل الافتتاحية في الفيزياء.

التقدم في علم الأشعة

لقد أدرك رونتجن على الفور التطبيقات الطبية المحتملة للأشعة السينية. بالتزامن مع تقديمه للجمعية الفيزيائية الطبية في 28 ديسمبر، أرسل خطابًا إلى جهات الاتصال الطبية في جميع أنحاء أوروبا في 1 يناير 1896. تم نشر هذا الاكتشاف، بما في ذلك إنتاج "مخططات الظل"، بسرعة، حيث أصبح المهندس الكهربائي الاسكتلندي آلان أرشيبالد كامبل سوينتون أول فرد بعد رونتجن يقوم بإنشاء صورة بالأشعة السينية، وتحديدًا لليد. وبحلول فبراير من ذلك العام، كان 46 باحثًا في أمريكا الشمالية وحدها قد اعتمدوا هذه التقنية.

تم التطبيق السريري الافتتاحي للأشعة السينية في 11 يناير 1896، في برمنغهام، إنجلترا، عندما قام جون هول إدواردز بتصوير إبرة مغروسة في يد أحد زملائه. وفي وقت لاحق، في 14 فبراير 1896، كان هول إدواردز أيضًا رائدًا في استخدام الأشعة السينية أثناء العمليات الجراحية.

في وقت مبكر من عام 1896، بعد أسابيع فقط من اكتشاف رونتجن الرائد، أجرى إيفان رومانوفيتش تارخانوف تجارب تشعيع الضفادع والحشرات بالأشعة السينية، وخلص لاحقًا إلى أن هذه الأشعة تمتلك القدرة "ليس فقط على التصوير، ولكن أيضًا على التأثير على الوظيفة الحية". في الوقت نفسه، بدأ رسام الحيوان جيمس جرين تطبيق الأشعة السينية لفحص العينات البيولوجية الدقيقة. أشار جورج ألبرت بولينجر لاحقًا إلى هذا العمل الرائد في عرض تقديمي تم تقديمه إلى جمعية علم الحيوان في لندن في مايو 1896. تم إصدار المنشور Sciagraphs of British Batrachians and الزواحف (يُعد "sciagraph" مصطلحًا قديمًا لتصوير الأشعة السينية)، والذي شارك في تأليفه Green وJames H. Gardiner، ويضم مقدمة بقلم بولينجر، في عام 1897.

استخدمت الأشعة السينية الطبية الافتتاحية التي تم إنتاجها داخل الولايات المتحدة أنبوب التفريغ الذي صممه إيفان بولوج. في يناير 1896، بعد نشر اكتشاف رونتجن، قام فرانك أوستن من كلية دارتموث بتقييم منهجي لجميع أنابيب التفريغ داخل مختبر الفيزياء، والتأكد من أن أنبوب بولوج فقط هو القادر على توليد الأشعة السينية. نشأت هذه الفعالية من دمج Puluj المبتكر لـ "هدف" الميكا المائل داخل الأنبوب، المصمم لتأمين عينات من مادة الفلورسنت. بعد ذلك، في 3 فبراير 1896، قام جيلمان فروست، أستاذ الطب في المؤسسة، مع شقيقه إدوين فروست، أستاذ الفيزياء، بتعريض معصم إيدي مكارثي للأشعة السينية. سبق أن عولج مكارثي من قبل جيلمان من كسر قبل عدة أسابيع. تم التقاط الصورة الناتجة، والتي تصور العظم المكسور، على لوحات فوتوغرافية جيلاتينية تم الحصول عليها من هوارد لانجيل، وهو مصور فوتوغرافي محلي كان مهتمًا أيضًا بأبحاث رونتجن.

ابتكر العديد من المجربين الأوائل، بما في ذلك رونتجن نفسه أثناء تحقيقاته الأولية، منهجيات للتصور "الحي" لصور الأشعة السينية، وعادةً ما يستخدم ذلك شاشة مضيئة. استخدم رونتجن على وجه التحديد شاشة مغلفة بمادة بلاتينوسيانيد الباريوم لهذا الغرض. بحلول 5 فبراير 1896، ظهرت تطورات مستقلة في تكنولوجيا التصوير الحي، حيث قدم العالم الإيطالي إنريكو سالفيوني "منظار التشفير" الخاص به وقام ويليام فرانسيس ماجي من جامعة برينستون بتطوير "Skiascope" الخاص به. يتضمن كلا الابتكارين بلاتينوسيانيد الباريوم. بدأ المخترع الأمريكي توماس إديسون البحث بعد وقت قصير من اكتشاف رونتجن، حيث قام بالتحقيق بشكل منهجي في خصائص الفلورسنت لمختلف المواد عند تعرضها للأشعة السينية، وفي النهاية حدد تنغستات الكالسيوم باعتبارها المادة الأكثر فعالية. في مايو 1896، نجح إديسون في تطوير جهاز التصوير الحي الافتتاحي الذي تم إنتاجه بكميات كبيرة، والذي أطلق عليه في البداية اسم "فيتاسكوب" ثم عُرف لاحقًا باسم المنظار الفلوري، والذي سرعان ما أصبح المعيار الراسخ للتشخيص الطبي بالأشعة السينية. توقف إديسون عن أبحاثه في مجال الأشعة السينية في عام 1903 تقريبًا، قبل وفاة كلارنس ماديسون دالي، أحد نافخي الزجاج. اعتاد دالي على اختبار أنابيب الأشعة السينية على يديه، مما أدى إلى تطور سرطان شديد، مما استلزم بتر ذراعيه في محاولة غير ناجحة في النهاية للحفاظ على حياته؛ وفي عام 1904، تم تسجيله كأول حالة وفاة معروفة مرتبطة مباشرة بالتعرض للأشعة السينية. بالتزامن مع تطوير المنظار الفلوري، اكتشف الفيزيائي الأمريكي الصربي ميهايلو بوبين، باستخدام شاشة تنغستات الكالسيوم التي ابتكرها إديسون، أن تطبيق شاشة الفلورسنت يقلل بشكل كبير من وقت التعرض المطلوب للتصوير الطبي بالأشعة السينية، وتحويله من ساعة تقريبًا إلى بضع دقائق فقط.

في عام 1901، أثناء حضوره معرض البلدان الأمريكية في بوفالو، نيويورك، أكد الرئيس الأمريكي ويليام ماكينلي إصابتين بطلق ناري في محاولة اغتيال. وعلى الرغم من أن إحدى المقذوفات خدشت عظمة القص فحسب، إلا أن الرصاصة الثانية ظلت مغروسة بعمق داخل بطنه، مما أدى إلى عدم إمكانية استرجاعها. طلب أحد مساعدي الرئيس ماكينلي المعنيين على وجه السرعة من المخترع توماس إديسون إرسال جهاز أشعة سينية إلى بوفالو لتحديد موقع الرصاصة المراوغة. وصل الجهاز لكنه ظل في النهاية غير مستخدم. على الرغم من أن جروح الطلقات النارية لم تكن مميتة على الفور، إلا أن الغرغرينا تطورت لاحقًا على طول مسار الرصاصة، مما أدى إلى وفاة ماكينلي بسبب الصدمة الإنتانية الناجمة عن العدوى البكتيرية بعد ستة أيام.

تحديد المخاطر المرتبطة

بعد اكتشاف الأشعة السينية عام 1895، أدت التجارب المكثفة التي أجراها العلماء والأطباء والمخترعون إلى ظهور العديد من التقارير في المجلات التقنية المعاصرة التي توضح بالتفصيل الآثار الضارة مثل الحروق وتساقط الشعر. في فبراير 1896، قام البروفيسور جون دانيال وويليام لوفلاند دادلي من جامعة فاندربيلت بتوثيق تساقط شعر دودلي بعد تعرضه للأشعة السينية. وفي وقت لاحق من ذلك العام، تم إحضار طفل مصاب في الرأس إلى مختبر فاندربيلت. قبل محاولة تحديد موقع الرصاصة، تم إجراء إجراء تجريبي، تطوع فيه دادلي، مظهرًا "تفانيه المميز في العلم". أفاد دانييل لاحقًا أنه بعد 21 يومًا من تصوير جمجمة دادلي، والذي تضمن تعريضًا لمدة ساعة واحدة، ظهرت بقعة صلعاء قطرها 5 سم (2 بوصة) في منطقة رأسه الأقرب إلى أنبوب الأشعة السينية: "تم تثبيت حامل لوحة مع الصفائح باتجاه جانب الجمجمة ووضع عملة معدنية بين الجمجمة والرأس. وتم تثبيت الأنبوب على الجانب الآخر على مسافة نصف بوصة [1.3 سم] من الشعر".

في أغسطس 1896، أصيب إتش دي هوكس، أحد خريجي كلية كولومبيا، بحروق شديدة في يده وصدره أثناء عرض للأشعة السينية. تم توثيق هذه الحادثة في المراجعة الكهربائية، مما أدى إلى تقديم العديد من المشاركات الإضافية إلى المنشور الذي يوضح بالتفصيل المشكلات المتعلقة بالتعرض للأشعة السينية. كما أفاد العديد من المجربين البارزين، بما في ذلك إليهو طومسون من مختبر إديسون، وويليام مورتون، ونيكولا تيسلا، عن تعرضهم للحروق. قام إليهو طومسون بتعريض أحد أصابعه عمدًا لأنبوب الأشعة السينية لفترة طويلة، مما أدى إلى الألم والتورم والتقرحات. وكانت عوامل أخرى، مثل الأشعة فوق البنفسجية، والأوزون، وفقًا لتسلا، متورطة أحيانًا في التسبب في الضرر. وعلى العكس من ذلك، أكد العديد من الأطباء أن التعرض للأشعة السينية لم ينتج عنه أي آثار ضارة على الإطلاق. في 3 أغسطس 1905، في سان فرانسيسكو، كاليفورنيا، استسلمت إليزابيث فليشمان، وهي طبيبة أمريكية رائدة في مجال الأشعة السينية، لمضاعفات ناجمة عن تعاملها المهني مع الأشعة السينية.

بحلول عام 1904، طور هول إدواردز شكلاً متقدمًا من السرطان، أُطلق عليه آنذاك اسم التهاب الجلد بالأشعة السينية، مما اضطره إلى كتابة الأبحاث وإلقاء محاضرات عامة حول مخاطر الأشعة السينية. في عام 1908، استلزم الأمر بتر ذراعه اليسرى من المرفق، وتلاها بعد فترة وجيزة بتر أربعة أصابع من يده اليمنى، ولم يتبق سوى الإبهام. تم حفظ يده اليسرى المبتورة لاحقًا كعينة في جامعة برمنغهام. توفي بمرض السرطان عام 1926.

القرن العشرين وما بعده

لقد اكتسبت التطبيقات المتنوعة للأشعة السينية اهتمامًا كبيرًا بسرعة. ونتيجة لذلك، بدأت الورش في إنتاج أنابيب كروكس المتخصصة لتوليد الأشعة السينية. ظلت هذه الأنابيب الأولية للكاثود البارد أو أنابيب كروكس للأشعة السينية قيد الاستخدام حتى عام 1920 تقريبًا.

يتكون جهاز الأشعة السينية الطبي النموذجي في أوائل القرن العشرين من ملف Ruhmkorff المرتبط بأنبوب كروكس للأشعة السينية بالكاثود البارد. عادة ما يتم دمج فجوة الشرارة بالتوازي على الجانب عالي الجهد من الأنبوب، مما يؤدي إلى وظائف التشخيص. سهلت فجوة الشرارة هذه اكتشاف قطبية الشرارة، ومكّنت من قياس الجهد عبر طول الشرارة للتأكد من "صلابة" فراغ الأنبوب، وكانت بمثابة حمل إذا انفصل أنبوب الأشعة السينية. لتقييم صلابة الأنبوب، تم ضبط فجوة الشرارة مبدئيًا على أقصى فتحة لها. أثناء تشغيل الملف، قام الفني بتضييق الفجوة تدريجيًا حتى ظهور الشرر. تم تصنيف الأنبوب الذي بدأ الشرارة عند حوالي 6.4 سم (2.5 بوصة) على أنه "ناعم" (فراغ منخفض) واعتبر مناسبًا لتصوير المناطق التشريحية النحيلة مثل اليدين والذراعين. تشير شرارة مقاس 13 سم (5 بوصات) إلى ملاءمة الكتفين والركبتين. على العكس من ذلك، تشير الشرارة التي يتراوح طولها من 18 إلى 23 سنتيمترًا (7 إلى 9 بوصات) إلى فراغ أعلى، مما يجعل الأنبوب مناسبًا لتصوير البطن في الأشخاص الأكبر حجمًا. ونظرًا لاتصالها الموازي بالأنبوب، فإن فجوة الشرارة تتطلب فتحًا كاملاً حتى يتوقف الشرر لتمكين تشغيل الأنبوب للتصوير. تراوحت فترات التعرض للوحات التصوير الفوتوغرافي من حوالي ثلاثين ثانية لليد إلى عدة دقائق للصدر. ومن المحتمل أن يؤدي إضافة ملح الفلورسنت بشكل بسيط إلى تقليل أوقات التعرض هذه.

أظهرت أنابيب كروكس عدم موثوقية متأصلة. يتطلب تشغيلها وجود الحد الأدنى من كمية الغاز، عادة الهواء، حيث أن الفراغ الكامل من شأنه أن يعيق تدفق التيار. ومع مرور الوقت، تسببت انبعاثات الأشعة السينية في امتصاص الزجاج للغاز، مما أدى إلى توليد أشعة سينية "أقوى" وفشل التشغيل في نهاية المطاف. ولمواجهة هذا الأمر، تم استخدام أنابيب أكبر حجمًا وأكثر استخدامًا تحتوي على أجهزة "منعمة" مصممة لتجديد الهواء. تتميز هذه الملينات عادةً بأنبوب جانبي صغير يحتوي على قطعة من الميكا، وهو معدن معروف بقدرته على الاحتفاظ بكميات كبيرة من الهواء داخل بنيته البلورية. يقوم السخان الكهربائي بتسخين الميكا، مما يؤدي إلى إطلاق كمية صغيرة من الهواء وبالتالي استعادة كفاءة الأنبوب. ومع ذلك، كان عمر الميكا محدودًا، وقد ثبت أن تنظيم عملية استعادة الهواء أمر صعب.

في عام 1904، قام جون أمبروز فليمنج بتطوير الصمام الثنائي الحراري، الذي يمثل الأنبوب المفرغ الافتتاحي. استخدم هذا الابتكار كاثودًا ساخنًا لتسهيل تدفق التيار الكهربائي داخل الفراغ. تم تكييف هذا المبدأ بسرعة مع أنابيب الأشعة السينية، مما أدى إلى اعتماد واسع النطاق لأنابيب الأشعة السينية ذات الكاثود الساخن، والمعروفة باسم "أنابيب كوليدج"، والتي حلت إلى حد كبير محل أنابيب الكاثود الباردة الأقل موثوقية بحلول عام 1920 تقريبًا.

في حوالي عام 1906، تأكد الفيزيائي تشارلز باركلا من أن الأشعة السينية يمكن أن تخضع للتشتت بواسطة الغازات وأن كل مادة عنصرية تمتلك طيفًا مميزًا للأشعة السينية. أكسبه هذا الاكتشاف الأساسي جائزة نوبل في الفيزياء عام 1917.

في عام 1912، قام ماكس فون لاو، وبول كنيبنج، ووالتر فريدريش بالملاحظة الأولية لحيود الأشعة السينية بواسطة الهياكل البلورية. أدى هذا الاكتشاف التأسيسي، الذي استكملته المساهمات الرائدة لبول بيتر إيوالد، وويليام هنري براج، وويليام لورانس براج، إلى تأسيس نظام علم البلورات بالأشعة السينية.

في عام 1913، أجرى هنري موسلي تجارب علم البلورات باستخدام الأشعة السينية المنبعثة من معادن متنوعة، وقام بعد ذلك بصياغة قانون موسلي، الذي يقيم علاقة بين تردد الأشعة السينية والعدد الذري للعنصر المعدني.

أنبوب كوليدج للأشعة السينية، الذي طوره ويليام د. كوليدج في نفس العام، مكّن من الانبعاث المستمر للأشعة السينية. تشتق أنابيب الأشعة السينية المعاصرة من هذا التصميم الأساسي، وغالبًا ما تشتمل على أهداف دوارة. تعمل هذه الأهداف الدوارة على تسهيل تبديد الحرارة بشكل أكبر مقارنة بالأهداف الثابتة، مما يسمح بحجم أكبر من مخرجات الأشعة السينية للتطبيقات الصعبة مثل الماسحات الضوئية المقطعية الدوارة.

ترأس الرائد جون هول إدواردز، ومقره في برمنغهام، إنجلترا، تطبيق الأشعة السينية للأغراض الطبية، وهي الممارسة التي تطورت إلى مجال العلاج الإشعاعي. بشكل مأساوي، في عام 1908، خضع لبتر ذراعه اليسرى بسبب تطور التهاب الجلد الناجم عن الأشعة السينية.

كما استفادت العلوم الطبية من الصور المتحركة لدراسة علم وظائف الأعضاء البشرية. في عام 1913، تم إنتاج فيلم في ديترويت يصور بيضة مسلوقة داخل معدة الإنسان. تم التقاط هذه الصورة المتحركة الرائدة بالأشعة السينية بمعدل صورة ثابتة واحدة كل أربع ثوانٍ. وكان للدكتور لويس جريجوري كول من نيويورك دور فعال في تطوير هذه التقنية، والتي أطلق عليها اسم "التصوير الشعاعي التسلسلي". بحلول عام 1918، تم دمج الأشعة السينية مع كاميرات الصور المتحركة لتوثيق الهيكل العظمي البشري أثناء الحركة. بعد ذلك، في عام 1920، استخدم معهد الصوتيات في إنجلترا هذه الطريقة لتسجيل نطق اللسان والأسنان للبحث اللغوي.

في عام 1914، ابتكرت ماري كوري مركبات إشعاعية لتقديم الدعم للجنود المصابين خلال الحرب العالمية الأولى. وسهلت هذه المركبات التصوير السريع بالأشعة السينية للأفراد المصابين، مما مكن الجراحين في ساحة المعركة من إجراء العمليات بسرعة ودقة أكبر.

بين أوائل القرن العشرين في عشرينيات وخمسينيات القرن العشرين، تم تصميم آلات الأشعة السينية للمساعدة في تركيب الأحذية وتم تسويقها لتجار تجزئة الأحذية التجارية. خلال الخمسينيات من القرن الماضي، ظهرت مخاوف بشأن آثار الاستخدام المتكرر أو غير المنظم بشكل كافٍ، مما ساهم في نهاية المطاف في وقف هذه الممارسة. اقترحت كانبيرا حظرًا في عام 1957، وحظرت سويسرا رسميًا هذه الأجهزة في عام 1989.

خضع مجهر الأشعة السينية للتطوير في أواخر الأربعينيات وأوائل الخمسينيات من القرن العشرين.

وقد سهّل مرصد تشاندرا للأشعة السينية، الذي تم نشره في 23 يوليو 1999، التحقيق في الظواهر الكونية النشطة للغاية المسؤولة عن انبعاثات الأشعة السينية. وعلى النقيض من المنظور المستقر نسبيًا الذي يقدمه الضوء المرئي، يتميز كون الأشعة السينية بعدم الاستقرار، ويشمل أحداثًا مثل النجوم التي تمزقها الثقوب السوداء، واندماجات المجرات، والمستعرات، والنجوم النيوترونية التي تتراكم طبقات البلازما التي تندلع لاحقًا في الفضاء.

خلال الثمانينيات، تم اقتراح جهاز ليزر للأشعة السينية كأحد مكونات مبادرة الدفاع الاستراتيجي لإدارة ريغان. ومع ذلك، فإن الاختبار الوحيد لهذا الجهاز، الذي يعمل بمثابة "مفجر" ليزر أو "أشعة الموت" مدعومًا بانفجار نووي حراري، لم يسفر عن نتائج حاسمة. ونتيجة لذلك، تم إيقاف المشروع بأكمله، بما في ذلك مكون ليزر الأشعة السينية، بسبب مجموعة من العوامل الفنية والسياسية، على الرغم من إعادة إنشاء مبادرة ذات صلة، وهي الدفاع الصاروخي الوطني، في وقت لاحق من قبل إدارة بوش الثانية باستخدام تقنيات مختلفة.

يشمل التصوير بالأشعة السينية على النقيض من الطور منهجيات مختلفة تستفيد من معلومات الطور لحزمة الأشعة السينية لتشكيل الصورة. يعد هذا النهج ذا قيمة خاصة لتصور الأنسجة الرخوة نظرًا لحساسيته العالية لتغيرات الكثافة الدقيقة. لقد برزت كتقنية مهمة لتقديم الهياكل الخلوية والنسيجية عبر مجالات البحث البيولوجية والطبية المتنوعة. يتم استخدام تقنيات متعددة لتصوير تباين الطور بالأشعة السينية، حيث يستخدم كل منها مبادئ متميزة لتحويل اختلافات الطور في الأشعة السينية المنبعثة من جسم ما إلى اختلافات شدة يمكن اكتشافها. وتشمل هذه التقنيات تباين الطور القائم على الانتشار، وقياس تداخل تالبوت، والتصوير المعزز بالانكسار، وقياس تداخل الأشعة السينية. بالمقارنة مع التصوير بالأشعة السينية التقليدية القائمة على الامتصاص، توفر هذه التقنيات تباينًا فائقًا، مما يتيح التمييز بين التفاصيل بكثافات متطابقة تقريبًا. ومع ذلك، فإن العيب الملحوظ هو الحاجة إلى أدوات أكثر تقدمًا، مثل مصادر الأشعة السينية السنكروترونية أو ذات التركيز الدقيق، وبصريات الأشعة السينية المتخصصة، وكاشفات الأشعة السينية عالية الدقة.

نطاقات الطاقة

الأشعة السينية الصلبة واللينة

يتم تصنيف الأشعة السينية التي تمتلك طاقات فوتونية عالية، والتي تتجاوز عادة 5-10 كيلو إلكترون فولت (المقابلة لأطوال موجية أقل من 0.2-0.1 نانومتر)، على أنها أشعة سينية صلبة. وعلى العكس من ذلك، يُطلق على تلك ذات الطاقات المنخفضة والأطوال الموجية الأطول اسم الأشعة السينية الناعمة. نطاق الطاقة الانتقالية، الذي يتميز بطاقات الفوتون التي تصل إلى عدة كيلو إلكترون فولت، يتم تعريفه بشكل متكرر على أنه أشعة سينية رقيقة. نظرًا لقدرتها الكبيرة على الاختراق، تُستخدم الأشعة السينية الصلبة على نطاق واسع في التصوير الداخلي للأشياء، وهو ما يتجلى في تطبيقات التصوير الشعاعي الطبي والفحص الأمني ​​في المطارات. علاوة على ذلك، غالبًا ما يُستخدم مصطلح الأشعة السينية كنايًا للإشارة إلى الصورة الشعاعية الناتجة عن هذه التقنية، بالإضافة إلى الطريقة نفسها. كما أن الأطوال الموجية الذرية للأشعة السينية الصلبة تجعلها ذات قيمة لتوضيح الهياكل البلورية من خلال علم البلورات بالأشعة السينية. في المقابل، تُظهر الأشعة السينية الناعمة امتصاصًا كبيرًا في الهواء؛ على سبيل المثال، طول التوهين للأشعة السينية 600 فولت (~2 نانومتر) في الماء أقل من 1 ميكرومتر.

أشعة جاما

لا يزال التوصل إلى إجماع نهائي للتمييز بين الأشعة السينية وأشعة جاما بعيد المنال. أحد الأساليب السائدة يميز هذه الأنواع من الإشعاع بناءً على أصلها: يتم إنتاج الأشعة السينية عن طريق إزالة إثارة الإلكترون، في حين تنتج أشعة جاما من اضمحلال النوى الذرية. غير أن هذا التعريف يطرح بعض القيود. على سبيل المثال، نظرًا لأطياف الطاقة المتداخلة لأشعة جاما والأشعة السينية، فإن تصنيف الفوتون دون معرفة مصدره يمكن أن يكون غامضًا. هناك طريقة بديلة تميز بين إشعاع X وغاما حسب الطول الموجي (أو، على نحو مكافئ، التردد أو طاقة الفوتون)، مع إشعاع أقصر من عتبة اعتباطية، مثل 10⁻¹¹ م (0.1 Å)، يتم تصنيفها على أنها إشعاع غاما. وبينما يوفر هذا المعيار تصنيفًا لا لبس فيه للفوتون، فإن تطبيقه مشروط بمعرفة الطول الموجي الذي لا تفرقه بعض تقنيات القياس. ومع ذلك، فإن هذين التعريفين يتوافقان في كثير من الأحيان لأن الإشعاع الكهرومغناطيسي الصادر عن أنابيب الأشعة السينية يظهر عادةً أطوال موجية أطول وطاقات فوتون أقل مقارنة بالإشعاع المنبعث من النوى المشعة. في بعض الأحيان، يتأثر اختيار المصطلحات في سياقات محددة بسابقة تاريخية، أو تقنية القياس أو الكشف المستخدمة، أو التطبيق المقصود، وليس فقط بطول الموجة أو المصدر. وبالتالي، فإن أشعة جاما المتولدة للأغراض الطبية والصناعية، مثل العلاج الإشعاعي، ضمن نطاق 6-20 ميجا فولت، قد يُشار إليها أيضًا باسم الأشعة السينية في هذه السياقات المحددة.

الخصائص

تمتلك فوتونات الأشعة السينية طاقة كافية لتأين الذرات وقص الروابط الجزيئية. وبالتالي، تصنف الأشعة السينية على أنها إشعاعات مؤينة، وبالتالي تشكل خطرا على الأنسجة البيولوجية. التعرض الحاد لجرعات عالية من الإشعاع يمكن أن يسبب الحروق والمرض الإشعاعي، في حين أن التعرض المزمن لجرعات أقل يزيد من خطر التسرطن الناجم عن الإشعاع. في سياق التصوير الطبي، عادة ما يتم تخفيف احتمالية زيادة خطر الإصابة بالسرطان بشكل كبير من خلال المزايا التشخيصية والعلاجية لهذا الإجراء. يتم الاستفادة من الخصائص المؤينة للأشعة السينية في علاجات الأورام، وخاصة العلاج الإشعاعي، للقضاء على الخلايا الخبيثة. علاوة على ذلك، يستخدم التحليل الطيفي للأشعة السينية هذه الخصائص لتوصيف المواد.

الأشعة السينية الصلبة قادرة على اختراق سماكات كبيرة من المواد بأقل قدر من الامتصاص أو التشتت. وبالتالي، يتم استخدام الأشعة السينية على نطاق واسع لتصور الهياكل الداخلية للعينات المعتمة بصريًا. وتشمل التطبيقات البارزة التصوير الشعاعي الطبي وأنظمة الفحص الأمني ​​بالمطارات. ومع ذلك، فإن المنهجيات المماثلة لها أيضًا أهمية كبيرة في السياقات الصناعية، مثل التصوير الشعاعي الصناعي والتصوير المقطعي المحوسب (CT)، وفي الأبحاث، والتي تتمثل في التصوير المقطعي المحوسب للحيوانات الصغيرة. يُظهر عمق الاختراق اختلافًا عبر عدة أوامر من حيث الحجم داخل طيف الأشعة السينية. تتيح هذه الخاصية تحسين طاقة الفوتون لتطبيقات محددة، مما يضمن انتقالًا مناسبًا عبر الجسم مع تحقيق تباين عالٍ للصورة في نفس الوقت.

تمتلك الأشعة السينية أطوال موجية أقصر بكثير مقارنة بالضوء المرئي، وهي خاصية تسهل فحص الهياكل الأصغر بكثير من تلك التي يمكن تمييزها باستخدام المجهر الضوئي التقليدي. يتم استغلال هذه الخاصية في الفحص المجهري بالأشعة السينية للحصول على صور عالية الدقة وفي علم البلورات بالأشعة السينية لتوضيح الترتيبات الذرية داخل المواد البلورية.

التفاعل مع المادة

تتفاعل الأشعة السينية مع المادة في المقام الأول من خلال ثلاث آليات متميزة: وهي امتصاص الضوء، وتشتت كومبتون، وتشتت رايلي. تعتمد شدة هذه التفاعلات على طاقة فوتون الأشعة السينية والتركيبة العنصرية للمادة، مما يُظهر الحد الأدنى من الاعتماد على الخواص الكيميائية، نظرًا لأن طاقات فوتون الأشعة السينية تتجاوز بشكل كبير طاقات الارتباط الكيميائي النموذجية. يشكل الامتصاص الضوئي، المعروف أيضًا باسم الامتصاص الكهروضوئي، آلية التفاعل السائدة داخل طيف الأشعة السينية الناعمة وعند طاقات الأشعة السينية الصلبة المنخفضة. وعلى العكس من ذلك، عند الطاقات الأعلى، يصبح تشتت كومبتون هو التفاعل السائد.

الامتصاص الكهروضوئي

يتناسب معامل التوهين الكتلي للامتصاص الكهروضوئي تقريبًا مع ${\textstyle Z^{3}/E^{3}}$، حيث ${\textstyle Z}$ يمثل العدد الذري و${\textstyle E}$ يدل على طاقة الفوتون الساقطة. لا ينطبق هذا التناسب على وجه التحديد بالقرب من طاقات ربط الإلكترون في الغلاف الداخلي، حيث تحدث تغيرات مفاجئة في احتمال التفاعل، والتي تسمى حواف الامتصاص. ومع ذلك، يشير الاتجاه العام الواضح إلى معاملات امتصاص عالية وبالتالي أعماق اختراق قصيرة لطاقات الفوتون المنخفضة والأعداد الذرية العالية. في الأنسجة الرخوة، يهيمن امتصاص الضوء على ما يصل إلى حوالي 26 كيلو إلكترون فولت من طاقة الفوتون، وبعد ذلك يصبح تشتت كومبتون هو التفاعل السائد. بالنسبة للمواد ذات الأعداد الذرية الأعلى، تكون عتبة الطاقة مرتفعة. محتوى الكالسيوم الكبير (${\textstyle Z=20}$) والكثافة العالية للعظام هي المسؤولة عن رؤيتها المميزة في الصور الشعاعية الطبية.

عند الامتصاص الضوئي، ينقل الفوتون طاقته بالكامل إلى الإلكترون المتفاعل، وبالتالي يؤين الذرة الأم ويولد إلكترونًا ضوئيًا، والذي قد يؤين لاحقًا ذرات إضافية على طول مساره. بعد ذلك، يحتل إلكترون الغلاف الخارجي موضع الغلاف الداخلي الشاغر، مما يؤدي إلى انبعاث إما أشعة سينية مميزة أو إلكترون أوجيه. تُستخدم هذه الظواهر لتحليل العناصر عبر التحليل الطيفي للأشعة السينية أو التحليل الطيفي الإلكتروني أوجيه.

تشتت كومبتون

يمثل تشتت كومبتون آلية التفاعل الأساسية بين الأشعة السينية والأنسجة الرخوة في التصوير الطبي. تتضمن عملية التشتت غير المرنة هذه تفاعل فوتون الأشعة السينية مع إلكترون الغلاف الخارجي. يتم نقل جزء من طاقة الفوتون إلى الإلكترون المنتثر، مما يؤدي إلى التأين الذري وزيادة في الطول الموجي للأشعة السينية. يمكن أن ينتشر الفوتون المبعثر في أي اتجاه، على الرغم من أن زوايا التشتت القريبة من المسار الأصلي أكثر احتمالا، خاصة مع الأشعة السينية عالية الطاقة. تحدد صيغة كلاين-نيشينا احتمالية زوايا التشتت المختلفة. يمكن حساب الطاقة المنقولة مباشرة من زاوية التشتت، بناءً على مبادئ الحفاظ على الطاقة والزخم.

تشتت رايلي

يشكل تشتت رايلي ظاهرة التشتت المرنة السائدة داخل نظام الأشعة السينية. يساهم التشتت الأمامي غير المرن في مؤشر الانكسار، والذي يكون أقل بشكل هامشي من الوحدة بالنسبة للأشعة السينية.

الإنتاج

تتولد الأشعة السينية عندما تصطدم الجسيمات المشحونة (مثل الإلكترونات أو الأيونات) التي تمتلك طاقة كافية بالمادة.

الإنتاج بالإلكترونات

يتم إنتاج الأشعة السينية داخل أنبوب الأشعة السينية، وهو جهاز فراغ يستخدم الجهد العالي لتسريع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود الساخن إلى سرعات عالية. ثم تؤثر هذه الإلكترونات عالية السرعة على هدف الأنود المعدني، وبالتالي توليد الأشعة السينية. بالنسبة لأنابيب الأشعة السينية الطبية، يتكون الأنود عادة من التنغستن أو سبيكة الرينيوم الأكثر مقاومة للكسر (5٪) والتنغستن (95٪)؛ ومع ذلك، يتم استخدام الموليبدينوم أحيانًا في التطبيقات المتخصصة التي تتطلب أشعة سينية أكثر ليونة، مثل التصوير الشعاعي للثدي. في علم البلورات، تكون أهداف النحاس هي السائدة، على الرغم من استخدام الكوبالت في كثير من الأحيان للتخفيف من المشكلات الناشئة عن مضان الحديد داخل العينة. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب طاقات أقل، مثل التحليل الطيفي للأشعة السينية الضوئية، يتم استخدام الأشعة السينية K_α المشتقة من أهداف الألومنيوم أو المغنيسيوم بشكل شائع.

إن الحد الأقصى من الطاقة التي يمكن تحقيقها بواسطة فوتون الأشعة السينية المولدة تكون مقيدة بطاقة الإلكترون الساقط. تتوافق هذه الطاقة مع منتج جهد الأنبوب وشحنة الإلكترون؛ وبالتالي، لا يمكن لأنبوب 80 كيلو فولت أن ينتج أشعة سينية تتجاوز طاقتها 80 كيلو فولت. عند اصطدام الإلكترون بالهدف، تتولد الأشعة السينية من خلال آليتين ذريتين متميزتين:

1. انبعاث الأشعة السينية المميز (التألق الكهربائي للأشعة السينية): إذا كان الإلكترون الساقط يمتلك طاقة كافية، فيمكنه إخراج إلكترون مداري من الغلاف الداخلي للذرة المستهدفة. وبعد ذلك، تنتقل الإلكترونات من مستويات الطاقة الأعلى لملء هذه الشواغر، مما يؤدي إلى انبعاث فوتونات الأشعة السينية. تنتج هذه الظاهرة طيف انبعاث للأشعة السينية يتميز ببضعة ترددات منفصلة، ​​تسمى غالبًا الخطوط الطيفية. عادةً، تتضمن هذه التحولات من أغلفة الإلكترون العليا إلى الغلاف K (خطوط K المعينة)، والغلاف L (خطوط L)، وما إلى ذلك. على سبيل المثال، يُطلق على الانتقال من 2p إلى 1s اسم Kα، بينما يُسمى الانتقال من 3p إلى 1s Kβ. وتعتمد ترددات هذه الخطوط على المادة المستهدفة، ومن ثم يتم تصنيفها كخطوط مميزة. يُظهر خط Kα عمومًا كثافة أعلى من خط Kβ، مما يجعله أكثر فائدة لتجارب الحيود. وبالتالي، يتم عادةً تخفيف خط Kβ بواسطة مرشح محدد. يتكون هذا الفلتر عادة من معدن يحتوي على بروتون واحد أقل من مادة الأنود (على سبيل المثال، مرشح النيكل لأنود النحاس أو مرشح النيوبيوم لأنود الموليبدينوم).
2. Bremsstrahlung: ينبعث هذا الإشعاع من الإلكترونات عندما تتباطأ بسبب المجالات الكهربائية القوية القريبة من النوى الذرية. تظهر هذه الأشعة السينية طيفًا مستمرًا. النطاق الترددي Bremsstrahlung مقيد بطاقة الإلكترونات الساقطة.

لذلك، يشتمل خرج الأشعة السينية من الأنبوب على طيف bremsstrahlung مستمر، والذي يتضاءل إلى الصفر عند جهد الأنبوب، مضافًا إليه قمم مميزة تتوافق مع الخطوط المميزة. تعمل أنابيب الأشعة السينية التشخيصية عادةً بجهد يتراوح من 20 كيلو فولت إلى 150 كيلو فولت تقريبًا، وبالتالي تنتج فوتونات أشعة سينية ذات طاقات قصوى تتراوح بين 20 كيلو فولت و150 كيلو فولت تقريبًا.

تعتبر كلتا آليتي توليد الأشعة السينية غير فعالتين، حيث تحولان حوالي واحد بالمائة فقط من الطاقة الكهربائية الموردة إلى الأنبوب إلى أشعة سينية. ونتيجة لذلك، فإن غالبية الطاقة الكهربائية التي يستهلكها الأنبوب تتبدد على شكل حرارة مهدرة. لتحقيق تدفق عملي للأشعة السينية، يجب أن يشتمل تصميم أنبوب الأشعة السينية على آليات فعالة لتبديد هذه الحرارة الزائدة.

يمثل إشعاع السنكروترون، الذي تنتجه مسرعات الجسيمات، مصدرًا متخصصًا ومنتشرًا بشكل متزايد للأشعة السينية في الأبحاث. توفر هذه الطريقة مزايا متميزة، بما في ذلك مخرجات الأشعة السينية التي تتجاوز بشكل كبير تلك الصادرة من أنابيب الأشعة السينية التقليدية، وأطياف الأشعة السينية العريضة، والموازاة الفائقة، والاستقطاب الخطي.

يمكن تحقيق توليد موثوق لدفقات الأشعة السينية القصيرة النانو ثانية، مع طاقات ذروة تبلغ 15 كيلو فولت، عن طريق فصل شريط لاصق حساس للضغط من دعامه في فراغ معتدل. تُعزى هذه الظاهرة إلى إعادة تركيب الشحنات الكهربائية المتولدة من خلال الشحن الكهربائي الاحتكاكي. ويُظهر تلألؤ الأشعة السينية الناتج كثافة كافية للتطبيق في التصوير بالأشعة السينية.

التوليد بواسطة الأيونات الموجبة النشطة

يمكن أيضًا توليد الأشعة السينية من خلال التفاعلات مع البروتونات النشطة أو الأيونات الموجبة الأخرى. يعد انبعاث الأشعة السينية الناجم عن البروتون (PIXE) أو انبعاث الأشعة السينية الناجم عن الجسيمات (PIXE) تقنية تحليلية معتمدة على نطاق واسع. في الطاقات العالية، يوضح المقطع العرضي للإنتاج التناسب مع Z§23§§4_{5§Z§89§⁻⁴، حيث يشير Z§1415§ إلى العدد الذري للأيون الحادث، وZ§1819§ يمثل العدد الذري للأيون الذرة المستهدفة. تتوفر مراجعة شاملة لهذه المقاطع العرضية في المصدر المذكور أعلاه.}

التوليد أثناء البرق والتفريغ المختبري

تتولد الأشعة السينية أيضًا أثناء أحداث البرق، وغالبًا ما ترتبط بومضات أشعة جاما الأرضية. تتضمن العملية الأساسية تسريع الإلكترونات داخل المجالات الكهربائية المرتبطة بالبرق، يليها إنتاج الفوتون عبر Bremsstrahlung. تنتج هذه الآلية فوتونات ذات طاقات تتراوح من بضعة كيلو إلكترون فولت إلى عدة عشرات من الكيلو إلكترون فولت. في عمليات التصريف المختبرية الخاضعة للرقابة، والتي تتميز بطول فجوة يبلغ حوالي متر واحد وجهد ذروة يبلغ 1 ميجا فولت، تم اكتشاف أشعة سينية تظهر طاقة مميزة تبلغ 160 كيلو فولت. يفترض أحد التفسيرات المقترحة أن تفاعل اثنين من اللافتات يؤدي إلى توليد إلكترونات هاربة عالية الطاقة؛ ومع ذلك، تشير عمليات المحاكاة المجهرية التفصيلية إلى أن فترة تعزيز المجال الكهربائي بين هذه اللافتات غير كافية لإنتاج كمية كبيرة من الإلكترونات الهاربة. تشير الفرضيات الحديثة إلى أن الاضطرابات الجوية بالقرب من المجاري قد تعزز تكوين الإلكترونات الهاربة، مما يساهم في انبعاث الأشعة السينية من التصريفات.

تقنيات الكشف

تعرض أجهزة الكشف عن الأشعة السينية تكوينات ووظائف متنوعة، مصممة خصيصًا لتناسب تطبيقاتها المحددة. تاريخيًا، اعتمدت أجهزة الكشف التصويرية المستخدمة في التصوير الشعاعي على لوحات فوتوغرافية ومن ثم أفلام فوتوغرافية؛ ومع ذلك، فقد تم استبدالها إلى حد كبير بتقنيات الكاشفات الرقمية المختلفة، بما في ذلك لوحات الصور وكاشفات اللوحة المسطحة. في سياق الحماية من الإشعاع، يتم تقييم خطر التعرض المباشر بشكل متكرر باستخدام غرف التأين، في حين تقوم مقاييس الجرعات بقياس جرعة الإشعاع المتراكمة التي يتلقاها الفرد. يمكن تحليل أطياف الأشعة السينية باستخدام مطياف مشتت الطاقة أو مشتت الطول الموجي. بالنسبة لتقنيات حيود الأشعة السينية، مثل علم البلورات بالأشعة السينية، يتم استخدام أجهزة كشف عد الفوتون الهجين بشكل شائع.

التطبيقات السريرية

بعد اكتشاف رونتجن الأساسي لقدرة الأشعة السينية على تحديد الهياكل العظمية، أصبح تطبيقها في التصوير الطبي فوريًا وواسع النطاق. حدث الاستخدام السريري الافتتاحي في غضون شهر من نشره حول هذا الموضوع. بحلول عام 2010، تم إجراء ما يقدر بخمسة مليارات عملية تصوير طبي على مستوى العالم. في عام 2006، ساهم التصوير الطبي بحوالي 50% من إجمالي التعرض للإشعاع المؤين في الولايات المتحدة.

التصوير الشعاعي للإسقاط

يتضمن التصوير الشعاعي المسقط إنشاء صور ثنائية الأبعاد باستخدام الأشعة السينية. تتميز العظام بتركيز كبير من الكالسيوم وعدد ذري ​​مرتفع نسبيًا، وتمتص الأشعة السينية بشكل فعال. يؤدي هذا الامتصاص إلى تقليل كمية الأشعة السينية التي تصل إلى الكاشف في المناطق التي تظللها العظام، مما يجعلها قابلة للتمييز بوضوح على الصورة الشعاعية. وبالمثل، تظهر الرئتان وأي غاز محصور بوضوح بسبب انخفاض امتصاصهما للأشعة السينية مقارنة بالأنسجة المحيطة، في حين أن التمييز بين أنواع الأنسجة الرخوة المختلفة يكون أكثر صعوبة في التصور.

يلعب التصوير الشعاعي الإسقاطي دورًا أساسيًا في اكتشاف أمراض الهيكل العظمي وتحديد بعض أمراض الأنسجة الرخوة. تشمل التطبيقات البارزة الأشعة السينية على الصدر، والتي تسهل تشخيص الحالات الرئوية مثل الالتهاب الرئوي أو سرطان الرئة أو الوذمة الرئوية، والأشعة السينية على البطن، والتي يمكن أن تكشف عن انسداد الأمعاء، والهواء الحر داخل الصفاق الذي يشير إلى الثقوب الحشوية، أو الاستسقاء. علاوة على ذلك، يمكن للأشعة السينية تحديد أمراض مثل حصوات المرارة، والتي نادرًا ما تكون ظليلة للأشعة، أو حصوات الكلى، والتي يمكن تمييزها غالبًا، ولكن ليس دائمًا. على العكس من ذلك، توفر الصور الشعاعية البسيطة التقليدية فائدة محدودة لتصوير الأنسجة الرخوة، بما في ذلك الدماغ أو العضلات. يتضمن أحد التطبيقات الهامة للتصوير الشعاعي الإسقاطي تقييم الاتجاه المكاني لزراعة العظام، مثل استبدال الركبة أو الورك أو الكتف، بالنسبة إلى بنية العظام المجاورة. يمكن إجراء هذا التقييم ثنائي الأبعاد باستخدام صور شعاعية عادية أو ثلاثي الأبعاد من خلال تطبيق تقنية تعرف باسم "التسجيل ثنائي الأبعاد إلى ثلاثي الأبعاد". تم الإبلاغ عن أن هذه التقنية المتقدمة تخفف من حالات عدم الدقة المرتبطة بالإسقاط المتأصلة في تقييم موضع الغرسة عبر الصور الشعاعية التقليدية.

يتم استخدام التصوير الشعاعي للأسنان بشكل روتيني لتشخيص حالات الفم السائدة، بما في ذلك تسوس الأسنان.

في التصوير التشخيصي الطبي، تكون الأشعة السينية منخفضة الطاقة (الناعمة) غير مرغوب فيها لأنها يمتصها جسم المريض بالكامل، وبالتالي زيادة جرعة الإشعاع دون تحسين جودة الصورة. وبالتالي، يتم وضع صفيحة معدنية رقيقة، عادة من الألومنيوم، مخصصة كمرشح للأشعة السينية، بشكل روتيني فوق نافذة أنبوب الأشعة السينية لامتصاص مكونات الطاقة المنخفضة للطيف. تُسمى هذه العملية التصلب الشعاعي، حيث إنها تحول النقطه الوسطى الطيفية نحو الأشعة السينية ذات الطاقة الأعلى (أو الأصعب).

لتصوير نظام القلب والأوعية الدموية، بما في ذلك الشرايين والأوردة، عن طريق تصوير الأوعية، يتم الحصول على صورة أساسية أولية للمنطقة التشريحية محل الاهتمام. وبعد ذلك، يتم التقاط صورة ثانية للمنطقة المتطابقة بعد الحقن داخل الأوعية الدموية لعامل التباين المعالج باليود. تخضع هاتان الصورتان للطرح الرقمي، مما ينتج عنه صورة تصور حصريًا التباين المعالج باليود الذي يحدد الهياكل الوعائية. ثم يقوم أخصائي الأشعة أو الجراح بمقارنة الصورة الناتجة بالمراجع التشريحية الطبيعية للتأكد من وجود أي تلف أو انسداد في الأوعية الدموية.

التصوير المقطعي المحوسب

يمثل التصوير المقطعي المحوسب (المسح المقطعي) طريقة تصوير طبي تولد صورًا مقطعية، أو "شرائح"، لمناطق معينة من الجسم عن طريق معالجة سلسلة كبيرة من إسقاطات الأشعة السينية ثنائية الأبعاد التي يتم الحصول عليها من زوايا متعددة. ويمكن بعد ذلك إعادة بناء هذه الصور المقطعية لتشكل تمثيلاً ثلاثي الأبعاد للتشريح الداخلي. توفر الأشعة المقطعية نهجًا تصويريًا أكثر سرعة وفعالية من حيث التكلفة، وقابل للتطبيق على كل من الأهداف التشخيصية والعلاجية عبر التخصصات الطبية المتنوعة.

التنظير الفلوري

التنظير الفلوري عبارة عن تقنية تصوير كثيرًا ما يستخدمها الأطباء أو المعالجون بالإشعاع للحصول على صور ديناميكية في الوقت الفعلي للهياكل التشريحية الداخلية للمريض باستخدام المنظار الفلوري. في الأساس، يتكون المنظار الفلوري من مصدر للأشعة السينية وشاشة فلورسنت، مع وضع المريض بينهما. ومع ذلك، فإن المناظير الفلورية المعاصرة تدمج الشاشة مع جهاز تكثيف صورة الأشعة السينية وكاميرا فيديو CCD، مما يتيح تسجيل الصور وعرضها على الشاشة. قد تتضمن هذه المنهجية عوامل التباين. تشمل التطبيقات التوضيحية قسطرة القلب لتقييم عوائق الشريان التاجي، وإجراءات الانصمام للسيطرة على النزف، كما هو الحال أثناء انصمام الشريان البواسير، ودراسات ابتلاع الباريوم لتقييم اختلالات المريء والبلع. في الآونة الأخيرة، اعتمدت الأنظمة الفلوروسكوبية الحديثة انبعاثات الأشعة السينية النبضية بدلاً من الحزم المستمرة، مما أدى إلى تقليل التعرض للإشعاع بشكل كبير لكل من المرضى والمشغلين.

العلاج الإشعاعي

يُطلق على التطبيق العلاجي للأشعة السينية اسم العلاج الإشعاعي، ويستخدم في المقام الأول لإدارة السرطان، بما في ذلك تخفيفه، مما يستلزم جرعات إشعاعية أعلى بكثير مقارنة بتلك المستخدمة في التصوير التشخيصي. تُستخدم حزم الأشعة السينية ذات الطاقة المنخفضة لعلاج الأورام الخبيثة السطحية مثل سرطانات الجلد، بينما يتم توجيه حزم الطاقة الأعلى إلى السرطانات الداخلية، بما في ذلك سرطانات الدماغ والرئة والبروستاتا والثدي.

التأثيرات الضارة

تم تصنيف الأشعة السينية، وهي أحد أشكال الإشعاع المؤين، على أنها مادة مسرطنة من قبل الوكالة الدولية لأبحاث السرطان التابعة لمنظمة الصحة العالمية وحكومة الولايات المتحدة. إن إجراءات الأشعة السينية التشخيصية، وخاصة التصوير المقطعي المحوسب (CT) بسبب جرعتها الإشعاعية الكبيرة، تزيد من خطر حدوث مشاكل في النمو والسرطان لدى الأفراد المعرضين. تشير التوقعات إلى أن 0.4% من حالات السرطان الحالية في الولايات المتحدة تعزى إلى عمليات التصوير المقطعي المحوسب السابقة، وهو رقم يمكن أن يرتفع إلى 1.5-2% بناءً على معدلات استخدام التصوير المقطعي المحوسب لعام 2007.

لا تدعم الأدلة التجريبية والوبائية الحالية عمومًا فرضية جرعة عتبة الإشعاع التي لا يوجد أقل منها خطر مرتفع للإصابة بالسرطان؛ ومع ذلك، يتم التشكيك في هذا المنظور بشكل متزايد. قد يبدأ خطر الإصابة بالسرطان عند التعرض لـ 1100 ملي جراي. من المتوقع أن الإشعاع التكميلي من الأشعة السينية التشخيصية يمكن أن يزيد من خطر الإصابة بالسرطان التراكمي لدى الفرد في سن 75 بنسبة 0.6-3.0٪. تعتمد كمية الإشعاع الممتص على نوع فحص الأشعة السينية المحدد والمنطقة التشريحية المستهدفة. عادةً ما تتضمن إجراءات التصوير المقطعي المحوسب (CT) والتنظير الفلوري جرعات إشعاعية أعلى مقارنةً بالأشعة السينية التقليدية.

لوضع المخاطر المرتفعة في سياقها، تعرض الأشعة السينية القياسية للصدر الفرد لكمية من الإشعاع تعادل 10 أيام من إشعاع الخلفية البيئية النموذجي، والتي تختلف حسب الموقع الجغرافي. على العكس من ذلك، فإن الأشعة السينية للأسنان تقارب يومًا واحدًا من التعرض لإشعاع الخلفية البيئية. تساهم كل من هذه الإجراءات بأقل من 1 في 1,000,000 في خطر الإصابة بالسرطان مدى الحياة للفرد. في المقابل، يوفر التصوير المقطعي للبطن أو الصدر جرعة إشعاعية مماثلة لإشعاع الخلفية لكامل الجسم لمدة 2-3 سنوات، أو 4-5 سنوات على وجه التحديد للبطن أو الصدر، مما يزيد من خطر الإصابة بالسرطان مدى الحياة بنسبة 1 في 1000 إلى 1 في 10000. يتم أخذ هذه الزيادة في الاعتبار مقابل احتمالية إصابة المواطن الأمريكي بالسرطان على مدى الحياة والتي تبلغ 40% تقريبًا. على سبيل المثال، ينقل التصوير المقطعي المحوسب للصدر جرعة فعالة تبلغ حوالي 5 ملي سيفرت إلى الجذع وجرعة ممتصة تبلغ حوالي 14 ملي جراي. يوفر التصوير المقطعي المحوسب للرأس، الذي يتم إجراؤه باستخدام عامل التباين وبدونه، جرعة فعالة تبلغ 1.5 ملي سيفرت وجرعة ممتصة تبلغ 64 ملي غراي، وهو ما يعادل 40 عامًا من التعرض للإشعاع الخلفي للرأس. يعد التقدير الدقيق للجرعات الفعالة من الأشعة المقطعية أمرًا صعبًا، مع نطاق عدم يقين يتراوح تقريبًا من ±19% إلى ±32% بالنسبة لفحوصات رأس البالغين، اعتمادًا على المنهجية المستخدمة.

إن المخاطر الإشعاعية على الجنين مرتفعة إلى حد كبير؛ وبالتالي، بالنسبة للمرضى الحوامل، يجب الموازنة بعناية بين الفوائد التشخيصية لفحص الأشعة السينية والمخاطر المحتملة على الجنين. حتى إجراء فحص واحد خلال فترة الحمل البالغة تسعة أشهر يمكن أن يسبب ضررًا للجنين. لهذا السبب، عادة ما تخضع النساء الحوامل للتصوير بالموجات فوق الصوتية للتصوير التشخيصي، لأن هذه الطريقة لا تنطوي على الإشعاع المؤين. إن التعرض المفرط للإشعاع أثناء الحمل ينطوي على احتمال حدوث آثار ضارة على الجنين أو الأعضاء التناسلية للأم. يتم إجراء ما يقدر بنحو 62 مليون فحص بالأشعة المقطعية سنويًا في الولايات المتحدة، منها أكثر من 4 ملايين يتم إجراؤها على الأطفال. يعد تقليل إجراءات الأشعة السينية غير الضرورية، وخاصة الأشعة المقطعية، أمرًا بالغ الأهمية لتقليل جرعة الإشعاع وتخفيف مخاطر السرطان المرتبطة بها.

تمثل الأشعة السينية الطبية مساهمًا كبيرًا في التعرض للإشعاع البشري المنشأ. وفي عام 1987، كانت هذه الإشعاعات تشكل 58% من التعرض للإشعاع الناتج عن النشاط البشري في الولايات المتحدة. وبما أن المصادر التي من صنع الإنسان تشكل 18% فقط من إجمالي التعرض للإشعاع، وتمثل المصادر الطبيعية الأغلبية (82%)، فإن الأشعة السينية الطبية وحدها تمثل 10% من إجمالي التعرض للإشعاع في الولايات المتحدة؛ وساهمت الإجراءات الطبية الشاملة، بما في ذلك الطب النووي، مجتمعة بنسبة 14% من المجموع. ومع ذلك، بحلول عام 2006، كانت الإجراءات الطبية في الولايات المتحدة مسؤولة عن نسبة أكبر بكثير من التعرض للإشعاع المؤين مقارنة بأوائل الثمانينيات. في ذلك العام، كان التعرض الطبي يمثل ما يقرب من نصف إجمالي تعرض سكان الولايات المتحدة للإشعاع من جميع المصادر. ويعزى هذا التصعيد في المقام الأول إلى زيادة اعتماد تقنيات التصوير الطبي، وخاصة التصوير المقطعي (CT)، والاستخدام الموسع للطب النووي.

تُظهر جرعة الإشعاع الناتجة عن الأشعة السينية للأسنان تباينًا كبيرًا، اعتمادًا على كل من الإجراء المحدد الذي يتم إجراؤه وتكنولوجيا التصوير المستخدمة (على سبيل المثال، فيلم أو رقمي). عادةً ما تؤدي الأشعة السينية الواحدة للأسنان إلى تعرض يتراوح من 5 إلى 40 ميكروسيفرت. يمكن أن تؤدي سلسلة شاملة من الأشعة السينية لكامل الفم إلى تعرض يصل إلى 60 ميكروسيفرت باستخدام التكنولوجيا الرقمية أو 180 ميكروسيفرت مع الفيلم، وتبلغ ذروتها في متوسط تعرض سنوي يصل إلى 400 ميكروسيفرت.

تؤثر الحوافز المالية بشكل واضح على استخدام الأشعة السينية، حيث يميل الأطباء الذين يتم تعويضهم عن كل إجراء للأشعة السينية إلى طلب حجم أكبر من هذه الفحوصات.

كان التصوير المقطعي بالفوتون المبكر (EPT)، إلى جانب التقنيات المتقدمة الأخرى، قيد البحث اعتبارًا من عام 2015 نظرًا لقدرته على العمل كبديل للأشعة السينية في تطبيقات التصوير المختلفة.

تطبيقات إضافية

بعيدًا عن التشخيص الطبي، تُستخدم الأشعة السينية في العديد من التطبيقات المهمة الأخرى، بما في ذلك:

• يتضمن علم البلورات بالأشعة السينية تسجيل وتحليل أنماط الحيود المتولدة عندما تمر الأشعة السينية عبر الشبكة الذرية للبلورة، وبالتالي توضيح الخصائص الهيكلية لتلك الشبكة. وهناك منهجية وثيقة الصلة، وهي حيود الألياف، والتي لعبت دورًا أساسيًا في اكتشاف روزاليند فرانكلين للتكوين الحلزوني المزدوج للحمض النووي.
• يركز علم فلك الأشعة السينية، وهو مجال رصدي ضمن علم الفلك، على دراسة انبعاثات الأشعة السينية الصادرة عن الأجرام السماوية.
• يستخدم التحليل المجهري للأشعة السينية الإشعاع الكهرومغناطيسي ضمن طيف الأشعة السينية الناعمة لإنشاء صور عالية الدقة للأجسام الدقيقة.
• تصف فلورية الأشعة السينية الظاهرة التي تصدر فيها العينة، عند تشعيعها بأشعة سينية عالية الطاقة، ملف إشعاع مميز يدل على تركيبها الذري. تسهل هذه التقنية التحليل العنصري غير المدمر عبر مجموعة واسعة من المواد.
• يشكل التحليل الطيفي للأشعة السينية الضوئية طريقة تحليل كيميائي تعتمد على التأثير الكهروضوئي، وتستخدم في الغالب في أبحاث علوم الأسطح.
• يستفيد التصوير الشعاعي الصناعي من الأشعة السينية لفحص المكونات المصنعة، مع التركيز بشكل خاص على سلامة اللحام.
• يتضمن التصوير الشعاعي للقطع الأثرية الثقافية في كثير من الأحيان فحصًا بالأشعة السينية للوحات للكشف عن الرسومات السفلية والخماسي (التعديلات التي تم إجراؤها أثناء عملية الرسم أو بواسطة المرممين اللاحقين)، وأحيانًا التركيبات السابقة على نفس الدعامة. تظهر العديد من الأصباغ، بما في ذلك الرصاص الأبيض، وضوحًا واضحًا في الصور الشعاعية.

• تستخدم أنظمة الفحص الآلي بالأشعة السينية الأشعة السينية للمصادقة وضمان جودة البضائع المعبأة. علاوة على ذلك، فإن هذه الأنظمة فعالة في الكشف عن الملوثات الغريبة داخل المنتجات الغذائية والمستحضرات الصيدلانية.
• التصوير المقطعي الصناعي (CT) هو عملية تستخدم معدات الأشعة السينية لإنشاء تمثيلات ثلاثية الأبعاد لكل من الهياكل الخارجية والداخلية للمكونات. ويتم تحقيق ذلك من خلال المعالجة الحسابية لصور العرض المتعددة التي تم الحصول عليها من زوايا مختلفة حول الكائن الممسوح ضوئيًا.
• تستخدم أنظمة أمن المطارات الماسحات الضوئية بالأشعة السينية لفحص محتويات الأمتعة بحثًا عن تهديدات أمنية محتملة قبل تحميل الطائرة.
• مراقبة الحدود تستخدم ماسحات الشاحنات وأجهزة الشرطة المحلية المختلفة الأشعة السينية لفحص المحتويات الداخلية للشاحنات.

• يمثل فن الأشعة السينية والتصوير الفوتوغرافي للفنون الجميلة تطبيقًا فنيًا للأشعة السينية، والذي يتمثل في إبداعات فنانين مثل ستان ياغوديتش وبيتر دازيلي.
• إزالة الشعر بالأشعة السينية، وهي تقنية كانت سائدة في عشرينيات القرن العشرين، محظورة حاليًا من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية.
• اكتسبت المنظار الفلوري المناسب للأحذية شعبية خلال عشرينيات القرن الماضي، ولكن تم حظرها لاحقًا في الولايات المتحدة في الستينيات، وفي المملكة المتحدة في السبعينيات، ثم في وقت لاحق عبر قارة أوروبا.
• يتم استخدام التصوير المجسم لرونتجن لمراقبة حركة العظام من خلال زرع علامات إيمانية.
• في تصميم الأسلحة النووية الحرارية، يصف الانفجار الداخلي الإشعاعي الآلية التي من خلالها تقوم الأشعة السينية عالية الطاقة، الناتجة عن انفجار انشطاري أولي، بضغط الوقود النووي لتحقيق اشتعال اندماجي ثانوي.

الإدراك

على الرغم من أن الأشعة السينية تقع عادةً خارج طيف الضوء المرئي، إلا أنه في ظل ظروف معينة، يمكن للعين البشرية رؤيتها. بعد وقت قصير من نشر رونتجن عام 1895، أجرى براندس تجربة حيث لاحظ، بعد التكيف مع الظلام ووضع عينه بالقرب من أنبوب الأشعة السينية، تألقًا دقيقًا "أزرق رمادي" يبدو أنه ينبعث من داخل العين نفسها. عندما علم رونتجن بهذا، راجع سجلاته الشخصية واكتشف أنه شهد أيضًا هذه الظاهرة من قبل. كان رونتجن قد وثق سابقًا ملاحظة نفس التوهج الأزرق الجوهري عندما تم وضع أنبوب الأشعة السينية على الجانب الآخر من الباب الخشبي. ومع ذلك، فقد رفض في البداية هذه الملاحظات باعتبارها شاذة، وعزاها إلى استخدام نوع أنبوب واحد محدد. وقد أدرك لاحقًا أن هذا الأنبوب بالذات هو الوحيد الذي يمتلك قوة كافية لجعل التوهج مرئيًا بوضوح، مما يجعل التجربة قابلة للتكرار باستمرار. حقيقة أن العيون البشرية المتكيفة مع الظلام يمكنها اكتشاف الأشعة السينية بشكل ضعيف قد تلاشت إلى حد كبير من الوعي المعاصر، ويرجع ذلك على الأرجح إلى المخاطر الكامنة والضرر المحتمل المرتبط بتكرار مثل هذه التجارب التي تنطوي على الإشعاع المؤين. لا تزال الآلية العينية الدقيقة المسؤولة عن الرؤية التي وصفها رونتجن وبراندس غير محددة، على الرغم من أن إشعاع شيرينكوف، الناتج عن الأشعة السينية التي تعبر الخلط الزجاجي للعين، يعتبر تفسيرًا معقولًا. تشمل الفرضيات البديلة لهذا التلألؤ الإثارة المباشرة لخلايا الشبكية بواسطة الأشعة السينية، وهو ما يشبه بعض ومضات الضوء التي لوحظت أثناء التحقيقات في الظواهر البصرية للأشعة الكونية.

على الرغم من أن الأشعة السينية غير محسوسة بشكل عام، إلا أن تأين جزيئات الهواء يمكن أن يصبح مرئيًا إذا كانت شدة شعاع الأشعة السينية مرتفعة بدرجة كافية. ومن الأمثلة البارزة على هذه الكثافة العالية خط الشعاع الناشئ من المتذبذب في مرفق الإشعاع السنكروتروني الأوروبي.

وحدات القياس ومعلمات التعرض

يتم قياس قدرة الأشعة السينية على تحفيز التأين على أنها تعرض:

• يمثل الكولوم لكل كيلوغرام (C/kg) النظام الدولي للوحدات (SI) للتعرض للإشعاع المؤين، والذي يعرف بأنه كمية الإشعاع اللازمة لتوليد كولوم واحد من الشحنة من كلا القطبين داخل كيلوغرام واحد من المادة.
• الرونتجن (R) هو وحدة تعريض تقليدية قديمة، تم تعريفها تاريخيًا على أنها كمية الإشعاع اللازمة لإنتاج وحدة كهروستاتيكية واحدة من الشحنة لكل قطبية ضمن سنتيمتر مكعب واحد من الهواء الجاف. 1 رونتجن = 2.58×10⁻⁴ C/kg.

ومع ذلك، فإن تأثير الإشعاعات المؤينة على المادة، وخاصة الأنسجة البيولوجية، يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالطاقة المنقولة إلى المادة أكثر من ارتباطه بالشحنة المنتجة. يُطلق على هذا القياس الكمي للطاقة الممتصة اسم الجرعة الممتصة:

• يشكل اللون الرمادي (Gy)، المعبر عنه بالجول لكل كيلوجرام، وحدة SI للجرعة الممتصة، مما يدل على كمية الإشعاع اللازمة لترسيب جول واحد من الطاقة في كيلوجرام واحد من أي مادة.
• الراد هو الوحدة التقليدية المتقادمة المقابلة، أي ما يعادل 10 مللي جول من الطاقة المودعة لكل كيلوغرام. 100 راد = 1 رمادي.

تحدد الجرعة المكافئة التأثير البيولوجي للإشعاع على الأنسجة البشرية. وبالنسبة للأشعة السينية، فإن هذه القيمة تعادل عددياً الجرعة الممتصة.

• يعمل الرجل المكافئ رونتجن (rem) كوحدة تقليدية للجرعة المكافئة. بالنسبة للأشعة السينية، فهو يعادل الراد، والذي يترجم إلى 10 مللي جول من الطاقة المودعة لكل كيلوغرام. 100 ريم = 1 سيفرت.
• السيفرت (Sv) هو وحدة النظام الدولي للوحدات (SI) لكل من الجرعة المكافئة والجرعة الفعالة. وفي سياق الأشعة السينية، تكون الجرعة المكافئة مطابقة عدديًا للرمادي (Gy). 1 سيفرت = 1 غراي. ومع ذلك، فإن الجرعة الفعالة للأشعة السينية تختلف عادةً عدديًا عن اللون الرمادي (Gy).

• الأشعة السينية ذات التشتت الخلفي - تقنية التصوير بالأشعة السينية المتقدمة
• NuSTAR - تلسكوب فضائي للأشعة السينية تابع لوكالة ناسا لبرنامج Explorer
• تشتت الأشعة السينية غير المرنة الرنانة - تقنية التحليل الطيفي للأشعة السينية المتقدمة
• التحليل الطيفي لامتصاص الأشعة السينية - التحليل الطيفي المعتمد على إشعاع السنكروترون
• الرؤية بالأشعة السينية - قوة عظمى خيالية
• المراجع

المراجع

• "في نوع جديد من الأشعة." الطبيعة، المجلد. 53، لا. 1369، يناير 1896، ص.274–276. بيب كود:1896Natur..53R.274.. doi:10.1038/053274b0."أنابيب الأشعة السينية الأيونية." موقع أنبوب أشعة الكاثود."فهرس مقالات Bremsstrahlung المبكرة." فيزياء شجرة الظل. 12 أبريل 2010.JJ Samuel (20 أكتوبر 2013). "La découverte des rayons X par Röntgen." Bibnum Education (بالفرنسية).أوكلي، بول أ.، نافيد إحساني، نيوشا، وهاريسون، ديد إي. (يوليو 2020). "5 أسباب تجعل الأشعة السينية للجنف غير ضارة." الاستجابة للجرعة، المجلد. 18، لا. 3، معرف المقالة 1559325820957797. دوى:10.1177/1559325820957797. PMC 7488912. PMID 32963506."علم البلورات بالأشعة السينية." مصدر تعليمي يوضح بالتفصيل كيفية استخدام الأشعة السينية لتصور الهياكل الداخلية البلورية.المصدر: أرشيف أكاديمية TORIma