Πώς οι ακτίνες Χ διαπερνούν ένα φύλλο χάλυβα;
Οι ακτίνες Χ είναι μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που, λόγω της ουδέτερης φύσης και της περιεκτικότητάς τους σε υψηλή ενέργεια, μπορεί να διαπεράσει υλικά τόσο σκληρά όσο ένα φύλλο χάλυβα.
Οι ακτίνες Χ είναι μια από τις πιο κοινές μορφές ακτινοβολίας που συναντάμε στην καθημερινή ζωή. Κάθε φορά που σπάμε ένα κόκκαλο ή πρέπει να πάμε στον οδοντίατρο, πρέπει να τραβήξουμε μια ακτινογραφία για να δούμε την κατάσταση των οστών μας. Οι ακτινογραφίες δείχνουν ακόμη και τα μικρότερα κενά στα οστά μας επειδή περνούν μέσα από αυτά τα κενά και το δέρμα μας τόσο εύκολα.
Τι δίνει στις ακτίνες Χ αυτή την ιδιαίτερη ποιότητα υψηλής διείσδυσης; Γιατί δεν μπλοκάρεται από στερεά αντικείμενα όπως άλλες μορφές ακτινοβολίας; Λοιπόν, για να απαντήσουμε σε αυτήν την ερώτηση, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε τις ακτίνες Χ.
Τι είναι οι ακτίνες Χ;
Οι ακτίνες Χ είναι απλώς μια διαφορετική μορφή φωτός που γνωρίζουμε και βλέπουμε τόσο καλά. Το φως είναι ένας κοινός όρος για την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Με απλά λόγια, αν θεωρήσουμε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το οποίο είναι απλώς το ηλεκτρικό πεδίο σε συνδυασμό με το μαγνητικό πεδίο, αφού υπάρχουν πάντα μαζί, ως λινό, τότε οι διαταραχές ή τα κύματα που θα εμφανίζονταν κατά το τίναγμα του λινού θα ήταν η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. , ή όπως θέλουμε να το αποκαλούμε—light.
Το φως ή η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι ένα κύμα (ή ένα σωματίδιο, ανάλογα με τη διάθεση του Schrödinger). Κάθε είδος κύματος έχει ένα μήκος κύματος, το οποίο είναι η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών κορυφών ή κοιλοτήτων.
Εάν οι κορυφές είναι συσσωρευμένες πιο κοντά, τότε το κύμα θα έχει μικρό μήκος κύματος και εάν είναι συσσωρευμένες πολύ μακριά, τότε το κύμα θα έχει μεγάλο μήκος κύματος. Το φως ταξινομείται σε διαφορετικές μορφές, ανάλογα με το μήκος κύματος.
Φως σε διαφορετικά μήκη κύματος (Πιστωτική φωτογραφία :VectorMine/Shutterstock)
Οι ακτίνες Χ έχουν εξαιρετικά μικρά μήκη κύματος, υπολείπονται μόνο των ακτίνων γάμμα (χωρίς λογοπαίγνιο), με εύρος μήκους κύματος από 100 έως 0,001 νανόμετρα. Οι ακτίνες Χ ανακαλύφθηκαν από τον Wilhelm Röntgen και ονομάστηκαν έτσι λόγω της μυστηριώδους ύπαρξής τους εκείνη την εποχή.
Πώς λειτουργεί η διείσδυση;
Όλα τα υλικά αποτελούνται από άτομα, τα οποία αποτελούνται περαιτέρω από ηλεκτρόνια και πρωτόνια—φορτισμένα σωματίδια. Είναι γνωστά ως φορτισμένα σωματίδια επειδή έχουν τιμές φορτίου (ηλεκτρόνια με αρνητικό φορτίο και πρωτόνια με θετικό φορτίο).
Όταν η ακτινοβολία αλληλεπιδρά με την ύλη, αλληλεπιδρά με αυτά τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια. Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ της ακτινοβολίας και των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων εξαρτώνται από τις ιδιότητες της ακτινοβολίας.
Εάν η ακτινοβολία αποτελείται από φορτισμένα σωματίδια όπως σωματίδια άλφα ή βήτα, τότε οι αλληλεπιδράσεις εξαρτώνται από το φορτίο. Η ακτινοβολία άλφα με θετικό φορτίο θα έλκεται από τα ηλεκτρόνια στα άτομα και θα εκτρέπεται από τους πυρήνες. Μπορεί να φανεί ξεκάθαρα ότι όσο περισσότερες αλληλεπιδράσεις έχει η ακτινοβολία, τόσο μικρότερη απόσταση μπορεί να καλύψει.
Ένας δρόμος με μποτιλιάρισμα (Φωτογραφία:ddisq/Shutterstock)
Φανταστείτε δύο άτομα να ταξιδεύουν σε έναν δρόμο, ο ένας με αυτοκίνητο και ο άλλος με τα πόδια. Όταν κολλάνε στην κίνηση, το άτομο στο αυτοκίνητο πρέπει να περιμένει να κινηθεί το αυτοκίνητο μπροστά του επειδή αλληλεπιδρά με οχήματα. Εν τω μεταξύ, το άτομο που περπατά αδιαφορεί για την κυκλοφορία και τα αυτοκίνητα και συνεχίζει να προχωρά, αφού δεν έχει καμία αλληλεπίδραση με τα οχήματα. Μετά από 10 λεπτά κίνησης, το άτομο που περπατά θα είχε διανύσει μεγαλύτερη απόσταση από το άτομο στο αυτοκίνητο.
Αυτό είναι παρόμοιο με τη διείσδυση μέσα στην ύλη. Η ακτινοβολία με φορτίο πρέπει να αλληλεπιδρά με τα άτομα όχι μόνο φυσικώς (προσκρούοντας σε αυτά), αλλά και μαγνητικά, λόγω των διαφορών φορτίου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ακτινοβολία άλφα και βήτα έχουν πολύ μικρά επίπεδα διείσδυσης.
Έτσι, από τεχνική άποψη, η διείσδυση είναι η απόσταση στην οποία η ακτινοβολία μπορεί να διανύσει πριν πέσει η έντασή της στο 1/eth της αρχικής τιμής (όπου e είναι η σταθερά του Euler).
Αλλά τι κάνει τις ακτίνες Χ να διεισδύουν περισσότερο;
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι ακτίνες Χ είναι μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (φως). Το φως δεν έχει φορτίο, δηλαδή είναι ουδέτερο. Έτσι, όταν οι ακτίνες Χ αλληλεπιδρούν με τα άτομα σε ένα δεδομένο υλικό, δεν εκτρέπονται λόγω των φορτίων σε αυτά τα υποατομικά σωματίδια (ηλεκτρόνια και πρωτόνια). Τι γίνεται όμως με άλλες μορφές φωτός, όπως το ορατό φως ή το υπέρυθρο φως; Γιατί δεν ισχύουν για αυτούς οι ίδιοι κανόνες;
Λοιπόν, το κάνουν. Το φως, ανεξάρτητα από το μήκος κύματός του, δεν αλληλεπιδρά με τα σωματίδια ενός δεδομένου υλικού, αλλά αυτή δεν είναι η μόνη ιδιότητα που πρέπει να ληφθεί υπόψη. Παίρνοντας ξανά το προηγούμενο παράδειγμα, όσο περισσότερη ενέργεια έχει ο περπατώντας, τόσο μεγαλύτερη απόσταση θα μπορεί να διανύσει. Ένα άτομο που είναι ήδη κουρασμένο δεν θα μπορούσε να πάει πολύ μακριά, παρόλο που δεν χρειάζεται να ανησυχεί για τα αυτοκίνητα γύρω του.
Το άτομο με περισσότερη ενέργεια θα μπορούσε να καλύψει μεγαλύτερη απόσταση. (Φωτογραφία:svtdesign/Shutterstock)
Το ίδιο ισχύει και για το φως. Η ακτινοβολία που έχει υψηλότερα επίπεδα ενέργειας θα μπορούσε να διεισδύσει στο πιο μακρινό. Τώρα, η ενέργεια κάθε είδους κύματος εξαρτάται από το μήκος κύματός του. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια. Έτσι, τα υπέρυθρα και τα ραδιοκύματα έχουν τη χαμηλότερη ενέργεια, ενώ οι ακτίνες Χ και οι ακτίνες γάμμα έχουν την υψηλότερη ενέργεια. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ακτίνες Χ είναι σε θέση να διεισδύσουν πολύ πιο μακριά στην ύλη από το φως σε άλλα (μεγαλύτερα) μήκη κύματος.
Συμπέρασμα
Οι ακτίνες Χ είναι ένα πολύ ενεργητικό είδος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, έτσι μπορούν να διεισδύσουν βαθιά μέσα στα υλικά. Αν και εξαρτάται από μερικούς λιγότερο σημαντικούς παράγοντες, λόγω της ενεργητικής και ουδέτερης φύσης τους, μπορούν ακόμη και να διεισδύσουν σε μικρά φύλλα χάλυβα και άλλα μέταλλα παρόμοιας πυκνότητας.
Ωστόσο, αυτές οι έντονες μικρές ακτίνες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους και δεν μπορούν να ξεπεράσουν τα 250 μικρόμετρα. Αν χρειαστεί να διεισδύσετε βαθύτερα από αυτό για κάποιο λόγο, το καλύτερο στοίχημά σας μπορεί να είναι οι ακτίνες γάμμα!
