پرتو ايكس هم مثل بسياري از كشف‌ها تصادفي بود. 1895 فيزيكدان آلمان ويلهلم رونتگن در حين آزمايش باريكه‌ي الكترون در گاز بدون بار اين كشف را انجام داد. رونتگن متوجه شد كه صفحه‌ي فلئورسنت در آزمايشگاهش زمان روشن شدن باريكه‌ي نور در لوله‌‌ي گاز مورد آزمايش، روشنايي ديگري را هم مي‌بينيد. اين پديده به خودي خود عجيب نبود چون ماده فلئورسنت در اندركنش‌هاي تابش الكترومغناطيسي  نور مي‌تاباند. ولي لوله‌ي آزمايش رونتگن با مقواي ضخيم سياهي پوشيده شده بود! او فرض كرد كه اين تابش حتماً ناشي از مسدود كردن مسير نور به بيرون از محيط لوله بوده است.

رونتگن اجسام مختلفي را بين لوله و صفحه گذاشت ولي همچنان تابش به بيرون وجود داشت. بالاخره دستش را جلوي لوله گرفت و تصوير استخوان‌هايش را در صفحه فلئورسنت ديد!‌رونتگن بعد از كشف اين پرتو، بلافاصله كاربردهايي هم برايش پيدا كرد.

اين كشف قابل توجه يكي از مهم‌ترين دستاوردهاي پزشكي در تاريخ بشر شد. فناوري پرتو ايكس پزشكان را قارد مي‌سازد تا استخوان‌هاي شكسته،‌ پوكي‌استخوان، دندان‌ها‌ و  اجسام بلعيده شده يا فرورفته در بدن را مشاهده نمايند. پرتو ايكس كنترل شده امروزي مي‌تواند براي تست گلبول‌هاي خون، حنجره و روده هم بكار رود.

در اين مطلب خواهيم ديد كه چطور يك ماشين پرتو ايكس اين كارها را براي كا ميسر مي‌‌كند. ولي قبل از آن مفهوم پرتو ايكس را مرور مي‌‌كنيم.

پرتو ايكس چيست؟

پرتوهاي ايكس درست شبيه نور مرئي هستند. هردو موج‌گونه‌اي از انرژي الكترومغناطيسي هستند كه توسط ذرات حمل مي‌شوند كه ما آنها را فوتون مي‌ناميم. فرق بين پرتوهاي ايكس و نور مرئي در تراز انرژي فوتون‌هاي حامل آنهاست. در فيزيك به آن طول موج هم مي‌گوييم.

چشمان ما به طول‌موج‌هاي خاصي از نور مرئي حساس است و طول‌موج‌هاي كوتاه‌تر مثل ايكس يا بلندتر مثل راديويي را نمي‌بيند.

فوتون‌هاي نور مرئي و  ايكس هردو بوسيله‌‌ي الكترون‌هاي درحال حركت در اتم‌ها توليد مي‌شوند. الكترون‌ها در تراز‌هاي انرژي مختلفي جاي مي‌گيرند كه به آنها اوربيتال مي‌گوييم كه محيط هسته‌ي اتم است. وقتي الكتروني در اوربيتال يا تراز پايين‌تر مي‌افتد بايد انرژي آزاد كند؛ يعني انرژي اضافي به شكل فوتون. تراز انرژي فوتون به دوري الكترون از هسته بستگي دارد (شكل2).

وقتي يك فوتون به اتم ديگري برخورد مي‌كند،‌اتم انرژي فوتون را جذب و يكي از الكترون‌هاي اتم به تراز بالاتر مي‌رود. براي اينكه اين اتفاق بيفتد،‌تراز انرژي فوتون بايد با اختلاف انرژي دو مكان الكترون (قبل و بعد از برخورد فوتون)  يكسان باشد. به عبارت بهتر انرژي فوتون فرودي تراز بعدي الكتروني راكه دور هسته مي‌چرخيد تعيين مي‌كند. اگر اين اختلاف انرژي با انرژي فوتون يكسان نباشد، يعني به ميزان انرژي فوتون فرودي الكترون قابليت تغيير تراز نداشته باشد، اين انتقال اتفاق نمي‌افتد.

اتم‌ها هستند كه بدن شما را مي‌سازند و نور مرئي را هم بخوبي جذب مي‌كنند. تراز انرژي فوتون گسيلي با اختلاف انرژي‌ بين مكان‌هاي الكترون يكي ‌است. امواج راديويي انرژي كافي براي حركت دادن الكترون‌ها بين اربيتال‌ها يا مدارها در اتم‌هاب بزرگ‌تر ندارند،‌ درنتيجه از اتم‌ها گذر مي‌كنند و جذب نمي‌شوند. فوتون‌هاي پرتو ايكس هم از بسياري از اجسام عبور مي‌كنند ولي دليلش كاملاً متفاوت است. آن‌ها بسيار پُر انرژي هستند.

آن‌ها مي‌توانند الكترون را حتي از اتم‌ خارج كنند. بعضي‌ از مقادير انرژي فوتون پرتوهاي ايكس،‌ در حدي هست كه هم الكترون را از اتم خارج ميكند هم انرژي اوليه‌اي براي حركت به آن مي‌دهد. اتم بزرگتر فوتون را مي‌تواند جذب كند  چون اتم‌هاي بزرگتر اختلاف اوربيتالهاي انرژي بزرگتري دارند (تراز انرژي با انرژي فوتون فرودي بيشتر همخواني دارد). اتم‌هاي كوچكتر اروبيتال‌هاي انرژي كوچك‌تري دارند كه باعث مي‌شود اتم كمتر فوتون رو بتواند جذب كند.

لينك مرتبط: ماشين پرتو ايكس