Røntgenstråling

Grundbeskrivelse

Røntgenstråling er navngivet efter fysikeren Wilhelm Conrad Röntgen.

Han opdagede røntgenstråling i 1895 ved et tilfælde under et eksperiment med vakuumkamre. Røntgenstråling er, ligesom lys, elektromagnetisk stråling og består af fotoner med bølgelængder i den ikke synlige del af spektret (0,01nm – 10nm eller 100eV – 100keV).

Det udsendes, når elektroner ændrer hastighed (Bremsstrahlung) eller springer fra en højere elektronskal til en lavere (se atommodel).

Grunden til, at man bruger røntgenbilleder inden for lægevidenskaben er, at vævet i kroppen hovedsageligt består af mindre atomer og derfor ikke så let absorberer lys med høj energi. Knoglerne derimod består af store atomer og absorberer derfor langt mere. Det betyder, at hvis man retter lys med bølgelænger inden for røntgenspektret mod et legeme, ser man knoglerne som en slags skygge på røntgenbilledet.

Derudover bruges røntgenstråling til krystallografi, i madvareindustrien, lufthavne og ved konstruktion af metalliske delelementer i f.eks. stort maskineri.

Uddybende beskrivelse

Bremsstrahlung

Betyder bremsestråling. Når en elektron passerer tæt på et atom, kan den blive fanget af atomets felt. Ligesom en komet, der kommer for tæt på Jupiter.

En elektron afbøjes i et magnetfelt og udsender energi som følge af opbremsningen. I den proces dannes røntgenstråling. (Chano Birkelind).

Hvis den ikke er tæt nok på til at blive indfanget i atomets elektronsky, vil den ændre hastighed. Det vil sige, at den opbremses og mister energi. Den energi udsendes som lys i form af en foton.

Det samme er tilfældet for en ladet partikel, der passerer gennem et magnetfelt og dermed ændrer retning. Metoden bruges i synchrotroner over hele verden og er en af de mest effektive måder at få skarpe røntgenstråler med høj energi.

Kollisionsstråling

Et atom og en partikel kolliderer, atomet absorberer energien. b. En elektron fra en indre skal smides ud, for at atomet kan komme af med den overskydende energi. c. En elektron fra en ydre skal springer til en lavere skal og den overskydende energi afgives som røntgenstråling. (Chano Birkelind).

Når atomer støder ind i (kolliderer med) andre partikler, kan de blive anslået. Det benyttes bl.a. i røntgenapparater, hvor en fri elektron kolliderer med atomerne i anoden (se røntgenapparatet), så en elektron i en af de indre skaller 'sparkes' op i en højere skal. Den får altså tilført energi, men hører ikke hjemme i den nye skal. Den er derfor ustabil og vil på et tidspunkt springe tilbage til sin egen skal. Det samme gør sig gældende, hvis elektronen helt forlader atomet, da en elektron i en højere skal så vil tage dens plads.

Idet en elektron springer fra en højere skal til en lavere, udsendes den overskydende energi som lys med en bølgelængde svarende til energiforskellen mellem de to skaller. Hvis energiforskellen er stor nok, er der tale om røntgenstråling.

Røntgenrør

Et røntgenrør. Elektroner forlader katoden, K, og rammer annoden, A. Atomer bliver anslået, og herefter falder elektroner tilbage i deres respektive skaller. Røntgenstråling udsendes, X.U er spændingen over røret og W er kølemidlet. (Wikimedia Commons).

Et røntgenrør består af et vakuumkammer indeholdende en katode, eksempelvis en glødetråd fra hvilken elektroner strømmer ud, og en anode, hvor elektroner strømmer ind, der ofte laves af tungsten og er placeret i en vinkel sådan, at røntgenstrålingen er delvist ensrettet og kan passere gennem en åbning med et filter. Den stråling, der ikke rammer filteret, bliver absorberet i den omgivende blybeholder.

Spændingsforskellen mellem katode og anode er meget stor for, at elektronerne skal opnå en hastighed stor nok til at skabe røntgenstråling. Det betyder så, at elektronerne rammer anoden med en voldsom hastighed og afsætter store mængder energi i form af varme. Anoden er derfor ofte et slags hjul, der roteres og afkøles af f.eks. vand eller olie for ikke at smelte.

Filtret er til for at kunne fokusere røntgenstrålen og undgå at strålingen spredes. Man siger, at strålen er kollimeret (lyset har samme retning).

Chano Birkelind