X-IŞINLARININ ÖZELLİKLERİ VE ELDE EDİLMELERİ X-ışınları Alman fizikçi Wilhelm RÖNTGEN tarafından 1895 yılında keşfedilmiştir.
X-ışınlarının oluşum mekanizması fotoelektrik olaya neden olanın tam tersidir. Yani elektronların kinetik enerjisinin foton enerjisine dönüşmesidir. Termoiyonik olay sonucu katodu terk eden elektronlar, anot ile katot arasına uygulanan çok yüksek potansiyel farkı altında hızlandırılır. Yüksek enerjilere sahip bu elektronlar, anot üzerine yerleştirilen erime sıcaklığı yüksek bir metal hedef üzerine düşürülür. Hedefe çarpan bu yüksek enerjili elektronlar nedeniyle X-ışınları ortaya çıkar. Bu şekilde x-ışınlarının ortaya çıkmasının iki nedeni vardır: ilki Bremsstrahlung denilen frenleme ışınımı, diğeri ise elektronların kabuk değiştirmesinden dolayı oluşan karakteristik x-ışınlarıdır.
SÜREKLİ X-IŞINLARI SPEKTRUMU Hızlı elektron hedef materyal içinde, hedef atomun çekirdeğine yakın yerlerden geçerken ivmeli hareket yapar. Yüklü paracık ivmeli hareket yaparken bir ışıma yaparak enerjisini kaybeder. Elektronda çekirdek yakınından geçerken ivmeli hareket yaptığından dolayı x-ışınları yayar ve böylelikle enerjisini kaybeder. Böylece farklı dalga boylarında bir çok foton yayınlanır ama bunların hiçbiri oluşmalarına neden olan elektronun ilk enerjisini geçemez. KARAKTERİSTİK X-IŞINLARI Hedef materyal üzerine gelen x-ışını iç kabuk elektronlarından birini sökebilir.bu durumda elektronun söküldüğü kabukta bir elektron boşluğu oluşur. Bu boşluk üst kabuklardaki elektronlar tarafından doldurulur. Üst kabuktaki elektron, boşluğunu doldururken fazla enerjisini X-ışını fotonu olarak salar. Böylece karakteristik X-ışınları oluşur. Bu ışınların enerjileri her atoma göre farklı olduğu için bunlara karakteristik X-ışınları denir. Elektron boşluğunu dolduran elektronun geldiği kabuğa bağlı olarak bu X-ışınları K α, K, L α, L.. biçiminde isimlendirilir.bu durum şekilde görülmektedir.
Molibdenin X-ışınları spektrumu. X-ılınları dalga boyları 0.1-100 Å arasında değişen elektromanyetik dalgalardır. Dalga boyları küçük, girginlik dereceleri fazla olan X-ışınına sert X-ışını, dalga boyları büyük, girginlik dereceleri az olan X-ışınına yumuşak X-ışını denir. Kristalografide 0.5-2.5 Å (yumuşak), radyolojide 0.5-1 Å (sert) dalga boylarındaki X-ışınları kullanılır
X-IŞINLARININ KULLANIM ALANLARI X-ışınları Röntgen tarafından keşfedilmesinden bugüne, çok kısa dalga boyları ve yüksek enerjileri ile günlük hayat içinde çok önemli ve yaygın Kullanım alanları bulmuştur. X-ışınları, tıpta teşhis ve tedavi aracı olarak büyük öneme sahiptir. Radyoskopi ve radyografi için genellikle 50-200 kv luk hızlandırıcı gerilimlerle çalışan X-ışınları tüpünden elde edilen kısa dalga boylu sert ışınlardan yararlanılır. Radyografi Radyografi, radyolojik tanı yöntemlerinin en eskisidir. X-ışınlarının diyagnostik radyolojide kullanılmalarını sağlayan temel özellik, dokuyu geçebilme Yetenekleridir. Flouresans ve fotografik özellikleri ise görüntünün elde edilmesini sağlar. İnsan vücudunun değişik atom ağırlığında ve değişik kalınlık ve yoğunlukta dokulardan yapıldığından, x-ışınının absorbsiyonu da farklı olacaktır. Farklı absorbsiyon ve girginlik sonucu, röntgen filmi (röntgenogram) üzerine değişik oranlarda düşen xışınları geçtikleri vücut parçasının bir görüntüsünü oluştururlar.
Fotonların Madde ile Etkileşmesi Rayleigh saçılması veya koherent saçılma Bu saçılmada gelen fotonun enerjisi değişmez sadece yönü değişir. 30 kev den düşük enerjilerde meydana gelir. Fotoelektrik olay. Gelen foton soğurulur ve geliş doğrultusunda bir elektron çıkar. Kompton saçılması. Çift oluşumu. Nükleer reaksiyonlar. Bu etkileşim medikal uygulamalarda kullanılmazlar.
X-Işınlarının Doku ile Etkileşimi μ çizgisel soğurma kat sayısıdır. Gelen fotonun enerjisine göre ve hedefe göre değişir. Çoğu zaman kütle soğurma katsayısı Kullanılır. Su için Ca için
X-Işını Dedektörleri Ekran-Film Dedektörleri Ekran: Fotografik film X-ışınlarını soğurmada son derece verimsizdir. Gelen fotonların sadece %2 si soğurulur. Bu oranı artırmak için filmin önüne ve arkasına ekran konulur. Bu sayede soğurma verimi (absorption efficiency) artırılır. Ekranna gelen X-ışını soğurulduğunda ekrandaki elektronları uyarır ve iyonlaşmalarına sebep olur. Bu elektronlar farklı elektronları da uyarırlar. Bu elektronlar ilk durumlarına dönerken görünür ışık yayarlar. Bu ışıklara sintilasyon denilir. Böylece soğurma verimi % 50 den daha fazla olur. Ekran maddesinin floresans madde olması istenir (Kalsiyum-tungstate CaWO4, Tl katkılı sezyum iyodür CsI:Tl gibi), fosforesans maddeler tercih edilmezler. Film: Gümüş bromür (AgBr) kristallerinden oluşur. Bu kristal üzerine ışık düştüğünde fiziksel yapısı değişir. Bu filmler banyo edildiğinde ışık düşen yerler siyah diğer yerler ise beyaz olur. Bu renklerin derecesi soğurulan ışığın miktarına göre değişir. Ne kadar çok ışık soğurursa o kadar karanlık oluşur. Görüntü Şiddetlendirici: (Floroskopi) Gelen x-ışınları ekrana geldiğinde görünür ışığa çevrilir. Bu ışık fotokatoda gönderilir ve elektron salınması sağlanır. Bu elektronlar hızlandırıcı bir potansiyel altında floresan ekrana çarptırılarak buradan görünür ışık salınmasını sağlar. Bu ekran bir kamera ile birleştirilerek görüntü kaydedilir.
Dijital Radyografi Dedektörleri Fosfor Deposu (Storage Phosphors): Fosforans ın özel bir durumudur. Gelen x-ışınları hedef elektronları uyararak valans bandından iletim bandına geçmelerini sağlar. Bu elektronlar hemen eski yerlerine dönmezler. Madde içerisine katılan safsızlıklardan dolayı oluşan elektron tuzaklarında tuzaklanırlar. Daha sonra bu tabaka lazer ışınlarıyla taranarak elektronlar tuzaklandıkları yerlerden çıkarlar ve görünür ışık yayarlar. Bu ışıklar dijital elektronik sayesinde bilgisayara aktarılabilir. Aktif Düz Ekran Dedektörleri ( Active Matrix Flat Panel Detectors): Dijital radyografi için yeni bir teknolojidir. Hemen hemen gerçek zamanlı görüntüler oluşturur. Bu dedektörlerde foto iletken (a-se veya CdTe) bulunur. Foto iletkene gelen x-ışınları burada doğrudan şiddetleri ile orantılı olarak elektrik akımının oluşmasına neden olur. Bu elektrik pulsları dijital devrelerde değerlendirilerek bilgisayara görüntü aktarılır.
Radyografi Ekipmanı 1) X- ışını kaynağı 2) Al veya Al+Cu filitre. Düşük enerjili fotonların soğurulması için. 3) Toplayıcı (kolimatör).işınlanacak alanı sınırlandırmak için. 4) Hasta veya incelenecek örnek. 5) Toplayıcı. Büyük açıda saçılan ışınların durdurularak görüntü oluşturmasını engellemek için. 6) Dedektör.
Klinik Uygulamalar Şuan için mevcut uygulaqmalarda daha çok dijital radyografi kullanılmaktadır. X-ışınları görüntüsü statik veya dinamik olarak elde edilebilir. Statik görüntülenmede ekran-film kombinasyonu veya dijital radyografi kullanılırken, dinamik görüntülemede görüntü artırıcı veya aktif düz ekran dedektörleri kullanılmaktadır. Dinamik görüntüleme floroskopi olarak adlandırılır. X-ışını soğurma farklılıklarının çok az olduğu bölgelerde contrast veya boya maddesi (bunların soğurma katsayısı çok yüksektir ve genellikle iyodin içerirler) kullanılır. Özellikle damar içini ( kan damarları ve kalp) ve kaviteli organlar içini (böbrek gibi) görüntülemek için uygundur. Radyografik görüntüler: İskelet (kemik) görüntüleme, göğüs görüntüleme, mamografi, diş görüntüleme. Floroskopik görüntüler: İntervasyonel floroskopi (kemik ameliyatlarında) Anjiyografi Baryum floroskopi (mide ve bağırsak görüntülemede) Ürografi (böbrek ve idrar yolları görüntülemede)