X Işınları
X Işınları, doğadaki görünür ışık ya da radyo dalgalarına benzeyen bir elektromagnetik ışınım biçimidir. Öbür ışınım türleri gibi X ışınları da, boşlukta (vakumda) yol alabilen ve ancak bazı maddelerin içinden geçebilen enerji dalgalarından oluşur. X ışınları gözle görülemez ve elektromagnetik tayfın m orötesi ışınları ile gamma ışınları arasında kalan kesiminde yer alırlar.
X ışınlarını 1895’te, Alman bilim adamı Wilhelm Conrad Röntgen keşfetti. Bu yüzden bu ışınlara Röntgen ışınları da denir. Röntgen, havasının çoğu boşaltılmış bir vakum lambasının içinden geçirdiği elektrik akımıyla deney yaparken iki olay gözlemledi. Bunlardan birincisi, katottan (eksi kutup) anota doğru, çok küçük parçacıklardan oluştuğu düşünülen ışınların aktığı ve bu ışınların lambanın öbür ucuna sıvanmış fosfor katmana çarptığında camda yeşil bir flüorışıma yarattığıydı. Aslında bu, o dönemde bilinen bir olguydu.
Kendisine bugünkü ününü kazandıran öbür gözlemi ise Röntgen’in, akım geçişi sırasında vakum lambasında garip bir ışınımın oluştuğunu bulmasıydı. Deneyi yaptığı tezgâhın üzerinde, lambanın yakınlarında, baryum platinosiyanür bileşiğiyle kaplı bir ekran vardı; lamba siyah kâğıtla kaplı olduğunda bile bu ekranın üzerinde bir flüorışıma oluşuyordu., Röntgen bu ışımaya, lamba üzerindeki yeşil flüorışıma bölgesinden siyah kâğıdı geçip gelen ışınların yol açtığı sonucunu çıkardı. Ayrıca, lamba ile ekran arasında yer alan cisimlerin gölgelerinin de ekranın üzerine düştüğünü fark etti ve buradan da bu ışınların bazı maddelerden siyah kâğıttaki kadar kolay geçmediği sonucuna ulaştı.
Bu çalışmasıyla 1901’de ilk Nobel Fizik Ödülü’nü kazanan Röntgen, bu yeni ve gizemli ışınlara X ışını adını verdi. Röntgen, katottan gelen ışınların çarptığı herhangi bir katı cismin X ışınları saldığını da buldu. Katot ışınlarının, elektron adı verilen çok küçük parçacıkların akışı olduğu daha sonra ortaya çıkarıldı. Lambaya katot ışınlarının akış yolu üzerine metal bir hedef yerleştirildiğinde, hareket halindeki elektronların aniden durdurulması sonucunda oluşan X ışınlarının miktarı, bu elektronların yalnızca lambanın çeperlerine çarpmasıyla ortaya çıkan X ışınlarının miktarından çok daha fazla olduğu da sonradan bulundu.
X ışınlarının elektromagnetik enerji dalgaları olduğu ancak 1912’de kanıtlandı. Işık ya da radyo dalgalarına benzemekle birlikte, X ışınlarının dalga boyu öbür elektromagnetik ışınım biçimlerininkinden çok daha kısadır. X ışınlarının dalga boyu 1 nanometrenin onda biri ile 100 nanometre arasında değişir. (1 nanometre 1 metrenin milyarda l ’idir.) X ışınları ayrıca çok yüksek enerjiye sahiptir. Bu ışınların maddenin içine işleyebilmesi de bu özellikten kaynaklanır.
X Işınlarının Üretilmesi
X ışınları, vakum lambasındaki hedefin elektronlarla bombardıman edilmesi sonucu elde edilir. X ışınlarının maddenin içine işleyebilme gücüne “sertlik” denir. Bu ışınların sertliği başlıca iki şeye bağlıdır. Bunlardan birincisi, lambadaki havanın ya da gazın ne derece boşaltılmış olduğudur. Lambada kalan gaz moleküllerinin sayısı ne kadar azsa, bu moleküllerle çarpışarak hedeften sapan elektronların sayısı da o kadar az olur. İkinci etken tüpe uygulanan gerilimin şiddeti, yani elektrik basıncıdır. Gerilim ne kadar yüksekse, hedefe çarpan elektron akımının darbe etkisi de o ölçüde büyük olur.
Bugün kullanılmakta olan X ışını lambalarının çoğu Coolidge lambasıdır. Bu lamba türünü ABD ’li bilim adamı William David Coolidge (1873-1975) geliştirmiştir. Son derece yüksek bir vakum düzeyine sahip olan bu lambalarda elektronlar, radyo lambalarında olduğu gibi sıcak bir filamandan (ince bir telden) yayılır. Katottan çıkan ve 1 milyon volta kadar ulaşabilen yüksek bir gerilimle hızlandırılan elektronlar tungstenden yapılmış ağır bir çubuğa çarptırılır. Tungsten, elektron bombardımanının neden olduğu yüksek sıcaklıklara erim eden dayanabilir. Tungsten çubuğun filamana yakın olan ucu belirli bir eğimle kesilmiştir; bu uca hedef denir. Hedeften X ışınları yayılır, ama lamba belirli bir açıklık dışında kalın bir kurşun katmanıyla sıvanmış olduğundan X ışınları yalnızca bu açıklıktan dışarı çıkar, bu yüzden de bir demet halinde yol alır.
X ışınları insanın iç organlarının resmini çekmek için kullanılabilir. X ışınları insan vücudundan geçerken, bazı dokular tarafından başka dokulara oranla daha çok soğurulur (emirilir). Örneğin kemikler kaslara göre daha çok X ışını soğurur. Bu tür soğurma farklarından kaynaklanan bilgiler, yorumlanmak üzere düşürülebilir ya da bir film üstüne kaydedilebilir. Eğer bir fotoğraf filmi X ışınlarının yolu üstünde tutulursa, filmin vücuttan daha çok X ışınının geçtiği .kesimleri kararır. Böylece vücudun iç organlarını gösteren bir “gölge resmi” (radyografi) elde edilir.
Film yerine plastikle kaplanmış beyaz kâğıt da kullanılabilir. Selenyum gibi yarıiletken bir maddeden yapılmış bir levha elektrikle yüklenir ve X ışınına tutulursa, ışınım gören kesimlerindeki yük ortadan kalkar, ışınım görmeyen kesimleri ise yüklü kalır. Ardından, alıcı selenyum levha her parçacığı elektrik yüklü çok ince bir çivit tozu bulutundan geçirilir ve böylece toz parçacıklarının levha üzerindeki karşıt elektrik yüklerince çekilmesi sağlanır. Sonra bu toz parçacıkları plastik kaplı beyaz kâğıt üzerine aktarılır, böylece kuru bir radyografi elde edilir.
Flüorışıl bir ekranın X ışınlarına tutulmasıyla hareketli resimler elde edilebilir. Ekran, vücudun en az sayıda X ışını geçirdiği yerlerde en parlak olur. Ekranın X ışını çarpan bölgelerinde flüorışıma oluşur; bu yüzden bu muayene yöntemine flüoroskopi denir. X ışınlarının taşıdığı bilgi videobant ya da film üzerine kaydedilebilir.
Bilgisayarlı tomografi taramasında, fotoğraf filmi yerine son derece duyarlı algılayıcılardan yararlanılır. Bu yöntemde vücuda ince bir X ışını demeti tutulur; soğurulmayan ışınım vücuttan algılayıcıya geçer. Daha sonra bir bilgisayar bu bilgiyi vücuttan alınmış çapraz bir kesit biçiminde yorumlar.
X Işınlarının Tıpta Kullanılması
Çeşitli hastalıkların tanı ve tedavisinde, başta X ışınları olmak üzere çeşitli ışınım türlerinden yararlanılmasına dayalı tıp dalına radyoloji denir. Doktorlar ya da radyologlar, X ışınlarıyla çekilen filmleri, yani röntgen filmlerini inceleyerek vücudun pek çok bölümünü gözden geçirebilirler. Akciğerlerde herhangi bir enfeksiyon, kanser ya da başka bir hastalık belirtisi bulunup bulunmadığı bu yolla saptanabilir. Kemiklerdeki kırıklar da röntgen filmlerinde görülebilir. Diş hekimleri dişlerin, diş köklerinin ve çevresindeki dokuların sağlıklı olup olmadığını anlamak için X ışınlarından yararlanırlar.
Doktorlar sindirim kanalını inceleyerek tanı koyabilmek için hastaya baryum sülfat içirirler. Et ve kemik dokusundan daha yoğun, X ışınlarını geçirmeyen bir madde olan baryum sülfat flüorışıl ekran üzerine koyu bir gölge biçiminde yansır ve sindirim sisteminde aşağı doğru inerken izlenebilir.
Işınım, içinden geçtiği hücreye her zaman belirli bir zarar verdiği için büyük bir dikkatle kullanılmalıdır. Yüksek enerjili öbür ışınım biçimleri gibi X ışınları da tehlikeli olabilir. Ama öte yandan X ışınları dokuları tahrip edebildiği için, kanser gibi hastalıklı hücrelerin yok edilmesinde kullanılabilir.
Sanayide X Işınları
Sanayide X ışınları metal parçaların, özellikle de dökümlerin ve kaynaklanmış parçaların sağlamlığının denetlenmesinde kullanılır. Çok sayıda parçadan oluşan malzemelerin, örneğin elektrikli aletlerin montajının doğru yapılıp yapılmadığı da X ışınlarıyla incelenebilir. Polis ve gümrük memurları yolcu valizlerinde yasadışı bir maddenin bulunup bulunmadığını anlamak için X ışınlarından yararlanırlar.
X ışınları bugün kullanılmakta olan pigmentlere (renk verici maddelere), eski ressamların kullanmış oldukları pigmentlere oranla daha kolay işler. X ışınlarının bu özelliğinden yararlanan sanat uzmanları, eski bir ressama ait olduğu iddia edilen bir yapıtın sahte olup olmadığını, üzerinde herhangi bir değişikliğin yapılıp yapılmadığını saptayabilirler. Tabloların alt katmanlarının X ışınlarıyla incelenmesiyle, ünlü ressamların yapıtlarını nasıl ortaya çıkardıklarına ilişkin pek çok şey öğrenilmiştir. X ışınlarının farklı maddelerde farklı renklerde flüorışıma oluşturma özelliğinden, gerçek değerli taşları yapaylarından ayırt etmekte de yararlanılır.
Bilimsel Araştırmalarda X Işınları
X ışınları canlı hücrelerdeki genetik maddelerin değişim hızını artırmak için kullanılabilir. Böylece bilim adamları yeni canlı türleri yaratmak ve belirli genlerin kalıtım modelini incelemek için X ışınlarından yararlanabilirler. ABD’li genetikçi Hermann Joseph Muller, X ışınlarının değşinim yaratıcı (mutajenik) özellikleri üzerindeki çalışmalarıyla 1946 Nobel Tıp ya da Fizyoloji Ödülü’nü almıştır.
X ışını kristalografisi, maddelerin kristal ve molekül yapısını incelemekte kullanılan bir yöntemdir. Görünür ışıktan farklı olarak X ışınları, içinden geçtikleri mercek, prizma ve aynalarda önemli bir doğrultu değişikliğine uğramaz. Ama öte yandan kristallerdeki atomlar düzenli bir yerleşim içindedir ve X ışınlarını kırılmaya uğratacak kadar birbirlerine yakındır, bu yüzden de belirli bir kırınım deseni oluşturur. Çözümlenecek kristal örneğin üzerine X ışını demeti düşürülür ve ortaya çıkan kırınım deseninin filmi çekilir. Bu desendeki beneklerin konumları çözümlenerek kristalin atom yapısı konusunda bilgi edinilir.
X ışını kırınımına dayalı inceleme yöntemleri, biyoloji açısından önemli moleküllere ilişkin bilgilerimizin artmasında yaşamsal bir rol oynamıştır. Örneğin, DNA olarak anılan deoksiribonükleik asidin X ışını kırınımıyla incelenmesi, DNA moleküllerinin ikili sarmal yapısının belirlenebilmesine yardımcı olmuş ve böylece bilim adamları genetik şifreyi ve bunun kalıtım sürecindeki rolünü öğrenebilmişlerdir.
X ışını kırınımı yöntemi metallerin, kayaçların, minerallerin incelenmesinde ve cevher çökellerinin yerlerinin saptanmasında da uygulanır. X ışınları tarayıcı elektron mikroskoplarında da kullanılır.
X Işını Astronomisi
X ışını astronomisi, dış uzaydaki X ışını kaynaklarının incelenmesini konu alan bir bilim dalıdır. X ışınları Dünya atmosferinde soğurulduğundan yerdeki aletlerle kolayca toplanıp gözlemlenemez. Bu nedenle X ışını teleskopları ve algılayıcıları roketlerle, balonlarla çok yükseklere çıkartılır ya da bir uyduyla Dünya yörüngesine oturtulur. X ışını astronomisiyle, aralarında yıldızların, süpernova kalıntılarının ve kuvazarların da bulunduğu binlerce X ışını kaynağı ortaya çıkartılmıştır. Kuğu X-1 adı verilen güçlü ve önemli bir X ışını kaynağının, görünmeyen yoldaşıyla birlikte ortak bir kütleçekimi merkezi çevresinde dolanan, görünür bir yıldız olduğu sanılmaktadır. Yoldaşının görünür yıldızdan madde çeken bir kara delik olduğu ileri sürülmüştür. Bu varsayıma göre, yıldızdan çekilen madde kara delikte yok oldukça, kara delik X ışınları salmakta ve astronomlar da bu ışınları gözlemlemektedir
