در سال 1895 یک فیزیکدان آلمانی به نام ویلهِلم روئنتگن شکل جدیدی از پرتو را کشف نمود.وی آن را اشعه‌ی ایکس نامید که برناشناخته بودن آن تاکید ورزد.این پرتوی اسرار آمیز قابلیت عبور از بسیاری مواد که نور مرئی را جذب می کنند٬ داشت. همچنین اشعه‌ی ایکس قدرت جداسازی الکترون‌های آزاد اتم را دارد. بیش از سال ها٬ این خصوصیات استثنایی٬ اشعه‌ی ایکس را در بسیاری از زمینه ها مانند پزشکی و تحقیقات در مورد طبیعت اتم مؤثر ساخت. سرانجام اشعه‌ی ایکس به عنوان شکل دیگری از نور معرفی شد .
نور٬ حاصل از جهش ها ٬ ارتعاشات و بی نظمی کل ذرات میباشد.نور مانند یک توله سگ سرزنده است که نمی‌تواند ساکن باشد.صندلی که شما روی آن نشسته‌اید در نگاه و احساس غیر متحرک به نظر می رسد.اما اگر شما بتوانید از دید اتمی به آن نگاه کنید خواهید دید که اتم ها و مولکول ها در حال ارتعاشند.صدها ترلیون مرتبه در ثانیه ارتعاش به هم برخورد می‌کنند. در حالیکه سرعت به دور گشتن الکترون 25000مایل در ساعت است.وقتی ذرات باردار برخورد می‌کنند بر اثر تغییرات ناگهانی حرکتشان یک بسته انرژی تولید می‌کنند که فوتون نامیده میشوند. فوتون ها با سزعت نور دور میشوند.در واقع آن ها نور یا امواج الکترومغناطیس هستند برای شروع یک استفاده فنی.
تا این زمان الکترون‌های باردار تنها ذره‌های شناخته شده هستند که دارای بیشترین ناآرامی هستند و بنابراین عامل تولید بسیاری از فوتونهای جهان میباشد.
اشعه X می تواند به واسطه برخورد بین یک الکترون و یک پروتون پر سرعت تولید شود.
نور می‌تواند شکل‌های مختلفی داشته باشد.امواج رادیویی ٬ امواج میکرو ٬ فروسرخ٬مرئی٬بسیار درخشان ٬اشعه‌ی ایکس و امواج گاما شکل‌های مختلف نور هستند. امواج رادیویی از فوتون های کم انرژی ساخته شده‌اند.فوتونهای بصری تنها فوتونهایی هستند که به وسیله چشم دیده میشوند.این پرتوها میلیون‌ها بار از پرتوهای رادیویی معمولی پر انرژی تر هستند.انرژی پرتوهای ایکس صد تا هزار برابر بیشتر از فوتونهای مرئی می‌باشند.سرعت ذرات هنگامی که برخورد یا ارتعاش می‌کنند یک محدوده را در انرژی فوتونها به وجود می‌آورند. هم چنین سرعت ٬ یک معیار اندازگیری دما نیز میباشد.(در یک روز گرم ذرات موجود در هوا نسبت به یک روز سرد سریعتر حرکت می‌کند.)
دماهای خیلی پایین (صدها درجه زیر صفر سلسیویس) تولید امواج رادیویی با انرژی کم و فوتون های امواج میکرو می نماید٬ در حالیکه بدن سرد ما (در حدود 30 درجه سلسیوس)تولید امواج مادون قرمز می کند.دماهای خیلی بالا (میلیون ها درجه سلسیوس)اشعه‌ی ایکس تولید می‌کند.
گستره امواج الکترومغناطیس:طول موج پرتوهای تولید شده به وسیله یک جرم معمولا مربوط به دماست.
هم چین خود فوتونها می‌توانند با الکترونها برخورد کنند.اگر الکترون ها بیشتر از فوتون ها انرژی داشته باشند٬ برخور می‌تواند انرژی فوتونها را افزایش دهد.در این صورت فوتونها با انرژی پایین می‌توانند به فوتون ها با انرژی بالا تبدیل شوند.این فرایندپراکندگی کامپتون(Compton scattering )خوانده می شود. که در مورد سیاهچاله ها٬جایی که ماده چگال می شودو درجه حرارت میلیونی وجود دارد٬این پدیده اهمیت می یابد.فوتونهای جمع آوری شده در فضا توسط تلسکوپ اشعه ایکس ٬ لکه های تاریک را آشکار میسازد.مناطقی که در آن ٬ذرات به واسطه انفجارهای عظیم یا میدان گرانشی شدید٬به دماهای بالا برانگیخته میشوند یا انرژی کسب می کنند.
بازگشت پراکنده کامپتونی
این شرایط در کجا وجود دارد؟
در یک تغییر شگفت آور مکان٬ در دامنه‌ای به وسعت فضای وسیع بین کهکشان‌ها تا دنیای فروریخته و حیرت انگیز ستاره‌های نوترونی یا سیاهچاله‌ها.
خطوط نشری و جذبی:
وقتی یک الکترون آزادبه وسیله میدان الکتریکی یک پروتون یا یک اتم باردار(یون)شتاب داده می‌شود فوتون های ساطع شده می‌تواند یک دامنه گسترده از انرژی را بوجود آورند.انرژی‌ها وابسته به سرعت حرکت الکترونها و میزانی که شتاب به آن‌ها داده شده است می‌باشند.انرژی فوتون های تولید شده تحت این فرایند طیف پیوسته خوانده می‌شود و می‌تواند به صورت یک منحنی پیوسته ترسیم شود.در مقایسه٬ اگر الکترون در حال گردش به دور هسته یک اتم خنثی یا باردار باشد٬طیف به صورت یک سری رأس های نوک تیز یا خطوط در می آید و این به خاطر تطابق گردش الکترون ها در اتم با نظریه کوانتم است.این گردش ها٬ یا بطور دقیق تر٬این سطوح انرژی ٬به واسطه مقدار انرژی که دارند مجزا می شوند ٬درست همانند جدا شدن پله ها به واسطه بلندیشان .همان طور که شما نمی توانید در موقیتی مابین گام های پله ای گامی بردارید ٬الکترون در اتم نمی تواند بین دو سطح انرژی قرار بگیرد.اتم برای هر عنصری مثل اکسیژن ٬کربن و ... سطح انرژی منحصر به خود دارد.
طیف NGC4151 منتقل شده با انرژی بالا توسط چندرا
مطالعه دقیق انرژی فوتون های ساطع یا جذب شده به وسیله ذرات یک اتم یک طرح کلی را برای حالت انرژی آن اتم ارائه می دهد.با دانستن این طرح کلی و گسترده انرژی ستاره شناسان قادرند در امواج ساطعه از ستارگان و گازها ٬به محاسبه مقدار هر عنصر اقدام کنند .در این صورت ستاره شناسان می توانند تعیین کنند که ستاره ها بیشتر از هیدروژن با مخلوطی از هلیم و همچنین عناصر سنگین تر مانند کربن٬نیتروژن و اکسیژن و مانند ان تشکیل شده اند.
به طور طبیعی الکترون در اتم در پایین ترین سطح انرژی(در پایین پله ها)قرار دارد.اما اگر اتم در اثر برخورد با یک الکترون آزاد یا یک اتم دیگر یا یک فوتون برانگیخته شود٬ پایین ترین سطح انرژی اشغال نخواهد شد.
انتشار اتمی
یکی از الکترون ها چرخنده به سرعت به این سطح می جهد و در بازگشت٬ انرژی در فرم فوتون مخصوص به آن سطح انرژی آزاد می کند. این فوتون خطوط گسیلش یک طیف را بالا می برد.یک گاز داغ متشکل از اتم ها یک طیف مرکب از خطوط گسیلش را بیرون می برد که این طیف بر اساس عناصر موجود در گاز می باشد.فرایندی عکس این هم می تواند رخ دهد .اگر جریانی از فوتون ها به یک گاز برخورد کند ٬آن دسته از فوتونهایی که انرژیشان با انرژی اتم های موجود در گاز مطابقت می کند٬توسط گاز جذب می شود. این فرایند سری خطوط جذبی گاز را افزایش می دهد.
پرتوهای سیکلوترن(Synchrotron)
سوپرنوا٬اما این کل داستان نیست. اشعه‌ی ایکس می تواند تحت شرایط دیگر نیز به وجود آید. زمانی که فیزیکدانان با اولین ذرات الکترونی کار می کردند٬ کشف نمودند که الکترون ها بدون هیچ گونه برخورد می توانند فوتون تولید کنند. این امکان وجود داشت زیرا میدان مغناطیسی در شتاب دهنده ها باعث حرکت سریع الکترون در یک مارپیچ تحت نیروی خطوط میدان مغناطیسی می شد. به این فرایند پرتوهای سیکلوترن گفته می شد. این ذرات کیهانی مانند الکترون ها می توانند به واسطه میدان های الکتریکی و مغناطیسی با سرعت هایی بالا٬ نزدیک به سرعت نور٬ شتاب بگیرند. این ذرات با انرژی بالا می توانند فوتون های سیکلوترن با طول موجی بیشتر از امواج رادیویی و انرژی مابین اشعه x و گاما تولید کند.
پرتوهای سیکلوترن :الکترون های در حال حرکت در میدان مغناطیسی فوتون ها را ساطع می کنند
پرتوهای سیکلوترن ساطع شده از منابع کیهانی دارای یک طیف گسترده یا فوتون های پراکنده همراه با طیف انرژی هستند. انرژی این پرتو٬ با سرعت کمتری نسبت به یک طیف ساطع شده از گاز داغ نزول می شود. وقتی پرتوی سیکلوترن در پس مانده های ابرنواخترها٬ جت های کیهانی یا منابع دیگر مشاهده می شوند٬ اطلاعاتی در مورد انرژی بالای الکترون ها و میدان مغناطیسی موجود به دست می آید.
طیف اشعه ایکس
اشعه تولید شده بوسیله لامپ اشعه ایکس یک طول موج ندارد. بلکه شامل گستره‌ای از طول موجهاست. پرتوهای ایکس بوسیله دو نوع فرایند تولید میشوند:
شتاب منفی الکترونها در موقع برخورد با انتهای ماده هدف پرتوهای ایکسی با طول موجهای متفاوت تولید می‌کند. این پرتو "سفید" یا نوار پیوسته فرکانسها در طیف اشعه ایکس را به عنوان تابش ترمزی می‌شناسند.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 150 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلودمقاله اشعه ایکس، شکلی دیگر از نور