røntgenstråler

røntgenstråler, kortbølgede elektromagnetiske stråler.

Bølgelengdeområde

Ved lange bølgelengder går røntgenstrålene over i den ultrafiolette delen av spekteret, og man har ikke noe skarpt skille mellom røntgenområdet og det ultrafiolette området. Betegnelsen velges ut fra de metoder som brukes ved fremstilling, undersøkelse og anvendelse av strålene. Røntgenstrålemetoder anvendes for bølgelengder opptil 60 nm, optiske metoder for ultrafiolette stråler ned til ca. 10 nm. Ved korte bølgelengder går røntgenområdet over i γ-området, men skillet mellom røntgen- og gammastråler er prinsipielt knyttet til strålenes opprinnelse og ikke til deres bølgelengde eller energi. Den mest anvendte del av røntgenspekteret ligger i bølgelengdeområdet 0,1–0,003 nm (energi 10–500 keV).

Opphav

Røntgenstråling oppstår på to måter, som bremsestråling og ved karakteristisk stråling fra eksiterte atomer. Bremsestråling sendes ut når elektroner og andre ladede partikler bremses eller akselereres. Bølgelengden avhenger av hvor raskt partiklene akselereres, og strålingen danner et kontinuerlig spektrum over et stort intervall. Når elektroner bremses i et stoff, vil bremsestrålingen ligge i et område begrenset oppad i energi (nedad i bølgelengde) svarende til at all elektronets energi går over til et enkelt kvant. Ved energier over noen få keV får man et bremsespektrum vesentlig i røntgenområdet. Samtidig vil i en rekke atomer som utsettes for elektronbombardement, de indre elektronskallene bli eksitert, og i den følgende deeksitasjon sendes det ut stråling med bølgelengde karakteristisk for vedkommende grunnstoff. Dette gir opphav til linjespekteret eller den karakteristiske røntgenstråling.

Produksjon

Røntgenstråling produseres vanligvis ved å stoppe en elektronstråle i tungt stoff. Det vanligste apparatet for å frembringe røntgenstråling er røntgenrør. For å oppnå meget høyenergetisk røntgenstråling til bruk i kreftbehandling, brukes elektronakseleratorer, bl.a. betatron, som gir energier opptil 10-20 MeV. Når den primære radioaktive strålingen (α-, β- og γ-stråling) stoppes, oppstår også røntgenstråler, og stråling fra radioaktive kilder vil derfor for en stor del være røntgenstråler.

Egenskaper, størrelser

Strålingens gjennomtrengningsevne, eller hardhet, øker med avtagende bølgelengde, dvs. med økende energi av strålingskvantene. For samme bølgelengde (samme hardhet) øker absorpsjonsevnen til et stoff med økende densitet og økende atomnummer. Absorpsjonstykkelsen, den tykkelse av et stoff som må til for å redusere strålingsintensiteten med 1/e (e, grunntallet i det naturlige logaritmesystem), er for forskjellige stoffer og energier gitt i tabellen. Ofte finner man i tabeller angitt svekningskoeffisienten, som er det inverse av absorpsjonstykkelsen.

Røntgenstrålers anvendbarhet i røntgendiagnostikk og røntgenkontroll beror hovedsakelig på det forhold at absorpsjonsevnen øker med densitet og atomnummer. Derfor absorberer f.eks. bensubstans, som inneholder kalsium og fosfor, mer av strålingen enn bløtt vev som inneholder vesentlig hydrogen, oksygen, nitrogen og karbon.

Røntgenstrålers brytningsindeks er ubetydelig mindre enn én. I motsetning til lys brytes eller reflekteres de derfor ikke merkbart når de går fra et stoff til et annet. Derimot opptrer bøyningsfenomener på samme måte som ved lys når strålene går gjennom en liten åpning eller spres av et lite legeme, og man får interferensbilder når strålene går gjennom eller kastes tilbake av et gitter hvor gitterkonstanten er av samme størrelse som strålenes bølgelengde. Mens optiske gitre lages som streker på en glatt flate, er de gitterkonstanter man trenger i forbindelse med røntgenstråler så små at de vanskelig lar seg fremstille. I 1912 foreslo M. von Laue å bruke atomgitre i krystaller for å undersøke røntgenstråler og la dermed grunnlaget for røntgenspektroskopi både for undersøkelser av krystallstrukturer og som metode for å bestemme strålenes bølgelengde. Se røntgendiffraksjon, røntgenkrystallografi.

Historie

Røntgenstråler ble oppdaget 1895 av W. C. Röntgen og av ham kalt X-stråler, en betegnelse som fremdeles brukes i engelsktalende land. Röntgen la merke til at en papirskjerm vasket med barium-platinacyanid fluorescerte sterkt hver gang et katodestrålerør ble slått på. Han fant at dette skyldtes stråler som kom fra rørets anode. Han oppdaget også at strålene virket på samme måte som lys på en fotografisk film og at de var meget gjennomtrengende, særlig i lett stoff. Han foretok gjennomlysninger og tok røntgenbilder av menneskelige organer og la dermed grunnlaget for strålenes viktigste anvendelse: røntgendiagnostikk og røntgenkontroll. Oppdagelsen av radioaktive strålers virkning på levende vev (se radioaktivitet, strålebehandling) ledet til at røntgenstråler også fikk anvendelse i terapi, særlig ved visse former av kreftsykdommer.

For røntgenstråler i rommet, se røntgenastronomi.

Absorpsjonstykkelse i mm for røntgenstråler