Chest X-ray av /Radiopaedia.org. Begrenset gjenbruk

røntgenstråler

Røntgenstråler er en type elektromagnetisk stråling som særlig brukes til å ta bilder av innsiden av kroppen ved røntgenundersøkelse, og som har vært svært viktige for å diagnostisere skader og sykdommer.

Strålene ligger mellom ultrafiolett stråling og gammastråling i det elektromagnetiske bølgespekteret. De ble oppdaget i 1895 av fysikeren Wilhelm Conrad von Röntgen.

Bølgelengdeområde

Et røntgenbilde tatt av en menneskehånd i en forelesning av Wilhelm Röntgen. For ytterligere informasjon, se A. Haase, G. Landwehr, E. Umbach (redaktører) (1997) Röntgen Centennial: X-rays in Natural and Life Sciences, Singapore: World Scientific, side 7-8 ISBN: 981-02-3085-0.
Av .
Lisens: Public domain

Elektromagnetisk stråling med bølgelengde mellom 0,01 og 10 nanometer blir kalt røntgenstråling. Skillene til gammastråling (bølgelengde under 0,01 nanometer) og ultrafiolett stråling (bølgelengde over 10 nanometer) er ikke skarpe. Siden overgangene er gradvise, vil betegnelsen for strålingstypen ofte velges ut fra de metodene som brukes ved fremstilling, undersøkelse og anvendelse av strålene. For eksempel anvendes røntgenstrålemetoder for bølgelengder helt opp til 60 nanometer, mens optiske metoder for ultrafiolette stråler anvendes ned til cirka 10 nanometer.

Ved korte bølgelengder går røntgenområdet over i gammaområdet, men skillet mellom røntgen- og gammastråler (γ-stråler) blir i praksis ofte knyttet til strålenes opprinnelse og ikke til deres bølgelengde eller energi. Den mest anvendte delen av røntgenspekteret ligger i den nedre delen av bølgelengdeområdet for røntgenstråler, det vil si under 0,1 nanometer (energi over 10 kiloelektronvolt).

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 akselerasjonen skjer, 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) som svarer til at all energi i elektronet går over til ett enkelt kvant. Ved energier over noen få kiloelektronvolt får man et bremsespektrum vesentlig i røntgenområdet.

Samtidig vil de indre elektronskallene bli eksitert i en rekke atomer som utsettes for elektronbombardement, og i den følgende deeksitasjonen sendes det ut stråling med en bølgelengde som er karakteristisk for det aktuelle grunnstoffet. Dette gir opphav til linjespekteret eller den karakteristiske røntgenstrålingen.

Produksjon

Røntgenstråling kan produseres 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, blant annet betatron, som gir energier opptil 10–20 megaelektronvolt. 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, det vil si med økende energi av strålingskvantene. For samme bølgelengde (samme hardhet) øker absorpsjonsevnen til et stoff med økende densitet og økende atomnummer. Absorpsjonstykkelsen, det vil si den tykkelsen av et stoff som må til for å redusere strålingsintensiteten med 1/e, der e er grunntallet i det naturlige logaritmesystemet, er for forskjellige stoffer og energier gitt i tabellen nederst i artikkelen. Ofte finner man svekkingskoeffisienten (den inverse av absorpsjonstykkelsen) angitt i tabeller.

Røntgenstrålers anvendbarhet i røntgendiagnostikk og røntgenkontroll skyldes hovedsakelig det forholdet at absorpsjonsevnen øker med densitet og atomnummer. Derfor absorberer for eksempel bensubstans, som inneholder kalsium og fosfor, mer av strålingen enn bløtt vev, som inneholder vesentlig hydrogen, oksygen, nitrogen og karbon.

Røntgenstrålenes brytningsindeks er ubetydelig mindre enn én. I motsetning til lys brytes eller reflekteres de derfor ikke merkbart når de går fra ett 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 gitterkonstantene man trenger i forbindelse med røntgenstråler så små at de vanskelig lar seg fremstille. I 1912 foreslo Max 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.

Medisinsk anvendelse

Den medisinske anvendelsen av røntgenstråling beror på fire egenskaper ved strålingen:

  • Den kan passere gjennom mange stoffer som ikke er gjennomtrengelige for synlig lys.
  • Den påvirker fotografisk film og digitale røntgenstråledetektorer.
  • Den får visse stoffer til å sende ut fluorescenslys.
  • Den er skadelig for levende vev.

De tre første egenskapene utnyttes ved røntgenundersøkelser, mens den første og den fjerde er grunnlaget for røntgenbehandling av blant annet kreftsvulster.

Historie

Røntgenstråler ble oppdaget i 1895 av William Röntgen. Han kalte dem X-rays (X-stråler), en betegnelse som fremdeles brukes i engelsktalende land.

Röntgen la merke til at en papirskjerm vasket med bariumplatinacyanid 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 ledet til at røntgenstråler også fikk anvendelse i terapi, særlig ved visse former av kreftsykdommer.

Les mer i Store norske leksikon

Absorpsjonstykkelse i millimeter for røntgenstråler

Bølgelengde (nanometer) 0,1 0,001 0,000 1
Energi (kiloelektronvolt) 12,5 125 1250
Aluminium 0,26 23 62
Kobber 0,009 3,5 20
Bly 0,012 0,24 12,5

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg