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Le spectre électromagnétique
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longueur d'onde et l'augmentation de l'énergie et
de la fréquence: les ondes radio, micro-ondes,
l'infrarouge, la
lumière visible, ultraviolette, les
rayons X et les rayons gamma.
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Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique, comme les ondes radio, le rayonnement infrarouge, la lumière visible, le rayonnement ultraviolet et les micro-ondes. L'une des utilisations les plus courantes et bénéfiques des rayons X est pour l'imagerie médicale. Les rayons X sont également utilisés dans le traitement du cancer et à explorer le cosmos.
Le rayonnement électromagnétique est transmis ondes ou de particules à différentes longueurs d’onde et des fréquences. Cette large gamme de longueurs d'onde est connue sous le spectre électromagnétique. Le spectre électromagnétique est généralement divisé en sept régions par ordre décroissant de longueur d’onde et l’augmentation de l’énergie et de la fréquence. Les désignations courantes sont: les ondes radio, micro -ondes, infrarouge (IR), la lumière visible, ultraviolets (UV), les rayons X et les rayons gamma.
Le spectre électromagnétique est généralement divisé en sept régions, par ordre décroissant de longueur d'onde et l'augmentation de l'énergie et de la fréquence: les ondes radio, micro-ondes, l'infrarouge, la lumière visible, ultraviolette, les rayons X et les rayons gamma.
Les rayons X sont grossièrement classés en deux types: les rayons X mous et des rayons X durs. Rayons X mous tombent dans la gamme du spectre EM entre (UV) et les rayons gamma. Rayons X mous ont relativement hautes fréquences - environ 3 × 10 16 cycles par seconde, ou hertz, à environ 10 18 Hz - et des longueurs d' onde relativement courtes - environ 10 nanomètres (nm), ou 4 x 10 -7 pouces, à environ 100 picomètres (pm), ou 4 x 10 -8 pouces. (Un nanomètre est un milliardième de mètre, un picomètre est un milliardième de mètre.) Disque X-rayons ont des fréquences d'environ 10 18 Hz à plus de 10 à 20 Hz et des longueurs d'onde d'environ 100 pm (4 × 10 - 9 pouces) à environ 13 heures (4 x 10 -11 pouce). Les rayons X durs occupent la même région du spectre électromagnétique que les rayons gamma. La seule différence entre eux est la source de rayons X sont produits par des électrons d’accélération, tandis que des rayons gamma sont produits par des noyaux atomiques.
Histoire de rayons X
Les rayons X ont été découverts en 1895 par Wilhelm Conrad Röntgen, professeur à l’Université de Würzburg en Allemagne. Selon "du Centre de ressources non destructifs Histoire de Radiographie " Web page, Roentgen remarqué cristaux à proximité d’un tube à rayons cathodiques à haute tension présentant une lueur fluorescente, même quand il les protégeait avec du papier noir. Une certaine forme d'énergie a été produite par le tube, et il était pénétrant dans le papier et provoque les cristaux brillent. Roentgen appelée énergie inconnue "X-rayonnement."Les expériences ont montré que ce rayonnement peut pénétrer les tissus mous, mais pas l’os, et produirait des images d'ombre sur des plaques photographiques.
Pour cette découverte, Roentgen a reçu le premier prix Nobel de physique, en 1901. Au cours de la Première Guerre mondiale, les rayons X étaient déjà utilisés à des fins médicales.
Sources et les effets des rayons X
Selon la NobelPrize.org « Les rayons X sont produites lorsque les électrons frappent une cible métallique. Les électrons sont libérés à partir du filament chauffé et accélérés par une tension élevée vers la cible métallique." Lorsque les électrons viennent frapper la cible, leur énergie est convertie en rayons-X.
Les rayons X peuvent également être produits par un synchrotron, un type d'accélérateur de particules qui entraîne les particules chargées à se déplacer dans une trajectoire circulaire fermée. Lorsque des électrons à grande vitesse sont contraints de se déplacer selon une trajectoire circulaire par un champ magnétique, l'accélération angulaire amène les particules à émettre des photons. Si l'énergie est assez grande, les électrons émettent des rayons X.
Le rayonnement synchrotron a été vu pour la première fois chez General Electric aux Etats-Unis en 1947, selon l' European Synchrotron Radiation Facility . Ce rayonnement a été considéré comme une nuisance, car il a causé les particules perdent de l’énergie, mais il a été reconnu plus tard dans les années 1960 comme la lumière avec des propriétés exceptionnelles qui ont surmonté les lacunes des tubes à rayons X. Une caractéristique intéressante du rayonnement synchrotron est qu'il est polarisée; autrement dit, les champs électriques et magnétiques des photons oscillent tous dans le même sens, ce qui peut être linéaire ou circulaire.
Imagerie à rayons X
En raison de leur capacité à pénétrer certains matériaux, les rayons X sont utilisés pour un certain nombre d'évaluation non destructive et de test (/ END NDE) applications, en particulier pour identifier des défauts ou des fissures dans les composants structurels. Selon le Centre de ressources NDT: «Le rayonnement est dirigé à travers une partie et sur le film [a] ou autre détecteur. Le shadowgraph résultant présente les caractéristiques internes» et si la partie est saine.
Les rayons X sont également essentiels pour les inspections de sécurité du transport de marchandises, des bagages et des passagers. Les détecteurs d'imagerie électronique permettent la visualisation en temps réel du contenu des colis et des articles que les passagers pourraient porter sur leurs personnes.
L'utilisation originale des rayons X était pour les os d'imagerie, qui étaient faciles à distinguer des tissus mous sur le film qui était disponible à ce moment - là. Cependant, les systèmes de mise au point plus précis et des méthodes de détection plus sensibles, tels que les films photographiques améliorés et les capteurs d'imagerie électronique, ont permis de distinguer de plus en plus petits détails et les différences subtiles dans la densité des tissus, tout en utilisant les niveaux d'exposition beaucoup plus faibles. En outre, la tomodensitométrie (TDM) combine plusieurs images de rayons X dans un modèle 3D d'une région d'intérêt. La Food and Drug Administration des États - Unis indique que X-ray examens d'imagerie sont reconnus comme un outil médical précieux pour une grande variété d'examens et de procédures. Ils sont utilisés comme une méthode non invasive et indolore pour le diagnostic de la maladie et le suivi du traitement, et de soutenir la planification du traitement médical et chirurgical. Ils sont également utilisés pour guider le personnel médical comme ils insèrent des cathéters, des stents ou d’autres dispositifs dans le corps; traiter les tumeurs; ou supprimer des caillots de sang ou d'autres blocages.
la thérapie par rayons X
La radiothérapie utilise des radiations de haute énergie pour tuer les cellules cancéreuses en endommageant leur ADN. Cependant, le traitement peut endommager les cellules normales ainsi que des cellules cancéreuses. Par conséquent, l' Institut national du cancer recommande que le traitement doive être soigneusement planifié pour minimiser les effets secondaires.
Selon l'Environnemental Protection Agency des États-Unis, les radiations ionisantes de rayons X dépose une grande quantité d'énergie dans une petite zone, assez d'énergie pour dépouiller les électrons complètement loin d'atomes, modifiant ainsi leurs propriétés chimiques et de briser les liaisons moléculaires. En doses suffisantes, cela peut endommager ou détruire les cellules. Bien que ce dommage cellulaire puisse causer le cancer, il peut également être utilisé pour le combattre. En dirigeant les rayons X à des tumeurs cancéreuses, les cellules anormales peuvent être tuées.
Le problème, cependant, est que cela tue aussi les cellules saines le long du trajet du faisceau. Pour réduire ce problème, le patient est allongé sur une table et est traitée avec un rayonnement à partir de plusieurs directions, Texas Oncology déclare. L'exposition aux tissus environnants est réduite au minimum, parce que les tissus sains ne reçoivent qu'une petite dose unique du faisceau mobile, tandis que la tumeur reçoit des doses sous tous les angles.
Astronomie X-ray
Selon Robert Patterson, professeur d'astronomie à l'Université d'Etat du Missouri, sources célestes de rayons X comprennent des systèmes binaires proches contenant des trous noirs ou des étoiles à neutrons. Dans ces systèmes, le reste stellaire plus massive et compacte peut dépouiller matériel de son étoile compagnon formant un disque de gaz à rayons X émettant extrêmement chaud comme une spirale vers l'intérieur. En outre, les trous noirs supermassifs au centre des galaxies spirales peuvent émettre des rayons X car ils absorbent les étoiles et les nuages de gaz qui tombent à leur portée gravitationnelle.
Les télescopes à rayons X utilisent des réflexions à faible angle de concentrer ces photons de haute énergie qui, autrement, passeraient à travers des miroirs de télescope normaux. Parce que les blocs de l'atmosphère des rayons X la plupart de la Terre, les observations sont généralement effectués à l'aide de ballons à haute altitude ou en orbite autour de télescopes.
