เอ็กซเรย์ (X-RAY)
ภาพเอ็กซเรย์ภาพแรก
เอ็กซเรย์ คือ รังสี หรือ แสงชนิดหนึ่งที่เราไม่สามารถมองเห็น ได้ด้วยตาเปล่า เช่น เดียวกับแสงสว่างธรรมดา
เอ็กซ์เรย์นี้มีลักษณะเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค
ของเแม่เหล็กไฟฟ้า ที่มีช่วงคลื่นสั้นมาก ความยาวช่วงคลื่นตั้งแต่ 0.04-1000 อังสตรอม (Angstrom) (อังสตรอม คือ หน่วยวัดความยาวช่องคลื่น 1
อังสตรอม (A) เท่ากับ 10-7 เซนติเมตร) หรือ อยู่ระหว่างรังสีแกมม่า กับรังสีอุลตร้าไวโอเล็ต คุณสมบัติของเอ็กซเรย์ คล้ายคลึงกับแสงสว่างธรรมดา
เป็นส่วนใหญ่ แต่คุณสมบัติพิเศษ ของมัน คือ มีอำนาจทะลุทะลวงผ่านวัตถุต่าง ๆ ได้มากบ้างน้อยบ้าง ขึ้นอยู่กับ ความแน่นทึบ และน้ำหนักอะตอมของ
วัตถุที่มันผ่าน นอกจากนั้น ยังทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง ทั้งทางเคมีชีวะและอื่น ๆ อีกด้วย
ประวัติการค้นพบเอ็กซเรย์
ผู้ที่ค้นพบเอ็กซเรย์เป็นคนแรก คือ นักฟิสิกซ์ชาวเยอรมัน ชื่อ วิลเฮม คอนราด เรินท์เก้น (Wilhelm Conrad Roentgen) การพบนี้เกิดขึ้นในตอนเย็น
ของวันที่ 8 พฤศจิกายน ค.ศ.1895 ภายในห้องทดลอง ณ มหาวิทยาลัยวู๊ซบรุค (Wurzburg) ประเทศเยอรมัน เรินท์เก้นได้พบเอ็กซเรย์โดยบังเอิญ
คือ ขณะที่เขากำลังทำการทดลองเกี่ยวกับเรื่อง "Absorption of cathode rays" โดยใช้หลอดทดลองที่เรียกว่า Crookes' tube เขาสังเกตเห็นว่า
Cathdes rays ที่ออกมาจากหลอดทดลอง ทำให้กระดาษแข็งที่ฉาบด้วย แบเรี่ยมปลาติโนไซยาไนด์ (Barium platinocyanide) เกิดเรืองแสง (Fluoresec)
ขึ้น ระยะไกลที่สุด ที่ยังมีการเรืองแสงบนกระดาษแข็ง คือ 120 เซนติเมตร
ในขณะเดียวกัน เขาสังเกตเห็นอีกว่า ตัวอักษร A ที่ทาด้วยแบเรี่ยมปลาติโนไซยาไนด์ อยู่ห่างออกไปเกือบสิบฟุตเกิดเรืองแสงขึ้นด้วย ทั้ง ๆ ที่ไม่อยู่
ในระยะของ Cathode rays เรินท์เก้นจึงคิดว่า เขาได้ค้นพบรังสีชนิดใหม่ขึ้นแล้ว และให้ชื่อว่า "X-rays" และเขาได้ใช้เวลาอีกหลายสัปดาห์ต่อมา ทำ
การสังเกตถึงการทะลุทะลวง (Penetration) ของเอ็กซเรย์ผ่านกระดาษผ่านโลหะ และแม้กระทั่งผ่านเนื้อหนังของคน และเขาได้ถ่ายภาพรังสี
ของมือของภรรยาเขาไว้ด้วย ในที่สุดเขาจึงประกาศให้โลกได้รู้ว่า เขาได้ค้นพบเอ็กซเรย์เป็นคนแรก
ลักษณะและคุณสมบัติของเอ็กซเรย์
1. เป็นรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีช่วงคลื่นสั้นมาก คืออยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.04-1000 A หรือ อยู่ในช่วงระหว่างรังสีแกมม่า กับ รังสีอุลตร้าไวโอเล็ต
2. มีคุณสมบัติเหมือนแสงสว่างธรรมดา เป็นต้นว่า เดินทางเป็นเส้นตรง ถ้าเดินทางในสูญญากาศแล้ว เดินทางด้วยควาเร็วเท่ากับแสงคือ
186,000 ไมล์ต่อวินาที หรือ 3x1010 เซนติเมตร/วินาที นอกจากนั้นแล้ว ยังมีการสะท้อนกลับ หักเห และ
เบี่ยงเบนได้ เช่นเดียวกับแสงสว่างธรรมดา
3. ไม่หักเหโดยสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า
4. เกิดจาการที่อนุภาคอีเลคตรอนที่มีความเร็วสูงวิ่งไปชนเป้า (Target) อีเลคตรอนดังกล่าวนี้ จะไปชนอีเลคตรอนตัวอื่นๆ ที่อยู่ในวงโคจรของอะตอม
ของเป้า ให้หลุดกระเด็น ออกนอกวงโคจร
5. ทำให้เกิดการเรืองแสง (Fluorescence และ Phosphorescence) ในสารพิเศษบางอย่าง
6.ดูดกลืน (Absorbed) โดยสสาร (Matter) ทุกชนิดมากบ้างน้อยบ้าง ขึ้นอยู่กับความหนาแน่น และน้ำหนักของอะตอมของสสารนั้น
7. ทำให้เกิดการปล่อยประจุไฟฟ้า (Ionization) เมื่อผ่านไปในอากาศหรือก๊าซ
8.ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี เช่น เมื่อเอ็กซเรย์ไปถูกฟิลม์ถ่ายรูป จะทำให้ฟิล์มนั้นดำ จึงนำผลอันนี้ มาใช้ในการบันทึกภาพรังสีลงบนแผ่น
ฟิล์มเอ็กซเรย์
9.ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางชีวะ เป็นต้นว่า ทำให้เซลล์ของร่างการเปลี่ยนแปลง หรือ เกิดการผ่าเหล่า (Genetic mutation) ถ้าได้รับรังสีเป็น
จำนวนมาก และนานพอ
10.มีอำนาจในการทะลุทะลวง (Penetration) สูง สามารถทะลุผ่าน เนื้อหนังของมนุษย์ และ สัตว์ได้แต่ไม่สามารถทะลุผ่าน แผ่นตะกั่ว หรือคอนกรีต
หนาๆ ได้
การเกิดเอ็กซเรย์
เอ็กซเรย์เกิดขึ้นโดยที่อนุภาคของอีเลคตรอนที่มีความเร็วสูงไปชนเป้า (Target) ผลทำให้เกิดเป็นเอ็กซเรย์และความร้อน
การเกิดของเอ็กซเรย์นี้อาศัยองค์ประกอบสำคัญ 5 ประการ คือ
1. ทำให้เกิดอนุภาคอีเลคตรอน หรือ การแยกอีเลคตรอนนอกจากอะตอมของโลหะ
อีเลคตรอนจะเกิดขึ้น หรือแยกจากอะตอม ของโลหะ ที่ทำเป็นไส้หลอดเอ็กซเรย์ โดยการที่เรา ผ่านกระแสไฟฟ้า เข้าไปในไส้หลอด (Filament)
จนกระทั่ง ไส้หลอดร้อนขึ้น ประมาณ 2000 C หรือมากกว่านั้น จะมีผลทำให้เกิด เทอร์มิโอนิคอิมิชั่น (Thermionic Emission) คือ อีเลคตรอน หลุดออกจาก
เซลล์ หรือวงโคจรของมัน เมื่อถูกความร้อน อีเลคตรอนที่หลุดอกมานี้ จะมาออกันอยู่รอบๆ ผิวหน้าของโลหะ จนกลายเป็นกลุ่ม (Cloud) เรียกว่า
Space charge สาเหตุที่อีเลคตรอน ไม่สามารถหลุดพ้น ไปจากผิวหน้าโลหะ เพราะว่าแรงดึงดูดระหว่าง อีเลคตรอน และอะตอม ของโลหะยังมีอยู่
2. การทำให้อนุภาคอีเลคตรอนหลุด และเคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วสูง
วิธีที่จะทำให้อนุภาคอีเลคตรอน หลุดจากอะตอมไปได้ คือ ต้องหาสิ่งที่มีพลังงาน หรือแรงดึงดูด มากกว่าแรงดึงดูดระหว่า งอีเลคตรอน กับ
อะตอม ของโลหะ มาดึงดูดอีเลคตรอน สั่งนั้นก็ คือ ไฟฟ้าแรงสูง (High voltage) ไฟฟ้าแรงสูงนี้ นอกจากจะทำให้อีเลคตรอน หลุดจากผิวหน้าของโลหะ
แล้ว ยังทำให้อีเลคตรอนเคลื่อนที่หรือวิ่งไปด้วยความเร็วสูง กล่าวอีกอย่างหนึ่งคือ ต้องทำให้ไฟฟ้าระหว่างขั้วบวกและขั้วลบให้ต่างกัน
ความต่างศักย์นี้ ถ้ายิ่งมีค่ามากขึ้นเท่าใด ก็ยิ่งทำให้อีเลคตรอน หลุดจากผิวหน้าของไส้หลอด ได้มาก และวิ่งไปด้วยความเร็วสูงขึ้น ความต่างศักย์
100 Kilo-voltage จะทำให้อีเลคตรอน มีความเร็ว เท่ากับประมาณ 165 กิโลเมตรต่อวินาที
3. การทำให้เส้นทางที่อีเลคตรอนวิ่งผ่านไป ต้องไม่มีสิ่งกีดขวาง
จึงจะทำให้ อีเลคตรอนวิ่งไป ด้วยความเร็วสูง
ดังนั้น ภายในหลอดเอ็กซเรย์ จึงเป็นสูญญากาศ เพราะถ้ามีอากาศ หรือก๊าซอยู่ภายในหลอด แม้เพียงเล็กน้อยก็ตาม ความเร็วของอีเลคตรอนจะลดลง
เนื่องจากเกิดไอออนไนเซซั่น (Ionization)
4. การทำให้อีเลคตรอนมีความเข้ม (Concentration of electron)
จะต้องมีวิธีการที่จะให้อีเลคตรอน เคลื่อนที่ไปในแนวทิศทางเดียวกัน คือ พุ่งไปหาจุดโฟกัสของเป้าด้วยปริมาณ (ความเข้ม)
ที่มากพอสมควร ซึ่งทำให้ได้โดยการใช้ เครื่องมือที่เรียกว่า "Electron focusing device" คอยควบคุม ให้อีเลคตรอนส่วนใหญ่ ไปตกในบริเวณจุด
โฟกัสของเป้า
5. การทำให้อีเลคตรอนหยุดวิ่งในทันทีทันใด
การที่จะทำให้อีเลคตรอน ที่วิ่งมาด้วยความเร็วสูง นี้หยุดวิ่ง ในทันทีทันใด ทำได้โดยหาวัตถุมากั้น หรือขวางอีเลคตรอน วัตถุนั้นก็คือ เป้า
(Target) ผลที่เกิดขึ้น คือ เกิดการชน หรือ กระทบกันระหว่างอีเลคตรอน กับเป้าอย่างแรง อีเลคตรอนดังกล่าว จะไปชนอีเลคตรอน ที่อยู่ในวงโคจร
ของอะตอมของเป้านั้น ให้หลุดกระเด็นออกนอกวงโคจร และจะมีอีเลคตรอน จากวงโคจรอื่นๆ ที่อยู่ถัดไป วิ่งเข้ามาแทน แต่เนื่องจาก พลังงาน
ของอีเลคตรอนในแต่ละวงโคจร จะไม่เท่ากัน ดังนั้น จึงมีการคายพลังงานส่วนเกินออกมา ในรูปของเอ็กซเรย์และความร้อน (ส่วนใหญ่จะเป็นความ
ร้อนมากกว่า) กล่าวคือ จากพลังงาน ของอีเลคตรอนทั้งหมด ที่วิ่งไปสู่เป้านั้น 99.8% จะเปลี่ยนเป็นความร้อน และ 0.2 % เป็นเอ็กซเรย์
