اشعه ايكس، شكلي ديگر از نور
در سال 1895 يك فيزيكدان آلماني به نام ويلهِلم روئنتگن
شكل جديدي از پرتو را كشف نمود.وي آن را اشعهي ايكس ناميد كه برناشناخته
بودن آن تاكيد ورزد.اين پرتوي اسرار آميز قابليت عبور از بسياري مواد كه
نور مرئي را جذب مي كنند٬ داشت. همچنين اشعهي ايكس قدرت جداسازي الكترونهاي آزاد اتم را دارد. بيش از سال ها٬ اين خصوصيات استثنايي٬ اشعهي ايكس را در بسياري از زمينه ها مانند پزشكي و تحقيقات در مورد طبيعت اتم مؤثر ساخت. سرانجام اشعهي ايكس به عنوان شكل ديگري از نور معرفي شد .
ويلهِلم روئنتگن کاشف پرتو ایکس
نور٬
حاصل از جهش ها ٬ ارتعاشات و بي نظمي كل ذرات ميباشد.نور مانند يك توله
سگ سرزنده است كه نميتواند ساكن باشد.صندلي كه شما روي آن نشستهايد در
نگاه و احساس غير متحرك به نظر مي رسد.اما اگر شما بتوانيد از ديد اتمي به
آن نگاه كنيد خواهيد ديد كه اتم ها و مولكول ها در حال ارتعاشند.صدها
ترليون مرتبه در ثانيه ارتعاش به هم برخورد ميكنند. در حاليكه سرعت به دور
گشتن الكترون 25000مايل در ساعت است.وقتي ذرات باردار برخورد ميكنند بر
اثر تغييرات ناگهاني حركتشان يك بسته انرژي توليد ميكنند كه فوتون ناميده
ميشوند. فوتون ها با سزعت نور دور ميشوند.در واقع آن ها نور يا امواج
الكترومغناطيس هستند براي شروع يك استفاده فني.
تا اين زمان الكترونهاي
باردار تنها ذرههاي شناخته شده هستند كه داراي بيشترين ناآرامي هستند و
بنابراين عامل توليد بسياري از فوتونهاي جهان ميباشد.
اشعه X مي تواند به واسطه برخورد بين يك الكترون و يك پروتون پر سرعت توليد شود.
اشعه ايكس، شكلي ديگر از نور
نور
ميتواند شكلهاي مختلفي داشته باشد.امواج راديويي ٬ امواج ميكرو ٬
فروسرخ٬مرئي٬بسيار درخشان ٬اشعهي ايكس و امواج گاما شكلهاي مختلف نور
هستند. امواج راديويي از فوتون هاي كم انرژي ساخته شدهاند.فوتونهاي
بصري تنها فوتونهايي هستند كه به وسيله چشم ديده ميشوند.اين پرتوها
ميليونها بار از پرتوهاي راديويي معمولي پر انرژي تر هستند.انرژي پرتوهاي
ايكس صد تا هزار برابر بيشتر از فوتونهاي مرئي ميباشند.سرعت ذرات هنگامي
كه برخورد يا ارتعاش ميكنند يك محدوده را در انرژي فوتونها به وجود
ميآورند. هم چنين سرعت ٬ يك معيار اندازگيري دما نيز ميباشد.(در يك روز
گرم ذرات موجود در هوا نسبت به يك روز سرد سريعتر حركت ميكند.)
دماهاي
خيلي پايين (صدها درجه زير صفر سلسيويس) توليد امواج راديويي با انرژي كم و
فوتون هاي امواج ميكرو مي نمايد٬ در حاليكه بدن سرد ما (در حدود 30 درجه
سلسيوس)توليد امواج مادون قرمز مي كند.دماهاي خيلي بالا (ميليون ها درجه
سلسيوس)اشعهي ايكس توليد ميكند.
گستره امواج الكترومغناطيس:طول موج پرتوهاي توليد شده به وسيله يك جرم معمولا مربوط به دماست.
هم چين خود فوتونها ميتوانند با الكترونها برخورد كنند.اگر الكترون ها بيشتر از فوتون ها انرژي داشته باشند٬ برخور
ميتواند انرژي فوتونها را افزايش دهد.در اين صورت فوتونها با انرژي
پايين ميتوانند به فوتون ها با انرژي بالا تبديل شوند.اين فرايندپراكندگي
كامپتون(Compton scattering) خوانده
مي شود. كه در مورد سياهچاله ها٬جايي كه ماده چگال مي شودو درجه حرارت
ميليوني وجود دارد٬اين پديده اهميت مي يابد.فوتونهاي جمع آوري شده در فضا
توسط تلسكوپ اشعه ايكس ٬ لكه هاي تاريك را
آشكار ميسازد.مناطقي كه در آن ٬ذرات به واسطه انفجارهاي عظيم يا ميدان
گرانشي شديد٬به دماهاي بالا برانگيخته ميشوند يا انرژي كسب مي كنند.
اين شرايط در كجا وجود دارد؟
در
يك تغيير شگفت آور مكان٬ در دامنهاي به وسعت فضاي وسيع بين كهكشانها تا
دنياي فروريخته و حيرت انگيز ستارههاي نوتروني يا سياهچالهها.
خطوط نشري و جزبي:
وقتي
يك الكترون آزادبه وسيله ميدان الكتريكي يك پروتون يا يك اتم
باردار(يون)شتاب داده ميشود فوتون هاي ساطع شده ميتواند يك دامنه گسترده
از انرژي را بوجود آورند.انرژيها وابسته به سرعت حركت الكترونها و ميزاني
كه شتاب به آنها داده شده است ميباشند.انرژي فوتون هاي توليد شده تحت
اين فرايند طيف پيوسته خوانده ميشود و ميتواند به صورت يك منحني پيوسته
ترسيم شود.در مقايسه٬ اگر الكترون در حال گردش به دور هسته يك اتم خنثي يا
باردار باشد٬طيف به صورت يك سري رأس هاي نوك تيز يا خطوط در مي آيد و اين
به خاطر تطابق گردش الكترون ها در اتم با نظريه كوانتم است.اين گردش ها٬ يا
بطور دقيق تر٬اين سطوح انرژي ٬به واسطه مقدار انرژي كه دارند مجزا مي شوند
٬درست همانند جدا شدن پله ها به واسطه بلنديشان .همان طور كه شما نمي
توانيد در موقيتي مابين گام هاي پله اي گامي برداريد ٬الكترون در اتم نمي
تواند بين دو سطح انرژي قرار بگيرد.اتم براي هر عنصري مثل اكسيژن ٬كربن و ... سطح انرژي منحصر به خود دارد.
مطالعه
دقيق انرژي فوتون هاي ساطع يا جذب شده به وسيله ذرات يك اتم يك طرح كلي را
براي حالت انرژي آن اتم ارائه مي دهد.با دانستن اين طرح كلي و گسترده
انرژي ستاره شناسان قادرند در امواج ساطعه از ستارگان و گازها ٬به محاسبه
مقدار هر عنصر اقدام كنند .در اين صورت ستاره شناسان مي توانند تعيين كنند
كه ستاره ها بيشتر از هيدروژن با مخلوطي از هليم و همچنين عناصر سنگين تر
مانند كربن٬نيتروژن و اكسيژن و مانند ان تشكيل شده اند.
به
طور طبيعي الكترون در اتم در پايين ترين سطح انرژي(در پايين پله ها)قرار
دارد.اما اگر اتم در اثر برخورد با يك الكترون آزاد يا يك اتم ديگر يا يك
فوتون برانگيخته شود٬ پايين ترين سطح انرژي اشغال نخواهد شد.
انتشار اتمي
يكي
از الكترون ها چرخنده به سرعت به اين سطح مي جهد و در بازگشت٬ انرژي در
فرم فوتون مخصوص به آن سطح انرژي آزاد مي كند. اين فوتون خطوط گسيلش يك طيف
را بالا مي برد.يك گاز داغ متشكل از اتم ها يك طيف مركب از خطوط گسيلش را
بيرون مي برد كه اين طيف بر اساس عناصر موجود در گاز مي باشد.فرايندي
عكس اين هم مي تواند رخ دهد .اگر جرياني از فوتون ها به يك گاز برخورد كند
٬آن دسته از فوتونهايي كه انرژيشان با انرژي اتم هاي موجود در گاز مطابقت
مي كند٬توسط گاز جذب مي شود. اين فرايند سري خطوط جذبي گاز را افزايش مي
دهد.
پرتوهاي سيكلوترن(Synchrotron)
سوپرنوا٬اما
اين كل داستان نيست. اشعهي ايكس مي تواند تحت شرايط ديگر نيز به وجود
آيد. زماني كه فيزيكدانان با اولين ذرات الكتروني كار مي كردند٬ كشف نمودند
كه الكترون ها بدون هيچ گونه برخورد مي توانند فوتون توليد كنند. اين
امكان وجود داشت زيرا ميدان مغناطيسي در شتاب دهنده ها باعث حركت سريع
الكترون در يك مارپيچ تحت نيروي خطوط ميدان مغناطيسي مي شد. به اين فرايند
پرتوهاي سيكلوترن گفته مي شد. اين ذرات كيهاني مانند الكترون
ها مي توانند به واسطه ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي با سرعت هايي بالا٬
نزديك به سرعت نور٬ شتاب بگيرند. اين ذرات با انرژي بالا مي توانند فوتون
هاي سيكلوترن با طول موجي بيشتر از امواج راديويي و انرژي مابين اشعه x و گاما توليد كند.
پرتوهاي سيكلوترن :الكترون هاي در حال حركت در ميدان مغناطيسي فوتون ها را ساطع مي كنند
پرتوهاي
سيكلوترن ساطع شده از منابع كيهاني داراي يك طيف گسترده يا فوتون هاي
پراكنده همراه با طيف انرژي هستند. انرژي اين پرتو٬ با سرعت كمتري نسبت به
يك طيف ساطع شده از گاز داغ نزول مي شود. وقتي پرتوي سيكلوترن
در پس مانده هاي ابرنواخترها٬ جت هاي كيهاني يا منابع ديگر مشاهده مي
شوند٬ اطلاعاتي در مورد انرژي بالاي الكترون ها و ميدان مغناطيسي موجود به
دست مي آيد.
