ఎక్స్-రే

ఎక్స్ కిరణాలు లేదా ఎక్స్ రే శక్తివంతమైన విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు. వీటినే వాటిని కనిపెట్టిన శాస్త్రవేత్త విల్‌హెల్మ్ కాన్రాడ్ రాంట్‌జెన్ పేరు మీదుగా రాంట్‌జెన్ కిరణాలు అని కూడా అంటారు.^[1] 1895 లో వీటిని కనుగొన్నపుడు అనామిక కిరణాలు కాబట్టి వాటికి ఎక్స్ కిరణాలు అని నామకరణం చేశారు.^[2] వీటి తరంగ దైర్ఘ్యం అతినీలలోహిత కిరణాల కన్నా తక్కువ, గామా కిరణాల కన్నా ఎక్కువ ఉంటుంది.

ఎక్స్ కిరణాలు విద్యుదయస్కాంత వికిరణ వర్ణపటంలో భాగం. వీటి తరంగ దైర్ఘ్యం దృగ్గోచర కాంతి కంటే తక్కువ. వివిధ అనువర్తనాలు ఎక్స్ కిరణాలు స్పెక్ట్రం లోని వివిధ భాగాలను ఉపయోగించుకుంటాయి.

అందరూ అంగీకరించిన ఎక్స్ కిరణాల సరిహద్దులు ఖచ్చితంగా లేవు. సుమారుగా వీటి తరంగ దైర్ఘ్యం 10 నానో మీటర్ల నుండి 10 పీకోమీటర్ల వరకు, పౌనఃపున్యం 30 పెటా హెర్ట్జ్ నుండి, 30 ఎక్సా హెర్ట్జ్ వరకు, వీటి శక్తి 100 ఎలక్ట్రాన్ వోల్టు నుంచి 100 కిలో ఎలక్ట్రాన్ వోల్టుల వరకు ఉంటుంది. ఎక్స్ కిరణాలను విరిగిన ఎముకలను పరిశీలించడం లాంటి వైద్య సంబంధిత అవసరాలకు, పదార్థ విశ్లేషణ శాస్త్రాలలో విస్తృతంగా వాడతారు.

చరిత్ర

1895 లో జర్మన్ శాస్త్రవేత్త విల్‌హెల్మ్ కాన్రాడ్ రాంట్‌జెన్ ఎక్స్- కిరణాలను కనుగొన్నాడు. అతను వాటి పరిణామాలను గమనించిన మొదటివాడు కాకపోయినా, వాటి గురించి పరిశోధన చేశాడు. అతనే వాటికి ఎక్స్- కిరణాలు అని పేరు పెట్టాడు. చాలామంది వీటిని కనుగొనిన చాలా కాలం వరకు రాంటిజెన్ కిరణాలు అని పిలిచేవారు. 1875 లో కాథోడ్ కిరణాల (శక్తివంతమైన ఎలక్ట్రాన్ కిరణాలు) గురించి శ్రమిస్తున్న శాస్త్రవేత్తలకు, క్రూక్స్ నాళికల నుండి ఒక విధమైన కిరణాలు వెలువడడం చూశారు. అవే ఎక్స్- కిరణాలు. క్రూక్స్ నాళిక లో కొంత ఎక్కువ వోల్టేజ్ ఇవ్వడం చేత అక్కడ ఉన్న గాలి అయనీకరణం చెంది కొన్ని స్వేచ్ఛ ఎలక్ట్రాన్ లు ఏర్పడ్డాయి. ఆ హై వోల్టేజ్ వాటికి త్వరణం ఇచ్చి వేగం పెరిగేలా చేయడంతో ఎక్స్- కిరణాలు ఏర్పడాయి. ఎక్స్-రే కనుగొన్న సందర్భంగా ప్రతి సంవత్సరం నవంబరు 8న అంతర్జాతీయ రేడియాలజి దినోత్సవం నిర్వహించబడుతోంది.

గుణాలు

Ionizing radiation hazard symbol

ఎక్స్-కిరణాలు అణువులను అయనీకరించేందుకు, పరామాణు బంధాలను విచ్ఛిన్నం చేసేందుకు తగినంత శక్తిని కలిగి ఉ౦టాయి. ఇది ఆ విధ౦గా కణజాలానికి హాని చేస్తుంది. తక్కువ మోతాదులో ఇస్తే ఉపయోగకర౦,కాన్సర్ ను సైతం తగ్గి౦చవచ్చును.కానీ తక్కువ సమయంలో ఎక్కువ మోతాదులో పంపిస్తే హానికరం. ఎక్స్-రే ల సకాలీకరణ సామర్థ్యం కాన్సర్ ని,మొదలైన ప్రాణాంతక కణాలను చంపుతాయి .వీటిని స్పెక్ట్రోస్కోపిలో కూడా వాడతారు .

Attenuation length of X-rays in water showing the oxygen absorption edge at 540 eV, the energy⁻³ dependence of photoabsorption, as well as a leveling off at higher photon energies due to Compton scattering. The attenuation length is about four orders of magnitude longer for hard X-rays (right half) compared to soft X-rays (left half).

ఎక్స్-రే స్పెక్తృమ్ లో వివిధ ప్రాంతాలలో నుండి వెలువడే ఎక్స్-కిరణాలకు వివిధ గుణాల మోతాదు ఆధారపడి ఉండును.ఇవి కంటికి కనబడే కాంతి కంటే తరంగ ధైర్గ్యమ్ చాలా తక్కువ .కాబట్టి మామూలు సూక్ష్మదర్శిని కంటే లోతుగా ఈ ఎక్స్-రేలు ఒక వస్తువును విశ్లేశిస్తాయి.వీటిని ఎక్స్-రే క్రిస్టలోగ్రఫీలో వాడతారు .క్రిస్టల్స్ లో అణువులు ఎక్కడెక్కడ ఉన్నాయో తెల్సుకోవడానికి ఉపయోగపడతాయి . ఎక్స్-కిరణాలు,ఫోటో అబ్సార్బ్షన్, కాంప్టన్ వికీర్ణం,రేలై వికీర్ణం అనే మూడు విధాల ద్వారా వాటి ద్వారా సంకర్శింపబడును .ఈ సంకర్షనాల బలం ఎక్స్-కిరణాలయొక్క శక్తి పై, ఆ వస్తువు యొక్క గుణాలపై ఆధారపడి ఉండును . (రసాయనిక గుణాలపై ఎక్కువగా ఆధారపడదు;ఎందుకనగా ఎక్స్-కిరణాలుయొక్క శక్తి బంధాలను విడగొట్టడానికి కావాల్సిన దాని కంటే చాలా ఎక్కువ.)ఫోటో అబ్సార్బ్షన్, అనేది సున్నితమైన ఎక్స్-కిరణాలలో, తక్కువ శక్తి కలిగి ఉండే గట్టి ఎక్స్-రే లలో ఎక్కువగా జరుగుతుంది. ఎక్కువ శక్తి ఉండే గట్టి ఎక్స్-కిరణాలులలో కాంప్టన్ వికీర్ణ౦ ఎక్కువగా జరుగును . ఫోటో ఎలక్ట్రిక్ అబ్సార్బ్షన్, జరగడానికి గల సంభావ్యత అనునది Z2/E3 కు అనుపాతములో ఉండును, వీటిలో Z అనునది పరమాణు సంఖ్య E అనునది పడిన ఫోటోన్ ల యొక్క శక్తి పై ఆధారపడి ఉండును .ఈ నియమముతో అంతర్గత షెల్ ఎలక్ట్రాన్ యొక్క బంధ శక్తులను విడగొట్టడం కుదరదు . ఒక ఫోటోన్ తన శక్తి నంతా అనువులోని ఎలక్ట్రాన్ కి ఇస్తుంది .ఎందుకనగా ఆ ఎలక్ట్రాన్ అణువు నుండి బయటకు వచ్చే సమయంలో ఇంకొన్ని అణువులను అయనీకరించే అవకాశం ఉంటుంది .ఇటువంటి వాటిని ఎక్స్- కిరణాలు స్పెక్ట్రోస్కోపి ద్వారా ఎలిమెంట్ ను కనుక్కోవడంలో ఉపయోగపడతాయి .బయట కక్ష్యలో ఉన్న ఎలెక్ట్రాన్ ఈ ఖాళీ ప్రదేశం లోకి వచ్చిఆక్రమిస్తుంది .ఆ విధంగా ఒక ఫోటోన్ ను లేక ఆగర్ ఎలెక్ట్రాన్ ను విడుదల చేస్తుంది .

కాంప్టన్ వికీర్ణం

కాంప్టన్ వికీర్ణం అనగా ఎక్స్-కిరణాలకి, సున్నితమైన కణజలాల మధ్య ఉన్న సంకర్షణ .ఈ కాంప్టన్ వికీర్ణం అనునధి బయట కక్ష్యలో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్ వలన ఒక ఫోటోన్ వెలువడుతుంది. ఆ ఫోటోన్ లోని శక్తి విచ్ఛిన్నమైన ఎలక్ట్రాన్ కి చేరడం ద్వారా అది అయనీకరణం చెందుతుంది .ఈ విధ౦గా వికీర్ణం చెందిన ఫోటోన్ ఈ దిశలో నైనా వెళ్ళవచ్చును .

రేలి వికీర్ణం

ఏది కూడా కాంప్టన్ వికీర్ణానికి సమాన మైనదే .

Spectrum of the X-rays emitted by an X-ray tube with a rhodium target, operated at 60 kV. The smooth, continuous curve is due to bremsstrahlung, and the spikes are characteristic K lines for rhodium atoms.

కొలత , దుర్లభత్వము

ఎక్స్-రే కిరణాల శకలీకరణ సామర్థ్య కొలతనే దుర్లభత్వము అని అంటారు .కులోంబ్/కేజీ అనునది సకాలీకరణ వికరణ దుర్లభత్వము యొక్క యూనిట్

వైద్య ఉపయోగాలు

1. రేడియోగ్రాఫులు
2. కంప్యుటెడ్ టోమోగ్రాపీ
3. ఫ్లోరోస్కోపీ
4. రేడియోథెరఫీ

రేడియోగ్రాఫులు

ఒక రేడియోగ్రాఫ్ అనునధి ఒక X-రే డిటెక్టర్ ముందు రోగి యొక్క భాగం ఉంచి,తరువాత ఒక చిన్న ఎక్స్ -రే పల్స్ ద్వారా స్పష్టంగా పొందిన ఒక ఎక్స్ -రే చిత్రం.ఎముకలలో కాల్షియం ఎక్కువగా కలిగి ఉండును . కాల్షియంయొక్క అధిక పరమాణు సంఖ్య కారణంగా ఇది ఎక్స్-కిరణాలును సమర్ధవంతంగా తీసుకోగలుగును .ఈ విధంగా ఎముకల ఛాయలో డిటెక్టర్,చేరే ఎక్స్-కిరణాలను తగ్గిస్తుంది, రేడియోగ్రాఫ్ మీద స్పష్టంగా కనిపించేలా ఉంటుంది .

A chest radiograph of a female, demonstrating a hiatus hernia

రేడియోగ్రాఫులు అస్థిపంజర వ్యవస్థ వ్యాధి గుర్తించుటకు, అలాగే మృదు కణజాలం లోని కొన్ని రోగ ప్రక్రియలను కనిపెట్టడానికి ఉపయోగపడతాయి.కొన్నిముఖ్యమైన ఉదాహరణలు ఏమనగా సాధారణ ఛాతీ ఎక్స్ -రే, ద్వారా న్యుమోనియా,, ఊపిరితిత్తుల క్యాన్సర్,, పల్మనరీ ఏడోమా మొదలైన వ్యాధులకు,ఉదరమును ఎక్స్ –రే తీయుట ద్వారా గుర్తించవచ్చు.ప్రేగులలో సమస్యలు మొదలైన వాటి గురించి తెల్సుకోవచ్చు . మూత్ర పిండాలలోని రాళ్ళు గుర్తించడానికి ఉపయోగిస్తారు .దంత రేడియోగ్రఫీద్వారా సాధారణ నోటి సమస్యలు,పళ్ళలో సమస్యల రోగనిర్ధారణకు ఉపయోగిస్తారు.

An arm radiograph, demonstrating broken ulna and radius with implanted internal fixation.

వీటిలో గట్టి ఎక్స్- కిరణాలును ఎక్కువగా వాడుతారు ఎందుకనగా సున్నితమైన ఎక్స్-కిరణాలుమన శరీరం లోని అని భాగాలకు లోనికి చొచ్చుకొని పోగలవు. అందుచేత మనకు ముఖ్యమైన భాగం యొక్క చిత్రం స్పష్టంగా రాదు .

కంప్యుటెడ్ టోమోగ్రాఫీ

Head CT scan (transverse plane) slice -– a modern application of medical radiography

హెడ్ సి‌టి స్కాన్ అనునది మెడికల్ రేడియోగ్రఫీ యొక్క ఆధునిక అప్లికేషన్ .ఇందులో మానవ భాగాల అడ్డ కోతలను ఎక్స్-రే ద్వారా తెలుసుకొనవచ్చు

ఫ్లోరోస్కోఫీ

ఫ్లౌరోస్కోపి అనునది వాడుకలో ఉండే ఒక టెక్నిక్ . దినిలో ఒక ఫ్లౌరోస్కోపేను ఉపయోగించి లోపల భాగాలలో ఉన్న కదలికల యొక్క చిత్రాలను కనుగొంటారు . మామూలుగా ఫ్లౌరోస్కోపే అనగా ఒక ఎక్స్ – కిరణాలు లను పంపడానికి ఉపయోగించే పరికరం. ఇందులో దీనికి, రోగికి మద్యలో ఒక ఫ్లౌరోసెంట్ స్క్రీన్ అమరుస్తారు . ఆధునిక ఫ్లౌరోస్కోప్ లతో CCD వీడియో కెమెరా సహాయంతో ఒక మానిటర్ మీద ఆ వీడియో లను చూడవచ్చు .

మరిన్ని ఉపయోగాలు

Abdominal radiograph of a pregnant woman, a procedure that should be performed only after proper assessment of benefit versus risk

• ఎక్స్–రే క్రిస్టలోగ్రాఫి ( X-ray crystallography ) : దీని ద్వారా ఎక్స్ – కిరణాలు,ఒక అణువులో ఏ విధ౦గా వివర్తనం చెందుతున్నాయో తెలుసుకుని, వాటిని పరిశీలించి ఆ అణువు యొక్క గుణాలను చెప్తారు . ఇలాంటి ఒక టెక్నిక్ ఫైబర్ డైఫ్ఫ్రాక్షన్ ( fiber diffraction)ను ఉపయోగించి రోశలిండ్ ఫ్రాంక్లిన్ ( Rosalind Franklin ) DNA యొక్క రూపమును కనుగొనెను .
• ఎక్స్–రే ఆస్ట్రోనమి ( X-ray astronomy ), అనునధి విశ్వమును చదవడంలో ఒక ముఖ్య మైన భాగం . ఇధి విశ్వములో ఉన్న వస్తువల నుండి వెలువడే ఎక్స్ – కిరణాలను పరిశోధిస్తారు .
• ఎక్స్-రే మైక్రోస్కోపిక్ అనాలసిస్ (X-ray microscopic analysis) : దీనిని ఉపయోగించి విద్యుదయస్కాంత తరంగాల సహాయముతో చిన్న చిన్న వస్తువుల చిత్రములను తీస్తారు .
• ఎక్స్ –రే ఫ్లౌరొసెన్స్ ( X-ray fluorescence ), దీని ద్వారా ఒక వస్తువులో ఎక్స్ – కిరణాలును పుట్టించి బయటకు పంపిస్తారు . బయటకు వచ్చే ఆ ఎక్స్ – కిరణాలుయొక్క శక్తి ద్వారా ఆ వస్తువు యొక్క కూర్పు గురించి చెబుతారు .
• ఇండస్ట్రియల్ రేడియోగ్రాఫి ( Industrial radiography)లో ఎక్స్ – కిరణాలను ఉపయోగించి పరిశ్రమలో వాడే పనిముట్ల పరిస్థితి గురించి తెలుకోవచ్చును .
• (Airport security) విమానాశ్రయంలో సిబ్బంది ప్రయాణికుల లగేజ్ ను తనిఖీ చేయుట కొరకు ఉపయోగిస్తారు .
• (Border control) బోర్డర్ కంట్రోల్ సిబ్బంది ఈ ఎక్స్ – కిరణాలను ఉపయోగించి వాహనములలో పేలుడు పదార్థాలను పసిగడతారు.
• ఎక్స్ –రే ఆర్ట్ (fine art photography )లో ఎక్స్ – కిరణాలును ఉపయోగిస్తారు .
• ఎక్స్ –కిరణాలును జుట్టును కత్తిరించుటకు కూడా ఉపయోగించే వారు. కానీ ఈ పద్ధతి FDA చేత నిషేధించబడింది.
• (Roentgen Stereophotogrammetry ) మన శరీరంలో ఉన్న ఎముకల యొక్క కదలికలను తెలుకొనడానికి ఉపయోగిస్తారు .

మూలాలు

1. "X-Rays". Science Mission Directorate. NASA.
2. Novelline, Robert (1997). Squire's Fundamentals of Radiology. Harvard University Press. 5th edition. ISBN 0-674-83339-2.