X Işınları Nedir?

X ışınlarnın kulağa egzotik gelen bir adi var; bu isim, “bilinmeyen” olduklarından (bir denklemdeki x gibi) verilmişti, fakat aslında, elektromanyetik tayfın morötesi ve gama ışınları arasındaki göremediğimiz kısmını oluşturan fotonlardan ibarettir – elektromanyetik ışıma -.

Felemenkçe ve Almancada bunlara X ışını denmez; onun yerine, bu ışınları 1895’te keşfetmiş Alman fizikçi Wilhelm Röntgen‘in adi verilmiştir. Bunları, söz konusu tayfın öteki sakinlerini tanımladığımız gibi, üç farklı fakat birbirine bağlı biçimde ayırt ederiz: frekansla (saniyedeki devir sayısı, hertzle gösterilir), dalga boyuyla (tek bir dalganın uzunluğu, metre cinsinden, bu örnekte nanometre) ya da enerjiyle (elektron volt cinsinden, eV veya binlerce elektron volt cinsinden, keV).

X Işınlarının Özellikleri

İşte çabucak karşılaştırılacak bazı noktalar. Yeşil ışık bir metrenin yaklaşık 500 milyarda biri ya da 500 nanometre kadarlık bir dalga boyuna ve yaklaşık 2,5 elektron voltluk bir enerjiye sahiptir. En düşük enerjili X ışını fotonu yaklaşık 100 eV’dir, yani bir yeşil ışık fotonunun enerjisinin kırk katı; dalga boyu da yaklaşık 12 nanometredir. En yüksek enerjili X ışınları yaklaşık 100 keV’dir, dalga boyu yaklaşık 0,012 nanometredir. (Dişçiniz röntgen çekerken yaklaşık 50 ke V’ye kadar X ışını kullanır.) Elektromanyetik tayfın öteki ucunda, ABD’de radyo istasyonları AM bandında 520 kilohertz (dalga boyu 577 metre – bir kilometrenin yarısından biraz fazla) ila 1710 kilohertz (dalga boyu 175 metre – bir futbol sahasının iki katına yakın) arasında yayın yapar. Enerjileri yeşil ışıktan bir milyar kat, X ışınlarından da bir trilyon kat azdır.

Doğa X ışınılarını birtakım farklı yollarla yaratır. Çoğu radyoaktif atom nükleer bozunma sırasında doğal olarak bu ışınları art yayar. Burada olan şudur. Elektronlar yüksek enerji durumundan düşük durumuna sıçrar: enerjideki fark bir X ışını fotonu olarak yayılabilir. Elektronların enerji seviyeleri paketçikler halinde (kuantumlanmış ya da nicemlenmiş) olduğundan bu fotonların çok ayrık enerjileri vardır. Ya da elektronlar atom çekirdeklerinin yanından yüksek hızla geçerlerken yön değiştirirler ve enerjilerinin bir kısmını X ışını olarak yayarlar.

Gökbilimde, tüm tıpta ya da diş hekimliğindeki X ışını (röntgen) cihazında çok yaygın olan bu tür X ışını yayımına, çok zor bir Almanca adla bremsstrahlung diyoruz , kelime anlamı da “frenleme ışıması’.

Ayrık enerjili X ışınlan tıpta kullanılan bazı X ışını cihazlarında da üretilebilir, fakat genel olarak (kesintisiz X ışını tayfı üreten) bremsstrahlung egemendir. Yüksek enerjili elektronlar manyetik alan çizgileri etrafında spiral çizerek dolanırken hızlarının yönü sürekli değişir ve bu yüzden de enerjilerinin bir kısmını X ışınıları olarak yayarlar; buna senkrotron ışıması diyoruz, ama manyetik bremsstrahlung da denir. (Yengeç bulutsusunda olan da budur- aşağıda.)

Doğa bir de yoğun maddeyi çok ama çok yüksek sıcaklıklara, milyonlarca Kelvin dereceye kadar ısıttığında X ışınları yaratır. Buna kara cisim ışıması diyoruz. Madde bu kadar sıcaklığa ancak epey uç şartlarda ulaşır, bazı muazzam büyüklükteki yıldızların görkemli ölüm patlamaları olan süpernova patlamalarında ya da gaz çok yüksek hızlarda bir kara delik ya da nötron yıldızına düştüğünde. Örneğin güneş, yüzeyinde yaklaşık 6000 Kelvin derece sıcaklıkla, enerjisinin yarıdan biraz azını (yüzde 46’sını) görünür ışık olarak yayar. Geriye kalanın çoğu kızılötesi (yüzde 49) ve morötesi ışımadır (yüzde 5). X işini yayacak kadarki sıcaklığın yanından bile geçmez. Fiziği tam anlaşılmamış olsa da güneş bir miktar X ışını yayar, ama X ışınlarında yayılan enerji, yaydığı toplam enerjinin sadece milyonda biri kadardır. Sizin vücudunuz da kızılötesi 1şıma yayar, ama görünür ışık yayacak sıcaklıkta değildir.

X ışınılarının en ilginç-ve en işe yarar- yanlarından biri, kemik gibi bazı madde türlerinin X ışınını, yumuşak doku gibi ötekilerde daha çok soğurmasıdır. Ağzınızın ya da elinizin X ışınıi görüntüsü de (röntgen filminde) açık ve koyu bölgeler olmasının sebebi de budur. Röntgen filmi çektirdiyseniz, vücudunuzun geri kalan kısmını korumak için size kurşun önlük de giydirmişlerdir, çünkü X ışınlarına maruz kalmak kanser olma riskini de arttırır. Atmosferimizin çok iyi bir X ışınıi soğurucusu olması bu yüzden çoğunlukla iyi bir şeydir.

Deniz seviyesinde düşük enerjili (1 keV) X 1şinlar yaklaşık yüzde 99’u sadece 1 santimetrelik havayla soğurulur.

5 keV’lik X ışınlarında, ışınların yüzde 99’unu soğurmak için yaklaşık 80 santimetre hava gerekir. 25 keV’deki yüksek enerjili X ışınları söz konusuysa, aynı oranı soğurmak için 80 metrelik hava gerekir.

Fizik Aşkına adlı eserden derlenmiştir.

Walter Lewin – Warren Goldstein