X Işını Nedir? X-Işınları Nasıl Keşfedilmiştir?

X-ışınları, morötesine göre çok daha yüksek bir enerjiye ve çok daha kısa bir dalga boyuna sahiptir. Bilim insanları genellikle X-ışınlarının dalga boylarından ziyade enerjilerine atıfta bulunurlar. 0.03 ile 3 nanometre arasında değişen dalgaboyları çoğu elementin tek bir atomundan daha büyük değildir. Ancak 100 ile 100000 elektronvolt aralığında enerjilere sahip olmaları onları yüksek enerjili elektromanyetik radyasyon sınıfına sokmaktadır.

Wilhelm Röntgen, Almanya’da Würzburg Üniversitesi’nde ışık ve dalga boyları üzerine çalışan bir bilim insanıdır. 1895 yılında bir kasım gecesinde, karanlık bir laboratuvarda çalışırken, yanlışlıkla tıbbın kaderini sonsuza dek değiştirecek olan ve nihayetinde 1901 yılı Nobel Fizik Ödülü'ne layık görülen X ışınlarını keşfetmiştir. 

X Işınları Nasıl Keşfedildi?

Röntgen’in X Işınlarını keşfetmesinden yıllar önce, katot ışınları keşfedilmişti. On dokuzuncu yüzyılda William Crookes, kendi tasarladığı Crookes Tüpü ile yaptığı deney sonucunda, insan gözüyle görülebilen dalgaboyunda bir ışın olan katot ışınlarını keşfetti. Crookes Tüpü'nde, iki elektrot arasında (anot ve katot arasında) yüksek voltaj oluşturulması sonucunda, katot ışınları tarafından vakumlu bir tüp içerisinde yeşil-sarı bir ışıma meydana getirilir.

Wikipedia

Günümüzdeyse, Crookes Tüpü'nün daha modern hali olan Katot Işını Tüpleri kullanılmaktadır. Katot ışınları (elektron ışını veya e-ışını olarak da adlandırılır), vakum tüplerinde gözlemlenen elektron akımlarıdır. Boşaltılmış bir cam tüpe iki elektrot konulursa ve bir voltaj uygulanırsa, negatif elektrotun karşısındaki camın katottan yayılan elektronlarla parladığı gözlenir. Elektronlar da ilk olarak katot ışınlarının bileşenleri olarak keşfedilmiştir. Katot ışınları, bir vakum tüpünde negatif elektrot veya katot tarafından yayıldıkları için bu şekilde adlandırılır.

Wikipedia

Röntgen ise 1895 yılında bir gün Crookes Tüpü üzerinde, asıl amacı olan elektriğin etkilerini gözlemlemek için çalışıyordu. Ama deney sırasında elektrik açıkken hemen arkasındaki fosfor kaplı levha üzerinde bir parlama fark etti. Bunu gördükten sonra nasıl mümkün olduğunu merak edip, Crookes Tüpü'nün üzerini tamamen parlamayı emeceğini düşündüğü siyah bir kartonla kapladı. Ama yine de fosfor kaplı levha parlamaya devam ediyordu. İşte bu noktada, daha önceden bu deney üzerine çalışmış bilim insanlarından farklı olarak Röntgen, tüp içerisinde katot ışınlarından farklı bir ışının daha varlığını keşfetti.

Wilhelm Conrad Röntgen’in X ışınları üzerine yaptığı çalışmalar, eşi Anna Bertha Ludwig’in desteği ve katılımıyla çok daha gelişti. X ışınını denemek için elini radyoaktif madde ve floresan plaka arasına yerleştiren Anna Bertha, 15 dakika boyunca o şekilde bekledi. Bu işlem sonucunda, elinde bulunan kemiklerin görüntüsüne ulaştılar. Böylece Anna Bertha, o andan itibaren milyonlarca kez hayat kurtaran bu yeni tıp disiplinini ilk tecrübe eden kişi olmuş oldu.

Dünyanın ilk röntgen tetkiki uygulanan insan olan Wilhelm Röntgen'in eşi Bertha Röntgen’in el grafisi, tanısal amaçlı olmadığı, sadece X-ışınlarının etkilerinin gösterilmesi amaçlandığı için, el pozisyonu günümüz el grafilerinden farklılıklar göstermektedir.

Günümüzde el grafilerinde hastanın ön kolu ve eli kasete paralel olarak masaya ve kaset üzerine yerleştirilir. El ayası kasete bakan yüzde ve parmaklar aralık olacak şekilde yerleştirilir. Görüntüleme alanında yüzük, bileklik gibi yabancı objelerin olmamasına dikkat edilir. Üçüncü metakarpofalangial eklem santralize edilir. Tüp açısı kasete ve el arka kısmına dik olarak ayarlanır. Baş parmak oblik seyirde izlenir. Bertha Röntgen’in filminde yüzüğe ait olabilecek metalik yabancı cisim görüntü alanını kapatmaktadır. Parmaklar simetrik konumda değildir. El bileği orta hatta olmayıp, el bileği laterale deviyedir. Özellikle ikinci ve üçüncü distal falankslarda laterale deviasyon saptanmaktadır. Parmak araları nispeten eşit mesafeye gelmiş, ancak birinci falanks net olarak değerlendirilememektedir. Eldeki bütün kemik yapıları görüntü içerisinde değildir. Parmaklar ekstansiyon konumunda olmayıp, hafif öne esneme görülmektedir. Ancak üçüncü metakarpofalangial eklem santralize görünümdedir. Bu ve bunun gibi pek çok farklılıklar saptansa da bu tetkik hastalık tanısı amacıyla yapılmamış, X ışınlarının görüntülenmesi esası göz önünde tutulmuştur.

ResearchGate

Bu buluştan sonra insan vücudunu, kemikleri ve deri altını görüntülemek için artık neşterle kesmeye gerek kalmamıştı. X ışınlarının keşfi başta tıpta olmak üzere güvenlik, fizik vs. gibi birçok alanda hayatımızı kolaylaştırmıştır. Hatta Wilhelm Röntgen'in anısına medikal alanda genellikle hastaların iskelet sistemindeki kırık ve çatlakları görüntülemek için kullanılan röntgen cihazına da ismi verilmiştir.

Halen Röntgen filmimiz çekildiği zaman vücudumuzun bir tarafına X-ışınına duyarlı bir film tabakası yerleştirilmekte ve ışın demeti direkt vücudumuzdan geçirilmektedir. Kemiklerimiz diğer dokularımıza göre daha yoğun olduğu ve daha fazla X-ışını soğurduğu için röntgen filminde görülen de aslında kemiklerimizin gölgesidir.

X Işınları Zararlı mı?

X-ışınları tıbbi tanılarda 100 yıldan uzun zamandır kullanılmaktadır. Bu zaman zarfında çeşitli mitler ve yanlış bilgiler de işin içine girmiştir ki en yaygını X-ışınlarının kansere sebebiyet vermesidir.

Elbette X-ışınları vücudumuzdan geçerken hücrelere ve DNA'ya zarar verebilir. Ancak tıbbi görüntüleme sırasında alınan doz, çevremizde her gün aldığımız radyasyon miktarı (radon gazı, kozmik ışınlar, yiyecekler ve diğer etkenler) ile karşılaştırılabilecek düzeydedir.

Öyle ki yapılan tek bir uçak yolculuğunda dahi yolcunun aldığı doz, röntgen filmi çekilen kişiden üç kat fazla olabilmektedir. Çünkü yükseldikçe incelen hava üzerimize gelen kozmik ışınları daha az engelleyebilir.

Her sene bir kaç kez diş röntgeniniz çekilse bile kanser oluşumu riskiniz ihmal edilebilecek kadar düşük bir miktarda artmaktadır. Aynı durum bir çok yerin girişlerinde güvenlik amacı ile kullanılan vücut tarayıcıları için de geçerlidir.

En Yakın X Işını Kaynağımız: Güneş

Tabii uçak örneğindeki gibi kozmik ışınlardan bahsedildiği zaman, bize en yakın kaynağa da değinilmesi gerekir. Güneş'in radyasyonu görünür bölgede epey yüksektir, ancak  koronası (taç) çok sıcaktır ve çoğunlukla X-ışını yaymaktadır. Bilim insanları koronayı incelemek için yörüngede bulunan uydulardaki X-ışını dedektörleri tarafından toplanan verileri kullanmaktadırlar. Japonya'nın Hinode uzay aracı, bilim adamlarının korona içindeki enerji akışlarını görmelerini ve kaydetmelerini sağlayan, Güneş'in X-ışını görüntüsünü oluşturmuştur.

NASA

Bir nesnenin fiziksel sıcaklığı, yaydığı radyasyonun dalga boyunu belirler. Nesne ne kadar sıcak olursa, yayınlanan radyasyonun dalga boyu da o kadar kısa olur. X-ışınları, sıcaklıkları milyonlarca dereceyi bulabilen pulsarlar, süpernova kalıntıları ve kara deliklerin kütle aktarım diskleri gibi yerlerden, yüksek miktarlarda yayınlanır.

X-ışını teleskopları, gökyüzünün belirli bir bölgesinden gelen fotonları toplar. Fotonlar, emildikleri dedektöre yönlendirilir ve enerjileri, süreleri, yönleri kaydedilir. Bu ölçümler uzak göksel bölgelerin bileşimleri, sıcaklıkları ve yoğunlukları hakkında ipuçları sağlar.

Uçak örneğinde değinildiği gibi Dünya'nın atmosferi, en azından havanın yoğun olduğu deniz seviyesine yakın bölgelerde, X-ışını radyasyonunu engellemektedir. Bu nedenle X-ışını dedektörlü teleskoplar atmosferin üzerinde konumlandırılmalıdır.

Chandra X-Ray Observatory

X-ışını verileri, patlamayla saçılan maddelerin çevrelerindeki gaz ve toza çarptığı zaman ortaya çıkan, milyonlarca derece sıcaklıktaki bölgeleri vermektedir. Yukarıdaki görselde X-ışını ve görünür bölge görüntülerinin beraber incelenmesiyle birlikte özel bir tür nötron yıldızı bulunmuştur. Günümüzde astronomlar çeşitli sistemlerden edinilen kızılötesi ve X-ışını görüntülerini de karşılaştırarak,  X-ışını üreten sıcak gaz içindeki daha soğuk toz taneciklerinin nasıl bulunabileceği hakkında araştırmalar yapmaktadırlar.