Röntgenstraling
Röntgenstraling (ook wel X-stralen), genoemd naar de ontdekker ervan, Wilhelm Röntgen, is elektromagnetische straling met een hogere energie dan zichtbaar licht. In het spectrum ligt Röntgenstraling tussen ultraviolet licht en gammastraling. De golflengtebegrenzing is arbitrair, men spreekt van Röntgenstraling tussen ca. 4,5 nm (nanometer) en 0,01 nm; ofwel ca 0,5 tot 200 keV.
Inhoud |
[bewerk] Eigenschappen
Röntgenstraling wordt evenals ultraviolette straling door de atmosfeer tegengehouden en de röntgenstraling van de zon bereikt ons dus niet. Röntgenstraling behoort tot de ioniserende stralingssoorten, en kan dus in stoffen waar hij op valt chemische reacties teweegbrengen. Als de bestraalde stof levend weefsel is kan dit leiden tot stralingsschade aan het DNA, en dus potentieel ook tot kanker. Onnodige blootstelling aan elke vorm van ioniserende straling dient dus zoveel mogelijk te worden voorkomen.
Röntgenstraling kan niet worden afgebogen door lenzen en slechts beperkt worden gespiegeld en dat maakt een aantal toepassingen analoog aan die van zichtbaar en ultraviolet licht moeilijker te verwezenlijken - lasers, spiegels, beeldvorming door telescopen etc. die voor zover ze mogelijk zijn via andere wegen moeten worden gerealiseerd. Zie hiervoor Röntgenoptiek.
[bewerk] Bronnen
K - gloeispiraal maakt elektronen vrij
A - trefvlak
C - koelwater W - koelwater aan- en afvoer
U h- gloeispannning
U a- versnelspanning
X - röntgenstraling
Röntgenstraling wordt meestal in een röntgenbuis opgewekt als remstraling, die ontstaat wanneer elektronen die in vacuüm eerst door middel van een elektrisch veld zijn versneld op een doel te laten botsen, meestal van wolfraam of een ander hard materiaal met een hoog smeltpunt. De maximale energie van de röntgenstraling die zo ontstaat is evenredig met de aangelegde elektrische spanning en wordt daarom vaak in kilovolt uitgedrukt. Bij het opwekken van intense stralingsbundels wordt het doel erg warm en daarom hebben de zogenaamde röntgenbuizen waarin de straling wordt opgewekt allerlei koelvoorzieningen (bijvoorbeeld waterkoeling en/of snel ronddraaien van het doelmateriaal)
Naast de remstraling die een continue verdeling van golflengten bezit (witte straling) wordt er ook specifieke straling vrijgemaakt in het doel omdat elektronen uit de binnenste schil van de atomen in het materiaal worden losgeslagen en het ontstane gat weer opgevuld wordt. De zo ontstane fotonen hebben een scherp bepaalde golflengte die karakteristiek is voor het doelwit-element.
Een veel intensere bron van allerlei straling, waaronder röntgen-, is synchrotronstraling. Deze straling is een mengsel van zo ongeveer iedere gewenste golflengte over een veel breder spectrum dan alleen het röntgengebied. Deze bron wordt in toenemende mate gebruikt in wetenschappelijk toepassingen.
Het is mogelijk met behulp van een monochromator de straling te beperken tot vrijwel één bepaalde golflengte. Bij traditionele röntgenbuizen stelt men de monochromator meestal in op de sterkste specifieke lijn van de gebruikte anode, bijvoorbeeld de Kα1 lijn van koper (λ= 154.05 pm) is een veel gebruikte golflengte. Bij synchrotronstraling heeft men veel meer keuze omdat vrijwel het gehele spectrum beschikbaar is.
[bewerk] Natuurlijke bronnen
Op aarde zijn natuurlijke bronnen schaars. Er zijn een aantal radioactieve materialen die straling in het röntgengebied veroorzaken, maar dit is beter te beschouwen als een zachte vorm van radioactieve straling.
In het heelal is dat een andere zaak. Er zijn ster-achtige objecten die bijzonder veel röntgenstraling uitzenden, zoals Cygnus X-1 in de Zwaan en er is een tak van de astronomie die zich toelegt op het meten en bestuderen van deze straling.
[bewerk] Toepassingen
Het aantal toepassingen van röntgenstraling is vrij groot en neemt nog steeds toe, vooral in de wetenschap.
[bewerk] Medisch
Ondanks de schadelijke kanten ervan heeft röntgenstraling belangrijke toepassingen in de geneeskunde. Vooral omdat hij door de meeste zachte weefsels wordt doorgelaten, maar door calciumhoudend weefsel (bot) veel minder. Sinds meer dan een eeuw kan daarom het skelet makkelijk met röntgenstraling worden afgebeeld.
Toepassingen in de geneeskunde zijn:
- als medische beeldvormende techniek voor diagnose (zie röntgenfoto, CT-scan en röntgendoorlichting) en
- therapeutisch door het bestralen van kwaadaardige gezwellen (radiotherapie).
Ook in de tandheelkunde worden röntgenfoto's gemaakt.
Gewone, lichtgevoelige film is gevoelig voor röntgenstraling, zelfs als de verpakking er nog omheen zit. Kort na de ontdekking ervan werd röntgenstraling daarom veel gebruikt in een soort kermisattracties, waarbij men de botten van zijn of haar hand kon laten afbeelden. Verduistering was dan niet nodig. Ook is röntgenstraling in schoenenwinkels wel gebruikt om na te gaan of schoenen de juiste maat hadden. Pas veel later werd duidelijk dat röntgenstraling ook schadelijk is, vooral bij grote of langdurige blootstelling.
[bewerk] Techniek
Ook in de techniek vinden röntgenstralen veelvuldig toepassing, bijvoorbeeld voor het controleren van lasnaden op fouten.
[bewerk] Misdaadbestrijding
Doorlichten is ook in de bestrijding van misdaad en terrorisme een veel gebruikte techniek. Vrijwel alle bagage van passagiers in de luchtvaart wordt doorgelicht.
[bewerk] Wetenschap
Röntgenstraling vindt toepassing in een aantal belangrijke wetenschappelijke en analytische technieken, zoals:
- Röntgendiffractie, hierbij wordt veelvuldig gebruikgemaakt van koper en molybdeen doelmaterialen.
- Röntgenfluorescentie
- Element analyse in een rasterelektronenmicroscoop
- EXAFS
- NEXAFS
Florescentie -in een rasterelektronenmicroscoop of daarbuiten- geeft informatie over de elementsamenstelling van het doelwitmateriaal. Diffractie daarentegen geeft informatie over de kristalstructuur van het materiaal. EXAFS over de (ruimtelijke) stuctuur van de onmiddellijke omgeving van een atoom. NEXAFS over de elektronenstructuur van het atoom en zijn bindingen.
