Tia X

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Hình ảnh chụp X quang tay người đeo nhẫn, chụp bởi Röntgen

Tia X hay X quang hay tia Röntgen là một dạng của sóng điện từ. Nó có bước sóng trong khoảng từ 0,01 đến 10 nanômét tương ứng với dãy tần số từ 30 Petahertz đến 30 Exahertz và năng lượng từ 120 eV đến 120 keV. Bước sóng của nó ngắn hơn tia tử ngoại nhưng dài hơn tia gamma.

Đại cương[sửa | sửa mã nguồn]

Tia X có khả năng xuyên qua nhiều vật chất nên thường được dùng trong chụp ảnh y tế, nghiên cứu tinh thể, kiểm tra hành lý hành khách trong an ninh hàng không hoặc cửa khẩu. Tia X cũng được phát ra bởi các thiên thể trong vũ trụ, do đó nhiều kính viễn vọng thiên văn học cũng hoạt động trong vùng phổ tia X.

Tuy nhiên tia X có khả năng gây ion hóa hoặc các phản ứng có thể nguy hiểm cho sức khỏe con người, do đó bước sóng, cường độ và thời gian chụp ảnh y tế luôn được điều chỉnh cẩn thận để tránh tác hại cho sức khỏe.

Bảng phân chia các bức xạ sóng điện từ/ánh sáng[1]
Tên Bước sóng Tần số (Hz) Năng lượng photon (eV)
Tia gamma ≤ 0,01 nm ≥ 30 EHz 124 keV - 300+ GeV
Tia X 0,01 nm - 10 nm 30 EHz - 30 PHz 124 eV - 124 keV
Tia tử ngoại 10 nm - 380 nm 30 PHz - 790 THz 3.3 eV - 124 eV
Ánh sáng nhìn thấy 380 nm-700 nm 790 THz - 430 THz 1.7 eV - 3.3 eV
Tia hồng ngoại 700 nm - 1 mm 430 THz - 300 GHz 1.24 meV - 1.7 eV
Vi ba 1 mm - 1 met 300 GHz - 300 MHz 1.7 eV - 1.24 meV
Radio 1 mm - 100000 km 300 GHz - 3 Hz 12.4 feV - 1.24 meV
Wilhelm Conrad Röntgen, người phát hiện tia X

Khả năng nhìn thấy ở mắt người[sửa | sửa mã nguồn]

Quan điểm thông thường thì coi là mắt người không nhìn thấy tia X. Tuy nhiên ngay sau phát hiện của Röntgen vào năm 1895 đã có thông báo nhìn thấy ánh sáng màu xanh lục-xám yếu khi phòng là tối. Song vì sự nguy hiểm của tia X nên không có nghiên cứu tiếp theo để xác định cơ chế thật sự. Giả thiết đưa ra là tia X kích thích trực tiếp võng mạc và/hoặc kích thích huỳnh quang và mắt người cảm nhận ánh sáng thường thứ cấp [2].

Câu chuyện phát hiện ra tia X[sửa | sửa mã nguồn]

Tối ngày 8 tháng 11 năm 1895, sau khi rời phòng thí nghiệm một quãng, sực nhớ quên chưa ngắt cầu dao điện cao thế dẫn vào ống tia cathode, Wilhelm Conrad Röntgen quay lại phòng và nhận thấy một vệt sáng màu xanh lục trên bàn tuy phòng tối om.

Với đầu óc nhạy bén, đầy kinh nghiệm của một nhà vật lý học, việc này đã lôi cuốn ông và 49 ngày sau ông liên tục ở lỳ trong phòng thí nghiệm, mỗi ngày ông chỉ ngừng công việc nghiên cứu ít phút để ăn uống, vệ sinh và chợp mắt nghỉ ngơi vài giờ. Nhờ thế, ông đã tìm ra tính chất của thứ tia bí mật mà ông tạm đặt tên là tia X và mang lại cho ông giải Nobel về vật lý đầu tiên vào năm 1901.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động đèn Röntgen

Nguồn phát tia X[sửa | sửa mã nguồn]

Đèn tia X[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Đèn phát tia X

Phát hiện của Wilhelm Röntgen dẫn đến việc chế tạo ra đèn phát tia X (hay đèn Röntgen, X-ray tube)[3]. Đó là nguồn phát tia X nhân tạo, thứ dụng cụ hiện vẫn đang sử dụng phổ biến trong các ứng dụng tia X. Nguyên lý hoạt động của đèn Röntgen là trong một ống chân không các điện tử được gia tốc tới tốc độ cao, khi đập vào anode sẽ bị hãm đột ngột, và phát xạ ánh sáng năng lượng cao. "Bức xạ khi bị hãm" hay bức xạ hãm theo tiếng Đức là "Bremsstrahlung", trở thành thuật ngữ được sử dụng trong văn liệu tiếng Anh.

Trong thiên nhiên[sửa | sửa mã nguồn]

Trong thiên nhiên thì sự phân rã phóng xạ của các đồng vị phóng xạ trong đất đá, sự xâm nhập của tia vũ trụ,... dẫn đến sự có mặt các hạt tích điện năng lượng cao và tia gamma trong sinh quyển. Tương tác của chúng với vật chất ở đây làm phát sinh tia X theo hai cơ chế chính.

Các vụ sét đánh tạo ra vùng plasma nhiệt độ cao cũng phát ra tia X, nhưng liều lượng không đáng kể.

Trong thực tế đời sống không phải quan tâm đến phông tia X. Chỉ trong nghiên cứu sinh học di truyền tiến hóa, tia X tự nhiên được coi là đóng góp vào việc tạo ra các biến dị trong ADN.

Trong vũ trụ[sửa | sửa mã nguồn]

Các thiên thể có nhiệt độ cực cao bức xạ tia X theo lý thuyết bức xạ của vật đen tuyệt đối, và là cơ sở để xác định nhiệt độ vì sao đó.

Sử dụng trong Y tế[sửa | sửa mã nguồn]

Ảnh chụp tia X hộp sọ người

Từ khi Wilhelm Conrad Röntgen phát hiện ra tia X có thể chẩn đoán cấu trúc xương, tia X được phát triển để sử dụng cho chụp hình y tế. Khoa X quang là một lĩnh vực chuyên biệt trong y tế sử dụng ảnh tia X và các kĩ thuật khác để chẩn đoán bệnh bằng hình ảnh nên còn được gọi là Khoa chẩn đoán hình ảnh.

Việc sử dụng tia X đặc biệt hữu dụng trong việc xác định bệnh lý về xương, nhưng cũng có thể giúp ích tìm ra các bệnh về phần mềm. Một vài ví dụ như khảo sát ngực, có thể dùng để chẩn đoán bệnh về phổi như là viêm phổi, ung thư phổi hay phù nề phổi, và khảo sát vùng bụng, có thể phát hiện ra tắc ruột (tắc thực quản), tràn khí (từ thủng ruột), tràn dịch (trong khoang bụng). Trong vài trường hợp, sử dụng X quang còn gây tranh cãi, như là sỏi mật (ít khi cản quang) hay sỏi thận (thường thấy nhưng không phải luôn luôn). Hơn nữa, các tư thế chụp X quang truyền thống ít sử dụng trong việc tạo hình các phần mềm như não hay cơ. Việc tạo hình cho phần mềm được thay thế bằng kĩ thuật chụp Cắt lớp vi tính computed axial tomography, CAT hay CT scanning) hoặc tạo hình bằng chụp cộng hưởng từ (MRI) hay siêu âm.

Tia X còn được sử dụng trong kỹ thuật soi trực tiếp "thời gian thực", như thăm khám thành mạch máu hay nghiên cứu độ cản quang của các tạng rỗng nội tạng (chất lỏng cản quang trong các quai ruột lớn hay nhỏ) bằng cách sử dụng máy chiếu huỳnh quang. Hình ảnh giải phẫu mạch máu cũng như các can thiệp y tế qua hệ thống động mạch đều dựa vào các máy soi X quang để định vị các thương tổn tiềm tàng và có thể chữa trị.

Xạ trị tia X, là một can thiệp y tế, hiện nay dùng chuyên biệt cho ung thư, dùng các tia X có năng lượng mạnh.

Phục vụ kiểm tra an ninh tại cửa khẩu[sửa | sửa mã nguồn]

Chiếu X quang để thu được hình ảnh các đồ vật bên trong hành lý gói kín hay trong quần áo trên thân người, được thực hiện tại các cửa khẩu có yêu cầu an ninh cao, như cửa lên máy bay, cửa khẩu sang nước khác, và một số nhà giam đặc biệt.

Hệ thống quét an ninh thường tích hợp chiếu X quang với quét dò kim loại, để thu được thông tin tin cậy hơn về đối tượng được quét.

Hóa phân tích dùng tia X[sửa | sửa mã nguồn]

Phổ tán sắc năng lượng tia X viết tắt là EDX hay EDS (tiếng Anh: Energy-dispersive X-ray spectroscopy), là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện tử. Có ba biến thể đo như dưới đây[4].

  • Phổ điện tử Auger (AES, Auger Electron Spectroscopy): thay vì phát ra các tia X đặc trưng, khi các điện tử có năng lượng lớn tương tác với lớp điện tử sâu bên trong nguyên tử sẽ khiến một số điện tử lớp phía ngoài bị bật ra tạo ra phổ AES.
  • Phổ huỳnh quang tia X (XPS, X-ray Photoelectron Spectroscopy): tương tác giữa điện tử và chất rắn gây phát ra phổ huỳnh quang của tia X, có thêm các thông tin về năng lượng liên kết.
  • Phổ tán sắc bước sóng tia X (WDS, X-ray Wavelength-Dispersive Spectroscopy): tương tự như phổ EDX nhưng có độ tinh cao hơn, có thêm thông tin về các nguyên tố nhẹ, nhưng lại có khả năng loại nhiễu tốt hơn EDS và chỉ phân tích được một nguyên tố cho một lần ghi phổ.
Thiên hà Andromeda quan sát bằng tia cực tím và vùng quan sát bằng tia X năng lượng cao, NASA, xuất ngày 5/01/2016.

Thiên văn học tia X[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Thiên văn học tia X

Thiên văn học tia X nghiên cứu các vật thể vũ trụ ở các bước sóng tia X. Nó xác định ra các đối tượng phát xạ nhiệt có nhiệt đô trên 107 độ Kelvin, là các sao hay vùng khí dày (được gọi là phát xạ vật đen tuyệt đối).

Vì tia X bị khí quyển Trái Đất hấp thụ mạnh, việc quan sát phải được thực hiện trên khí cầu ở độ cao lớn, các tên lửa, hay trên tàu vũ trụ[5].

Chỉ dẫn[sửa | sửa mã nguồn]

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Haynes, William M. biên tập (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ấn bản 92). CRC Press. tr. 10.233. ISBN 1-4398-5511-0. 
  2. ^ Schober H. Die Direktwahrnehmung von Röntgenstrahlen durch den menschlichen Gesichtssinn. In: Vision Research. 4, Nr. 3–4, S. 251–269.
  3. ^ Julius Edgar Lilienfeld. Die sichtbare Strahlung des Brennecks von Röntgenröhren. In: Physikalische Zeitschrift. 20, Nr. 12, 1919, p. 280
  4. ^ Ứng dụng huỳnh quang tia X trong khoa học và kỹ thuật. luanvan.net, 2014. Truy cập 12/01/2016.
  5. ^ Cox A. N., editor (2000). Allen's Astrophysical Quantities. New York: Springer-Verlag. ISBN 0-387-98746-0.

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]