-
مفاهیم رادیولوژی
همان طور که می دانید الکترونها ذرات با بار منفی هستند که در یک توصیف ساده روی مداراتی به دور هسته می چرخند. با توجه به برابر بودن تعداد الکترونها و پروتونهای یک اتم در حالت عادی ،* این اتم از لحاظ بار خنثی می باشد. این توصیف که به منظومه شمسی شبیه است ، تفاوتهایی نیز با آن دارد ، از جمله اینکه در هر مدار بر خلاف مدارات منظومه شمسی بیش از یک الکترون وجود دارد و آن به این نحو است که در مدار اول حداکثر 2 الکترون ، در مدار دوم حداکثر 8 الکترون و...که اگر به صورت ریاضی این روند را نشان دهیم و شماره مدار را n فرض کنیم حداکثر تعداد الکترونی که می تواند در آن مدار قرار گیرد از رابطه Zn2 بدست خواهد آمد. ترتیب این مدارات با حروف لاتین که با حروف K شروع می شود ، نامگذاری شده است.
تفاوت دیگری که مدارات اتم با منظومه شمسی دارد ، کروی شکل بودن لایه مدارات است. الکترون لایه اول که نزدیکترین لایه به هسته است ، الکترون K نامیده می شود و به همین ترتیب لایه های بعدی N , M , L و... از هسته دور می شوند. قطر لایه های الکترون نشأت گرفته از سه اثر هستند که عبارتند از:
1- نیروهای هسته ای وارد بر الکترونها
2- مومنتوم زاویه ای
3- انرژی الکترون
نیرویی که بین هسته و الکترون برقرار است و الکترونها را در اتم نگه می دارد Binding Force نیروی همبستگی نامیده می شود و با عکس مجذور فاصله بین هسته و الکترون متناسب است. مومنتوم زاویه ای نشانگر حرکت منحنی شکل الکترون به دور هسته می باشد. ذرات مقید (Bound Particles) همواره انرژی منفی در خود دارند که این قضیه شامل الکترون ها نیز می شود که برای آزاد شدن این انرژی باید به مقدار صفر یا مثبت برسد و چون این انرژی به عنوان مقدار انرژی لایه در بردارنده الکترون به عنوان مثال تنگستن دارای یک انرژی لایه ای K به میزان kev 5/69 و انرژی لایه L به مقدار kev 11 می باشد.
تشعشع الکترومغناطیسی
* پرتو الکترومغناطیسی (electromagnetic Radiation)
* فوتون (photon):
یک فوتون کوچکترین کمیت هر پرتو الکترومغناطیسی است. همانند اتم که کوچکترین کمیت هر عنصر است. فوتون ممکن است بصورت باندهای کوچک انرژی که غالباً کوانتوم (quantum) نامیده میگردد و در فضا با سرعت نور حرکت می کند، درنظرگرفته شود.
ما فوتون های X-ray، فوتون های نور و انواع دیگر پرتوهای الکترومغناطیسی را با عنوان پرتو فوتونی (photon Radiation) می شناسیم و نام گذاری می کنیم.
یک فوتون X-ray یک کوانتوم انرژی الکترومغناطیسی است.
درقرن نوزدهم، MaXwell نشان داد که نور مرئی هم دارای خاصیت مغناطیسی است و هم دارای خاصیت الکتریکی، بنابراین نام این پرتو را پرتو الکترومغناطیسی گذاشت.
*سرعت و دامنه (Velocity & Amplitude)
فوتونهای حامل انرژی در فضا با سرعت نور (C) منتشر می شوند. سرعت نور 186.000 مایل برثانیه و یا درواحد SI سرعت نور 3.10 m/s است.
سرعت همه پرتوهای الکترومغناطیسی 3.10 m/s است.
اگر چه فوتونها به علت نداشتن جرم و درنتیجه نداشتن شکل قابل تشخیص، ولی آنها دارای میدانهای الکتریکی و مغناطیسی هستند که بطور پیوسته با زمان و بطور سینوسی (sinusoidal) تغییر می کنند. شکل سه مثال از تغییر سینوسی را نشان می دهد. به این نوع از تغییرات معمولاً موج سینوسی (sine ware) گفته می شود.
دامنه نصف فاصله بین قله (crest) تا دره (valley) درموج سینوس است.
* فرکانس و طول موج (frequency and wavelength)
مدل موج سینوسی پرتوهای الکترومغناطیسی، تغییرات میدانهای الکتریکی و مغناطیسی را هنگام عبور پرتو با سرعت C را نشان می دهد. خواص مهم این مدل فرکانس (f)(frequency)و طول موج (l)(ware length) است.
فرکانس (بسامد) معمولاً بصورت تعداد نوسانات در هر ثانیه تعریف می گردد و واحد اندازه گیری آن هرتز (Hz)(Hertz) است که برابر است با یک دوره بر ثانیه(1 cycle / second)
فرکانس برابر است با تعداد طول موجهایی که در هرثانیه از یک نقطه عبور می کند.
فاصله میدان دو قله و یا دو دره ویا دو نقطه متناظر در یک موج سینوسی طول موج (wavelength) نامیده می گردد. شکل سه موج سینوسی با طول موجهای مختلف را نشان می دهد
همانگونه که مشاهده می گردد، با افزایش طول موج، فرکانس کاهش می یابد.
سه پارامتر سرعت، فرکانس و طول موج همگی برای بیان و توصیف یک پرتو الکترومغناطیسی لازم هستند.
دریک سرعت ثابت، فرکانس و طول موج نسبت عکس دارند.
سه پارامتر اصلی پرتوالکترومغناطیسی طبق معادله موج (ware equation) به هم مرتبط میگردند:
Velocity=Frequency × Wavelength
V=f. l
معادله موج هم برای پرتو الکترومغناطیسی و هم برای امواج صوتی مورد استفاده قرار می گیرد ولی این را در ذهن داشته باشید که امواج صوتی بسیار متفاوت از فوتونهای الکترومغناطیسی هستند.
منابع تولید صدا متفاوت هستند، این امواج درجهات مختلف منتشر می گردند وسرعت آنها دارای تغییرات زیادی است و سرعت امواج صوتی وابسته به ماده ای است که صوت در آن ها منتشر می گردد و امواج صوتی از خلاء نمی توانند عبور کنند.
بعد از این معادله موج معرفی شد، ما می توانیم این معادله را برای پرتوهای الکترومغناطیسی بصورت ساده شده زیر در آوریم (توجه گردد چون پرتوهای الکترومغناطیسی دارای سرعت ثابت (C) هستند.):
C: سرعت پرتوالکترومغناطیسی l
f: فرکانس
l: طول موج
*طیف الکترومغناطیسی (Electromagnetic spectrum)
محدوده فرکانس پرتو الکترومغناطیسی تقریباً از 10 Hz تا 10 Hz است. طول موجهای فوتون مربوط به این پرتوها، تقریباً 10nm تا 10M به ترتیب است. این محدوده گسترده انواع زیادی از پرتوهای الکترومغناطیسی را که بیشتر آنها برای ما آشنا هستند، پوشش می دهد. این پرتوها روی هم، طیف الکترومغناطیسی را تشکیل می دهند.
طیف الکترومغناطیسی شامل کل محدوده پرتوهای الکترومغناطیسی است.
طیف الکترومغناطیسی دارای سه منطقه مهم برای تکنولوژی رادیولوژی است که عبارتند از:
نورمرئی (visible light)، فرکانس های رادیویی (radiofrequency) و پرتو (X-radiation) X است.
قسمتهای دیگر این طیف الکترومغناطیسی شامل پرتوفرابنفش (ultraviolet radiation)، نور مادون قرمز (infrared light) و پرتو مایکروویو (microwave) است.
فوتونهای این پرتوهای گوناگون همگی یکسان هستند. یعنی هر فوتون بصورت یک باند انرژی شامل میدانهای متغییر الکتریکی و مغناطیسی است که با سرعت نور حرکت می کنند. تنها تفاوت بین این فوتونها، فرکانس و طول موج آنها است.
امواج ماوراصوت (ultrasound) به صورت فوتون نیست و این امواج دارای سرعت ثابت نیستند. ماوراء صوت، موج حاصل از حرکت مولکول هاست و این امواج به ماده نیاز دارند. در صورتیکه پرتوهای الکترومغناطیسی می توانند در خلاء هم وجود داشته باشند.
ماوارء صوت تشخیصی ، بخشی از طیف الکترومغناطیسی نیست.
* اندازه گیری طیف الکترومغناطیسی
(Measurement of the electromagnetic spectrum)
طیف الکترومغناطیسی را می توان با سه مقیاس متفاوت بیان کرد، یعنی با انرژی، فرکانس و طول موج. چون سرعت تمام پرتوهای الکترومغناطیسی ثابت است پس طول موج و فرکانس با هم نسبت عکس دارند. (C=f.l)
* نور مرئی (visible light)
هنگامی که نور مرئی را از یک منشور ( prism) عبور می دهیم، این نور به یک طیف رنگین کمانی (Rainbow) تفکیک می گردد. این پدیده را شکست ( refraction) گویند.
هنگامی که نور سفید از یک منشور عبور داده می شود، چون این نور از فوتون هایی با یک محدوده طول موج تشکیل شده است، این نور شکست پیدا می کند و منشور به عنوان یک جدا کننده طیف نور براساس طول موج است. اجزای تشکیل دهنده نور سفید دارای محدوده طول موجی تقریباً از 400 nm برای رنگ بنفش تا 700 nm برای رنگ قرمز هستند.
نور مرئی کوچکترین قسمت از طیف الکترومغناطیسی را شامل می گردد و این تنها قسمتی است که ما می توانیم آن را به طور مستقیم احساس کنیم.
نور خورشید همچنین دارای دو نوع از نور مرئی است: مادون قرمز و فرابنفش (ماوراء بنفش).
نور مادون قرمز (Infrared light) تشکیل شده است از فوتونهایی با طول موجهایی بزرگتر از نور مرئی و کوچکتر از امواج مایکرویو. مادون قرمز به هر ماده ای که بخورد کند، آن را گرم می کند، که می توانیم این گرما را گرمای تشعشعی ( radiant heat) درنظر بگیریم.
نور ماوراء بنفش (ultraviolet light) در طیف الکترومغناطیسی ما بین نور مرئی و پرتوهای یون ساز (ionizing radiation) قرار دارد. این نور مسؤل واکنشهای مولکولی است که هنگام آفتاب سوختگی ایجاد می گردد.
* فرکانس رادیویی (RF) (radio frequency)
مهندسان تلویزیون و رادیو تابش فوتونها را با فرکانس هایشان توصیف می کنند.
کانالهای تلویزیون های ماهواره ای معمولاً بوسیله فرکانس هایشان شناخته می شوند که این فرکانسها، فرکانسهای رادیویی یا RF می نامند.
فوتونهای فرکانس رادیویی دارای مقدار انرژی بسیار کم و طول موج بسیار بالای هستند.
فرکانس رادیویی که طول موج کوتاهی دارند به عنوان پرتوهای مایکرویو (microware) شناخته می گردند. پرتوهای مایکروویو وابسته به استفاده، دارای فرکانسهای متغیری هستند. اما همیشه دارای فرکانس بیشتر از فرکانس رادیویی و کمتر از مادون قرمز هستند.
پرتوهای مایکروویو دارای استفاده های گوناگونی اعم از تلفنهای همراه، کنترل سرعت در اتوبان ها و در پخت و پز (مایکروویو) دارند.
* پرتو یون ساز (Iodizing Radiation)
برخلاف فرکانس رادیویی و نور مرئی، پرتو الکترومغناطیسی یون ساز معمولاً بوسیله انرژی فوتون ذخیره شده در آن، مختص می گردند.
یک فوتون پرتو X ، تقریباً مقدار قابل ملاحظه ای، بیشتر انرژی نسبت به فوتون نور مرئی یا فوتون فرکانس رادیویی دارد. فرکانس پرتو X بسیار بیشتر و طول موج آن بسیار کمتر از انواع دیگر پرتوهای الکترومغناطیسی است. تمایزی که گاهی وجود دارد این است که فوتونهای پرتو گاما از فوتونهای پرتو X میزان بیشتری انرژی دارند. این مطلب درگذشته درست بود، چون تجهیزات پرتو X موجود، میزان انرژی محدودی داشتند. ولی اکنون به علت وجود شتاب دهنده های خطی، ما می توانیم پرتوهای X با انرژی بسیار بالاتری نسبت به پرتوهای گاما تولید کنیم، بنابراین این تمایز مناسب نیست.
تنها تفاوت مابین پرتوهای X و پرتوهای گاما، در ذات آنها است.
پرتوهای X از ابرالکترونی یک اتم که بطور مصنوعی تحریک شده است، ساطع می گردند در حالیکه پرتوهای گاما از هسته های اتم رادیواکتیو ساطع می گردند.
پرتوهای X در تجهیزات الکتریکی تولید می گردند، درمقابل پرتوهای گاما ازماده رادیواکتیو بطور خودبه خود ساطع می گردند.
این شرایط نیز در تفاوت بین ذرات بتا (Beta particles) و الکترون ها نیز یکسان است. این ذرات یکسان هستند به جز اینکه ذرات بتا از هسته می آیند و الکترونها از بیرون هسته میآیند.
نور مرئی بوسیله طول موج، فرکانس رادیویی بوسیله فرکانس و پرتوهای X بوسیله انرژی شناخته و تعریف می گردند.
-
-
-
-
-
