Tia X

Bức xạ X (bao gồm tia X hay X-ray) là một dạng của sóng điện từ. hầu hết tia X có dải bước sóng trong khoảng từ 0,01 đến 10 nano mét tương ứng với dãy tần số từ 30 Petahertz đến 30 Exahertz (3×10¹⁶ Hz to 3×10¹⁹ Hz) và có năng lượng từ 120 eV đến 120 keV. Bước sóng của nó ngắn hơn tia tử ngoại nhưng dài hơn tia gamma. Trong nhiều ngôn ngữ, bức xạ X được gọi là bức xạ Röntgen, được đặt tên theo nhà khoa học Đức / Hà Lan Wilhelm Röntgen, ngay sau khi ông khám phá ra một loại bức xạ mà chưa ai biết đến.

Tia X cứng và tia X mềm

Các tia X có năng lượng photon cao (trên 5-10 keV, bước sóng dưới 0,2-0,1 nm) được gọi là tia X cứng, những tia X có năng lượng thấp được gọi là tia X mềm. Do có khả năng đâm xuyên, các tia X cứng được sử dụng rộng rãi để nhìn thấy hình ảnh bên trong các vật thể, thường được dùng để chụp X quang trong y tế và kiểm tra hành lý tại an ninh sân bay. Thuật ngữ X-quang được sử dụng để chỉ một hình ảnh được tạo bởi tia X. Vì các bước sóng của tia X cứng tương đương với kích thước của các nguyên tử, nó rất hữu ích để xác định các cấu trúc tinh thể bằng tinh thể học tia X. Ngược lại, tia X mềm bị hấp thụ dễ dàng trong không khí; độ dài suy giảm khoảng 600 eV (~ 2 nm). Các tia X trong môi trường nước nhỏ hơn 1 micromet.

Tia gamma

Không có sự đồng thuận về một định nghĩa phân biệt giữa tia X và tia gamma. Một thực tế phổ biến là để phân biệt giữa hai loại bức xạ dựa trên nguồn của chúng: tia X phát ra bởi các electron, trong khi các tia gamma được phát ra bởi hạt nhân nguyên tử. Định nghĩa này gặp một số vấn đề: các quá trình khác cũng có thể tạo ra các photon năng lượng cao, hoặc đôi khi phương pháp tạo ra không được biết. Một giải pháp thay thế phổ biến khác là phân biệt X và gamma trên cơ sở bước sóng (tần số hoặc năng lượng photon),Với bức xạ ngắn hơn một số bước sóng tùy ý, chẳng hạn như 10⁻¹¹ m (0,1 Å), thì là bức xạ gamma.
Phương pháp này chỉ định một photon cho một thể loại đã rõ, nhưng chỉ có thể xác định được nếu biết được bước sóng. Tuy nhiên, hai định nghĩa này thường trùng với nhau vì bức xạ điện từ phát ra bởi các tia X thường có bước sóng và năng lượng photon thấp hơn phóng xạ phát ra từ hạt nhân phóng xạ.

Tính chất

Các photon tia X khi mang đủ năng lượng có thể ion hóa nguyên tử và phá vỡ liên kết phân tử. Điều này làm cho nó trở thành một loại bức xạ ion hoá, do đó gây hại cho mô sống cơ thể. Liều bức xạ cao trong một khoảng thời gian ngắn gây ra bệnh nhiễm xạ, trong khi liều thấp hơn có thể làm tăng nguy cơ ung thư do xạ trị. chụp X-quang trong y tế có nguy cơ làm tăng bị ung thư mặc dù nó có nhiều lợi ích của việc kiểm tra. Khả năng ion hoá của tia X có thể được sử dụng trong điều trị ung thư để diệt tế bào ác tính bằng cách sử dụng phương pháp xạ trị. Nó cũng được sử dụng để xác định đặc tính vật liệu bằng cách sử dụng quang phổ tia X.
Tia X có bước sóng ngắn hơn nhiều so với ánh sáng nhìn thấy, nó có thể đượccấu trúc nhỏ hơn nhiều so với những gì có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi bình thường. Điều này có thể được sử dụng trong kính hiển vi X-quang để có được hình ảnh có độ phân giải cao và xác định vị trí các nguyên tử trong tinh thể.
Các tia X cực mạnh có thể đi qua các vật thể dày mà không bị hấp thu hoặc phân tán nhiều. Vì lý do này, tia X được sử dụng rộng rãi để thu hình ảnh bên trong các đối tượng bọc kín. Các ứng dụng thường thấy nhất là trong chụp X quang y tế và máy quét an ninh sân bay, nhưng các kỹ thuật tương tự cũng quan trọng trong công nghiệp (ví dụ chụp X quang công nghiệp và CT công nghiệp) và nghiên cứu (ví dụ CT động vật nhỏ). Độ sâu thâm nhập thay đổi theo một vài bậc độ lớn so với phổ tia X. Điều này cho phép điều chỉnh năng lượng photon cho ứng dụng để truyền tải đầy đủ thông qua đối tượng và đồng thời có độ tương phản tốt trong hình ảnh.

Khả năng nhìn thấy ở mắt người

Quan điểm thông thường coi 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 trong phòng 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 .

Câu chuyện phát hiện ra tia X

Tối ngày 8 tháng 11 năm 1895, Wilhelm Röntgen đang kiểm tra xem liệu tia cathode (tia âm cực) có thể đi xuyên qua kính hay không thì bất ngờ nhận thấy một ánh sáng phát ra từ một tấm được phủ hóa chất gần đó. Ông gọi những tia tạo ra ánh sáng này là tia X, vì bản chất chưa rõ của chúng.
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.

Trong vũ trụ

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

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.
Năm 1897, tia X lần đầu tiên được sử dụng trên chiến trường quân sự, trong Chiến tranh Balkan, để tìm các mảnh đạn và vị trí xương gãy bên trong cơ thể bệnh nhân.
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. Ưu điểm của ứng dụng này là chẩn đoán và điều trị nhiều bệnh tật một cách nhanh chóng mà không làm bệnh nhân đau đớn (ví dụ như các bệnh về đường máu, bệnh ung thư,...). 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 (Tiếng Anh: 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 các tế bào ung thư nông (là những khối u không nằm quá sâu trong cơ thể), dùng các tia X có năng lượng mạnh.

Phục vụ kiểm tra an ninh tại cửa khẩu

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.