Röntgenové žiarenie

Röntgenové žiarenie (iné názvy: röntgenové lúče, röntgenová radiácia, RTG žiarenie/lúče/radiácia, rtg žiarenie/lúče/radiácia, lúče/žiarenie X, X-lúče/žiarenie; ako vlnenie: röntgenové vlnenie/vlny, RTG vlnenie/vlny, rtg vlnenie/vlny; ako časť elektromagnetického spektra: röntgenové/RTG/rtg spektrum, röntgenové/RTG/rtg pásmo) je elektromagnetické žiarenie v rozsahu vlnových dĺžok od 1 pikometra do 10 nanometrov (10-12 až 10-8 m). Vzniká prudkým zabrzdením urýchlených elektrónov (brzdné žiarenie) alebo prechodom elektrónov na nižšie energetické hladiny v atóme (charakteristické žiarenie). 

Jeho prirodzeným zdrojom sú najmä hviezdy, umelo sa dá získať v röntgenovej trubici (röntgenke) dopadom zrýchlených elektrónov na anódu (kladne nabitú elektródu). Jeho ďalšími zdrojmi sú niektoré rádionuklidy, z umelých napríklad urýchľovač. V rádiológii používané spektrum má vlnovú dĺžku 1-50 nm. Okrem medicíny sa využíva pri štrukturálnej a spektrálnej analýze látok, v radiačnej chémii, v defektoskopii. Patrí do skupiny tzv. ionizačného žiarenia, ktoré má negatívne účinky na ľudský organizmus.

Jeho objaviteľom bol 8. novembra 1895 Wilhelm Conrad Röntgen, nemecký fyzik, pôsobiaci na univerzite vo Würzburgu, pri pokusoch katódovým žiarením v sklenenej trubici.  Úplne zamedzil prístup svetla k sklenenej trubici a generoval výboje. Vždy keď v trubici nastal výboj, papier pokrytý fluorescenčnou látkou ležiaci neďaleko, začal svetielkovať. Po starostlivom pátraní a overovaní vysvetlil Röntgen tento jav ako vyžarovanie prenikavého neviditeľného žiarenia, ktoré vyvoláva fluorescenciu a preniká cez tenkú stenu krabice, v ktorej bola umiestnená sklenená trubica aby mala zabezpečenú úplnú tmu. Pri ďalších experimentoch zistil, že objekty s rôznou hrúbkou majú pre tieto lúče rôznu priepustnosť. Ešte pred koncom roku 1895 zverejnil predbežné výsledky svojho objavu, ktorý nazval „X lúče“. O rok neskôr dostalo žiarenie pomenovanie po ňom.
Nie je vylúčené, že pred W. C. Rontgenom lúče X pozoroval Nikola Tesla.

Vlastnosti 
RTG žiarenie má veľkú prenikavosť a silnejšie ionizačné účinky ako ultrafialové žiarenie. Nakoľko má vlnovú podstatu (podobne ako ultrafialové a gama žiarenie), nemá elektrický náboj a teda nemôže príslušnými elektrickými silami priamo ionizovať atómy. Môže však urýchľovať elektróny či spôsobiť excitáciu jadra. Pohlcovanie a prienik röntgenového žiarenia sú závislé od protónového čísla atómov prostredia, závisia aj od hrúbky látky, vzdialenosti od zdroja žiarenia, ako aj od frekvencie samotného žiarenia. Žiarenie s vyššou energiou (kratšími vlnovými dĺžkami) má vyššiu prenikavosť ako žiarenie s nižšou energiou. Jeho najsilnejším prirodzeným zdrojom pre Zem je Slnko, ale aj iné kozmické objekty (napr. jadro Galaxie, niektoré dvojhviezdy, pulzary a pod.). Má asi 10 000-krát menšiu vlnovú dĺžku ako viditeľné svetlo a úmerne k tomu aj väčšiu energiu.

Použitie 
Diagnostické a terapeutické využitie žiarenia spôsobili vznik nového, vysoko špecializovaného a klinicky významného samostatného medicínskeho odboru: rádiológie. Ten sa čoskoro rozdelil na dva odbory: rádiodiagnostiku a rádioterapiu. Používa sa tiež pre výpočet molekulových hmotností, pretože vďaka jeho malej vlnovej dĺžke (0,1 nm) dostaneme oveľa vyššiu rozlišovaciu schopnosť ako pri použití viditeľného svetla. Výhodné vlnové dĺžky ponúka tiež ultrafialové žiarenie, tam je ale problém s tým, že v látke dochádza k jeho absorpcii a následne fluorescencii. 

Röntgenové žiarenie sa používa aj na štúdium štruktúry biopolymérov. Keďže toto žiarenie sa rozptyľuje na elektrónových obaloch atómov, interferenciou vĺn rozptýlených skúmanou látkou možno vytvoriť difrakčný obraz. Z týchto obrazov sa priamo určujú molekulové charakteristiky študovaných látok. Meraním intenzity rozptýlených röntgenových lúčov pri malých uhloch sa získavajú cenné informácie o štruktúre biomakromolekúl, o stupni ich agregácie a orientácii. Difrakciu pozorujeme len vtedy, keď sa rozptýlené lúče nachádzajú vo fáze.

Röntgenové (rtg) žiarenie v rádiológii 
Röntgenová trubica (röntgenka) je najčastejším spôsobom „výroby“ röntgenového žiarenia. Zrýchlené elektróny dopadajú na anti-katódu (kladne nabitú elektródu) v množstve, ktoré určuje žeravenie katódy (veľkosť prechádzajúceho elektrického prúdu). Rýchlosť elektrónov (od ktorého závisí vlnová dĺžka vznikajúceho žiarenia) určuje napätie medzi katódou a anódou. Čím je napätie vyššie, tým je vlnová dĺžka kratšia a žiarenie je homogénnejšie. Urýchlené elektróny sú prudko zabrzdené na terčíku z vhodného materiálu a vzniká tzv. brzdné žiarenie. Je tvorené spojitým spektrom vlnových dĺžok a je hlavným zdrojom diagnostického rtg žiarenia.
Pre brzdné žiarenie elektrónov platí Duaneov - Huntov zákon.

Vlastnosti rtg žiarenia, ktoré sú dôležité pre diagnostiku:
 priamočiare šírenie - rtg žiarenie sa správa rovnako ako svetlo: šíri sa z miesta vzniku všetkými smermi (čo je pre diagnostiku neúčelné) a jeho intenzita klesá so štvorcom vzdialenosti. Platia preň zákony optiky.
 prenikanie hmotou - prenikavosť rtg žiarenia závisí na jeho energii: čím má kratšiu vlnovú dĺžku, tým má väčšiu energiu a tým viac a hlbšie preniká do tkanív. V rádiológii sa niekedy namiesto energie používa termín „tvrdosť“ žiarenia
 odlišná absorpcia tkanivami - podstata samotného zobrazenia. Rôzne tkanivá ľudského tela pohlcujú rtg žiarenie rôznou mierou a práve zobrazenie týchto rozdielov je konečným cieľom jeho diagnostického využitia.
 luminiscencia - pri dopade rtg žiarenia na niektoré chemické zlúčeniny vzniká viditeľné žiarenie, ktorého intenzita závisí od množstva dopadajúceho žiarenia. Najintenzívnejší je tento efekt pri zlúčeninách vzácnych zemín (gadolínium, lantán a pod.). Využíva sa v zosilovacích fóliách, ktoré umožňujú výrazne znížiť potrebnú dávku rtg žiarenia.
 fotochemický účinok - schopnosť spôsobiť v zlúčeninách striebra filmu po vyvolaní trvalé zmeny, ktorých výsledkom je snímka daného predmetu. Využíva sa viac-menej len pri snímkach zubov, kde sa nepoužívajú zosilňovacie fólie. S postupujúcou digitalizáciou ustupuje táto technika do úzadia.
 rozptyl - pre diagnostiku je nevýhodný, pretože rozmazáva obrysy a znižuje kontrast.
 ionizačné účinky - nežiaduce, pretože spôsobujú poškodenie organizmu, najmä jeho DNA.

Používané urýchľovacie napätie v rádiológii:
mäkká snímkovacia technika (mäkké röntgenove žiarenie) (50 – 75 kV)  
 snímkovanie tvrdým žiarením nad 100 kV

Referencie

Iné projekty 

Elektromagnetické žiarenie
Rádiológia