Röntgen sugarak
Röntgen, a würzburgi egyetem professzora 1895-ben fölfedezett egy láthatatlan sugárzást, amely azzal a képességgel bír, hogy áthatol a szilárd testeken. Később megállapították, hogy ez a sugárzás a látható fénnyel szoros rokonságban van: ez is elektromágneses hullámhoz hasonlítható, mint a látható fény, különbség csak a hullámhosszukban van. A Röntgen-sugarak hullámhossza 2×10-9 m-tol 6×10-12 m-ig terjed, azaz sokkal rövidebb, mint a látható fény hullámhossza (ld. ábra). Rövid hullámhossza miatt keresztülhatol olyan testeken is, amelyek a fénysugarak számára átlátszatlanok.
A Röntgen-sugarak energiát is hordoznak. Ez az energia - mint az a mikrofizikában szokásos - adagokban, kvantumokban terjed. Egyetlen energiakvantum nagysága a hullámhossztól függ:
E = hc / l.Itt h a Planck-állandót, c a fénysebességet, l pedig a Röntgen-foton hullámhosszát jelöli. Ha ebben képletbe behelyettesítünk egy, a fentiekben megállapított közepes hullámhosszat (pl. 10-10 m), hamar kiderül, hogy a röntgen-fotonok E energiája általában meghaladja az atomok, molekulák ionizációs energiáját! Ezért a Röntgen-sugaraknak ionizáló hatása van, s így nagyobb dózisban az élő szervezetre veszélyesek.
A Röntgen-sugárzás keletkezése
A Röntgen-sugárzás keletkezésében két különböző fizikai folyamat játszik szerepet:
gyors elektronok az anyagban történő lefékeződéskor bocsátják ki: ez a fékezési sugárzás,
az atomok belső elektronhéjára történő elektronátmenetkor sugárzódik ki. Ez utóbbi a karakterisztikus röntgensugárzás.
Fékezési sugárzás
Ismeretes, hogy gyorsuló elektromos töltés elektromágneses sugárzást bocsát ki. Ezt a sugárzást nap mint nap - szinte tudtunkon kívül - hasznosítjuk. A rádió- és a televízió adók antennájában ide-oda szaladgáló elektronok - mivel gyorsuló mozgást végeznek - sugárzást bocsátanak ki, amit a készülékeinkkel felfogunk. De ilyen, gyorsuló elektronoktól származó sugárzás továbbítja hangunkat barátainkhoz mobiltelefonunk antennájából kiindulva is.
Az antennákban periodikusan gyorsulva ide-oda mozgó elektronok periodikus, jól meghatározható hullámhosszúságú sugárzást bosátanak ki. Az elektronok lefékeződése azonban a röntgencsőben egyszeri, hirtelen esemény. Ezért az ennek során kibocsátott sugárzás egy bizonyos hullámhossztartományban mindenféle hullámhosszúságú elektromágneses sugárzást tartalmaz, a spektruma folytonos. A legkisebb hullámhosszat természetesen a becsapódó elektronok energiája szabja meg, hiszen a röntgen sugár energia-adagja nem lehet nagyobb, mint amit az anódba becsapódó elektronok hordoznak. A fenti képlet átalakításából kapjuk:
lmin= hc /Eelektron
Karakterisztikus röntgensugárzás
A karakterisztikus röntgensugárzás keletkezése hasonlít az atomok, molekulák fénykibocsátásához. Itt is az atomok elektronhéjainak átrendeződése következik be: egy magasabb energiájú elektron egy alacsonyabb energiájú, üresen álló állapotba ugrik, miközben a két állapot közötti energiakülönbséget elektromágneses sugárzás (foton) formájában kisugározza. Az alacsonyabb energiájú állapotból az eredetileg ott lévő elektront a katódsugárzás nagyenergiájú elektronjai ütik ki, s így ott egy betöltetlen "lyuk" keletkezik.
Elektromágneses sugárzás kibocsátása az atomban
A kibocsátott elektromágneses sugárzás n frekvenciájára a következő összefüggés érvényes:
hn = Emagasabb - E alacsonyabb
Itt h a Planck-állandó. A különbség a fénykibocsátás és a karakterisztikus röntgensugárzás kibocsátása között abban van, hogy ez utóbbinál jóval nagyobb az állapotok energiakülönbsége, s ezért a sugárzás egyetlen fotonja több energiát visz el. Ennek megfelelően a sugárzás frekvenciája nagyobb lesz, a hullámhossza pedig kisebb, mint a látható fényé. Legnagyobb energiájúak azok a karakterisztikus röntgensugarak, amikor a legalacsonyabb energiájú, legerősebben kötött, ún. K-héjon jön létre egy üres hely, s ide ugranak be a magasabb energiájú állapotokból elektronok.
Mivel az egyes atomi állapotok energiája jól meghatározott és az illető atomra jellemző, a karakterisztikus röntgensugárzás is csak jól meghatározott hullámhosszúságú összetevőket tartalmaz: a spektruma vonalas. Ezek a hullámhosszak jellemzőek a sugárzást kibocsátó anyagra. Ezt a tulajdonságot használja ki a Röntgen-fluoreszcencia-analízis, amely egy fontos roncsolásmentes anyagvizsgálati módszer.
A gyakorlatban a vonalas és a folytonos spektrum keverten is jelentkezhet. A Röntgen-sugarakat orvosi diagnosztikai és terápiás célokra, valamint többféle ipari célra is használják (pl. anyagok átvilágítására, zárványok, öntési vagy hegesztési hibák keresésére, stb.).
A röntgencsövekben (ld
ábra) 
az elektronágyúból jövő elektronokat nagy feszültséggel nagy sebességre
gyorsítják, s ezek az elektronok egy nagy rendszámú anyagba (pl. wolfram) csapódva hirtelen lefékeződnek, és
fékezési sugárzást bocsátanak ki. Egyes esetekben az anódot forgatják is, hogy az
elektronok más és más helyen érjék. Ezáltal a becsapódáskor keletkező hő
nagyobb felületen oszlik el, és az anód anyaga nem hevül fel annyira.
Röntgencső működésének elve
Dr.Jarosievitz Beáta & Dr.Sükösd Csaba