|
mitä mitä häh ez es eses ese ese es es es XD
[[Kuva:First medical X-ray by Wilhelm Röntgen of his wife Anna Bertha Ludwig's hand - 18951222.gif|thumb|''Hand mit Ringen'' (Käsi ja sormukset): [[Wilhelm Röntgen]]in ensimmäinen "lääketieteellinen" röntgenkuva, otettu hänen vaimonsa kädestä 22. joulukuuta 1895 ja esitetty [[Freiburgin yliopisto]]n fysiikan laitoksen professorille [[Ludwig Zehnder|Ludwig Zehnderille]] 1. tammikuuta 1896<ref>
{{Kirjaviite
| Sukunimi = Kevles
| Etunimi =Bettyann Holtzmann
| Nimeke =Naked to the Bone Medical Imaging in the Twentieth Century
| Julkaisija=[[Rutgers University Press]]
| Vuosi =1996
| Sivu =19–22
| Julkaisupaikka =Camden, N.J.
| Tunniste =ISBN 0813523583
| Kieli = (engl.) }}</ref>
<ref>{{cite web
| last =Sample
| first =Sharron
| authorlink =
| coauthors =
| title =X-Rays
| work =The Electromagnetic Spectrum
| publisher =[[NASA]]
| date =2007-03-27
| url =http://science.hq.nasa.gov/kids/imagers/ems/xrays.html
| doi =
| accessdate =2007-12-03 }}</ref>]]
'''Röntgensäteily''' on [[sähkömagneettinen säteily|sähkömagneettisen säteilyn]] laji. Sen [[aallonpituus]] on noin 0,01–10 [[nanometri]]ä; se on paljon lyhytaaltoisempaa kuin näkyvä [[valo]]. Röntgensäteilylle on ominaista sen suuri läpäisykyky: se kulkee monien sellaistenkin kiinteiden aineiden läpi, jotka näkyvälle valolle ovat täysin läpinäkymättömiä. Röntgensäteilyksi luetaan lyhytaaltoinen säteily, joka syntyy atomiytimen ympärillä olevalla [[elektronikuori|elektronikuorella]] viritystilojen purkautumisesta tai elektronien jarrutussäteilynä. Ytimessä syntyvää lyhytaaltoista säteilyä kutsutaan puolestaan [[gammasäteily]]ksi.<ref name=jyva/>
==Historia==
===Wilhelm C. Röntgen löytää röntgensäteilyn===
Saksalainen [[Wilhelm Röntgen]] teki vuonna [[1895]] tutkimuksia [[katodisädeputki|katodisädeputkella]] selvittääkseen, mitä [[katodi]]sta lähtevä putken läpi virtaava säteily oikein on. Yhtäkkiä hän huomasi, että jotkut koelaitteiston läheisyydessä olevat [[mineraali]]näytteet alkoivat hohtaa [[fluoresenssi|aavemaista valoa]]. Röntgen luuli ”paholaisen päässeen irti”, mutta pian kuitenkin huomasi valon syntyvän vain koelaitteiston ollessa päällä. Siitä hän päätteli, että koelaitteisto tuotti entuudestaan tuntematonta säteilylajia. Röntgen antoi tälle uudelle säteilylajille nimen X-säteily, jota yhä käytetään joissain kielissä. Suomessa ja monissa muissa kielissä siitä käytetään tavallisimmin keksijänsä mukaan nimitystä röntgensäteily. Lisäkokeet paljastivat, että tämä ''X''-säteily tunkeutui paperin, puun, käden ja ohuen metallikalvon läpi. Säteily myös jätti jälkiä valokuvausfilmiin.
Röntgen ymmärsi keksintönsä lääketieteellisen merkityksen ja tie tutkimuksesta käytännön sovellutuksiin oli nopea. [[Suomi|Suomeen]], Helsingin Kirurgiseen sairaalaan, hankittiin ensimmäinen röntgenlaite jo vuonna [[1897]] eli kaksi vuotta ensimmäisten kokeiden jälkeen. Röntgen sai puolestaan ensimmäisen [[Nobelin fysiikanpalkinto|fysiikan Nobelin palkinnon]] vuonna [[1901]].
===Röntgendiffraktio keksitään===
Koska röntgensäteilyn aallonpituus on samaa luokkaa kuin [[atomi]]en läpimitta, kiinteiden aineiden [[kiderakenne]] aiheuttaa röntgensäteilyn siihen osuessa [[Braggin laki|Braggin lain]] mukaisia [[diffraktio]]ilmiöitä. [[Max von Laue]] esitti idean [[röntgendiffraktio]]n mahdollisesta toimivuudesta hiihtoretkellä muutamalle kollegalleen, jotka päättivät epäilyksistään huolimatta kokeilla sen toimivuutta. Onnistuneen yrityksen jälkeen Laue johti ilmiölle matemaattisen esitystavan. Hän sai Nobelin fysiikanpalkinnon tästä merkittävästä keksinnöstä vuonna [[1914]], vain kaksi vuotta tutkimuksen julkaisemisen jälkeen.<ref>{{Verkkoviite|Osoite=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1914/laue-bio.html|Julkaisija=Nobelprize.org|Nimeke=Max von Laue: Biography|Luettu=6.9.2008|Kieli={{en}}}}</ref> Von Lauen löydöstä lähtien röntgensäteilyllä on ollut keskeinen osa kiinteiden aineiden kiderakenteen tutkimuksessa.
[[Kuva:Compton-effekt1.png|thumb|200px|[[Comptonin ilmiö]].]]
===Comptonin ilmiö johtaa kvanttimekaniikan nousuun===
Röntgensäteilyllä oli myös merkittävä rooli 1900-luvun alussa, kun [[klassinen fysiikka]] osoittautui riittämättömäksi joidenkin ilmiöiden selittäjänä. [[Arthur H. Compton]]in röntgensäteillä vuonna [[1922]] havaitsemassa [[Comptonin ilmiö|ilmiössä]] sironneiden säteiden [[energia]] muuttuu. Tämä ilmiö on selitettävissä vain valon hiukkaskuvassa ja on näin kiistaton todiste sähkömagneettisen säteilyn [[aalto-hiukkasdualismi|dualistisesta aalto-hiukkasluonteesta]]. Comptonin sironnalla saadaan myös tietoa [[elektroni]]en nopeusjakaumasta aineessa. Vuosisadan alkupuolen kokeet osoittivat, etteivät muun muassa [[metalli]]en johde-elektronit noudata klassisen fysiikan mukaista [[Maxwellin–Boltzmannin jakauma]]a vaan [[kvanttimekaniikka|kvanttimekaanista]] [[Fermin–Diracin statistiikka|Fermin-Diracin jakaumaa]].<ref>X-rays in Theory and Experiment, A.H. Compton ja S.K.A. Compton</ref>
===Kuvantaminen säilyy tärkeimpänä sovellutuksena===
Nykyään röntgensäteilyä käytetään muun muassa [[radiologia|lääketieteessä]], läpivalaisussa turvatarkastuksissa lentoasemilla ja raja-asemilla, erilaisten rakenteiden mikrohalkeamien etsinnässä ja aineen [[atomi]]tason rakenteen tutkimuksessa. Nykyään säteilyherkkä staattisen kuvan säilövä kuvafilmi on korvattu elektronisella ilmaisimella ja kuva tallennetaan ja käsitellään digitaalisesti. Digitaaliset ilmaisimet ovat herkempiä kuin filmit, joten tutkimuksissa käytettyjä säteilyannoksia on voitu vähentää huomattavasti. Filmien jäädessä pois ei myöskään tarvita kehitys- ja kiinnitekemikaaleja, jotka ovat ympäristölle haitallisia. Digitaalisten kuvien käyttöönsaaminen on nopeampaa ja lisäksi niitä voidaan lähettää ja tallentaa helpommin kuin filmejä.
== Läpäisykyky ==
Röntgensäteilyn suuri läpäisykyky johtuu sen pienestä [[aallonpituus|aallonpituudesta]] ja sitä vastaavasta [[kvantti|kvantin]] suuresta energiasta. Koska sen energia on niin suuri, varsinkaan kevyimpien [[alkuaine]]iden [[atomi]]t eivät yleensä pysty niitä [[absorptio|absorboimaan]]. Raskaammissa aineissa absorptio sen sijaan tulee voimakkaammaksi.<ref name=LukFys>{{kirjaviite | Tekijä = K. V. Laurikainen, Uuno Nurmi, Rolf Qvickström, Erkki Rosenberg, Matti Tiilikainen | Nimeke = Lukion fysiikka 3 | Sivu = 57-58 | Julkaisija = WSOY | Vuosi = 1974 | Tunniste = ISBN 951-0-03618-5}}</ref>
== Röntgensäteilyn lähteitä ==
Röntgensäteilyä syntyy muun muassa nopeiden [[elektroni]]en törmätessä metalliin. Jos niiden [[liike-energia]] on tarpeeksi suuri, ne voivat irrottaa elektroneja metalliatomista joltakin lähellä [[atomiydin|ydintä]] olevalta [[orbitaali]]lta, jolloin syntyneeseen aukkoon siirtyy elektroni joltakin korkeammalta orbitaalilta. Tällöin syntyy säteilyä, jonka [[taajuus]] saadaan jakamalla orbitaalien energiaerotus [[Planckin vakio]]lla. Jos tämä energiaero ja sitä vastaava taajuus on tarpeeksi suuri, syntyvä säteily on röntgensäteilyä. Tällä tavalla syntynyttä säteilyä sanotaan ''[[ominaissäteily]]ksi'', sillä siinä esiintyy vain tiettyjä, kullekin [[alkuaine]]elle ominaisia taajuuksia ja aallonpituuksia.<ref name=LukFys /> Sen lisäksi samalla syntyy ''jarrutussäteilyä'', sillä ydin jarruttaa sen lähelle saapuneen elektronin liikettä, jolloin [[sähködynamiikka|sähködynamiikan]] yhtälöiden mukaan kiihtyvässä liikkeessä oleva sähköisesti varattu hiukkanen lähettää sähkömagneettista säteilyä. Toisin kuin ominaissäteilyn, jarrutussäteilyn spektri on jatkuva, mutta sen aallonpituudella on alaraja, joka vastaa elektronien koko liike-energiaa.<ref name=LukFys />
=== Röntgenputki ===
[[Röntgenputki]] on historiallisesti ensimmäinen tunnettu tapa synnyttää röntgensäteilyä. Putkessa olevasta hehkulangasta irtoaa [[Elektroni|elektroneja]], jotka kiihdytetään putkessa olevassa [[Sähkökenttä|sähkökentässä]]. Niiden törmätessä putken keskellä olevaan metallilevyyn syntyy edellä kuvatulla tavalla sekä ominais- että jarrutussäteilyä.
=== Synkrotronilähteet ===
[[Synkrotronisäteily|Synkrotronilähteet]] ovat nykyaikainen tapa tuottaa röntgensäteilyä muun muassa [[materiaalifysiikka|materiaalifysiikan]] tutkimuksen tarpeisiin. [[Synkrotroni]] on varta vasten säteilyn tuottamiseen tarkoitettu [[hiukkaskiihdytin]], missä säteily syntyy, kun lähes [[valonnopeus|valonnopeudella]] liikkuvan varatun hiukkassuihkun rataa kaareutetaan [[magneettikenttä|magneettikenttien]] avulla. Näin syntynyt, niin kutsuttu [[synkrotronisäteily]] soveltuu [[fysiikka|fysikaalisilta]] ominaisuuksiltaan monin verroin perinteistä röntgenputkesta saatavaa säteilyä paremmin tutkimuskäyttöön. Synkrotronisäteilyn suuri [[intensiteetti]], valittavissa oleva [[polarisaatio]] ja säteilyn intensiteetin pulssittunut aikarakenne mahdollistavat joukon uusia kokeita.
== Lääketieteellinen kuvaaminen ==
{{Pääartikkeli|[[Lääketieteellinen röntgenkuvaus]]}}
Röntgenkuvaus lääketieteessä lienee menetelmän tunnetuin käyttömuoto. Vaikka alkuaikoina luiden kuvaaminen oli yleisintä, menetelmien kehittymisen myötä myös pehmeiden kudosten kuvaus alkoi yleistyä. Röntgenkuvauksen eräs merkittävä kohde oli tuberkuloosin vastustaminen kuvausten avulla. Lääketieteessä käytetään eri kokoisia filmejä, jotka on suljettu valotiiviiseen kasettiin. Vaikka röntgensäteetkin valottavat filmiä, erityisten vahvistuslevyjen käyttö paransi kuvien laatua ja säteilyannosta voitiin vähentää. Vahvistuslevyjen fluoresoivat pinnat ovat filmiä herkempiä ja ne aiheuttavat kasetin sisällä näkyvää valoa, joka sitten valottaa filmin. Kuva on latentti ja se saadaan säilyväksi kehittämällä ja kiinnittämällä. Menetelmä muistuttaa perinteisten kamerafilmien kehitystä. Uutta tekniikkaa ovat digitaaliset röntgenkuvaukset, joissa toistaiseksi kasettimaiselle muistilevylle tallentuu latentti kuva, joka sitten skannataan tietokoneelle. Menetelmä muistuttaa valokuvan skannaamista tietokoneelle. Uusinta tekniikkaa käytettäessä kuva syntyy suoraan digitaaliseen muotoon. Digitalisointi nopeuttaa kuvaamista, pienentää säteilymääriä ja lisäksi pimiötä ja hankalia kemikaaleja ei enää tarvita ollenkaan. Lisäksi digitaalinen kuva voidaan liittää helposti potilaskortistoihin sekä tarvittaessa lähettää muualle. Erilaisilla kuvankäsittelyn menetelmillä voidaan myös säätää kuvan kirkkautta ja kontrastia.
Ihmisen eri kudokset läpäisevät röntgensäteilyä eri suurissa määrin. Tämän vuoksi esimerkiksi [[rintakehä]]stä otetuissa röntgenkuvissa näkyvät lähinnä [[luu]]t sekä [[keuhkot]] mahdollisine varjostumineen, [[sydän]] ja [[pallea]]. Pehmeät kudokset saadaan näkyviin käyttämällä sopivia varjoaineita, jollaisena esimerkiksi [[ruoansulatuselimistö]]ä kuvattaessa käytetään [[bariumsulfaatti]]a.<ref name=LukFys />
'''Eläinlääketieteessä''' röntgenkuvausta käytetään diagnoosinteon lisäksi kartoitettaessa joitakin perinnöllisiä vikoja. Tunnetuimpia näistä ovat useiden koirarotujen lonkka-, kyynärpää- ja selkävaivat.
== Röntgentähtitiede ==
{{Pääartikkeli|[[Röntgentähtitiede]]}}
Röntgentähtitiede ({{k-en|X-ray astronomy}}) sai alkunsa korkealla lentävien pallojen ja rakettien mittalaitteiden mittauksista. 1950-luvun lopun [[satelliitti|satelliitit]] mittasivat [[Aurinko|Auringon]] röntgensäteilyä. Sittemmin on rakennettu erityisiä röntgenobservatoriosatelliitteja, esimerkiksi [[Euroopan avaruusjärjestö|ESA]]n vuonna 1999 laukaisema [[XMM-Newton]]. Vuonna 2002 italialais-amerikkainen fyysikko [[Riccardo Giacconi]] sai [[Nobelin fysiikanpalkinto|Nobelin fysiikanpalkinnon]] suurelta osin röntgenastronomiaa koskevan työnsä ansiosta.
Avaruudessa röntgensäteilyn lähteitä ovat muun muassa [[pulsari]]t eli nopeasti pyörivät [[neutronitähti|neutronitähdet]] sekä röntgenpurkautujat eli [[bursteri]]t.<ref>{{kirjaviite | Tekijä = Hannu Karttunen, Heikki Oja, Pekka Kröger, Markku Poutanen | Nimeke = Tähtitieteen perusteet | Sivu = 374-376 | Julkaisija = Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, Valtion painatuskeskus | Vuosi = 1984 | Tunniste = ISBN 951-859-367-1}}</ref> Röntgensäteilyä syntyy myös aineen joutuessa [[musta aukko|mustaan aukkoon]] juuri ennen kuin se saavuttaa [[tapahtumahorisontti|tapahtumahorisontin]].<ref>Tähtitieteen perusteet, s. 379-380</ref>
Ilmakehän [[otsonikerros]] absorboi lähes kaiken säteilyn, jonka aallonpituus on alle 300 [[nanometri]]ä,<ref>Tähtitieteen perusteet, s. 68</ref>, myös röntgensäteilyn. Tämän vuoksi avaruudesta tulevaa röntgensäteilyä voidaan tutkia vain [[avaruusluotain]]ten avulla, ja sitä on tutkittu systemaattisesti vasta 1970-luvulta lähtien.<ref>Tähtitieteen perusteet, s. 101</ref>
== Lähteet ==
{{Viitteet|viitteet=
<ref name=jyva>[https://www.jyu.fi/fysiikka/opiskelu/tyoosasto/tyot/fysp106/fysp106_k2.pdf Röntgenfluoresenssi. Jyväskylän yliopisto]</ref>
}}
== Katso myös ==
* [[röntgensironta]]
* [[röntgendiffraktio]]
* [[röntgenkristallografia]]
* [[synkrotronisäteily]]
* [[röntgenkuvaus]]
== Aiheesta muualla ==
{{commonscat-rivi|X-rays|röntgensäteily}}
* [http://www.saunalahti.fi/arnoldus/rontgen.html Arno Forsius: Wilhelm Conrad Röntgen (1845–1923) ja röntgensäteet lääketieteessä]
*''Eläinten lääkintä ja hoito'' Sirkkola / Tauriainen 2009. ISBN 978-952-13-3477-1
{{SMsäteily}}
[[Luokka:1800-luvun keksinnöt]]
[[Luokka:Röntgensäteily]]
| 