Röntgenikiirgus

Röntgenikiirgus on elektromagnetkiirgus lainepikkuste vahemikus 0,01–10 nm. Seega on röntgenikiirgus väiksema lainepikkuse ja suurema energiaga kui nähtav valgus ja ultraviolettkiirgus ning suurema lainepikkuse ja väiksema energiaga kui gammakiirgus. Kuna röntgenikiirguse energia on suurem ja lainepikkus väiksem kui nähtaval valgusel, siis läheb see erinevatest ainetest paremini läbi kui valgus, võimaldades näha seda, mida valguse abil näha ei saa. Seetõttu on röntgenikiirgus kõige tuntum kasutuse tõttu meditsiinis, kus sellega tehakse röntgenipilte. Röntgenikiirgus on nime saanud Wilhelm Conrad Röntgeni järgi, kes seda nähtust esimesena põhjalikumalt uuris.

Röntgenikiirgus liigitatakse pidurdus- ehk pärsskiirguseks ja karakteristlikuks kiirguseks.

Pärsskiirgus tekib suure energiaga elektronide pidurdumisel metallis, näiteks röntgenitoru anoodis, kui elektron annab osa oma kineetilisest energiast ära röntgenikiirgust kandvatele footonitele. Pärsskiirguse spekter on pidev.

Kui langeva elektroni energia on piisav aatomi ioniseerimiseks, siis jääb aatomi sisemisest elektronkihist lahkunud elektronist alles auk. Mingi aja pärast täidab selle augu mõni kõrgema energiaga elektron ja kaotatud energia antakse ära karakteristliku kiirguse footonina. Kuna aines elektronkihtidel olevate elektronide energia on kvantiseeritud, siis on ka tekkiva kiirguse spekter diskreetne.

Avastamine

Röntgenikiirgus avastati katsetes Crookesi toruga, mille konstrueeris umbes 1870 inglise füüsik William Crookes. See on klaastoru, kus katoodi ja anoodi vahele rakendatakse kõrge pinge, et siis jälgida gaaslahendust. Tugevas väljas kiirendatakse elektrone suure energiani ja kui need tabavad anoodi või seadme korpust, tekkib kõrvalmõjuna röntgenikiirgus.

Röntgenikiirgusega kaasnevaid efekte märkasid juba tookordsed teadlased. Näiteks märkasid mitmed teadlased sõltumatult, et läheduses olnud fotoplaatidele tekkisid varjud. Johann Hittorfi ja William Crookesi konstrueeritud elektronkiiretorudes, mida ka Wilhelm Conrad Röntgen oma katsetes kasutas, tekib röntgenikiirgus, mida tõestati Crookesi ning alates 1892. aastast Heinrich Hertzi ja tema õpilase Philipp Lenardi katsetes fotoplaatide mustumisega, ilmselt aga teadvustamata avastuse tähtsust. Ka Nikola Tesla katsetas alates 1887. aastast elektronkiiretorudega ja tekitas seejuures röntgenikiirgust, kuid ei avaldanud oma tulemusi. Väidetakse ka, et röntgenikiired avastas juba 1881. aastal ukraina päritolu Austria teadlane Johann Puluj.

Wilhelm Conrad Röntgen, röntgenikiirte avastaja

Wilhelm Conrad Röntgen avastas röntgenikiirguse nimetatust teadlastest sõltumatult. Ta vaatles röntgenikiirgust esimest korda Würzburgi Julius Maximiliani Ülikooli füüsikainstituudis hilisel reede õhtul 8. novembril 1895, kui teenindavat personali enam majas ei olnud. Elektronkiiretoru lähedal helendas fluorestseerus selle töötamise ajal baariumplaatinatsüaniidist ekraan. Helendus ei lakanud ka siis, kui ta toru musta papiga kinni kattis. Järgnenud seitsme palavikulise nädala jooksul, mil Röntgen harva laborist lahkus, selgus, et põhjuseks on kiirgus, mis lähtub sirgjooni mööda gaaslahendustorust, see heidab varje, magnet ei kalluta seda kõrvale ja palju muud. 28. detsembril 1895, esitas Röntgen avaldamiseks töö pealkirjaga "Über eine neue Art von Strahlen".[1][2]

Röntgeni teene on see, et ta sai vastavastatud kiirte tähtsusest kohe aru ning uuris neid esimesena teaduslikult. Röntgeni kuulsusele aitas kindlasti kaasa see, et ta tegi röntgeniülesvõtte oma abikaasa käelabast, mis sisaldus tema esimeses publikatsioonis röntgenikiirguse kohta. See kuulsus tõi talle 1901 Nobeli füüsikaauhinna, kusjuures Nobeli auhinna komitee tõstis esile avastuse praktilist tähtsust. Röntgen nimetas oma avastuse X-kiirteks.

Nimetus "röntgenikiired" pärineb anatoom Albert von Köllikerilt, kes pani selle ette 23. jaanuaril 1896. Ajendiks oli Röntgeni esimene avalik ettekanne Köllikeri asutatud Würzburgi füüsika-meditsiiniseltsi ( Physikalisch-medizinische Gesellschaft zu Würzburg) kutsel. Mõnes keeles, sealhulgas inglise keeles, on jäädud esialgse nimetuse juurde.