Λύσεις — Κεφάλαιο 2 · Ακτίνες Χ (Röntgen) (σελ. 31) – ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΚΤΙΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Β-Γ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 2 · Ακτίνες Χ (Röntgen) (σελ. 31)

Απαντήσεις στις 10 ερωτήσεις του βιβλίου (περιγραφικές + πολλαπλής επιλογής).

Ανακάλυψη ακτίνων Χ

Ερώτηση: 1. Πότε & από ποιον ανακαλύφθηκαν οι ακτίνες Χ;

Απάντηση:

• Οι ακτίνες Χ ανακαλύφθηκαν το 1895 από τον Γερμανό φυσικό Wilhelm Conrad Röntgen, ενώ πειραματιζόταν με τις καθοδικές ακτίνες. Τις ονόμασε «ακτίνες Χ» (αγνώστου φύσεως)· διατηρείται & ο όρος «ακτίνες Röntgen» προς τιμήν του.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το 1895, από τον W. Röntgen.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: έτος 1895 + Röntgen.

Λυχνία Coolidge

Ερώτηση: 2. Περιγράψτε την ακτινολογική λυχνία Coolidge περιστρεφόμενης ανόδου.

Απάντηση:

• Είναι αερόκενος σωλήνας (πυρίμαχο γυαλί) με δύο ηλεκτρόδια:
• Κάθοδος: ηλεκτρόδιο με δύο νήματα βολφραμίου & κοιλότητα εστίασης· με θέρμανση παράγει ηλεκτρόνια (θερμική εκπομπή).
• Άνοδος: δίσκος βολφραμίου (υψηλός ατομικός αριθμός) στηριγμένος στον ρότορα ηλεκτροκινητήρα ώστε να περιστρέφεται· περιφερειακά έχει μικρή κλίση, με επιφανειακό στρώμα βολφραμίου σε μολυβδαίνιο (& ενίοτε γραφίτη). Η περιστροφή κατανέμει τη θερμότητα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Αερόκενος σωλήνας· κάθοδος (νήματα βολφραμίου, θερμική εκπομπή)· περιστρεφόμενη άνοδος (δίσκος βολφραμίου σε ρότορα).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σωλήνας + κάθοδος + περιστρεφόμενη άνοδος βολφραμίου.

Παραγωγή ακτίνων Χ

Ερώτηση: 3. Περιγράψτε το φαινόμενο παραγωγής ακτίνων Χ.

Απάντηση:

• Οι ακτίνες Χ παράγονται όταν ταχέως κινούμενα ηλεκτρόνια σταματήσουν απότομα σε υλικό υψηλού ατομικού αριθμού.
• Στη λυχνία: η θερμαινόμενη κάθοδος δίνει ηλεκτρόνια· ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο τα επιταχύνει & προσκρούουν στην άνοδο (βολφράμιο).
• Στην πρόσκρουση, ~99% της κινητικής ενέργειας γίνεται θερμότητα & <1% μετατρέπεται σε ακτίνες Χ.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ηλεκτρόνια από θερμή κάθοδο επιταχύνονται & προσκρούουν στην άνοδο· ~99% θερμότητα, <1% ακτίνες Χ.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: επιτάχυνση + πρόσκρουση σε άνοδο + αναλογία 99%/1%.

Ακτινοβολία πέδησης

Ερώτηση: 4. Τι είναι η «εκ πεδήσεως» ακτινοβολία Röntgen;

Απάντηση:

• Είναι η ακτινοβολία από πέδηση: όταν τα ηλεκτρόνια περνούν κοντά στον πυρήνα των ατόμων της ανόδου, έλκονται, παρεκκλίνουν & επιβραδύνονται/σταματούν απότομα.
• Η απότομη επιβράδυνση δημιουργεί μεταβαλλόμενα ηλεκτρομαγνητικά πεδία, από τα οποία εκπέμπονται ηλεκτρομαγνητικά κύματα (φωτόνια). Αποτελεί το μεγαλύτερο ποσοστό της παραγόμενης ακτινοβολίας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ακτινοβολία από την απότομη επιβράδυνση (πέδηση) ηλεκτρονίων κοντά στον πυρήνα· το μεγαλύτερο ποσοστό της εκπομπής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: επιβράδυνση/πέδηση + εκπομπή Η/Μ ακτινοβολίας.

Ιδιότητες στην ακτινοπροστασία

Ερώτηση: 5. Ποιες ιδιότητες των ακτίνων Χ εκμεταλλευόμαστε στην ακτινοπροστασία;

Απάντηση:

• (α) Ότι διερχόμενες από υλικά μεγάλου ατομικού αριθμού (π.χ. μόλυβδος) απορροφώνται σε μεγάλο βαθμό (μολύβδινες ποδιές, επενδύσεις τοίχων).
• (β) Ότι απομακρυνόμενες από τη λυχνία εξασθενούν σύμφωνα με τον νόμο του αντίστροφου τετραγώνου της απόστασης.
• (γ) Στη δοσιμετρία: αμαύρωση φιλμ, φθορισμός ουσιών & ιονισμός αέρα (θάλαμος ιονισμού).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Απορρόφηση σε μεγάλο ατομικό αριθμό (μόλυβδος) & νόμος αντίστροφου τετραγώνου (+ ιδιότητες δοσιμετρίας).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: απορρόφηση + αντίστροφο τετράγωνο.

Μόλυβδος

Ερώτηση: 6. Γιατί ο μόλυβδος χρησιμοποιείται ως ακτινοπροστατευτικό υλικό;

Απάντηση:

• Επειδή έχει μεγάλο ατομικό αριθμό, & οι ακτίνες Χ διερχόμενες από υλικά μεγάλου ατομικού αριθμού απορροφώνται σε μεγάλο βαθμό. Έτσι ο μόλυβδος αναχαιτίζει αποτελεσματικά την ακτινοβολία.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Λόγω του μεγάλου ατομικού του αριθμού απορροφά σε μεγάλο βαθμό τις ακτίνες Χ.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μεγάλος ατομικός αριθμός → απορρόφηση.

Ιδιότητες στην Ακτινολογία

Ερώτηση: 7. Ποιες ιδιότητες των ακτίνων Χ εκμεταλλεύονται στην Ακτινολογία;

Απάντηση:

• Ότι: προσβάλλουν τη φωτογραφική πλάκα (λανθάνουσα εικόνα), προκαλούν φθορισμό ορισμένων ουσιών, έχουν την ικανότητα να διαπερνούν σώματα που το φως δεν διαπερνά, & απορροφώνται σε μεγάλο βαθμό διερχόμενες από υλικά μεγάλου ατομικού αριθμού.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Προσβολή φωτ. πλάκας, φθορισμός, διαπερατότητα, απορρόφηση σε μεγάλο ατομικό αριθμό.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: τουλάχιστον 3 από τις 4 ιδιότητες.

Μη-ιδιότητα (επιλογή)

Ερώτηση: 8. Ποιο ΔΕΝ είναι ιδιότητα των ακτίνων Χ που παράγονται από τη λυχνία; α) είναι διεισδυτικές, β) προκαλούν ιονισμό αερίων, γ) εκτρέπονται από ηλεκτρικό & μαγνητικό πεδίο, δ) προκαλούν φθορισμό.

Λύση:

• Οι ακτίνες Χ ΔΕΝ εκτρέπονται από ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο — διαδίδονται ευθύγραμμα. Άρα το γ ΔΕΝ είναι ιδιότητά τους.

Απάντηση: Σωστό: γ (δεν εκτρέπονται από τα πεδία).

Πρόσεξε:

• Τα α, β, δ είναι πραγματικές ιδιότητες των ακτίνων Χ.

Μεγαλύτερο ποσοστό (επιλογή)

Ερώτηση: 9. Το μεγαλύτερο ποσοστό της παραγόμενης ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τη λυχνία αποτελεί: α) η χαρακτηριστική, β) η ακτινοβολία από πέδηση, γ) η ακτινοβολία α, δ) η ακτινοβολία β.

Λύση:

• Το μεγαλύτερο ποσοστό αποτελεί η ακτινοβολία από πέδηση (το β)· η χαρακτηριστική ακτινοβολία είναι μικρό ποσοστό.

Απάντηση: Σωστό: β (ακτινοβολία από πέδηση).

Πρόσεξε:

• Η χαρακτηριστική ακτινοβολία (α) είναι το μικρό ποσοστό.

Μετατροπή ενέργειας (επιλογή)

Ερώτηση: 10. Η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων (κάθοδος→άνοδος) μετατρέπεται: α) όλη σε ακτίνες Χ, β) το μεγαλύτερο μέρος σε θερμότητα, γ) το μεγαλύτερο μέρος σε ακτίνες Χ, δ) το μικρότερο μέρος σε ακτίνες Χ, ε) το μικρότερο μέρος σε θερμότητα, στ) το β & το δ, ζ) το γ & το ε.

Λύση:

• Στην άνοδο το μεγαλύτερο μέρος (~99%) γίνεται θερμότητα (β) & το μικρότερο μέρος (<1%) γίνεται ακτίνες Χ (δ). Άρα ισχύουν & τα δύο → στ.

Απάντηση: Σωστό: στ (το β & το δ: μεγαλύτερο μέρος θερμότητα, μικρότερο μέρος ακτίνες Χ).

Πρόσεξε:

• ~99% θερμότητα, <1% ακτίνες Χ — γι' αυτό η άνοδος πρέπει να ψύχεται/περιστρέφεται.