ازدواجية الموجة والجسيم
المقدمة
 الفيزياء الكلاسيكية :- هي علم الفيزياء حتي نهاية القرن 19 .
                 تقوم بتفسير المشاهدات اليومية والتجارب المعتادة.

الفيزياء الحديثة :- هي علم الفيزياء من بداية القرن 20
تعتبر مدخلا لفيزياء الكم Quantum physics  .
تفسر الظواهر الفيزيائية الدقيقة                                                                                                                            على المستوي الذري Atomic scale                                                            
    وعلى المستوي دون الذري Subatomic scale  .
تفسر الظواهر الإلكترونية لنظم الإلكترونيات والاتصالات الحديثة.
تفسر التفاعلات الكيميائية على مستوي الجزيء باستخدام كاميرا فائقة السرعة  (د/احمد زويل)

تفسير بعص الظواهر الفيزيائية
1 : الموجات الكهرومغناطيسية (الطيف الكهرومغناطيسي)
الطيف الكهرومغناطيسي
طيف يحتوي على كل الترددات  و الاطوال الموجية الممكنة

أشعة كونية
Cosmic Rays أشعة جاما
-Raysγ أشعة اكس
X-Rays أشعة فوق بنفسجية
Ultra-violet Rays ضوء مرئي
Visible Rays أشعة تحت حمراء
Infra-Red Rays أشعة ميكرومترية
Microwaves
                 
                            يزداد التردد   ويقل الطول الموجي

اولا : التفسير حسب الفيزياء الكلاسيكية :
موجات تنتشر في خطوط مستقيمة
موجا ت تنعكس وتنكسر وتعاني الحيود والتداخل.
يشكل الضوء المرئي جزء محدود من الطيف الكهرومغناطيسي.
تختلف الموجات الكهرومغناطيسية في التردد والطول الموجي لكن سرعتها ثابتة في الفراغ   (3×108 m/s ( C=
لا تحتاج الي وسط مادي لانتشارها.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
ثانيا : التفسير حسب الفيزياء الحديثة       وذلك بتجارب بلانك على إشعاع الجسم الأسود
الجسم الأسود :- هو الجسم الذي يمتص كل الأطوال الموجية للأشعة الساقطة عليه ثم يعيد إشعاعها كاملة   لذلك يعتبر ( ممتص مثالي Perfect absorber    مشع مثالي     Prefect Emitter ).
تمثيل الجسم الأسود المثالي: يمثل بتجويف مغلق به ثقب صغير تنحصر بداخله معظم الإشعاعات لكثرة الانعكاسات ويخرج منها جزء يسير يسمي إشعاع الجسم الأسود.

إشعاع الأجسام الساخنة :
جميع الأجسام الساخنة تشع ضوء وحرارة مثل (الأرض- مصباح - قطعة فحم -الشمس – النجوم ).
لون الضوء الصادر من الجسم الساخن متغير حسب درجة الحرارة أي تتغير شدة الإشعاع بتغير الطول الموجي .



منحني بلانك
(هي علاقة بين شدة الإشعاع والطول الموجي) وجد أن
تزداد النهاية العظمي لشدة الإشعاع m λ  بزيادة درجة حرارة المصدر (تناسب طرديا).
الطول الموجي المصاحب للنهاية العظمي لشدة الإشعاع يتناسب عكسيا مع درجة الحرارة (قانون فين)
                              =cons  T λ
                          cons =2.89×10-3    m.ok
      "تزاح النهاية العظمي لشدة الشعاع نحو الطول الموجي الأقل بزياد درجة الحرارة "
شدة الإشعاع للأطوال الموجية الأقصر والأطوال الموجية الأكبر تقترب من الصفر.
المنحنيات تتكرر بنفس الصيغة لجميع الأجسام الساخنة حتي الأرض والأشخاص والكائنات الحية.
اطلق على ظاهرة الإشعاع اسم إشعاع الجسم الأسود.

تفسير بلانك لإشعاع الجسم الأسود  
 ( تفسير الطيف الكهرومغناطيسي حسب الفيزياء الحديثة )
يتكون الإشعاع من دفقات(دفعات) من الطاقة يسمي كل منها الكوانتم Quantum (الكم أو الفوتون).
تزداد طاقة الفوتونات بزيادة ترددها ولكن يقل عددها  بزيادة الطاقة حيث
E=nhυ             ∴        E/n=nhυ
             زيادة التردد يؤدي لزيادة الطاقة ونقص عدد الفوتونات.

                                       تابع تفسير بلانك لإشعاع الجسم الأسود                                      
تصدر الفوتونات نتيجة تذبذب الذرات لذلك                                        
فهي  مكماة منفصلة وغير متصلة.                                                                                  
تأخذ مستويات الطاقة قيما     E=nhν                                                                                                    
حيث:   h :  ثابت بلانك  =6.625x10-34  JS  
υ : تردد الفوتون الساقط بالهرتز
لا تشع الذرة فوتونات طالما بقيت في مستوى طاقة واحد                                                              
عند انتقال الذرة من مستوى طاقة اعلى الي مستوى طاقة اقل تشع فوتون طاقته
E=hν=h c/λ
 وبذلك تزداد طاقة الفوتون بزيادة التردد(أي أن الفوتون جسيم له طبيعة موجية او موجة لها طبيعة جسيمية…… طبيعة مزدوجة)
يتكون الإشعاع من كم هائل من الفوتونات لذلك لا يمكن ملاحظة الانفصال بينها  لأن  للعين القدرة على الإحساس حتى بفوتون واحد ساقط عليها

تفسير الفيزياء الكلاسيكية للإشعاع
  الإشعاع موجات كهرومغناطيسية لذلك تزداد شدة الإشعاع بزيادة التردد اي بنقص الطول الموجي.
وهذا يتعارض مع نقص شدة الإشعاع عند الترددات العالية حسب الفيزياء الحديثة

دراسة بعض الإشعاعات
إشعاع الشمس
درجة حرارة سطح الشمس تساوي  ( 6000 o K).
تقابل النهاية العظمي لشدة الإشعاع الشمسي 500 nm  اي في نطاق الضوء المرئي لذلك
حوالي 40%  من طاقة الإشعاع الشمسي ضوء مرئي
حوالي 50% إشعاع حراري Infrared Radiation
10% في باقي مناطق الطيف.

إشعاع المصباح
درجة حرارة المصباح =( 3000oK )
تقابل النهاية العظمي لشدة الإشعاع   1000 nm
  لذلك لا ينتج عنه إلا 20% ضوء مرئي والباقي 80% في صورة إشعاع حراري

إشعاع الأرض
تمتص الأرض إشعاع  الشمس ثم تشعه مرة أخرى لذلك فدرجة حرارتها منخفضة
النهاية العظمى لشدة إشعاع الأرض       ويقع في نطاق الأشعة تحت الحمراء

أهمية إشعاع الأرض
        يتم تصوير إشعاع الأرض بواسطة أقمار صناعية وأجهزة محمولة بواسطة الأشعة تحت الحمراء او موجات ميكرومترية microwaves ( المستخدمة في الرادار) لتحديد مصادر الثروات الطبيعية  

تطبيقات عملية على إشعاع الأجسام
أجهزة الرؤية الليلية    :  التي تصور الأجسام ليلا بفعل ما تشعه من إشعاع حرارى
تقنية الاستشعار عن بعد(التصوير الحرارى) وتشمل
 أ- في الطب لكشف الأورام Tomography والأجنة Embryology
ب - في مجال الجريمة للكشف عن الجاني حيث يبقى اثر الإشعاع الحرارى للجسم في مكان الجريمة لفترة محدودة

التأثير الكهروضوئي photo electric effect
هو انبعاث الإلكترونات من المعادن تحت تأثير الضوء الساقط
حاجز جهد السطح
يحتوى المعدن على أيونات موجبة وإلكترونات سالبة حرة الحركة داخل المعدن
لا تستطيع الإلكترونات مغادرة سطح المعدن بسبب قوى التجاذب لداخل المعدن (حاجز جهد السطح )
حاجز جهد السطح
هو قوة التجاذب بين الإلكترونات والأيونات الموجبة في المعدن والتي تمنع تحرر الإلكترونات من سطح المعدن

تحرير الإلكترونات من سطح المعدن
ويتم ذلك بواسطة إكساب الإلكترون طاقة على صورة
1-طاقة حرارية   ويسمى  انبعاث حرارى
2- طاقة ضوئية   ويسمى انبعاث كهروضوئي

اولا  الانبعاث الحرارى للإلكترونات
       كما في أنبوبة أشعة الكاثود (CRT  )
فكرة عملها       انبعاث الإلكترونات من الفلز تحت التأثير الحرارى
الاستخدام        شاشة التلفزيون – الكمبيوتر – راسم الذبذبات
التركيب بالرسم والبيانات

 العناصر الأساسية
 1- المدفع الإلكتروني ويشمل
المهبط أو الكاثود : مصدر الإلكترونات ويسخن بواسطة الفتيل  حيث تكتسب الإلكترونات طاقة تمكنها من التغلب على حاجز جهد السطح
الشبكة :  تحدد مسار الشعاع الإلكتروني
المصعد أو الأنود :  يعمل على تعجيل الإلكترونات بإكسابها طاقة حركه ويوجهها الي الشاشة
2- الشاشة : مغطاه بمادة فلوريسية تضيء عند سقوط الإلكترونات عليها
 3- نظام تحريك الشعاع الإلكتروني : مجالات كهربية ومغناطيسية تعمل على تحريك الشعاع الإلكتروني بحيث يمسح الشاشة نقطة نقطه بمعدل 650 خط أفقي خمسين مرة في الثانية الواحدة
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ                      
ثانيا :الانبعاث الضوئي للإلكترونات من المعدن
عند سقوط ضوء على كاثود  داخل تجويف زجاجي تنبعث منه الإلكترونات وتمر في الدائرة الخارجية على شكل تيار كهربي    وتسمى الإلكترونات المنطلقة (الكترونات  كهرو ضوئية )


تفسير الفيزياء الكلاسيكية  للظاهرة الكهروضوئية
شدة التيار أو انطلاق الإلكترونات الكهروضوئية من المعدن تتوقف على شدة الضوء الساقط  ولا تتوقف على التردد
طاقة حركة الإلكترونات (أو سرعتها) تزداد بزيادة شدة الضوء بصرف النظر عن التردد
تسليط الضوء على المعدن لمدة طويلة يكفى لتحرير الإلكترونات مهما قلت شدته  بصرف النظر عن التردد وهذا مخالف لما أثبتته الدراسة العملية

المشاهدات العملية (الدراسة العملية)
لا تنطلق الإلكترونات من المعدن مهما زادت شدة الضوء إلا اذا كان للضوء الساقط تردد معين  يسمى بالتردد الحرج     ( هو اقل تردد للضوء الساقط  يلزم لتحرير الإلكترونات من المعدن )
تزداد طاقة حركة الإلكترونات ( وسرعتها ) بزيادة تردد الضوء الساقط بصرف النظر عن شدته
اقل طاقة تلزم لتحرير الإلكترونات من المعدن تسمى دالة الشغل        

تفسير أينشتين للظاهرة الكهروضوئية
-اذا سقط فوتون طاقته ( ) على سطح معدن فان
اذا كانت طاقة الفوتون   تساوى دالة الشغل لسطح المعدن     فان الفوتون يكون قادر بالكاد على تحرير الإلكترون من سطح الفلز ويكون
اذا زادت طاقة الفوتون الساقط   عن دالة الشغل لسطح المعدن
      يحرر الإلكترون ويكتسب الفرق في الطاقة على شكل طاقة حركة


 بعد ذلك تتناسب شدة التيار الكهروضوئي مع شدة الضوء الساقط

تابع :تفسير أينشتين للظاهرة الكهروضوئية
اذا كانت طاقة الفوتون الساقط  اقل من دالة الشغل لسطح المعدن  لا تتحرر الإلكترونات من سطح الفلز مهما زادت شدة الضوء الساقط
انطلاق الإلكترونات يحدث لحظيا طالما أن تردد الضوء اكبر من    

ملاحظة
تختلف دالة الشغل لسطح المعدن    (  )باختلاف نوع المادة (يقل التردد الحرج بزيادة الوزن الذري)
دالة الشغل لسطح المعدن  هي اقل طاقة للفوتون الساقط تلزم لتحرير الإلكترون من سطح المعدن دون إكسابه طاقة حركة
( : تتوقف على لون الضوء الساقط )
التردد الحرج    اقل تردد للضوء الساقط على الفلز يلزم لتحرير الإلكترونات من سطح الفلز
والطاقة)

الأسئلة
اذا رفعت درجة حرارة الجسم المشع فإن النهاية العظمى لشدة الإشعاع
             ( لا تتأثر – تزاح نحو التردد الأقل - تزاح نحو التردد الأعلى -  تزاح نحو الطول الموجي  الأعلى )
شدة إشعاع الترددات العالية جدا
            (كبيرة جدا – متوسطة – تقترب من الصفر – لا توجد إجابة  )
يزداد عدد الفوتونات الصادرة من الجسم المشع
               (بزيادة التردد – بنقص التردد  - بزيادة الطاقة – كل ما سبق )
يتوقف تحرر الإلكترونات من السطوح المعدنية علي
                        ( سرعة الضوء الساقط - شدة الضوء الساقط -تردد الضوء الساقط – زمن التعرض للضوء الساقط )

Total solutions on open source technology on CentOS: Physics 101 SE v8.

Total solutions on open source technology on CentOS: Physics 101 SE v8.

فيزياء البلازما

(فيزياء) البلازما

من المعروف ان حالات المادة ثلاث وهى الغازية والسائلة والصلبة في درجات الحرارة العادية ولكن حينما تتعرض المادة لدرجة حرارة عالية جدا مثل باطن الشمس ( هذة الحرارة لا تتوافر على سطح الارض ) فان الالكترونات التى تدور حول النواة تكتسب هذة الطاقة الهائلة فتتحرر من جذب النواة لها وتبقى النواة بدون الكترونات (معراة من الالكترونات ) وتسمى المادة في هذة الحالة ب " البلازما " اى ان حالات المادة اربعة وهى الغازية - والسائلة - الصلبة - البلازما مع ملاحظة انه لكى يحدث تفاعل اندماجى نووى لابد اولا ان تكون الانوية عارية من الالكترنات حتى يسهل اندماجها اى تكون في حالة البلازما ( كما يحدث في التفاعل الاندماجى في باطن الشمس بين انوية الهيدروجين ). وجود البلازما الطبيعي في الكون تحت درجات حرارة مرتفعة هو سبب تسميتها بالحالة الرابعة للمادة.فى عام 1879 اكتشف العالم السير وليام كروكس البلازما و اطلق عليها انذاك انبوبة كروكس . ودرس العالم طمسون خصائص و طبيعة البلازما ، و يرجع الفضل في تسمية البلازما إلى العالم ايرفنج في عام 1928 حيث قال انها تشبة بلازما الدم .

تشكل البلازما نسبة 99% من المادة الكونية بين النجوم و المجرات و بعض الكواكب تشكل البلازما اغلب مادتها حيث يعتبر كوكب المشترى كتلة هائلة من البلازما. وتوجد البلازما في اشكال اخرى ففى الصناعة تستخدم في شاشات التليفزيون ، وفى لمبات النيون, و في الابحاث الخاصة بطاقة الانصهار ، و كذلك في اللحام ، و العديد من المجالات الصناعية و توجد البلازما كذلك في الغلاف الجوى في طبقة الايونوسفير و ايضا في ظاهرة الشفق القطبى

خصائص و معاملات البلازما

يعتمد تكون البلازما على بعض العوامل الرئيسية و هى : معامل درجة التأين ، معامل درجة الحرارة ، كثافة البلازما و كذلك المجال المغناطيسى و سوف نتناولهم بالشرح

تعريف البلازما

يعتبر وصف البلازما على انها وسط متعادل من الجسيمات السالبة و الموجبة الشحنة ، هو وصف فقير تعوزة الدقة وذلك ان تعريف البلازما لابد ان يتضمن ثلاثة معايير مما يعطى دقة أكثر و هى :-

· تقارب الجسيمات المشحونة في البلازما في صورة قوية يعمل على التأثير فيما بين هذة الجسيمات . ولا يحدث هذا التأثير الا اذا توافر عدد كبير من الالكترونات مشكلة مايعرف بكرة ديبى Debye (او كرة الالكترونات) . نصف قطرها هو طول ديبى Deby length . متوسط عددالجسيمات المشحونة في هذة الكرة هو عامل البلازما

· حجم التفاعلات في البلازما. حيث ان نصف قطر ديبى Debye صغير بالمقارنة بالحجم الطبيعى للبلازما الموجودة في الكون . وهذا يعنى ان مقدار التفاعلات الحادثة في قلب كتلة البلازما لها اهمية كبيرة عنها على حواف البلازما اخذين في الاعتبار تأثير ما يحيط بالبلازما من الوسط المحيط بها

· تردد البلازما : تردد الالكترونات في البلازما هو كبير بالمقارنة بتردد الالكترون في حالتة المتعادلة

البلازما

البلازما وتسمى في أغلب الأحيان "الحالة الرابعة للمادة، الحالات الأخرى الثلاثة هي الصلبة، السائلة والغازية. البلازما هي حالة متميّزة للمادة تحتوي على عدد هام من الجزيئات المشحونة كهربائيا بصورة كافية للتأثير على خواصه الكهربائية . بالأضافة إلى كونها مهمة في العديد من مظاهر حياتنا اليومية، ويقدر ان البلازما تشكل أكثر من 99 % من الكون المرئي.

في الغاز العادي كل ذرة تحتوي عدد مساوي من الشحنات الموجبة والسالبة؛ الشحنات الموجبة في النواة محاطة بعدد مساوي من الألكترونات السالبة، وكل ذرة بشكل كهربائي محايدة. يصبح الغاز بلازما عند إضافة الحرارة أو أية مصدر طاقة الأخرى لعدد هام من الذرات لإطلاق سراح بعض أو كل ألكتروناتها. الأجزاء الباقية من تلك الذرات تترك بشحنة موجبة، والألكترونات السالبة التي انفصلت تكون حرة الحركة. هذه الذرات وناتج الغاز المشحون كهربائيا يقال بأنه غاز مؤين، عندما تؤين الذرات بما فيه الكفاية للتأثير على الخصائص الكهربائية للغاز، فهو في هذه الحالة يكون حالة بلازما.

في العديد من الحالات التفاعلات بين الجزيئات المشحونة والجزيئات المحايدة مهمة في تقرير سلوك وفائدة البلازما. نوع الذرّات في البلازما، نسبة الجزيئات المؤينة إلى الجزيئات المحايدة وطاقة الجزيء تؤثر في طيف واسع من انواع البلازما ، وخصائصها وسلوكها. هذا السلوك يجعل من البلازما كونها مفيدة في كثير وفي عدد متزايد من التطبيقات المهمة في حياتنا وفي العالم من حولنا.

خصائص البلازما

البلازما تتكون من جزيئات مشحونة تتحرك بحرية، بمعنى آخر، إلكترونات وآيونات، تشكلت في درجات حرارة عالية عندما انتزعت الألكترونات من الذرات المحايدة، البلازما شائعة في الطبيعة. على سبيل المثال، النجوم بالدرجة الأولى هي بلازما. البلازما "حالة رابعة من المادة" بسبب صفاتها وطبيعتها الفريدة، المتميزة عن المواد الصلبة والسوائل والغازات. تتفاوت كثافة ودرجات حرارة البلازما على نحو واسع.

تطبيقات البلازما

تشكل البلازما اساسا قويا لمجموعة من تطبيقات وأدوات التقنية المهمة بالإضافة إلى فهمنا وادراكنا لمعظم الكون من حولنا.

فهي تزود الاساس والدعامة للتطبيقات الحالية مثل معالجة بلازما أشباه الموصلات، تعقيم بعض المنتجات الطبية، المصابيح، الليزر، مايكرويف كهربائي عالي المصدر. وكذلك التطبيقات المحتملة المهمة مثل جيل الطاقة الكهربائية من الانشطار والسيطرة على التلوث وإزالة المواد الكيميائية الخطرة.

علم البلازما يستثمر تشكيلة متنوعة من مجالات العلم تتراوح من فيزياء البلازما إلى التطبيقات الكيميائية، الفيزياء الذرية والجزيئية، وعلم المادة. انتشارها وطبيعة تنوع حقول الدراسة تميّز طبيعة تكون البلازما، التي تتضمن الغازات المؤينة التي تتراوح من مؤين ضعيف إلى المؤين إلى حد كبير، ومن الاصطدامية إلى الثبات، ومن البرودة إلى الحرارة. هذه الشروط تميز تراوح البلازما المختلف من الغازات عالية الضغط نسبيا مع جزء صغير من الذرات المؤينة ومستوى قليل نسبيا من الجزئيات المشحونة بدرجات حرارة، على سبيل المثال، البلازما الستعملة في معالجة رقائق الحاسوب والاضاءة، إلى تلك الغازات ذات الكثافة المنخفضة جدا مع جزء كبير من ذرات الغاز المتأين والمشحونة بدرجة حرارة عالية جدا، على سبيل المثال، بلازما الإنشطار.

الأنواع المختلفة للبلازما تشكل اساس التطبيقات المتنوعة والظواهر الطبيعية المختلفة. على كل حال، العديد من الاعتبارات الاساسية لتنوع المجالات الواسعة التي تميز العديد من البلازما سواء الطبيعية منها او الصناعية والتي هي مهمة في حياتنا.

إن التنوع الذي يتضمن "علم بلازما" يجعل الموضوع صعب التمييز. على أية حال، هو ذلك التنوع نفسه الذي يجعله المساهم المهم في تشكيلة واسعة من التطبيقات والتطور التكنولوجي. تحت قائمة العديد من التطبيقات التقنية للبلازما.

بعض التطبيقات التجارية والصناعية للبلازما

معالجة الإشعاع مثل:-

• تنقية المياه

• نمو النباتات

المعالجة الحجمية مثل:-

• معالجة الغاز المسال

• معالجة النفايات

المعالجة الكيميائية مثل:-

• ترسيب رقائق الماس

• بودرة السيراميك

مصادر الضوء مثل:-

• مصابيح الكثافة العالية

• مصابيح الضغط المنخفض

• مصادر إضاءة خاصة

في الطب مثل:-

• معالجة السطوح

• تعقيم الآلات الطبية

إضاءة الفلورسنت وإشارات النيون

إثنان من نطبيقات البلازما الأكثر شيوعا على كوكبنا هو مصباح الفلورسنت، وإشارات النيون. فمنذ تطويرهم في الاربعينيات من القرن السابق اصبحت اللمبات الفلورسنت الاوسع إنتشارا في الإضاءة في كل مكان تقريبا في المكاتب والمصانع والمدارس، وفي البيوت أيضا. وتعمل إشارات النيون بنفس المبدء، وتقريبا اصبحت شائعة الاستخدام.

في هذا البحث سنلخص طبيعة تلك الأدوات الموجودة في كل مكان تقريبا، تركيزا على الانارة بالفلورسنت. بدء من الضوء الذي يمكن أن نراه من خارج اللمبة، وطريقة عملها.

الضوء

إن الضوء المنبعث من لمبة الفلورسنت يبدو أبيض في معظم الحالات، ذلك اللون الأبيض هو مجموعة (كما هو ضوء الشمس) من كل الوان الطيف المرئي. في حالة اللمبة الفلورسنت، المادة التي تعمل التوهج في الحقيقة هي مسحوق أبيض تغلف الزجاج الداخلي للمبة. هذا المسحوق (عموما يسمى phosphor، بالرغم من أنه لا يوجد أي فسفور فيه) هو الذي يبعث الضوء الأبيض الذي نراه خلال المصباح الفلورسنت ويسمى التالق الاشعاعي. يحدث هذا التألق الاشعاعي عندما تمتص ذرّة (أو جزئ) طاقة من المصدر (مثل فوتون الضوء، أو إصطدام بذرة اخرى) وبعد ذلك تصدر تلك الطاقة على شكل ضوء في خطوتان أو أكثر متتالية. في المصباح الفلورسنت، الضوء فوق البنفسجي الغني بالطاقة ومن خلال الإنبوب المشبع بالفوسفور، ثم يعاد اشعاع الطاقة بإرسال اثنان او ثلاثة موجات إضاءة ذات طاقة اقل. ولكون الطيف المرئي الذي تحسة أعيننا عند مستوى طاقة اقل من الاشعاع فوق البنفسجي، نحن يمكن أن نستعمل الإستشعاع الفوسفوري كمصدر ضوء.

من أين تصدر الاشعة فوق البنفسجي؟

لكي يتوهج بضوئه الأبيض المألوف، نحتاج إلى الفوسفور لكي يقصف بالضوء الفوق بنفسجي خلال المصباح. هذا الضوء الفوق بنفسجي انبعث من ذرات الزئبق الموجودة في الإنبوب المفرغ جزئيا. عندما يمتصّ الزئبق طاقة داخل المصباح (تعمل عادة كنتيجة للتأثر بالألكترونات الحرة السريعة جدا الموجودة في الإنبوب)، ويبعث بكفاءة في المنطقة فوق البنفسجية من الطيف، في الغالب طول موجة من 253.7 nm (وبمعنى آخر: 253.7 بليون متر). جزء صغير جدا من الغاز خلال المصباح هو زئبق؛ ذرات غاز الأرجون تفوق عدد ذرات الزئبق حوالي 300 إلى 1. كلتا النوعين من الذرات مشتركة فقط في أجمالي حوالي 1/100 من الضغط الجوّي خلال المصباح.

أين تحصل الألكترونات الحرة على الطاقة؟

الألكترونات الحرّة التي تصطدم بذرّات الزئبق وتثيرهم كانوا أساسا منزوعين من ذرات الزئبق نفسها. ليست كل ذرات الزئبق متأينة ، فقط نسبة مئوية صغيرة منهم فقد ألكترونا أو إثنان. لكن عندما يحرر إلكترون حر من ذرة، يسرع نحو نهاية المصباح الذي هو الأكثر إيجابية (تذكر، مصابيح الفلورسنت أدوات كهربائية، لذا نهاية الإنبوب دائما أكثر إيجابية نسبة إلى النهاية الأخرى). وعندما يعمل، بالتاكيد سوف يصطدم بذرة على طول الطريق للطرف الاخر، وإذا كانت طاقته عالية بما فيه الكفاية، يمكن أن يحرر إلكترون من ذرة اخرى ويخلق إلكترون حر إضافي. اما إذا كانت طاقته ليست عالية بما فيه الكفاية عندما تصطدم بذرة زئبق، يمكن أن يثير الزئبق بطريقة معينة بحيث أن الزئبق سيبعث اشعة فوق بنفسجية عندما يتخلى عن طاقته. تصنف هذه المجموعة من الألكترونات الحرة وآيونات الزئبق المتبقية مزيج الزئبق والأرجون كبلازما.

البلازما والفضاء

يعتقد العديد من الناس الفضاء بين الشمس وكواكبها فارغة لا تحتوي على شئ, فراغ مجرد من الطاقة أو المادة. لكن الفضاء ليس خاليا. تبعث شمسنا البلازما بشكل ثابت, المادة في حالة ساخنة بشدة، التي تنتقل بكل الإتجاهات في سرعات عالية المستوى جدا لتملئ كامل النظام الشمسي وما بعده.

بدراسة العمليات التي تحدث في غلاف الأرض المغناطيسي (حيث حقل الأرض المغناطيسي له تأثير أعظم من حقل الشمس الواسع بين الكواكب)، في الفضاء الواسع بين الكواكب، وحول كواكب أخرى، نحن قادرون بشكل أفضل على تقدير الدور المهم للبلازما في كافة أنحاء الكون البلازمي. يعتبر هذا المختبر الفضائي البلازمي نافذتنا إلى النجوم.

إن الغلاف المغناطيسي للارض مختفي عادة بسبب أن الهيدروجين المسيطر وآيونات الهليوم التي تصل في خلال الريح الشمسية لا تبعثر الضوء إلى أطوال الموجة المرئية. على أية حال، تبعث المذنبات آيونات أثقل تكون مرئية والتي ينشأ عنها ذيل من البلازما الرائع الشكل . صور غلاف الأرض المغناطيسي تظهر كأنها منطقة تفاعل مذنب كبيرة جدا.

إن الشمس هو نجم متغير، خصوصا في نواتجه من الإشعاع فوق البنفسجي والأشعة السينية والجزيئات والحقول المغناطيسية. الإختلافات الكبيرة المرسلة يحدث في كافة الأنحاء التي تقع داخل نطاق تأثير الشمس، وتدعى هيلوسفير Helio-sphere والتي تتضمن الرياح الشمسية وكل غلاف النظام الشمسي المغناطيسي. ويعتبر الطقس الفضائي هو دراسة لكيفية ومدى تأثير بيئة الفضاء على رواد الفضاء وعمليات الاقمار الصناعية وأنظمة الإتصال وشبكات الكهرباء الأرضية. على المدى البعيد، الطقس الفضائي يمكن أن يساهم في تغيير مناخ عالمي بصفة أولية من خلال التغير البطئ في الإشعاع الشمسي.

بينما تتدفق الرياح الشمسية أمام غلاف الأرض المغناطيسي، يتفاعل مع الحقل الجيومغناطيسي ويعمل كمولد كوني الذي ينتج ملايين الأمبيرات من التيار الكهربائي. بعض هذا التيار الكهربائي يصب في الغلاف الجوي العلوي للأرض الذي يضيئ مثل إنبوب نيون لخلق الشفق القطبي الجميل. إن الشفق دائما موجودا ذلك لأن مصدر الريح الشمسية متواجد دائما، وهم يشكلون حلقة من الإشعاعات ضمن الأيونوسفير تتمركز على كلا القطبين المغناطيسي في خط عرض عالي. على أية حال، عادة ما يروا ماعدا في الليل وأثناء العواصف الجيومغناطيسية. في منتصف الشتاء، سكّان فيربانكس وهي منطقة في الاسكا، يتمتعون بعرضين للشفق كل ثلاث ليالي

التصوير الهولوجرافي

ماذا تعرف عن التصوير ثلاثي الابعاد الهولوجرافي Holography؟

---

التصوير ثلاثي الابعاد (الهلوجرافي) هو تصوير مجسم يختلف عن التصوير العادي الذ تقوم تعتمد فيه عملية التصوير على تكوين الصورة في بعدين باستخدام عدسات ضوئية وظيفتها تجميع الاشعة المرئية المنعكسة من الجسم المراد تصويره وتسجيلها على شريحة تعرف باسم الفيلم والذي يتم عليه تسجيل للعلاقة بين شدة الاضاءة المنعكسة عن الجسم وموضعها على الفيلم.
اما في التصوير الهلوجرافي فتختلف تماما حيث تعتمد عملية التصوير الهلوجرافي على شعاع الليزر وتتلخص فكرة التصوير الهلوجرافي على تسجيل لنماذج التداخل بين اشعة الليزر المنعكسة مع الجسم مع شعاع يسعط مباشرة على الفيلم الذي يسمى هنا هلوجرام Hologram وبالتالي فإن ما يسجل على الفيلم هو نمط التداخل بين الشعاعين.
كذلك تختلف فكرة عرض اظهار الصورة المأخوذة بالكاميرا العادية عن عملية عرض الصورة ثلاثية الابعاد ففي الطريقة الاولي يتم تحميض الفيلم بطريقة كيميائية لنحصل على نجاتيف يزظهر توزيع الكثافة الضوئية على الفيلم ليتم طباعته من خلال تمرير الضوء خلال النيحاتيف ليطبع على ورق خاص. اما في التصوير الهلوجرافي فالامر مختلف حيث يتم تسليط شعاع ليزري على الهلوجرام وينتج عنه تشتت للضوء الليزر في الفراغ معطيا لشكل الجسم الذي انتجه.
اي ان الصورة في حالة التصوير العادي تستقبل على حائل بينما تتكون الصورة في الهلوجرافي في الفراغ مما يمكنك من الدوران حول الصورة في الفراغ لرؤية صورة مجسمة (ثلاثية الابعاد

ولمزيد من التوضيح دعنا نقوم بالتجربة التالية:

لو القينا حجرًا في بركة ماء ساكن فإنه ستتولد موجات منتظمة، تنتشر على شكل دوائر متحدة المركز. ولو القينا حجرين متماثلين تمامًا في نقطتين مختلفتين فإن الموجات التي تنتج عنهما يتجه بعضُها نحو بعض. فإذا التقت قمة موجة مع قمة موجة أخرى فإنهما تحدث تراكب بناء تنتج عنه سعة موجة اكبر من مرتين من كلّ منهما؛ وإذا التقت قمة موجة مع قاع موجة أخرى يحدث تراكب هدام بحيث تلاشيا بعضهما البعض وتنعدم الموجتان ويتولد عنهما منطقة سكون في الماء. وهكذا يمكن لنا أن نتصور كلَّ حالات التداخل البينيَّة بين الموجات. والنتيجة النهائية هي نظام معقد للغاية يسمَّى نموذج التداخل Interference pattern
وبالمثل تسلك الموجات الضوئية نفس سلوك الموجات المائية. ولكن مع الفرق ان الضوء ينتشر في الفراغ ولا يحتاج إلى وسط مادي لينتقل فيه مثل موجات الماء او الموجات الصوتية.
ولكن هناك شرط رئيسي يجب توفره في الضوء المستخدم للتصوير الهلوجرافي وهو ان يكن الضوء احادي التردد (فلايمكن استخدام الضوء الابيض العادي لانه يحتوي على نطاق واسع من الترددات) وكذلك يجب ان يكون الضوء ذو طور واحد وهذا ما يوصف ان الضوء مترابط Coherent والضوء العادي لا يكون هناك ثبات في الطور. هذين الشرطين الأساسيين لا يتوفرا الا في شعاع الليزر وهذا ما أخر انتاج صور مجسمة الا بعد الحصول على شعاع ليزر في عام 1965 بالرغم من ان فكرة التصوير الهلوجرافي النظرية كانت مكتشفة قبل ذلك بعوام وبالتحديد في1984

ويُعَدُّ الليزر أنقى ض وء في امتلكه الإنسان؛ فلكلِّ موجات الليزر المنبعثة نفس التواتر (الطور). وهكذا فعندما يلتقي شعاعا ليزر، يولِدان شبكة تداخُل معقدة؛ ويمكن تسجيل هذه الشبكة على لوحة التصوير الهلوجرام.
ولو جعلنا أحد الشعاعين يصطدم بالجسم المراد تصويره وينعكس عنه قبل تداخُله مع الشعاع الآخر، فإن شبكة التداخُل ستكون أعقد، ويمكن تسجيلُها على لوحة التصوير الحساسة؛ وهذا التسجيل هو ما يسمى بالهولوغرام hologram. ولكي نرى الصورة التي سُجِّلَتْ على هذه اللوحة لا بدَّ من أن نسلِّط شعاع ليزر مماثل للذي استخدمناه على اللوحة ذاتها؛ وعندئذٍ يظهر الجسمُ المصوَّر على بُعد صغير من اللوحة ويبدو ثلاثي الأبعاد.
ولعل أغرب ما في الهولوغرام هو أنه لو ادرنا اللوحة فإن كلَّ زاوية منها يمكن لها أن تعطي الصورة بكاملها. وهكذا يمكن لنا أن نقول إنه، في الهولوغرام، الجزءُ يحوي الكل ولكن من زاوية مجتلفة مثلما لو نظرت الى جسم ما وادرت عينيك حوله فسترى اجزاء مختلفة حسب الزاوية التي تنظر اليها.

يوضح الشكل التالي فكرة عملية للتصوير الهلوجرافي


حيث يقسم شعاع الليزر إلى حزمتين (كما في الشكل)، بواسطة لوح زجاجي Beam Splitter و يتم تسليط إحداهما مباشرة على اللوح الفوتوغرافي (الهولوجرام) و تسمى الشعاع المرجعي، أما الشعاع الأخر فيسلط على الجسم المراد تصويره (التفاحة في الشكل اعلاه) الذي نريد أن نحصل على صورة مجسمة له، يحدث ان تتشتت الاشعة عن التفاحة حاملة تضاريسها السطحية المختلفة لتسقط على اللوحة (الهلوجرام) ولكن الاشعة تقطع مسافات مختلفة نتيجة لتضاريس السطح المتشتتة عنه وفي نفس الوقت تتداخل مع الشعاع المرجعي الذي ينتج عنه نماذج التداخل التي تعتمد على اختلاف الطور بين الشعاعين (الشعاع المنعكس من الجسم والشعاع المرجعي) ناتج من اختلاف طول المسار، فتسجل على اللوح الحساس (الفيلم) نماذج التداخل التي تعرف بالهولوجرام

بعد تحميض الفيلم نحصل على الهولوجرام الذي يحتوي على توزيع من المناطق الشفافة و الداكنة التي تناظر أهداب التداخل المضيئة والمظلمة، وعندما يضاء بشعاع مشابه تماما للشعاع المرجعي الأصلي كما في الشكل التالي فإنه الشعاع سوف ينفذ من خلال المناطق الشفافة و يُمتَصّ في المناطق الداكنة بدرجات متفاوتة مكونا بذلك موجة نافذة مشتتة لترسم صورة ثلاثية للجسم في الفراغ مشابه للجسم الأصلي.

الليزر والميزر... ما الفرق بينهما ؟؟

كانت أول محاولة تجريبية للحصول على إشعاع مستحث( ناتج بعملية الحث الكهرومغناطيسي ) هي تلك التي قام بها العلماء تاوتز في الولايات المتحدة وباسوف وبروكورف في روسيا عام 1954 حيث تم الحصول على موجات ميكروية مضخمة أو مكبرة باستخدام أشعة في مدى تلك الموجات وأطلق على الموجات أو الاشعاع الناتج اسم الميزر ( maser ) وهو اختصارللجملة
Microwave Amplification by Stimulated of Radiation
ومعناها : تكبير أو تضخيم الموجات الميكروية بالانبعاث المستحث للشعاع وفي عام 1960 تمكن العالم الامريكي مايمان من الحصول على اشعاع مضخم ناتج بالحث في مدى موجات الضوء وأطلق عليه اسم الليزر : liht amplification by stimulated emission of radition
ومعناها : تكبير الموجات الضوئية بلالنبعاث المستحث للإشعاع وقد تم منح كل من تاوتز الامريكي وباسوف وبروكورف ( الروسيان ) جائزة نوبل في الفيزياء عام 1964 نتيجة اكتشافاتهم المتعلقة بأشعتي الميزر والليزر .

أشعة اكس X-ray

كيف تعمل أشعة اكس X-ray كيف تعمل الأشعة السينية

في عام 1895 اكتشف عالم ألماني اسمه ويليام رونتجن Wilhelm Roentgen اشعة أكس بينما كان يجرى تجربة تسليط شعاع الكتروني على أنبوبة تأين غازي gas discharge tube. لاحظ العالم رونتجن أن الشاشة الفوسفورية في المختبر بدأت تتوهج عند اصطدام شعاع الالكترونات عليها. هذه النتيجية في حد ذاتها لم تكن مدهشه حيث كان من المعلوم أن تتوهج الشاشة الفوسفورية بفعل الشعاع الالكتروني ولكن رونتجن احاط الانبوبة المفرغة بالواح سوداء سميكة لتتمكن من حجب الاشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الأنبوبة المفرغة، كما وضع رونتجن عدة اجسام بين الانبوبة والشاشة الفوسفورية وكانت النتيجة ان الشاشة الفوسفورية لازالات تتوهج. وحتى يتأكد من ان هناك اشعة جديدة هي التي اخترقت تلك الاجسام ووصلت للشاشة الفوسفورية قام رونتجن بتجربة اضافية وهي بأنه وضع يده امام الانبوبة المفرغة وشاهد على الشاشة الفوسفورية صورة لعظام يده، لاحظ هنا ان رونتجن اكتشف اشعة جديدة هي اشعة اكس وفي نفس الوقت اكتشف احد اهم تطبيقاتها.

رونتجن اكتشف اعظم واهم انجاز طبي في تاريخ البشرية وهو التشخيص باستخدام اشعة اكس التي تسمح للاطباء بتشخيص الكسور في العظام بدون اجراء عملية جراحية كما تستخدم اشعة اكس للكشف على الاجسام الغريبة في جسم الانسان وتطور التشخيص باشعة اكس لتمكن الاطباء من تصوير الاوعية الدموية والاعضاء البيولوجية في جسم الانسان.

في هذه المقالة سوف نقوم بتفسير الفكرة الفيزيائية لانتاج اشعة اكس وشرح تركيب الجهاز.

ما هي أشعة أكس

أشعة اكس في الأساس مثل الاشعة المرئية حيث انها جزء من الطيف الكهرومغناطيسي ولكن اشعة اكس تحمل طاقة أكبر من طاقة الاشعة المرئية بكثير. ولشرح ذلك دعنا نجري مقارنة بين الأشعة الرئية وأشعة اكس، يمكن التمييز بين هذين النوعين من الاشعة من حيث طاقة الفوتون أو الطول الموجي أو التردد وكل تلك الكميات ترتبط مع بعضعها البعض من خلال المعادلات التالية:

طاقة الفوتون = ثابت بلانك x التردد E = hv

التردد = سرعة الضوء / الطول الموجي v = C/l

تمتاز أشعة اكس بان طاقة فوتوناتها اكير من طاقة فوتونات الاشعة المرئية وهذا يعني أن ترددها كبير وطولها الموجي قصير.

الطيف الكهرومغناطيسي: تزداد طافة الفوتونات من اليسار لليمين.

تستطيع العين البشرية الرؤية من خلال الأة المرئية لأن الله سبحانه وتعالى حدد لنا هذا الجزء من الطيف الكهرومغناطيسي نستطيع الرؤية والتمتع بحاسية الابصار من خلاله وبالتالي تعتبر اشعة اكس اشعة غير مرئية بالنسبة لنا مثلها مثل اشعة الراديو والاشعة تحت الحمراء والاشعة فوق البنفسدية ولكن الفرق بين كل تلك الأشعة هي خواصها من ناحية طاقة الفوتون والتردد والطول الموجي لها.

السؤال الأن كيف أن الذرة التي تنتج الأشعة المرئية هي نفسها التي تنتج أشعة أكس؟

كلأ من الأشعة المرئية واشعة اكس تنتج من الانتقال الاكتروني بين مستويات الطاقة في الذرة. تشغل الالكترونات مستويات طاقة أو مدارات مختلفة حول النواة في الذرة وعندما ينتقل الكترون من مستوى طاقة عالى إلى مستوى طاقة منخفض ينطلق فوتون يحمل فرق الطاقة بين المستويين. تعتمد طاقة الفوتون المنبعث على الفرق بين مستويات الطاقة في الذرة فيمكن ان تكون طاقة الفوتون الناتج في مدى الاشعة المرئية فينتج ضوء مرئي ويمكن ان تكون طاقة الفوتون المنبعث في المدى الغير المرئي فينتج اشعة غير مرئية، اذا نستنتج أن ما يحدد طاقة الفوتون الناتج أو المنبعث من الذرة هو الانتقال الالكتروني بين مستويات الطاقة.

عندما يصطدم الفوتون المنبعث بذرة أخرى فإن تلك الذرة تمتص طاقة الفوتون من خلال احد الكتروناتها لينتقل الالكترون من مستوى طاقة منخفض إلى مستوى طاقة اعلى لانه امتص طاقة اضافية. وشرط امتصاص الإلكترون طاقة الفوتون ان تكون طاقة الفوتون تساوي فرق مستويات الطاقة التي سينتقل لها الإلكترون (هذا شرط يعود إلى طبيعة الذرة بنية الذرة كما خلقها الله سبحانه وتعالى) واذا اختل هذا الشرط فلن يحدث امتصاص الفوتون من قبل الذرة.

الذرات التي تكون اجسامنا تتعامل مع الاشعة الكهرومغناطيسية (نقصد كل الاشعة المرئية والاشعة الغير مرئية) بنفس الآلية السابقة، فأشعة الراديو التي تحيط بنا لا تمتلك الطاقة الكافية لتنقل الكترونات الذرات من مستوى طاقة إلى مستوى طاقة اعلى لذلك فهذه الاشعة تعبر اجسامنا دون امتصاص لفوتوناتها. أما اشعة أكس ففوتوناتها ذات طاقة عالية تمكنها من ان تعبر كل الاشياء في طريقها ولكن بطريقة مختلفة عن اشعة الراديو حيث تستطيع اشعة اكس ان تمنح الكترونات الذرات الطاقة الكافية مما قد تسبب تلك الطاقة من تحرير الالكترونات من الذرة تماما كما يحدث في ذرات العناصر الخفيفة (عددها الذري قليل) حيث يستغل جزء من طاقة فوتون اشعة اكس من تحرير الالكترون من الذرة والجزء المتبقي يكسب الالكترون طاقة حركة ليغادر الذرة. ولكن في ذرات العناصر الثقيلة (لها عدد ذري كبير) فإنها تمتص طاقة اشعة اكس لوجود مستويات طاقة تتوافق مع طاقة فوتون اشعة اكس.

نستنتج مما سبق ان العناصر الخفيفة ذات ذرات صغيرة لا تمتص اشعة اكس وان العناصر الثقيلة ذات الذرات الكبيرة تمتص اشعة اكس.

الخلايا المكونة للجلد في اجسامنا تتكون من ذرات صغيرة وبالتالي لا تمتص اشعة اكس بينما ذرات الكالسيوم المكونة للعظام هي ذرات كبيرة وتمتص فوتونات اشعة اكس.

محاضرة عن اشعة اكس اضغط هنا

في الجزء التالي سنتناول شرح تركيب جهاز انتاج اشعة اكس وشرح فكرة عمله.

استخدامات اخرى لاشعة اكس لاشعة اكس استخدامات جمة وفي مجالات عديدة فكما أن لاشعة اكس دور كبير في تطور علم الطب فقد لعبت هذه الاشعة دور كبير في مجال ميكانيكا الكم وعلم البلورات وعلم الفلك وفي مجال التطبيقات الصناعية تساخدم اشعة اكس كماسحات للكشف عن العيوب في المنتجات الصناعية وتعتبر اشعة اكس احد اهم المعدات المستخدمة في المطارات للكشف عن الاجسام المشبوهة.

جهاز انتاج اشعة اكس

يشكل الالكترود قلب جهاز انتاج اشعة اكس والذي يتكون من كاثود وأنود داخل انبوبة زجاجية مفرغة من الهواء. يتكون الكاثود من فتيلة تسخين مثل الموجودة في المصباح الكهربي، عندما يمر التاير الكهربي خلال الفتيلة ترتفع درجة حرارتها تدريجياً إلى ان تصل درجة الحرارة التي تمكن إلكترونات الفتيلة من الانبعاث من سطحها. الأنود عبارة عن قرص من التنجستين مشحون بشحنة موجبة تعمل على جذب الالكترونات المحررة من الكاثود.

يطبق فرق الجهد عالي بين الكاثود والأنود يساعد على تعجيل الإلكترونات لتنطلق بقوة في اتحاه الأنود. عندما تصطدم الالكترونات بذرات مادة الانود (التنجستين) فإن هذه الإلكترونات تعمل على الاصطدام بالكترونات ذرات التنجستين في المدارات الداخلية القريبة من نواة الذرة والتي تكون طاقتها كبيرة. يقوم الكترون في مدار أعلى بسد الفراغ الذي حدث مما يحدث انطلاق لفوتون يحمل فرق الطاقة بين المستويين. ولأن الفرق في مستويي الطاقة كبير فإن الفوتون الناتج يكون فوتون اشعة أكس.

تصطدم الإلكترونات الحرة بذرة التنجستين، تحرر إلكترونات في مدارات داخلية.. تنتقل الكترونات من مدارات أعلى لتملىء الفراغ الناتج وينطلق فوتون يحمل فرق الطاقة.

يمكن ان نحصل على فوتونات أشعة أكس بطريقة أخرى وهي بدون ان تصطدم الإلكترونات الحرة بالذرة، وذلك عن كما في الحالة التالية: عندما تقترب إلكترونات حرة معجلة بالقرب من نواة الأنود فإنها تنجذب لها بفعل قوة كولوم الكهربية، لأن النواة موجبة الشحنة والإلكترونات سالبة فتنحرف الإلكترونات عن مسارها مما يؤدي إلى تغيير في طاقة حركتها وتنطلق فوتونات اشعة اكس تحمل فرق الطاقة قبل الانحراف بجوار النواة وبعده. يعرف هذه الطريقة بظاهرة الفرملة breaking action وبالالمانية تسمى بظاهرة بيرمشتراهلينج Bremsstrahlung هي الاسم العلمي لظاهرة انتاج اشعة اكس اي فرملة الالكترونات عند مرورها بجوار انوية العناصر الثقيلة التي تشكل مادة الأنود.

الإلكترونات الحرة تنجذب إلى نواة ذرات التنجستين، وكلما اقتربت تلك اللكترونات المعجلة من النواة فإنها تنحرف عن مسارها مما ينتج تغيير في طاقتها فتنطلق فوتونات أشعة أكس.

الخلاصة:

نستنتج مما سبق ان الذرة هي المسؤولة عن انتاج اشعة اكس ولكن يختلف الأمر عنه في حالة الأشعة المرئية حيث إنه يتم إثارة إلكترونات المدارات الداخلية للعنصر المنتج لاشعة اكس بينما في الأشعة المرئية يتم اثارة الكترونات المدارات الخارجية.

انبوبة انتاج اشعة اكس

ملاحظة:

إن التصادم الحادث بين الإلكترونات المعجلة ومادة الأنود لتوليد اشعة أكس تعمل على توليد الكثير من الحرارة. لذلك يستخدم موتور ليعمل على لف قرص الأنود لنضمن تعرض مناطق مختلفة من مادة الأنود لشعاع الإلكترونات في كل مرة، مما يحميه من الإنصهار بفعل الاصطدام المستمر والحرارة الناتجة.

تستخدم حواجز من الرصاص لمنع اشعة اكس من الخروج والانبعاث في كافة الاتجاهات. ويتم تحديد منفذ اشعة اكس عبر نافذة تفتح في الحواجز وقبل خروجها تمر عبر عدة مرشحات قبل ان تسقط على جسم المريض المراد تصويره.

تثبت كاميرا لتسجيل فوتونات اشعة اكس التي عبرت خلال جسم المريض وتستخدم تلك الكاميرات افلام خاصة حساسة لاشعة اكس تستخدم نفس التكنولجيا المستخدمة في الأفلام العادية المستخدمة في التصوير بالكاميرات العادية الحساسة للضوء المرئي.

يتم الاحتفاظ بالصورة في صورة نيجاتيف ويتم فحص الصورة تحت ضوء أبيض فتظهر المناطق التي امتصت اشعة اكس مثل العظام والمواد الصلبة تظهر في الصورة بيضاء بينما المناطق التي لم تمتص اشعة اكس مثل الجلد والعضلات والأوعية الدموية تظهر في الصورة معتمة.

مادة التباين Contrast Media والتصوير الفلورسكوبي في صورة اشعة اكس لجسم المريض لا يظهر اية أثار للأوعية الدموية أو للأعضاء العضوية مثل الكبد او المعدة أو الأمعاء، ولإظهار اية من تلك الأعضاء في صورة اشعة اكس بغرض تشخيص مرض ما فإن أخصائي اشعة امس يحقن جسم المريض بمادة تباين contrast media مثل مادة الباريم barium. تتكون مادة التباين هذه من سائل يمتص اشعة اكس بكفاءة اعلى من الانسجة المحيطة به فعند حقن المريض بالباريم السائل في الوريد تصبح الأوعية الدموية قادرة على امتصاص اشعة اكس مما ينتج عنه صورة للاوعية الدموية على فيلم اشعة اكس. ويسمى التصوير بحقن المريض بمادة التباين بالفلوروسكوبي fluoroscopy. يعتبر الفلوروسكوبي من التقنيات التي تستخدم اشعة اكس لتصوير تدفق مادة التباين خلال الجسم عبر فترات زمنية محددة فيتم حقن المريض بمادة التباين ومن ثم يتم تعريض المريض لجرعات من اشعة اكس على فترات زمنية متقطعة لرصد تدفق المادة وانسيابها خلال جسم المريض الصورة على شاشة فوسفورية تظهر مراحل انسياب مادة التباين خلال الجسم والطبيب يقرر الصورة التي يريد التقاطها عند فترات زمنية محددة للتشخيص فيما بعد.

هل اشعة اكس ضارة لنا؟

بالرغم من الفوائد الجمة التي وفرتها اشعة اكس في مساعدة الطبيب على تشخيص المريض واكتشاف كسور العظام دون الحاجة الى عمليات جراحية إلا أن اشعة اكس من الممكن ان تكون ضارة.

ففي اول استخدام اشعة اكس تعرض المريض والطبيب لجرعة زيادة من اشعة اكس التي سببت اعراض مرضية مثل التي تسببها العناصر المشعة على الجلد. والسبب في ذلك يعود إلى ان اشعة اكس هي في حد ذاتها اشعة متأينة ionization radiation. فعندما يصطدم الضوء العادي بالذرة فلا يحدث تاغيير يذكر على الذرة ولكن في حالة اشعة اكس تصطدم بالذرة فإنها تعمل على تحرير الكترونات الذرة وتحولها إلى أيون موجب وتقوم الالكترونات المتحررة بتحويل المذيد من الذرات المجاورة إلى ايونات بالتصادم معها.

الايونات اجسام مشحونه كهربياً وليست متعادلة مثل الذرات مما يسبب تفاعلات كيميائية غير طبيعية داخل الخلايا الحية ومن الممكن ايضا أن يحدث خلل في سلاسل حمض الـ DNA. حدوث خلل في الـ DNA قد يسبب موت لتلك الخلية مما يسبب الكثير من الأمراض الغير متوقعة أو ان تتحول الخلية الحية اذا لم تمت إلى خلايا سراطانية تنتشر في جسم الانسان لا سمح الله.

أي انه بالرغم من فوائد اشعة اكس فإن التعرض الأكثر من اللازم للاشعة له من الأثار التي لايحمد عقباها.

وبالرغم من كل ذلك تبى اجهزة اشعة اكس الاجهزة الاكثر امنا بين الخيارات المطروحة امام الطبيب لاستخدامها وان جهاز اشعة اكس لا غنى عنه في المستشفيات ويعتبر من اهم انجازات التقنية العلمية عبر العصور.

لمزيد من المعلومات

·X-Rays: Another Form of Light

X-Rays: Fluoroscope

X-Rays, the invisible phenomenon

An Inexpensive X-ray Machine

The interaction of radiation with matter

Generation and Properties of X-rays

Overview of X-ray Computed Tomography

لاتنسونا بالدعاء

( اللهم اغفر له ولوالديه وارحمه ووفقه واعفو عنه واجعل علمه وعمله شاهدا ً له لا عليه اللهم اغنه بحللاك عن حرامك اللهم يا مثبت القلوب ثبت قلبه على طاعتك وابعد عنه رفقاء السوء ووفقه لما تحب وترضا انك سميع مجيب يارب ياقادر فك كربة وأعطية الصحة والعافية ووفقة

لعمل مايرضيك انك على كل شىء قدير)

اخوكم فى الله