X-किरणें

X Rays

X-किरणों (अंग्रेजी में :'एक्स रे ')की अवधारणा विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक रूप है। एक्स-किरणें चिकित्सा निदान, पदार्थ परीक्षण और विभिन्न वैज्ञानिक अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण उपकरण हैं।

एक्स-रे का परिचय व अवधारणा

एक्स-रे एक प्रकार का विद्युत चुम्बकीय विकिरण है जिसमें दृश्य प्रकाश के समान गुण होते हैं लेकिन बहुत अधिक ऊर्जा होती है। इनकी खोज 1895 में विल्हेम रोएंटजेन द्वारा की गई थी। एक्स-रे का उपयोग चिकित्सा इमेजिंग, औद्योगिक निरीक्षण और वैज्ञानिक अनुसंधान सहित विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जाता है।

एक्स-रे भौतिकी में विकिरण और पदार्थ की दोहरी प्रकृति का एक आकर्षक और महत्वपूर्ण पहलू है। वे तरंग जैसी और कण जैसी दोनों विशेषताओं का प्रदर्शन करते हैं, जिससे वे विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक अनूठा रूप बन जाते हैं।

एक्स-रे की दोहरी प्रकृति

एक्स-रे, प्रकाश की तरह, तरंग-जैसे और कण-जैसे दोनों गुण प्रदर्शित करते हैं। यह द्वंद्व क्वांटम भौतिकी में एक मौलिक अवधारणा है। आइए इन गुणों और उनका वर्णन करने वाले समीकरणों का पता लगाएं।

तरंग जैसी प्रकृति

एक्स-रे, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अन्य रूपों की तरह, तरंगों के रूप में वर्णित किया जा सकता है। उनकी तरंग दैर्ध्य ($\lambda _{x}$)और आवृत्ति ($f_{x}$) होती है।

   तरंग दैर्ध्य

यह एक्स-रे तरंग की दो लगातार चोटियों या गर्तों के बीच की दूरी है। एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य $(\lambda _{x})$बहुत कम होती है, आमतौर पर नैनोमीटर ($10^{-9}$ मीटर) की सीमा में।

   आवृत्ति

यह तरंग चक्रों की संख्या है जो प्रति सेकंड किसी दिए गए बिंदु से गुजरती है।आवृत्ति को $f_{x}$ से दर्शाया जाता है एक्स-रे की आवृत्तियाँ बहुत अधिक होती हैं, प्रायः एक्ज़ाहर्ट्ज़ ($10^{18}$ हर्ट्ज़) की सीमा में।

तरंग दैर्ध्य, आवृत्ति और प्रकाश की गति ($c$) के बीच संबंध गणितीय समीकरण वाले उपक्रम में दीये गए हैं।

कण-जैसी प्रकृति

एक्स-रे को फोटॉन नामक कणों के रूप में भी सोचा जा सकता है। प्रत्येक एक्स-रे फोटॉन ऊर्जा (ExEx) वहन करता है।

   एक्स-रे फोटॉन की ऊर्जा

एक एक्स-रे फोटॉन की ऊर्जा सीधे उसकी आवृत्ति ($f_{x}$) के समानुपाती होती है और इसकी गणना प्लैंक के समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है,जिसे गणितीय समीकरण उपक्रम में दीया गया है ।

महत्वपूर्ण बिन्दु

   एक्स-रे ट्यूब

यह वह उपकरण है जो एक्स-रे उत्पन्न करता है। इसमें आमतौर पर एक वैक्यूम ट्यूब के भीतर एक एनोड और एक कैथोड होता है।

   लक्ष्य पदार्थ

एक्स-रे तब उत्पन्न होते हैं जब विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन, एक्स-रे ट्यूब में लक्ष्य पदार्थ से टकराते हैं। यह लक्ष्य पदार्थ प्रायः टंगस्टन जैसी भारी धातु से बनी होती है।

गणितीय समीकरण

एक एक्स-रे फोटॉन ($E_{x}$) की ऊर्जा निम्नलिखित समीकरणों द्वारा इसकी आवृत्ति ($f_{x}$) या तरंग दैर्ध्य ($\lambda _{x}$) से संबंधित है:

आवृत्ति के संदर्भ में

   $E_{x}=hf_{x}$

   जहाँ:

•    $E_{x}$​ एक्स-रे फोटॉन की ऊर्जा है (जूल, $J$ में)।
•    $h$ प्लैंक स्थिरांक ($6.626\times 10^{-34}J\cdot s$) है।
•    $f_{x}$ एक्स-रे फोटॉन की आवृत्ति (हर्ट्ज, $Hz$ में) है।

   तरंग दैर्ध्य के संदर्भ में

$E={\frac {hc}{\lambda }},$

   जहाँ:

•    $c$ प्रकाश की गति है ($3.00\times 10^{8}$ मीटर प्रति सेकंड, $m/s$)।
•    $\lambda _{x}$ एक्स-रे फोटॉन की तरंग दैर्ध्य (मीटर, $m$ में) है।

यदि आने वाले फोटॉन की ऊर्जा पदार्थ के कार्य फलन ($\Phi$) से अधिक है, तो इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित हो सकता है। इसलिए, हम उत्सर्जन की स्थिति को इस प्रकार व्यक्त कर सकते हैं:

$E\geq \phi$

आरेख

यहां एक्स-रे ट्यूब में एक्स-रे की पीढ़ी को दर्शाने वाला एक सरलीकृत चित्र दिया गया है:

   ↑
Electrons
   |
   |
   |             _______________________
   |            |                       |
   |            |        X-ray Tube       |
   |            |                       |
   |            |___          ___        |
   |                |        |          |
   |   Anode        | Target | Cathode  |
   |                |        |          |
   |                |        |          |
   |                |        |          |
   |                |        |          |
   |                |        |          |

दोहरी प्रकृति का संयोजन

एक्स-रे की दोहरी प्रकृति का मतलब है कि वे तरंग-सदृश और कण-सदृश दोनों व्यवहार एक साथ प्रदर्शित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक्स-रे विवर्तन से गुजर सकते हैं, जो एक तरंग जैसी घटना है, और वे अलग-अलग कणों के रूप में पदार्थ के साथ बातचीत कर सकते हैं।

अनुप्रयोग

एक्स-रे का अनुप्रयोग विभिन्न क्षेत्रों में होता है, जैसे मेडिकल इमेजिंग, सामग्री विश्लेषण और हवाईअड्डे की सुरक्षा। पदार्थ में प्रवेश करने की उनकी क्षमता उन्हें चिकित्सीय स्थितियों का निदान करने और वस्तुओं की आंतरिक संरचना का निरीक्षण करने में मूल्यवान बनाती है।

संक्षेप में

एक्स-रे विकिरण और पदार्थ की दोहरी प्रकृति का एक आकर्षक उदाहरण हैं, क्योंकि उन्हें तरंगों और कणों दोनों के रूप में वर्णित किया जा सकता है, उनके गुण भौतिकी में मौलिक समीकरणों द्वारा नियंत्रित होते हैं।