Elektromanyetik Spektrum
Elektromanyetik dalgaların dalga boyu, frekansı ve enerjisi göz önüne alınarak sınıflandırılması ile oluşan sıralamaya elektromanyetik spektrum denir. Bir elektromanyetik spektrum radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi dalgalar, görünür ışık, morötesi dalgalar, x ışınları ve gama ışınları olmak üzere 7 sınıfa ayrılır . Elektromanyetik spektrum, uzun dalga boyu ve düşük enerji özelliklerini taşıyan radyo dalgalarıyla başlayıp kısa dalga boyu ve yüksek enerjiye sahip gama ışınlarıyla sonlanır.
Elektromanyetik spektrum bölümlerinin şematik gösterimi
Radyo Dalgaları
Elektromanyetik spektrumda en uzun dalga boyuna, en düşük enerji ve frekansa sahip olan dalgalar, radyo dalgalarıdır. Yağmur kar bulut gibi engelleri kolaylıkla geçerler. Televizyon, radyo ve cep telefonları gibi iletişim aygıtları radyo dalgalarını kullanır.
Mikrodalgalar
Mikrodalgalar, elektromanyetik spektrumda radyo dalgalarının yüksek frekanslı bölgesinde bulunmaktadır. Ancak teknolojik kullanım açısından ayrı önem taşıdıkları için radyo dalgalarından
farklı bir şekilde sınıflandırılmışlardır.
Kızılötesi Dalgalar
Kızılötesi dalgalar, elektromanyetik spektrumun 0.7 µm ile 1 mm dalga boyları arasındaki bölgesidir. Kızılötesi ışıkların sahip oldukları enerji, çarptıkları yüzeydeki atom ve moleküllerin enerji düzeylerini değiştirmek için yeterli değildir. Bunun yerine atom ve moleküllerin titreşim enerjilerini değiştirir ve sıcaklıklarında artışa neden olur
Görünür Işık
Elektromanyetik spektrumun 380 nm ile 780 nm dalga boyu arasındaki bölgedir. İnsan gözündeki ilgili fotoreseptörler, bu dalga boyu aralığındaki ışıklara duyarlıdır.
Morötesi Işık
1801 yılında Johann Ritter tarafından keşfedilen morötesi ışıklar, görünür ışıktan daha kısa dalga boyuna ve daha yüksek enerjiye sahiptir. İnsan gözü morötesi ışıkları göremez. Morötesi ışıklar UVA, UV-B ve UV-C olmak üzere üç bölgeye ayrılır.
X Işınları
Morötesi ışıklara kıyasla daha kısa dalga boyu, daha yüksek frekans ve daha yüksek enerjiye sahiptirler. Genellikle birim olarak eV cinsinden ifade edilirler. X ısınları elektromanyetik spektrumun 100 eV ile 200 keV enerjiye sahip bölgeleri arasından bulunur.
Tıpta X Işınlarının Özellikleri
– X ışınlarının dalga boyu 0.04-1000 A0 arasında değişmekle birlikte tanısal alanda kullanılanları 0.5 A0 dalga boyundadır. İnsan gözü 3800 7800 A0 arasındaki dalga boyundaki ışığı seçebildiğinden X ışınları gözle görülmezler ve merceklerle saptırılamazlar.
– Elde edildikleri enerji düzeyleri farklı olduğundan aynı demet içinde farlı dalga boyunda X ışınları bulunabilmektedir. Bu nedenle X ışını heterojen bir ışın demeti şeklinde ve polikromatik özelliktedir.
– Dalga boyları küçük, girginlik dereceleri fazla X ışınlarına, Sert X ışınları denir. Dalga boyları büyük, girginlik dereceleri az X ışınlarına, Yumuşak X ışınları denir.
– Hızları c = 3×1010 cm/sn olup ışık hızı kadardır.
– Yüksüz oldukları için manyetik ve elektrik alanlardan etkilenmezler.
– Kırınım, girişim ve kutuplaşma gibi özellikler gösterirler.
– X ışını foto grafik etkiye sahip olup görülebilen ışık gibi gümüş tuzlarının kararmasına yol açar. Bu etki tanısal radyolojinin temel kavramlarından birini teşkil eden Röntgen filmlerinin çekimini sağlamaktadır. X ışınının bu etkisi sayesinde Röntgen filmlerinde latent imaj meydana gelmekte ve latent imaj, içinde değişik kimyasal maddelerin bulunduğu banyolarda, görülebilen imajlara dönüştürülmektedir.
– X ışınları, üzerlerine düştüğü bazı maddelerde ışınlama süresince parıldama meydana getirmektedir. Buna X ışınlarının floresans özelliği adı verilmektedir. X ışınlarının bu özelliği sayesinde floroskopik incelemelerin yapılabilmesi sağlanmıştır.
– X ışını kimyasal etkiye sahiptir. X ışınına maruz kalan maddenin kimyasal yapısında bazı değişiklikler oluşur. Yapısında değişiklik oluşan maddelerden en önemlisi, canlı vücudunun da büyük kısmında bulunan sudur. Suda iyonlaşma sonucunda serbest radikaller meydana gelir. X ışınının kimyasal etkisi ile bazı madensel tuzlar renk değişikliği gösterir.
– X ışınları biyolojik etkilere sahip olup canlı hücrelerde, kromozomların yapısındaki DNA molekülünde, genetik mutasyon veya ölümle sonuçlanabilecek önemli hasarlar meydana getirebilir. Vücutta radyasyona en duyarlı hücreler üreme ve hematopoetik sistem hücreleri olup mutlak korunmaları zorunludur. Bu karşın çok güçlü X ışınlarının canlı hücreleri yok etme özelliğinden de faydalanılmakta ve radyoterapide kullanılmaktadır.
– Maddeyi nüfuz etme (penatrasyon) özelliği fazla olduğundan madde içinden kolaylıkla geçerler. Bu esnada bir kısmı yollarından saparlar ve saçılırlar. Saçılıma uğrayan kısmı sekonder radyasyon adı ile etkileşime devam eder.
– Atom numarası yüksek maddeler tarafından absorplanırlar (Demir, beton, kurşun gibi) Resim 4: Farklı radyasyonların absorbsiyon maddeleri.
– Maddeyi iyonize ederek, biyolojik ve kimyasal hasarlar meydana getirirler.
– Rölatif Biyolojik Etkinlik değeri 1’dir (RBE: 1).
– X ışınları madde içinden geçerken enerjilerini Fotoelektrik, Compton ve Çift oluşum etkileşmeleri ile kaybederler.
– Şiddeti mesafenin karesi ile ters orantılı olarak değişir.
– Düşük enerjili ışınlar (50-500 KV) değişik voltaj ve amperli Röntgen cihazlarıyla sağlanarak, teşhis ve yüzeysel tümörlerin ( 3cm derinlikten az) tedavisinde kullanılmaktadır.
– Yüksek enerjili X ışınları (4 – 25 MV) ise; günümüzde Lineer Hızlandırıcılarda elde edilmektedir ve derine yerleşmiş tümörlerin tedavisinde kullanılmaktadır.
– X ışınları ayrıca; maddenin yapısının incelenmesinde (örneğin kristel düzeni, karmaşık organik maddelerin molekül yapıları), teknik malzeme kontrolünde, kimya ve fizik araştırmalarında kullanılmaktadır.
Gama Işınları
Elektromanyetik spektrum boyunca en kısa dalga boyu, en yüksek frekans ve en yüksek enerjiye sahip olan ışık, gama ışınlarıdır. Bu ışınlar, 200 keV ile 200 MeV enerjiye sahip bölgeler arasında bulunur.
Gamma ışınları bilinene röntgen ışınlarına benzerdir. Tek farkı çekirdeğin enerjisinden oluşmasıdır.
– Röntgen ışınlarından daha kısa dalga boylu olup (0.05 – 1 A0 ) penatrasyon ve iyonizasyon yetenekleri daha fazladır. (Rölatif Biyolojik Eşdeğer RBE = 1)
– Radyoaktif elementlerin yaydıkları gamma ışınlarının enerjileri 12 KeV- 2.5 MeV arasındadır.
– Elektrik ve manyetik alanlardan etkilenmezler.
– Enerji şiddetleri mesafenin karesi ile ters orantılı olarak değişir ve madde ile etkileşerek enerjilerini Fotoelektrik, Compton ve Çift oluşum olaylarıyla kaybederler.
– Gama ve x ışınlarının, alfa ve beta parçacıklarına göre madde içine nüfuz etme kabiliyetleri çok daha fazla (betalara göre 100 kat daha fazla), iyonlaşmaya sebep olma etkileri ise çok daha azdır. Ancak birkaç santimetre kalınlığındaki kurşun tuğlalarla ve sadece belli bir kısmı durdurulabilir. Madde içerisinden geçerken üstel bir fonksiyon şeklinde bir şiddet azalmasına uğrarlar. Tıpta teşhis ve kanser tedavisinde yaygın olarak kullanılır.