How big is Długość fali promieniowania rentgenowskiego?

Promienie rentgenowskie to rodzaj światła, którego oczy nie widzą, o znacznie większej energii i znacznie krótszych falach niż światło widzialne. Eksplorator pokazuje promieniowanie rentgenowskie o długości fali 0,5 nanometra (500 pikometrów), która z dużym zapasem mieści się w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Długość fali to odległość od jednego grzbietu fali do następnego, a nanometr to miliardowa część metra.

Długość fali

NASA podaje długości fal promieniowania rentgenowskiego w zakresie od 0,03 do 3 nanometrów. Na długofalowym końcu promienie rentgenowskie graniczą ze światłem ultrafioletowym. Na krótkofalowym końcu graniczą z promieniami gamma.

Źródła wyznaczają te granice w różnych miejscach. Inna strona NASA definiuje promienie rentgenowskie zamiast tego przez energię, co przekłada się na długości fal około 0,012–12 nanometrów. Wartość 0,5 nanometra z eksploratora mieści się w obu zakresach.

Naukowcy zwykle opisują promienie rentgenowskie za pomocą ich energii, a nie długości fali, częściowo dlatego, że te długości są tak małe. Światło porusza się w maleńkich porcjach energii zwanych fotonami. Im krótsza fala, tym więcej energii niesie każdy foton. Promienie rentgenowskie mogą przenikać przez wiele materiałów, które pochłaniają światło widzialne.

Porównania rozmiarów

Długość fali 0,5 nanometra to mniej więcej szerokość atomu cezu, jednego z największych atomów.
Światło fioletowe, światło widzialne o najkrótszej długości fali, jaką oczy są w stanie dostrzec, ma falę o długości około 400 nanometrów, czyli 800 razy dłuższą.
Około 160 000–200 000 fal o takiej długości zmieściłoby się na szerokości ludzkiego włosa, który ma 0,08–0,1 milimetra szerokości.
Każdy foton tego promieniowania rentgenowskiego niesie 1000 razy więcej energii niż foton światła widzialnego o długości fali 500 nanometrów.

Jak odkryto promienie rentgenowskie

Wilhelm Röntgen odkrył promienie rentgenowskie w 1895 roku. Przepuszczał prąd elektryczny przez osłoniętą szklaną rurę z rozrzedzonym gazem. Na pobliskim ekranie światłoczułym pojawiło się słabe światło, wywołane nowym rodzajem promieniowania, zdolnego przeniknąć przez osłonę. Röntgen otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1901 roku.

Röntgen stwierdził, że promienie rentgenowskie przechodzące przez dłonie i ramiona tworzą szczegółowe obrazy kości w środku. Kości są gęste i pochłaniają więcej promieni rentgenowskich niż skóra. Dlatego na kliszy rentgenowskiej kości zostawiają cienie, a skóra wygląda niemal na przezroczystą.

Jak promienie rentgenowskie ujawniają położenie atomów

Fale przechodzące przez małe, gęsto rozmieszczone otwory tworzą wzór zwany obrazem dyfrakcyjnym. W 1912 roku Max von Laue zasugerował, że regularne rzędy atomów w krysztale zrobią to samo z promieniami rentgenowskimi. Doświadczenia dowiodły, że miał rację, i pokazały, że promienie rentgenowskie zachowują się jak fale. Laue otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1914 roku.

William Bragg i jego syn Lawrence ustalili następnie, jak długość fali i kąt promieniowania rentgenowskiego wiążą się z odstępami między warstwami atomów. Dzięki temu można było obliczyć, gdzie leżą atomy w krysztale. Braggowie otrzymali wspólnie Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1915 roku.

Dlaczego teleskopy rentgenowskie są w kosmosie

Atmosfera Ziemi pochłania promienie rentgenowskie, więc teleskopy rentgenowskie muszą działać ponad nią. Promienie rentgenowskie nie odbijają się od zwierciadła, w które uderzają czołowo, dlatego te teleskopy używają zwierciadeł, na które promienie padają pod małym kątem. Obserwatorium Rentgenowskie Chandra należące do NASA wykrywa długości fal około 0,12–12 nanometrów, w tym 0,5 nanometra. W kosmosie promienie rentgenowskie pochodzą od obiektów rozgrzanych do milionów stopni, takich jak dyski gazu wokół czarnych dziur.