التصوير بالأشعة السينية هو تقنية لتحديد وقياس الفوتونات أو جسيمات الضوء التي لها أطوال موجية في جزء الأشعة السينية من الطيف الكهرومغناطيسي.

استخدمه العلماء لمساعدتهم على فهم الخصائص الكيميائية والعناصر الأساسية لأي شيء.

هنالك العديد من طرق التصوير المختلفة بالأشعة السينية والتي تستخدم في العديد من تخصصات العلوم والتكنولوجيا.

بما في ذلك علم الآثار وعلم الفلك والهندسة.

يمكن استخدام هذه الطرق معًا أو بصورة مستقلة لتكوين صورة أكثر تكاملًا عن المواد أو الكائنات قيد التحلل.

تاريخيًا

عالم الفيزياء الألماني فيلهلم كونراد رونتغن (Wilhelm Conrad Röntgen) أوّل من اكتشف الأشعة السينية في عام 1895، وحاز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1901.

تقنيته الجديدة هذه سرعان ما اُستخدِمَت من قبل علماء الفيزياء والعلماء الآخرين.

حسب مختبر (SLAC National Accelerator Laboratory) قام عالم الفيزياء البريطاني تشارلز باركلا (Charles Barkla)، بإجراء بحث بين عامي 1906 و1908 توصّل من خلاله إلى أن الأشّعة السينية يمكن بواسطتها معرفة الصفات التشخيصية للمواد الخاصّة، وحصل من خلال عمله هذا على جائزة نوبل في الفيزياء، لكن في وقت متأخر في عام 1917.

بدأ استخدام طيف الأشعة السينية في الواقع في وقت سابق في عام 1912 من قِبَل فريق من الفيزيائيين البريطانيين مكوّن من أب وابنه، وهما وليام هنري براغ (William Henry Bragg) ووليام لورنس براغ (William Lawrence Bragg).

استخدما طيفَ الأشعة السينية لدراسة تفاعل إشعاع الأشعة السينية مع الذرات داخل البلورات تقنيتهم هذه سميَّت الفحص البلوري بالأشعة السينية، وأصبحت معيارًا يستند عليه العلماء في السنوات اللاحقة في مجال الفحص بالأشعة السينية، وقد حصلا على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1915.

كيف يتمّ التصوير بالأشعة السينية؟

عندما تكون الذرة غير مستقرة أو يتم قذفها بجسيمات عالية الطاقة، تنتقل الإلكترونات من مستوى طاقة إلى آخر، وعندما تتقارب الإلكترونات يمتص العنصر ويحرر فوتونات أشعة سينية ذات طاقة عالية بطريقة تتميّز بها الذرات التي تشكل هذا العنصر الكيميائي الخاص.

يقيس التصوير بالأشعة السينية تلك التغيّرات في الطاقة والتي تسمح للعلماء بتحديد العناصر وفهم كيفيّة تفاعل الذرات داخل المواد المختلفة.

هنالك طريقتان رئيسيتان للتصوير بالأشعة السينية، هما: التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطول الموجي (WDXS)، والتحليل الطيفي للأشعه السينية المشتتة للطاقة (EDXS).

(WDXS): يقيس الأشعة السينية ذات الطول الموجي الواحد والتي تنعكس بواسطة البلورة.

(EDXS): يقيس الإشعاع السيني المنبعث من الإلكترونات المحفزّة بمصدر عالي الطاقة للجسيمات المشحونة.

في كِلا التقنيتين يظهر الإشعاع متشتت مشيرًا للبنية الذريّة للمادة، وبالتالي العناصر داخل الكائن الذي يتم تحليله.

تطبيقات الأشعة السينية المتعددة

اليوم يتمّ استخدام التصوير بالأشعة السينية في العديد من مجالات العلوم والتكنولوجيا بما في ذلك علم الآثار والفلك والهندسة والصحة.

يستطيع علماء الأنثروبولوجيا وعلماء الآثار اكتشاف معلومات مخبأة حول القطع الأثريّة، وما زالوا يجدونها باستخدام التصوير بالأشعة السينية على سبيل المثال استخدم لي شارب (Lee Sharpe) أستاذ الكيمياء المساعد في جامعة غرينيل في أيوا وزملاؤه طريقة تسمّى التصوير بالأشعة السينية (XRF) للتعرّف على أصل رؤوس السهام التي صنعها أناس ما قبل التاريخ في الجنوب الغربي لأمريكا الشمالية، ونشر هذا الفريق نتائج دراسته في أكتوبر من عام 2018 في مجلّة علم الآثار (Journal Archaeological science).

كما ساعد التصوير بالأشعة السينية علماء الفيزياء الفلكيّة في معرفة المزيد عن كيفية عمل الأجسام في الفضاء.

على سبيل المثال يخطط باحثون من جامعة واشنطن في سانت لويس لمراقبة الأشعة السينية التي تأتي من الأجسام الكونية مثل الثقوب السوداء لمعرفة المزيد عن خصائصها، ويعتزم الفريق بقيادة هينريك كراوتشينسكي (Henric Krawczynskj) وهو عالم تجريبي ونظري في الفيزياء الفلكية إطلاق نوع من التصوير بالأشعة السينية سمّي جهاز استقطاب الأشعة السينية (X-ray polarimeter).

ابتداءً من ديسمبر2018، سيتم وضع هذا الجهاز في الغلاف الجوي للأرض بواسطة بالون طويل ممتلئ بالهيليوم.

يوري غوغوتسي (Yury Gogotsi) كيميائي ومهندس مواد في جامعه دري كسيل في بنسلفانيا صنع هوائيات تعمل بالرش وأغشية تحلية الماء بواسطة التصوير بالأشعة السينية.

هوائيات الرذاذ غير المرئية ليست إلّا بضع عشرات من النانومترات السميكة لكنها قادرة على نقل وتوجيه الموجات الراديوية سمّيت هذه التقنية بالتصوير بامتصاص الأشعة السينية (XAS)، وتساعدنا على التأكّد من تركيب المواد الرقيقة بشكل صحيح، وتساعدنا أيضًا في تحديد التوصيلية للمعادن.

يقول غوغوتسي: «توصيلية المعدن العالية، مطلوبة للأداء الجيد للهوائيات لذلك علينا مراقبة المواد عن كثب».

غوغوستي وزملاؤه أيضًا استخدموا التصوير بالأشعة السينية لتحليل كيمياء السطح للأغشية المعقدة المستخدمة في أجهزة تحلية المياه عن طريق تصفية أيونات معينة مثل أيون الصوديوم.

ويمكن أيضًا استخدام التصوير بالأشعة السينية في العديد من مجالات البحث الطبي والممارسة الطبية، مثل آلات التصوير المقطعي الحديثة (CT Scan Machines).

إن جمع أطياف امتصاص الأشعة السينية أثناء التصوير المقطعي -عن طريق العدّ الفوتوني أو الماسح الضوئي المقطعي الطيفي- يمكن أن يوفّر معلومات أكثر تفصيلًا حول ما يحدث داخل الجسم، مع جرعات إشعاعية أقلّ من الأشعة السينية وأقلّ أو دون الحاجة لاستخدام المواد المتغايرة (الأصباغ) طبقًا لمدير قسم الأشعة والتصوير والعلوم في جامعة إيموري في جورجيا فونغ دوونغ (Phuong-Anh T.Duong)

  • ترجمة: حسين جبارة.
  • تدقيق: صهيب الأغبري.
  • تحرير: عيسى هزيم.
  • المصدر