એક્સ-કિરણો (ક્ષ-કિરણો)

વિદ્યુતચુંબકીય વર્ણપટમાં, નાની તરંગલંબાઈ તરફ 0.05 Åથી 100 Åની મર્યાદામાં આવેલું અર્દશ્ય, વેધક (penetrating) અને આયનીકારક (ionising) શક્તિશાળી વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ (તરંગો). [તરંગલંબાઈ માપવાનો માત્રક (unit) ઍન્ગસ્ટ્રૉમ છે, જેને સંજ્ઞામાં Å વડે દર્શાવાય છે. તે એક સેમી.નો દસ કરોડમો ભાગ છે, માટે  જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી ગોલ્ડસ્ટાઇન (1850-1930), બ્રિટનના વિલિયમ ક્રુક્સ (1832-1919) તથા અન્ય કેટલાક વિજ્ઞાનીઓના, કૅથોડ-કિરણો ઉપરના પ્રયોગોએ અનેક વૈજ્ઞાનિકોને આ ક્ષેત્રે આકર્ષિત કર્યા. તેમાંનો એક વિલ્હેમ રૉંટગન (1845-1923) નામનો જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી પણ હતો. આ કિરણો વડે વિવિધ પદાર્થોને પ્રસ્ફુરિત કરવામાં એને ઘણો રસ હતો. 1895ના નવેમ્બરની પાંચમી તારીખે આવા જ કોઈ પ્રયોગમાં તેણે જોયું કે કૅથોડ કિરણ નળી (cathode-ray tube) પર પ્રમાણમાં મોટો વિદ્યુતવિભવ (potential difference – p.d.) લગાડીને વીજવિભાર પસાર કરતાં, કૅથોડ-રે નળીની નજીક રાખેલા બેરિયમ પ્લેટિનોસાયનાઇડના લેપવાળા પડદા ઉપર પ્રસ્ફુરણ (fluorescence) જોવા મળ્યું. નળી ઉપર કાળો કાગળ વીંટાળેલો હતો અને પ્રયોગશાળાના આછા અંધારામાં તેણે બરાબર અવલોકન કર્યું કે પ્રસ્ફુરણ નળીમાંથી તો થતું ન હતું. પછી જ્યારે વીજવિભાર બંધ કરવામાં આવ્યો ત્યારે પ્રસ્ફુરણ પણ બંધ થઈ ગયું. આ પડદાને બાજુના ઓરડામાં રાખીને વીજવિભાર ચાલુ કરવામાં આવ્યો ત્યારે પણ તે પ્રસ્ફુરિત થતો હતો. આ ઉપરથી તે એવા નિષ્કર્ષ પર આવ્યો કે વીજવિભાર દરમિયાન કૅથોડ નળીમાંથી જ, કૅથોડ-કિરણોની સાથે સાથે કોઈ અર્દશ્ય, શક્તિશાળી અને વેધક વિકિરણ પણ ઉદભવતું હોવું જોઈએ.

આ વિકિરણના ગુણધર્મો વિષે રૉંટગન પોતે જ અપરિચિત હોવાથી, જેમ ગણિતમાં અવ્યક્ત રાશિ(unknown quantity)ને દર્શાવવા માટે ‘X’ની સંજ્ઞા વપરાય છે તેમ તેણે આ વિકિરણને પણ ‘X-કિરણો’ એવું નામ આપ્યું. આ અંગેનો એક સંશોધનલેખ પણ તેણે 18 ડિસેમ્બર, 1895ના રોજ પ્રકાશિત કર્યો, જેનાથી વૈજ્ઞાનિકોમાં ભારે ઉત્તેજના પ્રસરી. તેના શોધકના નામ ઉપરથી આ કિરણો ‘રૉંટગન-કિરણો’ તરીકે પણ ઓળખાય છે.

વિકિરણ ઉપરના પ્રયોગો દરમિયાન જણાયું કે કૅથોડ-કિરણ નળી અને પ્રસ્ફુરણ પડદા વચ્ચે ધાતુની તકતી રાખવાથી તકતીની છાયા પડદા ઉપર ઊપસે છે. તે જ પ્રમાણે, ધાતુની તકતીને બદલે, વિકિરણના માર્ગમાં હાથને રાખવામાં આવે ત્યારે હાથની આંગળીઓનાં હાડકાંની સ્પષ્ટ છાયા જણાય છે. આનું અર્થઘટન એ થયું કે ત્વચા, માંસ, સ્નાયુ વગેરેમાંથી આરપાર જઈ શકતું આ વિકિરણ, હાડકાંમાંથી પસાર થઈ શકતું નથી. ધાતુની જેમ, તે, હાડકાં વડે અવરોધાય છે. આ વિકિરણ ફોટોગ્રાફની પ્લેટ પર અસર કરી તેને કાળી (fog) કરે છે. આ માહિતીનો ઉપયોગ રૉંટગને પોતાની પત્નીના હાથની છબી લેવા માટે કર્યો. 1896ના જાન્યુઆરીની 17મી તારીખે, શ્રીમતી રાટગનના હાથને ફોટોગ્રાફની પ્લેટ ઉપર રાખી, આ વિકિરણની મદદથી છબી લેતાં, દુનિયાની સર્વપ્રથમ એક્સ-રે છબી મેળવી. હાથ ઉપર પહેરેલી લગ્નની વીંટી પણ છબીમાં સુસ્પષ્ટ જણાતી હતી. 23 જાન્યુઆરી, 1896ના રોજ પોતાના એક જાહેર પ્રવચનમાં, રૉંટગને, રૂડોલ્ફ આલ્બર્ટ ફૉન કુલીકર નામના એક જર્મન જીવશાસ્ત્રીના હાથની પણ સ્પષ્ટ એક્સ-રે છબી પાડી. તે જ અરસામાં ડાર્ટમથના, એડી મૅકાર્થી નામના એક માનવીના હાથનું ભાંગેલું હાડકું બરાબર બેસાડવામાં આવ્યું છે કે કેમ તેની ચકાસણી માટે આ શોધનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો. 1903માં જ્યૉર્જ પર્થ્સ નામના જર્મન તબીબે એવી શોધ કરી કે શરીરમાંની કૅન્સરની ગાંઠને વધતી અટકાવવાની ક્ષમતા X-કિરણો ધરાવે છે. આ કારણે કૅન્સરના ઇલાજમાં તેમના શક્ય ઉપયોગનો નિર્દેશ કર્યો. (જોકે પાછળથી જાણવા મળ્યું કે વધુ પડતી માત્રામાં X-કિરણોનો ઉપયોગ શરીર માટે અત્યંત હાનિકારક નીવડે છે.) લગભગ આ જ અરસામાં કૅનન નામના અમેરિકન તબીબે પ્રાણી ઉપર આ વિકિરણ વડે પ્રયોગો કર્યા. બિસ્મથનાં સંયોજનો જો મોં વાટે પ્રાણીના શરીરમાં દાખલ કરવામાં આવે તો X-કિરણની મદદથી શરીરના આંતરિક અવયવો જોઈ શકાય છે. આવું જ પ્રવાહી માનવીને પિવડાવીને, પેટને ખોલ્યા વગર, પાચનતંત્ર અંગે પણ જાણકારી પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. આમ રાટગનની આ શોધ તબીબી ક્ષેત્રે તેમજ અન્ય ક્ષેત્ર માટે પણ ઘણી ઉપયોગી સાબિત થઈ. તેનું મહત્વ સ્વીકારીને તેના શોધક રૉંટગનને, 1901માં, એ જ વર્ષથી શરૂ કરવામાં આવેલું નોબેલ પારિતોષિક અર્પણ કરવામાં આવ્યું. આમ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નોબેલ પારિતોષિક મેળવનાર રૉંટગન પહેલો હતો.

એક્સ-કિરણોનો સૌપ્રથમ વ્યાવહારિક ઉપયોગ તબીબી ક્ષેત્રે થયો. તેના દ્વારા શરીરનાં અસ્થિઓ, હોજરી, આંતરડાં વગેરેની છબી લેવામાં આવી. આજે પણ એક્સ-રેનું નામ લેતાં સામાન્યત: એવો અર્થ રૂઢ થઈ ગયો છે કે એક્સ-કિરણો દ્વારા લીધેલો શરીરની આંતરિક રચનાનો ફોટોગ્રાફ. એનો બીજો પર્યાય છે રેડિયોગ્રાફ, જેનો પ્રયોગ વધુ વૈજ્ઞાનિક છે.

ઝિંક સલ્ફાઇડના સ્ફટિક વડે એક્સ-કિરણોનું વિવર્તન (diffraction) ઉપજાવીને 1912માં મૅક્સ હૉન લાઉ નામના જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી(1879-1960)એ સાબિત કરી આપ્યું કે એક્સ-કિરણો તરંગસ્વરૂપનાં છે. આમ આ કિરણો પ્રકાશના જેવા જ પરંતુ અર્દશ્ય અને ખૂબ ટૂંકી તરંગલંબાઈ ધરાવતા વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો જ છે. તેમની તરંગલંબાઈ ર્દશ્ય પ્રકાશ કરતાં આશરે 400થી 1,000ગણી નાની છે.

વીજવિભાર નળીમાંનાં કૅથોડ-કિરણો એ કૅથોડ(ઋણ ધ્રુવ)ની ધાતુમાંથી ઉત્સર્જિત થતા અને ત્વરિત વેગથી ગતિ કરતા ઇલેક્ટ્રૉન(ઋણ વિદ્યુતભારવાહી કણ)નો પ્રવાહ છે. અત્યંત વેગથી આવી રહેલા ઇલેક્ટ્રૉનના માર્ગમાં અવરોધ રાખીને તેમનો એક એક અટકાવ (stoppage) કરવામાં આવે તો તેમની ગતિશક્તિનો આશરે 1 ટકા જેટલો ભાગ એક્સ-કિરણોમાં પરિણમે છે, જ્યારે બાકીના 99 ટકાનું ઉષ્મા-ઊર્જામાં રૂપાંતરણ થાય છે.

જુદા જુદા વિદ્યુતવિભવે ઉત્પન્ન થતી ઉષ્મા તથા એક્સ-કિરણોની, પ્રમાણમાં ટકાવારી, નીચે પ્રમાણે છે :

વિદ્યુતવિભવ વોલ્ટમાં	ઉષ્માની ઉત્પત્તિ %	એક્સ-કિરણોની ઉત્પત્તિ %
60 kV = 60 × 103 વોલ્ટ	99.5	0.5
200 kV = 200 × 103 વોલ્ટ	99.0	1.0
4 MV = 4 × 106 વોલ્ટ	60.0	40.0
6 MV = 6 × 106 વોલ્ટ	30.0	70.0

ઇલેક્ટ્રૉન ઉત્પન્ન કરવા માટેની સૌથી સરળ રીત ધાતુને ગરમ કરવાની છે. ધાતુના પરમાણુમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રૉન નિરંતર પરિભ્રમણ કરતા હોય છે. ધાતુને જરૂરી ઉષ્મા આપતાં તેની સપાટી પર રહેલા ઇલેક્ટ્રૉન, તેમની વચ્ચેનાં બંધનોથી મુક્ત થઈને બહાર ચાલ્યા જાય છે. આ ઘટનાને ઇલેક્ટ્રૉનનું તાપાયનિક કે ઉષ્માજનિત ઉત્સર્જન (thermionic emission) કહે છે; અને આ રીતે મુક્ત થતા ઇલેક્ટ્રૉનને ઉષ્માજનિત ઇલેક્ટ્રૉન કહે છે. આ અંગેની સૌપ્રથમ માહિતી 1833માં ટૉમસ આલ્વા એડિસને (1847-1931) આપી હતી. તે વખતે તેઓ વિદ્યુતગોળાની શોધને લગતા પ્રયોગો કરી રહ્યા હતા. (આજે રેડિયો, ટેલિવિઝન, રડાર, ઇલેક્ટ્રૉનિક કમ્પ્યૂટર વગેરેમાં ઉષ્માજનિત ઇલેક્ટ્રૉનનો જ ઉપયોગ થતો હોય છે.)

ઉષ્માજનિત ઇલેક્ટ્રૉન એક્સ-રે નળીના કૅથોડ પરથી ઉત્સર્જિત થઈ, ઍનોડ (ઍન્ટિ-કૅથોડ કે ધન ધ્રુવ) તરફ અત્યંત વેગથી ધસી જાય છે. કૅથોડ (ઋણ ધ્રુવ) તેમજ ઇલેક્ટ્રૉન – બન્ને ઉપર – ઋણ વિદ્યુતભારને કારણે તેમની વચ્ચે અપાકર્ષણ થતું હોવાથી, કૅથોડમાંથી ઉત્સર્જિત થયેલા ઇલેક્ટ્રૉન ફરી પાછા કૅથોડ પ્રતિ આવી શકતા નથી. તેથી ઊલટું, તેમની અને ધન વિદ્યુતભારવાળી ઍનોડ પ્લેટ વચ્ચે અદમ્ય આકર્ષણ થતાં, આ કિરણો અત્યંત પ્રવેગી બનીને ઍનોડ પર પહોંચતાં હોય છે. તે વખતે તેમની ગતિ, ર્દશ્ય પ્રકાશની ગતિ કરતાં લગભગ અડધી જેટલી હોય છે. આ જ કારણે એક્સ-રે નળીને એક પ્રકારનો પ્રવેગક (accelerator) કહી શકાય. એક્સ-રે મશીનો એ દુનિયાના સૌપ્રથમ પ્રાથમિક પ્રવેગકો હતાં. અત્યંત પ્રવેગિત ઇલેક્ટ્રૉન જ્યારે ઍનોડની ધાતુ સાથે ટકરાય ત્યારે તેમાંના કેટલાકની ગતિ એકાએક સ્થગિત થઈ જાય છે, તો કેટલાક ઍનોડની ધાતુમાં ‘ખૂંપી’ (penetrate) જાય છે. આ ઇલેક્ટ્રૉન, ઍનોડની ધાતુના પરમાણુઓ ઇલેક્ટ્રૉન, જે તેમની નાભિ(nucleus)ની આસપાસ જુદા જુદા કક્ષકોમાં ઘૂમતા હોય છે, તેમને તેમની ભ્રમણકક્ષામાંથી બહાર ફેંકી દે છે. નાભિની નજીક આવેલી, કે પરમાણુની અંદરની તરફની કક્ષકનો એક ઇલેક્ટ્રૉન દૂર થાય, ત્યારે તેનું ખાલી સ્થાન પૂરવા માટે, તેની ઉપર આવેલી કક્ષકમાંનો ઇલેક્ટ્રૉન કૂદીને તે ખાલી સ્થાન પૂરી દે છે. આ પ્રક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રૉનની વધારાની ઊર્જાનું એક્સ-વિકિરણ સ્વરૂપે ઉત્સર્જન થાય છે.

એક્સ-કિરણોની ઉત્પત્તિનું કારણ જાણ્યા બાદ તેના ઉત્પાદન માટે કાર્યક્ષમ સાધનોની શોધ થઈ. તેમાં મુખ્યત્વે : (1) ગૅસનળી કે એક્સ-કિરણ ગોળો, (2) કૂલીજ નળી અને (3) બીટાટ્રોન છે.

એક્સ-કિરણ ગોળા તરીકે ઓળખાતું સાધન, થોડાક ફેરફાર સાથેની વીજવિભારનળી જ છે. તેમાં કૅથોડ અંતર્ગોળ આકારનો ઍલ્યુમિનિયમનો હોય છે. જેનું ગલનબિંદુ બહુ ઊંચું હોય તેવી, ટંગસ્ટન કે પ્લૅટિનમ ધાતુની તકતીને કૅથોડના વક્રતા-કેન્દ્ર ઉપર 45^oને ખૂણે ત્રાંસી રાખવામાં આવે છે. આ તકતીને ‘લક્ષ્ય’ કે ‘ઍન્ટિ-કૅથોડ’ પણ કહે છે. કૅથોડ-કિરણો પ્રચંડ વેગથી લક્ષ્ય સાથે અથડાતાં તેમાં પ્રચંડ ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે. તેથી લક્ષ્યને ઠંડો રાખવા માટે તેની આસપાસ ઠંડા પાણીનો પ્રવાહ ફરતો રાખવાની ગોઠવણ કરેલી હોય છે. લક્ષ્યને ઍનોડ સાથે જોડવામાં આવે છે. ગોળામાં 0.001 મિમી. જેટલો શૂન્યાવકાશ (vacuum) ઉત્પન્ન કરી, ઍનોડ અને કૅથોડ વચ્ચે 30થી 50 કિલોવોલ્ટ જેટલો વિદ્યુતવિભવ આપવામાં આવે છે. અંતર્ગોળ કૅથોડમાંથી, કૅથોડ-કિરણો (ઇલેક્ટ્રૉન) નીકળી, પ્રચંડ વેગથી, તેના વક્રતાકેન્દ્ર ઉપર રાખેલા લક્ષ્ય સાથે અથડાઈને એકાએક થંભી જતાં, તેમની ગતિશક્તિના 1 ટકા જેટલા ભાગનું એક્સ-કિરણોમાં રૂપાંતર થાય છે. બાકીનો ભાગ લક્ષ્યમાં પુષ્કળ ઉષ્મા પેદા કરે છે. લક્ષ્યની આસપાસ ઠંડા પાણીનો પ્રવાહ સતત વહેતો રાખીને તેને ઠંડો રાખવામાં આવે છે. જો લક્ષ્ય બહુ ગરમ થઈ જાય તો એક્સ-કિરણો ઉત્પન્ન કરવાની તેની ક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે.

આ સાધનમાં પણ કેટલીક ખામીઓ છે. વીજવિભાર દરમિયાન થતા આયનીકરણ(ionisation)ને લીધે તેમજ કાચની દીવાલ વડે વાયુનું શોષણ થતું હોવાથી, ગોળાના વાયુનું દબાણ ધીમે ધીમે વધતું જાય છે એટલે કે શૂન્યાવકાશમાં ઘટાડો થતો હોય છે. તેને લઈને ઉત્પન્ન થતાં એક્સ-કિરણોની તીવ્રતામાં પણ ધીમે ધીમે ઘટાડો થાય છે. પરિણામે, લાંબે ગાળે જોઈએ તેટલી તીવ્રતાવાળાં એક્સ-કિરણો પ્રાપ્ત થતાં નથી. બીજી ખામી એ છે કે આ ઉપકરણ વડે ખૂબ જ વેધક (શક્તિશાળી) એક્સ-કિરણો ઉત્પન્ન થઈ શકતાં નથી; કેમ કે, તેવાં એક્સ-કિરણો મેળવવા માટે લક્ષ્ય ઉપર અથડાતા ઇલેક્ટ્રૉનનો વેગ અર્થાત્ તેમની ગતિશક્તિ (ગતિશક્તિ =  ´ દળ ´ (વેગ)² હોવાથી) પ્રચંડ હોવી જોઈએ. તેમ કરવા માટે વીજવિભાર ગોળાને લગભગ નિર્વાત (evacuate) કરીને તેના વીજાગ્રો વચ્ચે અત્યંત મોટો વિદ્યુતવિભવ લગાડવો જોઈએ. વીજવિભાર ગોળાને નિર્વાત કરતાં તેમાંથી કૅથોડ-કિરણો – અતિ અલ્પ દબાણે – પ્રાપ્ય થતાં નથી. તે વખતે કૅથોડ-કિરણોનું ઉત્સર્જન બંધ થઈ જતું હોવાથી ગોળો કામ આપતો નથી. આ ખામીઓના નિવારણ માટે બીજા પ્રકારની નળીની શોધ કરવામાં આવી, જેને તેના શોધકના નામ ઉપરથી ‘કૂલિજ નળી’ કે ‘હાઈ-વોલ્ટેજ નળી’ કહે છે.

કૂલિજ નળી : વિલિયમ કૂલિજ (1873-1975) અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રી હતો. એડિસને શોધેલા વિદ્યુતગોળા(electric bulb)માં ટંગસ્ટન ધાતુનો તંતુ (filament) વાપરવાનું સૂચન એણે જ કર્યું હતું. આ જ ધાતુને એક્સ-રે નળીમાં વાપરવાનું પણ તેણે વિચાર્યું હતું. કૂલિજ નળીમાં કૅથોડ તરીકે ટંગસ્ટન ધાતુના પાતળા તારના તંતુઓ રાખવામાં આવે છે. જુદા જ પરિપથ વડે તેમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરી, વિદ્યુતપ્રવાહની ઉષ્મા-અસર દ્વારા, ઉષ્માજનિત ઇલેક્ટ્રૉનનું ઉત્સર્જન મેળવવામાં આવે છે. નળીને નિર્વાત કરેલ હોવાથી, ઇલેક્ટ્રૉનની માત્રાનું નિયંત્રણ કરી શકાય છે. ઍનોડ અને કૅથોડ વીજાગ્રો વચ્ચે આશરે 50,000 વોલ્ટ જેટલો વિદ્યુતવિભવ લગાડતાં, ઇલેક્ટ્રૉન પ્રચંડ વેગથી લક્ષ્ય ઉપર અથડાય છે, અને અધિક વેધકશક્તિ (penetrating power) ધરાવતાં ખૂબ શક્તિશાળી એક્સ-કિરણો ઉત્પન્ન થાય છે. આ એક્સ-કિરણોની વેધક શક્તિ બન્ને વીજાગ્રો વચ્ચે લગાડેલા વિદ્યુતવિભવ ઉપર આધારિત છે જ્યારે તેમની તીવ્રતા, કૅથોડને ગરમ કરતા ફિલામેન્ટમાંથી પસાર થતા વિદ્યુતપ્રવાહ ઉપર અવલંબે છે. તેથી જરૂરી વેધક શક્તિવાળાં એક્સ-કિરણો મેળવી શકાય છે. વ્યવહારમાં કૂલિજ નળી વધુ કાર્યક્ષમ નીવડી છે. આધુનિક એક્સ-રે મશીનમાં પણ જરૂરી સુધારાવધારા સાથેની, આવી કૂલિજની નળી જ વાપરવામાં આવતી હોય છે.

એક્સ-કિરણોના, તેમની ઉત્પત્તિને આધારિત, બે પ્રકાર છે : (i) Åથી 0.01 Å જેટલી, પ્રમાણમાં મોટી તરંગલંબાઈવાળાં, ‘મૃદુ’ (soft) એક્સ-કિરણો અને (ii) 0.01 Åથી ઓછી તરંગલંબાઈનાં ‘સખત’ (hard) એક્સ-કિરણો. સખત કિરણોની વિભેદન તેમજ આયનીકરણ કરવાની શક્તિ મૃદુ કરતાં અનેકગણી વિશેષ હોય છે. તબીબી વિજ્ઞાનમાં રોગના નિદાન માટે 0.1 Åથી 0.5 Å સુધીની તરંગલંબાઈનાં એક્સ-કિરણો વપરાય છે. પરંતુ કૅન્સર જેવા રોગની સારવાર માટે વધુ ટૂંકી તરંગલંબાઈનાં અત્યંત વેધક અને શક્તિશાળી કિરણોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

બીટાટ્રૉન : અત્યંત વેધક એક્સ-કિરણો ઉત્પન્ન કરતું આધુનિક ઉપકરણ છે. તેમાં એક્સ-રેની નળી કાચના પોલા વલય આકારમાં હોય છે. તેને સંપૂર્ણ નિર્વાત કરી તેમાં થોડા ઇલેક્ટ્રૉન દાખલ કરવામાં આવે છે. પછી તેને અત્યંત પ્રબળ વિદ્યુત-ચુંબકના ધ્રુવો વચ્ચે આવેલા પ્રબળ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રૉનના વિદ્યુતભાર તેમજ ચુંબકીય ક્ષેત્ર વચ્ચે પ્રક્રિયા થઈ ઇલેક્ટ્રૉન પર બળ લાગવાને કારણે તે વર્તુળ આકારે ગતિ કરવા લાગે છે. તેના વેગમાં ક્રમશ: વધારો થતો જાય છે. તેની ઝડપ મહત્તમ બને ત્યારે ક્ષણ પૂરતી વિદ્યુત-ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા ઘટાડી નાખતાં, તે વર્તુળાકાર માર્ગમાંથી વિચલિત બની, પ્રચંડ વેગથી સુરેખ માર્ગે ગતિ કરે છે. તેના માર્ગમાં રાખવામાં આવેલી તકતી સાથે અથડાતાં, એક્સ-કિરણો ઉત્પન્ન કરે છે.

અવિરત (continuous) તેમજ લાક્ષણિક (characteristic) એક્સ–કિરણો : લક્ષ્ય ઉપર અથડાતા ઇલેક્ટ્રૉન જુદો જુદો પરંતુ અવિરત વેગ ધરાવતા હોવાથી, તેમના વડે ઉદભવતાં એક્સ-કિરણો, અવિરત કે સળંગ તરંગલંબાઈ ધરાવે છે. તેમને અવિરત એક્સ-કિરણો કહે છે. જ્યારે અમુક ચોક્કસ તરંગલંબાઈવાળાં અને લાક્ષણિક એક્સ-કિરણો તરીકે ઓળખાતાં એક્સ-કિરણો પણ હોય છે. આ કિરણો અવિરત કિરણોથી જુદાં પડતાં હોય છે અને તેમની ઉત્પત્તિ લક્ષ્યની ધાતુના પરમાણુઓની ચોક્કસ આંતરિક રચનાને કારણે જ હોય છે.

એક્સ–કિરણોના ગુણધર્મો : ર્દશ્ય પ્રકાશની જેમ વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ (શક્તિ) હોવાથી, પ્રકાશની માફક, તેમનું પણ વિદ્યુત કે ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે વિચલન થતું નથી. પ્રકાશની માફક તેમનું વ્યતિકરણ (interference), ધ્રુવીભવન (polarisation) તથા વિવર્તન થતું હોય છે. તેમની તરંગલંબાઈ, પ્રકાશની અપેક્ષાએ, ખૂબ નાની હોવાથી ઉપરની ઘટનાઓ ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રકાશ માટે જે સાધનો વપરાય છે તે સાધનો એક્સ-કિરણો માટે વાપરી શકાતાં નથી. તે ઓછા પરમાણુભારવાળી અપારદર્શક હલકી ધાતુની આરપાર જઈ શકે છે. જુદી જુદી તરંગલંબાઈનાં એક્સ-કિરણોની વેધનક્ષમતા જુદી જુદી હોય છે. જેમ તેમની તરંગલંબાઈ નાની, તેમ તેમની સાથે સંકળાયેલી શક્તિ વધુ અને તેમની ભેદનશક્તિ પણ વધુ. વાયુમાંથી પસાર થાય ત્યારે વાયુમાં આયનો ઉત્પન્ન કરી તેનું આયનીકરણ કરે છે. બેરિયમ પ્લૅટિનોસાયનાઇડ કે ઝિંક સલ્ફાઇડ ધરાવતા પડદા પર પ્રસ્ફુરણ ઉત્પન્ન કરે છે. આમ પ્રસ્ફુરિત અનેક પદાર્થમાં (લગભગ એક હજાર જેટલામાં) પ્રસ્ફુરણ પ્રેરી શકે છે. ફોટોગ્રાફની પ્લેટ ઉપર આ કિરણો રાસાયણિક અસર ઉપજાવે છે. આમ તો આ કિરણો અર્દશ્ય છે, પરંતુ તેમને પ્રત્યક્ષ જોવા માટે આયનીકરણ, પ્રસ્ફુરણ તથા ફોટોગ્રાફિક પ્લેટનો ઉપયોગ થતો હોય છે. આયનીકરણ ઉપર આધારિત ઉપકરણને ‘આયનીકરણ ચેમ્બર’ કહે છે. રેડિયોસક્રિય પદાર્થની માફક, ‘ગાઇગર-મુલર કાઉન્ટર’નો ઉપયોગ પણ કરી શકાય છે. કેટલીક હલકી ધાતુઓમાંથી એક્સ-કિરણો ઇલેક્ટ્રૉનનું ઉત્સર્જન કરે છે. એક્સ-કિરણોને દળ હોતું નથી તેથી કૅથોડ-કિરણોની જેમ, તે યાંત્રિક શક્તિ ધરાવતાં નથી. તેના કારણે તેમના વડે કાર્ય ઉપજાવી શકાતું નથી.

એક્સ–કિરણોના ઉપયોગ : તેમના ઉપયોગને મુખ્યત્વે ત્રણ ભાગમાં વહેંચી શકાય : (1) વૈજ્ઞાનિક ઉપયોગ, (2) ઔદ્યોગિક ઉપયોગ, (3) તબીબી ક્ષેત્રે ઉપયોગ.

વૈજ્ઞાનિક ઉપયોગ : સ્ફટિકમય પદાર્થ વડે એક્સ-કિરણોનું પરાવર્તન તથા વિવર્તન થઈ શકે છે. આ કારણે ઘન પદાર્થ તેમજ ધાતુની રચના તેમજ સ્ફટિકની આંતરિક પરમાણુરચના જાણી શકાય છે. તેમાં રહેલી ખામીઓ પણ જાણી શકાય છે.

ઔદ્યોગિક ઉપયોગ : ધાતુના ઢાળણમાં તેમજ વેલ્ડિંગમાં રહી ગયેલી ત્રુટિઓ શોધવા માટે, ઇમારતી લાકડાં, પૉર્સલિનનાં વાસણો, ફૅક્ટરીનાં બૉઇલર તેમજ અવાહકમાં પડેલી તિરાડ શોધવા માટે, વિવર્તનના ગુણને કારણે વણાટકામમાં કાપડના તાણા-વાણાની રચના તપાસવા, ઝવેરાતની સાચાખોટાપણાની પરખ કરવા માટે.

તબીબી ક્ષેત્રે ઉપયોગ : મૃદુ એક્સ-કિરણો લોહી તથા સ્નાયુમાંથી આરપાર જઈ શકે છે. કૅલ્શિયમ જેવા ભારે પરમાણુભારવાળાં અસ્થિ વડે અવરોધાઈને તેમની છાયા ઉત્પન્ન કરે છે. તેથી એક્સ-રે છબી વડે ભાંગેલા અસ્થિ અંગે વિસ્તૃત જાણકારી ઉપલબ્ધ થાય છે. શરીરના આંતરિક અવયવોની એક્સ-રે છબી વડે અનેક તકલીફોનું નિદાન થઈ શકે છે. ચિકિત્સા માટે પણ એક્સ-કિરણોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

વિકિરણના એકમો (radiation units) : આયનીકારક વિકિરણના ક્ષેત્રમાં, ખાસ કરીને વિકિરણના અમુક જથ્થાનો કે એકમોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. પહેલાં ક્યૂરી, રૅડ (rad), રૉંટગન કે રેમ (rem) જેવા એકમો વપરાતા હતા. હવે તેમના સ્થાને SI એકમોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ઇન્ટરનૅશનલ કમિશન ઍન રેડિયેશન યૂનિટ્સ ઍન્ડ મેઝરમેન્ટ (આઇ.સી.આર.યુ.) તથા ઇન્ટરનૅશનલ કમિશન ઍન રેડિયૉલૉજી પ્રોટેક્શન(સી.આર.પી.)ની ભલામણ ઉપરથી, જનરલ કૉન્ફરન્સ ઑન વેઇટ્સ ઍન્ડ મેઝર્સ (જી.સી.પી.એમ.) દ્વારા (i) સક્રિયતા (activity), (ii) અવશોષિત માત્રા (absorbed dose) તથા (iii) સમતુલ્ય માત્રા(equivalent dose)ના એકમો માટે, SI સાધિત (derived) એકમો તરીકે, અનુક્રમે (i) બેકરલ (Becquerel), (ii) ગ્રે (Gray) અને (iii) સીવર્ટ (Sievert) સ્વીકારાયેલા છે.

સક્રિયતાના એકમો : સક્રિયતા[રેડિયોસક્રિય વિભંજનનો દર (rate of radioactive disintegration)]નો SI એકમ બેકરલ છે. રેડિયોન્યૂક્લાઇડ, દર સેકન્ડે એક સ્વત: (spontaneous) ન્યૂક્લિયર સંક્રમણ(transition)ના દરે ક્ષય પામે, ત્યારે તેની સક્રિયતા 1 બેકરલ જેટલી છે તેમ કહેવાય. માટે –

1 બેકરલ = 1 સે.^–1

સક્રિયતાનો વિશિષ્ટ એકમ ક્યૂરી (Ci) 3.7 × 10¹⁰ બેકરલ જેટલો છે. (1 ગ્રામ રેડિયમ -226ની સક્રિયતા દર્શાવવા માટે, શરૂઆતમાં, આ એકમ પસંદ કરવામાં આવ્યો હતો.)

ઉદભાસન એકમો (exposure units) : આયનીકારક વિકિરણના ઉદભાસન માટેનો SI એકમ 1 કુલંબ / કિગ્રા. (1 C/kg) છે, જે 1 કિગ્રા. શુદ્ધ હવામાં, 1 કુલંબ વિદ્યુતભાર ધરાવતી, બન્ને પ્રકારના વિદ્યુતભારની જોડ (pairs) ઉત્પન્ન કરતું, એક્સ અથવા ગૅમા, વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ છે. ઉદભાસનો વિશિષ્ટ એકમ રાટગન (R) છે, જેનું મૂલ્ય 2.58 × 10^–4 C/kg છે. આ મૂલ્ય 0^o સે. તાપમાન અને 1 વાતાવરણ દબાણે આવેલી 1 ઘન સેમી. હવાનું દળ 1.293 મિલિગ્રામ હોય ત્યારે તેમાં 1 સીજીએસ એકમ સ્થિરવૈદ્યુત (electrostatic) વિદ્યુતભાર ઉત્પન્ન કરતું આયનીકારક વિકિરણ છે.

અવશોષિત માત્રા અને ‘કેરમા’ના એકમો : અવશોષિત માત્રાનો SI એકમ ‘ગ્રે’ (Gy) છે. તે, પદાર્થના એકમ દળને, આયનીકારક વિકિરણ દ્વારા 1 જૂલ/કિલોગ્રામ (1 J/kg) જેટલી પ્રાપ્ત થતી  ઊર્જા છે.

અવશોષિત માત્રાનો વિશિષ્ટ એકમ રૅડ (Rad-rd.) છે, જેનું મૂલ્ય 10^–2 Gy જેટલું છે. હવામાં રાટગન, પ્રતિરૅડની સંખ્યા 0.877 છે. મૃદુ પેશીઓ માટે આ મૂલ્ય લગભગ સાચું છે.

‘કેરમા’ (Kerma – kinetic energy released in matter દ્રવ્યને મળતી ગતિ–ઊર્જા) : પદાર્થના તત્વમાં આવેલા વિદ્યુતભારરહિત આયનીકારક કણો વડે ઉત્સર્જિત થતા બધા જ આયનીકારક કણોની પ્રારંભિક ગતિઊર્જાઓના સરવાળાને, તત્વના દળ વડે ભાગવાથી, ‘કેરમા’નું મૂલ્ય મળે છે. તે અવશોષિત માત્રા સાથે સંબંધ ધરાવે છે અને તેને, તેના જ એકમમાં માપવામાં આવે છે.

સમતુલ્ય માત્રાના એકમો : જુદા જુદા પ્રકારનાં વિકિરણ જૈવિક પેશીઓ (biological tissues) ઉપર સહેજ જુદી જુદી અસરો ઉપજાવે છે. આ કારણે જીવિત તંત્ર (living systems) ઉપર થતી વિકિરણની અસરોની તુલના કરવા માટે, વજન કરેલી અવશોષિત માત્રાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે ‘સમતુલ્ય માત્રા’ તરીકે ઓળખાય છે. તેનો SI એકમ ‘સીવર્ટ’ (Sievert – Sv) છે. તે, આયનીકારક વિકિરણની અવશોષિત માત્રાને નિર્ધારિત પરિમાણવિહીન ગુણતાકારક (stipulated dimensionless quality factor) વડે ગુણતાં, ગુણાકાર 1 જૂલ/કિલોગ્રામ (1 J/kg) હોય, ત્યારે મળતી સમતુલ્ય માત્રા છે. (જુઓ એક્સ-રે વિદ્યા.)

સુશ્રુત પટેલ

દયાલચંદ અરોરા