Elektromanyetik Enerji

Temel Radyoloji Tekniği

Madde ve enerji kavramları

Uzayda bulunan herşey madde ve enerji olarak sınıflandırılabilir. 
Yer kaplayan, şekli ve formu olan cisimler madde olarak adlandırılır. 
Kitle, herhangi bir cisimdeki madde miktarıdır. 
Maddelerin şekli, büyüklüğü ve formu değiştirilse de kitlesi aynı kalır. 
Enerji, iş yapabilme yeteneğidir ve değişik şekilleri mevcuttur. 
Belli başlı enerji şekilleri; potansiyel, kinetik, kimyasal, termal, elektrik ve elektromanyetik enerjilerdir. 
Enerji bir formdan diğerine dönüştürülebilir. 
Tıbbı görüntülemede; elektrik enerjisi röntgen tüpünde önce elektromanyetik enerji olan x-ışınına daha sonra film üzerinde kimyasal enerjiye dönüştürülür. 
Bu işlemler sırasında x-ışını tüpünde termal enerji açığa çıkar, film kasetinde ise diğer bir elektromanyetik enerji olan ışık enerjisi görüntüyü güçlendirmede kullanılır. 
Enerji ve kitlenin eşdeğerleri mevcut olup aralarındaki ilişki;

E = mc2

(m: kitle, c: ışık hızı, E: enerji)
Çevremizdeki ortamda devamlı mevcut olan enerji alanı veya durumuna elektromanyetik  enerji denir. 
Gerçekte bu tek bir enerji şekli olmayıp kesintisiz geniş bir enerji spektrumu yani yelpazesini kapsar. 
Yelpazenin dar bir kısmını oluşturan radyan ısı ve görünür ışık insan duyu organlarınca algılanabilir. 
Yelpazenin daha geniş kısmını yapan radyo, televizyon, radar dalgaları, infrared radyasyon, ultraviolet radyasyon ve değişik enerjilere sahip x-ışınları ise duyu organları ile algılanamazlar. 
X-ışınları, görünür ışık ve radyo dalgaları diagnostik radyolojide görüntü oluşturmak için kullanılan elektromanyetik enerjilerdir. 
Elektromanyetik radyasyonda enerji, uzayda elektrik ve manyetik alan olarak taşınır. 
Yüklü bir partikülün ivmeli hareketi elektromanyetik enerji kaynağını oluşturur.
 Elektromanyetik radyasyonun hem dalga hem de partikül olmak üzere dual karakteristikleri mevcuttur. 
Dalga sinüs dalgası özelliğinde olup frekansı ve dalga boyu bulunur. 
Frekans, belirli bir noktadan birim zamanda geçen dalga sayısıdır ve nu (√ ) ile gösterilir. 
Dalga boyu bir tepe noktası ile diğeri arasındaki mesafedir ve lambda ile (λ) sembolize edilir. 
Hız (V), dalga boyu ve frekansın çarpımıdır:
V = √ x λ
Elektromanyetik radyasyon vakumda sabit hız olan 3x108  m/sn ile hareket eder ve bu da bilindiği gibi c ile sembolize edilen ışık hızıdır. 
Dolayısıyla: 
c = √ x λ   olarak ifade edilebilir. 
Hız sabit olduğu için frekans ve dalga boyu ters orantılıdır. 
Nokta ışık kaynağından yayılan elektromanyetik radyasyonların enerjileri, uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak azalır.
Işığın yayılım alanına dikey birim alanından birim sürede geçen enerji miktarına intensite adı verilir.
I1 / I2 = (d2 / d1)2 
Bu formüle göre ışık kaynağına 2x uzaklıkta ışığın intensitesi, x uzaklığına göre 4 kat azalır
Elektromanyetik enerji yelpazesinde yer alan enerjilerin frekansı 10-1024 Hz (siklus/sn), dalga boyları ise 107-10-16 arasında değişir. 
Bu yelpazedeki bazı enerji şekilleri azalan dalga boylarına göre şöyle sıralanabilir: (1 Ao=10-10 m)

Radyo, televizyon, radar: 3x105-1 cm
İnfrared radyasyon: 0.01-0.000008 cm (8000 A O)
Görünür ışık: 700-3900 AO
Ultraviolet radyasyon: 3900-20 A O
Yumuşak x-ışını: 100-1 A o
Diagnostik x-ışını: 1-0.1 A o
Frekansları yüksek, dalga boyları kısa elektromanyetik enerjinin madde ile etkileşimi dalgadan ziyade partikül özelliği taşır. 
Bu enerji küme veya topaklarına kuantum veya foton adı verilir. 
Fotonlar da ışık hızı ile hareket ederler ve enerjileri frekansları ile doğru orantılıdır. 
Tanısal amaçlı x-ışını fotonlarının enerjileri 100 keV, dalga boyları 10-2 nm, frekansları 1019 Hz civarındadır.
Elektromanyetik radyasyonların madde ile etkileşimini dalga boyları belirler.
Dalga boyları metreleri bulan radyo dalgaları radyo antenleri ile alınabilir.
Mikrodalgalrın dalga boyları santimetrelerle belirtilir. 
Görülebilir ışığın dalga boyu, görme hücrelerini (rod ve cone) etkileyecek boyuttadır.
Ultraviyole ışık, molekülleri etkileyen dalga boyuna sahiptir.
X ışını ise atom ve subatomik parçacıklarla etkileşir.
Elektromanyetik spektrumun algılayabildiğimiz bölümü olan görülebilir ışık, spektrumun çok dar bir kısmını oluşturur.
Bir uçta mor, diğer uçta kırmızı ışık bulunur. 
Görülebilir ışığı geçiren maddeler transparent, yarı geçirgen maddeler ise opak olarak adlandırılır.
Radyoloji pratiğinde kullanılan tanısal amaçlı x-ışınını fazla geçiren vücut yapıları (akciğerler, yağ dokusu gibi) radyolusent, az geçiren vücut yapıları (kemik, kalsifikasyon gibi) ise radyoopakdır.
Bir fotonun enerjisi 15 eV veya daha fazla ise atom veya molekülleri iyonize edebilir.
Bir atomun elektron kaybetmesine iyonizasyon adı verilir. 
İyonizasyon sonucu yörüngeden ayrılan elektron negatif iyonu, geride kalan atom ise pozitif iyonu oluşturur ve bir iyon çifti ortaya çıkar. 
1 santimetre küp havada 2.08x109 iyon çifti oluşmasına yol açacak radyasyon şiddetine 1 Röntgen ( R ) denilir. 
X-ışınları ve gamma ışınları iyonizan ışınlardır. 
Dalga boyları düşük olan x ve gamma ışınının frekansları ve enerjileri yüksektir.
Bu nedenle geçtikleri ortama fazla enerji aktarırlar.
X ve gamma ışınları arasındaki fark, atomdaki kaynaklarıdır.
X ışını yapay olarak, atomların çekirdeği dışında üretilir.
Gamma ışını ise radyoaktif atomların çekirdeğinde oluşur.
Beta partikülleri radyoaktif atomların çekirdeğinden salınırlar. 
Atom numaraları sıfır olan partiküller şeklindedir.
Beta partiküllerinin elektronlardan tek farkı, çekirdekten salınıyor olmalarıdır.
Bir beta partikülü havada 10-100 cm, yumuşak dokuda ise 1-2 cm kadar ilerleyebilir.
Yumuşak doku penetrasyonları yeterli plmadığı için tanısal radyolojide yerleri yoktur.