X-Işını Spektroskopisi Nedir?

X ışını spektroskopisi, elektromanyetik spektrumun X ışını kısmında dalga boylarına sahip fotonları veya ışık parçacıklarını algılayan ve ölçen bir tekniktir. Bilim adamlarının bir nesnenin kimyasal ve temel özelliklerini anlamalarına yardımcı olmak için kullanılır. Arkeoloji, astronomi ve mühendislik de dâhil olmak üzere birçok bilim ve teknolojide kullanılan birçok farklı X-ışını spektroskopisi yöntemi vardır. Bu yöntemler, analiz edilen materyalin veya nesnenin bağımsız olarak daha eksiksiz bir resmini oluşturmak için veya birlikte kullanılabilir.

Tarihçe

SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’na göre, Alman fizikçi Wilhelm Conrad Röntgen, 1901 yılında X-ışınlarını keşfettiği için 1901 yılında fizik dalında ilk Nobel Ödülü’nü almıştır. SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’na göre yeni teknolojisi hızla başka bilim adamları ve doktorlar tarafından kullanılmıştır. İngiliz fizikçi Charles Barkla, 1906 ve 1908 yılları arasında, X ışınlarının bireysel maddelerin özelliği olabileceğini keşfetmesine yol açan araştırmalar yapmıştır. Çalışmaları aynı zamanda ona fizikte Nobel Ödülü kazandırmış, ancak 1917 yılından sonra bu ödüle layık görülmüştür.

X-ışını spektroskopisinin kullanımı aslında, 1912 yılında İngiliz fizikçilerden baba-oğul olan William Henry Bragg ve William Lawrence Bragg’den başlayarak kullanıma başladığı bildirilse de biraz daha erken kullanıldığı bilgiler arasındadır. X ışını radyasyonunun kristaller içindeki atomlarla nasıl etkileşime girdiğini incelemek için spektroskopi kullanmışlardır. X-ışını kristalografisi adı verilen teknikleri, bir sonraki yılda bu alanda standart hale getirilmiş ve 1915 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazandırmıştır. 1900’lü yılların başlarında, William Henry Bragg ve oğlu William Lawrence Bragg, X ışını radyasyonunun kristaller içindeki atomlarla nasıl etkileşime girdiğini inceleyen ilk X ışını spektroskopisidir.

X-ışını Spektroskopisi Nasıl Çalışır?

Bir atom kararsız olduğunda veya yüksek enerjili parçacıklarla ateşlendiğinde elektronları bir enerji seviyesinden diğerine geçer. Elektronlar ayarlandıkça, element yüksek enerjili X-ışını fotonlarını o kimyasal elementi oluşturan atomların karakteristik bir şekilde emer ve serbest bırakır. X-ışını spektroskopisi, bilim insanlarının elementleri tanımlamalarını ve çeşitli materyaller içindeki atomların nasıl etkileşime girdiklerini anlamalarını sağlayan enerji değişikliklerini ölçer.
İki ana X-ışını spektroskopisi tekniği vardır Dalga boyu dağılımlı X-ışını spektroskopisi (WDXS) ve enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDXS). WDXS, kristal tarafından kırınımlanan tek bir dalga boyuna sahip X ışınlarını ölçer. EDXS ise, yüksek enerjili yüklü parçacıklar kaynağı tarafından uyarılan elektronların yaydığı X ışını radyasyonunu ölçer. Her iki teknikte de, radyasyonun nasıl dağıldığını materyalin atomik yapısını ve dolayısıyla analiz edilen nesne içindeki elementleri gösterir.

Çoklu Uygulamalar

Günümüzde X-ışını spektroskopisi, arkeoloji, astronomi, mühendislik, sağlık gibi bilim ve teknolojinin birçok alanında kullanılmaktadır. Bu yöntemle antropologlar ve arkeologlar, eski eserler hakkında gizli bilgileri keşfetmektedirler ve bulduklarını X-ışını spektroskopisi ile analiz ederek açığa çıkarmaktadırlar. Örneğin, Lowa’daki Grinnell College’daki kimya profesörü Lee Sharpe ve meslektaşları, Kuzey Amerika’nın güneybatısındaki tarih öncesinde insanlar tarafından yapılmış obsidiyen ok uçlarının kökenini bulmak için X-ışını floresan (XRF) spektroskopisi ismi verilen bir yöntem kullanmışlardır. Ekip sonuçlarını Ekim 2018 yılında Arkeolojik Bilimler dergisinin raporlarında yayımlanmıştır.
X-ışını spektroskopisi ayrıca astrofizikçilerin uzaydaki nesnelerin nasıl çalıştığı hakkında daha fazla bilgi edinmelerine yardımcı olur. Örneğin, St. Louis’de ki Washington Üniversitesi’nden araştırmacılar, kara delikler gibi kozmik nesnelerden gelen X-ışınlarını, özellikleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için gözlemlemeyi planlamaktadırlar. Deneysel ve teorik bir astrofizikçi olan Henric Krawczynski liderliğindeki ekip, bir X-ışını polarimetresi adı verilen bir tür X-ışını spektrometresi piyasaya sürmeyi planlamaktadır. Aralık 2018 yılından itibaren, bu ışının yer aldığı helyum dolu bir balon Dünya atmosferinde uzun süre, askıya alınacaktır.
Pennsylvania’daki Drexel Üniversitesi’nde kimyager ve mühendis olan Yury Gogotsi, X-ışını spektroskopisiyle çözümlenen malzemeler ile püskürtme antenler ve su tuz giderme membranları oluşturmuştur.
Görünmez püskürtmeli antenler sadece birkaç düzine nanometre kalınlığındadır, ancak radyo dalgalarını iletebilir ve yönlendirebilir. X-ışını absorpsiyon spektroskopisi (XAS) olarak adlandırılan bir teknik, inanılmaz derecede ince malzemenin bileşiminin doğru olmasını sağlar ve iletkenliği belirlemeye yardımcı olur. Gogotsi, Antenlerin iyi performans gösterebilmesi için yüksek metalik iletkenlik gerekli olduğunu ve bu nedenle malzemeyi yakından izlenmesi gerektiğini bildirmiştir.
Gogotsi ve meslektaşları ayrıca, sodyum gibi belirli iyonları süzerek suyu tuzdan arındıran kompleks membranların yüzey kimyasını analiz etmek için X-ışını spektroskopisi kullanırlar. X ışını spektroskopisinin kullanımı, modern BT tarama makinelerinde olduğu gibi, tıbbi araştırma ve uygulamanın çeşitli alanlarında da bulunabilir. CT taramaları sırasında (foton sayımı veya spektral CT tarayıcı aracılığıyla) X-ışını absorpsiyon spektrumlarının toplanması, X-ışınlarından daha düşük radyasyon dozları daha az veya hiç kullanımına gerek kalmadan vücudun içinde neler olduğu hakkında daha ayrıntılı bilgi ve kontrast sağlayabilir.

Kaynakça:
ixpe.msfc.nasa.gov
nrel.gov

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

Yorum Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This div height required for enabling the sticky sidebar
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :