ما هي الأشعة السينية وكيف تستخدم في الطب. الأشعة السينية في الطب ، نتيجة تطبيق الأشعة السينية

• كلما زاد الجهد المطبق على أقطاب الأنبوب ، كلما ظهر فرق الجهد عليها أقوى ، وبالتالي ، فإن الطاقة الحركية للإلكترونات المتحركة ستكون أعلى. يحدد الجهد على الأنبوب سرعة الإلكترونات وقوة تصادمها مع مادة الأنود ، وبالتالي ، يحدد الجهد الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية الناتج.

تصنيف انابيب الاشعة

1. بالميعاد
1. التشخيص
2. علاجي
3. للتحليل الإنشائي
4. للتألق
2. من تصمبم
1. من خلال التركيز

• تركيز مفرد (حلزوني واحد على القطب السالب ، ونقطة بؤرية واحدة على الأنود)
• ثنائي البؤرة (حلزون بأحجام مختلفة على الكاثود ، ونقطتان محوريتان على الأنود)

1. حسب نوع الأنود

• ثابت (ثابت)
• لف

تستخدم الأشعة السينية ليس فقط لأغراض التشخيص الإشعاعي ، ولكن أيضًا للأغراض العلاجية. كما هو مذكور أعلاه ، فإن قدرة الأشعة السينية على تثبيط نمو الخلايا السرطانية تجعل من الممكن استخدامها في العلاج الإشعاعي لأمراض الأورام. بالإضافة إلى مجال التطبيق الطبي ، وجد إشعاع الأشعة السينية تطبيقًا واسعًا في المجال الهندسي والتقني ، وعلوم المواد ، وعلم البلورات ، والكيمياء ، والكيمياء الحيوية: على سبيل المثال ، من الممكن تحديد العيوب الهيكلية في المنتجات المختلفة (القضبان ، اللحامات ، إلخ) باستخدام الأشعة السينية. يسمى نوع هذا البحث بتنظير العيوب. وفي المطارات ومحطات السكك الحديدية وغيرها من الأماكن المزدحمة ، تُستخدم أجهزة المجهر التلفزيونية بالأشعة السينية بشكل نشط لفحص حقائب اليد والأمتعة لأغراض أمنية.

اعتمادًا على نوع الأنود ، تختلف أنابيب الأشعة السينية في التصميم. نظرًا لحقيقة أن 99 ٪ من الطاقة الحركية للإلكترونات يتم تحويلها إلى طاقة حرارية ، أثناء تشغيل الأنبوب ، يتم تسخين الأنود بشكل كبير - غالبًا ما يحترق هدف التنغستن الحساس. يتم تبريد القطب الموجب في أنابيب الأشعة السينية الحديثة عن طريق تدويره. الأنود الدوار له شكل قرص ، يوزع الحرارة بالتساوي على سطحه بالكامل ، مما يمنع ارتفاع درجة الحرارة الموضعية لهدف التنغستن.

يختلف تصميم أنابيب الأشعة السينية أيضًا في التركيز. البقعة البؤرية - قسم الأنود الذي يتم إنشاء حزمة الأشعة السينية العاملة عليه. ينقسم إلى النقطة المحورية الحقيقية والبؤرة الفعالة ( أرز. 12). نظرًا لزاوية الأنود ، تكون النقطة البؤرية الفعالة أصغر من النقطة البؤرية الحقيقية. يتم استخدام أحجام بؤرية مختلفة بناءً على حجم منطقة الصورة. كلما كانت مساحة الصورة أكبر ، يجب أن تكون النقطة البؤرية أوسع لتغطية مساحة الصورة بأكملها. ومع ذلك ، فإن النقطة البؤرية الأصغر تنتج وضوحًا أفضل للصورة. لذلك ، عند إنتاج صور صغيرة ، يتم استخدام خيوط قصيرة ويتم توجيه الإلكترونات إلى منطقة صغيرة من هدف الأنود ، مما يؤدي إلى إنشاء بقعة بؤرية أصغر.

أرز. 9- انبوب اشعة ذو انود ثابت.
أرز. 10- انبوب اشعة ذو انود دوار.
أرز. 11- جهاز انبوب اشعة مع انود دوار.
أرز. 12 هو رسم تخطيطي لتشكيل نقطة محورية حقيقية وفعالة.

الأشعة السينية

الأشعة السينية تحتل منطقة الطيف الكهرومغناطيسي بين أشعة جاما والأشعة فوق البنفسجية وهي عبارة عن إشعاع كهرومغناطيسي بطول موجي من 10-14 إلى 10 -7 م. يتم استخدام إشعاع الأشعة السينية بطول موجي 5 × 10-12 إلى 2.5 × 10-10 في الطب m ، أي 0.05 - 2.5 أنجستروم ، وفي الواقع لتشخيص الأشعة السينية - 0.1 أنغستروم. الإشعاع هو تيار من الكميات (الفوتونات) ينتشر في خط مستقيم بسرعة الضوء (300000 كم / ثانية). هذه الكميات ليس لها شحنة كهربائية. كتلة الكم هي جزء ضئيل من وحدة الكتلة الذرية.

طاقة الكميقاس بالجول (J) ، لكن في الممارسة العملية غالبًا ما يستخدمون وحدة خارج النظام "الكترون فولت" (eV) . إلكترون واحد فولت هو الطاقة التي يكتسبها إلكترون واحد عندما يمر عبر فرق جهد قدره 1 فولت في مجال كهربائي. 1 فولت \ u003d 1.6 10 ~ 19 ج.المشتقات هي كيلو إلكترون فولت (keV) ، يساوي ألف فولت ، وميجا إلكترون فولت (MeV) ، يساوي مليون فولت.

يتم الحصول على الأشعة السينية باستخدام أنابيب الأشعة السينية والمسرعات الخطية والبيتاترونات. في أنبوب الأشعة السينية ، يعمل فرق الجهد بين الكاثود والأنود المستهدف (عشرات الكيلوفولت) على تسريع الإلكترونات التي تقذف الأنود. ينشأ إشعاع الأشعة السينية عندما تتباطأ الإلكترونات السريعة في المجال الكهربائي لذرات مادة الأنود (bremsstrahlung) أو عند إعادة ترتيب الأصداف الداخلية للذرات (الإشعاع المميز) . الأشعة السينية المميزة له طابع منفصل ويحدث عندما تمر إلكترونات ذرات مادة الأنود من مستوى طاقة إلى آخر تحت تأثير الإلكترونات الخارجية أو كمات الإشعاع. الأشعة السينية Bremsstrahlung له طيف مستمر اعتمادًا على جهد الأنود في أنبوب الأشعة السينية. عند التباطؤ في مادة الأنود ، تنفق الإلكترونات معظم طاقتها على تسخين القطب الموجب (99٪) ويتم تحويل جزء صغير فقط (1٪) إلى طاقة الأشعة السينية. في تشخيص الأشعة السينية ، غالبًا ما يتم استخدام bremsstrahlung.

الخصائص الأساسية للأشعة السينية هي خصائص كل الإشعاع الكهرومغناطيسي ، ولكن هناك بعض الميزات. للأشعة السينية الخصائص التالية:

- الخفاء - الخلايا الحساسة لشبكية العين لا تتفاعل مع الأشعة السينية ، لأن طولها الموجي أصغر بآلاف المرات من الضوء المرئي ؛

- انتشار مستقيم - الأشعة تنكسر ، مستقطبة (تنتشر في مستوى معين) وتنحرف ، مثل الضوء المرئي. يختلف معامل الانكسار قليلاً عن الوحدة ؛

- قوة اختراق - تخترق دون امتصاص كبير من خلال طبقات كبيرة من مادة غير شفافة للضوء المرئي. كلما كان الطول الموجي أقصر ، زادت قوة اختراق الأشعة السينية ؛

- الامتصاص - لديها القدرة على أن تمتصها أنسجة الجسم ، وهذا هو أساس جميع تشخيصات الأشعة السينية. تعتمد القدرة على الامتصاص على الثقل النوعي للأنسجة (كلما زاد الامتصاص) ؛ على سمك الجسم. على صلابة الإشعاع.

- عمل فوتوغرافي - تحلل مركبات هاليد الفضة ، بما في ذلك تلك الموجودة في المستحلبات الفوتوغرافية ، مما يجعل من الممكن الحصول على الأشعة السينية ؛

- تأثير الانارة - يتسبب في تألق عدد من المركبات الكيميائية (الفوسفور) ، وهذا هو أساس تقنية نقل الأشعة السينية. تعتمد شدة التوهج على بنية المادة الفلورية وكميتها وبعدها عن مصدر الأشعة السينية. لا يتم استخدام الفوسفور فقط للحصول على صورة للأشياء قيد الدراسة على شاشة فلوروسكوبي ، ولكن أيضًا في التصوير الشعاعي ، حيث تجعل من الممكن زيادة التعرض للإشعاع لفيلم إشعاعي في شريط كاسيت بسبب استخدام شاشات تكثيف ، تتكون الطبقة السطحية منها من مواد فلورية ؛

- عمل التأين - لديها القدرة على التسبب في اضمحلال الذرات المحايدة إلى جسيمات موجبة وسالبة الشحنة ، يعتمد قياس الجرعات على هذا. تأثير التأين في أي وسيط هو تكوين الأيونات الموجبة والسالبة فيه ، وكذلك الإلكترونات الحرة من الذرات والجزيئات المحايدة للمادة. يؤدي تأين الهواء في غرفة الأشعة السينية أثناء تشغيل أنبوب الأشعة السينية إلى زيادة التوصيل الكهربائي للهواء ، وزيادة الشحنات الكهربائية الساكنة على أجسام المقصورة. من أجل القضاء على مثل هذا التأثير غير المرغوب فيه في غرف الأشعة السينية ، يتم توفير الإمداد القسري وتهوية العادم ؛

- العمل البيولوجي - لها تأثير على الكائنات البيولوجية ، في معظم الحالات يكون هذا التأثير ضارًا ؛

- قانون التربيع العكسي - بالنسبة لمصدر نقطة لإشعاع الأشعة السينية ، تقل شدته بما يتناسب مع مربع المسافة إلى المصدر.

وصف موجز لإشعاع الأشعة السينية

الأشعة السينية هي موجات كهرومغناطيسية (تدفق الكميات ، الفوتونات) ، طاقتها تقع على مقياس الطاقة بين الأشعة فوق البنفسجية وأشعة جاما (الشكل 2-1). تمتلك فوتونات الأشعة السينية طاقات من 100 فولت إلى 250 كيلو فولت ، وهو ما يتوافق مع الإشعاع بتردد 3 × 10 16 هرتز إلى 6 × 10 19 هرتز وطول موجي من 0.005-10 نانومتر. تتداخل الأطياف الكهرومغناطيسية للأشعة السينية وأشعة جاما إلى حد كبير.

أرز. 2-1.مقياس الإشعاع الكهرومغناطيسي

الفرق الرئيسي بين هذين النوعين من الإشعاع هو طريقة حدوثهما. يتم الحصول على الأشعة السينية بمشاركة الإلكترونات (على سبيل المثال ، أثناء تباطؤ تدفقها) ، وأشعة جاما - مع التحلل الإشعاعي لنواة بعض العناصر.

يمكن إنشاء الأشعة السينية أثناء تباطؤ تيار متسارع من الجسيمات المشحونة (ما يسمى بـ bremsstrahlung) أو عند حدوث انتقالات عالية الطاقة في غلاف الإلكترون للذرات (الإشعاع المميز). تستخدم الأجهزة الطبية أنابيب الأشعة السينية لتوليد الأشعة السينية (الشكل 2-2). مكوناتها الرئيسية هي الكاثود والأنود الضخم. يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة بسبب الاختلاف في الجهد الكهربائي بين القطب الموجب والكاثود ، لتصل إلى القطب الموجب عند الاصطدام بالمادة التي يتم إبطائها. نتيجة لذلك ، يتم إنتاج أشعة إكس. أثناء اصطدام الإلكترونات بالقطب الموجب ، تحدث العملية الثانية أيضًا - يتم إخراج الإلكترونات من غلاف الإلكترون لذرات الأنود. أماكنهم تحتلها إلكترونات من قذائف أخرى للذرة. خلال هذه العملية ، يتم إنشاء نوع ثانٍ من إشعاع الأشعة السينية - ما يسمى بإشعاع الأشعة السينية المميز ، والذي يعتمد طيفه إلى حد كبير على مادة الأنود. غالبًا ما تصنع الأنودات من الموليبدينوم أو التنجستن. هناك أجهزة خاصة لتركيز وتصفية الأشعة السينية من أجل تحسين الصور الناتجة.

أرز. 2-2.مخطط جهاز أنبوب الأشعة السينية:

إن خصائص الأشعة السينية التي تحدد مسبقًا استخدامها في الطب هي قوة اختراق وتأثيرات الفلورسنت والكيمياء الضوئية. تعتبر قوة الاختراق للأشعة السينية وامتصاصها من قبل أنسجة جسم الإنسان والمواد الاصطناعية من أهم الخصائص التي تحدد استخدامها في التشخيص الإشعاعي. كلما كان الطول الموجي أقصر ، زادت قوة اختراق الأشعة السينية.

هناك ʼʼʼʼʼ أشعة سينية ذات طاقة منخفضة وتردد إشعاع (على التوالي ، مع أكبر طول موجي) و ʼʼʼʼʼ ، التي لديها طاقة فوتونية عالية وتردد إشعاع ، ولها طول موجي قصير. يعتمد الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية (على التوالي ، "صلابته" وقوة الاختراق) على مقدار الجهد المطبق على أنبوب الأشعة السينية. كلما زاد الجهد على الأنبوب ، زادت سرعة وطاقة تدفق الإلكترون وقصر الطول الموجي للأشعة السينية.

أثناء تفاعل الأشعة السينية التي تخترق المادة ، تحدث تغيرات نوعية وكمية فيها. تختلف درجة امتصاص الأنسجة للأشعة السينية ويتم تحديدها حسب الكثافة والوزن الذري للعناصر التي يتكون منها الجسم. كلما زادت الكثافة والوزن الذري للمادة التي يتكون منها الجسم (العضو) قيد الدراسة ، زاد امتصاص الأشعة السينية. يحتوي جسم الإنسان على أنسجة وأعضاء مختلفة الكثافة (الرئتين ، العظام ، الأنسجة الرخوة ، إلخ) ، مما يفسر الامتصاص المختلف للأشعة السينية. يعتمد تصور الأعضاء والهياكل الداخلية على الاختلاف الاصطناعي أو الطبيعي في امتصاص الأشعة السينية من قبل الأعضاء والأنسجة المختلفة.

لتسجيل الإشعاع الذي يمر عبر الجسم ، يتم استخدام قدرته على إحداث تألق لمركبات معينة وله تأثير كيميائي ضوئي على الفيلم. لهذا الغرض ، يتم استخدام شاشات خاصة للتنظير الفلوري والأفلام الفوتوغرافية للتصوير الشعاعي. في آلات الأشعة السينية الحديثة ، تُستخدم أنظمة خاصة من أجهزة الكشف الإلكترونية الرقمية - اللوحات الإلكترونية الرقمية - لتسجيل الإشعاع المخفف. في هذه الحالة ، تسمى طرق الأشعة السينية الرقمية.

بسبب التأثيرات البيولوجية للأشعة السينية ، من الضروري حماية المرضى أثناء الفحص. تم تحقيق ذلك

أقصر وقت تعرض ممكن ، واستبدال التنظير بالأشعة ، والاستخدام المبرر بدقة للطرق المؤينة ، والحماية من خلال حماية المريض والموظفين من التعرض للإشعاع.

وصف موجز لإشعاع الأشعة السينية - المفهوم والأنواع. تصنيف وميزات فئة "خصائص موجزة لأشعة X-ray" 2017 ، 2018.

الأشعة السينية هي موجات كهرومغناطيسية يبلغ طولها الموجي حوالي 80 إلى 10 -5 نانومتر. يتم تغطية إشعاع الأشعة السينية ذي الطول الموجي الأطول بواسطة الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي القصير ، وطول الموجة القصيرة - بإشعاع γ طويل الموجة. وفقًا لطريقة الإثارة ، تنقسم الأشعة السينية إلى أشعة الشمس وخصائصها.

31.1. جهاز أنبوب الأشعة السينية. Bremsstrahlung X-RAY

المصدر الأكثر شيوعًا للأشعة السينية هو أنبوب الأشعة السينية ، وهو عبارة عن جهاز تفريغ ثنائي القطب (الشكل 31.1). تسخين الكاثود 1 ينبعث منها إلكترونات 4. الأنود 2 ، الذي يشار إليه غالبًا باسم مضاد القطب السالب ، له سطح مائل لتوجيه الأشعة السينية الناتجة 3 بزاوية على محور الأنبوب. يتكون القطب الموجب من مادة عالية التوصيل للحرارة لإزالة الحرارة الناتجة عن تأثير الإلكترونات. يتكون سطح الأنود من مواد مقاومة للصهر لها عدد ذري ​​كبير في الجدول الدوري ، مثل التنجستن. في بعض الحالات ، يتم تبريد الأنود بشكل خاص بالماء أو الزيت.

بالنسبة لأنابيب التشخيص ، يعد تحديد مصدر الأشعة السينية أمرًا مهمًا ، والذي يمكن تحقيقه من خلال تركيز الإلكترونات في مكان واحد من القطب المضاد. لذلك ، بشكل بناء ، يجب أخذ مهمتين متعاكستين في الاعتبار: من ناحية ، يجب أن تقع الإلكترونات على مكان واحد من الأنود ، ومن ناحية أخرى ، لمنع ارتفاع درجة الحرارة ، من المستحسن توزيع الإلكترونات على أجزاء مختلفة من الأنود. كواحد من الحلول التقنية المثيرة للاهتمام هو أنبوب الأشعة السينية مع الأنود الدوار (الشكل 31.2).

نتيجة لتباطؤ إلكترون (أو جسيم مشحون آخر) بواسطة المجال الكهروستاتيكي للنواة الذرية والإلكترونات الذرية لمادة القطب المضاد ، إشعاع bremsstrahlung.

يمكن تفسير آليتها على النحو التالي. ترتبط الشحنة الكهربائية المتحركة بمجال مغناطيسي يعتمد تحريضه على سرعة الإلكترون. عند الكبح المغناطيسي

الحث ، ووفقًا لنظرية ماكسويل ، تظهر موجة كهرومغناطيسية.

عندما تتباطأ الإلكترونات ، يذهب جزء فقط من الطاقة لتكوين فوتون للأشعة السينية ، ويتم إنفاق الجزء الآخر على تسخين الأنود. نظرًا لأن النسبة بين هذه الأجزاء عشوائية ، فعندما يتباطأ عدد كبير من الإلكترونات ، يتشكل طيف مستمر من إشعاع الأشعة السينية. في هذا الصدد ، يُطلق على bremsstrahlung أيضًا اسم مستمر. على التين. يوضح الشكل 31.3 اعتماد تدفق الأشعة السينية على الطول الموجي λ (الأطياف) عند الفولتية المختلفة في أنبوب الأشعة السينية: يو 1< U 2 < U 3 .

في كل من الأطياف ، أقصر طول موجي bremsstrahlung λ ηίη تنشأ عندما يتم تحويل الطاقة التي يكتسبها إلكترون في مجال متسارع بالكامل إلى طاقة فوتون:

لاحظ أنه على أساس (31.2) تم تطوير إحدى أكثر الطرق دقة في التحديد التجريبي لثابت بلانك.

عادةً ما تتمتع الأشعة السينية ذات الطول الموجي القصير بقوة اختراق أكبر من تلك ذات الموجات الطويلة وتسمى الصعب،والموجة الطويلة لين.

من خلال زيادة الجهد على أنبوب الأشعة السينية ، يتغير التركيب الطيفي للإشعاع ، كما يتضح من الشكل. 31.3 والصيغ (31.3) ، وزيادة الصلابة.

إذا زادت درجة حرارة فتيل الكاثود ، سيزداد انبعاث الإلكترون والتيار في الأنبوب. سيؤدي هذا إلى زيادة عدد فوتونات الأشعة السينية المنبعثة كل ثانية. لن يتغير تركيبها الطيفي. على التين. يوضح الشكل الشكل 31.4 أطياف الأشعة السينية الإشعاعية ذات الجهد الكهربي نفسه ، ولكن في تيارات خيوط الكاثود المختلفة: / n1< / н2 .

يتم حساب تدفق الأشعة السينية بالصيغة:

أين يوو أنا-الجهد والتيار في أنبوب الأشعة السينية ؛ ض- الرقم التسلسلي لذرة مادة الأنود ؛ ك- معامل التناسب. تم الحصول على الأطياف من أنتيكاثودات مختلفة في نفس الوقت يووتظهر I H في الشكل. 31.5.

31.2. الأشعة السينية المميزة. جهاز الطيف الضوئي الذري

من خلال زيادة الجهد على أنبوب الأشعة السينية ، يمكن للمرء أن يلاحظ ظهور خط يتوافق مع

الأشعة السينية المميزة(الشكل 31.6). ينشأ بسبب حقيقة أن الإلكترونات المتسارعة تخترق عمق الذرة وتطرد الإلكترونات من الطبقات الداخلية. تتحرك الإلكترونات من المستويات العليا إلى أماكن خالية (الشكل 31.7) ، ونتيجة لذلك ، تنبعث فوتونات من الإشعاع المميز. كما يتضح من الشكل ، تتكون أشعة X-ray المميزة من سلسلة ك ، لام ، موما إلى ذلك ، يعمل اسمها على تعيين الطبقات الإلكترونية. نظرًا لأن انبعاث سلسلة K يحرر مساحة في الطبقات العليا ، فإن خطوط السلاسل الأخرى تنبعث في نفس الوقت.

على عكس الأطياف الضوئية ، فإن أطياف الأشعة السينية المميزة لذرات مختلفة من نفس النوع. على التين. يوضح الشكل 31.8 أطياف العناصر المختلفة. يعود توحيد هذه الأطياف إلى حقيقة أن الطبقات الداخلية للذرات المختلفة هي نفسها وتختلف فقط بقوة ، حيث يزداد تأثير القوة من النواة مع زيادة العدد الذري للعنصر. يؤدي هذا الظرف إلى حقيقة أن أطياف الخصائص تتحول نحو ترددات أعلى مع زيادة الشحنة النووية. هذا النمط مرئي من الشكل. 31.8 والمعروف باسم قانون موزلي:

أين الخامس-تردد الخط الطيفي Z-العدد الذري للعنصر المنبعث ؛ لكنو في- دائم.

هناك فرق آخر بين أطياف الأشعة الضوئية والأشعة السينية.

لا يعتمد طيف الأشعة السينية المميز للذرة على المركب الكيميائي الذي تدخل فيه هذه الذرة. على سبيل المثال ، طيف الأشعة السينية لذرة الأكسجين هو نفسه بالنسبة لـ O و O 2 و H 2 O ، بينما تختلف الأطياف البصرية لهذه المركبات اختلافًا كبيرًا. كانت هذه الميزة في طيف الأشعة السينية للذرة هي أساس الاسم صفة مميزة.

يحدث الإشعاع المميز دائمًا عندما يكون هناك مساحة خالية في الطبقات الداخلية للذرة ، بغض النظر عن السبب الذي تسبب في ذلك. لذلك ، على سبيل المثال ، يصاحب الإشعاع المميز أحد أنواع الانحلال الإشعاعي (انظر 32.1) ، والذي يتكون من التقاط إلكترون من الطبقة الداخلية بواسطة النواة.

31.3. تفاعل الأشعة السينية مع مادة

يتم تحديد تسجيل واستخدام الأشعة السينية ، وكذلك تأثيرها على الكائنات البيولوجية ، من خلال العمليات الأولية لتفاعل فوتون الأشعة السينية مع إلكترونات الذرات وجزيئات المادة.

حسب نسبة الطاقة hvالفوتون وطاقة التأين 1 أ وهناك ثلاث عمليات رئيسية.

تشتت متماسك (كلاسيكي)

يحدث تشتت الأشعة السينية طويلة الموجة بشكل رئيسي دون تغيير في الطول الموجي ، ويسمى متماسك.يحدث إذا كانت طاقة الفوتون أقل من طاقة التأين: hv< أ و.

نظرًا لأن طاقة فوتون الأشعة السينية والذرة في هذه الحالة لا تتغير ، فإن الانتثار المتماسك في حد ذاته لا يسبب تأثيرًا بيولوجيًا. ومع ذلك ، عند إنشاء حماية ضد إشعاع الأشعة السينية ، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار إمكانية تغيير اتجاه الحزمة الأولية. هذا النوع من التفاعل مهم لتحليل حيود الأشعة السينية (انظر 24.7).

تشتت غير متماسك (تأثير كومبتون)

في عام 1922 م. اكتشف كومبتون ، بملاحظة تشتت الأشعة السينية الصلبة ، انخفاضًا في قوة اختراق الحزمة المبعثرة مقارنة بالحزمة الساقطة. هذا يعني أن الطول الموجي للأشعة السينية المتناثرة كان أكبر من الطول الموجي للأشعة السينية الساقطة. يسمى تشتت الأشعة السينية مع تغير الطول الموجي غير متماسك nym ، والظاهرة نفسها - تأثير كومبتون.يحدث إذا كانت طاقة فوتون الأشعة السينية أكبر من طاقة التأين: hv> A و.

ترجع هذه الظاهرة إلى حقيقة أنه عند التفاعل مع الذرة ، فإن الطاقة hvيُنفق الفوتون على إنتاج فوتون جديد للأشعة السينية مبعثر بالطاقة hv "،لفصل إلكترون عن ذرة (طاقة التأين A u) ونقل الطاقة الحركية إلى الإلكترون E إلى:

hv \ u003d hv "+ A و + E k.(31.6)

1 هنا ، تُفهم طاقة التأين على أنها الطاقة المطلوبة لإزالة الإلكترونات الداخلية من ذرة أو جزيء.

منذ ذلك الحين في كثير من الحالات hv>> يحدث تأثير A و Compton على الإلكترونات الحرة ، ثم يمكننا أن نكتب تقريبًا:

hv = hv "+ E K.(31.7)

من المهم أن في هذه الظاهرة (الشكل 31.9) ، جنبا إلى جنب مع إشعاع الأشعة السينية الثانوية (الطاقة hvتظهر إلكترونات الارتداد "الفوتون" (طاقة حركية من E إلىإلكترون). ثم تصبح الذرات أو الجزيئات أيونات.

التأثير الكهروضوئي

في التأثير الكهروضوئي ، تمتص ذرة إشعاع الأشعة السينية ، ونتيجة لذلك يطير الإلكترون ، وتتأين الذرة (التأين الضوئي).

عمليات التفاعل الرئيسية الثلاث التي تمت مناقشتها أعلاه هي عمليات أولية ، فهي تؤدي إلى ثانوية ، وثالثية ، وما إلى ذلك. الظواهر. على سبيل المثال ، يمكن أن تنبعث الذرات المتأينة طيفًا مميزًا ، ويمكن أن تصبح الذرات المثارة مصادر للضوء المرئي (تلألؤ الأشعة السينية) ، إلخ.

على التين. الشكل 31.10 هو رسم تخطيطي للعمليات المحتملة التي تحدث عندما يدخل إشعاع الأشعة السينية إلى مادة ما. قد تحدث عدة عشرات من العمليات المشابهة لتلك الموضحة قبل أن يتم تحويل طاقة فوتون الأشعة السينية إلى طاقة الحركة الحرارية الجزيئية. نتيجة لذلك ، ستكون هناك تغييرات في التركيب الجزيئي للمادة.

العمليات التي يمثلها الرسم التخطيطي في الشكل. الشكل 31.10 ، تكمن وراء الظواهر التي لوحظت تحت تأثير الأشعة السينية على المادة. دعنا نسرد بعض منهم.

تألق الأشعة السينية- توهج عدد من المواد تحت أشعة إكس. سمح مثل هذا التوهج من البلاتين والسيانوجين الباريوم لروينتجن باكتشاف الأشعة. تُستخدم هذه الظاهرة لإنشاء شاشات مضيئة خاصة لغرض المراقبة البصرية للأشعة السينية ، في بعض الأحيان لتعزيز عمل الأشعة السينية على لوحة فوتوغرافية.

يُعرف التأثير الكيميائي لإشعاع الأشعة السينية ، على سبيل المثال ، تكوين بيروكسيد الهيدروجين في الماء. مثال مهم عمليًا هو التأثير على لوحة فوتوغرافية ، مما يجعل من الممكن اكتشاف مثل هذه الأشعة.

يتجلى التأثير المؤين في زيادة التوصيل الكهربائي تحت تأثير الأشعة السينية. هذه الخاصية مستخدمة

في قياس الجرعات لتحديد تأثير هذا النوع من الإشعاع.

نتيجة للعديد من العمليات ، يتم إضعاف حزمة الأشعة السينية الأولية وفقًا للقانون (29.3). دعنا نكتبها بالشكل:

أنا = I0 هـ- / "، (31.8)

أين μ - معامل التوهين الخطي. يمكن تمثيله على أنه يتكون من ثلاثة مصطلحات تقابل التشتت المتماسك μ κ ، غير المتماسك μ ΗΚ وتأثير الصورة μ F:

μ = μ k + μ hk + μ f. (31.9)

يتم تخفيف شدة الأشعة السينية بما يتناسب مع عدد ذرات المادة التي يمر من خلالها هذا التدفق. إذا ضغطنا المادة على طول المحور س ،على سبيل المثال ، في بمرات بالزيادة بأضعاف كثافته ، إذن

31.4. الأسس الفيزيائية لتطبيق الأشعة السينية في الطب

أحد أهم التطبيقات الطبية للأشعة السينية هو نقل الأعضاء الداخلية لأغراض التشخيص. (التشخيص بالأشعة السينية).

للتشخيص ، يتم استخدام فوتونات بطاقة حوالي 60-120 كيلو فولت. عند هذه الطاقة ، يتم تحديد معامل الانقراض الجماعي بشكل أساسي من خلال التأثير الكهروضوئي. تتناسب قيمته عكسياً مع القوة الثالثة لطاقة الفوتون (تتناسب مع λ 3) ، والتي تظهر قوة اختراق كبيرة للإشعاع الصلب ، وتتناسب مع القوة الثالثة للعدد الذري للمادة الممتصة:

يسمح لك الاختلاف الكبير في امتصاص الأنسجة المختلفة للأشعة السينية بمشاهدة صور للأعضاء الداخلية لجسم الإنسان في إسقاط الظل.

يتم استخدام تشخيصات الأشعة السينية في نسختين: التنظير يتم عرض الصورة على شاشة مضيئة للأشعة السينية ، التصوير الشعاعي - الصورة ثابتة على الفيلم.

إذا كان العضو قيد الدراسة والأنسجة المحيطة به تضعف الأشعة السينية بالتساوي تقريبًا ، يتم استخدام عوامل تباين خاصة. لذلك ، على سبيل المثال ، ملء المعدة والأمعاء بكتلة طرية من كبريتات الباريوم ، يمكن للمرء أن يرى صورة الظل الخاصة بهم.

يعتمد سطوع الصورة على الشاشة ووقت التعرض للفيلم على شدة الأشعة السينية. إذا تم استخدامه للتشخيص ، فلا يمكن أن تكون الشدة عالية ، حتى لا تسبب عواقب بيولوجية غير مرغوب فيها. لذلك ، هناك عدد من الأجهزة التقنية التي تعمل على تحسين الصورة بكثافة الأشعة السينية المنخفضة. مثال على هذا الجهاز هو أنابيب التكثيف (انظر 27.8). في الفحص الجماعي للسكان ، يتم استخدام نوع مختلف من التصوير الشعاعي على نطاق واسع - التصوير الفلوري ، حيث يتم تسجيل صورة من شاشة إنارة كبيرة للأشعة السينية على فيلم صغير الحجم حساس. عند التصوير ، يتم استخدام عدسة ذات فتحة كبيرة ، ويتم فحص الصور النهائية على مكبر خاص.

خيار مثير للاهتمام وواعد للتصوير الشعاعي هو طريقة تسمى التصوير المقطعي بالأشعة السينية ، و "نسخته الآلية" - الاشعة المقطعية.

لنفكر في هذا السؤال.

يغطي التصوير الشعاعي البسيط مساحة كبيرة من الجسم ، مع تظليل مختلف الأعضاء والأنسجة بعضها البعض. يمكنك تجنب ذلك إذا قمت بتحريك أنبوب الأشعة السينية معًا بشكل دوري (الشكل 31.11) في الطور المضاد RTوفيلم Fpنسبة إلى الكائن حولابحاث. يحتوي الجسم على عدد من الشوائب غير الشفافة بالنسبة للأشعة السينية ؛ وهي موضحة بدوائر في الشكل. كما ترى ، فإن الأشعة السينية في أي موضع من أنبوب الأشعة السينية (1 ، 2 إلخ) بالمرور

قطع نفس النقطة من الجسم ، وهي المركز ، التي يتم تنفيذ الحركة الدورية عليها RTو Fp.تظهر هذه النقطة ، على نحو أدق عبارة عن تضمين صغير مبهم ، من خلال دائرة مظلمة. صورة الظل الخاصة به تتحرك مع fp ،احتلال المناصب 1 على التوالي ، 2 إلخ. الشوائب المتبقية في الجسم (العظام ، الأختام ، إلخ) تتشكل Fpبعض الخلفية العامة ، لأن الأشعة السينية لا تحجبها بشكل دائم. من خلال تغيير موضع مركز التأرجح ، من الممكن الحصول على صورة الأشعة السينية للجسم طبقة تلو الأخرى. ومن هنا الاسم - الأشعة المقطعية(تسجيل متعدد الطبقات).

من الممكن ، باستخدام حزمة رقيقة من الأشعة السينية ، الفحص (بدلاً من Fp) ،تتكون من كاشفات أشباه الموصلات للإشعاع المؤين (انظر 32.5) ، وجهاز كمبيوتر لمعالجة صورة الأشعة السينية الظل في التصوير المقطعي. يتيح لك هذا الإصدار الحديث من التصوير المقطعي (التصوير المقطعي المحوسب أو بالأشعة السينية) الحصول على صور ذات طبقات للجسم على شاشة أنبوب أشعة الكاثود أو على ورق بتفاصيل أقل من 2 مم مع اختلاف في امتصاص الأشعة السينية لـ تصل إلى 0.1٪. يسمح هذا ، على سبيل المثال ، بالتمييز بين المادة الرمادية والبيضاء في الدماغ ورؤية تكوينات الورم الصغيرة جدًا.