يمكن اعتبار العالم الألماني فيلهلم كونراد رونتجن مؤسس التصوير الشعاعي ومكتشف السمات الرئيسية للأشعة السينية.

ثم في عام 1895، لم يشك حتى في اتساع نطاق تطبيق وشعبية الأشعة السينية التي اكتشفها، على الرغم من أنها أثارت صدى واسع النطاق في عالم العلوم.

من غير المحتمل أن يكون المخترع قد خمن ما هي الفائدة أو الضرر الذي ستجلبه ثمرة نشاطه. لكن اليوم سنحاول معرفة تأثير هذا النوع من الإشعاع على جسم الإنسان.

• يتمتع الأشعة السينية بقوة اختراق هائلة، ولكنها تعتمد على الطول الموجي وكثافة المادة التي يتم تشعيعها؛
• تحت تأثير الإشعاع، تبدأ بعض الأشياء في التوهج؛
• تؤثر الأشعة السينية على الكائنات الحية؛
• بفضل الأشعة السينية، تبدأ بعض التفاعلات الكيميائية الحيوية في الحدوث؛
• يمكن لشعاع الأشعة السينية أن يأخذ الإلكترونات من بعض الذرات وبالتالي يؤينها.

حتى المخترع نفسه كان مهتمًا في المقام الأول بمسألة ماهية الأشعة التي اكتشفها بالضبط.

بعد سلسلة من دراسات تجريبيةفقد وجد العالم أن الأشعة السينية عبارة عن موجات وسطية بين الأشعة فوق البنفسجية وأشعة جاما، يبلغ طولها 10-8 سم.

إن خصائص شعاع الأشعة السينية المذكورة أعلاه لها خصائص مدمرة، لكن هذا لا يمنع من استخدامها لأغراض مفيدة.

فأين في العالم الحديثهل يمكنك استخدام الأشعة السينية؟

1. ويمكن استخدامها لدراسة خصائص العديد من الجزيئات والتكوينات البلورية.
2. للكشف عن العيوب، أي فحص الأجزاء والأجهزة الصناعية بحثًا عن العيوب.
3. في الصناعة الطبية والبحوث العلاجية.

ونظرًا لقصر أطوال نطاق هذه الموجات بالكامل وخصائصها الفريدة، أصبح التطبيق الأكثر أهمية للإشعاع الذي اكتشفه فيلهلم رونتجن ممكنًا.

وبما أن موضوع مقالتنا يقتصر على تأثير الأشعة السينية على جسم الإنسان، والتي لا تواجهها إلا عند الذهاب إلى المستشفى، فإننا سننظر فقط في هذا الفرع من التطبيق.

إن العالم الذي اخترع الأشعة السينية جعلها هدية لا تقدر بثمن لجميع سكان الأرض، لأنه لم يسجل براءة اختراع لنسله لمزيد من الاستخدام.

منذ الحرب العالمية الأولى، أنقذت أجهزة الأشعة السينية المحمولة مئات من أرواح الجرحى. اليوم للأشعة السينية تطبيقان رئيسيان:

1. التشخيص بها.

يتم استخدام التشخيص بالأشعة السينية في خيارات مختلفة:

• الأشعة السينية أو Transillumination.
• الأشعة السينية أو الصورة.
• دراسة فلوروغرافية؛
• التصوير المقطعي باستخدام الأشعة السينية.

الآن نحن بحاجة إلى فهم كيف تختلف هذه الأساليب عن بعضها البعض:

1. تفترض الطريقة الأولى أن الجسم يقع بين شاشة خاصة ذات خاصية الفلورسنت وأنبوب الأشعة السينية. يقوم الطبيب، بناءً على الخصائص الفردية، باختيار القوة المطلوبة للأشعة ويتلقى صورة للعظام والأعضاء الداخلية على الشاشة.
2. وفي الطريقة الثانية، يتم وضع المريض على فيلم أشعة سينية خاص في شريط كاسيت. في هذه الحالة، يتم وضع المعدات فوق الشخص. تتيح لك هذه التقنية الحصول على صورة سلبية، ولكن مع المزيد التفاصيل الصغيرةمن مع التنظير الفلوري.
3. تسمح الفحوصات الجماعية للسكان لأمراض الرئة بإجراء التصوير الفلوري. في وقت الإجراء، يتم نقل الصورة من شاشة كبيرة إلى فيلم خاص.
4. يتيح لك التصوير المقطعي الحصول على صور للأعضاء الداخلية في عدة أقسام. يتم التقاط سلسلة كاملة من الصور، والتي يشار إليها فيما بعد باسم التصوير المقطعي.
5. إذا قمت بتوصيل مساعدة الكمبيوتر بالطريقة السابقة، فستقوم البرامج المتخصصة بإنشاء صورة كاملة مصنوعة باستخدام ماسح الأشعة السينية.

وتعتمد كل هذه الطرق لتشخيص المشاكل الصحية على خاصية فريدة من نوعهاتضيء الأشعة السينية الفيلم الفوتوغرافي. في الوقت نفسه، تختلف قدرة اختراق الأنسجة الخاملة وغيرها من أنسجة الجسم، والتي يتم عرضها في الصورة.

وبعد اكتشاف خاصية أخرى للأشعة السينية للتأثير على الأنسجة من الناحية البيولوجية، هذه الميزةوقد استخدم على نطاق واسع في علاج الأورام.

تنقسم الخلايا، وخاصة الخلايا الخبيثة، بسرعة كبيرة، وللخاصية المؤينة للإشعاع تأثير إيجابي على العلاج العلاجي وتبطئ نمو الورم.

ولكن الوجه الآخر للعملة هو التأثير السلبيالأشعة السينية على خلايا الجهاز المكونة للدم والغدد الصماء والمناعة، والتي تنقسم أيضًا بسرعة. نتيجة ل التأثير السلبيتظهر الأشعة السينية مرض الإشعاع.

تأثير الأشعة السينية على جسم الإنسان

حرفيًا مباشرة بعد هذا الاكتشاف الصاخب في العالم العلمي، أصبح من المعروف أن الأشعة السينية يمكن أن تؤثر على جسم الإنسان:

1. في سياق البحث عن خصائص الأشعة السينية، اتضح أنها قادرة على إحداث حروق على الجلد. تشبه إلى حد كبير الحرارية. ومع ذلك، فإن عمق الآفة كان أكبر بكثير من الإصابات المنزلية، وكان شفاءها أسوأ. لقد فقد العديد من العلماء الذين يتعاملون مع هذه الإشعاعات الخبيثة أصابعهم.
2. وبالتجربة والخطأ تبين أنه إذا قمت بتقليل وقت وكرمة الوقف فيمكن تجنب الحروق. وفي وقت لاحق، بدأ استخدام شاشات الرصاص وطريقة تشعيع المرضى عن بعد.
3. يُظهر المنظور طويل المدى لضرر الأشعة أن التغيرات في تركيبة الدم بعد التشعيع تؤدي إلى سرطان الدم والشيخوخة المبكرة.
4. تعتمد درجة شدة تأثير الأشعة السينية على جسم الإنسان بشكل مباشر على العضو المشعع. لذلك، مع الأشعة السينية للحوض الصغير، قد يحدث العقم، ومع تشخيص الأعضاء المكونة للدم - أمراض الدم.
5. حتى التعرضات الأقل أهمية، ولكن على مدى فترة طويلة من الزمن، يمكن أن تؤدي إلى تغييرات على المستوى الجيني.

وبطبيعة الحال، أجريت جميع الدراسات على الحيوانات، ولكن العلماء أثبتوا أن التغيرات المرضية ستنطبق أيضا على البشر.

مهم! واستنادا إلى البيانات التي تم الحصول عليها، تم تطوير معايير التعرض للأشعة السينية، وهي موحدة في جميع أنحاء العالم.

جرعات الأشعة للتشخيص

ربما يتساءل كل من يغادر عيادة الطبيب بعد إجراء الأشعة السينية عن مدى تأثير هذا الإجراء على صحته في المستقبل؟

التعرض للإشعاع موجود أيضًا في الطبيعة ونواجهه يوميًا. لتسهيل فهم كيفية تأثير الأشعة السينية على الجسم، قمنا بمقارنة هذا الإجراء مع الإشعاع الطبيعي الذي نتلقاه:

• في صورة الأشعة السينية للصدر، يتلقى الشخص جرعة من الإشعاع تعادل 10 أيام من التعرض للخلفية، والمعدة أو الأمعاء - 3 سنوات؛
• تصوير مقطعي بالكمبيوتر لتجويف البطن أو الجسم كله - ما يعادل 3 سنوات من الإشعاع؛
• فحص الصدر بالأشعة السينية - 3 أشهر؛
• يتم تشعيع الأطراف عمليا دون الإضرار بالصحة.
• الأشعة السينية للأسنان بسبب الاتجاه الدقيق لشعاع الشعاع والحد الأدنى من وقت التعرض ليس خطيرًا أيضًا.

مهم! على الرغم من أن البيانات المقدمة، مهما بدت مخيفة، تلبي المتطلبات الدولية. ومع ذلك، فإن المريض لديه الحق الكاملاطلب وسائل حماية إضافية في حالة وجود خوف قوي على سلامتك.

كلنا نواجه الفحص بالأشعة السينية، وأكثر من مرة. ومع ذلك، هناك فئة واحدة من الأشخاص خارج الإجراءات المقررة هم النساء الحوامل.

الحقيقة هي أن الأشعة السينية تؤثر بشدة على صحة الجنين. يمكن أن تسبب هذه الموجات تشوهات داخل الرحم نتيجة تأثيرها على الكروموسومات.

مهم! أخطر فترة بالنسبة للأشعة هي الحمل قبل الأسبوع 16. خلال هذه الفترة، تكون مناطق الحوض والبطن والعمود الفقري للطفل هي الأكثر عرضة للخطر.

مع العلم بهذا خاصية سلبيةالأشعة السينية، يحاول الأطباء في جميع أنحاء العالم تجنب وصفها للنساء الحوامل.

لكن هناك مصادر أخرى للإشعاع قد تتعرض لها المرأة الحامل:

• المجاهر التي تعمل بالكهرباء.
• شاشات تلفزيون ملونة.

يجب على أولئك الذين يستعدون لأن يصبحوا أماً أن يدركوا الخطر الذي ينتظرهم. أثناء الرضاعة، لا تشكل الأشعة السينية تهديدا لجسم المرضع والطفل.

ماذا بعد الأشعة؟

حتى التأثيرات البسيطة للتعرض للأشعة السينية يمكن التقليل منها باتباع بعض التوصيات البسيطة:

• شرب الحليب مباشرة بعد العملية. وكما تعلم فهو قادر على إزالة الإشعاع؛
• الأبيض له نفس الخصائص. نبيذ جافأو عصير العنب.
• فمن المستحسن في البداية تناول المزيد من الأطعمة التي تحتوي على اليود.

مهم! يجب عدم اللجوء إلى أي إجراءات طبية أو استخدام الطرق الطبية بعد زيارة غرفة الأشعة.

وبغض النظر عن مدى سلبية خصائص الأشعة السينية التي تم اكتشافها، فإن فوائد استخدامها تفوق الضرر بكثير. في المؤسسات الطبية، يتم إجراء عملية نقل الإضاءة بسرعة وبأقل الجرعات.

الخصائص الأساسية الأشعة السينية

1. قدرة كبيرة على الاختراق والتأين.

2. لا تنحرف بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية.

3. لها تأثير كيميائي ضوئي.

4. تسبب توهج المواد.

5. الانعكاس والانكسار والحيود كما في الإشعاع المرئي.

6. لها تأثير بيولوجي على الخلايا الحية.

1. التفاعل مع المادة

الطول الموجي للأشعة السينية يمكن مقارنته بحجم الذرات، لذلك لا توجد مادة يمكن استخدامها لصنع عدسة الأشعة السينية. بالإضافة إلى ذلك، عندما تسقط الأشعة السينية بشكل عمودي على السطح، فإنها لا تنعكس تقريبًا. على الرغم من ذلك، في بصريات الأشعة السينية، تم العثور على طرق لبناء عناصر بصرية للأشعة السينية. على وجه الخصوص، اتضح أن الماس يعكسهم بشكل جيد.

يمكن للأشعة السينية أن تخترق المادة، و مواد مختلفةاستيعابها بشكل مختلف. يعد امتصاص الأشعة السينية من أهم خصائصها في التصوير بالأشعة السينية. تتناقص شدة الأشعة السينية بشكل كبير اعتمادًا على المسار المتحرك في الطبقة الممتصة (I = I0e-kd، حيث d هو سمك الطبقة، والمعامل k يتناسب مع Z³lect³، Z هو العدد الذري للعنصر، lect هو الطول الموجي).

يحدث الامتصاص نتيجة الامتصاص الضوئي (التأثير الكهروضوئي) وتشتت كومبتون:

يُفهم الامتصاص الضوئي على أنه عملية إخراج إلكترون من غلاف الذرة بواسطة فوتون، الأمر الذي يتطلب أن تكون طاقة الفوتون أكبر من قيمة دنيا معينة. فإذا اعتبرنا احتمال فعل الامتصاص يعتمد على طاقة الفوتون، فإنه عند الوصول إلى طاقة معينة تزداد (الاحتمالية) بشكل حاد إلى قيمتها القيمة القصوى. بالنسبة للطاقات الأعلى، فإن الاحتمال يتناقص باستمرار. وبسبب هذا الاعتماد يقال أن هناك حد الاستيعاب. يشغل مكان الإلكترون المطرود أثناء عملية الامتصاص إلكترون آخر، في حين ينبعث الإشعاع ذو طاقة الفوتون الأقل، ما يسمى. عملية مضان.

يمكن لفوتون الأشعة السينية أن يتفاعل ليس فقط مع الإلكترونات المرتبطة، ولكن أيضًا مع الإلكترونات الحرة والضعيفة الارتباط. هناك تشتت الفوتونات على الإلكترونات - ما يسمى. تشتت كومبتون. اعتمادًا على زاوية التشتت، يزداد الطول الموجي للفوتون بمقدار معين، وبالتالي تنخفض الطاقة. يصبح تشتت كومبتون، مقارنة بامتصاص الضوء، هو السائد في طاقات الفوتون الأعلى.

بالإضافة إلى هذه العمليات، هناك احتمال أساسي آخر للامتصاص - بسبب ظهور أزواج الإلكترون والبوزيترون. ومع ذلك، فإن هذا يتطلب طاقات أكبر من 1.022 ميجا فولت، والتي تقع خارج حدود انبعاث الأشعة السينية المذكورة أعلاه (<250 кэВ). Однако при другом подходе, когда "ренгеновским" называется излучение, возникшее при взаимодействии электрона и ядра или только электронов, такой процесс имеет место быть. Кроме того, очень жесткое рентгеновское излучение с энергией кванта более 1 МэВ, способно вызвать Ядерный фотоэффект.

[يحرر]

2. التأثير البيولوجي

الأشعة السينية مؤينة. فهو يؤثر على أنسجة الكائنات الحية ويمكن أن يسبب مرض الإشعاع، والحروق الإشعاعية، والأورام الخبيثة. ولهذا السبب، يجب اتخاذ تدابير وقائية عند العمل بالأشعة السينية. ويعتقد أن الضرر يتناسب طرديا مع جرعة الإشعاع الممتصة. الأشعة السينية هي عامل مطفر.

[يحرر]

3. التسجيل

تأثير التلألؤ. يمكن أن تتسبب الأشعة السينية في توهج بعض المواد (التألق). يستخدم هذا التأثير في التشخيص الطبي أثناء التنظير الفلوري (ملاحظة الصورة على شاشة الفلورسنت) والتصوير بالأشعة السينية (التصوير الشعاعي). تُستخدم أفلام التصوير الفوتوغرافي الطبية عادةً مع شاشات مكثفة، والتي تشمل فوسفورات الأشعة السينية، التي تتوهج تحت تأثير الأشعة السينية وتضيء مستحلب التصوير الفوتوغرافي الحساس للضوء. تسمى طريقة الحصول على صورة بالحجم الطبيعي التصوير الشعاعي. مع التصوير الفلوري، يتم الحصول على الصورة على نطاق مصغر. يمكن توصيل المادة المضيئة (الوميض) بصريًا بكاشف ضوء إلكتروني (أنبوب مضاعف ضوئي، صمام ثنائي ضوئي، وما إلى ذلك)، ويسمى الجهاز الناتج كاشف التلألؤ. فهو يسمح لك بتسجيل الفوتونات الفردية وقياس طاقتها، حيث أن طاقة وميض التلألؤ تتناسب مع طاقة الفوتون الممتص.

تأثير التصوير الفوتوغرافي. الأشعة السينية، وكذلك الضوء العادي، قادرة على إلقاء الضوء مباشرة على مستحلب التصوير الفوتوغرافي. ومع ذلك، بدون طبقة الفلورسنت، فإن هذا يتطلب 30-100 مرة من التعرض (أي الجرعة). تتمتع هذه الطريقة (المعروفة باسم التصوير الشعاعي بدون شاشة) بميزة الحصول على صور أكثر وضوحًا.

في كاشفات أشباه الموصلات، تنتج الأشعة السينية أزواجًا من ثقب الإلكترون في الوصلة p-n للدايود المتصل في اتجاه الحجب. في هذه الحالة، يتدفق تيار صغير، تتناسب سعته مع طاقة وشدة الأشعة السينية الساقطة. في الوضع النبضي، من الممكن تسجيل فوتونات الأشعة السينية الفردية وقياس طاقتها.

يمكن أيضًا تسجيل فوتونات الأشعة السينية الفردية باستخدام كاشفات مملوءة بالغاز للإشعاعات المؤينة (عداد جيجر، الغرفة التناسبية، وما إلى ذلك).

طلب

بمساعدة الأشعة السينية، من الممكن "تنوير" جسم الإنسان، ونتيجة لذلك يمكن الحصول على صورة للعظام، وفي الأجهزة الحديثة، للأعضاء الداخلية (انظر أيضًا الأشعة السينية) . ويستخدم هذا حقيقة أن عنصر الكالسيوم (Z=20) الموجود بشكل رئيسي في العظام له عدد ذري ​​أكبر بكثير من الأعداد الذرية للعناصر التي تشكل الأنسجة الرخوة، وهي الهيدروجين (Z=1)، والكربون (Z=6). ) ، النيتروجين (Z=7)، الأكسجين (Z=8). بالإضافة إلى الأجهزة التقليدية التي تعطي إسقاطًا ثنائي الأبعاد للكائن قيد الدراسة، هناك تصوير مقطعي محوسب يسمح لك بالحصول على صورة ثلاثية الأبعاد للأعضاء الداخلية.

يُطلق على اكتشاف العيوب في المنتجات (القضبان، واللحامات، وما إلى ذلك) باستخدام الأشعة السينية اسم اكتشاف العيوب بالأشعة السينية.

في علم المواد وعلم البلورات والكيمياء والكيمياء الحيوية، تُستخدم الأشعة السينية لتوضيح بنية المواد على المستوى الذري باستخدام تشتت حيود الأشعة السينية (تحليل حيود الأشعة السينية). والمثال الشهير هو تحديد بنية الحمض النووي.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الأشعة السينية لتحديد التركيب الكيميائي للمادة. في المسبار الدقيق لشعاع الإلكترون (أو في المجهر الإلكتروني)، يتم تشعيع المادة التي تم تحليلها بالإلكترونات، في حين تتأين الذرات وتنبعث منها إشعاع الأشعة السينية المميز. يمكن استخدام الأشعة السينية بدلاً من الإلكترونات. وتسمى هذه الطريقة التحليلية تحليل مضان الأشعة السينية.

في المطارات، يتم استخدام المناظير التليفزيونية بالأشعة السينية بشكل نشط، مما يسمح لك بمشاهدة محتويات حقائب اليد والأمتعة من أجل اكتشاف الأشياء الخطرة بصريًا على شاشة المراقبة.

العلاج بالأشعة السينية هو قسم من العلاج الإشعاعي يغطي نظرية وممارسة الاستخدام العلاجي للأشعة السينية المتولدة عند جهد أنبوب الأشعة السينية 20-60 كيلو فولت ومسافة بؤرية للجلد تبلغ 3-7 سم (قصيرة). - العلاج الإشعاعي بالمدى) أو بجهد 180-400 كيلو فولت ومسافة بؤرية للجلد 30-150 سم (العلاج الإشعاعي عن بعد).

يتم العلاج بالأشعة السينية بشكل رئيسي مع الأورام الموجودة بشكل سطحي ومع بعض الأمراض الأخرى، بما في ذلك الأمراض الجلدية (الأشعة السينية فائقة النعومة لبوكا).

[يحرر]

الأشعة السينية الطبيعية

وعلى الأرض، يتشكل الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق الأشعة السينية نتيجة تأين الذرات بالإشعاع الذي يحدث أثناء التحلل الإشعاعي، نتيجة تأثير كومبتون لأشعة جاما الذي يحدث أثناء التفاعلات النووية، وكذلك الإشعاع الكوني. يؤدي التحلل الإشعاعي أيضًا إلى انبعاث مباشر لكمات الأشعة السينية إذا تسبب في إعادة ترتيب الغلاف الإلكتروني للذرة المتحللة (على سبيل المثال، أثناء التقاط الإلكترون). إن الأشعة السينية التي تحدث على الأجرام السماوية الأخرى لا تصل إلى سطح الأرض، حيث يمتصها الغلاف الجوي بالكامل. يتم استكشافه بواسطة تلسكوبات الأشعة السينية الفضائية مثل Chandra وXMM-Newton.

وزارة التعليم والعلوم في الاتحاد الروسي

الوكالة الفيدرالية للتعليم

غو فبو سوسو

قسم الكيمياء الفيزيائية

في دورة KSE: "الأشعة السينية"

مكتمل:

نوموفا داريا جيناديفنا

التحقق:

أستاذ مشارك، K.T.N.

تانكليفسكايا ن.م.

تشيليابينسك 2010

مقدمة

الفصل الأول. اكتشاف الأشعة السينية

إيصال

التفاعل مع المادة

التأثير البيولوجي

تسجيل

طلب

كيف يتم أخذ الأشعة السينية

الأشعة السينية الطبيعية

الباب الثاني. التصوير الشعاعي

طلب

طريقة الحصول على الصور

فوائد التصوير الشعاعي

عيوب التصوير الشعاعي

التنظير الفلوري

مبدأ الاستلام

فوائد التنظير الفلوري

عيوب التنظير الفلوري

التقنيات الرقمية في التنظير الفلوري

طريقة المسح متعدد الخطوط

خاتمة

قائمة الأدب المستخدم

مقدمة

إشعاع الأشعة السينية - الموجات الكهرومغناطيسية، التي يتم تحديد طاقة الفوتون الخاصة بها من خلال نطاق الطاقة من الأشعة فوق البنفسجية إلى أشعة جاما، والذي يتوافق مع نطاق الطول الموجي من 10−4 إلى 10² Å (من 10−14 إلى 10−8 م).

مثل الضوء المرئي، تسبب الأشعة السينية اسوداد الفيلم الفوتوغرافي. ولهذه الخاصية أهمية كبيرة في الطب والصناعة والبحث العلمي. تمر الأشعة السينية عبر الجسم قيد الدراسة ثم تسقط على الفيلم، وتصور بنيته الداخلية عليه. نظرًا لأن قوة اختراق الأشعة السينية تختلف باختلاف المواد، فإن أجزاء الجسم الأقل شفافية بالنسبة لها تعطي مناطق أكثر سطوعًا في الصورة من تلك التي يخترق الإشعاع من خلالها جيدًا. وبالتالي فإن أنسجة العظام تكون أقل شفافية للأشعة السينية من الأنسجة التي يتكون منها الجلد والأعضاء الداخلية. لذلك، في الصورة الشعاعية، ستتم الإشارة إلى العظام على أنها مناطق أفتح ويمكن اكتشاف موقع الكسر، الذي يكون أكثر شفافية بالنسبة للإشعاع، بسهولة تامة. كما يستخدم التصوير بالأشعة السينية في طب الأسنان للكشف عن التسوس والخراجات في جذور الأسنان، وكذلك في الصناعة للكشف عن الشقوق في المسبوكات والبلاستيك والمطاط.

وتستخدم الأشعة السينية في الكيمياء لتحليل المركبات وفي الفيزياء لدراسة بنية البلورات. يؤدي مرور شعاع الأشعة السينية عبر مركب كيميائي إلى إشعاع ثانوي مميز، حيث يسمح التحليل الطيفي للكيميائي بتحديد تكوين المركب. عند سقوطها على مادة بلورية، فإن شعاع الأشعة السينية يتشتت بواسطة ذرات البلورة، مما يعطي نمطًا واضحًا ومنتظمًا من البقع والخطوط على لوحة فوتوغرافية، مما يجعل من الممكن تحديد البنية الداخلية للبلورة.

يعتمد استخدام الأشعة السينية في علاج السرطان على أنها تقتل الخلايا السرطانية. ومع ذلك، يمكن أن يكون له أيضًا تأثير غير مرغوب فيه على الخلايا الطبيعية. ولذلك يجب توخي الحذر الشديد في هذا الاستخدام للأشعة السينية.

الفصل الأول. اكتشاف الأشعة السينية

يعود الفضل في اكتشاف الأشعة السينية إلى فيلهلم كونراد رونتجن. وهو أول من نشر مقالاً عن الأشعة السينية وسماها الأشعة السينية (الأشعة السينية). نُشرت مقالة لرونتجن بعنوان "حول نوع جديد من الأشعة" في 28 ديسمبر 1895 في مجلة جمعية فورتسبورغ الفيزيائية الطبية. ومع ذلك، فمن المؤكد أنه تم الحصول على الأشعة السينية من قبل. تم تطوير أنبوب أشعة الكاثود الذي استخدمه رونتجن في تجاربه بواسطة J. Hittorf وW.Kruks. ينتج هذا الأنبوب الأشعة السينية. وقد ظهر ذلك في تجارب كروكس ومن عام 1892 في تجارب هاينريش هيرتز وتلميذه فيليب لينارد من خلال اسوداد لوحات التصوير الفوتوغرافي. ومع ذلك، لم يدرك أي منهم أهمية اكتشافه ولم ينشر نتائجه. كما قام نيكولا تيسلا ابتداءً من عام 1897 بإجراء تجارب على أنابيب أشعة الكاثود، وتلقى الأشعة السينية، لكنه لم ينشر نتائجه.

لهذا السبب، لم يكن رونتجن على علم بالاكتشافات التي تمت قبله واكتشف الأشعة، التي سُميت فيما بعد باسمه، بشكل مستقل - أثناء مراقبة التألق الذي يحدث أثناء تشغيل أنبوب أشعة الكاثود. درس رونتجن الأشعة السينية لمدة تزيد قليلاً عن عام (من 8 نوفمبر 1895 إلى مارس 1897) ولم ينشر سوى ثلاث مقالات صغيرة نسبيًا عنها، لكنهم قدموا وصفًا شاملاً للأشعة الجديدة لدرجة أن مئات الأوراق البحثية التي كتبها أتباعه، ثم نُشرت على مدار 12 عامًا، ولم تتمكن من إضافة أو تغيير أي شيء أساسي. وقال رونتجن، الذي فقد الاهتمام بالأشعة السينية، لزملائه: "لقد كتبت كل شيء بالفعل، فلا تضيعوا وقتكم". ساهمت أيضًا في شهرة رونتجن الصورة الشهيرة ليد زوجته، والتي نشرها في مقالته (انظر الصورة على اليمين). هذه الشهرة جلبت لرونتغن جائزة نوبل الأولى في الفيزياء عام 1901، وشددت لجنة نوبل على الأهمية العملية لاكتشافه. في عام 1896، تم استخدام اسم "الأشعة السينية" لأول مرة. في بعض البلدان، يبقى الاسم القديم - الأشعة السينية. في روسيا، بدأ يطلق على الأشعة اسم "الأشعة السينية" بناءً على اقتراح الطالب ف.ك. رونتجن - ابرام فيدوروفيتش يوفي.

الموقع على مقياس الموجات الكهرومغناطيسية

تتداخل مجالات الطاقة للأشعة السينية وأشعة جاما في نطاق طاقة واسع. كلا النوعين من الإشعاع عبارة عن إشعاع كهرومغناطيسي ويكافئان نفس طاقة الفوتون. يكمن الاختلاف في المصطلحات في طريقة حدوثها - تنبعث الأشعة السينية بمشاركة الإلكترونات (إما في الذرات أو في الذرات الحرة)، في حين تنبعث أشعة جاما في عمليات إزالة إثارة النوى الذرية. تمتلك فوتونات الأشعة السينية طاقات تتراوح من 100 فولت إلى 250 كيلو فولت، وهو ما يتوافق مع الإشعاع بتردد يتراوح بين 31016 هرتز إلى 61019 هرتز وطول موجي يتراوح بين 0.005 و10 نانومتر (لا يوجد تعريف مقبول بشكل عام للحد الأدنى لـ X) - مدى الأشعة في مقياس الطول الموجي). تتميز الأشعة السينية الناعمة بأقل طاقة فوتون وتردد إشعاعي (وأطول طول موجي)، بينما تتميز الأشعة السينية الصلبة بأعلى طاقة فوتون وتردد إشعاعي (وأقصر طول موجي).

(صورة بالأشعة السينية (التصوير الشعاعي) ليد زوجته، التقطها في كيه رونتجن)

)

إيصال

يتم إنتاج الأشعة السينية عن طريق التسارع القوي للجسيمات المشحونة (الإلكترونات بشكل رئيسي) أو عن طريق التحولات عالية الطاقة في الأغلفة الإلكترونية للذرات أو الجزيئات. يتم استخدام كلا التأثيرين في أنابيب الأشعة السينية، حيث يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود الساخن (لا تنبعث أشعة سينية، لأن التسارع منخفض للغاية) وتضرب القطب الموجب، حيث تتباطأ بشكل حاد (في هذه الحالة، تنبعث الأشعة السينية: ما يسمى .bremsstrahlung) وفي نفس الوقت تطرد الإلكترونات من أغلفة الإلكترون الداخلية لذرات المعدن الذي يتكون منه الأنود. تشغل المساحات الفارغة في الأصداف إلكترونات أخرى من الذرة. في هذه الحالة، ينبعث إشعاع الأشعة السينية بخاصية طاقة معينة لمادة الأنود (الإشعاع المميز، يتم تحديد الترددات بموجب قانون موسلي:

,

حيث Z هو العدد الذري لعنصر الأنود، A وB هما ثوابت لقيمة معينة للرقم الكمي الرئيسي n للغلاف الإلكتروني). في الوقت الحاضر، الأنودات مصنوعة بشكل رئيسي من السيراميك، والجزء الذي تصطدم به الإلكترونات مصنوع من الموليبدينوم. في عملية التسارع والتباطؤ، يذهب 1٪ فقط من الطاقة الحركية للإلكترون إلى الأشعة السينية، ويتم تحويل 99٪ من الطاقة إلى حرارة.

يمكن أيضًا الحصول على الأشعة السينية في مسرعات الجسيمات. ما يسمى. يحدث إشعاع السنكروترون عندما تنحرف حزمة من الجسيمات في مجال مغناطيسي، ونتيجة لذلك تتعرض للتسارع في اتجاه عمودي على حركتها. يمتلك إشعاع السنكروترون طيفًا مستمرًا بحد أعلى. مع المعلمات المختارة بشكل مناسب (حجم المجال المغناطيسي وطاقة الجسيمات)، يمكن أيضًا الحصول على الأشعة السينية في طيف إشعاع السنكروترون.

تمثيل تخطيطي لأنبوب الأشعة السينية. X - الأشعة السينية، K - الكاثود، A - الأنود (يسمى أحيانًا مضاد الكاثود)، C - المشتت الحراري، Uh - جهد فتيل الكاثود، Ua - جهد التسارع، Win - مدخل تبريد المياه، Wout - مخرج تبريد الماء (انظر x- أنبوب الأشعة).

التفاعل مع المادة

معامل الانكسار لأي مادة تقريبًا للأشعة السينية يختلف قليلاً عن الوحدة. ونتيجة لذلك، لا توجد مادة يمكن صنع عدسة الأشعة السينية منها. بالإضافة إلى ذلك، عندما تسقط الأشعة السينية بشكل عمودي على السطح، فإنها لا تنعكس تقريبًا. على الرغم من ذلك، في بصريات الأشعة السينية، تم العثور على طرق لبناء عناصر بصرية للأشعة السينية.

يمكن للأشعة السينية أن تخترق المادة، وتمتصها المواد المختلفة بطرق مختلفة. يعد امتصاص الأشعة السينية من أهم خصائصها في التصوير بالأشعة السينية. تتناقص شدة الأشعة السينية بشكل كبير اعتمادًا على المسار المسافر في الطبقة الممتصة (I = I0e-kd، حيث d هو سمك الطبقة، والمعامل k يتناسب مع Z3lect3، Z هو العدد الذري للعنصر، lect هو الطول الموجي).

يحدث الامتصاص نتيجة لامتصاص الضوء وتشتت كومبتون:

يُفهم الامتصاص الضوئي على أنه عملية إخراج إلكترون من غلاف الذرة بواسطة فوتون، الأمر الذي يتطلب أن تكون طاقة الفوتون أكبر من قيمة دنيا معينة. إذا أخذنا في الاعتبار احتمال فعل الامتصاص اعتمادًا على طاقة الفوتون، فعندما يتم الوصول إلى طاقة معينة، فإنها (الاحتمالية) تزيد بشكل حاد إلى قيمتها القصوى. بالنسبة للطاقات الأعلى، فإن الاحتمال يتناقص باستمرار. وبسبب هذا الاعتماد يقال أن هناك حد الاستيعاب. يشغل مكان الإلكترون المطرود أثناء عملية الامتصاص إلكترون آخر، في حين ينبعث الإشعاع ذو طاقة الفوتون الأقل، ما يسمى. عملية مضان.

تلعب الأشعة السينية دورًا كبيرًا في الطب الحديث، ويعود تاريخ اكتشاف الأشعة السينية إلى القرن التاسع عشر.

الأشعة السينية هي موجات كهرومغناطيسية يتم إنتاجها بمشاركة الإلكترونات. مع تسارع قوي للجسيمات المشحونة، يتم إنشاء الأشعة السينية الاصطناعية. يمر عبر معدات خاصة:

• مسرعات الجسيمات.

تاريخ الاكتشاف

تم اختراع هذه الأشعة في عام 1895 من قبل العالم الألماني رونتجن: أثناء عمله باستخدام أنبوب أشعة الكاثود، اكتشف تأثير مضان سيانيد الباريوم والبلاتين. ثم جاء وصف هذه الأشعة وقدرتها المذهلة على اختراق أنسجة الجسم. بدأت تسمى الأشعة بالأشعة السينية (الأشعة السينية). في وقت لاحق في روسيا بدأ يطلق عليهم الأشعة السينية.

الأشعة السينية قادرة على الاختراق حتى من خلال الجدران. لذلك أدرك رونتجن أنه حقق أعظم اكتشاف في مجال الطب. ومنذ ذلك الوقت بدأت تتشكل أقسام منفصلة في العلوم، مثل قسم الأشعة وطب الأشعة.

الأشعة قادرة على اختراق الأنسجة الرخوة، ولكنها تتأخر، ويتم تحديد طولها من خلال عائق السطح الصلب. الأنسجة الرخوة في جسم الإنسان هي الجلد، والأنسجة الصلبة هي العظام. في عام 1901، حصل العالم على جائزة نوبل.

ومع ذلك، حتى قبل اكتشاف فيلهلم كونراد رونتجن، كان علماء آخرون مهتمين أيضًا بموضوع مماثل. في عام 1853، درس الفيزيائي الفرنسي أنطوان فيليبر ماسون تفريغ الجهد العالي بين الأقطاب الكهربائية في أنبوب زجاجي. بدأ الغاز الموجود فيه عند الضغط المنخفض ينبعث منه توهج محمر. أدى ضخ الغاز الزائد من الأنبوب إلى اضمحلال التوهج إلى تسلسل معقد من الطبقات المضيئة الفردية، التي يعتمد لونها على كمية الغاز.

في عام 1878، اقترح ويليام كروكس (عالم فيزياء إنجليزي) أن التألق يحدث نتيجة لتأثير الأشعة على السطح الزجاجي للأنبوب. لكن كل هذه الدراسات لم يتم نشرها في أي مكان، لذلك لم يكن رونتجن على علم بمثل هذه الاكتشافات. وبعد نشر اكتشافاته عام 1895 في مجلة علمية، حيث كتب العالم أن جميع الأجسام شفافة أمام هذه الأشعة، وإن كان بدرجة مختلفة جدًا، أصبح علماء آخرون مهتمين بإجراء تجارب مماثلة. وأكدوا اختراع رونتجن، وبدأ المزيد من التطوير والتحسين للأشعة السينية.

نشر فيلهلم رونتجن بنفسه ورقتين علميتين أخريين حول موضوع الأشعة السينية في عامي 1896 و1897، وبعد ذلك تولى أنشطة أخرى. وهكذا اخترع العديد من العلماء، لكن رونتجن هو الذي نشر أبحاثًا علمية حول هذا الموضوع.

مبادئ التصوير

يتم تحديد ميزات هذا الإشعاع من خلال طبيعة مظهره. يحدث الإشعاع نتيجة لموجة كهرومغناطيسية. وتشمل خصائصه الرئيسية ما يلي:

1. انعكاس. إذا ضربت الموجة السطح بشكل عمودي، فلن تنعكس. في بعض الحالات، يكون للماس خاصية الانعكاس.
2. القدرة على اختراق الأنسجة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للأشعة أن تمر عبر الأسطح غير الشفافة للمواد مثل الخشب والورق وما شابه.
3. الامتصاص. يعتمد الامتصاص على كثافة المادة: فكلما زادت كثافتها، زاد امتصاص الأشعة السينية لها.
4. بعض المواد تتألق، أي أنها تتوهج. وبمجرد توقف الإشعاع، يختفي التوهج أيضًا. وإذا استمر بعد توقف عمل الأشعة فإن هذا التأثير يسمى التفسفر.
5. يمكن للأشعة السينية أن تضيء الفيلم الفوتوغرافي، تمامًا مثل الضوء المرئي.
6. إذا مر الشعاع عبر الهواء، يحدث التأين في الغلاف الجوي. تسمى هذه الحالة بالتوصيل الكهربائي، ويتم تحديدها باستخدام مقياس الجرعات، الذي يحدد معدل جرعة الإشعاع.

الإشعاع - الضرر والمنفعة

عندما تم الاكتشاف، لم يستطع الفيزيائي رونتجن حتى أن يتخيل مدى خطورة اختراعه. في الماضي، كانت جميع الأجهزة التي تنتج الإشعاع بعيدة عن الكمال، ونتيجة لذلك تم الحصول على جرعات كبيرة من الأشعة المنبعثة. لم يفهم الناس مخاطر مثل هذا الإشعاع. على الرغم من أن بعض العلماء طرحوا إصدارات حول مخاطر الأشعة السينية.

الأشعة السينية التي تخترق الأنسجة لها تأثير بيولوجي عليها. وحدة قياس الجرعة الإشعاعية هي الرونتجن في الساعة. التأثير الرئيسي هو على الذرات المؤينة الموجودة داخل الأنسجة. تعمل هذه الأشعة مباشرة على بنية الحمض النووي للخلية الحية. تشمل عواقب الإشعاع غير المنضبط ما يلي:

• طفرة الخلية.
• ظهور الأورام.
• الحروق الإشعاعية
• مرض الإشعاع.

موانع إجراء فحوصات الأشعة السينية:

1. المرضى في حالة حرجة.
2. فترة الحمل بسبب تأثيراته السلبية على الجنين.
3. المرضى الذين يعانون من نزيف أو استرواح الصدر المفتوح.

كيف تعمل الأشعة السينية وأين تستخدم؟

1. في الطب. يتم استخدام التشخيص بالأشعة السينية لتصوير الأنسجة الحية الشفافة من أجل تحديد اضطرابات معينة داخل الجسم. يتم إجراء العلاج بالأشعة السينية للقضاء على تكوينات الورم.
2. في العلم. يتم الكشف عن بنية المواد وطبيعة الأشعة السينية. يتم التعامل مع هذه القضايا من خلال علوم مثل الكيمياء والكيمياء الحيوية وعلم البلورات.
3. في الصناعة. كشف المخالفات في المنتجات المعدنية.
4. من أجل سلامة السكان. يتم تركيب أشعة سينية في المطارات والأماكن العامة الأخرى لفحص الأمتعة.

الاستخدام الطبي للأشعة السينية. تستخدم الأشعة السينية على نطاق واسع في الطب وطب الأسنان للأغراض التالية:

1. لتشخيص الأمراض.
2. لرصد العمليات الأيضية.
3. لعلاج العديد من الأمراض.

استخدام الأشعة السينية للأغراض الطبية

بالإضافة إلى الكشف عن كسور العظام، تستخدم الأشعة السينية على نطاق واسع للأغراض الطبية. ويهدف التطبيق المتخصص للأشعة السينية إلى تحقيق الأهداف التالية:

1. لتدمير الخلايا السرطانية.
2. لتقليل حجم الورم.
3. لتقليل الألم.

على سبيل المثال، يستخدم اليود المشع، المستخدم في أمراض الغدد الصماء، بنشاط في سرطان الغدة الدرقية، مما يساعد الكثير من الناس على التخلص من هذا المرض الرهيب. حاليًا، لتشخيص الأمراض المعقدة، يتم توصيل الأشعة السينية بأجهزة الكمبيوتر، ونتيجة لذلك، تظهر أحدث طرق البحث، مثل التصوير المقطعي المحوري.

يزود هذا الفحص الأطباء بصور ملونة تظهر الأعضاء الداخلية للشخص. للكشف عن عمل الأعضاء الداخلية، جرعة صغيرة كافية من الإشعاع. كما تستخدم الأشعة السينية على نطاق واسع في العلاج الطبيعي.

الخصائص الأساسية للأشعة السينية

1. القدرة على الاختراق. تكون جميع الأجسام شفافة بالنسبة للأشعة السينية، وتعتمد درجة الشفافية على سمك الجسم. وبسبب هذه الخاصية بدأ استخدام الشعاع في الطب للكشف عن عمل الأعضاء ووجود الكسور والأجسام الغريبة في الجسم.
2. إنهم قادرون على التسبب في توهج بعض الأشياء. على سبيل المثال، إذا تم تطبيق الباريوم والبلاتين على الورق المقوى، فبعد المرور عبر مسح الشعاع، سوف يتوهج باللون الأصفر المخضر. إذا وضعت يدك بين أنبوب الأشعة السينية والشاشة، فسوف يخترق الضوء العظام أكثر من الأنسجة، وبالتالي فإن الأنسجة العظمية ستتألق بشكل أكثر سطوعًا على الشاشة، وستكون الأنسجة العضلية أقل سطوعًا.
3. العمل على الفيلم. يمكن للأشعة السينية، مثل الضوء، أن تجعل الفيلم داكنًا، مما يجعل من الممكن تصوير جانب الظل الذي يتم الحصول عليه عند فحص الأشياء بالأشعة السينية.
4. يمكن للأشعة السينية أن تؤين الغازات. وهذا يجعل من الممكن ليس فقط العثور على الأشعة، ولكن أيضًا الكشف عن شدتها عن طريق قياس تيار التأين في الغاز.
5. لديهم تأثير كيميائي حيوي على جسم الكائنات الحية. بفضل هذه الخاصية، وجدت الأشعة السينية تطبيقها على نطاق واسع في الطب: فهي قادرة على علاج الأمراض الجلدية وأمراض الأعضاء الداخلية. في هذه الحالة يتم تحديد الجرعة المطلوبة من الإشعاع ومدة الأشعة. الاستخدام المطول والمفرط لمثل هذا العلاج ضار جدًا ومضر بالجسم.

وكانت نتيجة استخدام الأشعة السينية إنقاذ العديد من الأرواح البشرية. لا تساعد الأشعة السينية في تشخيص المرض في الوقت المناسب فحسب، بل إن طرق العلاج باستخدام العلاج الإشعاعي تريح المرضى من أمراض مختلفة، بدءًا من فرط نشاط الغدة الدرقية وحتى الأورام الخبيثة في أنسجة العظام.

محاضرة

الأشعة السينية

طبيعة الأشعة السينية

الأشعة السينية Bremsstrahlung، خصائصها الطيفية.

الأشعة السينية المميزة (للمراجعة).

تفاعل الأشعة السينية مع المادة.

الأساس الفيزيائي لاستخدام الأشعة السينية في الطب.

تم اكتشاف الأشعة السينية (الأشعة السينية) بواسطة K. Roentgen، الذي أصبح في عام 1895 أول حائز على جائزة نوبل في الفيزياء.

طبيعة الأشعة السينية

الأشعة السينية - موجات كهرومغناطيسية يتراوح طولها من 80 إلى 10 -5 نانومتر. يتم تغطية إشعاع الأشعة السينية طويل الموجة بواسطة الأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة، والإشعاع قصير الموجة بواسطة إشعاع الموجة الطويلة .

يتم إنتاج الأشعة السينية في أنابيب الأشعة السينية. رسم بياني 1.

ك - الكاثود

1- شعاع الالكترون

2- الأشعة السينية

أرز. 1. جهاز أنبوب الأشعة السينية.

الأنبوب عبارة عن دورق زجاجي (ربما يكون به فراغ عالٍ: يبلغ الضغط فيه حوالي 10-6 مم زئبق) مع قطبين كهربائيين: الأنود A والكاثود K، حيث يتم تطبيق الجهد العالي U (عدة آلاف فولت). الكاثود هو مصدر للإلكترونات (بسبب ظاهرة الانبعاث الحراري). الأنود عبارة عن قضيب معدني له سطح مائل لتوجيه إشعاع الأشعة السينية الناتج بزاوية إلى محور الأنبوب. وهي مصنوعة من مادة عالية التوصيل للحرارة لإزالة الحرارة المتولدة أثناء القصف الإلكتروني. يوجد على الطرف المشطوف صفيحة مصنوعة من معدن مقاوم للحرارة (على سبيل المثال، التنغستن).

يرجع التسخين القوي للأنود إلى حقيقة أن العدد الرئيسي من الإلكترونات في شعاع الكاثود، بعد اصطدامه بالأنود، يتعرض للعديد من الاصطدامات مع ذرات المادة وينقل إليها كمية كبيرة من الطاقة.

تحت تأثير الجهد العالي، يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة من خيوط الكاثود الساخن إلى طاقات عالية. الطاقة الحركية للإلكترون تساوي mv 2/2. وهي تساوي الطاقة التي تكتسبها عن طريق التحرك في المجال الكهروستاتيكي للأنبوب:

م 2 /2 = الاتحاد الأوروبي (1)

حيث m وe هما كتلة الإلكترون وشحنته، وU هو الجهد المتسارع.

العمليات التي تؤدي إلى ظهور الأشعة السينية bremsstrahlung ترجع إلى التباطؤ الشديد للإلكترونات في مادة الأنود بواسطة المجال الكهروستاتيكي للنواة الذرية والإلكترونات الذرية.

يمكن تمثيل آلية الأصل على النحو التالي. الإلكترونات المتحركة هي نوع من التيار الذي يشكل المجال المغناطيسي الخاص به. تباطؤ الإلكترون هو انخفاض في القوة الحالية، وبالتالي تغيير في تحريض المجال المغناطيسي، مما سيؤدي إلى ظهور مجال كهربائي متناوب، أي. ظهور موجة كهرومغناطيسية.

وهكذا، عندما يطير جسيم مشحون إلى المادة، فإنه يتباطأ، ويفقد طاقته وسرعته، وتنبعث منه موجات كهرومغناطيسية.

الخصائص الطيفية للأشعة السينية bremsstrahlung .

لذا، في حالة تباطؤ الإلكترون في مادة الأنود، إشعاع bremsstrahlung.

طيف bremsstrahlung مستمر. والسبب في ذلك هو على النحو التالي.

عندما تتباطأ الإلكترونات، يكون لكل منها جزء من الطاقة المستخدمة لتسخين الأنود (E 1 \u003d Q)، والجزء الآخر لإنشاء فوتون الأشعة السينية (E 2 \u003d hv)، وإلا، eU \u003d hv + س: النسبة بين هذه الأجزاء عشوائية.

وبالتالي، يتم تشكيل الطيف المستمر للأشعة السينية بسبب تباطؤ العديد من الإلكترونات، كل منها ينبعث من الأشعة السينية الكمومية hv (h) بقيمة محددة بدقة. قيمة هذا الكم مختلفة لإلكترونات مختلفة.اعتماد تدفق طاقة الأشعة السينية على الطول الموجي ، أي. يظهر طيف الأشعة السينية في الشكل 2.

الصورة 2. طيف Bremsstrahlung: أ) عند الفولتية المختلفة U في الأنبوب؛ ب) عند درجات حرارة مختلفة T من الكاثود.

يتمتع إشعاع الموجة القصيرة (الصلب) بقدرة اختراق أكبر من إشعاع الموجة الطويلة (الناعمة). يتم امتصاص الإشعاع الناعم بقوة أكبر بواسطة المادة.

ومن جانب الأطوال الموجية القصيرة، ينتهي الطيف فجأة عند طول موجي معين  m i n . يحدث هذا الانكسار ذو الطول الموجي القصير عندما يتم تحويل الطاقة التي اكتسبها الإلكترون في مجال متسارع بالكامل إلى طاقة فوتون (Q = 0):

الاتحاد الأوروبي = hv ماكس = hc/ دقيقة،  دقيقة = hc/(eU)، (2)

 دقيقة (نانومتر) = 1.23/UkV

يعتمد التركيب الطيفي للإشعاع على الجهد الكهربي الموجود على أنبوب الأشعة السينية، ومع زيادة الجهد، تتحول قيمة  m i n نحو الأطوال الموجية القصيرة (الشكل 2أ).

عندما تتغير درجة الحرارة T للوهج الكاثود، يزداد انبعاث الإلكترون. ونتيجة لذلك، يزداد التيار I في الأنبوب، لكن التركيب الطيفي للإشعاع لا يتغير (الشكل 2 ب).

يتناسب تدفق الطاقة Ф  لـ bremsstrahlung بشكل مباشر مع مربع الجهد U بين الأنود والكاثود، والقوة الحالية I في الأنبوب والعدد الذري Z لمادة الأنود:

Ф = kZU 2 I. (3)

حيث ك \u003d 10 -9 ث / (الخامس 2 أ).

الأشعة السينية المميزة (للتعريف).

تؤدي زيادة الجهد على أنبوب الأشعة السينية إلى ظهور خط يتوافق مع إشعاع الأشعة السينية المميز على خلفية الطيف المستمر. هذا الإشعاع خاص بمادة الأنود.

آلية حدوثه هي على النحو التالي. عند الجهد العالي، تخترق الإلكترونات المتسارعة (ذات الطاقة العالية) عمق الذرة وتطرد الإلكترونات من طبقاتها الداخلية. تنتقل الإلكترونات من المستويات العليا إلى الأماكن الحرة، ونتيجة لذلك تنبعث فوتونات ذات إشعاع مميز.

ويختلف أطياف الأشعة السينية المميزة عن الأطياف الضوئية.

- التوحيد.

يرجع توحيد الأطياف المميزة إلى حقيقة أن طبقات الإلكترون الداخلية للذرات المختلفة هي نفسها وتختلف فقط في الطاقة بسبب تأثير القوة من النوى، والذي يزداد مع زيادة عدد العناصر. ولذلك فإن الأطياف المميزة تتحول نحو الترددات الأعلى مع زيادة الشحنة النووية. وهذا ما أكده أحد موظفي رونتجن تجريبيا - موسليالذي قام بقياس ترددات انتقال الأشعة السينية لـ 33 عنصرًا. لقد صنعوا القانون.

قانون موزلي – الجذر التربيعي لتردد الإشعاع المميز هو دالة خطية للرقم الترتيبي للعنصر:

= أ  (ي - ب)، (4)

حيث v هو تردد الخط الطيفي، Z هو العدد الذري للعنصر الباعث. A، B ثوابت.

تكمن أهمية قانون موزلي في حقيقة أنه يمكن استخدام هذا الاعتماد لتحديد العدد الذري للعنصر قيد الدراسة بدقة من التردد المقاس لخط الأشعة السينية. وقد لعب هذا دورًا كبيرًا في ترتيب العناصر في الجدول الدوري.

الاستقلال عن مركب كيميائي.

لا تعتمد أطياف الأشعة السينية المميزة للذرة على المركب الكيميائي الذي تدخل فيه ذرة العنصر. على سبيل المثال، طيف الأشعة السينية لذرة الأكسجين هو نفسه بالنسبة لـ O 2، H 2 O، بينما يختلف الأطياف الضوئية لهذه المركبات. هذه الخاصية من طيف الأشعة السينية للذرة كانت أساس التسمية " الإشعاع المميز".

تفاعل الأشعة السينية مع المادة

يتم تحديد تأثير الأشعة السينية على الأجسام من خلال العمليات الأولية لتفاعل الأشعة السينية. الفوتون مع الإلكتروناتذرات وجزيئات المادة.

الأشعة السينية في المادة يمتصأو يتبدد. في هذه الحالة، يمكن أن تحدث عمليات مختلفة، والتي يتم تحديدها من خلال نسبة طاقة فوتون الأشعة السينية hv وطاقة التأين Аu (طاقة التأين Аu هي الطاقة اللازمة لإزالة الإلكترونات الداخلية من الذرة أو الجزيء).

أ) تشتت متماسك(تشتت الإشعاع طويل الموجة) يحدث عندما تكون العلاقة

بالنسبة للفوتونات، بسبب التفاعل مع الإلكترونات، يتغير اتجاه الحركة فقط (الشكل 3 أ)، لكن الطاقة والطول الموجي لا يتغيران (لذلك يسمى هذا التشتت متماسك). وبما أن طاقات الفوتون والذرة لا تتغير، فإن التشتت المتماسك لا يؤثر على الأجسام البيولوجية، ولكن عند إنشاء الحماية ضد إشعاع الأشعة السينية، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار إمكانية تغيير الاتجاه الأساسي للحزمة.

ب) التأثير الكهروضوئييحدث عندما

وفي هذه الحالة يمكن تحقيق حالتين.

يتم امتصاص الفوتون، ويتم فصل الإلكترون عن الذرة (الشكل 3ب). يحدث التأين. يكتسب الإلكترون المنفصل طاقة حركية: E k \u003d hv - A و. إذا كانت الطاقة الحركية كبيرة، فيمكن للإلكترون أن يؤين الذرات المجاورة عن طريق الاصطدام، مكونًا ذرات جديدة. ثانويالإلكترونات.

يتم امتصاص الفوتون، ولكن طاقته ليست كافية لفصل الإلكترون، و إثارة ذرة أو جزيء(الشكل 3 ج). وهذا غالبا ما يؤدي إلى انبعاث فوتون لاحق في منطقة الإشعاع المرئي (تلألؤ الأشعة السينية)، وفي الأنسجة إلى تنشيط الجزيئات والتفاعلات الكيميائية الضوئية. يحدث التأثير الكهروضوئي بشكل رئيسي على إلكترونات الأغلفة الداخلية للذرات ذات Z العالي.

الخامس) تشتت غير متماسك(تأثير كومبتون، 1922) يحدث عندما تكون طاقة الفوتون أكبر بكثير من طاقة التأين

في هذه الحالة، يتم فصل الإلكترون عن الذرة (وتسمى هذه الإلكترونات الإلكترونات الارتدادية), يكتسب بعض الطاقة الحركية E k، تنخفض طاقة الفوتون نفسه (الشكل 4 د):

hv=hv" + أ و + ه ك (5)

يسمى الإشعاع الناتج بتردد (طول) متغير ثانوي، وينتشر في كل الاتجاهات.

يمكن للإلكترونات المرتدة، إذا كانت لديها طاقة حركية كافية، أن تؤين الذرات المجاورة عن طريق الاصطدام. وبالتالي، نتيجة للتشتت غير المتماسك، يتم تشكيل إشعاع الأشعة السينية الثانوية المتناثرة وتأين ذرات المادة.

هذه العمليات (أ، ب، ج) يمكن أن تسبب عددًا من العمليات اللاحقة. على سبيل المثال (الشكل 3D)، إذا تم فصل الإلكترونات عن الذرة على الأغلفة الداخلية أثناء التأثير الكهروضوئي، فيمكن أن تنتقل الإلكترونات من المستويات الأعلى إلى مكانها، وهو ما يصاحبه إشعاع الأشعة السينية المميز لهذه المادة. يمكن لفوتونات الإشعاع الثانوي، التي تتفاعل مع إلكترونات الذرات المجاورة، أن تسبب بدورها ظواهر ثانوية.

تشتت متماسك

أوه تبقى الطاقة والطول الموجي دون تغيير

التأثير الكهروضوئي

يتم امتصاص الفوتون، ه - ينفصل عن الذرة - التأين

hv \u003d A و + E ل

الذرة أ متحمس عند امتصاص الفوتون، R هو تلألؤ الأشعة السينية

تشتت غير متماسك

hv \u003d hv "+ A و + E إلى

العمليات الثانوية في التأثير الكهروضوئي

أرز. 3 آليات تفاعل الأشعة السينية مع المادة

الأساس الفيزيائي لاستخدام الأشعة السينية في الطب

عندما تسقط الأشعة السينية على جسم ما، فإنها تنعكس قليلاً عن سطحه، ولكنها تمر بشكل أساسي إلى عمقه، في حين يتم امتصاصها وتبعثرها جزئيًا، وتمر عبرها جزئيًا.

قانون الضعف.

يتم تخفيف تدفق الأشعة السينية في المادة وفقًا للقانون:

F \u003d F 0 ه -   س (6)

حيث  خطية عامل التوهين,والذي يعتمد بشكل أساسي على كثافة المادة. وهو يساوي مجموع ثلاثة حدود تقابل الانتثار المتماسك  1، وغير المتماسك  2 والتأثير الكهروضوئي  3:

 =  1 +  2 +  3 . (7)

يتم تحديد مساهمة كل مصطلح بواسطة طاقة الفوتون. وفيما يلي نسب هذه العمليات للأنسجة الرخوة (الماء).

الطاقة، كيلو إلكترون فولت	التأثير الكهروضوئي	كومبتون - تأثير

يتمتع معامل التوهين الشامل,والتي لا تعتمد على كثافة المادة :

م = /. (8)

يعتمد معامل التوهين الكتلي على طاقة الفوتون وعلى العدد الذري للمادة الممتصة:

 م = ك 3 ض 3 . (9)

تختلف معاملات التوهين الشامل للعظام والأنسجة الرخوة (الماء):  م عظم /  م ماء = 68.

إذا تم وضع جسم غير متجانس في مسار الأشعة السينية ووضعت أمامه شاشة فلورسنت، فإن هذا الجسم الذي يمتص الإشعاع ويخففه يشكل ظلاً على الشاشة. ومن خلال طبيعة هذا الظل، يمكن الحكم على شكل الأجسام وكثافتها وبنيتها، وفي كثير من الحالات طبيعة الأجسام. أولئك. يتيح لك الاختلاف الكبير في امتصاص الأنسجة المختلفة للأشعة السينية رؤية صورة الأعضاء الداخلية في إسقاط الظل.

إذا كان العضو قيد الدراسة والأنسجة المحيطة به يخففان الأشعة السينية بالتساوي، فسيتم استخدام عوامل التباين. لذلك، على سبيل المثال، عند ملء المعدة والأمعاء بكتلة طرية من كبريتات الباريوم (BaSO 4)، يمكن للمرء أن يرى صورة الظل الخاصة بها (نسبة معاملات التوهين هي 354).

استخدامها في الطب.

في الطب، يتم استخدام الأشعة السينية ذات طاقة الفوتون من 60 إلى 100-120 كيلو فولت للتشخيص و150-200 كيلو فولت للعلاج.

التشخيص بالأشعة السينية – التعرف على الأمراض عن طريق إضاءة الجسم بالأشعة السينية.

يتم استخدام التشخيص بالأشعة السينية في العديد من الخيارات الموضحة أدناه.

مع التنظير الفلورييقع أنبوب الأشعة السينية خلف المريض. أمامه شاشة الفلورسنت. هناك صورة ظل (إيجابية) على الشاشة. في كل حالة على حدة، يتم اختيار صلابة الإشعاع المناسبة بحيث يمر عبر الأنسجة الرخوة، ولكن يتم امتصاصه بشكل كافٍ من قبل الأنسجة الكثيفة. خلاف ذلك، يتم الحصول على ظل موحد. على الشاشة يظهر القلب والأضلاع مظلمة والرئتان فاتحتان.

عندما التصوير الشعاعييتم وضع الكائن على شريط يحتوي على فيلم به مستحلب فوتوغرافي خاص. يتم وضع أنبوب الأشعة السينية فوق الجسم. الصورة الشعاعية الناتجة تعطي صورة سلبية، أي. العكس على النقيض من الصورة التي لوحظت أثناء عملية النقل. في هذه الطريقة، تكون الصورة أكثر وضوحًا مما كانت عليه في (1)، لذلك يتم ملاحظة تفاصيل يصعب رؤيتها عند نقلها للضوء.

البديل الواعد لهذه الطريقة هو الأشعة السينية الأشعة المقطعيةو"إصدار الآلة" - الكمبيوتر الأشعة المقطعية.

3. مع التنظير الفلوري،في فيلم حساس صغير الحجم، يتم تثبيت الصورة من الشاشة الكبيرة. عند عرضها، يتم فحص الصور على عدسة مكبرة خاصة.

العلاج بالأشعة السينية- استخدام الأشعة السينية لتدمير الأورام الخبيثة.

التأثير البيولوجي للإشعاع هو تعطيل النشاط الحيوي، وخاصة الخلايا التي تتكاثر بسرعة.

التصوير المقطعي المحوسب (CT)

تعتمد طريقة التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية على إعادة بناء صورة لقسم معين من جسم المريض من خلال تسجيل عدد كبير من إسقاطات الأشعة السينية لهذا القسم، والتي تم إجراؤها بزوايا مختلفة. وتدخل المعلومات من أجهزة الاستشعار التي تسجل هذه الإسقاطات إلى الكمبيوتر، وذلك وفق برنامج خاص يحسبتوزيع ضيقحجم العينةفي القسم الذي تم التحقيق فيه ويعرضه على شاشة العرض. تتميز صورة جزء من جسم المريض التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة بالوضوح الممتاز ومحتوى المعلومات العالي. يتيح لك البرنامج يزيد تباين الصورةالخامس العشرات وحتى مئات المرات. وهذا يوسع القدرات التشخيصية لهذه الطريقة.

مصوري الفيديو (أجهزة معالجة الصور الرقمية بالأشعة السينية) في طب الأسنان الحديث.

في طب الأسنان، يعتبر الفحص بالأشعة السينية هو الطريقة التشخيصية الرئيسية. ومع ذلك، فإن عددًا من الميزات التنظيمية والتقنية التقليدية للتشخيص بالأشعة السينية تجعله غير مريح تمامًا لكل من عيادات المرضى وعيادات الأسنان. هذا، أولاً وقبل كل شيء، حاجة المريض إلى ملامسة الإشعاعات المؤينة، والتي غالبًا ما تخلق حملًا إشعاعيًا كبيرًا على الجسم، وهي أيضًا الحاجة إلى معالجة ضوئية، وبالتالي الحاجة إلى الكواشف الضوئية، بما في ذلك تلك السامة. هذا أخيرًا أرشيف ضخم ومجلدات وأظرف ثقيلة تحتوي على أفلام الأشعة السينية.

بالإضافة إلى ذلك، فإن المستوى الحالي لتطور طب الأسنان يجعل التقييم الذاتي للصور الشعاعية بالعين البشرية غير كاف. كما اتضح، من بين مجموعة متنوعة من ظلال اللون الرمادي الموجودة في صورة الأشعة السينية، ترى العين 64 فقط.

من الواضح أنه للحصول على صورة واضحة ومفصلة للأنسجة الصلبة للنظام السنخي السني مع الحد الأدنى من التعرض للإشعاع، هناك حاجة إلى حلول أخرى. أدى البحث إلى إنشاء ما يسمى بأنظمة التصوير الشعاعي ومصوري الفيديو - أنظمة التصوير الشعاعي الرقمي.

وبدون تفاصيل فنية، فإن مبدأ تشغيل هذه الأنظمة هو كما يلي. يدخل إشعاع الأشعة السينية عبر الجسم ليس على فيلم حساس للضوء، ولكن على جهاز استشعار خاص داخل الفم (مصفوفة إلكترونية خاصة). يتم إرسال الإشارة المقابلة من المصفوفة إلى جهاز رقمي (محول تناظري إلى رقمي، ADC) الذي يحولها إلى شكل رقمي ومتصل بالكمبيوتر. يقوم برنامج خاص بإنشاء صورة أشعة سينية على شاشة الكمبيوتر ويسمح لك بمعالجتها وحفظها على وسائط تخزين صلبة أو مرنة (القرص الصلب والأقراص المرنة) وطباعتها كصورة كملف.

في النظام الرقمي، صورة الأشعة السينية عبارة عن مجموعة من النقاط ذات قيم تدرج رمادي رقمية مختلفة. يتيح تحسين عرض المعلومات الذي يوفره البرنامج إمكانية الحصول على إطار مثالي من حيث السطوع والتباين عند جرعة إشعاع منخفضة نسبيًا.

في الأنظمة الحديثة التي تم إنشاؤها، على سبيل المثال، بواسطة Trophy (فرنسا) أو Schick (الولايات المتحدة الأمريكية)، يتم استخدام 4096 ظلال من اللون الرمادي عند تشكيل الإطار، ويعتمد وقت التعرض على موضوع الدراسة، وفي المتوسط، هو جزء من مائة - أعشار من والثاني، انخفاض التعرض للإشعاع فيما يتعلق بالفيلم - ما يصل إلى 90٪ للأنظمة داخل الفم، وما يصل إلى 70٪ لمصوري الفيديو البانوراميين.

عند معالجة الصور، يسمح مصورو الفيديو بما يلي:

احصل على صور إيجابية وسلبية وصور ملونة زائفة وصور منقوشة.

زيادة التباين وتكبير المنطقة محل الاهتمام في الصورة.

تقييم التغيرات في كثافة أنسجة الأسنان وهياكل العظام، والتحكم في توحيد حشو القناة.

في علاج جذور الأسنان، يتم تحديد طول القناة بأي انحناء، وفي الجراحة يتم تحديد حجم الزرعة بدقة 0.1 ملم.

يتيح لك نظام كشف التسوس الفريد المزود بعناصر الذكاء الاصطناعي أثناء تحليل الصورة اكتشاف التسوس في مرحلة البقع وتسوس الجذر والتسوس المخفي.

 يشير "F" في الصيغة (3) إلى النطاق الكامل للأطوال الموجية المشعة وغالباً ما يشار إليه باسم "تدفق الطاقة المتكامل".