Характеристика на рентгеновото излъчване: описание, действие, характеристики. Ефектът на рентгеновото лъчение върху човека Рентгеново лъчение и използването му в медицината

Рентгеновите лъчи са вид високоенергийно електромагнитно излъчване. Използва се активно в различни области на медицината.

Рентгеновите лъчи са електромагнитни вълни, чиято фотонна енергия в скалата на електромагнитните вълни е между ултравиолетово лъчение и гама лъчение (от ~10 eV до ~1 MeV), което съответства на дължини на вълните от ~10^3 до ~10^−2 ангстрьома ( от ~10^−7 до ~10^−12 m). Тоест, това е несравнимо по-твърда радиация от видимата светлина, която е в тази скала между ултравиолетовите и инфрачервените („топлинни“) лъчи.

Границата между рентгеновото и гама-лъчението се разграничава условно: техните диапазони се пресичат, гама-лъчите могат да имат енергия от 1 keV. Те се различават по произход: гама лъчите се излъчват при процеси, протичащи в атомните ядра, докато рентгеновите лъчи се излъчват при процеси, включващи електрони (както свободни, така и тези в електронните обвивки на атомите). В същото време е невъзможно да се определи от самия фотон по време на кой процес е възникнал, т.е. разделянето на рентгенови и гама диапазони е до голяма степен произволно.

Диапазонът на рентгеновите лъчи е разделен на „мек рентгенов“ и „твърд“. Границата между тях лежи на ниво дължина на вълната от 2 ангстрьома и 6 keV енергия.

Рентгеновият генератор е тръба, в която се създава вакуум. Има електроди - катод, към който се прилага отрицателен заряд, и положително зареден анод. Напрежението между тях е от десетки до стотици киловолта. Генерирането на рентгенови фотони възниква, когато електроните се „откъснат“ от катода и се блъскат в повърхността на анода с висока скорост. Полученото рентгеново лъчение се нарича спирачно лъчение, неговите фотони имат различни дължини на вълната.

В същото време се генерират фотони от характерния спектър. Част от електроните в атомите на анодното вещество се възбуждат, т.е. отиват на по-високи орбити и след това се връщат в нормалното си състояние, излъчвайки фотони с определена дължина на вълната. И двата вида рентгенови лъчи се произвеждат в стандартен генератор.

История на откритията

На 8 ноември 1895 г. немският учен Вилхелм Конрад Рьонтген открива, че някои вещества под въздействието на „катодни лъчи“, тоест поток от електрони, генериран от катодна тръба, започват да светят. Той обясни това явление с влиянието на някои рентгенови лъчи - така („рентгенови лъчи“) това лъчение сега се нарича на много езици. По-късно В.К. Рентген изучава открития от него феномен. На 22 декември 1895 г. той изнася лекция на тази тема във Вюрцбургския университет.

По-късно се оказа, че рентгеновото лъчение е било наблюдавано и преди, но тогава на свързаните с него явления не се придаваше голямо значение. Катодната тръба е изобретена отдавна, но преди В.К. Рентген, никой не обърна особено внимание на почерняването на фотоплаки край него и т.н. явления. Опасността от проникващата радиация също беше неизвестна.

Видове и тяхното въздействие върху тялото

„Рентгеновите лъчи“ са най-мекият тип проникваща радиация. Прекомерното излагане на меки рентгенови лъчи е подобно на ултравиолетовото излагане, но в по-тежка форма. По кожата се образува изгаряне, но лезията е по-дълбока и заздравява много по-бавно.

Твърдият рентген е пълноценно йонизиращо лъчение, което може да доведе до лъчева болест. Рентгеновите кванти могат да разрушат протеиновите молекули, които изграждат тъканите на човешкото тяло, както и ДНК молекулите на генома. Но дори ако рентгенов квант разбие водна молекула, това няма значение: в този случай се образуват химически активни свободни радикали Н и ОН, които сами по себе си са способни да действат върху протеини и ДНК. Лъчевата болест протича в толкова по-тежка форма, колкото повече са засегнати хематопоетичните органи.

Рентгеновите лъчи имат мутагенно и канцерогенно действие. Това означава, че вероятността от спонтанни мутации в клетките по време на облъчване се увеличава и понякога здравите клетки могат да се изродят в ракови. Увеличаването на вероятността от злокачествени тумори е стандартна последица от всяко излагане, включително рентгенови лъчи. Рентгеновите лъчи са най-малко опасният вид проникваща радиация, но все пак могат да бъдат опасни.

Рентгеново лъчение: приложение и как действа

Рентгеновото лъчение се използва в медицината, както и в други области на човешката дейност.

Флуороскопия и компютърна томография

Най-често срещаното приложение на рентгеновите лъчи е флуороскопията. „Трансилюминацията“ на човешкото тяло ви позволява да получите детайлно изображение както на костите (те са най-ясно видими), така и изображения на вътрешните органи.

Различната прозрачност на телесните тъкани в рентгеновите лъчи е свързана с техния химичен състав. Характеристики на структурата на костите е, че те съдържат много калций и фосфор. Други тъкани са съставени главно от въглерод, водород, кислород и азот. Фосфорният атом превишава теглото на кислородния атом почти два пъти, а калциевият атом - 2,5 пъти (въглеродът, азотът и водородът са дори по-леки от кислорода). В тази връзка абсорбцията на рентгеновите фотони в костите е много по-висока.

В допълнение към двуизмерните "снимки", радиографията позволява да се създаде триизмерно изображение на орган: този вид радиография се нарича компютърна томография. За тези цели се използват меки рентгенови лъчи. Размерът на експозицията, получена в едно изображение, е малка: тя е приблизително равна на експозицията, получена по време на 2-часов полет в самолет на височина 10 km.

Рентгеновото откриване на дефекти ви позволява да откривате малки вътрешни дефекти в продуктите. За това се използват твърди рентгенови лъчи, тъй като много материали (например метал) са слабо „прозрачни“ поради високата атомна маса на съставното им вещество.

Рентгенова дифракция и рентгенофлуоресцентен анализ

Рентгеновите лъчи имат свойства, които им позволяват да изследват отделните атоми в детайли. Рентгеновият дифракционен анализ се използва активно в химията (включително биохимията) и кристалографията. Принципът на неговото действие е дифракционното разсейване на рентгенови лъчи от атоми на кристали или сложни молекули. С помощта на рентгенова дифракция е определена структурата на ДНК молекулата.

Рентгеновият флуоресцентен анализ ви позволява бързо да определите химичния състав на дадено вещество.

Има много форми на лъчетерапия, но всички те включват използването на йонизиращо лъчение. Лъчелечението се разделя на 2 вида: корпускулярно и вълново. Корпускулярно използва потоци от алфа частици (ядра на хелиеви атоми), бета частици (електрони), неутрони, протони, тежки йони. Wave използва лъчи от електромагнитния спектър - рентгенови лъчи и гама.

Лъчетерапевтичните методи се използват предимно за лечение на онкологични заболявания. Факт е, че радиацията засяга предимно активно делящите се клетки, поради което хемопоетичните органи страдат по този начин (клетки им непрекъснато се делят, произвеждайки нови и нови червени кръвни клетки). Раковите клетки също непрекъснато се делят и са по-уязвими на радиация от здравата тъкан.

Използва се ниво на радиация, което потиска активността на раковите клетки, като същевременно засяга умерено здравите. Под въздействието на радиацията не се разрушават клетките като такива, а увреждането на техния геном - ДНК молекули. Клетка с унищожен геном може да съществува известно време, но вече не може да се дели, тоест растежът на тумора спира.

Лъчевата терапия е най-леката форма на лъчетерапия. Вълновото лъчение е по-меко от корпускулярното лъчение, а рентгеновите лъчи са по-меки от гама-лъчението.

По време на бременност

Опасно е използването на йонизиращо лъчение по време на бременност. Рентгеновите лъчи са мутагенни и могат да причинят аномалии в плода. Рентгеновата терапия е несъвместима с бременността: може да се използва само ако вече е решено да се направи аборт. Ограниченията за флуороскопията са по-меки, но през първите месеци също е строго забранено.

В случай на спешност рентгеновото изследване се заменя с ядрено-магнитен резонанс. Но през първия триместър се опитват да го избегнат (този метод се появи наскоро и с абсолютна сигурност може да се говори за липсата на вредни последици).

Недвусмислена опасност възниква при излагане на обща доза от най-малко 1 mSv (в стари единици - 100 mR). При проста рентгенова снимка (например при флуорография) пациентът получава около 50 пъти по-малко. За да получите такава доза наведнъж, трябва да се подложите на подробна компютърна томография.

Тоест, самият факт на 1-2-кратно „рентгеново изследване“ в ранен стадий на бременността не заплашва със сериозни последствия (но е по-добре да не рискувате).

Лечение с него

Рентгеновите лъчи се използват предимно в борбата срещу злокачествените тумори. Този метод е добър, защото е много ефективен: убива тумора. Лошо е, защото здравите тъкани не са много по-добри, има много странични ефекти. Особено застрашени са органите на хемопоезата.

В практиката се използват различни методи за намаляване на ефекта на рентгеновите лъчи върху здравите тъкани. Лъчите са насочени под ъгъл по такъв начин, че в зоната на тяхното пресичане се появява тумор (поради това основното усвояване на енергия се случва точно там). Понякога процедурата се извършва в движение: тялото на пациента се върти спрямо източника на радиация около ос, минаваща през тумора. В същото време здравите тъкани са в зоната на облъчване само понякога, а болните - през цялото време.

Рентгеновите лъчи се използват при лечението на някои артрози и подобни заболявания, както и кожни заболявания. В този случай синдромът на болката намалява с 50-90%. Тъй като радиацията, използвана в този случай, е по-мека, не се наблюдават странични ефекти, подобни на тези, които се появяват при лечението на тумори.

Съвременната медицинска диагностика и лечение на определени заболявания не може да се представи без устройства, които използват свойствата на рентгеновите лъчи. Откриването на рентгеновите лъчи е станало преди повече от 100 години, но дори и сега продължава работата по създаването на нови методи и апарати за минимизиране на отрицателния ефект на радиацията върху човешкото тяло.

Кой и как е открил рентгеновите лъчи

При естествени условия потокът от рентгенови лъчи е рядък и се излъчва само от определени радиоактивни изотопи. Рентгеновите лъчи или рентгеновите лъчи са открити едва през 1895 г. от немския учен Вилхелм Рьонтген. Това откритие стана случайно, по време на експеримент за изследване на поведението на светлинните лъчи при условия, близки до вакуума. Експериментът включваше катодна газоразрядна тръба с понижено налягане и флуоресцентен екран, който всеки път започваше да свети в момента, в който тръбата започваше да действа.

Интересувайки се от странен ефект, Рьонтген провежда серия от изследвания, показващи, че полученото лъчение, невидимо за окото, е в състояние да проникне през различни препятствия: хартия, дърво, стъкло, някои метали и дори през човешкото тяло. Въпреки липсата на разбиране за самата природа на случващото се, дали подобно явление е причинено от генерирането на поток от непознати частици или вълни, беше отбелязана следната закономерност - радиацията лесно преминава през меките тъкани на тялото и много по-трудно чрез твърди живи тъкани и неживи вещества.

Рентген не е първият, който изучава този феномен. В средата на 19 век французинът Антоан Мейсън и англичанинът Уилям Крукс изследват подобни възможности. Рентген обаче е първият, който изобретява катодната тръба и индикатор, който може да се използва в медицината. Той е първият, който публикува научен труд, който му носи титлата на първия Нобелов лауреат сред физиците.

През 1901 г. започва плодотворно сътрудничество между тримата учени, които стават бащи-основатели на радиологията и радиологията.

Рентгенови свойства

Рентгеновите лъчи са неразделна част от общия спектър на електромагнитното излъчване. Дължината на вълната е между гама и ултравиолетовите лъчи. Рентгеновите лъчи имат всички обичайни вълнови свойства:

• дифракция;
• пречупване;
• намеса;
• скорост на разпространение (тя е равна на светлината).

За изкуствено генериране на рентгенов поток се използват специални устройства - рентгенови тръби. Рентгеновото лъчение възниква от контакта на бързи волфрамови електрони с вещества, изпаряващи се от горещ анод. На фона на взаимодействието възникват електромагнитни вълни с малка дължина, които са в спектъра от 100 до 0,01 nm и в енергийния диапазон 100-0,1 MeV. Ако дължината на вълната на лъчите е по-малка от 0,2 nm - това е твърдо излъчване, ако дължината на вълната е по-голяма от определената стойност, те се наричат ​​меки рентгенови лъчи.

Показателно е, че кинетичната енергия, произтичаща от контакта на електроните и анодното вещество, се превръща 99% в топлинна енергия и само 1% е рентгенова енергия.

Рентгеново лъчение - спирачно и характеристично

Рентгеновото лъчение е суперпозиция на два вида лъчи - спирачно и характеристично. Те се генерират в слушалката едновременно. Следователно рентгеновото облъчване и характеристиката на всяка конкретна рентгенова тръба - спектърът на нейното излъчване, зависи от тези показатели и представлява тяхна суперпозиция.

Bremsstrahlung или непрекъснатите рентгенови лъчи са резултат от забавяне на електрони, изпаряващи се от волфрамова нишка.

Характеристичните или линейни рентгенови лъчи се образуват в момента на пренареждане на атомите на веществото на анода на рентгеновата тръба. Дължината на вълната на характеристичните лъчи зависи пряко от атомния номер на химическия елемент, използван за направата на анода на тръбата.

Изброените свойства на рентгеновите лъчи им позволяват да се използват на практика:

• невидими за обикновеното око;
• висока проникваща способност през живи тъкани и неживи материали, които не пропускат видима светлина;
• йонизиращ ефект върху молекулярните структури.

Принципи на рентгеновото изображение

Свойството на рентгеновите лъчи, на което се базира изобразяването, е способността или да се разлагат, или да предизвикват светене на някои вещества.

Рентгеновото облъчване предизвиква флуоресцентно сияние в кадмиевите и цинковите сулфиди - зелено, а в калциевия волфрамат - синьо. Това свойство се използва в техниката на медицинска рентгенова трансилюминация и също така увеличава функционалността на рентгеновите екрани.

Фотохимичният ефект на рентгеновите лъчи върху светлочувствителните сребърнохалогенни материали (осветяване) дава възможност за извършване на диагностика - правене на рентгенови изображения. Това свойство се използва и при измерване на количеството на общата доза, която лаборантите получават в рентгенови кабинети. Носимите дозиметри имат специални чувствителни ленти и индикатори. Йонизиращият ефект на рентгеновото лъчение дава възможност да се определят качествените характеристики на получените рентгенови лъчи.

Еднократно излагане на конвенционални рентгенови лъчи увеличава риска от рак само с 0,001%.

Области, където се използват рентгенови лъчи

Използването на рентгенови лъчи е приемливо в следните отрасли:

1. Безопасност. Стационарни и преносими устройства за откриване на опасни и забранени предмети на летища, митници или на многолюдни места.
2. Химическа промишленост, металургия, археология, архитектура, строителство, реставрация - за откриване на дефекти и извършване на химичен анализ на веществата.
3. Астрономия. Помага за наблюдение на космически тела и явления с помощта на рентгенови телескопи.
4. военна индустрия. За разработването на лазерни оръжия.

Основното приложение на рентгеновите лъчи е в областта на медицината. Днес секцията по медицинска радиология включва: лъчева диагностика, лъчелечение (рентгенова терапия), радиохирургия. Медицинските университети произвеждат високоспециализирани специалисти – рентгенолози.

Рентгенова радиация - вреда и полза, въздействие върху тялото

Високата проникваща способност и йонизиращият ефект на рентгеновите лъчи могат да причинят промяна в структурата на ДНК на клетката, поради което са опасни за хората. Вредата от рентгеновото лъчение е правопропорционална на получената доза радиация. Различните органи реагират на облъчване в различна степен. Най-податливите включват:

• костен мозък и костна тъкан;
• леща на окото;
• щитовидната жлеза;
• млечни и полови жлези;
• белодробна тъкан.

Неконтролираното използване на рентгеново лъчение може да причини обратими и необратими патологии.

Последици от облъчването с рентгенови лъчи:

• увреждане на костния мозък и появата на патологии на хемопоетичната система - еритроцитопения, тромбоцитопения, левкемия;
• увреждане на лещата с последващо развитие на катаракта;
• клетъчни мутации, които са наследени;
• развитие на онкологични заболявания;
• получаване на радиационни изгаряния;
• развитие на лъчева болест.

важно! За разлика от радиоактивните вещества, рентгеновите лъчи не се натрупват в тъканите на тялото, което означава, че няма нужда от отстраняване на рентгеновите лъчи от тялото. Вредното действие на рентгеновите лъчи приключва с изключване на медицинското изделие.

Използването на рентгенови лъчи в медицината е допустимо не само за диагностични (травматология, стоматология), но и за терапевтични цели:

• от рентгенови лъчи в малки дози се стимулира метаболизма в живите клетки и тъкани;
• определени ограничаващи дози се използват за лечение на онкологични и доброкачествени новообразувания.

Методи за диагностициране на патологии с помощта на рентгенови лъчи

Радиодиагностиката включва следните методи:

1. Флуороскопията е изследване, при което се получава изображение на флуоресцентен екран в реално време. Наред с класическото изобразяване на част от тялото в реално време, днес съществуват рентгенови телевизионни трансилюминационни технологии - изображението се прехвърля от флуоресцентен екран на телевизионен монитор, разположен в друга стая. Разработени са няколко цифрови метода за обработка на полученото изображение, последвано от прехвърлянето му от екрана на хартия.
2. Флуорографията е най-евтиният метод за изследване на гръдните органи, който се състои в направата на малка снимка с размери 7х7 см. Въпреки възможността за грешка, това е единственият начин за провеждане на масов годишен преглед на населението. Методът не е опасен и не изисква изтегляне на получената доза облъчване от организма.
3. Рентгенография - получаване на обобщено изображение върху филм или хартия за изясняване на формата на органа, неговото положение или тон. Може да се използва за оценка на перисталтиката и състоянието на лигавиците. Ако има избор, тогава сред съвременните рентгенови устройства не трябва да се дава предпочитание нито на цифрови устройства, където потокът на рентгеновите лъчи може да бъде по-висок от този на старите устройства, а на нискодозови рентгенови устройства с директен плосък полупроводникови детектори. Те ви позволяват да намалите натоварването на тялото с 4 пъти.
4. Компютърната рентгенова томография е техника, която използва рентгенови лъчи за получаване на необходимия брой изображения на участъци от избран орган. Сред многото разновидности на съвременни КТ устройства, КТ скенери с ниска доза и висока разделителна способност се използват за серия от повтарящи се изследвания.

Лъчетерапия

Рентгеновата терапия се отнася до местните методи на лечение. Най-често методът се използва за унищожаване на ракови клетки. Тъй като ефектът от експозицията е сравним с хирургично отстраняване, този метод на лечение често се нарича радиохирургия.

Днес рентгеновото лечение се извършва по следните начини:

1. Външно (протонна терапия) - лъчевият лъч навлиза в тялото на пациента отвън.
2. Вътрешна (брахитерапия) - използването на радиоактивни капсули чрез имплантирането им в тялото, като се поставят по-близо до раковия тумор. Недостатъкът на този метод на лечение е, че докато капсулата не бъде извадена от тялото, пациентът трябва да бъде изолиран.

Тези методи са щадящи и използването им в някои случаи е за предпочитане пред химиотерапията. Такава популярност се дължи на факта, че лъчите не се натрупват и не изискват отстраняване от тялото, те имат селективен ефект, без да засягат други клетки и тъкани.

Безопасна скорост на рентгеново излагане

Този показател за нормата на допустимата годишна експозиция има свое име - генетично значима еквивалентна доза (GED). Няма ясни количествени стойности за този показател.

1. Този показател зависи от възрастта и желанието на пациента да има деца в бъдеще.
2. Зависи от това кои органи са изследвани или лекувани.
3. GZD се влияе от нивото на естествения радиоактивен фон на района, в който живее човек.

Днес са в сила следните средни GZD стандарти:

• нивото на облъчване от всички източници, с изключение на медицинските, и без отчитане на естествения радиационен фон - 167 mRem годишно;
• нормата за годишен медицински преглед е не повече от 100 mRem годишно;
• общата безопасна стойност е 392 mRem на година.

Рентгеновото лъчение не изисква отделяне от тялото и е опасно само при интензивно и продължително излагане. Съвременното медицинско оборудване използва нискоенергийно лъчение с кратка продължителност, така че използването му се счита за относително безвредно.

Радиологията е клон на радиологията, който изучава ефектите на рентгеновото лъчение върху тялото на животните и хората, произтичащи от това заболяване, тяхното лечение и профилактика, както и методи за диагностициране на различни патологии с помощта на рентгенови лъчи (рентгенова диагностика). . Типичният рентгенов диагностичен апарат включва захранване (трансформатори), токоизправител за високо напрежение, който преобразува променливия ток на електрическата мрежа в постоянен ток, контролен панел, статив и рентгенова тръба.

Рентгеновите лъчи са вид електромагнитни трептения, които се образуват в рентгенова тръба по време на рязко забавяне на ускорените електрони в момента на сблъсъка им с атомите на анодното вещество. Понастоящем е общоприето мнението, че рентгеновите лъчи по своята физическа природа са един от видовете лъчиста енергия, чийто спектър включва също радиовълни, инфрачервени лъчи, видима светлина, ултравиолетови лъчи и гама лъчи на радиоактивни елементи. Рентгеновото лъчение може да се характеризира като съвкупност от най-малките му частици - кванти или фотони.

Ориз. 1 - мобилен рентгенов апарат:

А - рентгенова тръба;
B - захранване;
B - регулируем статив.

Ориз. 2 - Контролен панел на рентгеновия апарат (механичен - отляво и електронен - ​​отдясно):

A - панел за регулиране на експозицията и твърдостта;
B - бутон за захранване с високо напрежение.

Ориз. 3 е блокова схема на типичен рентгенов апарат

1 - мрежа;
2 - автотрансформатор;
3 - повишаващ трансформатор;
4 - рентгенова тръба;
5 - анод;
6 - катод;
7 - понижаващ трансформатор.

Механизъм на получаване на рентгенови лъчи

Рентгеновите лъчи се образуват в момента на сблъсък на поток от ускорени електрони с материала на анода. Когато електроните взаимодействат с мишена, 99% от тяхната кинетична енергия се преобразува в топлинна енергия и само 1% в рентгенови лъчи.

Рентгеновата тръба се състои от стъклен контейнер, в който са запоени 2 електрода: катод и анод. Въздухът се изпомпва от стъкления цилиндър: движението на електрони от катода към анода е възможно само при условия на относителен вакуум (10 -7 -10 -8 mm Hg). На катода има нишка, която е плътно усукана волфрамова нишка. Когато към нишката се подаде електрически ток, възниква емисия на електрони, при която електроните се отделят от спиралата и образуват електронен облак близо до катода. Този облак се концентрира върху фокусиращата чаша на катода, която задава посоката на движение на електроните. Чаша - малка вдлъбнатина в катода. Анодът от своя страна съдържа волфрамова метална пластина, върху която се фокусират електроните - това е мястото на образуване на рентгенови лъчи.

Ориз. 4 - Устройство за рентгенова тръба:

А - катод;
B - анод;
B - волфрамова нишка;
G - фокусираща чаша на катода;
D - поток от ускорени електрони;
E - волфрамова цел;
G - стъклена колба;
З - прозорец от берилий;
И - образувани рентгенови лъчи;
K - алуминиев филтър.

Към електронната тръба са свързани 2 трансформатора: понижаващ и повишаващ. Понижаващ трансформатор загрява волфрамовата нишка с ниско напрежение (5-15 волта), което води до емисия на електрони. Повишаващ или високоволтов трансформатор отива директно към катода и анода, които се захранват с напрежение от 20–140 киловолта. Двата трансформатора се поставят във високоволтовия блок на рентгеновия апарат, който е запълнен с трансформаторно масло, което осигурява охлаждане на трансформаторите и тяхната надеждна изолация.

След образуването на електронен облак с помощта на понижаващ трансформатор, повишаващият трансформатор се включва и към двата полюса на електрическата верига се прилага напрежение с високо напрежение: положителен импулс към анода и отрицателен импулс към катода. Отрицателно заредените електрони се отблъскват от отрицателно зареден катод и се стремят към положително зареден анод - поради такава потенциална разлика се постига висока скорост на движение - 100 хиляди km / s. При тази скорост електроните бомбардират плочата на волфрамовия анод, завършвайки електрическа верига, което води до рентгенови лъчи и топлинна енергия.

Рентгеновото лъчение се подразделя на спирачно и характеристично. Bremsstrahlung възниква поради рязко забавяне на скоростта на електроните, излъчени от волфрамова нишка. Характеристичното излъчване възниква в момента на пренареждане на електронните обвивки на атомите. И двата типа се образуват в рентгенова тръба в момента на сблъсък на ускорени електрони с атоми на анодния материал. Емисионният спектър на рентгенова тръба е суперпозиция на спирачно лъчение и характеристични рентгенови лъчи.

Ориз. 5 - принципът на образуване на спирачно лъчение рентгенови лъчи.
Ориз. 6 - принципът на формиране на характерните рентгенови лъчи.

Основни свойства на рентгеновите лъчи

1. Рентгеновите лъчи са невидими за зрителното възприятие.
2. Рентгеновото лъчение има голяма проникваща способност през органите и тъканите на живия организъм, както и през плътните структури на неживата природа, които не пропускат видимите светлинни лъчи.
3. Рентгеновите лъчи причиняват светене на определени химически съединения, наречено флуоресценция.

• Цинковите и кадмиевите сулфиди флуоресцират в жълто-зелено,
• Кристали от калциев волфрамат - виолетово-сини.

Рентгеновите лъчи имат фотохимичен ефект: те разлагат сребърните съединения с халогени и причиняват почерняване на фотографските слоеве, образувайки изображение на рентгенова снимка.

Рентгеновите лъчи предават енергията си на атомите и молекулите на околната среда, през която преминават, проявявайки йонизиращ ефект.

Рентгеновото лъчение има изразен биологичен ефект върху облъчените органи и тъкани: в малки дози стимулира метаболизма, в големи дози може да доведе до развитие на радиационни увреждания, както и до остра лъчева болест. Биологичното свойство позволява използването на рентгенови лъчи за лечение на туморни и някои нетуморни заболявания.

Скала на електромагнитните трептения

Рентгеновите лъчи имат определена дължина на вълната и честота на трептене. Дължината на вълната (λ) и честотата на трептенията (ν) са свързани с връзката: λ ν = c, където c е скоростта на светлината, закръглена до 300 000 км в секунда. Енергията на рентгеновите лъчи се определя по формулата E = h ν, където h е константата на Планк, универсална константа, равна на 6,626 10 -34 J⋅s. Дължината на вълната на лъчите (λ) е свързана с тяхната енергия (E) по отношение: λ = 12,4 / E.

Рентгеновото лъчение се различава от другите видове електромагнитни трептения по дължината на вълната (вижте таблицата) и квантовата енергия. Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-висока е нейната честота, енергия и проникваща сила. Дължината на рентгеновата вълна е в диапазона

. Чрез промяна на дължината на вълната на рентгеновото лъчение е възможно да се контролира неговата проникваща способност. Рентгеновите лъчи имат много къса дължина на вълната, но висока честота на трептене, така че са невидими за човешкото око. Поради огромната си енергия, квантите имат висока проникваща способност, което е едно от основните свойства, които осигуряват използването на рентгеновите лъчи в медицината и други науки.

Рентгенови характеристики

Интензивност- количествена характеристика на рентгеновото лъчение, която се изразява с броя на лъчите, излъчвани от тръбата за единица време. Интензитетът на рентгеновите лъчи се измерва в милиампери. Сравнявайки го с интензитета на видимата светлина от конвенционална лампа с нажежаема жичка, можем да направим аналогия: например 20-ватова лампа ще свети с един интензитет или сила, а 200-ватова лампа ще свети с друга, докато качеството на самата светлина (нейния спектър) е същото. Интензитетът на рентгеновото лъчение всъщност е неговото количество. Всеки електрон създава един или повече радиационни кванта на анода, следователно броят на рентгеновите лъчи по време на експозицията на обекта се регулира чрез промяна на броя на електроните, които се стремят към анода, и броя на взаимодействията на електроните с атомите на волфрамовата цел , което може да стане по два начина:

1. Чрез промяна на степента на нажежаване на катодната спирала с помощта на понижаващ трансформатор (броят на електроните, произведени по време на емисия, ще зависи от това колко гореща е спиралата на волфрама, а броят на радиационните кванти ще зависи от броя на електроните);
2. Чрез промяна на стойността на високото напрежение, подавано от повишаващия трансформатор към полюсите на тръбата - катода и анода (колкото по-високо напрежение се подава към полюсите на тръбата, толкова повече кинетична енергия получават електроните, което , поради тяхната енергия, могат да взаимодействат с няколко атома на анодното вещество на свой ред - виж фиг. ориз. 5; електроните с ниска енергия ще могат да влизат в по-малък брой взаимодействия).

Интензитетът на рентгеновите лъчи (аноден ток), умножен по скоростта на затвора (времето на тръбата), съответства на рентгеновата експозиция, която се измерва в mAs (милиампера в секунда). Експозицията е параметър, който, подобно на интензитета, характеризира количеството лъчи, излъчвани от рентгенова тръба. Единствената разлика е, че експозицията отчита и времето на работа на тръбата (например, ако тръбата работи 0,01 сек, тогава броят на лъчите ще бъде един, а ако 0,02 сек, тогава броят на лъчите ще бъде различни - два пъти повече). Облъчването се задава от рентгенолога на контролния панел на рентгеновия апарат в зависимост от вида на изследването, размера на изследвания обект и диагностичната задача.

Твърдост- качествена характеристика на рентгеновото лъчение. Измерва се с високото напрежение на тръбата - в киловолта. Определя проникващата способност на рентгеновите лъчи. Регулира се от високото напрежение, подавано към рентгеновата тръба от повишаващ трансформатор. Колкото по-висока е потенциалната разлика на електродите на тръбата, толкова по-голяма сила се отблъскват електроните от катода и се устремяват към анода и толкова по-силен е сблъсъкът им с анода. Колкото по-силен е техният сблъсък, толкова по-къса е дължината на вълната на полученото рентгеново лъчение и толкова по-висока е проникващата способност на тази вълна (или твърдостта на лъчението, която, подобно на интензитета, се регулира от контролния панел чрез параметъра на напрежението на тръбата - киловолтаж).

Ориз. 7 - Зависимост на дължината на вълната от енергията на вълната:

λ - дължина на вълната;
Е - вълнова енергия

• Колкото по-висока е кинетичната енергия на движещите се електрони, толкова по-силно е тяхното въздействие върху анода и толкова по-къса е дължината на вълната на полученото рентгеново лъчение. Рентгеновото лъчение с дълга дължина на вълната и ниска проникваща способност се нарича "меко", с къса дължина на вълната и висока проникваща способност - "твърдо".

Ориз. 8 - Съотношението на напрежението на рентгеновата тръба и дължината на вълната на полученото рентгеново лъчение:

• Колкото по-високо напрежение се прилага към полюсите на тръбата, толкова по-силна е потенциалната разлика върху тях, следователно кинетичната енергия на движещите се електрони ще бъде по-висока. Напрежението върху тръбата определя скоростта на електроните и силата на техния сблъсък с материала на анода, следователно напрежението определя дължината на вълната на полученото рентгеново лъчение.

Класификация на рентгеновите тръби

1. С уговорка
1. Диагностика
2. Терапевтичен
3. За структурен анализ
4. За трансилюминация
2. По дизайн
1. По фокус

• Единичен фокус (една спирала на катода и едно фокусно петно ​​на анода)
• Бифокална (две спирали с различни размери на катода и две фокусни точки на анода)

1. По вид на анода

• Стационарен (фиксиран)
• Въртящ се

Рентгеновите лъчи се използват не само за радиодиагностични цели, но и за терапевтични цели. Както беше отбелязано по-горе, способността на рентгеновото лъчение да потиска растежа на туморните клетки прави възможно използването му при лъчева терапия на онкологични заболявания. В допълнение към медицинската област на приложение, рентгеновото лъчение е намерило широко приложение в инженерната и техническата област, материалознанието, кристалографията, химията и биохимията: например, възможно е да се идентифицират структурни дефекти в различни продукти (релси, заварки и др.) с помощта на рентгеново лъчение. Видът на такова изследване се нарича дефектоскопия. А на летища, гари и други многолюдни места активно се използват рентгенови телевизионни интроскопи за сканиране на ръчен багаж и багаж за целите на сигурността.

В зависимост от вида на анода, рентгеновите тръби се различават по конструкция. Поради факта, че 99% от кинетичната енергия на електроните се превръща в топлинна енергия, по време на работа на тръбата, анодът се нагрява значително - чувствителната волфрамова мишена често изгаря. В съвременните рентгенови тръби анодът се охлажда чрез въртене. Въртящият се анод има формата на диск, който разпределя топлината равномерно по цялата си повърхност, предотвратявайки локално прегряване на волфрамовата цел.

Дизайнът на рентгеновите тръби също се различава по фокус. Фокусно петно ​​- участъкът от анода, върху който се генерира работният рентгенов лъч. То се подразделя на реално фокусно петно ​​и ефективно фокусно петно ​​( ориз. 12). Поради ъгъла на анода ефективното фокусно петно ​​е по-малко от реалното. Използват се различни размери на фокусното петно ​​в зависимост от размера на областта на изображението. Колкото по-голяма е площта на изображението, толкова по-широко трябва да е фокусното петно, за да покрие цялата област на изображението. По-малкото фокусно петно ​​обаче създава по-добра яснота на изображението. Следователно, когато се произвеждат малки изображения, се използва къса нишка и електроните се насочват към малка площ от анодната цел, създавайки по-малко фокусно петно.

Ориз. 9 - рентгенова тръба с неподвижен анод.
Ориз. 10 - рентгенова тръба с въртящ се анод.
Ориз. 11 - устройство с рентгенова тръба с въртящ се анод.
Ориз. 12 е диаграма на формирането на реално и ефективно фокусно петно.

Рентгеновото лъчение от гледна точка на физиката е електромагнитно лъчение, чиято дължина на вълната варира в диапазона от 0,001 до 50 нанометра. Открит е през 1895 г. от немския физик W.K. Roentgen.

По природа тези лъчи са свързани със слънчевия ултравиолет. Радиовълните са най-дългите в спектъра. Те са последвани от инфрачервена светлина, която очите ни не възприемат, но я усещаме като топлина. Следват лъчите от червено до лилаво. След това - ултравиолетови (A, B и C). И точно зад него са рентгеновите и гама лъчите.

Рентгеновите лъчи могат да се получат по два начина: чрез забавяне в материята на преминаващите през него заредени частици и чрез преход на електрони от горните слоеве към вътрешните при освобождаване на енергия.

За разлика от видимата светлина, тези лъчи са много дълги, така че могат да проникнат през непрозрачни материали, без да се отразяват, пречупват или натрупват в тях.

Bremsstrahlung се получава по-лесно. Заредените частици излъчват електромагнитно излъчване при спиране. Колкото по-голямо е ускорението на тези частици и, следователно, колкото по-рязко е забавянето, толкова повече рентгенови лъчи се произвеждат и дължината на вълната става по-къса. В повечето случаи на практика те прибягват до генериране на лъчи в процеса на забавяне на електроните в твърди тела. Това ви позволява да контролирате източника на това лъчение, като избягвате опасността от излагане на радиация, тъй като когато източникът е изключен, рентгеновото излъчване напълно изчезва.

Най-често срещаният източник на такова лъчение - Излъчваното от него лъчение е нехомогенно. Той съдържа както мека (дълга вълна), така и твърда (късовълнова) радиация. Меката се характеризира с това, че се абсорбира напълно от човешкото тяло, поради което подобно рентгеново лъчение причинява два пъти повече вреда от твърдото. При прекомерно електромагнитно излъчване в тъканите на човешкото тяло, йонизацията може да увреди клетките и ДНК.

Тръбата е с два електрода - отрицателен катод и положителен анод. При нагряване на катода електроните се изпаряват от него, след което се ускоряват в електрическо поле. Сблъсквайки се с твърдата материя на анодите, те започват забавяне, което е придружено от излъчване на електромагнитно излъчване.

Рентгеновото лъчение, чиито свойства се използват широко в медицината, се основава на получаване на изображение в сянка на изследвания обект върху чувствителен екран. Ако диагностицираният орган е осветен с лъч от лъчи, успоредни един на друг, тогава проекцията на сенките от този орган ще се предава без изкривяване (пропорционално). На практика източникът на радиация е по-скоро точков източник, така че се намира на разстояние от човека и от екрана.

За приемане човек се поставя между рентгеновата тръба и екрана или филма, действащи като приемници на радиация. В резултат на облъчването костите и другите плътни тъкани се появяват в изображението като ясни сенки, изглеждат по-контрастни на фона на по-малко изразителни области, които предават тъкани с по-малко абсорбция. На рентгенови лъчи човек става "полупрозрачен".

Когато рентгеновите лъчи се разпространяват, те могат да бъдат разпръснати и погълнати. Преди да се погълнат, лъчите могат да изминат стотици метри във въздуха. В плътната материя те се усвояват много по-бързо. Човешките биологични тъкани са разнородни, така че тяхната абсорбция на лъчи зависи от плътността на тъканта на органите. абсорбира лъчите по-бързо от меките тъкани, тъй като съдържа вещества с голям атомен номер. Фотоните (отделни частици лъчи) се абсорбират от различни тъкани на човешкото тяло по различни начини, което прави възможно получаването на контрастно изображение с помощта на рентгенови лъчи.

Кратко описание на рентгеновото лъчение

Рентгеновите лъчи са електромагнитни вълни (поток от кванти, фотони), чиято енергия се намира на енергийната скала между ултравиолетовото лъчение и гама лъчението (фиг. 2-1). Рентгеновите фотони имат енергия от 100 eV до 250 keV, което съответства на излъчване с честота от 3×10 16 Hz до 6×10 19 Hz и дължина на вълната 0,005-10 nm. Електромагнитните спектри на рентгеновите и гама лъчите се припокриват до голяма степен.

Ориз. 2-1.Скала за електромагнитно излъчване

Основната разлика между тези два вида радиация е начинът, по който се появяват. Рентгеновите лъчи се получават с участието на електрони (например при забавяне на техния поток), а гама-лъчите - с радиоактивно разпадане на ядрата на някои елементи.

Рентгеновите лъчи могат да се генерират по време на забавяне на ускорен поток от заредени частици (така нареченото спирачно лъчение) или при възникване на високоенергийни преходи в електронните обвивки на атомите (характерно излъчване). Медицинските устройства използват рентгенови тръби за генериране на рентгенови лъчи (Фигура 2-2). Основните им компоненти са катод и масивен анод. Електроните, излъчени поради разликата в електрическия потенциал между анода и катода, се ускоряват, достигат до анода при сблъсък с материала, от който се забавят. В резултат на това се получават спирачни рентгенови лъчи. По време на сблъсъка на електрони с анода възниква и вторият процес - електроните се избиват от електронните обвивки на анодните атоми. Техните места са заети от електрони от други обвивки на атома. При този процес се генерира втори вид рентгеново лъчение - така нареченото характеристично рентгеново лъчение, чийто спектър до голяма степен зависи от материала на анода. Анодите най-често се изработват от молибден или волфрам. Има специални устройства за фокусиране и филтриране на рентгенови лъчи с цел подобряване на получените изображения.

Ориз. 2-2.Схема на устройството с рентгенова тръба:

Свойствата на рентгеновите лъчи, които предопределят използването им в медицината, са проникваща способност, флуоресцентен и фотохимичен ефект. Проникващата способност на рентгеновите лъчи и тяхното поглъщане от тъканите на човешкото тяло и изкуствените материали са най-важните свойства, които определят използването им в лъчевата диагностика. Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-голяма е проникващата способност на рентгеновите лъчи.

Различават се ʼʼʼʼʼ рентгенови лъчи с ниска енергия и честота на излъчване (съответно с най-голяма дължина на вълната) и ʼʼʼʼʼ, който има висока фотонна енергия и честота на излъчване и има къса дължина на вълната. Дължината на вълната на рентгеновото лъчение (съответно неговата "твърдост" и проникваща способност) зависи от големината на напрежението, приложено към рентгеновата тръба. Колкото по-високо е напрежението на тръбата, толкова по-голяма е скоростта и енергията на електронния поток и толкова по-къса е дължината на вълната на рентгеновите лъчи.

При взаимодействието на рентгеновото лъчение, проникващо през веществото, в него настъпват качествени и количествени промени. Степента на поглъщане на рентгеновите лъчи от тъканите е различна и се определя от плътността и атомното тегло на елементите, изграждащи обекта. Колкото по-висока е плътността и атомното тегло на веществото, от което се състои изследваният обект (орган), толкова повече рентгенови лъчи се абсорбират. Човешкото тяло съдържа тъкани и органи с различна плътност (бели дробове, кости, меки тъкани и др.), което обяснява различното поглъщане на рентгеновите лъчи. Визуализацията на вътрешните органи и структури се основава на изкуствената или естествена разлика в поглъщането на рентгенови лъчи от различни органи и тъкани.

За регистриране на преминалото през тялото лъчение се използва способността му да предизвиква флуоресценция на определени съединения и да оказва фотохимичен ефект върху филма. За тази цел се използват специални екрани за флуороскопия и филми за радиография. В съвременните рентгенови апарати за регистриране на отслабена радиация се използват специални системи от цифрови електронни детектори - цифрови електронни панели. В този случай рентгеновите методи се наричат ​​цифрови.

Поради биологичните ефекти на рентгеновите лъчи е важно да се предпазят пациентите по време на изследването. Това се постига

възможно най-кратко време на облъчване, замяна на флуороскопията с радиография, строго обосновано използване на йонизиращи методи, защита чрез екраниране на пациента и персонала от излагане на радиация.

Кратка характеристика на рентгеновото лъчение - понятие и видове. Класификация и особености на категорията "Кратка характеристика на рентгеновото лъчение" 2017, 2018г.