Основни свойства на рентгеновото лъчение. Какво е рентгеново лъчение и как се използва в медицината?

Играе огромна роля в съвременната медицина рентгеново лъчение, историята на откриването на рентгеновите лъчи датира от 19 век.

Рентгеновите лъчи са електромагнитни вълни, които се произвеждат с участието на електрони. Когато заредените частици са силно ускорени, се създават изкуствени рентгенови лъчи. Минава през специално оборудване:

• ускорители на заредени частици.

История на откритието

Тези лъчи са изобретени през 1895 г. от немския учен Рентген: докато работи с катодна тръба, той открива флуоресцентния ефект на бариев платинов цианид. Тогава бяха описани такива лъчи и тяхната удивителна способност да проникват в тъканите на тялото. Лъчите стават известни като рентгенови лъчи (рентгенови лъчи). По-късно в Русия те започват да се наричат ​​рентгенови.

Рентгеновите лъчи могат да проникнат дори през стените. Така Рьонтген разбрал, че е направил най-голямото откритие в областта на медицината. От това време започват да се формират отделни раздели в науката като радиология и радиология.

Лъчите могат да проникнат меки тъкани, но се забавят, дължината им се определя от препятствието на твърда повърхност. Меките тъкани в човешкото тяло са кожата, а твърдите тъкани са костите. През 1901 г. ученият е удостоен с Нобелова награда.

Въпреки това, още преди откритието на Вилхелм Конрад Рьонтген, други учени също се интересуват от подобна тема. През 1853 г. френският физик Антоан-Филиберт Мейсън изследва разряд с високо напрежение между електродите в стъклена тръба. Съдържащият се в него газ започнал да изпуска червеникаво сияние при ниско налягане. Изпомпването на излишния газ от тръбата доведе до разпадането на сиянието в сложна последователност от отделни светещи слоеве, чийто оттенък зависеше от количеството газ.

През 1878 г. Уилям Крукс (английски физик) предполага, че флуоресценцията възниква поради въздействието на лъчите върху стъклена повърхносттръби. Но всички тези изследвания не бяха публикувани никъде, така че Рьонтген нямаше представа за подобни открития. След публикуването на откритията си през 1895 г. в научно списание, където ученият пише, че всички тела са прозрачни за тези лъчи, макар и в много различна степен, други учени се интересуват от подобни експерименти. Те потвърждават изобретението на Рентген и впоследствие започва развитието и усъвършенстването на рентгеновите лъчи.

Самият Вилхелм Рьонтген публикува още две научни трудовепо темата за рентгеновите лъчи през 1896 и 1897 г., след което се заема с други дейности. Така няколко учени го изобретиха, но Рентген публикува научни трудове по този въпрос.

Принципи на получаване на изображение

Характеристиките на това излъчване се определят от самото естество на появата им. Радиацията възниква поради електромагнитна вълна. Основните му свойства включват:

1. Отражение. Ако вълна удари повърхността перпендикулярно, тя няма да се отрази. В някои ситуации диамантът има свойството да отразява.
2. Способност за проникване в тъканите. Освен това лъчите могат да преминават през непрозрачни повърхности на материали като дърво, хартия и др.
3. Абсорбция. Абсорбцията зависи от плътността на материала: колкото по-плътен е, толкова повече рентгенови лъчи го абсорбират.
4. Някои вещества флуоресцират, тоест светят. Веднага след като излъчването спре, блясъкът също изчезва. Ако продължава и след спирането на лъчите, тогава този ефект се нарича фосфоресценция.
5. рентгенови лъчиможе да освети фотографски филм, точно както видимата светлина.
6. Ако лъчът преминава през въздуха, тогава в атмосферата възниква йонизация. Това състояние се нарича електропроводимо и се определя с помощта на дозиметър, който задава скоростта на дозата на радиация.

Радиация - вреда и полза

Когато откритието било направено, физикът Рентген дори не можел да си представи колко опасно е изобретението му. В старите времена всички устройства, които произвеждаха радиация, бяха далеч от съвършенството и завършваха с големи дози освободени лъчи. Хората не разбираха опасността от такова излъчване. Въпреки че някои учени още тогава излагат теории за опасностите от рентгеновите лъчи.

Рентгеновите лъчи, прониквайки в тъканите, имат биологичен ефект върху тях. Единицата за измерване на радиационната доза е рентген на час. Основно влияние оказват йонизиращите атоми, които се намират вътре в тъканите. Тези лъчи действат директно върху структурата на ДНК на живата клетка. Последиците от неконтролираната радиация включват:

• клетъчна мутация;
• появата на тумори;
• радиационни изгаряния;
• лъчева болест.

Противопоказания за рентгеново изследване:

1. Пациентите са в тежко състояние.
2. Период на бременност поради отрицателни ефекти върху плода.
3. Пациенти с кървене или открит пневмоторакс.

Как работи рентгенът и къде се използва?

1. В медицината. Рентгеновата диагностика се използва за изследване на живи тъкани, за да се идентифицират определени нарушения в тялото. Провежда се рентгенова терапия за елиминиране на туморни образувания.
2. В науката. Разкрива се структурата на веществата и природата на рентгеновите лъчи. С тези въпроси се занимават такива науки като химия, биохимия и кристалография.
3. В индустрията. За установяване на нарушения в метални изделия.
4. За безопасността на населението. Рентгенови лъчи са инсталирани на летищата и други обществени места за сканиране на багаж.

Медицински приложения на рентгеново лъчение. В медицината и стоматологията рентгеновите лъчи се използват широко за следните цели:

1. За диагностициране на заболявания.
2. За наблюдение на метаболитните процеси.
3. За лечение на много заболявания.

Използването на рентгенови лъчи за медицински цели

В допълнение към откриването на фрактури на костите, рентгеновите лъчи се използват широко в лечебни цели. Специализираното приложение на рентгеновите лъчи е за постигане на следните цели:

1. За унищожаване на раковите клетки.
2. За намаляване размера на тумора.
3. За намаляване на болката.

Например радиоактивният йод, използван за ендокринологични заболявания, се използва активно за рак на щитовидната жлеза, като по този начин помага на много хора да се отърват от това ужасна болест. В момента, за диагностициране на сложни заболявания, рентгеновите лъчи са свързани с компютри, което води до най-новите методиизследвания като компютърна аксиална томография.

Тези сканирания предоставят на лекарите цветни изображения, които показват вътрешните органи на човек. За да се установи функционирането на вътрешните органи, е достатъчна малка доза радиация. Рентгеновите лъчи се използват широко и във физиотерапията.

Основни свойства на рентгеновите лъчи

1. Проникваща способност. Всички тела са прозрачни за рентгеновия лъч, като степента на прозрачност зависи от дебелината на тялото. Благодарение на това свойство лъчът започва да се използва в медицината за откриване на функционирането на органи, наличието на фрактури и чужди тела в тялото.
2. Те са способни да накарат някои предмети да светят. Например, ако барий и платина се нанасят върху картон, след преминаване през сканиращи лъчи, той ще свети зеленикаво-жълто. Ако поставите ръката си между рентгеновата тръба и екрана, светлината ще проникне повече в костта, отколкото в тъканта, така че костната тъкан ще изглежда най-ярка на екрана, а мускулната тъкан по-малко.
3. Действие върху фотографски филм. Рентгеновите лъчи могат, подобно на светлината, да направят филм тъмен, това ви позволява да снимате страната на сянката, която се получава при изследване на тела с рентгенови лъчи.
4. Рентгеновите лъчи могат да йонизират газове. Това позволява не само да се намерят лъчите, но и да се определи интензивността им чрез измерване на йонизационния ток в газа.
5. Те имат биохимичен ефект върху организма на живите същества. Благодарение на това свойство рентгеновите лъчи са намерили широко приложение в медицината: те могат да лекуват както кожни заболявания, така и заболявания на вътрешните органи. В този случай се избира желаната доза радиация и продължителността на лъчите. Продължителното и прекомерно използване на такова лечение е много вредно и пагубно за организма.

Използването на рентгенови лъчи доведе до спасението на много хора човешки животи. Рентгеновите лъчи не само помагат за навременното диагностициране на заболяването; методите на лечение с помощта на лъчева терапия освобождават пациентите от различни патологии, от хиперфункция на щитовидната жлеза до злокачествени тумори на костната тъкан.

Съвременната медицинска диагностика и лечение на някои заболявания не може да се представи без устройства, които използват свойствата на рентгеновото лъчение. Откриването на рентгеновите лъчи се случи преди повече от 100 години, но дори и сега продължава работата по създаването на нови техники и устройства за минимизиране на отрицателните ефекти на радиацията върху човешкото тяло.

Кой и как е открил рентгеновите лъчи?

IN природни условияРентгеновият поток 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 в условия, близки до вакуума. Експериментът включва катодна газоразрядна тръба с понижено налягане и флуоресцентен екран, който всеки път започва да свети в момента, в който тръбата започне да работи.

Интересувайки се от странния ефект, Рентген провежда серия от изследвания, показващи, че полученото лъчение, невидимо за окото, е способно 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 подобни възможности са изследвани от французина Антоан Мейсън и англичанина Уилям Крукс. Рентген обаче е първият изобретил катодна тръба и индикатор, които могат да се използват в медицината. Той е първият, който публикува научен труд, което му носи титлата на първия Нобелов лауреат сред физиците.

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

Свойства на рентгеновите лъчи

Рентгеновите лъчи са компонентобщ спектър на електромагнитно 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 поток от рентгенови лъчи се използват специални устройства - рентгенови тръби. Рентгеновото лъчение възниква поради контакта на бързи електрони от волфрам с вещества, изпаряващи се от горещия анод. На фона на взаимодействието се появяват електромагнитни вълни с малка дължина, разположени 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 лъчение, ако дължината на вълната е по-голяма от тази 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 тръбата едновременно. Следователно рентгеновото облъчване и характеристиките на всяка конкретна рентгенова тръба - нейният спектър на излъчване - зависят от тези показатели и представляват тяхното припокриване.

Bremsstrahlung или непрекъснатите рентгенови лъчи са резултат от забавянето на електроните, изпарени от волфрамова нишка.

Характеристични или линейни рентгенови лъчи се образуват в момента на преструктуриране на атомите на веществото на анода на рентгеновата тръба. Дължината на вълната на характерните лъчи зависи пряко от атомния номер химичен елемент, използвани за направата на тръбния анод.

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

• невидимост за обикновени очи;
• висока проникваща способност през живи тъкани и неживи материали, които не пропускат лъчи от видимия спектър;
• йонизиращ ефект върху молекулярните структури.

Принципи на рентгеновото изображение

Свойствата на рентгеновите лъчи, на които се основава изобразяването, е способността да се разлагат или да предизвикват светене на определени вещества.

Рентгеновото облъчване предизвиква флуоресцентно сияние в кадмиевите и цинковите сулфиди - зелено, а в калциевия волфрамат - синьо. Това свойство се използва в медицинските рентгенови образни техники и също така увеличава функционалността на рентгеновите екрани.

Фотохимичният ефект на рентгеновите лъчи върху фоточувствителните сребърнохалогенни материали (експозиция) дава възможност за диагностика - правене на рентгенови снимки. Това свойство се използва и при измерване на общата доза, получена от лаборантите в рентгенови кабинети. Дозиметрите за тяло съдържат специални чувствителни ленти и индикатори. Йонизиращият ефект на рентгеновото лъчение дава възможност да се определят качествените характеристики на получените рентгенови лъчи.

Еднократното излагане на радиация от конвенционалните рентгенови лъчи увеличава риска от рак само с 0,001%.

Области, където се използват рентгенови лъчи

Използването на рентгенови лъчи е допустимо 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 разработване на лазерни оръжия.

Основното приложение на рентгеновото лъчение е в областта на медицината. Днес разделът на медицинската радиология включва: лъчева диагностика, лъчелечение (рентгенова терапия), радиохирургия. Медицински университетидипломирани високоспециализирани специалисти – рентгенолози.

Рентгенова радиация - вреда и полза, въздействие върху тялото

Високата проникваща способност и йонизиращият ефект на рентгеновите лъчи могат да причинят промени в структурата на клетъчната ДНК и следователно представляват опасност за хората. Вредата от рентгеновите лъчи е правопропорционална на получената доза радиация. Различните органи реагират на радиация в различна степен. Най-податливите включват:

• костен мозък и костна тъкан;
• леща на окото;
• щитовидна жлеза;
• млечни и репродуктивни жлези;
• белодробна тъкан.

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

Последици от рентгеновото облъчване:

• 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 рак;
• получаване на радиационни изгаряния;
• развитие на лъчева болест.

важно! За разлика от радиоактивните вещества, рентгеновите лъчи не се натрупват в телесните тъкани, което означава, че рентгеновите лъчи не трябва да се отстраняват от тялото. Вреден ефектРентгеновото облъчване приключва при изключване на медицинското изделие.

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

• Рентгеновите лъчи в малки дози стимулират 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 техники:

1. Флуороскопията е изследване, по време на което се получава изображение на флуоресцентен екран в реално време. Наред с класическото получаване на изображение на част от тялото в реално време, днес съществуват технологии за рентгеново телевизионно трансилюминиране - 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 вземане на изображение в намален мащаб от 7x7 cm, въпреки вероятността от грешка, това е единственият начин за провеждане на масово годишно изследване на населението. Методът не е опасен и не изисква извеждане на получената доза облъчване от тялото.
3. Рентгенографията е получаването на обобщено изображение върху филм или хартия за изясняване на формата на орган, неговата позиция 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 CT устройства, компютърните томографи с ниска доза и висока разделителна способност се използват за серия от повтарящи се изследвания.

Лъчетерапия

Рентгеновата терапия е локален метод на лечение. Най-често методът се използва за унищожаване на ракови клетки. Тъй като ефектът 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) - радиационен лъч навлиза в тялото на пациента отвън.
2. Вътрешна (брахитерапия) - използването на радиоактивни капсули чрез имплантирането им в тялото, поставянето им 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. Тази 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 граница на излагане на рентгенови лъчи

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

1. Този показател зависи от възрастта на пациента и желанието му 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 в 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 по-висока от 100 мрем годишно;
• общата безопасна стойност е 392 mrem на година.

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

Министерство на образованието и науката на Руската федерация

Федерална агенция за образование

Държавна образователна институция за висше професионално образование SUSU

Катедра по физикохимия

според курса на KSE: „Рентгеново лъчение“

Завършено:

Наумова Дария Геннадиевна

Проверено:

Доцент, K.T.N.

Танклевская Н.М.

Челябинск 2010 г

Въведение

Глава I. Откриване на рентгеновите лъчи

разписка

Взаимодействие с материята

Биологични ефекти

Регистрация

Приложение

Как се прави рентгенова снимка

Естествени рентгенови лъчи

Глава II. рентгенова снимка

Приложение

Метод за получаване на изображение

Предимства на радиографията

Недостатъци на радиографията

рентгенова снимка

Принцип на получаване

Предимства на флуороскопията

Недостатъци на флуороскопията

Цифрови технологии в флуороскопията

Многоредов метод на сканиране

Заключение

Списък на използваната литература

Въведение

Рентгеновите лъчи са електромагнитни вълни, чиято енергия на фотоните се определя от енергийния диапазон от ултравиолетово до гама лъчение, което съответства на дължината на вълната от 10−4 до 10² Å (от 10−14 до 10−8 m).

Подобно на видимата светлина, рентгеновите лъчи карат фотографския филм да почернява. Този имот има важноза медицината, индустрията и научни изследвания. Преминавайки през изследвания обект и след това падайки върху фотолента, рентгеновото лъчение го изобразява върху него. вътрешна структура. Тъй като проникващата способност на рентгеновото лъчение е различна за различни материали, части от обекта, които са по-малко прозрачни за него, създават по-светли области на снимката от тези, през които радиацията прониква добре. По този начин костната тъкан е по-малко прозрачна за рентгенови лъчи от тъканта, която изгражда кожата и вътрешните органи. Следователно на рентгенова снимка костите ще изглеждат като по-светли участъци и мястото на фрактурата, което е по-прозрачно за радиация, може да бъде открито доста лесно. Рентгеновите лъчи се използват и в стоматологията за откриване на кариеси и абсцеси в корените на зъбите, както и в промишлеността за откриване на пукнатини в отливки, пластмаси и гуми.

Рентгеновите лъчи се използват в химията за анализ на съединения и във физиката за изследване на структурата на кристалите. Рентгенов лъч, преминаващ през химическо съединение, произвежда характерно вторично лъчение, чийто спектроскопски анализ позволява на химика да определи състава на съединението. При падане върху кристално веществолъч от рентгенови лъчи се разсейва от атомите на кристала, давайки ясна, правилна картина на петна и ивици върху фотографската плака, което позволява да се установи вътрешната структура на кристала.

Използването на рентгенови лъчи при лечение на рак се основава на факта, че те убиват раковите клетки. Въпреки това, той може да има и нежелани ефекти върху нормалните клетки. Следователно трябва да се подхожда изключително внимателно, когато се използват рентгенови лъчи по този начин.

Глава I. Откриване на рентгеновите лъчи

Откриването на рентгеновите лъчи се приписва на Вилхелм Конрад Рентген. Той е първият, който публикува статия за рентгеновите лъчи, която нарича рентгенови лъчи. Статията на Рьонтген, озаглавена „За нов тип лъчи“, е публикувана на 28 декември 1895 г. в списанието на Вюрцбургското физико-медицинско дружество. Въпреки това се счита за доказано, че рентгенови лъчи вече са били получени преди това. Катодната тръба, която Roentgen използва в своите експерименти, е разработена от J. Hittorf и W. Crookes. Когато тази тръба работи, се генерират рентгенови лъчи. Това беше показано в експериментите на Crookes и от 1892 г. в експериментите на Heinrich Hertz и неговия ученик Philipp Lenard чрез почерняване на фотографски плаки. Никой от тях обаче не осъзнава значението на откритието си и не публикува резултатите си. Също така Никола Тесла, започвайки от 1897 г., експериментира с катодни лъчеви тръби, получава рентгенови лъчи, но не публикува резултатите си.

Поради тази причина Рьонтген не знае за откритията, направени преди него и открива лъчите, наречени по-късно на негово име, независимо - при наблюдение на флуоресценцията, възникваща при работата на електроннолъчевата тръба. Рентген изучава рентгеновите лъчи малко повече от година (от 8 ноември 1895 г. до март 1897 г.) и публикува само три сравнително малки статии за тях, но те дават толкова изчерпателно описание на новите лъчи, че стотици трудове на неговите последователи, след това публикувани в продължение на 12 години, те не можаха нито да добавят, нито да променят нещо съществено. Рентген, който беше загубил интерес към рентгеновите лъчи, каза на колегите си: „Вече написах всичко, не си губете времето.“ Славата на Рьонтген идва и от известната снимка на ръката на съпругата му, която той публикува в своя статия (виж изображението вдясно). Подобна слава донесе на Рьонтген първата Нобелова награда по физика през 1901 г., а Нобеловият комитет подчерта практическото значение на неговото откритие. През 1896 г. за първи път е използвано наименованието "рентгенови лъчи". В някои страни остава старото наименование - рентгенови лъчи. В Русия лъчите започват да се наричат ​​​​рентгенови лъчи по предложение на студента В.К. Рентген - Абрам Федорович Йофе.

Позиция в скалата на електромагнитните вълни

Енергийните диапазони на рентгеновите и гама лъчите се припокриват в широк енергиен диапазон. И двата вида лъчение са електромагнитно лъчение и с еднаква фотонна енергия са еквивалентни. Терминологичната разлика е в начина на възникване - рентгеновите лъчи се излъчват с участието на електрони (в атоми или свободни), докато гама лъчението се излъчва в процесите на девъзбуждане на атомните ядра. Рентгеновите фотони имат енергия от 100 eV до 250 keV, което съответства на излъчване с честота от 3 1016 Hz до 6 1019 Hz и дължина на вълната 0,005 - 10 nm (няма общоприето определение за долната граница на диапазона на рентгеновите лъчи в скалата на дължината на вълната). Меките рентгенови лъчи имат най-ниската енергия на фотоните и честотата на излъчване (и най-дългата дължина на вълната), докато твърдите рентгенови лъчи имат най-високата енергия на фотоните и честотата на излъчване (и най-късата дължина на вълната).

(Рентгенова снимка (рентгенова снимка) на ръката на съпругата му, направена от V.K. Roentgen)

разписка

Рентгеновите лъчи възникват от силното ускорение на заредени частици (главно електрони) или от високоенергийни преходи в електронните обвивки на атоми или молекули. И двата ефекта се използват в рентгенови тръби, при които електроните, излъчени от горещ катод, се ускоряват (в този случай не се излъчват рентгенови лъчи, тъй като ускорението е твърде малко) и удрят анода, където рязко се забавят ( в този случай се излъчват рентгенови лъчи: т.нар. Празните пространства в черупките са заети от други електрони на атома. В този случай се излъчва рентгеново лъчение с определена енергийна характеристика на анодния материал (характерно излъчване, честотите се определят от закона на Моузли:

където Z е атомният номер на анодния елемент, A и B са константи за определена стойност на главното квантово число n на електронната обвивка). В момента анодите се изработват предимно от керамика, а частта, където удрят електроните, е от молибден. По време на ускорение-спиране, само 1% кинетична енергияелектронът преминава в рентгенови лъчи, 99% от енергията се превръща в топлина.

Рентгеновите лъчи могат да се произвеждат и в ускорители на заредени частици. Т.Н. Синхротронното лъчение възниква, когато лъч от частици се отклони в магнитно поле, което ги кара да изпитват ускорение в посока, перпендикулярна на тяхното движение. Синхротронното лъчение има непрекъснат спектър с горна граница. При подходящо подбрани параметри (напрегнатост на магнитното поле и енергия на частиците) могат да се получат рентгенови лъчи и в спектъра на синхротронното лъчение.

Схематична илюстрация на рентгенова тръба. X - рентгенови лъчи, K - катод, A - анод (понякога наричан антикатод), C - радиатор, Uh - напрежение на катодната нишка, Ua - напрежение на ускорение, Win - вход за водно охлаждане, Wout - изход за водно охлаждане (вижте рентгенова тръба).

Взаимодействие с материята

Коефициентът на пречупване на почти всяко вещество за рентгенови лъчи се различава малко от единица. Следствие от това е фактът, че няма материал, от който да се направи рентгенова леща. Освен това, когато пада върху повърхността перпендикулярно, рентгеновите лъчи почти не се отразяват. Въпреки това в рентгеновата оптика са открити методи за конструиране на оптични елементи за рентгенови лъчи.

Рентгеновите лъчи могат да проникнат през материята и различни веществаТе се усвояват по различен начин. Абсорбцията на рентгеновите лъчи е най-важното им свойство в рентгеновата фотография. Интензитетът на рентгеновите лъчи намалява експоненциално в зависимост от пътя, изминат в абсорбиращия слой (I = I0e-kd, където d е дебелината на слоя, коефициентът k е пропорционален на Z3λ3, Z е атомният номер на елемента, λ е дължината на вълната).

Абсорбцията възниква в резултат на фотоабсорбция и комптоново разсейване:

Фотоабсорбцията се разбира като процес на фотон, който избива електрон от обвивката на атом, което изисква енергията на фотона да бъде по-голяма от определена минимална стойност. Ако разгледаме вероятността от събитие на абсорбция в зависимост от енергията на фотона, тогава когато се достигне определена енергия, тя (вероятността) рязко нараства до максималната си стойност. За по-високи енергийни стойности вероятността намалява непрекъснато. Поради тази зависимост казват, че има граница на усвояване. Мястото на избития при акта на поглъщане електрон се заема от друг електрон и се излъчва лъчение с по-ниска енергия на фотона, т.нар. процес на флуоресценция.

ЛЕКЦИЯ

РЕНТГЕН

Същност на рентгеновите лъчи

Спирачно рентгеново лъчение, неговите спектрални свойства.

Характеристика на рентгеновото излъчване (за справка).

Взаимодействие на рентгеновото лъчение с веществото.

Физически основи на използването на рентгеново лъчение в медицината.

Рентгеновите лъчи (X - лъчи) са открити от К. Рентген, който през 1895 г. става първият Нобелов лауреат по физика.

Същност на рентгеновите лъчи

Рентгеново лъчение – електромагнитни вълни с дължина от 80 до 10–5 nm. Дълговълновото рентгеново лъчение се припокрива с късовълново UV лъчение, а късовълновото рентгеново лъчение се припокрива с дълговълново  лъчение.

Рентгеновите лъчи се произвеждат в рентгенови тръби. Фиг.1.

К – катод

1 – електронен лъч

2 – рентгеново лъчение

ориз. 1. Устройство за рентгенова тръба.

Тръбата е стъклена колба (с възможно висок вакуум: налягането в нея е около 10–6 mmHg) с два електрода: анод А и катод К, към които се прилага високо напрежение U (няколко хиляди волта). Катодът е източник на електрони (поради явлението термоелектронна емисия). Анодът е метален прът, който има наклонена повърхност, за да насочи полученото рентгеново лъчение под ъгъл спрямо оста на тръбата. Изработен е от силно топлопроводим материал за разсейване на топлината, генерирана от електронно бомбардиране. В скосения край има плоча от огнеупорен метал (например волфрам).

Силното нагряване на анода се дължи на факта, че по-голямата част от електроните в катодния лъч, достигайки до анода, изпитват многобройни сблъсъци с атоми на веществото и им предават голяма енергия.

Под въздействието на високо напрежение, електроните, излъчени от нишката на горещия катод, се ускоряват до високи енергии. Кинетичната енергия на електрона е mv 2 /2. Тя е равна на енергията, която придобива, докато се движи в електростатичното поле на тръбата:

mv 2 /2 = eU (1)

където m, e са масата и зарядът на електрона, U е ускоряващото напрежение.

Процесите, водещи до появата на спирачно рентгеново лъчение, се дължат на интензивно забавяне на електроните в анодното вещество от електростатичното поле на атомното ядро ​​и атомните електрони.

Механизмът на възникване може да бъде представен по следния начин. Движещите се електрони са определен ток, който образува собствено магнитно поле. Забавянето на електроните е намаляване на силата на тока и съответно промяна в индукцията на магнитното поле, което ще доведе до появата на променливо електрическо поле, т.е. появата на електромагнитна вълна.

Така, когато заредена частица лети в материята, тя се забавя, губи своята енергия и скорост и излъчва електромагнитни вълни.

Спектрални свойства на рентгеновите спирачни лъчи .

Така че, в случай на забавяне на електрони в анодното вещество, Спирачно рентгеново лъчение.

Спектърът на спирачните рентгенови лъчи е непрекъснат. Причината за това е следната.

Когато електроните се забавят, част от енергията отива за нагряване на анода (E 1 = Q), другата част за създаване на рентгенов фотон (E 2 = hv), в противен случай eU = hv + Q. Връзката между тези части е случаен.

По този начин се образува непрекъснат спектър на спирачно рентгеново лъчение поради забавянето на много електрони, всеки от които излъчва един рентгенов квант hv (h) със строго определена стойност. Големината на този квант различни за различните електрони.Зависимостта на рентгеновия енергиен поток от дължината на вълната , т.е. Рентгеновият спектър е показан на фиг. 2.

Фиг.2. Спектър на спирачното рентгеново лъчение: а) при различни напрежения U в тръбата; б) при различни температури Т на катода.

Късовълновата (твърда) радиация има по-голяма проникваща способност от дълговълновата (мека) радиация. Меката радиация се абсорбира по-силно от материята.

От страната на късата дължина на вълната спектърът свършва внезапно при определена дължина на вълната  m i n . Такова късовълново спирачно излъчване възниква, когато енергията, придобита от електрон в ускоряващото поле, се преобразува напълно в енергия на фотон (Q = 0):

eU = hv max = hc/ min ,  min = hc/(eU), (2)

 min (nm) = 1,23/UkV

Спектралния състав на лъчението зависи от напрежението на рентгеновата тръба; с увеличаване на напрежението стойността  m i n се измества към късите дължини на вълната (фиг. 2а).

Когато температурата T на катода се промени, излъчването на електрони се увеличава. Следователно токът I в тръбата се увеличава, но спектралният състав на лъчението не се променя (фиг. 2b).

Енергийният поток Ф  спирачно лъчение е право пропорционален на квадрата на напрежението U между анода и катода, силата на тока I в тръбата и атомния номер Z на анодното вещество:

Ф = kZU 2 I. (3)

където k = 10 –9 W/(V 2 A).

Характеристика на рентгеновото излъчване (за справка).

Увеличаването на напрежението на рентгеновата тръба води до появата на линеен спектър на фона на непрекъснат спектър, който съответства на характерното рентгеново лъчение. Това излъчване е специфично за материала на анода.

Механизмът на възникването му е следният. При високо напрежение ускорените електрони (с висока енергия) проникват дълбоко в атома и избиват електрони от вътрешните му слоеве. Електроните от горните нива се преместват на свободни места, в резултат на което се излъчват фотони с характерно излъчване.

Спектрите на характеристичното рентгеново лъчение се различават от оптичните спектри.

- Еднообразие.

Еднаквостта на характерните спектри се дължи на факта, че вътрешните електронни слоеве на различните атоми са идентични и се различават само енергийно поради силовото действие от ядрата, което се увеличава с увеличаване на атомния номер на елемента. Следователно, характерните спектри се изместват към по-високи честоти с увеличаване на ядрения заряд. Това беше експериментално потвърдено от служител на Roentgen - Моузли, който измерва честотите на рентгеновите преходи за 33 елемента. Те установиха закона.

ЗАКОН НА МОСЛИ – Корен квадратен от характерната честота на излъчване е линейна функция на серийния номер на елемента:

= A  (Z – B), (4)

където v е честотата на спектралната линия, Z е атомният номер на излъчващия елемент. A, B са константи.

Значението на закона на Моузли се състои в това, че от тази зависимост е възможно да се определи точно атомният номер на изследвания елемент въз основа на измерената честота на рентгеновата линия. Това изигра голяма роля в разположението на елементите в периодичната таблица.

Независимост от химически съединения.

Характерните рентгенови спектри на атома не зависят от химичното съединение, в което е включен атомът на елемента. Например, рентгеновият спектър на кислородния атом е еднакъв за O 2, H 2 O, докато оптичните спектри на тези съединения са различни. Тази характеристика на рентгеновия спектър на атома послужи като основа за името " характеристично излъчване".

Взаимодействие на рентгеновите лъчи с веществото

Въздействието на рентгеновото лъчение върху обектите се определя от първичните процеси на взаимодействие на рентгеновите лъчи фотон с електрониатоми и молекули на материята.

Рентгеново лъчение в материята абсорбираили разсейва се. В този случай могат да възникнат различни процеси, които се определят от съотношението на енергията на рентгеновия фотон hv и йонизационната енергия A и (йонизационната енергия A и е енергията, необходима за отстраняване на вътрешни електрони извън атома или молекулата) .

а) Кохерентно разсейване(разсейване на дълговълнова радиация) възниква, когато съотношението е изпълнено

За фотоните, поради взаимодействие с електрони, се променя само посоката на движение (фиг. 3а), но енергията hv и дължината на вълната не се променят (затова това разсейване се нарича съгласувана). Тъй като енергията на фотона и атома не се променя, кохерентното разсейване не засяга биологичните обекти, но при създаване на защита срещу рентгеново лъчение трябва да се вземе предвид възможността за промяна на първичната посока на лъча.

б) Фото ефектсе случва, когато

В този случай могат да се реализират два случая.

Фотонът се абсорбира, електронът се отделя от атома (фиг. 3б). Настъпва йонизация. Откъснатият електрон придобива кинетична енергия: E к = hv – A и.Ако кинетичната енергия е висока, тогава електронът може да йонизира съседни атоми чрез сблъсък, образувайки нови

вторичен електрони.Фотонът се абсорбира, но енергията му не е достатъчна, за да отстрани електрон и

възбуждане на атом или молекула (фиг. 3c).Това често води до последващо излъчване на фотон във видимата област (рентгенова луминесценция), а в тъканите до активиране на молекули и фотохимични реакции. Фотоелектричният ефект възниква главно върху електроните на вътрешните обвивки на атомите с високо Z.

V) Некохерентно разсейване), (Compton effect, 1922) възниква, когато енергията на фотона е много по-голяма от енергията на йонизация

В този случай един електрон се отстранява от атома (такива електрони се наричат електрони на отката

придобива известна кинетична енергия E k, енергията на самия фотон намалява (фиг. 4d): hv = hv"+ A и + E k (5)

Така генерираното лъчение с променена честота (дължина) се нарича

вторичен , разпръсква се във всички посоки. Електроните на отката, ако имат достатъчна кинетична енергия, могат да йонизират съседни атоми чрез сблъсък. Така в резултат на некохерентно разсейване се образува вторично разсеяно рентгеново лъчение и се получава йонизация на атомите на веществото.Посочените (a, b, c) процеси могат да предизвикат редица последващи такива. Например (фиг. 3d),

Ако по време на фотоелектричния ефект електроните на вътрешните обвивки се отделят от атома, тогава електроните с повече

високи нива , което е придружено от вторично характерно рентгеново излъчване на това вещество. Фотоните на вторичното излъчване, взаимодействащи с електроните на съседните атоми, могат от своя страна да причинят вторични явления.

кохерентно разсейване

ъъъ

hv = A и + E k

атом А възбужда се при поглъщане на фотон, R – рентгенова луминесценция

некохерентно разсейване

hv = hv"+A и +E към

вторични процеси във фотоелектричния ефект

ориз. 3 Механизми на взаимодействие на рентгеновото лъчение с веществото

Физически основи на използването на рентгеновите лъчи в медицината

Когато рентгеновото лъчение попадне върху тялото, то леко се отразява от повърхността му, но основно преминава дълбоко в него, докато частично се абсорбира и разсейва и частично преминава.

Закон за отслабване.

Рентгеновият поток се отслабва в вещество съгласно закона:

Ф = Ф 0 e –   x (6)

където  – линеен коефициент на затихване,което значително зависи от плътността на веществото. То е равно на сумата от три члена, съответстващи на кохерентно разсейване  1, некохерентно  2 и фотоелектричен ефект  3:

 =  1 +  2 +  3 . (7)

Приносът на всеки член се определя от енергията на фотона. По-долу са показани връзките между тези процеси за меките тъкани (вода).

Насладете се коефициент на затихване на масата,което не зависи от плътността на веществото :

 m = /. (8)

Коефициентът на затихване на масата зависи от енергията на фотона и от атомния номер на абсорбиращата субстанция:

 m = k 3 Z 3 . (9)

Коефициентите на отслабване на масата на костите и меките тъкани (вода) са различни:  m кост / m вода = 68.

Ако на пътя на рентгеновите лъчи се постави нехомогенно тяло и пред него се постави флуоресцентен екран, то това тяло, поглъщайки и отслабвайки излъчването, образува сянка върху екрана. По естеството на тази сянка може да се прецени формата, плътността, структурата и в много случаи природата на телата. Тези. Значителната разлика в абсорбцията на рентгеново лъчение от различни тъкани позволява да се види изображение на вътрешните органи в проекция на сянка.

Ако изследваният орган и околните тъкани еднакво отслабват рентгеновото лъчение, тогава се използват контрастни вещества. Например, след като напълните стомаха и червата с кашава маса от бариев сулфат (BaS0 4), можете да видите тяхното изображение в сянка (съотношението на коефициентите на затихване е 354).

Използване в медицината.

В медицината се използват рентгенови лъчи с енергии на фотони от 60 до 100-120 keV за диагностика и 150-200 keV за терапия.

рентгенова диагностика – разпознаване на заболявания с помощта на рентгеново изследване на тялото.

Рентгеновата диагностика се използва по различни начини, които са дадени по-долу.

С флуороскопияРентгеновата тръба е разположена зад пациента. Пред него има флуоресцентен екран. На екрана се наблюдава сянка (положително) изображение. Във всеки отделен случай се избира подходяща радиационна твърдост, така че да преминава през меките тъкани, но да се абсорбира достатъчно от плътните. В противен случай ще получите равномерна сянка. На екрана сърцето и ребрата са видими тъмни, белите дробове светли.

С радиографияобектът се поставя върху касета, съдържаща филм със специална фотографска емулсия. Рентгеновата тръба е разположена над обекта. Получената рентгенография дава негативен образ, т.е. обратното за разлика от картината, наблюдавана по време на трансилюминация.

При този метод изображението е по-ясно, отколкото в (1), така че се наблюдават детайли, които трудно се виждат чрез предаване. Обещаваща версия на този метод е рентгеновото изследванетомография и “машинна версия” – компютър

3. томография.С флуорография,

Изображението от големия екран се заснема върху чувствителен филм с малък формат. При разглеждане снимките се разглеждат с помощта на специална лупа.Рентгенова терапия

– използването на рентгенови лъчи за унищожаване на злокачествени тумори.

Биологичният ефект на радиацията е нарушаване на жизнените функции, особено на бързо размножаващите се клетки.

КОМПЮТЪРНА ТОМОГРАФИЯ (CT) Методът на рентгеновата компютърна томография се основава на възстановяване на изображението на определен участък от тялото на пациента чрез записване на голям брой рентгенови проекции на този участък, направени под различни ъгли. Информацията от сензорите, които записват тези проекции, влиза в компютър, който с помощта на специална програмаизчислява разпространениестегнатиразмер на извадката в изследваната секция и я показва на екрана на дисплея. Полученото по този начин напречно сечение на тялото на пациента се характеризира с отлична яснота и висока информативност. Програмата позволява, ако е необходимо, увеличаванеконтраст на изображението V

десетки и дори стотици пъти. Това разширява диагностичните възможности на метода.

В денталната медицина рентгеновото изследване е основен диагностичен метод. Редица традиционни организационни и технически характеристики на рентгеновата диагностика обаче я правят не съвсем удобна както за пациента, така и за денталните клиники. Това е, на първо място, необходимостта от контакт на пациента с йонизиращо лъчение, което често създава значително радиационно натоварване на тялото, това е и необходимостта от фотопроцес и следователно необходимостта от фотореагенти, включително токсични. Това най-накрая е обемист архив, тежки папки и пликове с рентгенови филми.

В допълнение, сегашното ниво на развитие на стоматологията прави недостатъчна субективната оценка на рентгенографията от човешкото око. Както се оказа, от разнообразието от нюанси сив тонсъдържащи се в рентгеново изображение, окото възприема само 64.

Очевидно е, че за да се получи ясен и детайлен образ на твърдите тъкани на дентофациалната система с минимално облъчване, са необходими други решения. Търсенето доведе до създаването на така наречените радиографски системи, видеографи - дигитални радиографски системи.

Без технически подробности, принципът на работа на такива системи е следният. Рентгеновото лъчение преминава през обекта не към фоточувствителен филм, а към специален интраорален сензор (специална електронна матрица). Съответният сигнал от матрицата се предава на цифровизиращо устройство (аналогово-цифров преобразувател, ADC), свързано към компютъра, което го преобразува в цифрова форма. Специален софтуер създава рентгеново изображение на екрана на компютъра и ви позволява да го обработите, да го запишете на твърд или гъвкав носител за съхранение (твърд диск, дискети) и да го отпечатате като файл като картина.

В цифрова система рентгеновото изображение е съвкупност от точки с различни цифрови стойности на сивото. Оптимизирането на информационния дисплей, осигурено от програмата, позволява да се получи рамка с оптимална яркост и контраст при относително ниска доза радиация.

В съвременните системи, създадени например от Trophy (Франция) или Schick (САЩ), се използват 4096 нюанса на сивото при формиране на рамка, времето на експозиция зависи от обекта на изследване и средно е стотни - десети от второ, намаляване на излагането на радиация по отношение на филма – до 90% за интраорални системи, до 70% за панорамни видеооператори.

Когато обработват изображения, видеооператорите могат:

Получавайте положителни и отрицателни изображения, фалшиви цветни изображения, релефни изображения.

Увеличете контраста и увеличете зоната на интерес в изображението.

Оценявайте промените в плътността на зъбните тъкани и костните структури, наблюдавайте равномерността на запълването на канала.

В ендодонтията определете дължината на канала с всякаква кривина, а в хирургията изберете размера на импланта с точност до 0,1 mm.

Уникалната система за откриване на кариес с елементи на изкуствен интелект при анализиране на изображение ви позволява да откриете кариес в стадия на място, кариес на корена и скрит кариес.

“Ф” във формула (3) се отнася за целия диапазон на излъчваните дължини на вълните и често се нарича “Интегрален енергиен поток”.

Радиологията е клон на радиологията, който изучава ефектите на рентгеновото лъчение върху тялото на животните и хората в резултат на 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, преобразувател ACпостоянна електрическа мрежа, табло за управление, статив и рентгенова тръба.

Рентгеновите лъчи са вид електромагнитни трептения, които се образуват в рентгенова тръба по време на рязко забавяне на ускорени електрони в момента на сблъсъка им с атоми на анодното вещество. В момента общоприетата гледна точка е, че рентгеновите лъчи по своята физическа природа са един от видовете лъчиста енергия, чийто спектър включва също радиовълни, инфрачервени лъчи, видима светлина, ултравиолетови лъчии гама лъчи от 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 - захранващо устройство;
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 - 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 генериране на рентгенови лъчи

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

Рентгеновата тръба се състои от стъклен цилиндър, в който са запоени 2 електрода: катод и анод. Въздухът е изпомпван от стъкления балон: движението на електрони от катода към анода е възможно само при условия на относителен вакуум (10 -7 -10 -8 mm Hg). Катодът има нишка, която е плътно усукана волфрамова спирала. Когато електрическият ток се приложи към нишката, възниква емисия на електрони, при която електроните се отделят от нишката и образуват електронен облак близо до катода. Този облак е концентриран във фокусиращата чаша на катода, която задава посоката на движение на електроните. Чашата е малка вдлъбнатина в катода. Анодът от своя страна съдържа метална пластина от волфрам, върху която се фокусират електрони - това е мястото, където се произвеждат 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;
F - стъклена колба;
Z - прозорец от берилий;
И - образувани рентгенови лъчи;
K - алуминиев филтър.

ДО електронна тръбаСвързани са 2 трансформатора: понижаващ и повишаващ. Понижаващ трансформатор загрява волфрамовата бобина с ниско напрежение (5-15 волта), което води до емисия на електрони. Повишаващ или високоволтов трансформатор се свързва 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 напрежението с високо напрежение се прилага към двата полюса на електрическата верига: положителен импулс към анода и отрицателен импулс към катода. Отрицателно заредените електрони се отблъскват от отрицателно заредения катод и се стремят към положително заредения анод - поради тази потенциална разлика се постига висока скорост на движение - 100 хил. km/s. При тази скорост електроните бомбардират волфрамовата пластина на анода, завършвайки електрическа верига, което води до рентгенови лъчи и топлинна енергия.

Рентгеновото лъчение се разделя на спирачно и характеристично. Bremsstrahlung възниква поради рязко забавяне на скоростта на електроните, излъчени от волфрамова спирала. Характеристично излъчваненастъпва в момента на преструктуриране на електронните обвивки на атомите. И двата типа се образуват в рентгеновата тръба в момента на сблъсък на ускорени електрони с атоми на анодното вещество. Емисионният спектър на рентгенова тръба е суперпозиция на спирачно лъчение и характеристични рентгенови лъчи.

ориз. 5 - принцип на образуване на спирачно рентгеново лъчение.
ориз. 6 - принцип на формиране на характеристично рентгеново лъчение.

Основни свойства на рентгеновото лъчение

1. Рентгеновите лъчи са невидими за окото.
2. Рентгеновото лъчение има висока проникваща способност през органите и тъканите на жив организъм, както и плътни структури от нежива природа, които не пропускат видими светлинни лъчи.
3. Рентгеновите лъчи карат някои да светят химични съединения, наречена флуоресценция.

• Цинковите и кадмиевите сулфиди флуоресцират в жълто-зелено,
• Кристалите на калциевия волфрамат са виолетово-сини.

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

Рентгеновите лъчи предават енергията си на атоми и молекули среда, през които 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 остра лъчева болест. Биологично свойствопозволява използването на рентгеново лъчение за лечение на туморни и някои нетуморни заболявания.

Електромагнитна вибрационна скала

Рентгеновите лъчи имат специфична дължина на вълната и честота на вибрация. Дължината на вълната (λ) и честотата на трептене (ν) са свързани със съотношението: 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) чрез съотношението: 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 може да се регулира неговата проникваща способност. Рентгеновите лъчи имат много къса дължина на вълната, но висока честота на вибрации, така че са невидими от човешкото око. Поради огромната си енергия, квантите имат голяма проникваща способност, което е едно от основните свойства, които осигуряват използването на рентгеновото лъчение в медицината и други науки.

Характеристики на рентгеновото лъчение

Интензивност- количествена характеристика на рентгеновото излъчване, която се изразява в броя на лъчите, излъчвани от тръбата за единица време. Интензитетът на рентгеновото лъчение 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 е по същество количеството му. Всеки електрон създава един или повече кванта радиация на анода, следователно броят на рентгеновите лъчи при излагане на обект се регулира чрез промяна на броя на електроните, които се стремят към анода, и броя на взаимодействията на електроните с атомите на волфрамовата мишена , което може да стане по два начина:

1. Чрез промяна на степента на нагряване на катодната спирала с помощта на понижаващ трансформатор (броят на електроните, генерирани 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 големината на високото напрежение, подавано от повишаващ трансформатор към полюсите на тръбата - катода и анода (колкото по-високо напрежение е приложено 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 - вижте. ориз. 5; електрони с ниска енергия ще могат да влизат в по-малко взаимодействия).

Интензитетът на рентгеновите лъчи (аноден ток), умножен по времето на експозиция (време на работа на тръбата), съответства на експозицията на рентгеновите лъчи, която се измерва в mAs (милиампери в секунда). Експозицията е параметър, който, подобно на интензитета, характеризира броя на лъчите, излъчвани от рентгеновата тръба. Единствената разлика е, че експозицията отчита и времето на работа на тръбата (например, ако тръбата работи 0,01 секунди, тогава броят на лъчите ще бъде един, а ако 0,02 секунди, 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- качествени характеристики на рентгеновото лъчение. Измерва се с големината на 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 между 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 вълновата енергия:

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“; рентгеновото лъчение с къса дължина на вълната и висока проникваща способност се нарича „твърдо“.

ориз. 8 - Връзката между 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 в 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 анодното вещество; следователно напрежението определя дължината на вълната на полученото рентгеново лъчение.

Класификация на рентгеновите тръби

1. По предназначение
1. Диагностика
2. Терапевтичен
3. За структурен анализ
4. За полупрозрачен
2. По дизайн
1. По фокус

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

1. По тип аноди

• Стационарен (фиксиран)
• Въртящ се

Рентгеновите лъчи се използват не само за рентгенова диагностика, но и за терапевтични цели. Както беше отбелязано по-горе, способността на рентгеновото лъчение да потиска растежа на туморните клетки прави възможно използването му в лъчева терапия за рак. В допълнение към медицинската област на приложение, рентгеновото лъчение е намерило широко приложение в инженерството, 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. Този вид изследване се нарича откриване на дефекти. И на летища, гари и други многолюдни места, рентгеновите телевизионни интроскопи се използват активно за трансилюминация ръчен багажи багаж за целите на сигурността.

В зависимост от вида на анода рентгеновите тръби имат различен дизайн. Поради факта, че 99% от кинетичната енергия на електроните се преобразува в топлинна енергия, по време на работа на тръбата се получава значително нагряване на анода - чувствителната волфрамова цел 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 отношение на фокуса. Фокусното петно ​​е зоната на анода, където се генерира работният рентгенов лъч. Разделено на реално фокусно петно ​​и ефективно фокусно петно ​​( ориз. 12). Тъй като анодът е под ъгъл, ефективното фокусно петно ​​е по-малко от действителното. 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 бъде фокусното петно, за да покрие цялата площ 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 целева област на анода, 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.