Кои бранови се Х-зраци? Кој и како ги открил рендгенските зраци. Бремстралунг рендгенски снимки

Рендгенското зрачење (синоним Х-зраци) е со широк опсег на бранови должини (од 8·10 -6 до 10 -12 cm). Зрачењето со Х-зраци се јавува кога наелектризираните честички, најчесто електроните, се забавуваат во електричното поле на атомите на супстанцијата. Во овој случај формираните кванти имаат различни енергии и формираат континуиран спектар. Максималната енергија на квантите во таков спектар е еднаква на енергијата на инцидентните електрони. Во (cm.) максималната енергија на квантите на Х-зраците, изразена во килоелектрон-волти, е нумерички еднаква на големината на напонот што се применува на цевката, изразена во киловолти. Кога рендгенските зраци минуваат низ супстанција, тие комуницираат со електроните на нејзините атоми. За рендгенски кванти со енергии до 100 keV, најмногу карактеристичен изглединтеракцијата е фотоелектричен ефект. Како резултат на таквата интеракција, енергијата на квантот целосно се троши на откинување на електронот од атомската обвивка и пренесување на кинетичка енергија на него. Како што се зголемува енергијата на квантот на Х-зраци, веројатноста за фотоелектричниот ефект се намалува и процесот на расејување на квантите од слободни електрони - таканаречениот Комптонов ефект - станува доминантен. Како резултат на таквата интеракција, исто така се формира секундарен електрон и, покрај тоа, се емитува квант со енергија помала од енергијата на примарниот квант. Ако енергијата на квантот на Х-зраци надминува еден мегаелектрон-волт, може да се појави таканаречен ефект на спарување, во кој се формираат електрон и позитрон (види). Следствено, кога минува низ супстанција, енергијата на зрачењето на Х-зраци се намалува, односно нејзиниот интензитет се намалува. Бидејќи апсорпцијата на квантите со ниска енергија се случува со поголема веројатност, зрачењето на Х-зраци се збогатува со кванти со повисока енергија. Ова својство на зрачењето на Х-зраци се користи за зголемување на просечната енергија на квантите, т.е. за зголемување на неговата цврстина. Зголемување на цврстината на зрачењето со Х-зраци се постигнува со помош на специјални филтри (види). Зрачењето со Х-зраци се користи за дијагностика со рендген (види) и (види). Видете исто така Јонизирачко зрачење.

Х-зраци зрачење (синоним: x-зраци, x-зраци) - квантна електромагнетно зрачењесо бранова должина од 250 до 0,025 А (или енергетски кванти од 5·10 -2 до 5·10 2 keV). Во 1895 година бил откриен од В.К.Рентген. Спектралниот регион на електромагнетното зрачење во непосредна близина на зрачењето со Х-зраци, чии енергетски кванти надминуваат 500 keV, се нарекува гама зрачење (види); зрачењето чиишто енергетски кванти се под 0,05 kev сочинуваат ултравиолетово зрачење (види).

Така, претставувајќи релативно мал дел од огромниот спектар на електромагнетно зрачење, кој вклучува и радио бранови и видлива светлина, рендгенското зрачење, како и секое електромагнетно зрачење, се шири со брзина на светлината (во вакуум околу 300 илјади км/сек) и се карактеризира со бранова должина λ (растојанието на кое зрачењето се шири во еден период на осцилација). Х-зраци зрачење, исто така, има голем број на други бранови својства(рефракција, пречки, дифракција), сепак, тие се многу потешки за набљудување од зрачењето со подолга бранова должина: видлива светлина, радио бранови.

Спектри на рендген: a1 - континуиран спектар на bremsstrahlung на 310 kV; a - континуиран спектар на сопирачки на 250 kV, a1 - спектар филтриран со 1 mm Cu, a2 - спектар филтриран со 2 mm Cu, b - волфрамски линии од серијата K.

За да се генерира радијација со Х-зраци, се користат рендгенски цевки (види), во кои зрачењето се јавува кога брзите електрони комуницираат со атомите на анодната супстанција. Постојат два вида на рендгенско зрачење: bremsstrahlung и карактеристично. Рендгенските зраци на Bremsstrahlung имаат континуиран спектар, сличен на обичната бела светлина. Распределбата на интензитетот во зависност од брановата должина (сл.) е претставена со крива со максимум; кон долгите бранови кривата рамно паѓа, а кон кратките бранови стрмно паѓа и завршува на одредена бранова должина (λ0), наречена кратка бранова граница на континуираниот спектар. Вредноста на λ0 е обратно пропорционална на напонот на цевката. Bremsstrahlung се јавува кога брзите електрони комуницираат со атомските јадра. Интензитетот на bremsstrahlung е директно пропорционален на јачината на струјата на анодата, квадратот на напонот низ цевката и атомскиот број (Z) на анодната супстанција.

Ако енергијата на електроните забрзани во рендгенската цевка ја надминува критичната вредност за анодната супстанција (оваа енергија се одредува со напонот Vcr критичен за оваа супстанца на цевката), тогаш се јавува карактеристично зрачење. Карактеристичниот спектар е обложен; неговите спектрални линии формираат серија, означени со буквите K, L, M, N.

Серијата K е најкратката бранова должина, серијата L е со подолга бранова должина, сериите M и N се забележани само во тешки елементи (Vcr на волфрам за серијата K е 69,3 kV, за серијата L - 12,1 kV). Карактеристичното зрачење се јавува на следниов начин. Брзите електрони ги исфрлаат атомските електрони внатрешни школки. Атомот се возбудува и потоа се враќа во основната состојба. Во овој случај, електроните од надворешните, помалку врзани обвивки ги исполнуваат празнините празнини во внатрешните обвивки, а фотоните со карактеристично зрачење се емитуваат со енергија еднаква на разликата помеѓу енергијата на атомот во возбудената и основната состојба. Оваа разлика (а со тоа и енергијата на фотонот) има одредена вредност карактеристична за секој елемент. Овој феномен лежи во основата на рендгенската спектрална анализа на елементите. Сликата го прикажува линискиот спектар на волфрам наспроти позадината на континуираниот спектар на bremsstrahlung.

Енергијата на електроните забрзана во рендгенската цевка речиси целосно се претвора во топлинска енергија (анодата станува многу жешка), само мал дел (околу 1% на напон блиску до 100 kV) се претвора во енергија на бремстралунг.

Употребата на Х-зраци во медицината се заснова на законите за апсорпција на Х-зраци од материјата. Апсорпцијата на Х-зраци е целосно независна од оптички својстваапсорбирачки материи. Безбојно и проѕирно оловно стакло, кое се користи за заштита на персоналот во просториите за рендген, речиси целосно ги апсорбира рендгенските зраци. Спротивно на тоа, лист хартија што не е проѕирен на светлина не ги ослабува рендгенските зраци.

Интензитетот на хомогена (т.е. одредена бранова должина) зрак на Х-зраци што минува низ слојот на апсорберот се намалува според експоненцијалниот закон (e-x), каде што e е основата природни логаритми(2,718), а експонентот x еднаков на производоткоефициент на слабеење на масата (μ/p) cm 2 /g по дебелина на апсорберот во g/cm 2 (тука p е густината на супстанцијата во g/cm 3). Слабеењето на зрачењето со Х-зраци се јавува и поради расејување и апсорпција. Според тоа, коефициентот на слабеење на масата е збир на коефициентите на апсорпција и расејување на масата. Коефициентот на апсорпција на масата нагло се зголемува со зголемување на атомскиот број (Z) на апсорберот (пропорционален на Z3 или Z5) и со зголемување на брановата должина (пропорционално на λ3). Оваа зависност од брановата должина е забележана во рамките на опсезите на апсорпција, на чии граници коефициентот покажува скокови.

Коефициентот на расејување на масата се зголемува со зголемување на атомскиот број на супстанцијата. На λ≥0,3Å коефициентот на расејување не зависи од брановата должина, на λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

Намалувањето на коефициентот на апсорпција и расејување со намалување на брановата должина предизвикува зголемување на продорната моќ на зрачењето на Х-зраци. Коефициентот на апсорпција на масата за коските [навлегувањето главно се должи на Ca 3 (PO 4) 2 ] е речиси 70 пати поголем отколку кај меките ткива, каде што апсорпцијата главно се должи на вода. Ова објаснува зошто сенката на коските толку остро се истакнува наспроти позадината на меките ткива на радиографијата.

Распространувањето на неуниформен зрак на Х-зраци низ кој било медиум, заедно со намалувањето на интензитетот, е придружено со промена на спектралниот состав и промена на квалитетот на зрачењето: долгиот дел од спектарот е се апсорбира во поголема мера од делот со кратки бранови, зрачењето станува порамномерно. Филтрирањето на долгобрановиот дел од спектарот овозможува, за време на рендгенската терапија на лезиите лоцирани длабоко во човечкото тело, да се подобри односот помеѓу длабоките и површинските дози (видете филтри за рендген). За да се карактеризира квалитетот на нехомоген зрак на Х-зраци, се користи концептот на „полу-слабениот слој (L)“ - слој на супстанција што го намалува зрачењето за половина. Дебелината на овој слој зависи од напонот на цевката, дебелината и материјалот на филтерот. За мерење на полу-слабените слоеви, се користат целофан (до 12 keV енергија), алуминиум (20-100 keV), бакар (60-300 keV), олово и бакар (>300 keV). За рендгенски зраци генерирани на напон од 80-120 kV, 1 mm бакар е еквивалентен во капацитет за филтрирање на 26 mm алуминиум, 1 mm олово е еквивалентно на 50,9 mm алуминиум.

Апсорпцијата и расејувањето на зрачењето со Х-зраци се должи на неговите корпускуларни својства; Зрачењето со Х-зраци е во интеракција со атомите како поток од трупови (честички) - фотони, од кои секоја има одредена енергија (обратно пропорционална на брановата должина на зрачењето на Х-зраци). Енергетскиот опсег на фотоните на Х-зраци е 0,05-500 keV.

Апсорпцијата на зрачењето на Х-зраци се должи на фотоелектричниот ефект: апсорпцијата на фотон од електронската обвивка е придружена со исфрлање на електрон. Атомот е возбуден и, враќајќи се во основната состојба, емитува карактеристично зрачење. Емитираниот фотоелектрон ја носи целата енергија на фотонот (минус енергијата на врзување на електронот во атомот).

Расејувањето на Х-зраците е предизвикано од електроните во медиумот за расејување. Се прави разлика помеѓу класичното расејување (брановата должина на зрачењето не се менува, но насоката на ширење) и расејувањето со промена на брановата должина - Комптоновиот ефект (брановата должина на расеаното зрачење е поголема од онаа на упадното зрачење ). Во вториот случај, фотонот се однесува како топка што се движи, а расејувањето на фотоните се случува, според фигуративниот израз на Комтон, како играње билијард со фотони и електрони: судирајќи се со електрон, фотонот пренесува дел од својата енергија на него и е расеан, имајќи помалку енергија (соодветно на тоа, брановата должина на расеаното зрачење се зголемува), електрон лета од атомот со енергија на повратен удар (овие електрони се нарекуваат Комптон електрони, или повратни електрони). Апсорпцијата на енергијата на Х-зраците се јавува при формирање на секундарни електрони (Комптон и фотоелектрони) и пренос на енергија до нив. Енергијата на рендгенското зрачење пренесена на единица маса на супстанцијата ја одредува апсорбираната доза на зрачење со Х-зраци. Единицата на оваа доза 1 rad одговара на 100 erg/g. Поради апсорбираната енергија, во супстанцијата на апсорберот се случуваат голем број секундарни процеси, кои се важни за рендгенската дозиметрија, бидејќи токму на нив се засноваат методите за мерење на радијацијата на Х-зраци. (види Дозиметрија).

Се зголемуваат сите гасови и многу течности, полупроводници и диелектрици електрична спроводливост. Спроводливоста ја откриваат најдобрите изолациски материјали: парафин, мика, гума, килибар. Промената на спроводливоста е предизвикана од јонизација на медиумот, т.е. одвојување на неутралните молекули на позитивни и негативни јони (јонизацијата се произведува од секундарни електрони). Јонизацијата во воздухот се користи за да се одреди дозата на изложеност на Х-зраци (доза во воздухот), која се мери во рентгени (види Дози јонизирачко зрачење). Во доза од 1 r, апсорбираната доза во воздухот е 0,88 rad.

Под влијание на рендгенското зрачење, како резултат на побудување на молекулите на супстанцијата (и при рекомбинација на јони), во многу случаи се возбудува видлив сјај на супстанцијата. При високи интензитети на рендгенско зрачење се забележува видлив сјај во воздухот, хартијата, парафинот итн. (со исклучок на металите). Највисок принос на видлива луминисценција е обезбеден од кристалните фосфори како што е Zn·CdS·Ag-фосфорот и други што се користат за флуороскопски екрани.

Под влијание на рендгенско зрачење, различни хемиски процеси: распаѓање на сребрени халиди (фотографски ефект што се користи во радиографија), распаѓање на вода и водени раствориводород пероксид, промени во својствата на целулоидот (заматување и ослободување на камфор), парафин (заматување и белење).

Како резултат на целосната конверзија, целата енергија апсорбирана од хемиски инертната супстанција, рендгенското зрачење, се претвора во топлина. Мерењето на многу мали количества топлина бара високо чувствителни методи, но е главен метод за апсолутни мерења на зрачењето со Х-зраци.

Секундарните биолошки ефекти од изложеноста на зрачење со рендген се основата на медицинската терапија со рендген (види). Рендгенското зрачење, чии кванти се 6-16 keV (ефективни бранови должини од 2 до 5 А), речиси целосно се апсорбира кожататкаенини човечкото тело; овие се нарекуваат гранични зраци, или понекогаш Букаови зраци (види Букаови зраци). За длабока рендгенска терапија се користи тврдо филтрирано зрачење со ефективни енергетски кванти од 100 до 300 keV.

Биолошкиот ефект на рендгенското зрачење треба да се земе предвид не само за време на терапијата со рендген, туку и за време на дијагностика со рендген, како и во сите други случаи на контакт со рендгенско зрачење за кои е потребна употреба на заштита од зрачење (види).

Откритието и заслугите во проучувањето на основните својства на Х-зраците со право му припаѓаат на германскиот научник Вилхелм Конрад Рентген. Неверојатни својстваРендгенските снимки што ги откри веднаш добија огромна резонанца во научниот свет. Иако тогаш, во 1895 година, научникот тешко можеше да замисли какви придобивки, а понекогаш и штета може да донесе рендгенското зрачење.

Ајде да дознаеме во оваа статија како овој вид на зрачење влијае на здравјето на луѓето.

Што е рендгенско зрачење

Првото прашање што го интересираше истражувачот беше што е рендгенско зрачење? Низа експерименти овозможија да се потврди дека ова е електромагнетно зрачење со бранова должина од 10 -8 см, заземајќи средна позиција помеѓу ултравиолетовото и гама зрачењето.

Примени на Х-зраци

Сите овие аспекти на деструктивните ефекти на мистериозните рендгенски зраци воопшто не исклучуваат изненадувачки обемни аспекти на нивната примена. Каде се користи рендгенското зрачење?

1. Проучување на структурата на молекулите и кристалите.
2. Откривање на дефекти со рендген (во индустријата, откривање на дефекти во производите).
3. Методи медицински истражувањаи терапија.

Најважните примени на Х-зраците се овозможени со многу кратките бранови должини на овие бранови и нивните уникатни својства.

Бидејќи сме заинтересирани за ефектот на рендгенското зрачење врз луѓето кои се среќаваат со него само за време на медицински преглед или третман, тогаш дополнително ќе ја разгледаме само оваа област на примена на Х-зраци.

Примена на Х-зраци во медицината

И покрај посебното значење на неговото откритие, Рентген не извадил патент за негова употреба, што го прави непроценлив подарок за целото човештво. Веќе во Првата светска војна почнаа да се користат апарати за рендген, што овозможи брзо и прецизно дијагностицирање на ранетите. Сега можеме да разликуваме две главни области на примена на Х-зраците во медицината:

• Х-зраци дијагностика;
• Терапија со Х-зраци.

Х-зраци дијагностика

Рендгенската дијагностика се користи на различни начини:

Ајде да ги погледнеме разликите помеѓу овие методи.

Сите овие дијагностички методи се засноваат на способноста на Х-зраците да осветлуваат фотографски филм и на нивната различна пропустливост на ткивата и коскениот скелет.

Терапија со Х-зраци

Способноста на Х-зраците да имаат биолошки ефект врз ткивото се користи во медицината за лекување на тумори. Јонизирачкиот ефект на ова зрачење најактивно се манифестира во неговиот ефект врз клетките кои брзо се делат, а тоа се клетките на малигните тумори.

Сепак, треба да знаете и за несакани ефекти, неизбежно придружна радиотерапија. Факт е дека клетките на хематопоетски, ендокрини, имунолошки системи. Негативните ефекти врз нив доведуваат до знаци на зрачење.

Ефектот на зрачењето со Х-зраци врз луѓето

Набргу по извонредното откритие на рендгенските зраци, беше откриено дека рендгенските зраци имаат ефект врз луѓето.

Овие податоци се добиени од експерименти на експериментални животни, но генетичарите сугерираат дека слични последици може да се прошират и на човечкото тело.

Студијата за ефектите од зрачењето со Х-зраци овозможи развој на меѓународни стандарди за дозволени дозизрачење.

Дози на Х-зраци за време на дијагностика на Х-зраци

По посетата на просторијата за рендген, многу пациенти се чувствуваат загрижени за тоа како примената доза на зрачење ќе влијае на нивното здравје?

Дозата на зрачење на целото тело зависи од природата на извршената процедура. За погодност, ќе ја споредиме добиената доза со природното зрачење, кое го придружува човекот во текот на неговиот живот.

1. Х-зраци: градите- примената доза на зрачење е еквивалентна на 10 дена позадинско зрачење; горниот дел од стомакот и тенко црево- 3 години.
2. Компјутеризирана томографија на органи абдоминална празнинаи карлицата, како и целото тело - 3 години.
3. Мамографија - 3 месеци.
4. Х-зраците на екстремитетите се практично безопасни.
5. Што се однесува до стоматолошките рендгенски снимки, дозата на зрачење е минимална, бидејќи пациентот е изложен на тесен зрак на рентген со кратко траење на зрачење.

Овие дози на зрачење ги исполнуваат прифатливите стандарди, но доколку пациентот доживее вознемиреност пред да се подложи на рендген, тој има право да побара посебна заштитна престилка.

Изложеност на Х-зраци кај бремени жени

Секој човек е принуден да се подложи на рендгенски прегледи повеќе од еднаш. Но, постои правило - овој дијагностички метод не може да се препише на бремени жени. Ембрионот во развој е исклучително ранлив. Х-зрациможе да предизвика хромозомски абнормалности и, како последица на тоа, раѓање на деца со развојни дефекти. Најранливиот период во овој поглед е бременоста до 16 недели. Покрај тоа, рендгенските снимки на 'рбетот, карличните и стомачните области се најопасни за нероденото бебе.

Знаејќи за штетно влијаниеРендгенското зрачење за бременост, лекарите на секој можен начин избегнуваат да го користат во овој важен период од животот на жената.

Сепак, постојат странични извори на зрачење со Х-зраци:

• електронски микроскопи;
• цевки за слика на телевизори во боја итн.

Идните мајки треба да бидат свесни за опасноста што ја претставуваат.

Рендгенската дијагностика не е опасна за доилките.

Што да направите по рендген

За да избегнете дури и минимални ефекти од изложувањето на Х-зраци, можете да преземете неколку едноставни чекори:

• по рентген, пијте чаша млеко - отстранува мали дози на зрачење;
• Многу е корисно да земете чаша суво вино или сок од грозје;
• некое време по постапката е корисно да се зголеми процентот на производи со зголемена содржинајод (морска храна).

Но не процедури за лекувањеили не се потребни посебни мерки за отстранување на зрачењето по рентген!

И покрај, несомнено, сериозни последициод изложување на рентген зраци не треба да се прецени нивната опасност кога медицински прегледи- се вршат само на одредени делови од телото и многу брзо. Придобивките од нив многу пати го надминуваат ризикот од оваа постапка за човечкото тело.

Х-зраци зрачење, невидливо зрачење кое може да навлезе, иако различни степени, во сите супстанции. Тоа е електромагнетно зрачење со бранова должина од околу 10-8 см.

Како видливата светлина, Х-зраците предизвикуваат фотографскиот филм да стане црно. Овој имот е важен за медицината, индустријата и научно истражување. Поминувајќи низ предметот што се проучува и потоа паѓајќи на фотографскиот филм, зрачењето на Х-зраци ја прикажува неговата внатрешна структура на него. Бидејќи продорната моќ на рендгенското зрачење варира за различни материјали, делови од објектот што се помалку транспарентни за него создаваат полесни области на фотографијата од оние низ кои зрачењето добро продира. Значи, коскеното ткивопомалку транспарентни за рендген од ткивата што ја сочинуваат кожата и внатрешни органи. Затоа, на рендген, коските ќе изгледаат како полесни области и местото на фрактура, кое е потранспарентно за зрачење, може да се открие прилично лесно. Рендгенските снимки се користат и во стоматологијата за откривање на кариес и апсцеси во корените на забите, а во индустријата за откривање на пукнатини во одливот, пластиката и гумата.

Х-зраците се користат во хемијата за анализа на соединенија и во физиката за проучување на структурата на кристалите. Рендгенскиот зрак кој минува низ хемиско соединение произведува карактеристично секундарно зрачење, чија спектроскопска анализа му овозможува на хемичарот да го одреди составот на соединението. Кога зрак од Х-зраци паѓа на кристална супстанција, таа се расфрла од атомите на кристалот, давајќи јасна, правилна слика на дамки и ленти на фотографската плоча, што овозможува да се утврди внатрешната структура на кристалот. .

Употребата на Х-зраци во лекувањето на ракот се заснова на фактот дека убива клетките на ракот. Сепак, може да има и непожелни ефекти врз нормалните клетки. Затоа, мора да се внимава при користење на Х-зраци на овој начин.

Примање на Х-зраци

Зрачењето со Х-зраци се јавува кога електроните кои се движат со голема брзина комуницираат со материјата. Кога електроните се судираат со атоми на која било супстанција, тие брзо ја губат својата кинетичка енергија. Во овој случај, поголемиот дел од него се претвора во топлина, а мал дел, обично помалку од 1%, се претвора во енергија на рентген. Оваа енергија се ослободува во форма на кванти - честички наречени фотони, кои имаат енергија, но чија маса на мирување е нула. Фотони на Х-зрацисе разликуваат по нивната енергија, која е обратно пропорционална со нивната бранова должина. Конвенционалниот метод за производство на рендгенски зраци произведува широк опсег на бранови должини, кој се нарекува спектар на рендгенски зраци.

Рендгенски цевки. За да произведете рендгенски зраци преку интеракцијата на електроните со материјата, треба да имате извор на електрони, средство за нивно забрзување до големи брзини и цел што може да издржи електронско бомбардирање и да произведе рендгенски зраци со потребниот интензитет. Уредот што го содржи сето ова се нарекува рендгенска цевка. Раните истражувачи користеле „длабоко евакуирани“ цевки како што се модерни цевки за испуштање гас. Вакуумот во нив не беше многу висок.

Цевките за испуштање гас содржат мала количина нагас, а кога на електродите на цевката се нанесува голема потенцијална разлика, атомите на гасот се претвораат во позитивни и негативни јони. Позитивните се движат кон негативната електрода (катода) и, паѓајќи врз неа, ги исфрлаат електроните од неа, а тие, пак, се движат кон позитивната електрода (анода) и, бомбардирајќи ја, создаваат поток од фотони на рендген. .

Во модерната рендгенска цевка развиена од Кулиџ (сл. 11), изворот на електрони е волфрамска катода загреана на висока температура.

Ориз. единаесет.

Електроните се забрзуваат до големи брзини со големата потенцијална разлика помеѓу анодата (или анти-катодата) и катодата. Бидејќи електроните мора да стигнат до анодата без да се судрат со атомите, неопходен е многу висок вакуум, што бара цевката добро да се евакуира. Ова исто така ја намалува веројатноста за јонизација на преостанатите атоми на гас и добиените странични струи.

Кога е бомбардирана од електрони, волфрамската антикатода емитува карактеристично зрачење со Х-зраци. Пресекот на рендгенскиот зрак е помал од вистинската озрачена површина. 1 - електронски зрак; 2 - катода со електрода за фокусирање; 3 - стаклена обвивка (цевка); 4 - цел волфрам (анти-катодна); 5 - катодна нишка; 6 - вистинска озрачена површина; 7 - ефективна фокусна точка; 8 - бакарна анода; 9 - прозорец; 10 - расфрлано зрачење со рентген.

Електроните се фокусирани на анодата со специјално обликувана електрода што ја опкружува катодата. Оваа електрода се нарекува фокусирачка електрода и заедно со катодата го формира „електронскиот рефлектор“ на цевката. Анодата што е подложена на електронско бомбардирање мора да биде направена од огноотпорен материјал, бидејќи поголемиот дел од кинетичката енергија на електроните на бомбардирањето се претвора во топлина. Покрај тоа, пожелно е анодата да биде направена од материјал со висок атомски број, бидејќи Приносот на Х-зраци се зголемува со зголемување на атомскиот број. Најчесто се избира аноден материјал е волфрам, чиј атомски број е 74. Дизајнот на рендгенските цевки може да варира во зависност од условите на употреба и барањата.

ПРЕДАВАЊЕ

РТГ

Природата на Х-зраците

Bremsstrahlung рендгенско зрачење, неговите спектрални својства.

Карактеристично зрачење со Х-зраци (за референца).

Интеракција на рендгенското зрачење со материјата.

Физичка основа на употребата на рентген зрачење во медицината.

Рендгенските зраци (X - зраци) беа откриени од К.Рентген, кој во 1895 година стана првиот нобеловец за физика.

Природата на Х-зраците

Х-зраци зрачење – електромагнетни бранови со должина од 80 до 10–5 nm. Долгобрановото рендгенско зрачење се преклопува со краткобрановото УВ зрачење, а зрачењето со кратките бранови на Х-зраци се преклопува со зрачењето со долг бран .

Х-зраците се произведуваат во рендгенски цевки. Сл.1.

К – катода

1 – електронски зрак

2 – Х-зраци зрачење

Ориз. 1. Уред за рендгенска цевка.

Цевката е стаклена колба (со веројатно висок вакуум: притисокот во неа е околу 10–6 mm Hg) со две електроди: анода А и катода К, на кои се применува висок напон U (неколку илјади волти). Катодата е извор на електрони (поради феноменот на термионска емисија). Анодата е метална прачка која има наклонета површина со цел да го насочи добиеното зрачење на Х-зраци под агол на оската на цевката. Направен е од високо термички спроводлив материјал за да ја исфрли топлината генерирана од електронско бомбардирање. На закосениот крај има плоча од огноотпорен метал (на пример, волфрам).

Силното загревање на анодата се должи на фактот што поголемиот дел од електроните во катодниот зрак, по достигнувањето на анодата, доживуваат бројни судири со атомите на супстанцијата и им пренесуваат голема енергија.

Под влијание на висок напон, електроните емитирани од топла катодна нишка се забрзуваат до високи енергии. Кинетичката енергија на електронот е mv 2/2. Тоа е еднакво на енергијата што ја добива додека се движи во електростатското поле на цевката:

mv 2 /2 = eU (1)

каде m, e се масата и полнежот на електронот, U е забрзувачкиот напон.

Процесите што доведуваат до појава на радијација со рендгенски зраци bremsstrahlung се предизвикани од интензивно забавување на електроните во анодната супстанција од електростатското поле на атомското јадро и атомските електрони.

Механизмот на појава може да се претстави на следниов начин. Движечките електрони се одредена струја што формира сопствено магнетно поле. Забавување на електроните - намалување на јачината на струјата и, соодветно, менување на индукцијата магнетно поле, што ќе предизвика појава на наизменично електрично поле, т.е. појава на електромагнетен бран.

Така, кога наелектризираната честичка лета во материјата, таа се забавува, ја губи својата енергија и брзина и испушта електромагнетни бранови.

Спектрални својства на Х-зраци bremsstrahlung .

Значи, во случај на забавување на електроните во анодната супстанција, Bremsstrahlung рендгенско зрачење.

Спектарот на рендгенските зраци bremsstrahlung е континуиран. Причината за ова е следнава.

Кога електроните се забавуваат, дел од енергијата оди на загревање на анодата (E 1 = Q), другиот дел за создавање фотон на рендген (E 2 = hv), во спротивно, eU = hv + Q. Односот помеѓу овие делови се случајни.

Така, континуиран спектар на bremsstrahlung на Х-зраци се формира поради забавување на многу електрони, од кои секој емитира по еден квант на Х-зраци hv (h) со строго дефинирана вредност. Големината на овој квантум различни за различни електрони.Зависност на енергетскиот флукс на Х-зраци од брановата должина , т.е. Спектарот на Х-зраци е прикажан на сл. 2.

Сл.2. Bremsstrahlung спектар на Х-зраци: а) при различни напони U во цевката; б) на различни температури Т на катодата.

Краткобрановото (тврдо) зрачење има поголема продорна моќ од зрачењето со долг бран (меко). Мекото зрачење посилно се апсорбира од материјата.

На страната со кратка бранова должина, спектарот нагло завршува на одредена бранова должина  m i n. Ваквите кратки бранови bremsstrahlung се случуваат кога енергијата добиена од електрон во полето за забрзување е целосно претворена во фотонска енергија (Q = 0):

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

 min (nm) = 1,23/UkV

Спектралниот состав на зрачењето зависи од напонот на рендгенската цевка; со зголемување на напонот, вредноста  m i n се поместува кон кратки бранови должини (сл. 2а).

Кога температурата Т на катодата се менува, емисијата на електрони се зголемува. Следствено, струјата I во цевката се зголемува, но спектралниот состав на зрачењето не се менува (сл. 2б).

Протокот на енергија Ф  bremsstrahlung е директно пропорционален на квадратот на напонот U помеѓу анодата и катодата, јачината на струјата I во цевката и атомскиот број Z на супстанцијата на анодата:

Ф = kZU 2 I. (3)

каде k = 10 –9 W/(V 2 A).

Карактеристично зрачење со Х-зраци (за повикување).

Зголемувањето на напонот на рендгенската цевка доведува до појава на линиски спектар против позадината на континуиран спектар, што одговара на карактеристичното зрачење на Х-зраци. Ова зрачење е специфично за анодниот материјал.

Механизмот на неговото појавување е како што следува. При висок напон, забрзаните електрони (со голема енергија) навлезат длабоко во атомот и ги исфрлаат електроните од неговите внатрешни слоеви. Електроните се движат во празни места од горните нивоа, како резултат на што се емитуваат фотони со карактеристично зрачење.

Спектрите на карактеристичното зрачење со Х-зраци се разликуваат од оптичките спектри.

- Униформност.

Еднообразноста на карактеристичните спектри се должи на фактот што внатрешните електронски слоеви на различни атоми се идентични и се разликуваат само енергетски поради силата што ја вршат јадрата, која се зголемува со зголемување на атомскиот број на елементот. Затоа, карактеристичните спектри се поместуваат кон повисоки фреквенции со зголемување на нуклеарното полнење. Ова беше експериментално потврдено од вработен во Roentgen - Мозили, кој ги мерел фреквенциите на транзиции на Х-зраци за 33 елементи. Тие го утврдија законот.

ЗАКОН НА МОСЛИ – Квадратниот корен на карактеристичната фреквенција на зрачење е линеарна функција од серискиот број на елементот:

= A  (Z – B), (4)

каде што v е фреквенцијата на спектралната линија, Z е атомскиот број на елементот што емитува. A, B се константи.

Важноста на Мозелевиот закон лежи во фактот дека од оваа зависност е можно точно да се одреди атомскиот број на елементот што се проучува врз основа на измерената фреквенција на линијата на рендген. Ова одигра голема улога во поставувањето на елементите во периодниот систем.

Независност од хемиско соединение.

Карактеристичните спектри на Х-зраци на атомот не зависат од хемиското соединение во кое е вклучен елементот атом. На пример, спектарот на рендгенските зраци на атомот на кислород е ист за O 2, H 2 O, додека оптичките спектри на овие соединенија се различни. Оваа карактеристика на спектарот на Х-зраци на атомот послужи како основа за името " карактеристично зрачење".

Интеракција на Х-зраците со материјата

Влијанието на рендгенското зрачење врз предметите се одредува со примарните процеси на интеракција на Х-зраците фотон со електрониатоми и молекули на материјата.

Х-зраци зрачење во материјата апсорбираили дисипира. Во овој случај, може да се случат различни процеси, кои се одредуваат со односот на енергијата на фотонот на Х-зраци hv и енергијата на јонизација А и (енергија на јонизација А и е енергијата потребна за отстранување на внатрешните електрони надвор од атомот или молекулата) .

А) Кохерентно расејување(растурање на зрачење со долги бранови) се јавува кога релацијата е задоволена

За фотоните, поради интеракцијата со електроните, се менува само насоката на движење (сл. 3а), но енергијата hv и брановата должина не се менуваат (затоа ова расејување се нарекува кохерентна). Бидејќи енергијата на фотонот и атомот не се менуваат, кохерентното расејување не влијае биолошки објекти, но при креирање заштита од рендгенско зрачење треба да се земе предвид можноста за промена на примарната насока на зракот.

б) Фото ефектсе случува кога

Во овој случај, може да се реализираат два случаи.

Фотонот се апсорбира, електронот се одвојува од атомот (сл. 3б). Се јавува јонизација. Одвоениот електрон добива кинетичка енергија: E к = hv – A и. Ако кинетичката енергија е висока, тогаш електронот може да ги јонизира соседните атоми со судир, формирајќи нови секундарноелектрони.

Фотонот се апсорбира, но неговата енергија не е доволна за отстранување на електрон, и побудување на атом или молекула(сл. 3в). Ова често води до последователна емисија на фотон во видливиот регион (луминисценција на рентген), а во ткивата до активирање на молекули и фотохемиски реакции. Фотоелектричниот ефект се јавува главно на електроните на внатрешните обвивки на атомите со висока Z.

V) Некохерентно расејување(Комптон ефект, 1922) се јавува кога енергијата на фотонот е многу поголема од енергијата на јонизација

Во овој случај, електрон се отстранува од атомот (таквите електрони се нарекуваат повратни електрони), добива одредена кинетичка енергија E k, енергијата на самиот фотон се намалува (сл. 4г):

hv = hv" + A и + E k. (5)

Така генерираното зрачење со променета фреквенција (должина) се нарекува секундарно, се распрснува во сите правци.

Повратните електрони, доколку имаат доволно кинетичка енергија, можат да ги јонизираат соседните атоми со судир. Така, како резултат на некохерентно расејување, се формира секундарно расеано зрачење на Х-зраци и се јавува јонизација на атомите на супстанцијата.

Посочените (а, б, в) процеси може да предизвикаат голем број последователни. На пример (сл. 3г), Ако за време на фотоелектричниот ефект, електроните на внатрешните обвивки се одвоени од атомот, тогаш електроните со повеќе високи нивоа, што е придружено со секундарно карактеристично рендгенско зрачење на оваа супстанца. Фотоните на секундарното зрачење, во интеракција со електроните на соседните атоми, можат, пак, да предизвикаат секундарни феномени.

кохерентно расејување

ух енергијата и брановата должина остануваат непроменети

фотоефект

фотонот се апсорбира, е - одвоен од атомот - јонизација

hv = A и + E k

атом А возбуден при апсорпција на фотон, R – луминисценција на Х-зраци

некохерентно расејување

hv = hv"+A и +E до

секундарни процеси во фотоелектричниот ефект

Ориз. 3 Механизми на интеракција на рендгенското зрачење со материјата

Физичка основа на употребата на х-зраци во медицината

Кога рендгенското зрачење паѓа на тело, тоа малку се рефлектира од неговата површина, но главно поминува длабоко во него, додека делумно се апсорбира и се расфрла, а делумно поминува низ него.

Закон за слабеење.

Флуксот на Х-зраци е атенуиран во супстанција според законот:

Ф = Ф 0 e –   x (6)

каде што  – линеарна коефициент на слабеење,што значително зависи од густината на супстанцијата. Тој еднаков на збироттри члена што одговараат на кохерентно расејување  1, некохерентно  2 и фотоелектричен ефект  3:

 =  1 +  2 +  3 . (7)

Придонесот на секој член се одредува со енергијата на фотонот. Подолу се дадени односите помеѓу овие процеси за меките ткива (вода).

Уживајте коефициент на масовно слабеење,што не зависи од густината на супстанцијата :

 m = /. (8)

Коефициентот на слабеење на масата зависи од енергијата на фотонот и од атомскиот број на абсорбента супстанција:

 m = k 3 Z 3 . (9)

Коефициентите на слабеење на масата на коските и меките ткива (вода) се различни:  m коска / m вода = 68.

Ако на патот на рендгенските зраци се постави нехомогено тело, а пред него се постави флуоресцентен екран, тогаш ова тело, апсорбирајќи го и ослабувајќи го зрачењето, формира сенка на екранот. Според природата на оваа сенка може да се суди за обликот, густината, структурата и во многу случаи природата на телата. Оние. Значајната разлика во апсорпцијата на зрачењето на Х-зраци од различни ткива овозможува да се види слика на внатрешните органи во проекција во сенка.

Ако органот што се испитува и околните ткива подеднакво го ослабуваат зрачењето со рендген, тогаш се користат контрастни средства. На пример, со полнење на желудникот и цревата со маса слична на каша од бариум сулфат (BaS0 4), може да се види нивната слика во сенка (односот на коефициентите на слабеење е 354).

Употреба во медицината.

Во медицината, Х-зраците се користат со енергии на фотони кои се движат од 60 до 100-120 keV за дијагностика и 150-200 keV за терапија.

Х-зраци дијагностика – препознавање на болести со користење на рендгенски преглед на телото.

Рендгенската дијагностика се користи на различни начини, кои се дадени подолу.

Со флуороскопијаЦевката за рендген се наоѓа зад пациентот. Пред него има флуоресцентен екран. На екранот се забележува слика во сенка (позитивна). Во секој поединечен случај, соодветната цврстина на зрачење се избира така што ќе помине низ меки ткаенини, но беше доволно апсорбиран од густите. Во спротивно, добивате униформа сенка. На екранот, срцето и ребрата се видливи темни, белите дробови светли.

Со радиографијапредметот се става на касета која содржи филм со специјална фотографска емулзија. Рендгенската цевка е поставена над објектот. Добиената радиографија дава негативна слика, т.е. спротивното за разлика од сликата забележана при трансилуминација. Во овој метод, сликата е појасна отколку во (1), така што се забележуваат детали кои тешко се гледаат преку пренос.

Ветувачка верзија на овој метод е рендген томографијаи „машинска верзија“ – компјутер томографија.

3. Со флуорографија,Сликата од големиот екран е снимена на чувствителен филм со мал формат. Кога гледате, фотографиите се гледаат со помош на специјален лупа.

Терапија со Х-зраци– употреба на рентген за уништување на малигни тумори.

Биолошкиот ефект на зрачењето е да ги наруши виталните функции, особено на клетките кои брзо се размножуваат.

КОМПЈУТЕРСКА ТОМОГРАФИЈА (КТ)

Методот на компјутерска томографија на Х-зраци се заснова на реконструкција на слика на одреден дел од телото на пациентот со снимање на голем број рендгенски проекции на овој дел, изведени под различни агли. Информациите од сензорите кои ги снимаат овие проекции влегуваат во компјутер, кој со помош на специјална програма, пресметувадистрибуција тесниголемина на примерокотво делот што се проучува и го прикажува на екранот за прикажување. Пресечната слика на телото на пациентот добиена на овој начин се карактеризира со одлична јасност и висока содржина на информации. Програмата дозволува, доколку е потребно, зголемување контраст на сликатаВ десетици, па дури и стотици пати. Ова ги проширува дијагностичките способности на методот.

Видеографи (уреди со дигитална рендгенска обработка на слики) во современата стоматологија.

Во стоматологијата, рендгенскиот преглед е главниот дијагностички метод. Сепак, голем број традиционални организациски и технички карактеристики на дијагностиката со рендген го прават тоа не е сосема удобно и за пациентот и за стоматолошките клиники. Ова е, пред сè, потребата за контакт на пациентот со јонизирачко зрачење, што често создава значително оптоварување со зрачење на телото; тоа е и потреба од фотопроцес, а со тоа и потреба од фотореагенси, вклучително и токсични. Ова е, конечно, гломазна архива, тешки папки и пликови со рентген филмови.

Дополнително, сегашното ниво на развој на стоматологијата ја прави недоволна субјективната проценка на радиографијата од човечкото око. Како што се испостави, од разновидноста на нијанси на сива боја содржани во сликата со рентген, окото перцепира само 64.

Очигледно е дека за да се добие јасна и детална слика на тврдите ткива на дентофацијалниот систем со минимална изложеност на зрачење, потребни се други решенија. Пребарувањето доведе до создавање на таканаречени радиографски системи, видеографи - системи за дигитална радиографија.

Без технички детали, принципот на работа на таквите системи е како што следува. Зрачењето на Х-зраци поминува низ објектот не до фотосензитивен филм, туку до посебен интраорален сензор (специјална електронска матрица). Соодветниот сигнал од матрицата се пренесува на уред за дигитализирање (аналогно-дигитален конвертор, ADC) поврзан со компјутерот, кој го претвора во дигитална форма. Специјален софтвер создава слика со рендген на компјутерски екран и ви овозможува да ја обработите, да ја зачувате на тврд или флексибилен медиум за складирање (хард диск, флопи дискови) и да ја испечатите како датотека како слика.

Во дигитален систем, слика со рендген е збир на точки со различни вредности на дигитални сиви скали. Оптимизацијата на приказот на информациите што ја обезбедува програмата овозможува да се добие рамка која е оптимална по осветленост и контраст со релативно мала доза на зрачење.

Во современите системи, создадени, на пример, од Trophy (Франција) или Schick (САД), се користат 4096 нијанси на сиво при формирање рамка, времето на експозиција зависи од предметот на проучување и, во просек, е стотинки - десетини од второ, намалување на изложеноста на радијација во однос на филмот - до 90% за интраорални системи, до 70% за панорамски видеографи.

Кога обработуваат слики, видеографите можат:

Примајте позитивни и негативни слики, слики со псевдо-боја и релјефни слики.

Зголемете го контрастот и зголемете ја областа на интерес за сликата.

Проценете ги промените во густината на забните ткива и коскените структури, следете ја униформноста на полнењето на каналот.

Во ендодонцијата, определете ја должината на каналот од која било кривина, а во операцијата изберете ја големината на имплантот со точност од 0,1 mm.

Уникатниот систем за детектор на кариес со елементи на вештачка интелигенција при анализа на слика ви овозможува да откриете кариес во фаза на самото место, кариес на коренот и скриен кариес.

„Ф“ во формулата (3) се однесува на целиот опсег на емитирани бранови должини и често се нарекува „Интегрален енергетски флукс“.