RÖNTG-SUGÁRZÁS
láthatatlan sugárzás, amely képes áthatolni, bár különböző mértékben, minden anyagon. Körülbelül 10-8 cm hullámhosszú elektromágneses sugárzás, a látható fényhez hasonlóan a röntgensugárzás is a fényképészeti film elfeketedését okozza. Ez a tulajdonság nagy jelentőséggel bír az orvostudomány, az ipar és a tudományos kutatás számára. A vizsgált tárgyon áthaladva, majd a filmre esve a röntgensugárzás a belső szerkezetét ábrázolja rajta. Mivel a röntgensugárzás áthatoló ereje különböző anyagoknál eltérő, a tárgy számára kevésbé átlátszó részek világosabb területeket adnak a fényképen, mint azok, amelyeken a sugárzás jól áthatol. Így a csontszövetek kevésbé átlátszóak a röntgensugárzás számára, mint a bőrt és a belső szerveket alkotó szövetek. Ezért a röntgenfelvételen a csontok világosabb területként jelennek meg, és a törési hely, amely a sugárzás számára átlátszóbb, meglehetősen könnyen kimutatható. A röntgen képalkotást a fogászatban is használják a fogszuvasodás és tályogok kimutatására a foggyökerekben, valamint az iparban az öntvények, műanyagok és gumik repedéseinek kimutatására. A röntgensugárzást a kémiában a vegyületek elemzésére, a fizikában pedig a kristályok szerkezetének vizsgálatára használják. A kémiai vegyületen áthaladó röntgensugár jellegzetes másodlagos sugárzást okoz, amelynek spektroszkópiai elemzése lehetővé teszi a vegyész számára a vegyület összetételének meghatározását. Kristályos anyagra eséskor röntgensugarat szórnak szét a kristály atomjai, így tiszta, szabályos folt- és csíkmintázatot adnak a fényképezőlapon, amely lehetővé teszi a kristály belső szerkezetének megállapítását. A röntgensugárzás rákkezelésben való alkalmazása azon a tényen alapul, hogy elpusztítja a rákos sejteket. Ugyanakkor nemkívánatos hatással lehet a normál sejtekre. Ezért rendkívül óvatosan kell eljárni a röntgensugárzás alkalmazásakor. A röntgensugárzást W. Roentgen (1845-1923) német fizikus fedezte fel. Nevét más, ehhez a sugárzáshoz kapcsolódó fizikai kifejezésekben is megörökítették: az ionizáló sugárzás dózisának nemzetközi mértékegységét röntgennek nevezik; a röntgenkészülékkel készített képet röntgenfelvételnek nevezik; A radiológiai orvoslás azon területét, amely röntgensugárzást használ betegségek diagnosztizálására és kezelésére, radiológiának nevezik. Röntgen 1895-ben fedezte fel a sugárzást, amikor a Würzburgi Egyetem fizikaprofesszora volt. A katódsugarakkal (kisülési csövekben áramló elektronok) végzett kísérletek során észrevette, hogy a vákuumcső közelében elhelyezkedő, kristályos bárium-cianoplatinittal borított képernyő erősen világít, bár magát a csövet fekete karton borítja. Röntgen megállapította továbbá, hogy az általa felfedezett ismeretlen sugarak áthatoló ereje, amelyeket röntgensugárzásnak nevezett, az elnyelő anyag összetételétől függ. Saját kezének csontjait is leképezte úgy, hogy azt egy katódsugár-kisülési cső és egy bárium-cianoplatinittal bevont képernyő közé helyezte. Röntgen felfedezését más kutatók kísérletei követték, akik számos új tulajdonságot és lehetőséget fedeztek fel ennek a sugárzásnak a felhasználására. M. Laue, W. Friedrich és P. Knipping nagyban hozzájárult, akik 1912-ben bemutatták a röntgensugarak diffrakcióját, amikor áthaladnak egy kristályon; W. Coolidge, aki 1913-ban feltalált egy nagy vákuumú röntgencsövet fűtött katóddal; G. Moseley, aki 1913-ban megállapította a sugárzás hullámhossza és egy elem rendszáma közötti kapcsolatot; G. és L. Braggy, akik 1915-ben kaptak Nóbel díj a röntgendiffrakciós elemzés alapjainak kidolgozásához.
RÖNTGENSUGÁRZÁS ELÉRÉSE
Röntgensugárzás akkor jön létre, amikor a nagy sebességgel mozgó elektronok kölcsönhatásba lépnek az anyaggal. Amikor az elektronok bármilyen anyag atomjával ütköznek, gyorsan elveszítik mozgási energiájukat. Ebben az esetben a nagy része hővé alakul, és egy kis része, általában kevesebb, mint 1%, alakul át röntgenenergiává. Ez az energia kvantumok formájában szabadul fel – fotonoknak nevezett részecskék, amelyek energiával rendelkeznek, de nyugalmi tömegük nulla. A röntgenfotonok energiájukban különböznek, ami fordítottan arányos hullámhosszukkal. A röntgensugarak előállításának hagyományos módszerével a hullámhosszok széles tartományát kapják, amelyet röntgenspektrumnak neveznek. A spektrum kifejezett komponenseket tartalmaz, amint az az ábrán látható. 1. A széles "kontinuumot" folytonos spektrumnak vagy fehér sugárzásnak nevezzük. A rárakódó éles csúcsokat karakterisztikus röntgen emissziós vonalaknak nevezzük. Bár a teljes spektrum az elektronok anyaggal való ütközésének eredménye, széles részének és vonalainak megjelenési mechanizmusai eltérőek. Az anyag abból áll egy nagy szám atomok, amelyek mindegyikének atommagja van, amelyet elektronhéjak vesznek körül, és egy adott elem atomjának héjában minden egyes elektron egy bizonyos diszkrét energiaszintet foglal el. Általában ezeket a héjakat vagy energiaszinteket a K, L, M stb. szimbólumokkal jelöljük, a maghoz legközelebb eső héjtól kezdve. Amikor egy kellően nagy energiájú beeső elektron ütközik az atomhoz kötött elektronok egyikével, kiüti azt a héjából. Az üres helyet egy másik elektron foglalja el a héjból, ami magasabb energiának felel meg. Ez utóbbi többletenergiát bocsát ki röntgenfoton kibocsátásával. Mivel a héjelektronok diszkrét energiaértékkel rendelkeznek, a keletkező röntgenfotonok is diszkrét spektrummal rendelkeznek. Ez bizonyos hullámhosszok éles csúcsainak felel meg, amelyek konkrét értékei a célelemtől függenek. A karakterisztikus vonalak K-, L- és M-sorozatot alkotnak, attól függően, hogy melyik héjból (K, L vagy M) távolították el az elektront. A röntgensugárzás hullámhossza és az atomszám közötti összefüggést Moseley-törvénynek nevezzük (2. ábra).

Ha egy elektron egy viszonylag nehéz atommaggal ütközik, akkor lelassul, és annak kinetikus energia megközelítőleg azonos energiájú röntgenfotonként bocsátják ki. Ha elrepül az atommag mellett, energiájának csak egy részét veszíti el, a többi pedig átkerül más, az útjába kerülő atomokhoz. Minden energiaveszteség egy bizonyos energiájú foton kibocsátásához vezet. Megjelenik egy folytonos röntgenspektrum, melynek felső határa a leggyorsabb elektron energiájának felel meg. Ez a folyamatos spektrum kialakulásának mechanizmusa, és a folytonos spektrum határát rögzítő maximális energia (vagy minimális hullámhossz) arányos a gyorsító feszültséggel, amely meghatározza a beeső elektronok sebességét. A spektrumvonalak a bombázott cél anyagát jellemzik, míg a folytonos spektrumot az elektronsugár energiája határozza meg és gyakorlatilag nem függ a célanyagtól. Röntgensugarak nem csak elektronbombázással nyerhetők, hanem a célpont más forrásból származó röntgensugárzással történő besugárzásával is. Ebben az esetben azonban a beeső sugár energiájának nagy része a jellegzetes röntgenspektrumba kerül, és ennek nagyon kis része a folytonos spektrumba. Nyilvánvaló, hogy a beeső röntgensugárnak olyan fotonokat kell tartalmaznia, amelyek energiája elegendő a bombázott elem jellegzetes vonalainak gerjesztéséhez. A karakterisztikus spektrumra jutó energia magas százaléka alkalmassá teszi ezt a röntgensugaras gerjesztési módszert a tudományos kutatáshoz.
Röntgencsövek. Ahhoz, hogy az elektronok anyaggal való kölcsönhatásából eredő röntgensugárzást kapjunk, szükség van egy elektronforrásra, a nagy sebességre gyorsító eszközökre, valamint egy olyan célpontra, amely képes ellenállni az elektronbombázásnak és röntgensugárzást előállítani. a szükséges intenzitást. Azt az eszközt, amely mindezzel rendelkezik, röntgencsőnek nevezik. A korai kutatók „mélyvákuum” csöveket használtak, mint például a mai kisülési csöveket. A vákuum bennük nem volt túl nagy. A kisülési csövek kis mennyiségű gázt tartalmaznak, és ha nagy potenciálkülönbséget alkalmaznak a cső elektródáin, a gázatomok pozitív és negatív ionokká alakulnak. A pozitívak a negatív elektród (katód) felé haladnak, és ráesve elektronokat ütnek ki onnan, ezek pedig a pozitív elektród (anód) felé haladnak, és azt bombázva röntgenfoton-folyamot hoznak létre. . A Coolidge által kifejlesztett modern röntgencsőben (3. ábra) az elektronok forrása egy olyan wolfram katód, amelyet a hőmérsékletre melegítettek. magas hőmérsékletű. Az elektronokat nagy sebességre gyorsítja az anód (vagy antikatód) és a katód közötti nagy potenciálkülönbség. Mivel az elektronoknak anélkül kell eljutniuk az anódhoz, hogy atomokkal ütköznének, nagyon nagy vákuum szükséges, amihez a csövet jól ki kell üríteni. Ez csökkenti a megmaradt gázatomok ionizációjának valószínűségét és a kapcsolódó oldaláramokat is.

Az elektronokat a katódot körülvevő speciális alakú elektróda fókuszálja az anódra. Ezt az elektródát fókuszáló elektródának nevezik, és a katóddal együtt alkotja a cső "elektronikus keresőlámpáját". Az elektronbombázásnak alávetett anódnak tűzálló anyagból kell készülnie, mivel a bombázó elektronok mozgási energiájának nagy része hővé alakul. Ezenkívül kívánatos, hogy az anód nagy rendszámú anyagból készüljön, hiszen a röntgen hozama az atomszám növekedésével növekszik. Anódanyagként leggyakrabban a 74-es rendszámú volfrámot választják A röntgencsövek kialakítása az alkalmazási feltételektől és követelményektől függően eltérő lehet.
RÖNTGÉRZÉKELÉS
A röntgensugarak kimutatására szolgáló összes módszer az anyaggal való kölcsönhatáson alapul. Az érzékelők kétféleek lehetnek: olyanok, amelyek képet adnak, és olyanok, amelyek nem. Előbbiek közé tartoznak a röntgen-fluorográfiai és fluoroszkópos készülékek, amelyekben a röntgensugár áthalad a vizsgált objektumon, az átvitt sugárzás pedig a lumineszcens képernyőre vagy filmre jut. A kép annak köszönhető, hogy a vizsgált tárgy különböző részei eltérő módon nyelnek el sugárzást - az anyag vastagságától és összetételétől függően. A lumineszcens képernyővel ellátott detektorokban a röntgenenergia közvetlenül megfigyelhető képpé alakul, míg a radiográfiában érzékeny emulzión rögzítik, és csak a film előhívása után lehet megfigyelni. A második típusú detektorok sokféle eszközt foglalnak magukban, amelyekben a röntgensugárzás energiáját elektromos jelekké alakítják, amelyek a sugárzás relatív intenzitását jellemzik. Ide tartoznak az ionizációs kamrák, a Geiger-számláló, az arányos számláló, a szcintillációs számláló, valamint néhány speciális kadmium-szulfid és szelenid alapú detektor. Jelenleg a szcintillációs számlálók tekinthetők a leghatékonyabb detektoroknak, amelyek széles energiatartományban működnek jól.
Lásd még RÉSZÉKÉRZÉKELŐK . Az érzékelő kiválasztása a probléma körülményeinek figyelembevételével történik. Például, ha pontosan meg kell mérni a diffrakciós röntgensugárzás intenzitását, akkor számlálókat használnak, amelyek lehetővé teszik a mérések elvégzését százalékos töredékek pontossággal. Ha sok elhajló nyaláb regisztrálása szükséges, akkor célszerű röntgenfilmet használni, bár ebben az esetben az intenzitást nem lehet ugyanolyan pontossággal meghatározni.
RÖNTG- ÉS GAMMA DEFEKTOSZKÓPIA
A röntgensugárzás egyik leggyakoribb ipari alkalmazása az anyagminőség-ellenőrzés és a hibafeltárás. A röntgen módszer roncsolásmentes, így a vizsgált anyag, ha azt találja, hogy megfelel az előírt követelményeknek, a rendeltetésszerűen használható. Mind a röntgen-, mind a gammahiba-észlelés a röntgensugárzás áthatoló erején és az anyagokban való abszorpciójának jellemzőin alapul. A behatolási teljesítményt a röntgenfotonok energiája határozza meg, amely a röntgencsőben lévő gyorsítófeszültségtől függ. Ezért vastag minták és minták a nehéz fémek, mint például az arany és az urán, vizsgálatukhoz nagyobb feszültségű röntgenforrást igényelnek, vékony mintákhoz pedig kisebb feszültségű forrás is elegendő. A nagyon nagy öntvények és nagy hengerelt termékek gamma-sugaras hibák észleléséhez betatronokat és lineáris gyorsítókat használnak, amelyek a részecskéket 25 MeV vagy nagyobb energiára gyorsítják fel. Az anyagban a röntgensugárzás abszorpciója a d abszorber vastagságától és az m abszorpciós együtthatótól függ, és az I = I0e-md képlet határozza meg, ahol I az abszorberen áthaladó sugárzás intenzitása, I0 a a beeső sugárzás intenzitása, és e = 2,718 a természetes logaritmusok alapja. Egy adott anyag esetében a röntgensugárzás adott hullámhosszán (vagy energiáján) az abszorpciós együttható állandó. De a röntgenforrás sugárzása nem monokromatikus, hanem széles hullámhossz-spektrumot tartalmaz, aminek következtében az abszorpció azonos vastagsága mellett a sugárzás hullámhosszától (frekvenciájától) függ. A röntgensugárzást széles körben használják minden olyan iparágban, amely a fémek nyomással történő feldolgozásával kapcsolatos. Használják tüzérségi hordók, élelmiszerek, műanyagok tesztelésére, valamint összetett elektronikai eszközök és rendszerek tesztelésére. (Hasonló célokra használják a neutronográfiát, amely röntgen helyett neutronsugarat használ.) A röntgensugárzást más célokra is használják, például festmények vizsgálatára, hogy megállapítsák azok valódiságát, vagy további festékrétegek detektálására a fő réteg tetején. .
RÖNTGENDIFFRAKCIÓ
A röntgendiffrakció ad fontos információ ról ről szilárd anyagok - atomszerkezetük és kristályformájuk, valamint folyadékok, amorf testek és nagy molekulák. A diffrakciós módszert az atomközi távolságok pontos (10-5-nél kisebb hibával) meghatározására, a feszültségek és hibák kimutatására, valamint az egykristályok orientációjának meghatározására is használják. A diffrakciós mintázat képes azonosítani az ismeretlen anyagokat, valamint kimutatni a szennyeződések jelenlétét a mintában és meghatározni azokat. A röntgendiffrakciós módszer jelentőségét a modern fizika fejlődésében aligha lehet túlbecsülni, hiszen az anyag tulajdonságainak modern megértése végső soron az atomok különböző kémiai vegyületekben való elrendezésére, a kötések természetére vonatkozó adatokon alapul. közöttük és a szerkezeti hibákon. Ezen információk megszerzésének fő eszköze a röntgendiffrakciós módszer. A röntgendiffrakciós krisztallográfia elengedhetetlen az összetett nagy molekulák szerkezetének meghatározásához, mint például a dezoxiribonukleinsav (DNS), az élő szervezetek genetikai anyaga. Közvetlenül a röntgensugárzás felfedezése után a tudományos és orvosi érdeklődés mind e sugárzás testeken áthatoló képességére, mind természetére összpontosult. A réseken és diffrakciós rácsokon végzett röntgensugárzás diffrakciójával kapcsolatos kísérletek kimutatták, hogy az elektromágneses sugárzáshoz tartozik, és a hullámhossza 10-8-10-9 cm. Már korábban is a tudósok, különösen W. Barlow sejtették, hogy a természetes kristályok szabályos és szimmetrikus alakja a kristályt alkotó atomok rendezett elrendezésének köszönhető. Egyes esetekben Barlow helyesen tudta megjósolni a kristály szerkezetét. A megjósolt interatomikus távolságok értéke 10-8 cm volt, az a tény, hogy az interatomikus távolságok a röntgen hullámhossz nagyságrendjéhez igazodtak, elvileg lehetővé tette diffrakciójuk megfigyelését. Az eredmény a fizikatörténet egyik legfontosabb kísérletének ötlete volt. M. Laue kísérleti tesztet szervezett ennek az ötletnek, amelyet kollégái, W. Friedrich és P. Knipping végeztek el. 1912-ben hárman publikálták munkájukat a röntgendiffrakciós eredményekről. A röntgendiffrakció elvei. A röntgendiffrakció jelenségének megértéséhez sorrendben kell mérlegelni: először is a röntgensugarak spektrumát, másodszor a kristályszerkezet természetét, harmadszor pedig magát a diffrakció jelenségét. Mint fentebb említettük, a jellegzetes röntgensugárzás az anód anyaga által meghatározott, nagy fokú monokromatikus spektrumvonalak sorozatából áll. A szűrők segítségével kiválaszthatja közülük a legintenzívebbet. Ezért az anód anyagának megfelelő megválasztásával nagyon pontosan meghatározott hullámhossz értékű, szinte monokromatikus sugárzás forrása érhető el. A karakterisztikus sugárzás hullámhossza jellemzően a króm esetében 2,285-től az ezüstig 0,558-ig terjed (a különböző elemek értékei hat számjegyűek). A karakterisztikus spektrum egy, az anódba beeső elektronok lassulása miatt sokkal kisebb intenzitású, folytonos "fehér" spektrumra van ráépítve. Így minden anódról kétféle sugárzás nyerhető: karakterisztikus és bremsstrahlung, amelyek mindegyike a maga módján játszik. fontos szerep. A kristályszerkezetben lévő atomok szabályos időközönként helyezkednek el, és azonos sejtsorozatot alkotnak - egy térhálót. Egyes rácsok (például a legtöbb közönséges fém esetében) meglehetősen egyszerűek, míg mások (például a fehérjemolekulák esetében) meglehetősen összetettek. A kristályszerkezetet a következő jellemzi: ha az egyik cella adott pontjáról a szomszédos cella megfelelő pontjára lépünk, akkor pontosan ugyanazt az atomi környezetet találjuk. És ha egy atom az egyik sejt egyik vagy másik pontján helyezkedik el, akkor ugyanaz az atom bármely szomszédos sejt ekvivalens pontjában található. Ez az elv szigorúan érvényes a tökéletes, ideálisan rendezett kristályra. Azonban sok kristály (például fémes szilárd oldatok) bizonyos mértékig rendezetlen; krisztallográfiailag egyenértékű helyeket különböző atomok foglalhatnak el. Ezekben az esetekben nem az egyes atomok helyzetét határozzák meg, hanem csak az atomok helyzetét "statisztikailag átlagolva" egy nagy szám részecskék (vagy sejtek). A diffrakció jelenségét az OPTIKA cikk tárgyalja, és az olvasó elolvashatja ezt a cikket, mielőtt továbblépne. Megmutatja, hogy ha hullámok (például hang, fény, röntgen) áthaladnak egy kis résen vagy lyukon, akkor az utóbbi másodlagos hullámforrásnak tekinthető, és a rés vagy lyuk képe váltakozó fényből áll. és sötét csíkok. Továbbá, ha lyukak vagy rések periodikus szerkezete van, akkor a különböző lyukakból érkező sugarak erősítő és csillapító interferencia eredményeként egyértelmű diffrakciós mintázat keletkezik. A röntgendiffrakció egy kollektív szórási jelenség, amelyben a lyukak és a szórási centrumok szerepét a kristályszerkezet periodikusan elhelyezkedő atomjai játsszák. Képeik bizonyos szögekben történő kölcsönös felerősítése hasonló diffrakciós mintázatot ad, mint ami a háromdimenziós diffrakciós rácson a fény diffrakciójából adódik. A szóródás a beeső röntgensugárzás és a kristályban lévő elektronok kölcsönhatása miatt következik be. Tekintettel arra, hogy a röntgensugárzás hullámhossza azonos nagyságrendű az atom méreteivel, a szórt röntgensugárzás hullámhossza megegyezik a beeső hullámhosszal. Ez a folyamat az elektronok kényszerrezgésének eredménye a beeső röntgensugárzás hatására. Tekintsünk most egy atomot kötött elektronfelhővel (az atommag körül), amelyre röntgensugárzás esik. Az elektronok minden irányban egyszerre szórják szét a beesőt, és bocsátják ki saját, azonos hullámhosszúságú, bár eltérő intenzitású röntgensugárzásukat. A szórt sugárzás intenzitása összefügg az elem rendszámával, hiszen az atomszám megegyezik a szórásban részt vevő orbitális elektronok számával. (Az intenzitásnak a szórási elem rendszámától és az intenzitás mérési irányától való függését az atomszórási tényező jellemzi, amely rendkívül fontos szerepet játszik a kristályok szerkezetének elemzésében.) Nézzük. válasszunk a kristályszerkezetben egymástól azonos távolságra elhelyezkedő atomok lineáris láncát, és vegyük figyelembe diffrakciós mintázatukat. Korábban már megjegyeztük, hogy a röntgenspektrum egy folytonos részből ("kontinuum") és intenzívebb vonalak halmazából áll, amelyek jellemzőek az anód anyagát képező elemre. Tegyük fel, hogy kiszűrtük a folytonos spektrumot, és egy szinte monokromatikus röntgensugarat kaptunk, amely az atomok lineáris láncára irányult. Az erősítési feltétel (erősítő interferencia) akkor teljesül, ha a szomszédos atomok által szórt hullámok útjai közötti különbség a hullámhossz többszöröse. Ha a nyaláb a0 szögben esik be az a (periódus) intervallumokkal elválasztott atomsorra, akkor az a diffrakciós szögre az erősítésnek megfelelő útkülönbség a(cos a - cosa0) = hl alakban lesz felírva, ahol l a hullámhossz, h pedig egész szám (4. és 5. ábra).

Ahhoz, hogy ezt a megközelítést kiterjesszük egy háromdimenziós kristályra, csak két másik irányú atomsort kell kiválasztani a kristályban, és az így kapott három egyenletet közösen kell megoldani három a, b és c periódusú kristálytengelyre. A másik két egyenlet

Ez a három alapvető Laue-egyenlet a röntgendiffrakcióhoz, ahol a h, k és c számok a diffrakciós sík Miller-indexei.
Lásd még KRISTÁLYOK ÉS KRISTALLOGRAFIA. Bármely Laue-egyenletet figyelembe véve, például az elsőt, észrevehető, hogy mivel a, a0, l állandók, és h = 0, 1, 2, ..., megoldása kúphalmazként ábrázolható egy közös a tengely (5. ábra). Ugyanez igaz a b és c irányokra is. A háromdimenziós szórás (diffrakció) általános esetben a három Laue-egyenletnek közös megoldással kell rendelkeznie, pl. az egyes tengelyeken elhelyezkedő három diffrakciós kúpnak metszi egymást; ábrán látható a közös metszésvonal. 6. Az egyenletek együttes megoldása a Bragg-Wulf törvényhez vezet:

l = 2(d/n)sinq, ahol d a h, k és c indexű síkok távolsága (periódus), n = 1, 2, ... egész számok (diffrakciós sorrend), q pedig a szög a beeső sugár (valamint a diffrakció) alkotja a kristály síkjával, amelyben diffrakció történik. A Bragg - Wolfe törvény egyenletét egy monokromatikus röntgensugár útján elhelyezkedő egykristályra elemezve arra a következtetésre juthatunk, hogy a diffrakciót nem könnyű megfigyelni, mert l és q rögzített, és sinq DIFRAKCIÓ-ANALÍZIS MÓDSZEREK
Laue módszer. A Laue-módszer a röntgensugárzás folytonos "fehér" spektrumát használja, amelyet egy álló egykristályra irányítanak. A d periódus egy meghatározott értékéhez a Bragg-Wulf feltételnek megfelelő hullámhossz automatikusan kiválasztásra kerül a teljes spektrumból. Az így kapott Laue-mintázatok lehetővé teszik a diffrakciós nyalábok irányának, következésképpen a kristálysíkok tájolásának megítélését, ami fontos következtetések levonását teszi lehetővé a kristály szimmetriájára, orientációjára és jelenlétére vonatkozóan is. a benne lévő hibákról. Ebben az esetben azonban a d térbeli periódusra vonatkozó információ elvész. ábrán A 7. ábra egy Lauegram példáját mutatja. A röntgenfilm a kristály azon oldalán volt, amely ellentétes azzal az oldallal, amelyre a röntgensugár beesett a forrásból.

Debye-Scherrer módszer (polikristályos mintákhoz). Az előző módszertől eltérően itt monokromatikus sugárzást (l = const) használunk, és a q szöget változtatjuk. Ezt egy polikristályos minta felhasználásával érik el, amely számos véletlenszerű orientációjú kis kristályokból áll, amelyek között vannak olyanok is, amelyek kielégítik a Bragg-Wulf feltételt. A diffrakciós sugarak kúpokat alkotnak, amelyek tengelye a röntgensugár mentén irányul. A képalkotáshoz általában egy hengeres kazettában lévő keskeny röntgenfilmcsíkot használnak, és a röntgensugarakat a filmben lévő lyukakon keresztül az átmérő mentén továbbítják. Az így kapott debyegram (8. ábra) pontos információkat tartalmaz a d periódusról, i.e. a kristály szerkezetéről, de nem adja meg azt az információt, amit a Lauegram tartalmaz. Ezért a két módszer kiegészíti egymást. Tekintsük a Debye-Scherrer módszer néhány alkalmazását.

Kémiai elemek és vegyületek azonosítása. A Debyegramból meghatározott q szögből kiszámítható egy adott elemre vagy vegyületre jellemző d síkközi távolság. Jelenleg számos d érték táblázatot állítottak össze, amelyek nem csak egy vagy másik kémiai elem vagy vegyület azonosítását teszik lehetővé, hanem különféle fázis állapotok ugyanannak az anyagnak, ami nem mindig ad kémiai elemzést. A d periódus koncentrációtól való függéséből is nagy pontossággal meghatározható a második komponens tartalma helyettesítő ötvözetekben.
Stresszelemzés. A kristályokban különböző irányú síkközi távolságok mért különbsége alapján, az anyag rugalmassági modulusának ismeretében nagy pontossággal lehet benne kis feszültségeket számolni.
A kristályok preferenciális orientációjának vizsgálata. Ha egy polikristályos mintában a kis kristályok nem teljesen véletlenszerűen orientáltak, akkor a Debyegram gyűrűi eltérő intenzitásúak lesznek. Kifejezetten preferált orientáció esetén az intenzitásmaximumok a kép egyes pontjaiban koncentrálódnak, ami hasonlóvá válik az egykristály képéhez. Például a mély hideghengerlés során a fémlemez textúrát kap - a krisztallitok kifejezett orientációja. A debaygram szerint meg lehet ítélni az anyag hidegmegmunkálásának természetét.
Szemcseméretek vizsgálata. Ha a polikristály szemcsemérete 10-3 cm-nél nagyobb, akkor a Debyegram vonalai külön foltokból állnak, mivel ebben az esetben a krisztallitok száma nem elegendő a szögek teljes értéktartományának lefedéséhez q. Ha a krisztallit mérete kisebb, mint 10-5 cm, akkor a diffrakciós vonalak szélesednek. Szélességük fordítottan arányos a krisztallitok méretével. A kiszélesedés ugyanazon okból következik be, mint amiért a rések számának csökkenése csökkenti a diffrakciós rács felbontását. A röntgensugárzás 10-7-10-6 cm tartományban teszi lehetővé a szemcseméret meghatározását.
Egykristályok módszerei. Annak érdekében, hogy a kristály diffrakciója ne csak a térbeli periódusról, hanem az egyes diffrakciós síkkészletek tájolásáról is információt adjon, forgó egykristály módszereit alkalmazzák. A kristályra monokromatikus röntgensugár esik. A kristály a főtengely körül forog, amelyre a Laue-egyenletek teljesülnek. Ebben az esetben a Bragg-Wulf képletben szereplő q szög megváltozik. A diffrakciós maximumok a Laue diffrakciós kúpok és a film hengeres felületének metszéspontjában helyezkednek el (9. ábra). Az eredmény az ábrán látható típusú diffrakciós minta. 10. A különböző diffrakciós sorrendek egy ponton történő átfedése miatt azonban komplikációk lehetségesek. A módszer jelentősen javítható, ha a kristály forgásával egyidejűleg a filmet is bizonyos módon mozgatjuk.

Folyadékok és gázok tanulmányozása. Ismeretes, hogy a folyadékok, gázok ill amorf testek nem rendelkeznek megfelelő kristályszerkezettel. De itt is van egy kémiai kötés a molekulákban lévő atomok között, aminek köszönhetően a köztük lévő távolság szinte állandó marad, bár maguk a molekulák véletlenszerűen orientálódnak a térben. Az ilyen anyagok diffrakciós mintázatot is adnak viszonylag kis számú elkenődött maximummal. Egy ilyen kép modern módszerekkel történő feldolgozása lehetővé teszi, hogy még az ilyen nem kristályos anyagok szerkezetéről is tájékozódjunk.
SPEKTROKÉMIAI RÖNTGANALÍZIS
Néhány évvel a röntgensugarak felfedezése után Ch. Barkla (1877-1944) felfedezte, hogy amikor egy anyagra nagy energiájú röntgensugár hat, másodlagos fluoreszcens röntgensugárzás keletkezik, ami az elemre jellemző. tanulmányozás alatt. Röviddel ezután G. Moseley kísérleteinek sorozatában megmérte a különböző elemek elektronbombázásával kapott elsődleges jellemző röntgensugárzás hullámhosszait, és következtetett a hullámhossz és az atomszám közötti összefüggésre. Ezek a kísérletek és Bragg feltalálása, a röntgenspektrométer alapozta meg a spektrokémiai röntgenanalízist. Röntgen képességek számára kémiai elemzés azonnal felismerték. A spektrográfokat fényképezőlapon történő regisztrációval készítettem, amelyben a vizsgált minta egy röntgencső anódjaként szolgált. Sajnos ez a technika nagyon munkaigényesnek bizonyult, ezért csak akkor alkalmazták, ha a szokásos kémiai elemzési módszerek nem voltak alkalmazhatók. Az analitikai röntgenspektroszkópia területén végzett innovatív kutatások kiemelkedő példája volt G. Hevesy és D. Coster 1923-ban felfedezett új eleme, a hafnium. A nagy teljesítményű röntgencsövek radiográfiához és a radiokémiai mérésekhez érzékeny detektorok fejlesztése a második világháború során nagymértékben hozzájárult a röntgenspektrográfia gyors növekedéséhez a következő években. Ez a módszer az elemzés gyorsasága, kényelme, roncsolásmentessége és a teljes vagy részleges automatizálás lehetősége miatt vált széles körben elterjedtté. Alkalmazható minden 11-nél nagyobb rendszámú elem (nátrium) kvantitatív és minőségi elemzésének problémáiban. Bár általában röntgen-spektrokémiai elemzést alkalmaznak annak meghatározására kritikus komponensek mintában (0,1-100%-os tartalommal), esetenként 0,005%-os és még ennél is kisebb koncentrációkra alkalmas.
Röntgen spektrométer. Egy modern röntgenspektrométer három fő rendszerből áll (11. ábra): gerjesztő rendszerek, i.e. röntgencső volfrámból vagy más tűzálló anyagból készült anóddal és tápegységgel; elemző rendszerek, pl. egy elemző kristály két többrés kollimátorral, valamint egy spektrogoniométer a finombeállításhoz; valamint Geiger- vagy arányos vagy szcintillációs számlálóval, valamint egyenirányítóval, erősítővel, számlálókkal és diagramrögzítővel vagy más rögzítő berendezéssel rendelkező regisztráló rendszerek.

Röntgen-fluoreszcens elemzés. Az elemzett minta az izgató röntgensugarak útjában helyezkedik el. A vizsgálandó mintaterületet általában egy kívánt átmérőjű lyukkal ellátott maszkkal választják le, és a sugárzás párhuzamos nyalábot képező kollimátoron halad át. Az analizátor kristálya mögött egy réskollimátor bocsát ki diffrakciós sugárzást a detektor számára. Általában a q maximális szög 80-85°-ra van korlátozva, így csak azok a röntgensugarak tudnak diffrakciót elérni az analizátor kristályán, amelyeknek az l hullámhossza az l egyenlőtlenséggel összefügg a d síkközi távolsággal. Röntgen mikroanalízis. A fent leírt lapos analizátoros kristályspektrométer mikroanalízishez is adaptálható. Ez a minta által kibocsátott elsődleges vagy másodlagos röntgensugár szűkítésével érhető el. A minta effektív méretének vagy a sugárzási apertúrájának csökkenése azonban a rögzített diffrakciós sugárzás intenzitásának csökkenéséhez vezet. Ezt a módszert egy hajlított kristály spektrométerrel lehet továbbfejleszteni, amely lehetővé teszi a divergens sugárzás kúpjának regisztrálását, nem csak sugárzást, tengelye párhuzamos kollimátor. Egy ilyen spektrométerrel 25 µm-nél kisebb részecskék azonosíthatók. Az R. Kasten által feltalált röntgenelektronszondás mikroanalizátorral még nagyobb mértékben csökkenthető az elemzett minta mérete. Itt a minta jellegzetes röntgen-emisszióját egy erősen fókuszált elektronsugár gerjeszti, amelyet azután egy hajlított kristályos spektrométer elemzi. Egy ilyen eszközzel egy 1 μm átmérőjű mintában 10-14 g nagyságrendű mennyiségű anyag kimutatható. Kidolgozásra kerültek a minta elektronsugaras pásztázós berendezései is, amelyek segítségével kétdimenziós mintázat készíthető a spektrométerre hangolt jellemző sugárzású elem mintájára történő eloszlásról.
ORVOSI RÖNTGDIAGNÓZIS
A röntgentechnológia fejlődése jelentősen csökkentette az expozíciós időt és javította a képek minőségét, lehetővé téve még a lágyrészek vizsgálatát is.
Fluorográfia. Ez a diagnosztikai módszer abból áll, hogy egy áttetsző képernyőről árnyékképet fényképeznek. A pácienst egy röntgensugárforrás és egy lapos foszfor (általában cézium-jodid) képernyő közé helyezik, amely röntgensugárzás hatására világít. A különböző sűrűségű biológiai szövetek különböző intenzitású röntgensugárzás árnyékait hozzák létre. A radiológus megvizsgál egy árnyékképet egy fluoreszcens képernyőn, és diagnózist készít. A múltban egy radiológus a látásra támaszkodott a kép elemzéséhez. Ma már különféle rendszerek léteznek, amelyek felerősítik a képet, megjelenítik a televízió képernyőjén, vagy adatokat rögzítenek a számítógép memóriájába.
Radiográfia. A röntgenfelvételek közvetlenül fényképészeti filmre történő rögzítését radiográfiának nevezik. Ebben az esetben a vizsgált szerv a röntgenforrás és a film között helyezkedik el, amely információt rögzít a szerv adott időpontban fennálló állapotáról. Az ismételt radiográfia lehetővé teszi további fejlődésének megítélését. A radiográfia lehetővé teszi a főként kalciumból álló és a röntgensugárzás számára átlátszatlan csontszövet integritásának, valamint az izomszövet szakadásának nagyon pontos vizsgálatát. Segítségével a sztetoszkópnál vagy hallgatásnál jobban elemzik a tüdő állapotát gyulladás, tuberkulózis, vagy folyadék jelenlétében. A radiográfia segítségével meghatározzák a szív méretét és alakját, valamint változásainak dinamikáját a szívbetegségben szenvedő betegeknél.
kontrasztanyagok. A röntgensugárzás számára átlátszó testrészek és az egyes szervek üregei akkor válnak láthatóvá, ha olyan kontrasztanyagot töltenek fel, amely nem árt a szervezetnek, de lehetővé teszi a belső szervek alakjának vizualizálását és működésének ellenőrzését. A páciens vagy szájon át szed kontrasztanyagokat (például báriumsókat a gyomor-bél traktus vizsgálatakor), vagy intravénásan adják be (például jódtartalmú oldatokat a vesék és a húgyutak vizsgálatakor). BAN BEN utóbbi évek Ezeket a módszereket azonban felváltják a radioaktív atomok és az ultrahang felhasználásán alapuló diagnosztikai módszerek.
CT vizsgálat. Az 1970-es években a röntgendiagnosztika új módszerét fejlesztették ki, amely a test vagy annak részei teljes fényképén alapul. A vékony rétegek ("szeletek") képeit számítógép dolgozza fel, és a végső kép megjelenik a monitor képernyőjén. Ezt a módszert számítógépes röntgen-tomográfiának nevezik. A modern gyógyászatban széles körben alkalmazzák infiltrátumok, daganatok és egyéb agyi rendellenességek, valamint a testen belüli lágyrészek betegségeinek diagnosztizálására. Ez a technika nem igényel idegen kontrasztanyagok bevezetését, ezért gyorsabb és hatékonyabb, mint a hagyományos technikák.
A RÖNTG-SUGÁRZÁS BIOLÓGIAI HASZNÁLATA
A röntgensugárzás káros biológiai hatását röviddel azután fedezte fel Roentgen. Kiderült, hogy az új sugárzás olyasmit okozhat, mint egy súlyos leégés (erythema), amihez azonban mélyebb és maradandóbb bőrkárosodás társul. A megjelenő fekélyek gyakran rákká alakultak. Sok esetben az ujjakat vagy a kezeket amputálni kellett. Voltak halálesetek is. Azt találták, hogy a bőrelváltozások elkerülhetők az expozíciós idő és a dózis csökkentésével, árnyékolás (pl. ólom) és távirányítók használatával. De fokozatosan a röntgensugárzás más, hosszabb távú hatásai is kiderültek, amelyeket aztán megerősítettek és kísérleti állatokon tanulmányoztak. A röntgensugárzás, valamint az egyéb ionizáló sugárzások (például a radioaktív anyagok által kibocsátott gamma-sugárzás) hatásai a következők: 1) a vér összetételének átmeneti változása viszonylag kis túlzott expozíció után; 2) visszafordíthatatlan változások a vér összetételében (hemolitikus anémia) hosszan tartó túlzott expozíció után; 3) a rák előfordulásának növekedése (beleértve a leukémiát is); 4) gyorsabb öregedés és korai halál; 5) szürkehályog előfordulása. Ezen túlmenően egereken, nyulakon és legyeken (Drosophila) végzett biológiai kísérletek kimutatták, hogy a nagy populációk szisztematikus besugárzása már kis dózisokban is káros genetikai hatásokhoz vezet a mutációs ráta növekedése miatt. A legtöbb genetikus elismeri ezeknek az adatoknak az emberi testre való alkalmazhatóságát. Ami a röntgensugárzás emberi szervezetre gyakorolt ​​biológiai hatását illeti, azt a sugárdózis mértéke, valamint az határozza meg, hogy a test mely szerve volt kitéve sugárzásnak. Például a vérbetegségeket a vérképző szervek, elsősorban a csontvelő besugárzása okozza, genetikai következmények pedig - a nemi szervek besugárzása, ami szintén sterilitáshoz vezethet. A röntgensugárzás emberi szervezetre gyakorolt ​​hatásaival kapcsolatos ismeretek felhalmozódása a megengedett sugárdózisokra vonatkozó nemzeti és nemzetközi szabványok kidolgozásához vezetett, amelyeket különböző referencia kiadványokban tettek közzé. Az ember által céltudatosan használt röntgensugarak mellett létezik az úgynevezett szórt, oldalsugárzás is, amely különféle okokból következik be, például az ólom tökéletlensége miatti szóródás miatt. védő képernyő, amelyet ez a sugárzás nem nyel el teljesen. Ezen túlmenően számos olyan elektromos készülék, amelyet nem röntgensugárzás előállítására terveztek, melléktermékként röntgensugarakat generál. Ilyen eszközök az elektronmikroszkópok, a nagyfeszültségű egyenirányító lámpák (kenotronok), valamint az elavult színes televíziók kineszkópjai. A modern színes kineszkópok gyártása számos országban jelenleg a kormány ellenőrzése alatt áll.
A RÖNTGENSUGÁRZÁS VESZÉLYES TÉNYEZŐI
Az embereket érintő röntgensugárzás típusai és veszélyének mértéke a sugárzásnak kitett személyek körétől függ.
Röntgenberendezéssel dolgozó szakemberek. Ebbe a kategóriába tartoznak a radiológusok, fogorvosok, valamint a tudományos és műszaki dolgozók, valamint a röntgenberendezéseket karbantartó és használó személyzet. Hatékony intézkedéseket hoznak a sugárzás mértékének csökkentésére, amellyel meg kell küzdeniük.
Betegek. Itt nincsenek szigorú kritériumok, és a kezelés során a betegek biztonságos sugárzási szintjét a kezelőorvos határozza meg. Az orvosoknak azt tanácsolják, hogy ne tegyék ki feleslegesen a betegeket röntgensugárzásnak. Különös óvatossággal kell eljárni a terhes nők és gyermekek vizsgálatakor. Ebben az esetben speciális intézkedéseket tesznek.
Ellenőrzési módszerek. Ennek három aspektusa van:
1) megfelelő felszerelés rendelkezésre állása, 2) a biztonsági előírások betartatása, 3) a berendezések rendeltetésszerű használata. Röntgenvizsgálatnál csak a kívánt területet szabad besugározni, legyen szó fogászati ​​vagy tüdővizsgálatról. Vegye figyelembe, hogy közvetlenül a röntgenkészülék kikapcsolása után mind az elsődleges, mind a másodlagos sugárzás eltűnik; nincs maradék sugárzás sem, amit még azok sem mindig tudnak, akik munkájuk során közvetlenül kapcsolatban állnak vele.
Lásd még
AZ ATOM SZERKEZETE;

1. Röntgenforrások.

2. Bremsstrahlung röntgen.

3. Jellegzetes röntgensugárzás. Moseley törvénye.

4. A röntgensugárzás kölcsönhatása az anyaggal. A gyengülés törvénye.

5. A röntgensugarak orvosi felhasználásának fizikai alapjai.

6. Alapfogalmak és képletek.

7. Feladatok.

Röntgen sugárzás - 100-10-3 nm hullámhosszú elektromágneses hullámok. Az elektromágneses hullámok skáláján a röntgensugárzás az UV-sugárzás és az UV-sugárzás közötti tartományt foglalja el. γ -sugárzás. A röntgensugarakat (röntgensugarakat) 1895-ben fedezte fel K. Roentgen, aki 1901-ben az első Nobel díjas a fizikában.

32.1. Röntgenforrások

A röntgensugárzás természetes forrása néhány radioaktív izotóp (például 55 Fe). Az erős röntgensugarak mesterséges forrásai röntgencsövek(32.1. ábra).

Rizs. 32.1. Röntgencsöves készülék

A röntgencső egy evakuált üveglombik két elektródával: A anóddal és K katóddal, amelyek között U nagyfeszültség (1-500 kV) jön létre. A katód egy tekercs, amelyet elektromos árammal melegítenek. A fűtött katód által kibocsátott elektronok (termionikus emisszió) felgyorsulnak elektromos mező előtt nagy sebességek (ehhez nagy feszültség kell), és a cső anódjára esik. Amikor ezek az elektronok kölcsönhatásba lépnek az anód anyagával, kétféle röntgensugárzás keletkezik: fékÉs jellegzetes.

Az anód munkafelülete bizonyos szöget zár be az elektronsugár irányával, hogy a röntgensugárzás kívánt irányát hozza létre.

Az elektronok kinetikus energiájának körülbelül 1%-a alakul át röntgensugarakká. A többi energia hőként szabadul fel. Ezért az anód munkafelülete tűzálló anyagból készül.

32.2. Bremsstrahlung röntgen

A valamilyen közegben mozgó elektron elveszti sebességét. Ez negatív gyorsulást eredményez. Maxwell elmélete szerint bármely felgyorsult egy töltött részecske mozgását elektromágneses sugárzás kíséri. Azt a sugárzást, amely akkor lép fel, amikor egy elektron lelassul az anód anyagában, ún bremsstrahlung röntgensugárzás.

A bremsstrahlung tulajdonságait a következő tényezők határozzák meg.

1. A sugárzást egyedi kvantumok bocsátják ki, amelyek energiáit a (26.10) képlet alapján viszonyítjuk a frekvenciához.

ahol ν a frekvencia, λ a hullámhossz.

2. Az anódot elérő összes elektron rendelkezik ugyanaz a kinetikus energia megegyezik az anód és a katód közötti elektromos tér munkájával:

ahol e az elektrontöltés, U a gyorsító feszültség.

3. Az elektron kinetikus energiája részben átkerül az anyagra, és felmelegíti azt (Q), részben pedig röntgenkvantum létrehozására fordítódik:

4. Q és hv kapcsolata véletlenül.

Az utolsó tulajdonság (4) miatt a kvantum által generált különféle elektronok, rendelkeznek különféle frekvenciák és hullámhosszok. Ezért a bremsstrahlung spektrum az szilárd. tipikus nézet spektrális sűrűségábrán látható a röntgensugár fluxusa (Φ λ = άΦ/άλ). 32.2.

Rizs. 32.2. Bremsstrahlung spektrum

A hosszú hullámok oldaláról a spektrumot 100 nm-es hullámhossz korlátozza, amely a röntgensugárzás határa. A rövid hullámok oldaláról a spektrumot a λ min hullámhossz korlátozza. A (32.2) képlet szerint minimális hullámhossz Q = 0 esetnek felel meg (az elektron mozgási energiája teljesen átalakul a kvantum energiájává):

A számítások azt mutatják, hogy a bremsstrahlung fluxus (Φ) egyenesen arányos az U feszültség négyzetével

anód és katód, I áram a csőben és az anódanyag Z rendszáma:

ábrákon láthatók a röntgensugárzási spektrumok különböző feszültségeknél, különböző katód-hőmérsékleteknél és különböző anódanyagoknál. 32.3.

Rizs. 32.3. Bremsstrahlung spektrum (Φ λ):

a - különböző U feszültségeken a csőben; b - különböző hőmérsékleteken T

katód; c - különböző anód anyagokkal, amelyek a Z paraméterben különböznek egymástól

Az anódfeszültség növekedésével az érték λmin rövidebb hullámhosszok felé tolódik el. Ezzel párhuzamosan a spektrális görbe magassága is nő (32.3. ábra, de).

A katód hőmérsékletének növekedésével az elektronkibocsátás nő. Ennek megfelelően a csőben lévő I áram is megnő. A spektrumgörbe magassága nő, de a sugárzás spektrális összetétele nem változik (32.3. ábra, b).

Az anód anyagának megváltozásakor a spektrumgörbe magassága a Z rendszám arányában változik (32.3. ábra, c).

32.3. Jellegzetes röntgensugárzás. Moseley törvénye

Amikor a katód elektronok kölcsönhatásba lépnek az anódatomokkal, a röntgensugárzással együtt röntgensugárzás keletkezik, amelynek spektruma egyedi sorok. Ez a sugárzás

a következő eredete van. Egyes katódos elektronok mélyen behatolnak az atomba, és kiütik belőle az elektronokat. belső héjak. Az így kialakult üresedéseket elektronokkal töltik meg felső héjak, ami sugárzáskvantumok kibocsátását eredményezi. Ez a sugárzás az anód anyaga által meghatározott diszkrét frekvenciakészletet tartalmazza, és ún jellemző sugárzás. A röntgencső teljes spektruma a jellemző spektrum szuperpozíciója a bremsstrahlung spektrumban (32.4. ábra).

Rizs. 32.4. Röntgencső emissziós spektruma

A jellegzetes röntgenspektrumok létezését röntgencsövek segítségével fedezték fel. Később kiderült, hogy az ilyen spektrumok a kémiai elemek belső pályájának ionizációja során keletkeznek. G. Moseley (1913) a különböző kémiai elemek jellemző spektrumát tanulmányozva megállapította a következő törvényt, amely az ő nevéhez fűződik.

A jellemző sugárzási frekvencia négyzetgyöke az lineáris függvény elem sorozatszáma:

ahol ν a spektrumvonal frekvenciája, Z a kibocsátó elem rendszáma, A, B állandók.

A Moseley-törvény lehetővé teszi egy kémiai elem rendszámának meghatározását a jellemző sugárzás megfigyelt spektrumából. Ennek nagy szerepe volt az elemek periódusos rendszerben való elhelyezésében.

32.4. A röntgensugárzás kölcsönhatása anyaggal. a gyengülés törvénye

A röntgensugárzásnak az anyaggal való kölcsönhatásának két fő típusa van: a szórás és a fotoelektromos hatás. Szóródáskor a foton mozgási iránya megváltozik. A fotoelektromos hatásban egy foton elnyelt.

1. Koherens (rugalmas) szórás akkor fordul elő, ha egy röntgenfoton energiája nem elegendő egy atom belső ionizációjához (egy elektron kiütéséhez az egyik belső héjból). Ebben az esetben a foton mozgásának iránya megváltozik, de energiája és hullámhossza nem változik (ezért ezt a szórást ún. rugalmas).

2. Inkoherens (Compton) szóródás akkor fordul elő, ha a foton energiája sokkal nagyobb, mint a belső ionizációs energia A u: hv >> A u.

Ebben az esetben az elektron elszakad az atomtól és egy bizonyos E k mozgási energiát kap.A Compton-szórás során a foton iránya megváltozik, energiája csökken:

A Compton-szórás az anyag atomjainak ionizációjához kapcsolódik.

3. fotoelektromos hatás akkor fordul elő, ha a hv fotonenergia elegendő az atom ionizálásához: hv > A u. Ugyanakkor a röntgenkvantum elnyeltés energiáját az atom ionizálására és a kinetikus energia kommunikálására fordítják a kilökött elektronhoz E k \u003d hv - AI.

A Compton-szórást és a fotoelektromos hatást jellegzetes röntgensugárzás kíséri, mivel a belső elektronok kiütése után a megüresedett helyek a külső héjak elektronjaival töltődnek fel.

Röntgen-lumineszcencia. Egyes anyagokban a Compton-szórás elektronjai és kvantumai, valamint a fotoelektromos hatású elektronok okozzák a molekulák gerjesztését, ami az alapállapotba való sugárzási átmenetekkel jár együtt. Ez röntgenlumineszcenciának nevezett fényt hoz létre. A bárium-platina-cianogén lumineszcenciája lehetővé tette a röntgensugárzás felfedezését Roentgen számára.

a gyengülés törvénye

A röntgensugárzás szóródása és a fotoelektromos hatás oda vezet, hogy a röntgensugárzás mélyebbre hatolásával a primer sugárnyaláb gyengül (32.5. ábra). Az enyhülés exponenciális:

A μ értéke az elnyelő anyagtól és a sugárzási spektrumtól függ. Gyakorlati számításokhoz, mint a legyengültek jellemzője

Rizs. 32.5. A röntgenáram csillapítása a beeső sugarak irányában

ahol λ - hullámhossz; Z az elem rendszáma; k valamilyen állandó.

32.5. A felhasználás fizikai alapjai

röntgensugárzás az orvostudományban

Az orvostudományban a röntgensugárzást diagnosztikai és terápiás célokra használják.

Röntgen diagnosztika- Módszerek a belső szervek képeinek készítésére röntgen segítségével.

E módszerek fizikai alapja az anyag röntgencsillapításának törvénye (32.10). Keresztmetszeti egyenletes röntgenáram az áthaladás után inhomogén szövet inhomogén lesz. Ez az inhomogenitás rögzíthető fotófilmre, fluoreszcens képernyőre vagy mátrix fotodetektor segítségével. Például a csontszövet - Ca 3 (PO 4) 2 - és a lágyszövetek - főleg H 2 O - tömeggyengülési együtthatói 68-szor különböznek (μm csont /μm víz = 68). A csontsűrűség is nagyobb, mint a lágyrészek sűrűsége. Ezért a röntgenfelvétel világos képet ad a csontról a lágy szövetek sötétebb hátterében.

Ha a vizsgált szerv és az azt körülvevő szövetek hasonló csillapítási együtthatókkal rendelkeznek, akkor speciális kontrasztanyagok.Így például a gyomor fluoroszkópiája során az alany pépes tömegű bárium-szulfátot (BaSO 4) vesz fel, amelyben a tömegcsillapítási együttható 354-szer nagyobb, mint a lágyszöveteké.

A diagnosztikához 60-120 keV fotonenergiájú röntgensugárzást alkalmaznak. BAN BEN orvosi gyakorlat a röntgendiagnosztika alábbi módszereivel.

1. röntgen. A kép fluoreszkáló képernyőn jön létre. A kép fényereje alacsony, és csak elsötétített helyiségben nézhető. Az orvost védeni kell az expozíciótól.

A fluoroszkópia előnye, hogy valós időben végzik el. Hátránya a pácienst és az orvost érő nagy sugárterhelés (más módszerekkel összehasonlítva).

A fluoroszkópia modern változata - a röntgentelevízió - röntgen képerősítőket használ. Az erősítő érzékeli a röntgenképernyő gyenge fényét, felerősíti és továbbítja a TV képernyőjére. Emiatt az orvos sugárterhelése meredeken csökkent, a kép fényereje nőtt, és lehetővé vált a vizsgálat eredményeinek videófelvétele.

2. Radiográfia. A kép egy speciális filmen jön létre, amely érzékeny a röntgensugárzásra. A képek két egymásra merőleges vetületben (közvetlen és oldalsó) készülnek. A kép a képfeldolgozás után válik láthatóvá. A kész szárított képet áteresztő fényben nézzük.

Ugyanakkor kielégítően láthatóak a részletek, amelyek kontrasztja 1-2%-kal eltér.

Egyes esetekben a vizsgálat előtt a páciens speciális kontrasztanyag. Például egy jódtartalmú oldat (intravénásan) a vesék és a húgyutak vizsgálatában.

A radiográfia előnyei a nagy felbontás, a rövid expozíciós idő és az orvos szinte teljes biztonsága. A hátrányok közé tartozik a statikus kép (az objektum dinamikában nem követhető).

3. Fluorográfia. A vizsgálat során a képernyőn kapott képet érzékeny kis formátumú filmre fényképezzük. A fluorográfiát széles körben használják a lakosság tömeges felmérésében. Ha a fluorogramon kóros elváltozásokat találnak, akkor a beteg részletesebb vizsgálatot ír elő.

4. Elektroentogenográfia. Ez a fajta vizsgálat a kép rögzítésének módjában különbözik a hagyományos radiográfiától. Használja film helyett szelén lemez, röntgensugárzással felvillanyozva. Az eredmény az elektromos töltések látens képe, amely láthatóvá tehető és papírra vihető.

5. Angiográfia. Ezt a módszert az erek vizsgálatára használják. Kontrasztanyagot fecskendeznek a vénába katéteren keresztül, majd egy nagy teljesítményű röntgenkészülék a másodperc töredéke alatt képsorokat készít egymás után. A 32.6. ábra angiogramot mutat be a nyaki artéria régiójában.

6. Röntgen-számítógépes tomográfia. Az ilyen típusú röntgenvizsgálat lehetővé teszi, hogy képet kapjon a test lapos szakaszáról, amelynek vastagsága több mm. Ebben az esetben az adott rész ismételten, különböző szögekből kerül megvilágításra az egyes képeknek a számítógép memóriájában való rögzítésével. Azután

Rizs. 32.6. Angiogram, amely a nyaki artéria csatornájának szűkületét mutatja

Rizs. 32.7. A tomográfia szkennelési sémája (a); a fej tomográfiája szemmagasságban metszetben (b).

számítógépes rekonstrukciót hajtunk végre, melynek eredménye a beolvasott réteg képe (32.7. ábra).

A számítógépes tomográfia lehetővé teszi az olyan elemek megkülönböztetését, amelyek között a sűrűségkülönbség legfeljebb 1%. A hagyományos radiográfia lehetővé teszi a szomszédos területek közötti minimális, 10-20% sűrűségkülönbség rögzítését.

Röntgenterápia - röntgensugarak alkalmazása a rosszindulatú daganatok elpusztítására.

A sugárzás biológiai hatása a különösen gyorsan szaporodó sejtek élettevékenységének megzavarása. A nagyon kemény röntgensugarakat (kb. 10 MeV fotonenergiájával) a rákos sejtek elpusztítására használják a test mélyén. Az egészséges környező szövetek károsodásának csökkentése érdekében a nyaláb úgy forog a páciens körül, hogy mindig csak a sérült terület marad a hatása alatt.

32.6. Alapfogalmak és képletek

A táblázat folytatása

A táblázat vége

32.7. Feladatok

1. Miért ütközik egy elektronsugár az orvosi röntgencsövekben az antikatód egyik pontjára, és miért nem esik rá széles sugárban?

Válasz: pontszerű röntgensugarak készítéséhez, amelyek éles körvonalat adnak a képernyőn áttetsző tárgyaknak.

2. Határozza meg a bremsstrahlung röntgensugárzás határát (frekvencia és hullámhossz) U 1 = 2 kV és U 2 = 20 kV feszültség esetén.

4. Az ólomszűrőket a röntgensugárzás elleni védelemre használják. A röntgensugárzás lineáris abszorpciója ólomban 52 cm -1. Mekkora legyen az árnyékoló ólomréteg vastagsága, hogy az 30-szorosára csökkentse a röntgensugárzás intenzitását?

5. Határozza meg a röntgencső sugárzási fluxusát U = 50 kV, I = 1 mA mellett. Az anód wolframból készül (Z = 74). Keresse meg a cső hatékonyságát.

6. A lágyrészek röntgendiagnosztikájához kontrasztanyagokat használnak. Például a gyomrot és a beleket bárium-szulfát (BaSO 4 ) tömeggel töltik meg. Hasonlítsa össze a bárium-szulfát és a lágyszövetek (víz) tömegcsillapítási együtthatóit.

7. Mitől lesz vastagabb árnyék a röntgenképernyőn: alumínium (Z = 13, ρ = 2,7 g/cm 3) vagy ugyanaz a rézréteg (Z = 29, ρ = 8,9 g/cm 3)?

8. Hányszor nagyobb az alumíniumréteg vastagsága a rézréteg vastagságánál, ha a rétegek ugyanúgy csillapítják a röntgensugárzást?

A radiológia a radiológia ága, amely a röntgensugárzásnak az állatok és az emberek szervezetére gyakorolt, e betegségből eredő hatásait, azok kezelését és megelőzését, valamint a különböző kórképek röntgen segítségével történő diagnosztizálásának módszereit (röntgendiagnosztika) vizsgálja. . Egy tipikus röntgendiagnosztikai készülék tápegységet (transzformátorokat), az elektromos hálózat váltóáramát egyenárammá alakító nagyfeszültségű egyenirányítót, vezérlőpanelt, állványt és röntgencsövet tartalmaz.

A röntgen egyfajta elektromágneses rezgések, amelyek a röntgencsőben a felgyorsult elektronok éles lassulása során keletkeznek az anódanyag atomjaival való ütközés pillanatában. Jelenleg általánosan elfogadott az a nézet, hogy a röntgensugarak fizikai természetüknél fogva a sugárzó energia egyik fajtája, amelynek spektrumába a rádióhullámok, az infravörös sugarak, a látható fény, az ultraibolya sugarak és a gamma-sugárzás is beletartoznak. radioaktív elemek. A röntgensugárzás a legkisebb részecskék - kvantumok vagy fotonok - gyűjteményeként jellemezhető.

Rizs. 1 - mobil röntgenkészülék:

A - röntgencső;
B - tápegység;
B - állítható állvány.

Rizs. 2 - A röntgenkészülék vezérlőpultja (mechanikus - a bal oldalon és elektronikus - a jobb oldalon):

A - panel az expozíció és a keménység beállításához;
B - nagyfeszültségű tápellátás gomb.

Rizs. A 3. ábra egy tipikus röntgenkészülék blokkvázlata

1 - hálózat;
2 - autotranszformátor;
3 - fokozó transzformátor;
4 - röntgencső;
5 - anód;
6 - katód;
7 - leléptető transzformátor.

A röntgen előállítás mechanizmusa

A röntgensugarak abban a pillanatban jönnek létre, amikor egy felgyorsult elektronáram ütközik az anód anyagával. Amikor az elektronok kölcsönhatásba lépnek egy célponttal, kinetikus energiájuk 99%-a átalakul hőenergiaés csak 1% - a röntgensugarakban.

A röntgencső egy üvegtartályból áll, amelyben 2 elektróda van forrasztva: egy katód és egy anód. Az üveghengerből levegőt pumpálnak ki: az elektronok mozgása a katódról az anódra csak relatív vákuum (10 -7 -10 -8 mm Hg) mellett lehetséges. A katódon egy izzószál található, amely egy szorosan csavart volfrámszál. Jelentkezéskor elektromos áram az izzószálon elektronemisszió történik, amelyben az elektronok leválik a spirálról, és a katód közelében elektronfelhőt alkotnak. Ez a felhő a katód fókuszáló csészében koncentrálódik, amely meghatározza az elektronok mozgásának irányát. Kupa - egy kis mélyedés a katódban. Az anód viszont egy volfrám fémlemezt tartalmaz, amelyre az elektronok fókuszálnak - ez a röntgensugarak képződésének helye.

Rizs. 4 - Röntgencsöves készülék:

A - katód;
B - anód;
B - wolframszál;
G - a katód fókuszáló csésze;
D - gyorsított elektronok áramlása;
E - wolfram célpont;
G - üveglombik;
З - berillium ablak;
És - képződött röntgensugarak;
K - alumínium szűrő.

Az elektroncsőre 2 transzformátor csatlakozik: lefelé és felfelé. Egy lecsökkentő transzformátor alacsony feszültséggel (5-15 volt) melegíti a wolfram tekercset, ami elektronemissziót eredményez. A magasfeszültségű transzformátor közvetlenül a katódra és az anódra megy, amelyeket 20-140 kilovolt feszültséggel látnak el. Mindkét transzformátor a röntgenkészülék nagyfeszültségű blokkjába kerül, amely transzformátorolajjal van feltöltve, amely biztosítja a transzformátorok hűtését és megbízható szigetelését.

Az elektronfelhő kialakulása után egy lecsökkentő transzformátor segítségével bekapcsoljuk a fokozó transzformátort, és az elektromos áramkör mindkét pólusára nagyfeszültségű feszültség kerül: pozitív impulzus az anódra, és negatív impulzus. impulzus a katódhoz. A negatív töltésű elektronokat taszítják a negatív töltésű katódról, és pozitív töltésű anódra hajlanak - egy ilyen potenciálkülönbség miatt nagy mozgási sebesség érhető el - 100 ezer km / s. Ezzel a sebességgel az elektronok bombázzák a wolfram anódlemezt, egy elektromos áramkört teljessé téve, ami röntgensugárzást és hőenergiát eredményez.

A röntgensugárzást bremsstrahlung és karakterisztikus sugárzásra osztják. A megszakadás a wolframszál által kibocsátott elektronok sebességének éles lassulása miatt következik be. A jellegzetes sugárzás az atomok elektronhéjának átrendeződésének pillanatában következik be. Mindkét típus egy röntgencsőben jön létre a gyorsított elektronok és az anódanyag atomjainak ütközésének pillanatában. A röntgencső emissziós spektruma a bremsstrahlung és a jellegzetes röntgensugarak szuperpozíciója.

Rizs. 5 - a bremsstrahlung röntgensugarak kialakulásának elve.
Rizs. 6 - a jellegzetes röntgensugárzás kialakulásának elve.

A röntgensugárzás alapvető tulajdonságai

1. A röntgensugarak láthatatlanok a vizuális észlelés számára.
2. A röntgensugárzásnak nagy áthatoló ereje van az élő szervezet szervein és szövetein, valamint az élettelen természet sűrű struktúráin keresztül, amelyek nem bocsátanak át látható fénysugarakat.
3. A röntgensugarak egyesek fényét okozzák kémiai vegyületek fluoreszcenciának nevezik.

• A cink- és kadmium-szulfidok sárgászölden fluoreszkálnak,
• Kalcium-volframát kristályai - ibolya-kék.

A röntgensugarak fotokémiai hatást fejtenek ki: halogénekkel lebontják az ezüstvegyületeket, és a fényképészeti rétegek elfeketedését okozzák, képet alkotva a röntgenfelvételen.

A röntgensugarak energiájukat atomoknak és molekuláknak adják át környezet amelyen áthaladnak, ionizáló hatást fejtenek ki.

A röntgensugárzás kifejezett biológiai hatást fejt ki a besugárzott szervekben és szövetekben: kis dózisban serkenti az anyagcserét, nagy dózisban sugársérülések, valamint akut sugárbetegség kialakulásához vezethet. A biológiai tulajdonság lehetővé teszi a röntgensugárzás alkalmazását daganatos és egyes nem daganatos betegségek kezelésére.

Az elektromágneses rezgések skálája

A röntgensugárzásnak meghatározott hullámhossza és rezgési frekvenciája van. A hullámhossz (λ) és az oszcillációs frekvencia (ν) összefüggésben áll egymással: λ ν = c, ahol c a fény sebessége, 300 000 km/s-ra kerekítve. A röntgensugarak energiáját az E = h ν képlet határozza meg, ahol h Planck-állandó, 6,626 10 -34 J⋅s univerzális állandó. A sugarak hullámhosszát (λ) az energiájukkal (E) a következő összefüggéssel viszonyítjuk: λ = 12,4 / E.

A röntgensugárzás hullámhosszában (lásd táblázat) és kvantumenergiájában különbözik az elektromágneses rezgések egyéb típusaitól. Minél rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb a frekvenciája, az energiája és a behatoló ereje. A röntgen hullámhossza a tartományban van

. A röntgensugárzás hullámhosszának változtatásával szabályozható a behatoló ereje. A röntgensugárzás nagyon rövid hullámhosszú, de nagy a rezgési frekvenciája, ezért az emberi szem számára láthatatlan. Óriási energiájuknak köszönhetően a kvantumok nagy áthatolóerővel rendelkeznek, ami az egyik fő tulajdonsága, amely biztosítja a röntgensugárzás alkalmazását az orvostudományban és más tudományokban.

A röntgen jellemzői

Intenzitás - mennyiségi jellemző röntgensugárzás, amelyet a cső által egységnyi idő alatt kibocsátott sugarak számával fejeznek ki. A röntgensugarak intenzitását milliamperben mérik. Ha összehasonlítjuk a hagyományos izzólámpa látható fényének intenzitásával, analógiát vonhatunk: például egy 20 wattos lámpa egy intenzitással vagy teljesítménnyel világít, a 200 wattos lámpa pedig egy másik intenzitással, míg a maga a fény minősége (spektruma) ugyanaz. A röntgensugárzás intenzitása valójában annak mennyisége. Minden elektron egy vagy több sugárzási kvantumot hoz létre az anódon, ezért a tárgy expozíciója során a röntgensugárzás mennyiségét az anódra hajló elektronok számának és az elektronok és a volfrám célpont atomjaival való kölcsönhatások számának változtatásával szabályozzák. , amit kétféleképpen lehet megtenni:

1. A katódspirál izzadási fokának megváltoztatásával lecsökkentő transzformátor segítségével (az emisszió során keletkező elektronok száma a volfrámspirál melegétől, a sugárzási kvantumok száma pedig az elektronok számától függ);
2. A fokozatos transzformátor által a cső pólusaira - a katódra és az anódra - szolgáltatott nagyfeszültség értékének megváltoztatásával (minél nagyobb feszültséget kapnak a cső pólusai, annál nagyobb mozgási energiát kapnak az elektronok, ami , energiájuknak köszönhetően az anódanyag több atomjával egymás után kölcsönhatásba léphetnek - lásd az ábrát. rizs. öt; az alacsony energiájú elektronok kisebb számú kölcsönhatásba léphetnek majd be).

A röntgensugárzás intenzitása (anódáram) szorozva a záridővel (csőidővel) megfelel a röntgensugárzás expozíciójának, amelyet mAs-ban (mAs-ban) mérnek (mAs per másodperc). Az expozíció olyan paraméter, amely az intenzitáshoz hasonlóan a röntgencső által kibocsátott sugarak mennyiségét jellemzi. Az egyetlen különbség az, hogy az expozíciónál figyelembe veszik a cső működési idejét is (például ha a cső 0,01 mp-ig működik, akkor a sugarak száma egy lesz, ha pedig 0,02 mp, akkor a sugarak száma más - még kétszer). A sugárterhelést a röntgenkészülék vezérlőpultján a radiológus állítja be a vizsgálat típusától, a vizsgált tárgy méretétől és a diagnosztikai feladattól függően.

Merevség- a röntgensugárzás minőségi jellemzői. Ezt a csövön lévő magas feszültséggel mérik - kilovoltban. Meghatározza a röntgensugarak áthatoló erejét. Szabályozása a röntgencsőre egy lépcsős transzformátor által biztosított nagyfeszültséggel történik. Minél nagyobb potenciálkülönbség keletkezik a cső elektródáin, az elektronok annál nagyobb erővel taszítják le a katódot és rohannak az anódhoz, és annál erősebb az anóddal való ütközésük. Minél erősebb az ütközésük, annál rövidebb a keletkező röntgensugárzás hullámhossza, és annál nagyobb ennek a hullámnak a behatoló ereje (illetve a sugárzás keménysége, amit az intenzitáshoz hasonlóan a központon a feszültség paraméter szabályoz a cső - kilofeszültség).

Rizs. 7 - A hullámhossz függése a hullám energiájától:

λ - hullámhossz;
E - hullámenergia

• Minél nagyobb a mozgó elektronok kinetikus energiája, annál erősebb a hatásuk az anódra, és annál rövidebb a keletkező röntgensugárzás hullámhossza. A hosszú hullámhosszú és alacsony áthatolóképességű röntgensugárzást "puhának", a rövid hullámhosszú és nagy áthatolóképességű "keménynek" nevezik.

Rizs. 8 - A röntgencső feszültségének és a keletkező röntgensugárzás hullámhosszának aránya:

• Minél nagyobb feszültséget kapcsolunk a cső pólusaira, annál erősebb a potenciálkülönbség rajtuk, ezért a mozgó elektronok kinetikai energiája nagyobb lesz. A csövön lévő feszültség határozza meg az elektronok sebességét és az anódanyaggal való ütközésük erejét, ezért a feszültség határozza meg a keletkező röntgensugárzás hullámhosszát.

A röntgencsövek osztályozása

1. Bejelentkezés alapján
1. Diagnosztikai
2. Gyógyászati
3. Szerkezeti elemzéshez
4. Az átvilágításhoz
2. Tervezés szerint
1. Fókusz által

• Egyfókuszos (egy spirál a katódon és egy fókuszpont az anódon)
• Bifokális (két különböző méretű spirál a katódon és két fókuszpont az anódon)

1. Anód típusa szerint

• Álló (fix)
• Forgó

A röntgensugarakat nemcsak sugárdiagnosztikai, hanem terápiás célokra is használják. Amint fentebb megjegyeztük, a röntgensugárzás azon képessége, hogy elnyomja a daganatsejtek növekedését, lehetővé teszi az onkológiai betegségek sugárterápiájában történő alkalmazását. A röntgensugárzást az orvosi alkalmazási területen kívül széles körben alkalmazzák a mérnöki és műszaki területen, az anyagtudományban, a krisztallográfiában, a kémiában és a biokémiában: például lehetőség nyílik különböző termékek (sínek, hegesztési varratok) szerkezeti hibáinak azonosítására. stb.) röntgensugárzás segítségével. Az ilyen kutatás típusát defektoszkópiának nevezik. Repülőtereken, vasútállomásokon és más zsúfolt helyeken a röntgen-televíziós introszkópokat aktívan használják a kézipoggyászok és poggyászok biztonsági okokból történő átvizsgálására.

Az anód típusától függően a röntgencsövek kialakítása különbözik. Tekintettel arra, hogy az elektronok kinetikus energiájának 99% -a hőenergiává alakul, a cső működése során az anód jelentősen felmelegszik - az érzékeny wolframcél gyakran kiég. Az anód hűtése modern röntgencsövekben történik forgatással. A forgó anód tárcsa alakú, amely egyenletesen osztja el a hőt a teljes felületén, megakadályozva a volfrám céltárgy helyi túlmelegedését.

A röntgencsövek kialakítása fókuszban is különbözik. Fókuszpont - az anód azon része, amelyen a működő röntgensugár keletkezik. Fel van osztva a valódi fókuszpontra és a hatékony fókuszpontra ( rizs. 12). Az anód szöge miatt az effektív fókuszpont kisebb, mint a valódi. A képterület méretétől függően különböző fókuszpont-méretek használatosak. Minél nagyobb a képterület, annál szélesebbnek kell lennie a fókuszpontnak, hogy a teljes képterületet lefedje. A kisebb fókuszpont azonban jobb képtisztaságot eredményez. Ezért kis képek készítésekor egy rövid filamentet használnak, és az elektronokat az anód célpontjának egy kis területére irányítják, kisebb fókuszpontot hozva létre.

Rizs. 9 - röntgencső álló anóddal.
Rizs. 10 - Röntgencső forgó anóddal.
Rizs. 11 - Röntgencsöves készülék forgó anóddal.
Rizs. A 12. ábra egy valós és hatékony fókuszpont kialakulásának diagramja.

1. Bremsstrahlung és jellegzetes röntgensugarak,

alapvető tulajdonságait és jellemzőit.

1895-ben a német tudós, Roentgen fedezte fel először a fluoreszkáló képernyő fényét, amelyet a szem számára láthatatlan sugárzás okoz, amely a gázkisülési cső üvegének a katóddal szemben elhelyezkedő részéből származik. Ez a fajta sugárzás képes volt átjutni a látható fény számára áthatolhatatlan anyagokon. Röntgen röntgensugárzásnak nevezte őket, és megállapította azokat az alapvető tulajdonságokat, amelyek lehetővé teszik a tudomány és a technológia különböző ágaiban, köztük az orvostudományban való felhasználásukat.

A röntgensugárzást 80-10-5 nm hullámhosszúságú sugárzásnak nevezik. A hosszúhullámú röntgensugárzás átfedi a rövidhullámú UV-sugárzást, a rövidhullámú átfedés a hosszú hullámú g-sugárzással. Az orvostudományban 10-0,005 nm hullámhosszú röntgensugárzást alkalmaznak, amely 10 2 EV-0,5 MeV fotonenergiának felel meg. A röntgensugárzás a szem számára láthatatlan, ezért minden vele végzett megfigyelés fluoreszcens képernyők vagy fotófilmek segítségével történik, mivel röntgenlumineszcenciát okoz, és fotokémiai hatást fejt ki. Jellemző, hogy az optikai sugárzás számára áthatolhatatlan testek többsége nagyrészt átlátszó a röntgensugárzás számára, amely az elektromágneses hullámokra jellemző tulajdonságokkal rendelkezik. A hullámhossz kicsinysége miatt azonban néhány tulajdonság nehezen észlelhető. Ezért a sugárzás hullámtermészetét sokkal később állapították meg, mint a felfedezésüket.

A gerjesztés módszere szerint a röntgensugárzást bremsstrahlung és karakterisztikus sugárzásra osztják.

A Bremsstrahlung röntgensugárzás a gyorsan mozgó elektronok lelassulásának köszönhető az anyag atomjának (mag és elektronok) elektromos tere által, amelyen keresztül repülnek. Ennek a sugárzásnak a mechanizmusa azzal magyarázható, hogy minden mozgó töltés olyan áram, amely körül mágneses tér jön létre, amelynek indukciója (B) az elektron sebességétől függ. Fékezéskor a mágneses indukció csökken, és Maxwell elméletének megfelelően elektromágneses hullám jelenik meg.

Amikor az elektronok lelassulnak, az energiának csak egy része megy röntgenfoton létrehozására, a másik részét az anód fűtésére fordítják. A foton frekvenciája (hullámhossza) függ az elektron kezdeti kinetikus energiájától és lassításának intenzitásától. Sőt, ha a kezdeti kinetikus energia azonos is, akkor az anyagban a lassulási viszonyok eltérőek lesznek, ezért a kibocsátott fotonoknak lesz a legkülönfélébb energiájuk, és ebből következően a hullámhosszuk, pl. a röntgenspektrum folyamatos lesz. Az 1. ábra a fékezési spektrumot mutatja különböző U 1 feszültségeknél

.

Ha U-t kilovoltban fejezzük ki, és más mennyiségek arányát is figyelembe vesszük, akkor a képlet így néz ki: lk \u003d 1,24 / U (nm) vagy lk \u003d 1,24 / U (Å) (1Å \u003d 10 -10 m) ).

A fenti grafikonokból megállapítható, hogy a maximális sugárzási energiát adó l m hullámhossz állandó kapcsolatban van az l k határhullámhosszal:

.

A hullámhossz a foton energiáját jellemzi, amelytől függ a sugárzás áthatoló ereje, amikor az anyaggal kölcsönhatásba lép.

A rövid hullámhosszúságú röntgensugarak általában nagy áthatolóerővel rendelkeznek, és keménynek, míg a hosszú hullámhosszúságú röntgensugarak lágynak nevezik. Amint a fenti képletből látható, az a hullámhossz, amelyre a maximális sugárzási energia esik, fordítottan arányos a cső anódja és katódja közötti feszültséggel. Növelje a feszültséget a röntgencső anódján, változtassa meg a sugárzás spektrális összetételét és növelje a keménységét.

Az izzószál feszültségének változásakor (a katód izzószál-hőmérséklete megváltozik), megváltozik a katód által egységnyi idő alatt kibocsátott elektronok száma, vagy ennek megfelelően az áramerősség a csőanódáramkörben. Ebben az esetben a sugárzási teljesítmény az áram első teljesítményével arányosan változik. A sugárzás spektrális összetétele nem változik.

A sugárzás teljes fluxusa (teljesítménye), az energia hullámhosszon belüli eloszlása, valamint a spektrum határa a rövid hullámhosszak oldalán a következő három tényezőtől függ: az elektronokat gyorsító U feszültségtől, amely az anód és az anód közé kerül. a cső katódja; a sugárzás kialakulásában részt vevő elektronok száma, azaz. cső izzószál árama; az anód anyagának Z atomszáma, amelyben az elektronlassulás bekövetkezik.

A bremsstrahlung fluxus kiszámítása a következő képlettel történik: , ahol ,

Egy anyag atomjának Z-sorszáma (atomszám).

A röntgencső feszültségének növelésével észrevehető külön vonalak (vonalspektrum) megjelenése a folyamatos bremsstrahlung sugárzás hátterében, ami megfelel a jellegzetes röntgensugárzásnak. Az anyagban lévő atomok belső héjai közötti elektronok átmenete során keletkezik (K, L, M héjak). A karakterisztikus sugárzási spektrum vonalas jellege abból adódik, hogy a felgyorsult elektronok mélyen behatolnak az atomokba, és kiütik az elektronokat az atomon kívüli belső rétegeikből. A felső rétegekből az elektronok (2. ábra) szabad helyekre jutnak el, aminek következtében az átmeneti energiaszintek különbségének megfelelő frekvenciájú röntgenfotonok bocsátanak ki. A karakterisztikus sugárzás spektrumában lévő vonalak a K, L, M szinten magasabb szintű elektronok átmeneteinek megfelelő sorokba kapcsolódnak.

A külső hatásnak, melynek következtében az elektron kiütődik a belső rétegekből, elég erősnek kell lennie. Az optikai spektrumokkal ellentétben a különböző atomok jellemző röntgenspektrumai azonos típusúak. Ezeknek a spektrumoknak az egységessége abból adódik, hogy a különböző atomok belső rétegei azonosak és csak energetikailag térnek el egymástól. az atommag oldaláról érkező erőhatás az elem sorszámának növekedésével nő. Ez oda vezet, hogy a karakterisztikus spektrumok a magtöltés növekedésével a magasabb frekvenciák felé tolódnak el. Ez az összefüggés Moseley törvényeként ismert: , ahol A és B állandók; Az elem Z-sorszáma.

Van még egy különbség a röntgen és az optikai spektrum között. Az atom jellemző spektruma nem függ attól a kémiai vegyülettől, amelyben az atom szerepel. Így például az oxigénatom röntgenspektruma azonos az O, O 2, H 2 O esetében, miközben ezeknek a vegyületeknek az optikai spektruma jelentősen eltér. Az atomok röntgenspektrumának ez a tulajdonsága szolgált a „jellemző” elnevezés alapjául.

Jellegzetes sugárzás akkor következik be, amikor az atom belső rétegeiben vannak szabad helyek, függetlenül az azt okozó okoktól. Például a radioaktív bomlás egyik típusát kíséri, amely abból áll, hogy a mag elkap egy elektront a belső rétegből.

2. A röntgencsövek és protozoonok készüléke

röntgengép.

A röntgensugárzás leggyakoribb forrása a röntgencső - egy kételektródos vákuumkészülék (3. ábra). Ez egy üvegtartály (p = 10 -6 - 10 -7 Hgmm), két elektródával - A anóddal és K katóddal, amelyek között nagy feszültség jön létre. A fűtött katód (K) elektronokat bocsát ki. Az A anódot gyakran antikatódnak nevezik. Ferde felületű, hogy a keletkező röntgensugárzást a cső tengelyéhez képest szögben irányítsa. Az anód jó hővezető képességű fémből (rézből) készül, hogy eltávolítsa az elektronok becsapódásából származó hőt. Az anód ferde végén egy tűzálló fémből (volfrámból) készült nagy rendszámú Z lemez található, az úgynevezett anódtükör. Egyes esetekben az anódot speciálisan vízzel vagy olajjal hűtik. A diagnosztikai csöveknél fontos a röntgenforrás pontossága, amit úgy érhetünk el, hogy az elektronokat az anód egy helyére fókuszáljuk. Ezért konstruktívan két ellentétes feladattal kell számolnunk: egyrészt az elektronoknak az anód egyik helyére kell esniük, másrészt a túlmelegedés elkerülése érdekében kívánatos az elektronok elosztása az anód különböző részein. az anód. Emiatt egyes röntgencsöveket forgó anóddal gyártanak.

Bármilyen kialakítású csőben az anód és a katód közötti feszültség által felgyorsított elektronok az anódtükörre esnek, és mélyen behatolnak az anyagba, kölcsönhatásba lépnek az atomokkal, és az atomok mezője lelassítja őket. Ez bremsstrahlung röntgensugárzást eredményez. A bremsstrahlunggal egyidejűleg kis mennyiségű (több százalék) jellemző sugárzás képződik. Az anódot eltaláló elektronok mindössze 1-2%-a okoz bremsstrahlungot, a többi pedig termikus hatást. Az elektronok koncentrációjához a katód vezetősapkával rendelkezik. A wolframtükör azon részét, amelyre a fő elektronáramlás esik, a cső fókuszának nevezzük. A sugárnyaláb szélessége a területétől (fókusz élességétől) függ.

A cső tápellátásához két forrás szükséges: egy nagyfeszültségű forrás az anódáramkörhöz és egy alacsony feszültségű forrás (6-8 V), amely az izzószál áramkörét táplálja. Mindkét forrást egymástól függetlenül kell szabályozni. Az anódfeszültség változtatásával szabályozható a röntgensugárzás keménysége, az izzítás változtatásával a kimeneti áramkör árama és ennek megfelelően a sugárzási teljesítmény.

A legegyszerűbb röntgenkészülék sematikus diagramja a 4. ábrán látható. Az áramkör két nagyfeszültségű Tr.1 és Tr.2 transzformátorral rendelkezik az izzószál táplálására. A csövön lévő nagyfeszültséget a Tr.1 transzformátor primer tekercsére csatlakoztatott Tr.3 autotranszformátor szabályozza. A K kapcsoló szabályozza az autotranszformátor tekercsének fordulatszámát. Ebben a tekintetben a transzformátor szekunder tekercsének feszültsége is változik, amelyet a cső anódjára táplálnak, pl. keménysége állítható.

A cső izzószáláramát egy R reosztát szabályozza, amely a Tr.2 transzformátor primer áramkörében található. Az anód áramkör áramát milliamperméterrel mérjük. A cső elektródáira adott feszültséget kV kilovoltmérővel mérjük, vagy az anódáramkörben lévő feszültséget a K kapcsoló állásából ítéljük meg. A reosztát által szabályozott izzószál áramát A ampermérővel mérjük. A vizsgált séma szerint a röntgencső egyidejűleg nagy váltakozó feszültséget egyenirányít.

Könnyen belátható, hogy egy ilyen cső csak a váltakozó áram egy félciklusa alatt sugároz. Ezért az ereje kicsi lesz. A kisugárzott teljesítmény növelése érdekében sok készülék nagyfeszültségű, teljes hullámú röntgen-egyenirányítót használ. Erre a célra 4 speciális kenotront használnak, amelyek hídáramkörben vannak összekötve. A híd egyik átlójában egy röntgencső található.

3. A röntgensugárzás kölcsönhatása anyaggal

(koherens szórás, inkoherens szórás, fotoelektromos hatás).

Ha a röntgensugárzás egy testre esik, az kis mértékben visszaverődik róla, de többnyire mélyen áthalad. A test tömegében a sugárzás részben elnyelődik, részben szétszóródik és részben áthalad. A testen áthaladva a röntgenfotonok főként az anyag atomjainak és molekuláinak elektronjaival lépnek kölcsönhatásba. A röntgensugárzás regisztrálását és felhasználását, valamint a biológiai objektumokra gyakorolt ​​hatását a röntgenfotonok elektronokkal való kölcsönhatásának elsődleges folyamatai határozzák meg. Az E fotonenergia és az AI ionizációs energia arányától függően három fő folyamat játszódik le.

de) koherens szóródás.

A hosszú hullámhosszú röntgensugárzás szórása elsősorban a hullámhossz megváltoztatása nélkül történik, ezt nevezzük koherensnek. A foton kölcsönhatása a belső héjak elektronjaival, szorosan az atommaghoz kötve, csak az irányát változtatja meg, energiája, és így a hullámhossz változása nélkül (5. ábra).

Koherens szórás akkor következik be, ha a foton energiája kisebb, mint az ionizációs energia: E = hn<А И. Так как энергия фотона и энергия атома не изменяется, то когерентное рассеяние не вызывает биологического действия. Однако при создании защиты от рентгеновского излучения следует учитывать возможность изменения направления первичного пучка.

b) Inkoherens szóródás (Compton-effektus).

1922-ben A. Compton a kemény röntgensugárzás szóródását megfigyelve a szórt nyaláb áthatoló erejének csökkenését fedezte fel a beeső sugárhoz képest. A változó hullámhosszú röntgensugárzás szóródását Compton-effektusnak nevezzük. Akkor fordul elő, amikor egy tetszőleges energiájú foton kölcsönhatásba lép az atommaghoz gyengén kötődő atomok külső héjának elektronjaival (6. ábra). Az elektron leválik az atomról (az ilyen elektronokat visszarúgás elektronoknak nevezzük). A foton energiája csökken (a hullámhossz ennek megfelelően nő), mozgásának iránya is megváltozik. A Compton-effektus akkor lép fel, ha a röntgen foton energiája nagyobb, mint az ionizációs energia: , . Ilyenkor E K mozgási energiájú visszarúgási elektronok jelennek meg.Az atomok és molekulák ionokká válnak. Ha E K szignifikáns, akkor az elektronok ütközéssel ionizálhatják a szomszédos atomokat, új (másodlagos) elektronokat képezve.

ban ben) Fotoelektromos hatás.

Ha egy hn foton energiája elegendő egy elektron leválásához, akkor az atommal való kölcsönhatás során a foton elnyelődik, és az elektron leválik róla. Ezt a jelenséget fotoelektromos hatásnak nevezik. Az atom ionizálódik (fotoinizálódik). Ebben az esetben az elektron kinetikus energiára tesz szert, és ha ez utóbbi jelentős, akkor ütközéssel képes ionizálni a szomszédos atomokat, új (másodlagos) elektronokat képezve. Ha a foton energia nem elegendő az ionizációhoz, akkor a fotoelektromos hatás egy atom vagy molekula gerjesztésében nyilvánulhat meg. Egyes anyagokban ez fotonok későbbi kibocsátásához vezet a látható sugárzási tartományban (röntgen lumineszcencia), a szövetekben pedig a molekulák aktiválásához és fotokémiai reakciókhoz.

A fotoelektromos hatás a 0,5-1 MeV nagyságrendű energiájú fotonokra jellemző.

A fentebb tárgyalt három fő interakciós folyamat elsődleges, ezek vezetnek a későbbi másodlagos, harmadlagos stb. jelenségek. Amikor a röntgensugárzás bejut egy anyagba, számos folyamat játszódhat le, mielőtt a röntgenfoton energiája hőmozgás energiájává alakulna át.

A fenti folyamatok következtében az elsődleges röntgensugár gyengül. Ez a folyamat engedelmeskedik Bouguer törvényének. A következő alakban írjuk: Ф =Ф 0 e - mx, ahol m egy lineáris csillapítási együttható, amely az anyag természetétől (főleg a sűrűségtől és a rendszámtól) és a sugárzás hullámhosszától (fotonenergia) függ. Úgy ábrázolható, hogy három tagból áll, amelyek megfelelnek a koherens szórásnak, az inkoherens szórásnak és a fotoelektromos hatásnak: .

Mivel a lineáris abszorpciós együttható az anyag sűrűségétől függ, célszerű a tömegcsillapítási együtthatót használni, amely egyenlő a lineáris csillapítási együttható és az abszorber sűrűségének arányával, és nem függ az anyag sűrűségétől. . A röntgensugár fluxusának (intenzitásának) az abszorbeáló szűrő vastagságától való függése a 7. ábrán látható H 2 O, Al és Cu esetén. A számítások azt mutatják, hogy egy 36 mm vastag víz, 15 mm alumínium és 1,6 mm rézréteg kétszeresére csökkenti a röntgensugárzás intenzitását. Ezt a vastagságot d félrétegvastagságnak nevezzük. Ha egy anyag felére gyengíti a röntgensugárzást, akkor , azután , vagy , ; ; . A félréteg vastagságának ismeretében mindig meghatározható a m. Méret .

4. A röntgen alkalmazása az orvostudományban

(fluoroszkópia, radiográfia, röntgen tomográfia, fluorográfia, sugárterápia).

A röntgensugarak egyik leggyakoribb alkalmazása az orvostudományban a belső szervek diagnosztikai célú átvilágítása - röntgendiagnosztika.

A diagnosztikához 60-120 keV energiájú fotonokat használnak. Ebben az esetben a tömegelnyelési együtthatót elsősorban a fotoelektromos hatás határozza meg. Értéke arányos l 3 -al (amiben a kemény sugárzás nagy áthatoló ereje nyilvánul meg) és arányos az anyag - abszorber atomszámának harmadik hatványával: , ahol K az arányossági együttható.

Az emberi test szövetekből és szervekből áll, amelyek a röntgensugárzáshoz képest eltérő elnyelő képességgel rendelkeznek. Ezért röntgensugárzással megvilágítva egy nem egyenletes árnyékképet kapunk a képernyőn, amely képet ad a belső szervek és szövetek elhelyezkedéséről. A legsűrűbb sugárzást elnyelő szöveteket (szív, nagy erek, csontok) sötétnek, míg a kevésbé elnyelő szöveteket (tüdőt) fénynek látjuk.

Sok esetben meg lehet ítélni normális vagy kóros állapotukat. A röntgendiagnosztika két fő módszert alkalmaz: fluoroszkópiát (transzmisszió) és radiográfiát (kép). Ha a vizsgált szerv és az azt körülvevő szövetek megközelítőleg egyenlő mértékben veszik fel a röntgensugárzást, akkor speciális kontrasztanyagokat használnak. Így például a gyomor vagy a belek röntgenvizsgálatának előestéjén bárium-szulfát pépes masszát adnak, ilyenkor látható az árnyékképük. A fluoroszkópiában és a radiográfiában a röntgenfelvétel az objektum teljes vastagságának összefoglaló képe, amelyen a röntgensugárzás áthalad. A legvilágosabban a képernyőhöz vagy filmhez közelebb eső részletek határozhatók meg, a távoliak pedig homályossá és elmosódottá válnak. Ha egy szervben patológiásan megváltozott terület van, például a tüdőszövet elpusztulása kiterjedt gyulladásos fókuszban, akkor bizonyos esetekben ez a terület a röntgenfelvételen az árnyékok mennyiségében „elveszhet”. A láthatóvá tétel érdekében egy speciális módszert alkalmaznak - tomográfiát (réteges felvétel), amely lehetővé teszi a vizsgált terület egyes rétegeinek felvételét. Az ilyen réteges tomogramokat egy speciális, tomográfnak nevezett berendezéssel készítik, amelyben a röntgencsövet (RT) és a filmet (Fp) periodikusan, együttesen, ellenfázisban mozgatják a vizsgált területhez képest. Ebben az esetben a röntgensugarak az RT bármely pozíciójában áthaladnak az objektum ugyanazon a pontján (megváltozott terület), amely az a középpont, amelyhez képest az RT és az FP periodikusan mozog. A terület árnyékképe filmre kerül. A „lengőközéppont” helyzetének megváltoztatásával lehetőség nyílik az objektum réteges képeinek elkészítésére. Egy vékony röntgensugár, egy speciális képernyő (az Fp helyett), amely ionizáló sugárzás félvezető detektoraiból áll, lehetővé teszi a kép feldolgozását a tomográfia során számítógép segítségével. A tomográfia ezen modern változatát számítógépes tomográfiának nevezik. A tomográfiát széles körben használják a tüdő, a vese, az epehólyag, a gyomor, a csontok stb.

A kép fényereje a képernyőn és az expozíciós idő a filmen a röntgensugárzás intenzitásától függ. Diagnosztikai felhasználáskor az intenzitás nem lehet magas, hogy ne okozzon nemkívánatos biológiai hatást. Ezért számos olyan technikai eszköz létezik, amelyek alacsony röntgenintenzitás mellett javítják a kép fényerejét. Az egyik ilyen eszköz egy képerősítő cső.

Egy másik példa a fluorográfia, amelynek során egy érzékeny kis formátumú filmre egy nagy röntgen-lumineszcens képernyőről készítenek képet. Fényképezéskor nagy rekesznyílású objektívet használnak, az elkészült képeket speciális nagyítón vizsgálják.

A fluorográfia a látens betegségek (mellkasi, gasztrointesztinális traktus, orrmelléküregek stb. megbetegedései) kiváló kimutatási képességét ötvözi jelentős áteresztőképességgel, ezért a tömeges (in-line) kutatás nagyon hatékony módszere.

Mivel a fluorográfia során a röntgenkép fényképezése fényképészeti optikával történik, a fluorogramon látható kép a röntgenhez képest csökken. Ebben a tekintetben a fluorogram felbontása (azaz az apró részletek láthatósága) kisebb, mint a hagyományos röntgenfelvételeké, azonban nagyobb, mint a fluoroszkópia esetében.

Olyan eszközt terveztek - tomofluorográfot, amely lehetővé teszi a testrészek és az egyes szervek fluorogramjának adott mélységben történő készítését - az úgynevezett réteges képeket (metszetek) - tomofluorogramokat.

A röntgensugárzást terápiás célokra is alkalmazzák (röntgenterápia). A sugárzás biológiai hatása a sejtek, különösen a gyorsan fejlődő sejtek élettevékenységének megzavarása. Ebben a tekintetben a röntgenterápiát a rosszindulatú daganatok befolyásolására használják. Lehetőség van olyan sugárdózis megválasztására, amely elegendő a daganat teljes elpusztításához a környező egészséges szövetek viszonylag kis károsodásával, amelyek a későbbi regeneráció következtében helyreállnak.

A röntgensugárzás az egyik legnagyobb felfedezés, amelyet az orvostudomány javára tettek. A röntgensugaraknak köszönhetően rengeteg betegséget diagnosztizáltak, és sok életet sikerült megmenteni. Ma már el sem tudjuk képzelni, hogyan lehetett e diagnosztikai módszer nélkül élni, és korábban tüdőgyulladást, töréseket és egyéb kóros állapotokat kezelni. Ebben a cikkben megpróbáltunk mindent átgondolni a röntgensugarakról, és azt is, hogy miért veszélyes a röntgen, milyen esetekben tilos ezt a vizsgálatot elvégezni, milyen negatív következményekkel járhat az emberi szervezetre a röntgensugarak után?

Mi az a röntgensugárzás

A röntgensugárzást 1895-ben fedezte fel W. Roentgen. Ennek a személynek köszönhető, hogy ma már rendelkezésünkre állnak a röntgen kutatási módszerek. A kutató úgy jellemezte felfedezését, mint az a képesség, hogy szikét felvenni tudott az ember belsejébe nézni. Hamarosan, az "X-sugárzás" felfedezése után, információk kezdtek megjelenni azon emberek betegségeiről, akik átestek ezen a diagnosztikai eljáráson. Mint kiderült, a röntgensugarak nem biztonságosak az ember számára, súlyos betegségekhez, köztük onkológiai patológiákhoz vezethetnek.

A röntgensugárzás elektromágneses hullámok által keltett sugárzás. Röntgensugarak a töltött részecskék gyorsulása során keletkeznek. Kialakításukhoz speciális röntgencsöveket használnak. Röntgensugárzás speciális részecskegyorsítókban is előállítható.

Az alábbiakban felsoroljuk a röntgensugárzás főbb tulajdonságait:

• A röntgensugarak képesek átjutni az emberi test szövetein, valamint különféle közegeken és különböző sűrűségű anyagokon keresztül.
• A sugarak képesek lumineszcenciát - ragyogást kiváltani. Minden anyag két csoportra osztható: azokra, amelyek a röntgensugárzás hatására világítanak, és azokra, amelyek nem világítanak.
• Fotokémiai reakciókat okoz, ami a halogénvegyületek változásához vezet.
• Semleges részecskék (atomok és molekulák) ionizációjához vezetnek. A röntgensugarak hatására töltött ionokat nyernek a töltetlen elemekből. A közeg, amelyben az ionok keletkeznek, képes elektromos áramot vezetni.

A röntgensugárzás nemcsak átvilágíthatja az emberi test szöveteit, hanem elektrolitváltozásokhoz is vezethet bennük. A röntgen a test minden rendszerére és sejtjére hat.

A röntgensugarak orvosi alkalmazásai

A röntgensugárzást széles körben alkalmazzák az orvostudományban. Azt különböző kóros állapotok diagnosztizálása és azonosítása céljából egyaránt elvégezhetőés betegségek kezelésére.

Ne feledje, hogy egy személy röntgensugárzással történő expozícióját csak akkor szabad elvégezni, ha erre konkrét jelzések vannak.

A radiológiai diagnosztikai technikák típusai

A tüdő vagy a test bármely más részének röntgenfelvétele meglehetősen informatív kutatási módszer.. A sugarak azon képessége, hogy áthaladjanak a szöveteken, és némelyikükben fényt keltsenek, a betegségek röntgensugárzással történő diagnosztizálásának alapja lett.

Az orvostudományban a következő röntgendiagnosztikai technikákat használják:

• Fluoroszkópia - a kép fluoreszkáló képernyőn jelenik meg. A modern gyógyászatban gyakorlatilag már nem használják, elavult módszernek számít.
• A radiográfia olyan vizsgálat, amellyel a besugárzás során kapott képet egy speciális filmre helyezik át. Ennek a kutatásnak a következő típusai vannak:
• A duodenográfia a gyomor és a nyombél vizsgálata. Az emésztőrendszer ezen részein kialakuló fekélyek, daganatok, elzáródás kimutatására végzik.
• A kolecisztográfia, a kolegráfia - az epehólyag és a csatorna röntgenképe, lehetővé teszi átjárhatóságuk, méretük és a bennük lévő kövek jelenlétének felmérését.
• Irrigoszkópia - a vastagbél röntgenfelvétele. Szükséges a bélelzáródás, jó- és jóindulatú daganatok, divertikulák, bélvolvulus diagnosztizálására.
• A tüdőröntgenet tüdőgyulladás, hörghurut, tuberkulózis, mellhártyagyulladás, pneumothorax, a tüdőszövet daganatos megbetegedései és idegen testek jelenlétének kimutatására végezzük.
• A metrosalpingográfia egy röntgenvizsgálat, amelyet a petevezetékek átjárhatóságának értékelésére végeznek.
• Az ortopantomográfia egy röntgenvizsgálat, amely segít felmérni a fogak és az állkapocs állapotát.
• A mammográfia az emlőmirigyek röntgenfelvétele. Ez a vizsgálat szűrésnek minősül, a WHO ajánlja a mellrák korai stádiumban történő kimutatására..
• A gerinc és a csontszerkezetek egyes szakaszainak radiográfiáját a csontok integritásának felmérésére, szerkezetük vagy elhelyezkedésük eltéréseinek azonosítására végzik. A töréseket, repedéseket és elmozdulásokat leggyakrabban röntgen segítségével diagnosztizálják.
• A tomográfia vagy komputertomográfia (CT) a röntgenvizsgálat egy fajtája, melynek során a csontváz különböző szerveiről, rendszereiről és szerkezeteiről lehet rétegről rétegre képet készíteni. A CT-t az egyik leginformatívabb és legmodernebb diagnosztikai technikának tartják. Ennek köszönhetően kimutatható a stroke, a gerinc patológiája stb. A sebészek gyakran alkalmaznak réteges CT-vizsgálatokat, amikor egy közelgő sebészeti beavatkozás tervét készítik.
• A fluorográfia olyan vizsgálat, amelyben a kép kisebb, mint a vizsgált szerkezet tényleges mérete. Napjainkban széles körben végeznek tüdőfluorográfiát, ez a tuberkulózis szűrése.

A legújabb modern protokollok és a WHO ajánlásai szerint a tuberkulózis megelőzésére nem javasolt az éves fluorográfia. Egy ilyen vizsgálat nagy sugárzási terhelést jelent a szervezetre, ugyanakkor kevéssé informatív. A tuberkulózis szűréséhez vénás vérvizsgálat javasolt.

Kezelés röntgensugárzással

Annak ellenére, hogy a röntgensugarak károsak az egészségre és bizonyos betegségeket okozhatnak, a tudósok megtalálták a felhasználást a patológiák kezelésében.

A modern orvostudományban a röntgensugarakat széles körben alkalmazzák a rosszindulatú daganatok kezelésében. Az ilyen sugárterápia alapja a röntgensugarak azon képessége, hogy befolyásolják a sejtek és szövetek ionösszetételét, megváltoztatják szerkezetüket.

A sugárterápia segítségével meg lehet állítani a rosszindulatú sejtek kóros osztódását, megállítani a daganatok növekedését és a metasztázisok terjedését a szervezetben.

A röntgensugaras kezelést általában nehezen tolerálja a szervezet. De a sok mellékhatás ellenére segít a rák elleni küzdelemben, esélyt ad az embernek a jövőbeli életre.

A röntgensugarak negatív hatásai az emberre

Mint mondtuk, a röntgensugarak hatással vannak az emberi szervezetre. Az orvosok alkalmazkodtak ahhoz, hogy ezt a tulajdonságukat az onkológiai daganatok terápiás céljaira használják fel. Ugyanakkor sok olyan ember, aki röntgen technikával megvizsgálja a testét, ki van téve a rákos megbetegedések és más, sugárterhelés által okozott betegségek kialakulásának.

Az alábbiakban megvizsgáljuk, milyen károkat okozhat a röntgensugárzás az emberi szervezetben a megnövekedett dózissal:

• Bőrelváltozás. A röntgensugárzás, ha nagy dózisban érintkezik egy személyrel, mély bőrégést okozhat. Az ilyen elváltozást a betegek súlyosabban tolerálják, mint a hagyományos termikus égést. Az ilyen bőrbetegséget bőrrák bonyolíthatja.
• A megengedettnél nagyobb dózis esetén sugárbetegség kialakulása lehetséges. Ez egy olyan állapot, amelyben az immunrendszer, a vér, a kötőszövet károsodik. Krónikus sugárbetegség gyakran alakul ki röntgensugárzással dolgozó embereknél.
• Endokrinológiai rendellenességek. A nagy dózisú sugárzás károsan befolyásolja a pajzsmirigy, a petefészkek és a herék, valamint a mellékvesék működését.
• Különféle onkológiai patológiák. Lehet rák, leukémia, szarkóma. A tudósok például bebizonyították, hogy a gyakori mammográfia hozzájárul az emlőrák kialakulásához.

Vannak szabványok és dózisok, amelyek azt jelzik, hogy hány dózis röntgensugár elfogadható egy személy számára.. Ezen szabványok szerint számítják ki a sugárzással érintkező személyek munkanapjának hosszát és a röntgenvizsgálatok biztonságos számát.

A modern röntgenkészülékek kisebb sugárzási terhelést jelentenek az emberi szervezetre. A segítségükkel készült képek ártalmassága lényegesen kisebb. Sajnos ilyen, viszonylag biztonságos készülékek nem minden állami egészségügyi intézményben kaphatók, több van belőlük a magán diagnosztikai központokban, klinikákon.

Röntgen és terhesség

A terhesség alatti röntgenfelvétel szigorúan ellenjavallt. A gyermekvállalás bármely időszakában tilos ezt megtenni. A magzat nagyon érzékeny bármilyen sugárzásra. A röntgen hatására fejlődési rendellenességek alakulhatnak ki, amelyek gyakran összeegyeztethetetlenek a baba életével.

A fogamzás ideje alatt röntgenvizsgálaton átesett nőknél jelentősen megnő a spontán vetélés kockázata.

A terhes nő röntgenfelvétele befolyásolja a magzat szerveinek és rendszereinek kialakulását. Szívhibákhoz, az idegrendszer rendellenes fejlődéséhez és egyéb rendellenességekhez vezethet.

A korai várandósságban lévő nők veszélyeztetettek, mivel előfordulhat, hogy nincsenek tisztában helyzetükkel, és nem értesítik erről a kezelőorvost, aki röntgenfelvételt ír elő.

Lehetséges-e minimálisra csökkenteni a röntgensugárzás okozta károkat

A röntgenvizsgálat ártalma és veszélye ellenére nem szabad megtagadnia. Ezek a diagnosztikai eljárások nagyon informatívak, és nagyon gyakran lehetetlen diagnózist felállítani és kezelést előírni nélkülük.

• Viseljen védőköpenyt azokon a testrészeken, amelyeket nem vizsgál..
• A diagnosztikai eljárás után egy pohár tejet vagy száraz bort ihat. Úgy gondolják, hogy ezek az italok képesek segíteni a szervezetnek megbirkózni a sugárterhelés dózisával.
• Adja hozzá a tengeri moszatot és a halat az étrendjéhez. Ezek az élelmiszerek jódban gazdagok, amely a pajzsmirigy számára szükséges anyag.

A ritka röntgenvizsgálatok gyakorlatilag biztonságosak az ember számára. Feltéve, hogy csak a szükséges helyzetekben végzik el, a röntgensugárzás okozta szövődmények és betegségek kialakulásának kockázata minimális.

A röntgensugarak károsak az emberre. Számos különféle betegséget és kóros folyamatot képes előidézni és provokálni. De a röntgensugárzás ilyen negatív hatása csak akkor alakul ki, ha túllépik a maximális megengedett dózist. Ne féljen ettől a diagnosztikai módszertől, és tagadja meg. A számítógépes tomográfiának és a radiográfiának köszönhetően rengeteg embert sikerült megmenteni szerte a világon. meghaladja a tízmilliókat.