RADIAZIONI A RAGGI X
radiazione invisibile in grado di penetrare, anche se in misura diversa, tutte le sostanze. È una radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda di circa 10-8 cm Come la luce visibile, i raggi X causano l'annerimento della pellicola fotografica. Questa proprietà è di grande importanza per la medicina, l'industria e ricerca scientifica. Passando attraverso l'oggetto in studio e poi cadendo sulla pellicola, la radiazione di raggi X dipinge su di esso la sua struttura interna. Poiché il potere di penetrazione della radiazione di raggi X è diverso per i diversi materiali, le parti dell'oggetto che sono meno trasparenti ad esso danno aree più luminose nella fotografia rispetto a quelle attraverso le quali la radiazione penetra bene. Pertanto, i tessuti ossei sono meno trasparenti ai raggi X rispetto ai tessuti che compongono la pelle e gli organi interni. Pertanto, sulla radiografia, le ossa saranno indicate come aree più chiare e il sito della frattura, che è più trasparente per le radiazioni, può essere rilevato abbastanza facilmente. L'imaging a raggi X viene utilizzato anche in odontoiatria per rilevare carie e ascessi nelle radici dei denti, nonché nell'industria per rilevare crepe nei pezzi fusi, plastica e gomma. I raggi X sono usati in chimica per analizzare i composti e in fisica per studiare la struttura dei cristalli. Un raggio di raggi X che passa attraverso un composto chimico provoca una caratteristica radiazione secondaria, la cui analisi spettroscopica consente al chimico di determinare la composizione del composto. Quando cadi sostanza cristallina un raggio di raggi X è diffuso dagli atomi del cristallo, dando un chiaro e regolare schema di macchie e strisce su una lastra fotografica, che consente di stabilire la struttura interna del cristallo. L'uso dei raggi X nel trattamento del cancro si basa sul fatto che uccide le cellule tumorali. Tuttavia, può anche avere un effetto indesiderato sulle cellule normali. Pertanto, l'estrema cautela deve essere esercitata in questo uso dei raggi X. La radiazione di raggi X è stata scoperta dal fisico tedesco W. Roentgen (1845-1923). Il suo nome è immortalato in altri termini fisici associati a questa radiazione: l'unità internazionale della dose di radiazioni ionizzanti è chiamata roentgen; un'immagine scattata con una macchina a raggi X è chiamata radiografia; Il campo della medicina radiologica che utilizza i raggi X per diagnosticare e curare le malattie è chiamato radiologia. Roentgen scoprì le radiazioni nel 1895 mentre era professore di fisica all'Università di Würzburg. Durante gli esperimenti con i raggi catodici (flussi di elettroni nei tubi a scarica), ha notato che uno schermo situato vicino al tubo a vuoto, ricoperto di cianoplatinite di bario cristallino, si illumina in modo brillante, sebbene il tubo stesso sia ricoperto di cartone nero. Roentgen stabilì inoltre che il potere di penetrazione dei raggi sconosciuti da lui scoperti, che chiamò raggi X, dipendeva dalla composizione del materiale assorbente. Ha anche ripreso le ossa della propria mano posizionandole tra un tubo a scarica di raggi catodici e uno schermo rivestito con cianoplatinite di bario. La scoperta di Roentgen è stata seguita da esperimenti di altri ricercatori che hanno scoperto molte nuove proprietà e possibilità per l'utilizzo di questa radiazione. Un grande contributo è stato dato da M. Laue, W. Friedrich e P. Knipping, che hanno dimostrato nel 1912 la diffrazione dei raggi X quando passa attraverso un cristallo; W. Coolidge, che nel 1913 inventò un tubo a raggi X ad alto vuoto con catodo riscaldato; G. Moseley, che stabilì nel 1913 la relazione tra la lunghezza d'onda della radiazione e il numero atomico di un elemento; G. e L. Braggy, che ricevette nel 1915 premio Nobel per lo sviluppo dei fondamenti dell'analisi di diffrazione dei raggi X.
OTTENERE I RAGGI X
La radiazione di raggi X si verifica quando gli elettroni che si muovono ad alta velocità interagiscono con la materia. Quando gli elettroni entrano in collisione con atomi di qualsiasi sostanza, perdono rapidamente la loro energia cinetica. In questo caso, la maggior parte di esso viene convertita in calore e una piccola frazione, solitamente inferiore all'1%, viene convertita in energia a raggi X. Questa energia viene rilasciata sotto forma di quanti - particelle chiamate fotoni che hanno energia ma hanno massa a riposo zero. I fotoni dei raggi X differiscono nella loro energia, che è inversamente proporzionale alla loro lunghezza d'onda. Con il metodo convenzionale per ottenere i raggi X, si ottiene un'ampia gamma di lunghezze d'onda, che è chiamata spettro dei raggi X. Lo spettro contiene componenti pronunciate, come mostrato in Fig. 1. Un ampio "continuum" è chiamato spettro continuo o radiazione bianca. I picchi acuti sovrapposti ad esso sono chiamati linee di emissione di raggi X caratteristiche. Sebbene l'intero spettro sia il risultato di collisioni di elettroni con la materia, i meccanismi per l'aspetto della sua parte ampia e delle sue linee sono diversi. La sostanza è composta da un largo numero atomi, ognuno dei quali ha un nucleo circondato da gusci di elettroni, e ogni elettrone nel guscio di un atomo di un dato elemento occupa un certo livello di energia discreto. Solitamente questi gusci, o livelli di energia, sono indicati con i simboli K, L, M, ecc., a partire dal guscio più vicino al nucleo. Quando un elettrone incidente di energia sufficientemente elevata si scontra con uno degli elettroni legati all'atomo, fa cadere quell'elettrone fuori dal suo guscio. Lo spazio vuoto è occupato da un altro elettrone del guscio, che corrisponde a un'energia superiore. Quest'ultimo emette energia in eccesso emettendo un fotone a raggi X. Poiché gli elettroni del guscio hanno valori energetici discreti, anche i fotoni dei raggi X risultanti hanno uno spettro discreto. Ciò corrisponde a picchi acuti per determinate lunghezze d'onda, i cui valori specifici dipendono dall'elemento target. Le linee caratteristiche formano le serie K, L e M, a seconda del guscio (K, L o M) da cui è stato rimosso l'elettrone. La relazione tra la lunghezza d'onda dei raggi X e il numero atomico è chiamata legge di Moseley (Fig. 2).
Se un elettrone entra in collisione con un nucleo relativamente pesante, rallenta, e il suo energia cinetica viene emesso come un fotone a raggi X di circa la stessa energia. Se vola oltre il nucleo, perderà solo una parte della sua energia e il resto verrà trasferito ad altri atomi che cadranno sulla sua strada. Ogni atto di perdita di energia porta all'emissione di un fotone con una certa energia. Appare uno spettro di raggi X continuo, il cui limite superiore corrisponde all'energia dell'elettrone più veloce. Questo è il meccanismo per la formazione di uno spettro continuo, e l'energia massima (o lunghezza d'onda minima) che fissa il confine dello spettro continuo è proporzionale alla tensione di accelerazione, che determina la velocità degli elettroni incidenti. Le righe spettrali caratterizzano il materiale del bersaglio bombardato, mentre lo spettro continuo è determinato dall'energia del fascio di elettroni e praticamente non dipende dal materiale bersaglio. I raggi X possono essere ottenuti non solo mediante bombardamento di elettroni, ma anche irradiando il bersaglio con raggi X provenienti da un'altra sorgente. In questo caso, tuttavia, la maggior parte dell'energia del raggio incidente va nello spettro dei raggi X caratteristico e una frazione molto piccola di essa cade nello spettro continuo. Ovviamente il fascio di raggi X incidente deve contenere fotoni la cui energia sia sufficiente ad eccitare le linee caratteristiche dell'elemento bombardato. L'elevata percentuale di energia per spettro caratteristico rende questo metodo di eccitazione dei raggi X conveniente per la ricerca scientifica.
Tubi a raggi X. Per ottenere la radiazione di raggi X dovuta all'interazione degli elettroni con la materia, è necessario disporre di una sorgente di elettroni, di mezzi per accelerarli ad alte velocità e di un bersaglio in grado di resistere al bombardamento di elettroni e produrre radiazioni di raggi X di l'intensità desiderata. Il dispositivo che ha tutto questo si chiama tubo a raggi X. I primi esploratori usavano tubi del "vuoto profondo" come i tubi di scarica di oggi. Il vuoto in loro non era molto alto. I tubi di scarica contengono una piccola quantità di gas e quando viene applicata una grande differenza di potenziale agli elettrodi del tubo, gli atomi di gas si trasformano in ioni positivi e negativi. Quelli positivi si muovono verso l'elettrodo negativo (catodo) e, cadendo su di esso, ne espellono gli elettroni e, a loro volta, si muovono verso l'elettrodo positivo (anodo) e, bombardandolo, creano un flusso di fotoni a raggi X . Nel moderno tubo a raggi X sviluppato da Coolidge (Fig. 3), la sorgente di elettroni è un catodo di tungsteno riscaldato a alta temperatura. Gli elettroni vengono accelerati a velocità elevate dall'elevata differenza di potenziale tra l'anodo (o anticatodo) e il catodo. Poiché gli elettroni devono raggiungere l'anodo senza entrare in collisione con gli atomi, è necessario un vuoto molto alto, per il quale il tubo deve essere ben evacuato. Ciò riduce anche la probabilità di ionizzazione degli atomi di gas rimanenti e le correnti laterali associate.
Gli elettroni sono focalizzati sull'anodo da un elettrodo di forma speciale che circonda il catodo. Questo elettrodo è chiamato elettrodo di focalizzazione e insieme al catodo forma il "proiettore elettronico" del tubo. L'anodo sottoposto a bombardamento elettronico deve essere di materiale refrattario, poiché la maggior parte dell'energia cinetica degli elettroni bombardanti viene convertita in calore. Inoltre, è auspicabile che l'anodo sia costituito da un materiale con un numero atomico elevato, poiché la resa dei raggi X aumenta all'aumentare del numero atomico. Il tungsteno, il cui numero atomico è 74, viene spesso scelto come materiale dell'anodo.Il design dei tubi a raggi X può essere diverso a seconda delle condizioni e dei requisiti dell'applicazione.
RILEVAMENTO DEI RAGGI X
Tutti i metodi per rilevare i raggi X si basano sulla loro interazione con la materia. I rilevatori possono essere di due tipi: quelli che danno un'immagine e quelli che non lo fanno. I primi includono dispositivi di fluorografia e fluoroscopia a raggi X, in cui il raggio di raggi X passa attraverso l'oggetto in studio e la radiazione trasmessa entra nello schermo o nella pellicola luminescente. L'immagine appare per il fatto che diverse parti dell'oggetto in studio assorbono le radiazioni in modi diversi, a seconda dello spessore della sostanza e della sua composizione. Nei rivelatori con schermo luminescente, l'energia dei raggi X viene convertita in un'immagine direttamente osservabile, mentre nella radiografia viene registrata su un'emulsione sensibile e può essere osservata solo dopo lo sviluppo del film. Il secondo tipo di rivelatori comprende un'ampia varietà di dispositivi in cui l'energia dei raggi X viene convertita in segnali elettrici che caratterizzano l'intensità relativa della radiazione. Questi includono camere di ionizzazione, un contatore Geiger, un contatore proporzionale, un contatore a scintillazione e alcuni rivelatori speciali a base di solfuro di cadmio e seleniuro. Attualmente, i contatori a scintillazione possono essere considerati i rivelatori più efficienti, che funzionano bene in un'ampia gamma di energia.
Guarda anche RIVELATORI DI PARTICELLE . Il rilevatore viene selezionato tenendo conto delle condizioni del problema. Ad esempio, se è necessario misurare con precisione l'intensità della radiazione di raggi X diffratta, vengono utilizzati contatori che consentono di effettuare misurazioni con una precisione di frazioni di percentuale. Se è necessario registrare molti raggi diffratti, è consigliabile utilizzare una pellicola per raggi X, sebbene in questo caso sia impossibile determinare l'intensità con la stessa precisione.
DIFETTOSCOPIA A RAGGI X E GAMMA
Una delle applicazioni più comuni dei raggi X nell'industria è il controllo della qualità dei materiali e il rilevamento dei difetti. Il metodo a raggi X non è distruttivo, quindi il materiale in prova, se ritenuto conforme ai requisiti richiesti, può essere utilizzato per lo scopo previsto. Sia il rilevamento dei raggi X che quello dei difetti gamma si basano sul potere di penetrazione dei raggi X e sulle caratteristiche del suo assorbimento nei materiali. La potenza di penetrazione è determinata dall'energia dei fotoni a raggi X, che dipende dalla tensione di accelerazione nel tubo a raggi X. Pertanto, campioni spessi e campioni da metalli pesanti, come l'oro e l'uranio, richiedono una sorgente di raggi X con un voltaggio maggiore per il loro studio e per campioni sottili è sufficiente una sorgente con un voltaggio inferiore. Per il rilevamento dei difetti dei raggi gamma di getti molto grandi e prodotti laminati di grandi dimensioni, vengono utilizzati betatroni e acceleratori lineari, che accelerano le particelle a energie di 25 MeV e oltre. L'assorbimento dei raggi X in un materiale dipende dallo spessore dell'assorbitore d e dal coefficiente di assorbimento m ed è determinato dalla formula I = I0e-md, dove I è l'intensità della radiazione trasmessa attraverso l'assorbitore, I0 è la intensità della radiazione incidente, ed e = 2,718 è la base dei logaritmi naturali. Per un dato materiale, a una data lunghezza d'onda (o energia) di raggi X, il coefficiente di assorbimento è una costante. Ma la radiazione di una sorgente di raggi X non è monocromatica, ma contiene un'ampia gamma di lunghezze d'onda, per cui l'assorbimento a parità di spessore dell'assorbitore dipende dalla lunghezza d'onda (frequenza) della radiazione. Le radiazioni a raggi X sono ampiamente utilizzate in tutti i settori associati alla lavorazione dei metalli per pressione. Viene anche utilizzato per testare canne di artiglieria, generi alimentari, plastica, per testare dispositivi e sistemi complessi nell'ingegneria elettronica. (Anche la neutrografia viene utilizzata per scopi simili, che utilizza fasci di neutroni invece dei raggi X.) I raggi X vengono utilizzati anche per altri scopi, come esaminare i dipinti per determinarne l'autenticità o per rilevare strati aggiuntivi di vernice sullo strato principale.
DIFFRAZIONE DI RAGGI X
La diffrazione dei raggi X dà Informazioni importanti di solidi- la loro struttura atomica e la loro forma cristallina, nonché liquidi, corpi amorfi e grandi molecole. Il metodo di diffrazione viene utilizzato anche per la determinazione accurata (con un errore inferiore a 10-5) delle distanze interatomiche, il rilevamento di sollecitazioni e difetti e per determinare l'orientamento dei singoli cristalli. Il modello di diffrazione può identificare materiali sconosciuti, nonché rilevare la presenza di impurità nel campione e determinarle. L'importanza del metodo di diffrazione dei raggi X per il progresso della fisica moderna non può essere sopravvalutata, poiché la moderna comprensione delle proprietà della materia si basa in definitiva su dati sulla disposizione degli atomi in vari composti chimici, sulla natura dei legami tra di loro e sui difetti strutturali. Lo strumento principale per ottenere queste informazioni è il metodo di diffrazione dei raggi X. La cristallografia per diffrazione di raggi X è essenziale per determinare le strutture di grandi molecole complesse, come quelle dell'acido desossiribonucleico (DNA), il materiale genetico degli organismi viventi. Subito dopo la scoperta delle radiazioni a raggi X, l'interesse scientifico e medico si è concentrato sia sulla capacità di questa radiazione di penetrare attraverso i corpi, sia sulla sua natura. Esperimenti sulla diffrazione dei raggi X mediante fessure e reticoli di diffrazione hanno dimostrato che appartiene a radiazioni elettromagnetiche e ha una lunghezza d'onda dell'ordine di 10-8-10-9 cm Anche prima, gli scienziati, in particolare W. Barlow, hanno ipotizzato che la forma corretta e simmetrica dei cristalli naturali sia dovuta alla disposizione ordinata degli atomi che formano un cristallo . In alcuni casi, Barlow è stato in grado di prevedere correttamente la struttura di un cristallo. Il valore delle distanze interatomiche previste era di 10-8 cm Il fatto che le distanze interatomiche risultassero essere dell'ordine della lunghezza d'onda dei raggi X ha permesso in linea di principio di osservarne la diffrazione. Il risultato fu l'idea per uno degli esperimenti più importanti nella storia della fisica. M. Laue ha organizzato un test sperimentale di questa idea, che è stato condotto dai suoi colleghi W. Friedrich e P. Knipping. Nel 1912, i tre pubblicarono il loro lavoro sui risultati della diffrazione dei raggi X. Principi di diffrazione dei raggi X. Per comprendere il fenomeno della diffrazione dei raggi X, bisogna considerare nell'ordine: in primo luogo, lo spettro dei raggi X, in secondo luogo, la natura della struttura cristallina e, in terzo luogo, il fenomeno della diffrazione stessa. Come accennato in precedenza, la caratteristica radiazione di raggi X è costituita da una serie di righe spettrali di elevato grado di monocromaticità, determinata dal materiale dell'anodo. Con l'aiuto dei filtri, puoi selezionare il più intenso di loro. Pertanto, scegliendo opportunamente il materiale dell'anodo, è possibile ottenere una sorgente di radiazione quasi monocromatica con un valore di lunghezza d'onda ben definito. Le lunghezze d'onda della radiazione caratteristica variano tipicamente da 2,285 per il cromo a 0,558 per l'argento (i valori per i vari elementi sono noti entro sei figure significative). Lo spettro caratteristico si sovrappone ad uno spettro continuo "bianco" di intensità molto inferiore, a causa della decelerazione degli elettroni incidenti nell'anodo. Pertanto, da ciascun anodo possono essere ottenuti due tipi di radiazione: caratteristica e bremsstrahlung, ognuno dei quali suona a modo suo. ruolo importante. Gli atomi nella struttura cristallina si trovano a intervalli regolari, formando una sequenza di cellule identiche: un reticolo spaziale. Alcuni reticoli (ad esempio, per la maggior parte dei metalli ordinari) sono abbastanza semplici, mentre altri (ad esempio, per le molecole proteiche) sono piuttosto complessi. La struttura cristallina è caratterizzata da quanto segue: se ci si sposta da un dato punto di una cella al punto corrispondente della cella vicina, si troverà esattamente lo stesso ambiente atomico. E se un atomo si trova in uno o nell'altro punto di una cella, lo stesso atomo si troverà nel punto equivalente di qualsiasi cella vicina. Questo principio è strettamente valido per un cristallo perfetto e idealmente ordinato. Tuttavia, molti cristalli (ad esempio soluzioni solide metalliche) sono in una certa misura disordinati; posti cristallograficamente equivalenti possono essere occupati da atomi diversi. In questi casi, non è la posizione di ciascun atomo che viene determinata, ma solo la posizione dell'atomo "media statisticamente" su un largo numero particelle (o cellule). Il fenomeno della diffrazione è discusso nell'articolo OTTICA e il lettore può fare riferimento a questo articolo prima di andare avanti. Mostra che se le onde (ad esempio, suono, luce, raggi X) passano attraverso una piccola fenditura o foro, allora quest'ultima può essere considerata come una sorgente secondaria di onde e l'immagine della fenditura o del foro è costituita da luce alternata e strisce scure. Inoltre, se c'è una struttura periodica di fori o fessure, allora come risultato dell'interferenza amplificante e attenuante dei raggi provenienti da fori diversi, si verifica un chiaro schema di diffrazione. La diffrazione dei raggi X è un fenomeno di scattering collettivo in cui il ruolo dei buchi e dei centri di scattering è svolto da atomi della struttura cristallina disposti periodicamente. L'amplificazione reciproca delle loro immagini a determinati angoli fornisce uno schema di diffrazione simile a quello che risulterebbe dalla diffrazione della luce su un reticolo di diffrazione tridimensionale. Lo scattering si verifica a causa dell'interazione della radiazione di raggi X incidente con gli elettroni nel cristallo. A causa del fatto che la lunghezza d'onda della radiazione di raggi X è dello stesso ordine delle dimensioni dell'atomo, la lunghezza d'onda della radiazione di raggi X diffusa è la stessa di quella dell'incidente. Questo processo è il risultato di oscillazioni forzate di elettroni sotto l'azione dei raggi X incidenti. Consideriamo ora un atomo con una nuvola di elettroni legati (che circonda il nucleo) su cui sono incidenti i raggi X. Gli elettroni in tutte le direzioni diffondono simultaneamente l'incidente ed emettono la propria radiazione di raggi X della stessa lunghezza d'onda, sebbene di diversa intensità. L'intensità della radiazione diffusa è correlata al numero atomico dell'elemento, poiché numero atomico è uguale al numero elettroni orbitali che possono partecipare allo scattering. (Questa dipendenza dell'intensità dal numero atomico dell'elemento di scattering e dalla direzione in cui viene misurata l'intensità è caratterizzata dal fattore di scattering atomico, che svolge un ruolo estremamente importante nell'analisi della struttura dei cristalli.) Cerchiamo di scegliere nella struttura cristallina una catena lineare di atomi posti alla stessa distanza l'uno dall'altro e considerare il loro schema di diffrazione. Si è già notato che lo spettro dei raggi X è costituito da una parte continua ("continuum") e da un insieme di linee più intense caratteristiche dell'elemento che è il materiale dell'anodo. Diciamo che abbiamo filtrato lo spettro continuo e ottenuto un raggio di raggi X quasi monocromatico diretto alla nostra catena lineare di atomi. La condizione di amplificazione (interferenza di amplificazione) è soddisfatta se la differenza tra i percorsi delle onde diffuse dagli atomi vicini è un multiplo della lunghezza d'onda. Se il raggio è incidente con un angolo a0 ad una linea di atomi separati da intervalli a (periodo), allora per l'angolo di diffrazione a la differenza di cammino corrispondente al guadagno sarà scritta come a(cos a - cosa0) = hl, dove l è la lunghezza d'onda e h è un numero intero (Fig. 4 e 5).
Per estendere questo approccio a un cristallo tridimensionale, è solo necessario scegliere file di atomi in altre due direzioni nel cristallo e risolvere le tre equazioni così ottenute congiuntamente per tre assi cristallini con periodi a, b e c. Le altre due equazioni lo sono
Queste sono le tre equazioni di Laue fondamentali per la diffrazione dei raggi X, con i numeri h, k e c che sono gli indici di Miller per il piano di diffrazione.
Guarda anche CRISTALLI E CRISTALLOGRAFIA. Considerando una qualsiasi delle equazioni di Laue, ad esempio la prima, si può notare che poiché a, a0, l sono costanti, e h = 0, 1, 2, ..., la sua soluzione può essere rappresentata come un insieme di coni con un asse comune a (Fig. . 5). Lo stesso vale per le direzioni b e c. Nel caso generale dello scattering tridimensionale (diffrazione), le tre equazioni di Laue devono avere una soluzione comune, cioè tre coni di diffrazione posti su ciascuno degli assi devono intersecarsi; la linea comune di intersezione è mostrata in fig. 6. La soluzione congiunta delle equazioni porta alla legge di Bragg-Wulf:
l = 2(d/n)sinq, dove d è la distanza tra i piani con indici h, k e c (periodo), n = 1, 2, ... sono numeri interi (ordine di diffrazione) e q è l'angolo formato dal raggio incidente (oltre che da diffrazione) con il piano del cristallo in cui si verifica la diffrazione. Analizzando l'equazione della legge di Bragg - Wolfe per un singolo cristallo posto nel percorso di un fascio di raggi X monocromatico, possiamo concludere che la diffrazione non è facile da osservare, perché l e q sono fissi e sinq METODI DI ANALISI PER DIFFRAZIONE
Metodo Laue. Il metodo Laue utilizza uno spettro continuo "bianco" di raggi X, che è diretto a un singolo cristallo stazionario. Per un valore specifico del periodo d, la lunghezza d'onda corrispondente alla condizione di Bragg-Wulf viene selezionata automaticamente dall'intero spettro. I pattern di Laue così ottenuti consentono di giudicare le direzioni dei fasci diffratti e, di conseguenza, gli orientamenti dei piani cristallini, il che consente anche di trarre importanti conclusioni sulla simmetria, sull'orientamento del cristallo e sulla presenza di difetti in esso. In questo caso, tuttavia, le informazioni sul periodo spaziale d vengono perse. Sulla fig. 7 mostra un esempio di Lauegram. La pellicola a raggi X si trovava sul lato del cristallo opposto a quello su cui il raggio di raggi X era incidente dalla sorgente.
Metodo Debye-Scherrer (per campioni policristallini). A differenza del metodo precedente, qui viene utilizzata la radiazione monocromatica (l = const) e l'angolo q viene variato. Ciò si ottiene utilizzando un campione policristallino costituito da numerosi piccoli cristalliti di orientamento casuale, tra i quali vi sono quelli che soddisfano la condizione di Bragg-Wulf. I raggi diffratti formano coni, il cui asse è diretto lungo il raggio di raggi X. Per l'imaging, una striscia sottile di pellicola per raggi X viene solitamente utilizzata in una cassetta cilindrica e i raggi X vengono propagati lungo il diametro attraverso i fori nella pellicola. Il debyegram così ottenuto (Fig. 8) contiene informazioni esatte sul periodo d, cioè sulla struttura del cristallo, ma non fornisce le informazioni contenute nel Lauegram. Pertanto, entrambi i metodi si completano a vicenda. Consideriamo alcune applicazioni del metodo di Debye-Scherrer.
Identificazione di elementi e composti chimici. Dall'angolo q determinato dal Debyegram, si può calcolare la distanza interplanare d caratteristica di un dato elemento o composto. Attualmente sono state compilate molte tabelle di valori d, che consentono di identificare non solo l'uno o l'altro elemento chimico o composto, ma anche vari stati di fase della stessa sostanza, che non sempre fornisce un'analisi chimica. È anche possibile determinare il contenuto del secondo componente in leghe sostitutive con elevata precisione dalla dipendenza del periodo d dalla concentrazione.
Analisi dello stress. Dalla differenza misurata nelle spaziature interplanari per diverse direzioni nei cristalli, conoscendo il modulo elastico del materiale, è possibile calcolare piccole sollecitazioni in esso con elevata precisione.
Studi sull'orientamento preferenziale nei cristalli. Se i piccoli cristalliti in un campione policristallino non sono orientati in modo completamente casuale, gli anelli sul Debyegram avranno intensità diverse. In presenza di un orientamento preferito pronunciato, i massimi di intensità sono concentrati in singoli punti dell'immagine, che diventa simile all'immagine per un singolo cristallo. Ad esempio, durante la laminazione a freddo profonda, una lamiera acquisisce una trama: un pronunciato orientamento dei cristalliti. Secondo il debaygram, si può giudicare la natura della lavorazione a freddo del materiale.
Studio della granulometria. Se la granulometria del policristallo è superiore a 10-3 cm, le linee sul Debyegram saranno costituite da singole macchie, poiché in questo caso il numero di cristalliti non è sufficiente per coprire l'intero intervallo di valori degli angoli q. Se la dimensione dei cristalliti è inferiore a 10-5 cm, le linee di diffrazione si allargano. La loro larghezza è inversamente proporzionale alla dimensione dei cristalliti. L'allargamento si verifica per lo stesso motivo per cui una diminuzione del numero di fenditure riduce la risoluzione di un reticolo di diffrazione. La radiazione a raggi X consente di determinare granulometrie nell'intervallo 10-7-10-6 cm.
Metodi per cristalli singoli. Affinché la diffrazione di un cristallo fornisca informazioni non solo sul periodo spaziale, ma anche sull'orientamento di ciascuna serie di piani di diffrazione, vengono utilizzati i metodi di un cristallo singolo rotante. Un raggio di raggi X monocromatico è incidente sul cristallo. Il cristallo ruota attorno all'asse principale, per il quale le equazioni di Laue sono soddisfatte. In questo caso, l'angolo q, che è incluso nella formula di Bragg-Wulf, cambia. I massimi di diffrazione si trovano all'intersezione dei coni di diffrazione di Laue con la superficie cilindrica del film (Fig. 9). Il risultato è un pattern di diffrazione del tipo mostrato in Fig. 10. Tuttavia, sono possibili complicazioni dovute alla sovrapposizione di diversi ordini di diffrazione in un punto. Il metodo può essere notevolmente migliorato se, contemporaneamente alla rotazione del cristallo, anche il film viene spostato in un certo modo.
Studi di liquidi e gas.È noto che liquidi, gas e corpi amorfi non hanno la corretta struttura cristallina. Ma anche qui, tra gli atomi nelle molecole, c'è legame chimico, per cui la distanza tra loro rimane quasi costante, sebbene le molecole stesse siano orientate casualmente nello spazio. Tali materiali danno anche un modello di diffrazione con un numero relativamente piccolo di massimi macchiati. L'elaborazione di tale immagine con metodi moderni consente di ottenere informazioni sulla struttura anche di tali materiali non cristallini.
ANALISI SPETTROCHIMICA A RAGGI X
Già pochi anni dopo la scoperta dei raggi X, Ch. Barkla (1877-1944) scoprì che quando un flusso di raggi X ad alta energia agisce su una sostanza, compaiono raggi X secondari fluorescenti, che sono caratteristici dell'elemento sotto studia. Poco dopo, G. Moseley, in una serie di suoi esperimenti, misurò le lunghezze d'onda dei raggi X caratteristici primari ottenuti dal bombardamento di elettroni di vari elementi e dedusse la relazione tra la lunghezza d'onda e il numero atomico. Questi esperimenti e l'invenzione dello spettrometro a raggi X da parte di Bragg hanno gettato le basi per l'analisi spettrochimica dei raggi X. Capacità di raggi X per analisi chimica furono subito riconosciuti. Gli spettrografi sono stati realizzati con registrazione su una lastra fotografica, in cui il campione in studio fungeva da anodo di un tubo a raggi X. Purtroppo questa tecnica si è rivelata molto laboriosa, e quindi è stata utilizzata solo quando i consueti metodi di analisi chimica erano inapplicabili. Un eccezionale esempio di ricerca innovativa nel campo della spettroscopia analitica a raggi X è stata la scoperta nel 1923 da parte di G. Hevesy e D. Coster di un nuovo elemento, l'afnio. Lo sviluppo di tubi a raggi X ad alta potenza per radiografia e rivelatori sensibili per misurazioni radiochimiche durante la seconda guerra mondiale contribuì in gran parte alla rapida crescita della spettrografia a raggi X negli anni successivi. Questo metodo si è diffuso grazie alla velocità, comodità, natura non distruttiva dell'analisi e possibilità di automazione totale o parziale. Trova applicazione nei problemi di analisi quantitativa e qualitativa di tutti gli elementi con numero atomico maggiore di 11 (sodio). Sebbene l'analisi spettrochimica a raggi X sia comunemente usata per determinare componenti critici in un campione (con un contenuto di 0,1-100%), in alcuni casi è adatto per concentrazioni dello 0,005% e anche inferiori.
Spettrometro a raggi X. Un moderno spettrometro a raggi X è costituito da tre sistemi principali (Fig. 11): sistemi di eccitazione, cioè tubo radiogeno con anodo in tungsteno o altro materiale refrattario e alimentatore; sistemi di analisi, ovvero un cristallo analizzatore con due collimatori multi-fessura, nonché uno spettrogoniometro per la regolazione fine; e sistemi di registrazione con contatore Geiger o proporzionale oa scintillazione, nonché raddrizzatore, amplificatore, contatori e registratore grafico o altro dispositivo di registrazione.
Analisi della fluorescenza a raggi X. Il campione analizzato si trova nel percorso dei raggi X eccitanti. La regione del campione da esaminare è solitamente isolata da una maschera con un foro del diametro desiderato, e la radiazione passa attraverso un collimatore che forma un fascio parallelo. Dietro il cristallo dell'analizzatore, un collimatore a fessura emette radiazione diffratta per il rivelatore. Solitamente, l'angolo massimo q è limitato a 80-85°, in modo che solo i raggi X la cui lunghezza d'onda l sia correlata alla spaziatura interplanare d dalla disuguaglianza l Microanalisi a raggi X. Lo spettrometro a cristallo dell'analizzatore piatto descritto sopra può essere adattato per la microanalisi. Ciò si ottiene restringendo il raggio di raggi X primario o il raggio secondario emesso dal campione. Tuttavia, una diminuzione della dimensione effettiva del campione o dell'apertura di radiazione porta ad una diminuzione dell'intensità della radiazione diffratta registrata. Un miglioramento a questo metodo può essere ottenuto utilizzando uno spettrometro a cristalli curvi, che consente di registrare un cono di radiazione divergente, e non solo radiazione, asse parallelo collimatore. Con un tale spettrometro è possibile identificare particelle inferiori a 25 µm. Una riduzione ancora maggiore delle dimensioni del campione analizzato si ottiene nel microanalizzatore a sonda elettronica a raggi X inventato da R. Kasten. Qui, un fascio di elettroni altamente focalizzato eccita la caratteristica emissione di raggi X del campione, che viene poi analizzato da uno spettrometro a cristalli piegati. Utilizzando un tale dispositivo, è possibile rilevare quantità di una sostanza dell'ordine di 10-14 g in un campione con un diametro di 1 μm. Sono state inoltre sviluppate installazioni con scansione del campione a fascio di elettroni, con l'ausilio delle quali è possibile ottenere un pattern bidimensionale della distribuzione sul campione dell'elemento per la cui radiazione caratteristica è sintonizzato lo spettrometro.
DIAGNOSI MEDICA A RAGGI X
Lo sviluppo della tecnologia a raggi X ha ridotto significativamente il tempo di esposizione e migliorato la qualità delle immagini, consentendo di esaminare anche i tessuti molli.
Fluorografia. Questo metodo diagnostico consiste nel fotografare un'immagine d'ombra da uno schermo traslucido. Il paziente viene posto tra una sorgente di raggi X e uno schermo piatto di fosforo (solitamente ioduro di cesio), che si illumina se esposto ai raggi X. I tessuti biologici di vari gradi di densità creano ombre di radiazioni di raggi X con vari gradi di intensità. Un radiologo esamina un'immagine d'ombra su uno schermo fluorescente e fa una diagnosi. In passato, un radiologo faceva affidamento sulla vista per analizzare un'immagine. Ora ci sono vari sistemi che amplificano l'immagine, la visualizzano su uno schermo televisivo o registrano dati nella memoria del computer.
Radiografia. La registrazione di un'immagine radiografica direttamente su pellicola fotografica è chiamata radiografia. In questo caso, l'organo in esame si trova tra la sorgente di raggi X e la pellicola, che acquisisce informazioni sullo stato dell'organo in un determinato momento. La radiografia ripetuta consente di giudicare la sua ulteriore evoluzione. La radiografia consente di esaminare in modo molto accurato l'integrità del tessuto osseo, che consiste principalmente di calcio ed è opaco ai raggi X, nonché le rotture del tessuto muscolare. Con il suo aiuto, meglio di uno stetoscopio o di un ascolto, viene analizzata la condizione dei polmoni in caso di infiammazione, tubercolosi o presenza di liquidi. Con l'aiuto della radiografia, vengono determinate le dimensioni e la forma del cuore, nonché la dinamica dei suoi cambiamenti nei pazienti affetti da malattie cardiache.
agenti di contrasto. Le parti del corpo e le cavità dei singoli organi trasparenti ai raggi X diventano visibili se riempite con un mezzo di contrasto innocuo per il corpo, ma che consente di visualizzare la forma degli organi interni e di verificarne il funzionamento. Il paziente assume i mezzi di contrasto per via orale (come i sali di bario nello studio del tratto gastrointestinale), oppure vengono somministrati per via endovenosa (come le soluzioni contenenti iodio nello studio dei reni e delle vie urinarie). A l'anno scorso Tuttavia, questi metodi vengono sostituiti da metodi diagnostici basati sull'uso di atomi radioattivi e ultrasuoni.
TAC. Negli anni '70 è stato sviluppato un nuovo metodo di diagnostica a raggi X, basato su una fotografia completa del corpo o delle sue parti. Le immagini di strati sottili ("fette") vengono elaborate da un computer e l'immagine finale viene visualizzata sullo schermo del monitor. Questo metodo è chiamato tomografia computerizzata a raggi X. È ampiamente utilizzato nella medicina moderna per diagnosticare infiltrati, tumori e altri disturbi cerebrali, nonché per diagnosticare malattie dei tessuti molli all'interno del corpo. Questa tecnica non richiede l'introduzione di mezzi di contrasto estranei ed è quindi più rapida ed efficace delle tecniche tradizionali.
AZIONE BIOLOGICA DEI RAGGI X
L'effetto biologico dannoso delle radiazioni a raggi X è stato scoperto poco dopo la sua scoperta da parte di Roentgen. Si è scoperto che la nuova radiazione può causare qualcosa come una grave scottatura solare (eritema), accompagnata, tuttavia, da un danno più profondo e permanente alla pelle. Apparente ulcere spesso si trasformavano in cancro. In molti casi è stato necessario amputare le dita o le mani. Ci sono stati anche dei decessi. È stato riscontrato che le lesioni cutanee possono essere evitate riducendo il tempo e la dose di radiazioni, l'uso di schermature (ad esempio piombo) e mezzi telecomando. Ma gradualmente sono stati rivelati altri effetti più a lungo termine dell'esposizione ai raggi X, che sono stati poi confermati e studiati su animali da esperimento. Gli effetti dovuti all'azione dei raggi X, così come di altre radiazioni ionizzanti (come le radiazioni gamma emesse da materiali radioattivi) comprendono: 1) cambiamenti temporanei nella composizione del sangue dopo un'esposizione in eccesso relativamente piccola; 2) cambiamenti irreversibili nella composizione del sangue (anemia emolitica) dopo un'eccessiva esposizione prolungata; 3) un aumento dell'incidenza del cancro (compresa la leucemia); 4) invecchiamento più rapido e morte prematura; 5) il verificarsi di cataratta. Inoltre, esperimenti biologici su topi, conigli e mosche (Drosophila) hanno dimostrato che anche piccole dosi di irradiazione sistematica di grandi popolazioni, a causa di un aumento del tasso di mutazione, portano a effetti genetici dannosi. La maggior parte dei genetisti riconosce l'applicabilità di questi dati al corpo umano. Per quanto riguarda l'effetto biologico delle radiazioni a raggi X sul corpo umano, è determinato dal livello della dose di radiazioni, nonché da quale particolare organo del corpo è stato esposto alle radiazioni. Ad esempio, le malattie del sangue sono causate dall'irradiazione degli organi che formano il sangue, principalmente il midollo osseo, e dalle conseguenze genetiche - dall'irradiazione degli organi genitali, che può anche portare alla sterilità. L'accumulo di conoscenze sugli effetti delle radiazioni a raggi X sul corpo umano ha portato allo sviluppo di standard nazionali e internazionali per le dosi di radiazioni consentite, pubblicati in vari libri di riferimento. Oltre ai raggi X, che vengono utilizzati di proposito dall'uomo, c'è anche la cosiddetta radiazione laterale diffusa che si verifica per vari motivi, ad esempio a causa della dispersione dovuta all'imperfezione del piombo schermo protettivo, che questa radiazione non assorbe completamente. Inoltre, molti dispositivi elettrici che non sono progettati per produrre raggi X generano comunque raggi X come sottoprodotto. Tali dispositivi includono microscopi elettronici, lampade raddrizzatori ad alta tensione (kenotron), nonché cinescopi di televisori a colori obsoleti. La produzione dei moderni cinescopi a colori in molti paesi è ora sotto il controllo del governo.
FATTORI PERICOLOSI DELLE RADIAZIONI A RAGGI X
I tipi e il grado di pericolo dell'esposizione ai raggi X per le persone dipendono dal contingente di persone esposte alle radiazioni.
Professionisti che lavorano con apparecchiature a raggi X. Questa categoria comprende radiologi, dentisti, nonché operatori scientifici e tecnici e personale addetto alla manutenzione e all'utilizzo di apparecchiature a raggi X. Si stanno adottando misure efficaci per ridurre i livelli di radiazioni che devono affrontare.
Pazienti. Non ci sono criteri rigorosi qui e il livello di sicurezza delle radiazioni che i pazienti ricevono durante il trattamento è determinato dai medici curanti. Si consiglia ai medici di non esporre inutilmente i pazienti ai raggi X. Particolare cautela deve essere prestata durante l'esame di donne in gravidanza e bambini. In questo caso, vengono adottate misure speciali.
Metodi di controllo. Ci sono tre aspetti in questo:
1) disponibilità di attrezzature adeguate, 2) applicazione delle norme di sicurezza, 3) uso corretto delle attrezzature. In un esame a raggi X, solo l'area desiderata deve essere esposta alle radiazioni, che si tratti di esami dentali o esami polmonari. Si noti che immediatamente dopo lo spegnimento dell'apparato a raggi X, sia la radiazione primaria che quella secondaria scompaiono; inoltre non c'è radiazione residua, che non è sempre nota anche a coloro che sono direttamente collegati con essa nel loro lavoro.
Guarda anche
STRUTTURA DELL'ATOMO;
1. Sorgenti di raggi X.
2. Raggi X di Bremsstrahlung.
3. Radiazione caratteristica dei raggi X. La legge di Moseley.
4. Interazione della radiazione di raggi X con la materia. La legge dell'indebolimento.
5. Fondamenti fisici uso dei raggi X in medicina.
6. Concetti e formule di base.
7. Compiti.
Radiazione a raggi X - onde elettromagnetiche con lunghezza d'onda da 100 a 10 -3 nm. Sulla scala onde elettromagnetiche La radiazione di raggi X occupa la regione tra la radiazione UV e γ -radiazione. I raggi X (raggi X) furono scoperti nel 1895 da K. Roentgen, che nel 1901 divenne il primo Vincitore del Nobel in fisica.
32.1. Sorgenti di raggi X
Le sorgenti naturali di raggi X sono alcuni isotopi radioattivi (ad esempio, 55 Fe). Sono sorgenti artificiali di potenti raggi X tubi a raggi X(Fig. 32.1).
Riso. 32.1. Dispositivo tubo a raggi X
Il tubo a raggi X è un pallone di vetro sottovuoto con due elettrodi: l'anodo A e il catodo K, tra i quali si crea un'alta tensione U (1-500 kV). Il catodo è una bobina riscaldata da corrente elettrica. Gli elettroni emessi da un catodo riscaldato (emissione termoionica) vengono accelerati campo elettrico prima grande velocità (per questo è necessaria un'alta tensione) e cadono sull'anodo del tubo. Quando questi elettroni interagiscono con il materiale dell'anodo, sorgono due tipi di radiazioni di raggi X: freno e caratteristica.
La superficie di lavoro dell'anodo si trova ad un certo angolo rispetto alla direzione del fascio di elettroni per creare la direzione desiderata dei raggi X.
Circa l'1% dell'energia cinetica degli elettroni viene convertito in raggi X. Il resto dell'energia viene rilasciata sotto forma di calore. Pertanto, la superficie di lavoro dell'anodo è realizzata in materiale refrattario.
32.2. Raggi X di Bremsstrahlung
Un elettrone che si muove in un mezzo perde la sua velocità. Questo crea un'accelerazione negativa. Secondo la teoria di Maxwell, qualsiasi accelerato il movimento di una particella carica è accompagnato da radiazione elettromagnetica. Viene chiamata la radiazione che si verifica quando un elettrone decelera nel materiale dell'anodo raggi X di bremsstrahlung.
Le proprietà di bremsstrahlung sono determinate dai seguenti fattori.
1. La radiazione è emessa da quanti individuali, le cui energie sono legate alla frequenza dalla formula (26.10)
dove ν è la frequenza, λ è la lunghezza d'onda.
2. Tutti gli elettroni che raggiungono l'anodo hanno lo stesso energia cinetica pari al lavoro del campo elettrico tra anodo e catodo:
dove e è la carica dell'elettrone, U è la tensione di accelerazione.
3. L'energia cinetica di un elettrone viene parzialmente trasferita alla sostanza e va a riscaldarla (Q), e viene parzialmente spesa per la creazione di un quanto di raggi X:
4. Relazione tra Q e hv per caso.
A causa dell'ultima proprietà (4), i quanti generati da vari elettroni, avere vari frequenze e lunghezze d'onda. Pertanto, lo spettro di bremsstrahlung è solido. vista tipica densità spettrale il flusso di raggi X (Φ λ = άΦ/άλ) è mostrato in fig. 32.2.
Riso. 32.2. Spettro di Bremsstrahlung
Dal lato delle onde lunghe, lo spettro è limitato da una lunghezza d'onda di 100 nm, che è il limite della radiazione di raggi X. Dal lato delle onde corte, lo spettro è limitato dalla lunghezza d'onda λ min . Secondo la formula (32.2) lunghezza d'onda minima corrisponde al caso Q = 0 (l'energia cinetica dell'elettrone è completamente convertita nell'energia del quanto):
I calcoli mostrano che il flusso di bremsstrahlung (Φ) è direttamente proporzionale al quadrato della tensione U tra
anodo e catodo, corrente I nel tubo e numero atomico Z della sostanza anodica:
Spettri di Bremsstrahlung a varie tensioni, varie temperature del catodo e varie sostanze anodo sono mostrati in fig. 32.3.
Riso. 32.3. Spettro di Bremsstrahlung (Φ λ):
a - a diverse tensioni U nel tubo; b - a diverse temperature T
catodo; c - con diverse sostanze anodiche differenti nel parametro Z
Con un aumento della tensione anodica, il valore λmin si sposta verso lunghezze d'onda più corte. Allo stesso tempo, aumenta anche l'altezza della curva spettrale (Fig. 32.3, un).
All'aumentare della temperatura del catodo, aumenta l'emissione di elettroni. Di conseguenza, aumenta anche la corrente I nel tubo. L'altezza della curva spettrale aumenta, ma la composizione spettrale della radiazione non cambia (Fig. 32.3, b).
Quando il materiale dell'anodo cambia, l'altezza della curva spettrale cambia in proporzione al numero atomico Z (Fig. 32.3, c).
32.3. Radiazione caratteristica dei raggi X. La legge di Moseley
Quando gli elettroni del catodo interagiscono con gli atomi dell'anodo, insieme alla bremsstrahlung dei raggi X, si genera la radiazione di raggi X, il cui spettro è costituito da singole linee. Questa radiazione
ha la seguente origine. Alcuni elettroni catodici penetrano in profondità nell'atomo e ne espellono gli elettroni. gusci interni. I posti vacanti così formati sono riempiti di elettroni con superiore gusci, con conseguente emissione di quanti di radiazione. Questa radiazione contiene un insieme discreto di frequenze determinate dal materiale dell'anodo e viene chiamata radiazione caratteristica. Lo spettro completo di un tubo a raggi X è una sovrapposizione dello spettro caratteristico sullo spettro di bremsstrahlung (Fig. 32.4).
Riso. 32.4. Spettro di emissione del tubo a raggi X
L'esistenza di spettri di raggi X caratteristici è stata scoperta utilizzando tubi a raggi X. Successivamente si è scoperto che tali spettri si formano durante qualsiasi ionizzazione delle orbite interne degli elementi chimici. Dopo aver studiato gli spettri caratteristici di vari elementi chimici, G. Moseley (1913) stabilì la seguente legge, che porta il suo nome.
La radice quadrata della frequenza di radiazione caratteristica è funzione lineare numero di serie dell'elemento:
dove ν è la frequenza della linea spettrale, Z è il numero atomico dell'elemento emittente, A, B sono costanti.
La legge di Moseley consente di determinare il numero atomico di un elemento chimico dallo spettro osservato della radiazione caratteristica. Questo ha giocato un ruolo importante nel posizionamento degli elementi nel sistema periodico.
32.4. Interazione dei raggi X con la materia. legge di indebolimento
Esistono due tipi principali di interazione della radiazione di raggi X con la materia: scattering ed effetto fotoelettrico. Quando disperso, la direzione del movimento di un fotone cambia. Nell'effetto fotoelettrico, un fotone assorbito.
1. Scattering coerente (elastico). si verifica quando l'energia di un fotone a raggi X è insufficiente per la ionizzazione interna di un atomo (fa cadere un elettrone da uno dei gusci interni). In questo caso, la direzione del moto del fotone cambia e la sua energia e lunghezza d'onda non cambiano (quindi, questo scattering è chiamato elastico).
2. Scattering incoerente (Compton). si verifica quando l'energia del fotone è molto maggiore dell'energia di ionizzazione interna A u: hv >> A u.
In questo caso, l'elettrone si stacca dall'atomo e acquisisce una certa energia cinetica E k. La direzione del fotone durante lo scattering Compton cambia e la sua energia diminuisce:
Lo scattering Compton è associato alla ionizzazione degli atomi di materia.
3. effetto fotoelettrico si verifica quando l'energia del fotone hv è sufficiente per ionizzare l'atomo: hv > A u. Allo stesso tempo, il quanto di raggi X assorbito e la sua energia viene spesa per la ionizzazione dell'atomo e la comunicazione dell'energia cinetica all'elettrone espulso E k \u003d hv - AI.
Lo scattering Compton e l'effetto fotoelettrico sono accompagnati dalla caratteristica radiazione di raggi X, poiché dopo l'eliminazione degli elettroni interni, i posti vacanti vengono riempiti con gli elettroni dei gusci esterni.
Luminescenza a raggi X. In alcune sostanze, gli elettroni e i quanti dello scattering Compton, così come gli elettroni dell'effetto fotoelettrico, causano l'eccitazione delle molecole, che è accompagnata da transizioni radiative allo stato fondamentale. Questo produce un bagliore chiamato luminescenza a raggi X. La luminescenza del bario platino-cianogeno ha permesso di scoprire i raggi X da parte di Roentgen.
legge di indebolimento
La dispersione dei raggi X e l'effetto fotoelettrico portano al fatto che quando la radiazione di raggi X penetra in profondità nel raggio di radiazione primario si indebolisce (Fig. 32.5). L'allentamento è esponenziale:
Il valore di μ dipende dal materiale assorbente e dallo spettro di radiazione. Per calcoli pratici, come caratteristica dell'indebolito
Riso. 32.5. Attenuazione del flusso di raggi X nella direzione dei raggi incidenti
dove λ
- lunghezza d'onda; Z è il numero atomico dell'elemento; k è una costante.
32.5. Basi fisiche d'uso
radiazioni a raggi X in medicina
In medicina, i raggi X sono usati per scopi diagnostici e terapeutici.
Diagnostica a raggi X- Metodi per ottenere immagini di organi interni mediante raggi X.
La base fisica di questi metodi è la legge di attenuazione dei raggi X nella materia (32.10). Flusso di raggi X uniforme in sezione trasversale dopo il passaggio tessuto disomogeneo diventerà disomogeneo. Questa disomogeneità può essere registrata su pellicola fotografica, uno schermo fluorescente o utilizzando un fotorilevatore a matrice. Ad esempio, i coefficienti di indebolimento della massa del tessuto osseo - Ca 3 (PO 4) 2 - e dei tessuti molli - principalmente H 2 O - differiscono di 68 volte (μ m osso /μ m acqua = 68). La densità ossea è anche superiore alla densità dei tessuti molli. Pertanto, un'immagine a raggi X produce un'immagine chiara dell'osso su uno sfondo più scuro dei tessuti molli.
Se l'organo in studio e i tessuti che lo circondano hanno coefficienti di attenuazione simili, allora speciali agenti di contrasto. Quindi, ad esempio, durante la fluoroscopia dello stomaco, il soggetto preleva una massa pastosa di solfato di bario (BaSO 4), in cui il coefficiente di attenuazione della massa è 354 volte maggiore di quello dei tessuti molli.
Per la diagnostica viene utilizzata la radiazione a raggi X con un'energia fotonica di 60-120 keV. A pratica medica utilizzando i seguenti metodi di diagnostica a raggi X.
1. Raggi X. L'immagine è formata su uno schermo fluorescente. La luminosità dell'immagine è bassa e può essere visualizzata solo in una stanza buia. Il medico deve essere protetto dall'esposizione.
Il vantaggio della fluoroscopia è che viene eseguita in tempo reale. Lo svantaggio è un grande carico di radiazioni sul paziente e sul medico (rispetto ad altri metodi).
La versione moderna della fluoroscopia - televisione a raggi X - utilizza intensificatori di immagini a raggi X. L'amplificatore percepisce il debole bagliore dello schermo a raggi X, lo amplifica e lo trasmette allo schermo TV. Di conseguenza, il carico di radiazioni sul medico è notevolmente diminuito, la luminosità dell'immagine è aumentata ed è diventato possibile registrare i risultati dell'esame su video.
2. Radiografia. L'immagine è formata su una pellicola speciale sensibile ai raggi X. Le immagini vengono scattate in due proiezioni reciprocamente perpendicolari (diretta e laterale). L'immagine diventa visibile dopo l'elaborazione della foto. L'immagine essiccata finita viene visualizzata in luce trasmessa.
Allo stesso tempo, i dettagli sono visibili in modo soddisfacente, il cui contrasto differisce dell'1-2%.
In alcuni casi, prima dell'esame, al paziente viene somministrato uno speciale agente di contrasto. Ad esempio, una soluzione contenente iodio (per via endovenosa) nello studio dei reni e delle vie urinarie.
I vantaggi della radiografia sono l'alta risoluzione, il breve tempo di esposizione e la quasi completa sicurezza per il medico. Gli svantaggi includono l'immagine statica (l'oggetto non può essere tracciato in dinamica).
3. Fluorografia. In questo esame, l'immagine ottenuta sullo schermo viene fotografata su una pellicola sensibile di piccolo formato. La fluorografia è ampiamente utilizzata nell'indagine di massa della popolazione. Se si riscontrano alterazioni patologiche sul fluorogramma, al paziente viene prescritto un esame più dettagliato.
4. Elettroroentgenografia. Questo tipo di esame differisce dalla radiografia convenzionale per il modo in cui l'immagine viene catturata. Utilizzare al posto della pellicola piastra di selenio, elettrizzato dai raggi X. Il risultato è un'immagine latente di cariche elettriche che può essere resa visibile e trasferita su carta.
5. Angiografia. Questo metodo viene utilizzato nell'esame dei vasi sanguigni. Un mezzo di contrasto viene iniettato in vena attraverso un catetere, dopodiché una potente macchina a raggi X acquisisce una serie di immagini che si susseguono in una frazione di secondo. La Figura 32.6 mostra un angiogramma nella regione dell'arteria carotide.
6. Tomografia computerizzata a raggi X. Questo tipo di esame a raggi X consente di ottenere un'immagine di una sezione piatta del corpo con uno spessore di diversi mm. In questo caso, la sezione data viene illuminata ripetutamente con diverse angolazioni con la fissazione di ogni singola immagine nella memoria del computer. Quindi
Riso. 32.6. Angiogramma che mostra un restringimento nel canale dell'arteria carotide
Riso. 32.7. Schema di scansione della tomografia (a); tomogramma della testa in sezione trasversale all'altezza degli occhi (b).
viene eseguita la ricostruzione al computer, il cui risultato è l'immagine del livello scansionato (Fig. 32.7).
La tomografia computerizzata consente di distinguere elementi con una differenza di densità tra loro fino all'1%. La radiografia convenzionale consente di acquisire una differenza minima di densità tra aree adiacenti del 10-20%.
Terapia a raggi X - l'uso dei raggi X per distruggere i tumori maligni.
L'effetto biologico delle radiazioni è quello di interrompere l'attività vitale delle cellule che si moltiplicano particolarmente rapidamente. I raggi X molto duri (con un'energia fotonica di circa 10 MeV) vengono utilizzati per distruggere le cellule tumorali in profondità all'interno del corpo. Per ridurre i danni ai tessuti circostanti sani, il raggio ruota attorno al paziente in modo tale che solo l'area danneggiata rimanga sempre sotto la sua influenza.
32.6. Concetti e formule di base
Continuazione della tavola
Fine della tavola
32.7. Compiti
1. Perché un raggio di elettroni nei tubi a raggi X medici colpisce un punto dell'anticatodo e non cade su di esso in un raggio ampio?
Risposta: per ottenere una sorgente puntiforme di raggi X, dando un contorno nitido di oggetti traslucidi sullo schermo.
2. Trova il confine dei raggi X di bremsstrahlung (frequenza e lunghezza d'onda) per le tensioni U 1 = 2 kV e U 2 = 20 kV.
4.
Gli schermi al piombo sono usati per proteggere dai raggi X. L'assorbimento lineare dei raggi X nel piombo è di 52 cm -1. Quale dovrebbe essere lo spessore dello strato schermante di piombo per ridurre l'intensità dei raggi X di 30 volte?
5.
Trova il flusso di radiazione del tubo a raggi X a U = 50 kV, I = 1 mA. L'anodo è in tungsteno (Z = 74). Trova l'efficienza del tubo.
6.
Per la diagnostica a raggi X dei tessuti molli vengono utilizzati agenti di contrasto. Ad esempio, lo stomaco e l'intestino sono riempiti con una massa di solfato di bario (BaSO 4 ). Confronta i coefficienti di attenuazione della massa del solfato di bario e dei tessuti molli (acqua).
7. Cosa darà un'ombra più spessa sullo schermo a raggi X: alluminio (Z = 13, ρ = 2,7 g/cm 3) o lo stesso strato di rame (Z = 29, ρ = 8,9 g/cm 3)?
8.
Quante volte lo spessore dello strato di alluminio è maggiore dello spessore dello strato di rame, se gli strati attenuano i raggi X allo stesso modo?
La radiologia è una branca della radiologia che studia gli effetti delle radiazioni a raggi X sul corpo di animali e esseri umani derivanti da questa malattia, il loro trattamento e prevenzione, nonché i metodi per diagnosticare varie patologie utilizzando i raggi X (diagnostica a raggi X) . Un tipico apparato diagnostico a raggi X comprende un alimentatore (trasformatori), un raddrizzatore ad alta tensione che converte la corrente alternata della rete elettrica in corrente continua, un pannello di controllo, un treppiede e un tubo radiogeno.
I raggi X sono una specie oscillazioni elettromagnetiche, che si formano nel tubo a raggi X durante la brusca decelerazione degli elettroni accelerati nel momento della loro collisione con gli atomi del materiale anodico. Allo stato attuale, è generalmente accettato il punto di vista che i raggi X, per loro natura fisica, siano uno dei tipi di energia radiante, il cui spettro comprende anche le onde radio, i raggi infrarossi, la luce visibile, i raggi ultravioletti e i raggi gamma di elementi radioattivi. La radiazione di raggi X può essere caratterizzata come una raccolta delle sue particelle più piccole: quanti o fotoni.
Riso. 1 - macchina radiografica mobile:
A - tubo radiogeno;
B - alimentazione;
B - treppiede regolabile.
Riso. 2 - Pannello di controllo della macchina a raggi X (meccanico - a sinistra ed elettronico - a destra): A - pannello per la regolazione dell'esposizione e della durezza;
B - pulsante di alimentazione alta tensione.
Riso. 3 è uno schema a blocchi di una tipica macchina a raggi X 1 - rete;
2 - autotrasformatore;
3 - trasformatore elevatore;
4 - tubo radiogeno;
5 - anodo;
6 - catodo;
7 - trasformatore riduttore.
Meccanismo di generazione dei raggi X
I raggi X si formano al momento della collisione di un flusso di elettroni accelerati con il materiale dell'anodo. Quando gli elettroni interagiscono con un bersaglio, viene convertito il 99% della loro energia cinetica energia termica e solo l'1% - nei raggi X.
Un tubo a raggi X è costituito da un contenitore di vetro in cui sono saldati 2 elettrodi: un catodo e un anodo. L'aria viene pompata fuori dal cilindro di vetro: il movimento degli elettroni dal catodo all'anodo è possibile solo in condizioni di vuoto relativo (10 -7 -10 -8 mm Hg). Sul catodo c'è un filamento, che è un filamento di tungsteno strettamente attorcigliato. Quando si applica corrente elettrica l'emissione di elettroni avviene sul filamento, in cui gli elettroni sono separati dalla spirale e formano una nuvola di elettroni vicino al catodo. Questa nuvola è concentrata nella coppa di focalizzazione del catodo, che imposta la direzione del movimento degli elettroni. Coppa: una piccola depressione nel catodo. L'anodo, a sua volta, contiene una piastra di metallo di tungsteno su cui sono focalizzati gli elettroni: questo è il sito di formazione dei raggi X.
Riso. 4 - Dispositivo tubo radiogeno: A - catodo; 
B - anodo;
B - filamento di tungsteno;
G - coppa di focalizzazione del catodo;
D - flusso di elettroni accelerati;
E - bersaglio in tungsteno;
G - fiaschetta di vetro;
З - una finestra di berillio;
E - raggi X formati;
K - filtro in alluminio.
Al tubo elettronico sono collegati 2 trasformatori: step-down e step-up. Un trasformatore step-down riscalda il filamento di tungsteno con una bassa tensione (5-15 volt), con conseguente emissione di elettroni. Un trasformatore step-up, o ad alta tensione, va direttamente al catodo e all'anodo, che sono alimentati con una tensione di 20-140 kilovolt. Entrambi i trasformatori sono posizionati nel blocco ad alta tensione della macchina a raggi X, che è riempito con olio per trasformatori, che fornisce il raffreddamento dei trasformatori e il loro isolamento affidabile.
Dopo che una nuvola di elettroni si è formata con l'aiuto di un trasformatore step-down, il trasformatore step-up viene acceso e viene applicata una tensione ad alta tensione su entrambi i poli del circuito elettrico: un impulso positivo all'anodo e uno negativo impulso al catodo. Gli elettroni caricati negativamente vengono respinti da un catodo caricato negativamente e tendono a un anodo caricato positivamente - a causa di tale differenza di potenziale, si ottiene un'elevata velocità di movimento - 100 mila km / s. A questa velocità, gli elettroni bombardano la piastra dell'anodo di tungsteno, completando un circuito elettrico, producendo raggi X ed energia termica.
La radiazione a raggi X è suddivisa in bremsstrahlung e caratteristica. Bremsstrahlung si verifica a causa di una forte decelerazione della velocità degli elettroni emessi da un filamento di tungsteno. La radiazione caratteristica si verifica al momento del riarrangiamento dei gusci di elettroni degli atomi. Entrambi questi tipi si formano in un tubo a raggi X al momento della collisione di elettroni accelerati con atomi del materiale anodico. Lo spettro di emissione di un tubo a raggi X è una sovrapposizione di bremsstrahlung e raggi X caratteristici.
Riso. 5 - il principio della formazione dei raggi X di bremsstrahlung.
Riso. 6 - il principio di formazione dei raggi X caratteristici.
Proprietà di base dei raggi X
- I raggi X sono invisibili alla percezione visiva.
- Le radiazioni a raggi X hanno un grande potere penetrante attraverso gli organi e i tessuti di un organismo vivente, nonché strutture dense di natura inanimata, che non trasmettono raggi di luce visibili.
- I raggi X causano il bagliore di alcuni composti chimici chiamato fluorescenza.
- I solfuri di zinco e cadmio hanno una fluorescenza giallo-verde,
- Cristalli di tungstato di calcio - viola-blu.
Scala delle oscillazioni elettromagnetiche
I raggi X hanno una lunghezza d'onda e una frequenza di oscillazione specifiche. La lunghezza d'onda (λ) e la frequenza di oscillazione (ν) sono correlate dalla relazione: λ ν = c, dove c è la velocità della luce, arrotondata a 300.000 km al secondo. L'energia dei raggi X è determinata dalla formula E = h ν, dove h è la costante di Planck, una costante universale pari a 6.626 10 -34 J⋅s. La lunghezza d'onda dei raggi (λ) è correlata alla loro energia (E) dalla relazione: λ = 12,4 / E.
La radiazione di raggi X differisce da altri tipi di oscillazioni elettromagnetiche nella lunghezza d'onda (vedi tabella) e nell'energia quantistica. Più breve è la lunghezza d'onda, maggiore è la sua frequenza, energia e potere di penetrazione. La lunghezza d'onda dei raggi X è nell'intervallo
. Modificando la lunghezza d'onda della radiazione di raggi X, è possibile controllarne il potere di penetrazione. I raggi X hanno una lunghezza d'onda molto corta, ma un'alta frequenza di oscillazione, quindi sono invisibili all'occhio umano. A causa della loro enorme energia, i quanti hanno un elevato potere penetrante, che è una delle principali proprietà che garantiscono l'uso dei raggi X in medicina e in altre scienze.Caratteristiche dei raggi X
Intensità - caratteristica quantitativa radiazione di raggi X, che è espressa dal numero di raggi emessi dal tubo per unità di tempo. L'intensità dei raggi X è misurata in milliampere. Confrontandola con l'intensità della luce visibile di una lampada a incandescenza convenzionale, possiamo tracciare un'analogia: ad esempio, una lampada da 20 watt brillerà con un'intensità, o potenza, e una lampada da 200 watt brillerà con un'altra, mentre la la qualità della luce stessa (il suo spettro) è la stessa. L'intensità della radiazione di raggi X è, infatti, la sua quantità. Ogni elettrone crea uno o più quanti di radiazione sull'anodo, quindi il numero di raggi X durante l'esposizione dell'oggetto viene regolato modificando il numero di elettroni tendenti all'anodo e il numero di interazioni degli elettroni con gli atomi del bersaglio di tungsteno , che può essere fatto in due modi:
- Modificando il grado di incandescenza della spirale catodica utilizzando un trasformatore step-down (il numero di elettroni prodotti durante l'emissione dipenderà da quanto è calda la spirale di tungsteno e il numero di quanti di radiazione dipenderà dal numero di elettroni);
- Modificando il valore dell'alta tensione fornita dal trasformatore elevatore ai poli del tubo - il catodo e l'anodo (maggiore è la tensione applicata ai poli del tubo, maggiore è l'energia cinetica che ricevono gli elettroni, che , a causa della loro energia, possono interagire a loro volta con diversi atomi della sostanza anodica - vedi Fig. Riso. 5; elettroni a bassa energia potranno entrare in un numero minore di interazioni).
L'intensità dei raggi X (corrente anodica) moltiplicata per l'esposizione (tempo del tubo) corrisponde all'esposizione ai raggi X, che viene misurata in mA (milliampere al secondo). L'esposizione è un parametro che, come l'intensità, caratterizza la quantità di raggi emessi da un tubo a raggi X. L'unica differenza è che l'esposizione tiene conto anche del tempo di funzionamento del tubo (ad esempio, se il tubo funziona per 0,01 sec, il numero di raggi sarà uno, e se 0,02 sec, il numero di raggi sarà diverso - due volte di più). L'esposizione alle radiazioni è impostata dal radiologo sul pannello di controllo della macchina a raggi X, a seconda del tipo di esame, delle dimensioni dell'oggetto in studio e dell'attività diagnostica.
Rigidità- caratteristica qualitativa della radiazione a raggi X. È misurato dall'alta tensione sul tubo - in kilovolt. Determina il potere di penetrazione dei raggi X. È regolato dall'alta tensione fornita al tubo a raggi X da un trasformatore step-up. Maggiore è la differenza di potenziale creata sugli elettrodi del tubo, maggiore è la forza che gli elettroni respingono dal catodo e si precipitano all'anodo e più forte è la loro collisione con l'anodo. Più forte è la loro collisione, minore è la lunghezza d'onda della radiazione di raggi X risultante e maggiore è il potere di penetrazione di questa onda (o la durezza della radiazione, che, come l'intensità, è regolata sul pannello di controllo dal parametro di tensione su il tubo - kilovoltaggio).
λ - lunghezza d'onda; 
Riso. 7 - Dipendenza della lunghezza d'onda dall'energia dell'onda:
E - energia dell'onda 
Riso. 8 - Il rapporto tra la tensione sul tubo a raggi X e la lunghezza d'onda della radiazione di raggi X risultante:
Classificazione dei tubi radiogeni
- Su appuntamento
- Diagnostico
- Terapeutico
- Per l'analisi strutturale
- Per transilluminazione
- In base alla progettazione
- Per messa a fuoco
- Messa a fuoco singola (una spirale sul catodo e una macchia focale sull'anodo)
- Bifocale (due spirali di diverse dimensioni sul catodo e due punti focali sull'anodo)
- Per tipo di anodo
- Stazionario (fisso)
- Rotante
I raggi X sono utilizzati non solo per scopi radiodiagnostici, ma anche per scopi terapeutici. Come notato sopra, la capacità delle radiazioni a raggi X di sopprimere la crescita delle cellule tumorali ne consente l'uso nella radioterapia delle malattie oncologiche. Oltre al campo di applicazione medico, le radiazioni a raggi X hanno trovato ampia applicazione in campo ingegneristico e tecnico, scienza dei materiali, cristallografia, chimica e biochimica: ad esempio, è possibile identificare difetti strutturali in vari prodotti (rotaie, saldature , ecc.) utilizzando radiazioni a raggi X. Il tipo di tale ricerca è chiamato difettoscopia. E negli aeroporti, nelle stazioni ferroviarie e in altri luoghi affollati, gli introscopi televisivi a raggi X vengono utilizzati attivamente per scansionare il bagaglio a mano e i bagagli per motivi di sicurezza.
A seconda del tipo di anodo, i tubi a raggi X differiscono nel design. A causa del fatto che il 99% dell'energia cinetica degli elettroni viene convertito in energia termica, durante il funzionamento del tubo, l'anodo viene notevolmente riscaldato - il bersaglio sensibile del tungsteno spesso si brucia. L'anodo viene raffreddato nei moderni tubi a raggi X ruotandolo. L'anodo rotante ha la forma di un disco, che distribuisce il calore in modo uniforme su tutta la sua superficie, prevenendo il surriscaldamento locale del bersaglio di tungsteno.
Anche il design dei tubi a raggi X differisce nella messa a fuoco. Punto focale: la sezione dell'anodo su cui viene generato il raggio di raggi X funzionante. Si suddivide in macchia focale reale e macchia focale effettiva ( Riso. 12). A causa dell'angolo dell'anodo, la macchia focale effettiva è più piccola di quella reale. Vengono utilizzate diverse dimensioni della macchia focale a seconda delle dimensioni dell'area dell'immagine. Più grande è l'area dell'immagine, più ampia deve essere la macchia focale per coprire l'intera area dell'immagine. Tuttavia, una macchia focale più piccola produce una migliore nitidezza dell'immagine. Pertanto, quando si producono immagini di piccole dimensioni, viene utilizzato un filamento corto e gli elettroni vengono diretti verso una piccola area del bersaglio dell'anodo, creando una macchia focale più piccola.
Riso. 9 - tubo radiogeno con anodo stazionario.
Riso. 10 - Tubo radiogeno con anodo rotante.
Riso. 11 - Dispositivo a tubo radiogeno con anodo rotante.
Riso. 12 è un diagramma della formazione di una macchia focale reale ed efficace.
1. Bremsstrahlung e raggi X caratteristici,
proprietà e caratteristiche di base.
Nel 1895, lo scienziato tedesco Roentgen scoprì per la prima volta il bagliore di uno schermo fluorescente, causato dalla radiazione invisibile all'occhio proveniente da una porzione di vetro del tubo a scarica di gas situata di fronte al catodo. Questo tipo di radiazione aveva la capacità di passare attraverso sostanze impenetrabili alla luce visibile. Roentgen li ha chiamati raggi X e ha stabilito le proprietà di base che consentono di utilizzarli in vari rami della scienza e della tecnologia, inclusa la medicina.
I raggi X sono chiamati radiazioni con una lunghezza d'onda di 80-10 -5 nm. Le radiazioni a raggi X a onde lunghe si sovrappongono alle radiazioni UV a onde corte, le onde corte si sovrappongono alle radiazioni G a onde lunghe. In medicina viene utilizzata la radiazione a raggi X con una lunghezza d'onda da 10 a 0,005 nm, che corrisponde a un'energia fotonica da 10 2 EV a 0,5 MeV. La radiazione di raggi X è invisibile all'occhio, quindi tutte le osservazioni con essa vengono effettuate utilizzando schermi fluorescenti o pellicole fotografiche, poiché provoca la luminescenza dei raggi X e ha un effetto fotochimico. È caratteristico che la maggior parte dei corpi impenetrabili alle radiazioni ottiche sono in gran parte trasparenti ai raggi X, che hanno proprietà comuni alle onde elettromagnetiche. Tuttavia, a causa della piccolezza della lunghezza d'onda, alcune proprietà sono difficili da rilevare. Pertanto, la natura ondulatoria della radiazione è stata stabilita molto più tardi della loro scoperta.
Secondo il metodo di eccitazione, la radiazione a raggi X è suddivisa in bremsstrahlung e radiazione caratteristica.
I raggi X di Bremsstrahlung sono dovuti alla decelerazione degli elettroni in rapido movimento da parte del campo elettrico dell'atomo (nucleo ed elettroni) della sostanza attraverso la quale volano. Il meccanismo di questa radiazione può essere spiegato dal fatto che qualsiasi carica in movimento è una corrente attorno alla quale si crea un campo magnetico, la cui induzione (B) dipende dalla velocità dell'elettrone. In frenata, l'induzione magnetica diminuisce e, secondo la teoria di Maxwell, appare un'onda elettromagnetica.
Quando gli elettroni decelerano, solo una parte dell'energia va a creare un fotone a raggi X, l'altra parte viene spesa per riscaldare l'anodo. La frequenza (lunghezza d'onda) di un fotone dipende dall'energia cinetica iniziale dell'elettrone e dall'intensità della sua decelerazione. Inoltre, anche se l'energia cinetica iniziale è la stessa, le condizioni di decelerazione nella sostanza saranno diverse, quindi i fotoni emessi avranno l'energia più diversa e, di conseguenza, la lunghezza d'onda, cioè lo spettro dei raggi X sarà continuo. La figura 1 mostra lo spettro di bremsstrahlung a varie tensioni U 1
.
Se U è espresso in kilovolt e viene preso in considerazione il rapporto tra altre quantità, la formula è simile a: l k \u003d 1,24 / U (nm) o l k \u003d 1,24 / U (Å) (1Å \u003d 10 -10 m ).
Dai grafici sopra si può stabilire che la lunghezza d'onda l m, che rappresenta la massima energia di radiazione, è in relazione costante con la lunghezza d'onda limite l k:
.
La lunghezza d'onda caratterizza l'energia di un fotone, da cui dipende il potere penetrante della radiazione quando interagisce con la materia.
I raggi X a lunghezza d'onda corta di solito hanno un potere di penetrazione elevato e sono chiamati duri, mentre i raggi X a lunghezza d'onda lunga sono chiamati morbidi. Come si può vedere dalla formula precedente, la lunghezza d'onda alla quale cade la massima energia di radiazione è inversamente proporzionale alla tensione tra anodo e catodo del tubo. Aumentando la tensione all'anodo del tubo a raggi X, cambia la composizione spettrale della radiazione e aumenta la sua durezza.
Quando la tensione del filamento cambia (la temperatura del filamento del catodo cambia), il numero di elettroni emessi dal catodo per unità di tempo cambia o, di conseguenza, l'intensità della corrente nel circuito dell'anodo del tubo. In questo caso, la potenza di radiazione cambia in proporzione alla prima potenza della corrente. La composizione spettrale della radiazione non cambierà.
Il flusso totale (potenza) della radiazione, la distribuzione dell'energia sulle lunghezze d'onda e anche il limite dello spettro sul lato delle lunghezze d'onda corte dipendono dai tre fattori seguenti: tensione U, che accelera gli elettroni e viene applicata tra l'anodo e il catodo del tubo; il numero di elettroni coinvolti nella formazione della radiazione, cioè corrente del filamento del tubo; numero atomico Z del materiale dell'anodo, in cui si verifica la decelerazione elettronica.
Il flusso di bremsstrahlung è calcolato con la formula: , dove 
,
Numero di serie Z di un atomo di una sostanza (numero atomico).
Aumentando la tensione sul tubo a raggi X, si può notare la comparsa di linee separate (spettro di linee) sullo sfondo della radiazione continua di bremsstrahlung, che corrisponde alla caratteristica radiazione di raggi X. Sorge durante la transizione degli elettroni tra i gusci interni degli atomi in una sostanza (gusci K, L, M). Il carattere lineare dello spettro di radiazione caratteristico è dovuto al fatto che gli elettroni accelerati penetrano in profondità negli atomi ed eliminano gli elettroni dai loro strati interni all'esterno dell'atomo. Gli elettroni (Fig. 2) dagli strati superiori passano in luoghi liberi, a seguito dei quali i fotoni di raggi X vengono emessi con una frequenza corrispondente alla differenza dei livelli di energia di transizione. Le righe nello spettro della radiazione caratteristica sono combinate in serie corrispondenti a transizioni di elettroni con un livello superiore a livello di K, L, M.
L'azione esterna, a seguito della quale l'elettrone viene eliminato dagli strati interni, deve essere abbastanza forte. A differenza degli spettri ottici, gli spettri di raggi X caratteristici di atomi diversi sono dello stesso tipo. L'uniformità di questi spettri è dovuta al fatto che gli strati interni di atomi diversi sono gli stessi e differiscono solo energeticamente, perché l'effetto della forza dal lato del nucleo aumenta all'aumentare del numero ordinale dell'elemento. Ciò porta al fatto che gli spettri caratteristici si spostano verso frequenze più alte con l'aumento della carica nucleare. Questa relazione è nota come legge di Moseley: 
, dove A e B sono costanti; Numero d'ordine Z dell'elemento.
C'è un'altra differenza tra i raggi X e gli spettri ottici. Lo spettro caratteristico di un atomo non dipende dal composto chimico in cui è incluso l'atomo. Quindi, ad esempio, lo spettro dei raggi X dell'atomo di ossigeno è lo stesso per O, O 2 , H 2 O, mentre gli spettri ottici di questi composti sono significativamente diversi. Questa caratteristica degli spettri dei raggi X degli atomi è servita come base per il nome "caratteristica".
La radiazione caratteristica si verifica ogni volta che ci sono posti liberi negli strati interni di un atomo, indipendentemente dai motivi che l'hanno causata. Ad esempio, accompagna uno dei tipi di decadimento radioattivo, che consiste nella cattura di un elettrone dallo strato interno da parte del nucleo.
2. Il dispositivo dei tubi a raggi X e dei protozoi
macchina a raggi X.
La fonte più comune di radiazioni a raggi X è un tubo a raggi X, un dispositivo a vuoto a due elettrodi (Fig. 3). È un contenitore di vetro (p = 10 -6 - 10 -7 mm Hg) con due elettrodi - anodo A e catodo K, tra i quali viene creata un'alta tensione. Il catodo riscaldato (K) emette elettroni. L'anodo A è spesso indicato come l'anticatodo. Ha una superficie inclinata per dirigere la radiazione di raggi X risultante ad un angolo rispetto all'asse del tubo. L'anodo è costituito da un metallo con buona conducibilità termica (rame) per rimuovere il calore generato dall'impatto degli elettroni. All'estremità smussata dell'anodo è presente una piastra Z di metallo refrattario (tungsteno) ad alto numero atomico, chiamata specchio anodico. In alcuni casi, l'anodo viene raffreddato in modo speciale con acqua o olio. Per i tubi diagnostici è importante la precisione della sorgente di raggi X, che può essere ottenuta focalizzando gli elettroni in un punto dell'anodo. Pertanto, in modo costruttivo, devono essere presi in considerazione due compiti opposti: da un lato, gli elettroni devono cadere su un punto dell'anodo, dall'altro, per evitare il surriscaldamento, è desiderabile distribuire gli elettroni su parti diverse dell'anodo l'anodo. Per questo motivo, alcuni tubi a raggi X sono realizzati con un anodo rotante.
In un tubo di qualsiasi tipo, gli elettroni accelerati dalla tensione tra l'anodo e il catodo cadono sullo specchio dell'anodo e penetrano in profondità nella sostanza, interagiscono con gli atomi e vengono decelerati dal campo degli atomi. Questo produce raggi X di bremsstrahlung. Contemporaneamente al bremsstrahlung, si forma una piccola quantità (diverse percentuali) di radiazione caratteristica. Solo l'1-2% degli elettroni che colpiscono l'anodo causa bremsstrahlung e il resto provoca un effetto termico. Per la concentrazione di elettroni, il catodo ha un cappuccio guida. La parte dello specchio di tungsteno su cui cade il flusso di elettroni principale è chiamata fuoco del tubo. L'ampiezza del raggio di radiazione dipende dalla sua area (nitidezza della messa a fuoco).
Per alimentare il tubo sono necessarie due sorgenti: una sorgente ad alta tensione per il circuito dell'anodo e una sorgente a bassa tensione (6-8 V) per alimentare il circuito del filamento. Entrambe le fonti devono essere regolate in modo indipendente. Modificando la tensione anodica, viene regolata la durezza della radiazione di raggi X e modificando l'incandescenza, la corrente del circuito di uscita e, di conseguenza, la potenza di radiazione.
Il diagramma schematico della macchina a raggi X più semplice è mostrato in Fig.4. Il circuito dispone di due trasformatori ad alta tensione Tr.1 e Tr.2 per l'alimentazione del filamento. L'alta tensione sul tubo è regolata da un autotrasformatore Tr.3 collegato al primario del trasformatore Tr.1. L'interruttore K regola il numero di giri dell'avvolgimento dell'autotrasformatore. A questo proposito, cambia anche la tensione dell'avvolgimento secondario del trasformatore, fornita all'anodo del tubo, ad es. la durezza è regolabile.
La corrente di filamento del tubo è regolata da un reostato R, incluso nel circuito primario del trasformatore Tr.2. La corrente del circuito anodico viene misurata con un milliamperometro. La tensione applicata agli elettrodi del tubo viene misurata con un kilovoltmetro kV, oppure la tensione nel circuito dell'anodo può essere giudicata dalla posizione dell'interruttore K. La corrente del filamento, regolata dal reostato, viene misurata con un amperometro A. In secondo lo schema in esame, il tubo radiogeno raddrizza contemporaneamente un'elevata tensione alternata.
È facile vedere che un tale tubo irradia solo in un mezzo ciclo di corrente alternata. Pertanto, il suo potere sarà piccolo. Per aumentare la potenza irradiata, molti dispositivi utilizzano raddrizzatori a raggi X a onda intera ad alta tensione. A tale scopo vengono utilizzati 4 kenotroni speciali, che sono collegati in un circuito a ponte. Un tubo a raggi X è incluso in una diagonale del ponte.
3. Interazione dei raggi X con la materia
(scattering coerente, scattering incoerente, effetto fotoelettrico).
Quando i raggi X cadono su un corpo, viene riflesso da esso in una piccola quantità, ma per lo più passa in profondità. Nella massa del corpo, la radiazione viene parzialmente assorbita, parzialmente diffusa e parzialmente attraversata. Passando attraverso il corpo, i fotoni dei raggi X interagiscono principalmente con gli elettroni degli atomi e le molecole della sostanza. La registrazione e l'uso della radiazione a raggi X, così come il suo impatto sugli oggetti biologici, è determinato dai processi primari di interazione di un fotone a raggi X con gli elettroni. Si verificano tre processi principali a seconda del rapporto tra l'energia del fotone E e l'energia di ionizzazione AI.
un) dispersione coerente.
La dispersione dei raggi X a lunghezza d'onda lunga avviene principalmente senza modificare la lunghezza d'onda ed è chiamata coerente. L'interazione di un fotone con gli elettroni dei gusci interni, strettamente legati al nucleo, cambia solo la sua direzione, senza cambiare la sua energia, e quindi la lunghezza d'onda (Fig. 5).
Lo scattering coerente si verifica se l'energia del fotone è inferiore all'energia di ionizzazione: 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) Scattering incoerente (effetto Compton).
Nel 1922, A. Compton, osservando la dispersione dei raggi X duri, scoprì una diminuzione del potere di penetrazione del raggio diffuso rispetto al raggio incidente. La dispersione dei raggi X con lunghezza d'onda variabile è chiamata effetto Compton. Si verifica quando un fotone di qualsiasi energia interagisce con gli elettroni dei gusci esterni degli atomi debolmente legati al nucleo (Fig. 6). Un elettrone si stacca da un atomo (tali elettroni sono chiamati elettroni di rinculo). L'energia del fotone diminuisce (la lunghezza d'onda aumenta di conseguenza) e cambia anche la direzione del suo movimento. L'effetto Compton si verifica se l'energia del fotone dei raggi X è maggiore dell'energia di ionizzazione: , . In questo caso compaiono elettroni di rinculo con energia cinetica E K. Atomi e molecole diventano ioni. Se E K è significativo, allora gli elettroni possono ionizzare gli atomi vicini per collisione, formando nuovi elettroni (secondari).
in) Effetto fotoelettrico.
Se l'energia di un fotone hn è sufficiente per staccare un elettrone, quando interagisce con un atomo, il fotone viene assorbito e l'elettrone viene staccato da esso. Questo fenomeno è chiamato effetto fotoelettrico. L'atomo è ionizzato (fotoinizzazione). In questo caso, l'elettrone acquisisce energia cinetica e, se quest'ultima 
è significativo, quindi può ionizzare gli atomi vicini per collisione, formando nuovi elettroni (secondari). Se l'energia del fotone è insufficiente per la ionizzazione, l'effetto fotoelettrico può manifestarsi nell'eccitazione di un atomo o di una molecola. In alcune sostanze ciò porta alla successiva emissione di fotoni nella regione della radiazione visibile (luminescenza a raggi X), e nei tessuti, all'attivazione di molecole e reazioni fotochimiche.
L'effetto fotoelettrico è tipico dei fotoni con un'energia dell'ordine di 0,5-1 MeV.
I tre principali processi di interazione discussi sopra sono primari, portano a successivi secondari, terziari, ecc. fenomeni. Quando la radiazione di raggi X entra in una sostanza, possono verificarsi numerosi processi prima che l'energia di un fotone di raggi X venga convertita nell'energia del movimento termico.
Come risultato dei processi di cui sopra, il flusso di raggi X primario è indebolito. Questo processo obbedisce alla legge di Bouguer. Lo scriviamo nella forma: Ф =Ф 0 e - mx, dove m è un coefficiente di attenuazione lineare che dipende dalla natura della sostanza (principalmente dalla densità e dal numero atomico) e dalla lunghezza d'onda della radiazione (energia fotonica). Può essere rappresentato come costituito da tre termini corrispondenti a dispersione coerente, dispersione incoerente e effetto fotoelettrico: 
.
Poiché il coefficiente di assorbimento lineare dipende dalla densità della sostanza, è preferibile utilizzare il coefficiente di attenuazione della massa, che è uguale al rapporto tra il coefficiente di attenuazione lineare e la densità dell'assorbitore e non dipende dalla densità della sostanza . La dipendenza del flusso di raggi X (intensità) dallo spessore del filtro assorbente è mostrata in Fig. 7 per H 2 O, Al e Cu. I calcoli mostrano che uno strato di acqua di 36 mm di spessore, alluminio 15 mm e rame 1,6 mm riduce l'intensità dei raggi X di 2 volte. Questo spessore è chiamato spessore del mezzo strato d. Se una sostanza attenua la radiazione di raggi X della metà, allora 
, poi 
, o , 
; ; . Conoscendo lo spessore del mezzo strato si può sempre determinare m. Dimensione.
4. L'uso dei raggi X in medicina
(fluoroscopia, radiografia, tomografia a raggi X, fluorografia, radioterapia).
Una delle applicazioni più comuni dei raggi X in medicina è la transilluminazione degli organi interni a fini diagnostici: la diagnostica a raggi X.
Per la diagnostica vengono utilizzati fotoni con un'energia di 60-120 keV. In questo caso, il coefficiente di assorbimento della massa è determinato principalmente dall'effetto fotoelettrico. Il suo valore è proporzionale a l 3 (in cui si manifesta il grande potere penetrante della radiazione dura) e proporzionale alla terza potenza del numero di atomi della sostanza - assorbitore: , dove K è il coefficiente di proporzionalità.
Il corpo umano è costituito da tessuti e organi che hanno una diversa capacità di assorbimento rispetto ai raggi X. Pertanto, quando viene illuminato con i raggi X, sullo schermo si ottiene un'immagine d'ombra non uniforme, che fornisce un'immagine della posizione degli organi interni e dei tessuti. I tessuti più densi che assorbono le radiazioni (cuore, grandi vasi, ossa) sono visti come scuri, mentre i tessuti meno assorbenti (polmoni) sono visti come chiari.
In molti casi è possibile giudicare il loro stato normale o patologico. La diagnostica a raggi X utilizza due metodi principali: fluoroscopia (trasmissione) e radiografia (immagine). Se l'organo in studio e i tessuti che lo circondano assorbono approssimativamente in modo uguale il flusso di raggi X, vengono utilizzati agenti di contrasto speciali. Quindi, ad esempio, alla vigilia di un esame a raggi X dello stomaco o dell'intestino, viene data una massa pastosa di solfato di bario, nel qual caso si può vedere la loro immagine ombra. In fluoroscopia e radiografia, un'immagine a raggi X è un'immagine riepilogativa dell'intero spessore dell'oggetto attraverso il quale passano i raggi X. I più chiaramente definiti sono quei dettagli che sono più vicini allo schermo o al film, e quelli distanti diventano sfocati e sfocati. Se in qualche organo è presente un'area patologicamente alterata, ad esempio la distruzione del tessuto polmonare all'interno di un ampio focolaio di infiammazione, in alcuni casi quest'area sulla radiografia nella quantità di ombre può essere "persa". Per renderlo visibile, viene utilizzato un metodo speciale: la tomografia (registrazione a strati), che consente di scattare foto di singoli strati dell'area oggetto di studio. Questo tipo di tomogrammi strato per strato si ottiene utilizzando uno speciale apparato chiamato tomografo, in cui il tubo radiogeno (RT) e la pellicola (Fp) vengono periodicamente, congiuntamente, spostati in antifase rispetto all'area di studio. In questo caso, i raggi X in qualsiasi posizione della RT passeranno attraverso lo stesso punto dell'oggetto (area modificata), che è il centro rispetto al quale si spostano periodicamente la RT e la FP. L'immagine dell'ombra dell'area verrà catturata su pellicola. Modificando la posizione del “centro oscillante”, è possibile ottenere immagini stratificate dell'oggetto. Utilizzando un sottile fascio di raggi X, uno schermo speciale (anziché Fp) costituito da rivelatori a semiconduttore di radiazioni ionizzanti, è possibile elaborare l'immagine durante la tomografia utilizzando un computer. Questa moderna variante della tomografia è chiamata tomografia computerizzata. La tomografia è ampiamente utilizzata nello studio di polmoni, reni, cistifellea, stomaco, ossa, ecc.
La luminosità dell'immagine sullo schermo e il tempo di esposizione sulla pellicola dipendono dall'intensità della radiazione di raggi X. Quando lo si utilizza per la diagnostica, l'intensità non può essere elevata, in modo da non causare un effetto biologico indesiderato. Pertanto, esistono numerosi dispositivi tecnici che migliorano la luminosità dell'immagine a basse intensità di raggi X. Uno di questi dispositivi è un tubo intensificatore di immagine.
Un altro esempio è la fluorografia, in cui un'immagine viene ottenuta su una pellicola sensibile di piccolo formato da un grande schermo luminescente a raggi X. Durante le riprese, viene utilizzato un obiettivo di grande apertura, le immagini finite vengono esaminate su una lente d'ingrandimento speciale.
La fluorografia combina una grande capacità di rilevare malattie latenti (malattie del torace, del tratto gastrointestinale, dei seni paranasali, ecc.) con un significativo throughput, e quindi è un metodo molto efficace di ricerca di massa (in linea).
Poiché la fotografia di un'immagine a raggi X durante la fluorografia viene eseguita utilizzando l'ottica fotografica, l'immagine sul fluorogramma viene ridotta rispetto ai raggi X. A questo proposito, la risoluzione del fluorogramma (cioè la visibilità di piccoli dettagli) è inferiore a quella di una radiografia convenzionale, tuttavia è maggiore rispetto alla fluoroscopia.
È stato progettato un dispositivo - un tomofluorografo, che consente di ottenere fluorogrammi di parti del corpo e singoli organi a una determinata profondità - le cosiddette immagini a strati (sezioni) - tomofluorogrammi.
La radiazione a raggi X viene utilizzata anche per scopi terapeutici (terapia a raggi X). L'effetto biologico delle radiazioni è quello di interrompere l'attività vitale delle cellule, specialmente quelle in rapido sviluppo. A questo proposito, la terapia a raggi X viene utilizzata per influenzare i tumori maligni. È possibile scegliere una dose di radiazioni sufficiente per la completa distruzione del tumore con danni relativamente lievi ai tessuti sani circostanti, che vengono ripristinati grazie alla successiva rigenerazione.
La radiazione a raggi X è una delle più grandi scoperte fatte a beneficio della medicina. Grazie ai raggi X è stato diagnosticato un numero enorme di malattie e molte vite sono state salvate. Ora non possiamo nemmeno immaginare come fosse possibile vivere senza questo metodo diagnostico e curare prima polmonite, fratture e altre condizioni patologiche. In questo articolo, abbiamo cercato di considerare tutto ciò che riguarda i raggi X, e anche perché i raggi X sono pericolosi, in quali casi è vietato condurre questo studio, quali potrebbero essere le conseguenze negative per il corpo umano dopo i raggi X?
Cos'è la radiazione a raggi X
La radiazione a raggi X fu scoperta nel 1895 da W. Roentgen. È grazie a questa persona che i metodi di ricerca a raggi X sono ora disponibili per noi. Il ricercatore ha descritto la sua scoperta come la capacità di guardare dentro una persona senza prendere un bisturi. Subito dopo la scoperta della "radiazione X", iniziarono ad apparire informazioni sulle malattie nelle persone sottoposte a questa procedura diagnostica. Come si è scoperto, i raggi X non sono sicuri per l'uomo, possono portare a gravi malattie, comprese patologie oncologiche.
Le principali proprietà dei raggi X sono elencate di seguito:
- I raggi X sono in grado di passare attraverso i tessuti del corpo umano, nonché attraverso vari mezzi e sostanze aventi densità diverse.
- I raggi sono in grado di provocare luminescenza - bagliore. Tutte le sostanze possono essere divise in due gruppi: quelle che brillano sotto l'influenza dei raggi X e quelle che non brillano.
- Causa reazioni fotochimiche, che portano a cambiamenti nei composti alogeni.
- Portano alla ionizzazione di particelle neutre (atomi e molecole). Sotto l'influenza dei raggi X, gli ioni carichi sono ottenuti da elementi privi di carica. Il mezzo in cui si formano gli ioni è in grado di condurre una corrente elettrica.
I raggi X non solo possono brillare attraverso i tessuti del corpo umano, ma possono anche portare a cambiamenti elettrolitici in essi. I raggi X colpiscono tutti i sistemi e le cellule del corpo.
Applicazioni mediche dei raggi X
L'irradiazione a raggi X è ampiamente utilizzata in medicina. Esso può essere effettuato sia allo scopo di diagnosticare che di identificare varie condizioni patologiche e per la cura delle malattie.
Ricorda che qualsiasi esposizione di una persona che utilizza i raggi X dovrebbe essere eseguita solo se ci sono indicazioni specifiche per essa.
Tipi di tecniche diagnostiche radiologiche
La radiografia dei polmoni o di qualsiasi altra parte del corpo è un metodo di ricerca abbastanza informativo.. La capacità dei raggi di passare attraverso i tessuti e causare un bagliore in alcuni di essi è diventata la base per la diagnosi di malattie utilizzando i raggi X.
In medicina vengono utilizzate le seguenti tecniche diagnostiche a raggi X: 
- Fluoroscopia: l'immagine viene visualizzata su uno schermo fluorescente. Nella medicina moderna non è più praticamente utilizzato, è considerato un metodo obsoleto.
- La radiografia è uno studio mediante il quale l'immagine ottenuta durante l'irradiazione viene trasferita su una pellicola speciale. Ci sono i seguenti tipi di questa ricerca:
- La duodenografia è uno studio dello stomaco e del duodeno. Viene effettuato per rilevare ulcere, tumori, ostruzione in queste parti del tubo digerente.
- Colecistografia, colografia: un'immagine a raggi X della cistifellea e del suo dotto, consente di valutarne la pervietà, le dimensioni e la presenza di calcoli in esse.
- Irrigoscopia - Radiografia dell'intestino crasso. È necessario nella diagnosi di ostruzione intestinale, neoplasie benigne e benigne, diverticoli, volvolo intestinale.
- Viene eseguita una radiografia dei polmoni per rilevare polmonite, bronchite, tubercolosi, pleurite, pneumotorace, neoplasie del tessuto polmonare e presenza di corpi estranei.
- La metrosalpingografia è uno studio radiografico che viene eseguito per valutare la pervietà delle tube di Falloppio.
- L'ortopantomografia è un esame a raggi X che aiuta a valutare le condizioni dei denti e della mascella.
- La mammografia è una radiografia delle ghiandole mammarie. Questo studio è considerato uno screening, è raccomandato dall'OMS per rilevare il cancro al seno nelle fasi iniziali..
- La radiografia della colonna vertebrale e delle singole sezioni delle strutture ossee viene eseguita per valutare l'integrità delle ossa, per identificare le deviazioni nella loro struttura o posizione. È con l'aiuto dei raggi X che vengono diagnosticate più spesso fratture, crepe e lussazioni.
- La tomografia, o tomografia computerizzata (TC), è un tipo di esame a raggi X in cui è possibile ottenere immagini strato per strato di vari organi, sistemi e strutture dello scheletro. La TC è considerata una delle tecniche diagnostiche più informative e moderne. Grazie ad esso, è possibile rilevare ictus, patologie della colonna vertebrale, ecc. I chirurghi usano spesso scansioni TC a strati quando elaborano un piano per un intervento chirurgico imminente.
- La fluorografia è uno studio in cui l'immagine è più piccola delle dimensioni effettive della struttura studiata. Al giorno d'oggi, la fluorografia dei polmoni è ampiamente eseguita, è uno screening per la tubercolosi.
Secondo gli ultimi protocolli moderni e le raccomandazioni dell'OMS, la fluorografia annuale per la prevenzione della tubercolosi non è raccomandata. Tale esame comporta un grande carico di radiazioni sul corpo, essendo allo stesso tempo poco informativo. Un esame del sangue venoso è raccomandato per lo screening della tubercolosi.
Trattamento con raggi X
Nonostante il fatto che i raggi X siano dannosi per la salute e possano causare alcune malattie, gli scienziati ne hanno trovato impiego nel trattamento delle patologie.
I raggi X nella medicina moderna sono ampiamente utilizzati nel trattamento delle neoplasie maligne. La base di tale radioterapia è la capacità dei raggi X di influenzare la composizione ionica di cellule e tessuti, di modificarne la struttura.
Con l'aiuto della radioterapia, è possibile fermare la divisione patologica delle cellule maligne, fermare la crescita dei tumori e la diffusione delle metastasi in tutto il corpo.
Il trattamento con i raggi X è solitamente difficile da tollerare dall'organismo. Ma, nonostante il gran numero di effetti collaterali, aiuta nella lotta contro il cancro, dà a una persona la possibilità di una vita futura.
L'impatto negativo dei raggi X sull'uomo
Come abbiamo detto, i raggi X hanno un effetto sul corpo umano. I medici si sono adattati ad utilizzare questa loro proprietà per lo scopo terapeutico delle neoplasie oncologiche. Ma allo stesso tempo, un gran numero di persone che si sottopongono a un esame del corpo utilizzando tecniche a raggi X sono a rischio di formazione di cancro e altre malattie causate dall'esposizione alle radiazioni.
Di seguito consideriamo i danni che i raggi X possono avere sul corpo umano con il suo dosaggio aumentato: 
- Lesione cutanea. Le radiazioni a raggi X, se esposte a una persona ad alto dosaggio, possono causare ustioni cutanee profonde. Tale lesione è tollerata da pazienti più gravi di un'ustione termica convenzionale. Una tale malattia della pelle può essere complicata dal cancro della pelle.
- A un dosaggio superiore a quello consentito, è possibile lo sviluppo della malattia da radiazioni. Questa è una condizione in cui il sistema immunitario, il sangue, il tessuto connettivo sono danneggiati. La malattia cronica da radiazioni si sviluppa spesso nelle persone che lavorano con i raggi X.
- Disturbi endocrinologici. Alte dosi di radiazioni influiscono negativamente sul funzionamento della tiroide, delle ovaie, dei testicoli e delle ghiandole surrenali.
- Varie patologie oncologiche. Può essere cancro, leucemia, sarcomi. Ad esempio, gli scienziati hanno dimostrato che la mammografia frequente contribuisce allo sviluppo del cancro al seno.
Esistono standard e dosi che indicano quante dosi di raggi X sono accettabili per una persona.. Secondo questi standard, vengono calcolati la durata della giornata lavorativa per le persone a contatto con le radiazioni e il numero di sicurezza degli esami radiografici.
Le moderne unità a raggi X trasportano un carico di radiazioni inferiore sul corpo umano. La nocività delle foto scattate con il loro aiuto è significativamente inferiore. Sfortunatamente, tali dispositivi relativamente sicuri non sono disponibili in tutte le istituzioni mediche statali; ce ne sono di più nei centri diagnostici e nelle cliniche private.
Radiografia e gravidanza
I raggi X durante la gravidanza sono rigorosamente controindicati. È vietato farlo in qualsiasi periodo di gravidanza. Il feto è molto sensibile a qualsiasi radiazione. Sotto l'influenza dei raggi X, possono svilupparsi anomalie del suo sviluppo, che sono spesso incompatibili con la vita del bambino.
In una donna che ha subito un esame radiografico durante la gravidanza, il rischio di aborto spontaneo aumenta in modo significativo.
I raggi X di una donna incinta influenzano la formazione di organi e sistemi del feto. Può portare a difetti cardiaci, sviluppo anormale del sistema nervoso e altre anomalie.
Le donne all'inizio della gravidanza sono a rischio, poiché potrebbero non essere consapevoli della loro situazione e non informarne il medico curante, che prescrive i raggi X.
È possibile ridurre al minimo il danno dei raggi X
Nonostante il danno e il pericolo dell'esame a raggi X, non dovresti rifiutarlo. Queste procedure diagnostiche sono molto informative e molto spesso è impossibile diagnosticare e prescrivere un trattamento senza di esse.
- Indossare mantelli protettivi sulle aree del corpo che non vengono esaminate..
- Dopo la procedura diagnostica, puoi bere un bicchiere di latte o vino secco. Si ritiene che queste bevande siano in grado di aiutare il corpo a far fronte alla dose di esposizione alle radiazioni.
- Aggiungi alghe e pesce alla tua dieta. Questi alimenti sono ricchi di iodio, una sostanza necessaria alla tiroide.
Gli esami radiografici rari sono praticamente sicuri per l'uomo. A condizione che vengano eseguiti solo in situazioni necessarie, il rischio di sviluppare complicazioni e malattie causate dai raggi X è minimo.
I raggi X sono dannosi per l'uomo. È in grado di causare e provocare un numero enorme di varie malattie e processi patologici. Ma un tale effetto negativo dei raggi X si sviluppa solo se viene superato il loro dosaggio massimo consentito. Non aver paura di questo metodo diagnostico e rifiutalo. Grazie alla tomografia computerizzata e alla radiografia, un numero enorme di persone in tutto il mondo è stato salvato. superiore a decine di milioni.