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

Класификация на рентгеновите тръби

1. По уговорка
1. Диагностична
2. Терапевтични
3. За структурен анализ
4. За трансилюминация
2. По дизайн
1. По фокус

• Единичен фокус (една спирала на катода и едно фокусно място на анода)
• Бифокални (две спирали с различни размери на катода и две фокални точки на анода)

1. По вид анод

• Неподвижно (фиксирано)
• Въртящ се

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

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

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

Ориз. 9 - рентгенова тръба със стационарен анод.
Ориз. 10 - Рентгенова тръба с въртящ се анод.
Ориз. 11 - Уред за рентгенова тръба с въртящ се анод.
Ориз. 12 е диаграма на формирането на реално и ефективно фокусно петно.

ФЕДЕРАЛНА АГЕНЦИЯ ЗА ОБРАЗОВАНИЕ НА РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ

ДЪРЖАВНА УЧЕБНА ИНСТИТУЦИЯ

ВИСШЕ ПРОФЕСИОНАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ

МОСКОВСКИЯ ДЪРЖАВЕН ИНСТИТУТ ПО СТОМАНА И СПЛАВИ

(ТЕХНОЛОГИЧЕН УНИВЕРСИТЕТ)

НОВОТРОИЦКИ КЛОН

Отдел на OEND

КУРСОВА РАБОТА

Дисциплина: Физика

Тема: Рентген

Ученик: Недорезова Н.А.

Група: EiU-2004-25, No З.К.: 04Н036

Проверено от: Ozhegova S.M.

Въведение

Глава 1

1.1 Биография на Рентген Вилхелм Конрад

1.2 Откриване на рентгенови лъчи

Глава 2

2.1 Източници на рентгенови лъчи

2.2 Свойства на рентгеновите лъчи

2.3 Регистрация на рентгенови лъчи

2.4 Използване на рентгенови лъчи

Глава 3

3.1 Анализ на несъвършенствата на кристалната структура

3.2 Спектърен анализ

Заключение

Списък на използваните източници

Приложения

Въведение

Рядък човек не е минавал през рентгенов кабинет. Снимките, направени с рентгенови лъчи, са познати на всеки. През 1995 г. това откритие е на 100 години. Трудно е да си представим какъв голям интерес е предизвикала преди век. В ръцете на човек се оказа апарат, с който е възможно да се види невидимото.

Това невидимо лъчение, способно да прониква, макар и в различна степен, във всички вещества, което е електромагнитно излъчване с дължина на вълната около 10 -8 cm, се нарича рентгеново лъчение в чест на Вилхелм Рентген, който го е открил.

Подобно на видимата светлина, рентгеновите лъчи причиняват почерняване на фотографския филм. Това свойство е от голямо значение за медицината, индустрията и научно изследване. Преминавайки през изследвания обект и след това попадайки върху филма, рентгеновото лъчение изобразява вътрешната му структура върху него. Тъй като проникващата сила на рентгеновите лъчи е различна за различни материали, части от обекта, които са по-малко прозрачни за него, дават по-ярки зони на снимката от тези, през които излъчването прониква добре. По този начин костните тъкани са по-малко прозрачни за рентгенови лъчи, отколкото тъканите, които изграждат кожата и вътрешните органи. Следователно на рентгеновата снимка костите ще бъдат обозначени като по-светли зони и мястото на фрактурата, което е по-малко прозрачно за радиация, може да бъде открито доста лесно. Рентгеновите изображения се използват и в стоматологията за откриване на кариеси и абсцеси в корените на зъбите, както и в индустрията за откриване на пукнатини в отливки, пластмаси и гуми, в химията за анализ на съединения и във физиката за изследване на структурата на кристалите .

Откритието на Рентген е последвано от експерименти на други изследователи, които откриват много нови свойства и възможности за използване на това излъчване. Голям принос имат M. Laue, W. Friedrich и P. Knipping, които през 1912 г. демонстрират дифракцията на рентгеновите лъчи, когато те преминават през кристал; У. Кулидж, който през 1913 г. изобретява високовакуумна рентгенова тръба с нагрят катод; G. Moseley, който установява през 1913 г. връзката между дължината на вълната на радиацията и атомния номер на елемента; G. и L. Braggi, които получават Нобелова награда през 1915 г. за разработване на основите на рентгеновия дифракционен анализ.

Това срочна писмена работае да проучи феномена на рентгеновото лъчение, историята на откриването, свойствата и да идентифицира обхвата на неговото приложение.

Глава 1

1.1 Биография на Рентген Вилхелм Конрад

Вилхелм Конрад Рентген е роден на 17 март 1845 г. в граничния регион на Германия с Холандия, в град Ленепе. Той получава техническото си образование в Цюрих в същото висше техническо училище (Политехника), където по-късно учи Айнщайн. Страстта към физиката го принуждава след като напуска училище през 1866 г. да продължи физическото възпитание.

През 1868 г. защитава дисертация за степен доктор по философия, работи като асистент в катедрата по физика първо в Цюрих, след това в Гисен, а след това в Страсбург (1874-1879) при Кунд. Тук Рентген преминава през добра експериментална школа и става първокласен експериментатор. Рентген извършва част от важното изследване със своя ученик, един от основателите на съветската физика, А.Ф. Йофе.

Научните изследвания са свързани с електромагнетизма, кристалната физика, оптиката, молекулярната физика.

През 1895 г. той открива излъчване с дължина на вълната, по-къса от дължината на вълната на ултравиолетовите лъчи (рентгенови лъчи), наречени по-късно рентгенови лъчи, и изследва техните свойства: способността да отразяват, абсорбират, йонизират въздуха и т.н. Предложено правилен дизайнтръби за получаване на рентгенови лъчи - наклонен платинен антикатод и вдлъбнат катод: първият направи снимки с помощта на рентгенови лъчи. Открива през 1885 г. магнитното поле на движещ се диелектрик електрическо поле(т.нар. "рентгенов ток"). Неговият опит ясно показва, че магнитното поле се създава от подвижни заряди и е важно за създаването на електронната теория на X. Лоренц. Значителен брой от трудовете на Рентген са посветени на изследване на свойствата на течности, газове, кристали, електромагнитни явления, откри връзката между електрическите и оптичните явления в кристалите. За откриването на лъчите, които носят неговото име, Рентген през 1901 г. е първият сред физиците, удостоен с Нобелова награда.

От 1900 г. до последните дни от живота си (умира на 10 февруари 1923 г.) работи в Мюнхенския университет.

1.2 Откриване на рентгенови лъчи

Краят на 19 век бе белязан от повишен интерес към явленията на преминаването на електричество през газове. Дори Фарадей сериозно се занимава с тези описани явления различни формиразряд, отвори тъмно пространство в светещ стълб от разреден газ. Тъмното пространство на Фарадей разделя синкавия катоден блясък от розовия аноден блясък.

По-нататъшното увеличаване на разреждането на газа значително променя естеството на сиянието. Математикът Плюкер (1801-1868) открива през 1859 г., при достатъчно силно разреждане, слабо синкав лъч лъчи, излизащ от катода, достигащ до анода и предизвикващ светене на стъклото на тръбата. Ученикът на Plücker Gittorf (1824-1914) през 1869 г. продължава изследванията на своя учител и показва, че върху флуоресцентната повърхност на тръбата се появява отчетлива сянка, ако между катода и тази повърхност се постави твърдо тяло.

Голдщайн (1850-1931), изучавайки свойствата на лъчите, ги нарича катодни лъчи (1876). Три години по-късно Уилям Крукс (1832-1919) доказа материалната природа на катодните лъчи и ги нарече "лъчиста материя" - вещество в специално четвърто състояние. Неговите доказателства бяха убедителни и ясни. Експерименти с "тръбата на Крукс" бяха демонстрирани. по-късно във всички физически класни стаи. Отклонението на катодния лъч от магнитно поле в тръба на Крукс се превърна в класическа училищна демонстрация.

Експериментите върху електрическото отклонение на катодните лъчи обаче не бяха толкова убедителни. Херц не засича такова отклонение и стига до извода, че катодният лъч е осцилаторен процес в етера. Ученикът на Херц Ф. Ленард, експериментирайки с катодните лъчи, показа през 1893 г., че те преминават през прозорец, покрит с алуминиево фолио, и предизвикват сияние в пространството зад прозореца. Херц посвещава последната си статия, публикувана през 1892 г., на феномена на преминаването на катодните лъчи през тънки метални тела.Тя започва с думите:

“Катодните лъчи се различават значително от светлината по отношение на способността им да проникват в твърди тела.” Описвайки резултатите от експериментите за преминаване на катодните лъчи през злато, сребро, платина, алуминий и др. листа, Херц отбелязва, че не е наблюдавайте някакви специални разлики в явленията Лъчите не преминават през листата по права линия, а се разсейват чрез дифракция. Природата на катодните лъчи все още беше неясна.

Именно с такива тръби на Крукс, Ленард и други експериментира професорът от Вюрцбург Вилхелм Конрад Рентген в края на 1895 г. Веднъж след края на експеримента той затваря тръбата с черен картонен капак, изключва светлината, но не изключи индуктора, който захранва тръбата, той забеляза сиянието на екрана от бариев цианоген, разположен близо до тръбата. Поразен от това обстоятелство, Рентген започна да експериментира с екрана. В първия си доклад „За нов вид лъчи“ от 28 декември 1895 г. той пише за тези първи експерименти: „Парче хартия, покрито с бариев платинен цианид, при приближаване до тръба, затворена с тънък черен капак картон, който приляга достатъчно плътно към него, при всяко разреждане мига с ярка светлина: започва да флуоресцира. Флуоресценцията се вижда с достатъчно потъмняване и не зависи от това дали носим хартията със страничен слой, покрит с бариев синероген или не с бариев синероген. Флуоресценцията се забелязва дори на разстояние от два метра от тръбата.

Внимателното изследване показа на Рентген „че черен картон, прозрачен нито за видимите и ултравиолетовите лъчи на слънцето, нито за лъчите на електрическа дъга, е проникнат от някакъв вид агент, който причинява флуоресценция.“ Рентген изследва проникващата сила на този „ агент”, който той нарече за краткост „рентгенови лъчи”, за различни вещества. Той установи, че лъчите свободно преминават през хартия, дърво, ебонит, тънки слоеве метал, но се забавят силно от олово.

След това той описва сензационното преживяване:

„Ако държите ръката си между изпускателната тръба и екрана, можете да видите тъмните сенки на костите в бледите очертания на сянката на самата ръка.” Това беше първото рентгеново изследване на човешкото тяло. Рентген също получи първите рентгенови лъчи, като ги прикрепи към ръката си.

Тези кадри направиха огромно впечатление; откритието все още не беше завършено, а рентгеновата диагностика вече беше започнала своя път. „Лабораторията ми беше наводнена от лекари, които довеждаха пациенти, които подозираха, че имат игли в различни части на тялото си“, пише той. английски физикШустър.

Още след първите експерименти Рентген твърдо установи, че рентгеновите лъчи се различават от катодните, те не носят заряд и не се отклоняват от магнитно поле, но се възбуждат от катодните лъчи. „Рентгеновите лъчи не са идентични с катодните лъчи, но те се възбуждат от тях в стъклените стени на разрядната тръба”, пише Рентген.

Той също така установи, че те се вълнуват не само в стъклото, но и в металите.

Споменавайки хипотезата на Херц-Ленард, че катодните лъчи „са феномен, възникващ в етера“, Рентген посочва, че „можем да кажем нещо подобно за нашите лъчи“. Той обаче не успява да открие вълновите свойства на лъчите, те „се държат по различен начин от известните досега ултравиолетови, видими, инфрачервени лъчи.” По своите химически и луминесцентни действия, според Рентген, те са подобни на ултравиолетовите лъчи. В първото съобщение , той изрази по-късното предположение, че може да са надлъжни вълнив ефир.

Откритието на Рентген предизвиква голям интерес в научния свят. Неговите експерименти се повтарят в почти всички лаборатории по света. В Москва те бяха повторени от П.Н. Лебедев. В Санкт Петербург изобретателят на радиото A.S. Попов експериментира с рентгенови лъчи, демонстрира ги на публични лекции, получавайки различни рентгенови лъчи. В Кеймбридж D.D. Томсън незабавно приложи йонизиращия ефект на рентгеновите лъчи, за да проучи преминаването на електричество през газове. Неговите изследвания доведоха до откриването на електрона.

Глава 2

Рентгеново лъчение - електромагнитно йонизиращо лъчение, заемащо спектралната област между гама и ултравиолетово лъчение в дължини на вълната от 10 -4 до 10 3 (от 10 -12 до 10 -5 cm).R. л. с дължина на вълната λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - мека.

2.1 Източници на рентгенови лъчи

Най-често срещаният източник на рентгенови лъчи е рентгеновата тръба. - електровакуумно устройство служи като източник на рентгенови лъчи. Такова излъчване възниква, когато електроните, излъчвани от катода, се забавят и ударят анода (антикатод); в този случай енергията на електроните, ускорени от силно електрическо поле в пространството между анода и катода, частично се превръща в енергия на рентгеновите лъчи. Излъчването на рентгеновата тръба е наслагване на спирачното рентгеново лъчение върху характерното излъчване на материала на анода. Рентгеновите тръби се разграничават: според метода за получаване на електронен поток - с термоелектронен (нагрет) катод, полеви емисионен (заострен) катод, катод, бомбардиран с положителни йони и с радиоактивен (β) електронен източник; по метода на вакуумиране - запечатани, сгъваеми; според времето на излъчване - непрекъснато действие, импулсно; според вида на анодно охлаждане - с водно, маслено, въздушно, радиационно охлаждане; според размера на фокуса (облъчване на анода) - макрофокус, остър фокус и микрофокус; според формата му - пръстен, кръгъл, линеен; по метода на фокусиране на електрони върху анода - с електростатично, магнитно, електромагнитно фокусиране.

Рентгеновите тръби се използват при рентгеноструктурен анализ (Приложение 1), Рентгенов спектрален анализ, откриване на дефекти (Приложение 1), Рентгенова диагностика (Приложение 1), лъчетерапия , рентгенова микроскопия и микрорентгенография. Запечатаните рентгенови тръби с термионичен катод, анод с водно охлаждане и електростатична система за фокусиране на електрони са най-широко използвани във всички области (Приложение 2). Термионният катод на рентгеновите тръби обикновено е спирална или права нишка от волфрамова тел, нагрявана от електрически ток. Работната секция на анода - метална огледална повърхност - е разположена перпендикулярно или под някакъв ъгъл спрямо потока на електроните. За получаване на непрекъснат спектър на рентгеново лъчение с високи енергии и интензитет се използват аноди от Au, W; В структурния анализ се използват рентгенови тръби с Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag.

Основните характеристики на рентгеновите тръби са максимално допустимото ускорително напрежение (1-500 kV), електронен ток (0,01 mA - 1A), специфична мощност, разсейвана от анода (10-10 4 W / mm 2), обща консумация на енергия (0,002 W - 60 kW) и размери на фокуса (1 µm - 10 mm). Ефективността на рентгеновата тръба е 0,1-3%.

Някои радиоактивни изотопи също могат да служат като източници на рентгенови лъчи. : някои от тях директно излъчват рентгенови лъчи, ядреното излъчване на други (електрони или λ-частици) бомбардират метална мишена, която излъчва рентгенови лъчи. Интензитетът на рентгенови лъчи на изотопните източници е с няколко порядъка по-малък от интензитета на радиация на рентгенова тръба, но размерите, теглото и цената на изотопните източници са несравнимо по-малки от тези с рентгенова тръба.

Синхротроните и пръстените за съхранение на електрони с енергия от няколко GeV могат да служат като източници на меки рентгенови лъчи с λ от порядъка на десетки и стотици. По интензитет рентгеновото лъчение на синхротроните надвишава излъчването на рентгенова тръба в определената област на спектъра с 2-3 порядъка.

Естествени източници на рентгенови лъчи - Слънцето и други космически обекти.

2.2 Свойства на рентгеновите лъчи

В зависимост от механизма на произход на рентгеновите лъчи, техните спектри могат да бъдат непрекъснати (спирателни лъчи) или линейни (характерни). Непрекъснат рентгенов спектър се излъчва от бързо заредени частици в резултат на тяхното забавяне при взаимодействие с целеви атоми; този спектър достига значителен интензитет само когато целта е бомбардирана с електрони. Интензитетът на спирачните рентгенови лъчи се разпределя по всички честоти до високочестотната граница 0 , при която енергията на фотона h 0 (h е константа на Планк ) е равна на енергията eV на бомбардиращите електрони (e е зарядът на електрона, V е потенциалната разлика на ускоряващото поле, преминало покрай тях). Тази честота съответства на късовълновия край на спектъра 0 = hc/eV (c е скоростта на светлината).

Линейното излъчване възниква след йонизация на атом с изхвърляне на електрон от една от вътрешните му обвивки. Такава йонизация може да бъде резултат от сблъсък на атом с бърза частица, като електрон (първични рентгенови лъчи), или поглъщане на фотон от атом (флуоресцентни рентгенови лъчи). Йонизираният атом се намира в начално квантово състояние на едно от високите енергийни нива и след 10 -16 -10 -15 секунди преминава в крайно състояние с по-ниска енергия. В този случай един атом може да излъчва излишък от енергия под формата на фотон с определена честота. Честотите на линиите на спектъра на такова излъчване са характерни за атомите на всеки елемент, поради което линейният рентгенов спектър се нарича характеристика. Зависимостта на линейната честота на този спектър от атомния номер Z се определя от закона на Мозли.

Законът на Мозли, законът, свързващ честотата на спектралните линии на характерното рентгеново излъчване на химичен елемент с неговия пореден номер. G. Moseley експериментално инсталиран през 1913 г. Съгласно закона на Мозли корен квадратен от честотата  на спектралната линия на характеристичното излъчване на елемент е линейна функция на неговия пореден номер Z:

където R е константата на Ридберг , S n - екранираща константа, n - главно квантово число. На диаграмата на Мозли (Приложение 3) зависимостта от Z е поредица от прави линии (K-, L-, M- и др. серии, съответстващи на стойностите n = 1, 2, 3,.).

Законът на Мозли беше неопровержимо доказателство за правилното разположение на елементите в периодичната таблица на елементите DI. Менделеев и допринесе за изясняване на физическия смисъл на З.

В съответствие със закона на Мозли, спектрите на рентгеновите характеристики не показват периодичните модели, присъщи на оптичните спектри. Това показва, че вътрешните електронни обвивки на атомите на всички елементи, които се появяват в характерните рентгенови спектри, имат подобна структура.

По-късни експерименти разкриха някои отклонения от линейната зависимост за преходните групи елементи, свързани с промяна в реда на запълване на външните електронни обвивки, както и за тежките атоми в резултат на релативистки ефекти (условно обяснени с факта, че скоростите на вътрешните са сравними със скоростта на светлината).

В зависимост от редица фактори - от броя на нуклоните в ядрото (изотонично изместване), състоянието на външните електронни обвивки (химическо изместване) и др. - позицията на спектралните линии на диаграмата на Мозли може да се промени донякъде. Изучаването на тези измествания позволява да се получи подробна информация за атома.

Рентгеновите лъчи на спирачно лъчение, излъчвани от много тънки мишени, са напълно поляризирани близо до 0; когато 0 намалява, степента на поляризация намалява. Характерното излъчване, като правило, не е поляризирано.

Когато рентгеновите лъчи взаимодействат с материята, може да възникне фотоелектричен ефект. , придружаващ поглъщането на рентгенови лъчи и тяхното разсейване, фотоелектричният ефект се наблюдава, когато атом, поглъщайки рентгенов фотон, изхвърля един от вътрешните си електрони, след което може или да извърши радиационен преход, излъчвайки фотон с характеристика радиация или изхвърляне на втори електрон по време на нерадиационен преход (Електрон на Оже). Под действието на рентгенови лъчи върху неметални кристали (например върху каменна сол) в някои възли на атомната решетка се появяват йони с допълнителен положителен заряд, а близо до тях се появяват излишни електрони. Такива нарушения в структурата на кристалите, наречени рентгенови екситони , са цветни центрове и изчезват само при значително повишаване на температурата.

Когато рентгеновите лъчи преминават през слой от вещество с дебелина x, първоначалният им интензитет I 0 намалява до стойността I = I 0 e - μ x, където μ е коефициентът на затихване. Затихването на I се дължи на два процеса: поглъщане на рентгенови фотони от материята и промяна в посоката им при разсейване. В дълговълновата област на спектъра преобладава поглъщането на рентгенови лъчи, в късовълновата - тяхното разсейване. Степента на абсорбция нараства бързо с увеличаване на Z и λ. Например, твърдите рентгенови лъчи свободно проникват през слой въздух ~ 10 cm; алуминиева плоча с дебелина 3 cm отслабва рентгеновите лъчи с λ = 0,027 наполовина; меките рентгенови лъчи се абсорбират значително във въздуха и тяхното използване и изследване е възможно само във вакуум или в слабо абсорбиращ газ (например He). Когато рентгеновите лъчи се абсорбират, атомите на веществото се йонизират.

Въздействието на рентгеновите лъчи върху живите организми може да бъде полезно или вредно, в зависимост от йонизацията, която причиняват в тъканите. Тъй като поглъщането на рентгеновите лъчи зависи от λ, тяхната интензивност не може да служи като мярка за биологичния ефект на рентгеновите лъчи. Рентгеновите измервания се използват за измерване на ефекта на рентгеновите лъчи върху материята. , мерната единица е рентген

Разсейването на рентгеновите лъчи в областта на големи Z и λ протича главно без промяна в λ и се нарича кохерентно разсейване, а в областта на малки Z и λ като правило се увеличава (некохерентно разсейване). Има 2 вида некохерентно разсейване на рентгенови лъчи – Комптън и Раман. При комптоновото разсейване, което има характера на нееластично корпускуларно разсейване, електрон на откат излита от атомната обвивка поради енергията, частично загубена от рентгеновия фотон. В този случай енергията на фотона намалява и посоката му се променя; промяната на λ зависи от ъгъла на разсейване. По време на Раманово разсейване на високоенергиен рентгенов фотон от лек атом, малка част от неговата енергия се изразходва за йонизация на атома и посоката на движение на фотона се променя. Промяната на такива фотони не зависи от ъгъла на разсейване.

Показателят на пречупване n за рентгеновите лъчи се различава от 1 с много малко количество δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 . Фазовата скорост на рентгеновите лъчи в среда е по-голяма от скоростта на светлината във вакуум. Отклонението на рентгеновите лъчи при прехода от една среда към друга е много малко (няколко дъгови минути). Когато рентгеновите лъчи падат от вакуум върху повърхността на тялото под много малък ъгъл, настъпва тяхното пълно външно отражение.

2.3 Регистрация на рентгенови лъчи

Човешкото око не е чувствително към рентгенови лъчи. Рентгенов

лъчите се записват с помощта на специален рентгенов филм, съдържащ повишено количество Ag, Br. В района λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, чувствителността на обикновения положителен филм е доста висока и неговите зърна са много по-малки от зърната на рентгеновия филм, което увеличава разделителната способност. При λ от порядъка на десетки и стотици, рентгеновите лъчи действат само върху най-тънкия повърхностен слой на фотографската емулсия; за да се увеличи чувствителността на филма, той се сенсибилизира с луминисцентни масла. При рентгенова диагностика и откриване на дефекти понякога се използва електрофотография за запис на рентгенови лъчи. (електрорентгенография).

Рентгеновите лъчи с висок интензитет могат да бъдат записани с помощта на йонизационна камера (Приложение 4), рентгенови лъчи със среден и нисък интензитет при λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком с NaI (Tl) кристал (Приложение 5), при 0,5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (Приложение 6) и запоен пропорционален брояч (Приложение 7), на 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (Приложение 8). В областта на много големи λ (от десетки до 1000) могат да се използват вторични електронни умножители от отворен тип с различни фотокатоди на входа за запис на рентгенови лъчи.

2.4 Използване на рентгенови лъчи

Рентгеновите лъчи се използват най-широко в медицината за рентгенова диагностика. и лъчетерапия . Рентгеновото откриване на дефекти е важно за много клонове на технологиите. , например, за откриване на вътрешни дефекти в отливки (черупки, шлакови включвания), пукнатини в релси, дефекти в заварки.

Рентгеноструктурен анализ ви позволява да установите пространственото подреждане на атомите в кристалната решетка на минерали и съединения, в неорганични и органични молекули. Въз основа на множество атомни структури, които вече са дешифрирани, може да се реши и обратната задача: според рентгеновата картина поликристално вещество, например легирана стомана, сплав, руда, лунна почва, може да се установи кристалният състав на това вещество, т.е. беше извършен фазов анализ. Многобройни приложения на R. l. радиографията на материалите се използва за изследване на свойствата на твърдите тела .

Рентгенова микроскопия позволява например да се получи изображение на клетка, микроорганизъм, да се види тяхната вътрешна структура. Рентгенова спектроскопия използвайки рентгенови спектри, той изучава енергийното разпределение на плътността на електронните състояния в различни вещества, изследва естеството на химичната връзка и открива ефективния заряд на йоните в твърдите тела и молекулите. Спектрален рентгенов анализ по позицията и интензитета на линиите на характерния спектър ви позволява да определите качествения и количествения състав на веществото и се използва за експресен неразрушаващ контрол на състава на материалите в металургични и циментови заводи, преработвателни предприятия. При автоматизирането на тези предприятия рентгеновите спектрометри и квантометри се използват като сензори за състава на веществото.

Рентгеновите лъчи, идващи от космоса, носят информация за химичния състав на космическите тела и за физическите процеси, протичащи в космоса. Рентгеновата астрономия се занимава с изучаване на космическите рентгенови лъчи . Мощните рентгенови лъчи се използват в радиационната химия за стимулиране на определени реакции, полимеризацията на материалите и напукването на органични вещества. Рентгеновите лъчи се използват и за откриване на древни картини, скрити под слой от късна живопис, в хранителната индустрия за откриване на чужди предмети, случайно попаднали в хранителни продукти, в криминалистиката, археологията и др.

Глава 3

Една от основните задачи на рентгеновия дифракционен анализ е определянето на реалния или фазовия състав на материала. Методът на рентгенова дифракция е директен и се характеризира с висока надеждност, бързина и относителна евтиност. Методът не изисква Голям бройвещества, анализът може да се извърши без разрушаване на частта. Областите на приложение на качествения фазов анализ са много разнообразни както за научни изследвания, така и за контрол в производството. Можете да проверите състава на суровините от металургичното производство, продуктите от синтеза, обработката, резултата от фазовите промени по време на термична и химико-термична обработка, да анализирате различни покрития, тънки филми и др.

Всяка фаза, имаща собствена кристална структура, се характеризира с определен набор от дискретни стойности на междуплоскостните разстояния d/n от максимума и отдолу, присъщи само на тази фаза. Както следва от уравнението на Wulf-Bragg, всяка стойност на междупланарното разстояние съответства на линия на рентгеновата картина от поликристална проба под определен ъгъл θ (при дадена стойност на дължината на вълната λ). По този начин, определена система от линии (дифракционни максимуми) ще съответства на определен набор от междупланарни разстояния за всяка фаза на рентгеновата дифракционна картина. Относителният интензитет на тези линии в рентгеновата картина зависи преди всичко от структурата на фазата. Следователно, като се определи местоположението на линиите върху рентгеновото изображение (неговия ъгъл θ) и се знае дължината на вълната на радиацията, върху която е направено рентгеновото изображение, е възможно да се определят стойностите на междупланарните разстояния d/n, използвайки формулата на Wulf-Bragg:

/n = λ/ (2sin θ). (един)

Чрез определяне на набора от d/n за изследвания материал и сравняването му с известните по-рано данни за d/n за чисти вещества, техните различни съединения, е възможно да се установи коя фаза представлява този материал. Трябва да се подчертае, че се определят фазите, а не химичен състав, но последното понякога може да се изведе, ако има допълнителни данни за елементния състав на определена фаза. Задачата на качествения фазов анализ се улеснява значително, ако е известен химичният състав на изследвания материал, тъй като тогава е възможно да се направят предварителни предположения за възможните фази в този случай.

Ключът към фазовия анализ е точното измерване на d/n и интензитета на линията. Въпреки че по принцип това е по-лесно да се постигне с дифрактометър, фотометода за качествен анализ има някои предимства, главно по отношение на чувствителността (способността да се открие наличието на малко количество фаза в пробата), както и простотата на експерименталната техника.

Изчисляването на d/n от рентгеновата картина се извършва с помощта на уравнението на Wulf-Bragg.

Като стойност на λ в това уравнение обикновено се използва λ α cf K-серия:

λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)

Понякога се използва линията K α1. Определянето на ъглите на дифракция θ за всички рентгенови линии ви позволява да изчислите d / n според уравнение (1) и да разделите β-линиите (ако няма филтър за (β-лъчи).

3.1 Анализ на несъвършенствата на кристалната структура

Всички реални монокристални и още повече поликристални материали съдържат определени структурни несъвършенства (точкови дефекти, дислокации, различни видове интерфейси, микро- и макронапрежения), които имат много силен ефект върху всички структурно-чувствителни свойства и процеси.

Структурните несъвършенства причиняват изкривявания на кристалната решетка от различно естество и в резултат на това различен типпромени в дифракционната картина: промяната в междуатомните и междупланарните разстояния причинява изместване на дифракционните максимуми, микронапреженията и дисперсията на субструктурата водят до разширяване на дифракционните максимуми, микроизкривяванията на решетката водят до промяна в интензитета на тези максимуми, наличието на дислокации причинява аномални явления при преминаване на рентгенови лъчи и следователно локални нехомогенности на контраста върху рентгенови топограми и др.

В резултат на това рентгеновият дифракционен анализ е един от най-информативните методи за изследване на структурните несъвършенства, техния вид и концентрация и естеството на тяхното разпространение.

Традиционният директен метод за дифракция на рентгенови лъчи, който се прилага на стационарни дифрактометри, поради техните конструктивни особености, позволява количествено определяне на напреженията и деформациите само върху малки проби, изрязани от части или предмети.

Ето защо в момента има преход от стационарни към преносими рентгенови дифрактометри с малък размер, които осигуряват оценка на напреженията в материала на части или предмети без разрушаване на етапите на тяхното производство и експлоатация.

Преносимите рентгенови дифрактометри от серия DRP * 1 позволяват да се контролират остатъчни и ефективни напрежения в големи части, продукти и конструкции без разрушаване

Програмата в средата на Windows позволява не само да се определят напреженията по метода "sin 2 ψ" в реално време, но и да се следи промяната във фазовия състав и текстура. Линеен координатен детектор осигурява едновременна регистрация при ъгли на дифракция 2θ = 43°. Рентгенови тръби с малък размер от типа "Фокс" с висока осветеност и ниска мощност (5 W) осигуряват радиологична безопасност на апарата, в който на разстояние 25 см от облъчената зона нивото на радиация е равно на нивото на естествения фон. Устройствата от серията DRP се използват при определяне на напреженията на различни етапи на металообработване, рязане, шлайфане, термична обработка, заваряване, повърхностно втвърдяване с цел оптимизиране на тези технологични операции. Контролът върху спада на нивото на индуцираните остатъчни напрежения на натиск в особено критични продукти и конструкции по време на тяхната експлоатация позволява извеждането на продукта от експлоатация преди неговото унищожаване, предотвратявайки възможни аварии и катастрофи.

3.2 Спектърен анализ

Заедно с определянето на атомната кристална структура и фазовия състав на материала за него пълни характеристикизадължително е да се определи химичния му състав.

Все по-често в практиката за тези цели се използват различни т. нар. инструментални методи за спектрален анализ. Всеки от тях има своите предимства и приложения.

Едно от важните изисквания в много случаи е използваният метод да гарантира безопасността на анализирания обект; Именно тези методи за анализ са разгледани в този раздел. Следващият критерий, според който са избрани методите за анализ, описани в този раздел, е тяхното местоположение.

Методът на флуоресцентен рентгенов спектрален анализ се основава на проникването на доста твърда рентгенова радиация (от рентгенова тръба) в анализирания обект, проникваща в слой с дебелина от порядъка на няколко микрометра. Характерното рентгеново лъчение, възникващо в този случай в обекта, дава възможност да се получат осреднени данни за неговия химичен състав.

За да се определи елементният състав на веществото, може да се използва анализът на характерния рентгенов спектър на проба, поставена върху анода на рентгенова тръба и подложена на електронно бомбардиране - емисионният метод или анализът на спектъра на вторично (флуоресцентно) рентгеново лъчение на проба, подложена на облъчване с твърди рентгенови лъчи от рентгенова тръба или друг източник - флуоресцентен метод.

Недостатъкът на емисионния метод е, първо, необходимостта от поставяне на пробата върху анода на рентгеновата тръба, последвано от евакуация с вакуумни помпи; очевидно този метод е неподходящ за топими и летливи вещества. Вторият недостатък е свързан с факта, че дори огнеупорните обекти се повреждат от електронна бомбардировка. Флуоресцентният метод е лишен от тези недостатъци и следователно има много по-широко приложение. Предимството на флуоресцентния метод е и липсата на спирачно лъчение, което подобрява чувствителността на анализа. Сравнението на измерените дължини на вълните с таблици на спектралните линии на химичните елементи е в основата на качествен анализ, а относителните интензитети на спектралните линии на различни елементи, които образуват веществото на пробата, са в основата на количествения анализ. От разглеждането на механизма на възбуждане на характеристично рентгеново лъчение става ясно, че излъчванията от една или друга серия (K или L, M и др.) възникват едновременно и съотношението на интензитетите на линиите в серията винаги е постоянен. Следователно наличието на този или онзи елемент се установява не от отделни линии, а от поредица от линии като цяло (с изключение на най-слабите, като се вземе предвид съдържанието на този елемент). За относително леки елементи се използва анализът на линиите от серия K, а за тежките елементи на линиите от серия L; при различни условия (в зависимост от използваното оборудване и от анализираните елементи) различни области на характеристичния спектър могат да бъдат най-удобни.

Основните характеристики на рентгеновия спектрален анализ са както следва.

Опростеност на спектрите на рентгеновите характеристики дори за тежки елементи (в сравнение с оптичните спектри), което опростява анализа (малък брой линии; сходство във взаимното им подреждане; с увеличаване на порядковия номер, редовно изместване на спектъра към възниква късовълнов регион; сравнителна простота на количествения анализ).

Независимост на дължините на вълната от състоянието на атомите на анализирания елемент (свободен или в химично съединение). Това се дължи на факта, че появата на характерно рентгеново лъчение е свързано с възбуждането на вътрешни електронни нива, които в повечето случаи практически не се променят със степента на йонизация на атомите.

Възможността за разделяне при анализа на редкоземни и някои други елементи, които имат малки разлики в спектрите в оптичния диапазон поради сходството на електронната структура на външните обвивки и се различават много малко по своите химични свойства.

Рентгеновата флуоресцентна спектроскопия е „неразрушаваща“, така че има предимство пред конвенционалната оптична спектроскопия при анализ на тънки проби – тънък метален лист, фолио и др.

Рентгенови флуоресцентни спектрометри, сред които многоканални спектрометри или квантометри, осигуряващи експресен количествен анализ на елементи (от Na или Mg до U) с грешка по-малка от 1% от определената стойност, праг на чувствителност от 10 -3 ... 10-4% .

рентгенов лъч

Методи за определяне на спектралния състав на рентгеновите лъчи

Спектрометрите са разделени на два вида: кристално-дифракционни и безкристални.

Разлагането на рентгеновите лъчи в спектър с помощта на естествена дифракционна решетка - кристал - по същество е подобно на получаването на спектър от обикновени светлинни лъчи с помощта на изкуствена дифракционна решетка под формата на периодични щрихи върху стъкло. Условието за образуване на дифракционен максимум може да се запише като условие за "отражение" от система от паралелни атомни равнини, разделени от разстояние d hkl .

При извършване на качествен анализ може да се прецени наличието на елемент в пробата по една линия - обикновено най-интензивната линия от спектралната серия, подходяща за даден кристал на анализатора. Разделителната способност на спектрометрите за кристална дифракция е достатъчна за разделяне на характерните линии дори на елементи, съседни на позиция в периодичната таблица. Необходимо е обаче да се вземе предвид и налагането на различни линии от различни елементи, както и налагането на отражения от различни порядки. Това обстоятелство трябва да се има предвид при избора на аналитични линии. В същото време е необходимо да се използват възможностите за подобряване на разделителната способност на устройството.

Заключение

По този начин рентгеновите лъчи са невидимо електромагнитно излъчване с дължина на вълната 10 5 - 10 2 nm. Рентгеновите лъчи могат да проникнат в някои материали, които са непрозрачни за видимата светлина. Те се излъчват при забавяне на бързи електрони в материята (непрекъснат спектър) и при преходи на електрони от външните електронни обвивки на атома към вътрешните (линеен спектър). Източници на рентгеново лъчение са: рентгенова тръба, някои радиоактивни изотопи, ускорители и акумулатори на електрони (синхротронно лъчение). Приемници - филмови, луминесцентни екрани, детектори за ядрени лъчения. Рентгеновите лъчи се използват в рентгенов дифракционен анализ, медицина, откриване на дефекти, рентгенов спектрален анализ и др.

След като разгледахме положителните страни на откритието на В. Рентген, е необходимо да се отбележи неговото вредно биологично действие. Оказа се, че рентгеновите лъчи могат да причинят нещо като тежко слънчево изгаряне (еритема), придружено обаче от по-дълбоко и трайно увреждане на кожата. Появяващите се язви често се превръщат в рак. В много случаи трябваше да се ампутират пръсти или ръце. Имаше и смъртни случаи.

Установено е, че увреждането на кожата може да бъде избегнато чрез намаляване на времето на експозиция и дозата, като се използват екраниращи (напр. олово) и дистанционни управления. Но постепенно се разкриват други, по-дългосрочни ефекти от излагането на рентгенови лъчи, които след това са потвърдени и изследвани при опитни животни. Ефектите, дължащи се на рентгенови лъчи и други йонизиращи лъчения (като гама лъчи, излъчвани от радиоактивни материали) включват:

) временни промени в състава на кръвта след относително малко излишно излагане;

) необратими промени в състава на кръвта (хемолитична анемия) след продължителна прекомерна експозиция;

) увеличаване на честотата на рак (включително левкемия);

) по-бързо стареене и ранна смърт;

) поява на катаракта.

Биологичното въздействие на рентгеновите лъчи върху човешкото тяло се определя от нивото на дозата на радиация, както и от това кой отделен орган на тялото е бил изложен на радиация.

Натрупването на знания за въздействието на рентгеновите лъчения върху човешкия организъм доведе до разработването на национални и международни стандарти за допустими дози на облъчване, публикувани в различни справочни издания.

За да се избегнат вредните ефекти на рентгеновите лъчи, се използват методи за контрол:

) наличие на подходящо оборудване,

) наблюдение на спазването на правилата за безопасност,

) правилно използване на оборудването.

Списък на използваните източници

1) Блохин М.А., Физика на рентгеновите лъчи, 2-ро изд., М., 1957 г.;

) Blokhin M.A., Методи за рентгенови спектрални изследвания, M., 1959;

) Рентгенови лъчи. сб. изд. M.A. Блохин, прев. с него. и английски, М., 1960;

) Хараджа Ф., Общ курс по рентгенова техника, 3-то изд., М. - Л., 1966;

) Mirkin L.I., Наръчник по рентгенов дифракционен анализ на поликристали, М., 1961;

) Weinstein E.E., Kakhana M.M., Референтни таблици за рентгенова спектроскопия, M., 1953.

) Рентгенов и електронно-оптичен анализ. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Помощ за университети. - 4-то изд. Добавете. И преработвател. - М.: "МИСиС", 2002. - 360 с.

Приложения

Приложение 1

Общ изглед на рентгенови тръби

Приложение 2

Схема на рентгенова тръба за структурен анализ

Схема на рентгенова тръба за структурен анализ: 1 - метално анодно стъкло (обикновено заземено); 2 - прозорци от берилий за извеждане на рентгенови лъчи; 3 - термионен катод; 4 - стъклена крушка, изолираща анодната част на тръбата от катода; 5 - катодни изводи, към които се прилага напрежението на нажежаемата жичка, както и високо (по отношение на анода) напрежение; 6 - електростатична система за фокусиране на електрони; 7 - анод (антикатод); 8 - разклонителни тръби за вход и изход на течаща вода, охлаждаща анодното стъкло.

Приложение 3

Диаграма на Мозли

Диаграма на Мозли за K-, L- и M-серии от характерни рентгенови лъчи. Абсцисата показва поредния номер на елемента Z, ординатата - ( Се скоростта на светлината).

Приложение 4

Йонизационна камера.

Фиг. 1. Разрез на цилиндрична йонизационна камера: 1 - цилиндрично тяло на камерата, което служи като отрицателен електрод; 2 - цилиндричен прът, служещ като положителен електрод; 3 - изолатори.

Ориз. 2. Схема на включване на токовата йонизационна камера: V - напрежение на електродите на камерата; G е галванометър, който измерва йонизационния ток.

Ориз. 3. Токово-волтова характеристика на йонизационната камера.

Ориз. 4. Схема на включване на импулсната йонизационна камера: С - капацитет на събирателния електрод; R е съпротивление.

Приложение 5

Сцинтилационен брояч.

Схема на сцинтилационен брояч: светлинни кванти (фотони) "избиват" електрони от фотокатода; движейки се от динод на динод, електронната лавина се умножава.

Приложение 6

Брояч на Гайгер-Мюлер.

Ориз. 1. Схема на стъклен брояч на Гайгер-Мюлер: 1 - херметически затворена стъклена тръба; 2 - катод (тънък слой мед върху тръба от неръждаема стомана); 3 - изход на катода; 4 - анод (тънка опъната нишка).

Ориз. 2. Схема на включване на брояча на Гайгер-Мюлер.

Ориз. 3. Бройна характеристика на брояча на Гайгер-Мюлер.

Приложение 7

пропорционален брояч.

Схема на пропорционален брояч: а - област на електронен дрейф; b - зона на усилване на газа.

Приложение 8

Полупроводникови детектори

Полупроводникови детектори; чувствителната зона е подчертана чрез щриховане; n - област на полупроводник с електронна проводимост, p - с отвор, i - със собствена проводимост; а - силициев детектор за повърхностна бариера; b - дрейф германий-литиев планарен детектор; в - германий-литиев коаксиален детектор.

Откритието и заслугата в изучаването на основните свойства на рентгеновите лъчи с право принадлежи на немския учен Вилхелм Конрад Рентген. Откритите от него невероятни свойства на рентгеновите лъчи веднага получиха огромен отзвук в научния свят. Въпреки че тогава, през далечната 1895 г., ученият трудно може да си представи каква полза, а понякога и вреда, могат да донесат рентгеновите лъчи.

Нека разберем в тази статия как този вид радиация влияе на човешкото здраве.

Какво е рентгеново лъчение

Първият въпрос, който интересуваше изследователя, беше какво е рентгеново лъчение? Редица експерименти позволиха да се провери, че това е електромагнитно излъчване с дължина на вълната 10 -8 cm, което заема междинно положение между ултравиолетовото и гама лъчението.

Прилагане на рентгенови лъчи

Всички тези аспекти на разрушителното въздействие на мистериозните рентгенови лъчи изобщо не изключват изненадващо обширните аспекти на тяхното приложение. Къде се използват рентгенови лъчи?

1. Изучаване на структурата на молекулите и кристалите.
2. Рентгеново откриване на дефекти (в индустрията, откриване на дефекти в продукти).
3. Методи на медицинско изследване и терапия.

Най-важните приложения на рентгеновите лъчи станаха възможни поради много късите дължини на вълните на целия диапазон на тези вълни и техните уникални свойства.

Тъй като се интересуваме от въздействието на рентгеновата радиация върху хората, които се сблъскват с нея само по време на медицински преглед или лечение, тогава ще разгледаме само тази област на приложение на рентгеновите лъчи.

Използването на рентгенови лъчи в медицината

Въпреки специалното значение на своето откритие, Рентген не извади патент за използването му, което го прави безценен подарък за цялото човечество. Още през Първата световна война започват да се използват рентгенови апарати, което дава възможност за бързо и точно диагностициране на ранените. Сега можем да различим две основни области на приложение на рентгеновите лъчи в медицината:

• рентгенова диагностика;
• рентгенова терапия.

Рентгенова диагностика

Рентгеновата диагностика се използва в различни варианти:

Нека да разгледаме разликата между тези методи.

Всички тези диагностични методи се основават на способността на рентгеновите лъчи да осветяват филма и на тяхната различна пропускливост за тъканите и костния скелет.

Рентгенова терапия

Способността на рентгеновите лъчи да оказват биологичен ефект върху тъканите се използва в медицината за лечение на тумори. Йонизиращият ефект на това лъчение се проявява най-активно в ефекта върху бързо делящите се клетки, които са клетките на злокачествените тумори.

Трябва обаче да сте наясно и със страничните ефекти, които неизбежно съпътстват лъчетерапията. Факт е, че бързо делящите се клетки също са хемопоетични, ендокринни, имунни системи. Отрицателното въздействие върху тях поражда признаци на лъчева болест.

Ефектът на рентгеновата радиация върху хората

Малко след забележителното откритие на рентгеновите лъчи беше открито, че рентгеновите лъчи имат ефект върху хората.

Тези данни са получени при експерименти върху опитни животни, но генетиците предполагат, че подобни ефекти могат да се отнасят и за човешкото тяло.

Изследването на ефектите от облъчването с рентгенови лъчи доведе до разработването на международни стандарти за приемливи дози радиация.

Дози рентгеново лъчение в рентгеновата диагностика

След посещението на рентгеновия кабинет много пациенти се притесняват - как ще се отрази на здравето им получената доза радиация?

Дозата на общото облъчване на тялото зависи от естеството на процедурата. За удобство ще сравним получената доза с естествената експозиция, която придружава човек през целия му живот.

1. Рентгенова снимка: гръден кош - получената доза радиация е еквивалентна на 10 дни фоново облъчване; горна част на стомаха и тънките черва - 3 години.
2. Компютърна томография на органи коремна кухинаи таза, както и цялото тяло - 3г.
3. Мамография - 3 месеца.
4. Рентгенографията на крайниците е практически безвредна.
5. По отношение на денталните рентгенови лъчи дозата на радиация е минимална, тъй като пациентът е изложен на тесен лъч рентгенови лъчи с кратка продължителност на облъчване.

Тези дози радиация отговарят на приемливите стандарти, но ако пациентът се чувства тревожен преди рентгеновата снимка, той има право да поиска специална защитна престилка.

Излагане на рентгенови лъчи на бременни жени

Всеки човек трябва да се подложи на многократно рентгеново изследване. Но има правило - този диагностичен метод не може да се предписва на бременни жени. Развиващият се ембрион е изключително уязвим. Рентгеновите лъчи могат да причинят хромозомни аномалии и в резултат на това раждане на деца с малформации. Най-уязвима в това отношение е гестационната възраст до 16 седмици. Освен това най-опасното за бъдещото бебе е рентгеновата снимка на гръбначния стълб, таза и коремната област.

Знаейки за вредния ефект на рентгеновите лъчи върху бременността, лекарите избягват да го използват по всякакъв възможен начин през този решаващ период от живота на жената.

Има обаче странични източници на рентгенови лъчи:

• електронни микроскопи;
• цветни телевизионни кинескопи и др.

Бъдещите майки трябва да са наясно с опасността, която крият от тях.

За кърмещите майки лъчедиагностиката не е опасна.

Какво да правя след рентгенова снимка

За да се избегнат дори минималните ефекти от излагането на рентгенови лъчи, могат да се предприемат няколко прости стъпки:

• след рентгенова снимка изпийте чаша мляко - премахва малки дози радиация;
• много удобно да вземете чаша сухо вино или гроздов сок;
• известно време след процедурата е полезно да се увеличи делът на храни с високо съдържание на йод (морски дарове).

Но не са необходими медицински процедури или специални мерки за отстраняване на радиацията след рентгенова снимка!

Въпреки несъмнено сериозните последици от излагането на рентгенови лъчи, не бива да се надценява тяхната опасност по време на медицински прегледи - те се извършват само в определени области на тялото и много бързо. Ползите от тях многократно надвишават риска от тази процедура за човешкото тяло.

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

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

Рентгеновите лъчи могат да бъдат получени по два начина: чрез забавяне на преминаващите през него заредени частици и чрез преминаване на електрони от горните слоеве към вътрешните при освобождаване на енергия.

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

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

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

Тръбата е с два електрода - отрицателен катод и положителен анод. Когато катодът се нагрява, електроните се изпаряват от него, след което се ускоряват в електрическо поле. Сблъсквайки се с твърдото вещество на анодите, те започват да забавят скоростта, което е придружено от излъчване на електромагнитно излъчване.

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

За приемане на човек се поставя между рентгеновата тръба и екрана или филма, действащ като приемник на радиация. В резултат на облъчване костите и други плътни тъкани се появяват в изображението като ясни сенки, изглеждат по-контрастни на фона на по-малко изразителни зони, които предават тъкани с по-малко абсорбиране. На рентгеновите лъчи човек става "прозрачен".

Тъй като рентгеновите лъчи се разпространяват, те могат да бъдат разпръснати и абсорбирани. Преди да се абсорбират, лъчите могат да пътуват стотици метри във въздуха. В плътна материя те се абсорбират много по-бързо. Човешките биологични тъкани са хетерогенни, така че тяхното усвояване на лъчите зависи от плътността на тъканта на органите. поглъща лъчите по-бързо от меки тъкани, тъй като съдържа вещества с голям атомен номер. Фотоните (отделни частици от лъчи) се абсорбират от различни тъкани на човешкото тяло по различни начини, което прави възможно получаването на контрастно изображение с помощта на рентгенови лъчи.

Рентгеновите лъчи са вид високоенергийно електромагнитно лъчение. Използва се активно в различни клонове на медицината.

Рентгеновите лъчи са електромагнитни вълни, чиято енергия на фотоните в скалата на електромагнитните вълни е между ултравиолетовото лъчение и гама лъчението (от ~10 eV до ~1 MeV), което съответства на дължини на вълните от ~10^3 до ~10^−2 ангстрьома ( от ~10^−7 до ~10^−12 m). Тоест, това е несравнимо по-твърдо излъчване от видимата светлина, която е в тази скала между ултравиолетовите и инфрачервените ("термични") лъчи.

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

Рентгеновият диапазон е разделен на "мек рентгенов" и "твърд". Границата между тях е на ниво дължина на вълната от 2 ангстрьома и 6 keV енергия.

Генераторът на рентгенови лъчи е тръба, в която се създава вакуум. Има електроди - катод, към който се прилага отрицателен заряд, и положително зареден анод. Напрежението между тях е десетки до стотици киловолта. Генерирането на рентгенови фотони се случва, когато електроните се „откъсват“ от катода и се разбиват в повърхността на анода с висока скорост. Полученото рентгеново лъчение се нарича "тормозно лъчение", фотоните му имат различна дължинавълни.

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

История на откритията

На 8 ноември 1895 г. немският учен Вилхелм Конрад Рентген открива, че някои вещества под въздействието на "катодни лъчи", тоест поток от електрони, генериран от електронно-лъчева тръба, започват да светят. Той обясни това явление с влиянието на определени рентгенови лъчи - така („рентгенови лъчи“) това лъчение сега се нарича на много езици. По-късно В.К. Рентген изследва феномена, който е открил. На 22 декември 1895 г. той изнася лекция по тази тема в университета във Вюрцбург.

По-късно се оказа, че рентгеново лъчение е било наблюдавано и преди, но тогава не са дадени свързаните с него явления от голямо значение. Електронно-лъчева тръба е изобретена много отдавна, но преди V.K. Никой не е правил рентгенови снимки специално вниманиеза почерняване на фотографски плочи в близост до него и др. явления. Опасността от проникваща радиация също беше неизвестна.

Видове и тяхното въздействие върху организма

Рентгеновата снимка е най-много мек типпроникваща радиация. Прекомерното излагане на меки рентгенови лъчи е подобно на излагането на ултравиолетови лъчи, но в по-тежка форма. По кожата се образува изгаряне, но лезията е по-дълбока и заздравява много по-бавно.

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

Рентгеновите лъчи имат мутагенна и канцерогенна активност. Това означава, че вероятността от спонтанни мутации в клетките по време на облъчване се увеличава и понякога здравите клетки могат да се дегенерират в ракови. Увеличаването на вероятността от злокачествени тумори е стандартна последица от всяка експозиция, включително рентгенови лъчи. Рентгеновата снимка е най-малко опасна гледкапроникваща радиация, но все пак може да бъде опасна.

Рентгеново лъчение: приложение и как работи

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

Флуороскопия и компютърна томография

Най-честото използване на рентгенови лъчи е флуороскопията. „Мълчанието“ на човешкото тяло ви позволява да получите подробен образ както на костите (те са най-ясно видими), така и на изображения на вътрешните органи.

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

В допълнение към двуизмерните "снимки", рентгенографията дава възможност за създаване на триизмерно изображение на орган: този тип рентгенография се нарича компютърна томография. За тези цели се използват меки рентгенови лъчи. Размерът на експозицията, получен в едно изображение, е малък: приблизително равен на експозицията, получена по време на 2-часов полет в самолет на височина 10 km.

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

Рентгенова дифракция и рентгенофлуоресцентен анализ

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

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

Има много форми на лъчетерапия, но всички те включват използването на йонизиращо лъчение. Лъчетерапията е разделена на 2 вида: корпускулярна и вълнова. Corpuscular използва потоци от алфа частици (ядра на хелиеви атоми), бета частици (електрони), неутрони, протони, тежки йони. Wave използва лъчи от електромагнитния спектър - рентгенови лъчи и гама.

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

Използва се ниво на радиация, което потиска активността на раковите клетки, като в същото време засяга умерено здравите. Под въздействието на радиацията не става дума за унищожаване на клетките като такива, а за увреждане на техния геном – молекулите на ДНК. Клетка с разрушен геном може да съществува известно време, но вече не може да се дели, тоест растежът на тумора спира.

Лъчетерапията е най-леката форма на лъчетерапия. Вълновата радиация е по-мека от корпускулната радиация, а рентгеновите лъчи са по-меки от гама лъчението.

По време на бременност

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

При спешни случаи рентгеновото изследване се заменя с ядрено-магнитен резонанс. Но и през първия триместър се опитват да го избягват (този метод се появи наскоро и с абсолютна сигурност говори за липсата на вредни последици).

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

Тоест, самият факт на 1-2-кратна „рентгенова снимка“ в ранен етап на бременността не заплашва със сериозни последици (но е по-добре да не рискувате).

Лечение с него

Рентгеновите лъчи се използват предимно в борбата със злокачествените тумори. Този метод е добър, защото е много ефективен: убива тумора. Лошо е, защото здравите тъкани не са много по-добри, има множество странични ефекти. Органите на хематопоезата са изложени на особен риск.

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

Рентгеновите лъчи се използват при лечението на някои артрози и подобни заболявания, както и кожни заболявания. При което болков синдромнамален с 50-90%. Тъй като използваната радиация е по-мека, странични ефекти, подобни на тези, които се появяват при лечението на тумори, не се наблюдава.