Історія відкриття та сфери застосування рентгенівського випромінювання. Застосування рентгенівського випромінювання у медицині

Вченого з Німеччини Вільгельма Конрада Рентгена по праву можна вважати основоположником рентгенографії та першовідкривачем ключових особливостей рентгенівських променів.

Тоді в далекому 1895 році він навіть не підозрював про широту застосування та популярності, відкритих їм Х-випромінювань, хоча вже тоді вони підняли широкий резонанс у світі науки.

Навряд чи винахідник міг здогадуватися, яку користь чи шкоду дасть плід його діяльності. Але ми з вами сьогодні спробуємо з'ясувати, який вплив має цей різновид випромінювання на людське тіло.

• Х-випромінювання наділене величезною проникаючою здатністю, але вона залежить від довжини хвилі та щільності матеріалу, що опромінюється;
• під впливом випромінювання деякі предмети починають світитись;
• рентгенівський промінь впливає на живих істот;
• завдяки Х-променям починають протікати деякі біохімічні реакції;
• рентген промінь може забирати в деяких атомів електрони і тим самим іонізувати їх.

Навіть самого винахідника насамперед хвилювало питання, що саме собою представляють відкриті їм промені.

Після проведення цілої серії експериментальних досліджень, вчений з'ясував, що Х-промені – це проміжні хвилі між ультрафіолетом та гамма-випромінюванням, довжина яких становить 10 -8 см.

Властивості рентгенівського променя, які перераховані вище, мають руйнівні властивості, проте це не заважає застосовувати їх з корисними цілями.

Так де ж у сучасному світіможна використовувати Х-промені?

1. З їхньою допомогою можна вивчати властивості багатьох молекул і кристалічних утворень.
2. Для дефектоскопії, тобто перевіряти промислові деталі та прилади щодо дефектів.
3. У медичній галузі та терапевтичних дослідженнях.

В силу малих довжин всього діапазону даних хвиль та їх унікальних властивостей стало можливим найважливіше застосування випромінювання, відкритого Вільгельмом Рентгеном.

Оскільки тема нашої статті обмежена впливом Х-променів на організм людини, який стикається з ними лише при поході до лікарні, далі ми розглядатимемо виключно цю галузь застосування.

Вчений, який винайшов рентгенівські промені, зробив їх безцінним даром для всього населення Землі, оскільки не став патентувати своє дітище для подальшого використання.

Починаючи з часів Першої морової війни портативні установки для рентгена врятували сотні поранених життів. Сьогодні рентгенівські промені мають два основні спектри застосування:

1. Діагностика за його допомогою.

Рентгенологічна діагностика застосовується за різних варіантів:

• рентгеноскопія чи просвічування;
• рентгенографія чи знімок;
• флюорографічне дослідження;
• томографування з допомогою рентгена.

Тепер потрібно розібратися, чим ці методи відрізняються один від одного:

1. Перший метод передбачає, що обстежуваний розташовується між спеціальним екраном з флуоресцентною властивістю та рентгенівською трубкою. Лікар на основі індивідуальних особливостей підбирає необхідну силу променів та отримує зображення кісток та внутрішніх органів на екрані.
2. При другому методі пацієнта кладуть спеціальну рентгенівську плівку в касеті. При цьому апаратура розміщується над людиною. Дана методика дозволяє отримати зображення в негативі, але з дрібнішими деталями, ніж при рентгеноскопії.
3. Масові обстеження населення щодо захворювання легень дозволяє провести флюорографія. У момент процедури з великого монітора зображення переноситься на спеціальну плівку.
4. Томографія дозволяє отримати зображення внутрішніх органів у кількох варіантах перерізу. Проводиться ціла серія знімків, які надалі називаються томограмою.
5. Якщо до попереднього методу підключити допомогу комп'ютера, спеціалізовані програми створять цілісне зображення, зроблене за допомогою рентгенівського сканера.

Всі ці методики діагностики проблем зі здоров'ям ґрунтуються на унікальній властивості Х-променів засвічувати фотоплівку. При цьому проникаюча здатність у відсталих та інших тканин нашого тіла різна, що відображається на знімку.

Після того, як було виявлено ще одну властивість променів рентгену впливати на тканини з біологічної точки зору, ця особливість стала активно застосовуватися при терапії пухлин.

Клітини, особливо злоякісні, діляться дуже швидко, а іонізуюча властивість випромінювання позитивно позначається при лікувальній терапії та уповільнює ріст пухлини.

Але іншою стороною медалі є негативний впливрентгену на клітини кровотворної, ендокринної та імунної системи, які також швидко діляться. Внаслідок негативного впливу Х-променя проявляється променева хвороба.

Вплив рентгена на організм людини

Буквально відразу після такого гучного відкриття в науковому світі, стало відомо, що промені Рентгена можуть впливати на тіло людини:

1. У ході досліджень властивостей Х-променів з'ясувалося, що вони можуть викликати опіки на шкірному покриві. Дуже схожі на теплові. Однак глибина поразки була набагато більшою, ніж побутові травми, а гоилися вони гірше. Багато вчених, які займаються цими підступними випромінюваннями, втрачали пальці на руках.
2. Методом проб та помилок було встановлено, що якщо зменшити час та лозу опромінення, то опіків можна уникнути. Пізніше стали застосовуватися свинцеві екрани та дистанційний метод опромінення пацієнтів.
3. Довгострокова перспектива шкідливості променів показує, що зміни складу крові після опромінення призводить до лейкемії та раннього старіння.
4. Ступінь тяжкості впливу рентгенівських променів на організм людини прямо залежить від органу, що опромінюється. Так, при рентгенографії малого тазу може настати безпліддя, а при діагностиці кровотворних органів– хвороби крові.
5. Навіть незначні опромінення, але протягом тривалого часу, можуть призвести до змін на генетичному рівні.

Звичайно, всі дослідження проводилися на тваринах, проте вченими доведено, що патологічні зміни поширюватимуться і на людину.

ВАЖЛИВО! На основі отриманих даних було розроблено стандарти рентгенівського опромінення, які єдині на весь світ.

Дози рентгенівських променів під час діагностики

Напевно, кожен, хто виходить з кабінету лікаря після проведеного рентгена, запитує, як ця процедура вплине на подальше здоров'я?

Радіаційне опромінення в природі також існує і з ним ми стикаємося щодня. Щоб було простіше зрозуміти, як рентген впливає на наш організм, ми порівняємо цю процедуру з природним опроміненням:

• при рентгенографії грудної клітки людина отримує дозу радіації, що прирівнюється до 10 днів фонового опромінення, а шлунка або кишківника – 3 років;
• томограма на комп'ютері черевної порожниниабо всього тіла - еквівалент 3 років опромінення;
• обстеження на рентгені грудей – 3 місяці;
• кінцівки опромінюється, практично не приносячи шкоди здоров'ю;
• стоматологічний рентген у силу точної спрямованості променевого пучка та мінімального часу дії – також не є небезпечним.

ВАЖЛИВО! Незважаючи на те, що наведені дані, як би вони не звучали, лякають, відповідають міжнародним вимогам. Однак, пацієнт має повне право попросити додаткові засоби захисту у разі сильного побоювання за своє самопочуття.

Усі ми стикаємося з рентгенівським обстеженням, причому неодноразово. Однак одна категорія людей поза належними процедурами – це вагітні жінки.

Справа в тому, що Х-промені надзвичайно позначаються на здоров'ї майбутньої дитини. Ці хвилі здатні викликати вади внутрішньоутробного розвитку внаслідок впливу на хромосоми.

ВАЖЛИВО! Найнебезпечнішим періодом щодо рентгену є вагітність до 16 тижня. У цей період найуразливішими є тазова, черевна та хребетна область малюка.

Знаючи про таку негативну властивість рентгена, лікарі всього світу намагаються уникати призначення його проведення у вагітних.

Але існують інші джерела випромінювання, з якими може зіткнутися вагітна жінка:

• мікроскопи, що працюють на електриці;
• монітори кольорових телевізорів.

Ті, хто готуватися стати мамою обов'язково повинні знати про небезпеку, що підстерігає їх. У період лактації рентгенівські промені не несуть загрози для організму годуючої та малюка.

Як бути після рентгену?

Навіть найменші наслідки рентгенівського опромінення можна звести до мінімуму, якщо виконати кілька простих рекомендацій:

• відразу після процедури випити молока. Як відомо, воно здатне виводити радіацію;
• такі ж властивості має біле сухе вино або сік винограду;
• бажано спочатку їсти більше продуктів, що містять йод.

ВАЖЛИВО! Не варто вдаватися до жодних медичних процедур або використовувати лікувальні методи після відвідин рентген-кабінету.

Якими б негативними властивостями не мали, колись відкриті Х-промені, все одно користь від їх застосування значно перевищує шкоду, що завдається. У медичних закладах процедура просвічування проводитися швидко та з мінімальними дозами.

Рентгенівське випромінювання (синонім рентгенівські промені) - з широким діапазоном довжин хвиль (від 8·10 -6 до 10 -12 див). Рентгенівське випромінювання виникає при гальмуванні заряджених частинок, найчастіше електронів, електричному поліатомів речовини. Кванти, що при цьому утворюються, мають різну енергію і утворюють безперервний спектр. Максимальна енергія квантів у такому спектрі дорівнює енергії електронів, що налітають. В максимальна енергія квантів рентгенівського випромінювання, виражена в кілоелектрон-вольтах, чисельно дорівнює величині прикладеного до трубки напруги, вираженого в кіловольтах. При проходженні через речовину рентгенівське випромінюваннявзаємодіє з електронами його атомів. Для квантів рентгенівського випромінювання з енергією до 100 кев найбільш характерним видом взаємодії є фотоефект. Внаслідок такої взаємодії енергія кванта повністю витрачається на виривання електрона з атомної оболонки та повідомлення йому кінетичної енергії. Зі зростанням енергії кванта рентгенівського випромінювання ймовірність фотоефекту зменшується і переважає процес розсіювання квантів на вільних електронах - так званий комптон-ефект. В результаті такої взаємодії також утворюється вторинний електрон і, крім того, вилітає квант з меншою енергією, ніж енергія первинного кванта. Якщо енергія кванта рентгенівського випромінювання перевищує один мегаелектрон-вольт, може місце так званий ефект утворення пар, при якому утворюються електрон і позитрон (див. ). Отже, при проходженні через речовину відбувається зменшення рентгенівського енергії випромінювання, тобто зменшення його інтенсивності. Оскільки при цьому з більшою ймовірністю відбувається поглинання квантів низької енергії, має місце збагачення рентгенівського випромінювання квантами вищої енергії. Цю властивість рентгенівського випромінювання використовують збільшення середньої енергії квантів, т. е. збільшення його жорсткості. Досягається збільшення жорсткості рентгенівського випромінювання за допомогою спеціальних фільтрів (див. ). Рентгенівське випромінювання застосовують для рентгенодіагностики (див.) та (див.). також Випромінювання іонізуючі.

Рентгенівське випромінювання (синонім: рентгенівські промені, рентгенові промені) - квантове електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 250 до 0,025 А (або квантів анергії від 5 10 -2 до 5 10 2 кев). У 1895 р. відкрито В. К. Рентгеном. Сумежну з рентгенівським випромінюванням спектральну область електромагнітного випромінювання, кванти енергії якого перевищують 500 кев, називають гамма-випромінюванням (див.); випромінювання, кванти енергії якого нижче значень 0,05 кев, становить ультрафіолетове випромінювання (див.).

Таким чином, представляючи відносно невелику частину великого спектру електромагнітних випромінювань, до якого входять і радіохвилі і видиме світло, рентгенівське випромінювання, як і будь-яке електромагнітне випромінювання, поширюється зі швидкістю світла (в порожнечі близько 300 тис. км/сек) і характеризується довжиною хвилі ( відстань, на яку випромінювання поширюється за один період коливання). Рентгенівське випромінювання має також ряд інших хвильових властивостей (заломлення, інтерференція, дифракція), проте спостерігати їх значно складніше, ніж у більш довгохвильового випромінювання: видимого світла, радіохвиль.

Спектри рентгенівського випромінювання: а1 – суцільний гальмівний спектр при 310 кв; а – суцільний гальмівний спектр при 250 кв, а1 – спектр, фільтрований 1 мм Cu, а2 – спектр, фільтрований 2 мм Cu, б – К-серія лінії вольфраму.

Для генерування рентгенівського випромінювання застосовують рентгенівські трубки, в яких випромінювання виникає при взаємодії швидких електронів з атомами речовини анода. Розрізняють рентгенівські випромінювання двох видів: гальмівне та характеристичне. Гальмівне рентгенівське випромінювання, що має суцільний спектр, подібно до звичайного білого світла. Розподіл інтенсивності в залежності від довжини хвилі (рис.) представляється кривою з максимумом; у бік довгих хвиль крива спадає порожнього, а бік коротких - круто і обривається за певної довжини хвилі (λ0), званої короткохвильовою межею суцільного спектра. Величина λ0 обернено пропорційна напрузі на трубці. Гальмівне випромінювання виникає при взаємодії швидких електронів із ядрами атомів. Інтенсивність гальмівного випромінювання прямо пропорційна силі анодного струму, квадрату напруги на трубці та атомному номеру (Z) речовини анода.

Якщо енергія прискорених у рентгенівській трубці електронів перевищує критичну для речовини анода величину (ця енергія визначається критичним для цієї речовини напругою на трубці Vкр), виникає характеристичне випромінювання. Характеристичний спектр - лінійний, його спектральні лінії утворюють серії, що позначаються буквами К, L, М, N.

Серія К - найбільш короткохвильова, серія L - більш довгохвильова, серії М і N спостерігаються тільки у важких елементів (Vкр вольфраму для К-серії - 69,3 кв, для L-серії - 12,1 кв). Характеристичне випромінювання виникає в такий спосіб. Швидкі електрони вибивають атомні електрони із внутрішніх оболонок. Атом збуджується, а потім повертається до основного стану. При цьому електрони із зовнішніх, менш пов'язаних оболонок заповнюють місця, що звільнилися у внутрішніх оболонках, і випромінюються фотони характеристичного випромінювання з енергією, що дорівнює різниці енергій атома в збудженому і основному стані. Ця різниця (а отже, і енергія фотона) має певне значення, характерне для кожного елемента. Це явище є основою рентгеноспектрального аналізу елементів. На малюнку видно лінійний спектр вольфраму і натомість суцільного спектра гальмівного випромінювання.

Енергія прискорених у рентгенівській трубці електронів перетворюється майже повністю на теплову (анод у своїй сильно нагрівається), лише незначна частина (близько 1% при напрузі, близькому до 100 кв) перетворюється на енергію гальмівного випромінювання.

Застосування рентгенівського випромінювання в медицині ґрунтується на законах поглинання рентгенових променів речовиною. Поглинання рентгенівського випромінювання не залежить від оптичних властивостей речовини поглинача. Безбарвне та прозоре свинцеве скло, яке використовується для захисту персоналу рентгенівських кабінетів, практично повністю поглинає рентгенівське випромінювання. Навпаки, аркуш паперу, не прозорий світла, не послаблює рентгенівського випромінювання.

Інтенсивність однорідного (тобто певної довжини хвилі) пучка рентгенівського випромінювання при проходженні через шар поглинача зменшується за експоненційним законом (е-х), де е - основа натуральних логарифмів (2,718), а показник експоненти х дорівнює добутку масового коефіцієнта /р) см 2 /г на товщину поглинача в г/см 2 (тут р - густина речовини в г/см 3). Ослаблення рентгенівського випромінювання відбувається за рахунок розсіювання, і з допомогою поглинання. Відповідно масовий коефіцієнт ослаблення є сумою масових коефіцієнтів поглинання та розсіювання. Масовий коефіцієнт поглинання різко зростає зі збільшенням атомного номера (Z) поглинача (пропорційно Z3 або Z5) та зі збільшенням довжини хвилі (пропорційно λ3). Зазначена залежність від довжини хвилі спостерігається в межах смуг поглинання, на межах яких коефіцієнт виявляє стрибки.

Масовий коефіцієнт розсіювання зростає із збільшенням атомного номера речовини. При λ≥0,ЗÅ коефіцієнт розсіювання від довжини хвилі не залежить, при λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

Зменшення коефіцієнтів поглинання та розсіювання зі зменшенням довжини хвилі зумовлює зростання проникаючої здатності рентгенівського випромінювання. Масовий коефіцієнт поглинання для кісток майже в 70 разів більше, ніж для м'яких тканин, де поглинання в основному обумовлено водою. Це пояснює, чому рентгенограмах так різко виділяється тінь кісток і натомість м'яких тканин.

Поширення неоднорідного пучка рентгенівського випромінювання через будь-яке середовище поряд із зменшенням інтенсивності супроводжується зміною спектрального складу, зміною якості випромінювання: довгохвильова частина спектра поглинається більшою мірою, ніж короткохвильова, випромінювання стає одноріднішим. Відфільтрування довгохвильової частини спектра дозволяє при рентгенотерапії вогнищ, глибоко розташованих у тілі людини, покращити співвідношення між глибинною та поверхневою дозами (див. Рентгенівські фільтри). Для характеристики якості неоднорідного пучка рентгенових променів використовується поняття шар половинного ослаблення (Л) - шар речовини, що послаблює випромінювання наполовину. Товщина цього шару залежить від напруги на трубці, товщині та матеріалу фільтра. Для вимірювання шарів половинного ослаблення використовують целофан (до енергії 12 кев), алюміній (20-100 кев), мідь (60-300 кев), свинець та мідь (>300 кев). Для рентгенових променів, що генеруються при напругах 80-120 кв, 1 мм міді по фільтруючій здатності еквівалентний 26 мм алюмінію, 1 мм свинцю - 50,9 мм алюмінію.

Поглинання та розсіювання рентгенівського випромінювання обумовлено його корпускулярними властивостями; рентгенівське випромінювання взаємодіє з атомами як потік корпускул (часток) - фотонів, кожен із яких має певну енергію (назад пропорційну довжині хвилі рентгенівського випромінювання). Інтервал енергії рентгенівських фотонів 0,05-500 кев.

Поглинання рентгенівського випромінювання обумовлено фотоелектричним ефектом: поглинання фотона електронною оболонкою супроводжується вириванням електрона. Атом збуджується і, повертаючись до основного стану, випромінює характеристичне випромінювання. Вилітаючий фотоелектрон забирає всю енергію фотона (за вирахуванням енергії зв'язку електрона в атомі).

Розсіювання рентгенівського випромінювання обумовлено електронами розсіюючого середовища. Розрізняють класичне розсіювання (довжина хвилі випромінювання не змінюється, але змінюється напрямок поширення) та розсіювання зі зміною довжини хвилі – комптон-ефект (довжина хвилі розсіяного випромінювання більше, ніж падаючого). В останньому випадку фотон поводиться як кулька, що рухається, а розсіювання фотонів відбувається, за образним висловом Комнтона, на кшталт гри на більярді фотонами і електронами: стикаючись з електроном, фотон передає йому частину своєї енергії і розсіюється, володіючи вже меншою енергією (відповідно довжина хвилі розсіяний випромінювання збільшується), електрон вилітає з атома з енергією віддачі (ці електрони називають комптон-електронами, або електронами віддачі). Поглинання енергії рентгенівського випромінювання відбувається при утворенні вторинних електронів (комптон - та фотоелектронів) та передачі їм енергії. Енергія рентгенівського випромінювання, передана одиниці маси речовини, визначає поглинену дозу рентгенівського випромінювання. Одиниця цієї дози 1 рад відповідає 100 ерг/г. За рахунок поглиненої енергії в речовині поглинача протікає ряд вторинних процесів, що мають важливе значення для дозиметрії рентгенівського випромінювання, оскільки саме на них ґрунтуються методи вимірювання рентгенівського випромінювання. (Див. Дозиметрія).

Усі гази та багато рідини, напівпровідники та діелектрики під дією рентгенівського випромінювання збільшують електричну провідність. Провідність виявляють найкращі ізоляційні матеріали: парафін, слюда, гума, бурштин. Зміна провідності обумовлена ​​іонізацією середовища, тобто поділом нейтральних молекул на позитивні та негативні іони (іонізацію виробляють вторинні електрони). Іонізація у повітрі використовується для визначення експозиційної дози рентгенівського випромінювання (дози у повітрі), яка вимірюється в рентгенах (див. Дози іонізуючих випромінювань). При дозі 1 р поглинена доза повітря становить 0,88 рад.

Під дією рентгенівського випромінювання внаслідок збудження молекул речовини (і за рекомбінації іонів) збуджується у часто видиме світіння речовини. При більших інтенсивностях рентгенівського випромінювання спостерігається видиме світіння повітря, паперу, парафіну тощо (виняток становлять метали). Найбільший вихід видимого світіння дають такі кристалічні люмінофори, як ZnCdSAg-фосфор та інші, що застосовуються для екранів при рентгеноскопії.

Під дією рентгенівського випромінювання в речовині можуть проходити також різні хімічні процеси: розкладання галоїдних сполук срібла (фотографічний ефект, що використовується при рентгенографії), розкладання води та водних розчинів перекису водню, зміна властивостей целулоїду (помутніння та виділення камфори), парафіну (помутніння) .

В результаті повного перетворення вся поглинена хімічно інертною речовиною енергія рентгенівське випромінювання перетворюється на теплоту. Вимір дуже малих кількостей теплоти вимагає високочутливих методів, зате є основним способом абсолютних вимірів рентгенівського випромінювання.

Побічні біологічні ефекти від впливу рентгенівського випромінювання є основою медичної рентгенотерапії (див.). Рентгенівські випромінювання, кванти яких становлять 6-16 кев (ефективні довжини хвиль від 2 до 5 Å), практично повністю поглинаються шкірним покривом тканини людського тіла; вони називаються прикордонними променями, або іноді променями Буккі (див. Буккі промені). Для глибокої рентгенотерапії застосовується фільтроване жорстке випромінювання з ефективними квантами енергії від 100 до 300 кев.

Біологічна дія рентгенівського випромінювання повинна враховуватися не тільки при рентгенотерапії, а й при рентгенодіагностиці, а також у всіх інших випадках контакту з рентгенівським випромінюванням, які потребують протипроменевого захисту (див.).

Сучасну медичну діагностику та лікування деяких захворювань неможливо уявити без приладів, які використовують властивості рентгенівського випромінювання. Відкриття рентгенівських променів відбулося понад 100 років тому, але й зараз не припиняються роботи над створенням нових методик та апаратів, що дозволяють мінімізувати негативну дію випромінювання на організм людини.

Хто і як відкрив Х-промені

У природних умовпотік променів рентгена зустрічається рідко і випромінюється лише деякими радіоактивними ізотопами. Рентгенівське випромінювання або Х-промені були виявлені лише в 1895 німецьким вченим Wilhelm Röntgen. Це відкриття сталося випадково, під час проведення досвіду дослідження поведінки променів світла за умов, наближаються до вакууму. В експерименті були задіяні катодна газорозрядна трубка зі зниженим тиском і флуоресцентний екран, який щоразу починав світитися в момент, коли трубка починала діяти.

Зацікавившись дивним ефектом, Рентген провів серію досліджень, що показують що випромінювання, що виникає не видиме оку, здатне проникати крізь різні перешкоди: папір, дерево, скло, деякі метали, і навіть через людське тіло. Незважаючи на відсутність розуміння самої природи того, що відбувається, викликане таке явище генерацією потоку невідомих частинок або хвилями, була відзначена наступна закономірність - випромінювання легко проходить через м'які тканиниорганізму, і набагато важче крізь тверді живі тканини та неживі речовини.

Рентген був не першим, хто вивчав подібне явище. У середині XIX століття подібні можливості вивчав француз Антуан Масон і англієць Вільям Крукс. Тим не менш, саме Рентген першим винайшов катодну трубку та індикатор, який можна було застосувати у медицині. Він першим опублікував наукова праця, який приніс йому звання першого нобелівського лауреатасеред фізиків.

У 1901 році почалося плідне співробітництво трьох вчених, які стали батьками-засновниками радіології та рентгенології.

Властивості рентгенівського випромінювання

Рентгенівські промені – це складова частиназагального діапазону електромагнітного випромінювання. Довжина хвилі розташована між гамма- та ультрафіолетовим променями. Для Х-променів характерні всі типові хвильові характеристики:

• дифракція;
• заломлення;
• інтерференція;
• швидкість поширення (вона дорівнює світловий).

Для штучного генерування потоку рентгенівських променів застосовують спеціальні прилади – трубки рентгенівські. Рентген-випромінювання виникає через контакт швидких електронів вольфраму з речовинами, що випаровуються з розжареного анода. На тлі взаємодії виникають електромагнітні хвилімалої довжини, що у спектрі від 100 до 0,01 нм й у енергетичному діапазоні 100-0,1 МеВ. Якщо довжина хвилі променів менше ніж 0,2 нм – це жорстке випромінювання, якщо довжина хвилі більша за вказану величину, їх називають м'якими рентгенівськими променями.

Показово те, що кінетична енергія, що виникає від дотику електронів та анодної речовини, на 99% перетворюється на енергію тепла і лише 1% є Х-променями.

Рентгенівське випромінювання – гальмівне та характеристичне

Х-випромінювання є накладенням двох видів променів – гальмівних і характеристичних. Вони генеруються у трубці одночасно. Тому опромінення рентгеном і характеристика кожної конкретної рентгенівської трубки – спектр її випромінювання залежить від цих показників і є їх накладенням.

Гальмівне або безперервне рентгенівське проміння – це результат гальмування електронів, що випаровуються з вольфрамової спіралі.

Характеристичні чи лінійчасті промені рентгена утворюються на момент перебудови атомів речовини анода рентгенівської трубки. Довжина хвилі характеристичних променів безпосередньо залежить від атомного номера хімічного елемента, що використовується виготовлення анода трубки.

Перелічені властивості рентгенівських променів дозволяють застосовувати їх на практиці:

• невидимість для простого погляду;
• висока проникаюча здатність крізь живі тканини та неживі матеріали, які не пропускають промені видимого спектру;
• іонізаційний вплив на молекулярні структури.

Принципи отримання рентген-зображення

Властивості рентгенівських променів, на яких ґрунтується отримання зображення – це здатність або розкладати, або викликати свічення деяких речовин.

Рентген опромінення викликає флуоресцентне світіння у сульфідів кадмію та цинку – зеленим, а у вольфрамату кальцію – блакитним кольором. Ця властивість використовується у методиці медичного рентгенологічного просвічування, а також підвищує функціональність рентгенологічних екранів.

Фотохімічна дія рентгенівських променів на світлочутливі галогенсрібні матеріали (засвічування) дозволяє здійснювати діагностику – робити рентгенологічні знімки. Ця властивість також використовується при вимірі сумарної дози, яку отримують лаборанти в рентген-кабінетах. У натільних дозиметрах вставлені спеціальні чутливі стрічки та індикатори. Іонізуюча дія рентгенівського випромінювання дозволяє визначати і якісну характеристику одержаних рентген-променів.

Одноразове опромінення при виконанні звичайної рентгенографії підвищує ризик виникнення раку лише на 0,001%.

Області, де застосовують рентгенівське випромінювання

Застосування рентгенівських променів припустимо у таких галузях:

1. Безпека. Стаціонарні та переносні прилади для виявлення небезпечних та заборонених предметів в аеропортах, митницях або у місцях великого скупчення людей.
2. Хімічна промисловість, металургія, археологія, архітектура, будівництво, реставраційні роботи – для виявлення дефектів та проведення хімічного аналізуречовин.
3. Астрономія. Допомагає проводити спостереження за космічними тілами та явищами за допомогою рентгенівських телескопів.
4. Військова галузь. Розробка лазерної зброї.

Головне застосування рентгенівського випромінювання-медична сфера. Сьогодні до розділу медичної радіології входять: радіодіагностика, радіотерапія (рентгенотерапія), радіохірургія. Медичні виші випускають вузькопрофільних фахівців – лікарів-радіологів.

Х-випромінювання - шкода та користь, вплив на організм

Висока проникаюча здатність та іонізуюча дія рентгенівських променів може викликати зміну структури ДНК клітини, тому становить небезпеку для людини. Шкода від рентгенівського випромінювання прямо пропорційна отриманій дозі опромінення. Різні органи реагують на опромінення різною мірою. До сприйнятливих відносять:

• кістковий мозок та кісткова тканина;
• кришталик ока;
• щитовидна залоза;
• молочні та статеві залози;
• тканини легень.

Безконтрольне використання рентгенівського опромінення може стати причиною оборотних та незворотних патологій.

Наслідки рентгенівського опромінення:

• ураження кісткового мозку та виникнення патологій кровотворної системи – еритроцитопенії, тромбоцитопенії, лейкемії;
• пошкодження кришталика з подальшим розвитком катаракти;
• клітинні мутації, що передаються у спадок;
• розвиток онкологічних захворювань;
• одержання променевих опіків;
• розвиток променевої хвороби

Важливо! На відміну від радіоактивних речовин, рентгенівські промені не накопичуються в тканинах тіла, а це означає, що виводити рентгенівські промені з організму не потрібно. Шкідлива дія рентгенівського випромінювання закінчується разом із виключенням медичного приладу.

Застосування рентгенівського випромінювання у медицині припустимо у діагностичних (травматологія, стоматологія), а й у терапевтичних цілях:

• від рентгена в малих дозах стимулюється обмін речовин у живих клітинах та тканинах;
• певні граничні дози використовуються для лікування онкологічних та доброякісних новоутворень.

Способи діагностики патологій за допомогою Х-променів

Радіодіагностика включає такі методики:

1. Рентгеноскопія – дослідження, під час якого отримують зображення на флуоресцентному екрані як реального часу. Поряд із класичним отриманням зображення частини тіла в реальному часі сьогодні існують технології рентгенотелевізійного просвічування – зображення переноситься з флуоресцентного екрана на телевізійний монітор, що знаходиться в іншому приміщенні. Розроблено кілька цифрових способів обробки отриманого зображення з наступним перенесенням його з екрана на папір.
2. Флюорографія - найдешевший метод дослідження органів грудної клітки, що полягає у виготовленні зменшеного знімка 7х7 см. Незважаючи на ймовірність похибки, є єдиним способом щорічного масового обстеження населення. Метод не становить небезпеки та не вимагає виведення отриманої дози опромінення з організму.
3. Рентгенографія – отримання сумарного зображення на плівку чи папір уточнення форми органу, його становища чи тонусу. Може використовуватися для оцінки перистальтики та стану слизових оболонок. Якщо існує можливість вибору, то серед сучасних рентгенографічних приладів перевагу слід надавати ні цифровим апаратам, де потік х-променів може бути вищим, ніж у старих приладів, а малодозовим – рентген-апарати з прямими плоскими напівпровідниковими детекторами. Вони дозволяють знизити навантаження на організм у 4 рази.
4. Комп'ютерна рентгенівська томографія – методика, що використовує рентгенівські промені для отримання потрібної кількості знімків зрізів обраного органу. Серед безлічі різновидів сучасних апаратів КТ для серії повторних досліджень використовують низькодозні комп'ютерні томографи високої роздільної здатності.

Радіотерапія

Терапія за допомогою рентгенівських променів відноситься до методів місцевого лікування. Найчастіше метод використовується для знищення клітин ракових пухлин. Оскільки ефект впливу можна порівняти з хірургічним видаленням, цей метод лікування часто називають радіохірургією.

Сьогодні лікування х-променями проводиться такими способами:

1. Зовнішній (протонна терапія) – пучок випромінювання попадає на тіло пацієнта ззовні.
2. Внутрішній (брахіотерапія) – використання радіоактивних капсул шляхом їхньої імплантації в тіло, з приміщенням ближче до ракової пухлини. Недолік цього методу лікування полягає в тому, що поки капсулу не вилучать з організму, хворий потребує ізоляції.

Ці методи є щадними, а їх застосування краще хіміотерапії в ряді випадків. Така популярність пов'язана з тим, що промені не накопичуються і не вимагають виведення з організму, вони мають вибіркову дію, не впливаючи на інші клітини та тканини.

Безпечна норма опромінення Х-променями

Цей показник норми допустимого річного опромінення має свою назву – генетично значуща еквівалентна доза (ГЗД). Чітких кількісних значень цей показник немає.

1. Цей показник залежить від віку та бажання пацієнтом надалі мати дітей.
2. Залежить від того, які саме органи були піддані дослідженню або лікуванню.
3. На ГЗД впливає рівень природного фону радіоактивного регіону проживання людини.

Сьогодні дію такі середні нормативи ГЗД:

• рівень опромінення від усіх джерел, за винятком медичних, та без урахування природного фону радіації – 167 мБер на рік;
• норма для щорічного медичного обстеження – не вище 100 мБер на рік;
• сумарна безпечна величина – 392 мБер на рік.

Рентгенівське випромінювання не вимагає виведення з організму, і є небезпечним лише у разі інтенсивного та тривалого впливу. Сучасна медична апаратура використовує низькоенергетичне опромінення малої тривалості, тому застосування вважається відносно нешкідливим.

Рентгенологія - розділ радіології, що вивчає вплив на організм тварин і людини рентгенівського випромінювання, що виникають від цього захворювання, їх лікування та профілактику, а також методи діагностики різних патологій за допомогою рентгенівських променів (рентгенодіагностика). До складу типового рентгенодіагностичного апарату входить пристрій живлення (трансформатори), високовольтний випрямляч, що перетворює змінний струмелектричної мережі в постійний, пульт управління, штатив та рентгенівська трубка.

Рентгенівські промені - це вид електромагнітних коливань, які утворюються в рентгенівській трубці при різкому гальмуванні прискорених електронів у момент зіткнення з атомами речовини анода. В даний час загальновизнаною вважається точка зору, що рентгенівські промені за своєю фізичною природою є одним із видів променистої енергії, спектр яких включає також радіохвилі, інфрачервоні промені, видиме світло, ультрафіолетові промені та гамма-промені радіоактивних елементів. Рентгенівське випромінювання можна характеризувати як сукупність найменших частинок - квантів чи фотонів.

Мал. 1 - пересувний рентгенівський апарат:

A – рентгенівська трубка;
Б - живильне пристрій;
В – регульований штатив.

Мал. 2 - пульт управління рентгенівським апаратом (механічний - ліворуч та електронний - праворуч):

A - панель для регулювання експозиції та жорсткості;
Б - кнопка подачі високої напруги.

Мал. 3 - блок-схема типового рентгенапарату

1 – мережа;
2 – автотрансформатор;
3 - трансформатор, що підвищує;
4 – рентгенівська трубка;
5 – анод;
6 – катод;
7 - понижувальний трансформатор.

Механізм утворення рентгенівського випромінювання

Рентгенівські промені утворюються в останній момент зіткнення потоку прискорених електронів з речовиною анода. При взаємодії електронів з мішенню 99% їх кінетичної енергії перетворюється на теплову енергіюі лише 1% - у рентгенівське випромінювання.

Рентгенівська трубка складається зі скляного балона, в який впаяно 2 електроди: катод і анод. Зі скляного балона викачено повітря: рух електронів від катода до анода можливий лише в умовах відносного вакууму (10 -7 –10 -8 мм. рт. ст.). На катоді є нитка розжарення, що є щільно скрученою вольфрамовою спіраллю. При подачі електричного струмуна нитку розжарення відбувається електронна емісія, при якій електрони відокремлюються від спіралі і утворюють поряд з катодом електронну хмаринку. Ця хмарка концентрується у фокусуючої чашечки катода, що задає напрямок руху електронів. Чашка - невелике заглиблення в катоді. Анод, своєю чергою, містить вольфрамову металеву пластину, яку фокусуються електрони, - і є місце утворення рентгенівських променів.

Мал. 4 - пристрій рентгенівської трубки:

А – катод;
Б – анод;
В - вольфрамова нитка розжарення;
Г - фокусуюча чашка катода;
Д – потік прискорених електронів;
Е - вольфрамова мета;
Ж – скляна колба;
З – вікно з берилію;
І - утворені рентгенівські промені;
К – алюмінієвий фільтр.

До електронної трубки підключені 2 трансформатори: знижуючий і підвищуючий. Знижуючий трансформатор розжарює вольфрамову спіраль низькою напругою (5-15 вольт), у результаті виникає електронна емісія. Підвищуючий, або високовольтний трансформатор підходить безпосередньо до катода і анода, на які подається напруга 20-140 кіловольт. Обидва трансформатори поміщаються у високовольтний блок рентгенівського апарату, який наповнений трансформаторним маслом, що забезпечує охолодження трансформаторів та їх надійну ізоляцію.

Після того, як за допомогою понижуючого трансформатора утворилася електронна хмаринка, включається підвищуючий трансформатор, і на обидва полюси електричного ланцюга подається високовольтна напруга: позитивний імпульс - на анод, і негативний - на катод. Негативно заряджені електрони відштовхуються від негативно зарядженого катода і прагнуть позитивно зарядженого анода - за рахунок такої різниці потенціалів досягається висока швидкістьрухи – 100 тис. км/с. З цією швидкістю електрони бомбардують вольфрамову пластину анода, замикаючи електричний ланцюг, у результаті виникає рентгенівське випромінювання і теплова енергія.

Рентгенівське випромінювання поділяється на гальмівне та характеристичне. Гальмівне випромінювання виникає через різке уповільнення швидкості електронів, що випускаються вольфрамовою спіраллю. Характеристичне випромінювання виникає у момент перебудови електронних оболонок атомів. Обидва види утворюються в рентгенівській трубці в момент зіткнення прискорених електронів з атомами речовини анода. Спектр випромінювання рентгенівської трубки є накладенням гальмівного і характеристичного рентгенівських випромінювань.

Мал. 5 – принцип утворення гальмівного рентгенівського випромінювання.
Мал. 6 – принцип утворення характеристичного рентгенівського випромінювання.

Основні властивості рентгенівського випромінювання

1. Рентгенівські промені невидимі візуального сприйняття.
2. Рентгенівське випромінювання має велику проникаючу здатність крізь органи та тканини живого організму, а також щільні структури неживої природи, що не пропускають промені видимого світла.
3. Рентгенівські промені викликають свічення деяких хімічних сполук, зване флюоресценцією.

• Сульфіди цинку та кадмію флюоресцують жовто-зеленим кольором,
• Кристали вольфрамату кальцію – фіолетово-блакитним.

Рентгенівські промені мають фотохімічну дію: розкладають з'єднання срібла з галогенами і викликають почорніння фотографічних шарів, формуючи зображення на рентгенівському знімку.

Рентгенівські промені передають свою енергію атомам та молекулам навколишнього середовища, якою вони проходять, виявляючи іонізуючу дію.

Рентгенівське випромінювання має виражену біологічну дію в опромінених органах і тканинах: у невеликих дозах стимулює обмін речовин, у великих – може призвести до розвитку променевих уражень, а також гострої променевої хвороби. Біологічна властивістьдозволяє застосовувати рентгенівське випромінювання для лікування пухлинних та деяких непухлинних захворювань.

Шкала електромагнітних коливань

Рентгенівські промені мають певну довжину хвилі та частоту коливань. Довжина хвилі (λ) та частота коливань (ν) пов'язані співвідношенням: λ ν = c, де c – швидкість світла, округлено рівна 300 000 км в секунду. Енергія рентгенівських променів визначається формулою E = h ν, де h - постійна Планка, універсальна постійна, що дорівнює 6,626 10 -34 Дж⋅с. Довжина хвилі променів (λ) пов'язана з їх енергією (E) співвідношенням: λ = 12,4/E.

Рентгенівське випромінювання відрізняється від інших видів електромагнітних коливань довжиною хвилі (див. таблицю) та енергією кванта. Чим коротше довжина хвилі, тим вище її частота, енергія та здатність, що проникає. Довжина хвилі рентгенівського випромінювання знаходиться в інтервалі

. Змінюючи довжину хвилі рентгенівського випромінювання, можна регулювати його проникаючу здатність. Рентгенівські промені мають дуже малу довжину хвилі, але більшу частоту коливань, тому невидимі людським оком. Завдяки величезній енергії кванти мають велику проникаючу здатність, що є однією з головних властивостей, що забезпечують використання рентгенівського випромінювання в медицині та інших науках.

Характеристики рентгенівського випромінювання

Інтенсивність- кількісна характеристика рентгенівського випромінювання, що виражається кількістю променів, що випромінюються трубкою в одиницю часу. Інтенсивність рентгенівського випромінювання вимірюється в міліамперах. Порівнюючи її з інтенсивністю видимого світла від звичайної лампи розжарювання, можна провести аналогію: так, лампа на 20 Ватт світитиме з однією інтенсивністю, або силою, а лампа на 200 Ватт - з іншого, при цьому якість самого світла (його спектр) є однаковим . Інтенсивність рентгенівського випромінювання, власне, це його кількість. Кожен електрон створює на аноді один або кілька квантів випромінювання, отже кількість рентгенівських променів при експонуванні об'єкта регулюється шляхом зміни кількості електронів, що прагнуть аноду, і кількості взаємодій електронів з атомами вольфрамової мішені, що можна здійснити двома шляхами:

1. Змінюючи ступінь напруження спіралі катода за допомогою понижуючого трансформатора (кількість електронів, що утворюються при емісії, залежатиме від того, наскільки сильно розжарена спіраль вольфрамова, а кількість квантів випромінювання залежатиме від кількості електронів);
2. Змінюючи величину високої напруги, що підводиться підвищує трансформатором до полюсів трубки - кадоду і аноду (чим вище напруга подається на полюси трубки, тим більшу кінетичну енергію отримують електрони, які за рахунок своєї енергії можуть взаємодіяти з декількома атомами речовини анода по черзі - см.). рис. 5; електрони з низькою енергією зможуть вступити до меншої кількості взаємодій).

p align="justify"> Інтенсивність рентгенівського випромінювання (анодний струм), помножена на витримку (час роботи трубки), відповідає експозиції рентгенівського випромінювання, яка вимірюється в мАс (міліамперах в секунду). Експозиція - це параметр, який, як і інтенсивність, характеризує кількість променів, що випускаються рентгенівською трубкою. Різниця полягає лише в тому, що експозиція враховує ще й час роботи трубки (наприклад, якщо трубка працює 0,01 сек., то кількість променів буде одним, а якщо 0,02 сек, то кількість променів буде іншим - в два рази більше). Експозиція випромінювання встановлюється рентгенологом на контрольній панелі рентгенівського апарату залежно від виду дослідження, розмірів об'єкта, що досліджується, та діагностичного завдання.

Жорсткість- Якісна характеристика рентгенівського випромінювання. Вимірюється величиною високої напруги на трубці – у кіловольтах. Визначає проникаючу здатність рентгенівських променів. Регулюється величиною високої напруги, що підводиться до рентгенівської трубки трансформатором, що підвищує. Чим вище різниця потенціалів створюється на електродах трубки, тим з більшою силою електрони відштовхуються від катода і прагнуть аноду і тим сильніше їх зіткнення з анодом. Чим сильніше їх зіткнення, тим коротше довжина хвилі у рентгенівського випромінювання і вище проникаюча здатність даної хвилі (або жорсткість випромінювання, яка, так само як і інтенсивність, регулюється на контрольній панелі параметром напругою на трубці - кіловольтажем).

Мал. 7 - Залежність довжини хвилі від енергії хвилі:

λ - довжина хвилі;
E – енергія хвилі

• Чим вище кінетична енергія електронів, що рухаються, тим сильніше їх удар об анод і менше довжина хвилі утворюється рентгенівського випромінювання. Рентгенівське випромінювання з великою довжиною хвилі та малою проникаючою здатністю називається «м'яким», з малою довжиною хвилі та високою проникаючою здатністю – «жорстким».

Мал. 8 - Співвідношення напруги на рентгенівській трубці і довжини хвилі рентгенівського випромінювання, що утворюється:

• Чим вище напруга подається на полюси трубки, тим сильніше на них виникає різниця потенціалів, отже, кінетична енергія електронів, що рухаються, буде вищою. Напруга на трубці визначає швидкість руху електронів і силу їх зіткнення з речовиною анода, отже, напруга визначає довжину хвилі рентгенівського випромінювання.

Класифікація рентгенівських трубок

1. За призначенням
1. Діагностичні
2. Терапевтичні
3. Для структурного аналізу
4. Для просвічування
2. За конструкцією
1. За фокусністю

• Однофокусні (на катоді одна спіраль, а на аноді одна фокусна пляма)
• Двофокусні (на катоді дві спіралі різного розміру, а на аноді дві фокусні плями)

1. За типом анода

• Стаціонарний (нерухомий)
• Обертовий

Рентгенівські промені застосовуються у рентгенодіагностичних цілях, а й у терапевтичних. Як було зазначено вище, здатність рентгенівського випромінювання пригнічувати зростання пухлинних клітин дозволяє використовувати його в променевій терапії онкологічних захворювань. Крім медичної сфери застосування, рентгенівське випромінювання знайшло широке застосуванняв інженерно-технічній сфері, матеріалознавстві, кристалографії, хімії та біохімії: так, наприклад, можливе виявлення структурних дефектів у різних виробах (рейках, зварювальних швах та ін.) за допомогою рентгенівського випромінювання. Вигляд такого дослідження називається дефектоскопією. А в аеропортах, на вокзалах та інших місцях масового скупчення людей активно застосовуються рентгенотелевізійні інтроскопи для просвічування ручної поклажі та багажу з метою безпеки.

Залежно від типу анода рентгенівські трубки розрізняються по конструкції. Через те, що 99% кінетичної енергії електронів перетворюється на теплову енергію, під час роботи трубки відбувається значне нагрівання анода - чутлива вольфрамова мета часто згоряє. Охолодження анода здійснюється у сучасних рентгенівських трубках за допомогою його обертання. Анод, що обертається, має форму диска, який розподіляє тепло по всій своїй поверхні рівномірно, перешкоджаючи локальному перегріву вольфрамової мішені.

Конструкція рентгенівських трубоквідрізняється також за фокусністю. Фокусна пляма - ділянка анода, на якій відбувається генерування робочого пучка рентгенівського випромінювання. Поділяється на реальну фокусну пляму та ефективну фокусну пляму ( рис. 12). Через те, що анод розташований під кутом, ефективна фокусна пляма менша, ніж реальна. Різні розміри фокусної плями використовуються залежно від розміру області знімка. Чим більша область знімка, тим ширше має бути фокусна пляма, щоб покрити всю площу знімка. Однак менша фокусна пляма формує кращу чіткість зображення. Тому при виробництві невеликих знімків використовується коротка нитка розжарення і електрони спрямовуються на невелику область мішені анода, створюючи меншу фокусну пляму.

Мал. 9 – рентгенівська трубка зі стаціонарним анодом.
Мал. 10 - рентгенівська трубка з анодом, що обертається.
Мал. 11 - пристрій рентгенівської трубки з анодом, що обертається.
Мал. 12 - схема освіти реальної та ефективної фокусної плями.

Рентгенівське випромінювання, невидиме випромінювання, здатне проникати, хоч і по-різному, у всі речовини. Є електромагнітним випромінюванням з довжиною хвилі порядку 10-8 см.

Як і видиме світло, рентгенівське випромінювання викликає почорніння фотоплівки. Ця його властивість має важливе значення для медицини, промисловості та наукових досліджень. Проходячи крізь досліджуваний об'єкт і падаючи на фотоплівку, рентгенівське випромінювання зображує на ній його внутрішню структуру. Оскільки проникаюча здатність рентгенівського випромінювання різна для різних матеріалів, менш прозорі для нього частини об'єкта дають світліші ділянки на фотознімку, ніж ті, через які випромінювання добре проникає. Так, кісткові тканини менш прозорі для рентгенівського випромінювання, ніж тканини, з яких складається шкіра. внутрішні органи. Тому на рентгенограмі кістки позначаться як світліші ділянки і прозоріше для випромінювання місце перелому може бути досить легко виявлено. Рентгенівська зйомка використовується також у стоматології для виявлення карієсу та абсцесів у корінні зубів, а також у промисловості для виявлення тріщин у лиття, пластмасах та гумах.

Рентгенівське випромінювання використовується в хімії для аналізу сполук та у фізиці для дослідження структури кристалів. Пучок рентгенівського випромінювання, проходячи через хімічну сполуку, викликає характерне вторинне випромінювання, спектроскопічний аналіз якого дозволяє хіміку встановити склад сполуки. При падінні на кристалічну речовину пучок рентгенівських променів розсіюється атомами кристала, даючи чітку правильну картину плям і смуг на фотопластинці, що дозволяє встановити внутрішню структуру кристала.

Застосування рентгенівського випромінювання при лікуванні раку ґрунтується на тому, що воно вбиває ракові клітини. Однак воно може вплинути і на нормальні клітини. Тому при такому використанні рентгенівського випромінювання повинна бути дотримана крайня обережність.

Отримання рентгенівського випромінювання

Рентгенівське випромінювання виникає при взаємодії електронів, що рухаються з більшими швидкостями, з речовиною. Коли електрони стикаються з атомами будь-якої речовини, вони швидко втрачають свою кінетичну енергію. При цьому більша її частина переходить у тепло, а невелика частка, зазвичай менше 1%, перетворюється на енергію рентгенівського випромінювання. Ця енергія вивільняється у формі квантів - частинок, званих фотонами, які мають енергію, але маса спокою яких дорівнює нулю. Рентгенівські фотони відрізняються своєю енергією, обернено пропорційною їх довжині хвилі. При звичайному способіотримання рентгенівського випромінювання одержують широкий діапазон довжин хвиль, який називають рентгенівським спектром

Рентгенівські трубки. Щоб отримувати рентгенівське випромінювання з допомогою взаємодії електронів з речовиною, необхідно мати джерело електронів, засоби прискорення до високих швидкостей і мета, здатну витримувати електронну бомбардування і давати рентгенівське випромінювання необхідної інтенсивності. Пристрій, де все це є, називається рентгенівською трубкою. Ранні дослідники користувалися "глибоко вакуумованими" трубками типу сучасних газорозрядних. Вакуум у них був не дуже високий.

У газорозрядних трубках міститься невелика кількість газу, і коли на електроди трубки подається велика різниця потенціалів, атоми газу перетворюються на позитивні та негативні іони. Позитивні рухаються до негативного електрода (катода) і, падаючи на нього, вибивають з нього електрони, а вони, у свою чергу, рухаються до позитивного електрода (анода) і, бомбардуючи його, створюють потік рентгенівських фотонів.

У сучасній рентгенівській трубці, розробленій Куліджем (рис. 11), джерелом електронів є вольфрамовий катод, що нагрівається до високої температури.

Мал. 11.

Електрони прискорюються до великих швидкостей високою різницею потенціалів між анодом (або антикатодом) та катодом. Оскільки електрони мають досягти анода без зіткнень з атомами, необхідний дуже високий вакуум, для чого потрібно добре відкачати трубку. Цим також знижуються ймовірність іонізації атомів газу, що залишилися, і зумовлені нею побічні струми.

При бомбардуванні електронами вольфрамовий антикатод випромінює характеристичне рентгенівське випромінювання. Поперечний переріз рентгенівського пучка менше реально опромінюваної площі. 1 – електронний пучок; 2 - катод з фокусуючим електродом; 3 – скляна оболонка (трубка); 4 - вольфрамова мета (антикатод); 5 - нитка розжарення катода; 6 - реально опромінена площа; 7 - ефективна фокальна пляма; 8 – мідний анод; 9 – вікно; 10 – розсіяне рентгенівське випромінювання.

Електрони фокусуються на аноді за допомогою електрода особливої ​​форми, що оточує катод. Цей електрод називається фокусуючим і разом із катодом утворює "електронний прожектор" трубки. Анод, що піддається електронному бомбардуванню, повинен бути виготовлений з тугоплавкого матеріалу, оскільки більша частина кінетичної енергії бомбардуючих електронів перетворюється на тепло. З іншого боку, бажано, щоб анод був із матеріалу з великим атомним номером, т.к. Вихід рентгенівського випромінювання зростає зі збільшенням атомного номера. В якості матеріалу анода найчастіше вибирається вольфрам, атомний номер якого дорівнює 74. Конструкція рентгенівських трубок може бути різною залежно від умов застосування та вимог.