radiații cu raze X, din punct de vedere al fizicii, aceasta este radiația electromagnetică, a cărei lungime de undă variază în intervalul de la 0,001 la 50 nanometri. A fost descoperit în 1895 de către fizicianul german W.K. Roentgen.

Prin natura lor, aceste raze sunt legate de ultravioletele solare. Undele radio sunt cele mai lungi din spectru. Ele sunt urmate de lumina infrarosu, pe care ochii nostri nu o percep, dar o simtim ca pe caldura. Urmează razele de la roșu la violet. Apoi - ultraviolete (A, B și C). Și chiar în spatele ei sunt razele X și razele gamma.

Razele X pot fi obținute în două moduri: prin decelerare a materiei particulelor încărcate care trec prin ea și prin trecerea electronilor din straturile superioare la cele interne atunci când se eliberează energie.

Spre deosebire de lumina vizibilă, aceste raze sunt foarte lungi, astfel încât sunt capabile să pătrundă în materialele opace fără a fi reflectate, refractate sau acumulate în ele.

Bremsstrahlung este mai ușor de obținut. Particulele încărcate emit radiații electromagnetice la frânare. Cu cât accelerația acestor particule este mai mare și, în consecință, cu cât decelerația este mai accentuată, cu atât se produc mai multe raze X, iar lungimea de undă devine mai scurtă. În cele mai multe cazuri, în practică, ele recurg la generarea de raze în procesul de decelerare a electronilor din solide. Acest lucru vă permite să controlați sursa acestei radiații, evitând pericolul expunerii la radiații, deoarece atunci când sursa este oprită, emisia de raze X dispare complet.

Cea mai comună sursă de astfel de radiații - Radiația emisă de aceasta este neomogenă. Conține atât radiații moi (unde lungi) cât și dure (unde scurte). Cel moale se caracterizează prin faptul că este complet absorbit de corpul uman, prin urmare o astfel de radiație cu raze X dăunează de două ori mai mult decât cea dura. Cu radiații electromagnetice excesive în țesuturile corpului uman, ionizarea poate deteriora celulele și ADN-ul.

Tubul este cu doi electrozi - un catod negativ și un anod pozitiv. Când catodul este încălzit, electronii se evaporă din el, apoi sunt accelerați într-un câmp electric. Ciocnind cu materia solidă a anozilor, aceștia încep decelerația, care este însoțită de emisia de radiații electromagnetice.

Radiațiile cu raze X, ale căror proprietăți sunt utilizate pe scară largă în medicină, se bazează pe obținerea unei imagini în umbră a obiectului studiat pe un ecran sensibil. Dacă organul diagnosticat este iluminat cu un fascicul de raze paralele între ele, atunci proiecția umbrelor din acest organ va fi transmisă fără distorsiuni (proporțional). În practică, sursa de radiații seamănă mai mult cu o sursă punctuală, deci este situată la distanță de persoană și de ecran.

Pentru a primi o persoană este plasată între tubul cu raze X și ecran sau film, acționând ca receptori de radiații. Ca urmare a iradierii, osul și alte țesuturi dense apar în imagine ca umbre clare, arată mai mult contrast pe fundalul unor zone mai puțin expresive care transmit țesuturi cu mai puțină absorbție. La radiografii, o persoană devine „translucidă”.

Pe măsură ce razele X se propagă, ele pot fi împrăștiate și absorbite. Înainte de absorbție, razele pot călători sute de metri în aer. În materie densă, acestea sunt absorbite mult mai repede. Țesuturile biologice umane sunt eterogene, astfel încât absorbția lor de raze depinde de densitatea țesutului organelor. absoarbe razele mai repede decât țesuturile moi, deoarece conține substanțe care au numere atomice mari. Fotonii (particulele individuale de raze) sunt absorbiți de diferite țesuturi ale corpului uman în moduri diferite, ceea ce face posibilă obținerea unei imagini de contrast folosind raze X.

Radiațiile cu raze X joacă un rol imens în medicina modernă; istoria descoperirii razelor X datează din secolul al XIX-lea.

Razele X sunt undele electromagnetice, care se formează cu participarea electronilor. Cu o accelerare puternică a particulelor încărcate, sunt create raze X artificiale. Trece prin echipamente speciale:

  • acceleratori de particule.

Istoria descoperirilor

Aceste raze au fost inventate în 1895 de omul de știință german Roentgen: în timp ce lucra cu un tub catodic, el a descoperit efectul de fluorescență al cianurii de bariu platină. Apoi a fost o descriere a unor astfel de raze și a capacității lor uimitoare de a pătrunde în țesuturile corpului. Razele au început să fie numite raze X (raze X). Mai târziu, în Rusia, au început să fie numite cu raze X.

Razele X sunt capabile să pătrundă chiar și prin pereți. Așa că Roentgen și-a dat seama ce făcuse cea mai mare descoperireîn medicină. Din acel moment au început să se formeze secțiuni separate în știință, cum ar fi radiologia și radiologia.

Razele sunt capabile să pătrundă în țesuturile moi, dar sunt întârziate, lungimea lor este determinată de obstacolul unei suprafețe dure. țesut moale în corpul uman este pielea, iar cele dure sunt oasele. În 1901, omul de știință a primit Premiul Nobel.

Cu toate acestea, chiar înainte de descoperirea lui Wilhelm Conrad Roentgen, alți oameni de știință au fost, de asemenea, interesați de un subiect similar. În 1853, fizicianul francez Antoine-Philiber Mason a studiat o descărcare de înaltă tensiune între electrozi dintr-un tub de sticlă. Gazul conținut în el la presiune scăzută a început să emită o strălucire roșiatică. Pomparea excesului de gaz din tub a dus la degradarea strălucirii într-o secvență complexă de straturi luminoase individuale, a căror nuanță depindea de cantitatea de gaz.

În 1878, William Crookes (fizician englez) a sugerat că fluorescența are loc datorită impactului razelor asupra suprafeței de sticlă a tubului. Dar toate aceste studii nu au fost publicate nicăieri, așa că Roentgen nu știa despre astfel de descoperiri. După publicarea descoperirilor sale în 1895 în jurnal stiintific, unde omul de știință a scris că toate corpurile sunt transparente la aceste raze, deși într-o măsură foarte diferită, alți oameni de știință au devenit interesați de experimente similare. Ei au confirmat invenția lui Roentgen și a început dezvoltarea și îmbunătățirea ulterioară a razelor X.

Wilhelm Roentgen însuși a publicat încă două munca stiintifica pe tema radiografiilor în 1896 și 1897, după care a început și alte activități. Astfel, mai mulți oameni de știință au inventat, dar Roentgen a fost cel care a publicat lucrări științifice pe acest subiect.


Principii imagistice

Caracteristicile acestei radiații sunt determinate de însăși natura aspectului lor. Radiația apare din cauza unei unde electromagnetice. Principalele sale proprietăți includ:

  1. Reflecţie. Dacă unda lovește suprafața perpendicular, nu va fi reflectată. În unele situații, un diamant are proprietatea de reflexie.
  2. Capacitatea de a pătrunde în țesut. În plus, razele pot trece prin suprafețe opace ale materialelor precum lemn, hârtie și altele asemenea.
  3. absorbanta. Absorbția depinde de densitatea materialului: cu cât este mai dens, cu atât mai multe razele X îl absorb.
  4. Unele substanțe fluoresc, adică strălucesc. Imediat ce radiația se oprește, și strălucirea dispare. Dacă continuă după încetarea acțiunii razelor, atunci acest efect se numește fosforescență.
  5. Razele X pot ilumina filmul fotografic, la fel ca lumina vizibilă.
  6. Dacă fasciculul a trecut prin aer, atunci are loc ionizarea în atmosferă. Această stare se numește conductivă electric și este determinată folosind un dozimetru, care stabilește rata de dozare a radiațiilor.

Radiația - rău și beneficiu

Când a fost făcută descoperirea, fizicianul Roentgen nici nu și-a putut imagina cât de periculoasă era invenția sa. Pe vremuri, toate dispozitivele care produceau radiații erau departe de a fi perfecte și, ca urmare, se obțineau doze mari de raze emise. Oamenii nu au înțeles pericolele unor astfel de radiații. Deși unii oameni de știință chiar și atunci au prezentat versiuni despre pericolele razelor X.


Razele X, care pătrund în țesuturi, au un efect biologic asupra lor. Unitatea de măsură a dozei de radiație este roentgen pe oră. Influența principală este asupra atomilor ionizanți care se află în interiorul țesuturilor. Aceste raze acționează direct asupra structurii ADN-ului unei celule vii. Consecințele radiațiilor necontrolate includ:

  • mutație celulară;
  • apariția tumorilor;
  • arsuri prin radiații;
  • boala de radiatii.

Contraindicații pentru examinarea cu raze X:

  1. Pacienții sunt în stare critică.
  2. Perioada de sarcină din cauza efectelor negative asupra fătului.
  3. Pacienți cu sângerare sau pneumotorax deschis.

Cum funcționează razele X și unde sunt utilizate

  1. În medicină. Diagnosticarea cu raze X este utilizată pentru țesuturile vii translucide pentru a identifica anumite tulburări din organism. Terapia cu raze X se efectuează pentru a elimina formațiunile tumorale.
  2. În știință. Sunt dezvăluite structura substanțelor și natura razelor X. Aceste probleme sunt tratate de științe precum chimia, biochimia, cristalografia.
  3. În industrie. Pentru a detecta încălcări în produsele metalice.
  4. Pentru siguranța populației. Fazele de raze X sunt instalate în aeroporturi și în alte locuri publice pentru a scana bagajele.


Utilizarea medicală a radiațiilor cu raze X. Razele X sunt utilizate pe scară largă în medicină și stomatologie în următoarele scopuri:

  1. Pentru diagnosticarea bolilor.
  2. Pentru monitorizarea proceselor metabolice.
  3. Pentru tratarea multor boli.

Utilizarea razelor X în scopuri medicale

Pe lângă detectarea fracturilor osoase, razele X sunt utilizate pe scară largă în scopuri medicinale. Aplicarea specializată a razelor X este de a atinge următoarele obiective:

  1. Pentru a distruge celulele canceroase.
  2. Pentru a reduce dimensiunea tumorii.
  3. Pentru a reduce durerea.

De exemplu, iodul radioactiv, folosit în bolile endocrinologice, este utilizat în mod activ în cancerul tiroidian, ajutând astfel mulți oameni să scape de această boală. boală cumplită. În prezent, pentru a diagnostica boli complexe, razele X sunt conectate la computere, drept urmare, apar cele mai recente metode de cercetare, precum tomografia axială computerizată.

Aceste scanări oferă medicilor imagini color care arată organe interne persoană. Pentru a detecta activitatea organelor interne, este suficientă o doză mică de radiații. Razele X sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în fizioterapie.


Proprietățile de bază ale razelor X

  1. capacitate de penetrare. Toate corpurile sunt transparente la radiografie, iar gradul de transparență depinde de grosimea corpului. Datorită acestei proprietăți, fasciculul a început să fie utilizat în medicină pentru a detecta funcționarea organelor, prezența fracturilor și corpuri străineîn organism.
  2. Ele sunt capabile să provoace strălucirea unor obiecte. De exemplu, dacă bariu și platină sunt aplicate pe carton, atunci, după ce a trecut prin scanarea fasciculului, acesta va străluci galben-verzui. Dacă vă plasați mâna între tubul cu raze X și ecran, atunci lumina va pătrunde mai mult în os decât în ​​țesut, astfel încât țesutul osos va străluci cel mai puternic pe ecran, iar țesutul muscular va fi mai puțin luminos.
  3. Acțiune pe film. Razele X pot, la fel ca lumina, să întunece filmul, ceea ce face posibilă fotografiarea părții umbrite care se obține atunci când obiectele sunt examinate cu raze X.
  4. Razele X pot ioniza gazele. Acest lucru face posibilă nu numai găsirea razelor, ci și dezvăluirea intensității acestora prin măsurarea curentului de ionizare din gaz.
  5. Au un efect biochimic asupra organismului ființelor vii. Datorită acestei proprietăți, razele X și-au găsit aplicația largă în medicină: le pot trata pe ambele boli de pieleși boli ale organelor interne. În acest caz, se selectează doza dorită de radiație și durata razelor. Utilizarea prelungită și excesivă a unui astfel de tratament este foarte dăunătoare și dăunătoare organismului.

Consecința utilizării razelor X a fost salvarea multora vieți umane. Raze X ajută nu numai la diagnosticarea bolii în timp util, metodele de tratament care utilizează radioterapie scutesc pacienții de diferite patologii, de la hiperfuncția glandei tiroide la tumorile maligne ale țesuturilor osoase.

Radiația cu raze X (sinonim cu raze X) are o gamă largă de lungimi de undă (de la 8·10 -6 la 10 -12 cm). Radiația cu raze X apare atunci când particulele încărcate, cel mai adesea electroni, decelerează în câmpul electric al atomilor unei substanțe. Quantele rezultate au energii diferite și formează un spectru continuu. Energia maximă a fotonului într-un astfel de spectru este egală cu energia electronilor incidenti. În (vezi) energia maximă a cuantelor de raze X, exprimată în kiloelectron-volți, este numeric egală cu mărimea tensiunii aplicate tubului, exprimată în kilovolți. Când trec printr-o substanță, razele X interacționează cu electronii atomilor acesteia. Pentru cuante de raze X cu energii de până la 100 keV, cel mai caracteristic tip de interacțiune este efectul fotoelectric. Ca rezultat al unei astfel de interacțiuni, energia cuantică este cheltuită complet pentru a scoate un electron din învelișul atomic și pentru a-i oferi energie cinetică. Odată cu creșterea energiei unui cuantum de raze X, probabilitatea efectului fotoelectric scade și procesul de împrăștiere a cuantelor pe electronii liberi devine predominant - așa-numitul efect Compton. Ca urmare a unei astfel de interacțiuni, se formează și un electron secundar și, în plus, o cuantică zboară cu o energie mai mică decât energia cuantei primare. Dacă energia unui cuantum de raze X depășește un megaelectron-volt, poate apărea un așa-numit efect de împerechere, în care se formează un electron și un pozitron (vezi). În consecință, la trecerea printr-o substanță, energia radiației cu raze X scade, adică intensitatea acesteia scade. Deoarece cuantele cu energie scăzută sunt mai susceptibile de a fi absorbite în acest caz, radiația de raze X este îmbogățită cu cuante de energie mai mare. Această proprietate a radiației cu raze X este utilizată pentru a crește energia medie a cuantelor, adică pentru a crește rigiditatea acesteia. O creștere a durității radiațiilor cu raze X se realizează folosind filtre speciale (vezi). Radiația cu raze X este utilizată pentru diagnosticarea cu raze X (vezi) și (vezi). Vezi și radiații ionizante.

Radiație cu raze X (sinonim: raze X, raze X) - radiație electromagnetică cuantică cu o lungime de undă de 250 până la 0,025 A (sau cuante de energie de la 5 10 -2 la 5 10 2 keV). În 1895, a fost descoperit de V.K. Roentgen. Regiunea spectrală a radiațiilor electromagnetice adiacentă razelor X, ale căror cuante de energie depășesc 500 keV, se numește radiație gamma (vezi); radiația, ale cărei quante de energie sunt sub 0,05 keV, este radiație ultravioletă (vezi).

Astfel, reprezentând o parte relativ mică din spectrul vast de radiații electromagnetice, care include atât unde radio, cât și lumina vizibilă, radiația de raze X, ca orice radiație electromagnetică, se propagă cu viteza luminii (aproximativ 300 mii km/s în vid). ) și se caracterizează printr-o lungime de undă λ (distanța pe care se propagă radiația într-o perioadă de oscilație). Radiația de raze X are și o serie de alte proprietăți de undă (refracție, interferență, difracție), dar este mult mai dificil de observat decât pentru radiația cu lungime de undă mai mare: lumină vizibilă, unde radio.

Spectre de raze X: a1 - spectru bremsstrahlung continuu la 310 kV; a - spectru bremsstrahlung continuu la 250 kV, a1 - spectru filtrat cu 1 mm Cu, a2 - spectru filtrat cu 2 mm Cu, b - seria K a liniei de tungsten.

Pentru a genera raze X, se folosesc tuburi cu raze X (vezi), în care radiația apare atunci când electronii rapizi interacționează cu atomii substanței anodice. Există două tipuri de raze X: bremsstrahlung și caracteristice. Radiația de raze X Bremsstrahlung, care are un spectru continuu, este similară cu lumina albă obișnuită. Distribuția intensității în funcție de lungimea de undă (Fig.) este reprezentată de o curbă cu un maxim; în direcția undelor lungi, curba cade ușor, iar în direcția undelor scurte, se rupe abrupt și se rupe la o anumită lungime de undă (λ0), numită limita de lungime de undă scurtă a spectrului continuu. Valoarea lui λ0 este invers proporțională cu tensiunea de pe tub. Bremsstrahlungul apare din interacțiunea electronilor rapizi cu nucleele atomice. Intensitatea bremsstrahlung este direct proporțională cu puterea curentului anodului, pătratul tensiunii tubului și numărul atomic (Z) al materialului anodului.

Dacă energia electronilor accelerați în tubul cu raze X depășește valoarea critică pentru substanța anodică (această energie este determinată de tensiunea tubului Vcr, care este critică pentru această substanță), atunci apare radiația caracteristică. Spectrul caracteristic este linia, liniile sale spectrale formează o serie, notate cu literele K, L, M, N.

Seria K este cea mai scurtă lungime de undă, seria L are lungimea de undă mai mare, seria M și N se observă numai în elemente grele (Vcr de wolfram pentru seria K este de 69,3 kv, pentru seria L - 12,1 kv). Radiația caracteristică apare după cum urmează. Electronii rapizi scot electronii atomici din învelișurile interioare. Atomul este excitat și apoi revine la starea fundamentală. În acest caz, electronii din învelișurile exterioare, mai puțin legate umple spațiile libere în învelișurile interioare, și sunt emiși fotoni de radiație caracteristică cu o energie egală cu diferența dintre energiile atomului în stările excitate și fundamentale. Această diferență (și deci energia fotonului) are o anumită valoare, caracteristică fiecărui element. Acest fenomen stă la baza analizei spectrale cu raze X a elementelor. Figura arată spectrul de linii de wolfram pe fundalul unui spectru continuu de bremsstrahlung.

Energia electronilor accelerați în tubul de raze X este convertită aproape în întregime în energie termică (anodul este puternic încălzit în acest caz), doar o parte nesemnificativă (aproximativ 1% la o tensiune apropiată de 100 kV) este convertită în energie bremsstrahlung. .

Utilizarea razelor X în medicină se bazează pe legile absorbției razelor X de către materie. Absorbția razelor X este complet independentă de proprietățile optice ale materialului absorbant. Sticla cu plumb incoloră și transparentă folosită pentru a proteja personalul din camerele cu raze X absoarbe razele X aproape complet. În schimb, o foaie de hârtie care nu este transparentă la lumină nu atenuează razele X.

Intensitatea unui fascicul de raze X omogen (adică o anumită lungime de undă), când trece printr-un strat absorbant, scade conform unei legi exponențiale (e-x), unde e este baza logaritmilor naturali (2.718), iar exponentul x este egal cu produsul coeficientului de atenuare a masei (μ / p) cm 2 /g per grosimea absorbantului în g / cm 2 (aici p este densitatea substanței în g / cm 3). Razele X sunt atenuate atât prin împrăștiere, cât și prin absorbție. În consecință, coeficientul de atenuare a masei este suma coeficienților de absorbție a masei și de împrăștiere. Coeficientul de absorbție în masă crește brusc odată cu creșterea numărului atomic (Z) al absorbantului (proporțional cu Z3 sau Z5) și cu creșterea lungimii de undă (proporțional cu λ3). Această dependență de lungimea de undă se observă în cadrul benzilor de absorbție, la limitele cărora coeficientul prezintă salturi.

Coeficientul de împrăștiere a masei crește odată cu creșterea numărului atomic al substanței. Pentru λ≥0,3Å coeficientul de împrăștiere nu depinde de lungimea de undă, pentru λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

Scăderea coeficienților de absorbție și împrăștiere cu scăderea lungimii de undă determină o creștere a puterii de penetrare a razelor X. Coeficientul de absorbție în masă pentru oase [absorbția se datorează în principal Ca 3 (PO 4) 2 ] este de aproape 70 de ori mai mare decât pentru țesuturile moi, unde absorbția se datorează în principal apei. Așa se explică de ce umbra oaselor iese atât de clar pe radiografii pe fundalul țesuturilor moi.

Propagarea unui fascicul neomogen de raze X prin orice mediu, împreună cu o scădere a intensității, este însoțită de o modificare a compoziției spectrale, o modificare a calității radiației: partea de undă lungă a spectrului este absorbită la într-o măsură mai mare decât partea cu undă scurtă, radiația devine mai uniformă. Filtrarea părții cu lungime de undă lungă a spectrului face posibilă îmbunătățirea raportului dintre dozele profunde și cele de suprafață în timpul terapiei cu raze X a focarelor situate adânc în corpul uman (vezi filtrele cu raze X). Pentru a caracteriza calitatea unui fascicul de raze X neomogen, se folosește conceptul de „strat de atenuare jumătate (L)” - un strat al unei substanțe care atenuează radiația la jumătate. Grosimea acestui strat depinde de tensiunea de pe tub, de grosimea și materialul filtrului. Celofanul (până la o energie de 12 keV), aluminiul (20-100 keV), cuprul (60-300 keV), plumbul și cuprul (>300 keV) sunt utilizate pentru măsurarea straturilor de jumătate de atenuare. Pentru razele X generate la tensiuni de 80-120 kV, 1 mm de cupru este echivalent ca capacitate de filtrare cu 26 mm de aluminiu, 1 mm de plumb este echivalent cu 50,9 mm de aluminiu.

Absorbția și împrăștierea razelor X se datorează proprietăților sale corpusculare; Razele X interacționează cu atomii ca un flux de corpusculi (particule) - fotoni, fiecare dintre care are o anumită energie (invers proporțională cu lungimea de undă a razelor X). Intervalul de energie al fotonilor cu raze X este de 0,05-500 keV.

Absorbția radiațiilor X se datorează efectului fotoelectric: absorbția unui foton de către învelișul electronului este însoțită de ejecția unui electron. Atomul este excitat și, revenind la starea fundamentală, emite radiații caracteristice. Fotoelectronul emis duce toată energia fotonului (minus energia de legare a electronului din atom).

Difuzarea radiațiilor X se datorează electronilor mediului de împrăștiere. Există împrăștiere clasică (lungimea de undă a radiației nu se schimbă, dar direcția de propagare se schimbă) și împrăștiere cu modificarea lungimii de undă - efectul Compton (lungimea de undă a radiației împrăștiate este mai mare decât cea incidentă). În acest din urmă caz, fotonul se comportă ca o minge în mișcare, iar împrăștierea fotonilor are loc, conform expresiei figurative a lui Comnton, ca un joc de biliard cu fotoni și electroni: ciocnind cu un electron, fotonul transferă o parte din energia sa. la el și se împrăștie, având deja mai puțină energie (respectiv, lungimea de undă a radiației împrăștiate crește), electronul zboară din atom cu o energie de recul (acești electroni se numesc electroni Compton sau electroni de recul). Absorbția energiei cu raze X are loc în timpul formării electronilor secundari (Compton și fotoelectroni) și transferului de energie către aceștia. Energia razelor X transferată la o unitate de masă a unei substanțe determină doza absorbită de raze X. Unitatea acestei doze 1 rad corespunde la 100 erg/g. Datorită energiei absorbite în substanța absorbantului, au loc o serie de procese secundare, care au importanţă pentru dozimetria cu raze X, deoarece pe acestea se bazează metodele de măsurare cu raze X. (vezi Dozimetrie).

Toate gazele și multe lichide, semiconductori și dielectrici, sub acțiunea razelor X, cresc conductivitatea electrică. Conductibilitatea o gasesc cele mai bune materiale izolante: parafina, mica, cauciuc, chihlimbar. Modificarea conductivității se datorează ionizării mediului, adică separării moleculelor neutre în ioni pozitivi și negativi (ionizarea este produsă de electroni secundari). Ionizarea în aer este utilizată pentru a determina doza de expunere la radiații X (doza în aer), care este măsurată în roentgens (vezi Doze de radiații ionizante). La o doză de 1 r, doza absorbită în aer este de 0,88 rad.

Sub acțiunea razelor X, ca urmare a excitării moleculelor unei substanțe (și în timpul recombinării ionilor), în multe cazuri este excitată o strălucire vizibilă a substanței. La intensități mari de radiații X se observă o strălucire vizibilă de aer, hârtie, parafină etc. (metalele sunt o excepție). Cel mai mare randament de lumină vizibilă este dat de fosfori cristalini precum Zn·CdS·Ag-fosfor și alții utilizați pentru ecrane în fluoroscopie.

Sub acțiunea razelor X, într-o substanță pot avea loc și diferite procese chimice: descompunerea halogenurilor de argint (un efect fotografic folosit în razele X), descompunerea apei și a soluțiilor apoase de peroxid de hidrogen, o modificare a proprietățile celuloidului (încețoșare și eliberare de camfor), parafinei (încețoșare și albire).

Ca rezultat al conversiei complete, toată energia de raze X absorbită de substanța inertă din punct de vedere chimic este transformată în căldură. Măsurarea cantităților foarte mici de căldură necesită metode foarte sensibile, dar este metoda principală pentru măsurători absolute ale razelor X.

Efectele biologice secundare de la expunerea la raze X stau la baza radioterapiei medicale (vezi). Razele X, ale căror cuante sunt de 6-16 keV (lungimi de undă efective de la 2 la 5 Å), sunt aproape complet absorbite pielețesuturile corpului uman; se numesc raze de frontieră, sau uneori raze Bucca (vezi raze Bucca). Pentru terapia cu raze X profunde, se utilizează radiații filtrate dur cu cuante de energie efectivă de la 100 la 300 keV.

Efectul biologic al radiațiilor cu raze X ar trebui luat în considerare nu numai în terapia cu raze X, ci și în diagnosticarea cu raze X, precum și în toate celelalte cazuri de contact cu raze X care necesită utilizarea protecției împotriva radiațiilor ( vedea).

Diagnosticarea medicală modernă și tratamentul anumitor boli nu pot fi imaginate fără dispozitive care utilizează proprietățile razelor X. Descoperirea razelor X a avut loc cu mai bine de 100 de ani în urmă, dar chiar și acum se lucrează în continuare la crearea de noi metode și aparate pentru a minimiza efectul negativ al radiațiilor asupra corpului uman.

Cine și cum a descoperit razele X

ÎN vivo Fasciculele de raze X sunt rare și sunt emise doar de anumiți izotopi radioactivi. Razele X sau razele X au fost descoperite abia în 1895 de omul de știință german Wilhelm Röntgen. Această descoperire s-a întâmplat întâmplător, în timpul unui experiment pentru a studia comportamentul razelor de lumină în condiții apropiate de vid. Experimentul a implicat un tub catodic cu descărcare în gaz cu presiune redusăși un ecran fluorescent, care de fiecare dată a început să strălucească în momentul în care tubul a început să acționeze.

Interesat de un efect ciudat, Roentgen a efectuat o serie de studii care arată că rezultatul vizibil pentru ochi radiațiile sunt capabile să pătrundă în diferite bariere: hârtie, lemn, sticlă, unele metale și chiar prin corpul uman. În ciuda lipsei de înțelegere a naturii însăși a ceea ce se întâmplă, indiferent dacă un astfel de fenomen este cauzat de generarea unui flux de particule sau unde necunoscute, a fost observat următorul model - radiația trece cu ușurință prin țesuturile moi ale corpului și mult mai greu prin ţesuturile vii solide şi substanţele neînsufleţite.

Roentgen nu a fost primul care a studiat acest fenomen. În mijloc secolul al 19-lea, francezul Antoine Mason și englezul William Crookes au studiat posibilități similare. Cu toate acestea, Roentgen a fost primul care a inventat tubul catodic și un indicator care ar putea fi folosit în medicină. A fost primul care a publicat o lucrare științifică, care i-a adus titlul de primul laureat Nobel printre fizicieni.

În 1901, a început o colaborare fructuoasă între cei trei oameni de știință, care au devenit părinții fondatori ai radiologiei și radiologiei.

Proprietățile razelor X

Razele X sunt o parte integrantă a spectrului general al radiațiilor electromagnetice. Lungimea de undă este între razele gamma și ultraviolete. Razele X au toate proprietățile obișnuite ale undelor:

  • difracţie;
  • refracţie;
  • interferență;
  • viteza de propagare (este egală cu lumina).

Pentru a genera artificial un flux de raze X, se folosesc dispozitive speciale - tuburi de raze X. Radiația de raze X provine din contactul electronilor rapidi de tungsten cu substanțele care se evaporă dintr-un anod fierbinte. Pe fundalul interacțiunii, apar unde electromagnetice de lungime scurtă, care sunt în spectrul de la 100 la 0,01 nm și în domeniul de energie de 100-0,1 MeV. Dacă lungimea de undă a razelor este mai mică de 0,2 nm - aceasta este radiație dură, dacă lungimea de undă este mai mare decât valoarea specificată, acestea se numesc raze X moi.

Este semnificativ faptul că energia cinetică rezultată din contactul electronilor cu substanța anodică este transformată în proporție de 99% în energie termică și doar 1% sunt raze X.

Radiația cu raze X - bremsstrahlung și caracteristică

Radiația X este o suprapunere a două tipuri de raze - bremsstrahlung și caracteristică. Acestea sunt generate simultan în receptor. Prin urmare, iradierea cu raze X și caracteristica fiecărui tub de raze X specific - spectrul radiației sale, depinde de acești indicatori și reprezintă suprapunerea lor.

Bremsstrahlung sau razele X continue sunt rezultatul decelerării electronilor care se evaporă dintr-un filament de wolfram.

Razele X caracteristice sau liniare se formează în momentul rearanjarii atomilor substanței anodului tubului de raze X. Lungimea de undă a razelor caracteristice depinde direct de numărul atomic element chimic folosit pentru realizarea anodului tubului.

Proprietățile enumerate ale razelor X le permit să fie utilizate în practică:

  • invizibil pentru ochiul obișnuit;
  • capacitate mare de penetrare prin țesuturi vii și materiale neînsuflețite care nu transmit lumină vizibilă;
  • efect de ionizare asupra structurilor moleculare.

Principiile imagistică cu raze X

Proprietatea razelor X pe care se bazează imagistica este capacitatea fie de a se descompune, fie de a provoca strălucirea unor substanțe.

Iradierea cu raze X provoacă o strălucire fluorescentă în sulfurile de cadmiu și zinc - verde și în tungstat de calciu - culoarea albastra. Această proprietate este utilizată în tehnica transiluminării medicale cu raze X și, de asemenea, crește funcționalitatea ecranelor cu raze X.

Efectul fotochimic al razelor X asupra materialelor cu halogenură de argint sensibile la lumină (iluminare) face posibilă efectuarea de diagnosticare - realizarea de imagini cu raze X. Această proprietate este, de asemenea, utilizată pentru măsurarea cantității din doza totală pe care asistenții de laborator o primesc în camerele cu raze X. Dozimetrele portabile au benzi și indicatoare sensibile speciale. Efectul ionizant al radiațiilor X face posibilă determinarea caracteristicilor calitative ale razelor X obținute.

O singură expunere la raze X convenționale crește riscul de cancer cu doar 0,001%.

Zonele în care sunt utilizate razele X

Utilizarea razelor X este acceptabilă în următoarele industrii:

  1. Siguranță. Dispozitive fixe și portabile pentru detectarea articolelor periculoase și interzise în aeroporturi, vamă sau în locuri aglomerate.
  2. Industria chimică, metalurgie, arheologie, arhitectură, construcții, lucrări de restaurare - pentru a detecta defectele și a efectua analiza chimica substante.
  3. Astronomie. Ajută la observarea corpurilor și fenomenelor cosmice cu ajutorul telescoapelor cu raze X.
  4. industria militară. Pentru dezvoltarea armelor cu laser.

Aplicația principală a razelor X este în domeniul medical. Astăzi, secția de radiologie medicală cuprinde: radiodiagnostic, radioterapie (terapie cu raze X), radiochirurgie. Școli de medicină produce specialiști cu profil îngust - radiologi.

Radiațiile X - daune și beneficii, efecte asupra organismului

Puterea mare de penetrare și efectul ionizant al razelor X pot provoca o modificare a structurii ADN-ului celulei, prin urmare este periculos pentru oameni. Daunele de la radiațiile X sunt direct proporționale cu doza de radiație primită. Diferitele organe răspund la iradiere în grade diferite. Cele mai sensibile includ:

  • măduva osoasă și țesutul osos;
  • cristalinul ochiului;
  • glanda tiroida;
  • glandele mamare și sexuale;
  • țesut pulmonar.

Utilizarea necontrolată a radiațiilor X poate provoca patologii reversibile și ireversibile.

Consecințele expunerii la raze X:

  • afectarea măduvei osoase și apariția patologiilor sistemului hematopoietic - eritrocitopenie, trombocitopenie, leucemie;
  • deteriorarea cristalinului, cu dezvoltarea ulterioară a cataractei;
  • mutații celulare care sunt moștenite;
  • dezvoltarea bolilor oncologice;
  • obținerea de arsuri de radiații;
  • dezvoltarea bolii radiațiilor.

Important! Spre deosebire de substanțele radioactive, razele X nu se acumulează în țesuturile corpului, ceea ce înseamnă că nu este nevoie să eliminați razele X din organism. Efectul nociv al razelor X se termină atunci când dispozitivul medical este oprit.

Utilizarea razelor X în medicină este permisă nu numai pentru diagnostic (traumatologie, stomatologie), ci și în scopuri terapeutice:

  • din raze X în doze mici se stimulează metabolismul în celulele și țesuturile vii;
  • anumite doze limitative sunt folosite pentru tratamentul neoplasmelor oncologice si benigne.

Metode de diagnosticare a patologiilor cu raze X

Radiodiagnosticul include următoarele metode:

  1. Fluoroscopia este un studiu în care se obține o imagine pe un ecran fluorescent în timp real. Alături de imagistica clasică în timp real a unei părți a corpului, astăzi există tehnologii de transiluminare a televiziunii cu raze X - imaginea este transferată de pe un ecran fluorescent pe un monitor de televiziune situat într-o altă cameră. Au fost dezvoltate mai multe metode digitale pentru procesarea imaginii rezultate, urmate de transferarea acesteia de pe ecran pe hârtie.
  2. Fluorografia este cea mai ieftină metodă de examinare a organelor cufăr, care constă în realizarea unei imagini mici de 7x7 cm. În ciuda posibilității de eroare, este singura modalitate de a efectua un sondaj anual în masă a populației. Metoda nu este periculoasă și nu necesită retragerea dozei de radiații primite din organism.
  3. Radiografie - obținerea unei imagini rezumative pe film sau hârtie pentru a clarifica forma unui organ, poziția sau tonul acestuia. Poate fi folosit pentru a evalua peristaltismul și starea membranelor mucoase. Dacă există posibilitatea de a alege, atunci, printre dispozitivele moderne cu raze X, nu ar trebui să se acorde preferință nici dispozitivelor digitale, unde fluxul de raze X poate fi mai mare decât cel al dispozitivelor vechi, ci aparatelor cu doză mică de raze X cu plat direct. detectoare cu semiconductori. Acestea vă permit să reduceți sarcina asupra corpului de 4 ori.
  4. Tomografia computerizată cu raze X este o tehnică care utilizează raze X pentru a obține numărul necesar de imagini ale secțiunilor unui organ selectat. Printre numeroasele varietăți de dispozitive CT moderne, scanerele CT cu doze mici de înaltă rezoluție sunt folosite pentru o serie de studii repetate.

Radioterapie

Terapia cu raze X este una dintre metode tratament local. Cel mai adesea, metoda este folosită pentru a distruge celulele canceroase. Deoarece efectul expunerii este comparabil cu îndepărtarea chirurgicală, această metodă de tratament este adesea numită radiochirurgie.

Astăzi, tratamentul cu raze X se efectuează în următoarele moduri:

  1. Extern (terapie cu protoni) - fasciculul de radiații intră în corpul pacientului din exterior.
  2. Internă (brahiterapie) - utilizarea capsulelor radioactive prin implantarea lor în organism, cu plasarea mai aproape de tumora canceroasă. Dezavantajul acestei metode de tratament este că până când capsula este îndepărtată din corp, pacientul trebuie izolat.

Aceste metode sunt blânde, iar utilizarea lor este de preferat chimioterapiei în unele cazuri. O astfel de popularitate se datorează faptului că razele nu se acumulează și nu necesită îndepărtarea din organism, ele au un efect selectiv, fără a afecta alte celule și țesuturi.

Rata sigură de expunere la raze X

Acest indicator al normei de expunere anuală admisă are propriul nume - o doză echivalentă semnificativă genetic (GED). Nu există valori cantitative clare pentru acest indicator.

  1. Acest indicator depinde de vârsta și dorința pacientului de a avea copii în viitor.
  2. Depinde de ce organe au fost examinate sau tratate.
  3. GZD este afectat de nivelul de fond radioactiv natural al regiunii în care locuiește o persoană.

Astăzi, următoarele standarde medii GZD sunt în vigoare:

  • nivelul de expunere din toate sursele, cu excepția celor medicale, și fără a lua în considerare fondul natural de radiații - 167 mRem pe an;
  • norma pentru anual examen medical– nu mai mult de 100 mRem pe an;
  • valoarea totală sigură este de 392 mRem pe an.

Radiațiile cu raze X nu necesită excreție din organism și sunt periculoase doar în caz de expunere intensă și prelungită. Echipamentul medical modern utilizează radiații cu energie scăzută de scurtă durată, astfel încât utilizarea sa este considerată relativ inofensivă.

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse

Agenția Federală pentru Educație

GOU VPO SUSU

Catedra de Chimie Fizica

la cursul KSE: „Radiații cu raze X”

Efectuat:

Naumova Daria Gennadievna

Verificat:

Conferențiar, K.T.N.

Tanklevskaya N.M.

Chelyabinsk 2010

Introducere

Capitolul I. Descoperirea razelor X

Chitanță

Interacțiunea cu materia

Impactul biologic

Înregistrare

Aplicație

Cum se face o radiografie

radiografii naturale

Capitolul II. Radiografie

Aplicație

Metoda de achizitie a imaginii

Beneficiile radiografiei

Dezavantajele radiografiei

Fluoroscopie

Principiul primirii

Beneficiile fluoroscopiei

Dezavantajele fluoroscopiei

Tehnologii digitale în fluoroscopie

Metoda de scanare multilinie

Concluzie

Lista literaturii folosite

Introducere

Radiație de raze X - unde electromagnetice, a căror energie fotonică este determinată de intervalul de energie de la radiația ultravioletă la radiația gamma, care corespunde intervalului de lungimi de undă de la 10−4 la 10² Å (de la 10−14 la 10−8 m).

La fel ca lumina vizibilă, razele X provoacă înnegrirea filmului fotografic. Această proprietate este de mare importanță pentru medicină, industrie și cercetare științifică. Trecând prin obiectul studiat și apoi căzând pe film, radiația cu raze X își descrie structura internă pe acesta. Deoarece puterea de penetrare a radiației X este diferită pentru diferite materiale, părțile obiectului care sunt mai puțin transparente pentru acesta oferă zone mai luminoase în fotografie decât cele prin care radiația pătrunde bine. Asa de, țesut osos mai puțin transparente la razele X decât țesuturile care alcătuiesc pielea și organele interne. Prin urmare, pe radiografie, oasele vor fi indicate ca zone mai ușoare, iar locul fracturii, care este mai transparent pentru radiații, poate fi detectat destul de ușor. Imagistica cu raze X este, de asemenea, utilizată în stomatologie pentru a detecta carii și abcese la rădăcinile dinților, precum și în industrie pentru a detecta fisuri în piese turnate, materiale plastice și cauciucuri.

Razele X sunt folosite în chimie pentru a analiza compuși și în fizică pentru a studia structura cristalelor. Fascicul de raze X care trece component chimic, provoacă o emisie secundară caracteristică, a cărei analiză spectroscopică permite chimistului să determine compoziția compusului. La cădere pe substanță cristalină un fascicul de raze X este împrăștiat de atomii cristalului, dând un model clar, regulat de pete și dungi pe o placă fotografică, ceea ce face posibilă stabilirea structurii interne a cristalului.

Utilizarea razelor X în tratamentul cancerului se bazează pe faptul că ucide celulele canceroase. Cu toate acestea, poate avea și un efect nedorit asupra celulelor normale. Prin urmare, trebuie avută o prudență extremă în această utilizare a razelor X.

Capitolul I. Descoperirea razelor X

Descoperirea razelor X este atribuită lui Wilhelm Conrad Roentgen. A fost primul care a publicat un articol despre raze X, pe care l-a numit raze X (raze X). Un articol de Roentgen intitulat „Despre un nou tip de raze” a fost publicat pe 28 decembrie 1895 în revista Societății Fizico-Medicale din Würzburg. Se consideră, totuși, dovedit că razele X au fost deja obținute înainte. Tubul cu raze catodice pe care Roentgen l-a folosit în experimentele sale a fost dezvoltat de J. Hittorf și W. Kruks. Acest tub produce raze X. Acest lucru a fost demonstrat în experimentele lui Crookes și din 1892 în experimentele lui Heinrich Hertz și studentul său Philipp Lenard prin înnegrirea plăcilor fotografice. Cu toate acestea, niciunul dintre ei nu și-a dat seama de semnificația descoperirii lor și nu și-a publicat rezultatele. De asemenea, Nikola Tesla, începând din 1897, a experimentat cu tuburi catodice, a primit raze X, dar nu și-a publicat rezultatele.

Din acest motiv, Roentgen nu a știut despre descoperirile făcute înaintea lui și a descoperit razele, ulterior numite după el, în mod independent - în timp ce observă fluorescența care apare în timpul funcționării unui tub catodic. Roentgen a studiat razele X timp de puțin peste un an (din 8 noiembrie 1895 până în martie 1897) și a publicat doar trei articole relativ mici despre ele, dar au oferit o descriere atât de exhaustivă a noilor raze, încât sute de lucrări ale adepților săi, publicat apoi pe parcursul a 12 ani, nu a putut nici adăuga, nici schimba nimic esenţial. Roentgen, care își pierduse interesul pentru radiografii, le-a spus colegilor săi: „Am scris deja totul, nu vă pierdeți timpul”. Roentgen a contribuit și el la faimă fotografie celebră mâinile soției sale, pe care le-a publicat în articolul său (vezi imaginea din dreapta). O astfel de faimă i-a adus lui Roentgen în 1901 primul premiu Nobel pentru fizică, iar Comitetul Nobel a subliniat importanța practică a descoperirii sale. În 1896, denumirea de „raze X” a fost folosită pentru prima dată. În unele țări, vechiul nume rămâne - raze X. În Rusia, razele au început să fie numite „raze X” la sugestia unui student V.K. Roentgen - Abram Fedorovich Ioffe.

Poziția pe scara undelor electromagnetice

Intervalele de energie ale razelor X și ale razelor gamma se suprapun într-o gamă largă de energie. Ambele tipuri de radiații sunt radiatie electromagnetica iar la aceeași energie fotonică - sunt echivalente. Diferența terminologică constă în modul de apariție - razele X sunt emise cu participarea electronilor (fie în atomi, fie în cei liberi), în timp ce radiațiile gamma sunt emise în procesele de dezexcitare a nucleelor ​​atomice. Fotonii cu raze X au energii de la 100 eV la 250 keV, ceea ce corespunde unei radiații cu o frecvență de 3 1016 Hz până la 6 1019 Hz și o lungime de undă de 0,005 - 10 nm (nu există o definiție general acceptată a limitei inferioare a X). -gama de raze în scara lungimii de undă). Razele X moi sunt caracterizate de cea mai mică energie fotonică și frecvență de radiație (și cea mai lungă lungime de undă), în timp ce razele X dure au cea mai mare energie fotonică și frecvență de radiație (și cea mai scurtă lungime de undă).

(Fotografie cu raze X (roentgenograma) a mâinii soției sale, realizată de V.K. Roentgen)

)

Chitanță

Razele X sunt produse prin accelerarea puternică a particulelor încărcate (în principal electroni) sau prin tranziții de înaltă energie în învelișurile de electroni ale atomilor sau moleculelor. Ambele efecte sunt utilizate în tuburile cu raze X, în care electronii emiși de un catod fierbinte sunt accelerați (nu sunt emise raze X, deoarece accelerația este prea mică) și lovesc anodul, unde sunt decelerati brusc (în acest caz, Sunt emise raze X: așa-numitele .bremsstrahlung) și în același timp elimină electroni din învelișurile interioare de electroni ale atomilor metalului din care este fabricat anodul. Spațiile goale din învelișuri sunt ocupate de alți electroni ai atomului. În acest caz, radiația cu raze X este emisă cu o anumită energie caracteristică materialului anodic (radiația caracteristică, frecvențele sunt determinate de legea Moseley:

,

unde Z este numărul atomic al elementului anod, A și B sunt constante pentru o anumită valoare a numărului cuantic principal n al învelișului electronic). În prezent, anozii sunt fabricați în principal din ceramică, iar partea în care electronii lovesc este din molibden. În procesul de accelerare-decelerare, doar 1% din energia cinetică a electronului merge la razele X, 99% din energie este transformată în căldură.

Razele X pot fi obținute și în acceleratoarele de particule. așa-zisul. Radiația de sincrotron apare atunci când un fascicul de particule este deviat într-un câmp magnetic, în urma căruia acestea experimentează o accelerație într-o direcție perpendiculară pe mișcarea lor. Radiația sincrotron are un spectru continuu cu limită superioară. Cu parametri aleși corespunzător (magnitudinea câmpului magnetic și energia particulelor), razele X pot fi obținute și în spectrul radiației sincrotron.

Reprezentarea schematică a unui tub cu raze X. X - raze X, K - catod, A - anod (numit uneori anticatod), C - radiator, Uh - tensiunea filamentului catodic, Ua - tensiune de accelerare, Win - intrare de răcire cu apă, Wout - ieșire de răcire cu apă (vezi x- tub cu raze).

Interacțiunea cu materia

Indicele de refracție al aproape oricărei substanțe pentru raze X diferă puțin de unitate. O consecință a acestui fapt este faptul că nu există niciun material din care să poată fi realizată o lentilă cu raze X. În plus, atunci când razele X sunt incidente perpendicular pe suprafață, aproape că nu sunt reflectate. În ciuda acestui fapt, în optica cu raze X s-au găsit metode de construire a elementelor optice pentru raze X.

Razele X pot pătrunde în materie și diferite substanțe le absorb diferit. Absorbția razelor X este cea mai importantă proprietate a acestora în fotografia cu raze X. Intensitatea razelor X scade exponențial în funcție de calea parcursă în stratul absorbant (I = I0e-kd, unde d este grosimea stratului, coeficientul k este proporțional cu Z3λ3, Z este numărul atomic al elementului, λ este lungimea de unda).

Absorbția are loc ca urmare a fotoabsorbției și a împrăștierii Compton:

Fotoabsorbția este înțeleasă ca procesul de eliminare a unui electron din învelișul unui atom de către un foton, care necesită ca energia fotonului să fie mai mare decât o anumită valoare minimă. Dacă luăm în considerare probabilitatea actului de absorbție în funcție de energia fotonului, atunci când se atinge o anumită energie, aceasta (probabilitatea) crește brusc până la valoarea sa maximă. Pentru energii mai mari, probabilitatea scade continuu. Din cauza acestei dependențe, se spune că există o limită de absorbție. Locul electronului eliminat în timpul actului de absorbție este ocupat de un alt electron, în timp ce radiația cu o energie fotonică mai mică este emisă, așa-numita. proces de fluorescență.