Рентгенівське випромінювання, з погляду фізики, це електромагнітне випромінювання, довжина хвиль якого варіюється в діапазоні від 0,001 до 50 нанометрів. Було відкрито 1895 німецьким фізиком В.К.Рентгеном.

За природою ці промені є спорідненими з сонячним ультрафіолетом. У спектрі найдовшими є радіохвилі. За ними йде інфрачервоне світло, яке наші очі не сприймають, але ми відчуваємо його як тепло. Далі йдуть промені від червоного до фіолетового. Потім - ультрафіолет (А, В та С). А відразу за ним рентгенівські промені та гамма-випромінювання.

Рентгенівське може бути отримано двома способами: при гальмуванні в речовині, що проходять крізь нього заряджених частинок і при переході електронів з вищих шарів на внутрішні при вивільненні енергії.

На відміну від видимого світла ці промені мають дуже велику довжину, тому здатні проникати через непрозорі матеріали, не відбиваючись, не заломлюючись і не накопичуючись у них.

Гальмівне випромінювання отримати простіше. Заряджені частки при гальмуванні випромінюють електромагнітне випромінювання. Чим більше прискорення цих частинок і, отже, різкіше гальмування, тим більше утворюється рентгенівське випромінювання, а довжина його хвиль стає меншою. У більшості випадків на практиці вдаються до вироблення променів у процесі гальмування електронів у твердих речовинах. Це дозволяє керувати джерелом цього випромінювання, уникаючи небезпеки радіаційного опромінення, тому що при відключенні джерела рентгенівське випромінювання повністю зникає.

Найпоширеніше джерело такого випромінювання - Випромінюване їй випромінювання неоднорідне. У ньому присутні і м'яке (довгохвильове), і жорстке (короткохвильове) випромінювання. М'яке характеризується тим, що повністю поглинається людським тілом, тому таке рентгенівське випромінювання приносить шкоду вдвічі більше, ніж жорстке. При надмірному електромагнітному опроміненні в тканинах організму людини іонізація може призвести до пошкодження клітин та ДНК.

Трубка – це з двома електродами – негативним катодом та позитивним анодом. При розігріванні катода з нього випаровуються електрони, потім прискорюються в електричному полі. Зіткнувшись з твердою речовиною анодів, вони починають гальмування, яке супроводжується випромінюванням електромагнітного випромінювання.

Рентгенівське випромінювання, властивості якого широко використовуються в медицині, базується на отриманні тіньового зображення об'єкта, що досліджується, на чутливому екрані. Якщо діагностований орган просвічуватиме пучком паралельних один одному променів, то проекція тіней від цього органу передаватиметься без спотворень (пропорційно). На практиці джерело випромінювання більш схоже на точкове, тому його розташовують на відстані від людини та від екрану.

Щоб отримати людина поміщається між рентгенівською трубкою та екраном або плівкою, що виступають у ролі приймачів випромінювання. В результаті опромінення на знімку кісткова та інші щільні тканини виявляються у вигляді явних тіней, виглядають контрастніше на тлі менш виразних ділянок, які передають тканини з меншим поглинанням. На рентгенівських знімках людина стає «напівпрозорою».

Поширюючись, рентгенівське випромінювання може розсіюватися та поглинатися. До поглинання промені можуть проходити сотні метрів у повітрі. У щільній речовині вони поглинаються набагато швидше. Біологічні тканини людини неоднорідні, тому поглинання променів залежить від щільності тканини органів. поглинає промені швидше ніж м'які тканини, тому що містить речовини, що мають великі атомні номери. Фотони (окремі частинки променів) поглинаються різними тканинами організму людини по-різному, що дозволяє отримувати контрастне зображення з допомогою рентгенівських променів.

Велику роль сучасної медицині грає рентгенівське випромінювання, історія відкриття рентгена бере свій початок ще 19 столітті.

Рентгенівське випромінювання є електромагнітними хвилями, які утворюються за участю електронів. За сильного прискорення заряджених частинок створюється штучне рентгенівське випромінювання. Воно проходить через спеціальне обладнання:

  • прискорювачі заряджених частинок.

Історія відкриття

Винайшов дані промені 1895 німецький вчений Рентген: під час роботи з катодопроменевою трубкою він виявив ефект флуоресценції платино-ціаністого барію. Тоді й відбувся опис таких променів та їхньої дивовижної здатності проникати крізь тканини організму. Промені стали називатися ікс-променями (х-промені). Пізніше у Росії їх стали називати рентгенівськими.

Х-промені здатні проникати навіть крізь стіни. Так Рентген зрозумів, що зробив найбільше відкриття в галузі медицини. Саме з цього часу стали формуватися окремі розділи у науці, такі як рентгенологія та радіологія.

Промені здатні проникати крізь м'які тканини, але затримуються, довжина їх визначається перешкодою твердої поверхні. М'які тканини в людському організмі – це шкіра, а тверді – це кістки. 1901 року вченому присудили Нобелівську премію.

Проте, ще до відкриття Вільгельма Конрада Рентгена подібною темою були зацікавлені й інші вчені. У 1853 році французький фізик Антуан-Філібер Масон вивчав високовольтний розряд між електродами у скляній трубці. Газ, що міститься в ній, при низькому тиску почав випускати червоне свічення. Відкачування зайвого газу з трубки призвело до розпаду світіння на складну послідовність окремих шарів, що світяться, відтінок яких залежав від кількості газу.

В 1878 Вільям Крукс (англійський фізик) висловив припущення про те, що флуоресценція виникає внаслідок наголосу променів про скляну поверхню трубки. Але ці дослідження були ніде опубліковані, тому Рентген не здогадувався про подібні відкриття. Після опублікування своїх відкриттів у 1895 році в науковому журналі, де вчений писав про те, що всі тіла прозорі для цих променів, хоч і дуже різною мірою, подібними експериментами зацікавилися й інші вчені. Вони підтвердили винахід Рентгена, і надалі почалися розробки та вдосконалення ікс-променів.

Сам Вільгельм Рентген опублікував ще дві наукові роботи на тему ікс-променів у 1896 та 1897 роках, після чого зайнявся іншою діяльністю. Таким чином, винайшли кілька вчених, але саме Рентген опублікував наукову працю з цього приводу.


Принципи отримання зображення

Особливості цього випромінювання визначені природою їх появи. Випромінювання відбувається за рахунок електромагнітної хвилі. До основних її властивостей відносяться:

  1. Відображення. Якщо хвиля потрапить на поверхню перпендикулярно, вона не позначиться. У деяких ситуаціях властивість відображення має алмаз.
  2. Здатність проникати у тканини. Крім цього, промені можуть проходити крізь непрозорі поверхні таких матеріалів, як дерево, папір тощо.
  3. Поглинання. Поглинання залежить від щільності матеріалу: чим він щільніший, тим ікс-промені більше його поглинають.
  4. У деяких речовин відбувається флуоресценція, тобто свічення. Щойно випромінювання припиняється, світіння теж минає. Якщо воно продовжується і після припинення дії променів, цей ефект має назву фосфоресценція.
  5. Рентгенівські промені можуть засвітити фотоплівку, як і і видиме світло.
  6. Якщо промінь пройшов крізь повітря, відбувається іонізація в атмосфері. Такий стан називають електропровідним і визначається воно за допомогою дозиметра, яким встановлюється норма дозування опромінення.

Випромінювання — шкода та користь

Коли було зроблено відкриття, вчений-фізик Рентген не міг і уявити, наскільки небезпечним є його винахід. У минулі часи всі пристрої, які продукували випромінювання, були далекі від досконалості й у результаті виходили великі дози випущених променів. Люди не розуміли небезпеки такого випромінювання. Хоча деякі вчені вже тоді висували версії про шкоду рентгенівського проміння.


Х-промені, проникаючи у тканини, надають на них дію біологічного характеру. Одиниця виміру дози радіації – рентген на годину. Основний вплив виявляється на іонізуючі атоми, що знаходяться всередині тканин. Ці промені діють безпосередньо на структуру ДНК живої клітини. До наслідків неконтрольованого випромінювання можна віднести:

  • мутація клітин;
  • поява пухлин;
  • променеві опіки;
  • променева хвороба.

Протипоказання до проведення рентгенологічних досліджень:

  1. Хворі у тяжкому стані.
  2. Період вагітності через негативний вплив на плід.
  3. Хворі на кровотечу або відкритий пневмоторакс.

Як працює рентген і де застосовується

  1. В медицині. Рентгенодіагностика застосовується для просвічування живих тканин з виявлення деяких порушень всередині організму. Рентгенотерапія проводиться усунення пухлинних утворень.
  2. У науці. Виявляється будова речовин та природа рентгенівських променів. Цими питаннями займаються такі науки, як хімія, біохімія, кристалографії.
  3. У промисловості. Для виявлення порушень у металевих виробах.
  4. Для безпеки населення. Рентгенологічні промені встановлені в аеропортах та інших громадських місцях для просвічування багажу.


Медичне використання рентгенологічного випромінювання. У медицині та стоматології широко застосовуються рентгенівські промені в наступних цілях:

  1. Для діагностування хвороб.
  2. Для моніторингу метаболічних процесів.
  3. Для лікування багатьох захворювань.

Застосування рентген-променів з лікувальною метою

Крім виявлення переломів кісток, рентгенівські промені широко застосовуються і з лікувальною метою. Спеціалізоване застосування х-променів полягає у досягненні наступних цілей:

  1. Для знищення ракових клітин.
  2. Зменшення розміру пухлини.
  3. Для зниження болючих відчуттів.

Наприклад, радіоактивний йод, що застосовується при ендокринологічних захворюваннях, активно використовується при раку щитовидної залози, тим самим допомагаючи багатьом людям позбутися цієї страшної хвороби. В даний час для діагностики складних захворювань рентгенівські промені підключаються до комп'ютерів, в результаті виникають нові способи дослідження, такі як і комп'ютерна осьова томографія.

Таке сканування надає лікарям кольорові знімки, де можна побачити внутрішні органи людини. Для виявлення роботи внутрішніх органів досить невелика доза випромінювання. Також широке застосування рентгенівські промені знайшли у фізіопроцедурах.


Основні властивості рентгенівських променів

  1. Проникаюча здатність. Всі тіла для рентгенівського променя є прозорими, і ступінь прозорості залежить від товщини тіла. Саме завдяки цій властивості промінь став застосовуватися в медицині для виявлення роботи органів, наявності переломів та сторонніх тіл в організмі.
  2. Вони здатні викликати свічення деяких предметів. Наприклад, якщо на картон нанести барій і платину, то, пройшовши через сканування променями, він світитиметься зеленувато-жовтим. Якщо помістити руку між трубкою рентгена та екраном, то світло проникне більше в кістку, ніж у тканини, тому на екрані висвітиться найяскравіше кісткова тканина, а м'язова менш яскраво.
  3. Дія на фотоплівку. Х-промені можуть подібно до світла робити плівку темною, це дозволяє фотографувати ту тіньову сторону, яка виходить при дослідженні рентгенівськими променями тіл.
  4. Рентгенівські промені можуть іонізувати гази. Це дозволяє не тільки знаходити промені, але й виявляти їх інтенсивність, вимірюючи струм іонізації в газі.
  5. Чинять біохімічний вплив на організм живих істот. Завдяки цій властивості рентгенівські промені знайшли своє широке застосування в медицині: вони можуть лікувати як захворювання шкіри, так і хвороби внутрішніх органів. У цьому випадку вибирається необхідне дозування випромінювання та термін дії променів. Тривале та надмірне застосування такого лікування дуже шкідливе та згубне для організму.

Наслідком використання рентгенівських променів стало порятунок безлічі людських життів. Рентген допомагає не лише своєчасно діагностувати захворювання, методики лікування із застосуванням променевої терапії позбавляють хворих від різних патологій, починаючи з гіперфункції щитовидної залози та закінчуючи злоякісними пухлинами кісткових тканин.

Рентгенівське випромінювання (синонім рентгенівські промені) - це із широким діапазоном довжин хвиль (від 8·10 -6 до 10 -12 див). Рентгенівське випромінювання виникає при гальмуванні заряджених частинок, найчастіше електронів, в електричному полі атомів 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 випромінювання взаємодіє із 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 мати місце так званий ефект утворення пар, у якому утворюються електрон і позитрон (див. ). Отже, під час проходження через речовину відбувається зменшення енергії рентгенівського випромінювання, т. е. 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 λ ( відстань, на яку випромінювання поширюється за один період коливання). Рентгенівське випромінювання має також низку 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 світу. Розподіл інтенсивності залежно від довжини хвилі (мал.) 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 з 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 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, що 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 [поглинання переважно зумовлено Са 3 (РO 4) 2 ] майже 70 разів більше, ніж м'яких тканин, де поглинання переважно 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 використовують поняття «шар половинного ослаблення (Л)» - шар речовини, що послаблює випромінювання наполовину. Товщина цього шару залежить від напруги на трубці, товщині та матеріалі 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 енергій 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 винятком 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 веде себе 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 розсіяних) 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).

Всі гази та багато рідин, 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 у 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 багатьох випадках видиме світіння речовини. За більших інтенсивностей 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) .

Внаслідок 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 вимірювань 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 умовах потік променів рентгена зустрічається рідко і випромінюється лише деякими радіоактивними ізотопами. Рентгенівське випромінювання або Х-промені було виявлено лише у 1895 році німецьким ученим Wilhelm Röntgen. Це відкриття сталося випадково, під час проведення досвіду дослідження поведінки променів світла за умов, що 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, чи викликане таке явище генерацією потоку невідомих частинок або хвилями, була відзначена наступна закономірність – випромінювання легко проходить через м'які тканини організму, 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 наукову працю, яка принесла йому звання першого нобелівського лауреата серед фізиків.

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

Властивості рентгенівського випромінювання

Рентгенівські промені – це складова частина загального 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 – рентгенівські трубки. Рентген-випромінювання виникає через контакт швидких електронів вольфраму з речовинами, що випаровуються з розжареного анода. З огляду на взаємодії виникають електромагнітні хвилі малої 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 накладанням 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 накладання.

Гальмові або безперервні рентгенівські промені – 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 застосовується для 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 та якісну характеристику отриманих рентген-променів.

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

Області, де застосовують рентгенівське випромінювання

Застосування рентгенівських променів допустимо 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 – виявлення дефектів і проведення хімічного аналізу речовин.
  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 вузи випускають вузькопрофільних спеціалістів – 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 необоротних 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;
  • отримання 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 в медицині припустимо не тільки в 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 і 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 рентгенівського проміння 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

У цього показника норми допустимого річного опромінення є назва – 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 радіоактивного тла 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.

Міністерство освіти та науки РФ

Федеральне агентство з освіти

ГОУ ВПО ЮУрГУ

Кафедра фізичної хімії

за курсом КСЄ: "Рентгенівське випромінювання"

Виконав:

Наумова Дар'я Геннадіївна

Перевірив:

Доцент, К. Т. н.

Танкльовська Н.М.

Челябінськ 2010 р.

Вступ

Глава I. Відкриття рентгенівського випромінювання

Отримання

Взаємодія з речовиною

Біологічний вплив

Реєстрація

Застосування

Як роблять рентгенівський знімок

Природне рентгенівське випромінювання

Розділ II. Рентгенографія

Застосування

Метод отримання зображення

Переваги рентгенографії

Недоліки рентгенографії

Рентгеноскопія

Принцип отримання

Переваги рентгеноскопії

Недоліки рентгеноскопії

Цифрові технології у рентгеноскопії

Багаторядковий скануючий метод

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Рентгенівське випромінювання - електромагнітні хвилі, енергія фотонів яких визначається діапазоном енергією від ультрафіолетових до гамма-випромінювань, що відповідає інтервалу довжин хвиль від 10-4 до 10 ² (від 10-14 до 10-8 м).

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 потім фотоплівку, рентгенівське випромінювання зображує у ньому 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 та внутрішні органи. Тому на рентгенограмі кістки позначаються 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 полягає в 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.

Глава I. Відкриття рентгенівського випромінювання

Відкриття рентгенівського випромінювання приписується Вільгельм Конрад Рентгену. Він був першим, хто опублікував статтю про рентгенівські промені, які він назвав ікс-променями (x-ray). Стаття Рентгена під назвою "Про новий тип променів" була опублікована 28 грудня 1895 року в журналі Вюрцбурзького фізико-медичного товариства. Вважається, однак, доведеним, що рентгенівські промені вже були отримані до цього. Катодолуча трубка, яку Рентген використав у своїх експериментах, була розроблена Й. Хітторфом і В. Круксом. Під час роботи цієї трубки виникають рентгенівські промені. Це було показано в експериментах Крукса і з 1892 року в експериментах Генріха Герца та його учня Філіпа Ленарда через почорніння фотопластинок. Однак ніхто з них не усвідомив значення зробленого відкриття і не опублікував своїх результатів. Також Нікола Тесла, починаючи з 1897 року, експериментував із катодолучовими трубками, отримав рентгенівське проміння, але не опублікував своїх результатів.

Тому Рентген не знав про зроблені до нього відкриття і відкрив промені, названі згодом його ім'ям, незалежно - при спостереженні флюоресценції, що виникає при роботі катодопроменевої трубки. Рентген займався Х-променями трохи більше року (з 8 листопада 1895 по березень 1897) і опублікував про них всього три порівняно невеликих статті, але в них було дано настільки вичерпне опис нових променів, що сотні робіт його послідовників, опублікованих потім протягом 12 років, не могли ні додати, ні змінити нічого суттєвого. Рентген, який втратив інтерес до Х-променів, говорив своїм колегам: "Я вже все написав, не витрачайте даремно час". Свій внесок до відома Рентгена внесла також знаменита фотографія руки його дружини, яку він опублікував у статті (див. зображення справа). Подібна слава принесла Рентгену в 1901 першу Нобелівську премію з фізики, причому нобелівський комітет підкреслював практичну важливість його відкриття. У 1896 році вперше було вжито назву "рентгенівські промені". У деяких країнах залишилася стара назва - X-промені. У Росії її промені стали називати " рентгенівськими " з подачі учня В.К. Рентгена – Абрама Федоровича Іоффе.

Положення на шкалі електромагнітних хвиль

Енергетичні діапазони рентгенівського випромінювання та гамма-випромінювання перекриваються у широкій області енергій. Обидва типи випромінювання є електромагнітним випромінюванням і за однакової енергії фотонів - еквівалентні. Термінологічна відмінність лежить у способі виникнення - рентгенівські промені випромінюються за участю електронів (або в атомах, або вільних) у той час як гамма-випромінювання випромінюється в процесах збудження атомних ядер. Фотони рентгенівського випромінювання мають енергію від 100 еВ до 250 кеВ, що відповідає випромінюванню з частотою від 3 · 1016 Гц до 6 · 1019 Гц і довжиною хвилі 0,005 - 10 нм (загальновизнаного визначення нижньої межі діапазону рентгенівських довж). М'який рентген характеризується найменшою енергією фотона та частотою випромінювання (і найбільшою довжиною хвилі), а жорсткий рентген має найбільшу енергію фотона та частоту випромінювання (і найменшу довжину хвилі).

(Рентгенівська фотографія (рентгенограма) руки своєї дружини, зроблена В.К. Рентгеном)

)

Отримання

Рентгенівські промені виникають при сильному прискоренні заряджених частинок (в основному електронів) або при високоенергетичних переходах в електронних оболонках атомів або молекул. Обидва ефекти використовуються в рентгенівських трубках, в яких електрони, випущені розжареним катодом, прискорюються (при цьому рентгенівські промені не випромінюються, тому що прискорення занадто мало) і ударяються об анод, де вони різко гальмуються (при цьому випромінюються рентгенівські промені: т.з. гальмівне випромінювання) і в той же час вибивають електрони з внутрішніх електронних оболонок атомів металу, з якого виготовлений анод. Порожні місця у оболонках займаються іншими електронами атома. При цьому випромінюється рентгенівське випромінювання з певною, характерною для матеріалу анода, енергією (характеристичне випромінювання, частоти визначаються законом Мозлі:

,

де Z – атомний номер елемента анода, A та B – константи для певного значення головного квантового числа n електронної оболонки). В даний час аноди виготовляються головним чином з кераміки, причому та їх частина, куди вдаряють електрони - з молібдену. У процесі прискорення-гальмування лише 1% кінетичної енергії електрона йде на рентгенівське випромінювання, 99% енергії перетворюється на тепло.

Рентгенівське випромінювання можна також і на прискорювачах заряджених частинок. Т.зв. синхротронне випромінювання виникає при відхиленні пучка частинок у магнітному полі, внаслідок чого вони зазнають прискорення в напрямку, перпендикулярному їхньому руху. Синхротронне випромінювання має суцільний спектр з верхнім кордоном. При відповідним чином вибраних параметрах (величина магнітного поля та енергія частинок) у спектрі синхротронного випромінювання можна отримати рентгенівські промені.

Схематичне зображення рентгенівської трубки. X – рентгенівські промені, K – катод, А – анод (іноді званий антикатодом), С – тепловідведення, Uh – напруга накалу катода, Ua – прискорювальна напруга, Win – впуск водяного охолодження, Wout – випуск водяного охолодження (див. рентгенівська трубка) .

Взаємодія з речовиною

Коефіцієнт заломлення майже будь-якої речовини для рентгенівських променів мало відрізняється від одиниці. Наслідком є ​​той факт, що не існує матеріалу, з якого можна було б виготовити лінзу для рентгенівських променів. Крім того, при перпендикулярному падінні на поверхню рентгенівські промені майже не відображаються. Незважаючи на це, у рентгенівській оптиці було знайдено способи побудови оптичних елементів для рентгенівських променів.

Рентгенівські промені можуть проникати крізь речовину, причому різні речовини по-різному їх поглинають. Поглинання рентгенівських променів є найважливішою їх властивістю у рентгенівській зйомці. Інтенсивність рентгенівських променів експоненційно зменшується залежно від пройденого шляху в поглинаючому шарі (I = I0e-kd, де d – товщина шару, коефіцієнт k пропорційний Z3λ3, Z – атомний номер елемента, λ – довжина хвилі).

Поглинання відбувається в результаті фотопоглинання та комптонівського розсіювання:

Під фотопоглинанням розуміється процес вибивання фотоном електрона з оболонки атома, для чого потрібно, щоб енергія фотона була більшою за деяке мінімальне значення. Якщо розглядати можливість акта поглинання залежно від енергії фотона, то при досягненні певної енергії вона (ймовірність) різко зростає до свого максимального значення. Для більш високих значень енергії можливість безперервно зменшується. Через таку залежність кажуть, що існує межа поглинання. Місце вибитого при акті поглинання електрона займає інший електрон, при цьому випромінюється з меншою енергією фотона, відбувається т.з. процес флюоресценції.