Røntgenegenskaper og anvendelser. Effekten av røntgenstråling på mennesker

I studiet og praktisk bruk av atomfenomener spiller røntgenstråler en av de viktigste rollene. Takket være deres forskning ble det gjort mange funn og utviklet metoder for å analysere stoffer, brukt på en rekke felt. Her skal vi se på én type røntgenstråler – karakteristiske røntgenstråler.

Røntgenstrålers natur og egenskaper

Røntgenstråling er en høyfrekvent endring i tilstanden til det elektromagnetiske feltet, som forplanter seg i verdensrommet med en hastighet på omtrent 300 000 km/s, det vil si elektromagnetiske bølger. På skalaen til elektromagnetisk stråling er røntgenstråler lokalisert i bølgelengdeområdet fra omtrent 10 -8 til 5∙10 -12 meter, som er flere størrelsesordener kortere enn optiske bølger. Dette tilsvarer frekvenser fra 3∙10 16 til 6∙10 19 Hz og energier fra 10 eV til 250 keV, eller 1,6∙10 -18 til 4∙10 -14 J. Det skal bemerkes at grensene for frekvensområdene til elektromagnetisk stråling er ganske vilkårlig på grunn av deres overlapping.

Er samspillet mellom akselererte ladede partikler (høyenergielektroner) med elektriske og magnetiske felt og med materieatomer.

Røntgenfotoner er preget av høye energier og høy penetrerende og ioniserende kraft, spesielt for harde røntgenstråler med bølgelengder mindre enn 1 nanometer (10 -9 m).

Røntgenstråler samhandler med materie, ioniserer dens atomer, i prosessene med fotoelektrisk effekt (fotoabsorpsjon) og usammenhengende (Compton) spredning. Ved fotoabsorpsjon overfører et røntgenfoton, absorbert av et elektron fra et atom, energi til det. Hvis verdien overstiger bindingsenergien til et elektron i et atom, forlater det atomet. Compton-spredning er karakteristisk for hardere (energetiske) røntgenfotoner. En del av energien til det absorberte fotonet brukes på ionisering; i dette tilfellet, i en viss vinkel til retningen til det primære fotonet, sendes det ut en sekundær, med en lavere frekvens.

Typer røntgenstråling. Bremsstrahlung

For å produsere bjelker, brukes glassvakuumsylindere med elektroder plassert inne. Potensialforskjellen over elektrodene må være veldig høy - opptil hundrevis av kilovolt. Termionisk utslipp skjer på wolframkatoden, oppvarmet av strøm, det vil si at elektroner sendes ut fra den, som, akselerert av potensialforskjellen, bombarderer anoden. Som et resultat av deres interaksjon med atomene i anoden (noen ganger kalt antikatoden), blir røntgenfotoner født.

Avhengig av hvilken prosess som fører til dannelsen av et foton, skilles typer røntgenstråling: bremsstrahlung og karakteristisk.

Elektroner kan, når de møter anoden, bremses, det vil si miste energi i de elektriske feltene til atomene. Denne energien sendes ut i form av røntgenfotoner. Denne typen stråling kalles bremsstrahlung.

Det er klart at bremseforholdene vil variere for individuelle elektroner. Dette betyr at forskjellige mengder av deres kinetiske energi omdannes til røntgenstråler. Som et resultat inkluderer bremsstrahlung fotoner med forskjellige frekvenser og følgelig bølgelengder. Derfor er spekteret kontinuerlig (kontinuerlig). Noen ganger av denne grunn kalles det også "hvit" røntgenstråling.

Energien til et bremsstrahlung-foton kan ikke overstige den kinetiske energien til elektronet som genererer det, så den maksimale frekvensen (og korteste bølgelengden) til bremsstrahlung-stråling tilsvarer den høyeste verdien av den kinetiske energien til elektroner som faller inn på anoden. Sistnevnte avhenger av potensialforskjellen påført elektrodene.

Det er en annen type røntgenstråling, hvis kilde er en annen prosess. Denne strålingen kalles karakteristisk stråling, og vi skal dvele mer ved den.

Hvordan oppstår karakteristisk røntgenstråling?

Etter å ha nådd anti-katoden, kan et raskt elektron trenge inn i atomet og slå ut et elektron fra en av de nedre orbitalene, det vil si overføre energi som er tilstrekkelig til å overvinne den potensielle barrieren. Imidlertid, hvis det er høyere energinivåer i atomet okkupert av elektroner, vil det ledige rommet ikke forbli tomt.

Det må huskes at den elektroniske strukturen til atomet, som ethvert energisystem, har en tendens til å minimere energi. Den ledige stillingen som dannes som følge av knock-out fylles med et elektron fra et av de høyere nivåene. Dens energi er høyere, og på et lavere nivå sender den ut overskuddet i form av et kvantum av karakteristisk røntgenstråling.

Den elektroniske strukturen til et atom er et diskret sett av mulige energitilstander for elektroner. Derfor kan røntgenfotoner som sendes ut under utskifting av ledige elektroner også bare ha strengt definerte energiverdier, noe som gjenspeiler forskjellen i nivåer. Som et resultat har den karakteristiske røntgenstrålingen et spektrum som ikke er kontinuerlig, men linjeformet. Dette spekteret gjør det mulig å karakterisere substansen til anoden - derav navnet på disse strålene. Det er takket være de spektrale forskjellene at det er tydelig hva som menes med bremsstrahlung og karakteristisk røntgenstråling.

Noen ganger sendes ikke overskuddsenergien ut av atomet, men brukes på å slå ut det tredje elektronet. Denne prosessen - den såkalte Auger-effekten - er mer sannsynlig at den oppstår når elektronbindingsenergien ikke overstiger 1 keV. Energien til det frigjorte Auger-elektronet avhenger av strukturen til energinivåene til atomet, derfor er spektrene til slike elektroner også diskrete i naturen.

Generelt syn på det karakteristiske spekteret

Smale karakteristiske linjer er tilstede i røntgenspektralbildet sammen med et kontinuerlig bremsstrahlung-spektrum. Hvis vi forestiller oss spekteret som en graf over intensitet versus bølgelengde (frekvens), vil vi se skarpe topper ved plasseringen av linjene. Deres plassering avhenger av anodematerialet. Disse maksima er tilstede ved enhver potensiell forskjell - hvis det er røntgenstråler, er det alltid topper også. Når spenningen på rørelektrodene øker, øker intensiteten av både kontinuerlig og karakteristisk røntgenstråling, men plasseringen av toppene og forholdet mellom deres intensiteter endres ikke.

Toppene i røntgenspektrene har samme utseende uavhengig av materialet i antikatoden som er bestrålt av elektroner, men for forskjellige materialer er de plassert ved forskjellige frekvenser, og forenes i serie basert på frekvensverdienes nærhet. Mellom seriene selv er forskjellen i frekvenser mye mer betydelig. Typen av maksima avhenger ikke på noen måte av om anodematerialet er et rent kjemisk grunnstoff eller et komplekst stoff. I det siste tilfellet er de karakteristiske røntgenspektrene til dets bestanddeler ganske enkelt lagt over hverandre.

Når atomnummeret til et kjemisk element øker, skifter alle linjer i røntgenspekteret mot høyere frekvenser. Spekteret beholder sitt utseende.

Moseleys lov

Fenomenet med spektralforskyvning av karakteristiske linjer ble eksperimentelt oppdaget av den engelske fysikeren Henry Moseley i 1913. Dette tillot ham å koble frekvensene til spektrummaksima med serienumrene til kjemiske elementer. Dermed kan bølgelengden til karakteristisk røntgenstråling, som det viste seg, være tydelig korrelert med et spesifikt element. Generelt kan Moseleys lov skrives som følger: √f = (Z - S n)/n√R, hvor f er frekvensen, Z er serienummeret til elementet, S n er skjermingskonstanten, n er hovedkvantenummer og R er konstanten Rydberg. Denne avhengigheten er lineær og ser på Moseley-diagrammet ut som en rekke rette linjer for hver verdi av n.

n-verdiene tilsvarer individuelle serier med karakteristiske røntgenstrålingstopper. Moseleys lov gjør det mulig å bestemme serienummeret til et kjemisk grunnstoff bestrålt av harde elektroner basert på de målte bølgelengdene (de er unikt relatert til frekvensene) til maksima til røntgenspekteret.

Strukturen til de elektroniske skallene til kjemiske elementer er identisk. Dette indikeres av monotonisiteten til skiftendringen i det karakteristiske spekteret av røntgenstråling. Frekvensskiftet reflekterer ikke strukturelle, men energiforskjeller mellom elektronskall, unike for hvert element.

Rollen til Moseleys lov i atomfysikk

Det er små avvik fra det strenge lineære forholdet uttrykt av Moseleys lov. De er for det første assosiert med særegenhetene ved rekkefølgen for å fylle elektronskallene til noen elementer, og for det andre med de relativistiske effektene av bevegelsen av elektroner til tunge atomer. I tillegg, når antallet nøytroner i kjernen endres (det såkalte isotopiske skiftet), kan posisjonen til linjene endres litt. Denne effekten gjorde det mulig å studere atomstrukturen i detalj.

Betydningen av Moseleys lov er ekstremt stor. Dens konsekvente anvendelse på elementene i Mendeleevs periodiske system etablerte et mønster for å øke ordenstallet som tilsvarer hvert lite skifte av de karakteristiske maksima. Dette bidro til å avklare spørsmålet om den fysiske betydningen av ordinært antall elementer. Z-verdien er ikke bare et tall: det er den positive elektriske ladningen til kjernen, som er summen av enhetens positive ladninger til partiklene som utgjør dens sammensetning. Riktig plassering av elementer i tabellen og tilstedeværelsen av tomme posisjoner i den (de eksisterte fortsatt da) fikk kraftig bekreftelse. Gyldigheten av den periodiske loven ble bevist.

Moseleys lov ble i tillegg grunnlaget for en hel retning av eksperimentell forskning - røntgenspektrometri.

Strukturen til elektronskallene til et atom

La oss kort huske hvordan elektronstrukturen er strukturert. Den består av skall betegnet med bokstavene K, L, M, N, O, P, Q eller tall fra 1 til 7. Elektroner i skallet er karakterisert av samme hovedkvante. nummer n, som bestemmer de mulige energiverdiene. I de ytre skallene er elektronenergien høyere, og ioniseringspotensialet for de ytre elektronene er tilsvarende lavere.

Skallet inkluderer ett eller flere undernivåer: s, p, d, f, g, h, i. I hvert skall øker antallet undernivåer med én sammenlignet med den forrige. Antall elektroner i hvert undernivå og i hvert skall kan ikke overstige en viss verdi. De er karakterisert, i tillegg til hovedkvantetallet, av den samme verdien av den orbitale elektronskyen som bestemmer formen. Undernivåer er utpekt av skallet de tilhører, for eksempel 2s, 4d og så videre.

Undernivået inneholder som er spesifisert, i tillegg til de viktigste og orbitale, av et annet kvantenummer - magnetisk, som bestemmer projeksjonen av elektronets orbitale momentum i retningen til magnetfeltet. En orbital kan ikke ha mer enn to elektroner, forskjellig i verdien av det fjerde kvantenummeret - spinn.

La oss vurdere mer detaljert hvordan karakteristisk røntgenstråling oppstår. Siden opprinnelsen til denne typen elektromagnetisk emisjon er assosiert med fenomener som forekommer inne i atomet, er det mest praktisk å beskrive det nøyaktig i tilnærmingen til elektroniske konfigurasjoner.

Mekanisme for generering av karakteristisk røntgenstråling

Så årsaken til denne strålingen er dannelsen av ledige elektroner i de indre skallene, forårsaket av penetrering av høyenergielektroner dypt inn i atomet. Sannsynligheten for at et hardt elektron vil samhandle øker med tettheten til elektronskyene. Derfor er det mest sannsynlig at kollisjoner oppstår innenfor tettpakkede indre skall, for eksempel det laveste K-skallet. Her ioniseres atomet og det dannes en ledig plass i 1s-skallet.

Denne ledigheten fylles av et elektron fra skallet med høyere energi, hvis overskudd blir ført bort av røntgenfotonet. Dette elektronet kan "falle" fra det andre skallet L, fra det tredje skallet M, og så videre. Slik dannes en karakteristisk serie, i dette eksemplet K-serien. En indikasjon på hvor elektronet som fyller den ledige stillingen kommer fra, er gitt i form av en gresk indeks i seriebetegnelsen. "Alpha" betyr at det kommer fra L-skallet, "beta" betyr at det kommer fra M-skallet. For tiden er det en tendens til å erstatte de greske bokstavindeksene med de latinske som brukes for å betegne skjell.

Intensiteten til alfalinjen i serien er alltid den høyeste - dette betyr at sannsynligheten for å fylle en ledig stilling fra et naboskall er høyest.

Nå kan vi svare på spørsmålet, hva er den maksimale energien til et kvantum av karakteristisk røntgenstråling. Det bestemmes av forskjellen i energiverdiene til nivåene som elektronovergangen skjer mellom, i henhold til formelen E = E n 2 - E n 1, der E n 2 og E n 1 er energiene til den elektroniske stater overgangen skjedde mellom. Den høyeste verdien av denne parameteren er gitt av K-serieoverganger fra de høyeste nivåene av atomer av tunge elementer. Men intensiteten til disse linjene (høyden på toppene) er den laveste, siden de er minst sannsynlige.

Hvis et hardt elektron på grunn av utilstrekkelig spenning ved elektrodene ikke kan nå K-nivået, danner det en ledighet på L-nivået, og det dannes en mindre energisk L-serie med lengre bølgelengder. Påfølgende serier er født på lignende måte.

I tillegg, når en ledig stilling fylles som følge av en elektronisk overgang, dukker det opp en ny stilling i det overliggende skallet. Dette skaper forutsetninger for å generere neste serie. Elektronvakanser beveger seg høyere fra nivå til nivå, og atomet sender ut en kaskade av karakteristiske spektralserier mens det forblir ionisert.

Fin struktur av karakteristiske spektre

Atomiske røntgenspektre av karakteristisk røntgenstråling er preget av en fin struktur, som, som i optiske spektre, uttrykkes i linjedeling.

Fin struktur skyldes at energinivået - elektronskallet - er et sett av tett plasserte komponenter - underskall. For å karakterisere underskallene introduseres et annet internt kvantenummer j, som gjenspeiler samspillet mellom elektronets egne og orbitale magnetiske momenter.

På grunn av påvirkningen av spinn-bane-interaksjon blir energistrukturen til atomet mer kompleks, og som et resultat har den karakteristiske røntgenstrålingen et spektrum preget av splittede linjer med svært tettliggende elementer.

Elementer med fin struktur er vanligvis utpekt av ytterligere digitale indekser.

Karakteristisk røntgenstråling har en egenskap som kun reflekteres i den fine strukturen til spekteret. Overgangen av et elektron til et lavere energinivå skjer ikke fra det nedre underskallet til det høyere nivået. En slik hendelse har en ubetydelig sannsynlighet.

Bruk av røntgenstråler i spektrometri

Denne strålingen, på grunn av dens egenskaper beskrevet av Moseleys lov, ligger til grunn for ulike røntgenspektralmetoder for å analysere stoffer. Ved analyse av røntgenspekteret benyttes enten diffraksjon av stråling på krystaller (bølgespredningsmetode) eller detektorer som er følsomme for energien til absorberte røntgenfotoner (energispredningsmetode). De fleste elektronmikroskoper er utstyrt med en slags røntgenspektrometri-vedlegg.

Bølgespredningsspektrometri er spesielt nøyaktig. Ved hjelp av spesielle filtre fremheves de mest intense toppene i spekteret, noe som gjør det mulig å oppnå nesten monokromatisk stråling med en nøyaktig kjent frekvens. Anodematerialet er valgt svært nøye for å sikre at en monokromatisk stråle med ønsket frekvens oppnås. Dens diffraksjon på krystallgitteret til stoffet som studeres gjør at man kan studere gitterstrukturen med stor nøyaktighet. Denne metoden brukes også i studiet av DNA og andre komplekse molekyler.

En av egenskapene til karakteristisk røntgenstråling tas også i betraktning i gammaspektrometri. Dette er en karakteristisk topp med høy intensitet. Gammaspektrometre bruker blyskjerming mot ekstern bakgrunnsstråling som forstyrrer målinger. Men bly, som absorberer gammastråler, opplever intern ionisering, som et resultat av at det aktivt sender ut i røntgenområdet. For å absorbere de intense toppene av den karakteristiske røntgenstrålingen av bly, brukes ytterligere kadmiumskjerming. Den er på sin side ionisert og sender også ut røntgenstråler. For å nøytralisere de karakteristiske toppene av kadmium, brukes et tredje skjermingslag - kobber, hvis røntgenmaksima ligger utenfor driftsfrekvensområdet til gammaspektrometeret.

Spektrometri bruker både bremsstrahlung og karakteristiske røntgenstråler. Når man analyserer stoffer, studeres således absorpsjonsspektrene til kontinuerlige røntgenstråler av forskjellige stoffer.

Røntgenstråler ble oppdaget ved et uhell i 1895 av den berømte tyske fysikeren Wilhelm Roentgen. Han studerte katodestråler i et lavtrykksgassutladningsrør ved høy spenning mellom elektrodene. Til tross for at røret var i en svart boks, la Roentgen merke til at en lysrørskjerm, som tilfeldigvis var i nærheten, glødet hver gang røret var i bruk. Røret viste seg å være en kilde til stråling som kunne trenge gjennom papir, tre, glass og til og med en halvannen centimeter tykk aluminiumsplate.

Røntgen avslørte at gassutladningsrøret var en kilde til en ny type usynlig stråling med stor penetrerende kraft. Forskeren kunne ikke fastslå om denne strålingen var en strøm av partikler eller bølger, og han bestemte seg for å gi den navnet røntgenstråler. De ble senere kalt røntgenstråler

Det er nå kjent at røntgenstråler er en type elektromagnetisk stråling som har en kortere bølgelengde enn ultrafiolette elektromagnetiske bølger. Bølgelengden til røntgenstråler varierer fra 70 nm opptil 10-5 nm. Jo kortere bølgelengden til røntgenstråler er, jo større er energien til fotonene deres og desto større penetreringskraft. Røntgenstråler med relativt lang bølgelengde (mer enn 10 nm), er kalt myk. Bølgelengde 1 - 10 nm karakteriserer hard Røntgenstråler. De har enorm gjennomtrengningskraft.

Mottar røntgenstråler

Røntgenstråler produseres når raske elektroner, eller katodestråler, kolliderer med veggene eller anoden til et lavtrykksgassutladningsrør. Et moderne røntgenrør er en evakuert glassylinder med en katode og anode plassert i den. Potensialforskjellen mellom katoden og anoden (anti-katoden) når flere hundre kilovolt. Katoden er en wolframfilament oppvarmet av elektrisk strøm. Dette får katoden til å avgi elektroner som følge av termionisk emisjon. Elektronene akselereres av det elektriske feltet i røntgenrøret. Siden det er et svært lite antall gassmolekyler i røret, mister elektronene praktisk talt ikke energien sin på vei til anoden. De når anoden med svært høy hastighet.

Røntgenstråler produseres når elektroner som beveger seg med høy hastighet bremses ned av anodematerialet. Mesteparten av elektronenes energi forsvinner som varme. Derfor må anoden kjøles kunstig. Anoden i røntgenrøret må være laget av et metall som har et høyt smeltepunkt, for eksempel wolfram.

Den delen av energien som ikke spres i form av varme, omdannes til energien til elektromagnetiske bølger (røntgenstråler). Dermed er røntgenstråler et resultat av elektronbombardement av anodesubstansen. Det er to typer røntgenstråler: bremsstrahlung og karakteristisk.

Bremsstrahlung røntgen

Bremsstrahlung røntgenstråling oppstår når elektroner som beveger seg med høy hastighet bremses ned av de elektriske feltene til anodeatomene. Betingelsene for å stoppe individuelle elektroner er ikke de samme. Som et resultat blir ulike deler av deres kinetiske energi omdannet til røntgenenergi.

Spekteret til røntgen-bremsstrahlung avhenger ikke av anodesubstansens natur. Som kjent bestemmer energien til røntgenfotoner deres frekvens og bølgelengde. Derfor er røntgenbremsstrahlung ikke monokromatisk. Den er preget av en rekke bølgelengder som kan representeres kontinuerlig (kontinuerlig) spektrum.

Røntgenstråler kan ikke ha en energi som er større enn den kinetiske energien til elektronene som danner dem. Den korteste bølgelengden til røntgenstråling tilsvarer den maksimale kinetiske energien til retarderende elektroner. Jo større potensialforskjell i røntgenrøret er, desto kortere kan bølgelengdene til røntgenstråling oppnås.

Karakteristisk røntgenstråling

Den karakteristiske røntgenstrålingen er ikke kontinuerlig, men linjespekter. Denne typen stråling oppstår når et raskt elektron, når anoden, trenger inn i de indre orbitalene til atomer og slår ut et av elektronene deres. Som et resultat dukker det opp et ledig rom som kan fylles av et annet elektron som kommer ned fra en av de øvre atomorbitalene. Denne overgangen av et elektron fra et høyere til et lavere energinivå produserer røntgenstråler med en bestemt diskret bølgelengde. Derfor har den karakteristiske røntgenstrålingen linjespekter. Frekvensen til de karakteristiske strålingslinjene avhenger helt av strukturen til elektronorbitalene til anodeatomene.

Spektrumlinjene til den karakteristiske strålingen til forskjellige kjemiske elementer har samme utseende, siden strukturen til deres indre elektronorbitaler er identisk. Men deres bølgelengde og frekvens skyldes energiforskjeller mellom de indre orbitalene til tunge og lette atomer.

Frekvensen til linjene i spekteret av karakteristisk røntgenstråling endres i samsvar med atomnummeret til metallet og bestemmes av Moseley-ligningen: v 1/2 = EN(Z-B), Hvor Z- atomnummer til et kjemisk grunnstoff, EN Og B- konstanter.

Primære fysiske mekanismer for interaksjon av røntgenstråling med materie

Den primære interaksjonen mellom røntgenstråler og materie er preget av tre mekanismer:

1. Sammenhengende spredning. Denne formen for interaksjon oppstår når røntgenfotonene har mindre energi enn bindingsenergien til elektronene til atomkjernen. I dette tilfellet er ikke fotonenergien tilstrekkelig til å frigjøre elektroner fra atomene i stoffet. Fotonet absorberes ikke av atomet, men endrer forplantningsretningen. I dette tilfellet forblir bølgelengden til røntgenstrålingen uendret.

2. Fotoelektrisk effekt (fotoelektrisk effekt). Når et røntgenfoton når et atom i et stoff, kan det slå ut et av elektronene. Dette skjer hvis fotonenergien overstiger bindingsenergien til elektronet med kjernen. I dette tilfellet absorberes fotonet og elektronet frigjøres fra atomet. Hvis et foton bærer mer energi enn det som trengs for å frigjøre et elektron, vil det overføre den gjenværende energien til det frigjorte elektronet i form av kinetisk energi. Dette fenomenet, kalt den fotoelektriske effekten, oppstår når relativt lavenergi røntgenstråler absorberes.

Et atom som mister ett av elektronene sine, blir et positivt ion. Levetiden til frie elektroner er veldig kort. De absorberes av nøytrale atomer, som blir til negative ioner. Resultatet av den fotoelektriske effekten er intens ionisering av stoffet.

Hvis energien til røntgenfotonet er mindre enn ioniseringsenergien til atomene, går atomene inn i en eksitert tilstand, men blir ikke ionisert.

3. Usammenhengende spredning (Compton-effekt). Denne effekten ble oppdaget av den amerikanske fysikeren Compton. Det oppstår når et stoff absorberer røntgenstråler med kort bølgelengde. Fotonenergien til slike røntgenstråler er alltid større enn ioniseringsenergien til stoffets atomer. Compton-effekten er et resultat av interaksjonen av et høyenergi-røntgenfoton med et av elektronene i det ytre skallet til et atom, som har en relativt svak forbindelse med atomkjernen.

Et høyenergifoton overfører noe av energien til elektronet. Det eksiterte elektronet frigjøres fra atomet. Den gjenværende energien fra det opprinnelige fotonet sendes ut som et røntgenfoton med lengre bølgelengde i en vinkel i forhold til bevegelsesretningen til det opprinnelige fotonet. Det sekundære fotonet kan ionisere et annet atom osv. Disse endringene i retning og bølgelengde til røntgenstråler er kjent som Compton-effekten.

Noen effekter av interaksjon av røntgenstråler med materie

Som nevnt ovenfor er røntgenstråler i stand til å spennende atomer og materiemolekyler. Dette kan føre til at visse stoffer (som sinksulfat) fluorescerer. Hvis en parallell stråle av røntgenstråler rettes mot ugjennomsiktige objekter, kan du observere hvordan strålene passerer gjennom objektet ved å plassere en skjerm dekket med et fluorescerende stoff.

Den fluorescerende skjermen kan erstattes med fotografisk film. Røntgenstråler har samme effekt på fotografisk emulsjon som lys. Begge metodene brukes i praktisk medisin.

En annen viktig effekt av røntgenstråler er deres ioniserende evne. Dette avhenger av deres bølgelengde og energi. Denne effekten gir en metode for å måle intensiteten av røntgenstråler. Når røntgenstråler passerer gjennom ioniseringskammeret, genereres en elektrisk strøm hvis størrelse er proporsjonal med intensiteten til røntgenstrålene.

Absorpsjon av røntgenstråler av materie

Når røntgenstråler passerer gjennom materie, avtar energien deres på grunn av absorpsjon og spredning. Dempningen av intensiteten til en parallell stråle av røntgenstråler som passerer gjennom et stoff, bestemmes av Bouguers lov: I = I0 e -μd, Hvor jeg 0- innledende intensitet av røntgenstråling; Jeg- intensiteten av røntgenstråler som passerer gjennom materielaget, d- absorberende lagtykkelse , μ - lineær dempningskoeffisient. Det er lik summen av to mengder: t- lineær absorpsjonskoeffisient og σ - lineær dissipasjonskoeffisient: μ = τ+ σ

Eksperimenter har avdekket at den lineære absorpsjonskoeffisienten avhenger av atomnummeret til stoffet og bølgelengden til røntgenstrålene:

τ = kρZ 3 λ 3, Hvor k- koeffisient for direkte proporsjonalitet, ρ - stoffets tetthet, Z- atomnummer til grunnstoffet, λ - bølgelengde på røntgenstråler.

Avhengigheten av Z er veldig viktig fra et praktisk synspunkt. For eksempel er absorpsjonskoeffisienten til bein, som er sammensatt av kalsiumfosfat, nesten 150 ganger høyere enn for bløtvev ( Z=20 for kalsium og Z=15 for fosfor). Når røntgenstråler passerer gjennom menneskekroppen, skiller bein seg tydelig ut mot bakgrunnen av muskler, bindevev, etc.

Det er kjent at fordøyelsesorganene har samme absorpsjonskoeffisient som annet bløtvev. Men skyggen av spiserøret, magen og tarmene kan skilles ut hvis pasienten tar et kontrastmiddel - bariumsulfat ( Z= 56 for barium). Bariumsulfat er svært ugjennomsiktig for røntgenstråler og brukes ofte til røntgenundersøkelse av mage-tarmkanalen. Visse ugjennomsiktige blandinger injiseres i blodet for å undersøke tilstanden til blodårer, nyrer osv. I dette tilfellet brukes jod, hvis atomnummer er 53, som kontrastmiddel.

Avhengighet av røntgenabsorpsjon av Z brukes også for å beskytte mot mulige skadelige effekter av røntgenstråler. Bly brukes til dette formålet, mengden Z hvor det er lik 82.

Anvendelse av røntgenstråler i medisin

Årsaken til bruken av røntgenstråler i diagnostikk var deres høye penetrasjonsevne, en av de viktigste egenskapene til røntgenstråling. I de første dagene etter oppdagelsen ble røntgenstråler brukt mest til å undersøke beinbrudd og bestemme plasseringen av fremmedlegemer (som kuler) i menneskekroppen. For tiden brukes flere diagnostiske metoder ved bruk av røntgenstråler (røntgendiagnostikk).

Røntgen . Et røntgenapparat består av en røntgenkilde (røntgenrør) og en fluorescerende skjerm. Etter at røntgenstråler passerer gjennom pasientens kropp, observerer legen et skyggebilde av ham. Et blyvindu bør installeres mellom skjermen og legens øyne for å beskytte legen mot de skadelige effektene av røntgenstråler. Denne metoden gjør det mulig å studere funksjonstilstanden til visse organer. For eksempel kan legen direkte observere bevegelsene til lungene og passasjen av kontrastmidlet gjennom mage-tarmkanalen. Ulempene med denne metoden er utilstrekkelige kontrastbilder og relativt store doser stråling som mottas av pasienten under prosedyren.

Fluorografi . Denne metoden består i å ta et bilde av en del av pasientens kropp. De brukes vanligvis til foreløpig undersøkelse av tilstanden til pasientenes indre organer ved bruk av lave doser røntgenstråling.

Radiografi. (Røntgen-radiografi). Dette er en forskningsmetode som bruker røntgen der et bilde tas opp på fotografisk film. Fotografier er vanligvis tatt i to vinkelrette plan. Denne metoden har noen fordeler. Røntgenbilder inneholder flere detaljer enn en fluorescerende skjerm og er derfor mer informative. De kan lagres for videre analyse. Den totale stråledosen er mindre enn den som brukes ved fluoroskopi.

Computerrøntgentomografi . Utstyrt med datateknologi, er en aksial tomografiskanner den mest moderne røntgendiagnostiske enheten som lar deg få et klart bilde av hvilken som helst del av menneskekroppen, inkludert bløtvev av organer.

Den første generasjonen av computertomografi (CT) skannere inkluderer et spesielt røntgenrør som er festet til en sylindrisk ramme. En tynn røntgenstråle er rettet mot pasienten. To røntgendetektorer er festet til motsatt side av rammen. Pasienten er i midten av en ramme som kan rotere 180° rundt kroppen.

En røntgenstråle passerer gjennom et stasjonært objekt. Detektorene innhenter og registrerer absorpsjonsverdiene til forskjellige vev. Opptak gjøres 160 ganger mens røntgenrøret beveger seg lineært langs det skannede planet. Deretter roteres rammen 1 0 og prosedyren gjentas. Opptaket fortsetter til rammen roterer 180 0 . Hver detektor registrerer 28 800 bilder (180x160) i løpet av studien. Informasjonen behandles av en datamaskin, og et bilde av det valgte laget dannes ved hjelp av et spesielt dataprogram.

Den andre generasjonen av CT bruker flere røntgenstråler og opptil 30 røntgendetektorer. Dette gjør det mulig å fremskynde forskningsprosessen opp til 18 sekunder.

Tredje generasjon CT bruker et nytt prinsipp. En bred, vifteformet stråle av røntgenstråler dekker objektet som studeres, og røntgenstrålene som passerer gjennom kroppen registreres av flere hundre detektorer. Tiden som kreves for forskning reduseres til 5-6 sekunder.

CT har mange fordeler i forhold til tidligere røntgendiagnostiske metoder. Den er preget av høy oppløsning, noe som gjør det mulig å skille subtile endringer i bløtvev. CT lar deg oppdage patologiske prosesser som ikke kan oppdages med andre metoder. I tillegg gjør bruken av CT det mulig å redusere dosen av røntgenstråling som mottas av pasienter under diagnoseprosessen.

Advarsel /var/www/x-raydoctor..php på nett 1364

Advarsel: preg_match(): Kompilering mislyktes: ugyldig område i tegnklasse ved offset 4 tommer /var/www/x-raydoctor..php på nett 1364

Advarsel /var/www/x-raydoctor..php på nett 684

Advarsel /var/www/x-raydoctor..php på nett 691

Advarsel: preg_match_all(): Kompilering mislyktes: ugyldig område i tegnklasse ved offset 4 tommer /var/www/x-raydoctor..php på nett 684

Advarsel: Ugyldig argument oppgitt for foreach() i /var/www/x-raydoctor..php på nett 691

Røntgenstråler spiller en stor rolle i moderne medisin historien om oppdagelsen av røntgenstråler går tilbake til 1800-tallet.

Røntgenstråler er elektromagnetiske bølger som produseres med deltakelse av elektroner. Når ladede partikler akselereres kraftig, dannes kunstige røntgenstråler. Den går gjennom spesialutstyr:

ladede partikkelakseleratorer.

Oppdagelseshistorie

Disse strålene ble oppfunnet i 1895 av den tyske forskeren Roentgen: mens han jobbet med et katodestrålerør, oppdaget han fluorescenseffekten til bariumplatinacyanid. Det var da slike stråler og deres fantastiske evne til å trenge gjennom kroppens vev ble beskrevet. Strålene ble kjent som røntgenstråler (røntgenstråler). Senere i Russland begynte de å bli kalt røntgen.

Røntgenstråler kan til og med trenge gjennom vegger. Så Roentgen innså at han hadde gjort den største oppdagelsen innen medisin. Det var fra denne tiden det begynte å dannes egne seksjoner i vitenskapen, som radiologi og radiologi.

Strålene er i stand til å trenge gjennom bløtvev, men er forsinket, lengden deres bestemmes av hindringen til den harde overflaten. Det myke vevet i menneskekroppen er hud, og det harde vevet er bein. I 1901 ble forskeren tildelt Nobelprisen.

Men selv før oppdagelsen av Wilhelm Conrad Roentgen var andre forskere også interessert i et lignende emne. I 1853 studerte den franske fysikeren Antoine-Philibert Mason en høyspenningsutladning mellom elektroder i et glassrør. Gassen i den begynte å frigjøre en rødlig glød ved lavt trykk. Å pumpe ut overflødig gass fra røret førte til oppløsning av gløden til en kompleks sekvens av individuelle lysende lag, hvis fargetone var avhengig av mengden gass.

I 1878 foreslo William Crookes (engelsk fysiker) at fluorescens oppstår på grunn av innvirkningen av stråler på glassoverflaten til røret. Men alle disse studiene ble ikke publisert noe sted, så Roentgen hadde ingen anelse om slike funn. Etter å ha publisert oppdagelsene sine i 1895 i et vitenskapelig tidsskrift, hvor forskeren skrev at alle kropper er gjennomsiktige for disse strålene, selv om de er i svært forskjellige grader, ble andre forskere interessert i lignende eksperimenter. De bekreftet oppfinnelsen av Roentgen, og deretter begynte utviklingen og forbedringen av røntgenstråler.

Wilhelm Roentgen publiserte selv ytterligere to vitenskapelige artikler om temaet røntgen i 1896 og 1897, hvoretter han tok opp andre aktiviteter. Dermed oppfant det flere forskere, men det var Roentgen som publiserte vitenskapelige arbeider om dette emnet.

Prinsipper for bildeanskaffelse

Funksjonene til denne strålingen bestemmes av selve naturen til deres utseende. Stråling oppstår på grunn av en elektromagnetisk bølge. Hovedegenskapene inkluderer:

Speilbilde. Hvis en bølge treffer overflaten vinkelrett, vil den ikke bli reflektert. I noen situasjoner har diamant egenskapen til refleksjon.
Evne til å penetrere vev. I tillegg kan stråler passere gjennom ugjennomsiktige overflater av materialer som tre, papir osv.
Absorpsjon. Absorpsjon avhenger av materialets tetthet: jo tettere det er, jo mer røntgenstråler absorberer det.
Noen stoffer fluorescerer, det vil si gløder. Så snart strålingen stopper, forsvinner også gløden. Hvis det fortsetter etter opphør av strålene, kalles denne effekten fosforescens.
Røntgenstråler kan belyse fotografisk film, akkurat som synlig lys.
Hvis strålen passerer gjennom luften, skjer ionisering i atmosfæren. Denne tilstanden kalles elektrisk ledende, og den bestemmes ved hjelp av et dosimeter, som setter strålingsdoseringsraten.

Stråling - skade og nytte

Da oppdagelsen ble gjort, kunne fysikeren Roentgen ikke engang forestille seg hvor farlig oppfinnelsen hans var. I gamle dager var alle apparater som produserte stråling langt fra perfekte og endte opp med store doser frigjorte stråler. Folk forsto ikke faren med slik stråling. Selv om noen forskere selv da fremsatte teorier om farene ved røntgenstråler.

Røntgenstråler, som trenger inn i vev, har en biologisk effekt på dem. Måleenheten for stråledose er røntgen per time. Hovedpåvirkningen er på de ioniserende atomene som befinner seg inne i vevene. Disse strålene virker direkte på DNA-strukturen til en levende celle. Konsekvensene av ukontrollert stråling inkluderer:

cellemutasjon;
utseendet til svulster;
stråling brannskader;
strålesyke.

Kontraindikasjoner for røntgenundersøkelser:

Pasientene er i alvorlig tilstand.
Graviditetsperiode på grunn av negative effekter på fosteret.
Pasienter med blødning eller åpen pneumothorax.

Hvordan fungerer røntgen og hvor brukes den?

I medisin. Røntgendiagnostikk brukes til å undersøke levende vev for å identifisere visse lidelser i kroppen. Røntgenbehandling utføres for å eliminere tumorformasjoner.
I vitenskap. Strukturen til stoffer og arten av røntgenstråler avsløres. Disse spørsmålene behandles av vitenskaper som kjemi, biokjemi og krystallografi.
I industrien. For å oppdage uregelmessigheter i metallprodukter.
For sikkerheten til befolkningen. Røntgenstråler er installert på flyplasser og andre offentlige steder for å skanne bagasje.

Medisinsk bruk av røntgenstråling. I medisin og odontologi er røntgenstråler mye brukt til følgende formål:

For å diagnostisere sykdommer.
For overvåking av metabolske prosesser.
For behandling av mange sykdommer.

Bruk av røntgenstråler til medisinske formål

I tillegg til å oppdage beinbrudd, er røntgenstråler mye brukt til terapeutiske formål. Den spesialiserte anvendelsen av røntgenstråler er å oppnå følgende mål:

Å ødelegge kreftceller.
For å redusere svulststørrelsen.
For å redusere smerte.

For eksempel brukes radioaktivt jod, brukt til endokrinologiske sykdommer, aktivt mot kreft i skjoldbruskkjertelen, og hjelper derved mange mennesker med å bli kvitt denne forferdelige sykdommen. For øyeblikket, for å diagnostisere komplekse sykdommer, er røntgenstråler koblet til datamaskiner, noe som resulterer i fremveksten av de nyeste forskningsmetodene, for eksempel computer-aksial tomografi.

Disse skanningene gir leger fargebilder som viser en persons indre organer. For å oppdage funksjonen til indre organer er en liten dose stråling tilstrekkelig. Røntgen er også mye brukt i fysioterapi.

Grunnleggende egenskaper ved røntgenstråler

Penetreringsevne. Alle legemer er gjennomsiktige for røntgenstrålen, og graden av gjennomsiktighet avhenger av kroppens tykkelse. Det er takket være denne egenskapen at strålen begynte å bli brukt i medisin for å oppdage funksjonen til organer, tilstedeværelsen av brudd og fremmedlegemer i kroppen.
De er i stand til å få noen gjenstander til å gløde. For eksempel, hvis barium og platina påføres papp, vil det, etter å ha passert gjennom skanningsstråler, lyse grønngult. Plasserer du hånden mellom røntgenrøret og skjermen, vil lyset trenge mer inn i beinet enn inn i vevet, så beinvevet vil fremstå som lysest på skjermen, og muskelvevet mindre skarpt.
Handling på fotografisk film. Røntgen kan i likhet med lys gjøre en film mørk, dette lar deg fotografere skyggesiden som man får ved undersøkelse av kropper med røntgen.
Røntgenstråler kan ionisere gasser. Dette tillater ikke bare å finne strålene, men også å bestemme deres intensitet ved å måle ioniseringsstrømmen i gassen.
De har en biokjemisk effekt på kroppen til levende vesener. Takket være denne egenskapen har røntgenstråler funnet bred anvendelse i medisin: de kan behandle både hudsykdommer og sykdommer i indre organer. I dette tilfellet velges ønsket strålingsdose og varigheten av strålene. Langvarig og overdreven bruk av slik behandling er svært skadelig og skadelig for kroppen.

Bruken av røntgenstråler har resultert i å redde mange menneskeliv. Røntgenstråler hjelper ikke bare med å diagnostisere sykdommen i tide, behandlingsmetoder ved bruk av strålebehandling lindrer pasienter fra forskjellige patologier, fra hyperfunksjon av skjoldbruskkjertelen til ondartede svulster i beinvev.

Den tyske forskeren Wilhelm Conrad Roentgen kan med rette betraktes som grunnleggeren av radiografi og oppdageren av nøkkeltrekkene til røntgenstråler.

Så, tilbake i 1895, mistenkte han ikke engang bredden av bruken og populariteten til røntgenstråler oppdaget av ham, selv om de selv da reiste en bred resonans i vitenskapens verden.

Det er usannsynlig at oppfinneren kunne ha gjettet hvilken fordel eller skade frukten av hans aktivitet ville gi. Men i dag skal vi prøve å finne ut hvilken effekt denne typen stråling har på menneskekroppen.

Røntgenstråling er utstyrt med enorm penetreringskraft, men det avhenger av bølgelengden og tettheten til materialet som bestråles;
under påvirkning av stråling begynner noen gjenstander å lyse;
Røntgen påvirker levende vesener;
takket være røntgenstråler begynner noen biokjemiske reaksjoner å oppstå;
En røntgenstråle kan ta elektroner fra noen atomer og dermed ionisere dem.

Til og med oppfinneren selv var først og fremst opptatt av spørsmålet om nøyaktig hvilke stråler han oppdaget var.

Etter å ha utført en hel serie eksperimentelle studier, fant forskeren ut at røntgenstråler er mellombølger mellom ultrafiolett og gammastråling, hvis lengde er 10 -8 cm.

Egenskapene til røntgenstrålen, som er oppført ovenfor, har destruktive egenskaper, men dette forhindrer ikke at de brukes til nyttige formål.

Så hvor i den moderne verden kan røntgenstråler brukes?

Med deres hjelp kan du studere egenskapene til mange molekyler og krystallinske formasjoner.
For feildeteksjon, det vil si å sjekke industrielle deler og enheter for defekter.
I medisinsk industri og terapeutisk forskning.

På grunn av den korte lengden på hele området til disse bølgene og deres unike egenskaper, ble den viktigste anvendelsen av stråling oppdaget av Wilhelm Roentgen mulig.

Siden emnet for artikkelen vår er begrenset til virkningen av røntgenstråler på menneskekroppen, som bare møter dem når du går til sykehuset, vil vi videre vurdere eksklusivt dette bruksområdet.

Forskeren som oppfant røntgenstråler gjorde dem til en uvurderlig gave for hele jordens befolkning, fordi han ikke patenterte hjernebarnet sitt for videre bruk.

Siden den første pesten har bærbare røntgenapparater reddet hundrevis av sårede liv. I dag har røntgenstråler to hovedanvendelser:

Diagnostikk med dens hjelp.

Røntgendiagnostikk brukes i forskjellige tilfeller:

fluoroskopi eller gjennomlysning;
røntgen eller fotografi;
fluorografisk undersøkelse;
tomografi ved hjelp av røntgenstråler.

Nå må du finne ut hvordan disse metodene skiller seg fra hverandre:

Den første metoden forutsetter at motivet er plassert mellom en spesiell skjerm med fluorescerende egenskaper og et røntgenrør. Legen, basert på individuelle egenskaper, velger den nødvendige strålestyrken og mottar et bilde av bein og indre organer på skjermen.
I den andre metoden plasseres pasienten på en spesiell røntgenfilm i en kassett. I dette tilfellet er utstyret plassert over personen. Denne teknikken lar deg få et bilde i negativ, men med finere detaljer enn med fluoroskopi.
Masseundersøkelser av befolkningen for lungesykdom kan utføres ved bruk av fluorografi. På tidspunktet for prosedyren overføres bildet fra den store skjermen til en spesiell film.
Tomografi lar deg få bilder av indre organer i flere seksjoner. Det tas en hel serie bilder, som senere kalles tomogrammer.
Hvis du kobler hjelpen fra en datamaskin til den forrige metoden, vil spesialiserte programmer lage et komplett bilde laget ved hjelp av en røntgenskanner.

Alle disse metodene for å diagnostisere helseproblemer er basert på den unike egenskapen til røntgenstråler for å belyse fotografisk film. Samtidig er den gjennomtrengende evnen til inert og annet vev i kroppen vår annerledes, noe som vises på bildet.

Etter at en annen egenskap ved røntgenstråler for å påvirke vev fra et biologisk synspunkt ble oppdaget, begynte denne funksjonen å bli aktivt brukt i behandlingen av svulster.

Celler, spesielt ondartede, deler seg veldig raskt, og den ioniserende egenskapen til stråling har en positiv effekt i terapeutisk terapi og bremser tumorveksten.

Men den andre siden av mynten er den negative effekten av røntgenstråler på cellene i det hematopoetiske, endokrine og immunsystemet, som også raskt deler seg. Som et resultat av den negative påvirkningen av røntgen, oppstår strålingssyke.

Effekten av røntgenstråler på menneskekroppen

Bokstavelig talt umiddelbart etter en slik rungende oppdagelse i den vitenskapelige verden, ble det kjent at røntgenstråler kan ha en effekt på menneskekroppen:

Under studier av egenskapene til røntgenstråler viste det seg at de kan forårsake brannskader på huden. Svært lik termiske. Men dybden av skadene var mye større enn husskader, og de grodde verre. Mange forskere som jobber med disse lumske strålingene har mistet fingrene.
Gjennom prøving og feiling ble det funnet at hvis du reduserer tiden og mengden av investeringen, kan brannskader unngås. Senere begynte blyskjermer og fjernbestråling av pasienter å bli brukt.
Et langsiktig perspektiv på de skadelige effektene av stråler viser at endringer i blodsammensetningen etter bestråling fører til leukemi og tidlig aldring.
Alvorlighetsgraden av virkningen av røntgenstråler på menneskekroppen avhenger direkte av organet som blir bestrålt. Med en røntgen av bekkenet kan således infertilitet oppstå, og med diagnosen hematopoietiske organer kan blodsykdommer oppstå.
Selv de minste eksponeringene over lang tid kan føre til endringer på genetisk nivå.

Selvfølgelig ble alle studier utført på dyr, men forskere har bevist at patologiske endringer vil strekke seg til mennesker.

VIKTIG! Basert på de innhentede dataene ble det utviklet standarder for røntgeneksponering, som er ensartede over hele verden.

Røntgendoser under diagnose

Sannsynligvis lurer alle som forlater legekontoret etter en røntgenundersøkelse hvordan denne prosedyren vil påvirke deres fremtidige helse?

Stråleeksponering finnes også i naturen og vi møter det hver dag. For å gjøre det lettere å forstå hvordan røntgenstråler påvirker kroppen vår, vil vi sammenligne denne prosedyren med den naturlige strålingen som mottas:

med røntgen av thorax får en person en strålingsdose lik 10 dager med bakgrunnsstråling, og av magen eller tarmene - 3 år;
datamaskin tomogram av bukhulen eller hele kroppen - tilsvarende 3 års stråling;
røntgenundersøkelse av brystet - 3 måneder;
lemmer blir bestrålt med praktisk talt ingen helseskader;
Dental røntgen, på grunn av den nøyaktige retningen til strålen og minimal eksponeringstid, er heller ikke farlig.

VIKTIG! Til tross for at dataene som presenteres, uansett hvor skremmende de kan høres ut, oppfyller internasjonale krav. Pasienten har imidlertid all rett til å be om ytterligere beskyttelse ved alvorlig bekymring for hans velvære.

Vi møter alle røntgenundersøkelser, mer enn én gang. Imidlertid er en kategori personer utenfor de nødvendige prosedyrene gravide.

Faktum er at røntgenstråler i stor grad påvirker helsen til det ufødte barnet. Disse bølgene kan forårsake intrauterine utviklingsdefekter som følge av deres påvirkning på kromosomene.

VIKTIG! Den farligste perioden for røntgen er graviditet opptil 16 uker. I løpet av denne perioden er de mest sårbare bekken-, mage- og ryggradsområdene til babyen.

Når de vet om denne negative egenskapen til røntgenstråler, prøver leger over hele verden å unngå å foreskrive det til gravide kvinner.

Men det er andre kilder til stråling som en gravid kvinne kan møte:

mikroskoper drevet av elektrisitet;
farge-TV-skjermer.

De som forbereder seg på å bli mor bør definitivt vite om faren som venter dem. Under amming utgjør ikke røntgenstråler en trussel mot kroppen til den ammende moren og babyen.

Hva skal jeg gjøre etter røntgen?

Selv de minste effektene av røntgeneksponering kan minimeres ved å følge noen få enkle anbefalinger:

drikk melk umiddelbart etter prosedyren. Det er kjent å være i stand til å fjerne stråling;
tørr hvitvin eller druejuice har de samme egenskapene;
Det er tilrådelig å spise mer mat som inneholder jod i begynnelsen.

VIKTIG! Du bør ikke ty til medisinske prosedyrer eller bruke terapeutiske metoder etter å ha besøkt røntgenrommet.

Uansett hvilke negative egenskaper de en gang oppdagede røntgenstrålene kan ha, oppveier fordelene ved bruken fortsatt skaden de forårsaker. I medisinske institusjoner utføres lysprosedyren raskt og med minimale doser.

Moderne medisinsk diagnose og behandling av visse sykdommer kan ikke forestilles uten enheter som bruker egenskapene til røntgenstråling. Oppdagelsen av røntgenstråler skjedde for mer enn 100 år siden, men selv nå fortsetter arbeidet med å lage nye teknikker og enheter for å minimere de negative effektene av stråling på menneskekroppen.

Hvem oppdaget røntgenstråler og hvordan?

Under naturlige forhold er røntgenstrømmer sjeldne og sendes ut bare av visse radioaktive isotoper. Røntgen eller røntgen ble først oppdaget i 1895 av den tyske forskeren Wilhelm Röntgen. Denne oppdagelsen skjedde ved en tilfeldighet, under et eksperiment for å studere oppførselen til lysstråler under forhold som nærmer seg et vakuum. Eksperimentet involverte et katodegassutladningsrør med redusert trykk og en fluorescerende skjerm, som hver gang begynte å lyse i det øyeblikket røret begynte å fungere.

Interessert i den merkelige effekten, gjennomførte Roentgen en serie studier som viser at den resulterende strålingen, usynlig for øyet, er i stand til å trenge gjennom ulike hindringer: papir, tre, glass, noen metaller og til og med gjennom menneskekroppen. Til tross for mangelen på forståelse av selve naturen til det som skjer, om et slikt fenomen er forårsaket av generering av en strøm av ukjente partikler eller bølger, ble følgende mønster notert - stråling passerer lett gjennom det myke vevet i kroppen, og mye hardere gjennom hardt levende vev og ikke-levende stoffer.

Roentgen var ikke den første som studerte dette fenomenet. På midten av 1800-tallet ble lignende muligheter utforsket av franskmannen Antoine Mason og engelskmannen William Crookes. Det var imidlertid Roentgen som først oppfant et katoderør og en indikator som kunne brukes i medisin. Han var den første som publiserte et vitenskapelig arbeid, som ga ham tittelen som den første nobelprisvinneren blant fysikere.

I 1901 startet et fruktbart samarbeid mellom tre forskere, som ble grunnleggerne av radiologi og radiologi.

Egenskaper til røntgenstråler

Røntgenstråler er en del av det generelle spekteret av elektromagnetisk stråling. Bølgelengden ligger mellom gamma- og ultrafiolette stråler. Røntgenstråler har alle de vanlige bølgeegenskapene:

diffraksjon;
brytning;
innblanding;
forplantningshastighet (den er lik lyshastighet).

For å kunstig generere en strøm av røntgenstråler, brukes spesielle enheter - røntgenrør. Røntgenstråling oppstår på grunn av kontakt av raske elektroner fra wolfram med stoffer som fordamper fra den varme anoden. På bakgrunn av interaksjon vises elektromagnetiske bølger med kort lengde, lokalisert i spekteret fra 100 til 0,01 nm og i energiområdet 100-0,1 MeV. Hvis bølgelengden til strålene er mindre enn 0,2 nm, er dette hard stråling hvis bølgelengden er større enn denne verdien, kalles de myke røntgenstråler.

Det er betydelig at den kinetiske energien som oppstår fra kontakten mellom elektroner og anodestoffet er 99 % omdannet til varmeenergi og bare 1 % er røntgenstråler.

Røntgenstråling – bremsstrahlung og karakteristisk

Røntgenstråling er en superposisjon av to typer stråler - bremsstrahlung og karakteristisk. De genereres i røret samtidig. Derfor er røntgenbestråling og egenskapene til hvert spesifikt røntgenrør - dets strålingsspektrum - avhengig av disse indikatorene og representerer deres overlapping.

Bremsstrahlung eller kontinuerlig røntgenstråler er resultatet av retardasjonen av elektroner fordampet fra en wolframfilament.

Karakteristiske eller linje røntgenstråler dannes i øyeblikket av restrukturering av atomene til stoffet i anoden til røntgenrøret. Bølgelengden til de karakteristiske strålene avhenger direkte av atomnummeret til det kjemiske elementet som brukes til å lage anoden til røret.

De oppførte egenskapene til røntgenstråler gjør at de kan brukes i praksis:

usynlighet for vanlige øyne;
høy penetreringsevne gjennom levende vev og ikke-levende materialer som ikke overfører stråler fra det synlige spekteret;
ioniseringseffekt på molekylære strukturer.

Prinsipper for røntgenbilder

Egenskapene til røntgenstråler som bildebehandlingen er basert på, er evnen til enten å brytes ned eller forårsake glød av visse stoffer.

Røntgenbestråling forårsaker en fluorescerende glød i kadmium og sinksulfider - grønt, og i kalsiumwolframat - blått. Denne egenskapen brukes i medisinske røntgenbildeteknikker og øker også funksjonaliteten til røntgenskjermer.

Den fotokjemiske effekten av røntgenstråler på lysfølsomme sølvhalogenider (eksponering) gir mulighet for diagnostikk - å ta røntgenfotografier. Denne egenskapen brukes også ved måling av totaldosen mottatt av laboratorieassistenter i røntgenrom. Kroppsdosimetre inneholder spesielle følsomme taper og indikatorer. Den ioniserende effekten av røntgenstråling gjør det mulig å bestemme de kvalitative egenskapene til de resulterende røntgenstrålene.

En enkelt eksponering for stråling fra konvensjonelle røntgenstråler øker risikoen for kreft med bare 0,001 %.

Områder der røntgenstråler brukes

Bruk av røntgenstråler er tillatt i følgende bransjer:

Sikkerhet. Stasjonære og bærbare enheter for å oppdage farlige og forbudte gjenstander på flyplasser, tollen eller på overfylte steder.
Kjemisk industri, metallurgi, arkeologi, arkitektur, konstruksjon, restaureringsarbeid - for å oppdage feil og gjennomføre kjemiske analyser av stoffer.
Astronomi. Hjelper med å observere kosmiske kropper og fenomener ved hjelp av røntgenteleskoper.
Militær industri. Å utvikle laservåpen.

Hovedanvendelsen av røntgenstråling er i det medisinske feltet. I dag omfatter seksjonen medisinsk radiologi: strålediagnostikk, strålebehandling (røntgenbehandling), strålekirurgi. Medisinske universiteter utdanner høyt spesialiserte spesialister - radiologer.

Røntgenstråling - skader og fordeler, effekter på kroppen

Den høye penetreringskraften og ioniserende effekten av røntgenstråler kan forårsake endringer i strukturen til celle-DNA, og utgjør derfor en fare for mennesker. Skaden fra røntgen er direkte proporsjonal med den mottatte stråledosen. Ulike organer reagerer på stråling i ulik grad. De mest utsatte inkluderer:

benmarg og benvev;
linse i øyet;
skjoldbruskkjertelen;
bryst- og reproduktive kjertler;
lungevev.

Ukontrollert bruk av røntgenbestråling kan forårsake reversible og irreversible patologier.

Konsekvenser av røntgenbestråling:

skade på benmargen og forekomsten av patologier i det hematopoietiske systemet - erytrocytopeni, trombocytopeni, leukemi;
skade på linsen, med påfølgende utvikling av grå stær;
cellulære mutasjoner som er arvet;
utvikling av kreft;
motta stråling forbrenninger;
utvikling av strålesyke.

Viktig! I motsetning til radioaktive stoffer samler ikke røntgenstråler seg opp i kroppens vev, noe som betyr at røntgenstråler ikke trenger å fjernes fra kroppen. Den skadelige effekten av røntgenstråling opphører når det medisinske utstyret slås av.

Bruk av røntgenstråling i medisin er tillatt ikke bare for diagnostiske (traumatologiske, tannleger), men også for terapeutiske formål:

Røntgen i små doser stimulerer stoffskiftet i levende celler og vev;
visse begrensende doser brukes til behandling av onkologiske og godartede neoplasmer.

Metoder for diagnostisering av patologier ved hjelp av røntgenstråler

Radiodiagnostikk inkluderer følgende teknikker:

Fluoroskopi er en studie der et bilde oppnås på en fluorescerende skjerm i sanntid. Sammen med den klassiske anskaffelsen av et bilde av en kroppsdel i sanntid, er det i dag røntgen-TV-transilluminationsteknologier - bildet overføres fra en fluorescerende skjerm til en TV-monitor plassert i et annet rom. Det er utviklet flere digitale metoder for å behandle det resulterende bildet, etterfulgt av å overføre det fra skjermen til papiret.
Fluorografi er den billigste metoden for å undersøke brystorganene, som består i å ta et bilde i redusert skala på 7x7 cm. Til tross for sannsynligheten for feil, er det den eneste måten å gjennomføre en årlig masseundersøkelse av befolkningen. Metoden er ikke farlig og krever ikke fjerning av den mottatte stråledosen fra kroppen.
Radiografi er produksjon av et sammendragsbilde på film eller papir for å tydeliggjøre formen til et organ, dets posisjon eller tone. Kan brukes til å vurdere peristaltikk og tilstanden til slimhinner. Hvis det er et valg, bør man blant moderne røntgenapparater verken foretrekke digitale enheter, der røntgenfluksen kan være høyere enn for gamle enheter, men til lavdose røntgenapparater med direkte flat halvleder detektorer. De lar deg redusere belastningen på kroppen med 4 ganger.
Computerrøntgentomografi er en teknikk som bruker røntgenstråler for å få det nødvendige antallet bilder av deler av et valgt organ. Blant de mange variantene av moderne CT-enheter, brukes lavdose høyoppløselige datatomografier for en rekke gjentatte studier.

Strålebehandling

Røntgenterapi er en lokal behandlingsmetode. Oftest brukes metoden for å ødelegge kreftceller. Siden effekten er sammenlignbar med kirurgisk fjerning, kalles denne behandlingsmetoden ofte radiokirurgi.

I dag utføres røntgenbehandling på følgende måter:

Ekstern (protonterapi) - en strålestråle kommer inn i pasientens kropp fra utsiden.
Intern (brachyterapi) - bruk av radioaktive kapsler ved å implantere dem i kroppen, plassere dem nærmere kreftsvulsten. Ulempen med denne behandlingsmetoden er at inntil kapselen er fjernet fra kroppen, må pasienten isoleres.

Disse metodene er skånsomme, og bruken av dem er å foretrekke fremfor kjemoterapi i noen tilfeller. Denne populariteten skyldes det faktum at strålene ikke akkumuleres og ikke krever fjerning fra kroppen, de har en selektiv effekt, uten å påvirke andre celler og vev.

Sikker eksponeringsgrense for røntgenstråler

Denne indikatoren på normen for tillatt årlig eksponering har sitt eget navn - genetisk signifikant ekvivalent dose (GSD). Denne indikatoren har ikke klare kvantitative verdier.

Denne indikatoren avhenger av pasientens alder og ønske om å få barn i fremtiden.
Avhenger av hvilke organer som ble undersøkt eller behandlet.
GZD er påvirket av nivået av naturlig radioaktiv bakgrunn i regionen der en person bor.

I dag er følgende gjennomsnittlige GZD-standarder i kraft:

eksponeringsnivået fra alle kilder, med unntak av medisinske, og uten å ta hensyn til naturlig bakgrunnsstråling - 167 mrem per år;
normen for en årlig medisinsk undersøkelse er ikke høyere enn 100 mrem per år;
den totale sikkerhetsverdien er 392 mrem per år.

Røntgenstråling krever ikke fjerning fra kroppen, og er kun farlig ved intens og langvarig eksponering. Moderne medisinsk utstyr bruker lavenergibestråling av kort varighet, så bruken anses som relativt ufarlig.