Rentgensko zračenje i njegova primjena. Kratak opis rendgenskog zračenja. Upotreba rendgenskih zraka u medicini
Kratak opis rendgenskog zračenja
X-zrake su elektromagnetski talasi (tok kvanta, fotona), čija se energija nalazi na energetskoj skali između ultraljubičastog zračenja i gama zračenja (slika 2-1). Rentgenski fotoni imaju energiju od 100 eV do 250 keV, što odgovara zračenju frekvencije od 3×10 16 Hz do 6×10 19 Hz i talasne dužine od 0,005–10 nm. Elektromagnetski spektri rendgenskih i gama zraka preklapaju se u velikoj mjeri.
Rice. 2-1. Skala elektromagnetnog zračenja
Glavna razlika između ove dvije vrste zračenja je način na koji se javljaju. X-zraci se dobijaju uz učešće elektrona (na primer, tokom usporavanja njihovog protoka), a gama zraci - uz radioaktivni raspad jezgara nekih elemenata.
X-zrake se mogu generirati tijekom usporavanja ubrzanog protoka nabijenih čestica (tzv. kočni zrak) ili kada se u elektronskim omotačima atoma javljaju visokoenergetski prijelazi (karakteristično zračenje). Medicinski uređaji koriste rendgenske cijevi za generiranje rendgenskih zraka (slika 2-2). Njihove glavne komponente su katoda i masivna anoda. Elektroni koji se emituju zbog razlike u električnom potencijalu između anode i katode ubrzavaju se, dolaze do anode, pri sudaru sa materijalom čiji se usporavaju. Kao rezultat, nastaju kočiono rendgensko zračenje. Prilikom sudara elektrona sa anodom, javlja se i drugi proces - elektroni se izbijaju iz elektronskih ljuski atoma anode. Njihova mjesta zauzimaju elektroni iz drugih ljuski atoma. Tokom ovog procesa nastaje drugi tip rendgenskog zračenja - takozvano karakteristično rendgensko zračenje, čiji spektar u velikoj mjeri ovisi o materijalu anode. Anode se najčešće izrađuju od molibdena ili volframa. Postoje posebni uređaji za fokusiranje i filtriranje rendgenskih zraka u cilju poboljšanja rezultirajućih slika.
Rice. 2-2.Šema uređaja sa rendgenskom cijevi:
Osobine rendgenskih zraka koje predodređuju njihovu upotrebu u medicini su prodorni, fluorescentni i fotohemijski efekti. Prodorna moć rendgenskih zraka i njihova apsorpcija u tkivima ljudskog tijela i umjetnim materijalima najvažnija su svojstva koja određuju njihovu primjenu u radijacijskoj dijagnostici. Što je talasna dužina kraća, to je veća moć prodiranja rendgenskih zraka.
Postoje ʼʼʼʼʼ X-zrake sa niskom energijom i frekvencijom zračenja (respektivno, sa najvećom talasnom dužinom) i ʼʼʼʼʼ, koje imaju visoku energiju fotona i frekvenciju zračenja, i kratku talasnu dužinu. Talasna dužina rendgenskog zračenja (odnosno, njegova "krutost" i moć prodiranja) ovisi o veličini napona primijenjenog na rendgensku cijev. Što je veći napon na cijevi, veća je brzina i energija protoka elektrona i kraća je valna dužina rendgenskih zraka.
Tokom interakcije rendgenskog zračenja koje prodire kroz supstancu, u njoj se javljaju kvalitativne i kvantitativne promjene. Stupanj apsorpcije rendgenskih zraka u tkivima je različit i određen je gustinom i atomskom težinom elemenata koji čine predmet. Što je veća gustoća i atomska težina supstance od koje se sastoji predmet (organ) koji se proučava, to se više rendgenskih zraka apsorbira. Ljudsko tijelo sadrži tkiva i organe različite gustine (pluća, kosti, meka tkiva itd.), što objašnjava različitu apsorpciju rendgenskih zraka. Vizualizacija unutrašnjih organa i struktura zasniva se na vještačkoj ili prirodnoj razlici u apsorpciji rendgenskih zraka od strane različitih organa i tkiva.
Za registrovanje zračenja koje je prošlo kroz tijelo koristi se njegova sposobnost da izazove fluorescenciju određenih spojeva i fotokemijsko djelovanje na film. U tu svrhu koriste se posebni ekrani za fluoroskopiju i fotografski filmovi za radiografiju. U savremenim rendgenskim aparatima za registraciju oslabljenih zračenja koriste se posebni sistemi digitalnih elektronskih detektora - digitalni elektronski paneli. U ovom slučaju, rendgenske metode se nazivaju digitalnim.
Zbog bioloških efekata rendgenskih zraka, neophodno je zaštititi pacijente tokom pregleda. Ovo se postiže
najkraće moguće vrijeme izlaganja, zamjena fluoroskopije radiografijom, striktno opravdana upotreba jonizujućih metoda, zaštita zaštitom pacijenta i osoblja od izlaganja zračenju.
Kratak opis rendgenskog zračenja - pojam i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "Kratke karakteristike rendgenskog zračenja" 2017, 2018.
RTG ZRAČENJE
nevidljivo zračenje sposobno da prodre, iako u različitom stepenu, u sve supstance. To je elektromagnetno zračenje talasne dužine od oko 10-8 cm.Poput vidljive svetlosti, rendgenski zraci izazivaju pocrnjenje fotografskog filma. Ova nekretnina je od velikog značaja za medicinu, industriju i naučna istraživanja. Prolazeći kroz predmet koji se proučava, a zatim padajući na film, rendgensko zračenje oslikava njegovu unutrašnju strukturu na njemu. Budući da je prodorna moć rendgenskog zračenja različita za različite materijale, dijelovi objekta koji su za njega manje transparentni daju svjetlije površine na fotografiji od onih kroz koje zračenje dobro prodire. Dakle, koštano tkivo je manje transparentno za rendgenske zrake od tkiva koje čine kožu i unutrašnje organe. Stoga će na rendgenskom snimku kosti biti označene kao svjetlije površine, a mjesto prijeloma, koje je transparentnije za zračenje, može se vrlo lako otkriti. Rendgensko snimanje se također koristi u stomatologiji za otkrivanje karijesa i apscesa u korijenu zuba, kao i u industriji za otkrivanje pukotina na odljevcima, plastici i gumama. X-zrake se koriste u hemiji za analizu jedinjenja i u fizici za proučavanje strukture kristala. Rendgenski snop koji prolazi kroz hemijsko jedinjenje izaziva karakteristično sekundarno zračenje, čija spektroskopska analiza omogućava hemičaru da odredi sastav jedinjenja. Prilikom pada na kristalnu tvar, snop rendgenskih zraka se raspršuje od strane atoma kristala, dajući jasan, pravilan uzorak mrlja i pruga na fotografskoj ploči, što omogućava utvrđivanje unutrašnje strukture kristala. Upotreba rendgenskih zraka u liječenju raka zasniva se na činjenici da ubija ćelije raka. Međutim, može imati i nepoželjan učinak na normalne stanice. Stoga se pri ovoj upotrebi rendgenskih zraka mora biti izuzetno oprezan. Rendgensko zračenje otkrio je njemački fizičar W. Roentgen (1845-1923). Njegovo ime je ovjekovječeno u nekim drugim fizičkim terminima povezanim s ovim zračenjem: međunarodna jedinica doze jonizujućeg zračenja zove se rendgen; slika napravljena rendgenskim aparatom naziva se radiografija; Područje radiološke medicine koje koristi rendgenske zrake za dijagnosticiranje i liječenje bolesti naziva se radiologija. Roentgen je otkrio radijaciju 1895. dok je bio profesor fizike na Univerzitetu u Würzburgu. Provodeći eksperimente s katodnim zracima (elektroni teku u cijevima za pražnjenje), primijetio je da ekran koji se nalazi u blizini vakuumske cijevi, prekriven kristalnim barij cijanoplatinitom, sjajno svijetli, iako je sama cijev prekrivena crnim kartonom. Rentgen je dalje ustanovio da moć prodiranja nepoznatih zraka koje je otkrio, a koje je nazvao X-zrakama, zavisi od sastava materijala koji apsorbuje. Također je snimio kosti svoje ruke tako što je postavio između cijevi za izbacivanje katodnih zraka i ekrana obloženog barijum cijanoplatinitom. Rentgenovo otkriće pratili su eksperimenti drugih istraživača koji su otkrili mnoga nova svojstva i primjene ovog zračenja. Veliki doprinos dali su M. Laue, W. Friedrich i P. Knipping, koji su 1912. demonstrirali difrakciju rendgenskih zraka kada prođu kroz kristal; W. Coolidge, koji je 1913. izumio rendgensku cijev visokog vakuuma sa zagrijanom katodom; G. Moseley, koji je 1913. godine uspostavio vezu između talasne dužine zračenja i atomskog broja elementa; G. i L. Braggy, koji su 1915. dobili Nobelovu nagradu za razvoj osnova analize rendgenske difrakcije.
DOBIJANJE RTG ZRAČENJA
Rendgensko zračenje nastaje kada elektroni koji se kreću velikom brzinom stupaju u interakciju sa materijom. Kada se elektroni sudare s atomima bilo koje tvari, oni brzo gube svoju kinetičku energiju. U ovom slučaju, većina se pretvara u toplinu, a mali dio, obično manje od 1%, pretvara se u energiju X zraka. Ova energija se oslobađa u obliku kvanta - čestica zvanih fotoni koji imaju energiju, ali nemaju masu mirovanja. Rentgenski fotoni se razlikuju po svojoj energiji, koja je obrnuto proporcionalna njihovoj talasnoj dužini. Konvencionalnom metodom dobijanja rendgenskih zraka dobija se širok raspon talasnih dužina, koji se naziva rendgenski spektar. Spektar sadrži izražene komponente, kao što je prikazano na sl. 1. Široki "kontinuum" naziva se kontinuirani spektar ili bijelo zračenje. Oštri vrhovi koji su postavljeni na njega nazivaju se karakterističnim linijama rendgenske emisije. Iako je cijeli spektar rezultat sudara elektrona sa materijom, mehanizmi za pojavu njegovog širokog dijela i linija su različiti. Supstanca se sastoji od velikog broja atoma, od kojih svaki ima jezgro okruženo elektronskim omotačima, a svaki elektron u ljusci atoma datog elementa zauzima određeni diskretni energetski nivo. Obično se ove ljuske, ili energetski nivoi, označavaju simbolima K, L, M, itd., počevši od ljuske koja je najbliža jezgru. Kada se upadni elektron dovoljno velike energije sudari s jednim od elektrona vezanih za atom, on izbacuje taj elektron iz njegove ljuske. Prazan prostor zauzima drugi elektron iz ljuske, što odgovara višoj energiji. Ovo potonje daje višak energije emitujući rendgenski foton. Pošto elektroni ljuske imaju diskretne vrijednosti energije, rezultirajući fotoni X-zraka također imaju diskretni spektar. Ovo odgovara oštrim vrhovima za određene valne dužine, čije specifične vrijednosti zavise od ciljnog elementa. Karakteristične linije formiraju K-, L- i M-seriju, ovisno o tome iz koje je ljuske (K, L ili M) uklonjen elektron. Odnos između talasne dužine rendgenskih zraka i atomskog broja naziva se Moseleyjev zakon (slika 2).
Ako se elektron sudari s relativno teškim jezgrom, tada se usporava, a njegova kinetička energija se oslobađa u obliku rendgenskog fotona približno iste energije. Ako proleti pored jezgra, izgubit će samo dio svoje energije, a ostatak će se prenijeti na druge atome koji mu padnu na put. Svaki čin gubitka energije dovodi do emisije fotona s određenom energijom. Pojavljuje se kontinuirani rendgenski spektar čija gornja granica odgovara energiji najbržeg elektrona. Ovo je mehanizam za formiranje kontinuiranog spektra, a maksimalna energija (ili minimalna talasna dužina) koja fiksira granicu kontinuiranog spektra proporcionalna je naponu ubrzanja, koji određuje brzinu upadnih elektrona. Spektralne linije karakterišu materijal bombardovane mete, dok je kontinuirani spektar određen energijom elektronskog snopa i praktično ne zavisi od materijala mete. X-zrake se mogu dobiti ne samo bombardiranjem elektrona, već i zračenjem mete rendgenskim zracima iz drugog izvora. U ovom slučaju, međutim, većina energije upadnog snopa odlazi u karakteristični rendgenski spektar, a vrlo mali dio pada u kontinuirani spektar. Očigledno, upadni snop rendgenskih zraka mora sadržavati fotone čija je energija dovoljna da pobudi karakteristične linije bombardiranog elementa. Visok procenat energije po karakterističnom spektru čini ovu metodu rendgenske ekscitacije pogodnom za naučna istraživanja.
Rendgenske cijevi. Da bi se dobilo rendgensko zračenje zbog interakcije elektrona sa materijom, neophodno je imati izvor elektrona, sredstva za njihovo ubrzanje do velikih brzina i metu sposobnu da izdrži bombardovanje elektrona i proizvodi rendgensko zračenje željenog intenziteta. Uređaj koji ima sve to zove se rendgenska cijev. Rani istraživači su koristili "duboke vakuumske" cijevi kao što su današnje cijevi za pražnjenje. Vakum u njima nije bio veliki. Cijevi za pražnjenje sadrže malu količinu plina, a kada se na elektrode cijevi primijeni velika razlika potencijala, atomi plina se pretvaraju u pozitivne i negativne ione. Pozitivni se kreću prema negativnoj elektrodi (katodi) i padajući na nju izbijaju elektrone iz nje, a oni se zauzvrat kreću prema pozitivnoj elektrodi (anodi) i bombardirajući je stvaraju tok rendgenskih fotona. . U modernoj rendgenskoj cijevi koju je razvio Coolidge (slika 3), izvor elektrona je volframova katoda zagrijana na visoku temperaturu. Elektroni se ubrzavaju do velikih brzina zbog velike razlike potencijala između anode (ili antikatode) i katode. Budući da elektroni moraju doći do anode bez sudara s atomima, potreban je vrlo visok vakuum, za koji cijev mora biti dobro evakuirana. Ovo također smanjuje vjerovatnoću jonizacije preostalih atoma plina i pridruženih bočnih struja.
Elektroni su fokusirani na anodu pomoću posebno oblikovane elektrode koja okružuje katodu. Ova elektroda se naziva elektroda za fokusiranje i zajedno sa katodom čini "elektronski reflektor" cijevi. Anoda podvrgnuta bombardovanju elektrona mora biti izrađena od vatrostalnog materijala, jer se većina kinetičke energije bombardirajućih elektrona pretvara u toplinu. Osim toga, poželjno je da anoda bude izrađena od materijala sa visokim atomskim brojem, jer prinos rendgenskih zraka raste sa povećanjem atomskog broja. Za materijal anode najčešće se bira volfram čiji je atomski broj 74. Dizajn rendgenskih cijevi može biti različit u zavisnosti od uslova primjene i zahtjeva.
DETEKCIJA X-ZRAKA
Sve metode za detekciju rendgenskih zraka temelje se na njihovoj interakciji sa materijom. Detektori mogu biti dva tipa: oni koji daju sliku i oni koji ne daju. Prvi uključuju uređaje za rendgensku fluorografiju i fluoroskopiju, u kojima rendgenski snop prolazi kroz predmet koji se proučava, a preneseno zračenje ulazi u luminiscentni ekran ili film. Slika se pojavljuje zbog činjenice da različiti dijelovi predmeta koji se proučava apsorbiraju zračenje na različite načine - ovisno o debljini tvari i njenom sastavu. Kod detektora sa luminiscentnim ekranom, energija rendgenskog zraka se pretvara u direktno vidljivu sliku, dok se u radiografiji snima na osjetljivoj emulziji i može se promatrati tek nakon što se film razvije. Drugi tip detektora uključuje široku paletu uređaja u kojima se energija rendgenskih zraka pretvara u električne signale koji karakteriziraju relativni intenzitet zračenja. To uključuje jonizacijske komore, Geigerov brojač, proporcionalni brojač, scintilacioni brojač i neke posebne detektore na bazi kadmijum sulfida i selenida. Trenutno se scintilacioni brojači mogu smatrati najefikasnijim detektorima, koji dobro rade u širokom energetskom rasponu.
vidi takođe DETEKTORI ČESTICA . Detektor se bira uzimajući u obzir uslove problema. Na primjer, ako je potrebno precizno izmjeriti intenzitet difraktiranog rendgenskog zračenja, tada se koriste brojači koji omogućavaju mjerenja s točnošću od procenta. Ako je potrebno registrirati puno difrakiranih zraka, onda je preporučljivo koristiti rendgenski film, iako je u ovom slučaju nemoguće odrediti intenzitet sa istom preciznošću.
RTG I GAMA DEFEKTOSKOPIJA
Jedna od najčešćih primjena rendgenskih zraka u industriji je kontrola kvaliteta materijala i detekcija grešaka. Rendgenska metoda je nedestruktivna, tako da se materijal koji se ispituje, ako se utvrdi da ispunjava tražene zahtjeve, može koristiti za namjeravanu svrhu. I rendgenska i gama detekcija grešaka se zasnivaju na penetracionoj moći rendgenskih zraka i karakteristikama njihove apsorpcije u materijalima. Probojna snaga je određena energijom rendgenskih fotona, koja zavisi od napona ubrzanja u rendgenskoj cijevi. Zbog toga debeli uzorci i uzorci teških metala, poput zlata i uranijuma, za njihovo proučavanje zahtijevaju izvor rendgenskih zraka većeg napona, a za tanke uzorke dovoljan je izvor nižeg napona. Za detekciju grešaka gama zrakama vrlo velikih odljevaka i velikih valjanih proizvoda koriste se betatroni i linearni akceleratori koji ubrzavaju čestice do energije od 25 MeV i više. Apsorpcija rendgenskih zraka u materijalu ovisi o debljini apsorbera d i koeficijentu apsorpcije m i određena je formulom I = I0e-md, gdje je I intenzitet zračenja propuštenog kroz apsorber, I0 je intenzitet upadnog zračenja, a e = 2,718 je baza prirodnih logaritama. Za dati materijal, na datoj talasnoj dužini (ili energiji) rendgenskih zraka, koeficijent apsorpcije je konstanta. Ali zračenje izvora rendgenskih zraka nije monokromatsko, već sadrži širok spektar valnih duljina, zbog čega apsorpcija pri istoj debljini apsorbera ovisi o valnoj dužini (frekvenciji) zračenja. Rentgensko zračenje ima široku primenu u svim industrijama koje su povezane sa obradom metala pritiskom. Takođe se koristi za ispitivanje artiljerijskih cevi, prehrambenih proizvoda, plastike, za ispitivanje složenih uređaja i sistema u elektronskoj tehnici. (Neutronografija, koja koristi neutronske zrake umjesto rendgenskih zraka, koristi se u slične svrhe.) X-zrake se također koriste u druge svrhe, kao što je ispitivanje slika kako bi se utvrdila njihova autentičnost ili otkrivanje dodatnih slojeva boje na vrhu glavnog sloja .
DIFRAKCIJA X-ZRAKA
Difrakcija rendgenskih zraka daje važne informacije o čvrstim tvarima – njihovoj atomskoj strukturi i kristalnom obliku – kao i o tekućinama, amorfnim tijelima i velikim molekulima. Metoda difrakcije se također koristi za precizno (sa greškom manjom od 10-5) određivanje međuatomskih udaljenosti, detekciju napona i defekata, te za određivanje orijentacije monokristala. Difrakcijski uzorak može identificirati nepoznate materijale, kao i otkriti prisustvo nečistoća u uzorku i odrediti ih. Važnost metode difrakcije rendgenskih zraka za napredak moderne fizike teško se može precijeniti, budući da se savremeno razumijevanje svojstava materije u konačnici zasniva na podacima o rasporedu atoma u različitim hemijskim jedinjenjima, o prirodi veza. između njih i na strukturnim defektima. Glavni alat za dobijanje ovih informacija je metoda difrakcije rendgenskih zraka. Kristalografija difrakcije rendgenskih zraka je neophodna za određivanje strukture složenih velikih molekula, kao što su one deoksiribonukleinske kiseline (DNK), genetskog materijala živih organizama. Neposredno nakon otkrića rendgenskih zraka, naučni i medicinski interes je bio koncentrisan kako na sposobnost ovog zračenja da prodire kroz tijela, tako i na njegovu prirodu. Eksperimenti difrakcije rendgenskih zraka na prorezima i difrakcionim rešetkama pokazali su da ono pripada elektromagnetskom zračenju i da ima talasnu dužinu reda 10-8-10-9 cm. Još ranije su naučnici, posebno W. Barlow, pretpostavili da pravilan i simetričan oblik prirodnih kristala je zbog uređenog rasporeda atoma koji formiraju kristal. U nekim slučajevima, Barlow je mogao ispravno predvidjeti strukturu kristala. Vrijednost predviđenih međuatomskih udaljenosti iznosila je 10-8 cm, a činjenica da su međuatomske udaljenosti bile reda valne dužine rendgenskih zraka omogućila je u principu posmatranje njihove difrakcije. Rezultat je bila ideja za jedan od najvažnijih eksperimenata u historiji fizike. M. Laue je organizovao eksperimentalnu provjeru ove ideje, koju su izveli njegove kolege W. Friedrich i P. Knipping. Godine 1912. njih trojica su objavili svoj rad o rezultatima difrakcije rendgenskih zraka. Principi difrakcije rendgenskih zraka. Da bismo razumjeli fenomen difrakcije rendgenskih zraka, potrebno je razmotriti redom: prvo, spektar rendgenskih zraka, drugo, prirodu kristalne strukture i, treće, sam fenomen difrakcije. Kao što je gore pomenuto, karakteristično rendgensko zračenje se sastoji od niza spektralnih linija visokog stepena monohromatnosti, određenih materijalom anode. Uz pomoć filtera možete odabrati najintenzivniji od njih. Stoga je odabirom materijala anode na odgovarajući način moguće dobiti izvor gotovo monokromatskog zračenja sa vrlo precizno definiranom vrijednošću valne dužine. Valne dužine karakterističnog zračenja se obično kreću od 2,285 za hrom do 0,558 za srebro (vrijednosti za različite elemente poznate su na šest značajnih cifara). Karakteristični spektar je superponiran na kontinuirani "bijeli" spektar mnogo nižeg intenziteta, zbog usporavanja upadnih elektrona u anodi. Tako se iz svake anode mogu dobiti dvije vrste zračenja: karakteristično i kočno, od kojih svaka igra važnu ulogu na svoj način. Atomi u kristalnoj strukturi nalaze se u pravilnim intervalima, formirajući niz identičnih ćelija – prostornu rešetku. Neke su rešetke (na primjer, za većinu običnih metala) prilično jednostavne, dok su druge (na primjer, za proteinske molekule) prilično složene. Kristalnu strukturu karakterizira sljedeće: ako se pomakne iz neke date tačke jedne ćelije u odgovarajuću tačku susjedne ćelije, onda će se naći potpuno isto atomsko okruženje. A ako se neki atom nalazi u jednoj ili drugoj tački jedne ćelije, tada će se isti atom nalaziti u ekvivalentnoj tački bilo koje susjedne ćelije. Ovaj princip striktno vrijedi za savršen, idealno uređen kristal. Međutim, mnogi kristali (na primjer, metalne čvrste otopine) su u određenoj mjeri neuređeni; kristalografski ekvivalentna mjesta mogu zauzimati različiti atomi. U ovim slučajevima nije određen položaj svakog atoma, već samo pozicija atoma "statistički prosječna" na velikom broju čestica (ili ćelija). Fenomen difrakcije razmatran je u članku OPTIKA i čitalac može pogledati ovaj članak prije nego što nastavi dalje. Pokazuje da ako valovi (na primjer, zvuk, svjetlost, X-zrake) prolaze kroz mali prorez ili rupu, onda se potonji može smatrati sekundarnim izvorom valova, a slika proreza ili rupe sastoji se od naizmjenične svjetlosti i tamne pruge. Nadalje, ako postoji periodična struktura rupa ili utora, tada se kao rezultat pojačavanja i slabljenja interferencije zraka koje dolaze iz različitih rupa javlja jasan uzorak difrakcije. Difrakcija rendgenskih zraka je kolektivni fenomen raspršenja u kojem ulogu rupa i centara raspršenja imaju periodično raspoređeni atomi kristalne strukture. Međusobno pojačavanje njihovih slika pod određenim uglovima daje difrakcijski uzorak sličan onom koji bi nastao difrakcijom svjetlosti na trodimenzionalnoj difrakcijskoj rešetki. Do raspršivanja dolazi zbog interakcije upadnog rendgenskog zračenja s elektronima u kristalu. Zbog činjenice da je talasna dužina rendgenskog zračenja istog reda kao i dimenzije atoma, talasna dužina raspršenog rendgenskog zračenja je ista kao i upadnog. Ovaj proces je rezultat prisilnih oscilacija elektrona pod djelovanjem upadnih rendgenskih zraka. Zamislite sada atom sa oblakom vezanih elektrona (oko jezgra) na koji upadaju X-zrake. Elektroni u svim smjerovima istovremeno raspršuju incident i emituju vlastito rendgensko zračenje iste valne dužine, iako različitog intenziteta. Intenzitet raspršenog zračenja povezan je sa atomskim brojem elementa, jer atomski broj je jednak broju orbitalnih elektrona koji mogu učestvovati u rasejanju. (Ovu ovisnost intenziteta od atomskog broja raspršivača i smjera mjerenja intenziteta karakterizira faktor atomskog raspršenja, koji igra izuzetno važnu ulogu u analizi strukture kristala.) odaberite u kristalnoj strukturi linearni lanac atoma koji se nalaze na istoj udaljenosti jedan od drugog i razmotrite njihov uzorak difrakcije. Već je napomenuto da se rendgenski spektar sastoji od kontinuiranog dijela („kontinuuma“) i skupa intenzivnijih linija karakterističnih za element koji je anodni materijal. Recimo da smo filtrirali kontinuirani spektar i dobili skoro monohromatski snop rendgenskih zraka usmjeren na naš linearni lanac atoma. Uslov pojačanja (interferencija pojačanja) je zadovoljen ako je razlika između putanja talasa raspršenih susjednim atomima višestruka valne dužine. Ako snop pada pod uglom a0 na liniju atoma razdvojenih intervalima a (period), tada će za ugao difrakcije a razlika putanja koja odgovara pojačanju biti zapisana kao a(cos a - cosa0) = hl, gdje je l je talasna dužina, a h ceo broj (sl. 4 i 5).
Da bi se ovaj pristup proširio na trodimenzionalni kristal, potrebno je samo odabrati redove atoma u dva druga smjera u kristalu i zajedno riješiti tri tako dobivene jednadžbe za tri kristalne ose s periodima a, b i c. Druge dvije jednačine su
Ovo su tri osnovne Laueove jednadžbe za difrakciju rendgenskih zraka, sa brojevima h, k i c koji su Millerovi indeksi za ravan difrakcije.
vidi takođe KRISTALI I KRISTALOGRAFIJA. Uzimajući u obzir bilo koju od Laueovih jednadžbi, na primjer prvu, može se primijetiti da pošto su a, a0, l konstante i h = 0, 1, 2, ..., njeno rješenje se može predstaviti kao skup čunjeva sa zajednička osa a (sl. 5). Isto vrijedi i za pravce b i c. U opštem slučaju trodimenzionalnog rasejanja (difrakcije), tri Laueove jednačine moraju imati zajedničko rešenje, tj. tri difrakciona konusa koja se nalaze na svakoj od osi moraju se ukrštati; zajednička linija ukrštanja je prikazana na sl. 6. Zajedničko rješenje jednačina dovodi do Bragg-Wulfovog zakona:
l = 2(d/n)sinq, gdje je d udaljenost između ravnina s indeksima h, k i c (period), n = 1, 2, ... su cijeli brojevi (red difrakcije), a q je ugao formiran upadnim snopom (kao i difrakcijom) sa ravninom kristala u kojoj se javlja difrakcija. Analizirajući jednačinu Bragg-Vulfovog zakona za jedan kristal koji se nalazi na putanji monohromatskog rendgenskog snopa, možemo zaključiti da difrakciju nije lako uočiti, jer l i q su fiksni, a sinq METODE ANALIZE DIFRAKCIJE
Laue metoda. Laueova metoda koristi kontinuirani "bijeli" spektar X-zraka, koji je usmjeren na stacionarni monokristal. Za određenu vrijednost perioda d, talasna dužina koja odgovara Bragg-Wulfovom uslovu se automatski bira iz cijelog spektra. Laue obrasci dobiveni na ovaj način omogućavaju procjenu smjerova difraktiranih zraka i, posljedično, orijentacije kristalnih ravnina, što također omogućava izvođenje važnih zaključaka o simetriji, orijentaciji kristala i prisutnosti nedostataka u njemu. U ovom slučaju, međutim, informacija o prostornom periodu d se gubi. Na sl. 7 prikazuje primjer Lauegrama. Rendgenski film se nalazio na strani kristala suprotnoj onoj na koju je snop rendgenskih zraka upao iz izvora.
Debye-Scherrerova metoda (za polikristalne uzorke). Za razliku od prethodne metode, ovdje se koristi monohromatsko zračenje (l = const), a ugao q varira. To se postiže korištenjem polikristalnog uzorka koji se sastoji od brojnih malih kristalita nasumične orijentacije, među kojima ima i onih koji zadovoljavaju Bragg-Wulfov uvjet. Difraktirani snopovi formiraju čunjeve čija je os usmjerena duž snopa X zraka. Za snimanje se obično koristi uska traka rendgenskog filma u cilindričnoj kaseti, a rendgenski zraci se šire duž promjera kroz rupe u filmu. Ovako dobijeni debajgram (slika 8) sadrži tačne podatke o periodu d, tj. o strukturi kristala, ali ne daje informacije koje Lauegram sadrži. Stoga se obje metode međusobno nadopunjuju. Razmotrimo neke primjene Debye-Scherrerove metode.
Identifikacija hemijskih elemenata i jedinjenja. Iz ugla q određenog iz Debyegrama može se izračunati interplanarna udaljenost d karakteristika datog elementa ili spoja. Trenutno je sastavljeno mnogo tablica d vrijednosti koje omogućavaju identifikaciju ne samo jednog ili drugog kemijskog elementa ili spoja, već i različitih faznih stanja iste tvari, što ne daje uvijek hemijsku analizu. Također je moguće odrediti sadržaj druge komponente u supstitucionim legurama sa velikom preciznošću iz zavisnosti perioda d o koncentraciji.
Analiza stresa. Iz izmjerene razlike međuplanarnih razmaka za različite smjerove u kristalima, znajući modul elastičnosti materijala, moguće je sa velikom preciznošću izračunati male napone u njemu.
Studije preferencijalne orijentacije u kristalima. Ako mali kristaliti u polikristalnom uzorku nisu potpuno nasumično orijentirani, tada će prstenovi na Debyegramu imati različite intenzitete. U prisustvu izražene preferirane orijentacije, maksimumi intenziteta su koncentrisani u pojedinačnim tačkama na slici, što postaje slično slici za pojedinačni kristal. Na primjer, tokom dubokog hladnog valjanja, metalni lim poprima teksturu - izraženu orijentaciju kristalita. Prema debaygramu može se suditi o prirodi hladne obrade materijala.
Proučavanje veličina zrna. Ako je veličina zrna polikristala veća od 10-3 cm, tada će se linije na Debyegramu sastojati od zasebnih mrlja, jer u ovom slučaju broj kristalita nije dovoljan da pokrije cijeli raspon vrijednosti uglova q. Ako je veličina kristalita manja od 10-5 cm, tada difrakcijske linije postaju šire. Njihova širina je obrnuto proporcionalna veličini kristalita. Širenje se događa iz istog razloga zbog kojeg smanjenje broja proreza smanjuje rezoluciju difrakcijske rešetke. Rentgensko zračenje omogućava određivanje veličine zrna u rasponu od 10-7-10-6 cm.
Metode za monokristale. Kako bi difrakcija na kristalu pružila informacije ne samo o prostornom periodu, već io orijentaciji svakog skupa difrakcijskih ravnina, koriste se metode rotirajućeg monokristala. Monokromatski snop rendgenskih zraka pada na kristal. Kristal se rotira oko glavne ose, za šta su Laueove jednačine zadovoljene. U ovom slučaju se mijenja ugao q, koji je uključen u Bragg-Wulfovu formulu. Difrakcijski maksimumi se nalaze na presjeku Laueovih difrakcijskih konusa sa cilindričnom površinom filma (slika 9). Rezultat je uzorak difrakcije tipa prikazanog na Sl. 10. Međutim, moguće su komplikacije zbog preklapanja različitih redova difrakcije u jednoj tački. Metoda se može značajno poboljšati ako se istovremeno sa rotacijom kristala na određeni način pomjera i film.
Studije tečnosti i gasova. Poznato je da tečnosti, gasovi i amorfna tela nemaju ispravnu kristalnu strukturu. Ali i ovdje postoji kemijska veza između atoma u molekulima, zbog čega udaljenost između njih ostaje gotovo konstantna, iako su sami molekuli nasumično orijentirani u prostoru. Takvi materijali također daju difrakcijski uzorak sa relativno malim brojem razmazanih maksimuma. Obrada takve slike modernim metodama omogućava dobivanje informacija o strukturi čak i takvih nekristalnih materijala.
SPEKTROHEMIJSKA ANALIZA X-ZRAKA
Nekoliko godina nakon otkrića rendgenskih zraka, Ch. Barkla (1877-1944) je otkrio da kada fluks rendgenskih zraka visoke energije djeluje na supstancu, nastaje sekundarno fluorescentno rendgensko zračenje, što je karakteristično za element pod studijom. Ubrzo nakon toga, G. Moseley je, u nizu svojih eksperimenata, izmjerio valne dužine primarnog karakterističnog rendgenskog zračenja dobivenog elektronskim bombardiranjem različitih elemenata, i zaključio odnos između valne dužine i atomskog broja. Ovi eksperimenti, i Braggov izum rendgenskog spektrometra, postavili su osnovu za spektrohemijsku analizu rendgenskih zraka. Mogućnosti rendgenskih zraka za hemijsku analizu su odmah prepoznate. Spektrografi su kreirani uz registraciju na fotografskoj ploči, u kojoj je ispitivani uzorak služio kao anoda rendgenske cijevi. Nažalost, ispostavilo se da je ova tehnika vrlo naporna, pa se koristila samo kada su uobičajene metode kemijske analize bile neprimjenjive. Izvanredan primjer inovativnog istraživanja u oblasti analitičke rendgenske spektroskopije bilo je otkriće 1923. G. Hevesyja i D. Costera novog elementa, hafnija. Razvoj rendgenskih cijevi velike snage za radiografiju i osjetljivih detektora za radiohemijska mjerenja tokom Drugog svjetskog rata umnogome je doprinio brzom rastu rendgenske spektrografije u narednim godinama. Ova metoda je postala široko rasprostranjena zbog brzine, praktičnosti, nedestruktivne prirode analize i mogućnosti potpune ili djelomične automatizacije. Primjenjiv je u problemima kvantitativne i kvalitativne analize svih elemenata s atomskim brojem većim od 11 (natrijum). I iako se rendgenska spektrohemijska analiza obično koristi za određivanje kritičnih komponenti u uzorku (od 0,1-100%), u nekim slučajevima je pogodna za koncentracije od 0,005% pa čak i niže.
X-zrake spektrometar. Savremeni rendgenski spektrometar se sastoji od tri glavna sistema (slika 11): ekscitacioni sistemi, tj. rendgenska cijev sa anodom od volframa ili drugog vatrostalnog materijala i napajanjem; sistemi analize, tj. kristal analizatora sa dva kolimatora sa više proreza, kao i spektrogoniometar za fino podešavanje; i sistemi za registraciju sa Geigerovim ili proporcionalnim ili scintilacionim brojačem, kao i ispravljačem, pojačalom, brojačima i snimačem grafikona ili drugim uređajem za snimanje.
Rentgenska fluorescentna analiza. Analizirani uzorak se nalazi na putu uzbudljivih rendgenskih zraka. Područje uzorka koji se ispituje obično je izolirano maskom s rupom željenog promjera, a zračenje prolazi kroz kolimator koji formira paralelni snop. Iza kristala analizatora, prorezni kolimator emituje difraktirano zračenje za detektor. Obično je maksimalni ugao q ograničen na 80-85°, tako da samo rendgenski zraci čija je talasna dužina l povezana sa interplanarnom udaljenosti d nejednakošću l mogu difraktirati na kristalu analizatora. Rentgenska mikroanaliza. Gore opisani kristalni spektrometar ravnog analizatora može se prilagoditi za mikroanalizu. Ovo se postiže suženjem ili primarnog snopa rendgenskih zraka ili sekundarnog snopa koji emituje uzorak. Međutim, smanjenje efektivne veličine uzorka ili otvora zračenja dovodi do smanjenja intenziteta snimljenog difraktiranog zračenja. Poboljšanje ove metode može se postići upotrebom zakrivljenog kristalnog spektrometra, koji omogućava registraciju konusa divergentnog zračenja, a ne samo zračenja paralelnog osi kolimatora. Sa takvim spektrometrom mogu se identificirati čestice manje od 25 µm. Još veće smanjenje veličine analiziranog uzorka postiže se mikroanalizatorom rendgenske elektronske sonde koji je izumio R. Kasten. Ovdje se karakteristična rendgenska emisija uzorka pobuđuje visoko fokusiranim elektronskim snopom, koji se zatim analizira spektrometrom sa savijenim kristalima. Pomoću takvog uređaja moguće je detektovati količine supstance reda veličine 10-14 g u uzorku prečnika 1 μm. Razvijene su i instalacije sa skeniranjem uzorka elektronskim snopom, uz pomoć kojih je moguće dobiti dvodimenzionalni obrazac raspodjele po uzorku elementa čije je karakteristično zračenje podešeno na spektrometar.
MEDICINSKA RTG DIJAGNOSTIKA
Razvoj rendgenske tehnologije značajno je smanjio vrijeme ekspozicije i poboljšao kvalitet slike, omogućavajući proučavanje čak i mekih tkiva.
Fluorografija. Ova dijagnostička metoda se sastoji u fotografiranju slike u sjeni sa prozirnog ekrana. Pacijent se postavlja između izvora rendgenskih zraka i ravnog ekrana od fosfora (obično cezijum jodida), koji svijetli kada je izložen rendgenskim zracima. Biološka tkiva različitog stepena gustine stvaraju senke rendgenskog zračenja različitog intenziteta. Radiolog pregleda sliku sjene na fluorescentnom ekranu i postavlja dijagnozu. U prošlosti, radiolog se oslanjao na viziju za analizu slike. Sada postoje različiti sistemi koji pojačavaju sliku, prikazuju je na televizijskom ekranu ili snimaju podatke u memoriju računara.
Radiografija. Snimanje rendgenske slike direktno na fotografski film naziva se radiografija. U ovom slučaju, organ koji se proučava nalazi se između izvora rendgenskih zraka i filma, koji bilježi informacije o stanju organa u datom trenutku. Ponovljena radiografija omogućava suditi o njenoj daljnjoj evoluciji. Radiografija vam omogućava da vrlo precizno ispitate integritet koštanog tkiva, koje se sastoji uglavnom od kalcijuma i neprozirno je za rendgenske zrake, kao i rupture mišićnog tkiva. Uz njegovu pomoć, bolje od stetoskopa ili slušanja, analizira se stanje pluća u slučaju upale, tuberkuloze ili prisustva tečnosti. Uz pomoć radiografije utvrđuje se veličina i oblik srca, kao i dinamika njegovih promjena kod pacijenata koji boluju od srčanih bolesti.
kontrastna sredstva. Dijelovi tijela i šupljine pojedinih organa koji su prozirni za rendgensko zračenje postaju vidljivi ako su ispunjeni kontrastnim sredstvom koje je bezopasno za tijelo, ali omogućava vizualizaciju oblika unutrašnjih organa i provjeru njihovog funkcionisanja. Pacijent ili uzima kontrastna sredstva oralno (kao što su barijeve soli u ispitivanju gastrointestinalnog trakta), ili se daju intravenozno (kao što su rastvori koji sadrže jod u istraživanju bubrega i urinarnog trakta). Posljednjih godina, međutim, ove metode su zamijenjene dijagnostičkim metodama zasnovanim na korištenju radioaktivnih atoma i ultrazvuka.
CT skener. Sedamdesetih godina prošlog veka razvijena je nova metoda rendgenske dijagnostike, zasnovana na kompletnoj fotografiji tela ili njegovih delova. Slike tankih slojeva („kriške“) se obrađuju računarom, a konačna slika se prikazuje na ekranu monitora. Ova metoda se naziva kompjuterizovana rendgenska tomografija. U savremenoj medicini ima široku primenu za dijagnostiku infiltrata, tumora i drugih moždanih oboljenja, kao i za dijagnostiku bolesti mekih tkiva unutar tela. Ova tehnika ne zahtijeva uvođenje stranih kontrastnih sredstava i stoga je brža i učinkovitija od tradicionalnih tehnika.
BIOLOŠKO DJELOVANJE RTG ZRAČENJA
Štetno biološko djelovanje rendgenskog zračenja otkriveno je ubrzo nakon što ga je otkrio Roentgen. Pokazalo se da novo zračenje može izazvati nešto poput jakih opekotina od sunca (eritema), praćenih, međutim, dubljim i trajnijim oštećenjem kože. Čirevi koji se pojavljuju često su se pretvarali u rak. U mnogim slučajevima, prsti ili šake su morali biti amputirani. Bilo je i smrtnih slučajeva. Utvrđeno je da se oštećenje kože može izbjeći smanjenjem vremena izlaganja i doze, korištenjem zaštite (npr. olovo) i daljinskih upravljača. Ali postepeno su otkriveni drugi, dugoročniji efekti izlaganja rendgenskim zracima, koji su potom potvrđeni i proučavani na eksperimentalnim životinjama. Efekti delovanja rendgenskih zraka, kao i drugih jonizujućih zračenja (kao što je gama zračenje koje emituju radioaktivni materijali) obuhvataju: 1) privremene promene u sastavu krvi nakon relativno male ekspozicije; 2) nepovratne promene u sastavu krvi (hemolitička anemija) nakon dužeg prekomernog izlaganja; 3) povećanje incidencije karcinoma (uključujući leukemiju); 4) brže starenje i ranu smrt; 5) pojava katarakte. Osim toga, biološki eksperimenti na miševima, zečevima i mušicama (Drosophila) pokazali su da čak i male doze sistematskog zračenja velikih populacija, zbog povećanja stope mutacije, dovode do štetnih genetskih efekata. Većina genetičara prepoznaje primjenjivost ovih podataka na ljudsko tijelo. Što se tiče biološkog efekta rendgenskog zračenja na ljudski organizam, ono je određeno visinom doze zračenja, kao i time koji je organ tijela bio izložen zračenju. Na primjer, bolesti krvi nastaju zračenjem organa krvotvorenja, uglavnom koštane srži, a genetske posljedice - zračenjem genitalnih organa, što može dovesti i do steriliteta. Akumulacija znanja o uticaju rendgenskog zračenja na ljudski organizam dovela je do razvoja nacionalnih i međunarodnih standarda za dozvoljene doze zračenja, objavljenih u različitim referentnim publikacijama. Osim rendgenskih zraka, koje ljudi namjenski koriste, postoji i tzv. raspršeno, bočno zračenje koje nastaje iz različitih razloga, na primjer, zbog raspršivanja zbog nesavršenosti olovnog zaštitnog ekrana, koje ne djeluje. potpuno apsorbuju ovo zračenje. Osim toga, mnogi električni uređaji koji nisu dizajnirani da proizvode X-zrake ipak stvaraju X-zrake kao nusproizvod. Takvi uređaji uključuju elektronske mikroskope, visokonaponske ispravljačke lampe (kenotrone), kao i kineskope zastarjelih televizora u boji. Proizvodnja modernih kineskopa u boji u mnogim zemljama sada je pod kontrolom vlade.
OPASNI FAKTORI RTG ZRAČENJA
Vrste i stepen opasnosti od izlaganja rendgenskim zracima zavise od kontingenta ljudi koji su izloženi zračenju.
Profesionalci koji rade sa rendgenskom opremom. Ova kategorija uključuje radiologe, stomatologe, kao i naučne i tehničke radnike i osoblje koje održava i koristi rendgensku opremu. Poduzimaju se efikasne mjere za smanjenje nivoa radijacije s kojom se moraju nositi.
Pacijenti. Ovdje ne postoje strogi kriteriji, a siguran nivo zračenja koji pacijenti primaju tokom liječenja određuju ljekari koji prisustvuju. Ljekarima se savjetuje da ne izlažu pacijente nepotrebno rendgenskim zracima. Poseban oprez treba biti kod pregleda trudnica i djece. U tom slučaju se poduzimaju posebne mjere.
Metode kontrole. Postoje tri aspekta ovoga:
1) dostupnost adekvatne opreme, 2) sprovođenje sigurnosnih propisa, 3) pravilno korišćenje opreme. Kod rendgenskog pregleda, zračenju treba biti izloženo samo željeno područje, bilo da se radi o stomatološkim pregledima ili pregledima pluća. Imajte na umu da odmah nakon isključivanja rendgenskog aparata nestaju i primarno i sekundarno zračenje; takođe nema rezidualnog zračenja, što nije uvek poznato čak ni onima koji su u svom radu direktno povezani sa njim.
vidi takođe
ATOM STRUCTURE;
Radiologija je dio radiologije koji proučava djelovanje rendgenskog zračenja na organizam životinja i čovjeka koje nastaje zbog ove bolesti, njihovo liječenje i prevenciju, kao i metode za dijagnosticiranje različitih patologija pomoću rendgenskih zraka (rentgenska dijagnostika) . Tipičan aparat za rendgensku dijagnostiku uključuje napajanje (transformatore), visokonaponski ispravljač koji pretvara naizmjeničnu struju električne mreže u jednosmjernu, kontrolnu ploču, stativ i rendgensku cijev.
X-zrake su vrsta elektromagnetnih oscilacija koje nastaju u rendgenskoj cijevi prilikom naglog usporavanja ubrzanih elektrona u trenutku njihovog sudara s atomima anodne tvari. Trenutno je općeprihvaćeno gledište da su rendgenske zrake, po svojoj fizičkoj prirodi, jedna od vrsta energije zračenja, čiji spektar uključuje i radio valove, infracrvene zrake, vidljivu svjetlost, ultraljubičaste zrake i gama zrake radioaktivnih elemenata. Rentgensko zračenje se može okarakterisati kao skup njegovih najmanjih čestica – kvanta ili fotona.
Rice. 1 - mobilni rendgen aparat:
A - rendgenska cijev;
B - napajanje;
B - podesivi stativ.
Rice. 2 - Kontrolna tabla rendgenskog aparata (mehanička - lijevo i elektronska - desno): A - panel za podešavanje ekspozicije i tvrdoće;
B - dugme za napajanje visokog napona.
Rice. 3 je blok dijagram tipične rendgenske mašine 1 - mreža;
2 - autotransformator;
3 - pojačani transformator;
4 - rendgenska cijev;
5 - anoda;
6 - katoda;
7 - opadajući transformator.
Mehanizam proizvodnje rendgenskih zraka
X-zrake nastaju u trenutku sudara struje ubrzanih elektrona sa materijalom anode. Kada elektroni stupe u interakciju sa metom, 99% njihove kinetičke energije pretvara se u toplotnu energiju, a samo 1% u rendgenske zrake.
Rendgenska cijev se sastoji od staklene posude u kojoj su zalemljene 2 elektrode: katoda i anoda. Vazduh se ispumpava iz staklenog cilindra: kretanje elektrona od katode do anode moguće je samo u uslovima relativnog vakuuma (10 -7 -10 -8 mm Hg). Na katodi se nalazi filament, koji je čvrsto uvijena volframova nit. Kada se električna struja dovede na filament, dolazi do emisije elektrona, u kojoj se elektroni odvajaju od spirale i formiraju elektronski oblak u blizini katode. Ovaj oblak je koncentrisan na čašici za fokusiranje katode, koja postavlja smjer kretanja elektrona. Čaša - mala depresija na katodi. Anoda, zauzvrat, sadrži volframovu metalnu ploču na koju su fokusirani elektroni - ovo je mjesto formiranja rendgenskih zraka.
Rice. 4 - Uređaj s rendgenskom cijevi: A - katoda; 
B - anoda;
B - volframova nit;
G - šolja za fokusiranje katode;
D - tok ubrzanih elektrona;
E - volfram meta;
G - staklena boca;
Z - prozor od berilija;
I - formirani rendgenski zraci;
K - aluminijumski filter.
Na elektronsku cijev su spojena 2 transformatora: opadajući i pojačavajući. Step-down transformator zagrijava volframovu nit niskim naponom (5-15 volti), što rezultira emisijom elektrona. Pojačavajući ili visokonaponski transformator ide direktno na katodu i anodu, koje se napajaju naponom od 20-140 kilovolti. Oba transformatora su smeštena u visokonaponski blok rendgen aparata koji je napunjen transformatorskim uljem, koje obezbeđuje hlađenje transformatora i njihovu pouzdanu izolaciju.
Nakon formiranja oblaka elektrona uz pomoć step-down transformatora, pojačani transformator se uključuje, a visokonaponski napon se primjenjuje na oba pola električnog kola: pozitivan impuls na anodu, a negativan puls na katodu. Negativno nabijeni elektroni odbijaju se od negativno nabijene katode i teže pozitivno nabijenoj anodi - zbog takve potencijalne razlike postiže se velika brzina kretanja - 100 tisuća km / s. Pri ovoj brzini, elektroni bombardiraju volframovu anodnu ploču, dovršavajući električni krug, što rezultira rendgenskim zracima i toplinskom energijom.
Rendgensko zračenje se dijeli na kočno i karakteristično. Do kočnog zračenja dolazi zbog naglog usporavanja brzine elektrona koje emituje volframova nit. Karakteristično zračenje se javlja u trenutku preuređivanja elektronskih omotača atoma. Oba ova tipa nastaju u rendgenskoj cijevi u trenutku sudara ubrzanih elektrona s atomima anodnog materijala. Emisioni spektar rendgenske cijevi je superpozicija kočnog zraka i karakterističnih rendgenskih zraka.
Rice. 5 - princip formiranja kočnog rendgenskog zraka.
Rice. 6 - princip formiranja karakterističnih rendgenskih zraka.
Osnovna svojstva rendgenskih zraka
- Rendgenski zraci su nevidljivi za vizuelnu percepciju.
- Rentgensko zračenje ima veliku prodornu moć kroz organe i tkiva živog organizma, kao i guste strukture nežive prirode, koje ne propuštaju zrake vidljive svjetlosti.
- X-zrake uzrokuju sjaj određenih hemijskih jedinjenja, što se naziva fluorescencija.
- Cink i kadmijum sulfidi fluoresciraju žuto-zeleno,
- Kristali kalcijum volframata - ljubičasto-plavi.
Skala elektromagnetnih oscilacija
X-zrake imaju specifičnu talasnu dužinu i frekvenciju oscilovanja. Talasna dužina (λ) i frekvencija oscilacija (ν) povezane su odnosom: λ ν = c, gdje je c brzina svjetlosti, zaokružena na 300.000 km u sekundi. Energija X zraka određena je formulom E = h ν, gdje je h Plankova konstanta, univerzalna konstanta jednaka 6,626 10 -34 J⋅s. Talasna dužina zraka (λ) povezana je sa njihovom energijom (E) relacijom: λ = 12,4 / E.
Rentgensko zračenje se razlikuje od drugih vrsta elektromagnetnih oscilacija po talasnoj dužini (vidi tabelu) i kvantnoj energiji. Što je talasna dužina kraća, veća je njena frekvencija, energija i moć prodiranja. Talasna dužina X-zraka je u opsegu
. Promjenom talasne dužine rendgenskog zračenja moguće je kontrolisati njegovu prodornu moć. X-zrake imaju vrlo kratku talasnu dužinu, ali visoku frekvenciju oscilovanja, pa su nevidljive ljudskom oku. Zbog svoje ogromne energije, kvanti imaju veliku prodornu moć, što je jedno od glavnih svojstava koja osiguravaju upotrebu rendgenskih zraka u medicini i drugim naukama.rendgenske karakteristike
Intenzitet- kvantitativna karakteristika rendgenskog zračenja, koja se izražava brojem zraka koje emituje cijev u jedinici vremena. Intenzitet rendgenskih zraka mjeri se u miliamperima. Upoređujući ga sa intenzitetom vidljive svjetlosti iz konvencionalne žarulje sa žarnom niti, možemo povući analogiju: na primjer, lampa od 20 W sija jednim intenzitetom ili snagom, a lampa od 200 W sija drugim, dok kvalitet same svjetlosti (njenog spektra) je isti. Intenzitet rendgenskog zračenja je, u stvari, njegova količina. Svaki elektron stvara jedan ili više kvanta zračenja na anodi, stoga se količina rendgenskih zraka tokom ekspozicije objekta regulira promjenom broja elektrona koji teže anodi i broja interakcija elektrona s atomima volframove mete. , što se može uraditi na dva načina:
- Promjenom stepena usijanja katodne spirale pomoću opadajućeg transformatora (broj elektrona generiranih tokom emisije ovisit će o tome koliko je volframova spirala vruća, a broj kvanta zračenja ovisit će o broju elektrona);
- Promjenom vrijednosti visokog napona koji pojačani transformator dovodi do polova cijevi - katode i anode (što je veći napon doveden na polove cijevi, to više kinetičke energije primaju elektroni, što , zbog svoje energije, mogu stupiti u interakciju s nekoliko atoma anodne tvari zauzvrat - vidi sl. pirinač. 5; elektroni sa malom energijom moći će da uđu u manji broj interakcija).
Intenzitet X zraka (anodna struja) pomnožen sa brzinom zatvarača (vrijeme cijevi) odgovara ekspoziciji rendgenskim zracima, koja se mjeri u mAs (miliamperima u sekundi). Ekspozicija je parametar koji, kao i intenzitet, karakterizira količinu zraka koje emituje rendgenska cijev. Jedina razlika je u tome što ekspozicija uzima u obzir i vrijeme rada cijevi (na primjer, ako cijev radi 0,01 s, tada će broj zraka biti jedan, a ako je 0,02 s, tada će broj zraka biti drugačije - još dva puta). Izloženost zračenju postavlja radiolog na kontrolnoj tabli rendgenskog aparata, ovisno o vrsti studije, veličini objekta koji se proučava i dijagnostičkom zadatku.
Krutost- kvalitativna karakteristika rendgenskog zračenja. Mjeri se visokim naponom na cijevi - u kilovoltima. Određuje prodornu moć rendgenskih zraka. Regulira se visokim naponom koji se na rendgensku cijev dovodi preko transformatora za povećanje. Što se veća potencijalna razlika stvara na elektrodama cijevi, to je veća sila koju elektroni odbijaju od katode i jure prema anodi, a njihov sudar s anodom je jači. Što je njihov sudar jači, to je kraća talasna dužina nastalog rendgenskog zračenja i veća je prodorna moć ovog talasa (odnosno tvrdoća zračenja, koja se, kao i intenzitet, na kontrolnoj tabli reguliše parametrom napona na cijev - kilonapon).
λ - talasna dužina; 
Rice. 7 - Ovisnost valne dužine o energiji vala:
E - energija talasa 
Rice. 8 - Omjer napona na rendgenskoj cijevi i valne dužine rezultirajućeg rendgenskog zračenja:
Klasifikacija rendgenskih cijevi
- Po dogovoru
- Diagnostic
- Terapeutski
- Za strukturnu analizu
- Za transiluminaciju
- Po dizajnu
- Po fokusu
- Pojedinačni fokus (jedna spirala na katodi i jedna žarišna tačka na anodi)
- Bifokalni (dvije spirale različitih veličina na katodi i dvije žarišne točke na anodi)
- Po vrsti anode
- Stacionarni (fiksni)
- Rotirajuće
X-zrake se koriste ne samo u radiodijagnostičke svrhe, već i u terapeutske svrhe. Kao što je gore navedeno, sposobnost rendgenskog zračenja da suzbije rast tumorskih ćelija omogućava njegovu upotrebu u zračnoj terapiji onkoloških bolesti. Pored medicinskog područja primjene, rendgensko zračenje je našlo široku primjenu u inženjerskom i tehničkom području, nauci o materijalima, kristalografiji, hemiji i biohemiji: na primjer, moguće je identificirati strukturne defekte u različitim proizvodima (šine, zavarivanje itd.) korišćenjem rendgenskog zračenja. Vrsta takvog istraživanja naziva se defektoskopija. A na aerodromima, željezničkim stanicama i drugim mjestima gužve, rendgenski televizijski introskopi se aktivno koriste za skeniranje ručne prtljage i prtljage u svrhu sigurnosti.
Ovisno o vrsti anode, rendgenske cijevi se razlikuju po dizajnu. Zbog činjenice da se 99% kinetičke energije elektrona pretvara u toplinsku energiju, tokom rada cijevi, anoda se značajno zagrijava - osjetljiva volframova meta često izgara. Anoda se hladi u modernim rendgenskim cijevima rotacijom. Rotirajuća anoda ima oblik diska, koji ravnomjerno raspoređuje toplinu po cijeloj površini, sprječavajući lokalno pregrijavanje volframove mete.
Dizajn rendgenskih cijevi također se razlikuje u fokusu. Fokalna tačka - dio anode na kojem se stvara radni snop rendgenskih zraka. Podijeljen je na stvarnu žarišnu tačku i efektivnu žarišnu tačku ( pirinač. 12). Zbog ugla anode, efektivna žižna tačka je manja od stvarne. Koriste se različite veličine žarišne tačke u zavisnosti od veličine područja slike. Što je veća površina slike, to žižna tačka mora biti šira da pokrije čitavu oblast slike. Međutim, manja žarišna tačka daje bolju jasnoću slike. Stoga se pri proizvodnji malih slika koristi kratka nit i elektroni se usmjeravaju na malu površinu anodne mete, stvarajući manju žarišnu točku.
Rice. 9 - rendgenska cijev sa stacionarnom anodom.
Rice. 10 - Rendgenska cijev sa rotirajućom anodom.
Rice. 11 - Uređaj sa rendgenskom cijevi sa rotirajućom anodom.
Rice. 12 je dijagram formiranja stvarne i efektivne žarišne tačke.
PREDAVANJE
RTG ZRAČENJE
2. Rendgensko zračenje kočnog zračenja, njegova spektralna svojstva.
3. Karakteristično rendgensko zračenje (za pregled).
4. Interakcija rendgenskog zračenja sa materijom.
5.Fizičke osnove za upotrebu rendgenskih zraka u medicini.
X-zrake (X-zrake) je otkrio K. Roentgen, koji je 1895. godine postao prvi nobelovac za fiziku.
1. Priroda rendgenskih zraka
rendgensko zračenje - elektromagnetni talasi dužine od 80 do 10 -5 nm. Dugotalasno rendgensko zračenje je blokirano kratkotalasnim UV zračenjem, kratkotalasno - dugotalasnim g-zračenjem.
X-zrake se proizvode u rendgenskim cijevima. sl.1.
K - katoda
1 - elektronski snop
2 - rendgensko zračenje
Rice. 1. Uređaj sa rendgenskom cijevi.
Cev je staklena boca (sa mogućim visokim vakuumom: pritisak u njoj je oko 10-6 mm Hg) sa dve elektrode: anodom A i katodom K, na koje se primenjuje visoki napon
U (nekoliko hiljada volti). Katoda je izvor elektrona (zbog fenomena termoionske emisije). Anoda je metalna šipka koja ima nagnutu površinu kako bi se rezultirajuće rendgensko zračenje usmjerilo pod kutom u odnosu na os cijevi. Napravljen je od materijala koji provode visoku toplinu kako bi uklonio toplinu koja nastaje tokom elektronskog bombardiranja. Na zakošenom kraju nalazi se ploča od vatrostalnog metala (na primjer, volframa).Snažno zagrijavanje anode nastaje zbog činjenice da glavni broj elektrona u katodnom snopu, udarivši u anodu, doživljava brojne sudare s atomima tvari i prenosi im veliku količinu energije.
Pod dejstvom visokog napona, elektroni koje emituje nit vruće katode ubrzavaju se do visokih energija. Kinetička energija elektrona je
mv 2 /2. Jednaka je energiji koju dobija kretanjem u elektrostatičkom polju cijevi:mv 2 /2 = eU(1)
gdje je m , e su masa i naboj elektrona, U je napon ubrzanja.
Procesi koji dovode do pojave kočnog rendgenskog zračenja nastaju zbog intenzivnog usporavanja elektrona u materijalu anode elektrostatičkim poljem atomskog jezgra i atomskih elektrona.
Mehanizam porijekla se može predstaviti na sljedeći način. Pokretni elektroni su neka vrsta struje koja formira vlastito magnetsko polje. Usporenje elektrona je smanjenje jačine struje i, shodno tome, promjena indukcije magnetskog polja, što će uzrokovati pojavu naizmjeničnog električnog polja, tj. pojava elektromagnetnog talasa.
Dakle, kada nabijena čestica uleti u materiju, ona usporava, gubi energiju i brzinu i emituje elektromagnetne valove.
2. Spektralna svojstva rendgenskog kočnog zračenja .
Dakle, u slučaju usporavanja elektrona u materijalu anode, kočiono zračenje.
Spektar kočnog zračenja je kontinuiran . Razlog za to je sljedeći.
Kada se elektroni uspore, svaki od njih ima dio energije koji se koristi za zagrijavanje anode (E 1 =
Q ), drugi dio za stvaranje rendgenskog fotona (E 2 = hv), inače, eU = hv + Q . Odnos između ovih dijelova je nasumičan.Dakle, kontinualni spektar kočnog rendgenskog zračenja nastaje zbog usporavanja velikog broja elektrona, od kojih svaki emituje jedan rendgenski kvant
hv(h ) strogo definisane vrijednosti. Vrijednost ovog kvanta različito za različite elektrone. Zavisnost fluksa energije rendgenskih zraka o talasnoj dužini l , tj. rendgenski spektar je prikazan na sl.2. |
Fig.2. Spektar kočnog zračenja: a) pri različitim naponima
U u cijevi; b) na različitim temperaturama T katode.Kratkotalasno (tvrdo) zračenje ima veću prodornu moć od dugotalasnog (mekog) zračenja. Meko zračenje materija jače apsorbuje.
Sa strane kratkih talasnih dužina, spektar se naglo završava na određenoj talasnoj dužini
l m i n . Takvo kočno zračenje kratkotalasne dužine nastaje kada se energija koju dobije elektron u polju koje se ubrzava u potpunosti pretvori u energiju fotona ( Q = 0):eU = hv max = hc/ l min , l min = hc/(eU), (2)
l min (nm) = 1,23 / U kV
Spektralni sastav zračenja zavisi od napona na rendgenskoj cevi, sa povećanjem napona, vrednost
l m i n pomera prema kratkim talasnim dužinama (slika 2 a).Kada se temperatura T usijanja katode promijeni, povećava se emisija elektrona. Zbog toga se struja povećava
I u cijevi, ali se spektralni sastav zračenja ne mijenja (slika 2b).Protok energije F * kočno svjetlo je direktno proporcionalno kvadratu napona U između anode i katode, jačina struje I u cijevi i atomski broj Z anodni materijali:
F \u003d kZU 2 I. (3)
gdje je k \u003d 10 -9 W / (V 2 A).
3. Karakteristični rendgenski zraci (za upoznavanje).
Povećanje napona na rendgenskoj cijevi dovodi do činjenice da se na pozadini kontinuiranog spektra pojavljuje linija, koja odgovara karakterističnom rendgenskom zračenju. Ovo zračenje je specifično za materijal anode.
Mehanizam njegovog nastanka je sljedeći. Na visokom naponu, ubrzani elektroni (sa velikom energijom) prodiru duboko u atom i izbacuju elektrone iz njegovih unutrašnjih slojeva. Elektroni sa gornjih nivoa prelaze na slobodna mesta, usled čega se emituju fotoni karakterističnog zračenja.
Spektri karakterističnog rendgenskog zračenja razlikuju se od optičkih spektra.
- Ujednačenost.
Ujednačenost karakterističnih spektra je zbog činjenice da su unutrašnji elektronski slojevi različitih atoma isti i da se razlikuju samo energetski zbog efekta sile iz jezgara, koji se povećava sa povećanjem elementarnog broja. Stoga se karakteristični spektri pomiču prema višim frekvencijama s povećanjem nuklearnog naboja. To je eksperimentalno potvrdio zaposlenik Roentgena - Moseley, koji je izmjerio prelazne frekvencije rendgenskih zraka za 33 elementa. Oni su napravili zakon.
MOSELYJEV ZAKON – kvadratni korijen frekvencije karakterističnog zračenja je linearna funkcija rednog broja elementa:
A × (Z – B), (4)
gdje v je frekvencija spektralne linije, Z je atomski broj elementa koji emituje. A, B su konstante.
Važnost Moseleyjevog zakona leži u činjenici da se ova zavisnost može koristiti za precizno određivanje atomskog broja elementa koji se proučava iz izmjerene frekvencije rendgenske linije. Ovo je odigralo veliku ulogu u postavljanju elemenata u periodnom sistemu.
– Nezavisnost od hemijskog jedinjenja.
Karakteristični rendgenski spektri atoma ne zavise od hemijskog spoja u koji atom elementa ulazi. Na primjer, rendgenski spektar atoma kisika je isti za O 2, H 2 O, dok se optički spektri ovih spojeva razlikuju. Ova karakteristika rendgenskog spektra atoma bila je osnova za naziv " karakteristično zračenje".
4. Interakcija rendgenskog zračenja sa materijom
Uticaj rendgenskog zračenja na objekte određen je primarnim procesima interakcije rendgenskih zraka. fotona sa elektronima atoma i molekula materije.
Rentgensko zračenje u materiji apsorbuje ili raspršuje se. U tom slučaju mogu nastati različiti procesi koji su određeni omjerom energije fotona X zraka
hv i energija jonizacije A i (energija jonizacije A i - energija potrebna za uklanjanje unutrašnjih elektrona iz atoma ili molekula).a) Koherentno rasipanje(rasejanje dugotalasnog zračenja) nastaje kada je relacija
hv< А и.
Za fotone se zbog interakcije s elektronima mijenja samo smjer kretanja (sl. 3a), ali energija
hv i talasna dužina se ne menjaju (zato se ovo rasejanje naziva koherentan). Kako se energije fotona i atoma ne mijenjaju, koherentno rasipanje ne utiče na biološke objekte, ali pri stvaranju zaštite od rendgenskog zračenja treba uzeti u obzir mogućnost promjene primarnog smjera zraka.b) fotoelektrični efekat dešava kada
hv ³ A i .
U ovom slučaju mogu se realizovati dva slučaja.
1. Foton se apsorbuje, elektron se odvaja od atoma (slika 3b). Dolazi do jonizacije. Odvojeni elektron dobija kinetičku energiju: E k \u003d hv - A i . Ako je kinetička energija velika, elektron može ionizirati susjedne atome sudarom, formirajući nove. sekundarno elektrona.
2. Foton se apsorbuje, ali njegova energija nije dovoljna da odvoji elektron, i ekscitacija atoma ili molekula(Sl. 3c). To često dovodi do naknadne emisije fotona u području vidljivog zračenja (rendgenska luminiscencija), au tkivima do aktivacije molekula i fotokemijskih reakcija. Fotoelektrični efekat se javlja uglavnom na elektronima unutrašnjih omotača atoma sa visokim Z.
u) Nekoherentno rasipanje(Comptonov efekat, 1922) nastaje kada je energija fotona mnogo veća od energije ionizacije
hv » A i.
U ovom slučaju, elektron se odvaja od atoma (takvi elektroni se nazivaju povratni elektroni), dobija određenu kinetičku energiju
E to , energija samog fotona se smanjuje (slika 4d):hv=hv" + A i + E k. (5)
Rezultirajuće zračenje promijenjene frekvencije (dužine) naziva se sekundarno, raspršuje se u svim smjerovima.
Elektroni trzanja, ako imaju dovoljnu kinetičku energiju, mogu ionizirati susjedne atome sudarom. Tako, kao rezultat nekoherentnog raspršenja, nastaje sekundarno raspršeno rendgensko zračenje i atomi tvari se ioniziraju.
Ovi (a, b, c) procesi mogu uzrokovati niz naknadnih. Na primjer (slika 3d), ako se tokom fotoelektričnog efekta elektroni odvoje od atoma na unutrašnjim omotačima, tada na njihovo mjesto mogu proći elektroni sa viših nivoa, što je praćeno sekundarnim karakterističnim rendgenskim zračenjem ove supstance. Fotoni sekundarnog zračenja, u interakciji s elektronima susjednih atoma, mogu, zauzvrat, uzrokovati sekundarne pojave.
koherentno rasipanje
hv< А И
| |
fotoelektrični efekat
foton se apsorbuje, e - odvaja se od atoma - jonizacija
hv \u003d A i + E do
atom A pobuđen apsorpcijom fotona, R – rendgenska luminiscencija
nekoherentno rasipanje
hv » A i
hv \u003d hv "+ A i + E do
sekundarni procesi u fotoelektričnom efektu
 |
Rice. 3 Mehanizmi interakcije rendgenskih zraka sa materijom
Fizičke osnove za upotrebu rendgenskih zraka u medicini
Kada rendgenski zraci padnu na tijelo, ono se blago odbija od njegove površine, ali uglavnom prolazi duboko u, dok se djelimično apsorbira i raspršuje, a djelimično prolazi.
Zakon slabljenja.
Fluks rendgenskih zraka se u materiji slabi prema zakonu:
F \u003d F 0 e - m × x (6)
gdje m – linearni faktor slabljenja,što suštinski zavisi od gustine supstance. Ona je jednaka zbiru tri člana koji odgovaraju koherentnom rasipanju m 1, nekoherentni m 2 i fotoelektrični efekat m 3:
m \u003d m 1 + m 2 + m 3. (7)
Doprinos svakog člana je određen energijom fotona. Ispod su omjeri ovih procesa za meka tkiva (voda).
Energija, keV | fotoelektrični efekat | Compton - efekat |
| 100 % |
uživaj maseni koeficijent slabljenja,što ne zavisi od gustine supstance r :
m m = m / r . (osam)
Koeficijent prigušenja mase ovisi o energiji fotona i atomskom broju tvari koja apsorbira:
m m = k l 3 Z 3 . (devet)
Koeficijenti atenuacije mase kostiju i mekog tkiva (voda) razlikovati: m m kosti / m m vode = 68.
Ako se nehomogeno tijelo postavi na putanju rendgenskih zraka, a ispred njega se postavi fluorescentni ekran, tada ovo tijelo, apsorbirajući i prigušujući zračenje, formira sjenu na ekranu. Po prirodi ove sjene može se suditi o obliku, gustoći, strukturi, au mnogim slučajevima i prirodi tijela. One. značajna razlika u apsorpciji rendgenskog zračenja od strane različitih tkiva omogućava vam da vidite sliku unutrašnjih organa u projekciji sjene.
Ako organ koji se proučava i okolna tkiva podjednako prigušuju rendgenske zrake, tada se koriste kontrastna sredstva. Tako, na primjer, punjenje želuca i crijeva kašastom masom barijum sulfata ( BaS 0 4), možete vidjeti njihovu sliku u sjeni (odnos koeficijenata slabljenja je 354).
Upotreba u medicini.
U medicini se za dijagnostiku koristi rendgensko zračenje sa energijom fotona od 60 do 100-120 keV, a za terapiju 150-200 keV.
Rentgenska dijagnostika – Prepoznavanje bolesti transiluminacijom tijela rendgenskim zracima.
Rentgenska dijagnostika se koristi u različitim opcijama, koje su date u nastavku.
 |
1. Sa fluoroskopijom rendgenska cijev se nalazi iza pacijenta. Ispred njega je fluorescentni ekran. Na ekranu se nalazi senka (pozitivna) slika. U svakom pojedinačnom slučaju odabire se odgovarajuća tvrdoća zračenja tako da ono prolazi kroz meka tkiva, ali se dovoljno apsorbira od gustih. Inače se dobija ujednačena senka. Na ekranu su srce, rebra vidljivi tamni, pluća svetla.
2. Kada radiografija predmet se postavlja na kasetu, koja sadrži film sa posebnom fotografskom emulzijom. Rendgenska cijev se postavlja preko objekta. Dobijeni radiograf daje negativnu sliku, tj. suprotno za razliku od slike posmatrane tokom transiluminacije. U ovoj metodi postoji veća jasnoća slike nego u (1), stoga se uočavaju detalji koji se teško uočavaju pri transluminaciji.
Obećavajuća varijanta ove metode je rendgensko snimanje tomografija i "mašinska verzija" - kompjuter tomografija.
3. Uz fluoroskopiju, Na osjetljivom filmu malog formata slika sa velikog ekrana je fiksirana. Kada se gledaju, slike se pregledavaju na posebnom povećalu.
Rentgenska terapija - upotreba rendgenskih zraka za uništavanje malignih tumora.
Biološki efekat zračenja je da poremeti vitalnu aktivnost, posebno ćelije koje se brzo razmnožavaju.
KOMPJUTERSKA TOMOGRAFIJA (CT)
Metoda rendgenske kompjuterizovane tomografije zasniva se na rekonstrukciji slikeodređenog dijela tijela pacijenta registriranjem velikog broja rendgenskih projekcija ovog dijela, napravljenih pod različitim uglovima. Informacije sa senzora koji registruju ove projekcije ulaze u kompjuter, koji prema posebnom programu izračunava distribucija čvrsto veličina uzorkau istraženom dijelu i prikazuje ga na ekranu. Rezultirajuća slikadio tijela pacijenta odlikuje se odličnom jasnoćom i visokim sadržajem informacija. Program vam omogućava dapovećati kontrast slike in desetine pa čak i stotine puta. Ovo proširuje dijagnostičke mogućnosti metode.
Videografi (uređaji sa digitalnom obradom rendgenske slike) u savremenoj stomatologiji.
U stomatologiji rendgenski pregled je glavna dijagnostička metoda. Međutim, brojne tradicionalne organizacijske i tehničke karakteristike rendgenske dijagnostike čine je neudobnom kako za pacijente tako i za stomatološke ordinacije. To je, prije svega, potreba da pacijent dođe u kontakt sa jonizujućim zračenjem, koje često stvara značajno opterećenje zračenjem na tijelu, to je i potreba za fotoprocesom, a samim tim i potreba za fotoreagensima, uključujući otrovne. Ovo je, konačno, glomazna arhiva, teški fascikli i koverte sa rendgenskim filmovima.
Osim toga, sadašnji nivo razvoja stomatologije čini subjektivnu procjenu rendgenskih snimaka ljudskim okom nedovoljnom. Kako se ispostavilo, od mnoštva nijansi sive koje se nalaze na rendgenskoj slici, oko percipira samo 64.
Očigledno, da bi se dobila jasna i detaljna slika tvrdih tkiva dentoalveolarnog sistema uz minimalno izlaganje zračenju, potrebna su druga rješenja. Potraga je dovela do stvaranja takozvanih radiografskih sistema, videografi - digitalni radiografski sistemi.
Bez tehničkih detalja, princip rada ovakvih sistema je sljedeći. Rentgensko zračenje ulazi kroz objekat ne na fotoosjetljivi film, već na poseban intraoralni senzor (posebna elektronska matrica). Odgovarajući signal iz matrice prenosi se na uređaj za digitalizaciju (analogno-digitalni pretvarač, ADC) koji ga pretvara u digitalni oblik i povezuje se na računar. Specijalni softver pravi rendgensku sliku na ekranu računara i omogućava vam da je obradite, sačuvate na tvrdom ili fleksibilnom medijumu za skladištenje (tvrdi disk, diskete), odštampate je kao sliku kao datoteku.
U digitalnom sistemu, rendgenska slika je skup tačaka koje imaju različite digitalne vrijednosti sivih tonova. Optimizacija prikaza informacija koju pruža program omogućava postizanje optimalnog okvira u smislu svjetline i kontrasta pri relativno niskoj dozi zračenja.
U modernim sistemima koje su stvorile, na primjer, firme Trofej (Francuska) ili Schick (SAD) prilikom formiranja okvira koristi se 4096 nijansi sive, vrijeme ekspozicije ovisi o objektu proučavanja i u prosjeku je stotinke - desetinke sekunde, smanjenje izloženosti zračenju u odnosu na film - do 90% za intraoralne sisteme, do 70% za panoramske snimatelje.
Prilikom obrade slika, videografi dozvoljavaju:
1. Dobijte pozitivne i negativne slike, slike lažnih boja, reljefne slike.
2. Povećajte kontrast i povećajte područje od interesa na slici.
3. Procijeniti promjene u gustoći zubnog tkiva i koštanih struktura, kontrolirati ujednačenost punjenja kanala.
4. In endodoncija za određivanje dužine kanala bilo koje zakrivljenosti, a u operaciji za odabir veličine implantata sa tačnošću od 0,1 mm.
5. Jedinstveni sistem detektor karijesa sa elementima umjetne inteligencije u analizi slike omogućava otkrivanje karijesa u fazi mrlje, karijesa korijena i skrivenog karijesa.
* « F" u formuli (3) se odnosi na čitav opseg emitovanih talasnih dužina i često se naziva "Integralni energetski tok".
X-zrake su vrsta visokoenergetskog elektromagnetnog zračenja. Aktivno se koristi u raznim granama medicine.
X-zraci su elektromagnetski talasi čija je energija fotona na skali elektromagnetnih talasa između ultraljubičastog zračenja i gama zračenja (od ~10 eV do ~1 MeV), što odgovara talasnim dužinama od ~10^3 do ~10^−2 angstroma ( od ~10^−7 do ~10^−12 m). Odnosno, radi se o neuporedivo težem zračenju od vidljive svjetlosti, koja se nalazi na ovoj skali između ultraljubičastih i infracrvenih („toplinskih“) zraka.
Granica između rendgenskih zraka i gama zračenja se razlikuje uvjetno: njihovi rasponi se sijeku, gama zraci mogu imati energiju od 1 keV. Razlikuju se po poreklu: gama zraci se emituju tokom procesa koji se odvijaju u atomskim jezgrama, dok se X zraci emituju tokom procesa koji uključuju elektrone (i slobodni i oni u elektronskim omotačima atoma). Istovremeno, iz samog fotona je nemoguće utvrditi tokom kojeg procesa je nastao, odnosno podjela na rendgenski i gama opseg je uglavnom proizvoljna.
Opseg rendgenskih zraka podijeljen je na "meke rendgenske zrake" i "tvrde". Granica između njih leži na nivou talasne dužine od 2 angstroma i 6 keV energije.
Generator rendgenskih zraka je cijev u kojoj se stvara vakuum. Postoje elektrode - katoda, na koju se primjenjuje negativan naboj, i pozitivno nabijena anoda. Napon između njih je desetine do stotine kilovolti. Generiranje rendgenskih fotona događa se kada se elektroni "odlome" od katode i velikom brzinom udare u površinu anode. Rezultirajuće rendgensko zračenje se naziva "kočno zračenje", njegovi fotoni imaju različite talasne dužine.
Istovremeno se generišu fotoni karakterističnog spektra. Dio elektrona u atomima anodne tvari je pobuđen, odnosno odlazi na više orbite, a zatim se vraća u svoje normalno stanje, emitirajući fotone određene valne dužine. Obje vrste rendgenskih zraka proizvode se u standardnom generatoru.
Istorija otkrića
Njemački naučnik Wilhelm Conrad Roentgen otkrio je 8. novembra 1895. da neke supstance pod utjecajem "katodnih zraka", odnosno protoka elektrona koje stvara katodna cijev, počinju svijetliti. On je ovu pojavu objasnio uticajem određenih rendgenskih zraka - tako (“X-zraci”) ovo zračenje se sada naziva na mnogim jezicima. Kasnije V.K. Rentgen je proučavao fenomen koji je otkrio. On je 22. decembra 1895. održao predavanje na ovu temu na Univerzitetu u Vircburgu.
Kasnije se ispostavilo da je rendgensko zračenje uočeno i ranije, ali tada se fenomenima povezanim s njim nije pridavao veliki značaj. Katodna cijev je izumljena davno, ali prije V.K. Rendgen, niko nije obraćao puno pažnje na crnjenje fotografskih ploča u blizini, itd. fenomeni. Nepoznata je i opasnost od prodornog zračenja.
Vrste i njihov uticaj na organizam
"Rentgen" je najblaža vrsta prodornog zračenja. Prekomjerno izlaganje mekim rendgenskim zracima slično je izlaganju ultraljubičastom zračenju, ali u težem obliku. Na koži se stvara opekotina, ali lezija je dublja i zacjeljuje mnogo sporije.
Tvrdi rendgenski snimak je punopravno jonizujuće zračenje koje može dovesti do radijacijske bolesti. Kvanti rendgenskih zraka mogu razbiti proteinske molekule koji čine tkiva ljudskog tijela, kao i DNK molekule genoma. Ali čak i ako rendgenski kvant razbije molekulu vode, nije važno: u ovom slučaju nastaju kemijski aktivni slobodni radikali H i OH, koji sami mogu djelovati na proteine i DNK. Radijacijska bolest teče u težem obliku, što su više zahvaćeni hematopoetski organi.
X-zrake imaju mutageno i kancerogeno djelovanje. To znači da se povećava vjerovatnoća spontanih mutacija u ćelijama tokom zračenja, a ponekad i zdrave ćelije mogu degenerisati u kancerogene. Povećanje vjerovatnoće malignih tumora standardna je posljedica svakog izlaganja, uključujući i rendgenske zrake. X-zrake su najmanje opasna vrsta prodornog zračenja, ali ipak mogu biti opasne.
Rentgensko zračenje: primjena i kako funkcionira
Rentgensko zračenje se koristi u medicini, kao iu drugim područjima ljudske djelatnosti.
Fluoroskopija i kompjuterska tomografija
Najčešća upotreba rendgenskih zraka je fluoroskopija. "Tišina" ljudskog tijela omogućava vam da dobijete detaljnu sliku i kostiju (najjasnije su vidljive) i slike unutrašnjih organa.
Različita transparentnost tjelesnih tkiva na rendgenskim zracima povezana je s njihovim hemijskim sastavom. Karakteristike strukture kostiju su da sadrže mnogo kalcijuma i fosfora. Ostala tkiva se uglavnom sastoje od ugljika, vodonika, kisika i dušika. Atom fosfora je gotovo dvostruko teži od atoma kisika, a atom kalcija 2,5 puta (ugljik, dušik i vodonik su čak lakši od kisika). U tom smislu, apsorpcija rendgenskih fotona u kostima je mnogo veća.
Pored dvodimenzionalnih "slika", radiografija omogućava stvaranje trodimenzionalne slike organa: ova vrsta radiografije naziva se kompjuterizovana tomografija. U te svrhe koriste se meki rendgenski zraci. Količina ekspozicije primljene na jednoj slici je mala: približno je jednaka ekspoziciji primljenoj tokom 2-satnog leta u avionu na visini od 10 km.
Rentgenska detekcija grešaka omogućava vam da otkrijete male unutrašnje nedostatke u proizvodima. Za to se koriste tvrdi rendgenski zraci, jer su mnogi materijali (na primjer, metal) slabo "prozirni" zbog velike atomske mase njihove sastavne tvari.
Difrakcija rendgenskih zraka i analiza rendgenske fluorescencije
X-zrake imaju svojstva koja im omogućavaju da detaljno ispitaju pojedinačne atome. Analiza difrakcije rendgenskih zraka aktivno se koristi u hemiji (uključujući biohemiju) i kristalografiji. Princip njegovog rada je difrakcijsko raspršivanje rendgenskih zraka na atomima kristala ili složenih molekula. Analizom difrakcije rendgenskih zraka određena je struktura molekule DNK.
Analiza rendgenske fluorescencije omogućava vam da brzo odredite hemijski sastav supstance.
Postoji mnogo oblika radioterapije, ali svi uključuju upotrebu jonizujućeg zračenja. Radioterapija se dijeli na 2 vrste: korpuskularnu i talasnu. Korpuskularno koristi tokove alfa čestica (jezgra atoma helijuma), beta čestica (elektrona), neutrona, protona, teških jona. Wave koristi zrake elektromagnetnog spektra - x-zrake i gama.
Radioterapijske metode se prvenstveno koriste za liječenje onkoloških bolesti. Činjenica je da zračenje prvenstveno utječe na stanice koje se aktivno dijele, zbog čega stradaju hematopoetski organi (njihove stanice se neprestano dijele, stvarajući sve više novih crvenih krvnih zrnaca). Ćelije raka se također konstantno dijele i osjetljivije su na zračenje od zdravog tkiva.
Koristi se nivo zračenja koji potiskuje aktivnost ćelija raka, dok umereno utiče na zdrave. Pod uticajem zračenja ne dolazi do uništavanja ćelija kao takvih, već do oštećenja njihovog genoma – molekula DNK. Ćelija sa uništenim genomom može postojati neko vrijeme, ali se više ne može dijeliti, odnosno rast tumora prestaje.
Radioterapija je najblaži oblik radioterapije. Talasno zračenje je mekše od korpuskularnog zračenja, a rendgenski zraci su mekši od gama zračenja.
Tokom trudnoće
Opasno je koristiti jonizujuće zračenje tokom trudnoće. X-zrake su mutagene i mogu uzrokovati abnormalnosti u fetusu. Rentgenska terapija je nespojiva s trudnoćom: može se koristiti samo ako je već odlučeno da se pobaci. Ograničenja za fluoroskopiju su blaža, ali je u prvim mjesecima i ona strogo zabranjena.
U hitnim slučajevima, rendgenski pregled se zamjenjuje magnetnom rezonancom. Ali u prvom tromjesečju pokušavaju i to izbjeći (ova metoda se pojavila nedavno i sa apsolutnom sigurnošću govori o odsustvu štetnih posljedica).
Nedvosmislena opasnost nastaje kada se izloži ukupnoj dozi od najmanje 1 mSv (u starim jedinicama - 100 mR). Uz jednostavan rendgenski snimak (na primjer, kada je podvrgnut fluorografiji), pacijent prima oko 50 puta manje. Da biste primili takvu dozu odjednom, potrebno je da prođete detaljnu kompjuterizovanu tomografiju.
Odnosno, sama činjenica 1-2-strukog "rendgenskog snimka" u ranoj fazi trudnoće ne prijeti ozbiljnim posljedicama (ali bolje je ne riskirati).
Tretman sa njim
Rendgen se prvenstveno koristi u borbi protiv malignih tumora. Ova metoda je dobra jer je vrlo efikasna: ubija tumor. To je loše jer zdrava tkiva nisu mnogo bolja, postoje brojne nuspojave. Organi hematopoeze su posebno ugroženi.
U praksi se koriste različite metode za smanjenje uticaja rendgenskih zraka na zdrava tkiva. Zrake su usmjerene pod kutom na način da se u zoni njihovog sjecišta pojavljuje tumor (zbog toga se glavna apsorpcija energije događa upravo tamo). Ponekad se postupak izvodi u pokretu: tijelo pacijenta rotira u odnosu na izvor zračenja oko ose koja prolazi kroz tumor. Istovremeno, zdrava tkiva su u zoni zračenja samo ponekad, a bolesna - stalno.
Rendgen se koristi u liječenju određenih artroza i sličnih bolesti, kao i kožnih oboljenja. U ovom slučaju, sindrom boli se smanjuje za 50-90%. Budući da je zračenje koje se koristi u ovom slučaju mekše, nuspojave slične onima koje se javljaju u liječenju tumora se ne primjećuju.