X-ışını radyasyonu ve uygulaması. X-ışını radyasyonunun kısa açıklaması. X ışınlarının tıpta kullanımı
X-ışını radyasyonunun kısa açıklaması
X-ışınları, enerjisi ultraviyole radyasyon ve gama radyasyonu arasındaki enerji ölçeğinde bulunan elektromanyetik dalgalardır (kuanta akışı, fotonlar). X-ışını fotonlarının enerjileri 100 eV ila 250 keV arasındadır; bu, 3×10 16 Hz ila 6×10 19 Hz frekans ve 0.005–10 nm dalga boyuna sahip radyasyona karşılık gelir. X ışınlarının ve gama ışınlarının elektromanyetik spektrumları büyük ölçüde örtüşür.
Pirinç. 2-1. Elektromanyetik radyasyon ölçeği
Bu iki radyasyon türü arasındaki temel fark, oluşma biçimleridir. X-ışınları, elektronların katılımıyla (örneğin, akışlarının yavaşlaması sırasında) ve gama ışınlarının - bazı elementlerin çekirdeklerinin radyoaktif bozunması ile elde edilir.
X-ışınları, yüklü parçacıkların hızlandırılmış bir akışının (bremsstrahlung olarak adlandırılan) yavaşlaması sırasında veya atomların elektron kabuklarında yüksek enerjili geçişler meydana geldiğinde (karakteristik radyasyon) üretilebilir. Tıbbi cihazlar, X-ışınları üretmek için X-ışını tüplerini kullanır (Şekil 2-2). Ana bileşenleri bir katot ve bir masif anottur. Anot ile katot arasındaki elektriksel potansiyel farkından dolayı yayılan elektronlar hızlanır, yavaşlatıldıkları malzeme ile çarpışarak anoda ulaşırlar. Sonuç olarak, bremsstrahlung X-ışınları üretilir. Elektronların anot ile çarpışması sırasında, ikinci işlem de gerçekleşir - elektronlar anot atomlarının elektron kabuklarından atılır. Yerleri, atomun diğer kabuklarından elektronlar tarafından işgal edilir. Bu işlem sırasında, spektrumu büyük ölçüde anot malzemesine bağlı olan, karakteristik X-ışını radyasyonu olarak adlandırılan ikinci bir X-ışını radyasyonu türü üretilir. Anotlar çoğunlukla molibden veya tungstenden yapılır. Elde edilen görüntüleri iyileştirmek için X-ışınlarını odaklamak ve filtrelemek için özel cihazlar vardır.
Pirinç. 2-2. X-ışını tüpü cihazının şeması:
X-ışınlarının tıpta kullanımlarını önceden belirleyen özellikleri delici, floresan ve fotokimyasal etkilerdir. X ışınlarının nüfuz gücü ve insan vücudunun dokuları ve yapay malzemeler tarafından emilimi, radyasyon teşhisinde kullanımlarını belirleyen en önemli özelliklerdir. Dalga boyu ne kadar kısa olursa, X ışınlarının nüfuz gücü o kadar büyük olur.
Düşük enerjili ve radyasyon frekansına sahip (sırasıyla en büyük dalga boyuna sahip) "yumuşak" X ışınları ve kısa dalga boyuna sahip yüksek foton enerjisine ve radyasyon frekansına sahip "sert" X ışınları vardır. X-ışını radyasyonunun dalga boyu (sırasıyla, "sertliği" ve nüfuz etme gücü), X-ışını tüpüne uygulanan voltajın büyüklüğüne bağlıdır. Tüp üzerindeki voltaj ne kadar yüksek olursa, elektron akışının hızı ve enerjisi o kadar yüksek ve x-ışınlarının dalga boyu o kadar kısa olur.
Maddeye nüfuz eden X-ışını radyasyonunun etkileşimi sırasında, içinde niteliksel ve niceliksel değişiklikler meydana gelir. X ışınlarının dokular tarafından soğurulma derecesi farklıdır ve nesneyi oluşturan elementlerin yoğunluğu ve atom ağırlığı ile belirlenir. İncelenen nesnenin (organın) oluştuğu maddenin yoğunluğu ve atom ağırlığı ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla X-ışınları emilir. İnsan vücudu, X ışınlarının farklı absorpsiyonunu açıklayan farklı yoğunluklarda (akciğerler, kemikler, yumuşak dokular vb.) doku ve organlar içerir. İç organların ve yapıların görselleştirilmesi, X ışınlarının çeşitli organ ve dokular tarafından soğurulmasındaki yapay veya doğal farklılığa dayanır.
Vücuttan geçen radyasyonu kaydetmek için, belirli bileşiklerin floresansına neden olma ve film üzerinde fotokimyasal bir etkiye sahip olma yeteneği kullanılır. Bu amaçla floroskopi için özel ekranlar ve radyografi için fotoğraf filmleri kullanılmaktadır. Modern X-ray makinelerinde, zayıflatılmış radyasyonu kaydetmek için özel dijital elektronik dedektör sistemleri - dijital elektronik paneller - kullanılır. Bu durumda X-ışını yöntemlerine dijital denir.
Röntgen ışınlarının biyolojik etkilerinden dolayı muayene sırasında hastaların korunması esastır. Bu elde edilir
mümkün olan en kısa maruz kalma süresi, floroskopinin radyografi ile değiştirilmesi, iyonlaştırma yöntemlerinin kesinlikle gerekçeli kullanımı, hastayı ve personeli radyasyona maruz kalmaktan koruyarak koruma.
X-ışını radyasyonunun kısa açıklaması - kavram ve türleri. "X-ışını radyasyonunun kısa özellikleri" kategorisinin sınıflandırılması ve özellikleri 2017, 2018.
röntgen radyasyonu
Değişen derecelerde de olsa tüm maddelere nüfuz edebilen görünmez radyasyon. Yaklaşık 10-8 cm dalga boyuna sahip elektromanyetik radyasyondur.Görünür ışık gibi X-ışınları da fotoğraf filminin kararmasına neden olur. Bu özellik tıp, endüstri ve bilimsel araştırmalar için büyük önem taşımaktadır. İncelenen nesneden geçen ve ardından filmin üzerine düşen X-ışını radyasyonu, üzerindeki iç yapısını tasvir eder. X-ışını radyasyonunun nüfuz etme gücü farklı malzemeler için farklı olduğundan, nesnenin kendisine daha az şeffaf olan kısımları, fotoğrafta radyasyonun iyi nüfuz ettiği alanlardan daha parlak alanlar verir. Böylece kemik dokuları, cildi ve iç organları oluşturan dokulara göre x-ışınlarına karşı daha az şeffaftır. Bu nedenle radyografide kemikler daha hafif alanlar olarak gösterilecek ve radyasyon için daha şeffaf olan kırık bölgesi oldukça kolay tespit edilebilecektir. X-ray görüntüleme ayrıca diş hekimliğinde diş köklerindeki çürük ve apseleri tespit etmek için ve endüstride döküm, plastik ve kauçuklardaki çatlakları tespit etmek için kullanılır. X-ışınları kimyada bileşikleri analiz etmek için ve fizikte kristallerin yapısını incelemek için kullanılır. Kimyasal bir bileşikten geçen bir X-ışını ışını, spektroskopik analizi kimyagerin bileşiğin bileşimini belirlemesine izin veren, karakteristik bir ikincil radyasyona neden olur. Kristal bir madde üzerine düştüğünde, bir X-ışını ışını kristalin atomları tarafından saçılır ve kristalin iç yapısını oluşturmayı mümkün kılan bir fotoğraf plakası üzerinde net, düzenli bir nokta ve şerit modeli verir. X ışınlarının kanser tedavisinde kullanılması kanser hücrelerini öldürmesine dayanmaktadır. Bununla birlikte, normal hücreler üzerinde de istenmeyen bir etkiye sahip olabilir. Bu nedenle, X-ışınlarının bu kullanımında çok dikkatli olunmalıdır. X-ışını radyasyonu, Alman fizikçi W. Roentgen (1845-1923) tarafından keşfedildi. Adı, bu radyasyonla ilişkili diğer bazı fiziksel terimlerle ölümsüzleştirildi: iyonlaştırıcı radyasyon dozunun uluslararası birimine röntgen denir; röntgen cihazıyla çekilmiş bir fotoğrafa radyograf denir; Hastalıkları teşhis etmek ve tedavi etmek için röntgen kullanan radyolojik tıp alanına radyoloji denir. Röntgen, 1895 yılında Würzburg Üniversitesi'nde fizik profesörü iken radyasyonu keşfetti. Katot ışınlarıyla (boşaltma tüplerinde elektron akışı) deneyler yaparken, vakum tüpünün yanında bulunan ve kristal baryum siyanoplatinitle kaplı bir ekranın, tüpün kendisi siyah karton ile kaplı olmasına rağmen parlak bir şekilde parladığını fark etti. Roentgen ayrıca, keşfettiği ve X-ışınları adını verdiği bilinmeyen ışınların nüfuz etme gücünün, emici malzemenin bileşimine bağlı olduğunu ortaya koydu. Ayrıca, bir katot ışını deşarj tüpü ile baryum siyanoplatinitle kaplı bir ekran arasına yerleştirerek kendi elinin kemiklerini görüntüledi. Roentgen'in keşfini, bu radyasyonu kullanmak için birçok yeni özellik ve olasılık keşfeden diğer araştırmacılar tarafından yapılan deneyler izledi. 1912'de X-ışınlarının bir kristalden geçerken kırınımını gösteren M. Laue, W. Friedrich ve P. Knipping tarafından büyük bir katkı yapılmıştır; 1913'te ısıtılmış katotlu yüksek vakumlu bir X-ışını tüpünü icat eden W. Coolidge; 1913 yılında radyasyonun dalga boyu ile bir elementin atom numarası arasındaki ilişkiyi kuran G. Moseley; X-ışını kırınım analizinin temellerini geliştirdikleri için 1915'te Nobel Ödülü'nü alan G. ve L. Braggi.
X-RAY RADYASYONUNUN ELDE EDİLMESİ
X-ışını radyasyonu, yüksek hızlarda hareket eden elektronlar madde ile etkileşime girdiğinde meydana gelir. Elektronlar herhangi bir maddenin atomlarıyla çarpıştığında, kinetik enerjilerini hızla kaybederler. Bu durumda, çoğu ısıya dönüştürülür ve genellikle %1'den az olan küçük bir kısım X-ışını enerjisine dönüştürülür. Bu enerji, enerjiye sahip ancak sıfır durgun kütleye sahip olan foton adı verilen kuantum parçacıkları biçiminde salınır. X-ışını fotonları, dalga boylarıyla ters orantılı olan enerjilerinde farklılık gösterir. Geleneksel x-ışınları elde etme yönteminde, x-ışını spektrumu adı verilen geniş bir dalga boyu aralığı elde edilir. Spektrum, Şekil 2'de gösterildiği gibi belirgin bileşenler içerir. 1. Geniş bir "süreklilik", sürekli bir spektrum veya beyaz radyasyon olarak adlandırılır. Üzerine bindirilmiş keskin tepe noktalarına karakteristik x-ışını emisyon çizgileri denir. Tüm spektrum, elektronların madde ile çarpışmasının sonucu olmasına rağmen, geniş kısmının ve çizgilerinin ortaya çıkma mekanizmaları farklıdır. Bir madde, her biri elektron kabuklarıyla çevrili bir çekirdeğe sahip çok sayıda atomdan oluşur ve belirli bir elementin atomunun kabuğundaki her elektron belirli bir ayrı enerji seviyesini işgal eder. Genellikle bu kabuklar veya enerji seviyeleri, çekirdeğe en yakın kabuktan başlayarak K, L, M, vb. sembolleri ile gösterilir. Yeterince yüksek enerjili bir gelen elektron, atoma bağlı elektronlardan biriyle çarpıştığında, o elektronu kabuğundan çıkarır. Boş alan, kabuktan daha yüksek bir enerjiye karşılık gelen başka bir elektron tarafından işgal edilir. Bu sonuncusu, bir X-ışını fotonu yayarak fazla enerji yayar. Kabuk elektronları ayrık enerji değerlerine sahip olduğundan, elde edilen X-ışını fotonları da ayrı bir spektruma sahiptir. Bu, belirli değerleri hedef elemana bağlı olan belirli dalga boyları için keskin tepelere karşılık gelir. Karakteristik çizgiler, elektronun hangi kabuktan (K, L veya M) çıkarıldığına bağlı olarak K-, L- ve M serisini oluşturur. X-ışınlarının dalga boyu ile atom numarası arasındaki ilişkiye Moseley yasası denir (Şekil 2).
Bir elektron nispeten ağır bir çekirdeğe çarparsa, yavaşlar ve kinetik enerjisi yaklaşık olarak aynı enerjiye sahip bir X-ışını fotonu şeklinde salınır. Çekirdeğin yanından uçarsa, enerjisinin yalnızca bir kısmını kaybeder ve geri kalanı yoluna düşen diğer atomlara aktarılır. Her bir enerji kaybı eylemi, bir miktar enerjili bir fotonun emisyonuna yol açar. Üst sınırı en hızlı elektronun enerjisine karşılık gelen sürekli bir X-ışını spektrumu belirir. Bu, sürekli bir spektrumun oluşum mekanizmasıdır ve sürekli spektrumun sınırını sabitleyen maksimum enerji (veya minimum dalga boyu), gelen elektronların hızını belirleyen hızlanan voltajla orantılıdır. Spektral çizgiler, bombalanan hedefin malzemesini karakterize ederken, sürekli spektrum elektron ışınının enerjisi tarafından belirlenir ve pratik olarak hedef malzemeye bağlı değildir. X-ışınları sadece elektron bombardımanı ile değil, aynı zamanda hedefin başka bir kaynaktan X-ışınları ile ışınlanmasıyla da elde edilebilir. Ancak bu durumda, gelen ışının enerjisinin çoğu karakteristik X-ışını spektrumuna gider ve çok küçük bir kısmı sürekli spektruma düşer. Açıktır ki, gelen X-ışını ışını, enerjisi bombardımana uğrayan elementin karakteristik çizgilerini uyarmak için yeterli olan fotonları içermelidir. Karakteristik spektrum başına yüksek enerji yüzdesi, bu X-ışını uyarım yöntemini bilimsel araştırmalar için uygun hale getirir.
X-ışını tüpleri. Elektronların madde ile etkileşiminden dolayı X-ışını radyasyonu elde etmek için, bir elektron kaynağına, onları yüksek hızlara çıkaracak araçlara ve elektron bombardımanına dayanabilecek ve X-ışını radyasyonu üretebilecek bir hedefe sahip olmak gerekir. istenilen yoğunluk Tüm bunlara sahip olan cihaza röntgen tüpü denir. İlk kaşifler, günümüzün deşarj tüpleri gibi "derin vakum" tüpleri kullandılar. İçlerindeki boşluk çok yüksek değildi. Boşaltma tüpleri az miktarda gaz içerir ve tüpün elektrotlarına büyük bir potansiyel farkı uygulandığında gaz atomları pozitif ve negatif iyonlara dönüşür. Pozitif olanlar, negatif elektrota (katot) doğru hareket eder ve üzerine düşerek elektronları ondan çıkarır ve sırayla pozitif elektrota (anot) doğru hareket eder ve onu bombalayarak bir X-ışını fotonları akışı oluşturur. . Coolidge tarafından geliştirilen modern X-ışını tüpünde (Şekil 3) elektronların kaynağı, yüksek sıcaklığa ısıtılmış bir tungsten katottur. Elektronlar, anot (veya anti katot) ve katot arasındaki yüksek potansiyel farkı ile yüksek hızlara hızlandırılır. Elektronların atomlarla çarpışmadan anoda ulaşması gerektiğinden, tüpün iyi boşaltılması gereken çok yüksek bir vakum gereklidir. Bu ayrıca kalan gaz atomlarının iyonlaşma olasılığını ve ilgili yan akımları azaltır.
Elektronlar, katodu çevreleyen özel olarak şekillendirilmiş bir elektrot tarafından anoda odaklanır. Bu elektrot odak elektrotu olarak adlandırılır ve katot ile birlikte tüpün "elektronik projektörünü" oluşturur. Elektron bombardımanına maruz kalan anot, bombardıman elektronlarının kinetik enerjisinin çoğu ısıya dönüştürüldüğü için refrakter bir malzemeden yapılmalıdır. Ek olarak, anotun yüksek atom numarasına sahip bir malzemeden yapılması arzu edilir, çünkü artan atom numarası ile x-ışını verimi artar. Anot malzemesi olarak en sık atom numarası 74 olan tungsten seçilir.X-ışını tüplerinin tasarımı, uygulama koşulları ve gereksinimlerine bağlı olarak farklı olabilir.
Röntgen Algılama
X-ışınlarını tespit etmek için kullanılan tüm yöntemler, onların madde ile etkileşimlerine dayanmaktadır. Dedektörler iki tip olabilir: görüntü verenler ve vermeyenler. İlki, X-ışını florografisi ve X-ışını ışınının incelenen nesneden geçtiği ve iletilen radyasyonun ışıldayan ekrana veya filme girdiği X-ışını florografisi ve floroskopi cihazlarını içerir. Görüntü, incelenen nesnenin farklı bölümlerinin, maddenin kalınlığına ve bileşimine bağlı olarak radyasyonu farklı şekillerde emmesi nedeniyle ortaya çıkar. Lüminesans ekranlı dedektörlerde, X-ışını enerjisi doğrudan gözlemlenebilir bir görüntüye dönüştürülürken, radyografide hassas bir emülsiyon üzerine kaydedilir ve ancak film geliştirildikten sonra gözlemlenebilir. İkinci tip dedektörler, X-ışını enerjisinin, radyasyonun göreceli yoğunluğunu karakterize eden elektrik sinyallerine dönüştürüldüğü çok çeşitli cihazları içerir. Bunlara iyonizasyon odaları, bir Geiger sayacı, orantılı bir sayaç, bir sintilasyon sayacı ve kadmiyum sülfür ve selenide dayalı bazı özel dedektörler dahildir. Şu anda, sintilasyon sayaçları, geniş bir enerji aralığında iyi çalışan en verimli dedektörler olarak kabul edilebilir.
Ayrıca bakınız PARÇACIK DEDEKTÖRLERİ . Dedektör, sorunun koşulları dikkate alınarak seçilir. Örneğin, kırılan X-ışını radyasyonunun yoğunluğunu doğru bir şekilde ölçmek gerekirse, o zaman ölçümlerin yüzde kesir doğruluğu ile yapılmasına izin veren sayaçlar kullanılır. Çok sayıda kırılan ışının kaydedilmesi gerekiyorsa, bu durumda yoğunluğu aynı doğrulukla belirlemek mümkün olmasa da, X-ışını filmi kullanılması tavsiye edilir.
X-RAY VE GAMA DEFEKTOSKOPİSİ
X-ışınlarının endüstrideki en yaygın uygulamalarından biri malzeme kalite kontrolü ve kusur tespitidir. X-ray yöntemi tahribatsızdır, böylece test edilen malzeme, gerekli gereksinimleri karşıladığı tespit edilirse, amacına uygun olarak kullanılabilir. Hem x-ışını hem de gama kusur tespiti, x-ışınlarının nüfuz etme gücüne ve onun malzemelerdeki absorpsiyonunun özelliklerine dayanır. Nüfuz etme gücü, X-ışını tüpündeki hızlanma voltajına bağlı olan X-ışını fotonlarının enerjisi ile belirlenir. Bu nedenle, kalın numuneler ve altın ve uranyum gibi ağır metallerden numuneler, çalışmaları için daha yüksek voltajlı bir X-ışını kaynağı gerektirir ve ince numuneler için daha düşük voltajlı bir kaynak yeterlidir. Çok büyük dökümlerin ve büyük haddelenmiş ürünlerin gama ışını kusur tespiti için, partikülleri 25 MeV ve daha fazla enerjiye hızlandıran betatronlar ve lineer hızlandırıcılar kullanılır. Bir malzemede X-ışınlarının absorpsiyonu, soğurucunun kalınlığına d ve soğurma katsayısına m bağlıdır ve I = I0e-md formülü ile belirlenir, burada I, soğurucudan iletilen radyasyonun yoğunluğu, I0 ise gelen radyasyonun yoğunluğu ve e = 2.718, doğal logaritmaların temelidir. Belirli bir malzeme için, X ışınlarının belirli bir dalga boyunda (veya enerjisinde) absorpsiyon katsayısı sabittir. Ancak bir X-ışını kaynağının radyasyonu monokromatik değildir, ancak geniş bir dalga boyu spektrumu içerir, bunun bir sonucu olarak emicinin aynı kalınlığındaki absorpsiyon radyasyonun dalga boyuna (frekansına) bağlıdır. X-ışını radyasyonu, metallerin basınçla işlenmesiyle ilgili tüm endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca elektronik mühendisliğindeki karmaşık cihazları ve sistemleri test etmek için top namlularını, gıda maddelerini, plastikleri test etmek için kullanılır. (X-ışınları yerine nötron ışınlarını kullanan nötronografi, benzer amaçlar için kullanılır.) X-ışınları, resimlerin orijinalliğini belirlemek için incelenmesi veya ana katmanın üzerindeki ek boya katmanlarının saptanması gibi başka amaçlar için de kullanılır. .
X-IŞINI DİFRAKSİYON
X-ışını kırınımı, katılar (atomik yapıları ve kristal biçimleri) hakkında olduğu kadar sıvılar, amorf cisimler ve büyük moleküller hakkında da önemli bilgiler sağlar. Kırınım yöntemi aynı zamanda atomlar arası mesafelerin kesin olarak (10-5'ten daha az bir hatayla) belirlenmesi, gerilimlerin ve kusurların tespiti ve tek kristallerin oryantasyonunun belirlenmesi için de kullanılır. Kırınım deseni, bilinmeyen malzemeleri tanımlayabilir ve numunedeki safsızlıkların varlığını tespit edebilir ve bunları belirleyebilir. Modern fiziğin ilerlemesi için X-ışını kırınım yönteminin önemi fazla tahmin edilemez, çünkü maddenin özelliklerinin modern anlayışı nihayetinde çeşitli kimyasal bileşiklerdeki atomların düzenine, bağların doğasına ilişkin verilere dayanmaktadır. aralarında ve yapısal kusurlarda. Bu bilgiyi elde etmek için ana araç, X-ışını kırınım yöntemidir. X-ışını kırınım kristalografisi, canlı organizmaların genetik materyali olan deoksiribonükleik asit (DNA) gibi karmaşık büyük moleküllerin yapılarını belirlemek için gereklidir. X-ışını radyasyonunun keşfinden hemen sonra, bilimsel ve tıbbi ilgi, hem bu radyasyonun cisimlere nüfuz etme kabiliyetine hem de doğasına odaklandı. Yarıklar ve kırınım ızgaraları üzerindeki X-ışınlarının kırınımı üzerine yapılan deneyler, elektromanyetik radyasyona ait olduğunu ve 10-8-10-9 cm mertebesinde bir dalga boyuna sahip olduğunu gösterdi.Daha da önce, bilim adamları, özellikle W. Barlow, tahmin ettiler. doğal kristallerin düzenli ve simetrik şekli, kristali oluşturan atomların düzenli dizilişinden kaynaklanır. Bazı durumlarda, Barlow bir kristalin yapısını doğru bir şekilde tahmin edebildi. Öngörülen atomlar arası mesafelerin değeri 10-8 cm idi, atomlar arası mesafelerin X-ışını dalga boyu mertebesinde olduğu ortaya çıktı, prensipte kırınımlarını gözlemlemeyi mümkün kıldı. Sonuç, fizik tarihindeki en önemli deneylerden birinin fikriydi. M. Laue, meslektaşları W. Friedrich ve P. Knipping tarafından yürütülen bu fikrin deneysel bir testini düzenledi. 1912'de üçü, X-ışını kırınımının sonuçları üzerine çalışmalarını yayınladılar. X-ışını kırınımının ilkeleri. X-ışınları kırınımı olgusunu anlamak için, sırayla ele alınmalıdır: ilk olarak, X-ışınlarının spektrumu, ikinci olarak, kristal yapının doğası ve üçüncü olarak, kırınım olgusunun kendisi. Yukarıda bahsedildiği gibi, karakteristik X-ışını radyasyonu, anot malzemesi tarafından belirlenen, yüksek derecede monokromatikliğe sahip bir dizi spektral çizgiden oluşur. Filtreler yardımıyla içlerinden en yoğun olanı seçebilirsiniz. Bu nedenle, anot malzemesini uygun bir şekilde seçerek, çok kesin olarak tanımlanmış bir dalga boyu değerine sahip neredeyse monokromatik bir radyasyon kaynağı elde etmek mümkündür. Karakteristik radyasyonun dalga boyları tipik olarak krom için 2.285'ten gümüş için 0.558'e kadar değişir (çeşitli elementlerin değerleri altı önemli rakamla bilinir). Karakteristik spektrum, anotta gelen elektronların yavaşlaması nedeniyle çok daha düşük yoğunluklu sürekli bir "beyaz" spektrum üzerine bindirilir. Böylece, her anottan iki tür radyasyon elde edilebilir: her biri kendi yolunda önemli bir rol oynayan karakteristik ve bremsstrahlung. Kristal yapıdaki atomlar, düzenli aralıklarla yer alır ve bir dizi özdeş hücre - uzaysal bir kafes oluşturur. Bazı kafesler (örneğin, sıradan metallerin çoğu için) oldukça basitken, diğerleri (örneğin protein molekülleri için) oldukça karmaşıktır. Kristal yapı şu şekilde karakterize edilir: bir hücrenin belirli bir noktasından komşu hücrenin karşılık gelen noktasına kaydırılırsa, tam olarak aynı atomik ortam bulunacaktır. Ve eğer bir atom bir hücrenin şu veya bu noktasında bulunuyorsa, o zaman aynı atom herhangi bir komşu hücrenin eşdeğer noktasında bulunacaktır. Bu ilke, mükemmel, ideal olarak sıralanmış bir kristal için kesinlikle geçerlidir. Bununla birlikte, birçok kristal (örneğin metalik katı çözeltiler) bir dereceye kadar düzensizdir; kristalografik olarak eşdeğer yerler farklı atomlar tarafından işgal edilebilir. Bu durumlarda, belirlenen her bir atomun konumu değil, yalnızca çok sayıda parçacık (veya hücre) üzerinde "istatistiksel olarak ortalama alınan" bir atomun konumudur. Kırınım olgusu OPTICS makalesinde tartışılmıştır ve okuyucu, devam etmeden önce bu makaleye başvurabilir. Dalgaların (örneğin ses, ışık, X ışınları) küçük bir yarıktan veya delikten geçmesi durumunda, ikincisinin ikincil bir dalga kaynağı olarak kabul edilebileceğini ve yarık veya deliğin görüntüsünün alternatif ışıktan oluştuğunu gösterir. ve koyu çizgiler. Ayrıca, periyodik bir delik veya yarık yapısı varsa, farklı deliklerden gelen ışınların kuvvetlendirici ve zayıflatıcı girişiminin bir sonucu olarak, net bir kırınım modeli ortaya çıkar. X-ışını kırınımı, kristal yapının periyodik olarak düzenlenmiş atomları tarafından deliklerin ve saçılma merkezlerinin rolünün oynadığı toplu bir saçılma olgusudur. Görüntülerinin belirli açılarda karşılıklı olarak büyütülmesi, ışığın üç boyutlu bir kırınım ızgarası üzerindeki kırınımından kaynaklanacak olana benzer bir kırınım deseni verir. Saçılma, gelen X-ışını radyasyonunun kristaldeki elektronlarla etkileşimi nedeniyle oluşur. X-ışını radyasyonunun dalga boyu atomun boyutları ile aynı olduğu için saçılan X-ışını radyasyonunun dalga boyu olayın dalga boyu ile aynıdır. Bu süreç, gelen X-ışınlarının etkisi altında elektronların zorunlu salınımlarının sonucudur. Şimdi, üzerine X-ışınlarının geldiği (çekirdeği çevreleyen) bağlı elektron bulutuna sahip bir atom düşünün. Elektronlar tüm yönlerde eşzamanlı olarak olayı saçarlar ve farklı yoğunlukta olsalar da aynı dalga boyunda kendi X-ışını radyasyonlarını yayarlar. Saçılan radyasyonun yoğunluğu, elementin atom numarası ile ilişkilidir, çünkü atom numarası, saçılmaya katılabilecek yörünge elektronlarının sayısına eşittir. (Yoğunluğun saçılma elemanının atom numarasına ve yoğunluğun ölçüldüğü yöne olan bu bağımlılığı, kristallerin yapısının analizinde son derece önemli bir rol oynayan atomik saçılma faktörü ile karakterize edilir.) kristal yapıda, birbirinden aynı uzaklıkta bulunan doğrusal bir atom zinciri seçin ve kırınım modellerini göz önünde bulundurun. X-ışını spektrumunun sürekli bir kısımdan ("süreklilik") ve anot malzemesi olan elementin karakteristiği olan bir dizi daha yoğun çizgiden oluştuğu zaten belirtilmişti. Diyelim ki sürekli spektrumu süzdük ve lineer atom zincirimize yönlendirilmiş neredeyse tek renkli bir X-ışını ışını aldık. Komşu atomlar tarafından saçılan dalgaların yolları arasındaki fark, dalga boyunun bir katı ise, amplifikasyon koşulu (güçlendirici girişim) karşılanır. Işın, a (periyot) aralıklarıyla ayrılmış bir atom çizgisine a0 açısında geliyorsa, o zaman a kırınım açısı için kazanca karşılık gelen yol farkı a(cos a - cosa0) = hl olarak yazılacaktır, burada l dalga boyudur ve h tamsayıdır (Şekil 4 ve 5).
Bu yaklaşımı üç boyutlu bir kristale genişletmek için, yalnızca kristalde diğer iki yöndeki atom sıralarını seçmek ve a, b ve c periyotlarına sahip üç kristal ekseni için ortaklaşa elde edilen üç denklemi çözmek gerekir. Diğer iki denklem
Bunlar, x-ışını kırınımı için üç temel Laue denklemidir; h, k ve c sayıları kırınım düzlemi için Miller indisleridir.
Ayrıca bakınız KRİSTALLER VE KRİSTALLOGRAFİ. Laue denklemlerinden herhangi biri, örneğin birincisi göz önüne alındığında, a, a0, l sabit olduğundan ve h = 0, 1, 2, ... ortak bir eksen a (Şekil . 5). Aynı durum b ve c yönleri için de geçerlidir. Genel üç boyutlu saçılma (kırınım) durumunda, üç Laue denkleminin ortak bir çözümü olmalıdır, yani. eksenlerin her birinde bulunan üç kırınım konisi kesişmelidir; ortak kesişme çizgisi şekil 2'de gösterilmiştir. 6. Denklemlerin ortak çözümü Bragg-Wulf yasasına yol açar:
l = 2(d/n)sinq, burada d h, k ve c (periyot) endeksli düzlemler arasındaki mesafedir, n = 1, 2, ... tam sayılardır (kırınım sırası) ve q açıdır kırınım meydana geldiği kristal düzlemi ile gelen ışın (ayrıca kırınım) tarafından oluşturulur. Monokromatik bir X-ışını demetinin yolunda bulunan tek bir kristal için Bragg - Wolfe yasasının denklemini analiz ederek, kırınımı gözlemlemenin kolay olmadığı sonucuna varabiliriz, çünkü l ve q sabittir ve sinq KIRINIM ANALİZİ YÖNTEMLERİ
Lau yöntemi. Laue yöntemi, sabit bir tek kristale yönlendirilen sürekli bir "beyaz" X-ışınları spektrumu kullanır. Periyodun belirli bir değeri için, Bragg-Wulf koşuluna karşılık gelen dalga boyu, tüm spektrumdan otomatik olarak seçilir. Bu şekilde elde edilen Laue desenleri, kırılan ışınların yönlerini ve sonuç olarak kristal düzlemlerinin yönelimlerini yargılamayı mümkün kılar, bu da simetri, kristalin yönelimi ve varlığı hakkında önemli sonuçlar çıkarmayı mümkün kılar. içindeki kusurlardan. Ancak bu durumda d uzaysal periyoduna ilişkin bilgi kaybolur. Şek. 7, bir Lauegram örneğini gösterir. X-ışını filmi, kristalin, kaynaktan gelen X-ışını demetinin karşıt tarafına yerleştirildi.
Debye-Scherrer yöntemi (polikristal numuneler için).Önceki yöntemden farklı olarak, burada monokromatik radyasyon (l = const) kullanılır ve q açısı değiştirilir. Bu, aralarında Bragg-Wulf koşulunu karşılayanların da bulunduğu, rastgele yönelimli çok sayıda küçük kristalitten oluşan bir polikristal numune kullanılarak elde edilir. Kırılan ışınlar, ekseni X-ışını ışını boyunca yönlendirilen koniler oluşturur. Görüntüleme için, genellikle silindirik bir kasette dar bir X-ışını filmi şeridi kullanılır ve X-ışınları, filmdeki delikler boyunca çap boyunca yayılır. Bu şekilde elde edilen debyegram (Şekil 8) d periyodu hakkında kesin bilgi içerir, yani. kristalin yapısı hakkında bilgi verir, ancak Lauegram'ın içerdiği bilgileri vermez. Bu nedenle, her iki yöntem de birbirini tamamlar. Debye-Scherrer yönteminin bazı uygulamalarını ele alalım.
Kimyasal elementlerin ve bileşiklerin tanımlanması. Debyegram'dan belirlenen q açısından, belirli bir elementin veya bileşiğin özelliği olan düzlemler arası mesafe d hesaplanabilir. Şu anda, sadece bir veya başka bir kimyasal element veya bileşiği değil, aynı zamanda her zaman kimyasal bir analiz vermeyen aynı maddenin çeşitli faz durumlarını tanımlamayı mümkün kılan birçok d değerleri tablosu derlenmiştir. İkame alaşımlarında ikinci bileşenin içeriğini, periyod d'nin konsantrasyona bağımlılığından yüksek doğrulukla belirlemek de mümkündür.
Stres analizi. Kristallerde farklı yönler için düzlemler arası boşluklarda ölçülen farktan, malzemenin elastik modülünü bilerek, içindeki küçük gerilimleri yüksek doğrulukla hesaplamak mümkündür.
Kristallerde tercihli yönelim çalışmaları. Bir polikristalin numunedeki küçük kristalitler tamamen rastgele yönlendirilmemişse, Debyegram üzerindeki halkaların farklı yoğunlukları olacaktır. Belirgin bir tercih edilen yönelimin varlığında, yoğunluk maksimumları, tek bir kristal için görüntüye benzer hale gelen, görüntüdeki tek tek noktalarda yoğunlaşır. Örneğin, derin soğuk haddeleme sırasında, bir metal levha bir doku kazanır - kristalitlerin belirgin bir yönelimi. Debaygram'a göre, malzemenin soğuk işlenmesinin doğası yargılanabilir.
Tane boyutlarının incelenmesi. Polikristalin tane boyutu 10-3 cm'den fazlaysa, Debyegram üzerindeki çizgiler ayrı noktalardan oluşacaktır, çünkü bu durumda kristalitlerin sayısı, açıların tüm değer aralığını kapsamak için yeterli değildir. q. Kristalit boyutu 10-5 cm'den küçükse kırınım çizgileri genişler. Genişlikleri kristalitlerin boyutuyla ters orantılıdır. Genişleme, yarık sayısındaki azalmanın bir kırınım ızgarasının çözünürlüğünü azaltmasıyla aynı nedenle gerçekleşir. X-ışını radyasyonu, 10-7-10-6 cm aralığında tane boyutlarının belirlenmesini mümkün kılar.
Tek kristaller için yöntemler. Bir kristalin kırınımının sadece uzaysal periyot hakkında değil, aynı zamanda her kırınım düzlemi setinin oryantasyonu hakkında da bilgi sağlaması için, dönen bir tek kristalin yöntemleri kullanılır. Kristalin üzerine monokromatik bir X-ışını ışını gelir. Kristal, Laue denklemlerinin sağlandığı ana eksen etrafında döner. Bu durumda Bragg-Wulf formülünde yer alan q açısı değişir. Kırınım maksimumları, Laue kırınım konilerinin filmin silindirik yüzeyi ile kesiştiği yerde bulunur (Şekil 9). Sonuç, Şekil 2'de gösterilen tipte bir kırınım modelidir. 10. Bununla birlikte, bir noktada farklı kırınım derecelerinin çakışması nedeniyle komplikasyonlar mümkündür. Yöntem, kristalin dönüşüyle aynı anda film de belirli bir şekilde hareket ettirilirse önemli ölçüde geliştirilebilir.
Sıvılar ve gazlar üzerine çalışmalar. Sıvıların, gazların ve amorf cisimlerin doğru kristal yapıya sahip olmadığı bilinmektedir. Ancak burada da, moleküllerdeki atomlar arasında, moleküllerin kendileri uzayda rastgele yönlendirilmiş olmasına rağmen, aralarındaki mesafenin neredeyse sabit kalması nedeniyle kimyasal bir bağ vardır. Bu tür malzemeler ayrıca nispeten az sayıda bulaşmış maksimuma sahip bir kırınım modeli verir. Böyle bir resmin modern yöntemlerle işlenmesi, bu tür kristal olmayan malzemelerin bile yapısı hakkında bilgi edinmeyi mümkün kılar.
SPEKTROKİMYASAL X-RAY ANALİZİ
X-ışınlarının keşfinden birkaç yıl sonra, Ch. Barkla (1877-1944), yüksek enerjili bir X-ışını akısı bir maddeye etki ettiğinde, elementin karakteristiği olan ikincil floresan X-ışını radyasyonunun üretildiğini keşfetti. inceleniyor. Kısa bir süre sonra, G. Moseley, bir dizi deneyde, çeşitli elementlerin elektron bombardımanıyla elde edilen birincil karakteristik X-ışını radyasyonunun dalga boylarını ölçtü ve dalga boyu ile atom numarası arasındaki ilişkiyi çıkardı. Bu deneyler ve Bragg'in X-ışını spektrometresini icadı, spektrokimyasal X-ışını analizinin temelini attı. Kimyasal analiz için X-ışınlarının olanakları hemen fark edildi. Spektrograflar, incelenen numunenin bir X-ışını tüpünün anodu olarak görev yaptığı bir fotoğraf plakası üzerinde kayıt ile oluşturulmuştur. Ne yazık ki, bu tekniğin çok zahmetli olduğu ortaya çıktı ve bu nedenle yalnızca olağan kimyasal analiz yöntemleri uygulanamadığında kullanıldı. Analitik X-ışını spektroskopisi alanındaki yenilikçi araştırmaların olağanüstü bir örneği, 1923'te G. Hevesy ve D. Coster tarafından yeni bir element olan hafniyumun keşfiydi. İkinci Dünya Savaşı sırasında radyografi için yüksek güçlü X-ışını tüplerinin ve radyokimyasal ölçümler için hassas dedektörlerin geliştirilmesi, sonraki yıllarda X-ışını spektrografisinin hızlı büyümesine büyük ölçüde katkıda bulunmuştur. Bu yöntem, analizin hızı, kolaylığı, tahribatsız doğası ve tam veya kısmi otomasyon imkanı nedeniyle yaygınlaşmıştır. Atom numarası 11'den (sodyum) büyük olan tüm elementlerin nicel ve nitel analizi problemlerinde uygulanabilir. Ve X-ışını spektrokimyasal analizi genellikle bir numunedeki kritik bileşenleri belirlemek için kullanılsa da (%0,1-100 arası), bazı durumlarda %0,005 ve hatta daha düşük konsantrasyonlar için uygundur.
X-ışını spektrometresi. Modern bir X-ışını spektrometresi üç ana sistemden oluşur (Şekil 11): uyarma sistemleri, yani. tungsten veya diğer ateşe dayanıklı malzemeden yapılmış bir anotlu ve bir güç kaynağına sahip x-ışını tüpü; analiz sistemleri, yani iki çok yarıklı kolimatörlü bir analizör kristali ve ayrıca ince ayar için bir spektrogonyometre; ve bir Geiger veya orantısal veya parıldama sayacının yanı sıra bir doğrultucu, yükseltici, sayaçlar ve bir çizelge kaydedici veya başka bir kayıt cihazı içeren kayıt sistemleri.
X-ışını floresan analizi. Analiz edilen numune, heyecan verici x-ışınlarının yolunda bulunur. İncelenecek numunenin bölgesi genellikle istenen çapta bir deliği olan bir maske ile izole edilir ve radyasyon paralel bir demet oluşturan bir kolimatörden geçer. Analizör kristalinin arkasında, bir yarık kolimatör dedektör için kırınımlı radyasyon yayar. Genellikle, maksimum q açısı 80-85° ile sınırlıdır, böylece yalnızca dalga boyu l, düzlemler arası mesafe d ile eşitsizlik l ile ilişkili olan X-ışınları analizör kristalinde kırınım yapabilir. X-ışını mikroanalizi. Yukarıda açıklanan düz analizör kristal spektrometresi, mikroanaliz için uyarlanabilir. Bu, ya birincil X-ışını ışını ya da numune tarafından yayılan ikincil ışını daraltarak elde edilir. Bununla birlikte, örneğin efektif boyutundaki veya radyasyon açıklığındaki bir azalma, kaydedilen kırınım radyasyonunun yoğunluğunda bir azalmaya yol açar. Bu yöntemde bir iyileştirme, yalnızca kolimatörün eksenine paralel radyasyonu değil, bir ıraksak radyasyon konisini kaydetmeyi mümkün kılan bir kavisli kristal spektrometre kullanılarak elde edilebilir. Böyle bir spektrometre ile 25 µm'den küçük partiküller tanımlanabilir. R. Kasten tarafından icat edilen X-ışını elektron probu mikroanalizöründe analiz edilen numunenin boyutunda daha da büyük bir küçülme elde edilir. Burada, numunenin karakteristik X-ışını emisyonu, yüksek oranda odaklanmış bir elektron ışını tarafından uyarılır ve daha sonra bir bükülmüş kristal spektrometre ile analiz edilir. Böyle bir cihazı kullanarak, 1 µm çapında bir numunede 10-14 g mertebesinde bir madde miktarını tespit etmek mümkündür. Numunenin elektron ışını taramasına sahip tesisler de geliştirilmiştir, bunun yardımıyla, karakteristik radyasyonu spektrometreye ayarlanmış elemanın numunesi üzerinde iki boyutlu bir dağılım modeli elde etmek mümkündür.
TIBBİ röntgen teşhisi
X-ray teknolojisinin gelişimi, maruz kalma süresini önemli ölçüde azalttı ve görüntülerin kalitesini artırarak yumuşak dokuların bile çalışılmasına izin verdi.
Florografi. Bu tanı yöntemi, yarı saydam bir ekrandan bir gölge görüntüsünün fotoğraflanmasından oluşur. Hasta, bir X-ışını kaynağı ile X ışınlarına maruz kaldığında parlayan düz bir fosfor ekranı (genellikle sezyum iyodür) arasına yerleştirilir. Değişken yoğunluk derecelerindeki biyolojik dokular, değişen yoğunluk derecelerinde x-ışını radyasyonunun gölgelerini oluşturur. Bir radyolog, floresan ekrandaki gölge görüntüsünü inceler ve teşhis koyar. Geçmişte, bir radyolog bir görüntüyü analiz etmek için vizyona güvenirdi. Artık görüntüyü güçlendiren, televizyon ekranında görüntüleyen veya bilgisayarın belleğine veri kaydeden çeşitli sistemler var.
Radyografi. Bir röntgen görüntüsünün doğrudan fotoğraf filmi üzerine kaydedilmesine radyografi denir. Bu durumda, incelenen organ, X-ışını kaynağı ile organın belirli bir zamanda durumu hakkında bilgi yakalayan film arasında bulunur. Tekrarlanan radyografi, daha fazla evrimini yargılamayı mümkün kılar. Radyografi, esas olarak kalsiyumdan oluşan ve x ışınlarına karşı opak olan kemik dokusunun bütünlüğünü ve ayrıca kas dokusu yırtılmalarını çok doğru bir şekilde incelemenizi sağlar. Yardımıyla, bir stetoskop veya dinlemeden daha iyi, akciğerlerin durumu iltihaplanma, tüberküloz veya sıvı varlığı durumunda analiz edilir. Radyografi yardımı ile kalbin boyutu ve şekli ile kalp hastalığından muzdarip hastalarda değişimlerinin dinamikleri belirlenir.
kontrast ajanlar. X-ışını radyasyonuna karşı şeffaf olan vücudun bölümleri ve bireysel organların boşlukları, vücuda zararsız, ancak iç organların şeklini görselleştirmeye ve işlevlerini kontrol etmeye izin veren bir kontrast madde ile doldurulursa görünür hale gelir. Hasta ya oral yoldan kontrast ajanlar alır (gastrointestinal sistem çalışmasında baryum tuzları gibi) ya da intravenöz olarak uygulanır (böbrekler ve idrar yolu çalışmasında iyot içeren solüsyonlar gibi). Ancak son yıllarda bu yöntemlerin yerini radyoaktif atomlar ve ultrason kullanımına dayalı tanı yöntemleri almıştır.
CT tarama. 1970'lerde, vücudun veya bölümlerinin tam bir fotoğrafına dayanan yeni bir X-ışını teşhisi yöntemi geliştirildi. İnce katmanların ("dilimler") görüntüleri bir bilgisayar tarafından işlenir ve son görüntü monitör ekranında görüntülenir. Bu yönteme bilgisayarlı röntgen tomografisi denir. Modern tıpta infiltratları, tümörleri ve diğer beyin bozukluklarını teşhis etmek ve ayrıca vücuttaki yumuşak doku hastalıklarını teşhis etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu teknik, yabancı kontrast maddelerinin kullanılmasını gerektirmez ve bu nedenle geleneksel tekniklerden daha hızlı ve daha etkilidir.
X-RAY RADYASYONUNUN BİYOLOJİK ETKİLERİ
X-ışını radyasyonunun zararlı biyolojik etkisi, Roentgen tarafından keşfinden kısa bir süre sonra keşfedildi. Yeni radyasyonun şiddetli güneş yanığı (eritem) gibi bir şeye neden olabileceği, bununla birlikte ciltte daha derin ve daha kalıcı hasara yol açabileceği ortaya çıktı. Görünen ülserler genellikle kansere dönüştü. Çoğu durumda, parmaklar veya eller kesilmek zorunda kaldı. Ölümler de oldu. Koruma (örneğin kurşun) ve uzaktan kumandalar kullanılarak maruz kalma süresi ve dozu azaltılarak cilt hasarının önlenebileceği bulunmuştur. Ancak yavaş yavaş X-ışınına maruz kalmanın daha uzun vadeli diğer etkileri ortaya çıktı ve bunlar daha sonra deney hayvanlarında doğrulandı ve incelendi. X ışınlarının yanı sıra diğer iyonlaştırıcı radyasyonların (radyoaktif maddeler tarafından yayılan gama radyasyonu gibi) etkisinden kaynaklanan etkiler şunları içerir: 1) nispeten küçük bir aşırı maruziyetten sonra kanın bileşiminde geçici değişiklikler; 2) uzun süreli aşırı maruziyetten sonra kanın bileşiminde (hemolitik anemi) geri dönüşü olmayan değişiklikler; 3) kanser insidansında artış (lösemi dahil); 4) daha hızlı yaşlanma ve erken ölüm; 5) katarakt oluşumu. Ek olarak, fareler, tavşanlar ve sinekler (Drosophila) üzerinde yapılan biyolojik deneyler, mutasyon oranındaki artış nedeniyle büyük popülasyonların küçük dozlarda sistematik ışınlanmasının bile zararlı genetik etkilere yol açtığını göstermiştir. Çoğu genetikçi, bu verilerin insan vücuduna uygulanabilirliğini kabul eder. X-ışını radyasyonunun insan vücudu üzerindeki biyolojik etkisine gelince, radyasyon dozunun seviyesi ve vücudun hangi organının radyasyona maruz kaldığı ile belirlenir. Bu nedenle, örneğin, kan hastalıklarına, başta kemik iliği olmak üzere hematopoietik organların ışınlanması ve genetik sonuçlar - kısırlığa da yol açabilen genital organların ışınlanması neden olur. X-ışını radyasyonunun insan vücudu üzerindeki etkileri hakkında bilgi birikimi, çeşitli referans yayınlarda yayınlanan izin verilen radyasyon dozları için ulusal ve uluslararası standartların geliştirilmesine yol açmıştır. İnsanlar tarafından bilinçli olarak kullanılan X ışınlarına ek olarak, çeşitli nedenlerle, örneğin kurşun koruyucu ekranın kusurlu olması nedeniyle saçılma nedeniyle ortaya çıkan saçılan, yan radyasyon olarak adlandırılan bir de vardır. bu radyasyonu tamamen emer. Ek olarak, X-ışınları üretmek için tasarlanmamış birçok elektrikli cihaz yine de yan ürün olarak X-ışınları üretir. Bu tür cihazlar arasında elektron mikroskopları, yüksek voltajlı doğrultucu lambalar (kenotronlar) ve eski renkli televizyonların kineskopları bulunur. Birçok ülkede modern renkli kineskopların üretimi artık hükümet kontrolünde.
X-RAY RADYASYONUNUN TEHLİKELİ FAKTÖRLERİ
İnsanlar için X ışınlarına maruz kalma tehlikesinin türleri ve derecesi, radyasyona maruz kalan kişilerin durumuna bağlıdır.
Röntgen ekipmanıyla çalışan profesyoneller. Bu kategori radyologları, diş hekimlerini, ayrıca bilimsel ve teknik çalışanları ve röntgen ekipmanının bakımını yapan ve kullanan personeli içerir. Başa çıkmak zorunda oldukları radyasyon seviyelerini azaltmak için etkili önlemler alınmaktadır.
Hastalar. Burada kesin bir kriter yoktur ve hastaların tedavi sırasında aldığı güvenli radyasyon seviyesi ilgili doktorlar tarafından belirlenir. Hekimlere hastaları gereksiz yere röntgen ışınlarına maruz bırakmamaları tavsiye edilir. Hamile kadınları ve çocukları muayene ederken özel dikkat gösterilmelidir. Bu durumda özel önlemler alınır.
Kontrol yöntemleri. Bunun üç yönü vardır:
1) yeterli ekipmanın mevcudiyeti, 2) güvenlik düzenlemelerinin uygulanması, 3) ekipmanın doğru kullanımı. Bir röntgen muayenesinde ister diş muayenesi isterse akciğer muayenesi olsun sadece istenen bölge radyasyona maruz bırakılmalıdır. X-ray cihazını kapattıktan hemen sonra hem birincil hem de ikincil radyasyonun kaybolduğunu unutmayın; Ayrıca, çalışmalarında doğrudan onunla bağlantılı olanlar tarafından bile her zaman bilinmeyen artık radyasyon yoktur.
Ayrıca bakınız
ATOM YAPISI;
Radyoloji, X-ışını radyasyonunun bu hastalıktan kaynaklanan hayvanların ve insanların vücudu üzerindeki etkilerini, bunların tedavisini ve önlenmesini ve ayrıca X-ışınlarını kullanarak çeşitli patolojileri teşhis etme yöntemlerini (X-ışını teşhisi) inceleyen bir radyoloji dalıdır. . Tipik bir X-ışını teşhis cihazı, bir güç kaynağı (transformatörler), elektrik şebekesinin alternatif akımını doğru akıma dönüştüren bir yüksek voltajlı doğrultucu, bir kontrol paneli, bir tripod ve bir X-ışını tüpü içerir.
X-ışınları, anot maddesinin atomlarıyla çarpışmaları anında hızlandırılmış elektronların keskin bir yavaşlaması sırasında bir X-ışını tüpünde oluşan bir tür elektromanyetik salınımlardır. Şu anda, X-ışınlarının fiziksel doğası gereği, spektrumu radyo dalgaları, kızılötesi ışınlar, görünür ışık, ultraviyole ışınları ve gama ışınlarını da içeren radyan enerji türlerinden biri olduğu genel olarak kabul edilmektedir. radyoaktif elementler. X-ışını radyasyonu, en küçük parçacıklarının bir koleksiyonu olarak karakterize edilebilir - kuantum veya fotonlar.
Pirinç. 1 - mobil röntgen makinesi:
A - röntgen tüpü;
B - güç kaynağı;
B - ayarlanabilir tripod.
Pirinç. 2 - Röntgen cihazı kontrol paneli (mekanik - solda ve elektronik - sağda): A - pozlamayı ve sertliği ayarlamak için panel;
B - yüksek voltaj besleme düğmesi.
Pirinç. 3, tipik bir röntgen makinesinin blok şemasıdır 1 - ağ;
2 - ototransformatör;
3 - yükseltici transformatör;
4 - röntgen tüpü;
5 - anot;
6 - katot;
7 - düşürücü transformatör.
X-ışını oluşturma mekanizması
X-ışınları, hızlandırılmış elektron akımının anot malzemesiyle çarpışması anında oluşur. Elektronlar bir hedefle etkileşime girdiğinde, kinetik enerjilerinin %99'u termal enerjiye ve yalnızca %1'i X ışınlarına dönüştürülür.
Bir X-ışını tüpü, 2 elektrotun lehimlendiği bir cam kaptan oluşur: bir katot ve bir anot. Hava cam silindirden dışarı pompalanır: elektronların katottan anoda hareketi sadece bağıl vakum (10 -7 -10 -8 mm Hg) koşullarında mümkündür. Katot üzerinde, sıkıca bükülmüş bir tungsten filamenti olan bir filament vardır. Filamente bir elektrik akımı uygulandığında, elektronların spiralden ayrıldığı ve katodun yakınında bir elektron bulutu oluşturduğu elektron emisyonu meydana gelir. Bu bulut, elektron hareketinin yönünü belirleyen katodun odaklama kabında yoğunlaşmıştır. Kupa - katotta küçük bir çöküntü. Anot, elektronların odaklandığı bir tungsten metal plaka içerir - bu, x-ışınlarının oluşum yeridir.
Pirinç. 4 - X-ışını tüpü cihazı: A - katot; 
B - anot;
B - tungsten filamanı;
G - katodun odaklama kabı;
D - hızlandırılmış elektron akışı;
E - tungsten hedefi;
G - cam şişe;
З - berilyumdan bir pencere;
Ve - oluşan x-ışınları;
K - alüminyum filtre.
Elektron tüpüne 2 transformatör bağlanır: düşürme ve yükseltme. Bir düşürücü transformatör, tungsten filamanı düşük voltajla (5-15 volt) ısıtır ve elektron emisyonuna neden olur. Bir yükseltici veya yüksek voltajlı transformatör, doğrudan 20-140 kilovolt voltajla beslenen katoda ve anoda gider. Her iki trafo da trafoların soğutulmasını ve güvenilir izolasyonunu sağlayan trafo yağı ile doldurulmuş X-ray makinesinin yüksek voltaj bloğuna yerleştirilir.
Bir düşürücü transformatör yardımıyla bir elektron bulutu oluştuktan sonra, yükseltici transformatör açılır ve elektrik devresinin her iki kutbuna yüksek voltaj voltajı uygulanır: anoda pozitif bir darbe ve bir negatif katoda darbe. Negatif yüklü elektronlar, negatif yüklü bir katottan itilir ve pozitif yüklü bir anot eğilimi gösterir - böyle bir potansiyel fark nedeniyle, yüksek bir hareket hızı elde edilir - 100 bin km / s. Bu hızda elektronlar, tungsten anot plakasını bombalayarak bir elektrik devresini tamamlayarak X-ışınları ve termal enerji ile sonuçlanır.
X-ışını radyasyonu, bremsstrahlung ve karakteristik olarak alt bölümlere ayrılır. Bremsstrahlung, bir tungsten filaman tarafından yayılan elektronların hızının keskin bir şekilde yavaşlaması nedeniyle oluşur. Karakteristik radyasyon, atomların elektron kabuklarının yeniden düzenlendiği anda meydana gelir. Bu tiplerin her ikisi de hızlandırılmış elektronların anot malzemesinin atomlarıyla çarpışması anında bir X-ışını tüpünde oluşur. Bir X-ışını tüpünün emisyon spektrumu, bremsstrahlung ve karakteristik X-ışınlarının bir süperpozisyonudur.
Pirinç. 5 - bremsstrahlung X-ışınlarının oluşum ilkesi.
Pirinç. 6 - karakteristik x-ışınlarının oluşum ilkesi.
X-ışınlarının temel özellikleri
- X-ışınları görsel algı için görünmezdir.
- X-ışını radyasyonu, canlı bir organizmanın organları ve dokuları ile görünür ışık ışınlarını iletmeyen yoğun cansız yapılardan büyük bir nüfuz gücüne sahiptir.
- X ışınları, floresan adı verilen belirli kimyasal bileşiklerin parlamasına neden olur.
- Çinko ve kadmiyum sülfürler sarı-yeşil floresan,
- Kalsiyum tungstat kristalleri - menekşe mavisi.
Elektromanyetik salınımların ölçeği
X ışınlarının belirli bir dalga boyu ve salınım frekansı vardır. Dalga boyu (λ) ve salınım frekansı (ν) şu ilişki ile ilişkilidir: λ ν = c, burada c ışık hızıdır, saniyede 300.000 km'ye yuvarlanır. X-ışınlarının enerjisi E = h ν formülüyle belirlenir, burada h Planck sabitidir, evrensel bir sabit 6.626 10 -34 J⋅s'ye eşittir. Işınların dalga boyu (λ), enerjileriyle (E) şu bağıntıyla ilişkilidir: λ = 12.4 / E.
X-ışını radyasyonu, dalga boyu (tabloya bakınız) ve kuantum enerjisi bakımından diğer elektromanyetik salınım türlerinden farklıdır. Dalga boyu ne kadar kısa olursa, frekansı, enerjisi ve nüfuz gücü o kadar yüksek olur. X-ışını dalga boyu aralıkta
. X-ışını radyasyonunun dalga boyunu değiştirerek, nüfuz gücünü kontrol etmek mümkündür. X ışınlarının dalga boyu çok kısadır, ancak salınım frekansı yüksektir, bu nedenle insan gözüyle görünmezler. Muazzam enerjileri nedeniyle kuantumlar, X ışınlarının tıpta ve diğer bilimlerde kullanılmasını sağlayan ana özelliklerden biri olan büyük bir nüfuz gücüne sahiptir.röntgen özellikleri
yoğunluk- birim zamanda tüp tarafından yayılan ışınların sayısı ile ifade edilen x-ışını radyasyonunun nicel özelliği. X ışınlarının yoğunluğu miliamper cinsinden ölçülür. Bunu geleneksel bir akkor lambadan gelen görünür ışığın yoğunluğuyla karşılaştırarak bir benzetme yapabiliriz: örneğin, 20 watt'lık bir lamba bir yoğunluk veya güçle parlayacak ve 200 watt'lık bir lamba diğeriyle parlayacakken, ışığın kalitesi (tayfı) aynıdır. X-ışını radyasyonunun yoğunluğu aslında onun miktarıdır. Her elektron anotta bir veya daha fazla radyasyon kuantası oluşturur, bu nedenle nesnenin maruz kalması sırasında X-ışınlarının miktarı, anoda yönelen elektronların sayısı ve elektronların tungsten hedef atomlarıyla etkileşimlerinin sayısı değiştirilerek düzenlenir. , iki şekilde yapılabilir:
- Bir düşürücü transformatör kullanarak katot spiralinin akkorluk derecesini değiştirerek (emisyon sırasında üretilen elektronların sayısı, tungsten spiralinin ne kadar sıcak olduğuna ve radyasyon kuantumunun sayısı elektronların sayısına bağlı olacaktır);
- Yükseltici transformatör tarafından sağlanan yüksek voltajın değerini tüpün kutuplarına - katot ve anot olarak değiştirerek (tüpün kutuplarına voltaj ne kadar yüksek olursa, elektronlar o kadar fazla kinetik enerji alır, bu da , enerjileri nedeniyle sırayla anot maddesinin birkaç atomu ile etkileşime girebilir - bkz. pilav. 5; düşük enerjili elektronlar daha az sayıda etkileşime girebilecektir).
Deklanşör hızı (tüp süresi) ile çarpılan X-ışını yoğunluğu (anot akımı), mAs (saniyede miliamper) cinsinden ölçülen X-ışını maruziyetine karşılık gelir. Pozlama, yoğunluk gibi bir x-ışını tüpünün yaydığı ışınların miktarını karakterize eden bir parametredir. Tek fark, maruz kalmanın tüpün çalışma süresini de dikkate almasıdır (örneğin, tüp 0,01 saniye çalışıyorsa, ışın sayısı bir olacak ve 0,02 saniye ise ışın sayısı olacaktır. farklı - iki kat daha fazla). Radyasyona maruz kalma, muayene tipine, incelenen nesnenin boyutuna ve teşhis görevine bağlı olarak radyolog tarafından X-ray cihazının kontrol panelinde belirlenir.
sertlik- x-ışını radyasyonunun niteliksel özelliği. Tüp üzerindeki yüksek voltaj ile ölçülür - kilovolt olarak. X ışınlarının nüfuz gücünü belirler. Bir yükseltici transformatör tarafından X-ışını tüpüne sağlanan yüksek voltaj tarafından düzenlenir. Tüpün elektrotları üzerinde potansiyel farkı ne kadar yüksek olursa, elektronlar katottan o kadar fazla itilir ve anoda koşar ve anotla çarpışmaları o kadar güçlü olur. Çarpışmaları ne kadar güçlü olursa, ortaya çıkan X-ışını radyasyonunun dalga boyu o kadar kısa ve bu dalganın nüfuz etme gücü (veya yoğunluğu gibi, kontrol panelinde voltaj parametresi tarafından kontrol panelinde düzenlenen radyasyonun sertliği) o kadar yüksek olur. tüp - kilovoltaj).
λ - dalga boyu; 
Pirinç. 7 - Dalga boyunun dalga enerjisine bağımlılığı:
E - dalga enerjisi 
Pirinç. 8 - X-ışını tüpündeki voltajın ve ortaya çıkan X-ışını radyasyonunun dalga boyunun oranı:
X-ışını tüplerinin sınıflandırılması
- Randevuyla
- Tanı
- terapötik
- Yapısal analiz için
- Transillüminasyon için
- Tasarım gereği
- Odaklanarak
- Tek odak (katotta bir spiral ve anotta bir odak noktası)
- Bifokal (katotta farklı boyutlarda iki spiral ve anotta iki odak noktası)
- anot tipine göre
- Sabit (sabit)
- Dönen
X-ışınları sadece radyodiagnostik amaçlar için değil, aynı zamanda tedavi amaçlı da kullanılmaktadır. Yukarıda belirtildiği gibi, X-ışını radyasyonunun tümör hücrelerinin büyümesini baskılama yeteneği, onkolojik hastalıkların radyasyon tedavisinde kullanılmasını mümkün kılar. Tıbbi uygulama alanına ek olarak, X-ışını radyasyonu mühendislik ve teknik alanda, malzeme bilimi, kristalografi, kimya ve biyokimyada geniş uygulama alanı bulmuştur: örneğin, çeşitli ürünlerdeki (raylar, kaynaklar) yapısal kusurları belirlemek mümkündür. , vb.) X-ışını radyasyonu kullanarak. Bu tür araştırmaların türüne defektoskopi denir. Havaalanlarında, tren istasyonlarında ve diğer kalabalık yerlerde güvenlik amacıyla el bagajını ve bagajı taramak için X-ray televizyon introskopları aktif olarak kullanılmaktadır.
Anot tipine bağlı olarak, X-ışını tüpleri tasarım açısından farklılık gösterir. Elektronların kinetik enerjisinin %99'unun termal enerjiye dönüştürülmesi nedeniyle, tüpün çalışması sırasında anot önemli ölçüde ısıtılır - hassas tungsten hedefi genellikle yanar. Anot, modern röntgen tüplerinde döndürülerek soğutulur. Dönen anot, ısıyı tüm yüzeyine eşit olarak dağıtan ve tungsten hedefinin yerel olarak aşırı ısınmasını önleyen bir disk şeklindedir.
X-ışını tüplerinin tasarımı da odakta farklılık gösterir. Odak noktası - üzerinde çalışan X-ışını ışınının oluşturulduğu anodun bölümü. Gerçek odak noktası ve etkili odak noktası ( pilav. 12). Anotun açısı nedeniyle, etkili odak noktası gerçek olandan daha küçüktür. Görüntü alanının boyutuna bağlı olarak farklı odak noktası boyutları kullanılır. Görüntü alanı ne kadar büyük olursa, odak noktası tüm görüntü alanını kapsayacak şekilde o kadar geniş olmalıdır. Ancak, daha küçük bir odak noktası daha iyi görüntü netliği sağlar. Bu nedenle, küçük görüntüler üretilirken kısa bir filament kullanılır ve elektronlar anot hedefinin küçük bir alanına yönlendirilerek daha küçük bir odak noktası oluşturulur.
Pirinç. 9 - sabit anotlu x-ışını tüpü.
Pirinç. 10 - Dönen anotlu X-ışını tüpü.
Pirinç. 11 - Dönen anotlu X-ışını tüpü cihazı.
Pirinç. 12, gerçek ve etkili bir odak noktası oluşumunun bir diyagramıdır.
DERS
röntgen radyasyonu
2. Bremsstrahlung X-ışını, spektral özellikleri.
3. Karakteristik röntgen radyasyonu (inceleme için).
4. X-ışını radyasyonunun madde ile etkileşimi.
5. X-ışınlarının tıpta kullanımının fiziksel temeli.
X-ışınları (X-ışınları), 1895'te fizikte ilk Nobel ödüllü olan K. Roentgen tarafından keşfedildi.
1. X-ışınlarının doğası
röntgen radyasyonu - 80 ila 10 -5 nm uzunluğunda elektromanyetik dalgalar. Uzun dalga X-ışını radyasyonu, kısa dalga UV radyasyonu, kısa dalga - uzun dalga g-radyasyonu tarafından engellenir.
X ışınları, röntgen tüplerinde üretilir. şek.1.
K - katot
1 - elektron ışını
2 - X-ışını radyasyonu
Pirinç. 1. X-ışını tüpü cihazı.
Tüp bir cam şişedir (olası bir yüksek vakumlu: içindeki basınç yaklaşık 10 -6 mm Hg'dir) iki elektrotlu: yüksek voltajın uygulandığı anot A ve katot K
sen (birkaç bin volt). Katot bir elektron kaynağıdır (termiyonik emisyon olgusundan dolayı). Anot, ortaya çıkan X-ışını radyasyonunu tüpün eksenine bir açıyla yönlendirmek için eğimli bir yüzeye sahip metal bir çubuktur. Elektron bombardımanı sırasında oluşan ısıyı uzaklaştırmak için yüksek ısı ileten bir malzemeden yapılmıştır. Eğimli uçta refrakter metalden (örneğin tungsten) yapılmış bir plaka bulunur.Anotun güçlü ısınması, katot ışınındaki ana elektron sayısının, anoda çarparak, maddenin atomlarıyla çok sayıda çarpışma yaşaması ve onlara büyük miktarda enerji aktarması gerçeğinden kaynaklanmaktadır.
Yüksek bir voltajın etkisi altında, sıcak katot filamanından yayılan elektronlar, yüksek enerjilere hızlandırılır. Bir elektronun kinetik enerjisi,
mv 2 /2. Tüpün elektrostatik alanında hareket ederek elde ettiği enerjiye eşittir:mv 2/2 = eU(1)
nerede m, e elektronun kütlesi ve yükü, sen hızlanma voltajıdır.
Bremsstrahlung X-ışınlarının ortaya çıkmasına neden olan süreçler, atom çekirdeğinin ve atom elektronlarının elektrostatik alanı tarafından anot malzemesindeki elektronların yoğun yavaşlamasından kaynaklanır.
Köken mekanizması aşağıdaki gibi temsil edilebilir. Hareket eden elektronlar, kendi manyetik alanını oluşturan bir tür akımdır. Elektron yavaşlaması, akım gücünde bir azalma ve buna bağlı olarak, alternatif bir elektrik alanının ortaya çıkmasına neden olacak manyetik alan indüksiyonunda bir değişiklik, yani. elektromanyetik dalganın görünümü.
Böylece yüklü bir parçacık maddenin içine uçtuğunda yavaşlar, enerjisini ve hızını kaybeder ve elektromanyetik dalgalar yayar.
2. X-ışını bremsstrahlung'un spektral özellikleri .
Böylece, anot malzemesinde elektron yavaşlaması durumunda, bremsstrahlung radyasyonu.
Bremsstrahlung spektrumu süreklidir . Bunun nedeni aşağıdaki gibidir.
Elektronlar yavaşladığında, her biri anodu ısıtmak için kullanılan enerjinin bir kısmına sahiptir (E 1 =
Q ), diğer kısım bir X-ışını fotonu oluşturmak için (E 2 = hv ), aksi takdirde, eU = hv + Q . Bu parçalar arasındaki ilişki rastgeledir.Böylece, her biri bir X-ışını kuantumu yayan birçok elektronun yavaşlaması nedeniyle sürekli bir bremsstrahlung X-ışınları spektrumu oluşur.
hv(s ) kesin olarak tanımlanmış bir değere sahiptir. Bu kuantumun değeri farklı elektronlar için farklıdır. X-ışını enerji akışının dalga boyuna bağımlılığı ben , yani X-ışını spektrumu Şekil 2'de gösterilmektedir. |
İncir. 2. Bremsstrahlung spektrumu: a) farklı voltajlarda
sen tüpte; b) katodun farklı sıcaklıklarında T.Kısa dalga (sert) radyasyon, uzun dalga (yumuşak) radyasyondan daha büyük bir nüfuz gücüne sahiptir. Yumuşak radyasyon madde tarafından daha güçlü bir şekilde emilir.
Kısa dalga boylarının yanında, spektrum belirli bir dalga boyunda aniden sona erer.
ben varım . Bu tür kısa dalga boylu bremsstrahlung, hızlanan bir alanda bir elektron tarafından elde edilen enerji tamamen foton enerjisine dönüştürüldüğünde meydana gelir. S = 0):eU = hv maks = hc/ l min , l min = hc/(eU), (2)
l min (nm) = 1,23 / U kV
Radyasyonun spektral bileşimi, artan voltaj ile X-ışını tüpündeki voltaja bağlıdır, değer
ben varım kısa dalga boylarına doğru kayar (Şekil 2 a).Katot akkorluğunun sıcaklığı T değiştiğinde, elektron emisyonu artar. Bu nedenle akım artar
ben ancak radyasyonun spektral bileşimi değişmez (Şekil 2b).Enerji akışı Ф * bremsstrahlung, voltajın karesiyle doğru orantılıdır sen anot ve katot arasındaki akım gücü ben tüp ve atom numarası Z anot malzemeleri:
F \u003d kZU 2 I. (3)
nerede k \u003d 10 -9 W / (V 2 A).
3. Karakteristik X-ışınları (tanıma için).
X-ışını tüpündeki voltajın arttırılması, sürekli bir spektrumun arka planına karşı, karakteristik X-ışını radyasyonuna karşılık gelen bir çizginin görünmesine yol açar. Bu radyasyon anot malzemesine özgüdür.
Oluşum mekanizması aşağıdaki gibidir. Yüksek voltajda, hızlandırılmış elektronlar (yüksek enerjili) atomun derinliklerine nüfuz eder ve elektronları iç katmanlarından dışarı atar. Üst seviyelerden elektronlar, serbest yerlere geçer ve bunun sonucunda karakteristik radyasyon fotonları yayılır.
Karakteristik X-ışını radyasyonunun spektrumları, optik spektrumlardan farklıdır.
- Tekdüzelik.
Karakteristik spektrumun tekdüzeliği, farklı atomların iç elektron katmanlarının aynı olması ve artan element sayısı ile artan çekirdekten gelen kuvvet etkisinden dolayı sadece enerjisel olarak farklı olmasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, karakteristik spektrum, artan nükleer yük ile daha yüksek frekanslara doğru kayar. Bu, bir Roentgen çalışanı tarafından deneysel olarak doğrulandı - Moseley 33 element için X-ışını geçiş frekanslarını ölçen. Kanun yaptılar.
MOSELY YASASI – karakteristik radyasyon frekansının karekökü, elemanın sıra sayısının doğrusal bir fonksiyonudur:
A × (Z – B ), (4)
nerede spektral çizgi frekansıdır, Z yayan elementin atom numarasıdır. A, B sabitlerdir.
Moseley yasasının önemi, bu bağımlılığın incelenen elementin atom numarasını X-ışını hattının ölçülen frekansından doğru bir şekilde belirlemek için kullanılabilmesi gerçeğinde yatmaktadır. Bu, elementlerin periyodik tablodaki yerleşiminde büyük rol oynadı.
– Kimyasal bir bileşikten bağımsızlık.
Bir atomun karakteristik X-ışını spektrumları, elementin atomunun girdiği kimyasal bileşiğe bağlı değildir. Örneğin, bir oksijen atomunun X-ışını spektrumu, O2, H2O için aynıdır, ancak bu bileşiklerin optik spektrumları farklıdır. Atomun x-ışını spektrumunun bu özelliği, "adının temeli oldu. karakteristik radyasyon".
4. X-ışını radyasyonunun madde ile etkileşimi
X-ışını radyasyonunun nesneler üzerindeki etkisi, X-ışını etkileşiminin birincil süreçleri tarafından belirlenir. elektronlu foton maddenin atomları ve molekülleri.
Maddedeki X-ışını radyasyonu emilen veya dağılır. Bu durumda, X-ışını foton enerjisinin oranı ile belirlenen çeşitli işlemler meydana gelebilir.
hv ve iyonlaşma enerjisi A ve (iyonlaşma enerjisi A ve - atom veya molekülden iç elektronları uzaklaştırmak için gereken enerji).a) tutarlı saçılma(uzun dalga radyasyonunun saçılması) ilişki olduğunda meydana gelir.
hv< А и.
Fotonlar için elektronlarla etkileşim nedeniyle sadece hareket yönü değişir (Şekil 3a), ancak enerji
hv ve dalga boyu değişmez (dolayısıyla bu saçılmaya denir tutarlı). Bir fotonun ve bir atomun enerjileri değişmediğinden, tutarlı saçılma biyolojik nesneleri etkilemez, ancak X-ışını radyasyonuna karşı koruma oluştururken, ışının birincil yönünü değiştirme olasılığı dikkate alınmalıdır.b) fotoelektrik etki ne zaman olur
hv ³ A ve .
Bu durumda iki durum gerçekleştirilebilir.
1. Foton emilir, elektron atomdan ayrılır (Şekil 3b). İyonlaşma meydana gelir. Ayrılmış elektron kinetik enerji kazanır: E k \u003d hv - A ve . Kinetik enerji büyükse, elektron komşu atomları çarpışma yoluyla iyonize ederek yenilerini oluşturabilir. ikincil elektronlar.
2. Foton emilir, ancak enerjisi elektronu koparmak için yeterli değildir ve bir atom veya molekülün uyarılması(Şekil 3c). Bu genellikle görünür radyasyon bölgesinde (X-ışını ışıldaması) ve dokularda - moleküllerin ve fotokimyasal reaksiyonların aktivasyonuna - sonraki bir fotonun emisyonuna yol açar. Fotoelektrik etki, esas olarak atomların iç kabuklarının elektronları üzerinde meydana gelir. Z.
içinde) tutarsız saçılma(Compton etkisi, 1922) foton enerjisi iyonlaşma enerjisinden çok daha büyük olduğunda meydana gelir.
hv » A ve.
Bu durumda elektron atomdan ayrılır (bu tür elektronlara denir. geri tepme elektronları), biraz kinetik enerji kazanır
E ila , fotonun kendisinin enerjisi azalır (Şekil 4d):hv=hv" + A ve + E k.(5)
Değişen frekans (uzunluk) ile ortaya çıkan radyasyona denir ikincil, her yöne dağılır.
Geri tepme elektronları, yeterli kinetik enerjiye sahiplerse, komşu atomları çarpışma yoluyla iyonize edebilirler. Böylece tutarsız saçılma sonucunda ikincil saçılan X-ışını radyasyonu oluşur ve maddenin atomları iyonize olur.
Bu (a, b, c) süreçleri, bir dizi sonraki süreçlere neden olabilir. Örneğin (Şekil 3d), fotoelektrik etki sırasında elektronlar iç kabuklardaki atomdan ayrılırsa, bu maddenin ikincil karakteristik x-ışını radyasyonu ile birlikte daha yüksek seviyelerden elektronlar yerlerine geçebilir. Komşu atomların elektronlarıyla etkileşime giren ikincil radyasyon fotonları, sırayla ikincil olaylara neden olabilir.
tutarlı saçılma
hv< А И
| |
fotoelektrik etki
foton emilir, e - atomdan ayrılır - iyonizasyon
hv \u003d A ve + E ile
A atomu bir fotonun soğurulmasıyla heyecanlanan, R – X-ışını ışıldaması
tutarsız saçılma
hv » A ve
hv \u003d hv "+ A ve + E ile
fotoelektrik etkide ikincil süreçler
 |
Pirinç. 3 X-ışınlarının madde ile etkileşim mekanizmaları
X-ışınlarının tıpta kullanımının fiziksel temeli
X-ışınları bir cismin üzerine düştüğünde, yüzeyinden hafifçe yansır, ancak esas olarak derinlere geçer, kısmen emilir ve saçılır ve kısmen geçer.
Zayıflama yasası.
Maddede X-ışını akışı yasaya göre zayıflatılır:
F \u003d F 0 e - m × x (6)
nerede - doğrusal zayıflama faktörü, esasen maddenin yoğunluğuna bağlıdır. Tutarlı saçılıma karşılık gelen üç terimin toplamına eşittir. m 1, tutarsız m 2 ve fotoelektrik etki m 3:
m \u003d m 1 + m 2 + m3. (7)
Her terimin katkısı foton enerjisi tarafından belirlenir. Aşağıda yumuşak dokular (su) için bu işlemlerin oranları verilmiştir.
Enerji, keV | fotoelektrik etki | Compton - efekt |
| 100 % |
eğlence kütle zayıflama katsayısı, maddenin yoğunluğuna bağlı değildir r :
m m = m / r . (sekiz)
Kütle zayıflama katsayısı fotonun enerjisine ve soğuran maddenin atom numarasına bağlıdır:
m m = k l 3 Z 3 . (9)
Kemik ve yumuşak dokunun (su) kütle zayıflama katsayıları farklılık: m m kemik / m m su = 68.
X-ışınlarının yoluna homojen olmayan bir cisim konur ve önüne bir floresan ekran yerleştirilirse, bu cisim radyasyonu emerek ve azaltarak ekranda bir gölge oluşturur. Bu gölgenin doğası gereği, vücutların şekli, yoğunluğu, yapısı ve birçok durumda doğası hakkında yargıya varılabilir. Şunlar. x-ışını radyasyonunun farklı dokular tarafından emilmesinde önemli bir fark, gölge projeksiyonunda iç organların görüntüsünü görmenizi sağlar.
İncelenen organ ve çevresindeki dokular röntgen ışınlarını eşit derecede zayıflatıyorsa, kontrast maddeler kullanılır. Örneğin, mide ve bağırsakları duygusal bir baryum sülfat kütlesi ile doldurmak ( BaS 0 4), gölge görüntüsünü görebilirsiniz (zayıflama katsayılarının oranı 354'tür).
Tıpta kullanın.
Tıpta, teşhis için 60 ila 100-120 keV arasında foton enerjisine sahip X-ışını radyasyonu ve terapi için 150-200 keV kullanılır.
röntgen teşhisi – X-ışınları ile vücudu aydınlatarak hastalıkların tanınması.
Röntgen teşhisi, aşağıda verilen çeşitli seçeneklerde kullanılır.
 |
1. Floroskopi ile röntgen tüpü hastanın arkasında bulunur. Önünde floresan bir ekran var. Ekranda gölge (pozitif) bir görüntü var. Her bir durumda, radyasyonun uygun sertliği, yumuşak dokulardan geçecek, ancak yoğun olanlar tarafından yeterince emilecek şekilde seçilir. Aksi takdirde homojen bir gölge elde edilir. Ekranda kalp, kaburgalar karanlık, akciğerler açık renkte görünüyor.
2. radyografi ne zaman nesne, özel bir fotoğraf emülsiyonu olan bir film içeren bir kasete yerleştirilir. X-ışını tüpü nesnenin üzerine yerleştirilir. Elde edilen radyograf negatif bir görüntü verir, yani. transillüminasyon sırasında gözlemlenen resmin aksine. Bu yöntemde, (1)'dekinden daha fazla görüntü netliği vardır, bu nedenle, ışıkla aydınlatıldığında görülmesi zor olan ayrıntılar gözlenir.
Bu yöntemin umut verici bir çeşidi X-ışınıdır. tomografi ve "makine versiyonu" - bilgisayar tomografi.
3. Floroskopi ile, Hassas küçük formatlı bir filmde, büyük ekrandaki görüntü sabitlenir. Görüntülendiğinde resimler özel bir büyüteç üzerinde incelenir.
röntgen tedavisi - kötü huylu tümörleri yok etmek için X ışınlarının kullanılması.
Radyasyonun biyolojik etkisi, hayati aktiviteyi, özellikle hızla çoğalan hücreleri bozmak.
BİLGİSAYARLI TOMOGRAFİ (BT)
X-ışını bilgisayarlı tomografi yöntemi, görüntünün yeniden yapılandırılmasına dayanmaktadır.Hastanın vücudunun belirli bir bölümünün çok sayıda kaydedilmesiyle bu bölümün röntgen projeksiyonları, farklı açılardan yapılmıştır. Bu projeksiyonları kaydeden sensörlerden gelen bilgiler, özel bir programa göre bilgisayara girer. hesaplar dağıtım sıkı örnek boyutincelenen bölümde ve ekranda görüntüler. Ortaya çıkan görüntühastanın vücudunun bir bölümü mükemmel netlik ve yüksek bilgi içeriği ile karakterize edilir. Program şunları yapmanızı sağlar:arttırmak görüntü kontrastı içinde onlarca, hatta yüzlerce kez. Bu, yöntemin teşhis yeteneklerini genişletir.
Modern diş hekimliğinde kameramanlar (dijital X-ray görüntü işlemeli cihazlar).
Diş hekimliğinde röntgen muayenesi ana tanı yöntemidir. Bununla birlikte, X-ray tanılamanın bir dizi geleneksel organizasyonel ve teknik özelliği, onu hem hasta hem de diş klinikleri için pek konforlu kılmaz. Bu, her şeyden önce, hastanın vücut üzerinde genellikle önemli bir radyasyon yükü oluşturan iyonlaştırıcı radyasyonla temas etmesi ihtiyacıdır, aynı zamanda bir foto işleme ihtiyacı ve sonuç olarak, aşağıdakiler de dahil olmak üzere fotoreaktiflere duyulan ihtiyaçtır. zehirli olanlar. Bu, nihayet, hantal bir arşiv, ağır klasörler ve röntgen filmli zarflar.
Ayrıca diş hekimliğinin mevcut gelişme düzeyi, radyografilerin insan gözüyle subjektif olarak değerlendirilmesini yetersiz kılmaktadır. Görünüşe göre, röntgen görüntüsünde bulunan çeşitli gri tonlarından göz sadece 64'ü algılar.
Açıkçası, minimum radyasyon maruziyeti ile dentoalveolar sistemin sert dokularının net ve ayrıntılı bir görüntüsünü elde etmek için başka çözümlere ihtiyaç vardır. Arama, radyografik sistemlerin, kameramanların - dijital radyografi sistemlerinin yaratılmasına yol açtı.
Teknik detaylar olmadan, bu tür sistemlerin çalışma prensibi aşağıdaki gibidir. X-ışını radyasyonu, nesneye ışığa duyarlı bir film üzerinde değil, özel bir intraoral sensör (özel elektronik matris) üzerinde girer. Matristen gelen karşılık gelen sinyal, onu dijital forma dönüştüren ve bilgisayara bağlanan bir sayısallaştırma cihazına (analogdan dijitale dönüştürücü, ADC) iletilir. Özel yazılım, bilgisayar ekranında bir röntgen görüntüsü oluşturur ve onu işlemenize, sabit veya esnek bir depolama ortamına (sabit sürücü, disketler) kaydetmenize, bir resim olarak dosya olarak yazdırmanıza olanak tanır.
Dijital bir sistemde, bir x-ışını görüntüsü, farklı dijital gri tonlama değerlerine sahip noktalar topluluğudur. Program tarafından sağlanan bilgi ekranı optimizasyonu, nispeten düşük radyasyon dozunda parlaklık ve kontrast açısından optimal bir çerçeve elde etmeyi mümkün kılar.
Örneğin firmalar tarafından oluşturulan modern sistemlerde Trophy (Fransa) veya Schick (ABD) bir çerçeve oluştururken, 4096 gri tonu kullanılır, maruz kalma süresi çalışmanın nesnesine bağlıdır ve ortalama olarak yüzde biri - saniyenin onda biri, filme göre radyasyona maruz kalmanın azaltılması - intraoral sistemler için %90'a kadar, panoramik kameramanlar için %70'e kadar.
Görüntüleri işlerken, kameramanlar şunları sağlar:
1. Olumlu ve olumsuz görüntüler, yanlış renkli görüntüler, kabartmalı görüntüler elde edin.
2. Kontrastı artırın ve görüntüdeki ilgi alanını büyütün.
3. Diş dokularının ve kemik yapılarının yoğunluğundaki değişiklikleri değerlendirin, kanal dolgusunun homojenliğini kontrol edin.
4. İçinde endodonti herhangi bir eğriliğin kanalının uzunluğunu belirlemek ve ameliyatta implantın boyutunu 0,1 mm hassasiyetle seçmek için.
5. Eşsiz sistemçürük dedektörü resmin analizinde yapay zeka unsurları ile lekelenme aşamasındaki çürükleri, kök çürüklerini ve gizli çürükleri tespit etmenizi sağlar.
* « Formül (3)'teki Ф", yayılan dalga boylarının tüm aralığını ifade eder ve genellikle "İntegral Enerji Akısı" olarak adlandırılır.
X-ışınları bir tür yüksek enerjili elektromanyetik radyasyondur. Tıbbın çeşitli dallarında aktif olarak kullanılmaktadır.
X-ışınları, elektromanyetik dalgalar ölçeğinde foton enerjisi ultraviyole radyasyonu ile gama radyasyonu (~10 eV ila ~1 MeV) arasında olan ve ~10^3 ila ~10^−2 angstrom arasındaki dalga boylarına karşılık gelen elektromanyetik dalgalardır ( ~10^−7 ila ~10^−12 m). Yani, bu ölçekte ultraviyole ve kızılötesi ("termal") ışınlar arasında yer alan görünür ışıktan kıyaslanamayacak kadar sert radyasyondur.
X-ışınları ve gama radyasyonu arasındaki sınır şartlı olarak ayırt edilir: aralıkları kesişir, gama ışınları 1 keV enerjiye sahip olabilir. Kökenleri farklıdır: atom çekirdeğinde meydana gelen süreçler sırasında gama ışınları yayılırken, elektronları içeren süreçler sırasında (hem serbest hem de atomların elektron kabuklarında olanlar) X ışınları yayılır. Aynı zamanda, fotonun kendisinden hangi süreçte ortaya çıktığını, yani X-ışını ve gama aralıklarına bölünmenin büyük ölçüde keyfi olduğunu belirlemek imkansızdır.
Röntgen aralığı "yumuşak röntgen" ve "sert" olarak ikiye ayrılır. Aralarındaki sınır, 2 angstrom ve 6 keV enerji dalga boyu seviyesinde yer alır.
X-ışını jeneratörü, içinde bir vakumun oluşturulduğu bir tüptür. Elektrotlar vardır - negatif yükün uygulandığı bir katot ve pozitif yüklü bir anot. Aralarındaki voltaj onlarca ila yüzlerce kilovolt arasındadır. X-ışını fotonlarının üretimi, elektronlar katottan "kırıldığında" ve yüksek hızda anot yüzeyine çarptığında meydana gelir. Ortaya çıkan X-ışını radyasyonuna "bremsstrahlung" denir, fotonları farklı dalga boylarına sahiptir.
Aynı zamanda, karakteristik spektrumun fotonları üretilir. Anot maddesinin atomlarındaki elektronların bir kısmı uyarılır, yani daha yüksek yörüngelere gider ve daha sonra belirli bir dalga boyunda fotonlar yayarak normal durumuna döner. Her iki tip röntgen de standart bir jeneratörde üretilir.
keşif geçmişi
8 Kasım 1895'te Alman bilim adamı Wilhelm Conrad Roentgen, "katot ışınlarının" etkisi altındaki bazı maddelerin, yani bir katot ışın tüpü tarafından üretilen elektron akışının parlamaya başladığını keşfetti. Bu fenomeni belirli X-ışınlarının etkisiyle açıkladı - bu nedenle (“X-ışınları”) bu radyasyona artık birçok dilde deniyor. Daha sonra V.K. Roentgen keşfettiği fenomeni inceledi. 22 Aralık 1895'te Würzburg Üniversitesi'nde bu konuda bir konferans verdi.
Daha sonra X-ışını radyasyonunun daha önce gözlemlendiği ortaya çıktı, ancak daha sonra onunla ilişkili fenomenlere fazla önem verilmedi. Katot ışın tüpü uzun zaman önce icat edildi, ancak V.K. X-ışını, kimse yakınındaki fotoğraf plakalarının kararmasına vb. fenomenler. Nüfuz eden radyasyonun yarattığı tehlike de bilinmiyordu.
Türleri ve vücut üzerindeki etkileri
"X-ışını", nüfuz eden radyasyonun en hafif türüdür. Yumuşak x ışınlarına aşırı maruz kalma, ultraviyole maruz kalmaya benzer, ancak daha şiddetli bir biçimde. Deride bir yanık oluşur, ancak lezyon daha derindir ve çok daha yavaş iyileşir.
Sert X-ışını, radyasyon hastalığına yol açabilen tam teşekküllü iyonlaştırıcı bir radyasyondur. X-ışını kuantumları, insan vücudunun dokularını oluşturan protein moleküllerinin yanı sıra genomun DNA moleküllerini de kırabilir. Ancak bir X-ışını kuantumu bir su molekülünü kırsa bile, önemli değil: kendileri proteinler ve DNA üzerinde hareket edebilen kimyasal olarak aktif serbest radikaller H ve OH oluşur. Radyasyon hastalığı daha şiddetli bir biçimde ilerler, hematopoietik organlar daha fazla etkilenir.
X-ışınları mutajenik ve kanserojen aktiviteye sahiptir. Bu, ışınlama sırasında hücrelerde kendiliğinden mutasyon olasılığının arttığı ve bazen sağlıklı hücrelerin kanserli hücrelere dönüşebileceği anlamına gelir. Kötü huylu tümör olasılığını artırmak, x-ışınları da dahil olmak üzere herhangi bir maruziyetin standart bir sonucudur. X ışınları, nüfuz eden radyasyonun en az tehlikeli türüdür, ancak yine de tehlikeli olabilirler.
X-ışını radyasyonu: uygulama ve nasıl çalıştığı
X-ışını radyasyonu tıpta ve insan faaliyetinin diğer alanlarında kullanılmaktadır.
Floroskopi ve bilgisayarlı tomografi
X ışınlarının en yaygın kullanımı floroskopidir. İnsan vücudunun "sessizliği", hem kemiklerin (en net şekilde görülebilir) hem de iç organların görüntülerinin ayrıntılı bir görüntüsünü elde etmenizi sağlar.
Vücut dokularının x-ışınlarındaki farklı şeffaflığı, kimyasal bileşimleriyle ilişkilidir. Kemik yapısının özellikleri, çok fazla kalsiyum ve fosfor içermeleridir. Diğer dokular esas olarak karbon, hidrojen, oksijen ve azottan oluşur. Fosfor atomu, oksijen atomunun ağırlığını neredeyse iki kat ve kalsiyum atomu - 2,5 kat (karbon, azot ve hidrojen, oksijenden bile daha hafiftir) aşar. Bu bakımdan kemiklerdeki X-ışını fotonlarının absorpsiyonu çok daha yüksektir.
İki boyutlu "resimlere" ek olarak, radyografi bir organın üç boyutlu görüntüsünü oluşturmayı mümkün kılar: bu tür radyografiye bilgisayarlı tomografi denir. Bu amaçlar için yumuşak röntgenler kullanılır. Tek bir görüntüde alınan poz miktarı küçüktür: yaklaşık olarak 10 km yükseklikte bir uçakta 2 saatlik bir uçuş sırasında alınan pozlamaya eşittir.
X-ray kusur tespiti, ürünlerdeki küçük dahili kusurları tespit etmenizi sağlar. Bunun için sert x-ışınları kullanılır, çünkü birçok malzeme (örneğin metal), oluşturucu maddelerinin yüksek atom kütlesi nedeniyle zayıf "yarı saydamdır".
X-ışını kırınımı ve X-ışını floresan analizi
X ışınları, tek tek atomları ayrıntılı olarak incelemelerine izin veren özelliklere sahiptir. X-ışını kırınım analizi, kimya (biyokimya dahil) ve kristalografide aktif olarak kullanılmaktadır. Çalışmasının prensibi, X-ışınlarının kristal atomları veya karmaşık moleküller tarafından kırınım saçılmasıdır. X-ışını kırınım analizi kullanılarak DNA molekülünün yapısı belirlendi.
X-ışını floresan analizi, bir maddenin kimyasal bileşimini hızlı bir şekilde belirlemenizi sağlar.
Birçok radyoterapi şekli vardır, ancak hepsi iyonlaştırıcı radyasyon kullanımını içerir. Radyoterapi 2 tipe ayrılır: korpüsküler ve dalga. Corpuscular, alfa parçacıkları (helyum atomlarının çekirdeği), beta parçacıkları (elektronlar), nötronlar, protonlar, ağır iyonların akışlarını kullanır. Dalga, elektromanyetik spektrumun ışınlarını kullanır - x-ışınları ve gama.
Radyoterapi yöntemleri öncelikle onkolojik hastalıkların tedavisinde kullanılmaktadır. Gerçek şu ki, radyasyon öncelikle aktif olarak bölünen hücreleri etkiler, bu nedenle hematopoietik organlar bu şekilde acı çeker (hücreleri sürekli bölünür, daha fazla yeni kırmızı kan hücresi üretir). Kanser hücreleri de sürekli bölünür ve sağlıklı dokulara göre radyasyona karşı daha savunmasızdır.
Sağlıklı olanları orta derecede etkilerken, kanser hücrelerinin aktivitesini baskılayan bir radyasyon seviyesi kullanılır. Radyasyonun etkisi altında, hücrelerin yok edilmesi değil, genomlarına - DNA moleküllerine verilen zarardır. Yıkılmış bir genoma sahip bir hücre bir süre var olabilir, ancak artık bölünemez, yani tümör büyümesi durur.
Radyasyon tedavisi, radyoterapinin en hafif şeklidir. Dalga radyasyonu, korpüsküler radyasyondan daha yumuşaktır ve X-ışınları gama radyasyonundan daha yumuşaktır.
Hamilelik sırasında
Hamilelik sırasında iyonlaştırıcı radyasyon kullanmak tehlikelidir. X ışınları mutajeniktir ve fetüste anormalliklere neden olabilir. Röntgen tedavisi hamilelikle bağdaşmaz: sadece kürtaj kararı verilmişse kullanılabilir. Floroskopi ile ilgili kısıtlamalar daha yumuşaktır, ancak ilk aylarda kesinlikle yasaktır.
Acil durumlarda röntgen muayenesinin yerini manyetik rezonans görüntüleme alır. Ancak ilk üç aylık dönemde de bundan kaçınmaya çalışırlar (bu yöntem son zamanlarda ortaya çıkmıştır ve kesinlikle zararlı sonuçların yokluğu hakkında konuşmak için).
En az 1 mSv'lik (eski birimlerde - 100 mR) toplam doza maruz kalındığında kesin bir tehlike ortaya çıkar. Basit bir röntgen ile (örneğin, florografi yapılırken), hasta yaklaşık 50 kat daha az alır. Bir seferde böyle bir doz almak için ayrıntılı bir bilgisayarlı tomografiden geçmeniz gerekir.
Yani, hamileliğin erken bir aşamasında 1-2 kat "Röntgen" gerçeği, ciddi sonuçlarla tehdit etmez (ancak riske atmamak daha iyidir).
onunla tedavi
X-ışınları öncelikle kötü huylu tümörlere karşı mücadelede kullanılır. Bu yöntem iyidir çünkü oldukça etkilidir: tümörü öldürür. Kötü çünkü sağlıklı dokular çok daha iyi değil, çok sayıda yan etkisi var. Hematopoez organları özellikle risk altındadır.
Uygulamada röntgen ışınlarının sağlıklı dokular üzerindeki etkisini azaltmak için çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Işınlar, kesişme bölgesinde bir tümör görünecek şekilde bir açıya yönlendirilir (bu nedenle, ana enerji emilimi tam orada gerçekleşir). Bazen prosedür hareket halinde gerçekleştirilir: hastanın vücudu, tümörün içinden geçen bir eksen etrafında radyasyon kaynağına göre döner. Aynı zamanda, sağlıklı dokular sadece bazen ışınlama bölgesinde ve hasta - her zaman.
Cilt hastalıklarının yanı sıra bazı artroz ve benzeri hastalıkların tedavisinde röntgen kullanılmaktadır. Bu durumda ağrı sendromu %50-90 oranında azalır. Bu durumda kullanılan radyasyon daha yumuşak olduğu için tümör tedavisinde görülenlere benzer yan etkiler görülmez.