Рентгеново лъчение. Какво е рентгеново лъчение, неговите свойства и приложение

Рентгеново лъчение - вид лъчение с честота в диапазона от 3 * 10 16 до 3 * 10 20 Hz.

История на откриването на рентгеновите лъчи

Рентгеновите лъчи са открити през 1895 г. от германеца Вилхелм Рентген. В края на 19 век учените се занимават с изследване на газовия разряд при ниско налягане. В този случай в газоразрядната тръба се създават потоци от електрони, движещи се с висока скорост. С изучаването на тези лъчи се заема и В. Рентген.

Той забелязал, че ако до газоразрядната тръба се постави фотоплака, тя ще бъде осветена, дори и да е увита в черна хартия. Продължавайки да поставя експерименти, Рьонтген обви газоразрядната тръба с хартия, напоена с разтвор на бариев платинов цианид. Хартията започна да свети.

Рентгенът беше любопитен и постави ръката си между хартията и тръбата с надеждата, вероятно, че ще започне да свети, но това не се случи. Но на хартиения екран тъмните сенки на костите оставаха видими на фона на по-светлите очертания на ръката. Рентген предположи, че това е някакво неизвестно лъчение, което има много силен проникващ ефект.

• Той нарече тези лъчи рентгенови лъчи.Впоследствие тези лъчи стават известни като рентгенови лъчи.

Рентгенови свойства

Рентгеновите лъчи не се влияят от електромагнитно поле. В същото време те практически не са претърпели пречупване и не са били отразени. Имаше предположение, че рентгеновите лъчи са електромагнитни вълни, които се излъчват, когато електроните се забавят.

• Те имат много къса дължина на вълнатапоради което имат толкова висока проникваща способност.

Сега вниманието на учените беше приковано към изследването на рентгеновите лъчи. Те се опитаха да открият дифракцията на тези лъчи. Прекара ги през пукнатините в плочите, но не намери ефект. Известно време по-късно германецът Макс Лауе предлага преминаване на рентгенови лъчи през кристали.

Той обоснова това с факта, че може би дължината на вълната на рентгеновото лъчение е сравнима с размера на атомите и следователно няма да е възможно да се постигне дифракция върху изкуствени процепи. Следователно трябва да се използват кристали, които имат ясна структура и разстоянието между атомите е приблизително равно на размера на самите атоми. Предположенията на Лауе се потвърдиха.

След преминаване на рентгенови лъчи през кристала, на екрана се появи приблизително следната картина.

Появата на допълнителни малки петна може да се обясни само с явлението рентгенова дифракция върху вътрешната структура на кристала. При по-нататъшно изследване се оказа, че дължината на вълната на рентгеновото лъчение наистина е равна по порядък на големината на размера на атомите.

Рентгеновите лъчи намират широко приложение в практиката. В медицината, научните изследвания, технологиите. С помощта на рентгенови лъчи се извършва откриване на дефекти на различни конструкции, търсене на черни дупки и фрактури в костите на хората.

Рентгеновото лъчение от гледна точка на физиката е електромагнитно лъчение, чиято дължина на вълната варира в диапазона от 0,001 до 50 нанометра. Открит е през 1895 г. от немския физик W.K. Roentgen.

По природа тези лъчи са свързани със слънчевия ултравиолет. Радиовълните са най-дългите в спектъра. Те са последвани от инфрачервена светлина, която очите ни не възприемат, но я усещаме като топлина. Следват лъчите от червено до лилаво. След това - ултравиолетови (A, B и C). И точно зад него са рентгеновите и гама лъчите.

Рентгеновите лъчи могат да се получат по два начина: чрез забавяне в материята на преминаващите през него заредени частици и чрез преход на електрони от горните слоеве към вътрешните при освобождаване на енергия.

За разлика от видимата светлина, тези лъчи са много дълги, така че могат да проникнат през непрозрачни материали, без да се отразяват, пречупват или натрупват в тях.

Bremsstrahlung се получава по-лесно. Заредените частици излъчват електромагнитно излъчване при спиране. Колкото по-голямо е ускорението на тези частици и, следователно, колкото по-рязко е забавянето, толкова повече рентгенови лъчи се произвеждат и дължината на вълната става по-къса. В повечето случаи на практика те прибягват до генериране на лъчи в процеса на забавяне на електроните в твърди тела. Това ви позволява да контролирате източника на това лъчение, като избягвате опасността от излагане на радиация, тъй като когато източникът е изключен, рентгеновото излъчване напълно изчезва.

Най-често срещаният източник на такова лъчение - Излъчваното от него лъчение е нехомогенно. Той съдържа както мека (дълга вълна), така и твърда (късовълнова) радиация. Меката се характеризира с това, че се абсорбира напълно от човешкото тяло, поради което подобно рентгеново лъчение причинява два пъти повече вреда от твърдото. При прекомерно електромагнитно излъчване в тъканите на човешкото тяло, йонизацията може да увреди клетките и ДНК.

Тръбата е с два електрода - отрицателен катод и положителен анод. При нагряване на катода електроните се изпаряват от него, след което се ускоряват в електрическо поле. Сблъсквайки се с твърдата материя на анодите, те започват забавяне, което е придружено от излъчване на електромагнитно излъчване.

Рентгеновото лъчение, чиито свойства се използват широко в медицината, се основава на получаване на изображение в сянка на изследвания обект върху чувствителен екран. Ако диагностицираният орган е осветен с лъч от лъчи, успоредни един на друг, тогава проекцията на сенките от този орган ще се предава без изкривяване (пропорционално). На практика източникът на радиация е по-скоро точков източник, така че се намира на разстояние от човека и от екрана.

За приемане човек се поставя между рентгеновата тръба и екрана или филма, действащи като приемници на радиация. В резултат на облъчването костите и другите плътни тъкани се появяват в изображението като ясни сенки, изглеждат по-контрастни на фона на по-малко изразителни области, които предават тъкани с по-малко абсорбция. На рентгенови лъчи човек става "полупрозрачен".

Когато рентгеновите лъчи се разпространяват, те могат да бъдат разпръснати и погълнати. Преди да се погълнат, лъчите могат да изминат стотици метри във въздуха. В плътната материя те се усвояват много по-бързо. Човешките биологични тъкани са разнородни, така че тяхната абсорбция на лъчи зависи от плътността на тъканта на органите. абсорбира лъчите по-бързо от меките тъкани, тъй като съдържа вещества с голям атомен номер. Фотоните (отделни частици лъчи) се абсорбират от различни тъкани на човешкото тяло по различни начини, което прави възможно получаването на контрастно изображение с помощта на рентгенови лъчи.

Съвременната медицина използва много лекари за диагностика и лечение. Някои от тях са използвани сравнително наскоро, докато други се практикуват повече от дузина или дори стотици години. Освен това преди сто и десет години Уилям Конрад Рьонтген открива невероятните рентгенови лъчи, което предизвиква значителен резонанс в научния и медицинския свят. И сега лекарите по цялата планета ги използват в своята практика. Темата на днешния ни разговор ще бъде рентгеновите лъчи в медицината, ще обсъдим тяхното приложение малко по-подробно.

Рентгеновите лъчи са една от разновидностите на електромагнитното излъчване. Те се характеризират със значителни проникващи качества, които зависят от дължината на вълната на излъчване, както и от плътността и дебелината на облъчваните материали. В допълнение, рентгеновите лъчи могат да предизвикат светене на редица вещества, да повлияят на живите организми, да йонизират атоми, а също така да катализират някои фотохимични реакции.

Използването на рентгенови лъчи в медицината

Към днешна дата свойствата на рентгеновите лъчи им позволяват да бъдат широко използвани в рентгеновата диагностика и рентгеновата терапия.

рентгенова диагностика

Рентгеновата диагностика се използва при извършване на:

Рентген (предаване);
- рентгенография (снимка);
- флуорография;
- Рентгенова и компютърна томография.

Флуороскопия

За да се проведе такова изследване, пациентът трябва да се позиционира между рентгеновата тръба и специален флуоресцентен екран. Специалист рентгенолог избира необходимата твърдост на рентгеновите лъчи, получавайки на екрана картина на вътрешните органи, както и ребрата.

Рентгенография

За това изследване пациентът се поставя върху касета, съдържаща специален филм. Рентгеновият апарат се поставя директно над обекта. В резултат на това на филма се появява негативно изображение на вътрешните органи, което съдържа редица фини детайли, по-подробни, отколкото при флуороскопско изследване.

Флуорография

Това изследване се провежда по време на масови медицински прегледи на населението, включително за откриване на туберкулоза. В същото време картина от голям екран се проектира върху специален филм.

Томография

При провеждане на томография компютърните лъчи помагат да се получат изображения на органи на няколко места наведнъж: в специално подбрани напречни участъци от тъкан. Тази серия от рентгенови лъчи се нарича томограма.

Компютърна томограма

Такова изследване ви позволява да регистрирате части от човешкото тяло с помощта на рентгенов скенер. След като данните се въвеждат в компютъра, се получава една снимка в напречно сечение.

Всеки от изброените диагностични методи се основава на свойствата на рентгеновия лъч да осветява филма, както и на факта, че човешките тъкани и костен скелет се различават по различна пропускливост за тяхното въздействие.

Рентгенова терапия

За лечение на туморни образувания се използва способността на рентгеновите лъчи да въздействат върху тъканите по специален начин. В същото време йонизиращите качества на това лъчение са особено активно забележими, когато са изложени на клетки, които са способни на бързо делене. Именно тези качества отличават клетките на злокачествените онкологични образувания.

Заслужава обаче да се отбележи, че рентгеновата терапия може да причини много сериозни странични ефекти. Такова въздействие агресивно засяга състоянието на хемопоетичната, ендокринната и имунната системи, чиито клетки също се делят много бързо. Агресивното въздействие върху тях може да предизвика признаци на лъчева болест.

Ефектът на рентгеновото лъчение върху хората

По време на изследването на рентгеновите лъчи лекарите установиха, че те могат да доведат до промени в кожата, които наподобяват слънчево изгаряне, но са придружени от по-дълбоко увреждане на кожата. Такива язви лекуват много дълго време. Учените са установили, че подобни лезии могат да бъдат избегнати чрез намаляване на времето и дозата на радиация, както и чрез използване на специални екраниращи и методи за дистанционно управление.

Агресивното въздействие на рентгеновите лъчи може да се прояви и в дългосрочен план: временни или трайни промени в състава на кръвта, предразположеност към левкемия и ранно стареене.

Ефектът на рентгеновите лъчи върху човек зависи от много фактори: от това кой орган е облъчен и колко дълго. Облъчването на хемопоетичните органи може да доведе до заболявания на кръвта, а излагането на гениталиите може да доведе до безплодие.

Провеждането на системно облъчване е изпълнено с развитието на генетични промени в тялото.

Реалната вреда на рентгеновите лъчи в рентгеновата диагностика

По време на прегледа лекарите използват минимално възможно количество рентгенови лъчи. Всички дози радиация отговарят на определени приемливи стандарти и не могат да навредят на човек. Рентгеновата диагностика представлява значителна опасност само за лекарите, които я извършват. И тогава съвременните методи за защита помагат да се намали агресията на лъчите до минимум.

Най-безопасните методи за радиодиагностика включват рентгенография на крайниците, както и рентгенови лъчи на зъбите. На следващо място в тази класация е мамографията, следвана от компютърната томография, а след нея е рентгенографията.

За да може използването на рентгенови лъчи в медицината да донесе само полза на човек, е необходимо да се провеждат изследвания с тяхна помощ само според показанията.

Въпреки че учените са открили ефекта на рентгеновите лъчи едва от 1890 г., използването на рентгенови лъчи в медицината за тази природна сила бързо отмина. Днес, в полза на човечеството, рентгеновото електромагнитно лъчение се използва в медицината, академичните среди и индустрията, както и за генериране на електричество.

Освен това радиацията има полезни приложения в области като селското стопанство, археологията, космоса, правоприлагането, геологията (включително минното дело) и много други дейности, дори колите се разработват с помощта на феномена на ядреното делене.

Медицински приложения на рентгеновите лъчи

В здравните заведения лекарите и зъболекарите използват различни ядрени материали и процедури за диагностициране, наблюдение и лечение на широк спектър от метаболитни процеси и заболявания в човешкото тяло. В резултат на това медицинските процедури, използващи лъчи, са спасили хиляди животи чрез идентифициране и лечение на състояния, вариращи от свръхактивна щитовидна жлеза до рак на костите.

Най-честата от тези медицински процедури включва използването на лъчи, които могат да преминат през нашата кожа. Когато се направи изображение, нашите кости и други структури изглежда хвърлят сенки, защото са по-плътни от кожата ни и тези сенки могат да бъдат открити на филм или на екрана на монитора. Ефектът е подобен на поставянето на молив между лист хартия и светлина. Сянката от молива ще се вижда на листа хартия. Разликата е, че лъчите са невидими, така че е необходим записващ елемент, нещо като фотолента. Това позволява на лекарите и зъболекарите да оценят приложението на рентгеновите лъчи, като видят счупени кости или проблеми със зъбите.

Използването на рентгенови лъчи за медицински цели

Използването на рентгеново лъчение по целенасочен начин за медицински цели, не само за откриване на щети. Когато се използва специално, той е предназначен да убие раковата тъкан, да намали размера на тумора или да облекчи болката. Например радиоактивният йод (по-специално йод-131) често се използва за лечение на рак на щитовидната жлеза, състояние, от което страдат много хора.

Устройствата, които използват това свойство, също са свързани с компютри и сканират, наречени: компютърна аксиална томография или компютърна томография.

Тези инструменти предоставят на лекарите цветно изображение, което показва контури и детайли на вътрешните органи. Това помага на лекарите да открият и идентифицират тумори, необичаен размер или други физиологични или функционални проблеми с органи.
Освен това болниците и радиологичните центрове извършват милиони процедури годишно. При такива процедури лекарите изстрелват леко радиоактивни вещества в тялото на пациентите, за да изследват определени вътрешни органи, като панкреас, бъбреци, щитовидна жлеза, черен дроб или мозък, за да диагностицират клинични състояния.

През 1895 г. немският физик В. Рьонтген открива нов, неизвестен досега вид електромагнитно излъчване, което в чест на своя откривател е наречено рентгеново. W. Roentgen става автор на своето откритие на 50-годишна възраст, заемайки поста ректор на университета във Вюрцбург и имайки репутация на един от най-добрите експериментатори на своето време. Един от първите намерили техническо приложение на откритието на Рьонтген е американецът Едисон. Той създава удобен демонстрационен апарат и още през май 1896 г. организира рентгенова изложба в Ню Йорк, където посетителите могат да гледат собствената си ръка на светещ екран. След като асистентът на Едисън почина от тежките изгаряния, които получи от постоянните демонстрации, изобретателят прекрати по-нататъшните експерименти с рентгенови лъчи.

Рентгеновото лъчение започва да се използва в медицината поради високата си проникваща способност. Първоначално рентгеновите лъчи се използват за изследване на фрактури на кости и за локализиране на чужди тела в човешкото тяло. В момента има няколко метода, базирани на рентгенови лъчи. Но тези методи имат своите недостатъци: радиацията може да причини дълбоко увреждане на кожата. Появяващите се язви често се превръщат в рак. В много случаи пръстите или ръцете трябваше да бъдат ампутирани. Флуороскопия(синоним на транслуценция) е един от основните методи за рентгеново изследване, който се състои в получаване на плоско положително изображение на изследвания обект върху полупрозрачен (флуоресцентен) екран. По време на флуороскопия обектът е между полупрозрачен екран и рентгенова тръба. На съвременните рентгенови полупрозрачни екрани изображението се появява в момента на включване на рентгеновата тръба и изчезва веднага след изключване. Флуороскопията дава възможност да се изследва функцията на органа - сърдечна пулсация, дихателни движения на ребрата, белите дробове, диафрагмата, перисталтиката на храносмилателния тракт и др. Флуороскопията се използва при лечението на заболявания на стомаха, стомашно-чревния тракт, дванадесетопръстника, заболявания на черния дроб, жлъчния мехур и жлъчните пътища. В същото време медицинската сонда и манипулаторите се вкарват без увреждане на тъканите, а действията по време на операцията се контролират чрез флуороскопия и се виждат на монитора.
радиография -метод за рентгенова диагностика с регистриране на фиксирано изображение върху фоточувствителен материал - спец. фотографски филм (рентгенов филм) или фотохартия с последваща фотообработка; При цифровата радиография изображението се фиксира в паметта на компютъра. Извършва се на рентгенови диагностични апарати - стационарни, монтирани в специално оборудвани рентгенови кабинети, или мобилни и преносими - при леглото на болния или в операционната. На рентгеновите снимки елементите на структурите на различни органи се показват много по-ясно, отколкото на флуоресцентен екран. Рентгенографията се извършва с цел откриване и предотвратяване на различни заболявания, основната й цел е да помогне на лекарите от различни специалности правилно и бързо да поставят диагноза. Рентгеновото изображение улавя състоянието на орган или тъкан само в момента на експозиция. Само една рентгенова снимка обаче улавя само анатомични изменения в определен момент, дава статиката на процеса; чрез поредица от рентгенови снимки, направени на определени интервали, е възможно да се изследва динамиката на процеса, тоест функционалните промени. Томография.Думата томография може да се преведе от гръцки като изображение на парче.Това означава, че целта на томографията е да се получи послойно изображение на вътрешната структура на обекта на изследване. Компютърната томография се характеризира с висока разделителна способност, което дава възможност да се разграничат фините промени в меките тъкани. КТ позволява да се открият такива патологични процеси, които не могат да бъдат открити с други методи. В допълнение, използването на CT позволява да се намали дозата рентгеново лъчение, получено от пациентите по време на диагностичния процес.
Флуорография- диагностичен метод, който ви позволява да получите изображение на органи и тъкани, е разработен в края на 20-ти век, година след откриването на рентгеновите лъчи. На снимките можете да видите склероза, фиброза, чужди тела, неоплазми, възпаления с развита степен, наличие на газове и инфилтрат в кухините, абсцеси, кисти и др. Най-често се извършва рентгенография на гръдния кош, която позволява да се открие туберкулоза, злокачествен тумор в белите дробове или гръдния кош и други патологии.
Рентгенова терапия- Това е модерен метод, с който се извършва лечение на определени патологии на ставите. Основните направления на лечение на ортопедични заболявания по този метод са: Хронични. Възпалителни процеси на ставите (артрит, полиартрит); Дегенеративни (остеоартрит, остеохондроза, деформираща спондилоза). Целта на лъчетерапиятае инхибирането на жизнената активност на клетките на патологично променени тъкани или пълното им унищожаване. При нетуморни заболявания рентгеновата терапия е насочена към потискане на възпалителната реакция, инхибиране на пролиферативните процеси, намаляване на чувствителността към болка и секреторната активност на жлезите. Трябва да се има предвид, че най-чувствителни към рентгеновите лъчи са половите жлези, хемопоетичните органи, левкоцитите и злокачествените туморни клетки. Дозата на радиация във всеки случай се определя индивидуално.

За откриването на рентгеновите лъчи Рьонтген получава първата Нобелова награда за физика през 1901 г. и Нобеловият комитет подчертава практическото значение на откритието му.
По този начин рентгеновите лъчи са невидимо електромагнитно лъчение с дължина на вълната 105 - 102 nm. Рентгеновите лъчи могат да проникнат през някои материали, които са непрозрачни за видимата светлина. Те се излъчват при забавяне на бързите електрони в материята (непрекъснат спектър) и при преминаване на електрони от външните електронни обвивки на атома към вътрешните (линеен спектър). Източници на рентгеново лъчение са: рентгенова тръба, някои радиоактивни изотопи, ускорители и акумулатори на електрони (синхротронно лъчение). Приемници - филмови, луминисцентни екрани, детектори за ядрени лъчения. Рентгеновите лъчи се използват в рентгенов дифракционен анализ, медицина, дефектоскопия, рентгенов спектрален анализ и др.