Λήψη ακτινογραφιών. Χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ: περιγραφή, δράση, χαρακτηριστικά

Οι ακτίνες Χ είναι αόρατη ακτινοβολία που μπορεί να διαπεράσει, αν και σε διάφορους βαθμούς, όλη την ύλη. Είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος περίπου 10-8 cm.

Όπως το ορατό φως, οι ακτίνες Χ κάνουν το φωτογραφικό φιλμ να μαυρίζει. Αυτή η ιδιότητα είναι σημαντική για την ιατρική, τη βιομηχανία και την επιστημονική έρευνα. Περνώντας μέσα από το υπό μελέτη αντικείμενο και στη συνέχεια πέφτοντας πάνω στο φωτογραφικό φιλμ, η ακτινοβολία ακτίνων Χ απεικονίζει την εσωτερική του δομή πάνω του. Δεδομένου ότι η διεισδυτική ισχύς της ακτινοβολίας ακτίνων Χ ποικίλλει για διαφορετικά υλικά, τμήματα του αντικειμένου που είναι λιγότερο διαφανή σε αυτό παράγουν φωτεινότερες περιοχές στη φωτογραφία από εκείνες στις οποίες η ακτινοβολία διεισδύει καλά. Έτσι, ο οστικός ιστός είναι λιγότερο διαφανής στις ακτινογραφίες από τον ιστό που αποτελείται από το δέρμα και τα εσωτερικά όργανα. Επομένως, σε μια ακτινογραφία, τα οστά θα εμφανίζονται ως πιο ανοιχτόχρωμες περιοχές και η θέση του κατάγματος, η οποία είναι πιο διαφανής στην ακτινοβολία, μπορεί να ανιχνευθεί αρκετά εύκολα. Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται επίσης στην οδοντιατρική για την ανίχνευση τερηδόνας και αποστημάτων στις ρίζες των δοντιών και στη βιομηχανία για την ανίχνευση ρωγμών σε χυτά υλικά, πλαστικά και καουτσούκ.

Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται στη χημεία για την ανάλυση ενώσεων και στη φυσική για τη μελέτη της δομής των κρυστάλλων. Μια δέσμη ακτίνων Χ που διέρχεται από μια χημική ένωση παράγει χαρακτηριστική δευτερογενή ακτινοβολία, η φασματοσκοπική ανάλυση της οποίας επιτρέπει στον χημικό να προσδιορίσει τη σύνθεση της ένωσης. Όταν μια δέσμη ακτίνων Χ πέφτει πάνω σε μια κρυσταλλική ουσία, αυτή διασκορπίζεται από τα άτομα του κρυστάλλου, δίνοντας μια καθαρή, κανονική εικόνα κηλίδων και λωρίδων σε μια φωτογραφική πλάκα, η οποία καθιστά δυνατή τη δημιουργία της εσωτερικής δομής του κρυστάλλου .

Η χρήση ακτίνων Χ στη θεραπεία του καρκίνου βασίζεται στο γεγονός ότι σκοτώνει τα καρκινικά κύτταρα. Ωστόσο, μπορεί επίσης να έχει ανεπιθύμητες ενέργειες στα φυσιολογικά κύτταρα. Επομένως, πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή όταν χρησιμοποιούνται ακτίνες Χ με αυτόν τον τρόπο.

Λήψη ακτινογραφιών

Η ακτινοβολία ακτίνων Χ εμφανίζεται όταν τα ηλεκτρόνια που κινούνται με υψηλές ταχύτητες αλληλεπιδρούν με την ύλη. Όταν τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με άτομα οποιασδήποτε ουσίας, χάνουν γρήγορα την κινητική τους ενέργεια. Σε αυτή την περίπτωση, το μεγαλύτερο μέρος του μετατρέπεται σε θερμότητα και ένα μικρό κλάσμα, συνήθως λιγότερο από 1%, μετατρέπεται σε ενέργεια ακτίνων Χ. Αυτή η ενέργεια απελευθερώνεται με τη μορφή κβαντών - σωματιδίων που ονομάζονται φωτόνια, τα οποία έχουν ενέργεια αλλά η μάζα ηρεμίας τους είναι μηδέν. Τα φωτόνια ακτίνων Χ διαφέρουν ως προς την ενέργειά τους, η οποία είναι αντιστρόφως ανάλογη με το μήκος κύματός τους. Η συμβατική μέθοδος παραγωγής ακτίνων Χ παράγει ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος, το οποίο ονομάζεται φάσμα ακτίνων Χ.

Σωλήνες ακτίνων Χ. Για να παράγετε ακτίνες Χ μέσω της αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίων με την ύλη, πρέπει να έχετε μια πηγή ηλεκτρονίων, ένα μέσο επιτάχυνσής τους σε υψηλές ταχύτητες και έναν στόχο που να μπορεί να αντέξει τον βομβαρδισμό ηλεκτρονίων και να παράγει ακτίνες Χ της απαιτούμενης έντασης. Η συσκευή που περιέχει όλα αυτά ονομάζεται σωλήνας ακτίνων Χ. Οι πρώτοι ερευνητές χρησιμοποίησαν σωλήνες «βαθιάς εκκένωσης», όπως οι σύγχρονοι σωλήνες εκκένωσης αερίου. Το κενό σε αυτά δεν ήταν πολύ υψηλό.

Οι σωλήνες εκκένωσης περιέχουν μικρές ποσότητες αερίου και όταν εφαρμόζεται μεγάλη διαφορά δυναμικού στα ηλεκτρόδια του σωλήνα, τα άτομα του αερίου μετατρέπονται σε θετικά και αρνητικά ιόντα. Τα θετικά κινούνται προς το αρνητικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος) και, πέφτοντας πάνω του, βγάζουν ηλεκτρόνια από αυτό και με τη σειρά τους κινούνται προς το θετικό ηλεκτρόδιο (άνοδος) και βομβαρδίζοντάς το δημιουργούν ένα ρεύμα φωτονίων ακτίνων Χ. .

Στον σύγχρονο σωλήνα ακτίνων Χ που αναπτύχθηκε από τον Coolidge (Εικ. 11), η πηγή ηλεκτρονίων είναι μια κάθοδος βολφραμίου που θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία.

Ρύζι. έντεκα.

Τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται σε υψηλές ταχύτητες από την υψηλή διαφορά δυναμικού μεταξύ της ανόδου (ή αντικαθόδου) και της καθόδου. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια πρέπει να φτάσουν στην άνοδο χωρίς να συγκρουστούν με άτομα, είναι απαραίτητο ένα πολύ υψηλό κενό, το οποίο απαιτεί την καλή εκκένωση του σωλήνα. Αυτό μειώνει επίσης την πιθανότητα ιονισμού των υπόλοιπων ατόμων αερίου και των πλευρικών ρευμάτων που προκύπτουν.

Όταν βομβαρδίζεται από ηλεκτρόνια, η αντικάθοδος βολφραμίου εκπέμπει χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ. Η διατομή της δέσμης ακτίνων Χ είναι μικρότερη από την πραγματική ακτινοβολημένη περιοχή. 1 - δέσμη ηλεκτρονίων. 2 - κάθοδος με ηλεκτρόδιο εστίασης. 3 - γυάλινο κέλυφος (σωλήνας). 4 - στόχος βολφραμίου (αντι-κάθοδος). 5 - νήμα καθόδου. 6 - πραγματική ακτινοβολημένη περιοχή. 7 - αποτελεσματικό εστιακό σημείο. 8 - άνοδος χαλκού. 9 - παράθυρο? 10 - διάσπαρτη ακτινοβολία ακτίνων Χ.

Τα ηλεκτρόνια εστιάζονται στην άνοδο από ένα ειδικά διαμορφωμένο ηλεκτρόδιο που περιβάλλει την κάθοδο. Αυτό το ηλεκτρόδιο ονομάζεται ηλεκτρόδιο εστίασης και, μαζί με την κάθοδο, σχηματίζει τον «ηλεκτρονικό προβολέα» του σωλήνα. Η άνοδος που υποβάλλεται σε βομβαρδισμό ηλεκτρονίων πρέπει να είναι κατασκευασμένη από πυρίμαχο υλικό, καθώς το μεγαλύτερο μέρος της κινητικής ενέργειας των ηλεκτρονίων που βομβαρδίζουν μετατρέπεται σε θερμότητα. Επιπλέον, είναι επιθυμητό η άνοδος να είναι κατασκευασμένη από υλικό με υψηλό ατομικό αριθμό, επειδή Η απόδοση ακτίνων Χ αυξάνεται με την αύξηση του ατομικού αριθμού. Το υλικό ανόδου που επιλέγεται συχνότερα είναι το βολφράμιο, του οποίου ο ατομικός αριθμός είναι 74. Ο σχεδιασμός των σωλήνων ακτίνων Χ μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τις συνθήκες χρήσης και τις απαιτήσεις.

Ρύζι. 1. ΕΝΑ ΣΥΝΗΘΙΣΜΕΝΟ ΦΑΣΜΑ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ αποτελείται από ένα συνεχές φάσμα (συνέχεια) και χαρακτηριστικές γραμμές (αιχμηρές κορυφές). Οι γραμμές Kia και Kib προκύπτουν λόγω των αλληλεπιδράσεων των επιταχυνόμενων ηλεκτρονίων με τα ηλεκτρόνια του εσωτερικού κελύφους Κ.

Το ευρύ «συνέχεια» ονομάζεται συνεχές φάσμα ή λευκή ακτινοβολία. Οι αιχμηρές κορυφές που τοποθετούνται σε αυτό ονομάζονται χαρακτηριστικές γραμμές εκπομπής ακτίνων Χ. Αν και ολόκληρο το φάσμα είναι αποτέλεσμα συγκρούσεων ηλεκτρονίων με την ύλη, οι μηχανισμοί για την εμφάνιση του ευρέος τμήματος και των γραμμών του είναι διαφορετικοί. Μια ουσία αποτελείται από μεγάλο αριθμό ατόμων, καθένα από τα οποία έχει έναν πυρήνα που περιβάλλεται από φλοιούς ηλεκτρονίων και κάθε ηλεκτρόνιο στο κέλυφος ενός ατόμου ενός δεδομένου στοιχείου καταλαμβάνει ένα ορισμένο διακριτό ενεργειακό επίπεδο. Συνήθως αυτά τα κελύφη, ή τα επίπεδα ενέργειας, προσδιορίζονται με τα σύμβολα K, L, M, κ.λπ., ξεκινώντας από το κέλυφος που βρίσκεται πιο κοντά στον πυρήνα. Όταν ένα προσπίπτον ηλεκτρόνιο με επαρκώς υψηλή ενέργεια συγκρούεται με ένα από τα ηλεκτρόνια που σχετίζονται με το άτομο, βγάζει αυτό το ηλεκτρόνιο από το περίβλημά του. Ο κενός χώρος καταλαμβάνεται από ένα άλλο ηλεκτρόνιο από το κέλυφος, το οποίο αντιστοιχεί σε υψηλότερη ενέργεια. Αυτό το τελευταίο εγκαταλείπει την περίσσεια ενέργειας εκπέμποντας ένα φωτόνιο ακτίνων Χ. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια του κελύφους έχουν διακριτές τιμές ενέργειας, τα φωτόνια ακτίνων Χ που προκύπτουν έχουν επίσης ένα διακριτό φάσμα. Αυτό αντιστοιχεί σε αιχμηρές κορυφές για ορισμένα μήκη κύματος, οι συγκεκριμένες τιμές των οποίων εξαρτώνται από το στοιχείο στόχο. Οι χαρακτηριστικές γραμμές σχηματίζουν τις σειρές K-, L- και M, ανάλογα με το κέλυφος (K, L ή M) από το οποίο αφαιρέθηκε το ηλεκτρόνιο. Η σχέση μεταξύ του μήκους κύματος των ακτίνων Χ και του ατομικού αριθμού ονομάζεται νόμος του Moseley (Εικόνα 2).

Ρύζι. 2. ΤΟ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΤΗΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ που εκπέμπεται από χημικά στοιχεία εξαρτάται από τον ατομικό αριθμό του στοιχείου. Η καμπύλη ακολουθεί τον νόμο του Moseley: όσο μεγαλύτερος είναι ο ατομικός αριθμός του στοιχείου, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος της χαρακτηριστικής γραμμής.

Εάν ένα ηλεκτρόνιο συγκρουστεί με έναν σχετικά βαρύ πυρήνα, επιβραδύνεται και η κινητική του ενέργεια απελευθερώνεται με τη μορφή φωτονίου ακτίνων Χ περίπου της ίδιας ενέργειας. Εάν πετάξει πέρα από τον πυρήνα, θα χάσει μόνο μέρος της ενέργειάς του και το υπόλοιπο θα μεταφερθεί σε άλλα άτομα που θα συναντήσουν το μονοπάτι του. Κάθε πράξη απώλειας ενέργειας οδηγεί στην εκπομπή ενός φωτονίου με κάποια ενέργεια. Εμφανίζεται ένα συνεχές φάσμα ακτίνων Χ, το ανώτερο όριο του οποίου αντιστοιχεί στην ενέργεια του ταχύτερου ηλεκτρονίου. Αυτός είναι ο μηχανισμός για το σχηματισμό ενός συνεχούς φάσματος και η μέγιστη ενέργεια (ή ελάχιστο μήκος κύματος) που καθορίζει το όριο του συνεχούς φάσματος είναι ανάλογη με την τάση επιτάχυνσης, η οποία καθορίζει την ταχύτητα των προσπίπτων ηλεκτρονίων. Οι φασματικές γραμμές χαρακτηρίζουν το υλικό του βομβαρδισμένου στόχου και το συνεχές φάσμα καθορίζεται από την ενέργεια της δέσμης ηλεκτρονίων και είναι πρακτικά ανεξάρτητο από το υλικό στόχο.

Η ακτινοβολία ακτίνων Χ μπορεί να ληφθεί όχι μόνο με βομβαρδισμό ηλεκτρονίων, αλλά και με ακτινοβολία στόχου με ακτινοβολία ακτίνων Χ από άλλη πηγή. Σε αυτή την περίπτωση, ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας της προσπίπτουσας δέσμης πηγαίνει στο χαρακτηριστικό φάσμα ακτίνων Χ και ένα πολύ μικρό ποσοστό αυτής πέφτει στο συνεχές. Είναι προφανές ότι η δέσμη της προσπίπτουσας ακτινοβολίας ακτίνων Χ πρέπει να περιέχει φωτόνια των οποίων η ενέργεια είναι επαρκής για να διεγείρει τις χαρακτηριστικές γραμμές του βομβαρδισμένου στοιχείου. Το υψηλό ποσοστό ενέργειας ανά χαρακτηριστικό φάσμα καθιστά αυτή τη μέθοδο διέγερσης της ακτινοβολίας ακτίνων Χ βολική για επιστημονική έρευνα.

Στον σύγχρονο σωλήνα ακτίνων Χ που αναπτύχθηκε από τον Coolidge (Εικ. 3), η πηγή ηλεκτρονίων είναι μια κάθοδος βολφραμίου που θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία. Τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται σε υψηλές ταχύτητες από την υψηλή διαφορά δυναμικού μεταξύ της ανόδου (ή αντικαθόδου) και της καθόδου. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια πρέπει να φτάσουν στην άνοδο χωρίς να συγκρουστούν με άτομα, είναι απαραίτητο ένα πολύ υψηλό κενό, το οποίο απαιτεί την καλή εκκένωση του σωλήνα. Αυτό μειώνει επίσης την πιθανότητα ιονισμού των υπόλοιπων ατόμων αερίου και των πλευρικών ρευμάτων που προκύπτουν.

Ρύζι. 3. ΣΩΛΗΝΑΣ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ COOLIDGE. Όταν βομβαρδίζεται από ηλεκτρόνια, η αντικάθοδος βολφραμίου εκπέμπει χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ. Η διατομή της δέσμης ακτίνων Χ είναι μικρότερη από την πραγματική ακτινοβολημένη περιοχή. 1 - δέσμη ηλεκτρονίων. 2 - κάθοδος με ηλεκτρόδιο εστίασης. 3 - γυάλινο κέλυφος (σωλήνας). 4 - στόχος βολφραμίου (αντι-κάθοδος). 5 - νήμα καθόδου. 6 - πραγματική ακτινοβολημένη περιοχή. 7 - αποτελεσματικό εστιακό σημείο. 8 - άνοδος χαλκού. 9 - παράθυρο? 10 - διάσπαρτη ακτινοβολία ακτίνων Χ.

Τα ηλεκτρόνια εστιάζονται στην άνοδο από ένα ειδικά διαμορφωμένο ηλεκτρόδιο που περιβάλλει την κάθοδο. Αυτό το ηλεκτρόδιο ονομάζεται ηλεκτρόδιο εστίασης και, μαζί με την κάθοδο, σχηματίζει τον «ηλεκτρονικό προβολέα» του σωλήνα. Η άνοδος που υποβάλλεται σε βομβαρδισμό ηλεκτρονίων πρέπει να είναι κατασκευασμένη από πυρίμαχο υλικό, καθώς το μεγαλύτερο μέρος της κινητικής ενέργειας των ηλεκτρονίων που βομβαρδίζουν μετατρέπεται σε θερμότητα. Επιπλέον, είναι επιθυμητό η άνοδος να είναι κατασκευασμένη από υλικό με υψηλό ατομικό αριθμό, επειδή Η απόδοση ακτίνων Χ αυξάνεται με την αύξηση του ατομικού αριθμού. Το βολφράμιο, του οποίου ο ατομικός αριθμός είναι 74, επιλέγεται συχνότερα ως υλικό ανόδου.

Ο σχεδιασμός των σωλήνων ακτίνων Χ μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τις συνθήκες και τις απαιτήσεις εφαρμογής.

Η ακτινοβολία ακτίνων Χ (συνώνυμο ακτίνες Χ) είναι με μεγάλο εύρος μηκών κύματος (από 8·10 -6 έως 10 -12 cm). Η ακτινοβολία ακτίνων Χ εμφανίζεται όταν φορτισμένα σωματίδια, συνήθως ηλεκτρόνια, επιβραδύνονται στο ηλεκτρικό πεδίο των ατόμων μιας ουσίας. Τα κβάντα που σχηματίζονται σε αυτή την περίπτωση έχουν διαφορετικές ενέργειες και σχηματίζουν ένα συνεχές φάσμα. Η μέγιστη ενέργεια των κβαντών σε ένα τέτοιο φάσμα είναι ίση με την ενέργεια των προσπίπτων ηλεκτρονίων. Σε (εκ.) η μέγιστη ενέργεια των κβαντών ακτίνων Χ, εκφρασμένη σε κιλοηλεκτρόνια-βολτ, είναι αριθμητικά ίση με το μέγεθος της τάσης που εφαρμόζεται στον σωλήνα, εκφρασμένη σε κιλοβολτ. Όταν οι ακτίνες Χ περνούν μέσα από μια ουσία, αλληλεπιδρούν με τα ηλεκτρόνια των ατόμων της. Για κβάντα ακτίνων Χ με ενέργειες έως 100 keV, ο πιο χαρακτηριστικός τύπος αλληλεπίδρασης είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας αλληλεπίδρασης, η ενέργεια του κβαντικού δαπανάται εξ ολοκλήρου στο σχίσιμο του ηλεκτρονίου από το ατομικό κέλυφος και στη μετάδοση κινητικής ενέργειας σε αυτό. Καθώς η ενέργεια ενός κβαντικού ακτίνων Χ αυξάνεται, η πιθανότητα του φωτοηλεκτρικού φαινομένου μειώνεται και η διαδικασία σκέδασης των κβαντικών από ελεύθερα ηλεκτρόνια - το λεγόμενο φαινόμενο Compton - καθίσταται κυρίαρχη. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας αλληλεπίδρασης, σχηματίζεται επίσης ένα δευτερεύον ηλεκτρόνιο και, επιπλέον, εκπέμπεται ένα κβάντο με ενέργεια μικρότερη από την ενέργεια του πρωτεύοντος κβαντικού. Εάν η ενέργεια του κβαντικού ακτίνων Χ υπερβαίνει το ένα μεγαηλεκτρόνιο-βολτ, μπορεί να συμβεί το λεγόμενο φαινόμενο ζευγαρώματος, στο οποίο σχηματίζονται ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο (βλ.). Κατά συνέπεια, όταν διέρχεται από μια ουσία, η ενέργεια της ακτινοβολίας ακτίνων Χ μειώνεται, δηλαδή μειώνεται η έντασή της. Δεδομένου ότι η απορρόφηση κβαντών χαμηλής ενέργειας συμβαίνει με μεγαλύτερη πιθανότητα, η ακτινοβολία ακτίνων Χ εμπλουτίζεται με κβάντα υψηλότερης ενέργειας. Αυτή η ιδιότητα της ακτινοβολίας ακτίνων Χ χρησιμοποιείται για την αύξηση της μέσης ενέργειας των κβαντών, δηλαδή για την αύξηση της σκληρότητάς τους. Αύξηση της σκληρότητας της ακτινοβολίας ακτίνων Χ επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας ειδικά φίλτρα (βλ.). Η ακτινοβολία ακτίνων Χ χρησιμοποιείται για διαγνωστικά με ακτίνες Χ (βλ.) και (βλ.). Δείτε επίσης Ιονίζουσα ακτινοβολία.

Η ακτινοβολία ακτίνων Χ (συνώνυμο: ακτίνες Χ, ακτίνες Χ) είναι κβαντική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος από 250 έως 0,025 A (ή ενεργειακά κβάντα από 5·10 -2 έως 5,10 2 keV). Το 1895 ανακαλύφθηκε από τον V.K. Roentgen. Η φασματική περιοχή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας δίπλα στην ακτινοβολία ακτίνων Χ, της οποίας τα ενεργειακά κβάντα υπερβαίνουν τα 500 keV, ονομάζεται ακτινοβολία γάμμα (βλ.). Η ακτινοβολία της οποίας τα ενεργειακά κβάντα είναι κάτω από 0,05 kev συνιστά υπεριώδη ακτινοβολία (βλ.).

Έτσι, αντιπροσωπεύοντας ένα σχετικά μικρό μέρος του τεράστιου φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, που περιλαμβάνει τόσο ραδιοκύματα όσο και ορατό φως, η ακτινοβολία ακτίνων Χ, όπως κάθε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός (σε κενό περίπου 300 χιλιάδων km/ sec) και χαρακτηρίζεται από μήκος κύματος λ (η απόσταση στην οποία διανύει η ακτινοβολία σε μια περίοδο ταλάντωσης). Η ακτινοβολία ακτίνων Χ έχει επίσης μια σειρά από άλλες ιδιότητες κυμάτων (διάθλαση, παρεμβολή, περίθλαση), αλλά είναι πολύ πιο δύσκολο να παρατηρηθούν από την ακτινοβολία μεγαλύτερου μήκους κύματος: ορατό φως, ραδιοκύματα.

Φάσματα ακτίνων Χ: a1 - συνεχές φάσμα bremsstrahlung στα 310 kV. a - φάσμα συνεχούς πέδησης στα 250 kV, a1 - φάσμα φιλτραρισμένο με 1 mm Cu, a2 - φάσμα φιλτραρισμένο με 2 mm Cu, b - γραμμές βολφραμίου σειράς K.

Για τη δημιουργία ακτινοβολίας ακτίνων Χ, χρησιμοποιούνται σωλήνες ακτίνων Χ (βλ.), στους οποίους η ακτινοβολία εμφανίζεται όταν γρήγορα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν με άτομα της ουσίας της ανόδου. Υπάρχουν δύο τύποι ακτινοβολίας ακτίνων Χ: bremsstrahlung και χαρακτηριστική. Οι ακτίνες Χ Bremsstrahlung έχουν συνεχές φάσμα, παρόμοιο με το συνηθισμένο λευκό φως. Η κατανομή της έντασης ανάλογα με το μήκος κύματος (Εικ.) αντιπροσωπεύεται από μια καμπύλη με μέγιστο. προς τα μεγάλα κύματα η καμπύλη πέφτει ομαλά, και προς τα μικρά κύματα πέφτει απότομα και καταλήγει σε ένα ορισμένο μήκος κύματος (λ0), που ονομάζεται όριο βραχέων κυμάτων του συνεχούς φάσματος. Η τιμή του λ0 είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τάση στο σωλήνα. Το Bremsstrahlung εμφανίζεται όταν τα γρήγορα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν με τους ατομικούς πυρήνες. Η ένταση του bremsstrahlung είναι ευθέως ανάλογη με την ισχύ του ρεύματος της ανόδου, το τετράγωνο της τάσης κατά μήκος του σωλήνα και τον ατομικό αριθμό (Z) της ουσίας της ανόδου.

Εάν η ενέργεια των ηλεκτρονίων που επιταχύνεται στο σωλήνα ακτίνων Χ υπερβαίνει την κρίσιμη τιμή για την ουσία της ανόδου (αυτή η ενέργεια προσδιορίζεται από την τάση Vcr που είναι κρίσιμη για αυτήν την ουσία στον σωλήνα), τότε εμφανίζεται χαρακτηριστική ακτινοβολία. Το χαρακτηριστικό φάσμα είναι γραμμωμένο· οι φασματικές του γραμμές σχηματίζουν σειρές, που δηλώνονται με τα γράμματα K, L, M, N.

Η σειρά K είναι το μικρότερο μήκος κύματος, η σειρά L έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος, οι σειρές M και N παρατηρούνται μόνο σε βαριά στοιχεία (Vcr βολφραμίου για τη σειρά K είναι 69,3 kV, για τη σειρά L - 12,1 kV). Η χαρακτηριστική ακτινοβολία προκύπτει ως εξής. Τα γρήγορα ηλεκτρόνια βγάζουν τα ατομικά ηλεκτρόνια από το εσωτερικό τους κέλυφος. Το άτομο διεγείρεται και στη συνέχεια επιστρέφει στη βασική κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια από τα εξωτερικά, λιγότερο δεσμευμένα κελύφη γεμίζουν τα κενά στα εσωτερικά κελύφη και τα φωτόνια της χαρακτηριστικής ακτινοβολίας εκπέμπονται με ενέργεια ίση με τη διαφορά μεταξύ της ενέργειας του ατόμου στη διεγερμένη και στη θεμελιώδη κατάσταση. Αυτή η διαφορά (και επομένως η ενέργεια των φωτονίων) έχει μια συγκεκριμένη τιμή χαρακτηριστική για κάθε στοιχείο. Αυτό το φαινόμενο αποτελεί τη βάση της φασματικής ανάλυσης στοιχείων ακτίνων Χ. Το σχήμα δείχνει το φάσμα γραμμής του βολφραμίου στο φόντο ενός συνεχούς φάσματος bremsstrahlung.

Η ενέργεια των ηλεκτρονίων που επιταχύνεται στο σωλήνα ακτίνων Χ μετατρέπεται σχεδόν εξ ολοκλήρου σε θερμική ενέργεια (η άνοδος γίνεται πολύ ζεστή), μόνο ένα μικρό μέρος (περίπου 1% σε τάση κοντά στα 100 kV) μετατρέπεται σε ενέργεια bremsstrahlung.

Η χρήση των ακτίνων Χ στην ιατρική βασίζεται στους νόμους της απορρόφησης των ακτίνων Χ από την ύλη. Η απορρόφηση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ είναι εντελώς ανεξάρτητη από τις οπτικές ιδιότητες της απορροφητικής ουσίας. Το άχρωμο και διαφανές γυαλί μολύβδου, που χρησιμοποιείται για την προστασία του προσωπικού σε δωμάτια ακτίνων Χ, απορροφά σχεδόν πλήρως τις ακτίνες Χ. Αντίθετα, ένα φύλλο χαρτιού που δεν είναι διαφανές στο φως δεν εξασθενεί τις ακτινογραφίες.

Η ένταση μιας ομοιογενούς (δηλαδή ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος) δέσμης ακτίνων Χ που διέρχεται από ένα στρώμα απορρόφησης μειώνεται σύμφωνα με τον εκθετικό νόμο (e-x), όπου e είναι η βάση των φυσικών λογαρίθμων (2,718) και ο εκθέτης x είναι ίσος με το γινόμενο του συντελεστή εξασθένησης μάζας (μ /p) cm 2 /g ανά πάχος του απορροφητή σε g/cm 2 (εδώ p είναι η πυκνότητα της ουσίας σε g/cm 3). Η εξασθένηση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ συμβαίνει τόσο λόγω της σκέδασης όσο και της απορρόφησης. Συνεπώς, ο συντελεστής εξασθένησης μάζας είναι το άθροισμα των συντελεστών απορρόφησης μάζας και σκέδασης. Ο συντελεστής απορρόφησης μάζας αυξάνεται απότομα με την αύξηση του ατομικού αριθμού (Z) του απορροφητή (ανάλογα με το Z3 ή Z5) και με την αύξηση του μήκους κύματος (ανάλογα με το λ3). Αυτή η εξάρτηση από το μήκος κύματος παρατηρείται εντός των ζωνών απορρόφησης, στα όρια των οποίων ο συντελεστής εμφανίζει άλματα.

Ο συντελεστής σκέδασης μάζας αυξάνεται με την αύξηση του ατομικού αριθμού της ουσίας. Σε λ≥0,3Å ο συντελεστής σκέδασης δεν εξαρτάται από το μήκος κύματος, στο λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

Η μείωση των συντελεστών απορρόφησης και σκέδασης με τη μείωση του μήκους κύματος προκαλεί αύξηση της διεισδυτικής ισχύος της ακτινοβολίας ακτίνων Χ. Ο συντελεστής απορρόφησης μάζας για τα οστά [η πρόσληψη οφείλεται κυρίως στο Ca 3 (PO 4) 2 ] είναι σχεδόν 70 φορές μεγαλύτερος από τον μαλακό ιστό, όπου η πρόσληψη οφείλεται κυρίως στο νερό. Αυτό εξηγεί γιατί η σκιά των οστών ξεχωρίζει τόσο έντονα στο φόντο των μαλακών ιστών στις ακτινογραφίες.

Η διάδοση μιας μη ομοιόμορφης δέσμης ακτίνων Χ μέσω οποιουδήποτε μέσου, μαζί με μια μείωση της έντασης, συνοδεύεται από αλλαγή στη φασματική σύνθεση και αλλαγή στην ποιότητα της ακτινοβολίας: το τμήμα μακρών κυμάτων του φάσματος είναι απορροφάται σε μεγαλύτερο βαθμό από το τμήμα βραχέων κυμάτων, η ακτινοβολία γίνεται πιο ομοιογενής. Το φιλτράρισμα του τμήματος μακρών κυμάτων του φάσματος επιτρέπει, κατά τη διάρκεια της θεραπείας με ακτίνες Χ των βλαβών που βρίσκονται βαθιά στο ανθρώπινο σώμα, να βελτιωθεί η αναλογία μεταξύ βαθιών και επιφανειακών δόσεων (βλ. φίλτρα ακτίνων Χ). Για να χαρακτηριστεί η ποιότητα μιας ανομοιογενούς δέσμης ακτίνων Χ, χρησιμοποιείται η έννοια του "στρώματος μισής εξασθένησης (L)" - ένα στρώμα ουσίας που εξασθενεί την ακτινοβολία κατά το ήμισυ. Το πάχος αυτού του στρώματος εξαρτάται από την τάση στο σωλήνα, το πάχος και το υλικό του φίλτρου. Για τη μέτρηση των στρωμάτων μισής εξασθένησης, χρησιμοποιείται σελοφάν (ενέργεια έως 12 keV), αλουμίνιο (20-100 keV), χαλκός (60-300 keV), μόλυβδος και χαλκός (>300 keV). Για ακτίνες Χ που παράγονται σε τάσεις 80-120 kV, 1 mm χαλκού ισοδυναμεί σε ικανότητα φιλτραρίσματος με 26 mm αλουμινίου, 1 mm μολύβδου ισοδυναμεί με 50,9 mm αλουμινίου.

Η απορρόφηση και η σκέδαση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ οφείλεται στις σωματικές της ιδιότητες. Η ακτινοβολία ακτίνων Χ αλληλεπιδρά με τα άτομα ως ρεύμα σωματιδίων (σωματιδίων) - φωτονίων, καθένα από τα οποία έχει μια ορισμένη ενέργεια (αντίστροφα ανάλογη με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας ακτίνων Χ). Το ενεργειακό εύρος των φωτονίων ακτίνων Χ είναι 0,05-500 keV.

Η απορρόφηση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ οφείλεται στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο: η απορρόφηση ενός φωτονίου από το κέλυφος ηλεκτρονίων συνοδεύεται από την εκτόξευση ενός ηλεκτρονίου. Το άτομο διεγείρεται και, επιστρέφοντας στη βασική κατάσταση, εκπέμπει χαρακτηριστική ακτινοβολία. Το εκπεμπόμενο φωτοηλεκτρόνιο μεταφέρει όλη την ενέργεια του φωτονίου (μείον την ενέργεια δέσμευσης του ηλεκτρονίου στο άτομο).

Η σκέδαση ακτίνων Χ προκαλείται από ηλεκτρόνια στο μέσο σκέδασης. Γίνεται διάκριση μεταξύ της κλασικής σκέδασης (το μήκος κύματος της ακτινοβολίας δεν αλλάζει, αλλά αλλάζει η κατεύθυνση διάδοσης) και της σκέδασης με αλλαγή στο μήκος κύματος - το φαινόμενο Compton (το μήκος κύματος της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας είναι μεγαλύτερο από αυτό της προσπίπτουσας ακτινοβολίας ). Στην τελευταία περίπτωση, το φωτόνιο συμπεριφέρεται σαν μια κινούμενη μπάλα και η σκέδαση των φωτονίων συμβαίνει, σύμφωνα με την εικονική έκφραση του Comton, σαν να παίζεις μπιλιάρδο με φωτόνια και ηλεκτρόνια: όταν συγκρούεται με ένα ηλεκτρόνιο, το φωτόνιο μεταφέρει μέρος της ενέργειάς του σε αυτό και είναι διασκορπισμένο, έχοντας λιγότερη ενέργεια (ανάλογα, το μήκος κύματος της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας αυξάνεται), ένα ηλεκτρόνιο πετάει έξω από το άτομο με ενέργεια ανάκρουσης (αυτά τα ηλεκτρόνια ονομάζονται ηλεκτρόνια Compton ή ηλεκτρόνια ανάκρουσης). Η απορρόφηση της ενέργειας των ακτίνων Χ συμβαίνει κατά το σχηματισμό δευτερογενών ηλεκτρονίων (Compton και φωτοηλεκτρόνια) και τη μεταφορά ενέργειας σε αυτά. Η ενέργεια της ακτινοβολίας ακτίνων Χ που μεταφέρεται σε μια μονάδα μάζας μιας ουσίας καθορίζει την απορροφούμενη δόση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ. Η μονάδα αυτής της δόσης 1 rad αντιστοιχεί σε 100 erg/g. Λόγω της απορροφούμενης ενέργειας, στην απορροφητική ουσία συμβαίνουν ορισμένες δευτερεύουσες διεργασίες, οι οποίες είναι σημαντικές για τη δοσιμετρία ακτίνων Χ, καθώς σε αυτές βασίζονται οι μέθοδοι μέτρησης της ακτινοβολίας ακτίνων Χ. (βλ. Δοσιμετρία).

Όλα τα αέρια και πολλά υγρά, ημιαγωγοί και διηλεκτρικά αυξάνουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα όταν εκτίθενται σε ακτίνες Χ. Η αγωγιμότητα ανιχνεύεται από τα καλύτερα μονωτικά υλικά: παραφίνη, μαρμαρυγία, καουτσούκ, κεχριμπάρι. Η αλλαγή στην αγωγιμότητα προκαλείται από τον ιονισμό του μέσου, δηλαδή τον διαχωρισμό ουδέτερων μορίων σε θετικά και αρνητικά ιόντα (ο ιονισμός παράγεται από δευτερεύοντα ηλεκτρόνια). Ο ιονισμός στον αέρα χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της δόσης έκθεσης σε ακτίνες Χ (δόση στον αέρα), η οποία μετράται σε ρεντογόνα (βλ. Δόσεις Ιονίζουσας Ακτινοβολίας). Σε δόση 1 r, η απορροφούμενη δόση στον αέρα είναι 0,88 rad.

Υπό την επίδραση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ, ως αποτέλεσμα της διέγερσης μορίων μιας ουσίας (και κατά τον ανασυνδυασμό ιόντων), σε πολλές περιπτώσεις διεγείρεται μια ορατή λάμψη της ουσίας. Σε υψηλές εντάσεις ακτινοβολίας ακτίνων Χ, παρατηρείται ορατή λάμψη σε αέρα, χαρτί, παραφίνη κ.λπ. (με εξαίρεση τα μέταλλα). Η υψηλότερη απόδοση ορατής φωταύγειας παρέχεται από κρυσταλλικούς φωσφόρους όπως ο Zn·CdS·Ag-φώσφορος και άλλοι που χρησιμοποιούνται για οθόνες ακτινοσκόπησης.

Υπό την επίδραση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ, διάφορες χημικές διεργασίες μπορούν επίσης να συμβούν σε μια ουσία: αποσύνθεση ενώσεων αλογονιδίου αργύρου (φωτογραφικό αποτέλεσμα που χρησιμοποιείται στη φωτογραφία με ακτίνες Χ), αποσύνθεση νερού και υδατικών διαλυμάτων υπεροξειδίου του υδρογόνου, αλλαγές στις ιδιότητες από κυτταρίνη (θολότητα και απελευθέρωση καμφοράς), παραφίνη (θολότητα και λεύκανση) .

Ως αποτέλεσμα της πλήρους μετατροπής, όλη η ενέργεια που απορροφάται από τη χημικά αδρανή ουσία, την ακτινοβολία ακτίνων Χ, μετατρέπεται σε θερμότητα. Η μέτρηση πολύ μικρών ποσοτήτων θερμότητας απαιτεί πολύ ευαίσθητες μεθόδους, αλλά είναι η κύρια μέθοδος για απόλυτες μετρήσεις της ακτινοβολίας ακτίνων Χ.

Οι δευτερογενείς βιολογικές επιδράσεις από την έκθεση σε ακτινοβολία ακτίνων Χ αποτελούν τη βάση της ιατρικής ακτινοθεραπείας (βλ.). Η ακτινοβολία ακτίνων Χ, της οποίας τα κβάντα είναι 6-16 keV (ενεργά μήκη κύματος από 2 έως 5 Α), απορροφάται σχεδόν πλήρως από τον ιστό του δέρματος του ανθρώπινου σώματος. Αυτές ονομάζονται οριακές ακτίνες, ή μερικές φορές ακτίνες Bucca (βλ. ακτίνες Bucca). Για βαθιά θεραπεία με ακτίνες Χ, χρησιμοποιείται σκληρή φιλτραρισμένη ακτινοβολία με ενεργειακά κβάντα από 100 έως 300 keV.

Η βιολογική επίδραση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όχι μόνο κατά τη διάρκεια της θεραπείας με ακτίνες Χ, αλλά και κατά τη διάγνωση με ακτίνες Χ, καθώς και σε όλες τις άλλες περιπτώσεις επαφής με ακτινοβολία που απαιτούν τη χρήση ακτινοπροστασίας (βλέπω).

Οι ακτίνες Χ είναι ένας τύπος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας. Χρησιμοποιείται ενεργά σε διάφορους κλάδους της ιατρικής.

Οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα των οποίων η ενέργεια φωτονίων στην κλίμακα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι μεταξύ της υπεριώδους ακτινοβολίας και της ακτινοβολίας γάμμα (από ~10 eV έως ~1 MeV), η οποία αντιστοιχεί σε μήκη κύματος από ~10^3 έως ~10^−2 angstroms ( από ~10^−7 έως ~10^−12 m). Δηλαδή, είναι ασύγκριτα πιο σκληρή ακτινοβολία από το ορατό φως, που βρίσκεται σε αυτή την κλίμακα μεταξύ υπεριωδών και υπέρυθρων («θερμικών») ακτίνων.

Το όριο μεταξύ ακτίνων Χ και ακτινοβολίας γάμμα διακρίνεται υπό όρους: οι περιοχές τους τέμνονται, οι ακτίνες γάμμα μπορούν να έχουν ενέργεια 1 keV. Διαφέρουν ως προς την προέλευσή τους: οι ακτίνες γάμμα εκπέμπονται κατά τη διάρκεια διεργασιών που συμβαίνουν στους ατομικούς πυρήνες, ενώ οι ακτίνες Χ εκπέμπονται κατά τη διάρκεια διεργασιών που περιλαμβάνουν ηλεκτρόνια (τόσο ελεύθερα όσο και εκείνα που βρίσκονται στα ηλεκτρονιακά κελύφη των ατόμων). Ταυτόχρονα, είναι αδύνατο να προσδιοριστεί από το ίδιο το φωτόνιο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας που προέκυψε, δηλαδή, η διαίρεση στις περιοχές ακτίνων Χ και γάμμα είναι σε μεγάλο βαθμό αυθαίρετη.

Το εύρος των ακτίνων Χ χωρίζεται σε "μαλακές ακτίνες Χ" και "σκληρές". Το όριο μεταξύ τους βρίσκεται σε μήκος κύματος 2 angstroms και 6 keV ενέργειας.

Μια γεννήτρια ακτίνων Χ είναι ένας σωλήνας στον οποίο δημιουργείται ένα κενό. Υπάρχουν ηλεκτρόδια που βρίσκονται εκεί - μια κάθοδος, στην οποία εφαρμόζεται αρνητικό φορτίο και μια θετικά φορτισμένη άνοδος. Η τάση μεταξύ τους είναι δεκάδες έως εκατοντάδες κιλοβολτ. Η παραγωγή φωτονίων ακτίνων Χ συμβαίνει όταν τα ηλεκτρόνια «σπούν» από την κάθοδο και συντρίβονται στην επιφάνεια της ανόδου με υψηλή ταχύτητα. Η προκύπτουσα ακτινοβολία ακτίνων Χ ονομάζεται «bremsstrahlung»· τα φωτόνια της έχουν διαφορετικά μήκη κύματος.

Ταυτόχρονα παράγονται φωτόνια του χαρακτηριστικού φάσματος. Μερικά από τα ηλεκτρόνια στα άτομα της ουσίας της ανόδου διεγείρονται, μετακινούνται δηλαδή σε υψηλότερες τροχιές και στη συνέχεια επιστρέφουν στην κανονική τους κατάσταση, εκπέμποντας φωτόνια συγκεκριμένου μήκους κύματος. Σε μια τυπική γεννήτρια, παράγονται και οι δύο τύποι ακτινοβολίας ακτίνων Χ.

Ιστορία της ανακάλυψης

Στις 8 Νοεμβρίου 1895, ο Γερμανός επιστήμονας Wilhelm Conrad Roentgen ανακάλυψε ότι ορισμένες ουσίες άρχισαν να λάμπουν όταν εκτέθηκαν σε «ακτίνες καθόδου», δηλαδή ένα ρεύμα ηλεκτρονίων που παρήχθη από έναν καθοδικό σωλήνα ακτίνων. Εξήγησε αυτό το φαινόμενο με την επίδραση ορισμένων ακτίνων Χ - έτσι ονομάζεται αυτή η ακτινοβολία τώρα σε πολλές γλώσσες. Αργότερα ο Β.Κ. Ο Ρέντγκεν μελέτησε το φαινόμενο που ανακάλυψε. Στις 22 Δεκεμβρίου 1895, έδωσε μια έκθεση για αυτό το θέμα στο Πανεπιστήμιο του Würzburg.

Αργότερα αποδείχθηκε ότι η ακτινοβολία ακτίνων Χ είχε παρατηρηθεί νωρίτερα, αλλά στη συνέχεια δεν δόθηκε μεγάλη σημασία στα φαινόμενα που σχετίζονται με αυτήν. Ο σωλήνας καθοδικών ακτίνων εφευρέθηκε πριν από πολύ καιρό, αλλά πριν από τον V.K. Κανείς δεν έδωσε ιδιαίτερη σημασία στις ακτινογραφίες για το μαύρισμα φωτογραφικών πλακών κοντά του κ.λπ. πρωτοφανής. Ο κίνδυνος που ενέχει η διεισδυτική ακτινοβολία ήταν επίσης άγνωστος.

Τύποι και οι επιπτώσεις τους στον οργανισμό

Η «ακτινογραφία» είναι ο πιο ήπιος τύπος διεισδυτικής ακτινοβολίας. Η υπερβολική έκθεση σε μαλακές ακτίνες Χ μοιάζει με τις επιπτώσεις της υπεριώδους ακτινοβολίας, αλλά σε πιο σοβαρή μορφή. Ένα έγκαυμα σχηματίζεται στο δέρμα, αλλά η βλάβη είναι πιο βαθιά και επουλώνεται πολύ πιο αργά.

Η σκληρή ακτινογραφία είναι μια πλήρης ιονίζουσα ακτινοβολία που μπορεί να οδηγήσει σε ασθένεια ακτινοβολίας. Τα κβάντα ακτίνων Χ μπορούν να διασπάσουν τα μόρια πρωτεΐνης που αποτελούν τους ιστούς του ανθρώπινου σώματος, καθώς και τα μόρια DNA του γονιδιώματος. Αλλά ακόμα κι αν το κβάντο των ακτίνων Χ διασπάσει ένα μόριο νερού, δεν έχει καμία διαφορά: στην περίπτωση αυτή, σχηματίζονται χημικά ενεργές ελεύθερες ρίζες Η και ΟΗ, οι οποίες είναι ικανές να επηρεάσουν τις πρωτεΐνες και το DNA. Η ασθένεια ακτινοβολίας εμφανίζεται σε πιο σοβαρή μορφή, τόσο περισσότερο επηρεάζονται τα αιμοποιητικά όργανα.

Οι ακτίνες Χ έχουν μεταλλαξιογόνο και καρκινογόνο δράση. Αυτό σημαίνει ότι η πιθανότητα αυθόρμητων μεταλλάξεων στα κύτταρα κατά τη διάρκεια της ακτινοβόλησης αυξάνεται και μερικές φορές τα υγιή κύτταρα μπορούν να εκφυλιστούν σε καρκινικά. Η αυξημένη πιθανότητα κακοήθων όγκων είναι τυπική συνέπεια οποιασδήποτε έκθεσης σε ακτινοβολία, συμπεριλαμβανομένων των ακτίνων Χ. Οι ακτίνες Χ είναι ο λιγότερο επικίνδυνος τύπος διεισδυτικής ακτινοβολίας, αλλά μπορεί ακόμα να είναι επικίνδυνες.

Ακτινοβολία ακτίνων Χ: εφαρμογή και πώς λειτουργεί

Η ακτινοβολία ακτίνων Χ χρησιμοποιείται στην ιατρική, καθώς και σε άλλους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας.

Ακτινοσκόπηση και αξονική τομογραφία

Η πιο κοινή χρήση των ακτίνων Χ είναι η ακτινοσκόπηση. Η "ακτινογραφία" του ανθρώπινου σώματος σάς επιτρέπει να αποκτήσετε μια λεπτομερή εικόνα τόσο των οστών (είναι ορατά πιο καθαρά) όσο και των εσωτερικών οργάνων.

Η διαφορετική διαφάνεια των ιστών του σώματος στις ακτίνες Χ σχετίζεται με τη χημική τους σύνθεση. Τα δομικά χαρακτηριστικά των οστών είναι ότι περιέχουν πολύ ασβέστιο και φώσφορο. Άλλοι ιστοί αποτελούνται κυρίως από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και άζωτο. Ένα άτομο φωσφόρου ζυγίζει σχεδόν δύο φορές περισσότερο από ένα άτομο οξυγόνου και ένα άτομο ασβεστίου κατά 2,5 φορές (ο άνθρακας, το άζωτο και το υδρογόνο είναι ελαφρύτερα από το οξυγόνο). Από αυτή την άποψη, η απορρόφηση των φωτονίων ακτίνων Χ στα οστά είναι πολύ μεγαλύτερη.

Εκτός από τα δισδιάστατα «στιγμιότυπα», η ακτινογραφία καθιστά δυνατή τη δημιουργία μιας τρισδιάστατης εικόνας ενός οργάνου: αυτός ο τύπος ακτινογραφίας ονομάζεται υπολογιστική τομογραφία. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται μαλακές ακτινογραφίες. Η ποσότητα ακτινοβολίας που λαμβάνεται από μία εικόνα είναι μικρή: είναι περίπου ίση με την ακτινοβολία που λαμβάνεται κατά τη διάρκεια μιας πτήσης 2 ωρών σε ένα αεροπλάνο σε ύψος 10 km.

Η ανίχνευση ελαττωμάτων με ακτίνες Χ σάς επιτρέπει να ανιχνεύσετε μικρά εσωτερικά ελαττώματα σε προϊόντα. Χρησιμοποιεί σκληρές ακτίνες Χ, καθώς πολλά υλικά (για παράδειγμα μέταλλο) είναι ελάχιστα «διαφανή» λόγω της υψηλής ατομικής μάζας της συστατικής τους ουσίας.

Ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ και ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ

Οι ακτίνες Χ έχουν ιδιότητες που τους επιτρέπουν να εξετάζουν λεπτομερώς μεμονωμένα άτομα. Η ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ χρησιμοποιείται ενεργά στη χημεία (συμπεριλαμβανομένης της βιοχημείας) και στην κρυσταλλογραφία. Η αρχή της λειτουργίας του είναι η διάθλαση σκέδασης ακτίνων Χ σε άτομα κρυστάλλων ή πολύπλοκων μορίων. Χρησιμοποιώντας ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ, προσδιορίστηκε η δομή του μορίου DNA.

Η ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ σάς επιτρέπει να προσδιορίσετε γρήγορα τη χημική σύνθεση μιας ουσίας.

Υπάρχουν πολλές μορφές ακτινοθεραπείας, αλλά όλες περιλαμβάνουν τη χρήση ιονίζουσας ακτινοβολίας. Η ακτινοθεραπεία χωρίζεται σε 2 τύπους: τη σωματιδιακή και την κυματική. Το Corpuscular χρησιμοποιεί ροές σωματιδίων άλφα (πυρήνες ατόμων ηλίου), σωματίδια βήτα (ηλεκτρόνια), νετρόνια, πρωτόνια και βαρέα ιόντα. Το κύμα χρησιμοποιεί ακτίνες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος - ακτίνες Χ και γάμμα.

Οι μέθοδοι ακτινοθεραπείας χρησιμοποιούνται κυρίως για τη θεραπεία του καρκίνου. Το γεγονός είναι ότι η ακτινοβολία επηρεάζει πρωτίστως τα ενεργά διαιρούμενα κύτταρα, γι 'αυτό τα αιμοποιητικά όργανα υποφέρουν τόσο πολύ (τα κύτταρά τους διαιρούνται συνεχώς, παράγοντας όλο και περισσότερα νέα ερυθρά αιμοσφαίρια). Τα καρκινικά κύτταρα επίσης διαιρούνται συνεχώς και είναι πιο ευάλωτα στην ακτινοβολία από τον υγιή ιστό.

Χρησιμοποιείται ένα επίπεδο ακτινοβολίας που καταστέλλει τη δραστηριότητα των καρκινικών κυττάρων ενώ έχει μέτρια επίδραση στα υγιή κύτταρα. Υπό την επίδραση της ακτινοβολίας, δεν συμβαίνει η καταστροφή των κυττάρων ως τέτοια, αλλά η βλάβη στο γονιδίωμά τους - μόρια DNA. Ένα κύτταρο με κατεστραμμένο γονιδίωμα μπορεί να υπάρχει για κάποιο χρονικό διάστημα, αλλά δεν μπορεί πλέον να διαιρεθεί, δηλαδή σταματά η ανάπτυξη του όγκου.

Η ακτινοθεραπεία είναι η πιο ήπια μορφή ακτινοθεραπείας. Η κυματική ακτινοβολία είναι πιο μαλακή από την σωματική ακτινοβολία και οι ακτίνες Χ είναι πιο μαλακές από την ακτινοβολία γάμμα.

Κατα την εγκυμοσύνη

Η χρήση ιονίζουσας ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης είναι επικίνδυνη. Οι ακτινογραφίες είναι μεταλλαξιογόνες και μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα στο έμβρυο. Η ακτινοθεραπεία είναι ασυμβίβαστη με την εγκυμοσύνη: μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο εάν έχει ήδη αποφασιστεί η άμβλωση. Οι περιορισμοί στην ακτινοσκόπηση είναι πιο ήπιοι, αλλά και τους πρώτους μήνες απαγορεύεται αυστηρά.

Εάν είναι απολύτως απαραίτητο, η ακτινογραφία αντικαθίσταται από μαγνητική τομογραφία. Αλλά και στο πρώτο τρίμηνο προσπαθούν να το αποφύγουν (αυτή η μέθοδος εμφανίστηκε πρόσφατα και μπορούμε να πούμε με απόλυτη βεβαιότητα ότι δεν υπάρχουν επιβλαβείς συνέπειες).

Ένας σαφής κίνδυνος προκύπτει όταν εκτίθεται σε συνολική δόση τουλάχιστον 1 mSv (σε παλιές μονάδες - 100 mR). Με μια απλή ακτινογραφία (για παράδειγμα, όταν υποβάλλεται σε ακτινογραφία), ο ασθενής λαμβάνει περίπου 50 φορές λιγότερα. Για να λάβετε μια τέτοια δόση ταυτόχρονα, πρέπει να υποβληθείτε σε λεπτομερή αξονική τομογραφία.

Δηλαδή, το γεγονός μιας 1-2 x "ακτινογραφίας" από μόνο του σε πρώιμο στάδιο της εγκυμοσύνης δεν απειλεί σοβαρές συνέπειες (αλλά είναι καλύτερα να μην το ρισκάρετε).

Θεραπεία με αυτό

Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται κυρίως για την καταπολέμηση κακοήθων όγκων. Αυτή η μέθοδος είναι καλή γιατί είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική: σκοτώνει τον όγκο. Είναι κακό επειδή οι υγιείς ιστοί πάνε λίγο καλύτερα και υπάρχουν πολλές παρενέργειες. Τα αιμοποιητικά όργανα διατρέχουν ιδιαίτερο κίνδυνο.

Στην πράξη, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι για τη μείωση της επίδρασης των ακτινογραφιών στον υγιή ιστό. Οι ακτίνες κατευθύνονται υπό γωνία έτσι ώστε ο όγκος να βρίσκεται στην περιοχή της τομής τους (λόγω αυτού, η κύρια απορρόφηση ενέργειας συμβαίνει ακριβώς εκεί). Μερικές φορές η διαδικασία εκτελείται σε κίνηση: το σώμα του ασθενούς περιστρέφεται σε σχέση με την πηγή ακτινοβολίας γύρω από έναν άξονα που διέρχεται από τον όγκο. Σε αυτή την περίπτωση, οι υγιείς ιστοί βρίσκονται στη ζώνη ακτινοβολίας μόνο περιστασιακά και οι άρρωστοι ιστοί εκτίθενται συνεχώς.

Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται στη θεραπεία ορισμένων αρθρώσεων και παρόμοιων ασθενειών, καθώς και δερματικών παθήσεων. Σε αυτή την περίπτωση, το σύνδρομο πόνου μειώνεται κατά 50-90%. Δεδομένου ότι η ακτινοβολία που χρησιμοποιείται είναι πιο ήπια, δεν παρατηρούνται παρενέργειες παρόμοιες με αυτές που εμφανίζονται στη θεραπεία των όγκων.

Η ακτινοβολία ακτίνων Χ, από τη σκοπιά της φυσικής, είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, το μήκος κύματος της οποίας κυμαίνεται στην περιοχή από 0,001 έως 50 νανόμετρα. Ανακαλύφθηκε το 1895 από τον Γερμανό φυσικό V.K. Roentgen.

Από τη φύση τους, αυτές οι ακτίνες σχετίζονται με την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία. Τα ραδιοκύματα είναι τα μεγαλύτερα στο φάσμα. Πίσω τους έρχεται το υπέρυθρο φως, το οποίο τα μάτια μας δεν αντιλαμβάνονται, αλλά το νιώθουμε ως θερμότητα. Στη συνέχεια έρχονται οι ακτίνες από κόκκινο σε μοβ. Στη συνέχεια - υπεριώδες (Α, Β και Γ). Και αμέσως πίσω του βρίσκονται οι ακτίνες Χ και η ακτινοβολία γάμμα.

Οι ακτίνες Χ μπορούν να ληφθούν με δύο τρόπους: με επιβράδυνση των φορτισμένων σωματιδίων που περνούν μέσα από μια ουσία και με τη μετάβαση ηλεκτρονίων από υψηλότερα σε εσωτερικά στρώματα όταν απελευθερώνεται ενέργεια.

Σε αντίθεση με το ορατό φως, αυτές οι ακτίνες είναι πολύ μεγάλες, επομένως είναι σε θέση να διαπεράσουν αδιαφανή υλικά χωρίς να αντανακλώνται, να διαθλώνται ή να συσσωρεύονται σε αυτά.

Το Bremsstrahlung είναι πιο εύκολο να αποκτηθεί. Τα φορτισμένα σωματίδια εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία κατά το φρενάρισμα. Όσο μεγαλύτερη είναι η επιτάχυνση αυτών των σωματιδίων και, επομένως, όσο πιο έντονη είναι η επιβράδυνση, τόσο περισσότερη ακτινοβολία ακτίνων Χ παράγεται και το μήκος των κυμάτων της γίνεται μικρότερο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, στην πράξη, καταφεύγουν στην παραγωγή ακτίνων κατά την επιβράδυνση των ηλεκτρονίων στα στερεά. Αυτό επιτρέπει τον έλεγχο της πηγής αυτής της ακτινοβολίας χωρίς τον κίνδυνο έκθεσης σε ακτινοβολία, γιατί όταν η πηγή είναι απενεργοποιημένη, η ακτινοβολία ακτίνων Χ εξαφανίζεται εντελώς.

Η πιο κοινή πηγή τέτοιας ακτινοβολίας είναι ότι η ακτινοβολία που εκπέμπεται από αυτήν είναι ανομοιογενής. Περιέχει τόσο μαλακή (μακρού κύματος) όσο και σκληρή (βραχύ κύμα) ακτινοβολία. Η μαλακή ακτινοβολία χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι απορροφάται πλήρως από το ανθρώπινο σώμα, επομένως μια τέτοια ακτινοβολία ακτίνων Χ προκαλεί διπλάσια βλάβη από τη σκληρή ακτινοβολία. Όταν εκτίθεται σε υπερβολική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στον ανθρώπινο ιστό, ο ιονισμός μπορεί να προκαλέσει βλάβη στα κύτταρα και στο DNA.

Ο σωλήνας έχει δύο ηλεκτρόδια - μια αρνητική κάθοδο και μια θετική άνοδο. Όταν η κάθοδος θερμαίνεται, τα ηλεκτρόνια εξατμίζονται από αυτήν και στη συνέχεια επιταχύνονται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Όταν έρχονται αντιμέτωποι με τη στερεά ουσία των ανοδίων, αρχίζουν να επιβραδύνονται, κάτι που συνοδεύεται από εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Η ακτινοβολία ακτίνων Χ, οι ιδιότητες της οποίας χρησιμοποιούνται ευρέως στην ιατρική, βασίζεται στη λήψη μιας εικόνας σκιάς του υπό μελέτη αντικειμένου σε μια ευαίσθητη οθόνη. Εάν το όργανο που διαγιγνώσκεται φωτίζεται με μια δέσμη ακτίνων παράλληλες μεταξύ τους, τότε η προβολή των σκιών από αυτό το όργανο θα μεταδοθεί χωρίς παραμόρφωση (αναλογικά). Στην πράξη, η πηγή ακτινοβολίας μοιάζει περισσότερο με μια σημειακή πηγή, επομένως τοποθετείται σε απόσταση από το άτομο και από την οθόνη.

Για να το αποκτήσει, ένα άτομο τοποθετείται μεταξύ του σωλήνα ακτίνων Χ και μιας οθόνης ή φιλμ που λειτουργεί ως δέκτης ακτινοβολίας. Ως αποτέλεσμα της ακτινοβολίας, τα οστά και άλλοι πυκνοί ιστοί εμφανίζονται στην εικόνα ως εμφανείς σκιές, που εμφανίζονται σε μεγαλύτερη αντίθεση στο φόντο λιγότερο εκφραστικών περιοχών που μεταφέρουν ιστούς με λιγότερη απορρόφηση. Στις ακτίνες Χ, το άτομο γίνεται «ημιδιαφανές».

Καθώς οι ακτίνες Χ εξαπλώνονται, μπορούν να διασκορπιστούν και να απορροφηθούν. Οι ακτίνες μπορούν να ταξιδέψουν εκατοντάδες μέτρα στον αέρα πριν απορροφηθούν. Σε πυκνή ύλη απορροφώνται πολύ πιο γρήγορα. Οι ανθρώπινοι βιολογικοί ιστοί είναι ετερογενείς, επομένως η απορρόφηση των ακτίνων τους εξαρτάται από την πυκνότητα του ιστού των οργάνων. απορροφά τις ακτίνες πιο γρήγορα από τους μαλακούς ιστούς επειδή περιέχει ουσίες με υψηλούς ατομικούς αριθμούς. Τα φωτόνια (μεμονωμένα σωματίδια ακτίνων) απορροφώνται από διαφορετικούς ιστούς του ανθρώπινου σώματος με διαφορετικούς τρόπους, γεγονός που καθιστά δυνατή τη λήψη εικόνας αντίθεσης χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ.