X-zrake igraju jednu od najvažnijih uloga u proučavanju i praktičnoj upotrebi atomskih fenomena. Zahvaljujući njihovim istraživanjima došlo je do mnogih otkrića i razvijenih metoda za analizu supstanci koje se koriste u različitim oblastima. Ovdje ćemo razmotriti jednu od vrsta rendgenskih zraka - karakteristične rendgenske zrake.
Rentgensko zračenje je visokofrekventna promjena stanja elektromagnetnog polja koje se širi u svemiru brzinom od oko 300.000 km/s, odnosno elektromagnetnih valova. Na skali opsega elektromagnetnog zračenja, X-zraci se nalaze u opsegu talasnih dužina od približno 10 -8 do 5∙10 -12 metara, što je nekoliko redova veličine kraće od optičkih talasa. Ovo odgovara frekvencijama od 3∙10 16 do 6∙10 19 Hz i energijama od 10 eV do 250 keV, odnosno 1,6∙10 -18 do 4∙10 -14 J. Treba napomenuti da su granice frekvencijskih opsega od elektromagnetna zračenja su prilično konvencionalna zbog njihovog preklapanja.
To je interakcija ubrzanih nabijenih čestica (visokoenergetskih elektrona) s električnim i magnetskim poljima i s atomima materije.
Rentgenske fotone karakteriziraju visoke energije i velika penetracijska i jonizujuća moć, posebno za tvrde rendgenske zrake s valnim dužinama manjim od 1 nanometra (10 -9 m).
X-zrake stupaju u interakciju sa materijom, jonizujući njene atome, u procesima fotoelektričnog efekta (fotoapsorpcija) i nekoherentnog (Compton) rasejanja. U fotoapsorpciji, rendgenski foton, apsorbiran od strane elektrona atoma, prenosi mu energiju. Ako njegova vrijednost premašuje energiju vezivanja elektrona u atomu, onda on napušta atom. Comptonovo raspršenje je karakteristično za tvrđe (energetske) rendgenske fotone. Dio energije apsorbiranog fotona troši se na jonizaciju; u ovom slučaju, pod određenim uglom u odnosu na smer primarnog fotona, emituje se sekundarni foton, sa nižom frekvencijom.
Za dobivanje zraka koriste se staklene vakuum boce s elektrodama smještenim unutra. Razlika potencijala na elektrodama mora biti vrlo visoka - do stotina kilovolti. Na volframskoj katodi zagrijanoj strujom dolazi do termionske emisije, odnosno iz nje se emituju elektroni koji, ubrzani razlikom potencijala, bombardiraju anodu. Kao rezultat njihove interakcije s atomima anode (koja se ponekad naziva i antikatoda), rađaju se rendgenski fotoni.
Ovisno o tome koji proces dovodi do rođenja fotona, postoje takve vrste rendgenskog zračenja kao što su kočni i karakteristični.
Elektroni mogu, susretajući se s anodom, usporiti, odnosno izgubiti energiju u električnim poljima svojih atoma. Ova energija se emituje u obliku rendgenskih fotona. Takvo zračenje se naziva kočno zračenje.
Jasno je da će se uslovi kočenja razlikovati za pojedinačne elektrone. To znači da se različite količine njihove kinetičke energije pretvaraju u X-zrake. Kao rezultat toga, kočni zrak uključuje fotone različitih frekvencija i, shodno tome, valnih dužina. Stoga je njegov spektar kontinuiran (kontinuiran). Ponekad se iz tog razloga naziva i "bijelim" rendgenskim zracima.
Energija fotona kočnog zraka ne može premašiti kinetičku energiju elektrona koji ga generiše, tako da maksimalna frekvencija (i najmanja valna dužina) kočnog zraka odgovara najvećoj vrijednosti kinetičke energije elektrona koji upadaju na anodu. Ovo posljednje ovisi o razlici potencijala primijenjenoj na elektrode.
Postoji još jedna vrsta rendgenskih zraka koja dolazi iz drugačijeg procesa. Ovo zračenje se naziva karakteristično i na njemu ćemo se detaljnije zadržati.
Došavši do antikatode, brzi elektron može prodrijeti unutar atoma i izbaciti bilo koji elektron s jedne od nižih orbitala, odnosno prenijeti joj energiju dovoljnu da prevlada potencijalnu barijeru. Međutim, ako postoje viši energetski nivoi koje zauzimaju elektroni u atomu, ispražnjeno mjesto neće ostati prazno.
Mora se imati na umu da elektronska struktura atoma, kao i svaki energetski sistem, nastoji minimizirati energiju. Prazno mjesto nastalo kao rezultat nokauta popunjeno je elektronom s jednog od viših nivoa. Njegova energija je veća i, zauzimajući niži nivo, zrači višak u obliku kvanta karakterističnog rendgenskog zračenja.
Elektronska struktura atoma je diskretni skup mogućih energetskih stanja elektrona. Prema tome, rendgenski fotoni koji se emituju tokom zamene slobodnih elektrona takođe mogu imati samo striktno definisane energetske vrednosti, što odražava razliku u nivou. Kao rezultat toga, karakteristično rendgensko zračenje ima spektar ne kontinuiranog, već linijskog tipa. Takav spektar omogućava karakterizaciju supstance anode - otuda i naziv ovih zraka. Upravo zbog spektralnih razlika jasno je šta se podrazumijeva pod kočnim i karakterističnim rendgenskim zracima.
Ponekad višak energije ne emituje atom, već se troši na izbacivanje trećeg elektrona. Ovaj proces - takozvani Auger efekat - je vjerojatnije da će se dogoditi kada energija vezivanja elektrona ne prelazi 1 keV. Energija oslobođenog Auger elektrona zavisi od strukture energetskih nivoa atoma, pa su i spektri takvih elektrona diskretni.
Uske karakteristične linije prisutne su u rendgenskom spektru zajedno sa kontinuiranim spektrom kočnog zračenja. Ako spektar predstavimo kao dijagram intenziteta u odnosu na talasnu dužinu (frekvenciju), videćemo oštre vrhove na lokacijama linija. Njihov položaj zavisi od materijala anode. Ovi maksimumi su prisutni na bilo kojoj potencijalnoj razlici - ako postoje rendgenski zraci, uvijek postoje i pikovi. Sa povećanjem napona na elektrodama cijevi povećava se intenzitet i kontinuiranog i karakterističnog rendgenskog zračenja, ali se lokacija vrhova i omjer njihovih intenziteta ne mijenjaju.
Vrhovi u rendgenskim spektrima imaju isti oblik bez obzira na materijal anti-katode ozračenog elektronima, ali za različite materijale se nalaze na različitim frekvencijama, udružujući se u seriju prema bliskosti vrijednosti frekvencije. Između samih serija, razlika u frekvencijama je mnogo značajnija. Oblik maksimuma ni na koji način ne zavisi od toga da li materijal anode predstavlja čisti hemijski element ili je složena supstanca. U potonjem slučaju, karakteristični rendgenski spektri njegovih sastavnih elemenata jednostavno su superponirani jedan na drugi.
Sa povećanjem atomskog broja hemijskog elementa, sve linije njegovog rendgenskog spektra se pomeraju prema rastućoj frekvenciji. Spektar zadržava svoj oblik.
Fenomen spektralnog pomaka karakterističnih linija eksperimentalno je otkrio engleski fizičar Henry Moseley 1913. godine. To mu je omogućilo da poveže frekvencije maksimuma spektra sa rednim brojevima hemijskih elemenata. Dakle, talasna dužina karakterističnog rendgenskog zračenja, kako se ispostavilo, može biti jasno povezana sa određenim elementom. Općenito, Moseleyjev zakon se može zapisati na sljedeći način: √f = (Z - S n)/n√R, gdje je f frekvencija, Z je redni broj elementa, S n je konstanta skrininga, n je glavni kvant broj, a R je konstanta Rydbergova. Ovaj odnos je linearan i pojavljuje se na Moseley dijagramu kao niz pravih linija za svaku vrijednost n.
Vrijednosti n odgovaraju pojedinačnim serijama karakterističnih rendgenskih pikova. Moseleyjev zakon dozvoljava da se odredi serijski broj hemijskog elementa ozračenog tvrdim elektronima iz izmjerenih talasnih dužina (one su jedinstveno povezane sa frekvencijama) maksimuma rendgenskog spektra.
Struktura elektronske ljuske hemijski elementi su identični. Na to ukazuje monotonost promjene pomaka u karakterističnom spektru rendgenskog zračenja. Frekvencijski pomak ne odražava strukturne, već energetske razlike između elektronskih ljuski, jedinstvene za svaki element.
Postoje mala odstupanja od strogog linearnog odnosa izraženog Moseleyjevim zakonom. Oni su povezani, prvo, sa posebnostima reda punjenja elektronskih ljuski u nekim elementima, i, kao drugo, sa relativističkim efektima kretanja elektrona u teškim atomima. Osim toga, kada se promijeni broj neutrona u jezgru (tzv. izotopski pomak), položaj linija se može neznatno promijeniti. Ovaj efekat je omogućio detaljno proučavanje strukture atoma.
Značaj Moseleyjevog zakona je izuzetno velik. Njegova dosljedna primjena na elemente Mendeljejevljevog periodičnog sistema uspostavila je obrazac povećanja serijskog broja prema svakom malom pomaku u karakterističnim maksimumima. To je doprinijelo razjašnjenju pitanja fizičkog značenja rednog broja elemenata. Z vrijednost nije samo broj: to je pozitivni električni naboj jezgra, koji je zbir jediničnih pozitivnih naboja čestica koje ga čine. Ispravan položaj elemenata u tabeli i prisustvo praznih pozicija u njoj (tada su još postojali) dobili su snažnu potvrdu. Dokazana je valjanost periodičnog zakona.
Moseleyjev zakon je, osim toga, postao osnova na kojoj je nastala čitava oblast eksperimentalnih istraživanja - rendgenska spektrometrija.
Podsjetimo se ukratko kako je raspoređena elektronska struktura koja se sastoji od školjki, označenih slovima K, L, M, N, O, P, Q ili brojevima od 1 do 7. Elektrone unutar ljuske karakteriziraju iste glavni kvantni broj n, koji određuje moguće vrijednosti energije. U vanjskim ljuskama energija elektrona je veća, a potencijal ionizacije za vanjske elektrone je shodno tome manji.
Školjka uključuje jedan ili više podnivoa: s, p, d, f, g, h, i. U svakoj ljusci, broj podnivoa se povećava za jedan u odnosu na prethodni. Broj elektrona na svakom podnivou iu svakoj ljusci ne može preći određenu vrijednost. Karakteriše ih, pored glavnog kvantnog broja, ista vrednost orbitalnog elektronskog oblaka koji određuje oblik. Podnivoi su označeni ljuskom kojoj pripadaju, kao što su 2s, 4d, itd.
Podnivo sadrži koji su postavljeni, pored glavnog i orbitalnog, još jednim kvantnim brojem - magnetnim, koji određuje projekciju orbitalnog momenta elektrona na smjer magnetskog polja. Jedna orbitala ne može imati više od dva elektrona, koji se razlikuju u vrijednosti četvrtog kvantnog broja - spina.
Razmotrimo detaljnije kako nastaje karakteristično rendgensko zračenje. Budući da je porijeklo ove vrste elektromagnetne emisije povezano s pojavama koje se dešavaju unutar atoma, najpogodnije ga je opisati upravo u aproksimaciji elektronskih konfiguracija.
Dakle, uzrok ovog zračenja je stvaranje slobodnih elektrona u unutrašnjim ljuskama, zbog prodora visokoenergetskih elektrona duboko u atom. Vjerovatnoća da će tvrdi elektron stupiti u interakciju povećava se s gustinom elektronskih oblaka. Stoga su kolizije najvjerovatnije unutar gusto zbijenih unutrašnjih školjki, kao što je najniža K-ljuska. Ovdje se atom ionizira i formira se praznina u ljusci 1s.
Ovo prazno mjesto popunjava elektron iz ljuske s višom energijom, čiji višak se odnosi rendgenskim fotonom. Ovaj elektron može "pasti" iz druge ljuske L, iz treće ljuske M i tako dalje. Tako se formira karakteristični niz, u ovom primjeru K-serija. Indikacija o tome odakle dolazi elektron koji popunjava upražnjeno mjesto daje se u obliku grčkog indeksa kada se označava serija. "Alfa" znači da dolazi iz L-ljuske, "beta" - iz M-ljuske. Trenutno postoji tendencija da se grčki slovni indeksi zamijene latinskim koji su usvojeni za označavanje školjki.
Intenzitet alfa linije u nizu je uvijek najveći, što znači da je vjerovatnoća popunjavanja slobodnog mjesta iz susjedne ljuske najveća.
Sada možemo odgovoriti na pitanje, kolika je maksimalna energija karakterističnog rendgenskog kvanta. Određuje se razlikom u vrijednostima energije nivoa između kojih dolazi do prijelaza elektrona, prema formuli E = E n 2 - E n 1, gdje su E n 2 i E n 1 energije elektronska stanja između kojih je došlo do prijelaza. Najveću vrijednost ovog parametra daju prijelazi K-serije sa najviših mogućih nivoa atoma teških elemenata. Ali intenzitet ovih linija (visine vrhova) je najmanji, jer su najmanje vjerovatne.
Ako, zbog nedovoljnog napona na elektrodama, tvrdi elektron ne može doći do K-nivoa, formira se prazno mjesto na L-nivou i formira se manje energična L-serija sa većim valnim dužinama. Sljedeće serije se rađaju na sličan način.
Osim toga, kada je slobodno mjesto popunjeno, novo se pojavljuje u ovoj ljusci kao rezultat elektronske tranzicije. Ovo stvara uslove za generisanje sledeće serije. Elektronska slobodna mjesta se kreću više od nivoa do nivoa, a atom emituje kaskadu karakterističnih spektralnih serija, dok ostaje joniziran.
Atomski rendgenski spektri karakterističnog rendgenskog zračenja karakteriziraju se finom strukturom, koja je izražena, kao u optičkim spektrima, u linijskom cijepanju.
Fina struktura je zbog činjenice da je energetski nivo - elektronska ljuska - skup blisko raspoređenih komponenti - podljuska. Da bi se okarakterisale podljuske, uveden je još jedan unutrašnji kvantni broj j, koji odražava interakciju intrinzičnih i orbitalnih magnetnih momenata elektrona.
Zbog utjecaja spin-orbit interakcije, energetska struktura atoma postaje složenija, a kao rezultat toga, karakteristično rendgensko zračenje ima spektar koji karakteriziraju podijeljene linije sa vrlo blisko raspoređenim elementima.
Elementi fine strukture obično se označavaju dodatnim digitalnim indeksima.
Karakteristično rendgensko zračenje ima osobinu koja se ogleda samo u finoj strukturi spektra. Prijelaz elektrona na najniži energetski nivo se ne dešava iz donje podljuske gornjeg nivoa. Takav događaj ima zanemarljivu vjerovatnoću.
Ovo zračenje, zbog svojih karakteristika opisanih Moseleyjevim zakonom, leži u osnovi različitih rendgenskih spektralnih metoda za analizu supstanci. Prilikom analize rendgenskog spektra koristi se ili difrakcija zračenja na kristalima (valno-disperzivna metoda) ili detektori osjetljivi na energiju apsorbiranih rendgenskih fotona (energetsko-disperzivna metoda). Većina elektronskih mikroskopa opremljena je nekim oblikom priključka za rendgensku spektrometriju.
Talasno-disperzivna spektrometrija se odlikuje posebno visokom preciznošću. Uz pomoć specijalnih filtera odabiru se najintenzivniji pikovi u spektru, zahvaljujući kojima je moguće dobiti gotovo monokromatsko zračenje s točno poznatom frekvencijom. Materijal anode se bira vrlo pažljivo kako bi se osiguralo da se dobije monokromatski snop željene frekvencije. Njegova difrakcija na kristalnoj rešetki ispitivane supstance omogućava proučavanje strukture rešetke sa velikom preciznošću. Ova metoda se također koristi u proučavanju DNK i drugih složenih molekula.
Jedna od karakteristika karakterističnog rendgenskog zračenja se takođe uzima u obzir u gama spektrometriji. Ovo je visoki intenzitet karakterističnih pikova. Gama spektrometri koriste olovnu zaštitu od vanjskog pozadinskog zračenja koje ometa mjerenja. Ali olovo, apsorbirajući gama kvante, doživljava unutrašnju ionizaciju, zbog čega aktivno emituje u rendgenskom rasponu. Dodatna zaštita od kadmijuma koristi se za apsorpciju intenzivnih pikova karakterističnog rendgenskog zračenja olova. On se zauzvrat jonizuje i takođe emituje X-zrake. Za neutralizaciju karakterističnih pikova kadmijuma koristi se treći zaštitni sloj - bakar, čiji se rendgenski maksimumi nalaze izvan radnog frekvencijskog opsega gama spektrometra.
Spektrometrija koristi i kočno i karakteristične rendgenske zrake. Tako se u analizi supstanci proučavaju spektri apsorpcije kontinuiranih rendgenskih zraka raznim supstancama.
Otkriće i zasluga u proučavanju osnovnih svojstava rendgenskih zraka s pravom pripada njemačkom naučniku Wilhelmu Conradu Roentgenu. Zadivljujuća svojstva rendgenskih zraka koje je otkrio odmah su dobila ogroman odjek u naučnom svijetu. Iako je tada, davne 1895. godine, naučnik teško mogao zamisliti kakvu korist, a ponekad i štetu, rendgenski zraci mogu donijeti.
Otkrijmo u ovom članku kako ova vrsta zračenja utječe na ljudsko zdravlje.
Prvo pitanje koje je zanimalo istraživača bilo je šta je rendgensko zračenje? Brojni eksperimenti omogućili su da se potvrdi da se radi o elektromagnetskom zračenju s valnom dužinom od 10 -8 cm, koje zauzima srednji položaj između ultraljubičastog i gama zračenja.
Svi ovi aspekti destruktivnih efekata tajanstvenih rendgenskih zraka uopće ne isključuju iznenađujuće opsežne aspekte njihove primjene. Gdje se koriste rendgenski zraci?
Najvažnije primjene rendgenskih zraka postale su moguće zahvaljujući vrlo kratkim valnim dužinama cijelog raspona ovih valova i njihovim jedinstvenim svojstvima.
Budući da nas zanima utjecaj rendgenskih zraka na ljude koji se s njima susreću samo prilikom medicinskog pregleda ili liječenja, onda ćemo razmotriti samo ovo područje primjene rendgenskih zraka.
Unatoč posebnom značaju svog otkrića, Rentgen nije patentirao njegovu upotrebu, što ga čini neprocjenjivim poklonom za cijelo čovječanstvo. Već u Prvom svjetskom ratu počele su se koristiti rendgenske jedinice koje su omogućile brzu i preciznu dijagnozu ranjenika. Sada možemo razlikovati dva glavna područja primjene rendgenskih zraka u medicini:
Rentgenska dijagnostika se koristi u različitim opcijama:
Pogledajmo razliku između ovih metoda.
Sve ove dijagnostičke metode zasnivaju se na sposobnosti rendgenskih zraka da osvjetljavaju film i na njihovoj različitoj propusnosti za tkiva i koštani skelet.
Sposobnost rendgenskih zraka da imaju biološki učinak na tkiva koristi se u medicini za liječenje tumora. Jonizujući učinak ovog zračenja najaktivnije se očituje u djelovanju na stanice koje se brzo dijele, a to su stanice malignih tumora.
Međutim, trebali biste biti svjesni i toga nuspojave koji neizbežno prate radioterapiju. Činjenica je da se ćelije hematopoetskog, endokrinog i imunološkog sistema takođe brzo dijele. Negativan utjecaj na njih dovodi do znakova radijacijske bolesti.
Ubrzo nakon izvanrednog otkrića rendgenskih zraka, otkriveno je da rendgenski zraci djeluju na ljude.
Ovi podaci su dobiveni u eksperimentima na eksperimentalnim životinjama, međutim, genetičari sugeriraju da se slični efekti mogu primijeniti i na ljudsko tijelo.
Proučavanje efekata izlaganja rendgenskim zracima dovelo je do razvoja međunarodnih standarda za prihvatljive doze zračenja.
Nakon posjete rendgenskoj sali, mnogi pacijenti su zabrinuti - kako će primljena doza zračenja utjecati na njihovo zdravlje?
Doza općeg zračenja tijela ovisi o prirodi postupka. Radi praktičnosti, uporedit ćemo primljenu dozu s prirodnom izloženošću, koja prati osobu tijekom cijelog života.
Ove doze zračenja zadovoljavaju prihvatljive standarde, ali ako pacijent osjeća anksioznost prije rendgenskog snimanja, ima pravo zatražiti posebnu zaštitnu pregaču.
Svaka osoba mora se više puta podvrgnuti rendgenskom pregledu. Ali postoji pravilo - ova dijagnostička metoda ne može se prepisivati trudnicama. Embrion u razvoju je izuzetno ranjiv. X-zrake mogu uzrokovati hromozomske abnormalnosti i, kao rezultat, rađanje djece s malformacijama. Najranjivija u tom pogledu je gestacijska dob do 16 sedmica. Štaviše, najopasniji za buduću bebu je rendgenski snimak kičme, karlice i trbušne regije.
Znajući za štetan uticaj rendgenskih zraka na trudnoću, lekari izbegavaju da ga koriste na sve moguće načine tokom ovog ključnog perioda u životu žene.
Međutim, postoje sporedni izvori rendgenskih zraka:
Buduće majke treba da budu svjesne opasnosti koju predstavljaju.
Za dojilje radiodijagnostika nije opasna.
Da biste izbjegli čak i minimalne efekte izlaganja rendgenskim zracima, možete poduzeti nekoliko jednostavnih koraka:
Ali, nisu potrebne nikakve medicinske procedure ili posebne mjere za uklanjanje zračenja nakon rendgenskog snimanja!
Unatoč nesumnjivo ozbiljnim posljedicama izlaganja rendgenskim zracima, ne treba precijeniti njihovu opasnost tokom medicinskih pregleda – oni se provode samo u određenim dijelovima tijela i to vrlo brzo. Njihova korist mnogostruko premašuje rizik od ovog postupka za ljudski organizam.
Njemački fizičar W. Roentgen je 1895. godine otkrio novu, do tada nepoznatu vrstu elektromagnetnog zračenja, koja je u čast svog otkrića nazvana X-zračenje. W. Roentgen je postao autor svog otkrića u dobi od 50 godina, držeći mjesto rektora Univerziteta u Würzburgu i slovi kao jedan od najboljih eksperimentatora svog vremena. Jedan od prvih koji je pronašao tehničku primjenu za Rentgenovo otkriće bio je američki Edison. Stvorio je praktičan demonstracijski aparat i već u maju 1896. organizovao izložbu rendgenskih zraka u New Yorku, na kojoj su posjetitelji mogli gledati vlastitu ruku na svjetlećem ekranu. Nakon što je Edisonov pomoćnik umro od teških opekotina koje je zadobio od stalnih demonstracija, izumitelj je prekinuo dalje eksperimente sa rendgenskim zracima.
Rentgensko zračenje počelo se koristiti u medicini zbog svoje velike prodorne moći. U početku su se rendgenski zraci koristili za ispitivanje fraktura kostiju i lociranje stranih tijela u ljudskom tijelu. Trenutno postoji nekoliko metoda zasnovanih na rendgenskim zracima. Ali ove metode imaju svoje nedostatke: zračenje može uzrokovati duboka oštećenja kože. Čirevi koji se pojavljuju često su se pretvarali u rak. U mnogim slučajevima, prsti ili šake su morali biti amputirani. Fluoroskopija(sinonim za translucenciju) je jedna od glavnih metoda rendgenskog pregleda, koja se sastoji u dobijanju planarne pozitivne slike objekta koji se proučava na prozirnom (fluorescentnom) ekranu. Tokom fluoroskopije, subjekt se nalazi između prozirnog ekrana i rendgenske cijevi. Na modernim rendgenskim prozirnim ekranima, slika se pojavljuje u trenutku kada je rendgenska cijev uključena i nestaje odmah nakon što se isključi. Fluoroskopija omogućava proučavanje funkcije organa - pulsiranje srca, respiratorni pokreti rebara, pluća, dijafragme, peristaltika probavnog trakta itd. Fluoroskopija se koristi u liječenju bolesti želuca, gastrointestinalnog trakta, duodenuma, bolesti jetre, žučne kese i žučnih puteva. Istovremeno, medicinska sonda i manipulatori se ubacuju bez oštećenja tkiva, a radnje tokom operacije se kontrolišu fluoroskopijom i vidljive su na monitoru.
radiografija - metoda rendgenske dijagnostike sa registracijom fiksne slike na fotoosjetljivom materijalu - specijalna. fotografski film (rendgenski film) ili fotografski papir s naknadnom obradom fotografija; Kod digitalne radiografije, slika je fiksirana u memoriji računara. Izvodi se na rendgenskim dijagnostičkim uređajima - stacionarnim, ugrađenim u posebno opremljenim rendgen salama, ili mobilnim i prenosivim - uz pacijentov krevet ili u operacionoj sali. Na rendgenskim snimcima elementi struktura različitih organa prikazani su mnogo jasnije nego na fluorescentnom ekranu. Radiografija se radi u cilju otkrivanja i prevencije raznih bolesti, njen glavni cilj je da pomogne liječnicima različitih specijalnosti da pravilno i brzo postave dijagnozu. Rendgenska slika snima stanje organa ili tkiva samo u trenutku ekspozicije. Međutim, jedna radiografija bilježi samo anatomske promjene u određenom trenutku, daje statiku procesa; kroz seriju rendgenskih snimaka napravljenih u određenim intervalima moguće je proučavati dinamiku procesa, odnosno funkcionalne promjene. Tomografija. Riječ tomografija može se prevesti sa grčkog kao slice image. To znači da je svrha tomografije da dobije slojevitu sliku unutrašnje strukture predmeta proučavanja. Kompjuteriziranu tomografiju karakterizira visoka rezolucija, što omogućava razlikovanje suptilnih promjena u mekim tkivima. CT omogućava otkrivanje takvih patoloških procesa koji se ne mogu otkriti drugim metodama. Osim toga, korištenje CT-a omogućava smanjenje doze rendgenskog zračenja koje primaju pacijenti tijekom dijagnostičkog procesa.
Fluorografija- dijagnostička metoda koja vam omogućava da dobijete sliku organa i tkiva, razvijena je krajem 20. stoljeća, godinu dana nakon što su otkriveni rendgenski zraci. Na slikama se vide skleroza, fibroza, strani predmeti, neoplazme, upale koje imaju razvijeni stepen, prisustvo gasova i infiltrata u šupljinama, apscesi, ciste itd. Najčešće se radi rendgenski snimak grudnog koša koji omogućava otkrivanje tuberkuloze, malignog tumora u plućima ili prsima i drugih patologija.
Rentgenska terapija- Ovo je savremena metoda kojom se vrši lečenje određenih patologija zglobova. Glavni pravci liječenja ortopedskih bolesti ovom metodom su: Hronični. Upalni procesi zglobova (artritis, poliartritis); Degenerativni (osteoartritis, osteohondroza, deformirajuća spondiloza). Svrha radioterapije je inhibicija vitalne aktivnosti stanica patološki izmijenjenih tkiva ili njihovo potpuno uništenje. Kod netumorskih bolesti, rendgenska terapija je usmjerena na suzbijanje upalne reakcije, inhibiciju proliferativnih procesa, smanjenje osjetljivosti na bol i sekretornu aktivnost žlijezda. Treba imati na umu da su na rendgenske zrake najosjetljivije polne žlijezde, hematopoetski organi, leukociti i maligne tumorske ćelije. Doza zračenja u svakom slučaju određuje se pojedinačno.
Za otkriće rendgenskih zraka, Rentgen je 1901. godine dobio prvu Nobelovu nagradu za fiziku, a Nobelov komitet je naglasio praktičnu važnost njegovog otkrića.
Dakle, rendgenski zraci su nevidljivo elektromagnetno zračenje sa talasnom dužinom od 105 - 102 nm. X-zrake mogu prodrijeti u neke materijale koji su neprozirni za vidljivu svjetlost. Emituju se prilikom usporavanja brzih elektrona u materiji (neprekidni spektar) i tokom prelaza elektrona sa spoljašnjih elektronskih omotača atoma na unutrašnje (linearni spektar). Izvori rendgenskog zračenja su: rendgenska cijev, neki radioaktivni izotopi, akceleratori i akumulatori elektrona (sinhrotronsko zračenje). Prijemnici - film, luminescentni ekrani, detektori nuklearnog zračenja. X-zrake se koriste u analizi difrakcije rendgenskih zraka, medicini, detekciji mana, rendgenskoj spektralnoj analizi itd.
Savremena medicinska dijagnostika i liječenje određenih bolesti ne mogu se zamisliti bez uređaja koji koriste svojstva rendgenskih zraka. Otkriće rendgenskih zraka dogodilo se prije više od 100 godina, ali i sada se nastavlja rad na stvaranju novih metoda i aparata za smanjenje negativnog utjecaja zračenja na ljudski organizam.
U prirodnim uslovima, fluks rendgenskih zraka je rijedak i emituju ga samo određeni radioaktivni izotopi. X-zrake ili X-zrake otkrio je tek 1895. njemački naučnik Wilhelm Röntgen. Ovo otkriće dogodilo se slučajno, tokom eksperimenta proučavanja ponašanja svjetlosnih zraka u uslovima koji se približavaju vakuumu. Eksperiment je uključivao katodnu gasnu cijev sa smanjenim pritiskom i fluorescentni ekran, koji je svaki put počeo svijetliti u trenutku kada je cijev počela djelovati.
Zainteresovan za čudan efekat, Roentgen je sproveo niz studija koje pokazuju da je nastalo zračenje, nevidljivo oku, u stanju da prodre kroz razne prepreke: papir, drvo, staklo, neke metale, pa čak i kroz ljudsko telo. Unatoč nedostatku razumijevanja same prirode onoga što se događa, da li je takav fenomen uzrokovan stvaranjem struje nepoznatih čestica ili valova, zabilježen je sljedeći obrazac - zračenje lako prolazi kroz meka tkiva tijela, a mnogo teže kroz čvrsta živa tkiva i nežive supstance.
Rentgen nije bio prvi koji je proučavao ovaj fenomen. Sredinom 19. stoljeća, Francuz Antoine Mason i Englez William Crookes proučavali su slične mogućnosti. Međutim, upravo je Roentgen prvi izumio katodnu cijev i indikator koji bi se mogao koristiti u medicini. Prvi je objavio naučni rad, koji mu je doneo titulu prvog nobelovca među fizičarima.
Godine 1901. započela je plodna saradnja između tri naučnika, koji su postali osnivači radiologije i radiologije.
X-zraci su komponenta ukupni spektar elektromagnetnog zračenja. Talasna dužina je između gama i ultraljubičastih zraka. X-zrake imaju sva uobičajena svojstva talasa:
Za umjetno stvaranje rendgenskog fluksa koriste se posebni uređaji - rendgenske cijevi. Rentgensko zračenje nastaje kontaktom brzih volframovih elektrona sa supstancama koje isparavaju iz vruće anode. Na pozadini interakcije nastaju elektromagnetni talasi kratke dužine, koji su u spektru od 100 do 0,01 nm i u energetskom opsegu od 100-0,1 MeV. Ako je valna duljina zraka manja od 0,2 nm - to je tvrdo zračenje, ako je valna duljina veća od navedene vrijednosti, nazivaju se meki rendgenski zraci.
Značajno je da se kinetička energija koja nastaje kontaktom elektrona i anodne supstance 99% pretvara u toplotnu energiju, a samo 1% je rendgensko zračenje.
X-zračenje je superpozicija dvije vrste zraka - kočnog i karakterističnog. One se generišu u slušalici istovremeno. Dakle, rendgensko zračenje i karakteristika svake određene rendgenske cijevi – spektar njenog zračenja, ovisi o ovim pokazateljima, i predstavlja njihovu superpoziciju.
Kočno ili kontinuirano X-zrake rezultat su usporavanja elektrona koji isparavaju iz volframove niti.
Karakteristične ili linijske rendgenske zrake nastaju u trenutku preuređenja atoma tvari anode rendgenske cijevi. Talasna dužina karakterističnih zraka direktno ovisi o atomskom broju kemijskog elementa koji se koristi za izradu anode cijevi.
Navedena svojstva rendgenskih zraka omogućavaju im upotrebu u praksi:
Svojstvo rendgenskih zraka na kojem se zasniva slikanje je sposobnost da se razgrađuju ili uzrokuju sjaj nekih tvari.
Rentgensko zračenje izaziva fluorescentni sjaj u kadmiju i cink sulfidima - zeleni, au kalcijum volframatu - plavi. Ovo svojstvo se koristi u tehnici medicinske transiluminacije rendgenskih zraka, a također povećava funkcionalnost rendgenskih ekrana.
Fotohemijski efekat rendgenskih zraka na materijale srebrnog halogenida (osvetljenje) osetljive na svetlost omogućava provođenje dijagnostike – pravljenje rendgenskih snimaka. Ovo svojstvo se također koristi za mjerenje količine ukupne doze koju laboratorijski asistenti primaju u rendgenskim sobama. Nosivi dozimetri imaju posebne osjetljive trake i indikatore. Jonizujući efekat rendgenskog zračenja omogućava određivanje kvalitativnih karakteristika dobijenih rendgenskih zraka.
Jedno izlaganje konvencionalnim rendgenskim zracima povećava rizik od raka za samo 0,001%.
Upotreba rendgenskih zraka je prihvatljiva u sljedećim industrijama:
Glavna primjena rendgenskih zraka je u oblasti medicine. Danas sekcija medicinske radiologije obuhvata: radiodijagnostiku, radioterapiju (rentgensku terapiju), radiohirurgiju. Medicinski univerziteti proizvode visoko specijalizirane specijaliste - radiologe.
Velika prodorna moć i jonizujući učinak rendgenskih zraka mogu uzrokovati promjenu strukture DNK stanice, pa je opasan za ljude. Šteta od rendgenskog zračenja direktno je proporcionalna primljenoj dozi zračenja. Različiti organi reaguju na zračenje u različitom stepenu. Najosjetljiviji uključuju:
Nekontrolirana upotreba rendgenskog zračenja može uzrokovati reverzibilne i ireverzibilne patologije.
Posljedice izlaganja rendgenskim zracima:
Bitan! Za razliku od radioaktivnih supstanci, rendgenski zraci se ne akumuliraju u tkivima tijela, što znači da nema potrebe za uklanjanjem rendgenskih zraka iz tijela. Štetno djelovanje rendgenskih zraka prestaje kada se medicinski uređaj isključi.
Upotreba rendgenskih zraka u medicini dopuštena je ne samo u dijagnostičke (traumatologija, stomatologija), već i u terapeutske svrhe:
Radiodijagnostika uključuje sljedeće metode:
Rentgenska terapija se odnosi na lokalne metode liječenja. Najčešće se metoda koristi za uništavanje stanica raka. Budući da je učinak izlaganja usporediv s kirurškim uklanjanjem, ova metoda liječenja se često naziva radiohirurgija.
Danas se rendgensko liječenje provodi na sljedeće načine:
Ove metode su nježne, a njihova upotreba je u nekim slučajevima poželjnija od kemoterapije. Takva popularnost je zbog činjenice da se zraci ne akumuliraju i ne zahtijevaju uklanjanje iz tijela, imaju selektivni učinak, bez utjecaja na druge stanice i tkiva.
Ovaj pokazatelj norme dopuštene godišnje izloženosti ima svoje ime - genetski značajna ekvivalentna doza (GED). Ne postoje jasne kvantitativne vrijednosti za ovaj indikator.
Danas su na snazi sljedeći prosječni GZD standardi:
Rentgensko zračenje ne zahtijeva izlučivanje iz organizma, a opasno je samo u slučaju intenzivnog i dugotrajnog izlaganja. Moderna medicinska oprema koristi niskoenergetsko zračenje kratkog trajanja, pa se njena upotreba smatra relativno bezopasnom.
Iako su naučnici otkrili učinak rendgenskih zraka tek od 1890-ih, upotreba rendgenskih zraka u medicini za ovu prirodnu silu je brzo prošla. Danas se, za dobrobit čovječanstva, rendgensko elektromagnetno zračenje koristi u medicini, akademiji i industriji, kao i za proizvodnju električne energije.
Osim toga, zračenje ima korisne primjene u područjima kao što su poljoprivreda, arheologija, svemir, provođenje zakona, geologija (uključujući rudarstvo) i mnoge druge aktivnosti, čak se i automobili razvijaju koristeći fenomen nuklearne fisije.
U zdravstvenim ustanovama, liječnici i stomatolozi koriste različite nuklearne materijale i postupke za dijagnosticiranje, praćenje i liječenje širokog spektra metaboličkih procesa i bolesti u ljudskom tijelu. Kao rezultat toga, medicinske procedure koje koriste zrake spasile su hiljade života identifikacijom i liječenjem stanja u rasponu od preaktivne štitne žlijezde do raka kostiju.
Najčešći od ovih medicinskih postupaka uključuje korištenje zraka koje mogu proći kroz našu kožu. Kada se slika napravi, naše kosti i druge strukture kao da bacaju senke jer su gušće od naše kože, a te se senke mogu detektovati na filmu ili na ekranu monitora. Efekt je sličan stavljanju olovke između komada papira i svjetla. Sjena od olovke bit će vidljiva na listu papira. Razlika je u tome što su zraci nevidljivi, pa je potreban element za snimanje, nešto poput fotografskog filma. Ovo omogućava liječnicima i stomatolozima da procijene primjenu rendgenskih zraka uočavajući slomljene kosti ili zubne probleme.
Upotreba rendgenskog zračenja na ciljani način u medicinske svrhe, ne samo za otkrivanje oštećenja. Kada se koristi posebno, ima za cilj da ubije kancerogeno tkivo, smanji veličinu tumora ili ublaži bol. Na primjer, radioaktivni jod (posebno jod-131) se često koristi za liječenje raka štitnjače, stanja od kojeg pate mnogi ljudi.
Uređaji koji koriste ovo svojstvo takođe su povezani sa računarima i skeniranjem, koji se nazivaju: kompjuterizovana aksijalna tomografija ili kompjuterska tomografija.
Ovi instrumenti pružaju doktorima sliku u boji koja pokazuje obrise i detalje unutrašnjih organa. Ovo pomaže liječnicima da otkriju i identificiraju tumore, abnormalnu veličinu ili druge fiziološke ili funkcionalne probleme organa.
Osim toga, bolnice i radiološki centri obavljaju milione zahvata godišnje. U takvim postupcima, doktori ispuštaju blago radioaktivne supstance u tijelo pacijenata kako bi pregledali određene unutrašnje organe, kao što su gušterača, bubrezi, štitnjača, jetra ili mozak, kako bi dijagnosticirali klinička stanja.
