Bei der Erforschung und praktischen Anwendung atomarer Phänomene spielen Röntgenstrahlen eine der wichtigsten Rollen. Dank ihrer Forschung wurden viele Entdeckungen gemacht und Methoden zur Analyse von Substanzen entwickelt, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Hier betrachten wir eine der Arten von Röntgenstrahlen – charakteristisch Röntgenstrahlung.
Röntgenstrahlung ist eine hochfrequente Zustandsänderung des elektromagnetischen Feldes, die sich im Weltraum mit einer Geschwindigkeit von etwa 300.000 km/s ausbreitet, also elektromagnetische Wellen. Auf der Skala der elektromagnetischen Strahlung liegen Röntgenstrahlen im Wellenlängenbereich von etwa 10 -8 bis 5∙10 -12 Metern und sind damit mehrere Größenordnungen kürzer als optische Wellen. Dies entspricht Frequenzen von 3∙10 16 bis 6∙10 19 Hz und Energien von 10 eV bis 250 keV oder 1,6∙10 -18 bis 4∙10 -14 J. Es ist zu beachten, dass die Grenzen der Frequenzbereiche von elektromagnetische Strahlung sind aufgrund ihrer Überlappung recht willkürlich.
Ist die Wechselwirkung beschleunigter geladener Teilchen (Hochenergieelektronen) mit elektrischen und magnetischen Feldern sowie mit Materieatomen.
Röntgenphotonen zeichnen sich durch hohe Energien und hohe Durchdringungs- und Ionisierungskräfte aus, insbesondere für harte Röntgenstrahlen mit Wellenlängen unter 1 Nanometer (10 -9 m).
Röntgenstrahlen interagieren mit Materie und ionisieren ihre Atome in den Prozessen des photoelektrischen Effekts (Photoabsorption) und der inkohärenten (Compton) Streuung. Bei der Photoabsorption überträgt ein Röntgenphoton, das von einem Elektron eines Atoms absorbiert wird, Energie auf dieses. Übersteigt sein Wert die Bindungsenergie eines Elektrons in einem Atom, verlässt es das Atom. Compton-Streuung ist charakteristisch für härtere (energetische) Röntgenphotonen. Ein Teil der Energie des absorbierten Photons wird für die Ionisierung aufgewendet; in diesem Fall wird in einem bestimmten Winkel zur Richtung des Primärphotons ein Sekundärphoton mit einer niedrigeren Frequenz emittiert.
Zur Erzeugung von Strahlen werden Glasvakuumzylinder mit darin befindlichen Elektroden verwendet. Der Potentialunterschied zwischen den Elektroden muss sehr hoch sein – bis zu Hunderten von Kilovolt. An der durch Strom erhitzten Wolframkathode kommt es zu thermionischer Emission, d. h. es werden Elektronen emittiert, die, beschleunigt durch die Potentialdifferenz, die Anode bombardieren. Durch ihre Wechselwirkung mit den Atomen der Anode (manchmal auch Antikathode genannt) entstehen Röntgenphotonen.
Je nachdem, welcher Prozess zur Entstehung eines Photons führt, werden Arten von Röntgenstrahlung unterschieden: Bremsstrahlung und charakteristische.
Elektronen können beim Auftreffen auf die Anode abgebremst werden, das heißt, sie verlieren Energie in den elektrischen Feldern ihrer Atome. Diese Energie wird in Form von Röntgenphotonen emittiert. Diese Art von Strahlung wird Bremsstrahlung genannt.
Es ist klar, dass die Bremsbedingungen für einzelne Elektronen unterschiedlich sein werden. Das bedeutet, dass unterschiedliche Mengen ihrer kinetischen Energie in Röntgenstrahlung umgewandelt werden. Infolgedessen umfasst Bremsstrahlung Photonen unterschiedlicher Frequenz und dementsprechend Wellenlänge. Daher ist sein Spektrum kontinuierlich (kontinuierlich). Aus diesem Grund wird es manchmal auch als „weiße“ Röntgenstrahlung bezeichnet.
Die Energie eines Bremsstrahlungsphotons kann die kinetische Energie des es erzeugenden Elektrons nicht überschreiten, daher entspricht die maximale Frequenz (und kürzeste Wellenlänge) der Bremsstrahlung dem höchsten Wert der kinetischen Energie der auf die Anode einfallenden Elektronen. Letzteres hängt von der an den Elektroden anliegenden Potentialdifferenz ab.
Es gibt eine andere Art von Röntgenstrahlung, deren Quelle ein anderer Prozess ist. Diese Strahlung wird charakteristische Strahlung genannt, und wir werden näher darauf eingehen.
Sobald ein schnelles Elektron die Antikathode erreicht hat, kann es in das Innere des Atoms eindringen und ein Elektron aus einem der unteren Orbitale herausschlagen, d. h. ihm Energie übertragen, die ausreicht, um die Potentialbarriere zu überwinden. Wenn jedoch in dem von Elektronen besetzten Atom höhere Energieniveaus vorhanden sind, bleibt der frei gewordene Raum nicht leer.
Man muss bedenken, dass die elektronische Struktur des Atoms, wie jedes Energiesystem, dazu neigt, die Energie zu minimieren. Die durch das Herausschlagen entstandene Lücke wird mit einem Elektron aus einem der höheren Niveaus aufgefüllt. Seine Energie ist höher und auf einem niedrigeren Niveau emittiert es den Überschuss in Form eines Quantums charakteristischer Röntgenstrahlung.
Die elektronische Struktur eines Atoms ist eine diskrete Menge möglicher Energiezustände von Elektronen. Daher können die beim Austausch von Elektronenlücken emittierten Röntgenphotonen auch nur streng definierte Energiewerte haben, die den Niveauunterschied widerspiegeln. Dadurch weist die charakteristische Röntgenstrahlung ein Spektrum auf, das nicht kontinuierlich, sondern linienförmig ist. Dieses Spektrum ermöglicht es, die Substanz der Anode zu charakterisieren – daher der Name dieser Strahlen. Dank der spektralen Unterschiede ist klar, was unter Bremsstrahlung und charakteristischer Röntgenstrahlung zu verstehen ist.
Manchmal wird die überschüssige Energie nicht vom Atom abgegeben, sondern für das Herausschlagen des dritten Elektrons aufgewendet. Dieser Prozess – der sogenannte Auger-Effekt – tritt eher auf, wenn die Elektronenbindungsenergie 1 keV nicht überschreitet. Die Energie des freigesetzten Auger-Elektrons hängt von der Struktur der Energieniveaus des Atoms ab, daher sind auch die Spektren solcher Elektronen diskreter Natur.
Im Röntgenspektralbild sind schmale charakteristische Linien sowie ein kontinuierliches Bremsstrahlungsspektrum vorhanden. Wenn wir uns das Spektrum als Diagramm der Intensität gegenüber der Wellenlänge (Frequenz) vorstellen, werden wir an den Stellen der Linien scharfe Spitzen sehen. Ihre Position hängt vom Anodenmaterial ab. Diese Maxima sind bei jeder Potentialdifferenz vorhanden – wenn Röntgenstrahlung vorhanden ist, gibt es immer auch Spitzen. Mit zunehmender Spannung an den Röhrenelektroden nimmt die Intensität sowohl der kontinuierlichen als auch der charakteristischen Röntgenstrahlung zu, die Lage der Peaks und das Verhältnis ihrer Intensitäten ändern sich jedoch nicht.
Die Peaks in den Röntgenspektren haben unabhängig vom Material der von Elektronen bestrahlten Antikathode das gleiche Aussehen, liegen jedoch bei unterschiedlichen Materialien bei unterschiedlichen Frequenzen und vereinigen sich aufgrund der Nähe der Frequenzwerte zu einer Reihe. Zwischen den Serien selbst ist der Frequenzunterschied viel größer. Die Art der Maxima hängt in keiner Weise davon ab, ob das Anodenmaterial ein reines chemisches Element oder ein komplexer Stoff ist. Im letzteren Fall überlagern sich einfach die charakteristischen Röntgenspektren seiner Bestandteile.
Mit zunehmender Ordnungszahl eines chemischen Elements verschieben sich alle Linien seines Röntgenspektrums zu höheren Frequenzen. Das Spektrum behält sein Aussehen.
Das Phänomen der spektralen Verschiebung charakteristischer Linien wurde 1913 vom englischen Physiker Henry Moseley experimentell entdeckt. Dies ermöglichte ihm, die Frequenzen der Spektrumsmaxima mit den Seriennummern chemischer Elemente zu verknüpfen. Somit lässt sich die Wellenlänge der charakteristischen Röntgenstrahlung, wie sich herausstellte, eindeutig einem bestimmten Element zuordnen. Im Allgemeinen kann das Gesetz von Moseley wie folgt geschrieben werden: √f = (Z – S n)/n√R, wobei f die Frequenz, Z die Seriennummer des Elements, S n die Abschirmungskonstante und n ist Hauptquantenzahl und R ist die Rydberg-Konstante. Diese Abhängigkeit ist linear und sieht im Moseley-Diagramm für jeden Wert von n wie eine Reihe gerader Linien aus.
Die n-Werte entsprechen einzelnen Serien charakteristischer Röntgenemissionspeaks. Das Gesetz von Moseley ermöglicht es, die Seriennummer eines von harten Elektronen bestrahlten chemischen Elements anhand der gemessenen Wellenlängen (sie hängen eindeutig mit den Frequenzen zusammen) der Maxima des Röntgenspektrums zu bestimmen.
Der Aufbau der elektronischen Hüllen chemischer Elemente ist identisch. Dies wird durch die Monotonie der Verschiebungsänderung im charakteristischen Spektrum der Röntgenstrahlung angezeigt. Die Frequenzverschiebung spiegelt nicht strukturelle, sondern energetische Unterschiede zwischen Elektronenhüllen wider, die für jedes Element einzigartig sind.
Es gibt geringfügige Abweichungen von der strengen linearen Beziehung, die im Moseley-Gesetz ausgedrückt wird. Sie hängen zum einen mit den Besonderheiten der Reihenfolge der Füllung der Elektronenhüllen einiger Elemente und zum anderen mit den relativistischen Effekten der Elektronenbewegung schwerer Atome zusammen. Wenn sich außerdem die Anzahl der Neutronen im Kern ändert (die sogenannte Isotopenverschiebung), kann sich die Position der Linien geringfügig ändern. Dieser Effekt ermöglichte es, die Atomstruktur im Detail zu untersuchen.
Die Bedeutung des Gesetzes von Moseley ist äußerst groß. Seine konsequente Anwendung auf die Elemente von Mendeleevs Periodensystem etablierte ein Muster der Erhöhung der Ordnungszahl entsprechend jeder kleinen Verschiebung der charakteristischen Maxima. Dies trug zur Klärung der Frage nach der physikalischen Bedeutung der Ordnungszahl der Elemente bei. Der Z-Wert ist nicht nur eine Zahl: Er ist die positive elektrische Ladung des Kerns, also die Summe der positiven Einheitsladungen der Teilchen, aus denen er besteht. Die korrekte Platzierung von Elementen in der Tabelle und das Vorhandensein leerer Positionen darin (die existierten damals noch) erhielten eine starke Bestätigung. Die Gültigkeit des periodischen Gesetzes wurde bewiesen.
Darüber hinaus wurde das Moseley-Gesetz zur Grundlage, auf der eine ganze Richtung der experimentellen Forschung entstand – die Röntgenspektrometrie.
Erinnern wir uns kurz daran, wie die Elektronenstruktur aufgebaut ist: Sie besteht aus Schalen, die mit den Buchstaben K, L, M, N, O, P, Q oder Zahlen von 1 bis 7 bezeichnet werden. Elektronen innerhalb der Schale werden durch das gleiche Hauptquantum charakterisiert Zahl n, die die möglichen Energiewerte bestimmt. In den Außenschalen ist die Elektronenenergie höher und das Ionisierungspotential für die Außenelektronen entsprechend geringer.
Die Schale umfasst eine oder mehrere Unterebenen: s, p, d, f, g, h, i. In jeder Hülle erhöht sich die Anzahl der Unterebenen im Vergleich zur vorherigen um eins. Die Anzahl der Elektronen in jeder Unterebene und in jeder Schale kann einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Sie zeichnen sich neben der Hauptquantenzahl durch den gleichen Wert der orbitalen Elektronenwolke aus, der die Form bestimmt. Unterebenen werden durch die Shell bezeichnet, zu der sie gehören, zum Beispiel 2s, 4d usw.
Die Unterebene enthält zusätzlich zu den Haupt- und Orbitalquanten eine weitere Quantenzahl – die magnetische, die die Projektion des Orbitalimpulses des Elektrons auf die Richtung des Magnetfelds bestimmt. Ein Orbital kann nicht mehr als zwei Elektronen haben, die sich im Wert der vierten Quantenzahl – dem Spin – unterscheiden.
Betrachten wir genauer, wie charakteristische Röntgenstrahlung entsteht. Da der Ursprung dieser Art elektromagnetischer Emission mit Phänomenen im Inneren des Atoms zusammenhängt, ist es am bequemsten, sie präzise durch die Annäherung an elektronische Konfigurationen zu beschreiben.
Die Ursache dieser Strahlung ist also die Bildung von Elektronenleerstellen in den inneren Schalen, die durch das Eindringen energiereicher Elektronen tief in das Atom verursacht werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein hartes Elektron interagiert, steigt mit der Dichte der Elektronenwolken. Daher treten Kollisionen am wahrscheinlichsten innerhalb dicht gepackter Innenschalen auf, beispielsweise der untersten K-Schale. Dabei wird das Atom ionisiert und es entsteht eine Lücke in der 1s-Schale.
Diese Lücke wird durch ein Elektron aus der Hülle mit höherer Energie gefüllt, dessen Überschuss vom Röntgenphoton abtransportiert wird. Dieses Elektron kann von der zweiten Schale L, von der dritten Schale M usw. „fallen“. So entsteht eine charakteristische Reihe, in diesem Beispiel die K-Reihe. Einen Hinweis darauf, woher das Elektron stammt, das die Lücke füllt, ist ein griechischer Index in der Serienbezeichnung. „Alpha“ bedeutet, dass es aus der L-Shell stammt, „Beta“ bedeutet, dass es aus der M-Shell stammt. Derzeit besteht die Tendenz, die griechischen Buchstabenindizes durch die lateinischen zur Bezeichnung von Muscheln zu ersetzen.
Die Intensität der Alpha-Linie in der Reihe ist immer am höchsten – das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, eine freie Stelle aus einer benachbarten Hülle zu besetzen, am höchsten ist.
Jetzt können wir die Frage beantworten, was die maximale Energie eines Quants charakteristischer Röntgenstrahlung ist. Sie wird durch den Unterschied in den Energiewerten der Niveaus bestimmt, zwischen denen der Elektronenübergang stattfindet, gemäß der Formel E = E n 2 - E n 1, wobei E n 2 und E n 1 die Energien des Elektrons sind Zustände, zwischen denen der Übergang stattgefunden hat. Der höchste Wert dieses Parameters wird durch Übergänge der K-Reihe von den höchsten Atomniveaus schwerer Elemente erreicht. Aber die Intensität dieser Linien (die Höhe der Spitzen) ist am geringsten, da sie am unwahrscheinlichsten sind.
Wenn ein hartes Elektron aufgrund unzureichender Spannung an den Elektroden das K-Niveau nicht erreichen kann, bildet es eine Lücke auf dem L-Niveau und es entsteht eine weniger energiereiche L-Reihe mit längeren Wellenlängen. Nachfolgende Serien entstehen auf ähnliche Weise.
Darüber hinaus erscheint bei der Besetzung einer Stelle aufgrund einer elektronischen Übertragung eine neue Stelle in der darüber liegenden Hülle. Damit sind die Voraussetzungen für die Generierung der nächsten Serie geschaffen. Elektronenlücken wandern von Ebene zu Ebene höher und das Atom emittiert eine Kaskade charakteristischer Spektralreihen, während es ionisiert bleibt.
Atomröntgenspektren charakteristischer Röntgenstrahlung zeichnen sich durch eine Feinstruktur aus, die sich wie bei optischen Spektren in Linienaufspaltung äußert.
Die Feinstruktur beruht auf der Tatsache, dass das Energieniveau – die Elektronenhülle – aus einer Reihe eng beieinander liegender Komponenten – Unterschalen – besteht. Um die Unterschalen zu charakterisieren, wird eine weitere interne Quantenzahl j eingeführt, die die Wechselwirkung des eigenen und orbitalen magnetischen Moments des Elektrons widerspiegelt.
Durch den Einfluss der Spin-Bahn-Wechselwirkung wird die Energiestruktur des Atoms komplexer und die charakteristische Röntgenstrahlung weist dadurch ein Spektrum auf, das durch Spaltlinien mit sehr eng beieinander liegenden Elementen gekennzeichnet ist.
Elemente feiner Struktur werden üblicherweise durch zusätzliche digitale Indizes gekennzeichnet.
Charakteristische Röntgenstrahlung weist ein Merkmal auf, das sich nur in der Feinstruktur des Spektrums widerspiegelt. Der Übergang eines Elektrons auf ein niedrigeres Energieniveau erfolgt nicht von der unteren Unterschale des höheren Niveaus. Die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ereignisses ist vernachlässigbar.
Aufgrund ihrer durch das Moseley-Gesetz beschriebenen Eigenschaften liegt diese Strahlung verschiedenen röntgenspektralen Methoden zur Analyse von Substanzen zugrunde. Bei der Analyse des Röntgenspektrums werden entweder Strahlungsbeugung an Kristallen (wellendispersive Methode) oder Detektoren verwendet, die auf die Energie absorbierter Röntgenphotonen reagieren (energiedispersive Methode). Die meisten Elektronenmikroskope sind mit Aufsätzen für die Röntgenspektrometrie ausgestattet.
Besonders genau ist die wellendispersive Spektrometrie. Mithilfe spezieller Filter werden die intensivsten Spitzen im Spektrum hervorgehoben, wodurch eine nahezu monochromatische Strahlung mit genau bekannter Frequenz erhalten werden kann. Das Anodenmaterial wird sehr sorgfältig ausgewählt, um sicherzustellen, dass ein monochromatischer Strahl der gewünschten Frequenz entsteht. Seine Beugung am Kristallgitter der untersuchten Substanz ermöglicht es, die Gitterstruktur mit großer Genauigkeit zu untersuchen. Diese Methode wird auch bei der Untersuchung von DNA und anderen komplexen Molekülen verwendet.
Eine Besonderheit der charakteristischen Röntgenstrahlung wird auch in der Gammaspektrometrie berücksichtigt. Dies ist ein charakteristischer Peak hoher Intensität. Gammaspektrometer verwenden eine Bleiabschirmung gegen externe Hintergrundstrahlung, die die Messungen stört. Aber Blei, das Gammastrahlen absorbiert, erfährt eine innere Ionisierung, wodurch es aktiv im Röntgenbereich emittiert. Um die intensiven Spitzen der charakteristischen Röntgenstrahlung von Blei zu absorbieren, wird eine zusätzliche Cadmiumabschirmung verwendet. Es ist wiederum ionisiert und sendet ebenfalls Röntgenstrahlung aus. Um die charakteristischen Cadmiumspitzen zu neutralisieren, wird eine dritte Abschirmschicht verwendet – Kupfer, deren Röntgenmaxima außerhalb des Betriebsfrequenzbereichs des Gammaspektrometers liegen.
Die Spektrometrie nutzt sowohl Bremsstrahlung als auch charakteristische Röntgenstrahlung. Bei der Analyse von Stoffen werden daher die Absorptionsspektren kontinuierlicher Röntgenstrahlung verschiedener Stoffe untersucht.
Die Entdeckung und Verdienste bei der Erforschung der grundlegenden Eigenschaften von Röntgenstrahlen gehören zu Recht dem deutschen Wissenschaftler Wilhelm Conrad Röntgen. Die erstaunlichen Eigenschaften der von ihm entdeckten Röntgenstrahlen stießen in der wissenschaftlichen Welt sofort auf große Resonanz. Allerdings konnte sich der Wissenschaftler damals, im Jahr 1895, kaum vorstellen, welche Vorteile und manchmal auch Schäden Röntgenstrahlung mit sich bringen könnte.
Lassen Sie uns in diesem Artikel herausfinden, wie sich diese Art von Strahlung auf die menschliche Gesundheit auswirkt.
Die erste Frage, die den Forscher interessierte, war: Was ist Röntgenstrahlung? Durch eine Reihe von Experimenten konnte nachgewiesen werden, dass es sich um elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 10 -8 cm handelt, die eine Zwischenstellung zwischen Ultraviolett- und Gammastrahlung einnimmt.
All diese Aspekte der zerstörerischen Wirkung der geheimnisvollen Röntgenstrahlen schließen überraschend weitreichende Aspekte ihrer Anwendung keineswegs aus. Wo wird Röntgenstrahlung eingesetzt?
Die wichtigsten Anwendungen der Röntgenstrahlung werden durch die sehr kurzen Wellenlängen dieser Wellen und ihre einzigartigen Eigenschaften ermöglicht.
Da wir uns für die Wirkung von Röntgenstrahlung auf Menschen interessieren, die ihr nur während einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung begegnen, werden wir im Folgenden nur diesen Anwendungsbereich von Röntgenstrahlen betrachten.
Trotz der besonderen Bedeutung seiner Entdeckung hat Röntgen ihre Verwendung nicht patentieren lassen, was sie zu einem unschätzbaren Geschenk für die gesamte Menschheit macht. Bereits im Ersten Weltkrieg wurden Röntgengeräte eingesetzt, die eine schnelle und genaue Diagnose der Verwundeten ermöglichten. Nun können wir zwei Hauptanwendungsgebiete von Röntgenstrahlen in der Medizin unterscheiden:
Die Röntgendiagnostik wird auf verschiedene Arten eingesetzt:
Schauen wir uns die Unterschiede zwischen diesen Methoden an.
Alle diese Diagnosemethoden basieren auf der Fähigkeit der Röntgenstrahlen, Fotofilme zu beleuchten, und auf ihrer unterschiedlichen Durchlässigkeit für Gewebe und Knochenskelett.
Die Fähigkeit von Röntgenstrahlen, eine biologische Wirkung auf Gewebe auszuüben, wird in der Medizin zur Behandlung von Tumoren genutzt. Die ionisierende Wirkung dieser Strahlung zeigt sich am aktivsten in ihrer Wirkung auf sich schnell teilende Zellen, bei denen es sich um Zellen bösartiger Tumoren handelt.
Sie sollten jedoch auch darüber Bescheid wissen Nebenwirkungen, zwangsläufig begleitend zur Strahlentherapie. Tatsache ist, dass sich auch Zellen des hämatopoetischen, endokrinen und Immunsystems schnell teilen. Negative Auswirkungen auf sie führen zu Anzeichen einer Strahlenkrankheit.
Bald nach der bemerkenswerten Entdeckung der Röntgenstrahlen wurde entdeckt, dass Röntgenstrahlen eine Wirkung auf den Menschen haben.
Diese Daten stammen aus Experimenten an Versuchstieren. Genetiker gehen jedoch davon aus, dass sich ähnliche Folgen auch auf den menschlichen Körper auswirken können.
Durch die Untersuchung der Auswirkungen der Röntgenstrahlung konnten internationale Standards für zulässige Strahlendosen entwickelt werden.
Nach dem Besuch im Röntgenraum machen sich viele Patienten Sorgen darüber, welche Auswirkungen die empfangene Strahlendosis auf ihre Gesundheit haben wird.
Die Dosis der Ganzkörperstrahlung hängt von der Art des durchgeführten Eingriffs ab. Der Einfachheit halber vergleichen wir die empfangene Dosis mit der natürlichen Strahlung, die einen Menschen sein ganzes Leben lang begleitet.
Diese Strahlendosen entsprechen akzeptablen Standards, aber wenn der Patient vor einer Röntgenaufnahme Angst verspürt, hat er das Recht, eine spezielle Schutzschürze zu verlangen.
Jeder Mensch ist gezwungen, sich mehr als einmal einer Röntgenuntersuchung zu unterziehen. Es gibt jedoch eine Regel: Diese Diagnosemethode kann schwangeren Frauen nicht verschrieben werden. Der sich entwickelnde Embryo ist äußerst gefährdet. Röntgenstrahlen können Chromosomenanomalien und in der Folge die Geburt von Kindern mit Entwicklungsstörungen verursachen. Der anfälligste Zeitraum in dieser Hinsicht ist die Schwangerschaft bis zur 16. Woche. Darüber hinaus sind Röntgenaufnahmen der Wirbelsäule, des Beckens und des Bauchbereichs für das ungeborene Kind am gefährlichsten.
Ärzte wissen um die schädlichen Auswirkungen von Röntgenstrahlung auf die Schwangerschaft und vermeiden den Einsatz dieser Strahlung in dieser wichtigen Phase im Leben einer Frau auf jede erdenkliche Weise.
Allerdings gibt es auch Nebenquellen der Röntgenstrahlung:
Werdende Mütter sollten sich der von ihnen ausgehenden Gefahr bewusst sein.
Für stillende Mütter ist die Röntgendiagnostik ungefährlich.
Um selbst minimale Auswirkungen der Röntgenstrahlung zu vermeiden, können Sie einige einfache Schritte unternehmen:
Es sind jedoch keine medizinischen Eingriffe oder besonderen Maßnahmen erforderlich, um die Strahlung nach einer Röntgenaufnahme zu entfernen!
Trotz der zweifellos schwerwiegenden Folgen einer Röntgenstrahlung sollte deren Gefährlichkeit bei medizinischen Untersuchungen nicht überschätzt werden – sie werden nur an bestimmten Körperstellen und sehr schnell durchgeführt. Ihr Nutzen übersteigt das Risiko dieses Verfahrens für den menschlichen Körper um ein Vielfaches.
Im Jahr 1895 entdeckte der deutsche Physiker W. Röntgen eine neue, bisher unbekannte Art elektromagnetischer Strahlung, die zu Ehren ihres Entdeckers den Namen Röntgenstrahlung erhielt. V. Röntgen wurde im Alter von 50 Jahren zum Autor seiner Entdeckung, war Rektor der Universität Würzburg und galt als einer der besten Experimentatoren seiner Zeit. Einer der ersten, der die Entdeckung der Röntgenstrahlung technisch umsetzte, war der Amerikaner Edison. Er schuf einen praktischen Demonstrationsapparat und organisierte bereits im Mai 1896 eine Röntgenausstellung in New York, bei der Besucher ihre eigene Hand auf einem Leuchtschirm untersuchen konnten. Nachdem Edisons Assistent an den schweren Verbrennungen starb, die er sich bei ständigen Vorführungen zugezogen hatte, stoppte der Erfinder weitere Experimente mit Röntgenstrahlen.
Aufgrund ihrer hohen Durchdringungskraft wurde Röntgenstrahlung erstmals in der Medizin eingesetzt. Ursprünglich wurden Röntgenstrahlen zur Untersuchung von Knochenbrüchen und zur Lokalisierung von Fremdkörpern im menschlichen Körper eingesetzt. Derzeit gibt es mehrere Methoden, die auf Röntgenstrahlung basieren. Doch diese Methoden haben ihre Nachteile: Strahlung kann tiefe Hautschäden verursachen. Die aufgetretenen Geschwüre entwickelten sich häufig zu Krebs. In vielen Fällen mussten Finger oder Hände amputiert werden. Röntgen(Synonym für Durchleuchtung) ist eine der Hauptmethoden der Röntgenuntersuchung, die darin besteht, ein planares positives Bild des untersuchten Objekts auf einem durchscheinenden (fluoreszierenden) Bildschirm zu erhalten. Bei der Durchleuchtung wird der Proband zwischen einem durchsichtigen Schirm und einer Röntgenröhre positioniert. Bei modernen Röntgentransmissionsbildschirmen erscheint das Bild beim Einschalten der Röntgenröhre und verschwindet sofort nach dem Ausschalten. Die Durchleuchtung ermöglicht es, die Funktion eines Organs zu untersuchen – den Pulsschlag des Herzens, die Atembewegungen der Rippen, der Lunge, des Zwerchfells, die Peristaltik des Verdauungstrakts usw. Die Durchleuchtung wird bei der Behandlung von Erkrankungen des Magens, des Magen-Darm-Trakts, des Zwölffingerdarms, der Leber, der Gallenblase und der Gallenwege eingesetzt. In diesem Fall werden die medizinische Sonde und die Manipulatoren eingeführt, ohne das Gewebe zu beschädigen, und die Aktionen während der Operation werden durch Durchleuchtung kontrolliert und auf dem Monitor sichtbar.
Röntgen - Röntgendiagnostikverfahren mit Registrierung eines Standbildes auf einem lichtempfindlichen Material – speziell. Fotofilm (Röntgenfilm) oder Fotopapier mit anschließender Fotobearbeitung; Bei der digitalen Radiographie wird das Bild im Computerspeicher aufgezeichnet. Die Durchführung erfolgt an Röntgendiagnostikgeräten – stationär, in speziell ausgestatteten Röntgenräumen installiert oder mobil und tragbar – am Krankenbett des Patienten oder im Operationssaal. Röntgenstrahlen zeigen die Strukturelemente verschiedener Organe viel deutlicher als ein Leuchtschirm. Röntgenaufnahmen werden zur Erkennung und Vorbeugung verschiedener Krankheiten durchgeführt; ihr Hauptzweck besteht darin, Ärzten verschiedener Fachrichtungen dabei zu helfen, eine korrekte und schnelle Diagnose zu stellen. Ein Röntgenbild erfasst den Zustand eines Organs oder Gewebes nur zum Zeitpunkt der Aufnahme. Ein einzelnes Röntgenbild erfasst jedoch nur anatomische Veränderungen zu einem bestimmten Zeitpunkt; es gibt einen statischen Prozess wieder; Durch eine Reihe von Röntgenaufnahmen, die in bestimmten Abständen aufgenommen werden, ist es möglich, die Dynamik des Prozesses, also funktionelle Veränderungen, zu untersuchen. Tomographie. Das Wort Tomographie kann aus dem Griechischen übersetzt werden als „Slice-Bild“. Das bedeutet, dass der Zweck der Tomographie darin besteht, ein schichtweises Bild der inneren Struktur des untersuchten Objekts zu erhalten. Die Computertomographie zeichnet sich durch eine hohe Auflösung aus, die es ermöglicht, subtile Veränderungen im Weichgewebe zu erkennen. Mit der CT können Sie pathologische Prozesse erkennen, die mit anderen Methoden nicht erkannt werden können. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz der CT eine Reduzierung der Röntgenstrahlungsdosis, die Patienten während des Diagnoseprozesses erhalten.
Fluorographie- Ende des 20. Jahrhunderts, ein Jahr nach der Entdeckung der Röntgenstrahlen, wurde eine Diagnosemethode entwickelt, die es ermöglicht, Bilder von Organen und Geweben zu erhalten. Auf den Fotos sind Sklerose, Fibrose, Fremdkörper, Neoplasien, Entzündungen im fortgeschrittenen Stadium, das Vorhandensein von Gasen und Infiltrationen in den Hohlräumen, Abszesse, Zysten usw. zu sehen. Am häufigsten wird eine Thorax-Fluorographie durchgeführt, um Tuberkulose, einen bösartigen Tumor in der Lunge oder im Brustkorb und andere Pathologien zu erkennen.
Röntgentherapie ist eine moderne Methode zur Behandlung bestimmter Gelenkerkrankungen. Die Hauptbereiche der Behandlung orthopädischer Erkrankungen mit dieser Methode sind: Chronische. Entzündliche Prozesse der Gelenke (Arthritis, Polyarthritis); Degenerativ (Osteoarthrose, Osteochondrose, Spondylose deformans). Der Zweck der Strahlentherapie ist die Hemmung der lebenswichtigen Aktivität von Zellen pathologisch veränderter Gewebe oder deren vollständige Zerstörung. Bei nicht-tumoralen Erkrankungen zielt die Strahlentherapie darauf ab, die Entzündungsreaktion zu unterdrücken, proliferative Prozesse zu unterdrücken, die Schmerzempfindlichkeit und die sekretorische Aktivität der Drüsen zu verringern. Es ist zu berücksichtigen, dass die Geschlechtsdrüsen, blutbildenden Organe, Leukozyten und bösartigen Tumorzellen am empfindlichsten auf Röntgenstrahlen reagieren. Die Strahlendosis wird im Einzelfall individuell bestimmt.
Für die Entdeckung der Röntgenstrahlen erhielt Röntgen 1901 den ersten Nobelpreis für Physik, und das Nobelkomitee betonte die praktische Bedeutung seiner Entdeckung.
Röntgenstrahlen sind also unsichtbare elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 105 – 102 nm. Röntgenstrahlen können einige Materialien durchdringen, die für sichtbares Licht undurchlässig sind. Sie werden beim Abbremsen schneller Elektronen in einem Stoff (kontinuierliches Spektrum) und beim Übergang von Elektronen von den äußeren Elektronenhüllen eines Atoms in die inneren (Linienspektrum) emittiert. Quellen für Röntgenstrahlung sind: eine Röntgenröhre, einige radioaktive Isotope, Beschleuniger und Elektronenspeicher (Synchrotronstrahlung). Empfänger - Fotofilm, Leuchtschirme, Detektoren für nukleare Strahlung. Röntgenstrahlen werden in der Röntgenbeugungsanalyse, der Medizin, der Fehlererkennung, der Röntgenspektralanalyse usw. verwendet.
Geräte, die die Eigenschaften der Röntgenstrahlung nutzen, sind aus der modernen medizinischen Diagnostik und Behandlung bestimmter Erkrankungen nicht mehr wegzudenken. Die Entdeckung der Röntgenstrahlen erfolgte vor mehr als 100 Jahren, doch auch heute noch wird an der Entwicklung neuer Techniken und Geräte gearbeitet, um die negativen Auswirkungen der Strahlung auf den menschlichen Körper zu minimieren.
Unter natürlichen Bedingungen sind Röntgenflüsse selten und werden nur von bestimmten radioaktiven Isotopen emittiert. Röntgenstrahlen oder Röntgenstrahlen wurden erst 1895 vom deutschen Wissenschaftler Wilhelm Röntgen entdeckt. Diese Entdeckung erfolgte zufällig während eines Experiments zur Untersuchung des Verhaltens von Lichtstrahlen unter Bedingungen, die einem Vakuum nahekommen. Das Experiment umfasste eine Kathoden-Gasentladungsröhre mit reduziertem Druck und einen Fluoreszenzschirm, der jedes Mal zu leuchten begann, sobald die Röhre in Betrieb ging.
Röntgen war an dem seltsamen Effekt interessiert und führte eine Reihe von Studien durch, die zeigten, dass die resultierende, für das Auge unsichtbare Strahlung verschiedene Hindernisse durchdringen kann: Papier, Holz, Glas, einige Metalle und sogar den menschlichen Körper. Trotz des mangelnden Verständnisses der eigentlichen Natur des Geschehens, ob ein solches Phänomen durch die Erzeugung eines Stroms unbekannter Partikel oder Wellen verursacht wird, wurde das folgende Muster festgestellt: Strahlung dringt leicht durch die Weichteile des Körpers und viel härter durch hartes lebendes Gewebe und nicht lebende Substanzen.
Röntgen war nicht der Erste, der dieses Phänomen untersuchte. Mitte des 19. Jahrhunderts erkundeten der Franzose Antoine Mason und der Engländer William Crookes ähnliche Möglichkeiten. Es war jedoch Röntgen, der als erster eine Kathodenröhre und einen Indikator erfand, der in der Medizin verwendet werden konnte. Er war der erste, der eine wissenschaftliche Arbeit veröffentlichte, was ihm den Titel des ersten Nobelpreisträgers unter den Physikern einbrachte.
Im Jahr 1901 begann eine fruchtbare Zusammenarbeit zwischen drei Wissenschaftlern, die zu den Begründern der Radiologie und Radiologie wurden.
Röntgenstrahlen sind Komponente allgemeines Spektrum elektromagnetischer Strahlung. Die Wellenlänge liegt zwischen Gamma- und Ultraviolettstrahlung. Röntgenstrahlen haben alle üblichen Welleneigenschaften:
Um einen Fluss von Röntgenstrahlen künstlich zu erzeugen, werden spezielle Geräte verwendet – Röntgenröhren. Röntgenstrahlung entsteht durch den Kontakt schneller Elektronen aus Wolfram mit Substanzen, die aus der heißen Anode verdampfen. Vor dem Hintergrund der Wechselwirkung treten elektromagnetische Wellen kurzer Länge auf, die im Spektrum von 100 bis 0,01 nm und im Energiebereich von 100 bis 0,1 MeV liegen. Ist die Wellenlänge der Strahlen kleiner als 0,2 nm, handelt es sich um harte Strahlung, ist die Wellenlänge größer als dieser Wert, spricht man von weicher Röntgenstrahlung.
Bezeichnend ist, dass die kinetische Energie, die beim Kontakt von Elektronen und der Anodensubstanz entsteht, zu 99 % in Wärmeenergie umgewandelt wird und nur 1 % in Röntgenstrahlung umgewandelt wird.
Röntgenstrahlung ist eine Überlagerung zweier Strahlenarten – Bremsstrahlung und charakteristischer Strahlung. Sie werden gleichzeitig in der Röhre erzeugt. Daher hängen die Röntgenstrahlung und die Eigenschaften jeder einzelnen Röntgenröhre – ihr Strahlungsspektrum – von diesen Indikatoren ab und stellen deren Überschneidung dar.
Bremsstrahlung oder kontinuierliche Röntgenstrahlung entsteht durch die Abbremsung von Elektronen, die aus einem Wolframfaden verdampft werden.
Charakteristische oder linienförmige Röntgenstrahlen entstehen im Moment der Umstrukturierung der Atome der Substanz der Anode der Röntgenröhre. Die Wellenlänge der charakteristischen Strahlen hängt direkt von der Ordnungszahl des chemischen Elements ab, aus dem die Anode der Röhre besteht.
Die aufgeführten Eigenschaften von Röntgenstrahlen ermöglichen ihren praktischen Einsatz:
Die Eigenschaften von Röntgenstrahlen, auf denen die Bildgebung basiert, sind die Fähigkeit, bestimmte Substanzen entweder zu zersetzen oder zum Leuchten zu bringen.
Röntgenbestrahlung verursacht ein fluoreszierendes Leuchten in Cadmium- und Zinksulfiden – grün, und in Calciumwolframat – blau. Diese Eigenschaft wird in der medizinischen Röntgenbildgebung genutzt und erhöht zudem die Funktionalität von Röntgenschirmen.
Die photochemische Wirkung von Röntgenstrahlen auf lichtempfindliche Silberhalogenidmaterialien (Belichtung) ermöglicht die Diagnostik – das Anfertigen von Röntgenaufnahmen. Diese Eigenschaft wird auch bei der Messung der Gesamtdosis genutzt, die Laboranten in Röntgenräumen erhalten. Körperdosimeter enthalten spezielle empfindliche Bänder und Indikatoren. Die ionisierende Wirkung von Röntgenstrahlung ermöglicht es, die qualitativen Eigenschaften der resultierenden Röntgenstrahlung zu bestimmen.
Eine einmalige Strahlenexposition durch konventionelle Röntgenstrahlen erhöht das Krebsrisiko nur um 0,001 %.
Der Einsatz von Röntgenstrahlen ist in folgenden Branchen zulässig:
Die Hauptanwendung der Röntgenstrahlung liegt im medizinischen Bereich. Heute umfasst der Bereich der medizinischen Radiologie: Strahlendiagnostik, Strahlentherapie (Röntgentherapie), Radiochirurgie. Medizinische Universitäten bilden hochspezialisierte Fachärzte aus – Radiologen.
Die hohe Durchdringungskraft und ionisierende Wirkung von Röntgenstrahlen kann zu Veränderungen in der Struktur der Zell-DNA führen und somit eine Gefahr für den Menschen darstellen. Der Schaden durch Röntgenstrahlen ist direkt proportional zur empfangenen Strahlendosis. Verschiedene Organe reagieren unterschiedlich stark auf Strahlung. Zu den anfälligsten gehören:
Der unkontrollierte Einsatz von Röntgenstrahlung kann zu reversiblen und irreversiblen Pathologien führen.
Folgen der Röntgenbestrahlung:
Wichtig! Im Gegensatz zu radioaktiven Substanzen reichern sich Röntgenstrahlen nicht im Körpergewebe an, sodass Röntgenstrahlen nicht aus dem Körper entfernt werden müssen. Die schädliche Wirkung der Röntgenstrahlung endet, wenn das medizinische Gerät ausgeschaltet wird.
Der Einsatz von Röntgenstrahlung in der Medizin ist nicht nur zu diagnostischen (Traumatologie, Zahnheilkunde), sondern auch zu therapeutischen Zwecken zulässig:
Die Radiodiagnostik umfasst folgende Techniken:
Die Röntgentherapie ist eine lokale Behandlungsmethode. Am häufigsten wird die Methode zur Zerstörung von Krebszellen eingesetzt. Da die Wirkung mit einer chirurgischen Entfernung vergleichbar ist, wird diese Behandlungsmethode oft als Radiochirurgie bezeichnet.
Heute wird die Röntgenbehandlung auf folgende Arten durchgeführt:
Diese Methoden sind schonend und in manchen Fällen ist ihr Einsatz einer Chemotherapie vorzuziehen. Diese Beliebtheit ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass sich die Strahlen nicht ansammeln und nicht aus dem Körper entfernt werden müssen; sie haben eine selektive Wirkung, ohne andere Zellen und Gewebe zu beeinträchtigen.
Dieser Indikator für die Norm der zulässigen jährlichen Exposition hat einen eigenen Namen – genetisch signifikante Äquivalentdosis (GSD). Dieser Indikator hat keine klaren quantitativen Werte.
Heute gelten folgende durchschnittliche GZD-Standards:
Röntgenstrahlung muss nicht aus dem Körper entfernt werden und ist nur bei intensiver und längerer Exposition gefährlich. Moderne medizinische Geräte verwenden kurzzeitige Strahlung geringer Energie, weshalb ihr Einsatz als relativ ungefährlich gilt.
Obwohl Wissenschaftler die Wirkung von Röntgenstrahlen erst seit den 1890er Jahren entdeckt haben, hat die medizinische Nutzung von Röntgenstrahlen für diese Naturkraft rasante Fortschritte gemacht. Heutzutage wird elektromagnetische Röntgenstrahlung zum Wohle der Menschheit in der Medizin, Wissenschaft und Industrie sowie zur Stromerzeugung eingesetzt.
Darüber hinaus findet Strahlung nützliche Anwendungen in Bereichen wie Landwirtschaft, Archäologie, Raumfahrt, Strafverfolgung, Geologie (einschließlich Bergbau) und vielen anderen Aktivitäten, sogar Autos werden unter Nutzung des Phänomens der Kernspaltung entwickelt.
Im Gesundheitswesen verwenden Ärzte und Zahnärzte eine Vielzahl von Kernmaterialien und Verfahren, um eine Vielzahl von Stoffwechselprozessen und Krankheiten im menschlichen Körper zu diagnostizieren, zu überwachen und zu behandeln. Infolgedessen haben medizinische Verfahren mit Strahlen Tausende von Leben gerettet, indem sie Krankheiten erkennen und behandeln, die von einer Überfunktion der Schilddrüse bis hin zu Knochenkrebs reichen.
Bei den häufigsten dieser medizinischen Verfahren kommen Strahlen zum Einsatz, die unsere Haut durchdringen können. Wenn ein Bild aufgenommen wird, scheinen unsere Knochen und andere Strukturen Schatten zu werfen, weil sie dichter als unsere Haut sind, und diese Schatten können auf einem Film oder einem Monitorbildschirm erkannt werden. Der Effekt ähnelt dem Platzieren eines Bleistifts zwischen einem Blatt Papier und einer Lampe. Der Schatten des Bleistifts wird auf dem Blatt Papier sichtbar sein. Der Unterschied besteht darin, dass die Strahlen unsichtbar sind, sodass ein Aufzeichnungselement benötigt wird, etwa ein fotografischer Film. Dadurch können Ärzte und Zahnärzte den Einsatz von Röntgenstrahlen beurteilen, wenn sie Knochenbrüche oder Zahnprobleme erkennen.
Der gezielte Einsatz von Röntgenstrahlung zu therapeutischen Zwecken dient nicht nur der Schadenserkennung. Bei gezielter Anwendung soll es Krebsgewebe abtöten, die Tumorgröße verringern oder Schmerzen lindern. Beispielsweise wird radioaktives Jod (insbesondere Jod-131) häufig zur Behandlung von Schilddrüsenkrebs eingesetzt, einer Erkrankung, von der viele Menschen betroffen sind.
Geräte, die diese Eigenschaft nutzen, stellen auch eine Verbindung zu Computern her und scannen, was als Computertomographie oder Computertomographie bezeichnet wird.
Diese Instrumente liefern Ärzten Farbbilder, die die Umrisse und Details innerer Organe zeigen. Es hilft Ärzten, Tumore, Größenanomalien oder andere physiologische oder funktionelle Organprobleme zu erkennen und zu identifizieren.
Darüber hinaus führen Krankenhäuser und Radiologiezentren jährlich Millionen von Eingriffen durch. Bei solchen Eingriffen geben Ärzte leicht radioaktive Substanzen in den Körper des Patienten ab, um bestimmte innere Organe wie die Bauchspeicheldrüse, die Nieren, die Schilddrüse, die Leber oder das Gehirn zu untersuchen und klinische Zustände zu diagnostizieren.
