Στη μελέτη και πρακτική χρήση των ατομικών φαινομένων, οι ακτίνες Χ παίζουν έναν από τους σημαντικότερους ρόλους. Χάρη στην έρευνά τους έγιναν πολλές ανακαλύψεις και αναπτύχθηκαν μέθοδοι ανάλυσης ουσιών που χρησιμοποιήθηκαν σε διάφορους τομείς. Εδώ θα δούμε έναν από τους τύπους ακτίνων Χ - χαρακτηριστικό ακτινοβολία ακτίνων Χ.
Η ακτινοβολία ακτίνων Χ είναι μια αλλαγή υψηλής συχνότητας στην κατάσταση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, που διαδίδεται στο διάστημα με ταχύτητα περίπου 300.000 km/s, δηλαδή ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Στην κλίμακα του εύρους της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, οι ακτίνες Χ βρίσκονται στην περιοχή μήκους κύματος από περίπου 10 -8 έως 5∙10 -12 μέτρα, που είναι αρκετές τάξεις μεγέθους μικρότερη από τα οπτικά κύματα. Αυτό αντιστοιχεί σε συχνότητες από 3∙10 16 έως 6∙10 19 Hz και ενέργειες από 10 eV έως 250 keV, ή 1,6∙10 -18 έως 4∙10 -14 J. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα όρια των περιοχών συχνοτήτων Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι αρκετά αυθαίρετη λόγω της επικάλυψης τους.
Είναι η αλληλεπίδραση επιταχυνόμενων φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας) με ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία και με άτομα ύλης.
Τα φωτόνια ακτίνων Χ χαρακτηρίζονται από υψηλές ενέργειες και υψηλές δυνάμεις διείσδυσης και ιονισμού, ειδικά για σκληρές ακτίνες Χ με μήκη κύματος μικρότερο από 1 νανόμετρο (10 -9 m).
Οι ακτίνες Χ αλληλεπιδρούν με την ύλη, ιονίζοντας τα άτομα της, στις διαδικασίες φωτοηλεκτρικού φαινομένου (φωτοαπορρόφηση) και ασυνάρτητης σκέδασης (Compton). Στη φωτοαπορρόφηση, ένα φωτόνιο ακτίνων Χ, που απορροφάται από ένα ηλεκτρόνιο ενός ατόμου, μεταφέρει ενέργεια σε αυτό. Εάν η τιμή του υπερβαίνει την ενέργεια δέσμευσης ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο, τότε φεύγει από το άτομο. Η σκέδαση Compton είναι χαρακτηριστική των σκληρότερων (ενεργητικών) φωτονίων ακτίνων Χ. Μέρος της ενέργειας του απορροφούμενου φωτονίου δαπανάται στον ιονισμό. σε αυτή την περίπτωση, σε μια ορισμένη γωνία προς την κατεύθυνση του πρωτεύοντος φωτονίου, εκπέμπεται ένα δευτερεύον, με μικρότερη συχνότητα.
Για την παραγωγή δοκών, χρησιμοποιούνται γυάλινοι κύλινδροι κενού με ηλεκτρόδια που βρίσκονται μέσα. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων πρέπει να είναι πολύ υψηλή - έως και εκατοντάδες kilovolt. Η θερμιονική εκπομπή συμβαίνει στην κάθοδο βολφραμίου, που θερμαίνεται από ρεύμα, δηλαδή, εκπέμπονται ηλεκτρόνια από αυτήν, τα οποία, επιταχυνόμενα από τη διαφορά δυναμικού, βομβαρδίζουν την άνοδο. Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασής τους με τα άτομα της ανόδου (μερικές φορές ονομάζεται αντικάθοδος), γεννιούνται φωτόνια ακτίνων Χ.
Ανάλογα με τη διαδικασία που οδηγεί στη δημιουργία ενός φωτονίου, διακρίνονται τύποι ακτινοβολίας ακτίνων Χ: bremsstrahlung και χαρακτηριστικοί.
Τα ηλεκτρόνια μπορούν, όταν συναντούν την άνοδο, να επιβραδυνθούν, δηλαδή να χάσουν ενέργεια στα ηλεκτρικά πεδία των ατόμων της. Αυτή η ενέργεια εκπέμπεται με τη μορφή φωτονίων ακτίνων Χ. Αυτός ο τύπος ακτινοβολίας ονομάζεται bremsstrahlung.
Είναι σαφές ότι οι συνθήκες πέδησης θα διαφέρουν για μεμονωμένα ηλεκτρόνια. Αυτό σημαίνει ότι διαφορετικές ποσότητες της κινητικής τους ενέργειας μετατρέπονται σε ακτίνες Χ. Ως αποτέλεσμα, το bremsstrahlung περιλαμβάνει φωτόνια διαφορετικών συχνοτήτων και, κατά συνέπεια, μηκών κύματος. Επομένως, το φάσμα του είναι συνεχές (συνεχές). Μερικές φορές για το λόγο αυτό ονομάζεται και «λευκή» ακτινοβολία ακτίνων Χ.
Η ενέργεια ενός φωτονίου bremsstrahlung δεν μπορεί να υπερβαίνει την κινητική ενέργεια του ηλεκτρονίου που το δημιουργεί, επομένως η μέγιστη συχνότητα (και το μικρότερο μήκος κύματος) της ακτινοβολίας bremsstrahlung αντιστοιχεί στην υψηλότερη τιμή της κινητικής ενέργειας των ηλεκτρονίων που προσπίπτουν στην άνοδο. Το τελευταίο εξαρτάται από τη διαφορά δυναμικού που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια.
Υπάρχει ένας άλλος τύπος ακτινοβολίας ακτίνων Χ, η πηγή της οποίας είναι μια διαφορετική διαδικασία. Αυτή η ακτινοβολία ονομάζεται χαρακτηριστική ακτινοβολία και θα σταθούμε σε αυτήν με περισσότερες λεπτομέρειες.
Έχοντας φτάσει στην αντι-κάθοδο, ένα γρήγορο ηλεκτρόνιο μπορεί να διεισδύσει μέσα στο άτομο και να εξουδετερώσει ένα ηλεκτρόνιο από ένα από τα κατώτερα τροχιακά, δηλαδή να του μεταφέρει ενέργεια επαρκή για να ξεπεράσει το φράγμα δυναμικού. Ωστόσο, εάν υπάρχουν υψηλότερα επίπεδα ενέργειας στο άτομο που καταλαμβάνεται από ηλεκτρόνια, ο κενός χώρος δεν θα παραμείνει κενός.
Πρέπει να θυμόμαστε ότι η ηλεκτρονική δομή του ατόμου, όπως κάθε ενεργειακό σύστημα, τείνει να ελαχιστοποιεί την ενέργεια. Το κενό που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα του νοκ άουτ γεμίζει με ένα ηλεκτρόνιο από ένα από τα υψηλότερα επίπεδα. Η ενέργειά του είναι υψηλότερη και, καταλαμβάνοντας ένα χαμηλότερο επίπεδο, εκπέμπει την περίσσεια με τη μορφή ενός κβάντου χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ.
Η ηλεκτρονική δομή ενός ατόμου είναι ένα διακριτό σύνολο πιθανών ενεργειακών καταστάσεων ηλεκτρονίων. Επομένως, τα φωτόνια ακτίνων Χ που εκπέμπονται κατά την αντικατάσταση των κενών ηλεκτρονίων μπορούν επίσης να έχουν μόνο αυστηρά καθορισμένες τιμές ενέργειας, αντανακλώντας τη διαφορά στα επίπεδα. Ως αποτέλεσμα, η χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ έχει ένα φάσμα που δεν είναι συνεχές, αλλά σε σχήμα γραμμής. Αυτό το φάσμα καθιστά δυνατό τον χαρακτηρισμό της ουσίας της ανόδου - εξ ου και το όνομα αυτών των ακτίνων. Χάρη στις φασματικές διαφορές είναι σαφές τι σημαίνει bremsstrahlung και χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ.
Μερικές φορές η πλεονάζουσα ενέργεια δεν εκπέμπεται από το άτομο, αλλά ξοδεύεται για να χτυπήσει το τρίτο ηλεκτρόνιο. Αυτή η διαδικασία - το λεγόμενο φαινόμενο Auger - είναι πιο πιθανό να συμβεί όταν η ενέργεια δέσμευσης ηλεκτρονίων δεν υπερβαίνει το 1 keV. Η ενέργεια του απελευθερωμένου ηλεκτρονίου Auger εξαρτάται από τη δομή των ενεργειακών επιπέδων του ατόμου, επομένως τα φάσματα τέτοιων ηλεκτρονίων είναι επίσης διακριτά στη φύση.
Στενές χαρακτηριστικές γραμμές υπάρχουν στη φασματική εικόνα ακτίνων Χ μαζί με ένα συνεχές φάσμα bremsstrahlung. Αν φανταστούμε το φάσμα ως ένα γράφημα της έντασης σε σχέση με το μήκος κύματος (συχνότητα), θα δούμε απότομες κορυφές στις θέσεις των γραμμών. Η θέση τους εξαρτάται από το υλικό της ανόδου. Αυτά τα μέγιστα υπάρχουν σε οποιαδήποτε διαφορά δυναμικού - αν υπάρχουν ακτίνες Χ, υπάρχουν πάντα και κορυφές. Καθώς η τάση στα ηλεκτρόδια του σωλήνα αυξάνεται, η ένταση τόσο της συνεχούς όσο και της χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ αυξάνεται, αλλά η θέση των κορυφών και η αναλογία των εντάσεων τους δεν αλλάζει.
Οι κορυφές στα φάσματα ακτίνων Χ έχουν την ίδια εμφάνιση ανεξάρτητα από το υλικό της αντικάθοδος που ακτινοβολείται από ηλεκτρόνια, αλλά για διαφορετικά υλικά βρίσκονται σε διαφορετικές συχνότητες, ενώνονται σε σειρά με βάση την εγγύτητα των τιμών συχνότητας. Μεταξύ των ίδιων των σειρών, η διαφορά στις συχνότητες είναι πολύ πιο σημαντική. Ο τύπος των μέγιστων δεν εξαρτάται σε καμία περίπτωση από το αν το υλικό της ανόδου είναι καθαρό χημικό στοιχείο ή σύνθετη ουσία. Στην τελευταία περίπτωση, τα χαρακτηριστικά φάσματα ακτίνων Χ των συστατικών στοιχείων του απλώς υπερτίθενται το ένα πάνω στο άλλο.
Καθώς ο ατομικός αριθμός ενός χημικού στοιχείου αυξάνεται, όλες οι γραμμές του φάσματος των ακτίνων Χ μετατοπίζονται προς υψηλότερες συχνότητες. Το φάσμα διατηρεί την εμφάνισή του.
Το φαινόμενο της φασματικής μετατόπισης χαρακτηριστικών γραμμών ανακαλύφθηκε πειραματικά από τον Άγγλο φυσικό Henry Moseley το 1913. Αυτό του επέτρεψε να συνδέσει τις συχνότητες των μεγίστων του φάσματος με τους σειριακούς αριθμούς των χημικών στοιχείων. Έτσι, το μήκος κύματος της χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ, όπως αποδείχθηκε, μπορεί σαφώς να συσχετιστεί με ένα συγκεκριμένο στοιχείο. Γενικά, ο νόμος του Moseley μπορεί να γραφτεί ως εξής: √f = (Z - S n)/n√R, όπου f είναι η συχνότητα, Z είναι ο σειριακός αριθμός του στοιχείου, S n είναι η σταθερά διαλογής, n είναι η κύριος κβαντικός αριθμός και R είναι η σταθερά Rydberg. Αυτή η εξάρτηση είναι γραμμική και στο διάγραμμα Moseley μοιάζει με μια σειρά από ευθείες γραμμές για κάθε τιμή του n.
Οι τιμές n αντιστοιχούν σε μεμονωμένες σειρές χαρακτηριστικών κορυφών εκπομπής ακτίνων Χ. Ο νόμος του Moseley καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό του σειριακού αριθμού ενός χημικού στοιχείου που ακτινοβολείται από σκληρά ηλεκτρόνια με βάση τα μετρούμενα μήκη κύματος (συσχετίζονται μοναδικά με τις συχνότητες) των μεγίστων του φάσματος των ακτίνων Χ.
Η δομή των ηλεκτρονικών κελυφών των χημικών στοιχείων είναι πανομοιότυπη. Αυτό υποδεικνύεται από τη μονοτονία της αλλαγής μετατόπισης στο χαρακτηριστικό φάσμα της ακτινοβολίας ακτίνων Χ. Η μετατόπιση συχνότητας αντανακλά όχι δομικές, αλλά ενεργειακές διαφορές μεταξύ των κελυφών ηλεκτρονίων, μοναδικές για κάθε στοιχείο.
Υπάρχουν μικρές αποκλίσεις από την αυστηρή γραμμική σχέση που εκφράζεται από το νόμο του Moseley. Συνδέονται, πρώτον, με τις ιδιαιτερότητες της σειράς πλήρωσης των κελυφών ηλεκτρονίων ορισμένων στοιχείων και, δεύτερον, με τις σχετικιστικές επιδράσεις της κίνησης ηλεκτρονίων βαρέων ατόμων. Επιπλέον, όταν αλλάζει ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα (η λεγόμενη ισοτοπική μετατόπιση), η θέση των γραμμών μπορεί να αλλάξει ελαφρώς. Αυτό το φαινόμενο κατέστησε δυνατή τη λεπτομερή μελέτη της ατομικής δομής.
Η σημασία του νόμου του Moseley είναι εξαιρετικά μεγάλη. Η συνεπής εφαρμογή του στα στοιχεία του περιοδικού συστήματος του Mendeleev καθιέρωσε ένα μοτίβο αύξησης του τακτικού αριθμού που αντιστοιχεί σε κάθε μικρή μετατόπιση στα χαρακτηριστικά μέγιστα. Αυτό βοήθησε να διευκρινιστεί το ζήτημα της φυσικής σημασίας του τακτικού αριθμού στοιχείων. Η τιμή Z δεν είναι απλώς ένας αριθμός: είναι το θετικό ηλεκτρικό φορτίο του πυρήνα, που είναι το άθροισμα των μοναδιαίων θετικών φορτίων των σωματιδίων που συνθέτουν τη σύνθεσή του. Η σωστή τοποθέτηση στοιχείων στον πίνακα και η παρουσία κενών θέσεων σε αυτόν (υπήρχαν ακόμα τότε) έλαβε ισχυρή επιβεβαίωση. Η εγκυρότητα του περιοδικού νόμου αποδείχθηκε.
Ο νόμος του Moseley, επιπλέον, έγινε η βάση πάνω στην οποία προέκυψε μια ολόκληρη κατεύθυνση πειραματικής έρευνας - φασματομετρία ακτίνων Χ.
Ας θυμηθούμε εν συντομία πώς είναι δομημένη η δομή των ηλεκτρονίων. Αποτελείται από κελύφη που χαρακτηρίζονται από τα γράμματα K, L, M, N, O, P, Q ή αριθμούς από το 1 έως το 7. Τα ηλεκτρόνια μέσα στο κέλυφος χαρακτηρίζονται από το ίδιο κύριο κβάντο αριθμός n, ο οποίος καθορίζει τις πιθανές τιμές ενέργειας. Στα εξωτερικά κελύφη, η ενέργεια των ηλεκτρονίων είναι μεγαλύτερη και το δυναμικό ιονισμού για τα εξωτερικά ηλεκτρόνια είναι αντίστοιχα χαμηλότερο.
Το κέλυφος περιλαμβάνει ένα ή περισσότερα υποεπίπεδα: s, p, d, f, g, h, i. Σε κάθε κέλυφος, ο αριθμός των υποεπιπέδων αυξάνεται κατά ένα σε σύγκριση με το προηγούμενο. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε κάθε υποεπίπεδο και σε κάθε φλοιό δεν μπορεί να υπερβαίνει μια ορισμένη τιμή. Χαρακτηρίζονται, εκτός από τον κύριο κβαντικό αριθμό, από την ίδια τιμή του τροχιακού νέφους ηλεκτρονίων που καθορίζει το σχήμα. Τα υποεπίπεδα ορίζονται από το κέλυφος στο οποίο ανήκουν, για παράδειγμα, 2s, 4d κ.λπ.
Το υποεπίπεδο περιέχει τα οποία καθορίζονται, εκτός από τα κύρια και τροχιακά, από έναν άλλο κβαντικό αριθμό - μαγνητικό, ο οποίος καθορίζει την προβολή της τροχιακής ορμής του ηλεκτρονίου στην κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Ένα τροχιακό δεν μπορεί να έχει περισσότερα από δύο ηλεκτρόνια, που διαφέρουν στην τιμή του τέταρτου κβαντικού αριθμού - σπιν.
Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα πώς προκύπτει η χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ. Δεδομένου ότι η προέλευση αυτού του τύπου ηλεκτρομαγνητικής εκπομπής σχετίζεται με φαινόμενα που συμβαίνουν μέσα στο άτομο, είναι πιο βολικό να το περιγράψουμε ακριβώς με την προσέγγιση των ηλεκτρονικών διαμορφώσεων.
Έτσι, η αιτία αυτής της ακτινοβολίας είναι ο σχηματισμός κενών ηλεκτρονίων στα εσωτερικά κελύφη, που προκαλούνται από τη διείσδυση ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας βαθιά μέσα στο άτομο. Η πιθανότητα να αλληλεπιδράσει ένα σκληρό ηλεκτρόνιο αυξάνεται με την πυκνότητα των νεφών ηλεκτρονίων. Ως εκ τούτου, οι συγκρούσεις είναι πιο πιθανό να συμβούν μέσα σε σφιχτά συσκευασμένα εσωτερικά κελύφη, όπως το χαμηλότερο κέλυφος Κ. Εδώ το άτομο ιονίζεται και δημιουργείται ένα κενό στο κέλυφος 1s.
Αυτό το κενό καλύπτεται από ένα ηλεκτρόνιο από το κέλυφος με υψηλότερη ενέργεια, η περίσσεια του οποίου παρασύρεται από το φωτόνιο ακτίνων Χ. Αυτό το ηλεκτρόνιο μπορεί να «πέσει» από το δεύτερο φλοιό L, από το τρίτο φλοιό M, και ούτω καθεξής. Έτσι σχηματίζεται μια χαρακτηριστική σειρά, σε αυτό το παράδειγμα η σειρά K. Μια ένδειξη για το από πού προέρχεται το ηλεκτρόνιο που καλύπτει την κενή θέση δίνεται με τη μορφή ελληνικού δείκτη στον χαρακτηρισμό της σειράς. "Alpha" σημαίνει ότι προέρχεται από το κέλυφος L, "beta" σημαίνει ότι προέρχεται από το κέλυφος M. Επί του παρόντος, υπάρχει μια τάση να αντικατασταθούν οι δείκτες των ελληνικών γραμμάτων με τους λατινικούς που υιοθετούνται για τον προσδιορισμό των οστράκων.
Η ένταση της γραμμής άλφα στη σειρά είναι πάντα η υψηλότερη - αυτό σημαίνει ότι η πιθανότητα κάλυψης μιας κενής θέσης από ένα γειτονικό κέλυφος είναι η υψηλότερη.
Τώρα μπορούμε να απαντήσουμε στο ερώτημα, ποια είναι η μέγιστη ενέργεια ενός κβάντου χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ. Καθορίζεται από τη διαφορά στις ενεργειακές τιμές των επιπέδων μεταξύ των οποίων συμβαίνει η μετάβαση ηλεκτρονίων, σύμφωνα με τον τύπο E = E n 2 - E n 1, όπου E n 2 και E n 1 είναι οι ενέργειες του ηλεκτρονικού καταστάσεις μεταξύ των οποίων έγινε η μετάβαση. Η υψηλότερη τιμή αυτής της παραμέτρου δίνεται από μεταβάσεις της σειράς Κ από τα υψηλότερα επίπεδα ατόμων βαρέων στοιχείων. Όμως η ένταση αυτών των γραμμών (το ύψος των κορυφών) είναι η μικρότερη, αφού είναι οι λιγότερο πιθανές.
Εάν, λόγω ανεπαρκούς τάσης στα ηλεκτρόδια, ένα σκληρό ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να φτάσει στο επίπεδο Κ, δημιουργεί μια κενή θέση στο επίπεδο L και σχηματίζεται μια λιγότερο ενεργητική σειρά L με μεγαλύτερα μήκη κύματος. Οι επόμενες σειρές γεννιούνται με παρόμοιο τρόπο.
Επιπλέον, όταν μια κενή θέση καλύπτεται ως αποτέλεσμα μιας ηλεκτρονικής μετάβασης, μια νέα κενή θέση εμφανίζεται στο υπερκείμενο κέλυφος. Αυτό δημιουργεί τις προϋποθέσεις για τη δημιουργία της επόμενης σειράς. Οι κενές θέσεις ηλεκτρονίων κινούνται υψηλότερα από επίπεδο σε επίπεδο και το άτομο εκπέμπει έναν καταρράκτη χαρακτηριστικών φασματικών σειρών ενώ παραμένει ιονισμένο.
Τα ατομικά φάσματα ακτίνων Χ χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ χαρακτηρίζονται από λεπτή δομή, η οποία, όπως και στα οπτικά φάσματα, εκφράζεται σε διάσπαση γραμμής.
Η λεπτή δομή οφείλεται στο γεγονός ότι η ενεργειακή στάθμη - το κέλυφος ηλεκτρονίων - είναι ένα σύνολο στενά τοποθετημένων συστατικών - υποφλοιών. Για να χαρακτηριστούν τα υποκελύφη, εισάγεται ένας άλλος εσωτερικός κβαντικός αριθμός j, ο οποίος αντανακλά την αλληλεπίδραση των μαγνητικών ροπών του ίδιου του ηλεκτρονίου και των τροχιακών μαγνητικών ροπών.
Λόγω της επιρροής της αλληλεπίδρασης σπιν-τροχιάς, η ενεργειακή δομή του ατόμου γίνεται πιο περίπλοκη, και ως αποτέλεσμα, η χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ έχει ένα φάσμα που χαρακτηρίζεται από διαχωρισμένες γραμμές με πολύ στενά διαχωρισμένα στοιχεία.
Τα στοιχεία λεπτής δομής συνήθως χαρακτηρίζονται από πρόσθετους ψηφιακούς δείκτες.
Η χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ έχει ένα χαρακτηριστικό που αντανακλάται μόνο στη λεπτή δομή του φάσματος. Η μετάβαση ενός ηλεκτρονίου σε χαμηλότερη ενεργειακή στάθμη δεν συμβαίνει από το χαμηλότερο υποκέλυφος του υψηλότερου επιπέδου. Ένα τέτοιο γεγονός έχει αμελητέα πιθανότητα.
Αυτή η ακτινοβολία, λόγω των χαρακτηριστικών της που περιγράφονται από το νόμο του Moseley, βασίζεται σε διάφορες φασματικές μεθόδους ακτίνων Χ για την ανάλυση ουσιών. Κατά την ανάλυση του φάσματος των ακτίνων Χ, χρησιμοποιούνται είτε περίθλαση ακτινοβολίας σε κρυστάλλους (μέθοδος διασποράς κυμάτων) είτε ανιχνευτές ευαίσθητοι στην ενέργεια των απορροφημένων φωτονίων ακτίνων Χ (μέθοδος διασποράς ενέργειας). Τα περισσότερα ηλεκτρονικά μικροσκόπια είναι εξοπλισμένα με κάποιου είδους προσαρτήματα φασματομετρίας ακτίνων Χ.
Η φασματομετρία διασποράς κυμάτων είναι ιδιαίτερα ακριβής. Χρησιμοποιώντας ειδικά φίλτρα, επισημαίνονται οι πιο έντονες κορυφές του φάσματος, καθιστώντας δυνατή τη λήψη σχεδόν μονοχρωματικής ακτινοβολίας με επακριβώς γνωστή συχνότητα. Το υλικό της ανόδου επιλέγεται πολύ προσεκτικά για να διασφαλιστεί ότι λαμβάνεται μια μονοχρωματική δέσμη της επιθυμητής συχνότητας. Η περίθλασή του στο κρυσταλλικό πλέγμα της υπό μελέτη ουσίας επιτρέπει σε κάποιον να μελετήσει τη δομή του πλέγματος με μεγάλη ακρίβεια. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται επίσης στη μελέτη του DNA και άλλων πολύπλοκων μορίων.
Ένα από τα χαρακτηριστικά της χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ λαμβάνεται επίσης υπόψη στη φασματομετρία γάμμα. Αυτή είναι μια χαρακτηριστική κορυφή υψηλής έντασης. Τα φασματόμετρα γάμμα χρησιμοποιούν θωράκιση μολύβδου έναντι της εξωτερικής ακτινοβολίας υποβάθρου που παρεμβαίνει στις μετρήσεις. Αλλά ο μόλυβδος, απορροφώντας τις ακτίνες γάμμα, βιώνει εσωτερικό ιονισμό, με αποτέλεσμα να εκπέμπει ενεργά στην περιοχή των ακτίνων Χ. Για την απορρόφηση των έντονων κορυφών της χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ του μολύβδου, χρησιμοποιείται πρόσθετη θωράκιση καδμίου. Αυτό, με τη σειρά του, ιονίζεται και εκπέμπει επίσης ακτίνες Χ. Για την εξουδετέρωση των χαρακτηριστικών κορυφών του καδμίου, χρησιμοποιείται ένα τρίτο στρώμα θωράκισης - ο χαλκός, τα μέγιστα των ακτίνων Χ του οποίου βρίσκονται εκτός του εύρους συχνοτήτων λειτουργίας του φασματόμετρου γάμμα.
Η φασματομετρία χρησιμοποιεί τόσο bremsstrahlung όσο και χαρακτηριστικές ακτίνες Χ. Έτσι, κατά την ανάλυση ουσιών, μελετώνται τα φάσματα απορρόφησης συνεχών ακτίνων Χ από διάφορες ουσίες.
Η ανακάλυψη και τα πλεονεκτήματα στη μελέτη των βασικών ιδιοτήτων των ακτίνων Χ ανήκουν δικαιωματικά στον Γερμανό επιστήμονα Wilhelm Conrad Roentgen. Οι εκπληκτικές ιδιότητες των ακτίνων Χ που ανακάλυψε έλαβαν αμέσως τεράστια απήχηση στον επιστημονικό κόσμο. Αν και τότε, το 1895, ο επιστήμονας δύσκολα θα μπορούσε να φανταστεί τι οφέλη, και μερικές φορές κακό θα μπορούσε να φέρει η ακτινοβολία ακτίνων Χ.
Ας μάθουμε σε αυτό το άρθρο πώς αυτό το είδος ακτινοβολίας επηρεάζει την ανθρώπινη υγεία.
Η πρώτη ερώτηση που ενδιέφερε τον ερευνητή ήταν τι είναι η ακτινοβολία ακτίνων Χ; Μια σειρά πειραμάτων κατέστησε δυνατή την επαλήθευση ότι πρόκειται για ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος 10 -8 cm, που καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ της υπεριώδους και της ακτινοβολίας γάμμα.
Όλες αυτές οι πτυχές των καταστροφικών επιπτώσεων των μυστηριωδών ακτίνων Χ δεν αποκλείουν καθόλου τις εκπληκτικά εκτεταμένες πτυχές της εφαρμογής τους. Πού χρησιμοποιείται η ακτινοβολία ακτίνων Χ;
Οι πιο σημαντικές εφαρμογές των ακτίνων Χ γίνονται δυνατές από τα πολύ μικρά μήκη κύματος αυτών των κυμάτων και τις μοναδικές τους ιδιότητες.
Δεδομένου ότι μας ενδιαφέρει η επίδραση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ σε άτομα που τη συναντούν μόνο κατά τη διάρκεια ιατρικής εξέτασης ή θεραπείας, τότε θα εξετάσουμε περαιτέρω μόνο αυτόν τον τομέα εφαρμογής των ακτίνων Χ.
Παρά την ιδιαίτερη σημασία της ανακάλυψής του, ο Roentgen δεν έβγαλε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη χρήση του, καθιστώντας το ένα ανεκτίμητο δώρο για όλη την ανθρωπότητα. Ήδη στον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο, άρχισαν να χρησιμοποιούνται μηχανήματα ακτίνων Χ, τα οποία κατέστησαν δυνατή τη γρήγορη και ακριβή διάγνωση των τραυματιών. Τώρα μπορούμε να διακρίνουμε δύο κύριους τομείς εφαρμογής των ακτίνων Χ στην ιατρική:
Η διάγνωση με ακτίνες Χ χρησιμοποιείται με διάφορους τρόπους:
Ας δούμε τις διαφορές μεταξύ αυτών των μεθόδων.
Όλες αυτές οι διαγνωστικές μέθοδοι βασίζονται στην ικανότητα των ακτίνων Χ να φωτίζουν το φωτογραφικό φιλμ και στη διαφορετική διαπερατότητά τους στους ιστούς και τον οστικό σκελετό.
Η ικανότητα των ακτίνων Χ να έχουν βιολογική επίδραση στον ιστό χρησιμοποιείται στην ιατρική για τη θεραπεία όγκων. Η ιονιστική δράση αυτής της ακτινοβολίας εκδηλώνεται πιο ενεργά στην επίδρασή της στα ταχέως διαιρούμενα κύτταρα, τα οποία είναι τα κύτταρα των κακοήθων όγκων.
Ωστόσο, θα πρέπει επίσης να γνωρίζετε για παρενέργειες, που αναπόφευκτα συνοδεύει την ακτινοθεραπεία. Το γεγονός είναι ότι τα κύτταρα του αιμοποιητικού, του ενδοκρινικού και του ανοσοποιητικού συστήματος διαιρούνται επίσης γρήγορα. Οι αρνητικές επιπτώσεις σε αυτά προκαλούν σημάδια ασθένειας ακτινοβολίας.
Λίγο μετά την αξιοσημείωτη ανακάλυψη των ακτίνων Χ, ανακαλύφθηκε ότι οι ακτίνες Χ είχαν επίδραση στους ανθρώπους.
Αυτά τα δεδομένα ελήφθησαν από πειράματα σε πειραματόζωα, ωστόσο, οι γενετιστές προτείνουν ότι παρόμοιες συνέπειες μπορεί να επεκταθούν και στο ανθρώπινο σώμα.
Η μελέτη των επιπτώσεων της έκθεσης σε ακτίνες Χ κατέστησε δυνατή την ανάπτυξη διεθνών προτύπων για τις επιτρεπόμενες δόσεις ακτινοβολίας.
Μετά την επίσκεψη στην αίθουσα ακτίνων Χ, πολλοί ασθενείς αισθάνονται ανησυχία για το πώς η λαμβανόμενη δόση ακτινοβολίας θα επηρεάσει την υγεία τους;
Η δόση της συνολικής ακτινοβολίας του σώματος εξαρτάται από τη φύση της διαδικασίας που εκτελείται. Για ευκολία, θα συγκρίνουμε τη δόση που λαμβάνεται με τη φυσική ακτινοβολία, η οποία συνοδεύει ένα άτομο σε όλη του τη ζωή.
Αυτές οι δόσεις ακτινοβολίας πληρούν αποδεκτά πρότυπα, αλλά εάν ο ασθενής βιώσει άγχος πριν υποβληθεί σε ακτινογραφία, έχει το δικαίωμα να ζητήσει ειδική προστατευτική ποδιά.
Κάθε άτομο αναγκάζεται να υποβληθεί σε ακτινολογικές εξετάσεις περισσότερες από μία φορές. Αλλά υπάρχει ένας κανόνας - αυτή η διαγνωστική μέθοδος δεν μπορεί να συνταγογραφηθεί σε έγκυες γυναίκες. Το αναπτυσσόμενο έμβρυο είναι εξαιρετικά ευάλωτο. Οι ακτινογραφίες μπορούν να προκαλέσουν χρωμοσωμικές ανωμαλίες και, ως αποτέλεσμα, τη γέννηση παιδιών με αναπτυξιακά ελαττώματα. Η πιο ευάλωτη περίοδος από αυτή την άποψη είναι η εγκυμοσύνη έως τις 16 εβδομάδες. Επιπλέον, οι ακτινογραφίες της σπονδυλικής στήλης, της πυέλου και της κοιλιάς είναι πιο επικίνδυνες για το αγέννητο μωρό.
Γνωρίζοντας για τις βλαβερές συνέπειες της ακτινοβολίας ακτίνων Χ στην εγκυμοσύνη, οι γιατροί αποφεύγουν με κάθε δυνατό τρόπο τη χρήση της κατά τη διάρκεια αυτής της σημαντικής περιόδου στη ζωή μιας γυναίκας.
Ωστόσο, υπάρχουν πλευρικές πηγές ακτινοβολίας ακτίνων Χ:
Οι μέλλουσες μητέρες θα πρέπει να γνωρίζουν τον κίνδυνο που ενέχουν.
Τα διαγνωστικά με ακτίνες Χ δεν είναι επικίνδυνα για τις θηλάζουσες μητέρες.
Για να αποφύγετε ακόμη και ελάχιστα αποτελέσματα από την έκθεση σε ακτίνες Χ, μπορείτε να ακολουθήσετε μερικά απλά βήματα:
Όμως, δεν απαιτούνται ιατρικές διαδικασίες ή ειδικά μέτρα για την αφαίρεση της ακτινοβολίας μετά από ακτινογραφία!
Παρά τις αναμφισβήτητα σοβαρές συνέπειες της έκθεσης σε ακτίνες Χ, ο κίνδυνος τους κατά τις ιατρικές εξετάσεις δεν πρέπει να υπερεκτιμάται - πραγματοποιούνται μόνο σε ορισμένες περιοχές του σώματος και πολύ γρήγορα. Τα οφέλη από αυτά υπερβαίνουν πολλές φορές τον κίνδυνο αυτής της διαδικασίας για τον ανθρώπινο οργανισμό.
Το 1895, ο Γερμανός φυσικός W. Roentgen ανακάλυψε ένα νέο, άγνωστο μέχρι τώρα είδος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, που ονομάστηκε ακτίνες Χ προς τιμήν του ανακάλυψε της. Ο V. Roentgen έγινε ο συγγραφέας της ανακάλυψής του σε ηλικία 50 ετών, κατέχοντας τη θέση του πρύτανη του Πανεπιστημίου του Würzburg και έχοντας τη φήμη ενός από τους καλύτερους πειραματιστές της εποχής του. Ένας από τους πρώτους που βρήκε τεχνική εφαρμογή για την ανακάλυψη των ακτίνων Χ ήταν ο Αμερικανός Έντισον. Δημιούργησε μια βολική συσκευή επίδειξης και ήδη τον Μάιο του 1896 οργάνωσε μια έκθεση ακτίνων Χ στη Νέα Υόρκη, όπου οι επισκέπτες μπορούσαν να εξετάσουν το χέρι τους σε μια φωτεινή οθόνη. Αφού ο βοηθός του Έντισον πέθανε από σοβαρά εγκαύματα που έλαβε κατά τη διάρκεια συνεχών επιδείξεων, ο εφευρέτης σταμάτησε περαιτέρω πειράματα με ακτίνες Χ.
Η ακτινοβολία ακτίνων Χ άρχισε να χρησιμοποιείται στην ιατρική λόγω της μεγάλης διεισδυτικής της ικανότητας. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκαν ακτινογραφίες για την εξέταση των καταγμάτων των οστών και τον προσδιορισμό της θέσης των ξένων σωμάτων στο ανθρώπινο σώμα. Επί του παρόντος, υπάρχουν διάφορες μέθοδοι που βασίζονται στην ακτινοβολία ακτίνων Χ. Αλλά αυτές οι μέθοδοι έχουν τα μειονεκτήματά τους: η ακτινοβολία μπορεί να προκαλέσει βαθιά βλάβη στο δέρμα. Τα έλκη που εμφανίζονταν συχνά μετατρέπονταν σε καρκίνο. Σε πολλές περιπτώσεις χρειάστηκε να ακρωτηριαστούν τα δάχτυλα ή τα χέρια. ακτινογραφία(συνώνυμο του διαφωτισμού) είναι μια από τις κύριες μεθόδους εξέτασης ακτίνων Χ, η οποία συνίσταται στη λήψη μιας επίπεδης θετικής εικόνας του υπό μελέτη αντικειμένου σε μια ημιδιαφανή (φθορισμού) οθόνη. Κατά τη διάρκεια της ακτινοσκόπησης, το θέμα τοποθετείται μεταξύ μιας ημιδιαφανούς οθόνης και ενός σωλήνα ακτίνων Χ. Στις σύγχρονες οθόνες μετάδοσης ακτίνων Χ, η εικόνα εμφανίζεται όταν ο σωλήνας ακτίνων Χ είναι ενεργοποιημένος και εξαφανίζεται αμέσως μετά την απενεργοποίησή του. Η ακτινοσκόπηση καθιστά δυνατή τη μελέτη της λειτουργίας ενός οργάνου - του παλμού της καρδιάς, των αναπνευστικών κινήσεων των πλευρών, των πνευμόνων, του διαφράγματος, της περισταλτικής του πεπτικού σωλήνα κ.λπ. Η ακτινοσκόπηση χρησιμοποιείται στη θεραπεία παθήσεων του στομάχου, του γαστρεντερικού σωλήνα, του δωδεκαδακτύλου, των παθήσεων του ήπατος, της χοληδόχου κύστης και της χοληφόρου οδού. Σε αυτή την περίπτωση, ο ιατρικός καθετήρας και οι χειριστές εισάγονται χωρίς να καταστρέψουν τον ιστό και οι ενέργειες κατά τη διάρκεια της επέμβασης ελέγχονται με ακτινοσκόπηση και είναι ορατές στην οθόνη.
ακτινογραφία -Διαγνωστική μέθοδος ακτίνων Χ με καταχώρηση ακίνητης εικόνας σε φωτοευαίσθητο υλικό - ειδικό. φωτογραφικό φιλμ (φιλμ ακτίνων Χ) ή φωτογραφικό χαρτί με επακόλουθη επεξεργασία φωτογραφίας. Με την ψηφιακή ακτινογραφία, η εικόνα καταγράφεται στη μνήμη του υπολογιστή. Πραγματοποιείται σε ακτινογραφικά διαγνωστικά μηχανήματα - σταθερά, εγκατεστημένα σε ειδικά εξοπλισμένα ακτινογραφικά δωμάτια ή κινητά και φορητά - στο κρεβάτι του ασθενούς ή στο χειρουργείο. Οι ακτίνες Χ δείχνουν τα δομικά στοιχεία διαφόρων οργάνων πολύ πιο καθαρά από μια οθόνη φθορισμού. Οι ακτινογραφίες πραγματοποιούνται για τον εντοπισμό και την πρόληψη διαφόρων ασθενειών· ο κύριος σκοπός της είναι να βοηθήσει τους γιατρούς διαφόρων ειδικοτήτων να κάνουν τη διάγνωση σωστά και γρήγορα. Μια εικόνα ακτίνων Χ καταγράφει την κατάσταση ενός οργάνου ή ιστού μόνο τη στιγμή της λήψης. Ωστόσο, μια μόνο ακτινογραφία καταγράφει μόνο ανατομικές αλλαγές σε μια συγκεκριμένη στιγμή, δίνει μια στατική διαδικασία. μέσω μιας σειράς ακτινογραφιών που λαμβάνονται σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα, είναι δυνατό να μελετηθεί η δυναμική της διαδικασίας, δηλαδή οι λειτουργικές αλλαγές. Τομογραφία.Η λέξη τομογραφία μπορεί να μεταφραστεί από τα ελληνικά ως "φέτα εικόνας".Αυτό σημαίνει ότι ο σκοπός της τομογραφίας είναι να αποκτήσει μια εικόνα στρώμα προς στρώμα της εσωτερικής δομής του υπό μελέτη αντικειμένου. Η τομογραφία υπολογιστή χαρακτηρίζεται από υψηλή ανάλυση, η οποία καθιστά δυνατή τη διάκριση λεπτών αλλαγών στους μαλακούς ιστούς. Η CT σάς επιτρέπει να ανιχνεύσετε παθολογικές διεργασίες που δεν μπορούν να ανιχνευθούν με άλλες μεθόδους. Επιπλέον, η χρήση αξονικής τομογραφίας καθιστά δυνατή τη μείωση της δόσης της ακτινοβολίας που λαμβάνουν οι ασθενείς κατά τη διαγνωστική διαδικασία.
Φθοριογραφία- Μια διαγνωστική μέθοδος που επιτρέπει σε κάποιον να αποκτήσει εικόνες οργάνων και ιστών αναπτύχθηκε στα τέλη του 20ου αιώνα, ένα χρόνο μετά την ανακάλυψη των ακτίνων Χ. Στις φωτογραφίες μπορείτε να δείτε σκλήρυνση, ίνωση, ξένα αντικείμενα, νεοπλάσματα, φλεγμονές ανεπτυγμένου βαθμού, παρουσία αερίων και διήθηση στις κοιλότητες, αποστήματα, κύστεις κ.λπ. Τις περισσότερες φορές, η ακτινογραφία θώρακος εκτελείται για την ανίχνευση φυματίωσης, κακοήθους όγκου στους πνεύμονες ή το στήθος και άλλες παθολογίες.
Ακτινοθεραπείαείναι μια σύγχρονη μέθοδος που χρησιμοποιείται για τη θεραπεία ορισμένων παθολογιών των αρθρώσεων. Οι κύριοι τομείς θεραπείας των ορθοπεδικών παθήσεων με τη χρήση αυτής της μεθόδου είναι: Χρόνιες. Φλεγμονώδεις διεργασίες των αρθρώσεων (αρθρίτιδα, πολυαρθρίτιδα). Εκφυλιστικές (οστεοάρθρωση, οστεοχόνδρωση, παραμορφωτική σπονδύλωση). Ο σκοπός της ακτινοθεραπείαςείναι η αναστολή της ζωτικής δραστηριότητας των κυττάρων των παθολογικά αλλοιωμένων ιστών ή η πλήρης καταστροφή τους. Για μη καρκινικές ασθένειες, η ακτινοθεραπεία στοχεύει στην καταστολή της φλεγμονώδους αντίδρασης, στην καταστολή των πολλαπλασιαστικών διεργασιών, στη μείωση της ευαισθησίας στον πόνο και της εκκριτικής δραστηριότητας των αδένων. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι οι σεξουαλικοί αδένες, τα αιμοποιητικά όργανα, τα λευκοκύτταρα και τα κύτταρα κακοήθους όγκου είναι πιο ευαίσθητα στις ακτίνες Χ. Η δόση ακτινοβολίας προσδιορίζεται ξεχωριστά σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση.
Για την ανακάλυψη των ακτίνων Χ, ο Ρέντγκεν τιμήθηκε με το πρώτο βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1901 και η Επιτροπή Νόμπελ τόνισε την πρακτική σημασία της ανακάλυψής του.
Έτσι, οι ακτίνες Χ είναι αόρατη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος 105 - 102 nm. Οι ακτίνες Χ μπορούν να διαπεράσουν ορισμένα υλικά που είναι αδιαφανή στο ορατό φως. Εκπέμπονται κατά την επιβράδυνση των γρήγορων ηλεκτρονίων σε μια ουσία (συνεχές φάσμα) και κατά τις μεταβάσεις ηλεκτρονίων από τα εξωτερικά ηλεκτρονιακά κελύφη ενός ατόμου στα εσωτερικά (φάσμα γραμμής). Πηγές ακτινοβολίας ακτίνων Χ είναι: ένας σωλήνας ακτίνων Χ, ορισμένα ραδιενεργά ισότοπα, επιταχυντές και συσκευές αποθήκευσης ηλεκτρονίων (ακτινοβολία σύγχροτρον). Δέκτες - φωτογραφικό φιλμ, οθόνες φθορισμού, ανιχνευτές πυρηνικής ακτινοβολίας. Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται σε ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ, ιατρική, ανίχνευση ελαττωμάτων, φασματική ανάλυση ακτίνων Χ κ.λπ.
Η σύγχρονη ιατρική διάγνωση και θεραπεία ορισμένων ασθενειών δεν μπορεί να φανταστεί χωρίς συσκευές που χρησιμοποιούν τις ιδιότητες της ακτινοβολίας ακτίνων Χ. Η ανακάλυψη των ακτίνων Χ συνέβη πριν από περισσότερα από 100 χρόνια, αλλά ακόμη και τώρα συνεχίζονται οι εργασίες για τη δημιουργία νέων τεχνικών και συσκευών για την ελαχιστοποίηση των αρνητικών επιπτώσεων της ακτινοβολίας στο ανθρώπινο σώμα.
Υπό φυσικές συνθήκες, οι ροές ακτίνων Χ είναι σπάνιες και εκπέμπονται μόνο από ορισμένα ραδιενεργά ισότοπα. Οι ακτίνες Χ ή ακτίνες Χ ανακαλύφθηκαν μόλις το 1895 από τον Γερμανό επιστήμονα Wilhelm Röntgen. Αυτή η ανακάλυψη έγινε τυχαία, κατά τη διάρκεια ενός πειράματος για τη μελέτη της συμπεριφοράς των ακτίνων φωτός σε συνθήκες που πλησιάζουν το κενό. Το πείραμα περιελάμβανε έναν καθοδικό σωλήνα εκκένωσης αερίου με μειωμένη πίεση και μια φθορίζουσα οθόνη, που κάθε φορά άρχιζε να λάμπει τη στιγμή που ο σωλήνας άρχιζε να λειτουργεί.
Ενδιαφερόμενος για το παράξενο αποτέλεσμα, ο Roentgen διεξήγαγε μια σειρά μελετών που έδειξαν ότι η προκύπτουσα ακτινοβολία, αόρατη στο μάτι, είναι ικανή να διεισδύσει μέσα από διάφορα εμπόδια: χαρτί, ξύλο, γυαλί, ορισμένα μέταλλα, ακόμη και μέσα από το ανθρώπινο σώμα. Παρά την έλλειψη κατανόησης της ίδιας της φύσης αυτού που συμβαίνει, εάν ένα τέτοιο φαινόμενο προκαλείται από τη δημιουργία ενός ρεύματος άγνωστων σωματιδίων ή κυμάτων, σημειώθηκε το ακόλουθο μοτίβο - η ακτινοβολία περνά εύκολα μέσα από τους μαλακούς ιστούς του σώματος και πολύ πιο σκληρό μέσω σκληρών ζωντανών ιστών και μη ζωντανών ουσιών.
Ο Ρέντγκεν δεν ήταν ο πρώτος που μελέτησε αυτό το φαινόμενο. Στα μέσα του 19ου αιώνα, παρόμοιες δυνατότητες διερεύνησαν ο Γάλλος Antoine Mason και ο Άγγλος William Crookes. Ωστόσο, ήταν ο Roentgen που εφηύρε πρώτος έναν καθοδικό σωλήνα και έναν δείκτη που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στην ιατρική. Ήταν ο πρώτος που δημοσίευσε ένα επιστημονικό έργο, το οποίο του χάρισε τον τίτλο του πρώτου νομπελίστα μεταξύ των φυσικών.
Το 1901 ξεκίνησε μια γόνιμη συνεργασία τριών επιστημόνων, οι οποίοι έγιναν οι ιδρυτές της ακτινολογίας και της ακτινολογίας.
Οι ακτινογραφίες είναι συστατικόγενικό φάσμα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Το μήκος κύματος βρίσκεται μεταξύ των ακτίνων γάμμα και των υπεριωδών ακτίνων. Οι ακτίνες Χ έχουν όλες τις συνήθεις κυματικές ιδιότητες:
Για να δημιουργηθεί τεχνητά μια ροή ακτίνων Χ, χρησιμοποιούνται ειδικές συσκευές - σωλήνες ακτίνων Χ. Η ακτινοβολία ακτίνων Χ συμβαίνει λόγω της επαφής γρήγορων ηλεκτρονίων από το βολφράμιο με ουσίες που εξατμίζονται από την θερμή άνοδο. Στο φόντο της αλληλεπίδρασης, εμφανίζονται ηλεκτρομαγνητικά κύματα μικρού μήκους, που βρίσκονται στο φάσμα από 100 έως 0,01 nm και στην περιοχή ενέργειας 100-0,1 MeV. Εάν το μήκος κύματος των ακτίνων είναι μικρότερο από 0,2 nm, αυτό είναι σκληρή ακτινοβολία· εάν το μήκος κύματος είναι μεγαλύτερο από αυτήν την τιμή, ονομάζονται μαλακές ακτίνες Χ.
Είναι σημαντικό ότι η κινητική ενέργεια που προκύπτει από την επαφή των ηλεκτρονίων και της ουσίας της ανόδου μετατρέπεται κατά 99% σε θερμική ενέργεια και μόνο το 1% είναι ακτίνες Χ.
Η ακτινοβολία Χ είναι μια υπέρθεση δύο τύπων ακτίνων - bremsstrahlung και χαρακτηριστικών. Δημιουργούνται στον σωλήνα ταυτόχρονα. Επομένως, η ακτινοβολία ακτίνων Χ και τα χαρακτηριστικά κάθε συγκεκριμένου σωλήνα ακτίνων Χ - το φάσμα ακτινοβολίας του - εξαρτώνται από αυτούς τους δείκτες και αντιπροσωπεύουν την επικάλυψη τους.
Οι Bremsstrahlung ή οι συνεχείς ακτίνες Χ είναι το αποτέλεσμα της επιβράδυνσης των ηλεκτρονίων που εξατμίζονται από ένα νήμα βολφραμίου.
Χαρακτηριστικές ή γραμμικές ακτίνες Χ σχηματίζονται τη στιγμή της αναδιάρθρωσης των ατόμων της ουσίας της ανόδου του σωλήνα ακτίνων Χ. Το μήκος κύματος των χαρακτηριστικών ακτίνων εξαρτάται άμεσα από τον ατομικό αριθμό του χημικού στοιχείου που χρησιμοποιείται για την κατασκευή της ανόδου του σωλήνα.
Οι αναφερόμενες ιδιότητες των ακτίνων Χ τους επιτρέπουν να χρησιμοποιηθούν στην πράξη:
Οι ιδιότητες των ακτίνων Χ στις οποίες βασίζεται η απεικόνιση είναι η ικανότητα είτε να αποσυντίθενται είτε να προκαλούν τη λάμψη ορισμένων ουσιών.
Η ακτινοβολία με ακτίνες Χ προκαλεί μια φθορίζουσα λάμψη στα θειούχα κάδμιο και ψευδάργυρο - πράσινο, και στο βολφραμικό ασβέστιο - μπλε. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται σε τεχνικές ιατρικής απεικόνισης ακτίνων Χ και επίσης αυξάνει τη λειτουργικότητα των οθονών ακτίνων Χ.
Η φωτοχημική επίδραση των ακτίνων Χ σε φωτοευαίσθητα υλικά αλογονιδίου του αργύρου (έκθεση) επιτρέπει τη διάγνωση - λήψη φωτογραφιών με ακτίνες Χ. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται επίσης κατά τη μέτρηση της συνολικής δόσης που λαμβάνουν οι βοηθοί εργαστηρίου σε χώρους ακτίνων Χ. Τα δοσίμετρα σώματος περιέχουν ειδικές ευαίσθητες ταινίες και δείκτες. Η ιονιστική επίδραση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό των ποιοτικών χαρακτηριστικών των ακτίνων Χ που προκύπτουν.
Μία μόνο έκθεση σε ακτινοβολία από τις συμβατικές ακτίνες Χ αυξάνει τον κίνδυνο καρκίνου μόνο κατά 0,001%.
Η χρήση ακτίνων Χ επιτρέπεται στις ακόλουθες βιομηχανίες:
Η κύρια εφαρμογή της ακτινοβολίας ακτίνων Χ είναι στον ιατρικό τομέα. Σήμερα, ο τομέας της ιατρικής ακτινολογίας περιλαμβάνει: ακτινοδιάγνωση, ακτινοθεραπεία (ακτινοθεραπεία), ακτινοχειρουργική. Ιατρικά πανεπιστήμια αποφοιτούν ειδικοί υψηλής εξειδίκευσης – ακτινολόγους.
Η υψηλή διεισδυτική ισχύς και η ιονιστική δράση των ακτίνων Χ μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στη δομή του κυτταρικού DNA και ως εκ τούτου να θέτουν σε κίνδυνο τον άνθρωπο. Η βλάβη από τις ακτινογραφίες είναι ευθέως ανάλογη με τη δόση ακτινοβολίας που λαμβάνεται. Διαφορετικά όργανα ανταποκρίνονται στην ακτινοβολία σε διάφορους βαθμούς. Τα πιο ευαίσθητα περιλαμβάνουν:
Η ανεξέλεγκτη χρήση ακτινοβολίας με ακτίνες Χ μπορεί να προκαλέσει αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες παθολογίες.
Συνέπειες της ακτινοβολίας με ακτίνες Χ:
Σπουδαίος! Σε αντίθεση με τις ραδιενεργές ουσίες, οι ακτίνες Χ δεν συσσωρεύονται στους ιστούς του σώματος, πράγμα που σημαίνει ότι οι ακτίνες Χ δεν χρειάζεται να αφαιρεθούν από το σώμα. Η επιβλαβής επίδραση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ τελειώνει όταν απενεργοποιηθεί η ιατρική συσκευή.
Η χρήση ακτινοβολίας ακτίνων Χ στην ιατρική επιτρέπεται όχι μόνο για διαγνωστικούς (τραυματολογία, οδοντιατρική), αλλά και για θεραπευτικούς σκοπούς:
Η ακτινοδιαγνωστική περιλαμβάνει τις ακόλουθες τεχνικές:
Η ακτινοθεραπεία είναι μια τοπική θεραπευτική μέθοδος. Τις περισσότερες φορές, η μέθοδος χρησιμοποιείται για την καταστροφή των καρκινικών κυττάρων. Δεδομένου ότι το αποτέλεσμα είναι συγκρίσιμο με τη χειρουργική αφαίρεση, αυτή η μέθοδος θεραπείας ονομάζεται συχνά ακτινοχειρουργική.
Σήμερα, η θεραπεία με ακτίνες Χ πραγματοποιείται με τους ακόλουθους τρόπους:
Αυτές οι μέθοδοι είναι ήπιες και η χρήση τους είναι προτιμότερη από τη χημειοθεραπεία σε ορισμένες περιπτώσεις. Αυτή η δημοτικότητα οφείλεται στο γεγονός ότι οι ακτίνες δεν συσσωρεύονται και δεν απαιτούν απομάκρυνση από το σώμα· έχουν επιλεκτικό αποτέλεσμα, χωρίς να επηρεάζουν άλλα κύτταρα και ιστούς.
Αυτός ο δείκτης του κανόνα της επιτρεπόμενης ετήσιας έκθεσης έχει το δικό του όνομα - γενετικά σημαντική ισοδύναμη δόση (GSD). Αυτός ο δείκτης δεν έχει σαφείς ποσοτικές τιμές.
Σήμερα ισχύουν τα ακόλουθα μέσα πρότυπα GZD:
Η ακτινοβολία ακτίνων Χ δεν απαιτεί απομάκρυνση από το σώμα και είναι επικίνδυνη μόνο σε περίπτωση έντονης και παρατεταμένης έκθεσης. Ο σύγχρονος ιατρικός εξοπλισμός χρησιμοποιεί ακτινοβολία χαμηλής ενέργειας μικρής διάρκειας, επομένως η χρήση του θεωρείται σχετικά αβλαβής.
Αν και οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει την επίδραση των ακτίνων Χ μόνο από τη δεκαετία του 1890, η ιατρική χρήση των ακτίνων Χ για αυτή τη φυσική δύναμη έχει προχωρήσει γρήγορα. Σήμερα, προς όφελος της ανθρωπότητας, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ακτίνων Χ χρησιμοποιείται στην ιατρική, την ακαδημαϊκή κοινότητα και τη βιομηχανία, καθώς και για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Επιπλέον, η ακτινοβολία έχει χρήσιμες εφαρμογές σε τομείς όπως η γεωργία, η αρχαιολογία, το διάστημα, η επιβολή του νόμου, η γεωλογία (συμπεριλαμβανομένης της εξόρυξης) και πολλές άλλες δραστηριότητες, ακόμη και τα αυτοκίνητα αναπτύσσονται χρησιμοποιώντας το φαινόμενο της πυρηνικής σχάσης.
Σε περιβάλλοντα υγειονομικής περίθαλψης, γιατροί και οδοντίατροι χρησιμοποιούν μια ποικιλία πυρηνικών υλικών και διαδικασιών για τη διάγνωση, την παρακολούθηση και τη θεραπεία ενός ευρέος φάσματος μεταβολικών διεργασιών και ασθενειών στο ανθρώπινο σώμα. Ως αποτέλεσμα, οι ιατρικές διαδικασίες που χρησιμοποιούν δοκάρια έχουν σώσει χιλιάδες ζωές ανιχνεύοντας και θεραπεύοντας ασθένειες που κυμαίνονται από έναν υπερδραστήριο θυρεοειδή αδένα έως τον καρκίνο των οστών.
Οι πιο συνηθισμένες από αυτές τις ιατρικές διαδικασίες περιλαμβάνουν τη χρήση ακτίνων που μπορούν να περάσουν από το δέρμα μας. Όταν λαμβάνεται μια εικόνα, τα οστά μας και άλλες δομές φαίνεται να δημιουργούν σκιές επειδή είναι πιο πυκνά από το δέρμα μας και αυτές οι σκιές μπορούν να ανιχνευθούν σε φιλμ ή οθόνη οθόνης. Το αποτέλεσμα είναι παρόμοιο με την τοποθέτηση ενός μολυβιού ανάμεσα σε ένα κομμάτι χαρτί και ένα φως. Η σκιά του μολυβιού θα είναι ορατή στο κομμάτι χαρτί. Η διαφορά είναι ότι οι ακτίνες είναι αόρατες, άρα χρειάζεται ένα στοιχείο εγγραφής, κάτι σαν φωτογραφικό φιλμ. Αυτό επιτρέπει στους γιατρούς και τους οδοντιάτρους να αξιολογούν τη χρήση ακτίνων Χ όταν βλέπουν σπασμένα οστά ή οδοντικά προβλήματα.
Η χρήση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ με στοχευμένο τρόπο για θεραπευτικούς σκοπούς δεν είναι μόνο για την ανίχνευση ζημιών. Όταν χρησιμοποιείται ειδικά, προορίζεται να σκοτώσει τον καρκινικό ιστό, να μειώσει το μέγεθος του όγκου ή να μειώσει τον πόνο. Για παράδειγμα, το ραδιενεργό ιώδιο (συγκεκριμένα το ιώδιο-131) χρησιμοποιείται συχνά για τη θεραπεία του καρκίνου του θυρεοειδούς, μια κατάσταση που επηρεάζει πολλούς ανθρώπους.
Οι συσκευές που χρησιμοποιούν αυτήν την ιδιότητα συνδέονται επίσης με υπολογιστές και πραγματοποιούν σάρωση, που ονομάζεται: υπολογιστική αξονική τομογραφία ή υπολογιστική τομογραφία.
Αυτά τα όργανα παρέχουν στους γιατρούς έγχρωμες εικόνες που δείχνουν το περίγραμμα και τις λεπτομέρειες των εσωτερικών οργάνων. Βοηθά τους γιατρούς να εντοπίσουν και να εντοπίσουν όγκους, ανωμαλίες μεγέθους ή άλλα φυσιολογικά ή λειτουργικά προβλήματα οργάνων.
Επιπλέον, τα νοσοκομεία και τα ακτινολογικά κέντρα εκτελούν εκατομμύρια επεμβάσεις ετησίως. Σε τέτοιες διαδικασίες, οι γιατροί απελευθερώνουν ελαφρώς ραδιενεργές ουσίες στο σώμα των ασθενών για να εξετάσουν ορισμένα εσωτερικά όργανα, όπως το πάγκρεας, τα νεφρά, ο θυρεοειδής, το ήπαρ ή ο εγκέφαλος, για να διαγνώσουν κλινικές καταστάσεις.
