Los rayos X juegan uno de los papeles más importantes en el estudio y uso práctico de los fenómenos atómicos. Gracias a sus investigaciones, se hicieron muchos descubrimientos y se desarrollaron métodos para analizar sustancias, que se utilizan en diversos campos. Aquí consideraremos uno de los tipos de rayos X: los rayos X característicos.
La radiación de rayos X es un cambio de alta frecuencia en el estado de un campo electromagnético que se propaga en el espacio a una velocidad de unos 300.000 km/s, es decir, ondas electromagnéticas. En la escala del rango de radiación electromagnética, los rayos X se ubican en el rango de longitud de onda de aproximadamente 10 -8 a 5∙10 -12 metros, que es varios órdenes de magnitud más corta que las ondas ópticas. Esto corresponde a frecuencias de 3∙10 16 a 6∙10 19 Hz y energías de 10 eV a 250 keV, o 1.6∙10 -18 a 4∙10 -14 J. Cabe señalar que los límites de los rangos de frecuencia de Las radiaciones electromagnéticas son bastante convencionales debido a su superposición.
Es la interacción de partículas cargadas aceleradas (electrones de alta energía) con campos eléctricos y magnéticos y con átomos de materia.
Los fotones de rayos X se caracterizan por tener altas energías y un alto poder de penetración e ionización, especialmente para los rayos X duros con longitudes de onda inferiores a 1 nanómetro (10 -9 m).
Los rayos X interactúan con la materia, ionizando sus átomos, en los procesos de efecto fotoeléctrico (fotoabsorción) y dispersión incoherente (Compton). En la fotoabsorción, un fotón de rayos X, al ser absorbido por un electrón de un átomo, le transfiere energía. Si su valor excede la energía de enlace de un electrón en un átomo, entonces abandona el átomo. La dispersión de Compton es característica de los fotones de rayos X más duros (energéticos). Parte de la energía del fotón absorbido se gasta en ionización; en este caso, con cierto ángulo respecto a la dirección del fotón primario, se emite uno secundario, de menor frecuencia.
Para obtener los rayos se utilizan botellas de vacío de vidrio con electrodos ubicados en su interior. La diferencia de potencial entre los electrodos debe ser muy alta, hasta cientos de kilovoltios. En un cátodo de tungsteno calentado por corriente, se produce una emisión termoiónica, es decir, se emiten electrones que, acelerados por la diferencia de potencial, bombardean el ánodo. Como resultado de su interacción con los átomos del ánodo (a veces llamado anticátodo), nacen los fotones de rayos X.
Dependiendo de qué proceso conduce al nacimiento de un fotón, existen tipos de radiación de rayos X como bremsstrahlung y característica.
Los electrones pueden, al encontrarse con el ánodo, ralentizarse, es decir, perder energía en los campos eléctricos de sus átomos. Esta energía se emite en forma de fotones de rayos X. Tal radiación se llama bremsstrahlung.
Está claro que las condiciones de frenado diferirán para los electrones individuales. Esto significa que diferentes cantidades de su energía cinética se convierten en rayos X. Como resultado, la bremsstrahlung incluye fotones de diferentes frecuencias y, en consecuencia, longitudes de onda. Por lo tanto, su espectro es continuo (continuo). A veces, por esta razón, también se le llama rayos X "blancos".
La energía del fotón de bremsstrahlung no puede exceder la energía cinética del electrón que lo genera, por lo que la frecuencia máxima (y la longitud de onda más pequeña) de bremsstrahlung corresponde al valor más grande de la energía cinética de los electrones que inciden en el ánodo. Este último depende de la diferencia de potencial aplicada a los electrodos.
Hay otro tipo de rayos X que proviene de un proceso diferente. Esta radiación se llama característica, y nos detendremos en ella con más detalle.
Habiendo llegado al anticátodo, un electrón rápido puede penetrar dentro del átomo y eliminar cualquier electrón de uno de los orbitales inferiores, es decir, transferirle energía suficiente para superar la barrera de potencial. Sin embargo, si hay niveles de energía más altos ocupados por electrones en el átomo, el lugar vacante no permanecerá vacío.
Hay que recordar que la estructura electrónica del átomo, como todo sistema energético, busca minimizar la energía. La vacante formada como resultado de la eliminación se llena con un electrón de uno de los niveles superiores. Su energía es superior y, al ocupar un nivel inferior, irradia un excedente en forma de cuanto de radiación característica de rayos X.
La estructura electrónica de un átomo es un conjunto discreto de posibles estados de energía de los electrones. Por lo tanto, los fotones de rayos X emitidos durante el reemplazo de vacantes de electrones también pueden tener solo valores de energía estrictamente definidos, lo que refleja la diferencia de nivel. Como resultado, la radiación de rayos X característica tiene un espectro no continuo, sino de tipo lineal. Tal espectro permite caracterizar la sustancia del ánodo, de ahí el nombre de estos rayos. Precisamente por las diferencias espectrales está claro lo que se entiende por bremsstrahlung y rayos X característicos.
A veces, el exceso de energía no es emitido por el átomo, sino que se gasta en eliminar el tercer electrón. Este proceso, el llamado efecto Auger, es más probable que ocurra cuando la energía de enlace de electrones no supera 1 keV. La energía del electrón Auger liberado depende de la estructura de los niveles de energía del átomo, por lo que los espectros de tales electrones también son discretos.
Las líneas características estrechas están presentes en el patrón espectral de rayos X junto con un espectro continuo de bremsstrahlung. Si representamos el espectro como un gráfico de intensidad versus longitud de onda (frecuencia), veremos picos agudos en las ubicaciones de las líneas. Su posición depende del material del ánodo. Estos máximos están presentes en cualquier diferencia de potencial: si hay rayos X, siempre hay picos también. Con el aumento del voltaje en los electrodos del tubo, la intensidad de la radiación de rayos X tanto continua como característica aumenta, pero la ubicación de los picos y la relación de sus intensidades no cambia.
Los picos en los espectros de rayos X tienen la misma forma independientemente del material del anticátodo irradiado por los electrones, pero para diferentes materiales se ubican en diferentes frecuencias, uniéndose en serie según la proximidad de los valores de frecuencia. Entre las propias series, la diferencia de frecuencias es mucho más significativa. La forma de los máximos no depende en modo alguno de si el material del ánodo representa un elemento químico puro o si es una sustancia compleja. En este último caso, los espectros de rayos X característicos de sus elementos constituyentes simplemente se superponen entre sí.
Con un aumento en el número atómico de un elemento químico, todas las líneas de su espectro de rayos X se desplazan hacia una frecuencia creciente. El espectro conserva su forma.
El fenómeno del desplazamiento espectral de las líneas características fue descubierto experimentalmente por el físico inglés Henry Moseley en 1913. Esto le permitió asociar las frecuencias de los máximos del espectro con los números ordinales de los elementos químicos. Por lo tanto, la longitud de onda de la radiación de rayos X característica, como se vio después, se puede correlacionar claramente con un elemento en particular. En general, la ley de Moseley se puede escribir de la siguiente manera: √f = (Z - S n)/n√R, donde f es la frecuencia, Z es el número ordinal del elemento, S n es la constante de apantallamiento, n es el cuanto principal número, y R es la constante de Rydberg. Esta relación es lineal y aparece en el diagrama de Moseley como una serie de líneas rectas para cada valor de n.
Los valores de n corresponden a series individuales de picos de rayos X característicos. La ley de Moseley permite determinar el número de serie de un elemento químico irradiado por electrones duros a partir de las longitudes de onda medidas (están únicamente relacionadas con las frecuencias) de los máximos del espectro de rayos X.
Estructura capas de electrones los elementos químicos son idénticos. Esto está indicado por la monotonicidad del cambio de desplazamiento en el espectro característico de los rayos X. El cambio de frecuencia no refleja las diferencias estructurales, sino las de energía entre las capas de electrones, únicas para cada elemento.
Hay pequeñas desviaciones de la estricta relación lineal expresada por la ley de Moseley. Están relacionados, en primer lugar, con las peculiaridades del orden de llenado de las capas de electrones en algunos elementos y, en segundo lugar, con los efectos relativistas del movimiento de los electrones en los átomos pesados. Además, cuando cambia el número de neutrones en el núcleo (el llamado cambio isotópico), la posición de las líneas puede cambiar ligeramente. Este efecto hizo posible estudiar la estructura atómica en detalle.
La importancia de la ley de Moseley es extremadamente grande. Su aplicación constante a los elementos del sistema periódico de Mendeleev estableció el patrón de aumentar el número de serie de acuerdo con cada pequeño cambio en los máximos característicos. Esto contribuyó a aclarar la cuestión del significado físico del número ordinal de elementos. El valor Z no es solo un número: es la carga eléctrica positiva del núcleo, que es la suma de las cargas positivas unitarias de las partículas que lo componen. La ubicación correcta de los elementos en la tabla y la presencia de posiciones vacías en ella (entonces todavía existían) recibieron una poderosa confirmación. Se probó la validez de la ley periódica.
La ley de Moseley, además, se convirtió en la base sobre la que surgió toda un área de investigación experimental: la espectrometría de rayos X.
Recordemos brevemente cómo está dispuesta la estructura electrónica. Consta de capas, indicadas con las letras K, L, M, N, O, P, Q, o números del 1 al 7. Los electrones dentro de la capa se caracterizan por el mismo número cuántico principal n, que determina los posibles valores de energía. En las capas exteriores, la energía de los electrones es mayor y, en consecuencia, el potencial de ionización de los electrones exteriores es menor.
El caparazón incluye uno o más subniveles: s, p, d, f, g, h, i. En cada capa, el número de subniveles aumenta en uno en comparación con el anterior. El número de electrones en cada subnivel y en cada capa no puede exceder un cierto valor. Se caracterizan, además del número cuántico principal, por el mismo valor de la nube de electrones orbitales que determina la forma. Los subniveles están etiquetados con el caparazón al que pertenecen, como 2s, 4d, etc.
El subnivel contiene que, además del principal y el orbital, están establecidos por un número cuántico más: magnético, que determina la proyección del momento orbital del electrón en la dirección del campo magnético. Un orbital no puede tener más de dos electrones, que difieren en el valor del cuarto número cuántico: el espín.
Consideremos con más detalle cómo surge la radiación de rayos X característica. Dado que el origen de este tipo de emisión electromagnética está asociado a fenómenos que ocurren en el interior del átomo, lo más conveniente es describirlo con precisión en la aproximación de configuraciones electrónicas.
Entonces, la causa de esta radiación es la formación de vacantes de electrones en las capas internas, debido a la penetración profunda de electrones de alta energía en el átomo. La probabilidad de que un electrón duro interactúe aumenta con la densidad de las nubes de electrones. Por lo tanto, las colisiones son más probables dentro de capas internas densamente empaquetadas, como la capa K más baja. Aquí el átomo se ioniza y se forma una vacante en la capa 1s.
Esta vacante se llena con un electrón de la capa con una energía más alta, cuyo exceso es arrastrado por el fotón de rayos X. Este electrón puede "caer" de la segunda capa L, de la tercera capa M y así sucesivamente. Así se forma la serie característica, en este ejemplo, la serie K. Una indicación de dónde proviene el electrón que llena la vacante se da en forma de índice griego al designar la serie. "Alfa" significa que proviene del caparazón L, "beta" - del caparazón M. En la actualidad, existe una tendencia a sustituir los índices de letras griegas por los latinos adoptados para designar las conchas.
La intensidad de la línea alfa en la serie es siempre la más alta, lo que significa que la probabilidad de llenar una vacante desde un caparazón vecino es la más alta.
Ahora podemos responder a la pregunta, ¿cuál es la energía máxima del cuanto característico de rayos X? Está determinado por la diferencia en los valores de energía de los niveles entre los cuales ocurre la transición electrónica, de acuerdo con la fórmula E \u003d E n 2 - E n 1, donde E n 2 y E n 1 son las energías del estados electrónicos entre los que se produjo la transición. El valor más alto de este parámetro lo dan las transiciones de la serie K desde los niveles más altos posibles de átomos de elementos pesados. Pero la intensidad de estas líneas (alturas de los picos) es la más pequeña, ya que son las menos probables.
Si, debido a un voltaje insuficiente en los electrodos, un electrón duro no puede alcanzar el nivel K, forma una vacante en el nivel L y se forma una serie L menos energética con longitudes de onda más largas. Las series posteriores nacen de manera similar.
Además, cuando se llena una vacante, aparece una nueva vacante en el caparazón superpuesto como resultado de una transición electrónica. Esto crea las condiciones para generar la siguiente serie. Las vacantes electrónicas se mueven más alto de un nivel a otro, y el átomo emite una cascada de series espectrales características, mientras permanece ionizado.
Los espectros de rayos X atómicos de la radiación de rayos X característica se caracterizan por una estructura fina, que se expresa, como en los espectros ópticos, en la división de líneas.
La estructura fina se debe al hecho de que el nivel de energía, la capa de electrones, es un conjunto de componentes estrechamente espaciados, subcapas. Para caracterizar las subcapas, se introduce uno más, el número cuántico interno j, que refleja la interacción de los momentos magnéticos intrínseco y orbital del electrón.
Debido a la influencia de la interacción espín-órbita, la estructura energética del átomo se vuelve más complicada y, como resultado, la radiación de rayos X característica tiene un espectro que se caracteriza por líneas divididas con elementos muy próximos entre sí.
Los elementos de estructura fina generalmente se indican mediante índices digitales adicionales.
La característica radiación de rayos X tiene una característica que se refleja solo en la estructura fina del espectro. La transición de un electrón al nivel de energía más bajo no ocurre desde la subcapa inferior del nivel superior. Tal evento tiene una probabilidad despreciable.
Esta radiación, debido a sus características descritas por la ley de Moseley, subyace a varios métodos espectrales de rayos X para el análisis de sustancias. Al analizar el espectro de rayos X, se utiliza la difracción de la radiación por cristales (método de dispersión de ondas) o detectores sensibles a la energía de los fotones de rayos X absorbidos (método de dispersión de energía). La mayoría de los microscopios electrónicos están equipados con algún tipo de accesorio de espectrometría de rayos X.
La espectrometría de dispersión de ondas se caracteriza por una precisión especialmente alta. Con la ayuda de filtros especiales, se seleccionan los picos más intensos del espectro, gracias a los cuales es posible obtener una radiación casi monocromática con una frecuencia conocida con precisión. El material del ánodo se elige con mucho cuidado para garantizar que se obtenga un haz monocromático de la frecuencia deseada. Su difracción en la red cristalina de la sustancia estudiada permite estudiar la estructura de la red con gran precisión. Este método también se utiliza en el estudio del ADN y otras moléculas complejas.
Una de las características de la radiación de rayos X característica también se tiene en cuenta en la espectrometría gamma. Esta es la alta intensidad de los picos característicos. Los espectrómetros gamma usan blindaje de plomo contra la radiación de fondo externa que interfiere con las mediciones. Pero el plomo, al absorber los cuantos gamma, experimenta una ionización interna, como resultado de lo cual emite activamente en el rango de rayos X. Se utiliza un blindaje de cadmio adicional para absorber los picos intensos de la radiación de rayos X característica del plomo. Este, a su vez, se ioniza y también emite rayos X. Para neutralizar los picos característicos de cadmio, se utiliza una tercera capa de protección: cobre, cuyos máximos de rayos X se encuentran fuera del rango de frecuencia de funcionamiento del espectrómetro gamma.
La espectrometría utiliza tanto bremsstrahlung como rayos X característicos. Así, en el análisis de sustancias se estudian los espectros de absorción de rayos X continuos por diversas sustancias.
El descubrimiento y el mérito en el estudio de las propiedades básicas de los rayos X pertenecen legítimamente al científico alemán Wilhelm Conrad Roentgen. Las sorprendentes propiedades de los rayos X descubiertas por él recibieron inmediatamente una gran respuesta en el mundo científico. Aunque entonces, en 1895, el científico apenas podía imaginar qué beneficio, y a veces daño, pueden traer los rayos X.
Descubramos en este artículo cómo este tipo de radiación afecta a la salud humana.
La primera pregunta que interesó al investigador fue ¿qué es la radiación de rayos X? Una serie de experimentos permitieron verificar que se trata de radiación electromagnética con una longitud de onda de 10 -8 cm, que ocupa una posición intermedia entre la radiación ultravioleta y la radiación gamma.
Todos estos aspectos de los efectos destructivos de los misteriosos rayos X no excluyen en absoluto aspectos sorprendentemente extensos de su aplicación. ¿Dónde se utilizan los rayos X?
Las aplicaciones más importantes de los rayos X se han hecho posibles debido a las longitudes de onda muy cortas de todo el rango de estas ondas y sus propiedades únicas.
Dado que estamos interesados en el impacto de los rayos X en las personas que los encuentran solo durante un examen o tratamiento médico, solo consideraremos esta área de aplicación de los rayos X.
A pesar de la especial importancia de su descubrimiento, Roentgen no obtuvo una patente para su uso, lo que lo convirtió en un regalo invaluable para toda la humanidad. Ya en la Primera Guerra Mundial, se comenzaron a utilizar unidades de rayos X, lo que permitió diagnosticar de manera rápida y precisa a los heridos. Ahora podemos distinguir dos áreas principales de aplicación de los rayos X en medicina:
El diagnóstico por rayos X se utiliza en varias opciones:
Echemos un vistazo a la diferencia entre estos métodos.
Todos los métodos de diagnóstico anteriores se basan en la capacidad de los rayos X para iluminar películas fotográficas y en su diferente permeabilidad a los tejidos y al esqueleto óseo.
La capacidad de los rayos X para tener un efecto biológico sobre los tejidos se utiliza en medicina para el tratamiento de tumores. El efecto ionizante de esta radiación se manifiesta más activamente en el efecto sobre las células que se dividen rápidamente, que son las células de los tumores malignos.
Sin embargo, también debe ser consciente de efectos secundarios que inevitablemente acompañan a la radioterapia. El hecho es que las células de los sistemas hematopoyético, endocrino e inmunológico también se dividen rápidamente. Un impacto negativo en ellos da lugar a signos de enfermedad por radiación.
Poco después del notable descubrimiento de los rayos X, se descubrió que los rayos X tenían un efecto en los humanos.
Estos datos se obtuvieron en experimentos con animales de experimentación; sin embargo, los genetistas sugieren que se pueden aplicar efectos similares en el cuerpo humano.
El estudio de los efectos de la exposición a los rayos X ha llevado al desarrollo de estándares internacionales para las dosis de radiación aceptables.
Después de visitar la sala de rayos X, muchos pacientes están preocupados: ¿cómo afectará la dosis de radiación recibida a su salud?
La dosis de irradiación general del cuerpo depende de la naturaleza del procedimiento. Por conveniencia, compararemos la dosis recibida con la exposición natural, que acompaña a una persona a lo largo de su vida.
Estas dosis de radiación cumplen con los estándares aceptables, pero si el paciente se siente ansioso antes de la radiografía, tiene derecho a solicitar un delantal protector especial.
Cada persona debe someterse a un examen de rayos X repetidamente. Pero hay una regla: este método de diagnóstico no se puede recetar a mujeres embarazadas. El embrión en desarrollo es extremadamente vulnerable. Las radiografías pueden causar anomalías cromosómicas y, en consecuencia, el nacimiento de niños con malformaciones. El más vulnerable en este sentido es la edad gestacional de hasta 16 semanas. Además, lo más peligroso para el futuro bebé es una radiografía de la columna vertebral, las regiones pélvica y abdominal.
Al conocer el efecto perjudicial de los rayos X en el embarazo, los médicos evitan usarlos de todas las formas posibles durante este período crucial en la vida de una mujer.
Sin embargo, existen fuentes secundarias de rayos X:
Las futuras madres deben ser conscientes del peligro que representan.
Para las madres lactantes, el radiodiagnóstico no es peligroso.
Para evitar incluso los efectos mínimos de la exposición a los rayos X, se pueden seguir algunos pasos simples:
¡Pero no se requieren procedimientos médicos ni medidas especiales para eliminar la radiación después de una radiografía!
A pesar de las consecuencias indudablemente graves de la exposición a los rayos X, no se debe sobrestimar su peligro durante los exámenes médicos: se llevan a cabo solo en ciertas áreas del cuerpo y muy rápidamente. Los beneficios de ellos superan muchas veces el riesgo de este procedimiento para el cuerpo humano.
En 1895, el físico alemán W. Roentgen descubrió un nuevo tipo de radiación electromagnética, previamente desconocido, que recibió el nombre de rayos X en honor a su descubridor. W. Roentgen se convirtió en el autor de su descubrimiento a la edad de 50 años, ocupando el cargo de rector de la Universidad de Würzburg y teniendo la reputación de ser uno de los mejores experimentadores de su tiempo. Uno de los primeros en encontrar una aplicación técnica para el descubrimiento de Roentgen fue el estadounidense Edison. Creó un práctico aparato de demostración y ya en mayo de 1896 organizó una exposición de rayos X en Nueva York, donde los visitantes podían mirar su propia mano en una pantalla luminosa. Después de que el asistente de Edison muriera a causa de las graves quemaduras que recibió por las constantes demostraciones, el inventor detuvo más experimentos con rayos X.
La radiación de rayos X comenzó a usarse en medicina debido a su alto poder de penetración. Inicialmente, los rayos X se usaban para examinar fracturas óseas y localizar cuerpos extraños en el cuerpo humano. Actualmente, existen varios métodos basados en rayos X. Pero estos métodos tienen sus inconvenientes: la radiación puede causar daños profundos en la piel. Las úlceras que aparecían a menudo se convertían en cáncer. En muchos casos, hubo que amputar dedos o manos. fluoroscopia(sinónimo de translucidez) es uno de los principales métodos de examen de rayos X, que consiste en obtener una imagen plana positiva del objeto en estudio en una pantalla translúcida (fluorescente). Durante la fluoroscopia, el sujeto se encuentra entre una pantalla translúcida y un tubo de rayos X. En las pantallas translúcidas de rayos X modernas, la imagen aparece en el momento en que se enciende el tubo de rayos X y desaparece inmediatamente después de que se apaga. La fluoroscopia permite estudiar la función del órgano: pulsaciones cardíacas, movimientos respiratorios de las costillas, pulmones, diafragma, peristaltismo del tracto digestivo, etc. La fluoroscopia se utiliza en el tratamiento de enfermedades del estómago, tracto gastrointestinal, duodeno, enfermedades del hígado, vesícula biliar y vías biliares. Al mismo tiempo, la sonda médica y los manipuladores se insertan sin dañar el tejido, y las acciones durante la operación se controlan mediante fluoroscopia y son visibles en el monitor.
radiografía - método de diagnóstico por rayos X con el registro de una imagen fija en un material fotosensible - especial. película fotográfica (película de rayos X) o papel fotográfico con tratamiento fotográfico posterior; Con la radiografía digital, la imagen se fija en la memoria de la computadora. Se realiza en dispositivos de diagnóstico por rayos X, fijos, instalados en salas de rayos X especialmente equipadas, o móviles y portátiles, al lado de la cama del paciente o en la sala de operaciones. En las radiografías, los elementos de las estructuras de varios órganos se muestran mucho más claramente que en una pantalla fluorescente. La radiografía se realiza con el fin de detectar y prevenir diversas enfermedades, su principal objetivo es ayudar a los médicos de diversas especialidades a realizar un diagnóstico de forma correcta y rápida. Una imagen de rayos X captura el estado de un órgano o tejido solo en el momento de la exposición. Sin embargo, una sola radiografía capta solo los cambios anatómicos en un momento determinado, da la estática del proceso; a través de una serie de radiografías tomadas a intervalos determinados, es posible estudiar la dinámica del proceso, es decir, los cambios funcionales. Tomografía. La palabra tomografía se puede traducir del griego como rebanada de imagen. Esto significa que el propósito de la tomografía es obtener una imagen en capas de la estructura interna del objeto de estudio. La tomografía computarizada se caracteriza por su alta resolución, lo que permite distinguir cambios sutiles en los tejidos blandos. La TC permite detectar procesos patológicos que no pueden ser detectados por otros métodos. Además, el uso de la TC permite reducir la dosis de radiación de rayos X que reciben los pacientes durante el proceso de diagnóstico.
fluorografía- un método de diagnóstico que le permite obtener una imagen de órganos y tejidos, se desarrolló a fines del siglo XX, un año después de que se descubrieran los rayos X. En las imágenes se puede observar esclerosis, fibrosis, cuerpos extraños, neoplasias, inflamaciones que tienen un grado desarrollado, presencia de gases e infiltrados en las cavidades, abscesos, quistes, etc. La mayoría de las veces, se realiza una radiografía de tórax, que permite detectar tuberculosis, un tumor maligno en los pulmones o el tórax y otras patologías.
terapia de rayos x- Este es un método moderno con el que se realiza el tratamiento de ciertas patologías de las articulaciones. Las principales direcciones de tratamiento de enfermedades ortopédicas por este método son: Crónico. Procesos inflamatorios de las articulaciones (artritis, poliartritis); Degenerativas (artrosis, osteocondrosis, espondilosis deformante). El propósito de la radioterapia. es la inhibición de la actividad vital de las células de tejidos patológicamente alterados o su completa destrucción. En enfermedades no tumorales, la terapia con rayos X tiene como objetivo suprimir la reacción inflamatoria, inhibir los procesos proliferativos, reducir la sensibilidad al dolor y la actividad secretora de las glándulas. Debe tenerse en cuenta que las glándulas sexuales, los órganos hematopoyéticos, los leucocitos y las células tumorales malignas son las más sensibles a los rayos X. La dosis de radiación en cada caso se determina individualmente.
Por el descubrimiento de los rayos X, Roentgen recibió el primer Premio Nobel de Física en 1901, y el Comité Nobel enfatizó la importancia práctica de su descubrimiento.
Por lo tanto, los rayos X son radiación electromagnética invisible con una longitud de onda de 105 a 102 nm. Los rayos X pueden penetrar algunos materiales que son opacos a la luz visible. Se emiten durante la desaceleración de los electrones rápidos en la materia (espectro continuo) y durante las transiciones de electrones desde las capas de electrones externas del átomo a las internas (espectro lineal). Las fuentes de radiación de rayos X son: tubo de rayos X, algunos isótopos radiactivos, aceleradores y acumuladores de electrones (radiación sincrotrón). Receptores: película, pantallas luminiscentes, detectores de radiación nuclear. Los rayos X se utilizan en análisis de difracción de rayos X, medicina, detección de fallas, análisis espectral de rayos X, etc.
El diagnóstico médico moderno y el tratamiento de ciertas enfermedades no se pueden imaginar sin dispositivos que utilicen las propiedades de los rayos X. El descubrimiento de los rayos X ocurrió hace más de 100 años, pero aún ahora se continúa trabajando en la creación de nuevos métodos y aparatos para minimizar el efecto negativo de la radiación en el cuerpo humano.
En condiciones naturales, el flujo de rayos X es raro y solo lo emiten ciertos isótopos radiactivos. Los rayos X o rayos X recién fueron descubiertos en 1895 por el científico alemán Wilhelm Röntgen. Este descubrimiento ocurrió por casualidad, durante un experimento para estudiar el comportamiento de los rayos de luz en condiciones cercanas al vacío. El experimento involucró un tubo de descarga de gas catódico con presión reducida y una pantalla fluorescente, que cada vez comenzaba a brillar en el momento en que el tubo comenzaba a actuar.
Interesado en un efecto extraño, Roentgen realizó una serie de estudios que demuestran que la radiación resultante, invisible al ojo, es capaz de penetrar varios obstáculos: papel, madera, vidrio, algunos metales e incluso a través del cuerpo humano. A pesar de la falta de comprensión de la naturaleza misma de lo que está sucediendo, si tal fenómeno es causado por la generación de una corriente de partículas u ondas desconocidas, se observó el siguiente patrón: la radiación pasa fácilmente a través de los tejidos blandos del cuerpo y mucho más difícil a través de tejidos vivos sólidos y sustancias inanimadas.
Roentgen no fue el primero en estudiar este fenómeno. A mediados del siglo XIX, el francés Antoine Mason y el inglés William Crookes estudiaron posibilidades similares. Sin embargo, fue Roentgen quien primero inventó el tubo catódico y un indicador que podría usarse en medicina. Fue el primero en publicar un trabajo científico, lo que le valió el título de primer premio Nobel entre los físicos.
En 1901, comenzó una fructífera colaboración entre los tres científicos, quienes se convirtieron en los padres fundadores de la radiología y la radiología.
Los rayos X son componente el espectro total de la radiación electromagnética. La longitud de onda está entre los rayos gamma y ultravioleta. Los rayos X tienen todas las propiedades ondulatorias habituales:
Para generar artificialmente un flujo de rayos X, se utilizan dispositivos especiales: tubos de rayos X. La radiación de rayos X surge del contacto de electrones rápidos de tungsteno con sustancias que se evaporan de un ánodo caliente. En el contexto de la interacción, surgen ondas electromagnéticas de corta longitud, que se encuentran en el espectro de 100 a 0,01 nm y en el rango de energía de 100-0,1 MeV. Si la longitud de onda de los rayos es inferior a 0,2 nm, se trata de radiación dura; si la longitud de onda es superior al valor especificado, se denominan rayos X blandos.
Es significativo que la energía cinética que surge del contacto de los electrones y la sustancia del ánodo se convierte en un 99 % en energía térmica y solo el 1 % en rayos X.
La radiación X es una superposición de dos tipos de rayos: bremsstrahlung y característicos. Se generan en el terminal simultáneamente. Por lo tanto, la irradiación de rayos X y la característica de cada tubo de rayos X específico, el espectro de su radiación, depende de estos indicadores y representa su superposición.
Bremsstrahlung o rayos X continuos son el resultado de la desaceleración de los electrones que se evaporan de un filamento de tungsteno.
Los rayos X característicos o lineales se forman en el momento del reordenamiento de los átomos de la sustancia del ánodo del tubo de rayos X. La longitud de onda de los rayos característicos depende directamente del número atómico del elemento químico utilizado para hacer el ánodo del tubo.
Las propiedades enumeradas de los rayos X les permiten ser utilizados en la práctica:
La propiedad de los rayos X en la que se basan las imágenes es la capacidad de descomponerse o hacer que algunas sustancias brillen.
La irradiación de rayos X provoca un brillo fluorescente en los sulfuros de cadmio y zinc (verde) y en el tungstato de calcio (azul). Esta propiedad se utiliza en la técnica de transiluminación médica de rayos X y también aumenta la funcionalidad de las pantallas de rayos X.
El efecto fotoquímico de los rayos X en materiales de haluro de plata sensibles a la luz (iluminación) hace posible realizar diagnósticos, tomar imágenes de rayos X. Esta propiedad también se utiliza para medir la cantidad de la dosis total que reciben los auxiliares de laboratorio en las salas de rayos X. Los dosímetros portátiles tienen cintas e indicadores sensibles especiales. El efecto ionizante de la radiación de rayos X permite determinar las características cualitativas de los rayos X obtenidos.
Una sola exposición a los rayos X convencionales aumenta el riesgo de cáncer en solo un 0,001%.
El uso de rayos X es aceptable en las siguientes industrias:
La principal aplicación de los rayos X es en el campo de la medicina. Hoy, la sección de radiología médica incluye: radiodiagnóstico, radioterapia (terapia de rayos X), radiocirugía. Las universidades médicas producen especialistas altamente especializados: radiólogos.
El alto poder de penetración y el efecto ionizante de los rayos X pueden provocar un cambio en la estructura del ADN de la célula, por lo que es peligroso para los humanos. El daño de la radiación de rayos X es directamente proporcional a la dosis de radiación recibida. Diferentes órganos responden a la irradiación en diversos grados. Los más susceptibles incluyen:
El uso descontrolado de la radiación de rayos X puede causar patologías reversibles e irreversibles.
Consecuencias de la exposición a los rayos X:
¡Importante! A diferencia de las sustancias radiactivas, los rayos X no se acumulan en los tejidos del cuerpo, lo que significa que no es necesario eliminar los rayos X del cuerpo. El efecto nocivo de los rayos X termina cuando se apaga el dispositivo médico.
El uso de rayos X en medicina está permitido no solo para diagnóstico (traumatología, odontología), sino también con fines terapéuticos:
El radiodiagnóstico incluye los siguientes métodos:
La terapia de rayos X se refiere a los métodos de tratamiento local. Muy a menudo, el método se usa para destruir células cancerosas. Dado que el efecto de la exposición es comparable a la extirpación quirúrgica, este método de tratamiento a menudo se denomina radiocirugía.
Hoy en día, el tratamiento con rayos X se lleva a cabo de las siguientes maneras:
Estos métodos son suaves y su uso es preferible a la quimioterapia en algunos casos. Tal popularidad se debe al hecho de que los rayos no se acumulan y no requieren eliminación del cuerpo, tienen un efecto selectivo, sin afectar otras células y tejidos.
Este indicador de la norma de exposición anual permisible tiene su propio nombre: una dosis equivalente genéticamente significativa (GED). No hay valores cuantitativos claros para este indicador.
Hoy en día, están vigentes los siguientes estándares GZD promedio:
La radiación de rayos X no requiere excreción del cuerpo y es peligrosa solo en caso de exposición intensa y prolongada. Los equipos médicos modernos utilizan radiación de baja energía y corta duración, por lo que su uso se considera relativamente inocuo.
Aunque los científicos solo han descubierto el efecto de los rayos X desde la década de 1890, el uso de rayos X en medicina para esta fuerza natural pasó rápidamente. Hoy en día, en beneficio de la humanidad, la radiación electromagnética de rayos X se utiliza en la medicina, la academia y la industria, así como para la generación de electricidad.
Además, la radiación tiene aplicaciones útiles en áreas como la agricultura, la arqueología, el espacio, la aplicación de la ley, la geología (incluida la minería) y muchas otras actividades, incluso se están desarrollando automóviles utilizando el fenómeno de la fisión nuclear.
En entornos de atención médica, los médicos y dentistas utilizan una variedad de materiales y procedimientos nucleares para diagnosticar, monitorear y tratar una amplia gama de procesos metabólicos y enfermedades en el cuerpo humano. Como resultado, los procedimientos médicos que utilizan rayos han salvado miles de vidas al identificar y tratar afecciones que van desde la tiroides hiperactiva hasta el cáncer de huesos.
El más común de estos procedimientos médicos implica el uso de rayos que pueden atravesar nuestra piel. Cuando se toma una imagen, nuestros huesos y otras estructuras parecen proyectar sombras porque son más densos que nuestra piel, y estas sombras se pueden detectar en una película o en la pantalla de un monitor. El efecto es similar a colocar un lápiz entre una hoja de papel y una luz. La sombra del lápiz será visible en la hoja de papel. La diferencia es que los rayos son invisibles, por lo que se necesita un elemento de grabación, algo así como una película fotográfica. Esto permite a los médicos y dentistas evaluar la aplicación de rayos X al ver huesos rotos o problemas dentales.
El uso de radiación de rayos X de manera dirigida con fines médicos, no solo para detectar daños. Cuando se usa específicamente, su objetivo es eliminar el tejido canceroso, reducir el tamaño de un tumor o aliviar el dolor. Por ejemplo, el yodo radiactivo (específicamente el yodo-131) se usa a menudo para tratar el cáncer de tiroides, una afección que padecen muchas personas.
Los dispositivos que utilizan esta propiedad también se conectan a computadoras y escanean, llamados: tomografía axial computarizada o tomografía computarizada.
Estos instrumentos brindan a los médicos una imagen en color que muestra contornos y detalles de los órganos internos. Esto ayuda a los médicos a detectar e identificar tumores, tamaños anormales u otros problemas fisiológicos o funcionales de los órganos.
Además, los hospitales y centros radiológicos realizan millones de procedimientos anualmente. En tales procedimientos, los médicos disparan sustancias ligeramente radiactivas en el cuerpo de los pacientes para observar ciertos órganos internos, como el páncreas, los riñones, la tiroides, el hígado o el cerebro, para diagnosticar condiciones clínicas.
