A röntgensugárzás az egyik legfontosabb szerepet tölti be az atomi jelenségek tanulmányozásában és gyakorlati felhasználásában. Kutatásuknak köszönhetően számos felfedezés született és olyan anyagok elemzési módszerei születtek, amelyeket különféle területeken alkalmaznak. Itt megvizsgáljuk a röntgensugárzás egyik típusát - a jellegzetes röntgensugarakat.
A röntgensugárzás az űrben körülbelül 300 000 km/s sebességgel terjedő elektromágneses mező állapotának nagyfrekvenciás változása, azaz elektromágneses hullámok. Az elektromágneses sugárzás tartományának skáláján a röntgensugarak körülbelül 10 -8 és 5∙10 -12 méter közötti hullámhossz-tartományban helyezkednek el, ami több nagyságrenddel rövidebb az optikai hullámoknál. Ez a 3∙10 16 és 6∙10 19 Hz közötti frekvenciáknak és a 10 eV és 250 keV közötti energiáknak vagy 1,6∙10 -18 és 4∙10 -14 J közötti energiáknak felel meg. Az elektromágneses sugárzás átfedésük miatt meglehetősen hagyományos.
A felgyorsult töltött részecskék (nagy energiájú elektronok) kölcsönhatása elektromos és mágneses mezőkkel és anyagatomokkal.
A röntgenfotonokat nagy energiák, valamint nagy áthatoló és ionizáló teljesítmény jellemzi, különösen az 1 nanométernél (10-9 m) kisebb hullámhosszúságú kemény röntgensugárzásnál.
A röntgensugárzás kölcsönhatásba lép az anyaggal, atomjait ionizálva a fotoelektromos hatás (fotoabszorpció) és az inkoherens (Compton) szórás folyamataiban. A fotoabszorpció során egy röntgenfoton, amelyet egy atom elektronja nyel el, energiát ad át neki. Ha értéke meghaladja az atomban lévő elektron kötési energiáját, akkor az elhagyja az atomot. A Compton-szórás a keményebb (energetikus) röntgenfotonokra jellemző. Az elnyelt foton energiájának egy részét ionizációra fordítják; ebben az esetben az elsődleges foton irányához képest bizonyos szögben egy szekunder foton bocsát ki, alacsonyabb frekvenciával.
A sugarak előállításához üveg vákuumpalackokat használnak, amelyekben elektródák találhatók. Az elektródák közötti potenciálkülönbségnek nagyon nagynak kell lennie – akár több száz kilovolt is lehet. Az árammal felmelegített volfrámkatódon termikus emisszió lép fel, vagyis elektronok bocsátanak ki belőle, amelyek a potenciálkülönbséggel felgyorsítva bombázzák az anódot. Az anód (néha antikatód) atomjaival való kölcsönhatás eredményeképpen röntgenfotonok születnek.
Attól függően, hogy milyen folyamat vezet a foton megszületéséhez, léteznek olyan típusú röntgensugárzások, mint a bremsstrahlung és a jellegzetes.
Az elektronok az anóddal találkozva lelassulhatnak, azaz energiát veszíthetnek atomjai elektromos mezőiben. Ezt az energiát röntgenfotonok formájában bocsátják ki. Az ilyen sugárzást bremsstrahlungnak nevezik.
Nyilvánvaló, hogy a fékezési feltételek az egyes elektronok esetében eltérőek lesznek. Ez azt jelenti, hogy különböző mennyiségű kinetikus energiájuk alakul át röntgensugarakká. Ennek eredményeként a bremsstrahlung különböző frekvenciájú és ennek megfelelően hullámhosszúságú fotonokat tartalmaz. Ezért a spektruma folytonos (folyamatos). Néha emiatt "fehér" röntgensugárzásnak is nevezik.
A bremsstrahlung foton energiája nem haladhatja meg az őt létrehozó elektron mozgási energiáját, így a fékezési foton maximális frekvenciája (és legkisebb hullámhossza) megfelel az anódra beeső elektronok mozgási energiájának legnagyobb értékének. Ez utóbbi az elektródákra alkalmazott potenciálkülönbségtől függ.
Van egy másik típusú röntgen, amely más folyamatból származik. Ezt a sugárzást karakterisztikusnak nevezzük, és részletesebben foglalkozunk vele.
Miután elérte az antikatódot, egy gyors elektron behatolhat az atom belsejébe, és bármelyik elektront kiüthet az alsó pályák egyikéről, vagyis a potenciálgát leküzdéséhez elegendő energiát adhat át neki. Ha azonban az atomban magasabb energiaszinteket foglalnak el az elektronok, akkor a megüresedett hely nem marad üresen.
Emlékeztetni kell arra, hogy az atom elektronszerkezete, mint minden energiarendszer, az energia minimalizálására törekszik. A kiütés következtében kialakult üresedést valamelyik magasabb szintről érkező elektron tölti ki. Energiája nagyobb, és alacsonyabb szintet foglalva többletet sugároz a jellegzetes röntgensugárzás kvantum formájában.
Az atom elektronszerkezete az elektronok lehetséges energiaállapotainak diszkrét halmaza. Ezért az elektronüres helyek pótlása során kibocsátott röntgenfotonok is csak szigorúan meghatározott, a szintkülönbséget tükröző energiaértékekkel rendelkezhetnek. Ennek eredményeként a jellegzetes röntgensugárzás spektruma nem folytonos, hanem vonalas típusú. Egy ilyen spektrum lehetővé teszi az anód anyagának jellemzését - innen ered ezeknek a sugaraknak a neve. Éppen a spektrális különbségek miatt világos, hogy mit kell érteni a bremsstrahlung és a karakterisztikus röntgensugárzás alatt.
Néha a felesleges energiát nem az atom bocsátja ki, hanem a harmadik elektron kiütésére fordítja. Ez a folyamat - az úgynevezett Auger-effektus - nagyobb valószínűséggel megy végbe, ha az elektronkötési energia nem haladja meg az 1 keV-ot. A felszabaduló Auger-elektron energiája az atom energiaszintjeinek szerkezetétől függ, így az ilyen elektronok spektruma is diszkrét.
Keskeny karakterisztikus vonalak jelennek meg a röntgenspektrum-mintázatban, valamint folyamatos bremsstrahlung spektrum. Ha a spektrumot az intenzitás és a hullámhossz (frekvencia) függvényében ábrázoljuk, éles csúcsokat fogunk látni a vonalak helyein. Helyük az anód anyagától függ. Ezek a maximumok minden potenciálkülönbségnél jelen vannak – ha vannak röntgensugarak, mindig vannak csúcsok is. A cső elektródáin lévő feszültség növekedésével mind a folyamatos, mind a karakterisztikus röntgensugárzás intenzitása nő, de a csúcsok elhelyezkedése és intenzitásuk aránya nem változik.
A röntgenspektrum csúcsai az elektronokkal besugárzott antikatód anyagától függetlenül azonos alakúak, de különböző anyagoknál eltérő frekvencián helyezkednek el, a frekvenciaértékek közelsége szerint sorba egyesülve. Maguk a sorozatok között sokkal jelentősebb a frekvenciák közötti különbség. A maximumok alakja semmilyen módon nem függ attól, hogy az anód anyaga tiszta kémiai elemet képvisel-e, vagy összetett anyagról van-e szó. Ez utóbbi esetben az alkotóelemeinek jellemző röntgenspektrumai egyszerűen egymásra helyeződnek.
Egy kémiai elem rendszámának növekedésével röntgenspektrumának minden vonala a növekvő frekvencia felé tolódik el. A spektrum megtartja formáját.
A karakterisztikus vonalak spektrális eltolódásának jelenségét Henry Moseley angol fizikus fedezte fel kísérletileg 1913-ban. Ez lehetővé tette számára, hogy a spektrum maximumainak frekvenciáit a kémiai elemek sorszámaihoz társítsa. Így a jellegzetes röntgensugárzás hullámhossza, mint kiderült, egyértelműen korrelálható egy adott elemmel. Általában a Moseley-törvény a következőképpen írható fel: √f = (Z - S n)/n√R, ahol f a frekvencia, Z az elem sorszáma, S n az átvilágítási állandó, n a főkvantum szám, és R a Rydberg konstans. Ez az összefüggés lineáris, és a Moseley-diagramon egyenes vonalak sorozataként jelenik meg n minden egyes értékéhez.
Az n értékei a jellegzetes röntgencsúcsok egyedi sorozatának felelnek meg. A Moseley-törvény lehetővé teszi, hogy a röntgenspektrummaximumok mért hullámhosszaiból (amelyek egyedi kapcsolatban állnak a frekvenciákkal) meghatározható egy kemény elektronok által besugárzott kémiai elem sorozatszáma.
Szerkezet elektronhéjak a kémiai elemek azonosak. Ezt jelzi a röntgensugárzás karakterisztikus spektrumának eltolásváltozásának monotonitása. A frekvenciaeltolódás nem szerkezeti, hanem energiakülönbségeket tükröz az elektronhéjak között, minden elemnél egyedi.
Kis eltérések vannak a Moseley-törvény által kifejezett szigorú lineáris összefüggéstől. Egyrészt az egyes elemek elektronhéjainak kitöltési sorrendjének sajátosságaival, másrészt az elektronok nehézatomokban való mozgásának relativisztikus hatásaival állnak összefüggésben. Ezen túlmenően, ha az atommagban a neutronok száma megváltozik (az úgynevezett izotópos eltolódás), a vonalak helyzete kissé megváltozhat. Ez a hatás lehetővé tette az atomszerkezet részletes tanulmányozását.
A Moseley-törvény jelentősége rendkívül nagy. A Mengyelejev-féle periodikus rendszer elemeire való következetes alkalmazása létrehozta azt a mintát, hogy a sorozatszámot a karakterisztikus maximumok minden kis eltolódása szerint növeljék. Ez hozzájárult az elemek sorszámának fizikai jelentésére vonatkozó kérdés tisztázásához. A Z érték nem csupán egy szám: ez az atommag pozitív elektromos töltése, amely az azt alkotó részecskék egységnyi pozitív töltéseinek összege. Az elemek helyes elhelyezése a táblázatban és az üres pozíciók jelenléte benne (akkor még léteztek) erőteljes megerősítést kapott. A periodikus törvény érvényessége bebizonyosodott.
Ezenkívül a Moseley-törvény a kísérleti kutatások egész területe - a röntgenspektrometria - alapja lett.
Idézzük fel röviden az elektronszerkezet elrendezését, amely héjakból áll, amelyeket K, L, M, N, O, P, Q betűkkel vagy 1-től 7-ig terjedő számokkal jelölnek. n főkvantumszám, amely meghatározza a lehetséges energiaértékeket. A külső héjakban az elektronok energiája nagyobb, és a külső elektronok ionizációs potenciálja ennek megfelelően alacsonyabb.
A shell egy vagy több alszintet tartalmaz: s, p, d, f, g, h, i. Minden shellben az alszintek száma eggyel nő az előzőhöz képest. Az egyes alszinteken és az egyes héjakban lévő elektronok száma nem haladhat meg egy bizonyos értéket. Jellemzőjük a fő kvantumszám mellett az alakot meghatározó orbitális elektronfelhő azonos értéke. Az alszintek a hozzájuk tartozó shell címkével vannak ellátva, például 2s, 4d stb.
Az alszint tartalmazza azokat, amelyek a fő és a pályán kívül még egy kvantumszámmal vannak beállítva - mágneses, amely meghatározza az elektron keringési impulzusának vetületét a mágneses tér irányára. Egy pályán legfeljebb két elektron lehet, amelyek a negyedik kvantumszám - spin - értékében különböznek.
Nézzük meg részletesebben, hogyan keletkezik a jellegzetes röntgensugárzás. Mivel az ilyen típusú elektromágneses emisszió eredete az atom belsejében fellépő jelenségekhez kapcsolódik, a legkényelmesebb az elektronikus konfigurációk közelítésében pontosan leírni.
Tehát ennek a sugárzásnak az oka az elektronüres helyek kialakulása a belső héjakban, a nagy energiájú elektronok mélyen az atomba való behatolása miatt. Annak a valószínűsége, hogy egy kemény elektron kölcsönhatásba lép, növekszik az elektronfelhők sűrűségével. Ezért az ütközések nagy valószínűséggel sűrűn tömörített belső héjakban, például a legalacsonyabb K-héjon belül történnek. Itt az atom ionizálódik, és az 1-es héjban üresedés képződik.
Ezt az üresedést a héjból egy nagyobb energiájú elektron tölti ki, melynek feleslegét a röntgenfoton elviszi. Ez az elektron "leeshet" a második L héjról, a harmadik M héjról és így tovább. Így jön létre a karakterisztikus sorozat, jelen példában a K-sorozat. A sorozat kijelölésénél görög index formájában adjuk meg, hogy honnan származik a megüresedett elektron. Az "alfa" azt jelenti, hogy az L-héjból származik, a "béta" - az M-héjból. Jelenleg hajlamos a görög betűindexeket a héjak jelölésére elfogadott latin betűkkel helyettesíteni.
Az alfa vonal intenzitása a sorozatban mindig a legmagasabb, ami azt jelenti, hogy a legnagyobb a valószínűsége annak, hogy egy szomszédos héjból betöltődik egy üresedés.
Most megválaszolhatjuk azt a kérdést, hogy mennyi a karakterisztikus röntgenkvantum maximális energiája. Az elektronátmeneti szintek energiaértékeinek különbsége határozza meg az E \u003d E n 2 - E n 1 képlet szerint, ahol E n 2 és E n 1 az elektronátmenet energiái. elektronikus állapotok, amelyek között az átmenet megtörtént. Ennek a paraméternek a legmagasabb értékét a K-sorozatú átmenetek adják a nehéz elemek atomjainak lehető legmagasabb szintjéről. De ezeknek a vonalaknak az intenzitása (csúcsmagasságok) a legkisebb, mivel ezek a legkevésbé valószínűek.
Ha az elektródákon lévő elégtelen feszültség miatt egy kemény elektron nem tudja elérni a K-szintet, az L-szinten üresedést képez, és egy kisebb energiájú, hosszabb hullámhosszú L-sorozat keletkezik. A következő sorozatok is hasonló módon születnek.
Ezenkívül egy üresedés betöltésekor egy elektronikus átállás eredményeként egy új üresedés jelenik meg a fedőhéjban. Ez megteremti a feltételeket a következő sorozat generálásához. Az elektronikus ürességek szintről szintre feljebb mozognak, és az atom jellegzetes spektrumsorozatok kaszkádját bocsátja ki, miközben ionizált marad.
A jellegzetes röntgensugárzás atomi röntgenspektrumait finom szerkezet jellemzi, amely az optikai spektrumokhoz hasonlóan vonalhasadásban fejeződik ki.
A finom szerkezet annak köszönhető, hogy az energiaszint - az elektronhéj - egymáshoz szorosan elhelyezkedő komponensek - alhéjak halmaza. Az alhéjak jellemzésére bevezetünk még egy j belső kvantumszámot, amely az elektron belső és orbitális mágneses momentumainak kölcsönhatását tükrözi.
A spin-pálya kölcsönhatás hatására az atom energiaszerkezete bonyolultabbá válik, és ennek eredményeként a jellegzetes röntgensugárzás olyan spektrummal rendelkezik, amelyet nagyon szorosan elhelyezkedő elemeket tartalmazó osztott vonalak jellemeznek.
A finom szerkezeti elemeket általában további digitális indexekkel jelöljük.
A jellegzetes röntgensugárzásnak van egy olyan tulajdonsága, amely csak a spektrum finom szerkezetében tükröződik. Az elektron átmenete a legalacsonyabb energiaszintre nem a fedőszint alsó részhéjáról történik. Egy ilyen eseménynek elhanyagolható a valószínűsége.
Ez a sugárzás, a Moseley-törvényben leírt jellemzői miatt, az anyagok elemzésére szolgáló különféle röntgen-spektrális módszerek alapját képezi. A röntgenspektrum elemzésekor vagy a sugárzás kristályos diffrakcióját (hullámdiszperziós módszer), vagy az elnyelt röntgenfotonok energiájára érzékeny detektorokat (energia-diszperzív módszer) használnak. A legtöbb elektronmikroszkóp fel van szerelve valamilyen röntgen-spektrometriás csatolással.
A hullámdiszperzív spektrometriát különösen nagy pontosság jellemzi. Speciális szűrők segítségével kiválasztják a spektrum legintenzívebb csúcsait, aminek köszönhetően pontosan ismert frekvenciájú, szinte monokromatikus sugárzás érhető el. Az anód anyagát nagyon körültekintően választják meg, hogy biztosítsák a kívánt frekvenciájú monokromatikus nyalábot. Diffrakciója a vizsgált anyag kristályrácsán lehetővé teszi a rács szerkezetének nagy pontosságú tanulmányozását. Ezt a módszert DNS és más összetett molekulák vizsgálatára is használják.
A jellegzetes röntgensugárzás egyik jellemzőjét a gamma-spektrometria is figyelembe veszi. Ez a jellemző csúcsok nagy intenzitása. A gamma-spektrométerek ólomárnyékolást használnak a méréseket zavaró külső háttérsugárzás ellen. De a gamma-kvantumokat elnyelő ólom belső ionizációt tapasztal, aminek eredményeként aktívan bocsát ki a röntgensugárzás tartományában. További kadmium-árnyékolást alkalmaznak az ólom jellegzetes röntgensugárzásának intenzív csúcsainak elnyelésére. Ez viszont ionizált, és röntgensugarakat is bocsát ki. A kadmium jellegzetes csúcsainak semlegesítésére egy harmadik árnyékoló réteget használnak - rezet, amelynek röntgen maximumai a gamma-spektrométer működési frekvenciatartományán kívül esnek.
A spektrometria bremsstrahlung és karakterisztikus röntgensugarakat egyaránt használ. Így az anyagok elemzése során a folytonos röntgensugárzás különböző anyagok általi abszorpciós spektrumait vizsgálják.
A röntgensugarak alapvető tulajdonságainak felfedezése és érdeme joggal illeti Wilhelm Conrad Roentgen német tudóst. Az általa felfedezett röntgensugarak csodálatos tulajdonságai azonnal hatalmas visszhangot kaptak a tudományos világban. Bár akkor, 1895-ben, a tudós alig tudta elképzelni, milyen hasznot, néha kárt is hozhat a röntgensugárzás.
Ebben a cikkben nézzük meg, hogyan hat az ilyen típusú sugárzás az emberi egészségre.
Az első kérdés, ami érdekelte a kutatót, az volt, hogy mi az a röntgensugárzás? Számos kísérlet tette lehetővé annak igazolását, hogy 10-8 cm hullámhosszú elektromágneses sugárzásról van szó, amely az ultraibolya és a gamma sugárzás között köztes helyet foglal el.
A titokzatos röntgensugarak pusztító hatásának mindezen vonatkozásai egyáltalán nem zárják ki alkalmazásuk meglepően kiterjedt vonatkozásait. Hol használják a röntgensugarakat?
A röntgensugárzás legfontosabb alkalmazásai e hullámok teljes tartományának igen rövid hullámhossza és egyedi tulajdonságai miatt váltak lehetővé.
Mivel érdekel minket a röntgensugarak hatása azokra az emberekre, akik csak orvosi vizsgálat vagy kezelés során találkoznak velük, ezért csak a röntgensugárzás ezen alkalmazási területét vesszük figyelembe.
Felfedezésének különleges jelentősége ellenére Roentgen nem szerzett szabadalmat a használatára, így felbecsülhetetlen ajándék az egész emberiség számára. Már az első világháborúban elkezdték használni a röntgen egységeket, amelyek lehetővé tették a sebesültek gyors és pontos diagnosztizálását. Most megkülönböztethetjük a röntgensugarak alkalmazásának két fő területét az orvostudományban:
A röntgendiagnosztikát különféle lehetőségekben használják:
Vessünk egy pillantást e módszerek közötti különbségre.
Mindezek a diagnosztikai módszerek a röntgensugarak filmet megvilágító képességén, valamint a szövetek és a csontváz eltérő áteresztőképességén alapulnak.
A röntgensugárzásnak a szövetekre gyakorolt biológiai hatását a gyógyászatban daganatok kezelésére használják. Ennek a sugárzásnak az ionizáló hatása a legaktívabban a gyorsan osztódó sejtekre gyakorolt hatásban nyilvánul meg, amelyek a rosszindulatú daganatok sejtjei.
Ugyanakkor tisztában kell lennie azzal is mellékhatások amelyek elkerülhetetlenül együtt járnak a sugárterápiával. A helyzet az, hogy a vérképző, az endokrin és az immunrendszer sejtjei is gyorsan osztódnak. A rájuk gyakorolt negatív hatás sugárbetegség jeleit idézi elő.
Nem sokkal a röntgensugarak figyelemre méltó felfedezése után felfedezték, hogy a röntgensugarak hatással vannak az emberre.
Ezeket az adatokat kísérleti állatokon végzett kísérletekben szerezték be, azonban a genetikusok szerint hasonló hatások érvényesülhetnek az emberi szervezetre is.
A röntgensugárzás hatásainak vizsgálata az elfogadható sugárdózisokra vonatkozó nemzetközi szabványok kidolgozásához vezetett.
A röntgenszoba meglátogatása után sok beteg aggódik – hogyan hat az egészségére a kapott sugárdózis?
A test általános besugárzásának dózisa az eljárás természetétől függ. A kényelem kedvéért összehasonlítjuk a kapott dózist a természetes expozícióval, amely az embert egész életében elkíséri.
Ezek a sugárdózisok megfelelnek az elfogadható normáknak, de ha a páciens szorongást érez a röntgen előtt, joga van speciális védőkötényt kérni.
Minden személynek ismételten röntgenvizsgálatot kell végeznie. De van egy szabály - ez a diagnosztikai módszer nem írható elő terhes nők számára. A fejlődő embrió rendkívül sérülékeny. A röntgensugarak kromoszóma-rendellenességeket okozhatnak, és ennek következtében fejlődési rendellenességekkel küzdő gyermekek születhetnek. A legsebezhetőbb ebből a szempontból a legfeljebb 16 hétig tartó terhességi kor. Ezenkívül a jövő baba számára a legveszélyesebb a gerinc, a medence és a hasi régió röntgenfelvétele.
Ismerve a röntgensugarak terhességre gyakorolt káros hatását, az orvosok minden lehetséges módon kerülik annak használatát a nő életének ebben a döntő szakaszában.
A röntgensugárzásnak azonban vannak mellékforrásai:
A kismamáknak tisztában kell lenniük az általuk jelentett veszélyekkel.
Szoptató anyák számára a radiodiagnózis nem veszélyes.
A röntgensugárzás minimális hatásainak elkerülése érdekében néhány egyszerű lépést megtehet:
De nincs szükség orvosi eljárásokra vagy speciális intézkedésekre a sugárzás eltávolításához a röntgen után!
A röntgensugárzásnak való kitettség kétségtelenül súlyos következményei ellenére az orvosi vizsgálatok során nem szabad túlbecsülni a veszélyüket - csak a test bizonyos területein és nagyon gyorsan végzik el. Ezek előnyei sokszor meghaladják ennek az eljárásnak az emberi testre gyakorolt kockázatát.
1895-ben W. Roentgen német fizikus egy új, korábban ismeretlen típusú elektromágneses sugárzást fedezett fel, amelyet felfedezője tiszteletére röntgensugárzásnak neveztek el. W. Roentgen 50 évesen lett felfedezésének szerzője, aki a Würzburgi Egyetem rektori posztját töltötte be, és korának egyik legjobb kísérletezője volt. Az elsők között az amerikai Edison talált technikai alkalmazást Roentgen felfedezéséhez. Létrehozott egy praktikus bemutatókészüléket, és már 1896 májusában röntgenkiállítást szervezett New Yorkban, ahol a látogatók saját kezüket nézhették meg egy világító képernyőn. Miután Edison asszisztense belehalt az állandó demonstrációk során kapott súlyos égési sérülésekbe, a feltaláló leállította a további röntgensugarakkal végzett kísérleteket.
A röntgensugárzást nagy áthatoló ereje miatt kezdték alkalmazni az orvostudományban. Kezdetben röntgensugarakat használtak a csonttörések vizsgálatára és az idegen testek felkutatására az emberi testben. Jelenleg számos röntgensugaras módszer létezik. De ezeknek a módszereknek megvannak a hátrányai: a sugárzás mély károsodást okozhat a bőrben. A megjelenő fekélyek gyakran rákká alakultak. Sok esetben az ujjakat vagy a kezeket amputálni kellett. Fluoroszkópia(az áttetszőség szinonimája) a röntgenvizsgálat egyik fő módszere, amely abból áll, hogy a vizsgált tárgy síkbeli pozitív képét kapjuk áttetsző (fluoreszkáló) képernyőn. Fluoroszkópia során az alany egy áttetsző képernyő és egy röntgencső között van. A modern röntgensugár-áttetsző képernyőkön a kép a röntgencső bekapcsolásakor jelenik meg, és azonnal eltűnik, miután kikapcsolta. A fluoroszkópia lehetővé teszi a szerv működésének tanulmányozását - a szív pulzációját, a bordák, a tüdő, a rekeszizom légzőmozgását, az emésztőrendszer perisztaltikáját stb. A fluoroszkópiát gyomor-, gasztrointesztinális traktus-, nyombél-, máj-, epehólyag- és epeúti betegségek kezelésére használják. Ugyanakkor az orvosi szonda és a manipulátorok szövetkárosodás nélkül kerülnek behelyezésre, és a műtét során végzett műveletek fluoroszkópiával vezérelhetők és láthatóak a monitoron.
Radiográfia - röntgendiagnosztikai módszer fényérzékeny anyagon rögzített kép regisztrálásával - speciális. fényképészeti film (röntgenfilm) vagy fotópapír utólagos fényképfeldolgozással; A digitális radiográfiával a kép rögzítésre kerül a számítógép memóriájában. Röntgendiagnosztikai eszközökön - helyhez kötötten, speciálisan felszerelt röntgenszobákba telepítve, vagy mobil és hordozható - a beteg ágyánál vagy a műtőben történik. A röntgenfelvételeken a különböző szervek szerkezetének elemei sokkal tisztábban jelennek meg, mint a fluoreszkáló képernyőn. A radiográfiát különféle betegségek kimutatására és megelőzésére végzik, fő célja a különböző szakterületek orvosainak helyes és gyors diagnózis felállítása. A röntgenfelvétel csak az expozíció időpontjában rögzíti a szerv vagy szövet állapotát. Egyetlen röntgenfelvétel azonban csak az anatómiai változásokat rögzíti egy adott pillanatban, megadja a folyamat statikáját; bizonyos időközönként készült röntgenfelvételek sorozatán keresztül lehetőség nyílik a folyamat dinamikájának, vagyis a funkcionális változásoknak a tanulmányozására. Tomográfia. A tomográfia szó görögről úgy fordítható szelet kép. Ez azt jelenti, hogy a tomográfia célja, hogy réteges képet kapjon a vizsgált tárgy belső szerkezetéről. A számítógépes tomográfiát nagy felbontás jellemzi, amely lehetővé teszi a lágy szövetek finom változásainak megkülönböztetését. A CT lehetővé teszi olyan kóros folyamatok kimutatását, amelyeket más módszerekkel nem lehet kimutatni. Ezenkívül a CT alkalmazása lehetővé teszi a betegek által a diagnosztikai folyamat során kapott röntgensugárzás dózisának csökkentését.
Fluorográfia- egy diagnosztikai módszert, amely lehetővé teszi, hogy képet kapjon a szervekről és szövetekről, a 20. század végén fejlesztették ki, egy évvel a röntgensugarak felfedezése után. A képeken látható szklerózis, fibrózis, idegen tárgyak, daganatok, kialakult fokú gyulladások, gázok és infiltrátumok jelenléte az üregekben, tályogok, ciszták stb. Leggyakrabban mellkasröntgenet végeznek, amely lehetővé teszi a tuberkulózis, a tüdő vagy a mellkas rosszindulatú daganatának és egyéb patológiák kimutatását.
Röntgenterápia- Ez egy modern módszer, amellyel az ízületek bizonyos patológiáinak kezelését végzik. Az ortopédiai betegségek kezelésének fő irányai ezzel a módszerrel: Krónikus. Ízületi gyulladásos folyamatok (arthritis, polyarthritis); Degeneratív (osteoarthritis, osteochondrosis, deformáló spondylosis). A sugárterápia célja a kórosan megváltozott szövetek sejtjei létfontosságú tevékenységének gátlása vagy teljes pusztulása. Nem daganatos betegségekben a röntgenterápia a gyulladásos reakció elnyomására, a proliferatív folyamatok gátlására, a fájdalomérzékenység és a mirigyek szekréciós aktivitásának csökkentésére irányul. Szem előtt kell tartani, hogy a nemi mirigyek, a vérképzőszervek, a leukociták és a rosszindulatú daganatsejtek a legérzékenyebbek a röntgensugárzásra. A sugárdózist minden esetben egyedileg határozzák meg.
A röntgensugarak felfedezéséért Roentgen 1901-ben megkapta az első fizikai Nobel-díjat, és a Nobel-bizottság hangsúlyozta felfedezésének gyakorlati jelentőségét.
Így a röntgensugarak láthatatlan elektromágneses sugárzás, amelynek hullámhossza 105-102 nm. A röntgensugarak áthatolhatnak bizonyos anyagokon, amelyek átlátszatlanok a látható fény számára. Kibocsátódnak az anyagban lévő gyors elektronok lassulása során (folyamatos spektrum), valamint az elektronok átmenete során az atom külső elektronhéjairól a belső elektronhéjakra (lineáris spektrum). A röntgensugárzás forrásai: röntgencső, egyes radioaktív izotópok, elektrongyorsítók és -akkumulátorok (szinkrotronsugárzás). Vevők - film, lumineszcens képernyők, nukleáris sugárzás detektorok. A röntgensugarakat röntgendiffrakciós elemzésben, gyógyászatban, hibadetektálásban, röntgenspektrumelemzésben stb.
Egyes betegségek modern orvosi diagnosztikája és kezelése nem képzelhető el a röntgen tulajdonságait hasznosító készülékek nélkül. A röntgensugarak felfedezésére több mint 100 évvel ezelőtt került sor, de még most is folyik a munka olyan új módszerek és berendezések létrehozásán, amelyek minimalizálják a sugárzás emberi szervezetre gyakorolt negatív hatását.
Természetes körülmények között a röntgensugárzás ritka, és csak bizonyos radioaktív izotópok bocsátják ki. A röntgen- vagy röntgensugarakat csak 1895-ben fedezte fel Wilhelm Röntgen német tudós. Ez a felfedezés véletlenül történt egy kísérlet során, amelynek célja a fénysugarak viselkedésének vizsgálata volt a vákuumhoz közeledő körülmények között. A kísérletben egy csökkentett nyomású katódgázkisülési csövet és egy fluoreszcens képernyőt használtak, amely minden alkalommal abban a pillanatban kezdett világítani, amikor a cső működésbe lép.
A különös hatás iránt érdeklődő Roentgen tanulmánysorozatot végzett, amely kimutatta, hogy a keletkező, a szem számára láthatatlan sugárzás képes áthatolni különféle akadályokon: papíron, fán, üvegen, egyes fémeken, sőt az emberi testen keresztül is. Annak ellenére, hogy nem értik a történések természetét, hogy az ilyen jelenséget ismeretlen részecskék vagy hullámok áramlása okozza-e, a következő mintát észlelték - a sugárzás könnyen áthalad a test lágy szövetein, és sokkal keményebben szilárd élő szöveteken és élettelen anyagokon keresztül.
Nem Roentgen volt az első, aki ezt a jelenséget tanulmányozta. A 19. század közepén a francia Antoine Mason és az angol William Crookes hasonló lehetőségeket vizsgált. Azonban Roentgen volt az, aki először feltalálta a katódcsövet és az orvostudományban használható indikátort. Ő volt az első, aki publikált tudományos munkát, amely elhozta számára a fizikusok közül az első Nobel-díjas címet.
1901-ben gyümölcsöző együttműködés kezdődött a három tudós között, akik a radiológia és a radiológia alapító atyái lettek.
A röntgensugarak az összetevő az elektromágneses sugárzás teljes spektruma. A hullámhossz a gamma és az ultraibolya sugárzás között van. A röntgensugarak rendelkeznek az összes szokásos hullámtulajdonsággal:
A röntgensugár mesterséges generálásához speciális eszközöket használnak - röntgencsöveket. A röntgensugárzás gyors wolframelektronok érintkezéséből keletkezik forró anódról elpárolgó anyagokkal. A kölcsönhatás hátterében rövid hosszúságú elektromágneses hullámok keletkeznek, amelyek 100-0,01 nm spektrumban és 100-0,1 MeV energiatartományban vannak. Ha a sugarak hullámhossza kisebb, mint 0,2 nm - ez kemény sugárzás, ha a hullámhossz nagyobb, mint a megadott érték, akkor lágy röntgensugárzásnak nevezik.
Lényeges, hogy az elektronok és az anódanyag érintkezéséből származó mozgási energia 99%-ban hőenergiává alakul, és mindössze 1%-a röntgensugárzás.
A röntgensugárzás kétféle sugárzás – bremsstrahlung és karakterisztikus – szuperpozíciója. Egyidejűleg generálódnak a kézibeszélőben. Ezért a röntgensugárzás és az egyes specifikus röntgencsövek jellemzői - a sugárzás spektruma - ezektől a mutatóktól függ, és azok szuperpozícióját jelenti.
A Bremsstrahlung vagy a folyamatos röntgensugarak a wolframszálból elpárolgó elektronok lassulása eredménye.
A karakterisztikus vagy vonalröntgen a röntgencső anódjának anyagának atomjainak átrendeződésének pillanatában jön létre. A karakterisztikus sugarak hullámhossza közvetlenül függ a cső anódjának készítéséhez használt kémiai elem rendszámától.
A röntgensugárzás felsorolt tulajdonságai lehetővé teszik a gyakorlatban történő alkalmazásukat:
A képalkotás alapjául szolgáló röntgensugarak azon tulajdonsága, hogy képesek lebomlani, vagy egyes anyagokat fényt okoznak.
A röntgensugárzás fluoreszkáló fényt okoz a kadmium- és cink-szulfidban - zöld, a kalcium-volframátban pedig - kék. Ezt a tulajdonságot használják az orvosi röntgen átvilágítás technikájában, és növeli a röntgenképernyők funkcionalitását is.
A röntgensugárzás fényérzékeny ezüsthalogenid anyagokra gyakorolt fotokémiai hatása (megvilágítás) lehetővé teszi a diagnosztika elvégzését - röntgenfelvételek készítését. Ezt a tulajdonságot a laboratóriumi asszisztensek röntgenszobákban kapott teljes dózisának mérésére is használják. A hordható dózismérők speciális érzékeny szalagokkal és indikátorokkal rendelkeznek. A röntgensugárzás ionizáló hatása lehetővé teszi a kapott röntgensugárzás minőségi jellemzőinek meghatározását.
A hagyományos röntgensugárzásnak való egyszeri expozíció mindössze 0,001%-kal növeli a rák kockázatát.
A röntgensugarak használata a következő iparágakban elfogadható:
A röntgensugárzás fő alkalmazási területe az orvostudomány. Ma az orvosi radiológia szekciójába tartozik: sugárdiagnosztika, sugárterápia (röntgenterápia), sugársebészet. Az orvosi egyetemek magasan képzett szakembereket - radiológusokat - állítanak elő.
A röntgensugárzás nagy áthatoló ereje és ionizáló hatása a sejt DNS-ének szerkezetében változást okozhat, ezért veszélyes az emberre. A röntgensugárzás káros hatása egyenesen arányos a kapott sugárdózissal. A különböző szervek eltérő mértékben reagálnak a besugárzásra. A legérzékenyebbek a következők:
A röntgensugárzás ellenőrizetlen alkalmazása reverzibilis és visszafordíthatatlan patológiákat okozhat.
A röntgensugárzás következményei:
Fontos! A radioaktív anyagokkal ellentétben a röntgensugarak nem halmozódnak fel a szervezet szöveteiben, ami azt jelenti, hogy nincs szükség a röntgensugarak szervezetből történő eltávolítására. A röntgensugárzás káros hatása az orvostechnikai eszköz kikapcsolásakor megszűnik.
A röntgen alkalmazása az orvostudományban nemcsak diagnosztikai (traumatológia, fogászat), hanem terápiás célokra is megengedett:
A radiodiagnosztika a következő módszereket tartalmazza:
A röntgenterápia helyi kezelési módszerekre utal. Leggyakrabban a módszert a rákos sejtek elpusztítására használják. Mivel az expozíció hatása a műtéti eltávolításhoz hasonlítható, ezt a kezelési módszert gyakran sugársebészetnek nevezik.
Ma a röntgenkezelést a következő módokon végzik:
Ezek a módszerek kíméletesek, és bizonyos esetekben használatuk előnyösebb, mint a kemoterápia. Az ilyen népszerűség annak a ténynek köszönhető, hogy a sugarak nem halmozódnak fel, és nem igényelnek eltávolítást a szervezetből, szelektív hatást fejtenek ki anélkül, hogy más sejteket és szöveteket befolyásolnának.
A megengedett éves expozíció normájának ez a mutatója saját névvel rendelkezik - genetikailag jelentős egyenértékű dózis (GED). Ennek a mutatónak nincsenek egyértelmű mennyiségi értékei.
Ma a következő átlagos GZD szabványok vannak érvényben:
A röntgensugárzás nem igényel kiürülést a szervezetből, csak intenzív és hosszan tartó expozíció esetén veszélyes. A modern orvosi berendezések kis energiájú, rövid ideig tartó sugárzást használnak, így használata viszonylag ártalmatlannak tekinthető.
Bár a tudósok csak az 1890-es évek óta fedezték fel a röntgensugarak hatását, a röntgensugarak orvosi felhasználása ennek a természeti erőnek az érdekében gyorsan elmúlt. Ma az emberiség javára a röntgen-elektromágneses sugárzást az orvostudományban, a tudományos életben és az iparban, valamint villamosenergia-termelésre használják.
Emellett a sugárzásnak hasznos alkalmazásai vannak olyan területeken, mint a mezőgazdaság, a régészet, az űrkutatás, a bűnüldözés, a geológia (beleértve a bányászatot is) és sok más tevékenység, sőt az atommaghasadás jelenségét felhasználva autókat is fejlesztenek.
Az egészségügyi intézményekben az orvosok és fogorvosok különféle nukleáris anyagokat és eljárásokat használnak az emberi szervezetben előforduló anyagcsere-folyamatok és betegségek széles körének diagnosztizálására, monitorozására és kezelésére. Ennek eredményeként a sugarakat használó orvosi eljárások több ezer életet mentettek meg azáltal, hogy azonosították és kezelték a pajzsmirigy túlműködésétől a csontrákig terjedő állapotokat.
Az ilyen orvosi eljárások közül a leggyakoribb olyan sugarak használata, amelyek áthatolnak a bőrünkön. Amikor egy képet készítünk, úgy tűnik, hogy csontjaink és egyéb szerkezeteink árnyékot vetnek, mert sűrűbbek, mint a bőrünk, és ezek az árnyékok észlelhetők filmen vagy monitor képernyőjén. A hatás hasonló ahhoz, mintha ceruzát helyeznénk egy papírlap és egy lámpa közé. A ceruza árnyéka látható lesz a papírlapon. A különbség az, hogy a sugarak láthatatlanok, ezért szükség van egy rögzítő elemre, valamire, mint a fotófilmre. Ez lehetővé teszi az orvosok és fogorvosok számára, hogy értékeljék a röntgensugarak alkalmazását csonttörések vagy fogászati problémák láttán.
A röntgensugárzás célzott felhasználása gyógyászati célokra, nem csak a károsodások észlelésére. Kifejezetten alkalmazva a rákos szövetek elpusztítására, a daganat méretének csökkentésére vagy a fájdalom enyhítésére szolgál. Például a radioaktív jódot (különösen a jód-131-et) gyakran használják a pajzsmirigyrák kezelésére, amely állapot sok embertől szenved.
Az ezt a tulajdonságot használó eszközök számítógépekhez is csatlakoztatva vannak, és szkennelnek, úgynevezett számítógépes axiális tomográfia vagy számítógépes tomográfia.
Ezek a műszerek színes képet biztosítanak az orvosoknak, amely a belső szervek körvonalait és részleteit mutatja. Ez segít az orvosoknak felismerni és azonosítani a daganatokat, a kóros méretet vagy más fiziológiai vagy funkcionális szervi problémákat.
Emellett a kórházak és radiológiai központok évente több millió eljárást hajtanak végre. Az ilyen eljárások során az orvosok enyhén radioaktív anyagokat bocsátanak ki a betegek testébe, hogy megvizsgálják bizonyos belső szerveket, például a hasnyálmirigyet, a vesét, a pajzsmirigyet, a májat vagy az agyat, és így diagnosztizálják a klinikai állapotokat.
