Nello studio e nell'utilizzo pratico dei fenomeni atomici, i raggi X svolgono uno dei ruoli più importanti. Grazie alle loro ricerche furono fatte molte scoperte e furono sviluppati metodi di analisi delle sostanze, utilizzati in svariati campi. Qui esamineremo uno dei tipi di raggi X: caratteristici radiazione a raggi X.
La radiazione a raggi X è un cambiamento ad alta frequenza dello stato del campo elettromagnetico, che si propaga nello spazio ad una velocità di circa 300.000 km/s, cioè delle onde elettromagnetiche. Sulla scala della gamma della radiazione elettromagnetica, i raggi X si trovano nella regione della lunghezza d'onda compresa tra circa 10 -8 e 5∙10 -12 metri, che è diversi ordini di grandezza più corta delle onde ottiche. Ciò corrisponde a frequenze da 3∙10 16 a 6∙10 19 Hz ed energie da 10 eV a 250 keV, o da 1,6∙10 -18 a 4∙10 -14 J. Va notato che i limiti degli intervalli di frequenza di le radiazioni elettromagnetiche sono abbastanza arbitrarie a causa della loro sovrapposizione.
È l'interazione di particelle cariche accelerate (elettroni ad alta energia) con campi elettrici e magnetici e con atomi di materia.
I fotoni dei raggi X sono caratterizzati da elevate energie ed elevati poteri penetranti e ionizzanti, soprattutto per i raggi X duri con lunghezze d'onda inferiori a 1 nanometro (10 -9 m).
I raggi X interagiscono con la materia, ionizzandone gli atomi, nei processi di effetto fotoelettrico (fotoassorbimento) e di diffusione incoerente (Compton). Nel fotoassorbimento, un fotone di raggi X, assorbito da un elettrone di un atomo, gli trasferisce energia. Se il suo valore supera l'energia di legame di un elettrone in un atomo, lascia l'atomo. La diffusione Compton è caratteristica dei fotoni dei raggi X più duri (energetici). Parte dell'energia del fotone assorbito viene spesa per la ionizzazione; in questo caso, ad un certo angolo rispetto alla direzione del fotone primario, ne viene emesso uno secondario, con frequenza inferiore.
Per produrre le travi vengono utilizzati cilindri a vuoto in vetro con elettrodi posti all'interno. La differenza di potenziale tra gli elettrodi deve essere molto elevata, fino a centinaia di kilovolt. L'emissione termoionica avviene sul catodo di tungsteno, riscaldato dalla corrente, cioè da esso vengono emessi elettroni che, accelerati dalla differenza di potenziale, bombardano l'anodo. Come risultato della loro interazione con gli atomi dell'anodo (a volte chiamato anticatodo), nascono fotoni di raggi X.
A seconda del processo che porta alla creazione di un fotone, si distinguono i tipi di radiazione a raggi X: bremsstrahlung e caratteristica.
Gli elettroni possono, quando incontrano l'anodo, essere rallentati, cioè perdere energia nei campi elettrici dei suoi atomi. Questa energia viene emessa sotto forma di fotoni di raggi X. Questo tipo di radiazione è chiamata bremsstrahlung.
È chiaro che le condizioni di frenatura differiranno per i singoli elettroni. Ciò significa che diverse quantità della loro energia cinetica vengono convertite in raggi X. Di conseguenza, bremsstrahlung include fotoni di diverse frequenze e, di conseguenza, lunghezze d'onda. Pertanto, il suo spettro è continuo (continuo). Talvolta per questo motivo vengono chiamate anche radiografie “bianche”.
L'energia di un fotone di bremsstrahlung non può superare l'energia cinetica dell'elettrone che lo genera, quindi la frequenza massima (e la lunghezza d'onda più corta) della radiazione di bremsstrahlung corrisponde al valore più alto dell'energia cinetica degli elettroni incidenti sull'anodo. Quest'ultimo dipende dalla differenza di potenziale applicata agli elettrodi.
Esiste un altro tipo di radiazione a raggi X, la cui fonte è un processo diverso. Questa radiazione è chiamata radiazione caratteristica e ci soffermeremo su di essa in modo più dettagliato.
Raggiunto l'anticatodo, un elettrone veloce può penetrare all'interno dell'atomo ed estrarre un elettrone da uno degli orbitali inferiori, cioè trasferirgli energia sufficiente per superare la barriera potenziale. Tuttavia, se nell’atomo ci sono livelli energetici più elevati occupati dagli elettroni, lo spazio lasciato libero non rimarrà vuoto.
Va ricordato che la struttura elettronica dell'atomo, come ogni sistema energetico, tende a minimizzare l'energia. Il posto vacante formato a seguito dell'eliminazione viene riempito con un elettrone proveniente da uno dei livelli più alti. La sua energia è più alta e, occupando un livello più basso, emette l'eccesso sotto forma di un quanto di radiazione X caratteristica.
La struttura elettronica di un atomo è un insieme discreto di possibili stati energetici degli elettroni. Pertanto, anche i fotoni dei raggi X emessi durante la sostituzione dei posti vacanti elettronici possono avere solo valori energetici strettamente definiti, che riflettono la differenza di livelli. Di conseguenza, la caratteristica radiazione a raggi X ha uno spettro che non è continuo, ma a forma di linea. Questo spettro permette di caratterizzare la sostanza dell'anodo, da qui il nome di questi raggi. È grazie alle differenze spettrali che è chiaro cosa si intende per bremsstrahlung e radiazione caratteristica dei raggi X.
A volte l'energia in eccesso non viene emessa dall'atomo, ma viene spesa per eliminare il terzo elettrone. Questo processo, il cosiddetto effetto Auger, è più probabile che si verifichi quando l'energia di legame degli elettroni non supera 1 keV. L'energia dell'elettrone Auger rilasciato dipende dalla struttura dei livelli energetici dell'atomo, quindi anche gli spettri di tali elettroni sono di natura discreta.
Nell'immagine spettrale dei raggi X sono presenti strette linee caratteristiche insieme ad uno spettro di bremsstrahlung continuo. Se immaginiamo lo spettro come un grafico dell'intensità in funzione della lunghezza d'onda (frequenza), vedremo picchi netti nelle posizioni delle linee. La loro posizione dipende dal materiale dell'anodo. Questi massimi sono presenti a qualsiasi differenza di potenziale: se ci sono raggi X, ci sono sempre anche dei picchi. All'aumentare della tensione sugli elettrodi del tubo, aumenta l'intensità della radiazione a raggi X sia continua che caratteristica, ma la posizione dei picchi e il rapporto tra le loro intensità non cambiano.
I picchi negli spettri dei raggi X hanno lo stesso aspetto indipendentemente dal materiale dell'anticatodo irradiato dagli elettroni, ma per materiali diversi si trovano a frequenze diverse, unendosi in serie in base alla vicinanza dei valori di frequenza. Tra le serie stesse, la differenza nelle frequenze è molto più significativa. Il tipo di massimi non dipende in alcun modo dal fatto che il materiale dell'anodo sia un elemento chimico puro o una sostanza complessa. In quest'ultimo caso, gli spettri di raggi X caratteristici dei suoi elementi costitutivi sono semplicemente sovrapposti l'uno all'altro.
Quando il numero atomico di un elemento chimico aumenta, tutte le linee del suo spettro di raggi X si spostano verso frequenze più alte. Lo spettro mantiene il suo aspetto.
Il fenomeno dello spostamento spettrale delle linee caratteristiche fu scoperto sperimentalmente dal fisico inglese Henry Moseley nel 1913. Ciò gli ha permesso di collegare le frequenze dello spettro massimo con i numeri seriali degli elementi chimici. Pertanto, la lunghezza d'onda della caratteristica radiazione a raggi X, come si è scoperto, può essere chiaramente correlata a un elemento specifico. In generale, la legge di Moseley può essere scritta come segue: √f = (Z - S n)/n√R, dove f è la frequenza, Z è il numero seriale dell'elemento, S n è la costante di schermatura, n è la numero quantico principale e R è la costante Rydberg. Questa dipendenza è lineare e sul diagramma di Moseley appare come una serie di linee rette per ciascun valore di n.
I valori n corrispondono a singole serie di picchi caratteristici di emissione di raggi X. La legge di Moseley consente di determinare il numero di serie di un elemento chimico irradiato da elettroni duri in base alle lunghezze d'onda misurate (sono legate univocamente alle frequenze) dei massimi dello spettro dei raggi X.
La struttura dei gusci elettronici degli elementi chimici è identica. Ciò è indicato dalla monotonia del cambiamento di spostamento nello spettro caratteristico della radiazione a raggi X. Lo spostamento di frequenza riflette differenze non strutturali, ma energetiche tra i gusci elettronici, uniche per ciascun elemento.
Ci sono lievi deviazioni dalla stretta relazione lineare espressa dalla legge di Moseley. Sono associati, in primo luogo, alle peculiarità dell'ordine di riempimento dei gusci elettronici di alcuni elementi e, in secondo luogo, agli effetti relativistici del movimento degli elettroni di atomi pesanti. Inoltre, quando cambia il numero di neutroni nel nucleo (il cosiddetto spostamento isotopico), la posizione delle linee può cambiare leggermente. Questo effetto ha permesso di studiare in dettaglio la struttura atomica.
Il significato della legge di Moseley è estremamente grande. La sua applicazione coerente agli elementi del sistema periodico di Mendeleev stabilì un modello di aumento del numero ordinale corrispondente a ogni piccolo spostamento nei massimi caratteristici. Ciò ha contribuito a chiarire la questione del significato fisico del numero ordinale degli elementi. Il valore Z non è solo un numero: è la carica elettrica positiva del nucleo, ovvero la somma delle cariche positive unitarie delle particelle che ne compongono la composizione. Il corretto posizionamento degli elementi nella tabella e la presenza di posizioni vuote in essa (esistevano ancora allora) hanno ricevuto una potente conferma. La validità della legge periodica è stata dimostrata.
La legge di Moseley, inoltre, divenne la base su cui sorse un'intera direzione della ricerca sperimentale: la spettrometria a raggi X.
Ricordiamo brevemente come è strutturata la struttura dell'elettrone: essa è costituita da gusci designati dalle lettere K, L, M, N, O, P, Q o dai numeri da 1 a 7. Gli elettroni all'interno del guscio sono caratterizzati dallo stesso quanto principale numero n, che determina i possibili valori energetici. Nei gusci esterni l’energia degli elettroni è maggiore e il potenziale di ionizzazione per gli elettroni esterni è corrispondentemente inferiore.
La shell comprende uno o più sottolivelli: s, p, d, f, g, h, i. In ogni guscio il numero di sottolivelli aumenta di uno rispetto a quello precedente. Il numero di elettroni in ogni sottolivello e in ogni livello non può superare un certo valore. Sono caratterizzati, oltre che dal numero quantico principale, dallo stesso valore della nuvola elettronica orbitale che ne determina la forma. I sottolivelli sono designati dalla shell a cui appartengono, ad esempio 2s, 4d e così via.
Il sottolivello contiene quelli specificati, oltre a quelli principali e orbitali, da un altro numero quantico: magnetico, che determina la proiezione del momento orbitale dell'elettrone sulla direzione del campo magnetico. Un orbitale non può avere più di due elettroni, che differiscono nel valore del quarto numero quantico: lo spin.
Consideriamo più in dettaglio come si presenta la caratteristica radiazione a raggi X. Poiché l'origine di questo tipo di emissione elettromagnetica è associata a fenomeni che avvengono all'interno dell'atomo, è più conveniente descriverla precisamente nell'approssimazione delle configurazioni elettroniche.
Quindi, la causa di questa radiazione è la formazione di posti vacanti di elettroni nei gusci interni, causata dalla penetrazione di elettroni ad alta energia in profondità nell'atomo. La probabilità che un elettrone duro interagisca aumenta con la densità delle nubi elettroniche. Pertanto, è più probabile che le collisioni avvengano all'interno di gusci interni strettamente imballati, come il guscio K più basso. Qui l'atomo viene ionizzato e si forma un posto vacante nel guscio 1s.
Questo posto vacante è riempito da un elettrone proveniente dal guscio con energia più elevata, il cui eccesso viene portato via dal fotone dei raggi X. Questo elettrone può “cadere” dal secondo guscio L, dal terzo guscio M, e così via. In questo modo si forma una serie caratteristica, in questo esempio la serie K. Un'indicazione della provenienza dell'elettrone che riempie il posto vacante è data sotto forma di indice greco nella designazione della serie. "Alpha" significa che proviene dalla shell L, "beta" significa che proviene dalla shell M. Attualmente si tende a sostituire gli indici delle lettere greche con quelli latini adottati per designare le conchiglie.
L'intensità della linea alfa nella serie è sempre la più alta, ciò significa che la probabilità di riempire un posto vacante da un guscio vicino è la più alta.
Ora possiamo rispondere alla domanda: qual è l'energia massima di un quanto di radiazione X caratteristica? È determinata dalla differenza dei valori energetici dei livelli tra i quali avviene la transizione elettronica, secondo la formula E = E n 2 - E n 1, dove E n 2 ed E n 1 sono le energie dell'elettronica Stati tra i quali è avvenuta la transizione. Il valore più alto di questo parametro è dato dalle transizioni della serie K dai livelli più alti di atomi di elementi pesanti. Ma l'intensità di queste linee (l'altezza dei picchi) è la più bassa, poiché sono le meno probabili.
Se, a causa di una tensione insufficiente sugli elettrodi, un elettrone duro non può raggiungere il livello K, forma un posto vacante al livello L e si forma una serie L meno energetica con lunghezze d'onda più lunghe. Le serie successive nascono in modo simile.
Inoltre, quando un posto vacante viene coperto a seguito di una transizione elettronica, un nuovo posto vacante appare nel guscio sovrastante. Ciò crea le condizioni per generare la serie successiva. Le vacanze elettroniche si spostano più in alto da un livello all'altro e l'atomo emette una cascata di serie spettrali caratteristiche pur rimanendo ionizzato.
Gli spettri atomici dei raggi X caratteristici della radiazione X sono caratterizzati da una struttura fine che, come negli spettri ottici, è espressa nella divisione della linea.
La struttura fine è dovuta al fatto che il livello energetico - il guscio elettronico - è un insieme di componenti strettamente posizionati - i sottogusci. Per caratterizzare i sottolivelli, viene introdotto un altro numero quantico interno j, che riflette l’interazione tra il momento magnetico proprio e quello orbitale dell’elettrone.
A causa dell'influenza dell'interazione spin-orbita, la struttura energetica dell'atomo diventa più complessa e, di conseguenza, la caratteristica radiazione a raggi X ha uno spettro caratterizzato da linee divise con elementi molto ravvicinati.
Gli elementi di struttura fine sono solitamente designati da indici digitali aggiuntivi.
La radiazione caratteristica dei raggi X ha una caratteristica riflessa solo nella struttura fine dello spettro. La transizione di un elettrone ad un livello energetico inferiore non avviene dal sottolivello inferiore del livello superiore. Un evento del genere ha una probabilità trascurabile.
Questa radiazione, per le sue caratteristiche descritte dalla legge di Moseley, è alla base di vari metodi spettrali a raggi X per l’analisi delle sostanze. Quando si analizza lo spettro dei raggi X, vengono utilizzati la diffrazione della radiazione sui cristalli (metodo di dispersione delle onde) o rilevatori sensibili all'energia dei fotoni dei raggi X assorbiti (metodo di dispersione dell'energia). La maggior parte dei microscopi elettronici sono dotati di qualche tipo di accessorio per la spettrometria a raggi X.
La spettrometria a dispersione d'onda è particolarmente accurata. Utilizzando appositi filtri vengono evidenziati i picchi più intensi dello spettro, consentendo di ottenere una radiazione quasi monocromatica con una frequenza nota con precisione. Il materiale dell'anodo viene selezionato con molta attenzione per garantire l'ottenimento di un fascio monocromatico della frequenza desiderata. La sua diffrazione sul reticolo cristallino della sostanza in studio consente di studiare la struttura reticolare con grande accuratezza. Questo metodo viene utilizzato anche nello studio del DNA e di altre molecole complesse.
Una delle caratteristiche della radiazione X caratteristica viene presa in considerazione anche nella spettrometria gamma. Questo è un picco caratteristico ad alta intensità. Gli spettrometri gamma utilizzano una schermatura in piombo contro la radiazione di fondo esterna che interferisce con le misurazioni. Ma il piombo, assorbendo i raggi gamma, sperimenta la ionizzazione interna, a seguito della quale emette attivamente nella gamma dei raggi X. Per assorbire gli intensi picchi della caratteristica radiazione a raggi X del piombo, viene utilizzata un'ulteriore schermatura di cadmio. A sua volta è ionizzato ed emette anche raggi X. Per neutralizzare i picchi caratteristici del cadmio, viene utilizzato un terzo strato schermante: rame, i cui massimi di raggi X si trovano al di fuori della gamma di frequenze operative dello spettrometro gamma.
La spettrometria utilizza sia i raggi X bremsstrahlung che quelli caratteristici. Pertanto, quando si analizzano le sostanze, vengono studiati gli spettri di assorbimento dei raggi X continui da parte di varie sostanze.
La scoperta e i meriti nello studio delle proprietà fondamentali dei raggi X appartengono di diritto allo scienziato tedesco Wilhelm Conrad Roentgen. Le straordinarie proprietà dei raggi X da lui scoperte ricevettero immediatamente un'enorme risonanza nel mondo scientifico. Anche se allora, nel 1895, lo scienziato difficilmente avrebbe potuto immaginare quali benefici, e talvolta danni, avrebbero potuto apportare le radiazioni a raggi X.
Scopriamo in questo articolo come questo tipo di radiazioni influisce sulla salute umana.
La prima domanda che interessava il ricercatore era: cos'è la radiazione a raggi X? Una serie di esperimenti ha permesso di verificare che si tratta di una radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda di 10 -8 cm, che occupa una posizione intermedia tra la radiazione ultravioletta e quella gamma.
Tutti questi aspetti degli effetti distruttivi dei misteriosi raggi X non escludono affatto aspetti sorprendentemente estesi della loro applicazione. Dove vengono utilizzate le radiazioni a raggi X?
Le più importanti applicazioni dei raggi X sono rese possibili dalle lunghezze d'onda molto corte di queste onde e dalle loro proprietà uniche.
Poiché siamo interessati all'effetto delle radiazioni a raggi X sulle persone che le incontrano solo durante una visita medica o un trattamento, considereremo ulteriormente solo quest'area di applicazione dei raggi X.
Nonostante il significato speciale della sua scoperta, Roentgen non ha brevettato il suo utilizzo, rendendolo un dono inestimabile per tutta l'umanità. Già durante la prima guerra mondiale iniziarono ad essere utilizzate macchine a raggi X che consentirono di diagnosticare in modo rapido e accurato i feriti. Ora possiamo distinguere due principali ambiti di applicazione dei raggi X in medicina:
La diagnostica a raggi X viene utilizzata in vari modi:
Diamo un'occhiata alle differenze tra questi metodi.
Tutti questi metodi diagnostici si basano sulla capacità dei raggi X di illuminare la pellicola fotografica e sulla loro diversa permeabilità ai tessuti e allo scheletro osseo.
La capacità dei raggi X di avere un effetto biologico sui tessuti viene utilizzata in medicina per trattare i tumori. L'effetto ionizzante di questa radiazione si manifesta più attivamente nel suo effetto sulle cellule in rapida divisione, che sono le cellule dei tumori maligni.
Tuttavia, dovresti anche saperlo effetti collaterali, che inevitabilmente accompagna la radioterapia. Il fatto è che anche le cellule del sistema ematopoietico, endocrino e immunitario si dividono rapidamente. Gli effetti negativi su di essi danno origine a segni di malattia da radiazioni.
Subito dopo la straordinaria scoperta dei raggi X, si scoprì che i raggi X avevano effetti sugli esseri umani.
Questi dati sono stati ottenuti da esperimenti su animali da esperimento, tuttavia, i genetisti suggeriscono che conseguenze simili possano estendersi al corpo umano.
Lo studio degli effetti dell'esposizione ai raggi X ha permesso di sviluppare standard internazionali per le dosi di radiazioni ammissibili.
Dopo aver visitato la sala radiologica, molti pazienti sono preoccupati per come la dose di radiazioni ricevuta influirà sulla loro salute?
La dose di radiazioni corporee totali dipende dalla natura della procedura eseguita. Per comodità, confronteremo la dose ricevuta con la radiazione naturale che accompagna una persona per tutta la vita.
Queste dosi di radiazioni soddisfano standard accettabili, ma se il paziente avverte ansia prima di sottoporsi a una radiografia, ha il diritto di richiedere uno speciale grembiule protettivo.
Ogni persona è costretta a sottoporsi a esami radiografici più di una volta. Ma esiste una regola: questo metodo diagnostico non può essere prescritto alle donne incinte. L'embrione in via di sviluppo è estremamente vulnerabile. I raggi X possono causare anomalie cromosomiche e, di conseguenza, la nascita di bambini con difetti dello sviluppo. Il periodo più vulnerabile a questo riguardo è la gravidanza fino a 16 settimane. Inoltre, i raggi X della colonna vertebrale, delle aree pelviche e addominali sono i più pericolosi per il nascituro.
Conoscendo gli effetti dannosi delle radiazioni a raggi X sulla gravidanza, i medici evitano in ogni modo di usarle durante questo periodo importante nella vita di una donna.
Tuttavia, ci sono fonti secondarie di radiazioni a raggi X:
Le future mamme dovrebbero essere consapevoli del pericolo che rappresentano.
La diagnostica a raggi X non è pericolosa per le madri che allattano.
Per evitare effetti anche minimi derivanti dall’esposizione ai raggi X, puoi adottare alcuni semplici accorgimenti:
Ma non sono necessarie procedure mediche o misure speciali per rimuovere le radiazioni dopo una radiografia!
Nonostante le conseguenze indubbiamente gravi dell'esposizione ai raggi X, non bisogna sopravvalutare il loro pericolo durante gli esami medici: vengono eseguiti solo su alcune zone del corpo e molto rapidamente. I benefici che ne derivano molte volte superano il rischio di questa procedura per il corpo umano.
Nel 1895, il fisico tedesco W. Roentgen scoprì un nuovo tipo di radiazione elettromagnetica precedentemente sconosciuta, che fu chiamata raggi X in onore del suo scopritore. V. Roentgen divenne l'autore della sua scoperta all'età di 50 anni, ricoprendo la carica di rettore dell'Università di Würzburg e avendo la reputazione di uno dei migliori sperimentatori del suo tempo. Uno dei primi a trovare un'applicazione tecnica per la scoperta dei raggi X fu l'americano Edison. Creò un comodo apparato dimostrativo e già nel maggio 1896 organizzò una mostra di raggi X a New York, dove i visitatori potevano esaminare la propria mano su uno schermo luminoso. Dopo che l'assistente di Edison morì a causa delle gravi ustioni subite durante le continue dimostrazioni, l'inventore interruppe ulteriori esperimenti con i raggi X.
La radiazione a raggi X iniziò ad essere utilizzata in medicina grazie alla sua grande capacità di penetrazione. Inizialmente, i raggi X venivano utilizzati per esaminare le fratture ossee e determinare la posizione di corpi estranei nel corpo umano. Attualmente esistono diversi metodi basati sulle radiazioni a raggi X. Ma questi metodi hanno i loro svantaggi: le radiazioni possono causare danni profondi alla pelle. Le ulcere che apparivano spesso si trasformavano in cancro. In molti casi è stato necessario amputare le dita o le mani. raggi X(sinonimo di transilluminazione) è uno dei principali metodi di esame radiografico, che consiste nell'ottenere un'immagine planare positiva dell'oggetto studiato su uno schermo traslucido (fluorescente). Durante la fluoroscopia, il soggetto viene posizionato tra uno schermo traslucido e un tubo a raggi X. Sui moderni schermi di trasmissione dei raggi X, l'immagine appare quando il tubo radiogeno viene acceso e scompare immediatamente dopo averlo spento. La fluoroscopia consente di studiare la funzione di un organo: la pulsazione del cuore, i movimenti respiratori delle costole, dei polmoni, del diaframma, della peristalsi del tratto digestivo, ecc. La fluoroscopia viene utilizzata nel trattamento delle malattie dello stomaco, del tratto gastrointestinale, del duodeno, delle malattie del fegato, della cistifellea e delle vie biliari. In questo caso la sonda medica e i manipolatori vengono inseriti senza danneggiare il tessuto e le azioni durante l'intervento sono controllate mediante fluoroscopia e visibili sul monitor.
Raggi X - Metodo diagnostico a raggi X con registrazione di un'immagine fissa su un materiale fotosensibile - speciale. pellicola fotografica (pellicola radiografica) o carta fotografica con successiva elaborazione fotografica; Con la radiografia digitale, l'immagine viene registrata nella memoria del computer. Viene eseguito su macchine diagnostiche a raggi X - fisse, installate in sale radiologiche appositamente attrezzate, oppure mobili e portatili - al capezzale del paziente o in sala operatoria. I raggi X mostrano gli elementi strutturali dei vari organi in modo molto più chiaro di uno schermo fluorescente. I raggi X vengono eseguiti per identificare e prevenire varie malattie; il suo scopo principale è aiutare i medici di varie specialità a fare una diagnosi correttamente e rapidamente. Un'immagine radiografica registra la condizione di un organo o tessuto solo al momento dello scatto. Tuttavia, una singola radiografia registra solo i cambiamenti anatomici in un determinato momento e fornisce un processo statico; attraverso una serie di radiografie effettuate a determinati intervalli è possibile studiare la dinamica del processo, cioè i cambiamenti funzionali. Tomografia. La parola tomografia può essere tradotta dal greco come "immagine fetta". Ciò significa che lo scopo della tomografia è ottenere un'immagine strato per strato della struttura interna dell'oggetto studiato. La tomografia computerizzata è caratterizzata da un'alta risoluzione, che consente di distinguere sottili cambiamenti nei tessuti molli. La TC consente di rilevare processi patologici che non possono essere rilevati con altri metodi. Inoltre, l'uso della TC consente di ridurre la dose di radiazioni X ricevute dai pazienti durante il processo diagnostico.
Fluorografia- un metodo diagnostico che permette di ottenere immagini di organi e tessuti è stato sviluppato alla fine del XX secolo, un anno dopo la scoperta dei raggi X. Nelle fotografie si vedono sclerosi, fibrosi, corpi estranei, neoplasie, infiammazioni di grado sviluppato, presenza di gas e infiltrazioni nelle cavità, ascessi, cisti e così via. Molto spesso, la fluorografia del torace viene eseguita per rilevare la tubercolosi, un tumore maligno nei polmoni o nel torace e altre patologie.
Terapia a raggi Xè un metodo moderno utilizzato per trattare alcune patologie articolari. Le principali aree di trattamento delle malattie ortopediche utilizzando questo metodo sono: Cronico. Processi infiammatori delle articolazioni (artrite, poliartrite); Degenerative (osteoartrosi, osteocondrosi, spondilosi deformante). Lo scopo della radioterapiaè l'inibizione dell'attività vitale delle cellule dei tessuti patologicamente alterati o la loro completa distruzione. Per le malattie non tumorali, la radioterapia ha lo scopo di sopprimere la reazione infiammatoria, sopprimere i processi proliferativi, ridurre la sensibilità al dolore e l'attività secretoria delle ghiandole. Va tenuto presente che le ghiandole sessuali, gli organi emopoietici, i leucociti e le cellule tumorali maligne sono i più sensibili ai raggi X. La dose di radiazioni è determinata individualmente in ciascun caso specifico.
Per la scoperta dei raggi X, Roentgen ricevette il primo Premio Nobel per la fisica nel 1901 e il Comitato Nobel sottolineò l'importanza pratica della sua scoperta.
Pertanto, i raggi X sono radiazioni elettromagnetiche invisibili con una lunghezza d'onda di 105 - 102 nm. I raggi X possono penetrare alcuni materiali opachi alla luce visibile. Vengono emessi durante la decelerazione degli elettroni veloci in una sostanza (spettro continuo) e durante le transizioni di elettroni dai gusci elettronici esterni di un atomo a quelli interni (spettro a linee). Le fonti di radiazione a raggi X sono: un tubo a raggi X, alcuni isotopi radioattivi, acceleratori e dispositivi di immagazzinamento di elettroni (radiazione di sincrotrone). Ricevitori: pellicole fotografiche, schermi fluorescenti, rilevatori di radiazioni nucleari. I raggi X vengono utilizzati nell'analisi della diffrazione dei raggi X, nella medicina, nel rilevamento di difetti, nell'analisi spettrale dei raggi X, ecc.
La diagnosi medica moderna e il trattamento di alcune malattie non possono essere immaginati senza dispositivi che sfruttano le proprietà delle radiazioni a raggi X. La scoperta dei raggi X è avvenuta più di 100 anni fa, ma anche adesso si continua a lavorare sulla creazione di nuove tecniche e dispositivi per ridurre al minimo gli effetti negativi delle radiazioni sul corpo umano.
In condizioni naturali, i flussi di raggi X sono rari e vengono emessi solo da alcuni isotopi radioattivi. I raggi X o raggi X furono scoperti solo nel 1895 dallo scienziato tedesco Wilhelm Röntgen. Questa scoperta è avvenuta per caso, durante un esperimento per studiare il comportamento dei raggi luminosi in condizioni prossime al vuoto. L'esperimento prevedeva un tubo catodico a scarica di gas a pressione ridotta e uno schermo fluorescente, che ogni volta cominciava a brillare nel momento in cui il tubo iniziava a funzionare.
Interessato allo strano effetto, Roentgen condusse una serie di studi dimostrando che la radiazione risultante, invisibile all'occhio, è in grado di penetrare attraverso vari ostacoli: carta, legno, vetro, alcuni metalli e persino attraverso il corpo umano. Nonostante la mancanza di comprensione della natura stessa di ciò che sta accadendo, se un tale fenomeno sia causato dalla generazione di un flusso di particelle o onde sconosciute, è stato notato il seguente schema: la radiazione passa facilmente attraverso i tessuti molli del corpo e molto più difficile attraverso i tessuti viventi duri e le sostanze non viventi.
Roentgen non fu il primo a studiare questo fenomeno. A metà del XIX secolo possibilità simili furono esplorate dal francese Antoine Mason e dall’inglese William Crookes. Tuttavia, fu Roentgen il primo a inventare un tubo catodico e un indicatore che potevano essere utilizzati in medicina. Fu il primo a pubblicare un lavoro scientifico, che gli valse il titolo di primo premio Nobel tra i fisici.
Nel 1901 iniziò una fruttuosa collaborazione tra tre scienziati, che divennero i padri fondatori della radiologia e della radiologia.
I raggi X lo sono componente spettro generale della radiazione elettromagnetica. La lunghezza d'onda è compresa tra i raggi gamma e quelli ultravioletti. I raggi X hanno tutte le solite proprietà delle onde:
Per generare artificialmente un flusso di raggi X, vengono utilizzati dispositivi speciali: tubi a raggi X. La radiazione a raggi X si verifica a causa del contatto degli elettroni veloci del tungsteno con le sostanze che evaporano dall'anodo caldo. Sullo sfondo dell'interazione compaiono onde elettromagnetiche di breve durata, situate nello spettro da 100 a 0,01 nm e nell'intervallo di energia di 100-0,1 MeV. Se la lunghezza d'onda dei raggi è inferiore a 0,2 nm si parla di radiazioni dure; se la lunghezza d'onda è maggiore di questo valore si chiamano raggi X molli.
È significativo che l'energia cinetica derivante dal contatto degli elettroni con la sostanza anodica venga convertita per il 99% in energia termica e solo per l'1% in raggi X.
La radiazione X è una sovrapposizione di due tipi di raggi: bremsstrahlung e caratteristici. Vengono generati nel tubo simultaneamente. Pertanto, l'irradiazione dei raggi X e le caratteristiche di ogni specifico tubo a raggi X - il suo spettro di radiazioni - dipendono da questi indicatori e rappresentano la loro sovrapposizione.
Bremsstrahlung o raggi X continui sono il risultato della decelerazione degli elettroni evaporati da un filamento di tungsteno.
I raggi X caratteristici o lineari si formano al momento della ristrutturazione degli atomi della sostanza dell'anodo del tubo a raggi X. La lunghezza d'onda dei raggi caratteristici dipende direttamente dal numero atomico dell'elemento chimico utilizzato per realizzare l'anodo del tubo.
Le proprietà elencate dei raggi X ne consentono l'utilizzo nella pratica:
La proprietà dei raggi X su cui si basa l'imaging è la capacità di decomporre o provocare la luminosità di determinate sostanze.
L'irradiazione dei raggi X provoca un bagliore fluorescente nel cadmio e nei solfuri di zinco - verde, e nel tungstato di calcio - blu. Questa proprietà viene utilizzata nelle tecniche di imaging medico a raggi X e aumenta anche la funzionalità degli schermi a raggi X.
L'effetto fotochimico dei raggi X sui materiali fotosensibili agli alogenuri d'argento (esposizione) consente la diagnostica, ovvero l'acquisizione di fotografie a raggi X. Questa proprietà viene utilizzata anche per misurare la dose totale ricevuta dagli assistenti di laboratorio nelle sale radiologiche. I dosimetri corporei contengono speciali nastri sensibili e indicatori. L'effetto ionizzante delle radiazioni a raggi X consente di determinare le caratteristiche qualitative dei raggi X risultanti.
Una singola esposizione alle radiazioni dei raggi X convenzionali aumenta il rischio di cancro solo dello 0,001%.
L'uso dei raggi X è consentito nei seguenti settori:
L’applicazione principale delle radiazioni a raggi X è in campo medico. Oggi la sezione di radiologia medica comprende: radiodiagnosi, radioterapia (radioterapia), radiochirurgia. Le università mediche laureano specialisti altamente specializzati: radiologi.
L'elevato potere di penetrazione e l'effetto ionizzante dei raggi X possono causare cambiamenti nella struttura del DNA cellulare e quindi rappresentare un pericolo per l'uomo. Il danno derivante dai raggi X è direttamente proporzionale alla dose di radiazioni ricevuta. Diversi organi rispondono alle radiazioni in misura diversa. I più sensibili includono:
L'uso incontrollato dell'irradiazione con raggi X può causare patologie reversibili e irreversibili.
Conseguenze dell'irradiazione con raggi X:
Importante! A differenza delle sostanze radioattive, i raggi X non si accumulano nei tessuti del corpo, il che significa che non è necessario rimuoverli dal corpo. L'effetto dannoso delle radiazioni a raggi X termina quando il dispositivo medico viene spento.
L'uso delle radiazioni a raggi X in medicina è consentito non solo per scopi diagnostici (traumatologia, odontoiatria), ma anche per scopi terapeutici:
La radiodiagnostica comprende le seguenti tecniche:
La radioterapia è un metodo di trattamento locale. Molto spesso, il metodo viene utilizzato per distruggere le cellule tumorali. Poiché l’effetto è paragonabile alla rimozione chirurgica, questo metodo di trattamento viene spesso chiamato radiochirurgia.
Oggi, il trattamento radiografico viene effettuato nei seguenti modi:
Questi metodi sono delicati e in alcuni casi il loro utilizzo è preferibile alla chemioterapia. Questa popolarità è dovuta al fatto che i raggi non si accumulano e non richiedono la rimozione dal corpo; hanno un effetto selettivo, senza intaccare altre cellule e tessuti.
Questo indicatore della norma dell'esposizione annuale consentita ha il suo nome: dose equivalente geneticamente significativa (GSD). Questo indicatore non ha valori quantitativi chiari.
Oggi sono in vigore i seguenti standard GZD medi:
Le radiazioni dei raggi X non richiedono la rimozione dal corpo e sono pericolose solo in caso di esposizione intensa e prolungata. Le moderne apparecchiature mediche utilizzano irradiazioni a bassa energia di breve durata, quindi il loro utilizzo è considerato relativamente innocuo.
Sebbene gli scienziati abbiano scoperto l’effetto dei raggi X solo a partire dal 1890, l’uso medico dei raggi X per questa forza naturale ha fatto rapidi progressi. Oggi, a beneficio dell’umanità, la radiazione elettromagnetica a raggi X viene utilizzata in medicina, nel mondo accademico e nell’industria, nonché per generare elettricità.
Inoltre, le radiazioni hanno applicazioni utili in settori come l'agricoltura, l'archeologia, lo spazio, le forze dell'ordine, la geologia (compresa l'estrazione mineraria) e molte altre attività, persino le automobili vengono sviluppate sfruttando il fenomeno della fissione nucleare.
In ambito sanitario, medici e dentisti utilizzano una varietà di materiali e procedure nucleari per diagnosticare, monitorare e trattare un’ampia gamma di processi metabolici e malattie nel corpo umano. Di conseguenza, le procedure mediche che utilizzano i raggi hanno salvato migliaia di vite individuando e curando malattie che vanno da una ghiandola tiroidea iperattiva al cancro alle ossa.
La più comune di queste procedure mediche prevede l'uso di raggi che possono attraversare la nostra pelle. Quando viene scattata un'immagine, le nostre ossa e altre strutture sembrano proiettare ombre perché sono più dense della nostra pelle e queste ombre possono essere rilevate sulla pellicola o sullo schermo di un monitor. L'effetto è simile a quello ottenuto mettendo una matita tra un pezzo di carta e una luce. L'ombra della matita sarà visibile sul pezzo di carta. La differenza è che i raggi sono invisibili, quindi è necessario un elemento di registrazione, qualcosa come una pellicola fotografica. Ciò consente a medici e dentisti di valutare l'uso dei raggi X quando si riscontrano ossa rotte o problemi dentali.
L'uso mirato dei raggi X a scopo terapeutico non serve solo a individuare i danni. Se utilizzato specificamente, ha lo scopo di uccidere il tessuto canceroso, ridurre le dimensioni del tumore o ridurre il dolore. Ad esempio, lo iodio radioattivo (in particolare lo iodio-131) è spesso usato per trattare il cancro alla tiroide, una condizione che colpisce molte persone.
I dispositivi che utilizzano questa proprietà si collegano anche ai computer ed effettuano scansioni, chiamate: tomografia assiale computerizzata o tomografia computerizzata.
Questi strumenti forniscono ai medici immagini a colori che mostrano il contorno e i dettagli degli organi interni. Aiuta i medici a rilevare e identificare tumori, anomalie dimensionali o altri problemi fisiologici o funzionali agli organi.
Inoltre, gli ospedali e i centri di radiologia eseguono milioni di procedure ogni anno. In tali procedure, i medici rilasciano sostanze leggermente radioattive nel corpo dei pazienti per esaminare alcuni organi interni, come il pancreas, i reni, la tiroide, il fegato o il cervello, per diagnosticare condizioni cliniche.
