PROMIENIOWANIE RENTGENOWSKIE
promieniowanie rentgenowskie zajmuje obszar widma elektromagnetycznego między promieniowaniem gamma a promieniowaniem ultrafioletowym i jest promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fali od 10 -14 do 10 -7 m. Stosowane jest promieniowanie rentgenowskie o długości fali od 5 x 10 -12 do 2,5 x 10 -10 w medycynie m, czyli 0,05 - 2,5 angstremów, a właściwie w diagnostyce rentgenowskiej - 0,1 angstremów. Promieniowanie to strumień kwantów (fotonów) rozchodzących się w linii prostej z prędkością światła (300 000 km/s). Te kwanty nie mają ładunku elektrycznego. Masa kwantu jest nieistotną częścią jednostki masy atomowej.
Energia kwantowa mierzone w dżulach (J), ale w praktyce często używają jednostki pozasystemowej „elektronowolt” (eV) . Jeden elektronowolt to energia, którą uzyskuje jeden elektron, przechodząc przez różnicę potencjałów 1 wolta w polu elektrycznym. 1 eV \u003d 1,6 · 10 ~ 19 J. Pochodne to kiloelektronowolt (keV), równy tysiącowi eV, i megaelektronowolt (MeV), równy milionowi eV.
Promienie rentgenowskie uzyskuje się za pomocą lamp rentgenowskich, akceleratorów liniowych i betatronów. W lampie rentgenowskiej różnica potencjałów między katodą a docelową anodą (dziesiątki kilowoltów) przyspiesza elektrony bombardujące anodę. Promieniowanie rentgenowskie powstaje, gdy szybkie elektrony zwalniają w polu elektrycznym atomów substancji anodowej (bremsstrahlung) lub podczas przestawiania wewnętrznych powłok atomów (charakterystyczne promieniowanie) . Charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie ma charakter dyskretny i występuje, gdy elektrony atomów substancji anodowej przechodzą z jednego poziomu energetycznego na drugi pod wpływem zewnętrznych elektronów lub kwantów promieniowania. Rentgen Bremsstrahlunga ma ciągłe widmo zależne od napięcia anodowego na lampie rentgenowskiej. Podczas zwalniania w materiale anody elektrony zużywają większość swojej energii na ogrzewanie anody (99%), a tylko niewielka część (1%) jest przekształcana w energię promieniowania rentgenowskiego. W diagnostyce rentgenowskiej najczęściej stosuje się bremsstrahlung.
Podstawowe właściwości promieni rentgenowskich są charakterystyczne dla całego promieniowania elektromagnetycznego, ale są pewne cechy. Promieniowanie rentgenowskie ma następujące właściwości:
- niewidzialność - wrażliwe komórki siatkówki człowieka nie reagują na promieniowanie rentgenowskie, ponieważ ich długość fali jest tysiące razy mniejsza niż długość fali światła widzialnego;
- propagacja prostoliniowa - promienie są załamywane, spolaryzowane (rozchodzą się w określonej płaszczyźnie) i ugięte, podobnie jak światło widzialne. Współczynnik załamania bardzo niewiele różni się od jedności;
- Siła penetracji - przenikać bez znaczącej absorpcji przez znaczne warstwy substancji nieprzezroczystej dla światła widzialnego. Im krótsza długość fali, tym większa siła przenikania promieni rentgenowskich;
- chłonność - mają zdolność wchłaniania przez tkanki organizmu, to podstawa wszelkiej diagnostyki rentgenowskiej. Zdolność wchłaniania zależy od ciężaru właściwego tkanek (im więcej, tym większa absorpcja); na grubość przedmiotu; na twardość promieniowania;
- akcja fotograficzna - rozkładają związki halogenków srebra, w tym znajdujące się w emulsjach fotograficznych, co umożliwia uzyskanie promieni rentgenowskich;
- działanie luminescencyjne - powodują luminescencję wielu związków chemicznych (luminoforów), jest to podstawa techniki transmisji promieniowania rentgenowskiego. Intensywność poświaty zależy od budowy substancji fluorescencyjnej, jej ilości oraz odległości od źródła promieniowania rentgenowskiego. Fosfory wykorzystywane są nie tylko do uzyskiwania obrazu badanych obiektów na ekranie fluoroskopowym, ale także w radiografii, gdzie umożliwiają zwiększenie naświetlenia błony radiograficznej w kasecie dzięki zastosowaniu ekranów wzmacniających, której warstwa wierzchnia jest wykonana z substancji fluorescencyjnych;
- działanie jonizujące - mają zdolność powodowania rozpadu neutralnych atomów na cząstki naładowane dodatnio i ujemnie, na tym opiera się dozymetria. Efektem jonizacji dowolnego ośrodka jest powstawanie w nim jonów dodatnich i ujemnych, a także wolnych elektronów z obojętnych atomów i cząsteczek substancji. Jonizacja powietrza w gabinecie rentgenowskim podczas pracy lampy rentgenowskiej prowadzi do wzrostu przewodnictwa elektrycznego powietrza, wzrostu ładunków elektrostatycznych na przedmiotach gabinetu. W celu wyeliminowania ich niepożądanego wpływu w pracowniach rentgenowskich przewidziano wymuszoną wentylację nawiewno-wywiewną;
- działanie biologiczne - oddziaływać na obiekty biologiczne, w większości przypadków oddziaływanie to jest szkodliwe;
- prawa odwrotnych kwadratów - dla punktowego źródła promieniowania rentgenowskiego intensywność maleje proporcjonalnie do kwadratu odległości od źródła.
Współczesna medycyna wykorzystuje wielu lekarzy do diagnozy i terapii. Niektóre z nich stosowane są stosunkowo niedawno, inne praktykowane są od kilkunastu, a nawet setek lat. Również sto dziesięć lat temu William Conrad Roentgen odkrył niesamowite promieniowanie rentgenowskie, które wywołało znaczący rezonans w świecie naukowym i medycznym. A teraz lekarze na całym świecie używają ich w swojej praktyce. Tematem naszej dzisiejszej rozmowy będą promienie rentgenowskie w medycynie, nieco bardziej szczegółowo omówimy ich zastosowanie.
Promieniowanie rentgenowskie jest jedną z odmian promieniowania elektromagnetycznego. Charakteryzują się one znacznymi właściwościami penetracyjnymi, które zależą od długości fali promieniowania oraz gęstości i grubości naświetlanych materiałów. Ponadto promieniowanie rentgenowskie może powodować świecenie wielu substancji, wpływać na organizmy żywe, jonizować atomy, a także katalizować niektóre reakcje fotochemiczne.
Zastosowanie promieni rentgenowskich w medycynie
Do chwili obecnej właściwości promieni rentgenowskich pozwalają na ich szerokie zastosowanie w diagnostyce rentgenowskiej i radioterapii.
Diagnostyka rentgenowska
Diagnostykę rentgenowską stosuje się przy wykonywaniu:
promieniowanie rentgenowskie (transmisja);
- radiografia (zdjęcie);
- fluorografia;
- RTG i tomografia komputerowa.
fluoroskopia
Aby przeprowadzić takie badanie, pacjent musi ustawić się między lampą rentgenowską a specjalnym ekranem fluorescencyjnym. Specjalista radiolog dobiera wymaganą twardość zdjęć rentgenowskich, otrzymując na ekranie obraz narządów wewnętrznych, a także żeber.
Radiografia
W tym badaniu pacjenta umieszcza się na kasecie zawierającej specjalny film. Aparat rentgenowski umieszcza się bezpośrednio nad obiektem. W efekcie na kliszy pojawia się negatywowy obraz narządów wewnętrznych, który zawiera szereg drobnych szczegółów, bardziej szczegółowych niż podczas badania fluoroskopowego.
Fluorografia
Badanie to przeprowadza się podczas masowych badań lekarskich ludności, w tym w celu wykrycia gruźlicy. W tym samym czasie obraz z dużego ekranu wyświetlany jest na specjalnej kliszy.
Tomografia
Podczas przeprowadzania tomografii wiązki komputerowe pomagają uzyskać obrazy narządów w kilku miejscach jednocześnie: w specjalnie wybranych przekrojach poprzecznych tkanki. Ta seria zdjęć rentgenowskich nazywana jest tomogramem.
Tomogram komputerowy
Takie badanie pozwala na rejestrację przekrojów ludzkiego ciała za pomocą skanera rentgenowskiego. Po wprowadzeniu danych do komputera uzyskiwanie jednego obrazu w przekroju.
Każda z wymienionych metod diagnostycznych opiera się na właściwościach wiązki promieniowania rentgenowskiego do oświetlania kliszy, a także na fakcie, że ludzkie tkanki i szkielet kostny różnią się różną przepuszczalnością ich oddziaływania.
Terapia rentgenowska
Zdolność oddziaływania promieni rentgenowskich w szczególny sposób na tkance jest stosowany w leczeniu formacji nowotworowych. Jednocześnie właściwości jonizujące tego promieniowania są szczególnie aktywnie zauważalne, gdy są wystawione na działanie komórek zdolnych do szybkiego podziału. To właśnie te cechy wyróżniają komórki złośliwych formacji onkologicznych.
Warto jednak zauważyć, że terapia rentgenowska może spowodować wiele poważnych skutki uboczne. Taki wpływ agresywnie wpływa na stan układu krwiotwórczego, hormonalnego i odpornościowego, których komórki również dzielą się bardzo szybko. Agresywny wpływ na nie może wywołać objawy choroby popromiennej.
Wpływ promieniowania rentgenowskiego na człowieka
Podczas badania promieni rentgenowskich lekarze stwierdzili, że mogą one prowadzić do zmian na skórze, które przypominają oparzenia słoneczne, ale towarzyszą im głębsze uszkodzenia skóry. Takie wrzody goją się bardzo długo. Naukowcy odkryli, że takich uszkodzeń można uniknąć, skracając czas i dawkę promieniowania, a także stosując specjalne osłony i metody zdalnego sterowania.
Agresywny wpływ promieni rentgenowskich może objawiać się także w dłuższej perspektywie: przejściowe lub trwałe zmiany w składzie krwi, podatność na białaczkę i przedwczesne starzenie.
Wpływ promieni rentgenowskich na człowieka zależy od wielu czynników: na który narząd jest napromieniowany i jak długo. Napromieniowanie narządów krwiotwórczych może prowadzić do dolegliwości krwi, a narażenie narządów płciowych może prowadzić do bezpłodności.
Przeprowadzanie systematycznego napromieniania jest obarczone rozwojem zmian genetycznych w organizmie.
Prawdziwa szkodliwość promieni rentgenowskich w diagnostyce rentgenowskiej
Podczas badania lekarze stosują minimalną możliwą ilość promieni rentgenowskich. Wszystkie dawki promieniowania spełniają określone dopuszczalne normy i nie mogą zaszkodzić człowiekowi. Diagnostyka rentgenowska stanowi duże zagrożenie tylko dla lekarzy, którzy ją przeprowadzają. A potem nowoczesne metody ochrony pomagają zredukować agresję promieni do minimum.
Do najbezpieczniejszych metod radiodiagnostyki należą zdjęcia rentgenowskie kończyn, a także zdjęcia rentgenowskie zębów. Na kolejnym miejscu w tym rankingu jest mammografia, następnie tomografia komputerowa, a po niej radiografia.
Aby wykorzystanie promieni rentgenowskich w medycynie przyniosło człowiekowi tylko korzyść, konieczne jest prowadzenie badań z ich pomocą wyłącznie zgodnie ze wskazaniami.
Promieniowanie rentgenowskie jest rodzajem wysokoenergetycznego promieniowania elektromagnetycznego. Jest aktywnie stosowany w różnych gałęziach medycyny.
Promienie rentgenowskie to fale elektromagnetyczne, których energia fotonów w skali fal elektromagnetycznych mieści się między promieniowaniem ultrafioletowym a promieniowaniem gamma (od ~10 eV do ~1 MeV), co odpowiada długości fal od ~10^3 do ~10^-2 angstremów ( od ~10^-7 do ~10^-12 m). Oznacza to, że jest to promieniowanie nieporównywalnie twardsze niż światło widzialne, które w tej skali mieści się między promieniami ultrafioletowymi i podczerwonymi („termicznymi”).
Granica między promieniowaniem rentgenowskim a promieniowaniem gamma jest rozróżniana warunkowo: ich zakresy przecinają się, promienie gamma mogą mieć energię 1 keV. Różnią się pochodzeniem: promienie gamma emitowane są podczas procesów zachodzących w jądrach atomowych, natomiast promienie rentgenowskie są emitowane podczas procesów z udziałem elektronów (zarówno wolnych, jak i tych w powłokach elektronowych atomów). Jednocześnie z samego fotonu nie da się określić w jakim procesie powstał, czyli podział na zakresy rentgenowskie i gamma jest w dużej mierze arbitralny.
Zakres promieniowania rentgenowskiego dzieli się na „miękkie promieniowanie rentgenowskie” i „twarde”. Granica między nimi leży na poziomie długości fali 2 angstremów i energii 6 keV.
Generator promieniowania rentgenowskiego to rura, w której wytwarzana jest próżnia. Są elektrody - katoda, do której przyłożony jest ładunek ujemny i dodatnio naładowana anoda. Napięcie między nimi wynosi od dziesiątek do setek kilowoltów. Generowanie fotonów rentgenowskich ma miejsce, gdy elektrony „odrywają się” od katody i zderzają się z powierzchnią anody z dużą prędkością. Powstałe promieniowanie rentgenowskie nazywa się „bremsstrahlung”, jego fotony mają różne długości fal.
Jednocześnie generowane są fotony o charakterystycznym widmie. Część elektronów w atomach substancji anodowej jest wzbudzana, to znaczy przechodzi na wyższe orbity, a następnie powraca do swojego normalnego stanu, emitując fotony o określonej długości fali. Oba rodzaje promieni rentgenowskich są wytwarzane w standardowym generatorze.
8 listopada 1895 roku niemiecki naukowiec Wilhelm Konrad Roentgen odkrył, że niektóre substancje pod wpływem „promieni katodowych”, czyli strumienia elektronów generowanego przez kineskop, zaczynają świecić. Wyjaśnił to zjawisko wpływem pewnych promieni rentgenowskich - tak więc („promienie rentgenowskie”) promieniowanie to jest obecnie nazywane w wielu językach. później VK Roentgen badał zjawisko, które odkrył. 22 grudnia 1895 wygłosił wykład na ten temat na Uniwersytecie w Würzburgu.
Później okazało się, że promieniowanie rentgenowskie obserwowano już wcześniej, ale wówczas zjawiskom z nim związanym nie nadano większego znaczenia. Lampa elektronopromieniowa została wynaleziona dawno temu, ale zanim V.K. X-ray, nikt nie zwracał większej uwagi na czernienie klisz fotograficznych w jego pobliżu itp. zjawiska. Nieznane było również niebezpieczeństwo, jakie stwarza promieniowanie przenikliwe.
„Promieniowanie rentgenowskie” jest najłagodniejszym rodzajem promieniowania przenikliwego. Nadmierna ekspozycja na miękkie promieniowanie rentgenowskie jest podobna do ekspozycji na ultrafiolet, ale w cięższej formie. Na skórze tworzy się oparzenie, ale zmiana jest głębsza i goi się znacznie wolniej.
Twarde promieniowanie rentgenowskie to pełnoprawne promieniowanie jonizujące, które może prowadzić do choroby popromiennej. Kwanty promieniowania rentgenowskiego mogą rozbijać cząsteczki białek, które tworzą tkanki ludzkiego ciała, a także cząsteczki DNA genomu. Ale nawet jeśli kwant promieniowania rentgenowskiego rozbije cząsteczkę wody, nie ma to znaczenia: w tym przypadku powstają chemicznie aktywne wolne rodniki H i OH, które same są w stanie oddziaływać na białka i DNA. Choroba popromienna przebiega w cięższej postaci, im bardziej zaatakowane są narządy krwiotwórcze.
Promieniowanie rentgenowskie ma działanie mutagenne i rakotwórcze. Oznacza to, że prawdopodobieństwo wystąpienia spontanicznych mutacji w komórkach podczas napromieniowania wzrasta, a czasami zdrowe komórki mogą przerodzić się w nowotworowe. Zwiększenie prawdopodobieństwa wystąpienia nowotworów złośliwych jest standardową konsekwencją każdej ekspozycji, w tym promieniowania rentgenowskiego. Promienie rentgenowskie są najmniej niebezpiecznym rodzajem promieniowania przenikliwego, ale nadal mogą być niebezpieczne.
Promieniowanie rentgenowskie jest wykorzystywane w medycynie, a także w innych dziedzinach działalności człowieka.
Najczęstszym zastosowaniem promieni rentgenowskich jest fluoroskopia. „Transiluminacja” ludzkiego ciała pozwala uzyskać szczegółowy obraz zarówno kości (są one najbardziej widoczne), jak i obrazów narządów wewnętrznych.
Różna przezroczystość tkanek ciała na zdjęciu rentgenowskim związana jest z ich składem chemicznym. Cechy struktury kości polegają na tym, że zawierają dużo wapnia i fosforu. Inne tkanki składają się głównie z węgla, wodoru, tlenu i azotu. Atom fosforu prawie dwukrotnie przewyższa wagę atomu tlenu, a atom wapnia - 2,5 razy (węgiel, azot i wodór są nawet lżejsze od tlenu). Pod tym względem absorpcja fotonów rentgenowskich w kościach jest znacznie wyższa.
Oprócz dwuwymiarowych „zdjęć” radiografia umożliwia stworzenie trójwymiarowego obrazu narządu: ten rodzaj radiografii nazywany jest tomografią komputerową. Do tych celów stosuje się miękkie promieniowanie rentgenowskie. Wielkość ekspozycji otrzymanej na pojedynczym zdjęciu jest niewielka: jest w przybliżeniu równa ekspozycji otrzymanej podczas 2-godzinnego lotu samolotem na wysokości 10 km.
Defektoskopia rentgenowska pozwala na wykrycie drobnych defektów wewnętrznych w produktach. Wykorzystuje się do tego twarde promieniowanie rentgenowskie, ponieważ wiele materiałów (na przykład metal) jest słabo „przezroczystych” ze względu na dużą masę atomową ich substancji składowej.
Promienie rentgenowskie mają właściwości, które pozwalają im szczegółowo badać poszczególne atomy. Analiza dyfrakcji rentgenowskiej jest aktywnie wykorzystywana w chemii (w tym biochemii) i krystalografii. Zasada jego działania polega na dyfrakcyjnym rozpraszaniu promieni rentgenowskich na atomach kryształów lub złożonych cząsteczkach. Za pomocą analizy dyfrakcji rentgenowskiej określono strukturę cząsteczki DNA.
Analiza fluorescencji rentgenowskiej pozwala szybko określić skład chemiczny Substancje.
Istnieje wiele form radioterapii, ale wszystkie obejmują wykorzystanie promieniowania jonizującego. Radioterapię dzieli się na 2 rodzaje: korpuskularną i falową. Korpuskularny wykorzystuje przepływy cząstek alfa (jądra atomów helu), cząstek beta (elektronów), neutronów, protonów, ciężkich jonów. Fala wykorzystuje promienie widma elektromagnetycznego - promienie rentgenowskie i gamma.
Metody radioterapii stosowane są przede wszystkim w leczeniu chorób onkologicznych. Faktem jest, że promieniowanie oddziałuje przede wszystkim na aktywnie dzielące się komórki, przez co cierpią na tym narządy krwiotwórcze (ich komórki nieustannie się dzielą, wytwarzając coraz więcej nowych krwinek czerwonych). Komórki rakowe również nieustannie się dzielą i są bardziej podatne na promieniowanie niż zdrowe tkanki.
Stosowany jest poziom promieniowania, który hamuje aktywność komórek nowotworowych, jednocześnie umiarkowanie wpływając na zdrowe. Pod wpływem promieniowania dochodzi nie do zniszczenia samych komórek, ale do uszkodzenia ich genomu – cząsteczek DNA. Komórka ze zniszczonym genomem może istnieć przez jakiś czas, ale nie może się już dzielić, to znaczy wzrost guza zatrzymuje się.
Radioterapia jest najłagodniejszą formą radioterapii. Promieniowanie falowe jest bardziej miękkie niż promieniowanie korpuskularne, a promieniowanie rentgenowskie jest bardziej miękkie niż promieniowanie gamma.
Stosowanie promieniowania jonizującego w czasie ciąży jest niebezpieczne. Promienie rentgenowskie są mutagenne i mogą powodować nieprawidłowości u płodu. Terapia rentgenowska jest nie do pogodzenia z ciążą: można ją stosować tylko wtedy, gdy podjęto już decyzję o aborcji. Ograniczenia dotyczące fluoroskopii są łagodniejsze, ale w pierwszych miesiącach jest to również surowo zabronione.
W nagłych przypadkach badanie rentgenowskie zastępuje się rezonansem magnetycznym. Ale w pierwszym trymestrze też starają się tego unikać (ta metoda pojawiła się niedawno iz absolutną pewnością można mówić o braku szkodliwych konsekwencji).
Jednoznaczne niebezpieczeństwo powstaje w przypadku narażenia na całkowitą dawkę co najmniej 1 mSv (w starych jednostkach - 100 mR). Przy prostym prześwietleniu rentgenowskim (na przykład podczas fluorografii) pacjent otrzymuje około 50 razy mniej. Aby otrzymać taką dawkę na raz, należy przejść szczegółową tomografię komputerową.
Oznacza to, że sam fakt 1-2-krotnego „prześwietlenia” na wczesnym etapie ciąży nie grozi poważnymi konsekwencjami (ale lepiej nie ryzykować).
Promienie rentgenowskie wykorzystywane są przede wszystkim w walce z nowotworami złośliwymi. Ta metoda jest dobra, ponieważ jest bardzo skuteczna: zabija guza. Jest źle, ponieważ zdrowe tkanki nie są dużo lepsze, istnieje wiele skutków ubocznych. Szczególnie zagrożone są narządy hematopoezy.
W praktyce stosuje się różne metody zmniejszania wpływu promieni rentgenowskich na zdrowe tkanki. Wiązki są kierowane pod kątem w taki sposób, że w strefie ich przecięcia pojawia się guz (dzięki temu właśnie tam zachodzi główna absorpcja energii). Czasami zabieg wykonywany jest w ruchu: ciało pacjenta obraca się względem źródła promieniowania wokół osi przechodzącej przez guz. Jednocześnie zdrowe tkanki znajdują się w strefie napromieniowania tylko czasami, a chore – cały czas.
Promieniowanie rentgenowskie stosuje się w leczeniu niektórych artrozy i podobnych chorób, a także chorób skóry. W tym przypadku zespół bólowy zmniejsza się o 50-90%. Ponieważ stosowane promieniowanie jest w tym przypadku łagodniejsze, nie obserwuje się skutków ubocznych podobnych do tych, które występują przy leczeniu nowotworów.
Promieniowanie rentgenowskie (synonim promieni rentgenowskich) ma szeroki zakres długości fal (od 8·10 -6 do 10 -12 cm). Promieniowanie rentgenowskie występuje, gdy naładowane cząstki, najczęściej elektrony, zwalniają w polu elektrycznym atomów substancji. Powstałe kwanty mają różne energie i tworzą widmo ciągłe. Maksymalna energia fotonu w takim widmie jest równa energii padających elektronów. W (patrz) maksymalna energia kwantów promieniowania rentgenowskiego, wyrażona w kiloelektronowoltach, jest liczbowo równa wielkości napięcia przyłożonego do lampy, wyrażonej w kilowoltach. Przechodząc przez substancję, promienie rentgenowskie oddziałują z elektronami jej atomów. Dla kwantów promieniowania rentgenowskiego o energiach do 100 keV najbardziej charakterystycznym typem oddziaływania jest efekt fotoelektryczny. W wyniku takiego oddziaływania energia kwantowa jest całkowicie zużywana na wyciągnięcie elektronu z powłoki atomowej i przekazanie mu energii kinetycznej. Wraz ze wzrostem energii kwantu promieniowania rentgenowskiego prawdopodobieństwo wystąpienia efektu fotoelektrycznego maleje i zaczyna dominować proces rozpraszania kwantów na swobodnych elektronach - tzw. efekt Comptona. W wyniku takiego oddziaływania powstaje również elektron wtórny, a ponadto kwant wylatuje z energią niższą od energii kwantu pierwotnego. Jeśli energia kwantu promieniowania rentgenowskiego przekracza jeden megaelektronowolt, może wystąpić tak zwany efekt parowania, w którym powstaje elektron i pozyton (patrz). W konsekwencji, przechodząc przez substancję, energia promieniowania rentgenowskiego maleje, tj. Jego intensywność maleje. Ponieważ w tym przypadku prawdopodobieństwo absorpcji kwantów o niskiej energii jest większe, promieniowanie rentgenowskie jest wzbogacane kwantami o wyższej energii. Ta właściwość promieniowania rentgenowskiego wykorzystywana jest do zwiększania średniej energii kwantów, czyli do zwiększania ich sztywności. Zwiększenie twardości promieniowania rentgenowskiego uzyskuje się za pomocą specjalnych filtrów (patrz). Promieniowanie rentgenowskie służy do diagnostyki rentgenowskiej (patrz) i (patrz). Zobacz także Promieniowanie jonizujące.
Promieniowanie rentgenowskie (synonim: promienie rentgenowskie, promienie rentgenowskie) - kwantowe promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 250 do 0,025 A (lub kwanty energii od 5 10 -2 do 5 10 2 keV). W 1895 roku został odkryty przez V.K. Roentgena. Nazywa się obszar widmowy promieniowania elektromagnetycznego przylegający do promieni rentgenowskich, których kwanty energii przekraczają 500 keV promieniowanie gamma (patrz); promieniowanie, którego kwanty energii są mniejsze niż 0,05 keV, to promieniowanie ultrafioletowe (patrz).
Zatem, stanowiąc stosunkowo niewielką część szerokiego spektrum promieniowania elektromagnetycznego, które obejmuje zarówno fale radiowe, jak i światło widzialne, promieniowanie rentgenowskie, jak każde promieniowanie elektromagnetyczne, rozchodzi się z prędkością światła (około 300 tys. Km / s w próżni ) i charakteryzuje się długością fali λ (odległość, na jaką promieniowanie rozchodzi się w jednym okresie oscylacji). Promieniowanie rentgenowskie ma również szereg innych właściwości falowych (załamanie, interferencja, dyfrakcja), ale jest ono znacznie trudniejsze do zaobserwowania niż w przypadku promieniowania o większej długości fali: światła widzialnego, fal radiowych.
Widma rentgenowskie: a1 - ciągłe widmo bremsstrahlunga przy 310 kV; a - ciągłe widmo hamowania przy 250 kV, a1 - widmo przefiltrowane przez 1 mm Cu, a2 - widmo przefiltrowane przez 2 mm Cu, b - seria K linii wolframowej.
Do generowania promieni rentgenowskich stosuje się lampy rentgenowskie (patrz), w których promieniowanie zachodzi, gdy szybkie elektrony oddziałują z atomami substancji anodowej. Istnieją dwa rodzaje zdjęć rentgenowskich: bremsstrahlung i charakterystyczne. Promieniowanie rentgenowskie Bremsstrahlung, które ma widmo ciągłe, jest podobne do zwykłego światła białego. Rozkład natężenia w zależności od długości fali (rys.) przedstawia krzywa z maksimum; w kierunku fal długich krzywa opada łagodnie, aw kierunku fal krótkich stromo i załamuje się na pewnej długości fali (λ0), zwanej granicą krótkofalową widma ciągłego. Wartość λ0 jest odwrotnie proporcjonalna do napięcia na rurze. Bremsstrahlung powstaje w wyniku interakcji szybkich elektronów z jądrami atomowymi. Intensywność bremsstrahlunga jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu anodowego, kwadratu napięcia lampy i liczby atomowej (Z) materiału anody.
Jeżeli energia elektronów rozpędzanych w lampie rentgenowskiej przekroczy wartość krytyczną dla substancji anodowej (o energii tej decyduje krytyczne dla tej substancji napięcie lampy Vcr), wówczas następuje charakterystyczne promieniowanie. Charakterystycznym widmem jest linia, jej linie widmowe tworzą serię, oznaczoną literami K, L, M, N.
Seria K to najkrótsza długość fali, seria L to dłuższa długość fali, serie M i N obserwuje się tylko w ciężkich pierwiastkach (Vcr wolframu dla serii K wynosi 69,3 kv, dla serii L - 12,1 kv). Charakterystyczne promieniowanie powstaje w następujący sposób. Szybkie elektrony wybijają elektrony atomowe z wewnętrznych powłok. Atom jest wzbudzony, a następnie powraca do stanu podstawowego. W tym przypadku elektrony z zewnętrznych, mniej związanych powłok wypełniają przestrzenie zwolnione w powłokach wewnętrznych i emitowane są fotony charakterystycznego promieniowania o energii równej różnicy energii atomu w stanie wzbudzonym i podstawowym. Ta różnica (a co za tym idzie energia fotonu) ma określoną wartość, charakterystyczną dla każdego pierwiastka. Zjawisko to leży u podstaw rentgenowskiej analizy spektralnej pierwiastków. Rysunek przedstawia liniowe widmo wolframu na tle ciągłego widma bremsstrahlung.
Energia elektronów przyspieszanych w lampie rentgenowskiej zamieniana jest prawie w całości na energię cieplną (w tym przypadku silnie nagrzewa się anoda), tylko nieznaczna część (około 1% przy napięciu zbliżonym do 100 kV) zamieniana jest na energię bremsstrahlunga .
Wykorzystanie promieni rentgenowskich w medycynie opiera się na prawach pochłaniania promieni rentgenowskich przez materię. Absorpcja promieni rentgenowskich jest całkowicie niezależna od właściwości optycznych materiału absorbera. Bezbarwne i przezroczyste szkło ołowiowe stosowane do ochrony personelu w pracowniach rentgenowskich prawie całkowicie pochłania promieniowanie rentgenowskie. Natomiast kartka papieru, która nie jest przezroczysta dla światła, nie osłabia promieni rentgenowskich.
Natężenie jednorodnej (tj. o określonej długości fali) wiązki promieniowania rentgenowskiego przechodzącej przez warstwę absorbera maleje zgodnie z prawem wykładniczym (e-x), gdzie e jest podstawą logarytmu naturalnego (2,718), a wykładnik x jest równy produktowi współczynnik tłumienia masowego (μ / p) cm 2 /g na grubość absorbera w g / cm 2 (tutaj p jest gęstością substancji w g / cm 3 ). Promienie rentgenowskie są osłabiane zarówno przez rozpraszanie, jak i absorpcję. W związku z tym współczynnik tłumienia masy jest sumą współczynników pochłaniania masy i rozpraszania. Współczynnik absorpcji masy gwałtownie wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej (Z) absorbera (proporcjonalnie do Z3 lub Z5) oraz ze wzrostem długości fali (proporcjonalnie do λ3). Ta zależność od długości fali jest obserwowana w obrębie pasm absorpcji, na granicach których współczynnik wykazuje skoki.
Współczynnik rozpraszania masy wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej substancji. Dla λ≥0,3Å współczynnik rozpraszania nie zależy od długości fali, dla λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.
Spadek współczynników absorpcji i rozpraszania wraz ze zmniejszaniem się długości fali powoduje wzrost mocy przenikania promieni rentgenowskich. Współczynnik absorpcji masy dla kości [absorpcja jest głównie spowodowana Ca 3 (PO 4) 2 ] jest prawie 70 razy większy niż dla tkanek miękkich, gdzie absorpcja jest głównie spowodowana wodą. To wyjaśnia, dlaczego cień kości tak wyraźnie wyróżnia się na radiogramach na tle tkanek miękkich.
Rozchodzeniu się niejednorodnej wiązki promieniowania rentgenowskiego przez dowolne medium, wraz ze spadkiem intensywności, towarzyszy zmiana składu widmowego, zmiana jakości promieniowania: długofalowa część widma jest absorbowana do w większym stopniu niż część krótkofalowa, promieniowanie staje się bardziej jednorodne. Odfiltrowanie długofalowej części widma umożliwia poprawę stosunku dawki głębokiej do powierzchniowej podczas radioterapii ognisk położonych głęboko w organizmie człowieka (patrz filtry rentgenowskie). Do scharakteryzowania jakości niejednorodnej wiązki promieniowania rentgenowskiego używa się pojęcia „warstwa połowicznego tłumienia (L)” – warstwy substancji, która osłabia promieniowanie o połowę. Grubość tej warstwy zależy od napięcia na rurze, grubości i materiału filtra. Celofan (do energii 12 keV), aluminium (20–100 keV), miedź (60–300 keV), ołów i miedź (>300 keV) służą do pomiaru warstw połowicznego tłumienia. Dla promieniowania rentgenowskiego generowanego przy napięciu 80-120 kV 1 mm miedzi odpowiada zdolności filtrowania 26 mm aluminium, 1 mm ołowiu odpowiada 50,9 mm aluminium.
Absorpcja i rozpraszanie promieni rentgenowskich wynika z jego właściwości korpuskularnych; Promienie rentgenowskie oddziałują z atomami jako strumień cząstek (cząstek) - fotonów, z których każdy ma określoną energię (odwrotnie proporcjonalną do długości fali promieniowania rentgenowskiego). Zakres energii fotonów rentgenowskich wynosi 0,05-500 keV.
Absorpcja promieniowania rentgenowskiego wynika z efektu fotoelektrycznego: absorpcji fotonu przez powłokę elektronową towarzyszy wyrzucenie elektronu. Atom jest wzbudzony i powracając do stanu podstawowego emituje charakterystyczne promieniowanie. Emitowany fotoelektron przenosi całą energię fotonu (pomniejszoną o energię wiązania elektronu w atomie).
Rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego jest spowodowane przez elektrony ośrodka rozpraszającego. Istnieje rozpraszanie klasyczne (długość fali promieniowania nie zmienia się, ale zmienia się kierunek propagacji) i rozpraszanie ze zmianą długości fali - efekt Comptona (długość fali promieniowania rozproszonego jest większa niż padająca). W tym drugim przypadku foton zachowuje się jak poruszająca się kula, a rozpraszanie fotonów zachodzi, zgodnie z figuratywnym wyrażeniem Comntona, jak gra w bilard z fotonami i elektronami: zderzając się z elektronem, foton przekazuje część swojej energii do niego i rozprasza się, mając już mniej energii (odpowiednio, długość fali rozproszonego promieniowania wzrasta), elektron wylatuje z atomu z energią odrzutu (elektrony te nazywane są elektronami Comptona lub elektronami odrzutu). Absorpcja energii promieniowania rentgenowskiego zachodzi podczas tworzenia elektronów wtórnych (Comptona i fotoelektronów) i przekazywania im energii. Energia promieniowania rentgenowskiego przenoszona na jednostkę masy substancji określa pochłoniętą dawkę promieniowania rentgenowskiego. Jednostka tej dawki 1 rad odpowiada 100 erg/g. Ze względu na zaabsorbowaną energię w substancji absorbera zachodzi szereg procesów wtórnych, które są ważne dla dozymetrii rentgenowskiej, gdyż to na nich opierają się rentgenowskie metody pomiarowe. (patrz Dozymetria).
Wszystkie gazy i wiele cieczy, półprzewodników i dielektryków pod wpływem promieniowania rentgenowskiego zwiększa przewodnictwo elektryczne. Przewodność znajdują najlepsze materiały izolacyjne: parafina, mika, guma, bursztyn. Zmiana przewodnictwa wynika z jonizacji ośrodka, tj. rozdzielenia cząsteczek obojętnych na jony dodatnie i ujemne (jonizacja jest wytwarzana przez elektrony wtórne). Jonizacja powietrza służy do określenia dawki promieniowania rentgenowskiego (dawki w powietrzu), która jest mierzona w rentgenach (patrz Dawki promieniowania jonizującego). Przy dawce 1 r dawka pochłonięta w powietrzu wynosi 0,88 rad.
Pod działaniem promieni rentgenowskich, w wyniku wzbudzenia cząsteczek substancji (i podczas rekombinacji jonów), w wielu przypadkach wzbudzona zostaje widzialna poświata substancji. Przy dużym natężeniu promieniowania rentgenowskiego obserwuje się widzialną poświatę powietrza, papieru, parafiny itp. (wyjątek stanowią metale). Największą wydajność światła widzialnego dają takie luminofory krystaliczne jak Zn·CdS·Ag-fosfor i inne stosowane na ekrany we fluoroskopii.
Pod wpływem promieni rentgenowskich w substancji mogą zachodzić również różne procesy chemiczne: rozkład halogenków srebra (efekt fotograficzny stosowany w promieniach rentgenowskich), rozkład wody i wodnych roztworów nadtlenku wodoru, zmiana właściwości celuloidu (mętnienie i uwalnianie kamfory), parafiny (mętnienie i bielenie).
W wyniku całkowitej konwersji cała energia promieniowania rentgenowskiego pochłonięta przez chemicznie obojętną substancję jest zamieniana na ciepło. Pomiar bardzo małych ilości ciepła wymaga bardzo czułych metod, ale jest główną metodą bezwzględnych pomiarów promieniowania rentgenowskiego.
Wtórne skutki biologiczne ekspozycji na promieniowanie rentgenowskie są podstawą radioterapii medycznej (patrz). Promienie rentgenowskie, których kwanty wynoszą 6-16 keV (efektywne długości fal od 2 do 5 Å), są prawie całkowicie pochłaniane przez powłokę skóry tkanki ludzkiego ciała; nazywane są promieniami granicznymi lub czasami promieniami Bucca (patrz promienie Bucca ). Do głębokiej radioterapii stosuje się promieniowanie twardo filtrowane o efektywnych kwantach energii od 100 do 300 keV.
Biologiczne działanie promieniowania rentgenowskiego powinno być brane pod uwagę nie tylko w radioterapii, ale także w diagnostyce rentgenowskiej, a także we wszystkich innych przypadkach kontaktu z promieniami rentgenowskimi, które wymagają stosowania ochrony przed promieniowaniem ( Widzieć).
FEDERALNA AGENCJA EDUKACJI FEDERACJI ROSYJSKIEJ
PAŃSTWOWA INSTYTUCJA EDUKACYJNA
WYŻSZE WYKSZTAŁCENIE ZAWODOWE
MOSKWA PAŃSTWOWY INSTYTUT STALI I STOPÓW
(Politechnika)
ODDZIAŁ NOWOTROICKI
Oddział OEND
PRACA KURSU
Dyscyplina: Fizyka
Temat: RTG
Student: Nedorezova N.A.
Grupa: EiU-2004-25, nr З.К.: 04Н036
Sprawdzone przez: Ozhegova S.M.
Wstęp
Rozdział 1
1.1 Biografia Roentgena Wilhelma Conrada
1.2 Odkrycie promieni rentgenowskich
Rozdział 2
2.1 Źródła promieniowania rentgenowskiego
2.2 Właściwości promieni rentgenowskich
2.3 Rejestracja zdjęć rentgenowskich
2.4 Wykorzystanie promieni rentgenowskich
Rozdział 3
3.1 Analiza niedoskonałości struktury krystalicznej
3.2 Analiza widma
Wniosek
Lista wykorzystanych źródeł
Aplikacje
Rzadka osoba nie przeszła przez pokój rentgenowski. Zdjęcia wykonane w promieniach rentgenowskich są znane każdemu. W 1995 roku odkrycie to miało 100 lat. Trudno sobie wyobrazić, jak wielkie zainteresowanie budziła sto lat temu. W rękach mężczyzny okazał się aparat, za pomocą którego można było zobaczyć to, co niewidzialne.
To niewidzialne promieniowanie, które może wnikać, choć w różnym stopniu, we wszystkie substancje, czyli promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali około 10-8 cm, nazwano promieniowaniem rentgenowskim na cześć odkrywcy Wilhelma Roentgena.
Podobnie jak światło widzialne, promieniowanie rentgenowskie powoduje zaczernienie kliszy fotograficznej. Właściwość ta ma ogromne znaczenie dla medycyny, przemysłu i badań naukowych. Przechodząc przez badany obiekt, a następnie padając na kliszę, promieniowanie rentgenowskie przedstawia na nim jego wewnętrzną strukturę. Ponieważ siła przenikania promieniowania rentgenowskiego jest różna dla różnych materiałów, części obiektu, które są dla niego mniej przezroczyste, dają jaśniejsze obszary na zdjęciu niż te, przez które promieniowanie dobrze przenika. Tak więc tkanki kostne są mniej przezroczyste dla promieni rentgenowskich niż tkanki tworzące skórę i narządy wewnętrzne. Dlatego na radiogramie kości zostaną zaznaczone jako jaśniejsze obszary, a miejsce złamania, które jest mniej przezroczyste dla promieniowania, można dość łatwo wykryć. Obrazowanie rentgenowskie jest również wykorzystywane w stomatologii do wykrywania próchnicy i ropni w korzeniach zębów, w przemyśle do wykrywania pęknięć w odlewach, tworzywach sztucznych i gumach, w chemii do analizy związków, a w fizyce do badania struktury kryształów .
Po odkryciu Roentgena nastąpiły eksperymenty innych badaczy, którzy odkryli wiele nowych właściwości i możliwości wykorzystania tego promieniowania. Duży wkład wnieśli M. Laue, W. Friedrich i P. Knipping, którzy w 1912 r. zademonstrowali dyfrakcję promieni rentgenowskich przechodzących przez kryształ; W. Coolidge, który w 1913 r. wynalazł lampę rentgenowską o wysokiej próżni z podgrzewaną katodą; G. Moseley, który ustalił w 1913 r. zależność między długością fali promieniowania a liczbą atomową pierwiastka; G. i L. Braggi, którzy w 1915 roku otrzymali Nagrodę Nobla za opracowanie podstaw rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej.
Celem zajęć jest poznanie zjawiska promieniowania rentgenowskiego, historii odkrycia, właściwości oraz określenie zakresu jego zastosowania.
Wilhelm Conrad Roentgen urodził się 17 marca 1845 roku na pograniczu Niemiec z Holandią, w mieście Lenepe. Otrzymał wykształcenie techniczne w Zurychu w tej samej Wyższej Szkole Technicznej (Politechnice), gdzie później studiował Einstein. Zamiłowanie do fizyki zmusiło go po ukończeniu szkoły w 1866 roku do kontynuowania wychowania fizycznego.
W 1868 obronił pracę doktorską, pracował jako asystent na Wydziale Fizyki, najpierw w Zurychu, potem w Giessen, a następnie w Strasburgu (1874-1879) u Kundta. Tutaj Roentgen przeszedł przez dobrą szkołę eksperymentalną i został pierwszorzędnym eksperymentatorem. Roentgen przeprowadził część ważnych badań ze swoim uczniem, jednym z założycieli sowieckiej fizyki, A.F. Ioffe.
Badania naukowe dotyczą elektromagnetyzmu, fizyki kryształów, optyki, fizyki molekularnej.
W 1895 roku odkrył promieniowanie o długości fali krótszej niż długość fali promieni ultrafioletowych (rentgenowskich), zwanych później promieniami rentgenowskimi, i zbadał ich właściwości: zdolność odbijania, pochłaniania, jonizacji powietrza itp. Zaproponował prawidłową konstrukcję lampy do otrzymywania promieni rentgenowskich - nachyloną platynową antykatodę i wklęsłą katodę: jako pierwszy wykonał zdjęcia za pomocą promieni rentgenowskich. Odkrył w 1885 r. pole magnetyczne dielektryka poruszającego się w polu elektrycznym (tzw. „prąd rentgenowski”). Jego doświadczenie jasno pokazało, że pole magnetyczne jest tworzone przez poruszające się ładunki i było ważne dla powstania X. Lorentza teoria elektroniczna Znaczna liczba prac Roentgena poświęcona jest badaniu właściwości cieczy, gazów, kryształów, zjawisk elektromagnetycznych, odkrył związek między zjawiskami elektrycznymi i optycznymi w kryształach.Za odkrycie promieni, które noszą jego imię, Roentgen w 1901 r. jako pierwszy spośród fizyków otrzymał Nagrodę Nobla.
Od 1900 do ostatnich dni życia (zmarł 10 II 1923) pracował na Uniwersytecie w Monachium.
Koniec XIX wieku charakteryzował się wzmożonym zainteresowaniem zjawiskami przechodzenia elektryczności przez gazy. Nawet Faraday poważnie zbadał te zjawiska, opisał różne formy wyładowań, odkrył ciemną przestrzeń w świetlistej kolumnie rozrzedzonego gazu. Ciemna przestrzeń Faradaya oddziela niebieskawą poświatę katodową od różowawej poświaty anodowej.
Dalszy wzrost rozrzedzenia gazu znacząco zmienia charakter poświaty. Matematyk Plücker (1801-1868) odkrył w 1859 r., przy wystarczająco silnym rozrzedzeniu, słabo niebieskawą wiązkę promieni wychodzących z katody, docierających do anody i powodujących żarzenie szkła rury. Uczeń Plückera, Gittorf (1824-1914) w 1869 roku kontynuował badania swojego nauczyciela i wykazał, że na fluorescencyjnej powierzchni rury pojawia się wyraźny cień, jeśli między katodą a tą powierzchnią zostanie umieszczone ciało stałe.
Goldstein (1850-1931), badając właściwości promieni, nazwał je promieniami katodowymi (1876). Trzy lata później William Crookes (1832-1919) udowodnił materialną naturę promieni katodowych i nazwał je „materią promienistą" - substancją w specjalnym czwartym stanie. Jego dowody były przekonujące i jasne. Eksperymenty z „rurą Crookesa" zostały zademonstrowane później we wszystkich klasach fizycznych. Odchylenie wiązki katodowej przez pole magnetyczne w rurze Crookesa stało się klasyczną szkolną demonstracją.
Jednak eksperymenty dotyczące elektrycznego odchylania promieni katodowych nie były tak przekonujące. Hertz nie wykrył takiego odchylenia i doszedł do wniosku, że promień katodowy jest procesem oscylacyjnym w eterze. Uczeń Hertza, F. Lenard, eksperymentując z promieniami katodowymi, wykazał w 1893 r., że przechodzą one przez okno pokryte folią aluminiową i powodują poświatę w przestrzeni za oknem. Zjawisku przejścia promieni katodowych przez cienkie ciała metalowe Hertz poświęcił swój ostatni artykuł, opublikowany w 1892 r. Zaczynający się od słów:
„Promienie katodowe znacznie różnią się od światła pod względem zdolności przenikania ciał stałych.” Opisując wyniki eksperymentów dotyczących przechodzenia promieni katodowych przez liście ze złota, srebra, platyny, aluminium itp., Hertz zauważa, że nie zaobserwować szczególne różnice w zjawiskach. Promienie nie przechodzą przez liście w linii prostej, ale są rozpraszane przez dyfrakcję. Natura promieni katodowych była nadal niejasna.
To właśnie z takimi tubami Crookesa, Lenarda i innych eksperymentował profesor z Würzburga Wilhelm Konrad Roentgen pod koniec 1895 roku. nie wyłączył cewki indukcyjnej zasilającej lampę, zauważył poświatę ekranu od cyjanu baru znajdującego się w pobliżu lampy. Uderzony tą okolicznością, Roentgen zaczął eksperymentować z ekranem. W swoim pierwszym raporcie „O nowym rodzaju promieni”, datowanym na 28 grudnia 1895 r., pisał o tych pierwszych eksperymentach: „Kawałek papieru pokryty platyno-cyjankiem baru, zbliżając się do tuby, zamknięty cienką czarną tekturową osłoną który pasuje do niego wystarczająco ciasno, przy każdym wyładowaniu błyska jasnym światłem: zaczyna fluoryzować. Fluorescencja jest widoczna przy wystarczającym zaciemnieniu i nie zależy od tego, czy przyniesiemy papier ze stroną pokrytą synerogenem barowym, czy nie. Fluorescencja jest zauważalna nawet z odległości dwóch metrów od tuby.”
Dokładne badanie wykazało, że Roentgen „że czarny karton, nieprzezroczysty ani dla widzialnych i ultrafioletowych promieni słońca, ani dla promieni łuku elektrycznego, jest przesiąknięty jakimś środkiem fluorescencyjnym”. , które dla zwięzłości nazwał „promieniami rentgenowskimi”, dla różnych substancji. Odkrył, że promienie swobodnie przechodzą przez papier, drewno, ebonit, cienkie warstwy metalu, ale są silnie opóźniane przez ołów.
Następnie opisuje sensacyjne przeżycie:
„Jeśli trzymasz rękę między rurą wyładowczą a ekranem, możesz zobaczyć ciemne cienie kości w słabych zarysach cienia samej dłoni”. Było to pierwsze badanie rentgenowskie ludzkiego ciała.
Te ujęcia zrobiły ogromne wrażenie; odkrycie nie zostało jeszcze zakończone, a diagnostyka rentgenowska już się rozpoczęła. „Moje laboratorium zostało zalane przez lekarzy przywożących pacjentów, którzy podejrzewali, że mają igły w różnych częściach ciała” — napisał angielski fizyk Schuster.
Już po pierwszych eksperymentach Roentgen stanowczo ustalił, że promienie rentgenowskie różnią się od katodowych tym, że nie niosą ładunku i nie są odchylane przez pole magnetyczne, ale są wzbudzane przez promienie katodowe. „Promienie rentgenowskie nie są tożsame z katodowymi promienie, ale są przez nie wzbudzane w szklanych ścianach rury wyładowczej ”- napisał Roentgen.
Ustalił też, że wzbudzają się one nie tylko w szkle, ale także w metalach.
Wspominając o hipotezie Hertza-Lenarda, że promienie katodowe „są zjawiskiem zachodzącym w eterze”, Roentgen zwraca uwagę, że „coś podobnego możemy powiedzieć o naszych promieniach”. Nie udało mu się jednak wykryć falowych właściwości promieni, „zachowują się one inaczej niż znane dotychczas promienie ultrafioletowe, widzialne, podczerwone". W działaniu chemicznym i luminescencyjnym są one, zdaniem Roentgena, podobne do promieni ultrafioletowych. W pierwszym wiadomość, wyraził pozostawione później założenie, że mogą to być fale podłużne w eterze.
Odkrycie Roentgena wzbudziło ogromne zainteresowanie świata naukowego. Jego eksperymenty powtarzano w prawie wszystkich laboratoriach na świecie. W Moskwie powtórzył je P.N. Lebiediew. W Petersburgu wynalazca radia A.S. Popow eksperymentował z promieniami rentgenowskimi, demonstrował je na publicznych wykładach, otrzymując różne promienie rentgenowskie. W Cambridge DD Thomson natychmiast zastosował jonizujący efekt promieni rentgenowskich do badania przechodzenia elektryczności przez gazy. Jego badania doprowadziły do odkrycia elektronu.
Promieniowanie rentgenowskie - elektromagnetyczne promieniowanie jonizujące, zajmujące obszar widmowy między promieniowaniem gamma a promieniowaniem ultrafioletowym w zakresie długości fal od 10 -4 do 10 3 (od 10 -12 do 10 -5 cm).R. l. o długości fali λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - miękkie.
Najczęstszym źródłem promieniowania rentgenowskiego jest lampa rentgenowska.
Lampy rentgenowskie są używane w rentgenowskiej analizie strukturalnej
Główne cechy lamp rentgenowskich to maksymalne dopuszczalne napięcie przyspieszające (1-500 kV), prąd elektroniczny (0,01 mA - 1A), moc właściwa rozpraszana przez anodę (10-10 4 W / mm2), całkowity pobór mocy (0,002 W - 60 kW) i wielkości ognisk (1 µm - 10 mm). Wydajność lampy rentgenowskiej wynosi 0,1-3%.
Niektóre izotopy promieniotwórcze mogą również służyć jako źródła promieniowania rentgenowskiego.
Synchrotrony i pierścienie magazynujące elektrony o energiach kilku GeV mogą służyć jako źródła miękkiego promieniowania rentgenowskiego o λ rzędu dziesiątek i setek. Pod względem intensywności promieniowanie rentgenowskie synchrotronów przewyższa promieniowanie lampy rentgenowskiej w określonym obszarze widma o 2-3 rzędy wielkości.
Naturalne źródła promieniowania rentgenowskiego - Słońce i inne obiekty kosmiczne.
W zależności od mechanizmu powstawania promieni rentgenowskich ich widma mogą być ciągłe (bremsstrahlung) lub liniowe (charakterystyczne). Ciągłe widmo rentgenowskie jest emitowane przez szybko naładowane cząstki w wyniku ich hamowania podczas interakcji z atomami docelowymi; widmo to osiąga znaczną intensywność tylko wtedy, gdy cel jest bombardowany elektronami. Intensywność promieniowania rentgenowskiego bremsstrahlunga rozkłada się na wszystkie częstotliwości aż do granicy wysokich częstotliwości 0 , przy której energia fotonu h 0 (h jest stałą Plancka
Promieniowanie liniowe występuje po jonizacji atomu z wyrzuceniem elektronu z jednej z jego powłok wewnętrznych. Taka jonizacja może być wynikiem zderzenia atomu z szybką cząstką, taką jak elektron (pierwotne promieniowanie rentgenowskie) lub absorpcji fotonu przez atom (fluorescencyjne promieniowanie rentgenowskie). Zjonizowany atom znajduje się w początkowym stanie kwantowym na jednym z wysokich poziomów energetycznych i po 10 -16 -10 -15 sekundach przechodzi w stan końcowy o niższej energii. W takim przypadku atom może emitować nadmiar energii w postaci fotonu o określonej częstotliwości. Częstotliwości linii widma takiego promieniowania są charakterystyczne dla atomów każdego pierwiastka, dlatego nazywa się liniowe widmo rentgenowskie charakterystyczne. Zależność częstotliwości liniowej tego widma od liczby atomowej Z określa prawo Moseleya.
Prawo Moseleya, prawo wiążące częstotliwość linii widmowych charakterystycznej emisji rentgenowskiej pierwiastka chemicznego z jego numerem seryjnym. G. Moseley zainstalowany eksperymentalnie
gdzie R jest stałą Rydberga
Prawo Moseleya było niezbitym dowodem prawidłowego umieszczenia pierwiastków w układzie okresowym pierwiastków
Zgodnie z prawem Moseleya charakterystyczne widma rentgenowskie nie wykazują okresowych wzorów charakterystycznych dla widm optycznych. Wskazuje to, że wewnętrzne powłoki elektronowe atomów wszystkich pierwiastków, które pojawiają się w charakterystycznych widmach rentgenowskich, mają podobną budowę.
Późniejsze eksperymenty ujawniły pewne odchylenia od liniowej zależności dla grup przejściowych pierwiastków związane ze zmianą kolejności wypełniania zewnętrznej powłoki elektronowe, a także dla ciężkich atomów, pojawiających się w wyniku efektów relatywistycznych (warunkowo wyjaśnionych faktem, że prędkości wewnętrzne są porównywalne z prędkością światła).
W zależności od wielu czynników - liczby nukleonów w jądrze (przesunięcie izotoniczne), stanu zewnętrznych powłok elektronowych (przesunięcie chemiczne) itp. - położenie linii widmowych na diagramie Moseleya może się nieco zmienić. Badanie tych przesunięć pozwala uzyskać szczegółowe informacje o atomie.
Promienie rentgenowskie Bremsstrahlung emitowane przez bardzo cienkie cele są całkowicie spolaryzowane w pobliżu 0; wraz ze spadkiem 0 zmniejsza się stopień polaryzacji. Charakterystyczne promieniowanie z reguły nie jest spolaryzowane.
Kiedy promieniowanie rentgenowskie oddziałuje z materią, może wystąpić efekt fotoelektryczny.
Kiedy promienie rentgenowskie przechodzą przez warstwę substancji o grubości x, ich początkowa intensywność I 0 zmniejsza się do wartości I = I 0 e - μ x gdzie μ jest współczynnikiem tłumienia. Tłumienie I następuje w wyniku dwóch procesów: absorpcji fotonów rentgenowskich przez materię i zmiany ich kierunku po rozproszeniu. W obszarze długofalowym widma dominuje absorpcja promieni rentgenowskich, w obszarze krótkofalowym ich rozpraszanie. Stopień absorpcji gwałtownie wzrasta wraz ze wzrostem Z i λ. Na przykład twarde promienie rentgenowskie swobodnie przenikają przez warstwę powietrza ~ 10 cm; płyta aluminiowa o grubości 3 cm osłabia promieniowanie rentgenowskie z λ = 0,027 o połowę; miękkie promienie rentgenowskie są w znacznym stopniu absorbowane w powietrzu, a ich wykorzystanie i badanie jest możliwe tylko w próżni lub w słabo absorbującym gazie (np. He). Kiedy promienie rentgenowskie są absorbowane, atomy substancji ulegają jonizacji.
Wpływ promieni rentgenowskich na organizmy żywe może być korzystny lub szkodliwy, w zależności od jonizacji, jaką wywołują w tkankach. Ponieważ absorpcja promieni rentgenowskich zależy od λ, ich intensywność nie może służyć jako miara biologicznego efektu promieni rentgenowskich. Pomiary rentgenowskie służą do pomiaru wpływu promieni rentgenowskich na materię.
Rozpraszanie promieni rentgenowskich w obszarze dużych Z i λ zachodzi głównie bez zmiany λ i nazywane jest rozpraszaniem koherentnym, natomiast w obszarze małych Z i λ z reguły wzrasta (rozpraszanie niespójne). Istnieją 2 rodzaje niespójnego rozpraszania promieniowania rentgenowskiego - Comptona i Ramana. W rozpraszaniu Comptona, które ma charakter nieelastycznego rozpraszania korpuskularnego, odrzutowy elektron wylatuje z powłoki atomowej z powodu częściowej utraty energii przez foton promieniowania rentgenowskiego. W tym przypadku energia fotonu maleje i zmienia się jego kierunek; zmiana λ zależy od kąta rozpraszania. Podczas ramanowskiego rozpraszania wysokoenergetycznego fotonu rentgenowskiego przez atom światła niewielka część jego energii jest zużywana na jonizację atomu i zmienia się kierunek ruchu fotonu. Zmiana takich fotonów nie zależy od kąta rozpraszania.
Współczynnik załamania światła n dla promieni rentgenowskich różni się od 1 o bardzo małą wartość δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5 . Prędkość fazowa promieni rentgenowskich w ośrodku jest większa niż prędkość światła w próżni. Odchylenie promieni rentgenowskich podczas przejścia z jednego ośrodka do drugiego jest bardzo małe (kilka minut kątowych). Gdy promienie rentgenowskie padają z próżni na powierzchnię ciała pod bardzo małym kątem, następuje ich całkowite zewnętrzne odbicie.
Ludzkie oko nie jest wrażliwe na promieniowanie rentgenowskie. rentgenowskie
promienie są rejestrowane za pomocą specjalnej kliszy rentgenowskiej zawierającej zwiększoną ilość Ag, Br. W regionie X<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть
искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В
области λ>5, czułość zwykłego filmu pozytywowego jest dość wysoka, a jego ziarna są znacznie mniejsze niż ziarna filmu rentgenowskiego, co zwiększa rozdzielczość. Przy λ rzędu dziesiątek i setek promienie rentgenowskie działają tylko na najcieńszą warstwę powierzchniową emulsji fotograficznej; aby zwiększyć czułość filmu, jest on uczulany olejkami luminescencyjnymi. W diagnostyce rentgenowskiej i wykrywaniu wad elektrofotografia jest czasami używana do rejestrowania promieni rentgenowskich.
Promienie rentgenowskie o dużym natężeniu można rejestrować za pomocą komory jonizacyjnej
Promienie rentgenowskie są najczęściej stosowane w medycynie do diagnostyki rentgenowskiej.
Rentgenowska analiza strukturalna
Mikroskopia rentgenowska
Promieniowanie rentgenowskie pochodzące z kosmosu niesie ze sobą informacje o składzie chemicznym ciał kosmicznych oraz o procesach fizycznych zachodzących w kosmosie. Astronomia rentgenowska zajmuje się badaniem kosmicznego promieniowania rentgenowskiego
Jednym z głównych zadań analizy dyfrakcji rentgenowskiej jest określenie rzeczywistego lub fazowego składu materiału. Metoda dyfrakcji rentgenowskiej jest metodą bezpośrednią i charakteryzuje się dużą niezawodnością, szybkością i względną taniością. Metoda nie wymaga duża liczba substancji, analizę można przeprowadzić bez niszczenia części. Obszary zastosowania jakościowej analizy fazowej są bardzo zróżnicowane zarówno w badaniach naukowych, jak iw kontroli produkcji. Możesz sprawdzić skład surowców produkcji metalurgicznej, produkty syntezy, przetwórstwa, wynik przemian fazowych podczas obróbki termicznej i chemiczno-termicznej, przeanalizować różne powłoki, cienkie filmy itp.
Każda faza, mająca własną strukturę krystaliczną, charakteryzuje się pewnym zestawem dyskretnych wartości odległości międzypłaszczyznowych d/n od maksimum i poniżej, charakterystycznych tylko dla tej fazy. Jak wynika z równania Wulfa-Bragga, każda wartość odległości międzypłaszczyznowej odpowiada linii na widmie rentgenowskim z próbki polikrystalicznej pod pewnym kątem θ (przy danej wartości długości fali λ). Zatem pewien układ linii (maksima dyfrakcji) będzie odpowiadał pewnemu zestawowi odległości międzypłaszczyznowych dla każdej fazy we wzorze dyfrakcji rentgenowskiej. Względna intensywność tych linii we wzorze rentgenowskim zależy przede wszystkim od struktury fazy. Dlatego też, określając położenie linii na radiogramie (jego kąt θ) oraz znając długość fali promieniowania, przy której wykonano radiogram, możliwe jest wyznaczenie wartości odległości międzypłaszczyznowych d/n za pomocą metody Wulfa -Formuła Bragga:
/n = λ/ (2sin θ). (1)
Po wyznaczeniu zbioru d/n dla badanego materiału i porównaniu go ze znanymi wcześniej danymi d/n dla czystych substancji, ich różnych związków, można określić, z jakiej fazy składa się dany materiał. Należy podkreślić, że określa się fazy, a nie skład chemiczny, ale ten drugi można czasem wywnioskować, jeśli istnieją dodatkowe dane dotyczące składu pierwiastkowego danej fazy. Zadanie jakościowej analizy fazowej jest znacznie ułatwione, jeśli znany jest skład chemiczny badanego materiału, ponieważ wtedy możliwe jest poczynienie wstępnych założeń co do możliwych faz w tym przypadku.
Kluczem do analizy fazowej jest dokładny pomiar d/n i intensywności linii. Chociaż jest to w zasadzie łatwiejsze do osiągnięcia za pomocą dyfraktometru, fotometoda do analizy jakościowej ma pewne zalety, przede wszystkim w zakresie czułości (możliwość wykrycia obecności niewielkiej ilości fazy w próbce), a także prostoty technika eksperymentalna.
Obliczenie d/n z obrazu rentgenowskiego przeprowadza się za pomocą równania Wulfa-Bragga.
Jako wartość λ w tym równaniu zwykle stosuje się λ α cf szereg K:
λ α cf = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)
Czasami używana jest linia K α1. Wyznaczenie kątów dyfrakcji θ dla wszystkich linii rentgenowskich pozwala obliczyć d/n zgodnie z równaniem (1) i rozdzielić linie β (jeśli nie było filtra dla (promieni β).
Wszystkie prawdziwe materiały monokrystaliczne, a tym bardziej polikrystaliczne, zawierają pewne niedoskonałości strukturalne (defekty punktowe, dyslokacje, różne rodzaje interfejsów, mikro- i makronaprężenia), które mają bardzo silny wpływ na wszystkie właściwości i procesy wrażliwe na strukturę.
Niedoskonałości strukturalne powodują zniekształcenia sieci krystalicznej o różnym charakterze, a w efekcie różnego rodzaju zmiany obrazu dyfrakcyjnego: zmiana odległości międzyatomowych i międzypłaszczyznowych powoduje przesunięcie maksimów dyfrakcji, mikronaprężenia i dyspersja podłoża prowadzą do poszerzenia maksimów dyfrakcyjnych, mikrozniekształceń sieciowych – na zmianę intensywności tych maksimów obecność dyslokacji powoduje anomalie podczas przechodzenia promieni rentgenowskich, aw konsekwencji lokalne niejednorodności kontrastu na topogramach rentgenowskich itp.
W rezultacie analiza dyfrakcji rentgenowskiej jest jedną z najbardziej pouczających metod badania niedoskonałości strukturalnych, ich rodzaju i koncentracji oraz charakteru ich rozkładu.
Tradycyjna bezpośrednia metoda dyfrakcji rentgenowskiej, która jest realizowana na dyfraktometrach stacjonarnych, ze względu na ich cechy konstrukcyjne, pozwala na ilościowe oznaczanie naprężeń i odkształceń jedynie na małych próbkach wyciętych z części lub przedmiotów.
Dlatego obecnie następuje przejście od stacjonarnych do przenośnych małogabarytowych dyfraktometrów rentgenowskich, które zapewniają ocenę naprężeń w materiale części lub przedmiotów bez niszczenia na etapach ich wytwarzania i eksploatacji.
Przenośne dyfraktometry rentgenowskie serii DRP*1 umożliwiają kontrolę naprężeń szczątkowych i efektywnych w wielkogabarytowych częściach, produktach i konstrukcjach bez niszczenia
Program w środowisku Windows pozwala nie tylko na wyznaczanie naprężeń metodą „sin 2 ψ” w czasie rzeczywistym, ale także na monitorowanie zmian składu fazowego i tekstury. Liniowy detektor współrzędnych zapewnia jednoczesną rejestrację przy kącie dyfrakcji 2θ = 43°. małogabarytowe lampy rentgenowskie typu „Fox” o dużej jasności i małej mocy (5 W) zapewniają bezpieczeństwo radiologiczne urządzenia, w którym w odległości 25 cm od naświetlanego obszaru poziom promieniowania jest równy naturalny poziom tła. Urządzenia serii DRP służą do wyznaczania naprężeń na różnych etapach obróbki plastycznej metali, cięcia, szlifowania, obróbki cieplnej, spawania, hartowania powierzchniowego w celu optymalizacji tych operacji technologicznych. Kontrola spadku poziomu indukowanych szczątkowych naprężeń ściskających w szczególnie krytycznych wyrobach i konstrukcjach podczas ich eksploatacji umożliwia wycofanie wyrobu z eksploatacji przed jego zniszczeniem, zapobiegając ewentualnym wypadkom i katastrofom.
Wraz z określeniem atomowej struktury krystalicznej i składu fazowego materiału do niej pełna charakterystyka obowiązkowe jest określenie jego składu chemicznego.
Coraz częściej w praktyce do tych celów stosuje się różne tzw. instrumentalne metody analizy spektralnej. Każdy z nich ma swoje zalety i zastosowania.
Jednym z ważnych wymagań w wielu przypadkach jest to, aby zastosowana metoda zapewniała bezpieczeństwo analizowanego obiektu; Właśnie te metody analizy zostaną omówione w tej sekcji. Kolejnym kryterium, według którego wybrano opisane w tej części metody analizy, jest ich lokalność.
Metoda fluorescencyjnej rentgenowskiej analizy spektralnej polega na wnikaniu dość twardego promieniowania rentgenowskiego (z lampy rentgenowskiej) do analizowanego obiektu, wnikając w warstwę o grubości rzędu kilku mikrometrów. Charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie powstające w tym przypadku w obiekcie umożliwia uzyskanie uśrednionych danych o jego składzie chemicznym.
Do określenia składu pierwiastkowego substancji można wykorzystać analizę charakterystycznego widma rentgenowskiego próbki umieszczonej na anodzie lampy rentgenowskiej i poddanej bombardowaniu elektronami – metoda emisyjna lub analiza widma wtórnego (fluorescencyjnego) promieniowania rentgenowskiego próbki poddanej naświetlaniu twardym promieniowaniem rentgenowskim z lampy rentgenowskiej lub innego źródła - metoda fluorescencyjna.
Wadą metody emisyjnej jest po pierwsze konieczność umieszczenia próbki na anodzie lampy rentgenowskiej, a następnie ewakuacja za pomocą pomp próżniowych; oczywiście ta metoda jest nieodpowiednia dla substancji topliwych i lotnych. Druga wada jest związana z faktem, że bombardowanie elektronami uszkadza nawet przedmioty ogniotrwałe. Metoda fluorescencyjna jest wolna od tych wad i dlatego ma znacznie szersze zastosowanie. Zaletą metody fluorescencyjnej jest również brak bremsstrahlung, co poprawia czułość analizy. Porównanie zmierzonych długości fal z tabelami linii widmowych pierwiastków chemicznych jest podstawą analizy jakościowej, a względne intensywności linii widmowych różnych pierwiastków tworzących badaną substancję stanowią podstawę analizy ilościowej. Z rozważenia mechanizmu wzbudzenia charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego wynika, że promieniowania jednej lub drugiej serii (K lub L, M itp.) Powstają jednocześnie, a stosunek natężeń linii w szeregu jest zawsze stały. Dlatego obecność tego lub innego elementu jest ustalana nie przez pojedyncze linie, ale przez serię linii jako całość (z wyjątkiem najsłabszych, biorąc pod uwagę zawartość tego elementu). W przypadku elementów stosunkowo lekkich stosuje się analizę linii serii K, w przypadku elementów ciężkich linie serii L; w różnych warunkach (w zależności od zastosowanego sprzętu i analizowanych pierwiastków) najdogodniejsze mogą być różne obszary charakterystycznego widma.
Główne cechy rentgenowskiej analizy spektralnej są następujące.
Prostota charakterystycznych widm rentgenowskich nawet dla pierwiastków ciężkich (w porównaniu z widmami optycznymi), co ułatwia analizę (mała liczba linii; podobieństwo ich wzajemnego ułożenia; wraz ze wzrostem numeru seryjnego regularne przesuwanie się widma do występuje obszar krótkofalowy; porównawcza prostota analizy ilościowej).
Niezależność długości fal od stanu atomów analizowanego pierwiastka (wolny lub w związku chemicznym). Wynika to z faktu, że występowanie charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego wiąże się ze wzbudzeniem wewnętrznych poziomów elektronowych, które w większości przypadków praktycznie nie zmieniają się wraz ze stopniem jonizacji atomów.
Możliwość separacji w analizie pierwiastków ziem rzadkich i niektórych innych pierwiastków, które mają niewielkie różnice w widmach w zakresie optycznym ze względu na podobieństwo struktury elektronowej zewnętrznych powłok i bardzo niewiele różnią się właściwościami chemicznymi.
Spektroskopia fluorescencji rentgenowskiej jest „nieniszcząca”, więc ma przewagę nad konwencjonalną spektroskopią optyczną przy analizie cienkich próbek - cienkiej blachy, folii itp.
Spektrometry fluorescencji rentgenowskiej, w tym spektrometry wielokanałowe lub kwantometry, umożliwiające ekspresową analizę ilościową pierwiastków (od Na lub Mg do U) z błędem mniejszym niż 1% wyznaczonej wartości, progiem czułości 10 -3 ... 10-4%.
wiązka rentgenowska
Metody określania składu widmowego promieniowania rentgenowskiego
Spektrometry dzielą się na dwa typy: krystaliczno-dyfrakcyjne i bezkrystaliczne.
Rozkład promieni rentgenowskich na widmo za pomocą naturalnej siatki dyfrakcyjnej - kryształu - jest zasadniczo podobny do uzyskiwania widma zwykłych promieni świetlnych za pomocą sztucznej siatki dyfrakcyjnej w postaci okresowych kresek na szkle. Warunek powstania maksimum dyfrakcji można zapisać jako warunek „odbicia” od układu równoległych płaszczyzn atomowych oddalonych od siebie o odległość d hkl .
Prowadząc analizę jakościową, można ocenić obecność pierwiastka w próbce po jednej linii - zwykle najintensywniejszej linii szeregu widmowego odpowiedniego dla danego kryształu analizatora. Rozdzielczość krystalicznych spektrometrów dyfrakcyjnych jest wystarczająca do oddzielenia charakterystycznych linii nawet pierwiastków sąsiadujących ze sobą w układzie okresowym. Jednak musimy też liczyć się z nałożeniem różnych linii różnych elementów, a także nałożeniem refleksów inna kolejność. Tę okoliczność należy wziąć pod uwagę przy wyborze linii analitycznych. Jednocześnie konieczne jest wykorzystanie możliwości poprawy rozdzielczości urządzenia.
Zatem promienie rentgenowskie są niewidzialnym promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fali 10 5 - 10 2 nm. Promienie rentgenowskie mogą przenikać przez niektóre materiały, które są nieprzezroczyste dla światła widzialnego. Emitowane są podczas hamowania szybkich elektronów w materii (widmo ciągłe) oraz podczas przejść elektronów z zewnętrznych powłok elektronowych atomu do wewnętrznych (widmo liniowe). Źródłami promieniowania rentgenowskiego są: lampa rentgenowska, niektóre izotopy promieniotwórcze, akceleratory i akumulatory elektronów (promieniowanie synchrotronowe). Odbiorniki - klisza, ekrany luminescencyjne, detektory promieniowania jądrowego. Promienie rentgenowskie są wykorzystywane w analizie dyfrakcji rentgenowskiej, medycynie, wykrywaniu wad, analizie spektralnej promieniowania rentgenowskiego itp.
Rozważając pozytywne aspekty odkrycia V. Roentgena, należy zwrócić uwagę na jego szkodliwy wpływ biologiczny. Okazało się, że promieniowanie rentgenowskie może powodować coś w rodzaju silnego oparzenia słonecznego (rumień), któremu towarzyszy jednak głębsze i trwalsze uszkodzenie skóry. Pojawiające się wrzody często przeradzają się w raka. W wielu przypadkach trzeba było amputować palce lub dłonie. Były też zgony.
Stwierdzono, że uszkodzeń skóry można uniknąć poprzez skrócenie czasu ekspozycji i dawki, stosowanie osłon (np. ołowianych) i pilotów zdalnego sterowania. Ale stopniowo ujawniono inne, bardziej długoterminowe skutki ekspozycji na promieniowanie rentgenowskie, które następnie potwierdzono i zbadano na zwierzętach doświadczalnych. Skutki promieniowania rentgenowskiego i innego promieniowania jonizującego (takiego jak promieniowanie gamma emitowane przez materiały radioaktywne) obejmują:
) przejściowe zmiany składu krwi po stosunkowo niewielkim nadmiernym narażeniu;
) nieodwracalne zmiany w składzie krwi (niedokrwistość hemolityczna) po długotrwałej nadmiernej ekspozycji;
) wzrost zachorowalności na nowotwory (w tym białaczkę);
) szybsze starzenie się i wczesna śmierć;
) występowanie zaćmy.
Biologiczny wpływ promieniowania rentgenowskiego na organizm ludzki determinowany jest wielkością dawki promieniowania, a także tym, który narząd ciała został napromieniowany.
Nagromadzenie wiedzy na temat wpływu promieniowania rentgenowskiego na organizm człowieka doprowadziło do opracowania krajowych i międzynarodowych norm dotyczących dopuszczalnych dawek promieniowania, publikowanych w różnych leksykonach.
Aby uniknąć szkodliwego działania promieni rentgenowskich, stosuje się metody kontroli:
) dostępność odpowiedniego sprzętu,
) monitorowanie przestrzegania przepisów bezpieczeństwa,
) prawidłowe użytkowanie sprzętu.
1) M.A. Błochin, Fizyka promieniowania rentgenowskiego, wyd. 2, M., 1957;
) Błochin M.A., Metody rentgenowskich badań spektralnych, M., 1959;
) Promieniowanie rentgenowskie. sob. wyd. MAMA. Błochin, tłum. z nim. i angielski, M., 1960;
) Kharaja F., Ogólny kurs inżynierii rentgenowskiej, wyd. 3, M. - L., 1966;
) Mirkin L.I., Handbook of X-ray dyfraction analysis of polycrystals, M., 1961;
) Weinstein EE, Kakhana MM, Tabele referencyjne dotyczące spektroskopii rentgenowskiej, M., 1953.
) Analiza rentgenowska i elektronowo-optyczna. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Proc. Dodatek dla uczelni. - 4 wyd. Dodać. I przeróbka. - M.: "MISiS", 2002. - 360 s.
Aneks 1
Widok ogólny lamp rentgenowskich
Załącznik 2
Schemat lampy rentgenowskiej do analizy strukturalnej
Schemat lampy rentgenowskiej do analizy strukturalnej: 1 - metalowa anoda szklana (zwykle uziemiona); 2 - okna wykonane z berylu do wyjścia rentgenowskiego; 3 - katoda termionowa; 4 - bańka szklana, izolująca część anodową tuby od katody; 5 - zaciski katody, do których przykładane jest napięcie żarnika, a także wysokie (w stosunku do anody) napięcie; 6 - układ elektrostatyczny do ogniskowania elektronów; 7 - anoda (antykatoda); 8 - rozgałęźniki do wlotu i wylotu wody bieżącej chłodzącej szkło anodowe.
Załącznik 3
Diagram Moseleya
Diagram Moseleya dla serii K, L i M charakterystycznych promieni rentgenowskich. Odcięta pokazuje numer seryjny elementu Z, rzędną - ( Z jest prędkością światła).
Dodatek 4
Komora jonizacyjna.
Ryc.1. Przekrój cylindrycznej komory jonizacyjnej: 1 - cylindryczny korpus komory pełniący funkcję elektrody ujemnej; 2 - cylindryczny pręt służący jako elektroda dodatnia; 3 - izolatory.
Ryż. 2. Schemat załączenia prądu komory jonizacyjnej: V - napięcie na elektrodach komory; G to galwanometr, który mierzy prąd jonizacji.
Ryż. 3. Charakterystyka prądowo-napięciowa komory jonizacyjnej.
Ryż. 4. Schemat załączenia pulsacyjnej komory jonizacyjnej: C - pojemność elektrody zbiorczej; R to opór.
Załącznik 5
Licznik scyntylacyjny.
Schemat licznika scyntylacyjnego: kwanty światła (fotony) „wybijają” elektrony z fotokatody; przechodząc od dynody do dynody, lawina elektronów mnoży się.
Dodatek 6
Licznik Geigera-Mullera.
Ryż. 1. Schemat szklanego licznika Geigera-Mullera: 1 - hermetycznie zamknięta szklana rurka; 2 - katoda (cienka warstwa miedzi na rurze ze stali nierdzewnej); 3 - wyjście katody; 4 - anoda (cienka rozciągnięta nić).
Ryż. 2. Schemat włączenia licznika Geigera-Mullera.
Ryż. 3. Charakterystyka zliczania licznika Geigera-Mullera.
Dodatek 7
licznik proporcjonalny.
Schemat licznika proporcjonalnego: a - obszar dryfu elektronów; b - obszar wzmocnienia gazu.
Dodatek 8
Detektory półprzewodnikowe
Detektory półprzewodnikowe; obszar wrażliwy jest zaznaczony kreskowaniem; n - obszar półprzewodnika z przewodnictwem elektronicznym, p - z otworem, i - z przewodnictwem wewnętrznym; a - krzemowy detektor z barierą powierzchniową; b - dryfowy detektor planarny germanowo-litowy; c - współosiowy detektor germanowo-litowy.
