Os raios X desempenham um dos papéis mais importantes no estudo e uso prático dos fenômenos atômicos. Graças às suas pesquisas, muitas descobertas foram feitas e métodos de análise de substâncias foram desenvolvidos, que são usados em vários campos. Aqui vamos considerar um dos tipos de raios-X - raios-X característicos.
A radiação de raios X é uma mudança de alta frequência no estado de um campo eletromagnético que se propaga no espaço a uma velocidade de cerca de 300.000 km / s, ou seja, ondas eletromagnéticas. Na escala do alcance da radiação eletromagnética, os raios X estão localizados na faixa de comprimento de onda de aproximadamente 10 -8 a 5∙10 -12 metros, que é várias ordens de magnitude mais curta que as ondas ópticas. Isso corresponde a frequências de 3∙10 16 a 6∙10 19 Hz e energias de 10 eV a 250 keV, ou 1,6∙10 -18 a 4∙10 -14 J. Deve-se notar que os limites das faixas de frequência de radiação eletromagnética são bastante convencionais devido à sua sobreposição.
É a interação de partículas carregadas aceleradas (elétrons de alta energia) com campos elétricos e magnéticos e com átomos de matéria.
Os fótons de raios X são caracterizados por altas energias e alto poder de penetração e ionização, especialmente para raios X duros com comprimentos de onda inferiores a 1 nanômetro (10 -9 m).
Os raios X interagem com a matéria, ionizando seus átomos, nos processos de efeito fotoelétrico (fotoabsorção) e espalhamento incoerente (Compton). Na fotoabsorção, um fóton de raios X, sendo absorvido por um elétron de um átomo, transfere energia para ele. Se seu valor excede a energia de ligação de um elétron em um átomo, ele deixa o átomo. O espalhamento Compton é característico de fótons de raios-X mais duros (energéticos). Parte da energia do fóton absorvido é gasta na ionização; neste caso, em um determinado ângulo em relação à direção do fóton primário, é emitido um secundário, de menor frequência.
Para obter os raios, são utilizadas garrafas de vácuo de vidro com eletrodos localizados no interior. A diferença de potencial entre os eletrodos precisa ser muito alta - até centenas de quilovolts. Em um cátodo de tungstênio aquecido por corrente, ocorre a emissão termiônica, ou seja, dele são emitidos elétrons que, acelerados pela diferença de potencial, bombardeiam o ânodo. Como resultado de sua interação com os átomos do ânodo (às vezes chamado de anticátodo), nascem os fótons de raios-X.
Dependendo do processo que leva ao nascimento de um fóton, existem tipos de radiação de raios-X como bremsstrahlung e característico.
Os elétrons podem, encontrando-se com o ânodo, desacelerar, ou seja, perder energia nos campos elétricos de seus átomos. Essa energia é emitida na forma de fótons de raios X. Essa radiação é chamada de bremsstrahlung.
É claro que as condições de frenagem serão diferentes para elétrons individuais. Isso significa que diferentes quantidades de sua energia cinética são convertidas em raios-X. Como resultado, bremsstrahlung inclui fótons de diferentes frequências e, consequentemente, comprimentos de onda. Portanto, seu espectro é contínuo (contínuo). Às vezes, por esse motivo, também é chamado de raios-X "brancos".
A energia do fóton bremsstrahlung não pode exceder a energia cinética do elétron que o gera, de modo que a frequência máxima (e o menor comprimento de onda) do bremsstrahlung corresponde ao maior valor da energia cinética dos elétrons incidentes no ânodo. Este último depende da diferença de potencial aplicada aos eletrodos.
Existe outro tipo de raio X que vem de um processo diferente. Essa radiação é chamada de característica e vamos nos debruçar sobre ela com mais detalhes.
Tendo alcançado o anticátodo, um elétron rápido pode penetrar no interior do átomo e derrubar qualquer elétron de um dos orbitais inferiores, ou seja, transferir para ele energia suficiente para superar a barreira de potencial. Porém, se houver níveis de energia mais altos ocupados por elétrons no átomo, o lugar vago não ficará vazio.
Deve ser lembrado que a estrutura eletrônica do átomo, como qualquer sistema de energia, busca minimizar a energia. A lacuna formada como resultado do nocaute é preenchida com um elétron de um dos níveis superiores. Sua energia é maior e, ocupando um nível inferior, irradia um excedente na forma de um quantum de radiação característica de raios-X.
A estrutura eletrônica de um átomo é um conjunto discreto de possíveis estados de energia dos elétrons. Portanto, os fótons de raios X emitidos durante a substituição das lacunas de elétrons também podem ter apenas valores de energia estritamente definidos, refletindo a diferença de nível. Como resultado, a radiação característica de raios-X tem um espectro não contínuo, mas do tipo linha. Tal espectro permite caracterizar a substância do ânodo - daí o nome desses raios. É precisamente por causa das diferenças espectrais que fica claro o que se entende por bremsstrahlung e raios X característicos.
Às vezes, o excesso de energia não é emitido pelo átomo, mas é gasto na eliminação do terceiro elétron. Este processo - o chamado efeito Auger - é mais provável de ocorrer quando a energia de ligação do elétron não excede 1 keV. A energia do elétron Auger liberado depende da estrutura dos níveis de energia do átomo, então os espectros de tais elétrons também são discretos.
Linhas características estreitas estão presentes no padrão espectral de raios-X junto com um espectro de bremsstrahlung contínuo. Se representarmos o espectro como um gráfico de intensidade versus comprimento de onda (frequência), veremos picos nítidos nos locais das linhas. Sua posição depende do material do ânodo. Esses máximos estão presentes em qualquer diferença de potencial - se houver raios X, sempre haverá picos também. Com o aumento da tensão nos eletrodos do tubo, a intensidade da radiação de raios X contínua e característica aumenta, mas a localização dos picos e a proporção de suas intensidades não mudam.
Os picos nos espectros de raios X têm a mesma forma independentemente do material do anticátodo irradiado pelos elétrons, mas para diferentes materiais eles estão localizados em diferentes frequências, unindo-se em série de acordo com a proximidade dos valores de frequência. Entre as próprias séries, a diferença de frequências é muito mais significativa. A forma dos máximos não depende de forma alguma se o material do ânodo representa um elemento químico puro ou se é uma substância complexa. No último caso, os espectros de raios X característicos de seus elementos constituintes são simplesmente sobrepostos uns aos outros.
Com o aumento do número atômico de um elemento químico, todas as linhas de seu espectro de raios X são deslocadas para aumentar a frequência. O espectro mantém sua forma.
O fenômeno do deslocamento espectral das linhas características foi descoberto experimentalmente pelo físico inglês Henry Moseley em 1913. Isso lhe permitiu associar as frequências dos máximos do espectro com os números ordinais dos elementos químicos. Assim, o comprimento de onda da radiação característica de raios X, como se viu, pode ser claramente correlacionado com um determinado elemento. Em geral, a lei de Moseley pode ser escrita da seguinte forma: √f = (Z - S n)/n√R, onde f é a frequência, Z é o número ordinal do elemento, S n é a constante de blindagem, n é o quantum principal número, e R é a constante de Rydberg. Essa relação é linear e aparece no diagrama de Moseley como uma série de linhas retas para cada valor de n.
Os valores de n correspondem a séries individuais de picos de raios X característicos. A lei de Moseley permite determinar o número de série de um elemento químico irradiado por elétrons duros a partir dos comprimentos de onda medidos (eles são exclusivamente relacionados às frequências) dos máximos do espectro de raios-X.
Estrutura conchas de elétrons elementos químicos são idênticos. Isso é indicado pela monotonicidade da mudança de deslocamento no espectro característico da radiação de raios-X. A mudança de frequência reflete diferenças não estruturais, mas de energia entre camadas de elétrons, únicas para cada elemento.
Existem pequenos desvios da relação linear estrita expressa pela lei de Moseley. Eles estão conectados, em primeiro lugar, com as peculiaridades da ordem de preenchimento das camadas eletrônicas em alguns elementos e, em segundo lugar, com os efeitos relativísticos do movimento dos elétrons em átomos pesados. Além disso, quando o número de nêutrons no núcleo muda (o chamado deslocamento isotópico), a posição das linhas pode mudar ligeiramente. Este efeito tornou possível estudar a estrutura atômica em detalhes.
O significado da lei de Moseley é extremamente grande. Sua aplicação consistente aos elementos do sistema periódico de Mendeleev estabeleceu o padrão de aumentar o número de série de acordo com cada pequena mudança nos máximos característicos. Isso contribuiu para esclarecer a questão do significado físico do número ordinal dos elementos. O valor de Z não é apenas um número: é a carga elétrica positiva do núcleo, que é a soma das cargas positivas unitárias das partículas que o compõem. A colocação correta dos elementos na tabela e a presença de posições vazias nela (então ainda existiam) receberam uma confirmação poderosa. A validade da lei periódica foi provada.
Além disso, a lei de Moseley tornou-se a base sobre a qual surgiu toda uma área de pesquisa experimental - a espectrometria de raios-X.
Vamos relembrar brevemente como a estrutura eletrônica é organizada. Ela consiste em camadas, denotadas pelas letras K, L, M, N, O, P, Q ou números de 1 a 7. Os elétrons dentro da camada são caracterizados pela mesma número quântico principal n, que determina os possíveis valores de energia. Nas camadas externas, a energia dos elétrons é maior e o potencial de ionização para os elétrons externos é correspondentemente menor.
O shell inclui um ou mais subníveis: s, p, d, f, g, h, i. Em cada shell, o número de subníveis aumenta em um em relação ao anterior. O número de elétrons em cada subnível e em cada camada não pode exceder um determinado valor. Eles são caracterizados, além do número quântico principal, pelo mesmo valor da nuvem eletrônica orbital que determina a forma. Os subníveis são rotulados com o shell ao qual pertencem, como 2s, 4d e assim por diante.
O subnível contém os quais são definidos, além do principal e do orbital, por mais um número quântico - o magnético, que determina a projeção do momento orbital do elétron na direção do campo magnético. Um orbital não pode ter mais do que dois elétrons, diferindo no valor do quarto número quântico - spin.
Vamos considerar com mais detalhes como surge a radiação característica de raios X. Como a origem desse tipo de emissão eletromagnética está associada a fenômenos ocorridos no interior do átomo, é mais conveniente descrevê-la precisamente na aproximação das configurações eletrônicas.
Portanto, a causa dessa radiação é a formação de lacunas eletrônicas nas camadas internas, devido à penetração de elétrons de alta energia profundamente no átomo. A probabilidade de um elétron duro interagir aumenta com a densidade das nuvens de elétrons. Portanto, as colisões são mais prováveis dentro de camadas internas densamente compactadas, como a camada K mais baixa. Aqui o átomo é ionizado e uma lacuna é formada na camada 1s.
Essa lacuna é preenchida por um elétron da camada de maior energia, cujo excesso é levado pelo fóton de raios-X. Este elétron pode "cair" da segunda camada L, da terceira camada M e assim por diante. É assim que a série característica é formada, neste exemplo, a série K. Uma indicação de onde vem o elétron que preenche a lacuna é dada na forma de um índice grego ao designar a série. "Alpha" significa que vem do L-shell, "beta" - do M-shell. Atualmente, há uma tendência de substituir os índices das letras gregas pelos latinos adotados para designar as conchas.
A intensidade da linha alfa na série é sempre a mais alta, o que significa que a probabilidade de preencher uma vaga de uma camada vizinha é a mais alta.
Agora podemos responder à pergunta, qual é a energia máxima do quantum característico de raios-x. É determinado pela diferença nos valores de energia dos níveis entre os quais ocorre a transição eletrônica, de acordo com a fórmula E \u003d E n 2 - E n 1, onde E n 2 e E n 1 são as energias do estados eletrônicos entre os quais ocorreu a transição. O valor mais alto desse parâmetro é dado pelas transições da série K dos níveis mais altos possíveis de átomos de elementos pesados. Mas a intensidade dessas linhas (alturas dos picos) é a menor, pois são as menos prováveis.
Se, devido à voltagem insuficiente nos eletrodos, um elétron duro não pode atingir o nível K, ele forma uma vaga no nível L e uma série L menos energética com comprimentos de onda mais longos é formada. As séries subsequentes nascem de maneira semelhante.
Além disso, quando uma vaga é preenchida, uma nova vaga aparece na camada sobrejacente como resultado de uma transição eletrônica. Isso cria as condições para gerar a próxima série. Vacâncias eletrônicas movem-se mais alto de nível para nível, e o átomo emite uma cascata de séries espectrais características, enquanto permanece ionizado.
Os espectros de raios-X atômicos de radiação de raios-X característica são caracterizados por uma estrutura fina, que é expressa, como em espectros ópticos, em divisão de linha.
A estrutura fina se deve ao fato de que o nível de energia - a camada de elétrons - é um conjunto de componentes espaçados - subcamadas. Para caracterizar as subcamadas, introduz-se mais um número quântico interno j, que reflete a interação dos momentos magnéticos intrínseco e orbital do elétron.
Devido à influência da interação spin-órbita, a estrutura de energia do átomo torna-se mais complicada e, como resultado, a radiação característica de raios-X tem um espectro caracterizado por linhas divididas com elementos muito próximos.
Elementos de estrutura fina são geralmente denotados por índices digitais adicionais.
A radiação característica de raios X tem uma característica que é refletida apenas na estrutura fina do espectro. A transição de um elétron para o nível de energia mais baixo não ocorre a partir do subnível inferior do nível sobrejacente. Tal evento tem uma probabilidade desprezível.
Esta radiação, devido às suas características descritas pela lei de Moseley, está na base de vários métodos espectrais de raios-X para a análise de substâncias. Ao analisar o espectro de raios X, tanto a difração de radiação por cristais (método de dispersão de onda) quanto detectores sensíveis à energia dos fótons de raios X absorvidos (método de dispersão de energia) são usados. A maioria dos microscópios eletrônicos é equipada com alguma forma de acessório de espectrometria de raios-X.
A espectrometria de onda dispersiva é caracterizada por uma precisão especialmente alta. Com a ajuda de filtros especiais, são selecionados os picos mais intensos do espectro, graças aos quais é possível obter radiação quase monocromática com uma frequência precisamente conhecida. O material do ânodo é escolhido com muito cuidado para garantir que seja obtido um feixe monocromático da frequência desejada. Sua difração na rede cristalina da substância estudada permite estudar a estrutura da rede com grande precisão. Este método também é usado no estudo de DNA e outras moléculas complexas.
Uma das características da radiação característica de raios X também é levada em consideração na espectrometria gama. Esta é a alta intensidade dos picos característicos. Os espectrômetros gama usam blindagem de chumbo contra a radiação de fundo externa que interfere nas medições. Mas o chumbo, absorvendo quanta gama, experimenta ionização interna, como resultado da qual emite ativamente na faixa de raios-X. A blindagem adicional de cádmio é usada para absorver os picos intensos da radiação de raios X característica do chumbo. Ele, por sua vez, é ionizado e também emite raios-X. Para neutralizar os picos característicos do cádmio, uma terceira camada de blindagem é usada - cobre, cujos máximos de raios-X estão fora da faixa de frequência operacional do espectrômetro gama.
A espectrometria usa bremsstrahlung e raios X característicos. Assim, na análise de substâncias, estudam-se os espectros de absorção de raios X contínuos por várias substâncias.
A descoberta e o mérito no estudo das propriedades básicas dos raios X pertencem legitimamente ao cientista alemão Wilhelm Conrad Roentgen. As incríveis propriedades dos raios X descobertas por ele imediatamente receberam uma grande resposta no mundo científico. Embora então, em 1895, o cientista mal pudesse imaginar que benefícios, e às vezes danos, os raios X podem trazer.
Vamos descobrir neste artigo como esse tipo de radiação afeta a saúde humana.
A primeira pergunta que interessou ao pesquisador foi o que é radiação de raios X? Vários experimentos permitiram verificar que se trata de radiação eletromagnética com comprimento de onda de 10 -8 cm, que ocupa uma posição intermediária entre a radiação ultravioleta e a gama.
Todos esses aspectos dos efeitos destrutivos dos misteriosos raios X não excluem de forma alguma aspectos surpreendentemente extensos de sua aplicação. Onde os raios X são usados?
As aplicações mais importantes dos raios X tornaram-se possíveis devido aos comprimentos de onda muito curtos de toda a gama dessas ondas e suas propriedades únicas.
Como estamos interessados no impacto dos raios X nas pessoas que os encontram apenas durante um exame ou tratamento médico, consideraremos apenas essa área de aplicação dos raios X.
Apesar do significado especial de sua descoberta, Roentgen não patenteou seu uso, tornando-o um presente inestimável para toda a humanidade. Já na Primeira Guerra Mundial, começaram a ser utilizadas unidades de raios-X, o que possibilitou o diagnóstico rápido e preciso dos feridos. Agora podemos distinguir duas áreas principais de aplicação de raios-x na medicina:
O diagnóstico de raios-X é usado em várias opções:
Vamos dar uma olhada na diferença entre esses métodos.
Todos esses métodos de diagnóstico são baseados na capacidade dos raios X de iluminar o filme e em sua diferente permeabilidade aos tecidos e ao esqueleto ósseo.
A capacidade dos raios X de ter um efeito biológico nos tecidos é usada na medicina para o tratamento de tumores. O efeito ionizante dessa radiação se manifesta mais ativamente no efeito nas células que se dividem rapidamente, que são as células dos tumores malignos.
No entanto, você também deve estar ciente efeitos colaterais que inevitavelmente acompanham a radioterapia. O fato é que as células dos sistemas hematopoiético, endócrino e imunológico também estão se dividindo rapidamente. Um impacto negativo sobre eles dá origem a sinais de doença de radiação.
Logo após a notável descoberta dos raios-X, descobriu-se que os raios-X tinham um efeito sobre os seres humanos.
Esses dados foram obtidos em experimentos com animais experimentais, no entanto, os geneticistas sugerem que efeitos semelhantes podem se aplicar ao corpo humano.
O estudo dos efeitos da exposição aos raios X levou ao desenvolvimento de padrões internacionais para doses de radiação aceitáveis.
Depois de visitar a sala de raios-X, muitos pacientes ficam preocupados - como a dose de radiação recebida afetará sua saúde?
A dose de irradiação geral do corpo depende da natureza do procedimento. Por conveniência, compararemos a dose recebida com a exposição natural, que acompanha a pessoa ao longo de sua vida.
Essas doses de radiação atendem aos padrões aceitáveis, mas se o paciente se sentir ansioso antes do raio-X, ele tem o direito de solicitar um avental de proteção especial.
Cada pessoa tem de sofrer o exame de raio x repetidamente. Mas existe uma regra - esse método de diagnóstico não pode ser prescrito para mulheres grávidas. O embrião em desenvolvimento é extremamente vulnerável. Os raios X podem causar anormalidades cromossômicas e, como resultado, o nascimento de crianças com malformações. O mais vulnerável a esse respeito é a idade gestacional de até 16 semanas. Além disso, o mais perigoso para o futuro bebê é uma radiografia da coluna, regiões pélvicas e abdominais.
Sabendo do efeito prejudicial dos raios X na gravidez, os médicos evitam usá-los de todas as maneiras possíveis durante esse período crucial na vida de uma mulher.
No entanto, existem fontes secundárias de raios-X:
As gestantes devem estar cientes do perigo que elas representam.
Para mães que amamentam, o radiodiagnóstico não é perigoso.
Para evitar até mesmo os efeitos mínimos da exposição aos raios X, algumas medidas simples podem ser tomadas:
Mas não são necessários procedimentos médicos ou medidas especiais para remover a radiação após um raio-x!
Apesar das consequências indubitavelmente graves da exposição aos raios X, não se deve superestimar seu perigo durante os exames médicos - eles são realizados apenas em certas áreas do corpo e muito rapidamente. Os benefícios deles muitas vezes excedem o risco desse procedimento para o corpo humano.
Em 1895, o físico alemão W. Roentgen descobriu um novo tipo de radiação eletromagnética até então desconhecido, que recebeu o nome de raio-X em homenagem ao seu descobridor. W. Roentgen tornou-se o autor de sua descoberta aos 50 anos, ocupando o cargo de reitor da Universidade de Würzburg e tendo a reputação de um dos melhores experimentadores de seu tempo. Um dos primeiros a encontrar uma aplicação técnica para a descoberta de Roentgen foi o americano Edison. Ele criou um prático aparelho de demonstração e já em maio de 1896 organizou uma exposição de raios-X em Nova York, onde os visitantes podiam olhar para suas próprias mãos em uma tela luminosa. Depois que o assistente de Edison morreu devido às queimaduras graves que recebeu em demonstrações constantes, o inventor interrompeu novos experimentos com raios-X.
A radiação de raios X começou a ser utilizada na medicina devido ao seu alto poder de penetração. Inicialmente, os raios X foram usados para examinar fraturas ósseas e localizar corpos estranhos no corpo humano. Atualmente, existem vários métodos baseados em raios-X. Mas esses métodos têm suas desvantagens: a radiação pode causar danos profundos à pele. Úlceras que aparecem muitas vezes se transformam em câncer. Em muitos casos, dedos ou mãos tiveram que ser amputados. Fluoroscopia(sinônimo de translucidez) é um dos principais métodos de exame de raios X, que consiste na obtenção de uma imagem planar positiva do objeto em estudo em uma tela translúcida (fluorescente). Durante a fluoroscopia, o sujeito está entre uma tela translúcida e um tubo de raios-x. Nas modernas telas translúcidas de raios X, a imagem aparece no momento em que o tubo de raios X é ligado e desaparece imediatamente após o desligamento. A fluoroscopia permite estudar a função do órgão - pulsação do coração, movimentos respiratórios das costelas, pulmões, diafragma, peristaltismo do trato digestivo, etc. A fluoroscopia é utilizada no tratamento de doenças do estômago, trato gastrointestinal, duodeno, doenças do fígado, vesícula biliar e vias biliares. Ao mesmo tempo, a sonda médica e os manipuladores são inseridos sem danos aos tecidos, e as ações durante a operação são controladas por fluoroscopia e visíveis no monitor.
Radiografia - método de diagnóstico de raios-X com o registro de uma imagem fixa em um material fotossensível - especial. filme fotográfico (filme de raios X) ou papel fotográfico com posterior processamento fotográfico; Com a radiografia digital, a imagem é fixada na memória do computador. É realizado em aparelhos de diagnóstico por raios X - estacionários, instalados em salas de raios X especialmente equipadas, ou móveis e portáteis - à beira do leito do paciente ou no centro cirúrgico. Nas radiografias, os elementos das estruturas de vários órgãos são exibidos com muito mais clareza do que em uma tela fluorescente. A radiografia é realizada para detectar e prevenir várias doenças, seu principal objetivo é ajudar os médicos de várias especialidades a fazer um diagnóstico correto e rápido. Uma imagem de raio-x captura o estado de um órgão ou tecido apenas no momento da exposição. Porém, uma única radiografia capta apenas as alterações anatômicas em um determinado momento, dá a estática do processo; por meio de uma série de radiografias feitas em determinados intervalos, é possível estudar a dinâmica do processo, ou seja, as alterações funcionais. Tomografia. A palavra tomografia pode ser traduzida do grego como fatia de imagem. Isso significa que o objetivo da tomografia é obter uma imagem em camadas da estrutura interna do objeto de estudo. A tomografia computadorizada é caracterizada por alta resolução, o que permite distinguir alterações sutis nos tecidos moles. A TC permite detectar tais processos patológicos que não podem ser detectados por outros métodos. Além disso, o uso da TC permite reduzir a dose de radiação de raios X recebida pelos pacientes durante o processo diagnóstico.
Fluorografia- um método de diagnóstico que permite obter uma imagem de órgãos e tecidos, foi desenvolvido no final do século XX, um ano após a descoberta dos raios X. Nas fotos você pode ver esclerose, fibrose, objetos estranhos, neoplasias, inflamações em grau desenvolvido, presença de gases e infiltrados nas cavidades, abscessos, cistos e assim por diante. Na maioria das vezes, é realizada uma radiografia de tórax, que permite detectar tuberculose, um tumor maligno nos pulmões ou tórax e outras patologias.
radioterapia- Este é um método moderno com o qual é realizado o tratamento de certas patologias das articulações. As principais direções de tratamento de doenças ortopédicas por este método são: Crônica. Processos inflamatórios das articulações (artrite, poliartrite); Degenerativa (osteoartrite, osteocondrose, espondilose deformante). O objetivo da radioterapiaé a inibição da atividade vital de células de tecidos patologicamente alterados ou sua destruição completa. Nas doenças não tumorais, a radioterapia visa suprimir a reação inflamatória, inibir os processos proliferativos, reduzir a sensibilidade dolorosa e a atividade secretora das glândulas. Deve-se ter em mente que as glândulas sexuais, órgãos hematopoiéticos, leucócitos e células tumorais malignas são mais sensíveis aos raios-X. A dose de radiação em cada caso é determinada individualmente.
Pela descoberta dos raios X, Roentgen recebeu o primeiro Prêmio Nobel de Física em 1901, e o Comitê do Nobel enfatizou a importância prática de sua descoberta.
Assim, os raios X são radiações eletromagnéticas invisíveis com um comprimento de onda de 105 - 102 nm. Os raios X podem penetrar em alguns materiais que são opacos à luz visível. Eles são emitidos durante a desaceleração de elétrons rápidos na matéria (espectro contínuo) e durante as transições de elétrons das camadas eletrônicas externas do átomo para as internas (espectro linear). As fontes de radiação de raios X são: tubo de raios X, alguns isótopos radioativos, aceleradores e acumuladores de elétrons (radiação síncrotron). Receptores - filme, telas luminescentes, detectores de radiação nuclear. Os raios X são usados na análise de difração de raios X, medicina, detecção de falhas, análise espectral de raios X, etc.
O diagnóstico médico moderno e o tratamento de certas doenças não podem ser imaginados sem dispositivos que usam as propriedades dos raios X. A descoberta dos raios X ocorreu há mais de 100 anos, mas mesmo agora continua o trabalho na criação de novos métodos e aparelhos para minimizar o efeito negativo da radiação no corpo humano.
Em condições naturais, o fluxo de raios X é raro e é emitido apenas por certos isótopos radioativos. Os raios X ou raios X só foram descobertos em 1895 pelo cientista alemão Wilhelm Röntgen. Essa descoberta aconteceu por acaso, durante um experimento para estudar o comportamento dos raios de luz em condições que se aproximam do vácuo. O experimento envolveu um tubo de descarga de gás catódico com pressão reduzida e uma tela fluorescente, que começava a brilhar a cada vez no momento em que o tubo começava a agir.
Interessado em um efeito estranho, Roentgen realizou uma série de estudos mostrando que a radiação resultante, invisível a olho nu, é capaz de penetrar em diversos obstáculos: papel, madeira, vidro, alguns metais e até mesmo através do corpo humano. Apesar da falta de compreensão da própria natureza do que está acontecendo, se tal fenômeno é causado pela geração de um fluxo de partículas ou ondas desconhecidas, observou-se o seguinte padrão - a radiação passa facilmente pelos tecidos moles do corpo e muito mais difícil através de tecidos vivos sólidos e substâncias inanimadas.
Roentgen não foi o primeiro a estudar esse fenômeno. Em meados do século XIX, o francês Antoine Mason e o inglês William Crookes estudaram possibilidades semelhantes. No entanto, foi Roentgen quem primeiro inventou o tubo catódico e um indicador que poderia ser usado na medicina. Ele foi o primeiro a publicar um trabalho científico, o que lhe rendeu o título de primeiro Nobel entre os físicos.
Em 1901, uma colaboração frutífera começou entre os três cientistas, que se tornaram os pais fundadores da radiologia e da radiologia.
os raios-x são componente o espectro total da radiação eletromagnética. O comprimento de onda está entre os raios gama e ultravioleta. Os raios X têm todas as propriedades de onda usuais:
Para gerar artificialmente um fluxo de raios-X, são usados \u200b\u200bdispositivos especiais - tubos de raios-X. A radiação de raios-X surge do contato de elétrons de tungstênio rápidos com substâncias que evaporam de um ânodo quente. No contexto da interação, surgem ondas eletromagnéticas de curta duração, que estão no espectro de 100 a 0,01 nm e na faixa de energia de 100-0,1 MeV. Se o comprimento de onda dos raios for menor que 0,2 nm - isso é radiação forte, se o comprimento de onda for maior que o valor especificado, eles são chamados de raios-x suaves.
É significativo que a energia cinética decorrente do contato dos elétrons com a substância anódica seja 99% convertida em energia térmica e apenas 1% em raios-X.
A radiação X é uma superposição de dois tipos de raios - bremsstrahlung e característicos. Eles são gerados no monofone simultaneamente. Portanto, a irradiação de raios X e a característica de cada tubo de raios X específico - o espectro de sua radiação depende desses indicadores e representa sua superposição.
Bremsstrahlung ou raios X contínuos são o resultado da desaceleração dos elétrons que evaporam de um filamento de tungstênio.
Os raios X característicos ou de linha são formados no momento do rearranjo dos átomos da substância do ânodo do tubo de raios X. O comprimento de onda dos raios característicos depende diretamente do número atômico do elemento químico usado para fazer o ânodo do tubo.
As propriedades listadas dos raios X permitem que sejam usadas na prática:
A propriedade dos raios X na qual a imagem é baseada é a capacidade de decompor ou fazer com que algumas substâncias brilhem.
A irradiação de raios X causa um brilho fluorescente em sulfetos de cádmio e zinco - verde e em tungstato de cálcio - azul. Essa propriedade é usada na técnica de transiluminação médica de raios-X e também aumenta a funcionalidade das telas de raios-X.
O efeito fotoquímico dos raios X em materiais de haleto de prata sensíveis à luz (iluminação) permite realizar diagnósticos - tirar imagens de raios X. Essa propriedade também é usada para medir a quantidade da dose total que os assistentes de laboratório recebem nas salas de raios-X. Os dosímetros vestíveis possuem fitas e indicadores sensíveis especiais. O efeito ionizante da radiação de raios X permite determinar as características qualitativas dos raios X obtidos.
Uma única exposição aos raios X convencionais aumenta o risco de câncer em apenas 0,001%.
O uso de raios X é aceitável nas seguintes indústrias:
A principal aplicação dos raios X é na área médica. Hoje, a seção de radiologia médica inclui: radiodiagnóstico, radioterapia (terapia com raios X), radiocirurgia. As universidades médicas produzem especialistas altamente especializados - radiologistas.
O alto poder de penetração e efeito ionizante dos raios X podem causar uma alteração na estrutura do DNA da célula, portanto, é perigoso para os seres humanos. O dano da radiação de raios X é diretamente proporcional à dose de radiação recebida. Diferentes órgãos respondem à irradiação em graus variados. Os mais suscetíveis incluem:
O uso descontrolado de radiação de raios X pode causar patologias reversíveis e irreversíveis.
Consequências da exposição aos raios X:
Importante! Ao contrário das substâncias radioativas, os raios X não se acumulam nos tecidos do corpo, o que significa que não há necessidade de remover os raios X do corpo. O efeito nocivo dos raios X termina quando o dispositivo médico é desligado.
O uso de raios-X na medicina é permitido não apenas para diagnóstico (traumatologia, odontologia), mas também para fins terapêuticos:
O radiodiagnóstico inclui os seguintes métodos:
A terapia de raios-X refere-se a métodos de tratamento local. Na maioria das vezes, o método é usado para destruir células cancerígenas. Como o efeito da exposição é comparável à remoção cirúrgica, esse método de tratamento costuma ser chamado de radiocirurgia.
Hoje, o tratamento com raios-x é realizado das seguintes maneiras:
Esses métodos são suaves e seu uso é preferível à quimioterapia em alguns casos. Tal popularidade se deve ao fato de que os raios não se acumulam e não requerem remoção do corpo, eles têm um efeito seletivo, sem afetar outras células e tecidos.
Este indicador da norma de exposição anual permissível tem seu próprio nome - uma dose equivalente geneticamente significativa (GED). Não há valores quantitativos claros para este indicador.
Hoje, os seguintes padrões médios de GZD estão em vigor:
A radiação de raios X não requer excreção do corpo e é perigosa apenas em caso de exposição intensa e prolongada. Os equipamentos médicos modernos utilizam radiação de baixa energia e curta duração, portanto seu uso é considerado relativamente inofensivo.
Embora os cientistas só tenham descoberto o efeito dos raios X desde a década de 1890, o uso de raios X na medicina para essa força natural passou rapidamente. Hoje, em benefício da humanidade, a radiação eletromagnética de raios X é utilizada na medicina, na academia e na indústria, bem como para a geração de eletricidade.
Além disso, a radiação tem aplicações úteis em áreas como agricultura, arqueologia, espaço, aplicação da lei, geologia (incluindo mineração) e muitas outras atividades, até mesmo carros estão sendo desenvolvidos usando o fenômeno da fissão nuclear.
Em ambientes de saúde, médicos e dentistas usam uma variedade de materiais e procedimentos nucleares para diagnosticar, monitorar e tratar uma ampla gama de processos metabólicos e doenças no corpo humano. Como resultado, procedimentos médicos que utilizam raios salvaram milhares de vidas, identificando e tratando condições que vão desde hiperatividade da tireoide até câncer ósseo.
O mais comum desses procedimentos médicos envolve o uso de raios que podem passar por nossa pele. Quando uma imagem é tirada, nossos ossos e outras estruturas parecem projetar sombras porque são mais densas que nossa pele, e essas sombras podem ser detectadas no filme ou na tela de um monitor. O efeito é semelhante a colocar um lápis entre um pedaço de papel e uma luz. A sombra do lápis ficará visível na folha de papel. A diferença é que os raios são invisíveis, então é necessário um elemento de registro, algo como um filme fotográfico. Isso permite que médicos e dentistas avaliem a aplicação de raios-X ao ver ossos quebrados ou problemas dentários.
O uso de radiação de raios-X de maneira direcionada para fins médicos, não apenas para detectar danos. Quando usado especificamente, destina-se a matar o tecido canceroso, reduzir o tamanho de um tumor ou aliviar a dor. Por exemplo, o iodo radioativo (especificamente o iodo-131) é frequentemente usado para tratar o câncer de tireoide, uma condição da qual muitas pessoas sofrem.
Dispositivos que utilizam essa propriedade também são conectados a computadores e digitalizam, chamados de: tomografia axial computadorizada ou tomografia computadorizada.
Esses instrumentos fornecem aos médicos uma imagem colorida que mostra contornos e detalhes dos órgãos internos. Isso ajuda os médicos a detectar e identificar tumores, tamanho anormal ou outros problemas fisiológicos ou funcionais de órgãos.
Além disso, hospitais e centros radiológicos realizam milhões de procedimentos anualmente. Em tais procedimentos, os médicos injetam substâncias levemente radioativas no corpo dos pacientes para examinar certos órgãos internos, como pâncreas, rins, tireóide, fígado ou cérebro, para diagnosticar condições clínicas.
