Röntgenstrålar spelar en av de viktigaste rollerna i studien och praktisk användning av atomfenomen. Tack vare deras forskning gjordes många upptäckter och utvecklades metoder för att analysera ämnen, som används inom olika områden. Här kommer vi att överväga en av typerna av röntgenstrålar - karakteristiska röntgenstrålar.
Röntgenstrålning är en högfrekvent förändring i tillståndet för ett elektromagnetiskt fält som fortplantar sig i rymden med en hastighet av cirka 300 000 km / s, det vill säga elektromagnetiska vågor. På skalan för elektromagnetisk strålning finns röntgenstrålar i våglängdsområdet från cirka 10 -8 till 5∙10 -12 meter, vilket är flera storleksordningar kortare än optiska vågor. Detta motsvarar frekvenser från 3∙10 16 till 6∙10 19 Hz och energier från 10 eV till 250 keV, eller 1,6∙10 -18 till 4∙10 -14 J. Det bör noteras att gränserna för frekvensområdena för elektromagnetisk strålning är ganska konventionella på grund av deras överlappning.
Är interaktionen mellan accelererade laddade partiklar (högenergielektroner) med elektriska och magnetiska fält och med materiens atomer.
Röntgenfotoner kännetecknas av höga energier och hög penetrerande och joniserande kraft, speciellt för hårda röntgenstrålar med våglängder mindre än 1 nanometer (10 -9 m).
Röntgenstrålar interagerar med materia, joniserar dess atomer, i processerna för den fotoelektriska effekten (fotoabsorption) och inkoherent (Compton) spridning. Vid fotoabsorption överför en röntgenfoton, som absorberas av en elektron i en atom, energi till den. Om dess värde överstiger bindningsenergin för en elektron i en atom, lämnar den atomen. Comptonspridning är karakteristisk för hårdare (energetiska) röntgenfotoner. En del av energin hos den absorberade fotonen spenderas på jonisering; i detta fall, i en viss vinkel mot den primära fotonens riktning, sänds en sekundär ut, med en lägre frekvens.
För att få strålar används vakuumflaskor av glas med elektroder placerade inuti. Potentialskillnaden över elektroderna måste vara mycket hög - upp till hundratals kilovolt. På en volframkatod som värms upp av ström uppstår termionisk emission, det vill säga elektroner emitteras från den, som, accelererad av potentialskillnaden, bombarderar anoden. Som ett resultat av deras interaktion med anodens atomer (kallas ibland antikatoden), föds röntgenfotoner.
Beroende på vilken process som leder till födelsen av en foton, det finns sådana typer av röntgenstrålning som bremsstrahlung och karakteristisk.
Elektroner kan, i möte med anoden, sakta ner, det vill säga förlora energi i dess atomers elektriska fält. Denna energi emitteras i form av röntgenfotoner. Sådan strålning kallas bremsstrahlung.
Det är tydligt att bromsförhållandena kommer att skilja sig åt för enskilda elektroner. Det betyder att olika mängder av deras kinetiska energi omvandlas till röntgenstrålar. Som ett resultat inkluderar bremsstrahlung fotoner med olika frekvenser och följaktligen våglängder. Därför är dess spektrum kontinuerligt (kontinuerligt). Ibland av denna anledning kallas det också "vita" röntgenstrålar.
Energin hos bremsstrahlung-fotonen kan inte överstiga den kinetiska energin hos elektronen som genererar den, så att den maximala frekvensen (och den minsta våglängden) för bremsstrahlung motsvarar det största värdet av den kinetiska energin hos elektroner som infaller på anoden. Det senare beror på potentialskillnaden som appliceras på elektroderna.
Det finns en annan typ av röntgen som kommer från en annan process. Denna strålning kallas karakteristisk, och vi kommer att uppehålla oss mer i detalj.
Efter att ha nått antikatoden kan en snabb elektron penetrera inuti atomen och slå ut vilken elektron som helst från en av de lägre orbitalerna, det vill säga överföra tillräcklig energi till den för att övervinna potentialbarriären. Men om det finns högre energinivåer upptagna av elektroner i atomen kommer den lediga platsen inte att förbli tom.
Man måste komma ihåg att atomens elektroniska struktur, som alla energisystem, försöker minimera energi. Den vakans som bildas till följd av knockouten fylls med en elektron från en av de högre nivåerna. Dess energi är högre, och på en lägre nivå utstrålar den ett överskott i form av ett kvantum av karakteristisk röntgenstrålning.
Den elektroniska strukturen hos en atom är en diskret uppsättning möjliga energitillstånd för elektroner. Därför kan röntgenfotoner som emitteras under utbytet av lediga elektroner också ha endast strikt definierade energivärden, vilket återspeglar nivåskillnaden. Som ett resultat har den karakteristiska röntgenstrålningen ett spektrum som inte är kontinuerligt utan av linjetyp. Ett sådant spektrum gör det möjligt att karakterisera anodens substans - därav namnet på dessa strålar. Det är just på grund av de spektrala skillnaderna som det är tydligt vad som menas med bremsstrahlung och karakteristiska röntgenstrålar.
Ibland sänds inte överskottsenergin ut av atomen utan går åt till att slå ut den tredje elektronen. Denna process - den så kallade Auger-effekten - är mer sannolikt att inträffa när elektronbindningsenergin inte överstiger 1 keV. Energin hos den frigjorda Auger-elektronen beror på strukturen hos atomens energinivåer, så spektra för sådana elektroner är också diskreta.
Smala karakteristiska linjer är närvarande i röntgenspektralmönstret tillsammans med ett kontinuerligt bremsstrahlung-spektrum. Om vi representerar spektrumet som en plot av intensitet kontra våglängd (frekvens), kommer vi att se skarpa toppar vid positionerna för linjerna. Deras position beror på anodmaterialet. Dessa maxima är närvarande vid alla potentiella skillnader - om det finns röntgenstrålar finns det alltid toppar också. Med ökande spänning vid rörets elektroder ökar intensiteten av både kontinuerlig och karakteristisk röntgenstrålning, men platsen för topparna och förhållandet mellan deras intensiteter förändras inte.
Topparna i röntgenspektra har samma form oavsett materialet i anti-katoden som bestrålas av elektroner, men för olika material är de belägna vid olika frekvenser och förenas i serie enligt frekvensvärdenas närhet. Mellan serierna själva är skillnaden i frekvenser mycket mer betydande. Formen på maxima beror inte på något sätt på om anodmaterialet representerar ett rent kemiskt element eller om det är ett komplext ämne. I det senare fallet är de karakteristiska röntgenspektra för dess ingående element helt enkelt överlagrade på varandra.
Med en ökning av atomnumret för ett kemiskt element förskjuts alla linjer i dess röntgenspektrum mot ökande frekvens. Spektrumet behåller sin form.
Fenomenet med spektralförskjutning av karakteristiska linjer upptäcktes experimentellt av den engelske fysikern Henry Moseley 1913. Detta gjorde det möjligt för honom att associera frekvenserna för spektrumets maxima med de kemiska elementens ordningsnummer. Således kan våglängden för den karakteristiska röntgenstrålningen, som det visade sig, tydligt korreleras med ett visst element. I allmänhet kan Moseleys lag skrivas på följande sätt: √f = (Z - S n)/n√R, där f är frekvensen, Z är elementets ordningsnummer, S n är screeningskonstanten, n är huvudkvantumet tal, och R är konstanten Rydberg. Detta förhållande är linjärt och visas på Moseley-diagrammet som en serie räta linjer för varje värde på n.
Värdena på n motsvarar individuella serier av karakteristiska röntgentoppar. Moseleys lag tillåter en att bestämma serienumret för ett kemiskt element som bestrålas av hårda elektroner från de uppmätta våglängderna (de är unikt relaterade till frekvenserna) för röntgenspektrummaxima.
Strukturera elektronskal kemiska grundämnen är identiska. Detta indikeras av monotoniteten hos skiftändringen i det karakteristiska spektrumet av röntgenstrålar. Frekvensskiftet återspeglar inte strukturella, utan energiskillnader mellan elektronskal, unika för varje element.
Det finns små avvikelser från det strikta linjära förhållandet uttryckt av Moseleys lag. De är för det första kopplade till särdragen i elektronskalens fyllnadsordning i vissa element, och för det andra med de relativistiska effekterna av elektronernas rörelse i tunga atomer. Dessutom, när antalet neutroner i kärnan ändras (det så kallade isotopiska skiftet) kan linjernas position ändras något. Denna effekt gjorde det möjligt att studera atomstrukturen i detalj.
Betydelsen av Moseleys lag är extremt stor. Dess konsekventa tillämpning på elementen i Mendeleevs periodiska system etablerade mönstret att öka serienumret enligt varje liten förändring i de karakteristiska maxima. Detta bidrog till att klargöra frågan om den fysiska innebörden av ordningstalet av element. Z-värdet är inte bara ett tal: det är den positiva elektriska laddningen av kärnan, som är summan av enhetens positiva laddningar av partiklarna som utgör den. Den korrekta placeringen av element i tabellen och förekomsten av tomma positioner i den (då fanns de fortfarande) fick kraftfull bekräftelse. Giltigheten av den periodiska lagen bevisades.
Moseleys lag blev dessutom grunden på vilken ett helt område av experimentell forskning uppstod - röntgenspektrometri.
Låt oss kort påminna om hur den elektroniska strukturen är uppbyggd: Den består av skal, betecknade med bokstäverna K, L, M, N, O, P, Q eller siffror från 1 till 7. Elektroner i skalet kännetecknas av samma huvudkvantnummer n, som bestämmer de möjliga energivärdena. I yttre skal är elektronernas energi högre, och joniseringspotentialen för yttre elektroner är motsvarande lägre.
Skalet innehåller en eller flera undernivåer: s, p, d, f, g, h, i. I varje skal ökar antalet undernivåer med en jämfört med den föregående. Antalet elektroner i varje undernivå och i varje skal kan inte överstiga ett visst värde. De kännetecknas, förutom huvudkvanttalet, av samma värde på det orbitala elektronmolnet som bestämmer formen. Undernivåer är märkta med skalet de tillhör, till exempel 2s, 4d och så vidare.
Undernivån innehåller som är inställda, förutom huvud- och omloppsbanan, av ytterligare ett kvanttal - magnetiskt, vilket bestämmer projektionen av elektronens omloppsrörelsemängd på magnetfältets riktning. En orbital kan inte ha mer än två elektroner, som skiljer sig i värdet av det fjärde kvanttalet - spinn.
Låt oss överväga mer i detalj hur karakteristisk röntgenstrålning uppstår. Eftersom ursprunget till denna typ av elektromagnetisk emission är förknippat med fenomen som förekommer inuti atomen, är det mest praktiskt att beskriva det exakt i approximationen av elektroniska konfigurationer.
Så orsaken till denna strålning är bildandet av elektronvakanser i de inre skalen, på grund av penetrationen av högenergielektroner djupt in i atomen. Sannolikheten att en hård elektron kommer att interagera ökar med tätheten hos elektronmolnen. Därför är kollisioner med största sannolikhet inom tätt packade inre skal, som det lägsta K-skalet. Här joniseras atomen, och en tomhet bildas i 1:ans skal.
Denna vakans fylls av en elektron från skalet med en högre energi, vars överskott förs bort av röntgenfotonen. Denna elektron kan "falla" från det andra skalet L, från det tredje skalet M och så vidare. Så här bildas den karaktäristiska serien, i detta exempel K-serien. En indikation på varifrån elektronen som fyller vakansen kommer ges i form av ett grekiskt index när serien betecknas. "Alfa" betyder att det kommer från L-skalet, "beta" - från M-skalet. För närvarande finns det en tendens att ersätta de grekiska bokstavsindexen med de latinska som används för att beteckna skal.
Intensiteten på alfalinjen i serien är alltid högst, vilket innebär att sannolikheten att fylla en ledig tjänst från ett grannskal är högst.
Nu kan vi svara på frågan, vad är den maximala energin för det karakteristiska röntgenkvantumet. Det bestäms av skillnaden i energivärdena för nivåerna mellan vilka elektronövergången sker, enligt formeln E \u003d E n 2 - E n 1, där E n 2 och E n 1 är energierna för elektroniska tillstånd mellan vilka övergången inträffade. Det högsta värdet av denna parameter ges av K-serieövergångar från högsta möjliga nivåer av atomer av tunga grundämnen. Men intensiteten hos dessa linjer (topphöjder) är den minsta, eftersom de är minst sannolika.
Om en hård elektron på grund av otillräcklig spänning på elektroderna inte kan nå K-nivån bildar den en tomhet på L-nivån, och en mindre energisk L-serie med längre våglängder bildas. Efterföljande serier föds på liknande sätt.
Dessutom, när en ledig plats tillsätts, dyker en ny ledig plats upp i det överliggande skalet som ett resultat av en elektronisk övergång. Detta skapar förutsättningar för att generera nästa serie. Elektroniska vakanser flyttar sig högre från nivå till nivå, och atomen avger en kaskad av karakteristiska spektralserier, medan den förblir joniserad.
Atomröntgenspektra av karakteristisk röntgenstrålning kännetecknas av en fin struktur, som uttrycks, som i optiska spektra, i linjedelning.
Den fina strukturen beror på att energinivån - elektronskalet - är en uppsättning tätt placerade komponenter - subskal. För att karakterisera underskalen introduceras ytterligare ett internt kvantnummer j, vilket återspeglar interaktionen mellan elektronens inneboende och orbitala magnetiska moment.
På grund av påverkan av spin-omloppsinteraktionen blir atomens energistruktur mer komplicerad, och som ett resultat har den karakteristiska röntgenstrålningen ett spektrum som kännetecknas av delade linjer med mycket tätt placerade element.
Finstrukturelement betecknas vanligtvis med ytterligare digitala index.
Den karakteristiska röntgenstrålningen har en egenskap som endast reflekteras i spektrats fina struktur. Övergången av en elektron till den lägsta energinivån sker inte från det nedre underskalet av den överliggande nivån. En sådan händelse har en försumbar sannolikhet.
Denna strålning, på grund av dess egenskaper som beskrivs av Moseleys lag, ligger till grund för olika röntgenspektrala metoder för analys av ämnen. Vid analys av röntgenspektrumet används antingen diffraktion av strålning genom kristaller (vågspridande metod) eller detektorer som är känsliga för energin från absorberade röntgenfotoner (energispridande metod). De flesta elektronmikroskop är utrustade med någon form av röntgenspektrometrifäste.
Vågspridande spektrometri kännetecknas av särskilt hög noggrannhet. Med hjälp av speciella filter väljs de mest intensiva topparna i spektrumet, tack vare vilka det är möjligt att erhålla nästan monokromatisk strålning med en exakt känd frekvens. Anodmaterialet väljs mycket noggrant för att säkerställa att en monokromatisk stråle med önskad frekvens erhålls. Dess diffraktion på det studerade ämnets kristallgitter gör det möjligt att studera gittrets struktur med stor noggrannhet. Denna metod används också vid studiet av DNA och andra komplexa molekyler.
En av egenskaperna hos den karakteristiska röntgenstrålningen beaktas också i gammaspektrometri. Detta är den höga intensiteten hos de karakteristiska topparna. Gammaspektrometrar använder blyavskärmning mot extern bakgrundsstrålning som stör mätningar. Men bly, som absorberar gammakvanta, upplever intern jonisering, som ett resultat av vilket det aktivt sänder ut i röntgenområdet. Ytterligare kadmiumskärmning används för att absorbera de intensiva topparna av den karakteristiska röntgenstrålningen från bly. Den är i sin tur joniserad och avger även röntgenstrålar. För att neutralisera de karakteristiska topparna av kadmium används ett tredje skärmskikt - koppar, vars röntgenmaxima ligger utanför gammaspektrometerns driftsfrekvensområde.
Spektrometri använder både bremsstrahlung och karakteristiska röntgenstrålar. Vid analys av ämnen studeras således absorptionsspektra av kontinuerliga röntgenstrålar av olika ämnen.
Upptäckten och förtjänsten i studiet av röntgenstrålningens grundläggande egenskaper tillhör med rätta den tyske vetenskapsmannen Wilhelm Conrad Roentgen. De fantastiska egenskaperna hos röntgenstrålar som upptäcktes av honom fick omedelbart ett enormt svar i den vetenskapliga världen. Fast då, redan 1895, kunde forskaren knappast föreställa sig vilken nytta, och ibland skada, röntgenstrålar kan ge.
Låt oss ta reda på i den här artikeln hur denna typ av strålning påverkar människors hälsa.
Den första frågan som intresserade forskaren var vad är röntgenstrålning? Ett antal experiment gjorde det möjligt att verifiera att detta är elektromagnetisk strålning med en våglängd på 10 -8 cm, som intar en mellanposition mellan ultraviolett och gammastrålning.
Alla dessa aspekter av de destruktiva effekterna av de mystiska röntgenstrålningarna utesluter inte alls överraskande omfattande aspekter av deras tillämpning. Var används röntgenstrålar?
De viktigaste tillämpningarna av röntgenstrålning har blivit möjliga på grund av de mycket korta våglängderna för hela området av dessa vågor och deras unika egenskaper.
Eftersom vi är intresserade av påverkan av röntgenstrålar på människor som bara stöter på dem under en medicinsk undersökning eller behandling, kommer vi bara att överväga detta tillämpningsområde för röntgenstrålar.
Trots den speciella betydelsen av hans upptäckt tog Roentgen inget patent på dess användning, vilket gjorde det till en ovärderlig gåva för hela mänskligheten. Redan under första världskriget började röntgenenheter användas, vilket gjorde det möjligt att snabbt och exakt diagnostisera de sårade. Nu kan vi särskilja två huvudområden för tillämpning av röntgenstrålar inom medicin:
Röntgendiagnostik används i olika alternativ:
Låt oss ta en titt på skillnaden mellan dessa metoder.
Alla dessa diagnostiska metoder är baserade på röntgenstrålars förmåga att belysa film och på deras olika permeabilitet för vävnader och benskelettet.
Röntgenstrålningens förmåga att ha en biologisk effekt på vävnader används inom medicinen för behandling av tumörer. Den joniserande effekten av denna strålning manifesteras mest aktivt i effekten på snabbt delande celler, som är cellerna i maligna tumörer.
Du bör dock också vara medveten om bieffekter som oundvikligen åtföljer strålbehandling. Faktum är att celler i hematopoetiska, endokrina och immunsystem också delar sig snabbt. En negativ påverkan på dem ger upphov till tecken på strålningssjuka.
Strax efter den anmärkningsvärda upptäckten av röntgenstrålning upptäcktes att röntgenstrålning hade en effekt på människor.
Dessa data erhölls i experiment på försöksdjur, men genetiker föreslår att liknande effekter kan gälla människokroppen.
Studiet av effekterna av röntgenexponering har lett till utvecklingen av internationella standarder för acceptabla stråldoser.
Efter att ha besökt röntgenrummet är många patienter oroliga – hur kommer den mottagna dosen av strålning att påverka deras hälsa?
Dosen av allmän bestrålning av kroppen beror på förfarandets natur. För enkelhetens skull kommer vi att jämföra den mottagna dosen med naturlig exponering, som följer en person under hela hans liv.
Dessa stråldoser uppfyller acceptabla standarder, men om patienten känner sig orolig inför röntgen har han rätt att be om ett speciellt skyddsförkläde.
Varje person måste genomgå röntgenundersökning upprepade gånger. Men det finns en regel - denna diagnostiska metod kan inte förskrivas till gravida kvinnor. Det utvecklande embryot är extremt sårbart. Röntgenstrålar kan orsaka kromosomavvikelser och som ett resultat födelse av barn med missbildningar. Den mest sårbara i detta avseende är graviditetsåldern på upp till 16 veckor. Dessutom är det farligaste för det framtida barnet en röntgen av ryggraden, bäckenet och buken.
Läkarna vet om den skadliga effekten av röntgenstrålar på graviditeten och undviker att använda det på alla möjliga sätt under denna avgörande period i en kvinnas liv.
Det finns dock sidokällor för röntgenstrålar:
Blivande mammor bör vara medvetna om den fara de utgör.
För ammande mödrar är radiodiagnostik inte farligt.
För att undvika även de minimala effekterna av röntgenexponering kan några enkla steg vidtas:
Men inga medicinska ingrepp eller speciella åtgärder krävs för att ta bort strålning efter en röntgen!
Trots de otvivelaktigt allvarliga konsekvenserna av exponering för röntgenstrålar bör man inte överskatta deras fara under medicinska undersökningar - de utförs endast i vissa delar av kroppen och mycket snabbt. Fördelarna med dem överstiger många gånger risken för denna procedur för människokroppen.
1895 upptäckte den tyske fysikern W. Roentgen en ny, tidigare okänd typ av elektromagnetisk strålning, som fick namnet röntgen för att hedra sin upptäckare. W. Roentgen blev författare till sin upptäckt vid 50 års ålder, innehade posten som rektor vid universitetet i Würzburg och hade ett rykte som en av sin tids bästa experimenterare. En av de första som hittade en teknisk tillämpning för Roentgens upptäckt var amerikanen Edison. Han skapade en behändig demonstrationsapparat och anordnade redan i maj 1896 en röntgenutställning i New York, där besökarna kunde se sin egen hand på en lysande skärm. Efter att Edisons assistent dog av de svåra brännskador han fick från ständiga demonstrationer, stoppade uppfinnaren ytterligare experiment med röntgenstrålar.
Röntgenstrålning började användas inom medicinen på grund av dess höga penetrerande kraft. Inledningsvis användes röntgenstrålar för att undersöka benfrakturer och lokalisera främmande kroppar i människokroppen. För närvarande finns det flera metoder baserade på röntgenstrålar. Men dessa metoder har sina nackdelar: strålning kan orsaka djupa skador på huden. Sår som uppträder förvandlas ofta till cancer. I många fall fick fingrar eller händer amputeras. Genomlysning(synonymt med genomskinlighet) är en av huvudmetoderna för röntgenundersökning, som består i att få en plan positiv bild av föremålet som studeras på en genomskinlig (fluorescerande) skärm. Under fluoroskopi befinner sig personen mellan en genomskinlig skärm och ett röntgenrör. På moderna röntgengenomskinliga skärmar visas bilden i det ögonblick som röntgenröret slås på och försvinner direkt efter att det stängts av. Fluoroskopi gör det möjligt att studera organets funktion - hjärtpulsation, andningsrörelser i revbenen, lungorna, diafragman, peristaltiken i matsmältningskanalen, etc. Fluoroskopi används vid behandling av sjukdomar i magen, mag-tarmkanalen, tolvfingertarmen, sjukdomar i levern, gallblåsan och gallvägarna. Samtidigt sätts den medicinska sonden och manipulatorerna in utan vävnadsskada, och åtgärderna under operationen styrs av genomlysning och är synliga på monitorn.
Radiografi - metod för röntgendiagnostik med registrering av en fixerad bild på ett ljuskänsligt material - speciell. fotografisk film (röntgenfilm) eller fotografiskt papper med efterföljande fotobearbetning; Med digital röntgen fixeras bilden i datorns minne. Den utförs på röntgendiagnostikapparater - stationära, installerade i specialutrustade röntgenrum, eller mobila och bärbara - vid patientens säng eller i operationssalen. På röntgenbilder visas elementen i strukturerna i olika organ mycket tydligare än på en fluorescerande skärm. Radiografi utförs för att upptäcka och förebygga olika sjukdomar, dess huvudsakliga mål är att hjälpa läkare av olika specialiteter korrekt och snabbt att ställa en diagnos. En röntgenbild fångar ett organs eller vävnads tillstånd endast vid exponeringstillfället. Men en enda röntgenbild fångar bara anatomiska förändringar vid ett visst ögonblick, det ger statiken i processen; genom en serie röntgenbilder tagna med vissa intervall är det möjligt att studera dynamiken i processen, det vill säga funktionella förändringar. Tomografi. Ordet tomografi kan översättas från grekiska som skiva bild. Detta innebär att syftet med tomografi är att få en skiktad bild av studieobjektets inre struktur. Datortomografi kännetecknas av hög upplösning, vilket gör det möjligt att urskilja subtila förändringar i mjuka vävnader. CT gör det möjligt att upptäcka sådana patologiska processer som inte kan detekteras med andra metoder. Dessutom gör användningen av CT det möjligt att minska dosen av röntgenstrålning som mottas av patienter under den diagnostiska processen.
Fluorografi- en diagnostisk metod som låter dig få en bild av organ och vävnader, utvecklades i slutet av 1900-talet, ett år efter att röntgenstrålar upptäcktes. På bilderna kan man se skleros, fibros, främmande föremål, neoplasmer, inflammationer som har en utvecklad grad, förekomst av gaser och infiltration i håligheterna, bölder, cystor, och så vidare. Oftast utförs en lungröntgen, vilket gör det möjligt att upptäcka tuberkulos, en elakartad tumör i lungorna eller bröstet och andra patologier.
Röntgenterapi- Detta är en modern metod med vilken behandlingen av vissa patologier i lederna utförs. Huvudinriktningarna för behandling av ortopediska sjukdomar med denna metod är: Kronisk. Inflammatoriska processer i lederna (artrit, polyartrit); Degenerativ (artros, osteokondros, deformerande spondylos). Syftet med strålbehandlingär hämning av den vitala aktiviteten hos celler av patologiskt förändrade vävnader eller deras fullständiga förstörelse. Vid icke-tumörsjukdomar syftar röntgenterapi till att undertrycka den inflammatoriska reaktionen, hämma proliferativa processer, minska smärtkänsligheten och sekretorisk aktivitet hos körtlarna. Man bör komma ihåg att könskörtlar, hematopoetiska organ, leukocyter och maligna tumörceller är mest känsliga för röntgenstrålar. Stråldosen i varje enskilt fall bestäms individuellt.
För upptäckten av röntgenstrålning tilldelades Roentgen det första Nobelpriset i fysik 1901, och Nobelkommittén betonade den praktiska betydelsen av hans upptäckt.
Röntgenstrålar är alltså osynlig elektromagnetisk strålning med en våglängd på 105 - 102 nm. Röntgenstrålar kan penetrera vissa material som är ogenomskinliga för synligt ljus. De emitteras under retardationen av snabba elektroner i materia (kontinuerligt spektrum) och under övergångar av elektroner från atomens yttre elektronskal till de inre (linjärt spektrum). Källor till röntgenstrålning är: röntgenrör, några radioaktiva isotoper, acceleratorer och ackumulatorer av elektroner (synkrotronstrålning). Mottagare - film, självlysande skärmar, detektorer för nukleär strålning. Röntgenstrålar används i röntgendiffraktionsanalys, medicin, feldetektering, röntgenspektralanalys, etc.
Modern medicinsk diagnostik och behandling av vissa sjukdomar kan inte föreställas utan enheter som använder egenskaperna hos röntgenstrålar. Upptäckten av röntgenstrålning skedde för mer än 100 år sedan, men även nu fortsätter arbetet med att skapa nya metoder och apparater för att minimera strålningens negativa effekt på människokroppen.
Under naturliga förhållanden är flödet av röntgenstrålar sällsynt och sänds endast ut av vissa radioaktiva isotoper. Röntgenstrålar eller röntgenstrålar upptäcktes först 1895 av den tyske vetenskapsmannen Wilhelm Röntgen. Denna upptäckt skedde av en slump, under ett experiment för att studera beteendet hos ljusstrålar under förhållanden som närmar sig vakuum. Experimentet involverade ett katodgasurladdningsrör med reducerat tryck och en lysrörsskärm, som varje gång började glöda i det ögonblick då röret började verka.
Intresserad av en märklig effekt genomförde Roentgen en serie studier som visar att den resulterande strålningen, osynlig för ögat, kan penetrera olika hinder: papper, trä, glas, vissa metaller och till och med genom människokroppen. Trots bristen på förståelse för själva naturen av vad som händer, oavsett om ett sådant fenomen orsakas av genereringen av en ström av okända partiklar eller vågor, noterades följande mönster - strålning passerar lätt genom kroppens mjuka vävnader, och mycket hårdare genom fasta levande vävnader och livlösa ämnen.
Röntgen var inte den första som studerade detta fenomen. I mitten av 1800-talet studerade fransmannen Antoine Mason och engelsmannen William Crookes liknande möjligheter. Det var dock Roentgen som först uppfann katodröret och en indikator som kunde användas inom medicin. Han var den första att publicera ett vetenskapligt arbete, vilket gav honom titeln som den första nobelpristagaren bland fysiker.
1901 inleddes ett fruktbart samarbete mellan de tre vetenskapsmännen, som blev grundarna till radiologi och radiologi.
Röntgenstrålar är komponent det totala spektrumet av elektromagnetisk strålning. Våglängden är mellan gamma och ultravioletta strålar. Röntgenstrålar har alla vanliga vågegenskaper:
För att artificiellt generera ett röntgenflöde används speciella enheter - röntgenrör. Röntgenstrålning uppstår från kontakt av snabba volframelektroner med ämnen som avdunstar från en het anod. Mot bakgrund av interaktion uppstår elektromagnetiska vågor med kort längd, som ligger i spektrumet från 100 till 0,01 nm och i energiområdet 100-0,1 MeV. Om strålarnas våglängd är mindre än 0,2 nm - detta är hård strålning, om våglängden är större än det angivna värdet kallas de mjuka röntgenstrålar.
Det är signifikant att den kinetiska energin som uppstår från kontakten mellan elektroner och anodsubstansen till 99 % omvandlas till värmeenergi och endast 1 % är röntgenstrålar.
Röntgenstrålning är en överlagring av två typer av strålar - bremsstrahlung och karakteristisk. De genereras i handenheten samtidigt. Därför beror röntgenstrålning och karakteristiken för varje specifikt röntgenrör - spektrumet av dess strålning, på dessa indikatorer och representerar deras överlagring.
Bremsstrahlung eller kontinuerlig röntgenstrålning är resultatet av retardation av elektroner som avdunstar från ett volframtråd.
Karakteristiska eller linjeröntgenstrålar bildas i ögonblicket för omarrangemang av atomerna i substansen i anoden på röntgenröret. Våglängden för de karakteristiska strålarna beror direkt på atomnumret för det kemiska elementet som används för att göra anoden på röret.
De listade egenskaperna hos röntgenstrålar gör att de kan användas i praktiken:
Den egenskap hos röntgenstrålar som bildbehandlingen bygger på är förmågan att antingen sönderfalla eller få vissa ämnen att glöda.
Röntgenstrålning orsakar en fluorescerande glöd i kadmium och zinksulfider - grönt och i kalciumvolframat - blått. Denna egenskap används i tekniken för medicinsk röntgengenomlysning och ökar också funktionaliteten hos röntgenskärmar.
Röntgenstrålningens fotokemiska effekt på ljuskänsliga silverhalogenidmaterial (belysning) gör det möjligt att utföra diagnostik - att ta röntgenbilder. Denna egenskap används också för att mäta mängden av den totala dos som laboratorieassistenter får i röntgenrum. Bärbara dosimetrar har speciella känsliga tejper och indikatorer. Den joniserande effekten av röntgenstrålning gör det möjligt att bestämma de kvalitativa egenskaperna hos de erhållna röntgenstrålarna.
En enda exponering för konventionell röntgenstrålning ökar risken för cancer med endast 0,001 %.
Användningen av röntgenstrålar är acceptabel i följande branscher:
Den huvudsakliga tillämpningen av röntgenstrålar är inom det medicinska området. Idag omfattar sektionen medicinsk radiologi: stråldiagnostik, strålbehandling (röntgenterapi), strålkirurgi. Medicinska universitet producerar högt specialiserade specialister - radiologer.
Röntgenstrålningens höga penetreringskraft och joniserande effekt kan orsaka en förändring i strukturen hos cellens DNA, därför är det farligt för människor. Skadan från röntgenstrålning är direkt proportionell mot den mottagna stråldosen. Olika organ reagerar på bestrålning i olika grad. De mest mottagliga inkluderar:
Okontrollerad användning av röntgenstrålning kan orsaka reversibla och irreversibla patologier.
Konsekvenser av röntgenexponering:
Viktig! Till skillnad från radioaktiva ämnen ackumuleras inte röntgenstrålar i kroppens vävnader, vilket gör att det inte finns något behov av att ta bort röntgenstrålar från kroppen. Röntgenstrålningens skadliga effekt upphör när den medicintekniska produkten stängs av.
Användningen av röntgenstrålar i medicin är tillåten inte bara för diagnostik (traumatologi, tandvård), utan också för terapeutiska ändamål:
Radiodiagnostik inkluderar följande metoder:
Röntgenterapi avser lokala behandlingsmetoder. Oftast används metoden för att förstöra cancerceller. Eftersom effekten av exponering är jämförbar med kirurgiskt avlägsnande kallas denna behandlingsmetod ofta för strålkirurgi.
Idag utförs röntgenbehandling på följande sätt:
Dessa metoder är skonsamma, och deras användning är att föredra framför kemoterapi i vissa fall. Sådan popularitet beror på det faktum att strålarna inte ackumuleras och inte kräver borttagning från kroppen, de har en selektiv effekt, utan att påverka andra celler och vävnader.
Denna indikator på normen för tillåten årlig exponering har sitt eget namn - en genetiskt signifikant ekvivalent dos (GED). Det finns inga tydliga kvantitativa värden för denna indikator.
Idag är följande genomsnittliga GZD-standarder i kraft:
Röntgenstrålning kräver inte utsöndring från kroppen och är endast farlig vid intensiv och långvarig exponering. Modern medicinsk utrustning använder lågenergistrålning av kort varaktighet, så användningen anses vara relativt ofarlig.
Även om forskare bara har upptäckt effekten av röntgenstrålning sedan 1890-talet, gick användningen av röntgenstrålar inom medicinen för denna naturliga kraft snabbt över. Idag, till förmån för mänskligheten, används elektromagnetisk röntgenstrålning inom medicin, akademi och industri, såväl som för generering av elektricitet.
Dessutom har strålning användbara tillämpningar inom områden som jordbruk, arkeologi, rymd, brottsbekämpning, geologi (inklusive gruvdrift) och många andra aktiviteter, till och med bilar utvecklas med hjälp av fenomenet kärnklyvning.
I hälsovårdsmiljöer använder läkare och tandläkare en mängd olika nukleära material och procedurer för att diagnostisera, övervaka och behandla ett brett spektrum av metaboliska processer och sjukdomar i människokroppen. Som ett resultat har medicinska procedurer som använder strålar räddat tusentals liv genom att identifiera och behandla tillstånd som sträcker sig från överaktiv sköldkörtel till bencancer.
De vanligaste av dessa medicinska procedurer involverar användningen av strålar som kan passera genom vår hud. När en bild tas verkar våra ben och andra strukturer kasta skuggor eftersom de är tätare än vår hud, och dessa skuggor kan upptäckas på film eller på en skärm. Effekten liknar att placera en penna mellan ett papper och ett ljus. Skuggan från pennan kommer att synas på pappersarket. Skillnaden är att strålarna är osynliga, så det behövs ett inspelningselement, ungefär som fotografisk film. Detta gör det möjligt för läkare och tandläkare att utvärdera tillämpningen av röntgenstrålar genom att se brutna ben eller tandproblem.
Användning av röntgenstrålning på ett riktat sätt för medicinska ändamål, inte bara för att upptäcka skador. När den används specifikt är den avsedd att döda cancervävnad, minska storleken på en tumör eller lindra smärta. Till exempel används radioaktivt jod (specifikt jod-131) ofta för att behandla sköldkörtelcancer, ett tillstånd som många människor lider av.
Enheter som använder den här egenskapen är också anslutna till datorer och skannar, kallat: computed axial tomography eller computed tomography.
Dessa instrument ger läkare en färgbild som visar konturer och detaljer om inre organ. Detta hjälper läkare att upptäcka och identifiera tumörer, onormal storlek eller andra fysiologiska eller funktionella organproblem.
Dessutom utför sjukhus och radiologiska centra miljontals ingrepp årligen. I sådana procedurer skjuter läkare lätt radioaktiva ämnen in i kroppen på patienter för att titta på vissa inre organ, såsom bukspottkörteln, njurarna, sköldkörteln, levern eller hjärnan, för att diagnostisera kliniska tillstånd.
