Atom olaylarının incelenmesinde ve pratik kullanımında X-ışınları en önemli rollerden birini oynar. Araştırmaları sayesinde birçok keşif yapıldı ve çeşitli alanlarda kullanılan maddelerin analizine yönelik yöntemler geliştirildi. Burada X-ışını türlerinden birine bakacağız - karakteristik x-ışını radyasyonu.
X-ışını radyasyonu, uzayda yaklaşık 300.000 km/s hızla yayılan, elektromanyetik dalgalar olan, elektromanyetik alanın durumundaki yüksek frekanslı bir değişikliktir. Elektromanyetik radyasyon aralığı ölçeğinde, x-ışınları, yaklaşık 10-8 ila 5∙10-12 metre arasındaki dalga boyu bölgesinde bulunur; bu, optik dalgalardan birkaç kat daha kısadır. Bu, 3∙10 16 ila 6∙10 19 Hz arasındaki frekanslara ve 10 eV ila 250 keV veya 1,6∙10 -18 ila 4∙10 -14 J arasındaki enerjilere karşılık gelir. Frekans aralıklarının sınırlarının şu şekilde olduğu belirtilmelidir: elektromanyetik radyasyon, örtüşmelerinden dolayı oldukça keyfidir.
Hızlandırılmış yüklü parçacıkların (yüksek enerjili elektronlar) elektrik ve manyetik alanlarla ve maddenin atomlarıyla etkileşimidir.
X-ışını fotonları, özellikle dalga boyları 1 nanometreden (10-9 m) daha düşük olan sert X-ışınları için, yüksek enerjiler ve yüksek nüfuz etme ve iyonlaştırma güçleri ile karakterize edilir.
X ışınları, fotoelektrik etki (fotoabsorpsiyon) ve tutarsız (Compton) saçılma süreçlerinde madde ile etkileşime girerek atomlarını iyonize eder. Fotoabsorbsiyonda, bir atomun elektronu tarafından absorbe edilen bir X-ışını fotonu, ona enerji aktarır. Değeri atomdaki elektronun bağlanma enerjisini aşarsa atomdan ayrılır. Compton saçılması daha sert (enerjik) X-ışını fotonlarının karakteristiğidir. Emilen fotonun enerjisinin bir kısmı iyonizasyona harcanır; bu durumda, birincil fotonun yönüne belirli bir açıyla, daha düşük frekanslı bir ikincil foton yayılır.
Kiriş üretmek için, içinde elektrot bulunan cam vakum silindirleri kullanılır. Elektrotlar arasındaki potansiyel farkının yüzlerce kilovolta kadar çok yüksek olması gerekir. Akımla ısıtılan tungsten katotta termiyonik emisyon meydana gelir, yani potansiyel farkla hızlanan anodu bombalayan elektronlar ondan yayılır. Anotun atomlarıyla (bazen antikatot olarak da adlandırılır) etkileşimleri sonucunda X-ışını fotonları doğar.
Hangi sürecin bir fotonun oluşmasına yol açtığına bağlı olarak, X-ışını radyasyonu türleri ayırt edilir: Bremsstrahlung ve karakteristik.
Elektronlar anotla karşılaştıklarında yavaşlayabilir, yani atomlarının elektrik alanlarında enerji kaybedebilirler. Bu enerji x-ışını fotonları şeklinde yayılır. Bu tür radyasyona bremsstrahlung denir.
Frenleme koşullarının bireysel elektronlar için farklı olacağı açıktır. Bu, kinetik enerjilerinin farklı miktarlarının x-ışınlarına dönüştüğü anlamına gelir. Sonuç olarak bremsstrahlung, farklı frekanslardaki ve buna bağlı olarak dalga boylarındaki fotonları içerir. Bu nedenle spektrumu süreklidir (sürekli). Bazen bu nedenle “beyaz” X-ışını radyasyonu olarak da adlandırılır.
Bir Bremsstrahlung fotonun enerjisi, onu üreten elektronun kinetik enerjisini aşamaz, dolayısıyla Bremsstrahlung radyasyonunun maksimum frekansı (ve en kısa dalga boyu), anot üzerine gelen elektronların kinetik enerjisinin en yüksek değerine karşılık gelir. İkincisi elektrotlara uygulanan potansiyel farkına bağlıdır.
Kaynağı farklı bir süreç olan başka bir tür X-ışını radyasyonu vardır. Bu radyasyona karakteristik radyasyon denir ve üzerinde daha detaylı duracağız.
Anti-katoda ulaşan hızlı bir elektron, atomun içine nüfuz edebilir ve alt yörüngelerden birinden bir elektronu çıkarabilir, yani potansiyel bariyeri aşmak için yeterli enerjiyi ona aktarabilir. Ancak elektronların bulunduğu atomda daha yüksek enerji seviyeleri varsa boşalan alan boş kalmayacaktır.
Her enerji sistemi gibi atomun elektronik yapısının da enerjiyi en aza indirme eğiliminde olduğu unutulmamalıdır. Nakavt sonucu oluşan boşluk, daha yüksek seviyelerden birinden gelen bir elektronla doldurulur. Enerjisi daha yüksektir ve daha düşük bir seviyeyi işgal ederek fazlalığı karakteristik bir x-ışını radyasyonu kuantumu şeklinde yayar.
Bir atomun elektronik yapısı, elektronların olası enerji durumlarının ayrı bir kümesidir. Bu nedenle, elektron boşluklarının değiştirilmesi sırasında yayılan X-ışını fotonları da yalnızca kesin olarak tanımlanmış enerji değerlerine sahip olabilir ve bu da düzey farkını yansıtır. Sonuç olarak, karakteristik X-ışını radyasyonu sürekli olmayan ancak çizgi şeklinde bir spektruma sahiptir. Bu spektrum, anotun maddesini karakterize etmeyi mümkün kılar; dolayısıyla bu ışınların adı da buradan gelir. Bremsstrahlung ve karakteristik X-ışını radyasyonunun ne anlama geldiği, spektral farklılıklar sayesinde açıktır.
Bazen fazla enerji atom tarafından yayılmaz, ancak üçüncü elektronu yok etmek için harcanır. Auger etkisi olarak adlandırılan bu sürecin, elektron bağlanma enerjisi 1 keV'yi aşmadığında ortaya çıkma olasılığı daha yüksektir. Serbest bırakılan Auger elektronunun enerjisi, atomun enerji seviyelerinin yapısına bağlıdır, dolayısıyla bu tür elektronların spektrumları da doğası gereği ayrıktır.
X-ışını spektral resminde sürekli bir Bremsstrahlung spektrumu ile birlikte dar karakteristik çizgiler mevcuttur. Spektrumu yoğunluk-dalga boyu (frekans) grafiği olarak hayal edersek, çizgilerin yerlerinde keskin tepe noktaları görürüz. Konumları anot malzemesine bağlıdır. Bu maksimumlar herhangi bir potansiyel farkta mevcuttur; eğer X-ışınları varsa, her zaman zirveler de vardır. Tüp elektrotları üzerindeki voltaj arttıkça hem sürekli hem de karakteristik X-ışını radyasyonunun yoğunluğu artar, ancak tepe noktalarının konumu ve yoğunluklarının oranı değişmez.
X-ışını spektrumundaki tepe noktaları, elektronlar tarafından ışınlanan antikatodun materyalinden bağımsız olarak aynı görünüme sahiptir, ancak farklı materyaller için farklı frekanslarda konumlandırılırlar ve frekans değerlerinin yakınlığına bağlı olarak seri halinde birleşirler. Serilerin kendi aralarında frekans farkı çok daha belirgindir. Maksimumun türü hiçbir şekilde anot malzemesinin saf bir kimyasal element mi yoksa karmaşık bir madde mi olduğuna bağlı değildir. İkinci durumda, kendisini oluşturan elemanların karakteristik X-ışını spektrumları basitçe üst üste bindirilir.
Bir kimyasal elementin atom numarası arttıkça X-ışını spektrumunun tüm çizgileri daha yüksek frekanslara doğru kayar. Spektrum görünümünü korur.
Karakteristik çizgilerin spektral kayması olgusu, 1913'te İngiliz fizikçi Henry Moseley tarafından deneysel olarak keşfedildi. Bu onun maksimum spektrum frekanslarını kimyasal elementlerin seri numaralarıyla birleştirmesine olanak sağladı. Böylece, ortaya çıktığı gibi, karakteristik X-ışını radyasyonunun dalga boyu, belirli bir elementle açıkça ilişkilendirilebilir. Genel olarak Moseley yasası şu şekilde yazılabilir: √f = (Z - S n)/n√R, burada f frekans, Z elemanın seri numarası, S n perdeleme sabiti, n ise baş kuantum sayısı ve R, Rydberg sabitidir. Bu bağımlılık doğrusaldır ve Moseley diyagramında her n değeri için bir dizi düz çizgi gibi görünür.
N değerleri, bireysel karakteristik X-ışını emisyon zirveleri serisine karşılık gelir. Moseley yasası, X-ışını spektrumunun maksimumlarının ölçülen dalga boylarına (bunlar benzersiz bir şekilde frekanslarla ilişkilidir) dayanarak sert elektronlar tarafından ışınlanan bir kimyasal elementin seri numarasını belirlemeyi mümkün kılar.
Kimyasal elementlerin elektronik kabuklarının yapısı aynıdır. Bu, X-ışını radyasyonunun karakteristik spektrumundaki kayma değişiminin monotonluğu ile gösterilir. Frekans kayması yapısal değil, her bir elemente özgü olan elektron kabukları arasındaki enerji farklılıklarını yansıtır.
Moseley yasasıyla ifade edilen katı doğrusal ilişkiden küçük sapmalar vardır. Bunlar, ilk olarak, bazı elementlerin elektron kabuklarını doldurma sırasının özellikleriyle ve ikinci olarak, ağır atomların elektronlarının hareketinin göreceli etkileriyle ilişkilidir. Ayrıca çekirdekteki nötron sayısı değiştiğinde (izotopik kayma denir) çizgilerin konumu biraz değişebilir. Bu etki atomun yapısını detaylı olarak incelemeyi mümkün kıldı.
Moseley yasasının önemi son derece büyüktür. Mendeleev'in periyodik sisteminin elemanlarına tutarlı bir şekilde uygulanması, karakteristik maksimumlardaki her küçük kaymaya karşılık gelen sıra sayısını artıran bir model oluşturdu. Bu, elementlerin sıralı sayısının fiziksel anlamı sorusunun açıklığa kavuşturulmasına yardımcı oldu. Z değeri sadece bir sayı değildir: çekirdeğin pozitif elektrik yüküdür; bu, bileşimini oluşturan parçacıkların birim pozitif yüklerinin toplamıdır. Öğelerin tabloya doğru yerleştirilmesi ve içinde boş konumların varlığı (o zamanlar hala mevcuttu) güçlü bir onay aldı. Periyodik kanunun geçerliliği kanıtlandı.
Ek olarak Moseley yasası, tüm deneysel araştırma yönünün - X-ışını spektrometrisinin - ortaya çıktığı temel haline geldi.
Elektron yapısının nasıl yapıldığını kısaca hatırlayalım: K, L, M, N, O, P, Q harfleri veya 1'den 7'ye kadar rakamlarla gösterilen kabuklardan oluşur. Kabuk içindeki elektronlar aynı temel kuantum ile karakterize edilir. Olası enerji değerlerini belirleyen n sayısı. Dış kabuklarda elektron enerjisi daha yüksektir ve dış elektronların iyonlaşma potansiyeli buna bağlı olarak daha düşüktür.
Kabuk bir veya daha fazla alt seviye içerir: s, p, d, f, g, h, i. Her kabukta alt düzey sayısı bir öncekine göre bir artar. Her alt seviyedeki ve her kabuktaki elektron sayısı belirli bir değeri aşamaz. Ana kuantum sayısına ek olarak, şekli belirleyen yörünge elektron bulutunun aynı değeri ile karakterize edilirler. Alt düzeyler ait oldukları kabuk tarafından belirlenir; örneğin 2s, 4d vb.
Alt seviye, ana ve yörüngesel olanlara ek olarak, elektronun yörüngesel momentumunun manyetik alanın yönüne projeksiyonunu belirleyen başka bir kuantum sayısı - manyetik ile belirtilenleri içerir. Bir yörünge, dördüncü kuantum sayısı olan spinin değerinde farklılık gösteren ikiden fazla elektrona sahip olamaz.
Karakteristik X-ışını radyasyonunun nasıl ortaya çıktığını daha ayrıntılı olarak ele alalım. Bu tür elektromanyetik emisyonun kökeni atomun içinde meydana gelen olaylarla ilişkili olduğundan, onu tam olarak elektronik konfigürasyonların yaklaşımıyla tanımlamak en uygunudur.
Dolayısıyla bu radyasyonun nedeni, yüksek enerjili elektronların atomun derinliklerine nüfuz etmesinden kaynaklanan iç kabuklarda elektron boşluklarının oluşmasıdır. Sert bir elektronun etkileşime girme olasılığı, elektron bulutlarının yoğunluğu arttıkça artar. Bu nedenle çarpışmaların en alttaki K kabuğu gibi sıkı bir şekilde paketlenmiş iç kabuklarda meydana gelmesi muhtemeldir. Burada atom iyonize olur ve 1s kabuğunda bir boşluk oluşur.
Bu boşluk kabuktaki daha yüksek enerjiye sahip bir elektron tarafından doldurulur ve bunun fazlası X-ışını fotonu tarafından taşınır. Bu elektron ikinci L kabuğundan, üçüncü M kabuğundan vb. “düşebilir”. Bu örnekte K serisi gibi karakteristik bir seri bu şekilde oluşturulur. Boşluğu dolduran elektronun nereden geldiğine dair bir gösterge, seri tanımlamasında Yunan indeksi şeklinde verilmiştir. "Alfa" L kabuğundan geldiğini, "beta" ise M kabuğundan geldiğini ifade eder. Şu anda, Yunan harf indekslerini, kabukları belirlemek için benimsenen Latin harf indeksleriyle değiştirme eğilimi var.
Serideki alfa çizgisinin yoğunluğu her zaman en yüksektir; bu, komşu kabuktaki boşluğu doldurma olasılığının en yüksek olduğu anlamına gelir.
Artık karakteristik X-ışını radyasyonunun bir kuantumunun maksimum enerjisinin ne olduğu sorusunu cevaplayabiliriz. E = E n 2 - E n 1 formülüne göre, elektron geçişinin gerçekleştiği seviyelerin enerji değerleri arasındaki farkla belirlenir; burada E n 2 ve E n 1, elektronik devrenin enerjileridir. geçişin gerçekleştiği durumlar. Bu parametrenin en yüksek değeri, ağır elementlerin atomlarının en yüksek seviyelerinden K serisi geçişlerle verilir. Ancak bu çizgilerin yoğunluğu (zirvelerin yüksekliği) en düşük seviyededir çünkü bunlar en az olasıdır.
Elektrotlardaki voltajın yetersiz olması nedeniyle sert bir elektron K seviyesine ulaşamazsa, L seviyesinde bir boşluk oluşur ve daha uzun dalga boylarına sahip, daha az enerjili bir L serisi oluşur. Sonraki diziler de benzer şekilde doğar.
Ayrıca elektronik geçiş sonucunda bir boşluk dolduğunda, üstteki kabukta yeni bir boşluk ortaya çıkar. Bu, bir sonraki serinin oluşturulması için koşulları yaratır. Elektron boşlukları seviyeden seviyeye yükselir ve atom, iyonize halde kalırken bir dizi karakteristik spektral dizi yayar.
Karakteristik X-ışını radyasyonunun atomik X-ışını spektrumları, optik spektrumlarda olduğu gibi çizgi bölünmesiyle ifade edilen ince bir yapı ile karakterize edilir.
İnce yapı, enerji seviyesinin (elektron kabuğunun) birbirine yakın yerleştirilmiş bileşenlerden (alt kabuklardan) oluşmasından kaynaklanmaktadır. Alt kabukları karakterize etmek için, elektronun kendi ve yörünge manyetik momentlerinin etkileşimini yansıtan başka bir iç kuantum numarası j eklenir.
Dönme-yörünge etkileşiminin etkisiyle atomun enerji yapısı daha karmaşık hale gelir ve bunun sonucunda karakteristik X-ışını radyasyonu, çok yakın aralıklı elemanlara sahip bölünmüş çizgilerle karakterize edilen bir spektruma sahip olur.
İnce yapı elemanları genellikle ek dijital endekslerle gösterilir.
Karakteristik X-ışını radyasyonu, yalnızca spektrumun ince yapısında yansıtılan bir özelliğe sahiptir. Bir elektronun daha düşük bir enerji seviyesine geçişi, daha yüksek bir seviyenin alt alt kabuğundan gerçekleşmez. Böyle bir olayın ihmal edilebilir bir olasılığı vardır.
Bu radyasyon, Moseley yasası tarafından tanımlanan özellikleri nedeniyle, maddelerin analizi için çeşitli X-ışını spektral yöntemlerinin temelini oluşturur. X-ışını spektrumunu analiz ederken, ya radyasyonun kristaller üzerindeki kırınımı (dalga dağıtma yöntemi) ya da emilen X-ışını fotonlarının enerjisine duyarlı dedektörler (enerji dağıtma yöntemi) kullanılır. Çoğu elektron mikroskobu bir çeşit X-ışını spektrometresi eklentisiyle donatılmıştır.
Dalga dağıtıcı spektrometri özellikle doğrudur. Özel filtreler kullanılarak spektrumdaki en yoğun tepe noktaları vurgulanır ve kesin olarak bilinen bir frekansa sahip neredeyse tek renkli radyasyonun elde edilmesi mümkün olur. İstenilen frekansta monokromatik bir ışın elde edilmesini sağlamak için anot malzemesi çok dikkatli seçilir. İncelenen maddenin kristal kafesi üzerindeki kırınımı, kafes yapısının büyük bir doğrulukla incelenmesine olanak tanır. Bu yöntem aynı zamanda DNA ve diğer karmaşık moleküllerin incelenmesinde de kullanılır.
Karakteristik X-ışını radyasyonunun özelliklerinden biri de gama spektrometrisinde dikkate alınır. Bu yüksek yoğunluklu karakteristik bir zirvedir. Gama spektrometreleri, ölçümlere müdahale eden dış arka plan radyasyonuna karşı kurşun koruma kullanır. Ancak gama ışınlarını emen kurşun, dahili iyonlaşmayı deneyimler ve bunun sonucunda X-ışını aralığında aktif olarak yayılır. Kurşunun karakteristik X-ışını radyasyonunun yoğun tepe noktalarını absorbe etmek için ek kadmiyum koruması kullanılır. Bu da iyonize olur ve ayrıca X ışınları yayar. Kadmiyumun karakteristik tepe noktalarını nötralize etmek için üçüncü bir koruyucu katman kullanılır - X-ışını maksimumları gama spektrometresinin çalışma frekans aralığının dışında kalan bakır.
Spektrometri hem Bremsstrahlung'u hem de karakteristik X ışınlarını kullanır. Bu nedenle, maddeleri analiz ederken, sürekli X ışınlarının çeşitli maddeler tarafından absorpsiyon spektrumları incelenir.
X ışınlarının temel özelliklerinin araştırılmasındaki keşif ve esaslar haklı olarak Alman bilim adamı Wilhelm Conrad Roentgen'e aittir. Keşfettiği X-ışınlarının şaşırtıcı özellikleri, bilim dünyasında anında büyük yankı uyandırdı. O zamanlar, 1895'te, bilim adamı, X-ışını radyasyonunun ne gibi faydalar ve bazen zararlar getirebileceğini hayal bile edemezdi.
Bu yazıda bu tür radyasyonun insan sağlığını nasıl etkilediğini öğrenelim.
Araştırmacının ilgisini çeken ilk soru X-ışını radyasyonu nedir? Bir dizi deney, bunun ultraviyole ve gama radyasyonu arasında bir ara pozisyonda yer alan, 10-8 cm dalga boyuna sahip elektromanyetik radyasyon olduğunu doğrulamayı mümkün kıldı.
Gizemli X-ışınlarının yıkıcı etkilerinin tüm bu yönleri, bunların şaşırtıcı derecede kapsamlı uygulamalarını hiçbir şekilde dışlamaz. X-ışını radyasyonu nerede kullanılır?
X ışınlarının en önemli uygulamaları, bu dalgaların çok kısa dalga boyları ve benzersiz özellikleri sayesinde mümkün olmaktadır.
X-ışını radyasyonunun yalnızca tıbbi muayene veya tedavi sırasında karşılaşan kişiler üzerindeki etkisiyle ilgilendiğimiz için, yalnızca X-ışınlarının bu uygulama alanını ele alacağız.
Keşfinin özel önemine rağmen Roentgen'in kullanımı için bir patent almaması onu tüm insanlık için paha biçilmez bir hediye haline getirdi. Zaten Birinci Dünya Savaşı'nda, yaralıların hızlı ve doğru bir şekilde teşhis edilmesini mümkün kılan X-ışını makineleri kullanılmaya başlandı. Artık X ışınlarının tıpta iki ana uygulama alanını ayırt edebiliriz:
X-ışını teşhisi çeşitli şekillerde kullanılır:
Bu yöntemler arasındaki farklara bakalım.
Bu teşhis yöntemlerinin tümü, X ışınlarının fotoğraf filmini aydınlatma kabiliyetine ve dokulara ve kemik iskeletine farklı geçirgenliklerine dayanmaktadır.
X ışınlarının doku üzerinde biyolojik etkiye sahip olma özelliği tıpta tümörlerin tedavisinde kullanılmaktadır. Bu radyasyonun iyonlaştırıcı etkisi, en aktif şekilde, kötü huylu tümörlerin hücreleri olan hızla bölünen hücreler üzerindeki etkisinde ortaya çıkar.
Ancak şunu da bilmelisiniz yan etkiler kaçınılmaz olarak radyoterapiye eşlik eder. Gerçek şu ki, hematopoietik, endokrin ve bağışıklık sistemi hücreleri de hızla bölünür. Bunlar üzerindeki olumsuz etkiler radyasyon hastalığı belirtilerine yol açar.
X-ışınlarının dikkat çekici keşfinden kısa bir süre sonra, X-ışınlarının insanlar üzerinde de etkisi olduğu keşfedildi.
Bu veriler deney hayvanları üzerinde yapılan deneylerden elde edildi, ancak genetikçiler benzer sonuçların insan vücuduna da yayılabileceğini öne sürüyor.
X-ışınına maruz kalmanın etkilerinin incelenmesi, izin verilen radyasyon dozları için uluslararası standartların geliştirilmesini mümkün kılmıştır.
Birçok hasta, röntgen odasını ziyaret ettikten sonra, alınan radyasyon dozunun sağlıklarını nasıl etkileyeceği konusunda endişe duyuyor?
Toplam vücut radyasyonunun dozu, gerçekleştirilen işlemin niteliğine bağlıdır. Kolaylık sağlamak için, alınan dozu, bir kişiye hayatı boyunca eşlik eden doğal radyasyonla karşılaştıracağız.
Bu radyasyon dozları kabul edilebilir standartları karşılamaktadır ancak eğer hasta röntgen çekilmeden önce kaygı yaşıyorsa özel koruyucu önlük talep etme hakkına sahiptir.
Herkes birden fazla kez röntgen muayenesinden geçmek zorunda kalıyor. Ancak bir kural var - bu teşhis yöntemi hamile kadınlara reçete edilemez. Gelişmekte olan embriyo son derece savunmasızdır. X ışınları kromozom anormalliklerine ve bunun sonucunda da gelişimsel kusurlu çocukların doğmasına neden olabilir. Bu konuda en hassas dönem 16 haftaya kadar olan hamileliktir. Ayrıca omurga, pelvik ve karın bölgelerinin röntgeni doğmamış bebek için en tehlikelidir.
X-ışını radyasyonunun hamilelik üzerindeki zararlı etkilerini bilen doktorlar, bir kadının hayatındaki bu önemli dönemde onu kullanmaktan mümkün olan her şekilde kaçınırlar.
Bununla birlikte, X-ışını radyasyonunun yan kaynakları da vardır:
Anne adayları bunların oluşturduğu tehlikenin farkında olmalıdır.
X-ışını teşhisi emziren anneler için tehlikeli değildir.
X-ışınına maruz kalmanın minimum etkilerinden bile kaçınmak için bazı basit adımları uygulayabilirsiniz:
Ancak röntgen sonrası radyasyonun giderilmesi için herhangi bir tıbbi prosedür veya özel önlem gerekli değildir!
X ışınlarına maruz kalmanın şüphesiz ciddi sonuçlarına rağmen, tıbbi muayeneler sırasındaki tehlikeleri fazla tahmin edilmemelidir - bunlar vücudun yalnızca belirli bölgelerinde ve çok hızlı bir şekilde gerçekleştirilir. Onlardan elde edilen faydalar, bu prosedürün insan vücudu için risklerini birçok kez aşmaktadır.
1895 yılında Alman fizikçi W. Roentgen, keşfedicisinin onuruna X-ışını adı verilen, daha önce bilinmeyen yeni bir elektromanyetik radyasyon türü keşfetti. V. Roentgen, 50 yaşında keşfinin yazarı oldu, Würzburg Üniversitesi'nde rektörlük görevini üstlendi ve zamanının en iyi deneycilerinden biri olarak ün kazandı. X-ışınının keşfi için teknik uygulamayı ilk bulanlardan biri Amerikalı Edison'du. Uygun bir gösteri aparatı yarattı ve Mayıs 1896'da New York'ta ziyaretçilerin parlak bir ekranda kendi ellerini inceleyebilecekleri bir X-ışını sergisi düzenledi. Edison'un asistanı sürekli gösteriler sırasında aldığı ciddi yanıklar nedeniyle öldükten sonra mucit, X-ışınları ile daha fazla deney yapmayı bıraktı.
X-ışını radyasyonu, büyük nüfuz etme kabiliyeti nedeniyle tıpta kullanılmaya başlandı. Başlangıçta, kemik kırıklarını incelemek ve yabancı cisimlerin insan vücudundaki yerini belirlemek için X ışınları kullanıldı. Şu anda, X-ışını radyasyonuna dayanan çeşitli yöntemler vardır. Ancak bu yöntemlerin dezavantajları vardır: Radyasyon ciltte derin hasara neden olabilir. Ortaya çıkan ülserler sıklıkla kansere dönüştü. Çoğu durumda parmakların veya ellerin kesilmesi gerekti. Röntgen(transillüminasyon ile eşanlamlı), yarı saydam (floresan) bir ekranda incelenen nesnenin düzlemsel pozitif görüntüsünün elde edilmesini içeren ana röntgen muayenesi yöntemlerinden biridir. Floroskopi sırasında denek yarı saydam bir ekran ile bir röntgen tüpü arasında konumlandırılır. Modern X-ışını iletim ekranlarında görüntü, X-ışını tüpü açıldığında belirir ve kapatıldıktan hemen sonra kaybolur. Floroskopi, bir organın işlevini incelemeyi mümkün kılar - kalbin nabzı, kaburgaların solunum hareketleri, akciğerler, diyafram, sindirim sisteminin peristaltizmi vb. Floroskopi mide, gastrointestinal sistem, duodenum hastalıkları, karaciğer, safra kesesi ve safra yolları hastalıklarının tedavisinde kullanılır. Bu durumda tıbbi prob ve manipülatörler dokuya zarar vermeden yerleştirilmekte ve operasyon sırasındaki hareketler floroskopi ile kontrol edilerek monitörde görülebilmektedir.
Röntgen - Işığa duyarlı bir malzeme üzerine sabit bir görüntünün kaydedildiği X-ışını teşhis yöntemi - özel. fotoğraf filmi (X-ışını filmi) veya daha sonra fotoğraf işleme ile fotoğraf kağıdı; Dijital radyografide görüntü bilgisayar hafızasına kaydedilir. Hastanın başucunda veya ameliyathanede sabit, özel donanımlı röntgen odalarına monte edilmiş veya mobil ve taşınabilir röntgen teşhis makinelerinde gerçekleştirilir. X ışınları, çeşitli organların yapısal elemanlarını floresan ekrandan çok daha net bir şekilde gösterir. Röntgen, çeşitli hastalıkları tanımlamak ve önlemek için yapılır; temel amacı, çeşitli uzmanlık alanlarındaki doktorların doğru ve hızlı bir şekilde teşhis koymasına yardımcı olmaktır. X-ışını görüntüsü, bir organın veya dokunun yalnızca çekim anındaki durumunu kaydeder. Ancak tek bir radyografi yalnızca belirli bir andaki anatomik değişiklikleri kaydeder, statik bir süreç verir; Belirli aralıklarla alınan bir dizi radyografi aracılığıyla sürecin dinamiklerini yani fonksiyonel değişiklikleri incelemek mümkündür. Tomografi. Tomografi kelimesi Yunancadan şu şekilde tercüme edilebilir: "resmi dilimle". Bu, tomografinin amacının, incelenen nesnenin iç yapısının katman katman görüntüsünü elde etmek olduğu anlamına gelir. Bilgisayarlı tomografi, yumuşak dokulardaki ince değişiklikleri ayırt etmeyi mümkün kılan yüksek çözünürlükle karakterize edilir. BT, diğer yöntemlerle tespit edilemeyen patolojik süreçleri tespit etmenizi sağlar. Ayrıca BT kullanımı, tanı süreci sırasında hastaların aldığı X-ışını radyasyonunun dozunu azaltmayı mümkün kılar.
Florografi- X ışınlarının keşfedilmesinden bir yıl sonra, 20. yüzyılın sonunda organ ve dokuların görüntülerini elde etmeyi sağlayan bir teşhis yöntemi geliştirildi. Fotoğraflarda skleroz, fibrozis, yabancı cisimler, neoplazmalar, gelişmiş derecede iltihaplanma, boşluklarda gaz varlığı ve sızma, apseler, kistler vb. Çoğu zaman göğüs florografisi, tüberkülozu, akciğerlerde veya göğüste kötü huylu bir tümörü ve diğer patolojileri tespit etmek için yapılır.
Röntgen tedavisi belirli eklem patolojilerinin tedavisinde kullanılan modern bir yöntemdir. Bu yöntemi kullanarak ortopedik hastalıkların ana tedavi alanları şunlardır: Kronik. Eklemlerin inflamatuar süreçleri (artrit, poliartrit); Dejeneratif (osteoartroz, osteokondroz, spondiloz deformans). Radyoterapinin amacı patolojik olarak değiştirilmiş dokulardaki hücrelerin hayati aktivitesinin engellenmesi veya bunların tamamen yok edilmesidir. Tümör dışı hastalıklar için radyoterapi, inflamatuar reaksiyonu baskılamayı, proliferatif süreçleri baskılamayı, ağrı duyarlılığını ve bezlerin salgı aktivitesini azaltmayı amaçlar. Cinsiyet bezlerinin, hematopoietik organların, lökositlerin ve kötü huylu tümör hücrelerinin X ışınlarına en duyarlı olduğu dikkate alınmalıdır. Radyasyon dozu her özel durumda ayrı ayrı belirlenir.
X-ışınlarının keşfi nedeniyle Roentgen, 1901'de ilk Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü ve Nobel Komitesi, keşfinin pratik önemini vurguladı.
Dolayısıyla X ışınları 105 - 102 nm dalga boyuna sahip görünmez elektromanyetik radyasyondur. X ışınları görünür ışığı geçirmeyen bazı materyallere nüfuz edebilir. Bir maddedeki hızlı elektronların yavaşlaması sırasında (sürekli spektrum) ve elektronların bir atomun dış elektron kabuklarından iç kabuklarına geçişi (çizgi spektrumu) sırasında yayılırlar. X-ışını radyasyonunun kaynakları şunlardır: bir X-ışını tüpü, bazı radyoaktif izotoplar, hızlandırıcılar ve elektron depolama cihazları (senkrotron radyasyonu). Alıcılar - fotoğraf filmi, floresan ekranlar, nükleer radyasyon dedektörleri. X-ışınları, X-ışını kırınım analizi, tıp, kusur tespiti, X-ışını spektral analizi vb. alanlarda kullanılır.
Bazı hastalıkların modern tıbbi tanısı ve tedavisi, x-ışını radyasyonunun özelliklerini kullanan cihazlar olmadan hayal edilemez. X ışınlarının keşfi 100 yıldan daha uzun bir süre önce gerçekleşti, ancak şimdi bile radyasyonun insan vücudu üzerindeki olumsuz etkilerini en aza indirecek yeni teknikler ve cihazlar oluşturma çalışmaları devam ediyor.
Doğal koşullar altında, X-ışını akışları nadirdir ve yalnızca belirli radyoaktif izotoplar tarafından yayılır. X-ışınları veya X-ışınları ancak 1895 yılında Alman bilim adamı Wilhelm Röntgen tarafından keşfedildi. Bu keşif, ışık ışınlarının boşluğa yaklaşan koşullardaki davranışını incelemek için yapılan bir deney sırasında tesadüfen meydana geldi. Deney, azaltılmış basınçlı bir katot gaz boşaltma tüpünü ve tüpün çalışmaya başladığı anda her seferinde parlamaya başlayan bir floresan ekranı içeriyordu.
Garip etkiyle ilgilenen Roentgen, ortaya çıkan ve gözle görülmeyen radyasyonun çeşitli engelleri aşabildiğini gösteren bir dizi çalışma yürüttü: kağıt, ahşap, cam, bazı metaller ve hatta insan vücudunun içinden. Olan bitenin doğasının anlaşılmamasına rağmen, böyle bir olgunun bilinmeyen parçacıklardan veya dalgalardan oluşan bir akışın oluşmasından kaynaklanıp kaynaklanmadığına rağmen, aşağıdaki model not edildi - radyasyon vücudun yumuşak dokularından kolayca geçer ve sert canlı dokular ve cansız maddeler yoluyla çok daha zordur.
Bu fenomeni inceleyen ilk kişi Roentgen değildi. 19. yüzyılın ortalarında Fransız Antoine Mason ve İngiliz William Crookes da benzer olasılıkları araştırdı. Ancak katot tüpünü ve tıpta kullanılabilecek bir göstergeyi ilk icat eden kişi Roentgen olmuştur. Ona fizikçiler arasında ilk Nobel ödülü sahibi unvanını kazandıran bilimsel bir çalışmayı yayınlayan ilk kişi oldu.
1901 yılında radyoloji ve radyolojinin kurucu babaları olan üç bilim adamı arasında verimli bir işbirliği başladı.
X-ışınları bileşen Elektromanyetik radyasyonun genel spektrumu. Dalga boyu gama ve ultraviyole ışınları arasındadır. X-ışınları tüm olağan dalga özelliklerine sahiptir:
Yapay olarak bir X-ışını akışı oluşturmak için özel cihazlar kullanılır - X-ışını tüpleri. X-ışını radyasyonu, tungstenden gelen hızlı elektronların sıcak anottan buharlaşan maddelerle teması nedeniyle oluşur. Etkileşimin arka planında, 100 ila 0,01 nm spektrumda ve 100-0,1 MeV enerji aralığında yer alan kısa uzunlukta elektromanyetik dalgalar ortaya çıkar. Işınların dalga boyu 0,2 nm'den küçükse buna sert radyasyon, dalga boyu bu değerden büyükse yumuşak X-ışınları denir.
Elektronların anot maddesiyle teması sonucu ortaya çıkan kinetik enerjinin %99'unun ısı enerjisine dönüşmesi ve yalnızca %1'inin X ışınlarına dönüşmesi önemlidir.
X-radyasyonu iki tür ışının üst üste binmesidir - Bremsstrahlung ve karakteristik. Tüpte aynı anda üretilirler. Bu nedenle, X-ışını radyasyonu ve her bir X-ışını tüpünün özellikleri - radyasyon spektrumu - bu göstergelere bağlıdır ve bunların örtüşmesini temsil eder.
Bremsstrahlung veya sürekli X ışınları, bir tungsten filamentinden buharlaşan elektronların yavaşlamasının sonucudur.
Karakteristik veya çizgisel X-ışını ışınları, X-ışını tüpünün anodunun maddesinin atomlarının yeniden yapılandırılması sırasında oluşur. Karakteristik ışınların dalga boyu doğrudan tüpün anotunu yapmak için kullanılan kimyasal elementin atom numarasına bağlıdır.
X-ışınlarının listelenen özellikleri onların pratikte kullanılmasına izin verir:
Görüntülemenin dayandığı X-ışınlarının özellikleri, belirli maddeleri parçalama veya parıldamaya neden olma yeteneğidir.
X-ışını radyasyonu, kadmiyum ve çinko sülfürlerde yeşil, kalsiyum tungstatta ise mavi floresan bir parıltıya neden olur. Bu özellik tıbbi röntgen görüntüleme tekniklerinde kullanıldığı gibi röntgen ekranlarının işlevselliğini de arttırır.
X-ışınlarının ışığa duyarlı gümüş halojenür malzemeler üzerindeki fotokimyasal etkisi (maruz kalma), X-ışını fotoğraflarının çekilmesiyle teşhis yapılmasına olanak tanır. Bu özellik aynı zamanda laboratuvar asistanlarının röntgen odalarında aldığı toplam dozu ölçerken de kullanılır. Vücut dozimetreleri özel hassas bantlar ve göstergeler içerir. X-ışını radyasyonunun iyonlaştırıcı etkisi, ortaya çıkan X-ışınlarının niteliksel özelliklerinin belirlenmesini mümkün kılar.
Geleneksel X-ışınlarından kaynaklanan radyasyona tek bir maruz kalma, kanser riskini yalnızca %0,001 artırır.
X ışınlarının kullanımına aşağıdaki sektörlerde izin verilmektedir:
X-ışını radyasyonunun ana uygulaması tıbbi alandadır. Günümüzde tıbbi radyoloji bölümü şunları içermektedir: radyoteşhis, radyoterapi (röntgen tedavisi), radyocerrahi. Tıp üniversiteleri son derece uzmanlaşmış uzmanlar - radyologlar - mezun eder.
X ışınlarının yüksek nüfuz gücü ve iyonlaştırıcı etkisi, hücre DNA'sının yapısında değişikliklere neden olabilir ve dolayısıyla insanlar için tehlike oluşturabilir. X ışınlarından kaynaklanan zarar, alınan radyasyon dozuyla doğru orantılıdır. Farklı organlar radyasyona değişen derecelerde tepki verir. En duyarlı olanlar şunları içerir:
X-ışını radyasyonunun kontrolsüz kullanımı geri döndürülebilir ve geri döndürülemez patolojilere neden olabilir.
X-ışını ışınlamasının sonuçları:
Önemli! Radyoaktif maddelerden farklı olarak X ışınları vücut dokularında birikmez, bu da X ışınlarının vücuttan uzaklaştırılmasına gerek olmadığı anlamına gelir. X-ışını radyasyonunun zararlı etkisi tıbbi cihazın kapatılmasıyla sona ermektedir.
X-ışını radyasyonunun tıpta kullanımına yalnızca teşhis (travmatoloji, diş hekimliği) için değil aynı zamanda tedavi amaçlı olarak da izin verilir:
Radyodiagnostik aşağıdaki teknikleri içerir:
X-ışını tedavisi lokal bir tedavi yöntemidir. Çoğu zaman, yöntem kanser hücrelerini yok etmek için kullanılır. Etkisi cerrahi olarak çıkarmaya benzer olduğu için bu tedavi yöntemine sıklıkla radyocerrahi adı verilir.
Günümüzde röntgen tedavisi şu şekillerde yapılmaktadır:
Bu yöntemler naziktir ve bazı durumlarda bunların kullanılması kemoterapiye tercih edilir. Bu popülerlik, ışınların birikmemesi ve vücuttan atılmasını gerektirmemesi, diğer hücre ve dokuları etkilemeden seçici bir etkiye sahip olmasından kaynaklanmaktadır.
İzin verilen yıllık maruz kalma normunun bu göstergesinin kendi adı vardır - genetik olarak önemli eşdeğer doz (GSD). Bu göstergenin net niceliksel değerleri yoktur.
Bugün aşağıdaki ortalama GZD standartları yürürlüktedir:
X-ışını radyasyonunun vücuttan uzaklaştırılması gerekmez ve yalnızca yoğun ve uzun süreli maruz kalma durumunda tehlikelidir. Modern tıbbi ekipman, kısa süreli düşük enerjili ışınlama kullandığından, kullanımının nispeten zararsız olduğu kabul edilir.
Her ne kadar bilim insanları X-ışınlarının etkisini ancak 1890'lı yıllardan beri keşfedebilmiş olsalar da, X-ışınlarının bu doğal kuvvete yönelik tıbbi kullanımı hızla ilerlemiştir. Günümüzde insanlığın yararına X-ışını elektromanyetik radyasyonu tıpta, akademide ve endüstride ve ayrıca elektrik üretiminde kullanılmaktadır.
Ek olarak radyasyonun tarım, arkeoloji, uzay, kolluk kuvvetleri, jeoloji (madencilik dahil) ve diğer birçok faaliyet gibi alanlarda yararlı uygulamaları vardır; hatta nükleer fisyon olgusu kullanılarak arabalar geliştirilmektedir.
Sağlık hizmetlerinde doktorlar ve diş hekimleri, insan vücudundaki çok çeşitli metabolik süreçleri ve hastalıkları teşhis etmek, izlemek ve tedavi etmek için çeşitli nükleer materyaller ve prosedürler kullanır. Sonuç olarak, ışınların kullanıldığı tıbbi prosedürler, aşırı aktif tiroid bezinden kemik kanserine kadar çeşitli hastalıkları tespit edip tedavi ederek binlerce hayat kurtardı.
Bu tıbbi prosedürlerin en yaygın olanı cildimizden geçebilecek ışınların kullanılmasını içerir. Bir görüntü çekildiğinde kemiklerimiz ve diğer yapılarımız cildimizden daha yoğun oldukları için gölge yapıyormuş gibi görünür ve bu gölgeler film veya monitör ekranında tespit edilebilir. Etki, bir kağıt parçası ile ışık arasına kalem yerleştirmeye benzer. Kalemin gölgesi kağıt parçası üzerinde görülecektir. Aradaki fark, ışınların görünmez olmasıdır, bu nedenle fotoğraf filmi gibi bir kayıt elemanına ihtiyaç vardır. Bu, doktorların ve diş hekimlerinin kırık kemikler veya diş problemleri gördüklerinde röntgen kullanımını değerlendirmelerine olanak tanır.
X-ışını radyasyonunun tedavi amaçlı olarak hedefli bir şekilde kullanılması sadece hasarın tespit edilmesi için değildir. Özel olarak kullanıldığında kanserli dokuyu öldürmesi, tümör boyutunu küçültmesi veya ağrıyı azaltması amaçlanır. Örneğin radyoaktif iyot (özellikle iyot-131), birçok insanı etkileyen bir durum olan tiroid kanserini tedavi etmek için sıklıkla kullanılır.
Bu özelliği kullanan cihazlar aynı zamanda bilgisayarlara bağlanır ve tarama yapar; buna bilgisayarlı aksiyal tomografi veya bilgisayarlı tomografi adı verilir.
Bu cihazlar doktorlara iç organların ana hatlarını ve ayrıntılarını gösteren renkli görüntüler sağlar. Doktorların tümörleri, boyut anormalliklerini veya diğer fizyolojik veya fonksiyonel organ sorunlarını tespit etmesine ve tanımlamasına yardımcı olur.
Ayrıca hastaneler ve radyoloji merkezlerinde yılda milyonlarca işlem gerçekleştirilmektedir. Bu tür prosedürlerde doktorlar, klinik durumları teşhis etmek amacıyla pankreas, böbrekler, tiroid, karaciğer veya beyin gibi belirli iç organlara bakmak için hastaların vücutlarına hafif radyoaktif maddeler salgılarlar.
