фотоефект

hv ³ А та

фотон поглинається, е – відривається від атома – іонізація

hv = А та + Е до

атом А збуджується при поглинанні фотона, R – рентгенолюмінесценція

некогерентне розсіювання

hv » А і

hv = hv "+А та +Е до

вторинні процеси при фотоефекті

Мал. 3 Механізми взаємодія рентгенівського випромінювання з речовиною

Фізичні основи використання рентгенівського випромінювання у медицині

При падінні рентгенівського випромінювання на тіло воно трохи відбивається від його поверхні, а в основному проходить вглиб, при цьому частково поглинається і розсіюється, частково проходить наскрізь.

Закон ослаблення.

Потік рентгенівського випромінювання послаблюється у речовині за законом:

Ф = Ф 0 е - m × х (6)

де m - Лінійний коефіцієнт ослаблення,який істотно залежить від густини речовини. Він дорівнює сумі трьох доданків, що відповідають когерентному розсіюванню m 1, некогерентного m 2 і фотоефекту m 3 :

m = m1 + m2 + m3. (7)

Вклад кожного доданка визначається енергією фотона. Нижче наведено співвідношення цих процесів для м'яких тканин (води).

Користуються масовим коефіцієнтом ослаблення,який не залежить від густини речовини r :

m m = m/r. (8)

Масовий коефіцієнт ослаблення залежить від енергії фотона та від атомного номера речовини – поглинача:

m m = k l 3 Z 3 . (9)

Масові коефіцієнти ослаблення кістки та м'якої тканини (води) відрізняються: m m кістки/m m води = 68.

Якщо по дорозі рентгенівських променів помістити неоднорідне тіло і поставити флуоресцирующий екран, це тіло, поглинаючи і послаблюючи випромінювання, утворює на екрані тінь. За характером цієї тіні можна судити про форму, щільність, структуру, а в багатьох випадках і про природу тіл. Тобто. Значна відмінність поглинання рентгенівського випромінювання різними тканинами дозволяє у тіньової проекції бачити зображення внутрішніх органів.

Якщо досліджуваний орган та оточуючі тканини однаково послаблюють рентгенівське випромінювання, то застосовують контрастні речовини. Так, наприклад, наповнивши шлунок і кишечник кашоподібною масою сульфату барію ( BaS 0 4), можна бачити їхнє тіньове зображення (співвідношення коефіцієнтів ослаблення дорівнює 354).

Використання у медицині.

У медицині використовується рентгенівське випромінювання з енергією фотонів від 60 до 100-120 кеВ при діагностиці та 150-200 кеВ при терапії.

Рентгенодіагностика – розпізнавання захворювань з допомогою просвічування тіла рентгенівським випромінюванням.

Рентгенодіагностику використовують у різних варіантах, які наведені нижче.

1. При рентгеноскопії рентгенівська трубка розташована за пацієнтом. Перед ним розташовується флуоресцентний екран. На екрані спостерігається тіньове (позитивне) зображення. У кожному окремому випадку підбирається відповідна жорсткість випромінювання, щоб воно проходило через м'які тканини, але досить поглиналося щільними. В іншому випадку виходить однорідна тінь. На екрані серце, ребра видно темними, легені – світлими.

2. При рентгенографії об'єкт розміщується на касеті, в яку вкладена плівка зі спеціальною фотоемульсією. Рентгенівська трубка знаходиться над об'єктом. Отримувана рентгенограма дає негативне зображення, тобто. зворотне за контрастом з картиною, що спостерігається при просвічуванні. У цьому методі має місце більша чіткість зображення, ніж (1), тому спостерігаються деталі, які важко розглянути при просвічуванні.

Перспективним варіантом даного методу є рентгенівська томографіята "машинний варіант" - комп'ютерна томографія.

3. При флюорографії,на чутливій малоформатній плівці фіксується зображення великого екрана. Під час розгляду знімки розглядаються на спеціальному збільшувачі.

Рентгенотерапія - Використання рентгенівського випромінювання для знищення злоякісних утворень.

Біологічна дія випромінювання полягає в порушенні життєдіяльності, особливо клітин, що швидко розмножуються.

КОМП'ЮТЕРНА ТОМОГРАФІЯ (КТ)

Метод рентгенівської комп'ютерної томографії заснований на реконструкції зображення опрозподіленого перерізу тіла пацієнта шляхом реєстрації великої кількості рентгенівських проекцій цього перерізу, виконаних під різними кутами. Інформація від датчиків, які реєструють ці проекції, надходить у комп'ютер, який за спеціальною програмою обчислюєрозподіл щільно сти зразкау досліджуваному перерізі та відображає його на екрані дисплея. Отримане таким чином зображенняпереріз тіла пацієнта характеризується прекрасною чіткістю та високою інформативністю. Програма дозволяє за необхідностізбільшити контраст зображенняв десятки і навіть сотні разів. Це розширює діагностичні можливості методу.

Відеографи (апарати із цифровою обробкою рентгенівського зображення) у сучасній стоматології.

У стоматології саме рентгенологічне дослідження є основним діагностичним методом. Однак низка традиційних організаційно-технічних особливостей рентгенодіагностики роблять її не цілком комфортною як для пацієнта, так і для стоматологічних клінік. Це, перш за все, необхідність контакту пацієнта з іонізуючим випромінюванням, що створює часто значне променеве навантаження на організм, це також необхідність фотопроцесу, а отже, необхідність фотореактивів, у тому числі токсичних. Це нарешті громіздкий архів, важкі папки та конверти з рентгенівськими плівками.

Крім того, сучасний рівень розвитку стоматології робить недостатньою суб'єктивну оцінку рентгенограм людським оком. Як виявилося, з різноманіття відтінків сірого тону, що міститься в рентгенівському зображенні, сприймає око лише 64.

Очевидно, що для отримання чіткого та докладного зображення твердих тканин зубощелепної системи при мінімальному променевому навантаженні потрібні інші рішення. Пошук призвів до створення так званих радіографічних систем, відеографів – систем цифрової рентгенографії.

Без технічних подробиць принцип дії таких систем ось у чому. Рентгенівське випромінювання надходить через об'єкт не так на фоточутливу плівку, але в спеціальний внутриоральный датчик (спеціальну електронну матрицю). Відповідний сигнал від матриці передається на перетворює його в цифрову форму цифровий перетворювач (аналого-цифровий перетворювач, АЦП), пов'язане з комп'ютером. Спеціальне програмне забезпечення будує на екрані комп'ютера рентгенівське зображення і дозволяє обробити його, зберігати на жорсткому чи гнучкому носії інформації (вінчестері, дискетах), як файла роздруковувати його як картинку.

У цифровій системі рентгенівське зображення є сукупністю точок, що мають різні цифрові значення градації сірого тону. Передбачена програмою оптимізація відображення інформації дає можливість отримати оптимальний за яскравістю та контрастністю кадр при відносно малій дозі опромінення.

У сучасних системах, створеними, наприклад, фірмами Trophy (Франція) або Schick (США) при формуванні кадру використовується 4096 відтінків сірого, час експозиції залежить від об'єкта дослідження і, в середньому, становить соті – десяті частки секунди, зниження променевого навантаження стосовно плівки – до 90% для внутрішньооральних систем, до 70% для панорамних відеографів.

При обробці зображень відеографи дозволяють:

1. Отримувати позитивні та негативні зображення, зображення у псевдоцвіті, рельєфні зображення.

2. Підвищувати контраст і збільшувати цікавий фрагмент зображення.

3. Оцінювати зміну щільності зубних тканин та кісткових структур, контролювати однорідність заповнення каналів.

4 В ендодонтії визначати довжину каналу будь-якої кривизни, а хірургії підбирати розмір імплантату з точністю 0,1 мм.

5. Унікальна система Caries detector з елементами штучного інтелекту при аналізі знімка дозволяє виявити карієс у стадії плями, карієс кореня та прихований карієс.

* « Ф» у формулі (3) відноситься до всього інтервалу випромінюваних довжин хвиль і часто називається «Інтегральний потік енергії».

ЛЕКЦІЯ 32 РЕНТГЕНІВСЬКЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ

ЛЕКЦІЯ 32 РЕНТГЕНІВСЬКЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ

1. Джерела рентгенівського випромінювання.

2. Гальмівне рентгенівське випромінювання.

3. Характеристичне рентгенівське випромінювання. Закон Мозлі.

4. Взаємодія рентгенівського випромінювання із речовиною. Закон ослаблення.

5. Фізичні основи використання рентгенівського випромінювання у медицині.

6. Основні поняття та формули.

7. Завдання.

Рентгенівське випромінювання -електромагнітні хвилі із довжиною хвилі від 100 до 10 -3 нм. На шкалі електромагнітних хвиль рентгенівське випромінювання займає область між УФ-випромінюванням і γ -випромінюванням. Рентгенівське випромінювання (Х-промені) відкрито 1895 р. К. Рентгеном, який у 1901 р. став першим Нобелівським лауреатом з фізики.

32.1. Джерела рентгенівського випромінювання

Природними джерелами рентгенівського випромінювання є радіоактивні ізотопи (наприклад, 55 Fe). Штучними джерелами потужного рентгенівського випромінювання є рентгенівські трубки(Рис. 32.1).

Мал. 32.1.Пристрій рентгенівської трубки

Рентгенівська трубка є вакуумованою скляною колбою з двома електродами: анодом А і катодом К, між якими створюється висока напруга U (1-500 кВ). Катод є спіраль, нагрівається електричним струмом. Електрони, випущені нагрітим катодом (термоелектронна емісія), розганяються електричним полем до великихшвидкостей (для цього і потрібна висока напруга) і потрапляють на анод трубки. При взаємодії цих електронів із речовиною анода виникають два види рентгенівського випромінювання: гальмівнеі характеристичне.

Робоча поверхня анода розташована під деяким кутом до напрямку електронного пучка, щоб створити необхідний напрямок рентгенівських променів.

На рентгенівське випромінювання перетворюється приблизно 1% кінетичної енергії електронів. Решта енергії виділяється у вигляді тепла. Тому робоча поверхня анода виконується із тугоплавкого матеріалу.

32.2. Гальмівне рентгенівське випромінювання

Електрон, що рухається в певному середовищі, втрачає свою швидкість. У цьому виникає негативне прискорення. Відповідно до теорії Максвелла, будь-яке прискоренерух зарядженої частки супроводжується електромагнітним випромінюванням. Випромінювання, що виникає при гальмуванні електрона в речовині анода, називають гальмівним рентгенівським випромінюванням.

Властивості гальмівного випромінювання визначаються такими факторами.

1. Випромінювання випромінюється окремими квантами, енергії яких пов'язані з частотою формулою (26.10)

де - частота, - довжина хвилі.

2. Усі електрони, що досягають анода, мають однаковукінетичну енергію, рівну роботі електричного поля між анодом та катодом:

де е – заряд електрона, U – прискорююча напруга.

3. Кінетична енергія електрона частково передається речовині і йде його нагрівання (Q), а частково витрачається створення рентгенівського кванта:

4. Співвідношення між Q та hv випадково.

Внаслідок останньої властивості (4) кванти, породжені різнимиелектронами, мають різнічастоти та довжини хвиль. Тому спектр гальмівного рентгенівського випромінювання є суцільним.Типовий вигляд спектральної щільностіпотоку рентгенівського випромінювання (Φλ = άΦ/άλ) показаний на рис. 32.2.

Мал. 32.2.Спектр гальмівного рентгенівського випромінювання

З боку довгих хвиль спектр обмежений довжиною 100 нм хвилі, яка є межею рентгенівського випромінювання. З боку коротких хвиль спектр обмежений довжиною хвилі min . Згідно з формулою (32.2) мінімальної довжини хвилівідповідає випадок Q = 0 (кінетична енергія електрона повністю перетворюється на енергію кванта):

Розрахунки показують, що потік (Φ) гальмівного рентгенівського випромінювання прямо пропорційний квадрату напруги між U

анодом та катодом, силі струму I у трубці та атомному номеру Z речовини аноду:

Спектри гальмівного рентгенівського випромінювання при різних напругах, різних температурах катода та різних речовин аноду показані на рис. 32.3.

Мал. 32.3.Спектр гальмівного рентгенівського випромінювання (Φλ):

а - при різному напрузі U в трубці; б - при різній температурі T

катода; в - при різних речовинах анода, що відрізняються параметром Z

При збільшенні анодної напруги значення λ minзміщується у бік коротких довжин хвиль. Одночасно зростає і висота спектральної кривої (рис. 32.3, а).

У разі підвищення температури катода зростає емісія електронів. Відповідно збільшується струм I в трубці. Висота спектральної кривої збільшується, але спектральний склад випромінювання не змінюється (рис. 32.3 б).

При зміні матеріалу анода висота спектральної кривої змінюється пропорційно до атомного номера Z (рис. 32.3, в).

32.3. Характеристичне рентгенівське випромінювання. Закон Мозлі

При взаємодії катодних електронів з атомами анода поряд з гальмівним рентгенівським випромінюванням виникає рентгенівське випромінювання, спектр якого складається з окремих ліній.Це випромінювання

має таке походження. Деякі катодні електрони проникають у глиб атома і вибивають електрони з його внутрішніх оболонок.Вакантні місця, що утворилися при цьому, заповнюються електронами з верхніхоболонок, внаслідок чого висвічуються кванти випромінювання. Це випромінювання містить дискретний набір частот, який визначається матеріалом анода, і називається характеристичного випромінювання.Повний спектр рентгенівської трубки є накладенням характеристичного спектру на спектр гальмівного випромінювання (рис. 32.4).

Мал. 32. 4.Спектр випромінювання рентгенівської трубки

Існування характеристичних спектрів рентгенівського випромінювання виявили з допомогою рентгенівських трубок. Пізніше було встановлено, що такі спектри виникають за будь-якої іонізації внутрішніх орбіт хімічних елементів. Дослідивши характеристичні спектри різних хімічних елементів, Г. Мозлі (1913) встановив наступний закон, що носить його ім'я.

Корінь квадратний із частоти характеристичного випромінювання є лінійною функцією порядкового номера елемента:

де ν - частота спектральної лінії, Z - атомний номер випромінюючого елемента, А, В - константи.

Закон Мозлі дозволяє визначити атомний номер хімічного елемента за спектром характеристичного випромінювання, що спостерігається. Це відіграло велику роль при розміщенні елементів у періодичній системі.

32.4. Взаємодія рентгенівського випромінювання із речовиною. Закон ослаблення

Існують два основні типи взаємодії рентгенівського випромінювання з речовиною: розсіювання та фотоефект. При розсіянні напрямок руху фотона змінюється. При фотоефекті фотон поглинається.

1. Когерентне (пружне) розсіюваннявідбувається тоді, коли енергія рентгенівського фотону недостатня для внутрішньої іонізації атома (вибивання електрона з однією з внутрішніх оболонок). При цьому змінюється напрямок руху фотона, а його енергія і довжина хвилі не змінюються (тому це розсіювання і називається пружним).

2. Некогерентне (комптонівське) розсіюваннявідбувається тоді, коли енергія фотона набагато більша за енергію внутрішньої іонізації А і: hv >> А і.

При цьому електрон відривається від атома і набуває деякої кінетичної енергії Е к. Напрямок руху фотона при комптонівському розсіюванні змінюється, а його енергія зменшується:

Комптонівське розсіювання пов'язане з іонізацією атомів речовини.

3. Фотоефектмає місце тоді, коли енергія фотона hv є достатньою для іонізації атома: hv > А і. При цьому рентгенівський квант поглинається,а його енергія витрачається на іонізацію атома та повідомлення кінетичної енергії вибитому електрону Е к = hv - АІ.

Комптонівське розсіювання та фотоефект супроводжуються характеристичним рентгенівським випромінюванням, оскільки після вибивання внутрішніх електронів відбувається заповнення вакантних місць електронами зовнішніх оболонок.

Рентгенолюмінесценція.У деяких речовинах електрони та кванти комптонівського розсіювання, а також електрони фотоефекту викликають збудження молекул, що супроводжується випромінювальними переходами в основний стан. При цьому виникає свічення, яке називається рентгенолюмінесценцією. Люмінесценція платиносинеродистого барію дозволила Рентгену відкрити Х-промені.

Закон ослаблення

Розсіювання рентгенівських променів і фотоефект призводять до того, що з проникненням рентгенівського випромінювання вглиб первинний пучок випромінювання послаблюється (рис. 32.5). Ослаблення має експоненційний характер:

Величина μ залежить від поглинаючого матеріалу та спектру випромінювання. Для практичних розрахунків як характеристики ослабле-

Мал. 32.5.Ослаблення рентгенівського потоку у напрямку падаючих променів

де λ - довжина хвилі; Z – атомний номер елемента; k – деяка константа.

32.5. Фізичні основи використання

рентгенівського випромінювання у медицині

У медицині рентгенівське випромінювання застосовується у діагностичних та терапевтичних цілях.

Рентгенодіагностика- методи отримання зображень внутрішніх органів із використанням рентгенівських променів.

Фізичною основою цих методів є закон ослаблення рентгенівського випромінювання речовини (32.10). Однорідний по перерізу потік рентгенівського випромінювання після проходження неоднорідної тканинистане неоднорідним. Ця неоднорідність може бути зафіксована на фотоплівці, флуоресцентному екрані або за допомогою матричного фотоприймача. Наприклад, масові коефіцієнти ослаблення кісткової тканини - Са 3 (РО 4) 2 - і м'яких тканин - в основному Н 2 Про - розрізняються в 68 разів (μ m кістки / μ m води = 68). Щільність кістки також вища за щільність м'яких тканин. Тому на рентгенівському знімку виходить світле зображення кістки більш темному тлі м'яких тканин.

Якщо досліджуваний орган і навколишні тканини мають близькі коефіцієнти ослаблення, то застосовують спеціальні контрастні речовини.Так, наприклад, при рентгеноскопії шлунка обстежуваний приймає кашоподібну масу сульфату барію (ВАSO 4), у якого масовий коефіцієнт ослаблення в 354 рази більше, ніж у м'яких тканин.

Для діагностики використовують рентгенівське випромінювання з енергією фотонів 60-120 кев. У медичній практиці використовують такі методи рентгенодіагностики.

1. Рентгеноскопія.Зображення формується на флуоресцентному екрані. Яскравість зображення невелика, і його можна розглядати лише у затемненому приміщенні. Лікар має бути захищений від опромінення.

Перевагою рентгеноскопії є те, що вона проводиться в режимі реального часу. Недолік - велике променеве навантаження на хворого та лікаря (порівняно з іншими методами).

Сучасний варіант рентгеноскопії – рентгенотелебачення – використовує підсилювачі рентгенівського зображення. Підсилювач сприймає слабке свічення рентгенівського екрану, посилює його і передає на екран телевізора. В результаті різко зменшилося променеве навантаження на лікаря, підвищилася яскравість зображення та з'явилася можливість відеозапису результатів обстеження.

2. Рентгенографія.Зображення формується на спеціальній плівці, чутливій до рентгенівського випромінювання. Знімки виконуються у двох взаємно перпендикулярних проекціях (пряма та бічна). Зображення стає видимим після фотообробки. Готовий висушений знімок розглядають у світлі, що проходить.

При цьому задовільно помітні деталі, контрастності яких відрізняються на 1-2 %.

У деяких випадках перед обстеженням пацієнту вводиться спеціальне контрастна речовина.Наприклад, йодсодержащий розчин (внутрішньовенно) при дослідженні нирок та сечовивідних шляхів.

Достоїнствами рентгенографії є ​​висока роздільна здатність, малий час опромінення та практично повна безпека для лікаря. До недоліків належить статичність зображення (об'єкт не можна простежити у поступовій динаміці).

3. Флюорографія.При цьому обстеженні зображення, отримане на екрані, фотографується на малоформатну чутливу плівку. Флюорографія широко використовується під час масового обстеження населення. Якщо флюорограмме знаходять патологічні зміни, то пацієнту призначають більш детальне обстеження.

4. Електрорентгенографія.Цей вид обстеження відрізняється від звичайної рентгенографії методом фіксації зображення. Замість плівки використовують селенову пластину,яка електризується під дією рентгенівських променів. В результаті виникає приховане зображення з електричних зарядів, яке можна зробити видимим та перенести на папір.

5. Ангіографія.Цей метод застосовується під час обстеження кровоносних судин. Через катетер у вену вводиться контрастна речовина, після чого потужний рентгенівський апарат виконує серію знімків, що йдуть один за одним через частки секунди. На малюнку 32.6 показано ангіограму в районі сонної артерії.

6. Рентгенівська комп'ютерна томографія.Цей вид рентгенівського обстеження дозволяє отримати зображення плоского перерізу тіла завтовшки кілька мм. При цьому заданий переріз багаторазово просвічується під різними кутами з фіксацією кожного окремого зображення пам'яті комп'ютера. Потім

Мал. 32.6.Ангіограма, де видно звуження в каналі сонної артерії

Мал. 32.7. Скануюча схема томографії (а); томограма голови у перерізі лише на рівні очей (б).

здійснюється комп'ютерна реконструкція, результатом якої є зображення шару, що сканується (рис. 32.7).

Комп'ютерна томографія дозволяє розрізняти елементи з перепадом густини між ними до 1%. Звичайна рентгенографія дозволяє вловити мінімальну різницю за щільністю між сусідніми ділянками 10-20%.

Рентгенотерапія - використання рентгенівського випромінювання для знищення злоякісних утворень

Біологічна дія випромінювання полягає в порушенні життєдіяльності клітин, що особливо швидко розмножуються. Дуже тверде рентгенівське випромінювання (з енергією фотонів приблизно 10 МеВ) використовується для руйнування ракових клітин, що знаходяться глибоко всередині тіла. Для зменшення ушкоджень здорових навколишніх тканин пучок обертається навколо пацієнта таким чином, щоб під його впливом весь час залишалася лише ушкоджена область.

32.6. Основні поняття та формули

Продовження таблиці

Закінчення таблиці

32.7. Завдання

1. Чому в медичних рентгенівських трубках пучок електронів ударяє в одну точку антикатода, а не падає на нього широким пучком?

Відповідь:щоб отримати точкове джерело рентгенівських променів, що дає на екрані різкі обриси предметів, що просвічуються.

2. Знайти межу гальмівного рентгенівського випромінювання (частоту та довжину хвилі) для напруг U 1 = 2 кВ та U 2 = 20 кВ.

4. Для захисту від рентгенівського випромінювання використовують свинцеві екрани. Лінійний показник поглинання рентгенівського випромінювання у свинці дорівнює 52 см-1. Якою має бути товщина екрануючого шару свинцю, щоб він зменшив інтенсивність рентгенівського випромінювання в 30 разів?

5. Знайти потік випромінювання рентгенівської трубки за U = 50 кВ, I = 1мА. Анод виготовлений із вольфраму (Z = 74). Знайти ККД трубки.

6. Для рентгенодіагностики м'яких тканин застосовують контрастні речовини. Наприклад, шлунок і кишечник заповнюють масою сульфату барію (ВАSO 4). Порівняти масові коефіцієнти ослаблення сульфату барію та м'яких тканин (води).

7. Що дасть густішу тінь на екрані рентгенівської установки: алюміній (Z = 13, ρ = 2,7 г/см 3) або такий самий шар міді (Z = 29, ρ = 8,9 г/см 3)?

8. У скільки разів товщина шару алюмінію більша за товщину шару міді, якщо шари послаблюють рентгенівське випромінювання однаково?

Сучасну медичну діагностику та лікування деяких захворювань неможливо уявити без приладів, які використовують властивості рентгенівського випромінювання. Відкриття рентгенівських променів відбулося понад 100 років тому, але й зараз не припиняються роботи над створенням нових методик та апаратів, що дозволяють мінімізувати негативну дію випромінювання на організм людини.

Хто і як відкрив Х-промені

У природних умовах потік променів рентгена трапляється рідко і випромінюється лише деякими радіоактивними ізотопами. Рентгенівське випромінювання або Х-промені були виявлені лише в 1895 німецьким вченим Wilhelm Röntgen. Це відкриття сталося випадково, під час проведення досвіду дослідження поведінки променів світла за умов, наближаються до вакууму. В експерименті були задіяні катодна газорозрядна трубка зі зниженим тиском і флуоресцентний екран, який щоразу починав світитися в момент, коли трубка починала діяти.

Зацікавившись дивним ефектом, Рентген провів серію досліджень, що показують що випромінювання, що виникає не видиме оку, здатне проникати крізь різні перешкоди: папір, дерево, скло, деякі метали, і навіть через людське тіло. Незважаючи на відсутність розуміння самої природи того, що відбувається, викликане таке явище генерацією потоку невідомих частинок або хвилями, була відзначена наступна закономірність - випромінювання легко проходить через м'які тканини організму, і набагато важче крізь тверді живі тканини та неживі речовини.

Рентген був не першим, хто вивчав подібне явище. У середині XIX століття подібні можливості вивчав француз Антуан Масон і англієць Вільям Крукс. Тим не менш, саме Рентген першим винайшов катодну трубку та індикатор, який можна було застосувати у медицині. Він першим опублікував наукову працю, яка принесла йому звання першого нобелівського лауреата серед фізиків.

У 1901 році почалося плідне співробітництво трьох вчених, які стали батьками-засновниками радіології та рентгенології.

Властивості рентгенівського випромінювання

Рентгенівські промені – це складова частина загального діапазону електромагнітного випромінювання. Довжина хвилі розташована між гамма- та ультрафіолетовим променями. Для Х-променів характерні всі типові хвильові характеристики:

• дифракція;
• заломлення;
• інтерференція;
• швидкість поширення (вона дорівнює світловий).

Для штучного генерування потоку рентгенівських променів застосовують спеціальні прилади – трубки рентгенівські. Рентген-випромінювання виникає через контакт швидких електронів вольфраму з речовинами, що випаровуються з розжареного анода. З огляду на взаємодії виникають електромагнітні хвилі малої довжини, що у спектрі від 100 до 0,01 нм й у енергетичному діапазоні 100-0,1 МеВ. Якщо довжина хвилі променів менше ніж 0,2 нм – це жорстке випромінювання, якщо довжина хвилі більша за вказану величину, їх називають м'якими рентгенівськими променями.

Показово те, що кінетична енергія, що виникає від дотику електронів та анодної речовини, на 99% перетворюється на енергію тепла і лише 1% є Х-променями.

Рентгенівське випромінювання – гальмівне та характеристичне

Х-випромінювання є накладенням двох видів променів – гальмівних і характеристичних. Вони генеруються у трубці одночасно. Тому опромінення рентгеном і характеристика кожної конкретної рентгенівської трубки – спектр її випромінювання залежить від цих показників і є їх накладенням.

Гальмівне або безперервне рентгенівське проміння – це результат гальмування електронів, що випаровуються з вольфрамової спіралі.

Характеристичні чи лінійчасті промені рентгена утворюються на момент перебудови атомів речовини анода рентгенівської трубки. Довжина хвилі характеристичних променів безпосередньо залежить від атомного номера хімічного елемента, що використовується виготовлення анода трубки.

Перелічені властивості рентгенівських променів дозволяють застосовувати їх на практиці:

• невидимість для простого погляду;
• висока проникаюча здатність крізь живі тканини та неживі матеріали, які не пропускають промені видимого спектру;
• іонізаційний вплив на молекулярні структури.

Принципи отримання рентген-зображення

Властивості рентгенівських променів, на яких ґрунтується отримання зображення – це здатність або розкладати, або викликати свічення деяких речовин.

Рентген опромінення викликає флуоресцентне світіння у сульфідів кадмію та цинку – зеленим, а у вольфрамату кальцію – блакитним кольором. Ця властивість використовується у методиці медичного рентгенологічного просвічування, а також підвищує функціональність рентгенологічних екранів.

Фотохімічна дія рентгенівських променів на світлочутливі галогенсрібні матеріали (засвічування) дозволяє здійснювати діагностику – робити рентгенологічні знімки. Ця властивість також використовується при вимірі сумарної дози, яку отримують лаборанти в рентген-кабінетах. У натільних дозиметрах вставлені спеціальні чутливі стрічки та індикатори. Іонізуюча дія рентгенівського випромінювання дозволяє визначати і якісну характеристику одержаних рентген-променів.

Одноразове опромінення при виконанні звичайної рентгенографії підвищує ризик виникнення раку лише на 0,001%.

Області, де застосовують рентгенівське випромінювання

Застосування рентгенівських променів припустимо у таких галузях:

1. Безпека. Стаціонарні та переносні прилади для виявлення небезпечних та заборонених предметів в аеропортах, митницях чи місцях великого скупчення людей.
2. Хімічна промисловість, металургія, археологія, архітектура, будівництво, реставраційні роботи – виявлення дефектів і проведення хімічного аналізу речовин.
3. Астрономія. Допомагає проводити спостереження за космічними тілами та явищами за допомогою рентгенівських телескопів.
4. Військова галузь. Розробка лазерної зброї.

Головне застосування рентгенівського випромінювання – медична сфера. Сьогодні до розділу медичної радіології входять: радіодіагностика, радіотерапія (рентгенотерапія), радіохірургія. Медичні виші випускають вузькопрофільних фахівців – лікарів-радіологів.

Х-випромінювання - шкода та користь, вплив на організм

Висока проникаюча здатність та іонізуюча дія рентгенівських променів може викликати зміну структури ДНК клітини, тому становить небезпеку для людини. Шкода від рентгенівського випромінювання прямо пропорційна отриманій дозі опромінення. Різні органи реагують на опромінення різною мірою. До сприйнятливих відносять:

• кістковий мозок та кісткова тканина;
• кришталик ока;
• щитовидна залоза;
• молочні та статеві залози;
• тканини легень.

Безконтрольне використання рентгенівського опромінення може стати причиною оборотних та незворотних патологій.

Наслідки рентгенівського опромінення:

• ураження кісткового мозку та виникнення патологій кровотворної системи – еритроцитопенії, тромбоцитопенії, лейкемії;
• пошкодження кришталика з подальшим розвитком катаракти;
• клітинні мутації, що передаються у спадок;
• розвиток онкологічних захворювань;
• одержання променевих опіків;
• розвиток променевої хвороби

Важливо! На відміну від радіоактивних речовин, рентгенівські промені не накопичуються в тканинах тіла, а це означає, що виводити рентгенівські промені з організму не потрібно. Шкідлива дія рентгенівського випромінювання закінчується разом із виключенням медичного приладу.

Застосування рентгенівського випромінювання у медицині припустимо у діагностичних (травматологія, стоматологія), а й у терапевтичних цілях:

• від рентгена в малих дозах стимулюється обмін речовин у живих клітинах та тканинах;
• певні граничні дози використовуються для лікування онкологічних та доброякісних новоутворень.

Способи діагностики патологій за допомогою Х-променів

Радіодіагностика включає такі методики:

1. Рентгеноскопія – дослідження, під час якого отримують зображення на флуоресцентному екрані як реального часу. Поряд із класичним отриманням зображення частини тіла в реальному часі сьогодні існують технології рентгенотелевізійного просвічування – зображення переноситься з флуоресцентного екрана на телевізійний монітор, що знаходиться в іншому приміщенні. Розроблено кілька цифрових способів обробки отриманого зображення з наступним перенесенням його з екрана на папір.
2. Флюорографія - найдешевший метод дослідження органів грудної клітки, що полягає у виготовленні зменшеного знімка 7х7 см. Незважаючи на ймовірність похибки, є єдиним способом щорічного масового обстеження населення. Метод не становить небезпеки та не вимагає виведення отриманої дози опромінення з організму.
3. Рентгенографія – отримання сумарного зображення на плівку чи папір уточнення форми органу, його становища чи тонусу. Може використовуватися для оцінки перистальтики та стану слизових оболонок. Якщо існує можливість вибору, то серед сучасних рентгенографічних приладів перевагу слід надавати ні цифровим апаратам, де потік х-променів може бути вищим, ніж у старих приладів, а малодозовим – рентген-апарати з прямими плоскими напівпровідниковими детекторами. Вони дозволяють знизити навантаження на організм у 4 рази.
4. Комп'ютерна рентгенівська томографія – методика, що використовує рентгенівські промені для отримання потрібної кількості знімків зрізів обраного органу. Серед безлічі різновидів сучасних апаратів КТ для серії повторних досліджень використовують низькодозні комп'ютерні томографи високої роздільної здатності.

Радіотерапія

Терапія за допомогою рентгенівського проміння відноситься до методів місцевого лікування. Найчастіше метод використовується для знищення клітин ракових пухлин. Оскільки ефект впливу можна порівняти з хірургічним видаленням, цей метод лікування часто називають радіохірургією.

Сьогодні лікування х-променями проводиться такими способами:

1. Зовнішній (протонна терапія) – пучок випромінювання попадає на тіло пацієнта ззовні.
2. Внутрішній (брахіотерапія) – використання радіоактивних капсул шляхом їхньої імплантації в тіло, з приміщенням ближче до ракової пухлини. Недолік цього методу лікування полягає в тому, що поки капсулу не вилучать з організму, хворий потребує ізоляції.

Ці методи є щадними, а їх застосування краще хіміотерапії в ряді випадків. Така популярність пов'язана з тим, що промені не накопичуються і не вимагають виведення з організму, вони мають вибіркову дію, не впливаючи на інші клітини та тканини.

Безпечна норма опромінення Х-променями

Цей показник норми допустимого річного опромінення має свою назву – генетично значуща еквівалентна доза (ГЗД). Чітких кількісних значень цей показник немає.

1. Цей показник залежить від віку та бажання пацієнтом надалі мати дітей.
2. Залежить від того, які саме органи були піддані дослідженню або лікуванню.
3. На ГЗД впливає рівень природного фону радіоактивного регіону проживання людини.

Сьогодні дію такі середні нормативи ГЗД:

• рівень опромінення від усіх джерел, за винятком медичних, та без урахування природного фону радіації – 167 мБер на рік;
• норма для щорічного медичного обстеження – не вище 100 мБер на рік;
• сумарна безпечна величина – 392 мБер на рік.

Рентгенівське випромінювання не вимагає виведення з організму, і є небезпечним лише у разі інтенсивного та тривалого впливу. Сучасна медична апаратура використовує низькоенергетичне опромінення малої тривалості, тому застосування вважається відносно нешкідливим.

У 1895 р. німецький фізик Рентген, проводячи досліди з проходження струму між двома електродами у вакуумі, виявив, що екран, покритий люмінесцентною речовиною (сіллю барію) світиться, хоча розрядна трубка закрита чорним картонним екраном – так було відкрито випромінювання, що проникає через непрозорі перешкоди. Рентгеном Х-променями. Було виявлено, що рентгенівське випромінювання, невидиме для людини, поглинається в непрозорих об'єктах тим сильніше, чим більше атомний номер (щільність) перешкоди, тому рентгенівські промені легко проходять через м'які тканини людського тіла, але затримуються кістками скелета. Були сконструйовані джерела потужних рентгенівських променів, що дозволяють просвічувати металеві деталі та знаходити у них внутрішні дефекти.

Німецький фізик Лауе припустив, що рентгенівські промені є таким самим електромагнітним випромінюванням, як промені видимого світла, але з меншою довжиною хвилі і до них застосовні всі закони оптики, у тому числі можлива дифракція. В оптиці видимого світла дифракція на елементарному рівні може бути представлена ​​як віддзеркалення світла від системи штрихів - дифракційної решітки, що відбувається тільки під певними кутами, при цьому кут відбиття променів пов'язаний з кутом падіння, відстанню між штрихами дифракційної решітки та довжиною хвилі падаючого. Для дифракції потрібно, щоб відстань між штрихами приблизно дорівнює довжині хвилі падаючого світла.

Лауе припустив, що рентгенівські промені мають довжину хвилі, близьку відстані між окремими атомами в кристалах, тобто. атоми в кристалі створюють дифракційні грати для рентгенівських променів. Рентгенівські промені, спрямовані на поверхню кристала, відбилися на фотопластинку, як передбачалося теорією.

Будь-які зміни в положенні атомів впливають на дифракційну картину, і, вивчаючи дифракцію рентгенівських променів, можна дізнатися розташування атомів у кристалі та зміну цього розташування за будь-яких фізичних, хімічних та механічних впливів на кристал.

Зараз рентгеноаналіз використовується в багатьох галузях науки і техніки, з його допомогою дізналися розташування атомів у існуючих матеріалах та створили нові матеріали із заданими структурою та властивостями. Останні досягнення у цій галузі (наноматеріали, аморфні метали, композитні матеріали) створюють сферу діяльності для наступних наукових поколінь.

Виникнення та властивості рентгенівського випромінювання

Джерелом рентгенівських променів є рентгенівська трубка, в якій є два електроди – катод та анод. При нагріванні катода відбувається електронна емісія, електрони, що вилітають з катода, прискорюються електричним полем і ударяються поверхню анода. Від звичайної радіолампи (діода) рентгенівську трубку відрізняє, в основному, більш висока напруга, що прискорює (більше 1 кВ).

Коли електрон вилітає з катода, електричне поле змушує його летіти до анода, при цьому швидкість його безперервно зростає, електрон несе магнітне поле, напруженість якого зростає зі зростанням швидкості електрона. Досягаючи поверхні анода електрон різко гальмується, у своїй виникає електромагнітний імпульс із довжинами хвиль у певному інтервалі (гальмівне випромінювання). Розподіл інтенсивності випромінювання по довжинах хвиль залежить від матеріалу анода рентгенівської трубки та прикладеної напруги, при цьому з боку коротких хвиль ця крива починається з деякої мінімальної порогової довжини хвилі, що залежить від прикладеної напруги. Сукупність променів з усіма можливими довжинами хвиль утворює безперервний спектр, і довжина хвилі, що відповідає максимальній інтенсивності, в 1,5 рази перевищує мінімальну довжину хвилі.

При збільшенні напруги рентгенівський спектр різко змінюється з допомогою взаємодії атомів з високоенергетичними електронами і квантами первинних рентгенівських променів. Атом містить внутрішні електронні оболонки (енергетичні рівні), кількість яких залежить від атомного номера (позначаються буквами K, L, М тощо). Електрони та первинні рентгенівські промені вибивають електрони з одних енергетичних рівнів на інші. Виникає метастабільний стан і для переходу до стабільного стану необхідний перескок електронів у зворотному напрямку. Цей стрибок супроводжується виділенням кванта енергії та виникненням рентгенівського випромінювання. На відміну від рентгенівських променів з безперервним спектром, у цього випромінювання дуже вузький інтервал довжин хвиль та висока інтенсивність (характеристичне випромінювання) ( см. Мал.). Кількість атомів, що визначають інтенсивність характеристичного випромінювання, дуже велике, наприклад, для рентгенівської трубки з мідним анодом при напрузі 1 кВ струмі 15 мА за 1 з характеристичне випромінювання дають 1014 -1015 атомів. Ця величина обчислюється як відношення загальної потужності рентгенівського випромінювання до енергії кванта рентгенівського випромінювання з К-оболонки (К-серія рентгенівського характеристичного випромінювання). Загальна потужність рентгенівського випромінювання при цьому складає всього 0,1% від споживаної потужності, решта втрачається в основному за рахунок переходу в тепло.

Внаслідок високої інтенсивності та вузького інтервалу довжин хвиль характеристичне рентгенівське випромінювання є основним типом випромінювання, що використовується у наукових дослідженнях та при технологічному контролі. Одночасно з променями К-серії генеруються промені L і М-серій, що мають значно більші довжини хвиль, але їх застосування обмежене. K-серія має дві складові з близькими довжинами хвиль a і b, при цьому інтенсивність b-що становить в 5 разів менше, ніж a. У свою чергу a-складова характеризується двома дуже близькими довжинами хвиль, інтенсивність однієї з яких у 2 рази більша за іншу. Щоб отримати випромінювання з однією довжиною хвилі (монохроматичне випромінювання), розроблені спеціальні методи, що використовують залежність поглинання та дифракції рентгенівських променів від довжини хвилі. Збільшення атомного номера елемента пов'язане зі зміною характеристик електронних оболонок, причому чим більший атомний номер матеріалу анода рентгенівської трубки, тим менша довжина хвилі серії. Найбільш широко застосовуються трубки з анодами елементів з атомними номерами від 24 до 42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) і довжинами хвиль від 2,29 до 0,712 А (0,229 – 0,712 нм).

Крім рентгенівської трубки, джерелами рентгенівського випромінювання можуть бути радіоактивні ізотопи, одні можуть безпосередньо випромінювати рентгенівське випромінювання, інші випромінюють електрони та a-частинки, що генерують рентгенівське випромінювання при бомбардуванні металевих мішеней. Інтенсивність рентгенівського випромінювання радіоактивних джерел зазвичай значно менше, ніж рентгенівської трубки (за винятком радіоактивного кобальту, що використовується в дефектоскопії і дає випромінювання дуже малої довжини хвилі - g-випромінювання), вони малогабаритні і не вимагають електроенергії. Синхротронне рентгенівське випромінювання одержують у прискорювачах електронів, довжина хвилі цього випромінювання значно перевищує одержувану в рентгенівських трубках (м'яке рентгенівське випромінювання), інтенсивність його на кілька порядків вища за інтенсивність випромінювання рентгенівських трубок. Існують і природні джерела рентгенівського випромінювання. Радіоактивні домішки виявлені у багатьох мінералах, зареєстровано рентгенівське випромінювання космічних об'єктів, у тому числі зірок.

Взаємодія рентгенівських променів із кристалами

p align="justify"> При рентгенографічному дослідженні матеріалів з кристалічною структурою аналізують інтерференційні картини, що виникають в результаті розсіювання рентгенівських променів електронами, що належать атомам кристалічної решітки. Атоми вважаються нерухомими, їх теплові коливання не враховуються і всі електрони одного й того ж атома вважаються зосередженими в одній точці - вузлі кристалічної решітки.

Для виведення основних рівнянь дифракції рентгенівських променів у кристалі розглядається інтерференція променів, розсіяних атомами, розташованими вздовж прямої в кристалічній решітці. На ці атоми під кутом, косинус якого дорівнює a 0 падає плоска хвиля монохроматичного рентгенівського випромінювання. Закони інтерференції променів, розсіяних атомами, аналогічні існуючим для дифракційних ґрат, що розсіює світлове випромінювання у видимому діапазоні довжин хвиль. Щоб на великій відстані від атомного ряду амплітуди всіх коливань складалися, необхідно і достатньо, щоб різниця ходу променів, що йдуть від кожної пари сусідніх атомів, містила ціле число довжин хвиль. На відстані між атомами аця умова має вигляд:

а(a – a 0) = h l ,

де a – косинус кута між атомним рядом та відхиленим променем, h –ціле число. У всіх напрямках, які не задовольняють цього рівняння, промені не поширюються. Таким чином, розсіяні промені утворюють систему коаксіальних конусів, загальною віссю яких є атомний ряд. Сліди конусів на площині, паралельній атомному ряду, – гіперболи, а на площині, перпендикулярній до ряду, – кола.

При падінні променів під постійним кутом поліхроматичне (біле) випромінювання розкладається у спектр променів, відхилених під фіксованими кутами. Таким чином, атомний ряд є спектрографом рентгенівського випромінювання.

Узагальнення на двовимірну (плоську) атомну решітку, а потім на тривимірну об'ємну (просторову) кристалічну решітку дає ще два аналогічні рівняння, які входять кути падіння і відображення рентгенівського випромінювання і відстані між атомами за трьома напрямками. Ці рівняння називаються рівняннями Лауе і є основою рентгеноструктурного аналізу.

Амплітуди променів, відбитих від паралельних атомних площин складаються і т.к. кількість атомів дуже велика, відбите випромінювання можна зафіксувати експериментально. Умова відображення описується рівнянням Вульфа - Брегга2d sinq = nl , де d - відстань між сусідніми атомними площинами, q - кут ковзання між напрямком падаючого променя і цими площинами в кристалі, l - Довжина хвилі рентгенівського випромінювання, n - ціле число, назване поряд. Кут q є кутом падіння стосовно саме атомних площин, які не обов'язково збігаються у напрямку з поверхнею досліджуваного зразка.

Розроблено кілька методів рентгеноструктурного аналізу, які використовують як випромінювання із суцільним спектром, так і монохроматичне випромінювання. Досліджуваний об'єкт при цьому може бути нерухомим або обертовим, може складатися з одного кристала (монокристал) або багатьох (полікристал), дифраговане випромінювання може реєструватися за допомогою плоскої або циліндричної рентгенівської плівки або рентгенівського випромінювання, що переміщається по колу детектора, однак у всіх випадках при проведенні експерименту та інтерпретації результатів використовується рівняння Вульфа - Брегга.

Рентгеноаналіз у науці та техніці

З відкриттям дифракції рентгенівських променів у розпорядженні дослідників виявився метод, що дозволяє без мікроскопа вивчити розташування окремих атомів та зміни цього розташування при зовнішніх впливах.

Основне застосування рентгенівських променів у фундаментальній науці – структурний аналіз, тобто. встановлення просторового розташування окремих атомів у кристалі. Для цього вирощують монокристали та проводять рентгеноаналіз, вивчаючи як розташування, так і інтенсивність рефлексів. Нині визначено структури як металів, а й складних органічних речовин, у яких елементарні осередки містять тисячі атомів.

У мінералогії методом ретгеноаналізу визначено структури тисяч мінералів та створено експрес-методи аналізу мінеральної сировини.

У металів порівняно проста кристалічна структура та рентгенівський метод дозволяє досліджувати її зміни при різних технологічних обробках та створювати фізичні основи нових технологій.

За розташуванням ліній на рентгенограмах визначають фазовий склад сплавів, за їх шириною – число, величину та форму кристалів, за розподілом інтенсивності в дифракційному конусі – орієнтування кристалів (текстуру).

За допомогою цих методик вивчають процеси при пластичній деформації, що включають дроблення кристалів, виникнення внутрішніх напруг і недосконалостей кристалічної структури (дислокацій). При нагріванні деформованих матеріалів вивчають зняття напруги та зростання кристалів (рекристалізація).

При рентгеноаналізі сплавів визначають склад та концентрацію твердих розчинів. У разі твердого розчину змінюються міжатомні відстані і, отже, відстані між атомними площинами. Ці зміни невеликі, тому розроблені спеціальні прецизійні методи вимірювання періодів кристалічних ґрат з точністю на два порядки, що перевищують точність вимірювання при звичайних рентгенівських методах дослідження. Поєднання прецизійних вимірювань періодів кристалічних ґрат і фазового аналізу дозволяють побудувати межі фазових областей на діаграмі стану. p align="justify"> Рентгенівським методом можна також виявити проміжні стани між твердими розчинами і хімічними сполуками - упорядковані тверді розчини, в яких атоми домішки розташовані не хаотично, як у твердих розчинах, і в той же час не з тривимірною впорядкованістю, як у хімічних сполуках. На рентгенограмах упорядкованих твердих розчинів є додаткові лінії, розшифровка рентгенограм показує, що атоми домішки займають певні місця у кристалічних ґратах, наприклад, у вершинах куба.

При загартуванні сплаву, який не зазнає фазових перетворень, може виникати пересичений твердий розчин і при подальшому нагріванні або навіть витримці при кімнатній температурі твердий розчин розпадається з виділенням частинок хімічної сполуки. Це ефект старіння і проявляється він на рентгенограмах як зміна положення та ширини ліній. Дослідження старіння особливо важливе для сплавів кольорових металів, наприклад, старіння перетворює м'який загартований алюмінієвий сплав на міцний конструкційний матеріал дуралюмін.

p align="justify"> Найбільше технологічне значення мають рентгенівські дослідження термічної обробки сталі. При загартуванні (швидкому охолодженні) стали відбувається бездифузійний фазовий перехід аустеніт – мартенсит, що призводить до зміни структури від кубічної до тетрагональної, тобто. елементарна комірка набуває форми прямокутної призми. На рентгенограмах це проявляється як розширення ліній та поділ деяких ліній на дві. Причини цього ефекту – як зміна кристалічної структури, а й виникнення великих внутрішніх напруг через термодинамічної нерівноважності мартенситної структури і різкого охолодження. При відпустці (нагріванні загартованої сталі) лінії на рентгенограмах звужуються, це пов'язано з поверненням до рівноважної структури.

В останні роки велике значення набули рентгенівські дослідження обробки матеріалів концентрованими потоками енергії (променями лазера, ударними хвилями, нейтронами, електронними імпульсами), вони зажадали нових методик та дали нові рентгенівські ефекти. Наприклад, при дії променів лазера на метали нагрівання та охолодження відбуваються настільки швидко, що в металі при охолодженні кристали встигають вирости лише до розмірів у декілька елементарних осередків (нанокристали) або взагалі не встигають виникнути. Такий метал після охолодження виглядає як звичайний, але не дає чітких ліній на рентгенограмі, а відбиті рентгенівські промені розподілені по всьому інтервалу кутів ковзання.

Після нейтронного опромінення на рентгенограмах з'являються додаткові плями (дифузні максимуми). Радіоактивний розпад також викликає специфічні рентгенівські ефекти, пов'язані зі зміною структури, а також з тим, що зразок, що досліджується, сам стає джерелом рентгенівського випромінювання.

Рентгенівське випромінювання, з погляду фізики, це електромагнітне випромінювання, довжина хвиль якого варіюється в діапазоні від 0,001 до 50 нанометрів. Було відкрито 1895 німецьким фізиком В.К.Рентгеном.

За природою ці промені є спорідненими з сонячним ультрафіолетом. У спектрі найдовшими є радіохвилі. За ними йде інфрачервоне світло, яке наші очі не сприймають, але ми відчуваємо його як тепло. Далі йдуть промені від червоного до фіолетового. Потім - ультрафіолет (А, В та С). А одразу за ним рентгенівські промені та гамма-випромінювання.

Рентгенівське може бути отримано двома способами: при гальмуванні в речовині заряджених частинок, що проходять крізь нього, і при переході електронів з вищих шарів на внутрішні при вивільненні енергії.

На відміну від видимого світла ці промені мають дуже велику довжину, тому здатні проникати через непрозорі матеріали, не відбиваючись, не заломлюючись і не накопичуючись у них.

Гальмівне випромінювання отримати простіше. Заряджені частки при гальмуванні випромінюють електромагнітне випромінювання. Чим більше прискорення цих частинок і, отже, різкіше гальмування, тим більше утворюється рентгенівське випромінювання, а довжина його хвиль стає меншою. У більшості випадків на практиці вдаються до вироблення променів у процесі гальмування електронів у твердих речовинах. Це дозволяє керувати джерелом цього випромінювання, уникаючи небезпеки радіаційного опромінення, тому що при відключенні джерела рентгенівське випромінювання повністю зникає.

Найпоширеніше джерело такого випромінювання - Випромінюване їй випромінювання неоднорідне. У ньому є і м'яке (довгохвильове), і жорстке (короткохвильове) випромінювання. М'яке характеризується тим, що повністю поглинається людським тілом, тому таке рентгенівське випромінювання приносить шкоду вдвічі більше, ніж жорстке. При надмірному електромагнітному опроміненні в тканинах організму людини іонізація може призвести до пошкодження клітин та ДНК.

Трубка – це з двома електродами – негативним катодом та позитивним анодом. При розігріванні з нього катода випаровуються електрони, потім вони прискорюються в електричному полі. Зіткнувшись з твердою речовиною анодів, вони починають гальмування, яке супроводжується випромінюванням електромагнітного випромінювання.

Рентгенівське випромінювання, властивості якого широко використовуються в медицині, базується на отриманні тіньового зображення об'єкта, що досліджується, на чутливому екрані. Якщо діагностований орган просвічуватиме пучком паралельних один одному променів, то проекція тіней від цього органу передаватиметься без спотворень (пропорційно). На практиці джерело випромінювання більш схоже на точкове, тому його розташовують на відстані від людини та від екрану.

Щоб отримати людина поміщається між рентгенівською трубкою та екраном або плівкою, що виступають у ролі приймачів випромінювання. В результаті опромінення на знімку кісткова та інші щільні тканини проявляються у вигляді явних тіней, виглядають контрастніше на тлі менш виразних ділянок, які передають тканини з меншим поглинанням. На рентгенівських знімках людина стає напівпрозорою.

Поширюючись, рентгенівське випромінювання може розсіюватися та поглинатися. До поглинання промені можуть проходити сотні метрів у повітрі. У щільній речовині вони поглинаються набагато швидше. Біологічні тканини людини неоднорідні, тому поглинання променів залежить від щільності тканини органів. поглинає промені швидше ніж м'які тканини, тому що містить речовини, що мають великі атомні номери. Фотони (окремі частинки променів) поглинаються різними тканинами організму людини по-різному, що дозволяє отримувати контрастне зображення за допомогою рентгенівських променів.