• Cu cât tensiunea este mai mare pe polii tubului, cu atât diferența de potențial apare mai puternică peste ei, prin urmare, energia cinetică a electronilor în mișcare va fi mai mare. Tensiunea de pe tub determină viteza electronilor și forța de coliziune a acestora cu substanța anodică, prin urmare, tensiunea determină lungimea de undă a radiației X rezultate.

Clasificarea tuburilor cu raze X

1. După scop
1. Diagnostic
2. Terapeutic
3. Pentru analiza structurală
4. Pentru translucide
2. Prin proiectare
1. Prin focalizare

• Focalizare unică (o spirală pe catod și un punct focal pe anod)
• Bifocal (există două spirale de dimensiuni diferite pe catod și două puncte focale pe anod)

1. După tipul anodului

• Staționar (fix)
• Rotire

Razele X sunt folosite nu numai în scopuri de diagnostic cu raze X, ci și în scopuri terapeutice. După cum sa menționat mai sus, capacitatea radiațiilor X de a suprima creșterea celulelor tumorale face posibilă utilizarea acesteia în terapia cu radiații pentru cancer. Pe lângă domeniul medical de aplicare, radiațiile cu raze X și-au găsit o largă aplicație în inginerie, știința materialelor, cristalografie, chimie și biochimie: de exemplu, este posibil să se identifice defecte structurale în diverse produse (șine, suduri etc.) folosind radiații cu raze X. Acest tip de cercetare se numește detectarea defectelor. Și în aeroporturi, gări și alte locuri aglomerate, introscoapele de televiziune cu raze X sunt utilizate în mod activ pentru a scana bagajele de mână și bagajele din motive de securitate.

În funcție de tipul de anod, tuburile cu raze X variază ca design. Datorită faptului că 99% din energia cinetică a electronilor este convertită în energie termică, în timpul funcționării tubului, are loc o încălzire semnificativă a anodului - ținta sensibilă de wolfram arde adesea. Anodul este răcit în tuburi moderne de raze X prin rotirea acestuia. Anodul rotativ are forma unui disc, care distribuie uniform căldura pe toată suprafața sa, prevenind supraîncălzirea locală a țintei de tungsten.

Designul tuburilor cu raze X diferă și în ceea ce privește focalizarea. Punctul focal este zona anodului în care este generat fasciculul de raze X de lucru. Împărțit în punct focal real și punct focal eficient ( orez. 12). Deoarece anodul este înclinat, punctul focal efectiv este mai mic decât cel real. Sunt utilizate diferite dimensiuni ale punctelor focale, în funcție de dimensiunea zonei imaginii. Cu cât zona imaginii este mai mare, cu atât punctul focal trebuie să fie mai larg pentru a acoperi întreaga zonă a imaginii. Cu toate acestea, un punct focal mai mic produce o claritate mai bună a imaginii. Prin urmare, atunci când se produc imagini mici, se folosește un filament scurt, iar electronii sunt direcționați către o zonă țintă mică a anodului, creând un punct focal mai mic.

Orez. 9 - Tub cu raze X cu un anod staționar.
Orez. 10 - Tub cu raze X cu anod rotativ.
Orez. 11 - Dispozitiv cu tub cu raze X cu anod rotativ.
Orez. 12 este o diagramă a formării unui punct focal real și eficient.

Natura razelor X

Radiația de raze X Bremsstrahlung, proprietățile sale spectrale.

Radiații de raze X caracteristice (de referință).

Interacțiunea radiațiilor X cu materia.

Baza fizică a utilizării radiațiilor cu raze X în medicină.

Razele X (razele X) au fost descoperite de K. Roentgen, care în 1895 a devenit primul laureat al premiului Nobel pentru fizică.

1. Natura razelor X

radiații cu raze X – unde electromagnetice cu lungimea de la 80 la 10–5 nm. Radiația cu raze X cu undă lungă este suprapusă cu radiația UV cu undă scurtă, iar radiația cu raze X cu undă scurtă este suprapusă cu radiația cu undă lungă .

Razele X sunt produse în tuburi de raze X. Fig.1.

K – catod

1 – fascicul de electroni

2 – Radiația cu raze X

Orez. 1. Dispozitiv cu tub cu raze X.

Tubul este un balon de sticlă (cu posibil vid mare: presiunea în el este de aproximativ 10–6 mmHg) cu doi electrozi: anodul A și catodul K, cărora li se aplică o tensiune înaltă U (câteva mii de volți). Catodul este o sursă de electroni (datorită fenomenului de emisie termoionică). Anodul este o tijă metalică care are o suprafață înclinată pentru a direcționa radiația de raze X rezultată într-un unghi față de axa tubului. Este realizat dintr-un material foarte conductiv termic pentru a disipa căldura generată de bombardamentul cu electroni. La capătul teșit există o placă de metal refractar (de exemplu, wolfram).

Încălzirea puternică a anodului se datorează faptului că majoritatea electronilor din fasciculul catodic, la atingerea anodului, suferă numeroase ciocniri cu atomii substanței și le transferă o mare energie.

Sub influența tensiunii înalte, electronii emiși de filamentul catod fierbinte sunt accelerați la energii mari. Energia cinetică a electronului este mv 2 /2. Este egal cu energia pe care o dobândește în timpul mișcării în câmpul electrostatic al tubului:

mv 2 /2 = eU (1)

unde m, e sunt masa și sarcina electronului, U este tensiunea de accelerare.

Procesele care conduc la apariția radiației de raze X bremsstrahlung sunt cauzate de decelerația intensă a electronilor din substanța anodică de către câmpul electrostatic al nucleului atomic și al electronilor atomici.

Mecanismul de apariție poate fi prezentat după cum urmează. Electronii în mișcare sunt un anumit curent care își formează propriul câmp magnetic. Încetinirea electronilor este o scădere a intensității curentului și, în consecință, o modificare a inducției câmpului magnetic, care va provoca apariția unui câmp electric alternativ, de exemplu. apariția unei unde electromagnetice.

Astfel, atunci când o particulă încărcată zboară în materie, aceasta decelerează, își pierde energia și viteza și emite unde electromagnetice.

1. Proprietățile spectrale ale radiației de raze X bremsstrahlung.

Deci, în cazul decelerarii electronilor în substanța anodica, Radiația de raze X Bremsstrahlung.

Spectrul de raze X bremsstrahlung este continuu. Motivul pentru aceasta este următorul.

Când electronii sunt decelerati, o parte din energie este destinată încălzirii anodului (E 1 = Q), cealaltă parte pentru a crea un foton cu raze X (E 2 = hv), în caz contrar, eU = hv + Q. Relația dintre acestea piese este aleatorie.

Astfel, se formează un spectru continuu de bremsstrahlung cu raze X din cauza decelerației multor electroni, fiecare dintre care emite un cuantic de raze X hv (h) cu o valoare strict definită. Mărimea acestui cuantum diferite pentru diferiți electroni. Dependența fluxului de energie de raze X de lungimea de undă , adică Spectrul de raze X este prezentat în Fig. 2.

Fig.2. Spectrul de raze X Bremsstrahlung: a) la diferite tensiuni U în tub; b) la diferite temperaturi T ale catodului.

Radiația cu undă scurtă (dure) are o putere de penetrare mai mare decât radiația cu undă lungă (moale). Radiația moale este absorbită mai puternic de materie.

Pe partea de lungime de undă scurtă, spectrul se termină brusc la o anumită lungime de undă  m i n . O astfel de bremsstrahlung cu unde scurte apare atunci când energia dobândită de un electron în câmpul de accelerare este complet convertită în energie fotonică (Q = 0):

eU = hv max = hc/ min ,  min = hc/(eU), (2)

 min (nm) = 1,23/UkV

Compoziţia spectrală a radiaţiei depinde de tensiunea de pe tubul de raze X odată cu creşterea tensiunii, valoarea  m i n se deplasează spre lungimi de undă scurte (Fig. 2a).

Când temperatura T a catodului se modifică, emisia de electroni crește. În consecință, curentul I în tub crește, dar compoziția spectrală a radiației nu se modifică (Fig. 2b).

Fluxul de energie Ф  bremsstrahlung este direct proporțional cu pătratul tensiunii U dintre anod și catod, puterea curentului I în tub și numărul atomic Z al substanței anodice:

Ф = kZU 2 I. (3)

unde k = 10 –9 W/(V 2 A).

Razele X joacă un rol imens în medicina modernă, istoria descoperirii razelor X datează din secolul al XIX-lea.

Razele X sunt unde electromagnetice care sunt produse cu participarea electronilor. Când particulele încărcate sunt puternic accelerate, sunt create raze X artificiale. Trece prin echipamente speciale:

• acceleratori de particule încărcate.

Istoria descoperirii

Aceste raze au fost inventate în 1895 de omul de știință german Roentgen: în timp ce lucra cu un tub catodic, el a descoperit efectul de fluorescență al cianurii de bariu platină. Atunci au fost descrise astfel de raze și capacitatea lor uimitoare de a pătrunde în țesuturile corpului. Razele au devenit cunoscute sub numele de raze X (raze X). Mai târziu, în Rusia, au început să fie numite cu raze X.

Razele X pot pătrunde chiar în pereți. Așa că Roentgen și-a dat seama că a făcut cea mai mare descoperire în domeniul medicinei. Din această perioadă au început să se formeze secțiuni separate în știință, cum ar fi radiologia și radiologia.

Razele sunt capabile să pătrundă prin țesutul moale, dar sunt întârziate, lungimea lor este determinată de obstacolul suprafeței dure. Țesuturile moi din corpul uman sunt piele, iar țesuturile dure sunt oase. În 1901, omul de știință a primit Premiul Nobel.

Cu toate acestea, chiar înainte de descoperirea lui Wilhelm Conrad Roentgen, alți oameni de știință au fost, de asemenea, interesați de un subiect similar. În 1853, fizicianul francez Antoine-Philibert Mason a studiat o descărcare de înaltă tensiune între electrozi dintr-un tub de sticlă. Gazul conținut în el a început să elibereze o strălucire roșiatică la presiune scăzută. Pomparea excesului de gaz din tub a dus la dezintegrarea strălucirii într-o secvență complexă de straturi luminoase individuale, a căror nuanță depindea de cantitatea de gaz.

În 1878, William Crookes (fizician englez) a sugerat că fluorescența are loc datorită impactului razelor asupra suprafeței de sticlă a tubului. Dar toate aceste studii nu au fost publicate nicăieri, așa că Roentgen habar nu avea despre astfel de descoperiri. După ce și-a publicat descoperirile în 1895 într-un jurnal științific, unde omul de știință a scris că toate corpurile sunt transparente la aceste raze, deși în grade foarte diferite, alți oameni de știință au devenit interesați de experimente similare. Ei au confirmat invenția lui Roentgen, iar ulterior a început dezvoltarea și îmbunătățirea razelor X.

Wilhelm Roentgen însuși a publicat încă două lucrări științifice pe tema razelor X în 1896 și 1897, după care a început și alte activități. Astfel, mai mulți oameni de știință l-au inventat, dar Roentgen a fost cel care a publicat lucrări științifice pe acest subiect.

Principii de achizitie a imaginilor

Caracteristicile acestei radiații sunt determinate de însăși natura aspectului lor. Radiația apare din cauza unei unde electromagnetice. Principalele sale proprietăți includ:

1. Reflecţie. Dacă o undă lovește suprafața perpendicular, aceasta nu va fi reflectată. În unele situații, diamantul are proprietatea de reflexie.
2. Abilitatea de a pătrunde în țesut. În plus, razele pot trece prin suprafețe opace ale materialelor precum lemn, hârtie etc.
3. Absorbţie. Absorbția depinde de densitatea materialului: cu cât este mai dens, cu atât mai multe razele X îl absorb.
4. Unele substanțe fluoresc, adică strălucesc. Imediat ce radiația se oprește, strălucirea dispare și ea. Dacă continuă după încetarea razelor, atunci acest efect se numește fosforescență.
5. Razele X pot ilumina filmul fotografic, la fel ca lumina vizibilă.
6. Dacă fasciculul trece prin aer, atunci are loc ionizarea în atmosferă. Această stare se numește conductivă electric și este determinată folosind un dozimetru, care stabilește rata de dozare a radiației.

Radiația - rău și beneficiu

Când a fost făcută descoperirea, fizicianul Roentgen nici nu și-a putut imagina cât de periculoasă era invenția sa. Pe vremuri, toate dispozitivele care produceau radiații erau departe de a fi perfecte și ajungeau la doze mari de raze eliberate. Oamenii nu au înțeles pericolul unei astfel de radiații. Deși unii oameni de știință chiar și atunci au prezentat teorii despre pericolele razelor X.

Razele X, care pătrund în țesuturi, au un efect biologic asupra lor. Unitatea de măsură pentru doza de radiații este roentgen pe oră. Influența principală este asupra atomilor ionizanți care se află în interiorul țesuturilor. Aceste raze acționează direct asupra structurii ADN-ului unei celule vii. Consecințele radiațiilor necontrolate includ:

• mutație celulară;
• apariția tumorilor;
• arsuri prin radiații;
• boala de radiatii.

Contraindicații la examenele cu raze X:

1. Pacienții sunt în stare gravă.
2. Perioada de sarcină din cauza efectelor negative asupra fătului.
3. Pacienți cu sângerare sau pneumotorax deschis.

Cum funcționează radiografia și unde se utilizează?

1. În medicină. Diagnosticul cu raze X este folosit pentru a examina țesuturile vii pentru a identifica anumite tulburări din organism. Terapia cu raze X se efectuează pentru a elimina formațiunile tumorale.
2. În știință. Sunt dezvăluite structura substanțelor și natura razelor X. Aceste probleme sunt tratate de științe precum chimia, biochimia și cristalografia.
3. În industrie. Pentru a detecta nereguli în produsele metalice.
4. Pentru siguranța populației. Raze X sunt instalate în aeroporturi și alte locuri publice pentru a scana bagajele.

Utilizări medicale ale radiațiilor cu raze X. În medicină și stomatologie, razele X sunt utilizate pe scară largă în următoarele scopuri:

1. Pentru a diagnostica bolile.
2. Pentru monitorizarea proceselor metabolice.
3. Pentru tratarea multor boli.

Utilizarea razelor X în scopuri medicinale

Pe lângă detectarea fracturilor osoase, razele X sunt utilizate pe scară largă în scopuri terapeutice. Aplicarea specializată a razelor X este de a atinge următoarele obiective:

1. Pentru a distruge celulele canceroase.
2. Pentru a reduce dimensiunea tumorii.
3. Pentru a reduce durerea.

De exemplu, iodul radioactiv, folosit pentru boli endocrinologice, este utilizat în mod activ pentru cancerul tiroidian, ajutând astfel mulți oameni să scape de această boală teribilă. În prezent, pentru a diagnostica boli complexe, razele X sunt conectate la computere, ducând la apariția celor mai noi metode de cercetare, precum tomografia axială computerizată.

Aceste scanări oferă medicilor imagini color care arată organele interne ale unei persoane. Pentru a detecta funcționarea organelor interne, este suficientă o doză mică de radiații. Razele X sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în fizioterapie.

Proprietățile de bază ale razelor X

1. Capacitate de penetrare. Toate corpurile sunt transparente la fasciculul de raze X, iar gradul de transparență depinde de grosimea corpului. Datorită acestei proprietăți, fasciculul a început să fie folosit în medicină pentru a detecta funcționarea organelor, prezența fracturilor și a corpurilor străine în organism.
2. Sunt capabili să provoace strălucirea unor obiecte. De exemplu, dacă bariu și platină sunt aplicate pe carton, atunci, după trecerea prin razele de scanare, acesta va străluci galben-verzui. Dacă vă plasați mâna între tubul cu raze X și ecran, lumina va pătrunde mai mult în os decât în ​​țesut, astfel încât țesutul osos va apărea cel mai strălucitor pe ecran, iar țesutul muscular mai puțin luminos.
3. Acțiune pe film fotografic. Razele X pot, ca și lumina, să facă un film întunecat, acest lucru vă permite să fotografiați partea umbră care se obține la examinarea corpurilor cu raze X.
4. Razele X pot ioniza gazele. Acest lucru permite nu numai găsirea razelor, ci și determinarea intensității acestora prin măsurarea curentului de ionizare din gaz.
5. Au un efect biochimic asupra organismului ființelor vii. Datorită acestei proprietăți, razele X au găsit o largă aplicație în medicină: pot trata atât bolile de piele, cât și bolile organelor interne. În acest caz, se selectează doza dorită de radiație și durata razelor. Utilizarea prelungită și excesivă a unui astfel de tratament este foarte dăunătoare și dăunătoare organismului.

Utilizarea razelor X a dus la salvarea multor vieți umane. Razele X nu numai că ajută la diagnosticarea bolii în timp util, metodele de tratament prin radioterapie scutesc pacienții de diferite patologii, de la hiperfuncția glandei tiroide la tumorile maligne ale țesutului osos.

PRELEZA 32 RADIAȚII X

PRELEZA 32 RADIAȚII X

1. Surse de radiații cu raze X.

2. Radiația de raze X Bremsstrahlung.

3. Radiația caracteristică cu raze X. Legea lui Moseley.

4. Interacțiunea radiațiilor X cu materia. Legea slăbirii.

5. Baza fizică a utilizării razelor X în medicină.

6. Concepte și formule de bază.

7. Sarcini.

radiații cu raze X - unde electromagnetice cu o lungime de undă de la 100 la 10 -3 nm. La scara undelor electromagnetice, radiația cu raze X ocupă regiunea dintre radiațiile UV și γ - radiatii.

Razele X (razele X) au fost descoperite în 1895 de K. Roentgen, care în 1901 a devenit primul laureat al premiului Nobel pentru fizică.

Sursele naturale de radiație cu raze X sunt niște izotopi radioactivi (de exemplu, 55 Fe). Sursele artificiale de radiații X puternice sunt tuburi cu raze X(Fig. 32.1).

Orez. 32.1. Dispozitiv cu tub cu raze X

Tubul cu raze X este un balon de sticlă evacuat cu doi electrozi: anodul A și catodul K, între care se creează o tensiune înaltă U (1-500 kV). Catodul este o spirală încălzită prin curent electric. Electronii emiși de un catod încălzit (emisia termionică) sunt accelerați de un câmp electric la mare viteze (de aceea este nevoie de tensiune înaltă) și cad pe anodul tubului. Când acești electroni interacționează cu substanța anodică, apar două tipuri de radiații cu raze X: frânareŞi caracteristică.

Suprafața de lucru a anodului este situată la un anumit unghi față de direcția fasciculului de electroni pentru a crea direcția necesară a razelor X.

Aproximativ 1% din energia cinetică a electronilor este transformată în raze X. Restul energiei este eliberată sub formă de căldură. Prin urmare, suprafața de lucru a anodului este realizată din material refractar.

32.2. Raze X Bremsstrahlung

Un electron care se deplasează într-un anumit mediu își pierde viteza. În acest caz, are loc o accelerație negativă. Conform teoriei lui Maxwell, orice accelerat mișcarea unei particule încărcate este însoțită de radiații electromagnetice. Se numește radiația produsă atunci când un electron decelerează în substanța anodică Radiația de raze X Bremsstrahlung.

Proprietățile bremsstrahlungului sunt determinate de următorii factori.

1. Radiația este emisă de cuante individuale, ale căror energii sunt legate de frecvență prin formula (26.10)

unde ν este frecvența, λ este lungimea de undă.

2. Toţi electronii care ajung la anod au aceeași energie cinetică egală cu munca câmpului electric dintre anod și catod:

unde e este sarcina electronului, U este tensiunea de accelerare.

3. Energia cinetică a electronului este parțial transferată substanței și merge să o încălzească (Q) și este parțial cheltuită pentru crearea unui cuantum de raze X:

4. Relația dintre Q și hv accidental.

Datorită ultimei proprietăți (4), cuante generate diverse electroni, au diverse frecvențe și lungimi de undă. Prin urmare, spectrul de raze X bremsstrahlung este continuu. Vedere tipică densitatea spectrală Fluxul de raze X (Φ λ = άΦ/άλ) este prezentat în Fig. 32.2.

Orez. 32.2. Spectrul de raze X Bremsstrahlung

Pe partea undelor lungi, spectrul este limitat la o lungime de undă de 100 nm, care este limita radiației cu raze X. Pe partea undei scurte, spectrul este limitat de lungimea de undă λ min. Conform formulei (32.2) lungime de undă minimă corespunde cazului Q = 0 (energia cinetică a electronului este complet transformată în energie cuantică):

Calculele arată că fluxul (Φ) al razelor X bremsstrahlung este direct proporțional cu pătratul tensiunii U dintre

anod și catod, puterea curentului I în tub și numărul atomic Z al substanței anodice:

În Fig. 32.3.

Orez. 32.3. Spectrul de raze X Bremsstrahlung (Φ λ):

a - la tensiuni diferite U în tub; b - la diferite temperaturi T

catod; c - pentru diferite substanțe anodice care diferă în parametrul Z

Pe măsură ce tensiunea anodului crește, valoarea λmin se deplasează către lungimi de undă mai scurte. În același timp, înălțimea curbei spectrale crește (Fig. 32.3, O).

Pe măsură ce temperatura catodului crește, emisia de electroni crește. În consecință, curentul I în tub crește. Înălțimea curbei spectrale crește, dar compoziția spectrală a radiației nu se modifică (Fig. 32.3, b).

Când materialul anodului se modifică, înălțimea curbei spectrale se modifică proporțional cu numărul atomic Z (Fig. 32.3, c).

32.3. Radiația de raze X caracteristică. Legea lui Moseley

Atunci când electronii catodici interacționează cu atomii anodici, împreună cu razele X bremsstrahlung, se produc raze X, al căror spectru este format din linii separate. Aceasta este radiația

are urmatoarea origine. Unii electroni catodici pătrund adânc în atom și scot electroni din el. cochilii interioare. Locurile libere formate în acest caz sunt umplute cu electroni din superior cochilii, în urma cărora sunt emise cuante de radiație. Această radiație conține un set discret de frecvențe determinate de materialul anodului și se numește radiatii caracteristice. Spectrul complet al tubului de raze X este o suprapunere a spectrului caracteristic pe spectrul bremsstrahlung (Fig. 32.4).

Orez. 32.4. Spectrul de radiații al tubului cu raze X

Existența spectrelor de raze X caracteristice a fost descoperită folosind tuburi de raze X. Mai târziu s-a constatat că astfel de spectre provin din orice ionizare a orbitelor interne ale elementelor chimice. După ce a studiat spectrele caracteristice ale diferitelor elemente chimice, G. Moseley (1913) a stabilit următoarea lege, care îi poartă numele.

Rădăcina pătrată a frecvenței caracteristice de radiație este o funcție liniară a numărului de serie al elementului:

unde ν este frecvența liniei spectrale, Z este numărul atomic al elementului emițător, A, B sunt constante.

Legea lui Moseley vă permite să determinați numărul atomic al unui element chimic din spectrul observat al radiațiilor caracteristice. Acest lucru a jucat un rol important în plasarea elementelor în tabelul periodic.

32.4. Interacțiunea radiațiilor X cu materia. Legea atenuării

Există două tipuri principale de interacțiune a razelor X cu materia: împrăștierea și efectul fotoelectric. În timpul împrăștierii, direcția de mișcare a fotonului se schimbă. În efectul fotoelectric, un foton absorbit.

1. Imprăștire coerentă (elastică). apare atunci când energia fotonului cu raze X este insuficientă pentru ionizarea internă a atomului (eliminarea unui electron dintr-una dintre învelișurile interioare). În acest caz, direcția de mișcare a fotonului se modifică, dar energia și lungimea de undă a acestuia nu se modifică (de aceea această împrăștiere se numește elastic).

2. Imprăștire incoerentă (Compton). apare atunci când energia fotonului este mult mai mare decât energia de ionizare internă A și: hv >> A și.

În acest caz, electronul este separat de atom și dobândește o anumită energie cinetică E k Direcția de mișcare a fotonului în timpul împrăștierii Compton se schimbă, iar energia acestuia scade:

Imprăștirea Compton este asociată cu ionizarea atomilor unei substanțe.

3. Efect foto apare atunci când energia fotonului hv este suficientă pentru a ioniza atomul: hv > A şi. În același timp, cuantica de raze X absorbit iar energia sa este cheltuită pentru ionizarea atomului și pentru a conferi energie cinetică electronului ejectat E k = hv - A I.

Împrăștierea Compton și efectul fotoelectric sunt însoțite de radiații de raze X caracteristice, deoarece după ce electronii interni sunt eliminați, pozițiile libere sunt umplute cu electroni din învelișurile exterioare.

Luminescență cu raze X.În unele substanțe, electronii și cuantele de împrăștiere Compton, precum și electronii cu efect fotoelectric, provoacă excitarea moleculelor, care este însoțită de tranziții radiative la starea fundamentală. Aceasta produce o strălucire numită luminiscență cu raze X. Luminescența oxidului de platină de bariu i-a permis lui Roentgen să descopere razele X.

Legea atenuării

Difuzarea razelor X și efectul fotoelectric duc la faptul că, pe măsură ce radiația X pătrunde mai adânc, fasciculul primar de radiație este slăbit (Fig. 32.5). Slăbirea este exponențială:

Valoarea lui μ depinde de materialul absorbant și de spectrul de emisie. Pentru calcule practice, ca o caracteristică a slăbirii

Orez. 32.5. Slăbirea fluxului de raze X în direcția razelor incidente

Unde λ - lungimea de unda; Z este numărul atomic al elementului; k este o constantă.

32.5. Baza fizică de utilizare

Radiația cu raze X în medicină

În medicină, radiațiile cu raze X sunt utilizate în scopuri diagnostice și terapeutice.

Diagnosticare cu raze X- metode de obținere a imaginilor organelor interne cu ajutorul razelor X.

Baza fizică a acestor metode este legea de atenuare a radiației X în materie (32.10). Fluxul de raze X uniform pe toată secțiunea transversală după trecere țesut eterogen va deveni eterogen. Această eterogenitate poate fi înregistrată pe un film fotografic, un ecran fluorescent sau folosind un fotodetector cu matrice. De exemplu, coeficienții de atenuare a masei țesutului osos - Ca 3 (PO 4) 2 - și țesuturilor moi - în principal H 2 O - diferă de 68 de ori (μ m os / μ m apă = 68). Densitatea osoasă este, de asemenea, mai mare decât densitatea țesuturilor moi. Prin urmare, o radiografie produce o imagine ușoară a osului pe un fundal mai întunecat de țesut moale.

Dacă organul studiat și țesuturile din jur au coeficienți de atenuare similari, atunci special agenţi de contrast. De exemplu, în timpul fluoroscopiei stomacului, subiectul ia o masă asemănătoare terciului de sulfat de bariu (BaSO 4), al cărui coeficient de atenuare a masei este de 354 de ori mai mare decât cel al țesuturilor moi.

Pentru diagnosticare, se utilizează radiația cu raze X cu o energie fotonică de 60-120 keV. Următoarele metode de diagnostic cu raze X sunt utilizate în practica medicală.

1. cu raze X. Imaginea este formată pe un ecran fluorescent. Luminozitatea imaginii este scăzută și poate fi vizualizată numai într-o cameră întunecată. Medicul trebuie protejat de radiații.

Avantajul fluoroscopiei este că se efectuează în timp real. Dezavantajul este expunerea mare la radiații a pacientului și a medicului (comparativ cu alte metode).

Versiunea modernă a fluoroscopiei - televiziunea cu raze X - folosește intensificatoare de imagine cu raze X. Amplificatorul percepe strălucirea slabă a ecranului cu raze X, o amplifică și o transmite pe ecranul televizorului. Ca urmare, expunerea la radiații la medic a scăzut brusc, luminozitatea imaginii a crescut și a devenit posibilă înregistrarea video a rezultatelor examinării.

2. Radiografie. Imaginea este formată pe o peliculă specială care este sensibilă la radiațiile de raze X. Imaginile sunt realizate în două proiecții reciproc perpendiculare (față și laterală). Imaginea devine vizibilă după procesarea fotografiei.

Fotografia uscată finită este examinată în lumină transmisă.

În același timp, detaliile sunt vizibile în mod satisfăcător, ale căror contraste diferă cu 1-2%. În unele cazuri, înainte de examinare, pacientului i se oferă o specială agent de contrast.

De exemplu, o soluție care conține iod (intravenos) pentru studiul rinichilor și tractului urinar.

3. Avantajele radiografiei sunt rezoluția înaltă, timpul scurt de expunere și siguranța aproape deplină pentru medic. Dezavantajele includ natura statică a imaginii (obiectul nu poate fi urmărit în dinamică). Fluorografie.

4. În timpul acestei examinări, imaginea obținută pe ecran este fotografiată pe un film sensibil de format mic. Fluorografia este utilizată pe scară largă în screening-ul în masă al populației. Dacă pe fluorogramă se găsesc modificări patologice, pacientului i se prescrie o examinare mai detaliată. Electroradiografie. Acest tip de examinare diferă de radiografia convențională prin modul în care este înregistrată imaginea. În loc de film ei folosesc placa de seleniu,

5. care este electrificată de raze X. Rezultatul este o imagine ascunsă a sarcinilor electrice, care poate fi făcută vizibilă și transferată pe hârtie. Angiografie.

6. Această metodă este utilizată pentru a examina vasele de sânge. Un agent de contrast este injectat în venă printr-un cateter, după care un aparat puternic de raze X realizează o serie de imagini, urmându-se în fracțiuni de secundă. Figura 32.6 prezintă o angiografie a arterei carotide. Acest tip de examinare cu raze X vă permite să obțineți o imagine a unei secțiuni plane a corpului cu o grosime de câțiva mm. În acest caz, o anumită secțiune este scanată în mod repetat în unghiuri diferite, fiecare imagine individuală fiind înregistrată în memoria computerului. Apoi

Orez. 32.6. Angiografia care arată îngustarea arterei carotide

Orez. 32.7. Schema de tomografie prin scanare (a); tomograma capului în secțiune la nivelul ochilor (b).

se realizează reconstrucția computerizată, rezultatul căreia este o imagine a stratului scanat (Fig. 32.7).

Tomografia computerizată permite distingerea elementelor cu o diferență de densitate între ele de până la 1%. Radiografia convențională permite detectarea unei diferențe minime de densitate între zonele adiacente de 10-20%.

terapie cu raze X - utilizarea razelor X pentru a distruge tumorile maligne.

Efectul biologic al radiațiilor este de a perturba activitatea vitală a celulelor care se înmulțesc foarte rapid. Raze X foarte dure (cu energii fotonice de aproximativ 10 MeV) sunt folosite pentru a distruge celulele canceroase adânc în interiorul corpului. Pentru a reduce deteriorarea țesutului sănătos din jur, fasciculul se rotește în jurul pacientului, astfel încât numai zona deteriorată să rămână sub influența sa în orice moment.

32.6. Concepte și formule de bază

Continuarea tabelului

Sfârșitul mesei

32.7. Sarcini

1. De ce un fascicul de electroni din tuburile cu raze X medicale lovește un punct de anticatod și nu cade peste el într-un fascicul larg?

Răspuns: pentru a obține o sursă punctuală de raze X, dând contururi clare ale obiectelor transiluminate pe ecran.

2. Aflați limita bremsstrahlung de raze X (frecvență și lungime de undă) pentru tensiunile U 1 = 2 kV și U 2 = 20 kV.

4. Scuturile de plumb sunt folosite pentru a proteja împotriva radiațiilor X. Coeficientul de absorbție liniar al radiației de raze X în plumb este de 52 cm -1. Cât de gros ar trebui să fie stratul de ecranare cu plumb pentru a reduce intensitatea razelor X de 30 de ori?

5. Aflați fluxul de radiație al tubului cu raze X la U = 50 kV, I = 1 mA. Anodul este realizat din wolfram (Z = 74). Găsiți eficiența tubului.

6. Agenții de contrast sunt utilizați pentru diagnosticarea cu raze X a țesuturilor moi. De exemplu, stomacul și intestinele sunt umplute cu o masă de sulfat de bariu (BaSO4). Comparați coeficienții de atenuare a masei sulfatului de bariu și țesutului moale (apă).

7. Ce va da o umbră mai densă pe ecranul unei instalații de raze X: aluminiu (Z = 13, ρ = 2,7 g/cm3) sau același strat de cupru (Z = 29, ρ = 8,9 g/cm3)?

8. De câte ori este grosimea stratului de aluminiu mai mare decât grosimea stratului de cupru dacă straturile atenuează în mod egal radiația de raze X?