X-ışını dalga boyu. X-ışını radyasyonu. X-ışını radyasyonunun insanlar üzerindeki etkisi

Rusya Federasyonu Eğitim ve Bilim Bakanlığı

Federal Eğitim Ajansı

Devlet Yüksek Mesleki Eğitim Kurumu SUSU

Fiziksel Kimya Bölümü

KSE kursuna göre: “X-ışını radyasyonu”

Tamamlanmış:

Naumova Daria Gennadievna

Kontrol edildi:

Doçent, K.T.N.

Tanklevskaya N.M.

Çelyabinsk 2010

giriiş

Bölüm I. X-ışınlarının Keşfi

Fiş

Madde ile etkileşim

Biyolojik etkiler

Kayıt

Başvuru

Röntgen nasıl çekilir?

Doğal X-ışınları

Bölüm II. röntgen

Başvuru

Görüntü edinme yöntemi

Radyografinin faydaları

Radyografinin dezavantajları

röntgen

Makbuz prensibi

Floroskopinin avantajları

Floroskopinin dezavantajları

Floroskopide dijital teknolojiler

Çok satırlı tarama yöntemi

Çözüm

Kullanılmış literatür listesi

giriiş

X ışınları, fotonların enerjisi, ultraviyoleden gama radyasyonuna kadar olan enerji aralığı tarafından belirlenen, 10−4 ila 10² Å (10−14 ila 10−8 m) dalga boyu aralığına karşılık gelen elektromanyetik dalgalardır.

Görünür ışık gibi, X ışınları da fotoğraf filminin siyaha dönmesine neden olur. Bu özellik tıp, endüstri ve bilimsel araştırmalar için önemlidir. İncelenen nesnenin içinden geçen ve ardından fotoğraf filminin üzerine düşen X-ışını radyasyonu, onun iç yapısını onun üzerinde gösterir. X-ışını radyasyonunun nüfuz etme gücü farklı malzemelere göre değiştiğinden, nesnenin ona karşı daha az şeffaf olan kısımları, fotoğrafta radyasyonun iyi nüfuz ettiği bölgelere göre daha açık alanlar oluşturur. Dolayısıyla kemik dokusu, deriyi ve iç organları oluşturan dokuya göre röntgen ışınlarına karşı daha az şeffaftır. Bu nedenle röntgende kemikler daha açık renkli alanlar olarak görünecek ve radyasyona karşı daha şeffaf olan kırık bölgesi oldukça kolay tespit edilebilecektir. X ışınları ayrıca diş hekimliğinde diş köklerindeki çürük ve apseleri tespit etmek için, endüstride ise döküm, plastik ve kauçuklardaki çatlakları tespit etmek için kullanılır.

X ışınları kimyada bileşikleri analiz etmek için ve fizikte kristallerin yapısını incelemek için kullanılır. Kimyasal bir bileşikten geçen bir X-ışını ışını, karakteristik ikincil radyasyon üretir; bunun spektroskopik analizi, kimyagerin bileşiğin bileşimini belirlemesine olanak tanır. Kristalin bir maddenin üzerine düştüğünde, bir X-ışını ışını kristalin atomları tarafından saçılır ve fotoğraf plakası üzerinde net, düzenli bir nokta ve şerit resmi verir, bu da kristalin iç yapısının oluşturulmasını mümkün kılar.

X ışınlarının kanser tedavisinde kullanılması, kanser hücrelerini öldürmesine dayanmaktadır. Ancak normal hücreler üzerinde de istenmeyen etkileri olabilir. Bu nedenle X ışınlarını bu şekilde kullanırken çok dikkatli olunmalıdır.

Bölüm I. X-ışınlarının Keşfi

X ışınlarının keşfi Wilhelm Conrad Roentgen'e atfedilir. X-ışınları adını verdiği X-ışınları üzerine bir makale yayınlayan ilk kişi oydu. Roentgen'in "Yeni bir ışın türü üzerine" başlıklı makalesi 28 Aralık 1895'te Würzburg Fizik-Tıp Derneği dergisinde yayınlandı. Ancak bundan önce de röntgen ışınlarının elde edildiğinin kanıtlandığı düşünülüyor. Roentgen'in deneylerinde kullandığı katot ışın tüpü, J. Hittorf ve W. Crookes tarafından geliştirildi. Bu tüp çalıştığında X ışınları üretilir. Bu, Crookes'un deneylerinde ve 1892'den itibaren Heinrich Hertz ve öğrencisi Philipp Lenard'ın fotoğraf plakalarının kararması yoluyla yaptığı deneylerde gösterildi. Ancak hiçbiri keşiflerinin önemini anlamadı ve sonuçlarını yayınlamadı. Ayrıca Nikola Tesla, 1897'den itibaren katot ışın tüpleriyle deneyler yaptı, X ışınları elde etti ancak sonuçlarını yayınlamadı.

Bu nedenle Roentgen, kendisinden önce yapılan keşiflerden habersizdi ve daha sonra kendi adını taşıyan ışınları bağımsız olarak - bir katot ışın tüpünün çalışması sırasında ortaya çıkan floresansı gözlemlerken keşfetti. Roentgen, bir yıldan biraz fazla bir süre (8 Kasım 1895'ten Mart 1897'ye kadar) X-ışınları üzerinde çalıştı ve onlar hakkında yalnızca üç küçük makale yayınladı; ancak bunlar, yeni ışınların o kadar kapsamlı bir tanımını veriyordu ki, takipçilerinin yüzlerce eseri, 12 yıl boyunca yayınlandıkları halde kayda değer bir şey ekleyemediler veya değiştiremediler. X ışınlarına olan ilgisini kaybeden Roentgen, meslektaşlarına şunları söyledi: "Ben zaten her şeyi yazdım, zamanınızı boşa harcamayın." Roentgen'in ünü aynı zamanda makalesinde yayınladığı karısının elinin ünlü fotoğrafından da geliyordu (sağdaki resme bakınız). Bu şöhret, Roentgen'e 1901'de fizikteki ilk Nobel Ödülü'nü kazandırdı ve Nobel komitesi, keşfinin pratik önemini vurguladı. 1896 yılında ilk kez "X-ışınları" adı kullanıldı. Bazı ülkelerde eski adı kaldı - X-ışınları. Rusya'da öğrenci V.K.'nin önerisi üzerine ışınlara "X-ışınları" adı verilmeye başlandı. Röntgen - Abram Fedorovich Ioffe.

Elektromanyetik dalga ölçeğindeki konum

X ışınlarının ve gama ışınlarının enerji aralıkları geniş bir enerji aralığı üzerinde örtüşmektedir. Her iki radyasyon türü de elektromanyetik radyasyondur ve aynı foton enerjisine sahiptir. Terminolojik fark, oluşum yönteminde yatmaktadır - X ışınları, elektronların (atomlarda veya serbest) katılımıyla yayılırken, atom çekirdeklerinin uyarılma süreçlerinde gama radyasyonu yayılır. X-ışını fotonlarının enerjileri 100 eV ila 250 keV arasındadır; bu, 3 1016 Hz ila 6 1019 Hz frekansa ve 0,005 - 10 nm dalga boyuna sahip radyasyona karşılık gelir (aralığın alt sınırının genel olarak kabul edilmiş bir tanımı yoktur) dalga boyu ölçeğindeki x-ışınlarının miktarı). Yumuşak X-ışınları en düşük foton enerjisine ve radyasyon frekansına (ve en uzun dalga boyuna) sahipken, sert X-ışınları en yüksek foton enerjisine ve radyasyon frekansına (ve en kısa dalga boyuna) sahiptir.

(Eşinin elinin V.K. Roentgen tarafından çekilmiş röntgen fotoğrafı (X-ışını))

)

Fiş

X-ışınları, yüklü parçacıkların (çoğunlukla elektronlar) kuvvetli ivmelenmesinden veya atom veya moleküllerin elektronik kabuklarındaki yüksek enerjili geçişlerden kaynaklanır. Her iki etki de, sıcak bir katot tarafından yayılan elektronların hızlandırıldığı (bu durumda, ivme çok küçük olduğundan hiçbir X-ışını yayılmaz) ve anoda çarparak keskin bir şekilde yavaşladıkları X-ışını tüplerinde kullanılır ( bu durumda, X-ışınları yayılır: sözde bremsstrahlung) ve aynı zamanda anotun yapıldığı metal atomlarının iç elektron kabuklarından elektronları dışarı atar. Kabuklardaki boş alanlar atomun diğer elektronları tarafından işgal edilir. Bu durumda, anot malzemesinin belirli bir enerji özelliği ile X-ışını radyasyonu yayılır (karakteristik radyasyon, frekanslar Moseley yasasına göre belirlenir:

,

Z, anot elemanının atom numarasıdır; A ve B, elektron kabuğunun temel kuantum numarası n'nin belirli bir değeri için sabitlerdir. Şu anda anotlar çoğunlukla seramikten, elektronların çarptığı kısım ise molibdenden yapılıyor. Hızlanma-yavaşlama sürecinde elektronun kinetik enerjisinin sadece %1'i x-ışını radyasyonuna girer, enerjinin %99'u ısıya dönüşür.

X-ışını radyasyonu yüklü parçacık hızlandırıcılarında da üretilebilir. T.N. Sinkrotron radyasyonu, bir parçacık demeti manyetik bir alanda saptırıldığında meydana gelir ve bu onların hareketlerine dik bir yönde hızlanma yaşamalarına neden olur. Sinkrotron radyasyonu, bir üst limiti olan sürekli bir spektruma sahiptir. Uygun şekilde seçilmiş parametrelerle (manyetik alan kuvveti ve parçacık enerjisi), sinkrotron radyasyonu spektrumunda da X ışınları elde edilebilir.

Bir X-ışını tüpünün şematik gösterimi. X - X ışınları, K - katot, A - anot (bazen antikatot olarak da adlandırılır), C - ısı emici, Uh - katot filaman voltajı, Ua - hızlanma voltajı, Win - su soğutma girişi, Wout - su soğutma çıkışı (bkz. X- ışın tüpü).

Madde ile etkileşim

X-ışınları için hemen hemen her maddenin kırılma indisi birlikten çok az farklıdır. Bunun bir sonucu olarak X-ışını merceğinin yapılabileceği herhangi bir malzemenin bulunmamasıdır. Ayrıca bir yüzeye dik olarak gelen X-ışınları neredeyse hiç yansımaz. Buna rağmen, X-ışını optiklerinde, X-ışınları için optik elemanların oluşturulmasına yönelik yöntemler bulunmuştur.

X ışınları maddeye nüfuz edebilir ve farklı maddeler onları farklı şekilde emer. X-ışınlarının emilmesi, X-ışını fotoğrafçılığındaki en önemli özelliktir. X ışınlarının yoğunluğu, soğurucu katmanda kat edilen yola bağlı olarak üstel olarak azalır (I = I0e-kd, burada d, katmanın kalınlığıdır, k katsayısı Z3λ3 ile orantılıdır, Z, elementin atom numarasıdır, λ dalga boyudur).

Emilim, fotoabsorpsiyon ve Compton saçılmasının bir sonucu olarak meydana gelir:

Fotoabsorbsiyon, bir fotonun, bir atomun kabuğundan bir elektronu koparması sürecini ifade eder; bu, foton enerjisinin belirli bir minimum değerden daha büyük olmasını gerektirir. Fotonun enerjisine bağlı olarak soğurma olayının gerçekleşme ihtimalini düşünürsek, belli bir enerjiye ulaşıldığında bu (olasılık) keskin bir şekilde maksimum değerine yükselir. Daha yüksek enerji değerleri için olasılık sürekli olarak azalır. Bu bağımlılıktan dolayı emilim sınırının olduğunu söylüyorlar. Absorbsiyon eylemi sırasında devreden çıkan elektronun yeri başka bir elektron tarafından alınır ve daha düşük foton enerjisine sahip radyasyon yayılır. floresans süreci.

Radyoloji, x-ışını radyasyonunun bu hastalıktan kaynaklanan hayvanların ve insanların vücudu üzerindeki etkilerini, bunların tedavisini ve önlenmesini ve ayrıca x-ışınlarını (x-ışını teşhisi) kullanarak çeşitli patolojileri teşhis etme yöntemlerini inceleyen bir radyoloji dalıdır. . Tipik bir X-ışını teşhis cihazı, bir güç kaynağı cihazı (transformatörler), elektrik şebekesinden alternatif akımı doğru akıma dönüştüren bir yüksek voltaj redresörü, bir kontrol paneli, bir stand ve bir röntgen tüpü içerir.

X ışınları, anot maddesinin atomlarıyla çarpışma anında hızlandırılmış elektronların keskin bir şekilde yavaşlaması sırasında bir X-ışını tüpünde oluşan bir tür elektromanyetik salınımdır. Şu anda genel olarak kabul edilen bakış açısı, x-ışınlarının, fiziksel yapıları gereği, spektrumu aynı zamanda radyo dalgalarını, kızılötesi ışınları, görünür ışığı, ultraviyole ışınlarını ve radyoaktif gama ışınlarını da içeren radyant enerji türlerinden biri olduğu yönündedir. unsurlar. X-ışını radyasyonu, en küçük parçacıkların (kuanta veya fotonlar) toplanması olarak karakterize edilebilir.

Pirinç. 1 - mobil röntgen ünitesi:

A - X-ışını tüpü;
B - güç kaynağı cihazı;
B - ayarlanabilir tripod.


Pirinç. 2 - Röntgen cihazının kontrol paneli (mekanik - solda ve elektronik - sağda):

A - pozlamayı ve sertliği ayarlamak için panel;
B - yüksek voltaj besleme düğmesi.
Pirinç. 3 - tipik bir X-ışını makinesinin blok diyagramı

1 - ağ;
2 - otomatik transformatör;
3 - yükseltici transformatör;
4 - X-ışını tüpü;
5 - anot;
6 - katot;
7 - düşürücü transformatör.

X-ışını üretiminin mekanizması

Hızlandırılmış elektron akışının anot maddesiyle çarpışması anında X ışınları oluşur. Elektronlar bir hedefle etkileşime girdiğinde kinetik enerjilerinin %99'u termal enerjiye, yalnızca %1'i X-ışını radyasyonuna dönüşür.

Bir X-ışını tüpü, içine 2 elektrotun lehimlendiği bir cam silindirden oluşur: bir katot ve bir anot. Cam balondan hava dışarı pompalanmıştır: Elektronların katottan anoda hareketi yalnızca bağıl vakum koşulları altında (10 -7 –10 -8 mm Hg) mümkündür. Katot, sıkıca bükülmüş bir tungsten spirali olan bir filamana sahiptir. Filamana elektrik akımı uygulandığında, elektronların filamandan ayrıldığı ve katot yakınında bir elektron bulutu oluşturduğu elektron emisyonu meydana gelir. Bu bulut, elektron hareketinin yönünü belirleyen katodun odaklama kabında yoğunlaşmıştır. Bardak katotta küçük bir çöküntüdür. Anot ise elektronların odaklandığı bir tungsten metal plaka içerir; burası X ışınlarının üretildiği yerdir.


Pirinç. 4 - X-ışını tüpü cihazı:

A - katot;
B - anot;
B - tungsten filamenti;
G - katodun odaklama kabı;
D - hızlandırılmış elektronların akışı;
E - tungsten hedefi;
F - cam şişe;
Z - berilyumdan yapılmış pencere;
Ve - oluşturulmuş röntgenler;
K - alüminyum filtre.

Elektronik tüpe bağlı 2 transformatör vardır: bir kademe düşürme ve bir yükseltme. Düşürücü bir transformatör, tungsten bobinini düşük voltajla (5-15 volt) ısıtır ve bu da elektron emisyonuna neden olur. Yükseltici veya yüksek voltajlı bir transformatör, 20-140 kilovolt voltajla beslenen katot ve anoda doğrudan uyar. Her iki transformatör de, transformatörlerin soğutulmasını ve güvenilir yalıtımını sağlayan, transformatör yağıyla doldurulmuş X-ışını makinesinin yüksek voltaj bloğuna yerleştirilir.

Düşürücü bir transformatör kullanılarak bir elektron bulutu oluşturulduktan sonra, yükseltici transformatör açılır ve elektrik devresinin her iki kutbuna da yüksek voltaj uygulanır: anoda pozitif bir darbe ve anoda negatif bir darbe. katot. Negatif yüklü elektronlar, negatif yüklü katottan itilir ve pozitif yüklü anoda yönelir - bu potansiyel fark nedeniyle, 100 bin km/s'lik yüksek bir hareket hızı elde edilir. Bu hızda elektronlar anotun tungsten plakasını bombalayarak bir elektrik devresini tamamlar ve sonuçta x-ışınları ve termal enerji ortaya çıkar.

X-ışını radyasyonu bremsstrahlung ve karakteristik olarak ikiye ayrılır. Bremsstrahlung, bir tungsten sarmalının yaydığı elektronların hızındaki keskin bir yavaşlama nedeniyle oluşur. Karakteristik radyasyon, atomların elektronik kabuklarının yeniden yapılandırılması sırasında meydana gelir. Bu türlerin her ikisi de, hızlandırılmış elektronların anot maddesinin atomlarıyla çarpışması anında X-ışını tüpünde oluşur. Bir X-ışını tüpünün emisyon spektrumu, Bremsstrahlung ve karakteristik X-ışınlarının bir süperpozisyonudur.


Pirinç. 5 - Bremsstrahlung X-ışını radyasyonunun oluşum prensibi.
Pirinç. 6 - karakteristik x-ışını radyasyonunun oluşum prensibi.

X-ışını radyasyonunun temel özellikleri

  1. X-ışınları gözle görülmez.
  2. X-ışını radyasyonu, canlı bir organizmanın organları ve dokularının yanı sıra görünür ışık ışınlarını iletmeyen cansız doğadaki yoğun yapılar boyunca yüksek nüfuz etme kabiliyetine sahiptir.
  3. X ışınları, floresans adı verilen bazı kimyasal bileşiklerin parlamasına neden olur.
  • Çinko ve kadmiyum sülfürler sarı-yeşil renkte floresans verir.
  • Kalsiyum tungstat kristalleri menekşe mavisidir.
  • X ışınlarının fotokimyasal etkisi vardır: gümüş bileşiklerini halojenlerle ayrıştırır ve fotoğraf katmanlarının kararmasına neden olarak röntgende görüntü oluşturur.
  • X ışınları enerjilerini geçtikleri ortamın atom ve moleküllerine aktararak iyonlaştırıcı etki gösterirler.
  • X-ışını radyasyonunun ışınlanmış organ ve dokularda belirgin bir biyolojik etkisi vardır: küçük dozlarda metabolizmayı uyarır, büyük dozlarda radyasyon yaralanmalarının yanı sıra akut radyasyon hastalığının gelişmesine yol açabilir. Bu biyolojik özellik, X-ışını radyasyonunun tümör ve bazı tümör dışı hastalıkların tedavisinde kullanılmasına olanak sağlar.

    • Elektromanyetik titreşim ölçeği

    X ışınlarının belirli bir dalga boyu ve titreşim frekansı vardır. Dalga boyu (λ) ve salınım frekansı (ν) şu ilişkiyle ilişkilidir: λ ν = c, burada c ışık hızıdır ve saniyede 300.000 km'ye yuvarlanır. X ışınlarının enerjisi E = h ν formülüyle belirlenir; burada h, Planck sabitidir; 6,626 10 -34 J⋅s'ye eşit bir evrensel sabittir. Işınların dalga boyu (λ), enerjileriyle (E) şu oranda ilişkilidir: λ = 12,4 / E.

    X-ışını radyasyonu, dalga boyu (tabloya bakınız) ve kuantum enerjisi açısından diğer elektromanyetik salınım türlerinden farklıdır. Dalga boyu ne kadar kısa olursa frekansı, enerjisi ve nüfuz gücü o kadar yüksek olur. X-ışını dalga boyu aralıktadır

    . X-ışını radyasyonunun dalga boyunu değiştirerek nüfuz etme yeteneği ayarlanabilir. X-ışınları çok kısa bir dalga boyuna, ancak yüksek bir titreşim frekansına sahiptir ve bu nedenle insan gözüyle görülemez. Muazzam enerjileri nedeniyle kuantumlar büyük bir nüfuz gücüne sahiptir; bu, X-ışını radyasyonunun tıpta ve diğer bilimlerde kullanılmasını sağlayan ana özelliklerden biridir.

    X-ışını radyasyonunun özellikleri

    Yoğunluk- X-ışını radyasyonunun, birim zaman başına tüp tarafından yayılan ışınların sayısıyla ifade edilen niceliksel bir özelliği. X-ışını radyasyonunun yoğunluğu miliamper cinsinden ölçülür. Bunu geleneksel bir akkor lambadan gelen görünür ışığın yoğunluğuyla karşılaştırarak bir benzetme yapabiliriz: örneğin, 20 watt'lık bir lamba bir yoğunlukla veya güçle parlayacak, 200 watt'lık bir lamba başka bir yoğunlukla veya güçle parlayacak, diğer taraftan Işığın kalitesi (tayfı) aynıdır. Bir X-ışınının yoğunluğu aslında onun miktarıdır. Her elektron anotta bir veya daha fazla radyasyon kuantumu yaratır, bu nedenle bir nesneyi açığa çıkarırken X ışınlarının sayısı, anoda yönelen elektronların sayısı ve elektronların tungsten hedefinin atomlarıyla etkileşimlerinin sayısı değiştirilerek düzenlenir. , bu iki şekilde yapılabilir:

    1. Bir düşürücü transformatör kullanarak katot spiralinin ısınma derecesini değiştirerek (emisyon sırasında üretilen elektronların sayısı tungsten spiralin ne kadar sıcak olduğuna bağlı olacaktır ve radyasyon kuantumunun sayısı elektron sayısına bağlı olacaktır);
    2. Yükseltici bir transformatör tarafından tüpün kutuplarına - katot ve anot - sağlanan yüksek voltajın büyüklüğünü değiştirerek (tüpün kutuplarına voltaj ne kadar yüksek olursa, elektronlar o kadar fazla kinetik enerji alır, bu da enerjileri nedeniyle, anot maddesinin birkaç atomu ile sırayla etkileşime girebilir - bkz. pirinç. 5; düşük enerjili elektronlar daha az etkileşime girebilecektir).

    X-ışını yoğunluğunun (anot akımı) maruz kalma süresiyle (tüp çalışma süresi) çarpımı, mAs (saniye başına miliamper) cinsinden ölçülen X-ışını maruziyetine karşılık gelir. Pozlama, yoğunluk gibi, X-ışını tüpü tarafından yayılan ışınların sayısını karakterize eden bir parametredir. Tek fark, pozlamanın aynı zamanda tüpün çalışma süresini de hesaba katmasıdır (örneğin, tüp 0,01 saniye çalışırsa ışın sayısı bir olur, 0,02 saniye çalışırsa ışın sayısı olur) farklı - iki kat daha fazla). Radyasyona maruz kalma miktarı, muayenenin türüne, incelenen nesnenin boyutuna ve teşhis görevine bağlı olarak radyolog tarafından X-ışını makinesinin kontrol panelinde ayarlanır.

    Sertlik- X-ışını radyasyonunun niteliksel özellikleri. Tüp üzerindeki yüksek voltajın kilovolt cinsinden büyüklüğü ile ölçülür. X ışınlarının nüfuz gücünü belirler. Yükseltici bir transformatör tarafından X-ışını tüpüne sağlanan yüksek voltajla düzenlenir. Tüpün elektrotları arasında potansiyel farkı ne kadar yüksek olursa, elektronlar katottan o kadar fazla kuvvetle itilir ve anoda doğru hareket eder ve anotla çarpışmaları o kadar güçlü olur. Çarpışmaları ne kadar güçlü olursa, ortaya çıkan X-ışını radyasyonunun dalga boyu o kadar kısa olur ve bu dalganın nüfuz etme yeteneği (veya yoğunluk gibi kontrol panelinde voltaj parametresi tarafından düzenlenen radyasyonun sertliği) o kadar yüksek olur. tüp - kilovoltaj).

    Pirinç. 7 - Dalga boyunun dalga enerjisine bağımlılığı:

    λ - dalga boyu;
    E - dalga enerjisi

    • Hareket eden elektronların kinetik enerjisi ne kadar yüksek olursa, anot üzerindeki etkileri de o kadar güçlü olur ve ortaya çıkan X-ışını radyasyonunun dalga boyu da o kadar kısa olur. Uzun dalga boyuna ve düşük nüfuz gücüne sahip X-ışını radyasyonuna “yumuşak”; kısa dalga boyuna ve yüksek nüfuz gücüne sahip X-ışını radyasyonuna “sert” denir.
     Pirinç. 8 - X-ışını tüpündeki voltaj ile ortaya çıkan X-ışını radyasyonunun dalga boyu arasındaki ilişki:
    • Tüpün kutuplarına ne kadar yüksek voltaj uygulanırsa aralarındaki potansiyel fark o kadar güçlü olur, dolayısıyla hareket eden elektronların kinetik enerjisi daha yüksek olur. Tüp üzerindeki voltaj, elektronların hızını ve anot maddesiyle çarpışma kuvvetini belirler; dolayısıyla voltaj, ortaya çıkan X-ışını radyasyonunun dalga boyunu belirler.

    X-ışını tüplerinin sınıflandırılması

    1. Amaca göre
      1. Teşhis
      2. Tedavi edici
      3. Yapısal analiz için
      4. Yarı saydam için
    2. Tasarım gereği
      1. Odak noktasına göre
    • Tek odaklı (katotta bir spiral ve anotta bir odak noktası)
    • Bifokal (katotta farklı boyutlarda iki spiral ve anotta iki odak noktası vardır)
    1. Anot tipine göre
    • Sabit (sabit)
    • Dönen

    X-ışınları yalnızca röntgen teşhis amaçlı değil aynı zamanda tedavi amaçlı da kullanılır. Yukarıda belirtildiği gibi, X-ışını radyasyonunun tümör hücrelerinin büyümesini baskılama yeteneği, bunun kanser için radyasyon terapisinde kullanılmasını mümkün kılar. Tıbbi uygulama alanına ek olarak, X-ışını radyasyonu mühendislik, malzeme bilimi, kristalografi, kimya ve biyokimyada da geniş uygulama alanı bulmuştur: örneğin, çeşitli ürünlerdeki (raylar, kaynaklar vb.) yapısal kusurları tanımlamak mümkündür. X-ışını radyasyonu kullanılarak. Bu tür araştırmalara kusur tespiti denir. Havalimanlarında, tren istasyonlarında ve diğer kalabalık yerlerde ise güvenlik amacıyla el bagajı ve bagaj taraması için X-ray televizyon introskopları aktif olarak kullanılıyor.

    Anot tipine bağlı olarak X-ışını tüplerinin tasarımı farklılık gösterir. Elektronların kinetik enerjisinin% 99'unun termal enerjiye dönüştürülmesi nedeniyle, tüpün çalışması sırasında anotta önemli ölçüde ısınma meydana gelir - hassas tungsten hedefi sıklıkla yanar. Anot, modern X-ışını tüplerinde döndürülerek soğutulur. Dönen anot, ısıyı tüm yüzeyine eşit bir şekilde dağıtan ve tungsten hedefinin yerel olarak aşırı ısınmasını önleyen bir disk şekline sahiptir.

    X-ışını tüplerinin tasarımı da odak açısından farklılık gösterir. Odak noktası, çalışan X-ışını ışınının üretildiği anodun alanıdır. Gerçek odak noktasına ve etkili odak noktasına bölünmüştür ( pirinç. 12). Anot açılı olduğundan etkin odak noktası gerçek olandan daha küçüktür. Görüntü alanının boyutuna bağlı olarak farklı odak noktası boyutları kullanılır. Görüntü alanı ne kadar büyük olursa, görüntünün tüm alanını kaplayacak şekilde odak noktası da o kadar geniş olmalıdır. Ancak daha küçük bir odak noktası daha iyi görüntü netliği sağlar. Bu nedenle küçük görüntüler üretilirken kısa bir filaman kullanılır ve elektronlar anotun küçük bir hedef alanına yönlendirilerek daha küçük bir odak noktası oluşturulur.


    Pirinç. 9 - Sabit anotlu X-ışını tüpü.
    Pirinç. 10 - Dönen anotlu X-ışını tüpü.
    Pirinç. 11 - Dönen anotlu X-ışını tüpü cihazı.
    Pirinç. Şekil 12, gerçek ve etkili bir odak noktasının oluşumunu gösteren bir diyagramdır.

      X-ışınlarının doğası

      Bremsstrahlung X-ışını radyasyonu, spektral özellikleri.

      Karakteristik X-ışını radyasyonu (referans için).

      X-ışını radyasyonunun madde ile etkileşimi.

      X-ışını radyasyonunun tıpta kullanımının fiziksel temeli.

    X-ışınları (X - ışınları), 1895'te fizikte ilk Nobel ödüllü olan K. Roentgen tarafından keşfedildi.

    1. X-ışınlarının doğası

    X-ışını radyasyonu – uzunluğu 80 ila 10–5 nm arasında olan elektromanyetik dalgalar. Uzun dalga X-ışını radyasyonu, kısa dalga UV radyasyonu ile üst üste bindirilir ve kısa dalga X-ışını radyasyonu, uzun dalga  radyasyonu ile üst üste bindirilir.

    X-ışınları X-ışını tüplerinde üretilir. Şekil 1.

    K - katot

    1 – elektron ışını

    2 – X-ışını radyasyonu

    Pirinç. 1. X-ışını tüpü cihazı.

    Tüp, iki elektrotlu bir cam şişedir (muhtemelen yüksek vakumlu: içindeki basınç yaklaşık 10-6 mmHg'dir): anot A ve katot K, üzerine yüksek voltaj U (birkaç bin volt) uygulanır. Katot bir elektron kaynağıdır (termiyonik emisyon olgusu nedeniyle). Anot, ortaya çıkan X-ışını radyasyonunu tüpün eksenine bir açıyla yönlendirmek için eğimli bir yüzeye sahip metal bir çubuktur. Elektron bombardımanı tarafından üretilen ısıyı dağıtmak için termal olarak oldukça iletken bir malzemeden yapılmıştır. Eğimli uçta refrakter metalden (örneğin tungsten) bir plaka bulunur.

    Anotun kuvvetli ısınması, katot ışınındaki elektronların çoğunluğunun anoda ulaştıktan sonra maddenin atomlarıyla çok sayıda çarpışmaya maruz kalması ve onlara büyük enerji aktarması gerçeğinden kaynaklanmaktadır.

    Yüksek voltajın etkisi altında, sıcak katot filamanından yayılan elektronlar yüksek enerjilere hızlandırılır. Elektronun kinetik enerjisi mv 2/2'dir. Borunun elektrostatik alanında hareket ederken elde ettiği enerjiye eşittir:

    mv 2/2 = AB (1)

    burada m, e elektronun kütlesi ve yüküdür, U ise hızlanan voltajdır.

    Bremsstrahlung X-ışını radyasyonunun ortaya çıkmasına neden olan süreçler, anot maddesindeki elektronların atom çekirdeğinin ve atom elektronlarının elektrostatik alanı tarafından yoğun şekilde yavaşlamasından kaynaklanır.

    Oluşma mekanizması aşağıdaki gibi sunulabilir. Hareketli elektronlar kendi manyetik alanını oluşturan belirli bir akımdır. Elektronların yavaşlaması, akım gücünde bir azalma ve buna bağlı olarak, alternatif bir elektrik alanının ortaya çıkmasına neden olacak manyetik alan indüksiyonunda bir değişikliktir, yani. elektromanyetik dalganın görünümü.

    Böylece yüklü bir parçacık maddeye doğru uçtuğunda yavaşlar, enerjisini ve hızını kaybeder ve elektromanyetik dalgalar yayar.

    1. Bremsstrahlung X-ışını radyasyonunun spektral özellikleri.

    Yani anot maddesinde elektron yavaşlaması durumunda, Bremsstrahlung X-ışını radyasyonu.

    Bremsstrahlung X-ışınlarının spektrumu süreklidir. Bunun nedeni şudur.

    Elektronlar yavaşlatıldığında, enerjinin bir kısmı anodu ısıtmaya (E 1 = Q), diğer kısmı bir x-ışını fotonu oluşturmaya (E 2 = hv), aksi halde eU = hv + Q'ya gider. Bunlar arasındaki ilişki parçalar rastgeledir.

    Böylece, her biri kesin olarak tanımlanmış bir değere sahip bir X-ışını kuantumu hv (h) yayan birçok elektronun yavaşlaması nedeniyle sürekli bir X-ışını bremsstrahlung spektrumu oluşur. Bu kuantumun büyüklüğü farklı elektronlar için farklıdır. X-ışını enerji akışının dalga boyuna bağımlılığı , yani. X-ışını spektrumu Şekil 2'de gösterilmektedir.

    Şekil 2. Bremsstrahlung X-ışını spektrumu: a) tüpteki farklı U voltajlarında; b) katodun farklı T sıcaklıklarında.

    Kısa dalga (sert) radyasyonun nüfuz etme gücü, uzun dalga (yumuşak) radyasyona göre daha fazladır. Yumuşak radyasyon madde tarafından daha güçlü bir şekilde emilir.

    Kısa dalga boyu tarafında, spektrum belirli bir dalga boyu  m i n'de aniden sona erer. Bu tür kısa dalga bremsstrahlung, hızlanan alandaki bir elektronun elde ettiği enerji tamamen foton enerjisine dönüştürüldüğünde meydana gelir (Q = 0):

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

     dk (nm) = 1,23/UkV

    Radyasyonun spektral bileşimi X-ışını tüpündeki voltaja bağlıdır; artan voltajla birlikte  m in değeri kısa dalga boylarına doğru kayar (Şekil 2a).

    Katodun T sıcaklığı değiştiğinde elektron emisyonu artar. Sonuç olarak tüpteki akım I artar, ancak radyasyonun spektral bileşimi değişmez (Şekil 2b).

    Ф  bremsstrahlung enerji akışı, anot ve katot arasındaki U voltajının karesi, tüpteki akım gücü I ve anot maddesinin atom numarası Z ile doğru orantılıdır:

    Ф = kZU 2 I. (3)

    burada k = 10 –9 W/(V 2 A).

    X ışınlarının modern tıpta büyük bir rolü vardır; X ışınlarının keşfinin tarihi 19. yüzyıla kadar uzanır.

    X ışınları, elektronların katılımıyla üretilen elektromanyetik dalgalardır. Yüklü parçacıklar güçlü bir şekilde hızlandırıldığında yapay X-ışınları yaratılır. Özel ekipmanlardan geçer:

    • yüklü parçacık hızlandırıcıları

    Keşif tarihi

    Bu ışınlar 1895 yılında Alman bilim adamı Roentgen tarafından icat edildi: Katot ışın tüpüyle çalışırken baryum platin siyanürün floresans etkisini keşfetti. O zaman bu tür ışınlar ve onların vücudun dokularına nüfuz etme konusundaki inanılmaz yetenekleri anlatıldı. Işınlara x-ışınları (x-ışınları) adı verildi. Daha sonra Rusya'da bunlara X-ışını adı verilmeye başlandı.

    X ışınları duvarlara bile nüfuz edebilir. Böylece Roentgen tıp alanında en büyük keşfi yaptığını fark etti. Bu zamandan itibaren bilimde radyoloji ve radyoloji gibi ayrı bölümler oluşmaya başladı.

    Işınlar yumuşak dokudan geçebilir ancak gecikir, uzunlukları sert yüzeyin engeline göre belirlenir. İnsan vücudundaki yumuşak dokular deri, sert dokular ise kemiklerdir. 1901'de bilim adamına Nobel Ödülü verildi.

    Ancak Wilhelm Conrad Roentgen'in keşfinden önce bile diğer bilim adamları da benzer bir konuyla ilgileniyorlardı. 1853'te Fransız fizikçi Antoine-Philibert Mason, bir cam tüpteki elektrotlar arasındaki yüksek voltajlı deşarjı inceledi. İçerisindeki gaz, düşük basınçta kırmızımsı bir parıltı yaymaya başladı. Tüpteki fazla gazın dışarı pompalanması, parıltının, renk tonu gaz miktarına bağlı olan karmaşık bir dizi ayrı parlak katman halinde parçalanmasına yol açtı.

    1878'de William Crookes (İngiliz fizikçi), floresansın, ışınların tüpün cam yüzeyine çarpması nedeniyle oluştuğunu öne sürdü. Ancak tüm bu çalışmalar hiçbir yerde yayınlanmadığından Roentgen'in bu tür keşifler hakkında hiçbir fikri yoktu. Keşiflerini 1895 yılında bilimsel bir dergide yayınladıktan sonra, bilim adamı çok farklı derecelerde de olsa tüm cisimlerin bu ışınlara karşı şeffaf olduğunu yazdı, diğer bilim adamları da benzer deneylerle ilgilenmeye başladı. Röntgen'in icadını doğruladılar ve ardından X ışınlarının geliştirilmesi ve iyileştirilmesi başladı.

    Wilhelm Roentgen, 1896 ve 1897'de X-ışınları konusunda iki bilimsel makale daha yayınladı ve ardından başka faaliyetlere başladı. Böylece birçok bilim adamı onu icat etti, ancak bu konuda bilimsel çalışmalar yayınlayan Roentgen'di.


    Görüntü edinme ilkeleri

    Bu radyasyonun özellikleri, görünüşlerinin doğasına göre belirlenir. Radyasyon elektromanyetik dalga nedeniyle oluşur. Ana özellikleri şunları içerir:

    1. Refleks. Bir dalga yüzeye dik olarak çarparsa yansımaz. Bazı durumlarda elmas yansıma özelliğine sahiptir.
    2. Dokuya nüfuz etme yeteneği. Ayrıca ışınlar ahşap, kağıt vb. malzemelerin opak yüzeylerinden de geçebilir.
    3. Emilim. Emilim malzemenin yoğunluğuna bağlıdır: ne kadar yoğunsa X ışınları da o kadar fazla emilir.
    4. Bazı maddeler floresans yayar, yani parlar. Radyasyon durduğu anda parlaklık da kaybolur. Işınların kesilmesinden sonra da devam ediyorsa bu etkiye fosforesans denir.
    5. X ışınları, tıpkı görünür ışık gibi fotoğraf filmini aydınlatabilir.
    6. Işın havadan geçerse atmosferde iyonlaşma meydana gelir. Bu duruma elektriksel olarak iletken denir ve radyasyon dozaj oranını ayarlayan bir dozimetre kullanılarak belirlenir.

    Radyasyon - zarar ve fayda

    Keşif yapıldığında fizikçi Roentgen, buluşunun ne kadar tehlikeli olduğunu hayal bile edemiyordu. Eskiden radyasyon üreten tüm cihazlar mükemmel olmaktan uzaktı ve sonuçta yüksek dozda ışın yayılıyordu. İnsanlar bu tür radyasyonun tehlikesini anlamadılar. Her ne kadar bazı bilim adamları o zaman bile X ışınlarının tehlikeleri hakkında teoriler öne sürdüler.


    Dokulara nüfuz eden X ışınlarının onlar üzerinde biyolojik etkisi vardır. Radyasyon dozunun ölçü birimi saat başına röntgendir. Ana etki, dokuların içinde bulunan iyonlaştırıcı atomlar üzerindedir. Bu ışınlar canlı hücrenin DNA yapısına doğrudan etki eder. Kontrolsüz radyasyonun sonuçları şunları içerir:

    • hücre mutasyonu;
    • tümörlerin görünümü;
    • radyasyon yanıkları;
    • radyasyon hastalığı

    X-ışını muayenelerine kontrendikasyonlar:

    1. Hastaların durumu ciddi.
    2. Hamilelik döneminin fetus üzerindeki olumsuz etkileri nedeniyle.
    3. Kanama veya açık pnömotoraksı olan hastalar.

    Röntgen nasıl çalışır ve nerede kullanılır?

    1. Tıpta. X-ışını teşhisi, vücuttaki belirli bozuklukları tanımlamak amacıyla canlı dokuları incelemek için kullanılır. Tümör oluşumlarını ortadan kaldırmak için röntgen tedavisi yapılır.
    2. Bilimde. Maddelerin yapısı ve x-ışınlarının doğası ortaya çıkar. Bu konular kimya, biyokimya ve kristalografi gibi bilimler tarafından ele alınmaktadır.
    3. Endüstride. Metal ürünlerdeki düzensizlikleri tespit etmek.
    4. Nüfusun güvenliği için. Bagajları taramak için havalimanlarına ve diğer halka açık yerlere röntgen ışınları yerleştiriliyor.


    X-ışını radyasyonunun tıbbi kullanımları. Tıpta ve diş hekimliğinde X-ışınları aşağıdaki amaçlar için yaygın olarak kullanılmaktadır:

    1. Hastalıkları teşhis etmek.
    2. Metabolik süreçlerin izlenmesi için.
    3. Birçok hastalığın tedavisi için.

    X ışınlarının tıbbi amaçlarla kullanılması

    Kemik kırıklarını tespit etmenin yanı sıra, X ışınları tedavi amaçlı olarak da yaygın olarak kullanılmaktadır. X-ışınlarının özel uygulaması aşağıdaki hedeflere ulaşmaktır:

    1. Kanser hücrelerini yok etmek için.
    2. Tümör boyutunu küçültmek için.
    3. Acıyı azaltmak için.

    Örneğin endokrinolojik hastalıklarda kullanılan radyoaktif iyot, tiroid kanserinde aktif olarak kullanılmakta ve birçok insanın bu korkunç hastalıktan kurtulmasına yardımcı olmaktadır. Şu anda, karmaşık hastalıkların teşhisi için X ışınlarının bilgisayarlara bağlanması, bilgisayarlı aksiyal tomografi gibi en son araştırma yöntemlerinin ortaya çıkmasına neden oluyor.

    Bu taramalar doktorlara kişinin iç organlarını gösteren renkli görüntüler sağlar. İç organların işleyişini tespit etmek için küçük bir doz radyasyon yeterlidir. X ışınları fizyoterapide de yaygın olarak kullanılmaktadır.


    X ışınlarının temel özellikleri

    1. Nüfuz etme yeteneği. Tüm gövdeler X-ışını ışınına karşı şeffaftır ve şeffaflığın derecesi gövdenin kalınlığına bağlıdır. Bu özellik sayesinde ışın tıpta organların işleyişini, vücuttaki kırıkların ve yabancı cisimlerin varlığını tespit etmek için kullanılmaya başlandı.
    2. Bazı nesnelerin parlamasına neden olabilirler. Örneğin, kartona baryum ve platin uygulanırsa, tarama ışınlarından geçtikten sonra yeşilimsi sarı renkte parlayacaktır. Elinizi röntgen tüpü ile ekran arasına koyarsanız, ışık dokudan çok kemiğe nüfuz edecek, böylece kemik dokusu ekranda daha parlak, kas dokusu ise daha az parlak görünecektir.
    3. Fotoğraf filmi üzerinde eylem. X-ışınları, ışık gibi bir filmi karanlık hale getirebilir, bu, X-ışınları ile cesetleri incelerken elde edilen gölgeli tarafı fotoğraflamanıza olanak tanır.
    4. X ışınları gazları iyonize edebilir. Bu sadece ışınları bulmayı değil, aynı zamanda gazdaki iyonizasyon akımını ölçerek yoğunluklarını da belirlemeyi sağlar.
    5. Canlıların vücudu üzerinde biyokimyasal etkiye sahiptirler. Bu özellik sayesinde X ışınları tıpta geniş bir uygulama alanı bulmuştur: hem cilt hastalıklarını hem de iç organ hastalıklarını tedavi edebilirler. Bu durumda istenilen radyasyon dozu ve ışınların süresi seçilir. Bu tür tedavinin uzun süreli ve aşırı kullanımı vücuda çok zararlı ve zararlıdır.

    X ışınlarının kullanımı birçok insanın hayatının kurtarılmasıyla sonuçlandı. X ışınları yalnızca hastalığın zamanında teşhis edilmesine yardımcı olmakla kalmaz; radyasyon tedavisini kullanan tedavi yöntemleri, hastaları tiroid bezinin hiperfonksiyonundan kemik dokusunun kötü huylu tümörlerine kadar çeşitli patolojilerden kurtarır.

    DERS 32 X-IŞINI RADYASYONU

    DERS 32 X-IŞINI RADYASYONU

    1. X-ışını radyasyonunun kaynakları.

    2. Bremsstrahlung X-ışını radyasyonu.

    3. Karakteristik X-ışını radyasyonu. Moseley Yasası.

    4. X-ışını radyasyonunun madde ile etkileşimi. Zayıflama kanunu.

    5. X-ışınlarının tıpta kullanımının fiziksel temelleri.

    6. Temel kavramlar ve formüller.

    7. Görevler.

    X-ışını radyasyonu - dalga boyu 100 ila 10-3 nm arasında olan elektromanyetik dalgalar. Elektromanyetik dalgalar ölçeğinde X-ışını radyasyonu, UV radyasyonu ile UV radyasyonu arasındaki bölgeyi kaplar. γ - radyasyon.

    X-ışınları (X-ışınları), 1895 yılında, 1901'de fizik alanında ilk Nobel ödüllü olan K. Roentgen tarafından keşfedildi.

    X-ışını radyasyonunun doğal kaynakları bazı radyoaktif izotoplardır (örneğin 55 Fe). Güçlü X-ışını radyasyonunun yapay kaynakları röntgen tüpleri(Şekil 32.1).

    Pirinç. 32.1. X-ışını tüpü cihazı

    X-ışını tüpü, iki elektrotlu, içi boşaltılmış bir cam şişedir: anot A ve katot K, aralarında yüksek voltaj U (1-500 kV) oluşturulur. Katot, elektrik akımıyla ısıtılan bir spiraldir. Isıtılmış bir katot (termiyonik emisyon) tarafından yayılan elektronlar, bir elektrik alanı tarafından hızlandırılır. büyük hızlarda (bu nedenle yüksek voltaja ihtiyaç duyulur) ve tüpün anotunun üzerine düşer. Bu elektronlar anot maddesiyle etkileşime girdiğinde iki tür X-ışını radyasyonu ortaya çıkar: frenleme Ve karakteristik.

    Anodun çalışma yüzeyi, X-ışınlarının gerekli yönünü oluşturmak için elektron ışınının yönüne belirli bir açıda yerleştirilmiştir.

    Elektronların kinetik enerjisinin yaklaşık %1'i X ışınlarına dönüşür. Enerjinin geri kalanı ısı olarak açığa çıkar. Bu nedenle anodun çalışma yüzeyi refrakter malzemeden yapılmıştır.

    32.2. Bremsstrahlung X-ışınları

    Belirli bir ortamda hareket eden elektron hızını kaybeder. Bu durumda negatif ivme meydana gelir. Maxwell'in teorisine göre herhangi bir hızlandırılmış Yüklü bir parçacığın hareketine elektromanyetik radyasyon eşlik eder. Anot maddesinde bir elektronun yavaşlaması sonucu oluşan radyasyona denir. Bremsstrahlung X-ışını radyasyonu.

    Bremsstrahlung'un özellikleri aşağıdaki faktörler tarafından belirlenir.

    1. Radyasyon, enerjileri formül (26.10) ile frekansla ilişkilendirilen bireysel kuantumlar tarafından yayılır.

    ν frekanstır, λ dalga boyudur.

    2. Anoda ulaşan tüm elektronlar aynısı Anot ve katot arasındaki elektrik alanının çalışmasına eşit kinetik enerji:

    burada e elektron yüküdür, U ise hızlanan voltajdır.

    3. Elektronun kinetik enerjisi kısmen maddeye aktarılır ve onu ısıtmaya (Q) gider ve kısmen bir x-ışını kuantumu oluşturmak için harcanır:

    4. Q ve hv arasındaki ilişki kazara.

    Son özellik (4) nedeniyle oluşturulan kuantum çeşitli elektronlar var çeşitli frekanslar ve dalga boyları. Bu nedenle, X-ışını bremsstrahlung'un spektrumu sürekli. Tipik görünüm spektral yoğunluk X-ışını akısı (Φ λ = άΦ/άλ) Şekil 2'de gösterilmektedir. 32.2.

    Pirinç. 32.2. Bremsstrahlung X-ışını spektrumu

    Uzun dalga tarafında spektrum, X-ışını radyasyonunun sınırı olan 100 nm dalga boyuyla sınırlıdır. Kısa dalga tarafında spektrum, dalga boyu λ min ile sınırlıdır. Formül (32.2)'ye göre minimum dalga boyu Q = 0 durumuna karşılık gelir (elektronun kinetik enerjisi tamamen kuantum enerjisine dönüştürülür):

    Hesaplamalar, Bremsstrahlung X-ışınlarının akısının (Φ), aralarındaki U geriliminin karesiyle doğru orantılı olduğunu göstermektedir.

    anot ve katot, tüpteki akım gücü I ve anot maddesinin atom numarası Z:

    Farklı voltajlarda, farklı katot sıcaklıklarında ve farklı anot maddelerinde Bremsstrahlung X-ışını spektrumları Şekil 2'de gösterilmektedir. 32.3.

    Pirinç. 32.3. Bremsstrahlung X-ışını spektrumu (Φ λ):

    a - tüpteki farklı U voltajlarında; b - farklı sıcaklıklarda T

    katot; c - Z parametresinde farklılık gösteren farklı anot maddeleri için

    Anot voltajı arttıkça değer λ dk Daha kısa dalga boylarına doğru kayar. Aynı zamanda spektral eğrinin yüksekliği de artar (Şekil 32.3, A).

    Katot sıcaklığı arttıkça elektron emisyonu artar. Buna göre tüpteki akım I artar. Spektral eğrinin yüksekliği artar, ancak radyasyonun spektral bileşimi değişmez (Şekil 32.3, b).

    Anot malzemesi değiştiğinde, spektral eğrinin yüksekliği atom numarası Z ile orantılı olarak değişir (Şekil 32.3, c).

    32.3. Karakteristik X-ışını radyasyonu. Moseley Yasası

    Katot elektronları anot atomlarıyla Bremsstrahlung X-ışınları ile etkileşime girdiğinde spektrumu aşağıdakilerden oluşan X-ışınları üretilir: ayrı çizgiler. Bu radyasyon

    aşağıdaki kökene sahiptir. Bazı katot elektronları atomun derinliklerine nüfuz eder ve elektronları dışarı atar. iç kabuklar. Bu durumda oluşan boşluklar elektronlarla doldurulur. üst radyasyon kuantasının yayıldığı kabuklar. Bu radyasyon, anot malzemesi tarafından belirlenen ayrı bir frekans seti içerir ve denir. karakteristik radyasyon. X-ışını tüpünün tam spektrumu, karakteristik spektrumun bremsstrahlung spektrumu üzerindeki bir süperpozisyonudur (Şekil 32.4).

    Pirinç. 32.4. X-ışını tüpü radyasyon spektrumu

    Karakteristik X-ışını spektrumlarının varlığı, X-ışını tüpleri kullanılarak keşfedildi. Daha sonra bu tür spektrumların kimyasal elementlerin iç yörüngelerinin herhangi bir iyonlaşmasından kaynaklandığı bulundu. Çeşitli kimyasal elementlerin karakteristik spektrumlarını inceleyen G. Moseley (1913), kendi adını taşıyan aşağıdaki yasayı oluşturdu.

    Karakteristik radyasyon frekansının karekökü, elemanın seri numarasının doğrusal bir fonksiyonudur:

    burada ν spektral çizginin frekansıdır, Z yayan elemanın atom numarasıdır, A, B sabitlerdir.

    Moseley yasası, karakteristik radyasyonun gözlemlenen spektrumundan bir kimyasal elementin atom numarasını belirlemenizi sağlar. Bu, elementlerin periyodik tabloya yerleştirilmesinde büyük rol oynadı.

    32.4. X-ışını radyasyonunun madde ile etkileşimi. Zayıflama Yasası

    X ışınlarının maddeyle iki ana etkileşim türü vardır: saçılma ve fotoelektrik etki. Saçılma sırasında fotonun hareket yönü değişir. Fotoelektrik olayda bir foton emilir.

    1. Tutarlı (elastik) saçılma X-ışını fotonunun enerjisi atomun iç iyonizasyonu için yetersiz olduğunda meydana gelir (bir elektronun iç kabuklardan birinden çıkarılması). Bu durumda fotonun hareket yönü değişir ancak enerjisi ve dalga boyu değişmez (bu nedenle bu saçılmaya saçılma denir). elastik).

    2. Tutarsız (Compton) saçılma foton enerjisi iç iyonlaşma enerjisinden A ve çok daha büyük olduğunda meydana gelir: hv >> A ve.

    Bu durumda elektron atomdan ayrılır ve belirli bir kinetik enerji E k kazanır. Compton saçılması sırasında fotonun hareket yönü değişir ve enerjisi azalır:

    Compton saçılması, bir maddenin atomlarının iyonlaşmasıyla ilişkilidir.

    3. Fotoğraf efekti foton enerjisi hv atomu iyonize etmeye yeterli olduğunda meydana gelir: hv > A ve. Aynı zamanda X-ışını kuantumu absorbe ve enerjisi atomu iyonize etmek ve fırlatılan elektrona kinetik enerji kazandırmak için harcanır E k = hv - A I.

    Compton saçılması ve fotoelektrik etkiye karakteristik X-ışını radyasyonu eşlik eder, çünkü iç elektronlar devre dışı bırakıldıktan sonra boş pozisyonlar dış kabuklardan gelen elektronlarla doldurulur.

    X-ışını lüminesansı. Bazı maddelerde, Compton saçılımının elektronları ve kuantumlarının yanı sıra fotoelektrik etki elektronları, moleküllerin uyarılmasına neden olur ve buna temel duruma ışınımsal geçişler eşlik eder. Bu, x-ışını lüminesansı adı verilen bir parıltı üretir. Baryum platin oksidin lüminesansı, Roentgen'in X ışınlarını keşfetmesine olanak sağladı.

    Zayıflama Yasası

    X-ışınlarının saçılması ve fotoelektrik etki, X-ışını radyasyonu daha derine nüfuz ettikçe birincil radyasyon ışınının zayıflamasına neden olur (Şekil 32.5). Zayıflama üsteldir:

    μ değeri soğurucu malzemeye ve emisyon spektrumuna bağlıdır. Zayıflamanın bir özelliği olarak pratik hesaplamalar için

    Pirinç. 32.5. Gelen ışınlar yönünde X-ışını akısının zayıflaması

    Nerede λ - dalga boyu; Z, elementin atom numarasıdır; k bir sabittir.

    32.5. Kullanımın fiziksel temeli

    Tıpta X-ışını radyasyonu

    Tıpta X-ışını radyasyonu teşhis ve tedavi amaçlı kullanılır.

    X-ışını teşhisi- X-ışınları kullanılarak iç organların görüntülerini elde etme yöntemleri.

    Bu yöntemlerin fiziksel temeli, X-ışını radyasyonunun maddede zayıflaması yasasıdır (32.10). Geçtikten sonra kesit boyunca tekdüze X-ışını akısı heterojen doku heterojen hale gelecektir. Bu heterojenlik fotoğraf filmi, floresan ekran veya matris fotodetektör kullanılarak kaydedilebilir. Örneğin, kemik dokusunun - Ca3 (PO 4) 2 - ve yumuşak dokuların - esas olarak H 2 O - kütle zayıflama katsayıları 68 kat farklılık gösterir (μ m kemik / μ m su = 68). Kemik yoğunluğu da yumuşak doku yoğunluğundan daha yüksektir. Bu nedenle, bir röntgen, yumuşak dokunun daha koyu bir arka planına karşı açık renkli bir kemik görüntüsü üretir.

    İncelenen organ ve çevresindeki dokular benzer zayıflama katsayılarına sahipse, o zaman özel kontrast maddeleri.Örneğin, midenin floroskopisi sırasında denek, kütle zayıflama katsayısı yumuşak dokularınkinden 354 kat daha fazla olan yulaf lapasına benzer bir baryum sülfat (BaSO 4) kütlesi alır.

    Teşhis için 60-120 keV foton enerjisine sahip X-ışını radyasyonu kullanılır. Tıbbi uygulamada aşağıdaki X-ışını teşhis yöntemleri kullanılmaktadır.

    1. Röntgen. Görüntü floresan bir ekranda oluşturulur. Görüntü parlaklığı düşüktür ve yalnızca karanlık bir odada izlenebilmektedir. Doktorun radyasyondan korunması gerekir.

    Floroskopinin avantajı gerçek zamanlı olarak gerçekleştirilmesidir. Dezavantajı ise hasta ve doktorun yüksek radyasyona maruz kalmasıdır (diğer yöntemlere göre).

    Floroskopinin modern versiyonu - X-ışını televizyonu - X-ışını görüntü yoğunlaştırıcılarını kullanır. Amplifikatör, X-ışını ekranının zayıf parlaklığını algılar, güçlendirir ve TV ekranına iletir. Sonuç olarak doktorun radyasyona maruz kalması keskin bir şekilde azaldı, görüntünün parlaklığı arttı ve muayene sonuçlarının videoya kaydedilmesi mümkün hale geldi.

    2. Radyografi. Görüntü, X-ışını radyasyonuna duyarlı özel bir film üzerinde oluşturulur. Resimler karşılıklı olarak iki dikey projeksiyonla (ön ve yan) çekilir. Fotoğraf işlendikten sonra görüntü görünür hale gelir.

    Bitmiş kurutulmuş fotoğraf, iletilen ışıkta incelenir.

    Aynı zamanda, kontrastları% 1-2 farklılık gösteren ayrıntılar tatmin edici bir şekilde görülebiliyor. Bazı durumlarda muayeneden önce hastaya özel bir ilaç verilir. kontrast maddesi.

    Örneğin, böbreklerin ve idrar yollarının incelenmesi için iyot içeren bir çözelti (intravenöz olarak).

    3. Radyografinin avantajları yüksek çözünürlük, kısa maruz kalma süresi ve doktor için neredeyse tam güvenliktir. Dezavantajları ise görüntünün statik doğasını içerir (nesne dinamik olarak izlenemez). Florografi.

    4. Bu inceleme sırasında ekranda elde edilen görüntünün hassas küçük formatlı film üzerine fotoğrafı çekilir. Florografi, popülasyonun toplu taranmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Florogramda patolojik değişiklikler bulunursa hastaya daha ayrıntılı bir muayene yapılır. Elektroradyografi. Bu tür muayene, görüntünün kaydedilme şekli açısından geleneksel radyografiden farklıdır. Film yerine kullanıyorlar selenyum plakası,

    5. X-ışınları tarafından elektriklendirilir. Sonuç, görünür hale getirilebilen ve kağıda aktarılabilen, elektrik yüklerinin gizli bir görüntüsüdür. Anjiyografi.

    6. Bu yöntem kan damarlarını incelemek için kullanılır. Bir kateter yoluyla damar içine bir kontrast madde enjekte edilir, ardından güçlü bir röntgen makinesi saniyeden çok kısa bir sürede birbirini takip eden bir dizi görüntü çeker. Şekil 32.6 karotid arterin anjiyogramını göstermektedir. Bu tür röntgen muayenesi, vücudun birkaç mm kalınlığında düz bir bölümünün görüntüsünü elde etmenizi sağlar. Bu durumda, belirli bir bölüm farklı açılardan tekrar tekrar taranır ve her bir görüntü bilgisayar belleğine kaydedilir. Daha sonra

    Pirinç. 32.6. Anjiyografide şah damarında daralma görülüyor

    Pirinç. 32.7. Taramalı tomografi şeması (a); Başın göz seviyesindeki tomografisi (b).

    sonucu taranan katmanın bir görüntüsü olan bilgisayar yeniden yapılandırması gerçekleştirilir (Şekil 32.7).

    Bilgisayarlı tomografi, aralarında %1'e kadar yoğunluk farkı olan elemanların ayırt edilmesini sağlar. Geleneksel radyografi, bitişik alanlar arasında %10-20'lik minimum yoğunluk farkını tespit etmeye olanak tanır.

    Röntgen tedavisi - Kötü huylu tümörleri yok etmek için röntgen ışınlarının kullanılması.

    Radyasyonun biyolojik etkisi özellikle hızla çoğalan hücrelerin yaşamsal aktivitesini bozmaktır. Çok sert X-ışınları (foton enerjileri yaklaşık 10 MeV olan) vücudun derinliklerindeki kanser hücrelerini yok etmek için kullanılır. Çevredeki sağlıklı dokuya verilen zararı azaltmak için ışın hastanın etrafında döner, böylece her zaman yalnızca hasarlı bölge etki altında kalır.

    32.6. Temel kavramlar ve formüller

    Tablonun devamı

    Tablonun sonu

    32.7. Görevler

    1. Neden tıbbi X-ışını tüplerindeki bir elektron demeti antikatotta bir noktaya çarpıyor ve geniş bir ışın demeti üzerine düşmüyor?

    Cevap: Ekranda yarı aydınlatılmış nesnelerin keskin hatlarını veren bir nokta X-ışını kaynağı elde etmek için.

    2. U 1 = 2 kV ve U 2 = 20 kV gerilimleri için X-ışını bremsstrahlung sınırını (frekans ve dalga boyu) bulun.

    4. Kurşun kalkanlar X-ışını radyasyonuna karşı korunmak için kullanılır. Kurşundaki X-ışını radyasyonunun doğrusal soğurma katsayısı 52 cm -1'dir. X-ışını yoğunluğunu 30 kat azaltmak için kurşun koruyucu tabaka ne kadar kalın olmalıdır?

    5. U = 50 kV, I = 1 mA'da X-ışını tüpünün radyasyon akısını bulun. Anot tungstenden yapılmıştır (Z = 74). Borunun verimliliğini bulunuz.

    6. Yumuşak dokuların X-ışını teşhisi için kontrast maddeleri kullanılır. Örneğin mide ve bağırsaklar bir miktar baryum sülfat (BaSO 4) ile doldurulur. Baryum sülfat ve yumuşak dokunun (su) kütle zayıflama katsayılarını karşılaştırın.

    7. X-ışını kurulumunun ekranında daha yoğun bir gölgeye ne sebep olur: alüminyum (Z = 13, ρ = 2,7 g/cm3) veya aynı bakır katmanı (Z = 29, ρ = 8,9 g/cm3)?

    8. Eğer katmanlar X-ışını radyasyonunu eşit şekilde zayıflatıyorsa, alüminyum katmanın kalınlığı bakır katmanın kalınlığından kaç kat daha fazladır?



    Yükleniyor...Yükleniyor...