Рентгеновите лъчи са вид високоенергийно електромагнитно излъчване. Използва се активно в различни области на медицината.
Рентгеновите лъчи са електромагнитни вълни, чиято фотонна енергия е в скала електромагнитни вълнисе намира между ултравиолетовото лъчение и гама лъчението (от ~10 eV до ~1 MeV), което съответства на дължини на вълните от ~10^3 до ~10^−2 ангстрьома (от ~10^−7 до ~10^−12 m). Тоест, това е несравнимо по-твърдо излъчване от Видима светлина, което е на тази скала между ултравиолетовите и инфрачервените („топлинни“) лъчи.
Границата между рентгеновото и гама-лъчението се разграничава условно: техните диапазони се пресичат, гама-лъчите могат да имат енергия от 1 keV. Те се различават по произход: гама лъчите се излъчват по време на процеси, протичащи в атомни ядра, докато рентгеновите лъчи - по време на процеси, включващи електрони (както свободни, така и в електронни черупкиатоми). В същото време е невъзможно да се определи от самия фотон по време на кой процес е възникнал, т.е. разделянето на рентгенови и гама диапазони е до голяма степен произволно.
Рентгеновият диапазон е разделен на "мек рентгенов" и "твърд". Границата между тях лежи на ниво дължина на вълната от 2 ангстрьома и 6 keV енергия.
Генератор рентгеново лъчениее тръба, в която се създава вакуум. Има електроди - катод, към който се прилага отрицателен заряд, и положително зареден анод. Напрежението между тях е от десетки до стотици киловолта. Генерирането на рентгенови фотони възниква, когато електроните се „откъснат“ от катода и се блъскат в повърхността на анода с висока скорост. Полученото рентгеново лъчение се нарича "тормозно лъчение", неговите фотони имат различна дължина на вълната.
В същото време се генерират фотони от характерния спектър. Част от електроните в атомите на анодното вещество се възбуждат, т.е. отиват на по-високи орбити и след това се връщат в нормалното си състояние, излъчвайки фотони с определена дължина на вълната. И двата вида рентгенови лъчи се произвеждат в стандартен генератор.
История на откритията
На 8 ноември 1895 г. немският учен Вилхелм Конрад Рьонтген открива, че някои вещества под въздействието на „катодни лъчи“, тоест поток от електрони, генерирани от катодна тръба, започват да светят. Той обясни това явление с влиянието на някои рентгенови лъчи - така („рентгенови лъчи“) това лъчение сега се нарича на много езици. По-късно В.К. Рентген изучава открития от него феномен. На 22 декември 1895 г. той изнася лекция на тази тема във Вюрцбургския университет.
По-късно се оказа, че рентгеновото лъчение е било наблюдавано и преди, но тогава свързаните с него явления не са били дадени от голямо значение. Катодната тръба е изобретена отдавна, но преди В.К. Рентген, никой не обърна особено внимание на почерняването на фотоплаки край него и т.н. явления. Опасността от проникващата радиация също беше неизвестна.
Видове и тяхното въздействие върху тялото
"Рентгенът" е най-мекият вид проникваща радиация. Прекомерното излагане на меки рентгенови лъчи е подобно на ултравиолетовото излагане, но в по-тежка форма. По кожата се образува изгаряне, но лезията е по-дълбока и заздравява много по-бавно.
Твърдият рентген е пълноценно йонизиращо лъчение, което може да доведе до лъчева болест. Рентгеновите кванти могат да разрушат протеиновите молекули, които изграждат тъканите на човешкото тяло, както и ДНК молекулите на генома. Но дори ако рентгеновият квант разбие водна молекула, това няма значение: в този случай се образуват химически активни свободни радикали Н и ОН, които сами по себе си могат да действат върху протеини и ДНК. Лъчевата болест протича в по-тежка форма, колкото повече са засегнати хемопоетичните органи.
Рентгеновите лъчи имат мутагенно и канцерогенно действие. Това означава, че вероятността от спонтанни мутации в клетките по време на облъчване се увеличава и понякога здравите клетки могат да се изродят в ракови. Увеличаването на вероятността от злокачествени тумори е стандартна последица от всяко излагане, включително рентгенови лъчи. Рентгеновите лъчи са най-малко опасният вид проникваща радиация, но все пак могат да бъдат опасни.
Рентгеново лъчение: приложение и как действа
Рентгеновото лъчение се използва в медицината, както и в други области на човешката дейност.
Флуороскопия и компютърна томография
Най-честата употреба на рентгенови лъчи е флуороскопията. „Трансилюминацията“ на човешкото тяло ви позволява да получите детайлно изображение както на костите (те са най-ясно видими), така и изображения на вътрешните органи.
Различната прозрачност на телесните тъкани в рентгеновите лъчи е свързана с техния химичен състав. Характеристики на структурата на костите е, че те съдържат много калций и фосфор. Други тъкани са съставени главно от въглерод, водород, кислород и азот. Фосфорният атом е почти два пъти по-тежък от кислородния атом, а калциевият атом е 2,5 пъти (въглеродът, азотът и водородът са дори по-леки от кислорода). В тази връзка абсорбцията на рентгеновите фотони в костите е много по-висока.
В допълнение към двуизмерните "снимки", радиографията позволява да се създаде триизмерно изображение на орган: този вид радиография се нарича компютърна томография. За тези цели се използват меки рентгенови лъчи. Размерът на експозицията, получена в едно изображение, е малка: тя е приблизително равна на експозицията, получена по време на 2-часов полет в самолет на височина 10 km.
Рентгеновото откриване на дефекти ви позволява да откривате малки вътрешни дефекти в продуктите. За него се използва твърд рентгенов лъч, тъй като много материали (например метал) са слабо „прозрачни“ поради високата атомна маса на съставното им вещество.
Рентгенова дифракция и рентгенофлуоресцентен анализ
При рентгенови лъчиСвойствата им позволяват използването им за подробно изследване на отделните атоми. Рентгенов дифракционен анализактивно се използва в химията (включително биохимията) и кристалографията. Принципът на неговото действие е дифракционното разсейване на рентгенови лъчи от атоми на кристали или сложни молекули. С помощта на рентгенова дифракция е определена структурата на ДНК молекулата.
Рентгеновият флуоресцентен анализ ви позволява бързо да определите химичен съставвещества.
Има много форми на лъчетерапия, но всички те включват използването на йонизиращо лъчение. Лъчелечението се разделя на 2 вида: корпускулярно и вълново. Корпускулярно използва потоци от алфа частици (ядра на хелиеви атоми), бета частици (електрони), неутрони, протони, тежки йони. Wave използва лъчи от електромагнитния спектър - рентгенови лъчи и гама.
Лъчетерапевтичните методи се използват предимно за лечение на онкологични заболявания. Факт е, че радиацията засяга предимно активно делящите се клетки, поради което хемопоетичните органи страдат по този начин (клетки им непрекъснато се делят, произвеждайки нови и нови червени кръвни клетки). Раковите клетки също непрекъснато се делят и са по-уязвими на радиация от здравата тъкан.
Използва се ниво на радиация, което потиска активността на раковите клетки, като същевременно засяга умерено здравите. Под въздействието на радиацията не се разрушават клетките като такива, а увреждането на техния геном - ДНК молекули. Клетка с унищожен геном може да съществува известно време, но вече не може да се дели, тоест растежът на тумора спира.
Лъчевата терапия е най-леката форма на лъчетерапия. Вълновото лъчение е по-меко от корпускулярното лъчение, а рентгеновите лъчи са по-меки от гама-лъчението.
По време на бременност
Опасно е използването на йонизиращо лъчение по време на бременност. Рентгеновите лъчи са мутагенни и могат да причинят аномалии в плода. Рентгеновата терапия е несъвместима с бременността: може да се използва само ако вече е решено да се направи аборт. Ограниченията за флуороскопията са по-меки, но през първите месеци също е строго забранено.
В случай на спешност рентгеновото изследване се заменя с ядрено-магнитен резонанс. Но през първия триместър те също се опитват да го избегнат (този метод се появи наскоро и с абсолютна сигурност може да се говори за липсата на вредни последици).
Недвусмислена опасност възниква при излагане на обща доза от най-малко 1 mSv (в стари единици - 100 mR). При проста рентгенова снимка (например при флуорография) пациентът получава около 50 пъти по-малко. За да получите такава доза наведнъж, трябва да се подложите на подробна компютърна томография.
Тоест, самият факт на 1-2-кратно „рентгеново изследване“ в ранен стадий на бременността не заплашва със сериозни последствия (но е по-добре да не рискувате).
Лечение с него
Рентгеновите лъчи се използват предимно в борбата срещу злокачествените тумори. Този метод е добър, защото е много ефективен: убива тумора. Лошо е, защото здравите тъкани са малко по-добри, има многобройни странични ефекти. Особено застрашени са органите на хемопоезата.
В практиката се използват различни методи за намаляване на въздействието на рентгеновите лъчи върху здравите тъкани. Лъчите са насочени под ъгъл по такъв начин, че туморът да е в зоната на тяхното пресичане (поради това основното усвояване на енергия се случва точно там). Понякога процедурата се извършва в движение: тялото на пациента се върти спрямо източника на радиация около ос, минаваща през тумора. В същото време здравите тъкани са в зоната на облъчване само понякога, а болните - през цялото време.
Рентгеновите лъчи се използват при лечението на някои артрози и подобни заболявания, както и кожни заболявания. В този случай синдромът на болката намалява с 50-90%. Тъй като радиацията, използвана в този случай, е по-мека, не се наблюдават странични ефекти, подобни на тези, които се появяват при лечението на тумори.
1. Голяма проникваща и йонизираща способност.
2. Не се отклонява от електрически и магнитни полета.
3. Имат фотохимичен ефект.
4. Причиняват светенето на веществата.
5. Отражение, пречупване и дифракция като във видимото лъчение.
6. Имат биологичен ефект върху живите клетки.
1. Взаимодействие с материята
Дължината на вълната на рентгеновите лъчи е сравнима с размера на атомите, така че няма материал, който може да се използва за направата на рентгенови лещи. Освен това, когато рентгеновите лъчи падат перпендикулярно на повърхността, те почти не се отразяват. Въпреки това в рентгеновата оптика са открити методи за конструиране на оптични елементи за рентгенови лъчи. По-специално се оказа, че диамантът ги отразява добре.
Рентгеновите лъчи могат да проникнат през материята и различни веществаусвоява ги по различен начин. Абсорбцията на рентгеновите лъчи е най-важното им свойство в рентгеновата фотография. Интензитетът на рентгеновите лъчи намалява експоненциално в зависимост от пътя, изминат в абсорбиращия слой (I = I0e-kd, където d е дебелината на слоя, коефициентът k е пропорционален на Z³λ³, Z е атомно числоелемент, λ е дължината на вълната).
Абсорбцията възниква в резултат на фотоабсорбция (фотоелектричен ефект) и комптоново разсейване:
Фотоабсорбцията се разбира като процес на избиване на електрон от обвивката на атом от фотон, което изисква енергията на фотона да бъде по-голяма от определена минимална стойност. Ако разгледаме вероятността от акта на поглъщане в зависимост от енергията на фотона, тогава когато се достигне определена енергия, тя (вероятността) рязко нараства до максималната си стойност. За по-високи енергии вероятността непрекъснато намалява. Поради тази зависимост се казва, че има граница на усвояване. Мястото на избития при акта на поглъщане електрон се заема от друг електрон, като при това се излъчва лъчение с по-ниска енергия на фотона, т.нар. процес на флуоресценция.
Рентгеновият фотон може да взаимодейства не само със свързани електрони, но и със свободни и слабо свързани електрони. Има разсейване на фотони върху електрони – т.нар. Комптъново разсейване. В зависимост от ъгъла на разсейване, дължината на вълната на фотона се увеличава с известно количество и съответно енергията намалява. Комптъновото разсейване, в сравнение с фотоабсорбцията, става преобладаващо при по-високи фотонни енергии.
В допълнение към тези процеси има още една фундаментална възможност за поглъщане - поради появата на двойки електрон-позитрон. Това обаче изисква енергии, по-големи от 1,022 MeV, които се намират извън горната граница на емисиите на рентгенови лъчи (<250 кэВ). Однако при другом подходе, когда "ренгеновским" называется излучение, возникшее при взаимодействии электрона и ядра или только электронов, такой процесс имеет место быть. Кроме того, очень жесткое рентгеновское излучение с энергией кванта более 1 МэВ, способно вызвать Ядерный фотоэффект.
[редактиране]
2. Биологично въздействие
Рентгеновите лъчи са йонизиращи. Той засяга тъканите на живите организми и може да причини лъчева болест, радиационни изгаряния и злокачествени тумори. Поради тази причина трябва да се вземат предпазни мерки при работа с рентгенови лъчи. Смята се, че щетите са правопропорционални на погълнатата доза радиация. Рентгеновото лъчение е мутагенен фактор.
[редактиране]
3. Регистрация
Луминисцентен ефект. Рентгеновите лъчи могат да предизвикат светене (флуоресценция) на някои вещества. Този ефект се използва в медицинската диагностика по време на флуороскопия (наблюдение на изображение на флуоресцентен екран) и рентгенова фотография (рентгенография). Медицинските фотографски филми обикновено се използват в комбинация с усилващи екрани, които включват рентгенови люминофори, които светят под действието на рентгеновите лъчи и осветяват светлочувствителната фотографска емулсия. Методът за получаване на изображение в реален размер се нарича радиография. При флуорография изображението се получава в намален мащаб. Луминесцентно вещество (сцинтилатор) може да бъде оптично свързано с електронен светлинен детектор (фотоумножителна тръба, фотодиод и др.), Полученото устройство се нарича сцинтилационен детектор. Тя ви позволява да регистрирате отделни фотони и да измервате тяхната енергия, тъй като енергията на сцинтилационна светкавица е пропорционална на енергията на погълнат фотон.
фотографски ефект. Рентгеновите лъчи, както и обикновената светлина, са в състояние директно да осветяват фотографската емулсия. Въпреки това, без флуоресцентния слой, това изисква 30-100 пъти експозиция (т.е. доза). Този метод (известен като рентгенография без екран) има предимството на по-резки изображения.
В полупроводниковите детектори рентгеновите лъчи произвеждат двойки електрон-дупка в p-n прехода на диод, свързан в посоката на блокиране. В този случай протича малък ток, чиято амплитуда е пропорционална на енергията и интензитета на падащото рентгеново лъчение. В импулсен режим е възможно да се регистрират отделни рентгенови фотони и да се измери тяхната енергия.
Индивидуалните рентгенови фотони могат да се регистрират и с помощта на пълни с газ детектори на йонизиращо лъчение (брояч на Гайгер, пропорционална камера и др.).
Приложение
С помощта на рентгенови лъчи е възможно да се "просвети" човешкото тяло, в резултат на което е възможно да се получи изображение на костите, а в съвременните инструменти - на вътрешните органи (вижте също рентгеново изображение) . Това използва факта, че елементът калций (Z=20), съдържащ се главно в костите, има атомен номер, много по-голям от атомния номер на елементите, които изграждат меките тъкани, а именно водород (Z=1), въглерод (Z=6 ), азот (Z=7), кислород (Z=8). В допълнение към конвенционалните устройства, които дават двуизмерна проекция на изследвания обект, има компютърни томографи, които ви позволяват да получите триизмерно изображение на вътрешните органи.
Откриването на дефекти в продуктите (релси, заварки и др.) с помощта на рентгенови лъчи се нарича рентгеново откриване на дефекти.
В науката за материалите, кристалографията, химията и биохимията рентгеновите лъчи се използват за изясняване на структурата на веществата на атомно ниво с помощта на рентгеново дифракционно разсейване (рентгенов дифракционен анализ). Известен пример е определянето на структурата на ДНК.
Освен това рентгеновите лъчи могат да се използват за определяне на химичния състав на дадено вещество. В електроннолъчева микросонда (или в електронен микроскоп) анализираното вещество се облъчва с електрони, докато атомите се йонизират и излъчват характерно рентгеново лъчение. Вместо електрони могат да се използват рентгенови лъчи. Този аналитичен метод се нарича рентгенофлуоресцентен анализ.
На летищата активно се използват рентгенови телевизионни интроскопи, които позволяват преглед на съдържанието на ръчния багаж и багажа с цел визуално откриване на опасни обекти на екрана на монитора.
Рентгеновата терапия е раздел от лъчевата терапия, който обхваща теорията и практиката на терапевтичното използване на рентгенови лъчи, генерирани при напрежение на рентгеновата тръба от 20-60 kV и фокусно разстояние на кожата от 3-7 cm (късо -диапазон лъчетерапия) или при напрежение 180-400 kV и кожно-фокусно разстояние 30-150 cm (дистанционна лъчетерапия).
Рентгеновата терапия се провежда предимно с повърхностно разположени тумори и с някои други заболявания, включително кожни заболявания (ултрамеки рентгенови лъчи на Bucca).
[редактиране]
естествени рентгенови лъчи
На Земята електромагнитното лъчение в диапазона на рентгеновите лъчи се образува в резултат на йонизация на атоми от радиация, възникваща по време на радиоактивен разпад, в резултат на ефекта на Комптон на гама лъчение, възникващ по време на ядрени реакции, а също и от космическо лъчение. Радиоактивният разпад също води до директно излъчване на рентгенови кванти, ако причинява пренареждане на електронната обвивка на разпадащия се атом (например по време на улавяне на електрони). Рентгеновото лъчение, което се появява на други небесни тела, не достига земната повърхност, тъй като се абсорбира напълно от атмосферата. Той се изследва от сателитни рентгенови телескопи като Chandra и XMM-Newton.
Радиологията е раздел на радиологията, който изучава ефектите на рентгеновото лъчение върху тялото на животните и хората, произтичащи от това заболяване, тяхното лечение и профилактика, както и методи за диагностициране на различни патологии с помощта на рентгенови лъчи (рентгенова диагностика). . Типичният рентгенов диагностичен апарат включва захранване (трансформатори), токоизправител за високо напрежение, който преобразува променливия ток на електрическата мрежа в постоянен ток, контролен панел, статив и рентгенова тръба.
Рентгеновите лъчи са вид електромагнитни трептения, които се образуват в рентгенова тръба по време на рязко забавяне на ускорените електрони в момента на сблъсъка им с атомите на анодното вещество. Понастоящем е общоприето мнението, че рентгеновите лъчи по своята физическа природа са един от видовете лъчиста енергия, чийто спектър включва също радиовълни, инфрачервени лъчи, видима светлина, ултравиолетови лъчи и гама лъчи на радиоактивни елементи. Рентгеновото лъчение може да се характеризира като съвкупност от най-малките му частици - кванти или фотони.
Ориз. 1 - мобилен рентгенов апарат:
А - рентгенова тръба;
B - захранване;
B - регулируем статив.
Ориз. 2 - Контролен панел на рентгеновия апарат (механичен - отляво и електронен - отдясно): A - панел за регулиране на експозицията и твърдостта;
B - бутон за захранване с високо напрежение.
Ориз. 3 е блокова схема на типичен рентгенов апарат 1 - мрежа;
2 - автотрансформатор;
3 - повишаващ трансформатор;
4 - рентгенова тръба;
5 - анод;
6 - катод;
7 - понижаващ трансформатор.
Механизъм на получаване на рентгенови лъчи
Рентгеновите лъчи се образуват в момента на сблъсък на поток от ускорени електрони с материала на анода. Когато електроните взаимодействат с мишена, 99% от тяхната кинетична енергия се преобразува в топлинна енергия и само 1% в рентгенови лъчи.
Рентгеновата тръба се състои от стъклен контейнер, в който са запоени 2 електрода: катод и анод. Въздухът се изпомпва от стъкления цилиндър: движението на електрони от катода към анода е възможно само при условия на относителен вакуум (10 -7 -10 -8 mm Hg). На катода има нишка, която е плътно усукана волфрамова нишка. Когато към нишката се подаде електрически ток, възниква емисия на електрони, при която електроните се отделят от спиралата и образуват електронен облак близо до катода. Този облак се концентрира върху фокусиращата чаша на катода, която задава посоката на движение на електроните. Чаша - малка вдлъбнатина в катода. Анодът от своя страна съдържа волфрамова метална пластина, върху която се фокусират електроните - това е мястото на образуване на рентгенови лъчи.
Ориз. 4 - Устройство за рентгенова тръба: А - катод; 
B - анод;
B - волфрамова нишка;
G - фокусираща чаша на катода;
D - поток от ускорени електрони;
E - волфрамова цел;
G - стъклена колба;
З - прозорец от берилий;
И - образувани рентгенови лъчи;
K - алуминиев филтър.
Към електронната тръба са свързани 2 трансформатора: понижаващ и повишаващ. Понижаващ трансформатор загрява волфрамовата намотка с ниско напрежение (5-15 волта), което води до емисия на електрони. Повишаващ или високоволтов трансформатор отива директно към катода и анода, които се захранват с напрежение от 20–140 киловолта. Двата трансформатора се поставят във високоволтовия блок на рентгеновия апарат, който е запълнен с трансформаторно масло, което осигурява охлаждане на трансформаторите и тяхната надеждна изолация.
След образуването на електронен облак с помощта на понижаващ трансформатор, повишаващият трансформатор се включва и към двата полюса на електрическата верига се прилага напрежение с високо напрежение: положителен импулс към анода и отрицателен импулс към катода. Отрицателно заредените електрони се отблъскват от отрицателно зареден катод и се стремят към положително зареден анод - поради такава потенциална разлика се постига висока скорост на движение - 100 хиляди km / s. При тази скорост електроните бомбардират плочата на волфрамовия анод, завършвайки електрическа верига, което води до рентгенови лъчи и топлинна енергия.
Рентгеновото лъчение се подразделя на спирачно и характеристично. Bremsstrahlung възниква поради рязко забавяне на скоростта на електроните, излъчени от волфрамова нишка. Характеристичното излъчване възниква в момента на пренареждане на електронните обвивки на атомите. И двата типа се образуват в рентгенова тръба в момента на сблъсък на ускорени електрони с атоми на анодния материал. Емисионният спектър на рентгенова тръба е суперпозиция на спирачно лъчение и характеристични рентгенови лъчи.
Ориз. 5 - принципът на образуване на спирачно лъчение рентгенови лъчи.
Ориз. 6 - принципът на формиране на характерните рентгенови лъчи.
Основни свойства на рентгеновите лъчи
- Рентгеновите лъчи са невидими за зрителното възприятие.
- Рентгеновото лъчение има голяма проникваща способност през органите и тъканите на живия организъм, както и през плътните структури на неживата природа, които не пропускат видимите светлинни лъчи.
- Рентгеновите лъчи причиняват светене на определени химически съединения, наречено флуоресценция.
- Цинковите и кадмиевите сулфиди флуоресцират в жълто-зелено,
- Кристали от калциев волфрамат - виолетово-сини.
Скала на електромагнитните трептения
Рентгеновите лъчи имат определена дължина на вълната и честота на трептене. Дължината на вълната (λ) и честотата на трептенията (ν) са свързани с връзката: λ ν = c, където c е скоростта на светлината, закръглена до 300 000 км в секунда. Енергията на рентгеновите лъчи се определя по формулата E = h ν, където h е константата на Планк, универсална константа, равна на 6,626 10 -34 J⋅s. Дължината на вълната на лъчите (λ) е свързана с тяхната енергия (E) по отношение: λ = 12,4 / E.
Рентгеновото лъчение се различава от другите видове електромагнитни трептения по дължината на вълната (вижте таблицата) и квантовата енергия. Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-висока е нейната честота, енергия и проникваща сила. Дължината на рентгеновата вълна е в диапазона
. Чрез промяна на дължината на вълната на рентгеновото лъчение е възможно да се контролира неговата проникваща способност. Рентгеновите лъчи имат много къса дължина на вълната, но висока честота на трептене, така че са невидими за човешкото око. Поради огромната си енергия, квантите имат висока проникваща способност, което е едно от основните свойства, които осигуряват използването на рентгеновите лъчи в медицината и други науки.Рентгенови характеристики
Интензивност- количествена характеристика на рентгеновото лъчение, която се изразява в броя на лъчите, излъчвани от тръбата за единица време. Интензитетът на рентгеновите лъчи се измерва в милиампери. Сравнявайки го с интензитета на видимата светлина от конвенционална лампа с нажежаема жичка, можем да направим аналогия: например 20-ватова лампа ще свети с един интензитет или мощност, а 200-ватова лампа ще свети с друга, докато качеството на самата светлина (нейния спектър) е същото. Интензитетът на рентгеновото лъчение всъщност е неговото количество. Всеки електрон създава един или повече радиационни кванта на анода, следователно количеството рентгенови лъчи по време на експозиция на обекта се регулира чрез промяна на броя на електроните, които се стремят към анода, и броя на взаимодействията на електроните с атомите на волфрамовата цел , което може да стане по два начина:
- Чрез промяна на степента на нажежаване на катодната спирала с помощта на понижаващ трансформатор (броят на електроните, генерирани по време на емисия, ще зависи от това колко гореща е спиралата на волфрама, а броят на радиационните кванти ще зависи от броя на електроните);
- Чрез промяна на стойността на високото напрежение, подавано от повишаващия трансформатор към полюсите на тръбата - катода и анода (колкото по-високо напрежение се подава към полюсите на тръбата, толкова повече кинетична енергия получават електроните, което , поради тяхната енергия, могат да взаимодействат с няколко атома на анодното вещество на свой ред - виж фиг. ориз. 5; електроните с ниска енергия ще могат да влизат в по-малък брой взаимодействия).
Интензитетът на рентгеновите лъчи (аноден ток), умножен по скоростта на затвора (времето на тръбата), съответства на рентгеновата експозиция, която се измерва в mAs (милиампера в секунда). Експозицията е параметър, който, подобно на интензитета, характеризира количеството лъчи, излъчвани от рентгенова тръба. Единствената разлика е, че експозицията отчита и времето на работа на тръбата (например, ако тръбата работи 0,01 сек, тогава броят на лъчите ще бъде един, а ако 0,02 сек, тогава броят на лъчите ще бъде различни - два пъти повече). Облъчването се определя от рентгенолога на контролния панел на рентгеновия апарат в зависимост от вида на изследването, размера на изследвания обект и диагностичната задача.
Твърдост- качествена характеристика на рентгеновото лъчение. Измерва се с високото напрежение на тръбата - в киловолта. Определя проникващата способност на рентгеновите лъчи. Регулира се от високото напрежение, подавано към рентгеновата тръба от повишаващ трансформатор. Колкото по-висока е потенциалната разлика на електродите на тръбата, толкова по-голяма сила се отблъскват електроните от катода и се устремяват към анода и толкова по-силен е сблъсъкът им с анода. Колкото по-силен е техният сблъсък, толкова по-къса е дължината на вълната на полученото рентгеново лъчение и толкова по-висока е проникващата способност на тази вълна (или твърдостта на лъчението, която, подобно на интензитета, се регулира от контролния панел чрез параметъра на напрежението на тръбата - киловолтаж).
λ - дължина на вълната; 
Ориз. 7 - Зависимост на дължината на вълната от енергията на вълната:
Е - вълнова енергия 
Ориз. 8 - Съотношението на напрежението на рентгеновата тръба и дължината на вълната на полученото рентгеново лъчение:
Класификация на рентгеновите тръби
- С уговорка
- Диагностика
- Терапевтичен
- За структурен анализ
- За трансилюминация
- По дизайн
- По фокус
- Единичен фокус (една спирала на катода и едно фокусно петно на анода)
- Бифокална (две спирали с различни размери на катода и две фокусни точки на анода)
- По вид на анода
- Стационарен (фиксиран)
- Въртящ се
Рентгеновите лъчи се използват не само за радиодиагностични цели, но и за терапевтични цели. Както беше отбелязано по-горе, способността на рентгеновото лъчение да потиска растежа на туморните клетки прави възможно използването му при лъчева терапия на онкологични заболявания. В допълнение към медицинската област на приложение, рентгеновото лъчение е намерило широко приложение в инженерната и техническата област, материалознанието, кристалографията, химията и биохимията: например, възможно е да се идентифицират структурни дефекти в различни продукти (релси, заварки и др.) с помощта на рентгеново лъчение. Видът на такова изследване се нарича дефектоскопия. А на летища, гари и други многолюдни места активно се използват рентгенови телевизионни интроскопи за сканиране на ръчен багаж и багаж за целите на сигурността.
В зависимост от вида на анода, рентгеновите тръби се различават по конструкция. Поради факта, че 99% от кинетичната енергия на електроните се преобразува в топлинна енергия, по време на работа на тръбата анодът се нагрява значително - чувствителната волфрамова цел често изгаря. В съвременните рентгенови тръби анодът се охлажда чрез въртене. Въртящият се анод има формата на диск, който разпределя топлината равномерно по цялата си повърхност, предотвратявайки локално прегряване на волфрамовата цел.
Дизайнът на рентгеновите тръби също се различава по фокус. Фокусно петно - участъкът от анода, върху който се генерира работният рентгенов лъч. То се подразделя на реално фокусно петно и ефективно фокусно петно ( ориз. 12). Поради ъгъла на анода ефективното фокусно петно е по-малко от реалното. Използват се различни размери на фокусното петно в зависимост от размера на областта на изображението. Колкото по-голяма е площта на изображението, толкова по-широко трябва да е фокусното петно, за да покрие цялата област на изображението. По-малкото фокусно петно обаче създава по-добра яснота на изображението. Следователно, когато се произвеждат малки изображения, се използва къса нишка и електроните се насочват към малка площ от анодната цел, създавайки по-малко фокусно петно.
Ориз. 9 - рентгенова тръба с неподвижен анод.
Ориз. 10 - рентгенова тръба с въртящ се анод.
Ориз. 11 - устройство с рентгенова тръба с въртящ се анод.
Ориз. 12 е диаграма на формирането на реално и ефективно фокусно петно.
1. Bremsstrahlung и характерни рентгенови лъчи,
основни свойства и характеристики.
През 1895 г. немският учен Рьонтген за първи път открива сиянието на флуоресцентен екран, което се причинява от невидимо за окото лъчение, идващо от част от стъклото на газоразрядната тръба, разположено срещу катода. Този тип радиация има способността да преминава през вещества, непроницаеми за видимата светлина. Рентген ги нарича рентгенови лъчи и установява основните свойства, които позволяват използването им в различни отрасли на науката и техниката, включително медицината.
Рентген се нарича лъчение с дължина на вълната 80-10 -5 nm. Дълговълновото рентгеново лъчение се припокрива с късовълновото UV лъчение, късовълновото се припокрива с дълговълновото g-лъчение. В медицината се използва рентгеново лъчение с дължина на вълната от 10 до 0,005 nm, което съответства на енергия на фотона от 10 2 EV до 0,5 MeV. Рентгеновото лъчение е невидимо за окото, следователно всички наблюдения с него се извършват с помощта на флуоресцентни екрани или фотографски филми, тъй като предизвиква рентгенова луминесценция и има фотохимичен ефект. Характерно е, че по-голямата част от телата, които са непроницаеми за оптично лъчение, са до голяма степен прозрачни за рентгеново лъчение, което има свойства, общи за електромагнитните вълни. Въпреки това, поради малката дължина на вълната, някои свойства са трудни за откриване. Следователно вълновата природа на радиацията е установена много по-късно от тяхното откриване.
Според метода на възбуждане рентгеновото лъчение се разделя на спирачно и характеристично лъчение.
Рентгеновите лъчи на Bremsstrahlung се дължат на забавянето на бързо движещи се електрони от електрическото поле на атома (ядрото и електроните) на веществото, през което прелитат. Механизмът на това излъчване може да се обясни с факта, че всеки движещ се заряд е ток, около който се създава магнитно поле, чиято индукция (В) зависи от скоростта на електрона. При спиране магнитната индукция намалява и в съответствие с теорията на Максуел се появява електромагнитна вълна.
Когато електроните се забавят, само част от енергията отива за създаване на рентгенов фотон, другата част се изразходва за нагряване на анода. Честотата (дължината на вълната) на фотона зависи от началната кинетична енергия на електрона и интензивността на неговото забавяне. Освен това, дори ако първоначалната кинетична енергия е една и съща, тогава условията на забавяне в веществото ще бъдат различни, следователно излъчените фотони ще имат най-разнообразна енергия и, следователно, дължината на вълната, т.е. рентгеновият спектър ще бъде непрекъснат. Фигура 1 показва спектъра на спирачното лъчение при различни напрежения U 1
.
Ако U се изрази в киловолта и се вземе предвид съотношението между други количества, тогава формулата изглежда така: l k = 1,24 / U (nm) или l k = 1,24 / U (Å) (1Å = 10 -10 m ).
От графиките по-горе може да се установи, че дължината на вълната l m, която отчита максималната радиационна енергия, е в постоянна връзка с граничната дължина на вълната l k:
.
Дължината на вълната характеризира енергията на фотона, от която зависи проникващата способност на радиацията, когато тя взаимодейства с материята.
Рентгеновите лъчи с къса дължина на вълната обикновено имат висока проникваща способност и се наричат твърди, докато рентгеновите лъчи с дълга дължина на вълната се наричат меки. Както се вижда от горната формула, дължината на вълната, при която пада максималната радиационна енергия, е обратно пропорционална на напрежението между анода и катода на тръбата. Увеличаването на напрежението на анода на рентгеновата тръба променя спектралния състав на радиацията и увеличава нейната твърдост.
Когато напрежението на нажежаемата жичка се промени (температурата на нажежаемата жичка на катода се променя), броят на електроните, излъчени от катода за единица време, се променя или, съответно, силата на тока във веригата на анода на тръбата. В този случай мощността на излъчване се променя пропорционално на първата мощност на тока. Спектралния състав на радиацията няма да се промени.
Общият поток (мощност) на излъчване, разпределението на енергията по дължини на вълните, както и границата на спектъра от страната на късите дължини на вълните зависят от следните три фактора: напрежението U, което ускорява електроните и се прилага между анода и катод на тръбата; броят на електроните, участващи в образуването на радиация, т.е. ток на нажежаемата тръба; атомен номер Z на анодния материал, в който се получава забавянето на електроните.
Потокът на спирачното лъчение се изчислява по формулата: , където 
,
Z-пореден номер на атом на вещество (атомен номер).
Чрез увеличаване на напрежението на рентгеновата тръба може да се забележи появата на отделни линии (линеен спектър) на фона на непрекъснато спирачно лъчение, което съответства на характеристичното рентгеново лъчение. Възниква при прехода на електрони между вътрешните обвивки на атомите в дадено вещество (обвивки K, L, M). Линейният характер на характерния спектър на излъчване възниква поради факта, че ускорените електрони проникват дълбоко в атомите и избиват електрони от техните вътрешни слоеве извън атома. Електроните (фиг. 2) от горните слоеве преминават към свободни места, в резултат на което се излъчват рентгенови фотони с честота, съответстваща на разликата в енергийните нива на прехода. Линиите в спектъра на характеристичното излъчване се комбинират в серии, съответстващи на преходи на електрони с по-високо ниво на ниво K, L, M.
Външното въздействие, в резултат на което електронът се избива от вътрешните слоеве, трябва да е достатъчно силно. За разлика от оптичните спектри, характерните рентгенови спектри на различните атоми са от един и същи тип. Еднаквостта на тези спектри се дължи на факта, че вътрешните слоеве на различните атоми са еднакви и се различават само енергетично, т.к. ефектът на силата от страна на ядрото се увеличава с увеличаване на поредния номер на елемента. Това води до факта, че характерните спектри се изместват към по-високи честоти с увеличаване на ядрения заряд. Тази зависимост е известна като закон на Моузли: 
, където A и B са константи; Z-пореден номер на елемента.
Има още една разлика между рентгеновия и оптичния спектър. Характерният спектър на атома не зависи от химичното съединение, в което е включен атомът. Така например рентгеновият спектър на кислородния атом е еднакъв за O, O 2 , H 2 O, докато оптичните спектри на тези съединения са значително различни. Тази характеристика на рентгеновите спектри на атомите послужи като основа за името "характеристика".
Характеристично излъчване възниква винаги, когато във вътрешните слоеве на атома има свободни места, независимо от причините, които са го предизвикали. Например, той придружава един от видовете радиоактивен разпад, който се състои в улавянето на електрон от вътрешния слой от ядрото.
2. Устройството на рентгенови тръби и протозои
рентгенов апарат.
Най-често срещаният източник на рентгеново лъчение е рентгенова тръба - двуелектродно вакуумно устройство (фиг. 3). Представлява стъклен съд (p = 10 -6 - 10 -7 mm Hg) с два електрода - анод А и катод К, между които се създава високо напрежение. Нагретият катод (K) излъчва електрони. Анод А често се нарича антикатод. Има наклонена повърхност, за да насочва полученото рентгеново лъчение под ъгъл спрямо оста на тръбата. Анодът е изработен от метал с добра топлопроводимост (мед) за отвеждане на топлината, генерирана от въздействието на електрони. В скосения край на анода има плоча Z, изработена от огнеупорен метал (волфрам) с висок атомен номер, наречена анодно огледало. В някои случаи анодът се охлажда специално с вода или масло. За диагностичните тръби е важна прецизността на рентгеновия източник, която може да се постигне чрез фокусиране на електроните в едно място на анода. Следователно, конструктивно трябва да се вземат предвид две противоположни задачи: от една страна, електроните трябва да падат на едно място на анода, от друга страна, за да се предотврати прегряване, е желателно електроните да се разпределят в различни части на анода. анода. Поради тази причина някои рентгенови тръби се произвеждат с въртящ се анод.
В тръба с всякакъв дизайн електроните, ускорени от напрежението между анода и катода, падат върху анодното огледало и проникват дълбоко в веществото, взаимодействат с атомите и се забавят от полето на атомите. Това произвежда спирачни рентгенови лъчи. Едновременно със спирачното лъчение се образува малко количество (няколко процента) характеристично лъчение. Само 1-2% от електроните, които удрят анода, предизвикват спирачно лъчение, а останалите предизвикват топлинен ефект. За концентрацията на електрони катодът има направляваща капачка. Частта от волфрамовото огледало, върху която пада основният електронен поток, се нарича фокус на тръбата. Ширината на радиационния лъч зависи от неговата площ (острота на фокуса).
За захранване на тръбата са необходими два източника: източник с високо напрежение за анодната верига и източник с ниско напрежение (6-8 V) за захранване на веригата с нажежаема жичка. И двата източника трябва да бъдат независимо регулирани. Чрез промяна на анодното напрежение се регулира твърдостта на рентгеновото лъчение, а чрез промяна на нажежаемостта - тока на изходната верига и съответно мощността на излъчване.
Принципна схема на най-простия рентгенов апарат е показана на фиг.4. Веригата има два високоволтови трансформатора Tr.1 и Tr.2 за захранване на нажежаемата жичка. Високото напрежение на тръбата се регулира от автотрансформатор Tr.3, свързан към първичната намотка на трансформатора Tr.1. Превключвателят K регулира броя на завъртанията на намотката на автотрансформатора. В тази връзка напрежението на вторичната намотка на трансформатора, подадено към анода на тръбата, също се променя, т.е. твърдостта се регулира.
Токът на нишката на тръбата се регулира от реостат R, включен в първичната верига на трансформатора Tr.2. Токът на анодната верига се измерва с милиамперметър. Напрежението, приложено към електродите на тръбата, се измерва с kV киловолтметър или напрежението в анодната верига може да се прецени по положението на превключвателя К. Токът на нажежаемата жичка, регулиран от реостата, се измерва с амперметър А. В разглежданата схема рентгеновата тръба едновременно коригира високо променливо напрежение.
Лесно се вижда, че такава тръба излъчва само в един полупериод на променлив ток. Следователно мощността му ще бъде малка. За да се увеличи излъчената мощност, много устройства използват пълноволтови рентгенови токоизправители с високо напрежение. За целта се използват 4 специални кенотрона, които се свързват по мостова схема. В единия диагонал на моста е включена рентгенова тръба.
3. Взаимодействие на рентгеновото лъчение с веществото
(кохерентно разсейване, некохерентно разсейване, фотоефект).
Когато рентгеновите лъчи попаднат върху тялото, те се отразяват от него в малко количество, но най-вече преминават дълбоко. В масата на тялото радиацията се абсорбира частично, частично се разсейва и частично преминава. Преминавайки през тялото, рентгеновите фотони взаимодействат основно с електроните на атомите и молекулите на веществото. Регистрирането и използването на рентгеново лъчение, както и неговото въздействие върху биологични обекти, се определя от първичните процеси на взаимодействие на рентгенов фотон с електрони. Протичат три основни процеса в зависимост от съотношението на фотонната енергия E и йонизационната енергия AI.
а)кохерентно разсейване.
Разсейването на рентгеновите лъчи с дълга дължина на вълната се извършва главно без промяна на дължината на вълната и се нарича кохерентно. Взаимодействието на фотон с електроните на вътрешните обвивки, плътно свързани с ядрото, променя само посоката си, без да променя енергията си, а оттам и дължината на вълната (фиг. 5).
Кохерентно разсейване възниква, ако енергията на фотона е по-малка от йонизационната енергия: E = hn<А И. Так как энергия фотона и энергия атома не изменяется, то когерентное рассеяние не вызывает биологического действия. Однако при создании защиты от рентгеновского излучения следует учитывать возможность изменения направления первичного пучка.
б)Некохерентно разсейване (ефект на Комптън).
През 1922 г. А. Комптън, наблюдавайки разсейването на твърди рентгенови лъчи, открива намаляване на проникващата способност на разсеяния лъч в сравнение с падащия лъч. Разсейването на рентгенови лъчи с променяща се дължина на вълната се нарича ефект на Комптън. Това се случва, когато фотон с всякаква енергия взаимодейства с електроните на външните обвивки на атомите, слабо свързани с ядрото (фиг. 6). Електронът се отделя от атом (такива електрони се наричат електрони на отката). Енергията на фотона намалява (съответно дължината на вълната се увеличава) и посоката на неговото движение също се променя. Ефектът на Комптън възниква, ако енергията на рентгеновия фотон е по-голяма от енергията на йонизация: , . В този случай се появяват електрони на отката с кинетична енергия E K. Атомите и молекулите се превръщат в йони. Ако E K е значително, тогава електроните могат да йонизират съседни атоми чрез сблъсък, образувайки нови (вторични) електрони.
в)Фотоелектричен ефект.
Ако енергията на фотон hn е достатъчна за отделяне на електрон, тогава при взаимодействие с атом фотонът се абсорбира и електронът се отделя от него. Това явление се нарича фотоелектричен ефект. Атомът се йонизира (фотоинизация). В този случай електронът придобива кинетична енергия и, ако последната 
е значително, тогава може да йонизира съседни атоми чрез сблъсък, образувайки нови (вторични) електрони. Ако енергията на фотона е недостатъчна за йонизация, тогава фотоелектричният ефект може да се прояви при възбуждане на атом или молекула. При някои вещества това води до последващо излъчване на фотони във видимата радиационна област (рентгенова луминесценция), а в тъканите до активиране на молекули и фотохимични реакции.
Фотоелектричният ефект е типичен за фотони с енергия от порядъка на 0,5-1 MeV.
Трите основни процеса на взаимодействие, обсъдени по-горе, са първични, те водят до последващи вторични, третични и т.н. явления. Когато рентгеновото лъчение навлезе в вещество, могат да се случат редица процеси, преди енергията на рентгеновия фотон да се преобразува в енергията на топлинното движение.
В резултат на горните процеси първичният рентгенов поток е отслабен. Този процес се подчинява на закона на Бугер. Записваме го във вида: Ф =Ф 0 e - mх, където m е линеен коефициент на затихване, зависещ от природата на веществото (главно от плътността и атомния номер) и от дължината на вълната на излъчване (енергията на фотона). Може да се представи като състоящ се от три члена, съответстващи на кохерентно разсейване, некохерентно разсейване и фотоелектричен ефект: 
.
Тъй като линейният коефициент на поглъщане зависи от плътността на веществото, за предпочитане е да се използва масовият коефициент на затихване, който е равен на съотношението на линейния коефициент на затихване към плътността на абсорбера и не зависи от плътността на веществото . Зависимостта на рентгеновия поток (интензитет) от дебелината на абсорбиращия филтър е показана на фиг. 7 за H 2 O, Al и Cu. Изчисленията показват, че слой вода с дебелина 36 mm, алуминий 15 mm и мед 1,6 mm намалява интензитета на рентгеновите лъчи 2 пъти. Тази дебелина се нарича дебелина на половин слой d. Ако дадено вещество отслабва наполовина рентгеновото лъчение, тогава 
, тогава 
, или , 
; ; . Познавайки дебелината на полуслоя, винаги можете да определите m. Измерение .
4. Използването на рентгенови лъчи в медицината
(флуороскопия, радиография, рентгенова томография, флуорография, лъчетерапия).
Едно от най-разпространените приложения на рентгеновите лъчи в медицината е трансилюминацията на вътрешни органи за диагностични цели – рентгенова диагностика.
За диагностика се използват фотони с енергия 60-120 keV. В този случай масовият коефициент на поглъщане се определя главно от фотоелектричния ефект. Стойността му е пропорционална на l 3 (в което се проявява голямата проникваща способност на твърдото лъчение) и пропорционална на третата степен на броя на атомите на веществото - поглъщател: , където К е коефициентът на пропорционалност.
Човешкото тяло се състои от тъкани и органи, които имат различна абсорбираща способност спрямо рентгеновите лъчи. Следователно, когато се освети с рентгенови лъчи, на екрана се получава неравномерно изображение на сянка, което дава картина на разположението на вътрешните органи и тъкани. Най-плътните абсорбиращи радиация тъкани (сърце, големи съдове, кости) се виждат като тъмни, докато по-слабо абсорбиращите тъкани (бели дробове) се виждат като светли.
В много случаи е възможно да се прецени тяхното нормално или патологично състояние. Рентгеновата диагностика използва два основни метода: флуороскопия (предаване) и радиография (изображение). Ако изследваният орган и заобикалящите го тъкани приблизително еднакво абсорбират рентгеновия поток, тогава се използват специални контрастни вещества. Така например, в навечерието на рентгеново изследване на стомаха или червата, се дава каша от бариев сулфат, в който случай може да се види тяхното сянка. При флуороскопията и радиографията рентгеновото изображение е обобщено изображение на цялата дебелина на обекта, през който преминават рентгеновите лъчи. Най-ясно се очертават онези детайли, които са по-близо до екрана или филма, а далечните стават неясни и замъглени. Ако в някой орган има патологично променена област, например разрушаване на белодробна тъкан вътре в обширен фокус на възпаление, тогава в някои случаи тази област на рентгеновата снимка в количеството сенки може да бъде „загубена“. За да стане видим, се използва специален метод - томография (послоен запис), който ви позволява да правите снимки на отделни слоеве на изследваната област. Този вид послойни томограми се получават с помощта на специален апарат, наречен томограф, в който рентгеновата тръба (RT) и филмът (Fp) периодично, съвместно, в противофаза се преместват спрямо изследваната област. В този случай рентгеновите лъчи във всяка позиция на RT ще преминат през една и съща точка на обекта (променена област), която е центърът, спрямо който периодично се движат RT и FP. Изображението в сянка на района ще бъде заснето на филм. Чрез промяна на позицията на "люлеещия се център" е възможно да се получат наслоени изображения на обекта. С помощта на тънък лъч рентгенови лъчи, специален екран (вместо Fp), състоящ се от полупроводникови детектори на йонизиращо лъчение, е възможно да се обработва изображението по време на томография с помощта на компютър. Този модерен вариант на томография се нарича компютърна томография. Томографията се използва широко при изследване на белите дробове, бъбреците, жлъчния мехур, стомаха, костите и др.
Яркостта на изображението на екрана и времето на експониране на филма зависи от интензитета на рентгеновото лъчение. Когато се използва за диагностика, интензитетът не може да бъде висок, за да не предизвика нежелан биологичен ефект. Поради това съществуват редица технически устройства, които подобряват яркостта на изображението при нисък интензитет на рентгеновите лъчи. Едно от тези устройства е тръба за усилване на изображението.
Друг пример е флуорографията, при която се получава изображение върху чувствителен малоформатен филм от голям рентгенов луминесцентен екран. При снимане се използва обектив с голяма апертура, готовите снимки се разглеждат на специална лупа.
Флуорографията съчетава голяма способност за откриване на латентни заболявания (заболявания на гръдния кош, стомашно-чревния тракт, параназалните синуси и др.) Със значителна производителност и следователно е много ефективен метод за масово (в линия) изследване.
Тъй като фотографирането на рентгеново изображение по време на флуорография се извършва с помощта на фотографска оптика, изображението на флуорограмата е намалено в сравнение с рентгеновото изображение. В това отношение разделителната способност на флуорограмата (т.е. видимостта на малки детайли) е по-малка от тази на конвенционалната рентгенова снимка, но е по-голяма, отколкото при флуороскопията.
Разработен е апарат - томофлуорограф, който позволява получаването на флуорограми на части от тялото и отделни органи на определена дълбочина - така наречените послойни изображения (срезове) - томофлуорограми.
Рентгеновото лъчение се използва и за терапевтични цели (рентгенова терапия). Биологичният ефект на радиацията е да наруши жизнената дейност на клетките, особено бързо развиващите се. В тази връзка рентгеновата терапия се използва за повлияване на злокачествени тумори. Възможно е да се избере доза радиация, достатъчна за пълното унищожаване на тумора с относително незначително увреждане на околните здрави тъкани, които се възстановяват поради последваща регенерация.
Рентгеновото лъчение от гледна точка на физиката е електромагнитно лъчение, чиято дължина на вълната варира в диапазона от 0,001 до 50 нанометра. Открит е през 1895 г. от немския физик W.K. Roentgen.
По природа тези лъчи са свързани със слънчевия ултравиолет. Радиовълните са най-дългите в спектъра. Те са последвани от инфрачервена светлина, която очите ни не възприемат, но я усещаме като топлина. Следват лъчите от червено до лилаво. След това - ултравиолетови (A, B и C). И точно зад него са рентгеновите и гама лъчите.
Рентгеновите лъчи могат да бъдат получени по два начина: чрез забавяне в материята на заредените частици, преминаващи през него, и чрез преход на електрони от горните слоеве към вътрешните слоеве при освобождаване на енергия.
За разлика от видимата светлина, тези лъчи са много дълги, така че могат да проникнат през непрозрачни материали, без да се отразяват, пречупват или натрупват в тях.
Bremsstrahlung се получава по-лесно. Заредените частици излъчват електромагнитно излъчване при спиране. Колкото по-голямо е ускорението на тези частици и следователно колкото по-рязко е забавянето, толкова повече рентгенови лъчи се произвеждат и дължината на вълните им става по-къса. В повечето случаи на практика те прибягват до генериране на лъчи в процеса на забавяне на електроните в твърди тела. Това ви позволява да контролирате източника на това лъчение, като избягвате опасността от излагане на радиация, тъй като когато източникът е изключен, рентгеновото излъчване напълно изчезва.
Най-често срещаният източник на такова лъчение - Излъчваното от него лъчение е нехомогенно. Той съдържа както мека (дълга вълна), така и твърда (късовълнова) радиация. Меката се характеризира с това, че се абсорбира напълно от човешкото тяло, поради което подобно рентгеново лъчение причинява два пъти повече вреда от твърдото. При прекомерно електромагнитно излъчване в тъканите на човешкото тяло, йонизацията може да увреди клетките и ДНК.
Тръбата е с два електрода - отрицателен катод и положителен анод. При нагряване на катода електроните се изпаряват от него, след което се ускоряват в електрическо поле. Сблъсквайки се с твърдата материя на анодите, те започват забавяне, което е придружено от излъчване на електромагнитно излъчване.
Рентгеновото лъчение, чиито свойства се използват широко в медицината, се основава на получаване на изображение в сянка на изследвания обект върху чувствителен екран. Ако диагностицираният орган е осветен с лъч от лъчи, успоредни един на друг, тогава проекцията на сенките от този орган ще се предава без изкривяване (пропорционално). На практика източникът на радиация е по-скоро точков източник, така че се намира на разстояние от човека и от екрана.
За приемане човек се поставя между рентгеновата тръба и екрана или филма, действащи като приемници на радиация. В резултат на облъчването костите и другите плътни тъкани се появяват в изображението като ясни сенки, изглеждат по-контрастни на фона на по-малко изразителни области, които предават тъкани с по-малко абсорбция. На рентгенови лъчи човек става "полупрозрачен".
Когато рентгеновите лъчи се разпространяват, те могат да бъдат разпръснати и погълнати. Преди да се погълнат, лъчите могат да изминат стотици метри във въздуха. В плътната материя те се усвояват много по-бързо. Човешките биологични тъкани са разнородни, така че тяхната абсорбция на лъчи зависи от плътността на тъканта на органите. абсорбира лъчите по-бързо от меките тъкани, тъй като съдържа вещества с голям атомен номер. Фотоните (отделни частици лъчи) се абсорбират от различни тъкани на човешкото тяло по различни начини, което прави възможно получаването на контрастно изображение с помощта на рентгенови лъчи.
