Rentgeno spinduliai yra didelės energijos elektromagnetinės spinduliuotės rūšis. Jis aktyviai naudojamas įvairiose medicinos srityse.
Rentgeno spinduliai yra elektromagnetinės bangos, kurių fotonų energija yra skalėje elektromagnetines bangas yra tarp ultravioletinės spinduliuotės ir gama spinduliuotės (nuo ~10 eV iki ~1 MeV), kuri atitinka bangos ilgį nuo ~10^3 iki ~10^-2 angstremų (nuo ~10^-7 iki ~10^-12 m). Tai yra, tai nepalyginamai kietesnė spinduliuotė nei matoma šviesa, kuri šioje skalėje yra tarp ultravioletinių ir infraraudonųjų („terminių“) spindulių.
Riba tarp rentgeno ir gama spinduliuotės išskiriama sąlyginai: jų diapazonai susikerta, gama spindulių energija gali būti 1 keV. Jie skiriasi kilme: gama spinduliai išspinduliuojami vykstant procesams atomų branduoliai, o rentgeno spinduliai – vykstant procesams, kuriuose dalyvauja elektronai (tiek laisvieji, tiek viduje elektroniniai apvalkalai atomai). Tuo pačiu metu iš paties fotono neįmanoma nustatyti, kurio proceso metu jis atsirado, tai yra, padalijimas į rentgeno ir gama diapazonus iš esmės yra savavališkas.
Rentgeno spindulių diapazonas yra padalintas į "minkštą rentgeno spindulių" ir "kietą". Riba tarp jų yra 2 angstremų ir 6 keV energijos bangos ilgio lygyje.
Generatorius rentgeno spinduliuotė yra vamzdis, kuriame sukuriamas vakuumas. Yra elektrodai – katodas, kuriam taikomas neigiamas krūvis, ir teigiamai įkrautas anodas. Įtampa tarp jų yra nuo dešimčių iki šimtų kilovoltų. Rentgeno fotonų generavimas įvyksta, kai elektronai "atsiskiria" nuo katodo ir dideliu greičiu atsitrenkia į anodo paviršių. Gauta rentgeno spinduliuotė vadinama „bremsstrahlung“, jos fotonai turi skirtingą bangos ilgį.
Tuo pačiu metu susidaro būdingo spektro fotonai. Dalis anodo medžiagos atomų elektronų yra sužadinami, tai yra, iškeliauja į aukštesnes orbitas, o po to grįžta į normalią būseną, išskirdami tam tikro bangos ilgio fotonus. Abiejų tipų rentgeno spinduliai gaminami standartiniame generatoriuje.
Atradimų istorija
1895 metų lapkričio 8 dieną vokiečių mokslininkas Wilhelmas Conradas Rentgenas atrado, kad kai kurios medžiagos, veikiamos „katodinių spindulių“, tai yra elektronų srauto, kurį sukuria katodinių spindulių vamzdis, pradeda švytėti. Jis paaiškino šį reiškinį tam tikrų rentgeno spindulių įtaka – taigi („rentgeno spinduliai“) ši spinduliuotė dabar vadinama daugeliu kalbų. Vėliau V.K. Rentgenas tyrinėjo savo atrastą reiškinį. 1895 m. gruodžio 22 d. Viurcburgo universitete skaitė paskaitą šia tema.
Vėliau paaiškėjo, kad rentgeno spinduliuotė buvo stebima ir anksčiau, bet tada su ja susiję reiškiniai nebuvo pateikti didelės svarbos. Katodinių spindulių vamzdis buvo išrastas seniai, bet prieš V.K. Rentgenas, niekas didelio dėmesio nekreipė į tai, kad šalia jos pajuoduoja fotoplokštelės ir pan. reiškinius. Prasiskverbiančios spinduliuotės keliamas pavojus taip pat nebuvo žinomas.
Tipai ir jų poveikis organizmui
„Rentgeno spinduliai“ yra švelniausia prasiskverbiančios spinduliuotės rūšis. Per didelis minkštųjų rentgeno spindulių poveikis yra panašus į ultravioletinių spindulių poveikį, tačiau sunkesnė forma. Ant odos susidaro nudegimas, tačiau pažeidimas yra gilesnis ir gyja daug lėčiau.
Kietoji rentgeno spinduliuotė yra visavertė jonizuojanti spinduliuotė, galinti sukelti spindulinę ligą. Rentgeno kvantai gali sulaužyti baltymų molekules, kurios sudaro žmogaus kūno audinius, taip pat genomo DNR molekules. Bet net jei rentgeno kvantas sulaužys vandens molekulę, tai nesvarbu: tokiu atveju susidaro chemiškai aktyvūs laisvieji radikalai H ir OH, kurie patys geba veikti baltymus ir DNR. Spindulinė liga vystosi sunkesnė forma, tuo labiau pažeidžiami kraujodaros organai.
Rentgeno spinduliai turi mutageninį ir kancerogeninį poveikį. Tai reiškia, kad švitinimo metu padidėja spontaniškų ląstelių mutacijų tikimybė, o kartais sveikos ląstelės gali išsigimti į vėžines. Piktybinių navikų atsiradimo tikimybės padidėjimas yra standartinė bet kokio poveikio, įskaitant rentgeno spindulius, pasekmė. Rentgeno spinduliai yra mažiausiai pavojinga prasiskverbiančios spinduliuotės rūšis, tačiau ji vis tiek gali būti pavojinga.
Rentgeno spinduliuotė: taikymas ir kaip jis veikia
Rentgeno spinduliuotė naudojama medicinoje, taip pat kitose žmogaus veiklos srityse.
Fluoroskopija ir kompiuterinė tomografija
Dažniausias rentgeno spindulių naudojimas yra fluoroskopija. Žmogaus kūno „transiliuminacija“ leidžia gauti detalų ir kaulų (jie ryškiausiai matomi), ir vidaus organų vaizdą.
Skirtingas kūno audinių skaidrumas rentgeno spinduliuose yra susijęs su jų chemine sudėtimi. Kaulų struktūros ypatumai yra tai, kad juose yra daug kalcio ir fosforo. Kiti audiniai daugiausia sudaryti iš anglies, vandenilio, deguonies ir azoto. Fosforo atomas yra beveik dvigubai sunkesnis už deguonies atomą, o kalcio atomas – 2,5 karto (anglis, azotas ir vandenilis yra net lengvesni už deguonį). Šiuo atžvilgiu rentgeno fotonų absorbcija kauluose yra daug didesnė.
Be dvimačių „nuotraukų“, rentgenografija leidžia sukurti trimatį organo vaizdą: tokia rentgenografija vadinama kompiuterine tomografija. Šiems tikslams naudojami minkštieji rentgeno spinduliai. Vienoje nuotraukoje gaunamos ekspozicijos dydis yra nedidelis: jis maždaug lygus ekspozicijai, gautai per 2 valandų skrydį lėktuvu 10 km aukštyje.
Rentgeno spindulių defektų aptikimas leidžia aptikti nedidelius vidinius gaminių defektus. Tam naudojamas kietas rentgenas, nes daugelis medžiagų (pavyzdžiui, metalas) yra prastai „permatomos“ dėl didelės juos sudarančios medžiagos atominės masės.
Rentgeno spindulių difrakcija ir rentgeno fluorescencinė analizė
At rentgeno spinduliai savybės leidžia jas panaudoti detaliai ištirti atskirus atomus. Rentgeno spindulių difrakcijos analizė aktyviai naudojamas chemijoje (įskaitant biochemiją) ir kristalografijoje. Jo veikimo principas yra rentgeno spindulių difrakcinė sklaida kristalų ar sudėtingų molekulių atomais. Taikant rentgeno spindulių difrakcijos analizę, buvo nustatyta DNR molekulės struktūra.
Rentgeno fluorescencinė analizė leidžia greitai nustatyti cheminė sudėtis medžiagų.
Yra daug radioterapijos formų, tačiau visos jos apima jonizuojančiosios spinduliuotės naudojimą. Radioterapija skirstoma į 2 tipus: korpuskulinę ir banginę. Korpuskulinis naudoja alfa dalelių (helio atomų branduolių), beta dalelių (elektronų), neutronų, protonų, sunkiųjų jonų srautus. Banga naudoja elektromagnetinio spektro spindulius – rentgeno ir gama.
Radioterapijos metodai pirmiausia taikomi onkologinėms ligoms gydyti. Faktas yra tai, kad spinduliuotė pirmiausia paveikia aktyviai besidalijančias ląsteles, todėl taip kenčia kraujodaros organai (jų ląstelės nuolat dalijasi, gamindamos vis daugiau naujų raudonųjų kraujo kūnelių). Vėžio ląstelės taip pat nuolat dalijasi ir yra labiau pažeidžiamos spinduliuotės nei sveiki audiniai.
Naudojamas toks spinduliuotės lygis, kuris slopina vėžinių ląstelių aktyvumą, o vidutiniškai paveikia sveikas. Spinduliuotės įtakoje sunaikinamos ne pačios ląstelės, o pažeidžiamas jų genomas – DNR molekulės. Ląstelė su sunaikintu genomu gali egzistuoti kurį laiką, bet nebegali dalytis, tai yra, naviko augimas sustoja.
Radiacinė terapija yra švelniausia radioterapijos forma. Bangų spinduliuotė yra švelnesnė už korpuskulinę spinduliuotę, o rentgeno spinduliai yra švelnesni už gama spinduliuotę.
Nėštumo metu
Nėštumo metu pavojinga naudoti jonizuojančiąją spinduliuotę. Rentgeno spinduliai yra mutageniški ir gali sukelti vaisiaus anomalijas. Rentgeno terapija nesuderinama su nėštumu: ją galima naudoti tik tuo atveju, jei jau nuspręsta darytis abortą. Fluoroskopijos apribojimai yra švelnesni, tačiau pirmaisiais mėnesiais tai taip pat griežtai draudžiama.
Neatidėliotinais atvejais rentgeno tyrimas pakeičiamas magnetinio rezonanso tomografija. Tačiau pirmąjį trimestrą jie taip pat stengiasi to išvengti (šis metodas pasirodė neseniai, ir visiškai užtikrintai galima kalbėti apie žalingų pasekmių nebuvimą).
Neabejotinas pavojus kyla, kai bendra dozė yra ne mažesnė kaip 1 mSv (senuose įrenginiuose - 100 mR). Paprasta rentgeno nuotrauka (pavyzdžiui, kai atliekama fluorografija) pacientas gauna apie 50 kartų mažiau. Norint gauti tokią dozę vienu metu, reikia atlikti išsamią kompiuterinę tomografiją.
Tai reiškia, kad vien 1–2 kartų „rentgeno“ tyrimas ankstyvoje nėštumo stadijoje negresia rimtomis pasekmėmis (tačiau geriau nerizikuoti).
Gydymas juo
Rentgeno spinduliai pirmiausia naudojami kovojant su piktybiniais navikais. Šis metodas yra geras, nes jis yra labai efektyvus: jis naikina naviką. Tai blogai, nes sveiki audiniai nėra daug geresni, yra daug šalutinių poveikių. Ypatingas pavojus kyla kraujodaros organams.
Praktikoje naudojami įvairūs metodai, mažinantys rentgeno spindulių poveikį sveikiems audiniams. Sijos nukreiptos kampu taip, kad auglys būtų jų susikirtimo zonoje (dėl to pagrindinis energijos įsisavinimas vyksta būtent ten). Kartais procedūra atliekama judant: paciento kūnas sukasi spinduliuotės šaltinio atžvilgiu aplink naviką einantį ašį. Tuo pačiu metu sveiki audiniai švitinimo zonoje būna tik kartais, o sergantys – visą laiką.
Rentgeno spinduliai naudojami gydant tam tikras artrozes ir panašias ligas, taip pat odos ligas. Tokiu atveju skausmo sindromas sumažėja 50-90%. Kadangi šiuo atveju naudojama spinduliuotė yra švelnesnė, šalutinis poveikis, panašus į tuos, kurie atsiranda gydant navikus, nepastebėtas.
1. Puikus įsiskverbimas ir jonizuojantis gebėjimas.
2. Nenukreipta elektrinių ir magnetinių laukų.
3. Jie turi fotocheminį poveikį.
4. Sukelti medžiagų švytėjimą.
5. Atspindys, lūžis ir difrakcija kaip matomoje spinduliuotėje.
6. Turi biologinį poveikį gyvoms ląstelėms.
1. Sąveika su materija
Rentgeno spindulių bangos ilgis yra panašus į atomų dydį, todėl nėra medžiagos, iš kurios būtų galima pagaminti rentgeno lęšį. Be to, kai rentgeno spinduliai krinta statmenai paviršiui, jie beveik neatsispindi. Nepaisant to, rentgeno optikoje buvo rasti metodai rentgeno spinduliams skirtų optinių elementų konstravimui. Visų pirma paaiškėjo, kad deimantas juos gerai atspindi.
Rentgeno spinduliai gali prasiskverbti į materiją ir įvairių medžiagų sugeria juos skirtingai. Rentgeno spindulių sugertis yra svarbiausia jų savybė rentgeno fotografijoje. Rentgeno spindulių intensyvumas mažėja eksponentiškai priklausomai nuo kelio, nueinamo sugeriančiame sluoksnyje (I = I0e-kd, kur d yra sluoksnio storis, koeficientas k yra proporcingas Z³λ³, Z yra atominis skaičius elementas, λ yra bangos ilgis).
Absorbcija atsiranda dėl fotoabsorbcijos (fotoelektrinio efekto) ir Komptono sklaidos:
Fotoabsorbcija suprantama kaip elektrono išmušimo iš atomo apvalkalo fotonu procesas, kuriam reikalinga, kad fotono energija būtų didesnė už tam tikrą minimalią vertę. Jei atsižvelgsime į absorbcijos akto tikimybę, priklausančią nuo fotono energijos, tada, pasiekus tam tikrą energiją, ji (tikimybė) smarkiai padidėja iki didžiausios vertės. Didesnės energijos atveju tikimybė nuolat mažėja. Dėl šios priklausomybės sakoma, kad yra absorbcijos riba. Sugerties akto metu išmušto elektrono vietą užima kitas elektronas, o išspinduliuojama mažesnė fotono energija, vadinamoji. fluorescencinis procesas.
Rentgeno fotonas gali sąveikauti ne tik su surištais elektronais, bet ir su laisvais bei silpnai surištais elektronais. Vyksta fotonų sklaida ant elektronų – vadinamoji. Komptono sklaida. Priklausomai nuo sklaidos kampo, fotono bangos ilgis tam tikru dydžiu padidėja ir atitinkamai mažėja energija. Komptono sklaida, palyginti su fotoabsorbcija, tampa vyraujanti esant didesnei fotonų energijai.
Be šių procesų, yra dar viena esminė absorbcijos galimybė - dėl elektronų-pozitronų porų atsiradimo. Tačiau tam reikia didesnės nei 1,022 MeV energijos, kuri yra už aukščiau nurodytos rentgeno spinduliuotės ribos (<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.
[Redaguoti]
2. Biologinis poveikis
Rentgeno spinduliai yra jonizuojantys. Jis veikia gyvų organizmų audinius ir gali sukelti spindulinę ligą, nudegimus ir piktybinius navikus. Dėl šios priežasties dirbant su rentgeno spinduliais reikia imtis apsaugos priemonių. Manoma, kad žala yra tiesiogiai proporcinga sugertai spinduliuotės dozei. Rentgeno spinduliuotė yra mutageninis veiksnys.
[Redaguoti]
3. Registracija
Liuminescencijos efektas. Rentgeno spinduliai gali sukelti kai kurių medžiagų švytėjimą (fluorescenciją). Šis efektas naudojamas medicininėje diagnostikoje atliekant fluoroskopiją (vaizdo stebėjimą fluorescenciniame ekrane) ir rentgeno fotografiją (rentgenografiją). Medicininės fotojuostos dažniausiai naudojamos kartu su ryškinančiais ekranais, kuriuose yra rentgeno spindulių fosforo, kurie švyti veikiant rentgeno spinduliams ir apšviečia šviesai jautrią fotografinę emulsiją. Natūralaus dydžio vaizdo gavimo būdas vadinamas radiografija. Naudojant fluorografiją, vaizdas gaunamas sumažintu mastu. Liuminescencinė medžiaga (scintiliatorius) gali būti optiškai prijungta prie elektroninio šviesos detektoriaus (fotodaugintuvo vamzdžio, fotodiodo ir kt.), gautas įrenginys vadinamas scintiliacijos detektoriumi. Tai leidžia registruoti atskirus fotonus ir išmatuoti jų energiją, nes scintiliacijos blykstės energija yra proporcinga sugerto fotono energijai.
fotografinis efektas. Rentgeno spinduliai, kaip ir įprasta šviesa, gali tiesiogiai apšviesti fotografinę emulsiją. Tačiau be fluorescencinio sluoksnio reikia 30–100 kartų didesnės ekspozicijos (t. y. dozės). Šis metodas (žinomas kaip radiografija be ekrano) turi ryškesnių vaizdų pranašumą.
Puslaidininkiniuose detektoriuose rentgeno spinduliai sukuria elektronų skylių poras diodo, sujungto blokavimo kryptimi, p-n sandūroje. Tokiu atveju teka nedidelė srovė, kurios amplitudė proporcinga krentančios rentgeno spinduliuotės energijai ir intensyvumui. Impulsiniu režimu galima registruoti atskirus rentgeno fotonus ir išmatuoti jų energiją.
Atskiri rentgeno fotonai taip pat gali būti registruojami naudojant dujomis užpildytus jonizuojančiosios spinduliuotės detektorius (Geiger skaitiklį, proporcingą kamerą ir kt.).
Taikymas
Rentgeno spindulių pagalba galima „apšviesti“ žmogaus kūną, ko pasekoje galima gauti kaulų, o šiuolaikiniais instrumentais – vidaus organų vaizdą (taip pat žr. Rentgenas) . Tam naudojamas faktas, kad elemento kalcio (Z=20), kurio daugiausia yra kauluose, atominis skaičius yra daug didesnis nei elementų, sudarančių minkštuosius audinius, ty vandenilio (Z=1), anglies (Z=6) atominis skaičius. ), azotas (Z=7), deguonis (Z=8). Be įprastų prietaisų, kurie suteikia dvimatę tiriamo objekto projekciją, yra kompiuteriniai tomografai, leidžiantys gauti trimatį vidaus organų vaizdą.
Gaminių (bėgelių, suvirinimo siūlių ir kt.) defektų aptikimas naudojant rentgeno spindulius vadinamas rentgeno defektų aptikimu.
Medžiagų moksle, kristalografijoje, chemijoje ir biochemijoje rentgeno spinduliai naudojami medžiagų struktūrai atominiame lygmenyje išsiaiškinti, naudojant rentgeno spindulių difrakcinę sklaidą (rentgeno spindulių difrakcijos analizę). Garsus pavyzdys yra DNR struktūros nustatymas.
Be to, rentgeno spinduliai gali būti naudojami cheminei medžiagos sudėčiai nustatyti. Elektronų pluošto mikrozonde (arba elektroniniame mikroskope) analizuojama medžiaga apšvitinama elektronais, o atomai jonizuojami ir skleidžia būdingą rentgeno spinduliuotę. Vietoj elektronų gali būti naudojami rentgeno spinduliai. Šis analizės metodas vadinamas rentgeno fluorescencine analize.
Oro uostuose aktyviai naudojami rentgeno televizijos introskopai, leidžiantys peržiūrėti rankinio bagažo ir bagažo turinį, kad monitoriaus ekrane būtų galima vizualiai aptikti pavojingus objektus.
Rentgeno terapija – tai spindulinės terapijos dalis, apimanti rentgeno spindulių, generuojamų esant 20–60 kV rentgeno vamzdžio įtampai ir 3–7 cm židinio atstumui nuo odos, terapinio panaudojimo teoriją ir praktiką. -diapazono radioterapija) arba esant 180-400 kV įtampai ir 30-150 cm odos židinio atstumui (nuotolinė radioterapija).
Rentgeno terapija daugiausia atliekama esant paviršiniams navikams ir kai kurioms kitoms ligoms, įskaitant odos ligas (ultraminkšti Bucca rentgeno spinduliai).
[Redaguoti]
natūralūs rentgeno spinduliai
Žemėje elektromagnetinė spinduliuotė rentgeno spindulių diapazone susidaro dėl atomų jonizacijos spinduliuote, kuri atsiranda radioaktyvaus skilimo metu, dėl gama spinduliuotės Komptono efekto, atsirandančio branduolinių reakcijų metu, taip pat dėl kosminės spinduliuotės. Radioaktyvusis skilimas taip pat sukelia tiesioginį rentgeno spindulių kvantų išskyrimą, jei jis sukelia irstančio atomo elektronų apvalkalo persitvarkymą (pavyzdžiui, elektronų gaudymo metu). Rentgeno spinduliuotė, kuri atsiranda ant kitų dangaus kūnų, nepasiekia Žemės paviršiaus, nes ją visiškai sugeria atmosfera. Jį tyrinėja palydoviniai rentgeno teleskopai, tokie kaip Chandra ir XMM-Newton.
Radiologija – radiologijos skyrius, tiriantis rentgeno spinduliuotės poveikį gyvūnų ir žmonių organizmui dėl šios ligos, jų gydymą ir profilaktiką bei įvairių patologijų diagnostikos metodus naudojant rentgeno spindulius (rentgeno diagnostika). . Įprastą rentgeno diagnostikos aparatą sudaro maitinimo šaltinis (transformatoriai), aukštos įtampos lygintuvas, paverčiantis kintamąją elektros tinklo srovę į nuolatinę srovę, valdymo pultas, trikojis ir rentgeno vamzdis.
Rentgeno spinduliai yra elektromagnetinių virpesių tipas, kuris susidaro rentgeno vamzdyje staigiai sulėtėjus pagreitintam elektronui jų susidūrimo su anodo medžiagos atomais momentu. Šiuo metu visuotinai priimtas požiūris, kad rentgeno spinduliai pagal savo fizinę prigimtį yra viena iš spindulinės energijos rūšių, kurios spektras taip pat apima radijo bangas, infraraudonuosius spindulius, matomą šviesą, ultravioletinius ir gama spindulius. radioaktyvieji elementai. Rentgeno spinduliuotę galima apibūdinti kaip mažiausių dalelių – kvantų arba fotonų – rinkinį.
Ryžiai. 1 – mobilus rentgeno aparatas:
A - rentgeno vamzdis;
B - maitinimo šaltinis;
B - reguliuojamas trikojis.
Ryžiai. 2 - Rentgeno aparato valdymo pultas (mechaninis - kairėje ir elektroninis - dešinėje): A - skydelis ekspozicijai ir kietumui reguliuoti;
B - aukštos įtampos maitinimo mygtukas.
Ryžiai. 3 yra tipinio rentgeno aparato blokinė schema 1 - tinklas;
2 - autotransformatorius;
3 - pakopinis transformatorius;
4 - rentgeno vamzdis;
5 - anodas;
6 - katodas;
7 - žeminamasis transformatorius.
Rentgeno spindulių gamybos mechanizmas
Rentgeno spinduliai susidaro pagreitintų elektronų srauto susidūrimo su anodo medžiaga momentu. Kai elektronai sąveikauja su taikiniu, 99% jų kinetinės energijos paverčiama šilumine energija ir tik 1% - rentgeno spinduliais.
Rentgeno vamzdis susideda iš stiklinio indo, kuriame yra lituojami 2 elektrodai: katodas ir anodas. Iš stiklinio cilindro išpumpuojamas oras: elektronų judėjimas nuo katodo iki anodo galimas tik santykinio vakuumo sąlygomis (10 -7 -10 -8 mm Hg). Ant katodo yra siūlelis, kuris yra sandariai susuktas volframo siūlas. Kai į siūlą patenka elektros srovė, atsiranda elektronų emisija, kurios metu elektronai atsiskiria nuo spiralės ir šalia katodo susidaro elektronų debesis. Šis debesis yra sutelktas prie katodo fokusavimo taurės, kuri nustato elektronų judėjimo kryptį. Taurė – nedidelė įduba katode. Anode, savo ruožtu, yra volframo metalinė plokštė, ant kurios sufokusuoti elektronai – tai rentgeno spindulių susidarymo vieta.
Ryžiai. 4 – Rentgeno vamzdelio prietaisas: A - katodas; 
B - anodas;
B - volframo siūlas;
G - katodo fokusavimo taurė;
D - pagreitintų elektronų srautas;
E - volframo taikinys;
G - stiklinė kolba;
З - langas iš berilio;
Ir - suformuotos rentgeno nuotraukos;
K - aliuminio filtras.
Prie elektronų vamzdžio prijungti 2 transformatoriai: žeminantys ir paaukštinami. Žemyninis transformatorius volframo siūlą šildo žema įtampa (5–15 voltų), todėl susidaro elektronų emisija. Pakopinis, arba aukštos įtampos, transformatorius eina tiesiai į katodą ir anodą, kurie tiekiami 20–140 kilovoltų įtampa. Abu transformatoriai dedami į rentgeno aparato aukštos įtampos bloką, kuris pripildytas transformatorių alyvos, kuri užtikrina transformatorių aušinimą ir patikimą jų izoliaciją.
Susiformavus elektronų debesiui žemesnio transformatoriaus pagalba, įjungiamas aukštinamasis transformatorius, o abiejuose elektros grandinės poliuose tiekiama aukštos įtampos įtampa: teigiamas impulsas anodui ir neigiamas. impulsas į katodą. Neigiamą krūvį turintys elektronai atstumiami nuo neigiamai įkrauto katodo ir linksta į teigiamai įkrautą anodą – dėl tokio potencialų skirtumo pasiekiamas didelis judėjimo greitis – 100 tūkstančių km/s. Tokiu greičiu elektronai bombarduoja volframo anodo plokštę, užbaigdami elektros grandinę, dėl kurios susidaro rentgeno spinduliai ir šiluminė energija.
Rentgeno spinduliuotė skirstoma į bremsstrahlung ir būdingą. Bremsstrahlung atsiranda dėl staigaus volframo gijos skleidžiamų elektronų greičio sulėtėjimo. Būdinga spinduliuotė atsiranda atomų elektronų apvalkalų persitvarkymo momentu. Abu šie tipai susidaro rentgeno vamzdyje pagreitintų elektronų susidūrimo su anodo medžiagos atomais momentu. Rentgeno vamzdžio emisijos spektras yra bremsstrahlung ir būdingų rentgeno spindulių superpozicija.
Ryžiai. 5 - bremsstrahlung rentgeno spindulių susidarymo principas.
Ryžiai. 6 - būdingų rentgeno spindulių susidarymo principas.
Pagrindinės rentgeno spindulių savybės
- Rentgeno spinduliai yra nematomi regos suvokimui.
- Rentgeno spinduliuotė turi didelę prasiskverbimo galią per gyvo organizmo organus ir audinius, taip pat tankias negyvosios gamtos struktūras, kurios nepraleidžia matomų šviesos spindulių.
- Rentgeno spinduliai sukelia tam tikrų cheminių junginių švytėjimą, vadinamą fluorescencija.
- Cinko ir kadmio sulfidai fluorescuoja geltonai žaliai,
- Kalcio volframo kristalai - violetinė-mėlyna.
Elektromagnetinių virpesių skalė
Rentgeno spinduliai turi tam tikrą bangos ilgį ir virpesių dažnį. Bangos ilgis (λ) ir virpesių dažnis (ν) yra susiję su ryšiu: λ ν = c, kur c yra šviesos greitis, suapvalintas iki 300 000 km per sekundę. Rentgeno spindulių energija nustatoma pagal formulę E = h ν, kur h Planko konstanta, universali konstanta lygi 6,626 10 -34 J⋅s. Spindulių bangos ilgis (λ) yra susietas su jų energija (E) santykiu: λ = 12,4 / E.
Rentgeno spinduliuotė nuo kitų elektromagnetinių virpesių tipų skiriasi bangos ilgiu (žr. lentelę) ir kvantine energija. Kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo didesnis jo dažnis, energija ir prasiskverbimo galia. Rentgeno bangos ilgis yra diapazone
. Keisdami rentgeno spindulių bangos ilgį, galite kontroliuoti jo prasiskverbimo galią. Rentgeno spinduliai turi labai trumpą bangos ilgį, bet aukštą virpesių dažnį, todėl žmogaus akiai jie nematomi. Dėl savo milžiniškos energijos kvantai pasižymi didele skverbimosi galia, kuri yra viena pagrindinių savybių, užtikrinančių rentgeno spindulių panaudojimą medicinoje ir kituose moksluose.Rentgeno charakteristikos
Intensyvumas- kiekybinė rentgeno spinduliuotės charakteristika, kuri išreiškiama spindulių, kuriuos vamzdis skleidžia per laiko vienetą, skaičiumi. Rentgeno spindulių intensyvumas matuojamas miliamperais. Palyginus jį su įprastos kaitrinės lempos matomos šviesos intensyvumu, galime padaryti analogiją: pavyzdžiui, 20 vatų lempa švies vienu intensyvumu arba galia, o 200 vatų lempa – kitu, o pačios šviesos kokybė (jos spektras) yra tokia pati. Rentgeno spinduliuotės intensyvumas iš tikrųjų yra jos kiekis. Kiekvienas elektronas ant anodo sukuria vieną ar daugiau spinduliuotės kvantų, todėl rentgeno spindulių kiekis objekto ekspozicijos metu reguliuojamas keičiant į anodą linkusių elektronų skaičių ir elektronų sąveikų su volframo taikinio atomais skaičių. , kurį galima padaryti dviem būdais:
- Keičiant katodo spiralės įkaitimo laipsnį, naudojant žeminamąjį transformatorių (emisijos metu susidarančių elektronų skaičius priklausys nuo to, kiek įkaitusi volframo spiralė, o nuo elektronų skaičiaus – spinduliuotės kvantų skaičius);
- Keičiant pakopinio transformatoriaus tiekiamos aukštos įtampos į vamzdžio polius – katodą ir anodo vertę (kuo didesnė įtampa įjungiama į vamzdžio polius, tuo daugiau kinetinės energijos gauna elektronai, , dėl savo energijos gali paeiliui sąveikauti su keliais anodo medžiagos atomais – žr. ryžių. 5; mažos energijos elektronai galės įsijungti į mažesnį sąveikų skaičių).
Rentgeno spindulių intensyvumas (anodo srovė), padaugintas iš užrakto greičio (vamzdžio laiko), atitinka rentgeno spindulių ekspoziciją, kuri matuojama mAs (miliamperais per sekundę). Ekspozicija yra parametras, kuris, kaip ir intensyvumas, apibūdina rentgeno vamzdžio skleidžiamų spindulių kiekį. Skirtumas tik tas, kad ekspozicijoje atsižvelgiama ir į vamzdelio veikimo laiką (pavyzdžiui, jei vamzdis veikia 0,01 sek, tada spindulių skaičius bus vienas, o jei 0,02 sek. kitoks – dar du kartus). Radiacijos apšvitą nustato radiologas rentgeno aparato valdymo pulte, atsižvelgdamas į tyrimo tipą, tiriamo objekto dydį ir diagnostikos užduotį.
Standumas- kokybinė rentgeno spinduliuotės charakteristika. Jis matuojamas aukšta įtampa ant vamzdžio – kilovoltais. Nustato rentgeno spindulių prasiskverbimo galią. Jį reguliuoja aukšta įtampa, kurią į rentgeno vamzdį tiekia pakopinis transformatorius. Kuo didesnis potencialų skirtumas susidaro ant vamzdžio elektrodų, tuo didesnė jėga elektronai atstumia nuo katodo ir veržiasi prie anodo, tuo stipresnis jų susidūrimas su anodu. Kuo stipresnis jų susidūrimas, tuo trumpesnis bus gaunamos rentgeno spinduliuotės bangos ilgis ir didesnė šios bangos prasiskverbimo galia (arba spinduliuotės kietumas, kuris, kaip ir intensyvumas, reguliuojamas valdymo pulte įtampos parametru vamzdis – kilovolta).
λ - bangos ilgis; 
Ryžiai. 7 – bangos ilgio priklausomybė nuo bangos energijos:
E – bangos energija 
Ryžiai. 8 - Rentgeno vamzdžio įtampos ir susidariusios rentgeno spinduliuotės bangos ilgio santykis:
Rentgeno vamzdžių klasifikacija
- Paskyrimu
- Diagnostinis
- Gydomasis
- Struktūrinei analizei
- Dėl peršvietimo
- Pagal dizainą
- Pagal fokusavimą
- Vieno fokusavimo (viena spiralė ant katodo ir viena židinio vieta ant anodo)
- Bifokalinis (dvi skirtingo dydžio spiralės ant katodo ir dvi židinio dėmės ant anodo)
- Pagal anodo tipą
- Stacionarus (fiksuotas)
- Besisukantis
Rentgeno spinduliai naudojami ne tik radiodiagnostikos, bet ir gydymo tikslais. Kaip minėta aukščiau, rentgeno spinduliuotės gebėjimas slopinti navikinių ląstelių augimą leidžia ją panaudoti onkologinių ligų spindulinei terapijai. Be medicinos taikymo srities, rentgeno spinduliuotė plačiai pritaikyta inžinerijos ir technikos srityse, medžiagų moksle, kristalografijoje, chemijoje ir biochemijoje: pavyzdžiui, galima nustatyti įvairių gaminių (bėgelių, suvirinimo siūlių) konstrukcinius defektus. ir kt.) naudojant rentgeno spinduliuotę. Tokio tyrimo tipas vadinamas defektoskopija. O oro uostuose, geležinkelio stotyse ir kitose perpildytose vietose rentgeno televizijos introskopai aktyviai naudojami rankiniam bagažui ir bagažui saugumo sumetimais nuskaityti.
Priklausomai nuo anodo tipo, rentgeno vamzdžių konstrukcija skiriasi. Dėl to, kad 99% elektronų kinetinės energijos paverčiama šilumine energija, vamzdžio veikimo metu anodas gerokai įkaista – jautrus volframo taikinys dažnai perdega. Anodas aušinamas šiuolaikiniuose rentgeno vamzdeliuose jį sukant. Besisukantis anodas yra disko formos, kuris tolygiai paskirsto šilumą visame paviršiuje ir apsaugo nuo vietinio volframo taikinio perkaitimo.
Rentgeno vamzdžių konstrukcija taip pat skiriasi fokusavimu. Židinio taškas – anodo dalis, ant kurios generuojamas darbinis rentgeno spindulys. Jis yra padalintas į tikrąjį židinio tašką ir efektyvų židinio tašką ( ryžių. 12). Dėl anodo kampo efektyvusis židinio taškas yra mažesnis nei tikrasis. Priklausomai nuo vaizdo srities dydžio, naudojami skirtingi židinio taško dydžiai. Kuo didesnis vaizdo plotas, tuo platesnė turi būti židinio vieta, kad apimtų visą vaizdo sritį. Tačiau mažesnis židinio taškas užtikrina didesnį vaizdo aiškumą. Todėl, gaminant mažus vaizdus, naudojamas trumpas siūlelis, o elektronai nukreipiami į nedidelį anodo taikinio plotą, sukuriant mažesnę židinio vietą.
Ryžiai. 9 - rentgeno vamzdis su stacionariu anodu.
Ryžiai. 10 - Rentgeno vamzdelis su besisukančiu anodu.
Ryžiai. 11 - Rentgeno vamzdelis su besisukančiu anodu.
Ryžiai. 12 yra tikros ir veiksmingos židinio taško susidarymo diagrama.
1. Bremsstrahlung ir būdingi rentgeno spinduliai,
pagrindinės savybės ir charakteristikos.
1895 m. vokiečių mokslininkas Rentgenas pirmą kartą atrado fluorescencinio ekrano švytėjimą, kurį sukėlė akiai nematoma spinduliuotė, sklindanti iš dujų išlydžio vamzdžio stiklo dalies, esančios priešais katodą. Šio tipo spinduliuotė turėjo galimybę prasiskverbti pro medžiagas, nepraleidžiamas matomai šviesai. Rentgenas juos pavadino rentgeno spinduliais ir nustatė pagrindines savybes, leidžiančias juos naudoti įvairiose mokslo ir technologijų srityse, įskaitant mediciną.
Rentgeno spinduliuotė vadinama spinduliuote, kurios bangos ilgis yra 80-10 -5 nm. Ilgųjų bangų rentgeno spinduliuotė sutampa su trumpųjų bangų UV spinduliuote, trumpoji – su ilgųjų bangų g spinduliuote. Medicinoje naudojama nuo 10 iki 0,005 nm bangos ilgio rentgeno spinduliuotė, kuri atitinka fotono energiją nuo 10 2 EV iki 0,5 MeV. Rentgeno spinduliuotė akiai nematoma, todėl visi stebėjimai su ja atliekami naudojant fluorescencinius ekranus arba fotojuostos, nes sukelia rentgeno liuminescenciją ir turi fotocheminį poveikį. Būdinga tai, kad dauguma optinei spinduliuotei nepralaidžių kūnų yra iš esmės skaidrūs rentgeno spinduliuotei, kuri turi elektromagnetinėms bangoms būdingų savybių. Tačiau dėl mažo bangos ilgio kai kurias savybes sunku aptikti. Todėl spinduliuotės banginis pobūdis buvo nustatytas daug vėliau nei jų atradimas.
Pagal sužadinimo metodą rentgeno spinduliuotė skirstoma į bremsstrahlung ir būdingąją spinduliuotę.
Bremsstrahlung rentgeno spinduliuotė atsiranda dėl greitai judančių elektronų lėtėjimo dėl medžiagos, per kurią jie skrenda, atomo (branduolio ir elektronų) elektrinio lauko. Šios spinduliuotės mechanizmą galima paaiškinti tuo, kad bet koks judantis krūvis yra srovė, aplink kurią sukuriamas magnetinis laukas, kurio indukcija (B) priklauso nuo elektrono greičio. Stabdant magnetinė indukcija mažėja ir, remiantis Maksvelo teorija, atsiranda elektromagnetinė banga.
Kai elektronai lėtėja, tik dalis energijos tenka rentgeno fotonui sukurti, kita dalis išleidžiama anodo šildymui. Fotono dažnis (bangos ilgis) priklauso nuo pradinės elektrono kinetinės energijos ir jo lėtėjimo intensyvumo. Be to, net jei pradinė kinetinė energija bus vienoda, tada lėtėjimo sąlygos medžiagoje bus skirtingos, todėl skleidžiami fotonai turės pačią įvairiausią energiją, taigi ir bangos ilgį, t.y. rentgeno spindulių spektras bus ištisinis. 1 paveiksle parodytas išjungimo spektras esant įvairioms įtampoms U 1
.
Jei U išreiškiamas kilovoltais ir atsižvelgiama į santykį tarp kitų dydžių, tada formulė atrodo taip: l k \u003d 1,24 / U (nm) arba l k \u003d 1,24 / U (Å) (1Å \u003d 10 -10 m ).
Iš aukščiau pateiktų grafikų galima nustatyti, kad bangos ilgis l m, kuris sudaro didžiausią spinduliuotės energiją, yra pastovus ryšys su ribiniu bangos ilgiu l k:
.
Bangos ilgis apibūdina fotono energiją, nuo kurios priklauso spinduliuotės prasiskverbimo galia, kai ji sąveikauja su medžiaga.
Trumpojo bangos ilgio rentgeno spinduliai paprastai turi didelę prasiskverbimo galią ir yra vadinami kietaisiais, o ilgų bangų spinduliai – minkštaisiais. Kaip matyti iš aukščiau pateiktos formulės, bangos ilgis, prie kurio krenta didžiausia spinduliuotės energija, yra atvirkščiai proporcingas įtampai tarp vamzdžio anodo ir katodo. Padidinus įtampą prie rentgeno vamzdžio anodo, keičiasi spinduliuotės spektrinė sudėtis ir padidėja jos kietumas.
Keičiantis kaitinamojo siūlelio įtampai (kintant katodo siūlelio temperatūrai), keičiasi katodo išskiriamų elektronų skaičius per laiko vienetą arba atitinkamai srovės stipris vamzdžio anodo grandinėje. Šiuo atveju spinduliavimo galia keičiasi proporcingai pirmajai srovės galiai. Spinduliuotės spektrinė sudėtis nepasikeis.
Bendras spinduliuotės srautas (galia), energijos pasiskirstymas pagal bangos ilgius, taip pat spektro riba trumpųjų bangų ilgių pusėje priklauso nuo šių trijų veiksnių: įtampos U, kuri pagreitina elektronus ir kuri yra tarp anodo ir vamzdžio katodas; elektronų, dalyvaujančių formuojantis spinduliuotei, skaičius, t.y. vamzdžio kaitinimo srovė; anodo medžiagos atominis skaičius Z, kuriame vyksta elektronų lėtėjimas.
Bremsstrahlung srautas apskaičiuojamas pagal formulę: , kur 
,
Z-medžiagos atomo eilės numeris (atominis numeris).
Padidinus rentgeno vamzdžio įtampą, galima pastebėti atskirų linijų (linijų spektro) atsiradimą nuolatinės bremsstrahlung spinduliuotės fone, kuri atitinka būdingą rentgeno spinduliuotę. Jis atsiranda elektronams pereinant tarp vidinių medžiagos atomų apvalkalų (apvalkalai K, L, M). Būdingo spinduliuotės spektro linijinis pobūdis atsiranda dėl to, kad pagreitinti elektronai prasiskverbia giliai į atomus ir išmuša elektronus iš atomo iš savo vidinių sluoksnių. Elektronai (2 pav.) iš viršutinių sluoksnių pereina į laisvas vietas, dėl ko išspinduliuojami rentgeno fotonai, kurių dažnis atitinka pereinamųjų energijos lygių skirtumą. Būdingosios spinduliuotės spektro linijos sujungiamos į eilutes, atitinkančias elektronų perėjimus su aukštesniu lygiu K, L, M lygyje.
Išorinis veiksmas, dėl kurio elektronas išmušamas iš vidinių sluoksnių, turi būti pakankamai stiprus. Skirtingai nuo optinių spektrų, skirtingų atomų būdingi rentgeno spindulių spektrai yra to paties tipo. Šių spektrų vienodumą lemia tai, kad skirtingų atomų vidiniai sluoksniai yra vienodi ir skiriasi tik energetiškai, nes jėgos poveikis iš branduolio pusės didėja didėjant elemento eilės skaičiui. Tai lemia tai, kad didėjant branduoliniam krūviui būdingi spektrai pasislenka aukštesnių dažnių link. Šis santykis žinomas kaip Moseley įstatymas: 
, kur A ir B yra konstantos; Elemento Z eilės numeris.
Yra dar vienas skirtumas tarp rentgeno ir optinio spektro. Būdingas atomo spektras nepriklauso nuo cheminio junginio, kuriame yra atomas. Taigi, pavyzdžiui, deguonies atomo rentgeno spindulių spektras yra toks pat O, O 2 , H 2 O, o šių junginių optiniai spektrai labai skiriasi. Ši atomų rentgeno spindulių spektro savybė buvo pavadinimo „charakteristika“ pagrindu.
Būdinga spinduliuotė atsiranda, kai vidiniuose atomo sluoksniuose yra laisvų vietų, nepaisant ją sukėlusių priežasčių. Pavyzdžiui, jis lydi vieną iš radioaktyvaus skilimo tipų, kurį sudaro elektrono gaudymas iš vidinio sluoksnio branduolyje.
2. Rentgeno vamzdelių ir pirmuonių prietaisas
rentgeno aparatas.
Dažniausias rentgeno spinduliuotės šaltinis yra rentgeno vamzdis – dviejų elektrodų vakuuminis prietaisas (3 pav.). Tai stiklinis indas (p = 10 -6 - 10 -7 mm Hg) su dviem elektrodais - anodu A ir katodu K, tarp kurių sukuriama aukšta įtampa. Kaitinamas katodas (K) skleidžia elektronus. Anodas A dažnai vadinamas antikatodu. Jis turi pasvirusį paviršių, kad gautą rentgeno spinduliuotę nukreiptų kampu į vamzdelio ašį. Anodas pagamintas iš metalo, turinčio gerą šilumos laidumą (vario), kad būtų pašalinta šiluma, atsirandanti dėl elektronų smūgio. Nuožulniame anodo gale yra didelio atominio skaičiaus ugniai atsparaus metalo (volframo) plokštė Z, vadinama anodo veidrodžiu. Kai kuriais atvejais anodas specialiai aušinamas vandeniu arba aliejumi. Diagnostiniams vamzdeliams svarbus rentgeno šaltinio tikslumas, kurį galima pasiekti sufokusavus elektronus vienoje anodo vietoje. Todėl konstruktyviai reikia atsižvelgti į dvi priešingas užduotis: viena vertus, elektronai turi kristi į vieną anodo vietą, kita vertus, norint išvengti perkaitimo, pageidautina elektronus paskirstyti skirtingose anodo dalyse. anodas. Dėl šios priežasties kai kurie rentgeno vamzdeliai gaminami su besisukančiu anodu.
Bet kokios konstrukcijos vamzdyje elektronai, kuriuos pagreitina įtampa tarp anodo ir katodo, krenta ant anodo veidrodžio ir prasiskverbia giliai į medžiagą, sąveikauja su atomais ir lėtėja atomų lauko. Tai sukuria bremsstrahlung rentgeno spindulius. Kartu su bremsstrahlung susidaro nedidelis kiekis (keli procentai) būdingos spinduliuotės. Tik 1-2% elektronų, pataikiusių į anodą, sukelia strigimą, o likusieji sukelia šiluminį efektą. Elektronų koncentracijai katodas turi kreipiamąjį dangtelį. Volframo veidrodžio dalis, ant kurios krenta pagrindinis elektronų srautas, vadinama vamzdžio židiniu. Spinduliuotės plotis priklauso nuo jo ploto (fokuso ryškumo).
Vamzdžiui maitinti reikalingi du šaltiniai: aukštos įtampos šaltinis anodo grandinei ir žemos įtampos šaltinis (6–8 V), kad maitintų kaitinamojo siūlelio grandinę. Abu šaltiniai turi būti reguliuojami nepriklausomai. Keičiant anodo įtampą reguliuojamas rentgeno spinduliuotės kietumas, o keičiant įkaitimą – išėjimo grandinės srovė ir atitinkamai spinduliavimo galia.
Paprasčiausio rentgeno aparato scheminė schema parodyta 4 pav. Grandinėje yra du aukštos įtampos transformatoriai Tr.1 ir Tr.2, skirti kaitinimo siūlui maitinti. Aukšta įtampa ant vamzdžio reguliuojama autotransformatoriumi Tr.3, prijungtu prie transformatoriaus Tr.1 pirminės apvijos. Jungiklis K reguliuoja autotransformatoriaus apvijos apsisukimų skaičių. Šiuo atžvilgiu keičiasi ir transformatoriaus antrinės apvijos, tiekiamos į vamzdžio anodą, įtampa, t.y. kietumas reguliuojamas.
Vamzdžio kaitinimo srovė reguliuojama reostatu R, įtrauktu į pirminę transformatoriaus Tr.2 grandinę. Anodo grandinės srovė matuojama miliampermetru. Vamzdžio elektrodams taikoma įtampa matuojama kV kilovoltmetru arba apie įtampą anodo grandinėje galima spręsti pagal jungiklio padėtį K. Kaitinamojo siūlelio srovė, reguliuojama reostatu, matuojama ampermetru A. Nagrinėjamoje schemoje rentgeno vamzdis tuo pačiu metu ištaiso aukštą kintamąją įtampą.
Nesunku pastebėti, kad toks vamzdis spinduliuoja tik per vieną kintamosios srovės pusę ciklo. Todėl jo galia bus maža. Siekiant padidinti spinduliuojamą galią, daugelis prietaisų naudoja aukštos įtampos pilnos bangos rentgeno lygintuvus. Tam naudojami 4 specialūs kenotronai, kurie sujungti tiltine grandine. Vienoje tilto įstrižainėje yra rentgeno vamzdis.
3. Rentgeno spinduliuotės sąveika su medžiaga
(koherentinė sklaida, nenuosekli sklaida, fotoelektrinis efektas).
Kai rentgeno spinduliai patenka ant kūno, jis šiek tiek atsispindi nuo jo, bet dažniausiai prasiskverbia giliai. Kūno masėje radiacija iš dalies sugeriama, iš dalies išsisklaido ir iš dalies praeina. Praeidami per kūną, rentgeno fotonai daugiausia sąveikauja su medžiagos atomų ir molekulių elektronais. Rentgeno spinduliuotės registravimą ir panaudojimą, taip pat jos poveikį biologiniams objektams lemia pirminiai rentgeno fotono sąveikos su elektronais procesai. Priklausomai nuo fotono energijos E ir jonizacijos energijos AI santykio, vyksta trys pagrindiniai procesai.
a) darni sklaida.
Ilgo bangos ilgio rentgeno spindulių sklaida daugiausia vyksta nekeičiant bangos ilgio ir vadinama koherentine. Fotono sąveika su vidinių apvalkalų elektronais, tvirtai surištais su branduoliu, keičia tik jo kryptį, nekeičiant energijos, taigi ir bangos ilgio (5 pav.).
koherentinė sklaida atsiranda, jei fotono energija yra mažesnė už jonizacijos energiją: 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.
b) Nenuosekli sklaida (Compton efektas).
1922 metais A. Comptonas, stebėdamas kietųjų rentgeno spindulių sklaidą, atrado išsklaidyto pluošto skverbimosi galios sumažėjimą, lyginant su krentančiu spinduliu. Rentgeno spindulių sklaida su besikeičiančiu bangos ilgiu vadinamas Komptono efektu. Jis atsiranda, kai bet kokios energijos fotonas sąveikauja su silpnai su branduoliu prijungtų atomų išorinių apvalkalų elektronais (6 pav.). Nuo atomo atsiskiria elektronas (tokie elektronai vadinami atatrankos elektronais). Fotono energija mažėja (atitinkamai didėja bangos ilgis), keičiasi ir jo judėjimo kryptis. Komptono efektas atsiranda, jei rentgeno fotono energija yra didesnė už jonizacijos energiją: , . Tokiu atveju atsiranda atatrankos elektronai, kurių kinetinė energija E K. Atomai ir molekulės tampa jonais. Jei E K yra reikšmingas, tai elektronai gali jonizuoti gretimus atomus susidūrimo būdu, sudarydami naujus (antrinius) elektronus.
in) Fotoelektrinis efektas.
Jei fotono hn energijos pakanka elektronui atsiskirti, tai sąveikaujant su atomu fotonas sugeriamas, o elektronas nuo jo atsiskiria. Šis reiškinys vadinamas fotoelektriniu efektu. Atomas yra jonizuotas (fotoinizacija). Šiuo atveju elektronas įgyja kinetinę energiją ir, jei pastaroji 
yra reikšmingas, tada susidūrimo būdu gali jonizuoti gretimus atomus, sudarydamas naujus (antrinius) elektronus. Jei fotono energijos nepakanka jonizacijai, fotoelektrinis efektas gali pasireikšti atomo ar molekulės sužadinimu. Kai kuriose medžiagose tai lemia vėlesnį fotonų emisiją matomoje spinduliuotės srityje (rentgeno liuminescencija), o audiniuose - molekulių aktyvavimą ir fotochemines reakcijas.
Fotoelektrinis efektas būdingas fotonams, kurių energija yra 0,5–1 MeV.
Trys pagrindiniai aukščiau aptarti sąveikos procesai yra pirminiai, jie veda į vėlesnius antrinius, tretinius ir kt. reiškinius. Rentgeno spinduliuotei patekus į medžiagą, gali vykti daug procesų, kol rentgeno fotono energija paverčiama šiluminio judėjimo energija.
Dėl minėtų procesų susilpnėja pirminis rentgeno spindulių srautas. Šis procesas paklūsta Bouguer įstatymui. Ją rašome tokia forma: Ф =Ф 0 e - mx, kur m yra tiesinis silpnėjimo koeficientas, priklausantis nuo medžiagos pobūdžio (daugiausia nuo tankio ir atominio skaičiaus) ir nuo spinduliavimo bangos ilgio (fotonų energijos). Jį galima pavaizduoti kaip susidedantį iš trijų terminų, atitinkančių koherentinę sklaidą, nenuoseklią sklaidą ir fotoelektrinį efektą: 
.
Kadangi linijinis sugerties koeficientas priklauso nuo medžiagos tankio, pageidautina naudoti masės silpnėjimo koeficientą, kuris yra lygus linijinio slopinimo koeficiento ir absorberio tankio santykiui ir nepriklauso nuo medžiagos tankio. . Rentgeno spindulių srauto (intensyvumo) priklausomybė nuo sugeriančio filtro storio parodyta 7 pav. H 2 O, Al ir Cu. Skaičiavimai rodo, kad 36 mm storio vandens, 15 mm aliuminio ir 1,6 mm vario sluoksnis rentgeno spindulių intensyvumą sumažina 2 kartus. Šis storis vadinamas pusės sluoksnio storiu d. Jei medžiaga perpus susilpnina rentgeno spinduliuotę, tada 
, tada 
, arba , 
; ; . Žinodami pusės sluoksnio storį, visada galite nustatyti m. Matmenys .
4. Rentgeno spindulių naudojimas medicinoje
(fluoroskopija, rentgenografija, rentgeno tomografija, fluorografija, radioterapija).
Vienas iš labiausiai paplitusių rentgeno spindulių pritaikymo būdų medicinoje yra vidaus organų peršvietimas diagnostikos tikslais – rentgeno diagnostika.
Diagnostikai naudojami 60-120 keV energijos fotonai. Šiuo atveju masės sugerties koeficientą daugiausia lemia fotoelektrinis efektas. Jo reikšmė proporcinga l 3 (kuriame pasireiškia didelė kietosios spinduliuotės skvarbumo galia) ir proporcinga trečiajai medžiagos – absorberio – atomų skaičiaus laipsniui: , kur K – proporcingumo koeficientas.
Žmogaus kūnas susideda iš audinių ir organų, kurių gebėjimas sugerti rentgeno spindulius skiriasi. Todėl jį apšvietus rentgeno spinduliais, ekrane gaunamas nevienodas šešėlinis vaizdas, kuris suteikia vaizdą apie vidaus organų ir audinių išsidėstymą. Tankiausi spinduliuotę sugeriantys audiniai (širdis, stambios kraujagyslės, kaulai) matomi kaip tamsūs, o mažiau sugeriantys audiniai (plaučiai) – kaip šviesūs.
Daugeliu atvejų galima spręsti apie normalią ar patologinę jų būklę. Rentgeno diagnostikai naudojami du pagrindiniai metodai: fluoroskopija (transmisija) ir rentgenografija (vaizdas). Jei tiriamas organas ir jį supantys audiniai maždaug vienodai sugeria rentgeno spindulių srautą, tuomet naudojamos specialios kontrastinės medžiagos. Taigi, pavyzdžiui, skrandžio ar žarnyno rentgeno tyrimo išvakarėse duodama puri bario sulfato masė, tokiu atveju galima pamatyti jų šešėlinį vaizdą. Fluoroskopijoje ir rentgenografijoje rentgeno vaizdas yra viso objekto, per kurį praeina rentgeno spinduliai, storio vaizdas. Aiškiausiai apibrėžtos tos detalės, kurios yra arčiau ekrano ar filmo, o tolimos tampa neryškios ir neryškios. Jei kuriame nors organe yra patologiškai pakitusi sritis, pavyzdžiui, plaučių audinio sunaikinimas didelio uždegimo židinio viduje, kai kuriais atvejais ši sritis rentgeno spinduliuose gali būti „prarasta“ šešėlių kiekiu. Kad jis būtų matomas, naudojamas specialus metodas – tomografija (sluoksninis įrašymas), leidžiantis nufotografuoti atskirus tiriamos srities sluoksnius. Tokio tipo sluoksnių tomogramos gaunamos naudojant specialų aparatą, vadinamą tomografu, kuriame rentgeno vamzdis (RT) ir plėvelė (Fp) periodiškai, kartu, priešfazėje perkeliami tiriamosios srities atžvilgiu. Tokiu atveju rentgeno spinduliai bet kurioje RT padėtyje praeis per tą patį objekto tašką (pakitęs plotas), kuris yra centras, kurio atžvilgiu RT ir FP periodiškai juda. Vietovės šešėlinis vaizdas bus užfiksuotas juostoje. Pakeitus „sūpynių centro“ padėtį, galima gauti sluoksniuotus objekto vaizdus. Naudojant ploną rentgeno spindulių spindulį, specialų ekraną (vietoj Fp), susidedantį iš puslaidininkinių jonizuojančiosios spinduliuotės detektorių, vaizdą galima apdoroti tomografijos metu naudojant kompiuterį. Šis modernus tomografijos variantas vadinamas kompiuterine tomografija. Tomografija plačiai naudojama tiriant plaučius, inkstus, tulžies pūslę, skrandį, kaulus ir kt.
Vaizdo ryškumas ekrane ir ekspozicijos laikas filme priklauso nuo rentgeno spindulių intensyvumo. Naudojant jį diagnostikai, intensyvumas negali būti didelis, kad nesukeltų nepageidaujamo biologinio poveikio. Todėl yra nemažai techninių prietaisų, kurie pagerina vaizdo ryškumą esant mažam rentgeno spindulių intensyvumui. Vienas iš šių įrenginių yra vaizdo stiprinimo vamzdis.
Kitas pavyzdys – fluorografija, kai vaizdas gaunamas ant jautrios mažo formato plėvelės iš didelio rentgeno liuminescencinio ekrano. Fotografuojant naudojamas didelės diafragmos objektyvas, baigtos nuotraukos apžiūrimos specialiu didintuvu.
Fluorografija apjungia puikų latentinių ligų (krūtinės ląstos, virškinamojo trakto, paranalinių sinusų ir kt. ligų) aptikimo galimybę su dideliu pralaidumu, todėl yra labai efektyvus masinio (in-line) tyrimo metodas.
Kadangi rentgeno vaizdas fluorografijos metu fotografuojamas naudojant fotografinę optiką, vaizdas fluorogramoje yra sumažintas, palyginti su rentgeno spinduliuote. Šiuo atžvilgiu fluorogramos skiriamoji geba (ty smulkių detalių matomumas) yra mažesnė nei įprastos rentgenogramos, tačiau ji yra didesnė nei fluoroskopijos.
Sukurtas aparatas - tomofluorografas, leidžiantis gauti kūno dalių ir atskirų organų fluorogramas tam tikrame gylyje - vadinamuosius sluoksniuotus vaizdus (pjūvius) - tomofluorogramas.
Rentgeno spinduliuotė taip pat naudojama gydymo tikslais (rentgeno terapija). Biologinis spinduliuotės poveikis sutrikdo gyvybinę ląstelių, ypač sparčiai besivystančių, veiklą. Šiuo atžvilgiu rentgeno terapija naudojama piktybiniams navikams paveikti. Galima pasirinkti tokią apšvitos dozę, kurios pakaktų visiškai sunaikinti naviką su santykinai nedideliais aplinkinių sveikų audinių pažeidimais, kurie atsistato dėl vėlesnės regeneracijos.
Rentgeno spinduliuotė fizikos požiūriu yra elektromagnetinė spinduliuotė, kurios bangos ilgis svyruoja nuo 0,001 iki 50 nanometrų. Jį 1895 metais atrado vokiečių fizikas W.K. Rentgenas.
Iš prigimties šie spinduliai yra susiję su saulės ultravioletiniais spinduliais. Radijo bangos yra ilgiausios spektre. Po jų seka infraraudonoji šviesa, kurios mūsų akys nesuvokia, bet jaučiame kaip šilumą. Toliau ateina spinduliai nuo raudonos iki violetinės. Tada - ultravioletiniai (A, B ir C). Ir tiesiai už jo yra rentgeno ir gama spinduliai.
Rentgeno spindulius galima gauti dviem būdais: lėtinant pro ją praeinančių įkrautų dalelių materiją ir elektronams pereinant iš viršutinių sluoksnių į vidinius, kai išsiskiria energija.
Skirtingai nuo matomos šviesos, šie spinduliai yra labai ilgi, todėl gali prasiskverbti pro nepermatomas medžiagas, jose neatsispindėdami, lūždami ir nesikaupdami.
Bremsstrahlung lengviau gauti. Įkrautos dalelės stabdant skleidžia elektromagnetinę spinduliuotę. Kuo didesnis šių dalelių pagreitis ir, atitinkamai, kuo lėtesnis, tuo daugiau susidaro rentgeno spinduliai, o bangos ilgis trumpėja. Daugeliu atvejų praktiškai jie naudojasi spindulių generavimu kietųjų medžiagų elektronų lėtėjimo procese. Tai leidžia valdyti šios spinduliuotės šaltinį, išvengiant radiacijos poveikio, nes šaltinį išjungus rentgeno spinduliuotė visiškai išnyksta.
Dažniausias tokios spinduliuotės šaltinis – Jo skleidžiama spinduliuotė yra nehomogeniška. Jame yra tiek minkšta (ilgųjų bangų), tiek kieta (trumpųjų bangų) spinduliuotė. Minkštasis pasižymi tuo, kad jį visiškai sugeria žmogaus organizmas, todėl toks rentgeno spinduliavimas padaro dvigubai daugiau žalos nei kietasis. Esant perteklinei elektromagnetinei spinduliuotei žmogaus kūno audiniuose, jonizacija gali pažeisti ląsteles ir DNR.
Vamzdis yra su dviem elektrodais - neigiamu katodu ir teigiamu anodu. Kaitinamas katodas, iš jo išgaruoja elektronai, tada jie pagreitinami elektriniame lauke. Susidūrę su kietąja anodų medžiaga, jie pradeda lėtėjimą, kurį lydi elektromagnetinės spinduliuotės emisija.
Rentgeno spinduliuotė, kurios savybės plačiai naudojamos medicinoje, pagrįsta tiriamo objekto šešėlinio vaizdo gavimu jautriame ekrane. Jei diagnozuotas organas apšviečiamas lygiagrečiais vienas kitam spindulių pluoštu, tai šešėlių projekcija iš šio organo bus perduodama be iškraipymų (proporcingai). Praktiškai spinduliuotės šaltinis labiau primena taškinį šaltinį, todėl yra nutolęs nuo žmogaus ir nuo ekrano.
Priimti žmogus dedamas tarp rentgeno vamzdžio ir ekrano arba plėvelės, veikiančios kaip spinduliuotės imtuvai. Dėl apšvitinimo kaulai ir kiti tankūs audiniai vaizde atrodo kaip aiškūs šešėliai, atrodo kontrastingesni mažiau išraiškingų sričių, kurios perduoda audinius mažiau sugeriant, fone. Rentgeno nuotraukose žmogus tampa „permatomas“.
Rentgeno spinduliams plintant, jie gali būti išsklaidyti ir absorbuoti. Prieš sugerdami spinduliai oru gali nukeliauti šimtus metrų. Tankioje medžiagoje jie absorbuojami daug greičiau. Žmogaus biologiniai audiniai yra nevienalyčiai, todėl jų spindulių sugertis priklauso nuo organų audinio tankio. sugeria spindulius greičiau nei minkštieji audiniai, nes jame yra medžiagų, turinčių didelį atominį skaičių. Fotonus (atskiras spindulių daleles) skirtingi žmogaus kūno audiniai sugeria skirtingais būdais, todėl naudojant rentgeno spindulius galima gauti kontrastinį vaizdą.
