FEDERALNA AGENCIJA ZA OBRAZOVANJE RF

DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA

VISOKO STRUČNO OBRAZOVANJE

MOSKVSKI DRŽAVNI INSTITUT ZA ČELIK I LEGURE

(TEHNOLOŠKI UNIVERZITET)

NOVOTROITSKY BRANCH

Odjel za OED

NASTAVNI RAD

Disciplina: fizika

Tema: RTG

Student: Nedorezova N.A.

Grupa: EiU-2004-25, br. Z.K.: 04N036

Provjerio: Ozhegova S.M.

Uvod

Poglavlje 1. Otkriće rendgenskih zraka

1.1 Biografija Roentgena Wilhelma Conrada

1.2 Otkriće rendgenskih zraka

Poglavlje 2. Rendgensko zračenje

2.1 Izvori rendgenskih zraka

2.2 Svojstva rendgenskih zraka

2.3 Detekcija rendgenskih zraka

2.4 Upotreba rendgenskih zraka

Poglavlje 3. Primena rendgenskih zraka u metalurgiji

3.1 Analiza nesavršenosti kristalne strukture

3.2 Spektralna analiza

Zaključak

Spisak korištenih izvora

Prijave

Uvod

To je bila rijetka osoba koja nije prošla kroz rendgensku salu. Rendgenske slike su svima poznate. 1995. obilježena je stota godišnjica ovog otkrića. Teško je zamisliti ogromno interesovanje koje je izazvalo pre jednog veka. U rukama čovjeka nalazila se naprava uz pomoć koje je bilo moguće vidjeti nevidljivo.

Ovo nevidljivo zračenje, sposobno da prodre, iako u različitom stepenu, u sve supstance, koje predstavlja elektromagnetno zračenje talasne dužine od oko 10-8 cm, nazvano je rendgenskim zračenjem, u čast Wilhelma Rentgena, koji ga je otkrio.

Poput vidljive svjetlosti, rendgenski zraci uzrokuju da fotografski film postane crn. Ova nekretnina je važna za medicinu, industriju i naučna istraživanja. Prolazeći kroz predmet koji se proučava, a zatim padajući na fotografski film, rendgensko zračenje na njemu oslikava njegovu unutrašnju strukturu. Budući da je penetraciona moć rendgenskog zračenja različita za različite materijale, dijelovi objekta koji su za njega manje transparentni proizvode svjetlije dijelove na fotografiji od onih kroz koje zračenje dobro prodire. Dakle, koštano tkivo je manje transparentno za rendgenske zrake od tkiva koje čini kožu i unutrašnje organe. Stoga će na rendgenskom snimku kosti izgledati kao svjetlija područja, a mjesto prijeloma, koje je manje transparentno za zračenje, može se vrlo lako otkriti. X-zrake se također koriste u stomatologiji za otkrivanje karijesa i apscesa u korijenu zuba, kao i u industriji za otkrivanje pukotina na odljevcima, plastici i gumi, u hemiji za analizu spojeva i u fizici za proučavanje strukture kristala.

Rentgenovo otkriće pratili su eksperimenti drugih istraživača koji su otkrili mnoga nova svojstva i primjene ovog zračenja. Veliki doprinos dali su M. Laue, W. Friedrich i P. Knipping, koji su 1912. demonstrirali difrakciju rendgenskih zraka koji prolaze kroz kristal; W. Coolidge, koji je 1913. izumio rendgensku cijev visokog vakuuma sa zagrijanom katodom; G. Moseley, koji je 1913. uspostavio vezu između talasne dužine zračenja i atomskog broja elementa; G. i L. Bragg, koji su 1915. dobili Nobelovu nagradu za razvoj osnova rendgenske strukturne analize.

Svrha ovog kursa je proučavanje fenomena rendgenskog zračenja, istorijat otkrića, svojstva i utvrđivanje obima njegove primjene.

Poglavlje 1. Otkriće rendgenskih zraka

1.1 Biografija Roentgena Wilhelma Conrada

Wilhelm Conrad Roentgen rođen je 17. marta 1845. godine u oblasti Njemačke koja se graniči sa Holandijom, u gradu Lenepe. Tehničko obrazovanje stekao je u Cirihu na istoj Višoj tehničkoj školi (Polytechnic) gdje je kasnije studirao Ajnštajn. Strast prema fizici primorala ga je da, nakon što je završio školu 1866. godine, nastavi školovanje fizike.

Pošto je 1868. odbranio disertaciju za zvanje doktora filozofije, radio je kao asistent na katedri za fiziku, prvo u Cirihu, zatim u Gissenu, a zatim u Strazburu (1874-1879) kod Kundta. Ovdje je Rentgen prošao dobru eksperimentalnu školu i postao prvoklasni eksperimentator. Roentgen je proveo neka od svojih važnih istraživanja sa svojim učenikom, jednim od osnivača sovjetske fizike A.F. Ioffe.

Naučna istraživanja se odnose na elektromagnetizam, kristalnu fiziku, optiku, molekularnu fiziku.

1895. otkrio je zračenje s talasnom dužinom kraćom od ultraljubičastih zraka (X-zrake), kasnije nazvane X-zrake, i proučavao njihova svojstva: sposobnost da se reflektira, apsorbira, ionizira zrak itd. Predložio je ispravan dizajn cijevi za proizvodnju rendgenskih zraka - nagnutu platinastu antikatodu i konkavnu katodu: bio je prvi koji je fotografirao pomoću rendgenskih zraka. On je 1885. godine otkrio magnetsko polje dielektrika koji se kreće u električnom polju (tzv. „struja rendgenskog zraka“). Njegovo iskustvo je jasno pokazalo da magnetsko polje nastaje pokretnim nabojima i bilo je važno za stvaranje elektronsku teoriju X. Lorentza Značajan broj Rentgenovih radova posvećen je proučavanju svojstava tečnosti, gasova, kristala, elektromagnetnih pojava, otkrio vezu između električnih i optičkih pojava u kristalima.Za otkriće zraka koje nose njegovo ime , Rentgen je bio prvi među fizičarima koji je dobio Nobelovu nagradu 1901.

Od 1900. do poslednjih dana života (umro 10. februara 1923.) radio je na Univerzitetu u Minhenu.

1.2 Otkriće rendgenskih zraka

Kraj 19. vijeka je obilježeno pojačanim interesovanjem za fenomene prolaska električne energije kroz gasove. Faraday je također ozbiljno proučavao ove pojave, opisao različite oblike pražnjenja i otkrio tamni prostor u svjetlećem stupcu razrijeđenog plina. Faradejev tamni prostor odvaja plavičasti, katodni sjaj od ružičastog, anodnog sjaja.

Dalje povećanje razrjeđivanja plina značajno mijenja prirodu sjaja. Matematičar Plücker (1801-1868) otkrio je 1859. godine, u dovoljno jakom vakuumu, slabo plavičasti snop zraka koji je izlazio iz katode, koji je dospio do anode i uzrokovao sjaj stakla cijevi. Plückerov učenik Hittorf (1824-1914) 1869. nastavio je istraživanje svog učitelja i pokazao da se na fluorescentnoj površini cijevi pojavljuje izrazita sjena ako se između katode i ove površine postavi čvrsto tijelo.

Goldstein (1850-1931), proučavajući svojstva zraka, nazvao ih je katodnim zracima (1876). Tri godine kasnije, William Crookes (1832-1919) dokazao je materijalnu prirodu katodnih zraka i nazvao ih "zračećom materijom", supstancom u posebnom četvrtom stanju. Njegov dokaz je bio uvjerljiv i vizualan. Eksperimenti s "Crookesovom cijevi" su kasnije demonstrirano u svim učionicama fizike. Skretanje katodnog snopa magnetnim poljem u Crookesovoj cijevi postalo je klasična školska demonstracija.

Međutim, eksperimenti o električnom otklonu katodnih zraka nisu bili tako uvjerljivi. Hertz nije otkrio takvo odstupanje i došao je do zaključka da je katodna zraka oscilatorni proces u eteru. Hercov učenik F. Lenard, eksperimentišući sa katodnim zrakama, pokazao je 1893. da one prolaze kroz prozor prekriven aluminijumskom folijom i izazivaju sjaj u prostoru iza prozora. Hertz je svoj posljednji članak, objavljen 1892. godine, posvetio fenomenu prolaska katodnih zraka kroz tanka metalna tijela, a počeo je riječima:

“Katodne zrake se razlikuju od svjetlosti na značajan način u pogledu njihove sposobnosti da prodiru u čvrsta tijela.” Opisujući rezultate eksperimenata na prolasku katodnih zraka kroz listove zlata, srebra, platine, aluminija itd., Hertz napominje da je ne uočavaju nikakve posebne razlike u pojavama Zraci ne prolaze kroz listove pravolinijski, već se raspršuju difrakcijom. Priroda katodnih zraka još je bila nejasna.

Upravo s ovim cijevima Crookesa, Lenarda i drugih eksperimentirao je würzburški profesor Wilhelm Conrad Roentgen krajem 1895. Jednom, na kraju eksperimenta, prekrivši cijev crnim kartonskim poklopcem, ugasio je svjetlo, ali nije ipak isključivši induktor koji je napajao cijev, primijetio je sjaj ekrana od barijevog sinoksida koji se nalazio blizu cijevi. Pogođen ovom okolnošću, Rentgen je počeo da eksperimentiše sa ekranom. U svom prvom izvještaju “O novoj vrsti zraka” od 28. decembra 1895., napisao je o ovim prvim eksperimentima: “Komče papira obloženog barijum-platin sumpor-dioksidom, kada se približi cijevi prekrivenoj poklopcem od tanak crni karton koji prilično čvrsto pristaje uz njega, pri svakom pražnjenju bljeska jakom svjetlošću: počinje fluorescirati. Fluorescencija je vidljiva kada je dovoljno potamnjena i ne zavisi od toga da li je papir sa strane obložen barijum plavim oksidom ili nije prekriven barijum plavim oksidom. Fluorescencija je uočljiva čak i na udaljenosti od dva metra od cijevi.”

Pažljivo ispitivanje je pokazalo Rentgenu „da crni karton, koji nije providan ni za vidljive i ultraljubičaste zrake sunca, ni za zrake električnog luka, prodire neki agens koji izaziva fluorescenciju.“ Roentgen je ispitao prodornu moć ovog „agensa, ” koje je nazvao kratkim “rendgenskim zracima”, za razne supstance. Otkrio je da zraci slobodno prolaze kroz papir, drvo, tvrdu gumu, tanke slojeve metala, ali ih jako usporava olovo.

Zatim opisuje senzacionalno iskustvo:

"Ako držite ruku između cijevi za pražnjenje i ekrana, možete vidjeti tamne sjene kostiju u slabim obrisima sjene same ruke." Ovo je bio prvi fluoroskopski pregled ljudskog tijela. Roentgen je također dobio prve rendgenske slike nanošenjem na njegovu ruku.

Ove slike su ostavile ogroman utisak; otkriće još nije bilo završeno, a rendgenska dijagnostika je već započela svoj put. “Moja laboratorija je bila preplavljena doktorima koji su dovodili pacijente koji su sumnjali da imaju igle u različitim dijelovima tijela”, napisao je engleski fizičar Šuster.

Već nakon prvih eksperimenata, Roentgen je čvrsto utvrdio da se rendgenske zrake razlikuju od katodnih, ne nose naboj i ne odbijaju ih magnetsko polje, već ih pobuđuju katodne zrake." X-zrake nisu identične katodnim zracima. , ali ih pobuđuju u staklenim stijenkama cijevi za pražnjenje”, napisao je Roentgen.

Takođe je ustanovio da su uzbuđeni ne samo u staklu, već i u metalima.

Nakon što je spomenuo Hertz-Lennardovu hipotezu da su katodne zrake „fenomen koji se javlja u eteru“, Roentgen ističe da „možemo reći nešto slično o našim zracima“. Međutim, nije uspio otkriti valna svojstva zraka; one se „ponašaju drugačije od do sada poznatih ultraljubičastih, vidljivih i infracrvenih zraka.” Po svom hemijskom i luminiscentnom djelovanju, prema Rentgenu, oni su slični ultraljubičastim zracima. u svojoj prvoj poruci, izneo je pretpostavku ostavljenu kasnije da bi to mogli biti longitudinalni talasi u etru.

Rentgenovo otkriće izazvalo je veliko interesovanje u naučnom svetu. Njegovi eksperimenti su ponovljeni u gotovo svim laboratorijima u svijetu. U Moskvi ih je ponovio P.N. Lebedev. U Sankt Peterburgu je izumitelj radija A.S. Popov je eksperimentisao sa rendgenskim zracima, demonstrirao ih na javnim predavanjima i dobijao razne rendgenske snimke. U Kembridžu D.D. Thomson je odmah iskoristio jonizujući efekat rendgenskih zraka za proučavanje prolaska struje kroz plinove. Njegovo istraživanje dovelo je do otkrića elektrona.

Poglavlje 2. Rendgensko zračenje

Rentgensko zračenje je elektromagnetno jonizujuće zračenje, koje zauzima područje spektra između gama i ultraljubičastog zračenja u talasnim dužinama od 10 -4 do 10 3 (od 10 -12 do 10 -5 cm).R. l. sa talasnom dužinom λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - mekano.

2.1 Izvori rendgenskih zraka

Najčešći izvor rendgenskih zraka je rendgenska cijev. - električni usisivač , koji služi kao izvor rendgenskog zračenja. Takvo zračenje nastaje kada se elektroni koje emituje katoda usporavaju i udare u anodu (anti-katoda); u ovom slučaju, energija elektrona ubrzana jakim električnim poljem u prostoru između anode i katode se djelimično pretvara u energiju X zraka. Zračenje rendgenske cijevi je superpozicija kočnog rendgenskog zračenja na karakteristično zračenje anodne tvari. Rentgenske cijevi razlikuju se: po metodi dobivanja protoka elektrona - sa termoionskom (zagrijanom) katodom, emisionom poljskom (vrhom) katodom, katodom bombardiranom pozitivnim jonima i sa radioaktivnim (β) izvorom elektrona; po vakuumskoj metodi - zapečaćeno, rastavljivo; po vremenu zračenja - kontinuirano, impulsno; po tipu anodnog hlađenja - vodenim, uljnim, vazdušnim, radijacionim hlađenjem; po veličini fokusa (oblast zračenja na anodi) - makrofokalni, oštri fokus i mikrofokus; prema obliku - prstenasti, okrugli, linijski oblik; prema metodi fokusiranja elektrona na anodu - sa elektrostatičkim, magnetskim, elektromagnetnim fokusiranjem.

Rendgenske cijevi se koriste u rendgenskoj strukturnoj analizi (Dodatak 1), rendgenska spektralna analiza, detekcija grešaka (Prilog 1), rendgenska dijagnostika (Dodatak 1), Rentgenska terapija , rendgenska mikroskopija i mikroradiografiju. Najširu upotrebu u svim oblastima imaju zatvorene rendgenske cijevi sa termoionskom katodom, vodom hlađenom anodom i elektrostatičkim sistemom fokusiranja elektrona (Dodatak 2). Termionička katoda rendgenskih cijevi je obično spiralna ili ravna niti od volframove žice koja se zagrijava električnom strujom. Radni dio anode - površina metalnog ogledala - nalazi se okomito ili pod određenim kutom u odnosu na protok elektrona. Za dobijanje kontinuiranog spektra visokoenergetskog i rendgenskog zračenja visokog intenziteta koriste se anode od Au i W; u strukturnoj analizi koriste se rendgenske cijevi sa anodama od Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag.

Glavne karakteristike rendgenskih cijevi su maksimalni dozvoljeni napon ubrzanja (1-500 kV), struja elektrona (0,01 mA - 1A), specifična snaga raspršena anodom (10-10 4 W/mm 2), ukupna potrošnja energije (0,002 W - 60 kW) i veličine fokusa (1 µm - 10 mm). Efikasnost rendgenske cijevi je 0,1-3%.

Neki radioaktivni izotopi mogu poslužiti i kao izvori rendgenskih zraka. : neki od njih direktno emituju X-zrake, nuklearno zračenje drugih (elektrona ili λ-čestica) bombarduju metalnu metu, koja emituje X-zrake. Intenzitet rendgenskog zračenja iz izvora izotopa je nekoliko redova veličine manji od intenziteta zračenja iz rendgenske cijevi, ali su dimenzije, težina i cijena izvora izotopa neuporedivo manji od instalacija s rendgenskom cijevi.

Sinhrotroni i prstenovi za skladištenje elektrona sa energijama od nekoliko GeV mogu poslužiti kao izvori mekih rendgenskih zraka sa λ reda desetina i stotina. Intenzitet rendgenskog zračenja sinhrotrona je veći od intenziteta rendgenske cijevi u ovom području spektra za 2-3 reda veličine.

Prirodni izvori rendgenskih zraka su Sunce i drugi svemirski objekti.

2.2 Svojstva rendgenskih zraka

U zavisnosti od mehanizma generisanja rendgenskih zraka, njihovi spektri mogu biti kontinuirani (kočni) ili linijski (karakteristični). Kontinuirani rendgenski spektar emituju brzo nabijene čestice kao rezultat njihovog usporavanja pri interakciji sa ciljnim atomima; ovaj spektar dostiže značajan intenzitet samo kada se meta bombarduje elektronima. Intenzitet kočnog rendgenskog zračenja je raspoređen na svim frekvencijama do visokofrekventne granice 0, na kojoj je energija fotona h 0 (h je Planckova konstanta ) jednaka je energiji eV bombardirajućih elektrona (e je naboj elektrona, V je razlika potencijala ubrzanog polja koje prolaze pored njih). Ova frekvencija odgovara kratkotalasnoj granici spektra 0 = hc/eV (c je brzina svjetlosti).

Linijsko zračenje nastaje nakon jonizacije atoma sa izbacivanjem elektrona iz jedne od njegovih unutrašnjih ljuski. Takva jonizacija može biti rezultat sudara atoma sa brzom česticom kao što je elektron (primarni X-zraci) ili apsorpcije fotona od strane atoma (fluorescentne X-zrake). Jonizovani atom se nalazi u početnom kvantnom stanju na jednom od visokih energetskih nivoa i nakon 10 -16 -10 -15 sekundi prelazi u konačno stanje sa nižom energijom. U ovom slučaju, atom može emitovati višak energije u obliku fotona određene frekvencije. Frekvencije linija u spektru takvog zračenja karakteristične su za atome svakog elementa, pa se linijski rendgenski spektar naziva karakterističnim. Zavisnost frekvencije linija ovog spektra od atomskog broja Z određena je Moseleyjevim zakonom.

Moseleyjev zakon, zakon koji povezuje frekvenciju spektralnih linija karakterističnog rendgenskog zračenja hemijskog elementa sa njegovim atomskim brojem. Eksperimentalno utvrdio G. Moseley 1913. Prema Moseleyjevom zakonu, kvadratni korijen frekvencije  spektralne linije karakterističnog zračenja elementa je linearna funkcija njegovog serijskog broja Z:

gdje je R Rydbergova konstanta , S n - konstanta skrininga, n - glavni kvantni broj. Na Moseley dijagramu (Dodatak 3), zavisnost od Z je niz pravih linija (K-, L-, M- itd. serije, koje odgovaraju vrijednostima n = 1, 2, 3,.).

Moseleyjev zakon je bio nepobitan dokaz ispravnog postavljanja elemenata u periodni sistem elemenata DI. Mendeljejeva i doprinijeli razjašnjavanju fizičkog značenja Z.

U skladu sa Moseleyjevim zakonom, rendgenski karakteristični spektri ne otkrivaju periodične obrasce svojstvene optičkim spektrima. Ovo ukazuje da unutrašnje elektronske ljuske atoma svih elemenata, koje se pojavljuju u karakterističnim rendgenskim spektrima, imaju sličnu strukturu.

Kasniji eksperimenti su otkrili neka odstupanja od linearnog odnosa za prijelazne grupe elemenata povezana s promjenom redoslijeda punjenja vanjskih elektronskih omotača, kao i za teške atome, koja su rezultat relativističkih efekata (uvjetno objašnjenih činjenicom da su brzine unutrašnje su uporedive sa brzinom svetlosti).

Ovisno o brojnim faktorima - broju nukleona u jezgru (izotonični pomak), stanju vanjskih elektronskih ljuski (hemijski pomak), itd. - položaj spektralnih linija na Moseley dijagramu može se neznatno promijeniti. Proučavanje ovih pomaka nam omogućava da dobijemo detaljne informacije o atomu.

Rendgensko zračenje kočnog zračenja koje emituju veoma tanke mete potpuno su polarizovane blizu 0; Kako 0 opada, stepen polarizacije se smanjuje. Karakteristično zračenje po pravilu nije polarizovano.

Kada rendgenski zraci stupaju u interakciju sa materijom, može doći do fotoelektričnog efekta. , prateća apsorpcija rendgenskih zraka i njihovo raspršivanje, fotoelektrični efekat se opaža u slučaju kada atom, apsorbirajući foton rendgenskog zraka, izbaci jedan od svojih unutrašnjih elektrona, nakon čega može napraviti radijacioni prijelaz, emitujući fotona karakterističnog zračenja, ili izbaciti drugi elektron u neradijativnom prijelazu (Augerov elektron). Pod utjecajem rendgenskih zraka na nemetalne kristale (na primjer, kamenu sol), na nekim mjestima atomske rešetke pojavljuju se ioni s dodatnim pozitivnim nabojem, a u blizini njih pojavljuju se višak elektrona. Takvi poremećaji u strukturi kristala nazivaju se rendgenskim ekscitonima , su centri boje i nestaju tek sa značajnim porastom temperature.

Kada X-zrake prođu kroz sloj supstance debljine x, njihov početni intenzitet I 0 opada na vrijednost I = I 0 e - μ x gdje je μ koeficijent slabljenja. Do slabljenja I dolazi zbog dva procesa: apsorpcije rendgenskih fotona materijom i promjene njihovog smjera tokom raspršenja. U dugotalasnom području spektra prevladava apsorpcija rendgenskih zraka, u kratkotalasnom području prevladava njihovo raspršivanje. Stepen apsorpcije se brzo povećava sa povećanjem Z i λ. Na primjer, tvrdi rendgenski zraci slobodno prodiru kroz sloj zraka ~ 10 cm; aluminijumska ploča debljine 3 cm slabi rendgenske zrake sa λ = 0,027 upola; meki rendgenski zraci se značajno apsorbuju u vazduhu i njihovo korišćenje i istraživanje moguće je samo u vakuumu ili u gasu koji slabo apsorbuje (npr. He). Kada se X-zraci apsorbuju, atomi supstance postaju jonizovani.

Utjecaj rendgenskih zraka na žive organizme može biti koristan ili štetan ovisno o jonizaciji koju uzrokuju u tkivima. Pošto apsorpcija rendgenskih zraka zavisi od λ, njihov intenzitet ne može poslužiti kao mjera biološkog efekta rendgenskih zraka. Mjerenja rendgenskih zraka koriste se za kvantitativno mjerenje efekta rendgenskih zraka na materiju. , njegova mjerna jedinica je rendgenski snimak

Rasipanje rendgenskih zraka u području velikih Z i λ događa se uglavnom bez promjene λ i naziva se koherentno rasejanje, a u području malih Z i λ po pravilu se povećava (nekoherentno rasejanje). Postoje 2 poznate vrste nekoherentnog raspršenja rendgenskih zraka - Compton i Raman. U Comptonovom rasejanju, koje ima prirodu neelastičnog korpuskularnog rasejanja, usled energije koju delimično gubi rendgenski foton, elektron trzanja izleti iz ljuske atoma. U ovom slučaju energija fotona se smanjuje i njegov smjer se mijenja; promjena λ zavisi od ugla raspršenja. Tokom Ramanskog raspršenja visokoenergetskog rendgenskog fotona na svjetlosnom atomu, mali dio njegove energije troši se na jonizaciju atoma i smjer kretanja fotona se mijenja. Promjena takvih fotona ne zavisi od ugla raspršenja.

Indeks prelamanja n za X-zrake razlikuje se od 1 za vrlo mali iznos δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5. Fazna brzina rendgenskih zraka u mediju je veća od brzine svjetlosti u vakuumu. Otklon rendgenskih zraka pri prelasku iz jednog medija u drugi je vrlo mali (nekoliko minuta luka). Kada rendgenske zrake padaju iz vakuuma na površinu tijela pod vrlo malim uglom, potpuno se reflektiraju spolja.

2.3 Detekcija rendgenskih zraka

Ljudsko oko nije osjetljivo na rendgenske zrake. rendgenski snimak

Zraci se snimaju pomoću specijalnog rendgenskog fotografskog filma koji sadrži povećanu količinu Ag i Br. U regionu λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, osjetljivost običnog pozitivnog fotografskog filma je prilično visoka, a njegova zrna su mnogo manja od zrna rendgenskog filma, što povećava rezoluciju. Na λ reda desetina i stotina, X-zrake djeluju samo na najtanji površinski sloj fotoemulzije; Da bi se povećala osjetljivost filma, senzibilizira se luminiscentnim uljima. U rendgenskoj dijagnostici i detekciji kvarova, elektrofotografija se ponekad koristi za snimanje rendgenskih zraka. (elektroradiografija).

Rendgenski zraci visokog intenziteta mogu se snimiti pomoću jonizacijske komore (Dodatak 4), X-zrake srednjeg i niskog intenziteta na λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком sa NaI (Tl) kristalom (Dodatak 5), na 0,5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (Prilog 6) i zapečaćeni proporcionalni brojač (Dodatak 7), na 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (Dodatak 8). U području vrlo velikih λ (od desetina do 1000), za registraciju X-zraka mogu se koristiti otvoreni množitelji sekundarnih elektrona sa različitim fotokatodama na ulazu.

2.4 Upotreba rendgenskih zraka

X-zrake se najčešće koriste u medicini za rendgensku dijagnostiku. i radioterapija . Rendgenska detekcija grešaka je važna za mnoge grane tehnologije. , na primjer, za otkrivanje unutrašnjih nedostataka u odljevcima (ljuske, inkluzije šljake), pukotina na šinama i nedostataka u zavarenim spojevima.

Analiza rendgenske strukture omogućava vam da uspostavite prostorni raspored atoma u kristalnoj rešetki minerala i jedinjenja, u neorganskim i organskim molekulima. Na osnovu brojnih već dešifriranih atomskih struktura, može se riješiti i inverzni problem: korištenjem uzorka difrakcije rendgenskih zraka polikristalne supstance, na primer legirani čelik, legura, ruda, lunarno tlo, može se ustanoviti kristalni sastav ove supstance, tj. izvršena je fazna analiza. Brojne primjene R. l. radiografija materijala se koristi za proučavanje svojstava čvrstih materija .

Rentgenska mikroskopija omogućava, na primjer, da dobijete sliku ćelije ili mikroorganizma i da vidite njihovu unutrašnju strukturu. rendgenska spektroskopija koristeći rendgenske spektre, proučava distribuciju energije gustine elektronskih stanja u različitim supstancama, istražuje prirodu hemijskih veza i pronalazi efektivni naboj jona u čvrstim materijama i molekulima. Rentgenska spektralna analiza Na osnovu položaja i intenziteta linija karakterističnog spektra, omogućava određivanje kvalitativnog i kvantitativnog sastava supstance i služi za ekspresno ispitivanje sastava materijala bez razaranja u metalurškim i cementarama i prerađivačkim postrojenjima. Prilikom automatizacije ovih preduzeća, kao senzori za sastav materije koriste se rendgenski spektrometri i kvantni metri.

X-zrake koje dolaze iz svemira nose informacije o hemijskom sastavu kosmičkih tijela i fizičkim procesima koji se odvijaju u svemiru. Rentgenska astronomija proučava kosmičke X-zrake. . Snažni rendgenski zraci se koriste u radijacijskoj hemiji da stimuliraju određene reakcije, polimerizaciju materijala i pucanje organskih tvari. X-zrake se koriste i za otkrivanje drevnih slika skrivenih ispod sloja kasnog slikarstva, u prehrambenoj industriji za identifikaciju stranih predmeta koji su slučajno dospjeli u prehrambene proizvode, u forenzici, arheologiji itd.

Poglavlje 3. Primena rendgenskih zraka u metalurgiji

Jedan od glavnih zadataka analize rendgenske difrakcije je određivanje materijalnog ili faznog sastava materijala. Metoda rendgenske difrakcije je direktna i odlikuje se visokom pouzdanošću, brzinom i relativnom jeftinošću. Metoda ne zahtijeva veliku količinu tvari, analiza se može izvesti bez uništavanja dijela. Područja primjene kvalitativne fazne analize su vrlo raznolika, kako za istraživanje tako i za kontrolu u proizvodnji. Možete provjeriti sastav polaznih materijala metalurške proizvodnje, proizvode sinteze, preradu, rezultat faznih promjena tokom termičke i hemijsko-termalne obrade, analizirati različite prevlake, tanke filmove itd.

Svaku fazu, koja ima svoju kristalnu strukturu, karakterizira određeni skup diskretnih vrijednosti međuplanarnih udaljenosti d/n, svojstvenih samo ovoj fazi, od maksimuma i ispod. Kao što slijedi iz Wulff-Braggove jednačine, svaka vrijednost međuplanarne udaljenosti odgovara liniji na dijagramu difrakcije rendgenskih zraka iz polikristalnog uzorka pod određenim kutom θ (za datu valnu dužinu λ). Dakle, određeni skup međuplanarnih udaljenosti za svaku fazu u dijagramu difrakcije rendgenskih zraka odgovarat će određenom sistemu linija (difrakcijski maksimumi). Relativni intenzitet ovih linija u dijagramu rendgenske difrakcije zavisi prvenstveno od strukture faze. Dakle, određivanjem položaja linija na rendgenskoj slici (njegov ugao θ) i poznavanjem talasne dužine zračenja na kojoj je rendgenska slika snimljena, možemo odrediti vrednosti međuplanarnih udaljenosti d/ n koristeći Wulff-Bragg formulu:

/n = λ/ (2sin θ). (1)

Određivanjem skupa d/n za materijal koji se proučava i poređenjem sa prethodno poznatim d/n podacima za čiste supstance i njihova različita jedinjenja, moguće je odrediti koja faza čini dati materijal. Treba naglasiti da se određuju faze, a ne hemijski sastav, ali se o potonjem ponekad može zaključiti ako postoje dodatni podaci o elementarnom sastavu određene faze. Zadatak kvalitativne fazne analize uvelike je pojednostavljen ako je poznat hemijski sastav materijala koji se proučava, jer se tada mogu napraviti preliminarne pretpostavke o mogućim fazama u datom slučaju.

Glavna stvar za faznu analizu je precizno mjerenje d/n i intenziteta linije. Iako je to u principu lakše postići korištenjem difraktometra, fotometoda za kvalitativnu analizu ima neke prednosti, prije svega u smislu osjetljivosti (mogućnost detekcije prisustva male količine faze u uzorku), kao i jednostavnosti analize. eksperimentalna tehnika.

Izračunavanje d/n iz uzorka difrakcije rendgenskih zraka vrši se korištenjem Wulff-Braggove jednadžbe.

Vrijednost λ u ovoj jednačini se obično koristi λ α avg K-serije:

λ α av = (2λ α1 + λ α2) /3 (2)

Ponekad se koristi linija K α1. Određivanje uglova difrakcije θ za sve linije rendgenskih fotografija omogućava vam da izračunate d/n pomoću jednačine (1) i odvojenih β-linija (ako nije postojao filter za (β-zrake).

3.1 Analiza nesavršenosti kristalne strukture

Svi pravi monokristalni, a posebno polikristalni materijali sadrže određene strukturne nesavršenosti (tačkaste defekte, dislokacije, različite vrste interfejsa, mikro- i makronaprezanja), koje imaju veoma snažan uticaj na sva strukturno osetljiva svojstva i procese.

Strukturne nesavršenosti uzrokuju poremećaje kristalne rešetke različite prirode i, kao posljedicu, različite vrste promjena u difrakcijskom uzorku: promjene međuatomskih i interplanarnih udaljenosti uzrokuju pomak difrakcijskih maksimuma, mikronaprezanja i disperzija substrukture dovode do širenja difrakcijskih maksimuma, mikrodistorzije rešetke dovode do promjena u intenzitetu ovih maksimuma, prisutnost dislokacija uzrokuje anomalne pojave pri prolasku rendgenskih zraka i, posljedično, lokalne nehomogenosti u kontrastu na rendgenskim topogramima itd.

Kao rezultat toga, analiza difrakcije rendgenskih zraka jedna je od najinformativnijih metoda za proučavanje strukturnih nesavršenosti, njihove vrste i koncentracije, te prirode distribucije.

Tradicionalna direktna metoda difrakcije rendgenskih zraka, koja se primjenjuje na stacionarnim difraktometrima, zbog svojih konstrukcijskih karakteristika omogućava kvantitativno određivanje napona i deformacija samo na malim uzorcima izrezanim iz dijelova ili predmeta.

Stoga je trenutno došlo do prijelaza sa stacionarnih na prijenosne rendgenske difraktometre malih dimenzija, koji omogućavaju procjenu naprezanja u materijalu dijelova ili predmeta bez razaranja u fazama njihove proizvodnje i rada.

Prijenosni rendgenski difraktometri serije DRP * 1 omogućavaju vam praćenje zaostalih i efektivnih napona u velikim dijelovima, proizvodima i strukturama bez razaranja

Program u Windows okruženju omogućava ne samo određivanje napona metodom “sin 2 ψ” u realnom vremenu, već i praćenje promjena u faznom sastavu i teksturi. Linearni koordinatni detektor omogućava istovremenu registraciju pri uglovima difrakcije od 2θ = 43°. Rendgenske cijevi male veličine tipa "Fox" velike svjetline i male snage (5 W) osiguravaju radiološka sigurnost uređaja, u kojem je na udaljenosti od 25 cm od ozračenog područja nivo zračenja jednak prirodni nivo pozadine. Uređaji serije DRP se koriste za određivanje napona u različitim fazama oblikovanja metala, tokom rezanja, brušenja, termičke obrade, zavarivanja, površinskog kaljenja u cilju optimizacije ovih tehnoloških operacija. Praćenje pada nivoa indukovanih zaostalih tlačnih napona u posebno kritičnim proizvodima i konstrukcijama tokom njihovog rada omogućava da se proizvod povuče iz upotrebe pre nego što bude uništen, čime se sprečavaju moguće nezgode i katastrofe.

3.2 Spektralna analiza

Uz određivanje atomske kristalne strukture i faznog sastava materijala, za njegovu potpunu karakterizaciju potrebno je odrediti i njegov hemijski sastav.

U te svrhe u praksi se sve više koriste različite takozvane instrumentalne metode spektralne analize. Svaki od njih ima svoje prednosti i primjenu.

Jedan od važnih zahtjeva u mnogim slučajevima je da korištena metoda osigurava sigurnost analiziranog objekta; Upravo o ovim metodama analize govori se u ovom odeljku. Sljedeći kriterij prema kojem su odabrane metode analize opisane u ovom dijelu je njihova lokacija.

Metoda fluorescentne rendgenske spektralne analize zasniva se na prodiranju prilično tvrdog rendgenskog zračenja (iz rendgenske cijevi) u analizirani objekt, prodirući u sloj debljine oko nekoliko mikrometara. Karakteristično rendgensko zračenje koje se pojavljuje u objektu omogućava da se dobiju prosječni podaci o njegovom kemijskom sastavu.

Za određivanje elementarnog sastava tvari možete koristiti analizu spektra karakterističnog rendgenskog zračenja uzorka postavljenog na anodu rendgenske cijevi i podvrgnutog bombardiranju elektronima - emisionom metodom ili analizom spektar sekundarnog (fluorescentnog) rendgenskog zračenja uzorka ozračenog tvrdim rendgenskim zracima iz rendgenske cijevi ili drugog izvora - fluorescentna metoda.

Nedostatak emisione metode je, prvo, potreba da se uzorak postavi na anodu rendgenske cijevi, a zatim da se ispumpa vakuum pumpama; Očigledno, ova metoda nije prikladna za topljive i isparljive tvari. Drugi nedostatak je povezan s činjenicom da su čak i vatrostalni objekti oštećeni bombardiranjem elektrona. Fluorescentna metoda nema ovih nedostataka i stoga ima mnogo širu primjenu. Prednost fluorescentne metode je i odsustvo kočnog zračenja, što poboljšava osjetljivost analize. Poređenje izmjerenih valnih dužina sa tabelama spektralnih linija hemijskih elemenata čini osnovu kvalitativne analize, a relativne vrijednosti intenziteta spektralnih linija različitih elemenata koji čine uzorak supstance čine osnovu kvantitativne analize. Iz ispitivanja mehanizma pobuđivanja karakterističnog rendgenskog zračenja jasno je da zračenje jedne ili druge serije (K ili L, M, itd.) nastaje istovremeno, a omjeri intenziteta linija unutar serije su uvijek konstantni. . Stoga se prisutnost jednog ili drugog elementa utvrđuje ne pojedinačnim linijama, već nizom linija u cjelini (osim najslabijih, uzimajući u obzir sadržaj danog elementa). Za relativno lake elemente koristi se analiza linija K-serije, za teške elemente - linija L-serije; pod različitim uslovima (u zavisnosti od opreme koja se koristi i elemenata koji se analiziraju), različita područja karakterističnog spektra mogu biti najpogodnija.

Glavne karakteristike rendgenske spektralne analize su sljedeće.

Jednostavnost rendgenskih karakterističnih spektra čak i za teške elemente (u poređenju sa optičkim spektrima), što pojednostavljuje analizu (mali broj linija; sličnost u njihovom relativnom rasporedu; sa povećanjem rednog broja dolazi do prirodnog pomaka spektra kratkotalasnom području, komparativna jednostavnost kvantitativne analize).

Nezavisnost valnih dužina od stanja atoma elementa koji se analizira (slobodan ili u hemijskom spoju). To je zbog činjenice da je pojava karakterističnog rendgenskog zračenja povezana s pobuđivanjem unutarnjih elektronskih nivoa, koji se u većini slučajeva praktički ne mijenjaju ovisno o stupnju ionizacije atoma.

Mogućnost odvajanja u analizi rijetkih zemalja i nekih drugih elemenata koji imaju male razlike u spektrima u optičkom opsegu zbog sličnosti elektronske strukture vanjskih ljuski i vrlo se malo razlikuju po svojim kemijskim svojstvima.

Metoda rendgenske fluorescentne spektroskopije je „nedestruktivna“, pa ima prednost u odnosu na konvencionalnu metodu optičke spektroskopije kada se analiziraju tanki uzorci – tanki metalni lim, folija itd.

Spektrometri rendgenske fluorescencije dobili su posebno široku primenu u metalurškim preduzećima, uključujući višekanalne spektrometre ili kvantometre koji omogućavaju brzu kvantitativnu analizu elemenata (od Na ili Mg do U) sa greškom manjom od 1% utvrđene vrednosti, pragom osetljivosti od 10 -3 ... 10 -4% .

rendgenski snop

Metode za određivanje spektralnog sastava rendgenskog zračenja

Spektrometri se dijele na dva tipa: kristalno difrakcijski i bez kristala.

Razlaganje rendgenskih zraka u spektar pomoću prirodne difrakcijske rešetke - kristala - u suštini je slično dobivanju spektra običnih svjetlosnih zraka korištenjem umjetne difrakcijske rešetke u obliku periodičnih linija na staklu. Uslov za formiranje difrakcionog maksimuma može se zapisati kao uslov „odbijanja“ od sistema paralelnih atomskih ravni razdvojenih rastojanjem d hkl.

Prilikom kvalitativne analize može se suditi o prisutnosti određenog elementa u uzorku po jednoj liniji - obično najintenzivnijoj liniji spektralnog niza pogodnoj za dati kristalni analizator. Rezolucija spektrometara kristalne difrakcije dovoljna je da odvoji karakteristične linije parnih elemenata koji su susedni na poziciji u periodnom sistemu. Međutim, moramo uzeti u obzir i preklapanje različitih linija različitih elemenata, kao i preklapanje refleksija različitih redova. Ovu okolnost treba uzeti u obzir pri odabiru analitičkih linija. Istovremeno, potrebno je iskoristiti mogućnosti poboljšanja rezolucije uređaja.

Zaključak

Dakle, X-zraci su nevidljivo elektromagnetno zračenje sa talasnom dužinom od 10 5 - 10 2 nm. X-zrake mogu prodrijeti u neke materijale koji su neprozirni za vidljivu svjetlost. Emituju se prilikom usporavanja brzih elektrona u supstanci (neprekidni spektar) i tokom prelazaka elektrona sa spoljašnjih elektronskih omotača atoma na unutrašnje (linijski spektar). Izvori rendgenskog zračenja su: rendgenska cijev, neki radioaktivni izotopi, akceleratori i uređaji za skladištenje elektrona (sinhrotronsko zračenje). Prijemnici - fotografski film, fluorescentni ekrani, detektori nuklearnog zračenja. X-zrake se koriste u analizi difrakcije rendgenskih zraka, medicini, detekciji mana, rendgenskoj spektralnoj analizi itd.

Uzimajući u obzir pozitivne aspekte otkrića V. Roentgena, potrebno je ukazati na njegovo štetno biološko djelovanje. Pokazalo se da rendgensko zračenje može izazvati nešto poput jakih opekotina od sunca (eritema), praćenih, međutim, dubljim i trajnijim oštećenjem kože. Čirevi koji se pojavljuju često se pretvaraju u rak. U mnogim slučajevima, prsti ili šake su morali biti amputirani. Bilo je i smrtnih slučajeva.

Utvrđeno je da se oštećenje kože može izbjeći smanjenjem vremena izlaganja i doze, korištenjem zaštite (npr. olovo) i daljinskih upravljača. No, postupno su se pojavile i druge, dugotrajnije posljedice zračenja rendgenskim zrakama, koje su potom potvrđene i proučavane na eksperimentalnim životinjama. Efekti uzrokovani rendgenskim zračenjem i drugim jonizujućim zračenjem (kao što je gama zračenje koje emituju radioaktivni materijali) uključuju:

) privremene promjene sastava krvi nakon relativno malog viška zračenja;

) nepovratne promjene u sastavu krvi (hemolitička anemija) nakon dugotrajnog prekomjernog zračenja;

) povećana incidencija raka (uključujući leukemiju);

) brže starenje i ranija smrt;

) pojava katarakte.

Biološki uticaj rendgenskog zračenja na ljudski organizam određen je nivoom doze zračenja, kao i organom koji je bio izložen zračenju.

Akumulacija znanja o uticaju rendgenskog zračenja na ljudski organizam dovela je do razvoja nacionalnih i međunarodnih standarda za dozvoljene doze zračenja, objavljenih u različitim referentnim publikacijama.

Da bi se izbjeglo štetno djelovanje rendgenskog zračenja, koriste se metode kontrole:

) dostupnost adekvatne opreme,

) praćenje poštivanja sigurnosnih propisa,

) pravilnu upotrebu opreme.

Spisak korištenih izvora

1) Blokhin M.A., Fizika X-zraka, 2. izd., M., 1957;

) Blokhin M.A., Metode rendgenskih spektralnih studija, M., 1959;

) X-zrake. Sat. uređeno od M.A. Blokhina, per. s njim. i engleski, M., 1960;

) Kharaja F., Opšti kurs rendgenske tehnologije, 3. izd., M. - L., 1966;

) Mirkin L.I., Priručnik o rendgenskoj strukturnoj analizi polikristala, M., 1961;

) Vainshtein E.E., Kahana M.M., Referentne tablice za rendgensku spektroskopiju, M., 1953.

) Rentgenska i elektronsko-optička analiza. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Udžbenik. Priručnik za univerzitete. - 4. izd. Dodati. I prerađeno. - M.: "MISiS", 2002. - 360 str.

Prijave

Aneks 1

Opšti pogled na rendgenske cijevi

Dodatak 2

Dijagram rendgenske cijevi za strukturnu analizu

Dijagram rendgenske cijevi za strukturnu analizu: 1 - metalna anodna čašica (obično uzemljena); 2 - berilijumski prozori za rendgensko emitovanje; 3 - termoionska katoda; 4 - staklena tikvica, koja izoluje anodni dio cijevi od katode; 5 - katodni terminali na koje se dovodi napon žarne niti, kao i visoki (u odnosu na anodu) napon; 6 - elektrostatički sistem fokusiranja elektrona; 7 - anoda (antikatoda); 8 - cijevi za ulaz i izlaz tekuće vode koja hladi anodnu čašu.

Dodatak 3

Moseley dijagram

Moseley dijagram za K-, L- i M-seriju karakterističnog rendgenskog zračenja. Osa apscise prikazuje serijski broj elementa Z, a osa ordinata ( With- brzina svjetlosti).

Dodatak 4

Jonizaciona komora.

Fig.1. Poprečni presjek cilindrične jonizacijske komore: 1 - tijelo cilindrične komore, koja služi kao negativna elektroda; 2 - cilindrična šipka koja služi kao pozitivna elektroda; 3 - izolatori.

Rice. 2. Šema za uključivanje strujne jonizacione komore: V - napon na elektrodama komore; G - galvanometar koji mjeri jonizacionu struju.

Rice. 3. Strujno-naponske karakteristike jonizacijske komore.

Rice. 4. Šema povezivanja pulsne jonizacione komore: C - kapacitet sabirne elektrode; R - otpor.

Dodatak 5

Scintilacioni brojač.

Krug scintilacionog brojača: kvanti svjetlosti (fotoni) „izbijaju“ elektrone sa fotokatode; krećući se od dinoda do dinoda, lavina elektrona se umnožava.

Dodatak 6

Geiger-Muller brojač.

Rice. 1. Šema staklenog Geiger-Müller brojača: 1 - hermetički zatvorena staklena cijev; 2 - katoda (tanki sloj bakra na cijevi od nehrđajućeg čelika); 3 - katodni izlaz; 4 - anoda (tanka rastegnuta nit).

Rice. 2. Šema za povezivanje Geiger-Müller brojača.

Rice. 3. Brojne karakteristike Geiger-Müllerovog brojača.

Dodatak 7

Proporcionalni brojač.

Šema proporcionalnog brojača: a - oblast drifta elektrona; b - oblast pojačanja gasa.

Dodatak 8

Poluprovodnički detektori

Poluvodički detektori; Osetljivo područje je istaknuto senčenjem; n - oblast poluprovodnika sa elektronskom provodljivošću, p - sa provodljivošću rupa, i - sa intrinzičnom provodljivošću; a - silikonski površinski detektor barijere; b - drift germanijum-litijum planarni detektor; c - germanijum-litijum koaksijalni detektor.

X-zrake su vrsta visokoenergetskog elektromagnetnog zračenja. Aktivno se koristi u raznim granama medicine.

X-zraci su elektromagnetski talasi čija je energija fotona na skali elektromagnetnih talasa između ultraljubičastog zračenja i gama zračenja (od ~10 eV do ~1 MeV), što odgovara talasnim dužinama od ~10^3 do ~10^−2 angstroma (od ~10^−7 do ~10^−12 m). Odnosno, radi se o neuporedivo težem zračenju od vidljive svjetlosti, koja je na ovoj skali između ultraljubičastih i infracrvenih („toplinskih“) zraka.

Granica između rendgenskih zraka i gama zračenja se razlikuje uvjetno: njihovi rasponi se sijeku, gama zraci mogu imati energiju od 1 keV. Razlikuju se po porijeklu: gama zraci se emituju tokom procesa koji se odvijaju u atomskim jezgrama, dok se rendgenski zraci emituju tokom procesa koji uključuju elektrone (i slobodni i oni koji se nalaze u elektronskim omotačima atoma). Istovremeno, iz samog fotona je nemoguće utvrditi tokom kojeg procesa je nastao, odnosno podjela na rendgenski i gama opseg je uglavnom proizvoljna.

Opseg rendgenskih zraka podijeljen je na “meke rendgenske zrake” i “tvrde”. Granica između njih leži na talasnoj dužini od 2 angstroma i 6 keV energije.

Generator rendgenskih zraka je cijev u kojoj se stvara vakuum. Tu se nalaze elektrode - katoda, na koju se nanosi negativni naboj, i pozitivno nabijena anoda. Napon između njih je desetine do stotine kilovolti. Generiranje rendgenskih fotona događa se kada se elektroni "odlome" od katode i velikom brzinom udare u površinu anode. Rezultirajuće rendgensko zračenje naziva se "kočno zračenje"; njegovi fotoni imaju različite talasne dužine.

Istovremeno se generišu fotoni karakterističnog spektra. Neki od elektrona u atomima anodne supstance su pobuđeni, odnosno kreću se na više orbite, a zatim se vraćaju u svoje normalno stanje, emitujući fotone određene valne dužine. U standardnom generatoru proizvode se obje vrste rendgenskog zračenja.

Istorija otkrića

Njemački naučnik Wilhelm Conrad Roentgen otkrio je 8. novembra 1895. da su određene tvari počele svijetliti kada su bile izložene “katodnim zracima”, odnosno struji elektrona koju stvara katodna cijev. On je ovu pojavu objasnio uticajem određenih rendgenskih zraka - tako se to zračenje danas naziva na mnogim jezicima. Kasnije V.K. Rentgen je proučavao fenomen koji je otkrio. On je 22. decembra 1895. dao izvještaj o ovoj temi na Univerzitetu u Würzburgu.

Kasnije se ispostavilo da je rendgensko zračenje uočeno ranije, ali tada se fenomenima povezanim s njim nije pridavao veliki značaj. Katodna cijev je izumljena davno, ali prije V.K. Niko nije obraćao puno pažnje na rendgenske snimke o pocrnjenju fotografskih ploča u blizini, itd. fenomeni. Nepoznata je i opasnost od prodornog zračenja.

Vrste i njihov uticaj na organizam

“Rentgen” je najblaži tip prodornog zračenja. Pretjerano izlaganje mekim rendgenskim zracima podsjeća na efekte ultraljubičastog zračenja, ali u težem obliku. Na koži se stvara opekotina, ali je oštećenje dublje i mnogo sporije zacjeljuje.

Tvrdi rendgen je potpuno ionizirajuće zračenje koje može dovesti do radijacijske bolesti. Kvanti rendgenskih zraka mogu razbiti proteinske molekule koji čine tkiva ljudskog tijela, kao i DNK molekule genoma. Ali čak i ako rendgenski kvant razbije molekulu vode, nema razlike: u ovom slučaju nastaju kemijski aktivni slobodni radikali H i OH, koji su sami sposobni utjecati na proteine ​​i DNK. Radijacijska bolest se javlja u težem obliku, što su hematopoetski organi više zahvaćeni.

X-zrake imaju mutageno i kancerogeno djelovanje. To znači da se povećava vjerovatnoća spontanih mutacija u ćelijama tokom zračenja, a ponekad i zdrave ćelije mogu degenerisati u kancerogene. Povećana vjerovatnoća malignih tumora standardna je posljedica bilo kakvog izlaganja zračenju, uključujući i rendgenske zrake. X-zrake su najmanje opasna vrsta prodornog zračenja, ali ipak mogu biti opasne.

Rentgensko zračenje: primjena i kako funkcionira

Rentgensko zračenje se koristi u medicini, kao iu drugim područjima ljudske djelatnosti.

Fluoroskopija i kompjuterska tomografija

Najčešća upotreba rendgenskih zraka je fluoroskopija. "Rentgensko snimanje" ljudskog tijela omogućava vam da dobijete detaljnu sliku obje kosti (najjasnije su vidljive) i slike unutrašnjih organa.

Različita transparentnost tjelesnih tkiva u rendgenskim zracima povezana je s njihovim hemijskim sastavom. Strukturne karakteristike kostiju su da sadrže mnogo kalcijuma i fosfora. Ostala tkiva se uglavnom sastoje od ugljika, vodonika, kisika i dušika. Atom fosfora teži gotovo dvostruko više od atoma kisika, a atom kalcija 2,5 puta (ugljik, dušik i vodik su čak lakši od kisika). U tom smislu, apsorpcija rendgenskih fotona u kostima je mnogo veća.

Pored dvodimenzionalnih "slika", radiografija omogućava stvaranje trodimenzionalne slike organa: ova vrsta radiografije naziva se kompjuterizovana tomografija. U te svrhe koriste se meki rendgenski zraci. Količina zračenja primljena sa jedne fotografije je mala: približno je jednaka zračenju primljenom tokom dvosatnog leta u avionu na visini od 10 km.

Rentgenska detekcija grešaka omogućava vam da otkrijete manje unutrašnje nedostatke u proizvodima. Koristi čvrste rendgenske zrake, budući da su mnogi materijali (na primjer metal) loše "prozirni" zbog velike atomske mase njihove sastavne tvari.

Difrakcija rendgenskih zraka i analiza rendgenske fluorescencije

X-zrake imaju svojstva koja im omogućavaju da detaljno ispitaju pojedinačne atome. Analiza difrakcije rendgenskih zraka aktivno se koristi u hemiji (uključujući biohemiju) i kristalografiji. Princip njegovog rada je difrakcijsko raspršivanje rendgenskih zraka na atomima kristala ili složenih molekula. Analizom difrakcije rendgenskih zraka određena je struktura molekule DNK.

Analiza rendgenske fluorescencije omogućava vam da brzo odredite hemijski sastav supstance.

Postoji mnogo oblika radioterapije, ali svi uključuju upotrebu jonizujućeg zračenja. Radioterapija se dijeli na 2 tipa: korpuskularnu i talasnu. Corpuscular koristi fluksove alfa čestica (jezgra atoma helijuma), beta čestica (elektrona), neutrona, protona i teških iona. Wave koristi zrake elektromagnetnog spektra - x-zrake i gama.

Radioterapijske metode se prvenstveno koriste za liječenje raka. Činjenica je da zračenje prvenstveno utječe na stanice koje se aktivno dijele, zbog čega krvotvorni organi toliko pate (njihove stanice se neprestano dijele, stvarajući sve više novih crvenih krvnih zrnaca). Ćelije raka se također stalno dijele i podložnije su zračenju od zdravog tkiva.

Koristi se nivo zračenja koji potiskuje aktivnost ćelija raka, a ima umeren efekat na zdrave ćelije. Pod uticajem zračenja ne dolazi do uništavanja ćelija kao takvih, već do oštećenja njihovog genoma – molekula DNK. Ćelija sa uništenim genomom može postojati neko vrijeme, ali se više ne može dijeliti, odnosno rast tumora prestaje.

Rentgenska terapija je najblaži oblik radioterapije. Talasno zračenje je mekše od korpuskularnog zračenja, a rendgenski zraci su mekši od gama zračenja.

Tokom trudnoće

Korišćenje jonizujućeg zračenja tokom trudnoće je opasno. X-zrake su mutagene i mogu uzrokovati probleme kod fetusa. Rentgenska terapija je nespojiva s trudnoćom: može se koristiti samo ako je već odlučeno da se pobaci. Ograničenja za fluoroskopiju su blaža, ali je u prvim mjesecima i ona strogo zabranjena.

Ukoliko je apsolutno neophodno, rendgenski pregled se zamjenjuje magnetskom rezonancom. Ali i u prvom tromjesečju to pokušavaju izbjeći (ova metoda se pojavila nedavno, a sa potpunom sigurnošću možemo reći da nema štetnih posljedica).

Jasna opasnost nastaje kada se izloži ukupnoj dozi od najmanje 1 mSv (u starim jedinicama - 100 mR). Jednostavnim rendgenskim snimkom (na primjer, kada je podvrgnut fluorografiji), pacijent prima otprilike 50 puta manje. Da biste primili takvu dozu odjednom, potrebno je da se podvrgnete detaljnoj kompjuterizovanoj tomografiji.

Odnosno, činjenica 1-2 x "rendgenskog snimka" sama po sebi u ranoj fazi trudnoće ne prijeti ozbiljnim posljedicama (ali bolje je ne riskirati).

Tretman sa njim

Rendgen se prvenstveno koristi u borbi protiv malignih tumora. Ova metoda je dobra jer je vrlo efikasna: ubija tumor. Loša je u tome što zdrava tkiva prolaze malo bolje i postoje brojne nuspojave. Posebno su opasni hematopoetski organi.

U praksi se koriste različite metode za smanjenje uticaja rendgenskih zraka na zdravo tkivo. Zrake su usmjerene pod kutom tako da se tumor nalazi u području njihovog sjecišta (zbog toga se glavna apsorpcija energije događa upravo tamo). Ponekad se postupak izvodi u pokretu: tijelo pacijenta rotira u odnosu na izvor zračenja oko ose koja prolazi kroz tumor. U tom slučaju zdrava tkiva su u zoni zračenja samo povremeno, a bolesna tkiva su stalno izložena.

Rendgen se koristi u liječenju određenih artroza i sličnih bolesti, kao i kožnih oboljenja. U ovom slučaju, sindrom boli se smanjuje za 50-90%. Budući da je zračenje mekše, nuspojave slične onima koje se javljaju u liječenju tumora se ne primjećuju.

Učinak rendgenskog zračenja na materiju određen je primarnim procesima interakcije rendgenskog fotona s elektronima atoma i molekula tvari.

3. Rentgenska kompjuterska tomografija.

Metoda rendgenske kompjuterizovane tomografije zasniva se na rekonstrukciji slike određenog preseka (odseka) pacijentovog tela snimanjem velikog broja rendgenskih projekcija ovog preseka, izvedenih pod različitim uglovima (slika 5). Informacije sa senzora koji snimaju ove projekcije ulaze u kompjuter, koji pomoću posebnog programa izračunava distribucija gustina uzorka u odeljku koji se proučava i prikazuje ga na ekranu. Ovako dobivena slika poprečnog presjeka pacijentovog tijela odlikuje se odličnom jasnoćom i visokim sadržajem informacija. Program omogućava, ako je potrebno, povećati kontrast slike desetine pa čak i stotine puta. Ovo proširuje dijagnostičke mogućnosti metode.

Rice. 5. Šema rendgenskog pregleda dijela organa koji se proučava (tačka 1 i tačka 2 - dva uzastopna položaja izvora rendgenskog zraka)

4. Sa fluorografijom Slika sa velikog ekrana snima se na osetljiv film malog formata (slika 6). Tokom analize, slike se pregledavaju pomoću posebnog povećala.

Ova metoda se koristi za masovna istraživanja stanovništva. U ovom slučaju, izloženost zračenju pacijenta je mnogo manja nego kod tradicionalne fluoroskopije.

Rentgenska terapija- upotreba rendgenskog zračenja za uništavanje malignih tumora.

Biološki efekat zračenja je da poremeti vitalnu aktivnost tumorskih ćelija koje se brzo razmnožavaju. U ovom slučaju, energija R - fotona je 150-200 keV.

Viziografi (uređaji sa digitalnom obradom rendgenskih snimaka) u savremenoj stomatologiji

U stomatologiji rendgenski pregled je glavna dijagnostička metoda. Međutim, brojne tradicionalne organizacijske i tehničke karakteristike rendgenske dijagnostike čine je neudobnom kako za pacijente tako i za stomatološke ordinacije. To je, prije svega, potreba za kontaktom pacijenta sa jonizujućim zračenjem, koje često stvara značajno opterećenje zračenjem na tijelu; to je i potreba za fotoprocesom, a samim tim i potreba za fotoreagensima, uključujući i toksične. Ovo je, konačno, glomazna arhiva, teški fascikli i koverte sa rendgenskim filmovima.

Osim toga, sadašnji nivo razvoja stomatologije čini subjektivnu procjenu rendgenskih snimaka ljudskim okom nedovoljnom. Kako se ispostavilo, od mnoštva nijansi sive koje se nalaze na rendgenskom snimku, oko percipira samo 64.

Očigledno, da bi se dobila jasna i detaljna slika tvrdih tkiva dentalno-facijalnog sistema uz minimalno izlaganje zračenju, potrebna su druga rješenja. Danas je potraga dovela do stvaranja tzv. radiografskih sistema, video snimaka - digitalnih radiografskih sistema (1987, kompanija Trophy).

Bez tehničkih detalja, princip rada ovakvih sistema je sljedeći. Rentgensko zračenje prolazi kroz objekt ne na fotoosjetljivi film, već na poseban intraoralni senzor (posebna elektronska matrica). Odgovarajući signal iz matrice se prenosi na uređaj za digitalizaciju (analogno-digitalni pretvarač, ADC) povezan s računalom, koji ga pretvara u digitalni oblik. Specijalni softver kreira rendgensku sliku na ekranu računara i omogućava vam da je obradite, sačuvate na tvrdom ili fleksibilnom medijumu za skladištenje (tvrdi disk, disk) i odštampate je kao datoteku kao sliku.

U digitalnom sistemu, rendgenska slika je skup tačaka koje odgovaraju različitim nijansama sive. Optimizacija prikaza informacija koju pruža program omogućava da se dobije okvir koji je optimalan u svjetlini i kontrastu uz relativno nisku dozu zračenja.

U modernim sistemima, koje su kreirali, na primjer, Trophy (Francuska) ili Schick (SAD), koristi se 4096 nijansi sive pri formiranju okvira, vrijeme ekspozicije ovisi o objektu proučavanja i u prosjeku je stotinke - desetine drugo, smanjenje izloženosti zračenju u odnosu na film - do 90% za intraoralne sisteme, do 70% za panoramske snimatelje.

Prilikom obrade slika, videografi mogu:

1. Primajte pozitivne i negativne slike, slike u pseudo boji, reljefne slike.

2. Povećajte kontrast i uvećajte fragment slike od interesa.

3. Procijeniti promjene u gustini zubnih tkiva i koštanih struktura, kontrolirati ujednačenost punjenja kanala.

4. U endodonciji odrediti dužinu kanala bilo koje zakrivljenosti, au hirurgiji odabrati veličinu implantata sa tačnošću od 0,1 mm.

Jedinstveni sistem detektora karijesa sa elementima veštačke inteligencije prilikom analize slike omogućava vam da detektujete karijes u stadijumu tačke, karijes korena i skriveni karijes.

Riješiti probleme:

1. Koliko puta je maksimalna energija kvanta kočnog rendgenskog zračenja proizvedena pri naponu cijevi od 80 kV veća od energije fotona koji odgovara zelenom svjetlu s talasnom dužinom od 500 nm?

2. Odrediti minimalnu talasnu dužinu u spektru zračenja koje je rezultat usporavanja ubrzanih elektrona u betatronu do energije od 60 MeV na meti.

3. Sloj poluslabljenja monohromatskih rendgenskih zraka u određenoj supstanci je 10 mm. Pronađite stopu slabljenja ovog zračenja u ovoj tvari.

[*] Φ l je omjer energije emitirane u uskom rasponu valnih dužina u 1 s. na širinu ovog intervala

* „F“ u formuli (4) se odnosi na čitav opseg emitovanih talasnih dužina i često se naziva „Integralni energetski tok“.

Rendgenski zraci igraju ogromnu ulogu u modernoj medicini; istorija otkrića rendgenskih zraka datira još od 19. stoljeća.

X-zrake su elektromagnetski talasi koji nastaju uz učešće elektrona. Kada se nabijene čestice snažno ubrzaju, stvaraju se umjetni rendgenski zraci. Prolazi kroz specijalnu opremu:

• akceleratori naelektrisanih čestica.

Istorija otkrića

Ove zrake je 1895. godine izumio njemački naučnik Rentgen: dok je radio s katodnom cijevi, otkrio je fluorescentni efekat barijum-platin-cijanida. Tada su opisani takvi zraci i njihova nevjerovatna sposobnost da prodiru u tkiva tijela. Zraci su postali poznati kao rendgenski zraci (rendgenski zraci). Kasnije su u Rusiji počeli da se zovu rendgenski snimci.

Rendgenski zraci mogu prodrijeti čak i kroz zidove. Tako je Rentgen shvatio da je napravio najveće otkriće na polju medicine. Od tog vremena počinju da se formiraju odvojene sekcije u nauci, kao što su radiologija i radiologija.

Zraci mogu prodrijeti kroz meko tkivo, ali kasne, njihova dužina je određena preprekom tvrde površine. Meka tkiva u ljudskom tijelu su koža, a tvrda tkiva su kosti. 1901. naučnik je dobio Nobelovu nagradu.

Međutim, i prije otkrića Wilhelma Conrada Roentgena, i drugi naučnici su bili zainteresirani za sličnu temu. Godine 1853. francuski fizičar Antoine-Philibert Mason proučavao je visokonaponsko pražnjenje između elektroda u staklenoj cijevi. Gas koji se nalazi u njemu počeo je oslobađati crvenkasti sjaj pri niskom pritisku. Ispumpavanje viška plina iz cijevi dovelo je do raspada sjaja u složeni niz pojedinačnih svjetlećih slojeva, čija je nijansa ovisila o količini plina.

Godine 1878. William Crookes (engleski fizičar) sugerirao je da fluorescencija nastaje zbog utjecaja zraka na staklenu površinu cijevi. Ali sve te studije nisu nigdje objavljene, tako da Rentgen nije imao pojma o takvim otkrićima. Nakon objavljivanja svojih otkrića 1895. godine u naučnom časopisu, gdje je naučnik napisao da su sva tijela transparentna za ove zrake, iako u vrlo različitom stepenu, drugi naučnici su se zainteresovali za slične eksperimente. Oni su potvrdili pronalazak Rentgena, a potom je započeo razvoj i poboljšanje rendgenskih zraka.

Sam Wilhelm Roentgen objavio je još dva naučna rada na temu rendgenskih zraka 1896. i 1897. godine, nakon čega se bavio drugim aktivnostima. Tako ga je nekoliko naučnika izmislilo, ali je Rentgen objavio naučne radove na ovu temu.

Principi akvizicije slike

Karakteristike ovog zračenja određene su samom prirodom njihovog izgleda. Zračenje nastaje zbog elektromagnetnog talasa. Njegova glavna svojstva uključuju:

1. Refleksija. Ako val udari u površinu okomito, neće se reflektirati. U nekim situacijama dijamant ima svojstvo refleksije.
2. Sposobnost prodiranja u tkivo. Osim toga, zraci mogu proći kroz neprozirne površine materijala kao što su drvo, papir itd.
3. Apsorpcija. Apsorpcija zavisi od gustine materijala: što je gušći, to ga više rendgenskih zraka apsorbuje.
4. Neke supstance fluoresciraju, odnosno sijaju. Čim prestane zračenje, nestaje i sjaj. Ako se nastavi nakon prestanka zraka, onda se ovaj efekat naziva fosforescencija.
5. Rendgenski zraci mogu osvetliti fotografski film, baš kao i vidljiva svetlost.
6. Ako snop prolazi kroz zrak, tada dolazi do jonizacije u atmosferi. Ovo stanje se naziva električno provodljivo, a određuje se pomoću dozimetra koji određuje brzinu doziranja zračenja.

Zračenje - šteta i korist

Kada je došlo do otkrića, fizičar Rentgen nije mogao ni zamisliti koliko je opasan njegov izum. U stara vremena, svi uređaji koji su proizvodili zračenje bili su daleko od savršenih i završavali su sa velikim dozama oslobođenih zraka. Ljudi nisu shvatili opasnost od takvog zračenja. Iako su neki naučnici već tada iznosili teorije o opasnostima rendgenskih zraka.

X-zrake, koje prodiru u tkiva, imaju biološki učinak na njih. Mjerna jedinica za dozu zračenja je rentgen po satu. Glavni uticaj je na jonizujuće atome koji se nalaze unutar tkiva. Ove zrake djeluju direktno na DNK strukturu žive stanice. Posledice nekontrolisanog zračenja uključuju:

• ćelijska mutacija;
• pojava tumora;
• opekotine od zračenja;
• radijaciona bolest.

Kontraindikacije za rendgenske preglede:

1. Pacijenti su u teškom stanju.
2. Period trudnoće zbog negativnih efekata na fetus.
3. Pacijenti sa krvarenjem ili otvorenim pneumotoraksom.

Kako radi rendgenski snimak i gdje se koristi?

1. U medicini. Rentgenska dijagnostika se koristi za ispitivanje živih tkiva kako bi se identificirali određeni poremećaji u tijelu. Radi uklanjanja tumorskih formacija provodi se rendgenska terapija.
2. U nauci. Otkriva se struktura tvari i priroda rendgenskih zraka. Ovim pitanjima se bave nauke kao što su hemija, biohemija i kristalografija.
3. U industriji. Za otkrivanje nepravilnosti u metalnim proizvodima.
4. Za sigurnost stanovništva. Rendgenski zraci su instalirani na aerodromima i drugim javnim mestima za skeniranje prtljaga.

Medicinska upotreba rendgenskog zračenja. U medicini i stomatologiji rendgenski zraci se široko koriste u sljedeće svrhe:

1. Za dijagnosticiranje bolesti.
2. Za praćenje metaboličkih procesa.
3. Za liječenje mnogih bolesti.

Upotreba rendgenskih zraka u medicinske svrhe

Osim za otkrivanje fraktura kostiju, rendgenske zrake se široko koriste u terapeutske svrhe. Specijalizirana primjena rendgenskih zraka je za postizanje sljedećih ciljeva:

1. Da uništi ćelije raka.
2. Za smanjenje veličine tumora.
3. Za smanjenje bolova.

Na primjer, radioaktivni jod, koji se koristi za endokrinološke bolesti, aktivno se koristi za rak štitnjače, čime se mnogima pomaže da se oslobode ove strašne bolesti. Trenutno, za dijagnosticiranje složenih bolesti, rendgenski zraci su povezani s kompjuterima, što je rezultiralo pojavom najnovijih istraživačkih metoda, poput kompjuterske aksijalne tomografije.

Ovi snimci pružaju doktorima slike u boji koje prikazuju unutrašnje organe osobe. Za otkrivanje funkcionisanja unutrašnjih organa dovoljna je mala doza zračenja. X-zrake se takođe široko koriste u fizioterapiji.

Osnovna svojstva rendgenskih zraka

1. Sposobnost prodora. Sva tijela su providna za snop rendgenskih zraka, a stepen transparentnosti zavisi od debljine tijela. Zahvaljujući ovom svojstvu, snop se počeo koristiti u medicini za otkrivanje funkcioniranja organa, prisutnost prijeloma i stranih tijela u tijelu.
2. Oni su u stanju da izazovu sjaj nekih objekata. Na primjer, ako se barij i platina nanesu na karton, tada će, nakon prolaska kroz skenirajuće zrake, svijetliti zelenkasto-žuto. Ako stavite ruku između rendgenske cijevi i ekrana, svjetlost će više prodrijeti u kost nego u tkivo, pa će koštano tkivo izgledati najsjajnije na ekranu, a mišićno manje.
3. Akcija na fotografskom filmu. Rendgenski zraci mogu, poput svjetlosti, učiniti film tamnim, što vam omogućava da fotografišete stranu sjene koja se dobije pri pregledu tijela rendgenskim zracima.
4. X-zraci mogu jonizovati gasove. Ovo omogućava ne samo pronalaženje zraka, već i određivanje njihovog intenziteta mjerenjem jonizacijske struje u plinu.
5. Imaju biohemijski efekat na organizam živih bića. Zahvaljujući ovom svojstvu, rendgenske zrake su našle široku primjenu u medicini: mogu liječiti i kožne bolesti i bolesti unutrašnjih organa. U tom slučaju odabire se željena doza zračenja i trajanje zraka. Dugotrajna i prekomjerna upotreba takvog tretmana je vrlo štetna i štetna za organizam.

Upotreba rendgenskih zraka rezultirala je spašavanjem mnogih ljudskih života. Rendgen ne samo da pomaže u pravovremenoj dijagnostici bolesti, već i metode liječenja zračnom terapijom oslobađaju pacijente od raznih patologija, od hiperfunkcije štitnjače do malignih tumora koštanog tkiva.

Rendgensko zračenje (sinonim X-zrake) je širokog raspona talasnih dužina (od 8·10 -6 do 10 -12 cm). Rendgensko zračenje nastaje kada se nabijene čestice, najčešće elektroni, usporavaju u električnom polju atoma tvari. Kvanti formirani u ovom slučaju imaju različite energije i formiraju kontinuirani spektar. Maksimalna energija kvanta u takvom spektru jednaka je energiji upadnih elektrona. U (cm.) maksimalna energija rendgenskih kvanta, izražena u kiloelektron-voltima, numerički je jednaka veličini napona primijenjenog na cijev, izraženo u kilovoltima. Kada X-zrake prolaze kroz supstancu, one stupaju u interakciju s elektronima njenih atoma. Za kvante X-zraka sa energijama do 100 keV, najkarakterističniji tip interakcije je fotoelektrični efekat. Kao rezultat takve interakcije, energija kvanta se u potpunosti troši na cijepanje elektrona iz atomskog omotača i prenošenje kinetičke energije na njega. Kako se energija rendgenskog kvanta povećava, vjerovatnoća fotoelektričnog efekta se smanjuje i proces raspršivanja kvanata slobodnim elektronima - takozvani Comptonov efekat - postaje dominantan. Kao rezultat takve interakcije nastaje i sekundarni elektron, a uz to se emituje kvant sa energijom manjom od energije primarnog kvanta. Ako energija rendgenskog kvanta prelazi jedan megaelektron-volt, može doći do takozvanog efekta uparivanja, u kojem se formiraju elektron i pozitron (vidi). Posljedično, pri prolasku kroz supstancu, energija rendgenskog zračenja se smanjuje, odnosno smanjuje se njegov intenzitet. Pošto se apsorpcija niskoenergetskih kvanta javlja s većom vjerovatnoćom, rendgensko zračenje je obogaćeno kvantima veće energije. Ovo svojstvo rendgenskog zračenja koristi se za povećanje prosječne energije kvanta, odnosno za povećanje njegove tvrdoće. Povećanje tvrdoće rendgenskog zračenja postiže se pomoću posebnih filtera (vidi). Rentgensko zračenje se koristi za rendgensku dijagnostiku (vidi) i (vidi). Vidi i jonizujuće zračenje.

Rendgensko zračenje (sinonim: x-zraci, x-zraci) je kvantno elektromagnetno zračenje sa talasnom dužinom od 250 do 0,025 A (ili kvanti energije od 5·10 -2 do 5·10 2 keV). Godine 1895. otkrio ga je V.K. Roentgen. Spektralno područje elektromagnetnog zračenja u blizini rendgenskog zračenja, čiji kvanti energije prelaze 500 keV, naziva se gama zračenje (vidi); zračenje čiji su kvanti energije ispod 0,05 kev čini ultraljubičasto zračenje (vidi).

Dakle, predstavljajući relativno mali dio ogromnog spektra elektromagnetnog zračenja, koji uključuje i radio valove i vidljivu svjetlost, rendgensko zračenje, kao i svako elektromagnetno zračenje, širi se brzinom svjetlosti (u vakuumu od oko 300 hiljada km/ sec) i karakteriše ga talasna dužina λ ( rastojanje preko koje zračenje putuje u jednom periodu oscilovanja). Rentgensko zračenje ima i niz drugih valnih svojstava (prelamanje, interferencija, difrakcija), ali ih je mnogo teže uočiti od zračenja veće talasne dužine: vidljiva svjetlost, radio valovi.

Spektri X zraka: a1 - kontinuirani spektar kočnog zračenja na 310 kV; a - kontinuirani kočni spektar na 250 kV, a1 - spektar filtriran sa 1 mm Cu, a2 - spektar filtriran sa 2 mm Cu, b - K-serija volfram linija.

Za generiranje rendgenskog zračenja koriste se rendgenske cijevi (vidi) u kojima se zračenje javlja kada brzi elektroni interaguju s atomima anodne tvari. Postoje dvije vrste rendgenskog zračenja: kočno i karakteristično. Rendgenski zraci kočnog zračenja imaju kontinuirani spektar, sličan običnoj bijeloj svjetlosti. Distribucija intenziteta u zavisnosti od talasne dužine (slika) je predstavljena krivom sa maksimumom; prema dugim talasima kriva pada ravno, a prema kratkim talasima pada strmo i završava se na određenoj talasnoj dužini (λ0), koja se naziva kratkotalasna granica kontinuiranog spektra. Vrijednost λ0 je obrnuto proporcionalna naponu na cijevi. Do kočnog zračenja dolazi kada brzi elektroni interaguju sa atomskim jezgrama. Intenzitet kočnog zračenja direktno je proporcionalan jačini anodne struje, kvadratu napona na cijevi i atomskom broju (Z) anodne tvari.

Ako energija ubrzanih elektrona u rendgenskoj cijevi prelazi vrijednost kritičnu za anodnu tvar (ova energija je određena naponom Vcr kritičnim za ovu tvar na cijevi), tada se javlja karakteristično zračenje. Karakteristični spektar je iscrtan; njegove spektralne linije čine niz, označen slovima K, L, M, N.

K serija je najkraća talasna dužina, serija L je duža talasna dužina, serije M i N se primećuju samo u teškim elementima (Vcr volframa za K-seriju je 69,3 kV, za L-seriju - 12,1 kV). Karakteristično zračenje nastaje na sljedeći način. Brzi elektroni izbijaju atomske elektrone iz njihovih unutrašnjih omotača. Atom se pobuđuje, a zatim se vraća u osnovno stanje. U tom slučaju, elektroni iz vanjskih, manje vezanih ljuski ispunjavaju prostore koji su ispražnjeni u unutrašnjim ljuskama, a fotoni karakterističnog zračenja emituju se s energijom jednakom razlici između energija atoma u pobuđenom i osnovnom stanju. Ova razlika (a samim tim i energija fotona) ima određenu vrijednost karakterističnu za svaki element. Ovaj fenomen leži u osnovi rendgenske spektralne analize elemenata. Slika prikazuje linijski spektar volframa na pozadini kontinuiranog spektra kočnog zračenja.

Energija ubrzanih elektrona u rendgenskoj cijevi gotovo se u potpunosti pretvara u toplinsku energiju (anoda postaje vrlo vruća), samo mali dio (oko 1% na naponu blizu 100 kV) se pretvara u energiju kočnog zraka.

Upotreba rendgenskih zraka u medicini zasniva se na zakonima apsorpcije rendgenskih zraka materijom. Apsorpcija rendgenskog zračenja potpuno je nezavisna od optičkih svojstava apsorberske supstance. Bezbojno i prozirno olovno staklo, koje se koristi za zaštitu osoblja u rendgen sobama, gotovo u potpunosti apsorbira rendgenske zrake. Nasuprot tome, list papira koji nije proziran za svjetlost ne slabi rendgenske zrake.

Intenzitet homogenog (tj. određene talasne dužine) snopa rendgenskih zraka koji prolazi kroz sloj apsorbera opada prema eksponencijalnom zakonu (e-x), gdje je e baza prirodnih logaritama (2,718), a eksponent x je jednak proizvod masenog koeficijenta slabljenja (μ /p) cm 2 /g po debljini apsorbera u g/cm 2 (ovde je p gustina supstance u g/cm 3). Slabljenje rendgenskog zračenja nastaje i zbog raspršenja i zbog apsorpcije. Prema tome, koeficijent prigušenja mase je zbir koeficijenata apsorpcije mase i koeficijenata raspršenja. Maseni koeficijent apsorpcije naglo raste sa povećanjem atomskog broja (Z) apsorbera (proporcionalno Z3 ili Z5) i sa povećanjem talasne dužine (proporcionalno λ3). Ova zavisnost od talasne dužine primećuje se unutar apsorpcionih opsega, na čijim granicama koeficijent skače.

Koeficijent raspršenja mase raste s povećanjem atomskog broja tvari. Pri λ≥0,3Å koeficijent rasejanja ne zavisi od talasne dužine, na λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

Smanjenje koeficijenata apsorpcije i raspršenja sa smanjenjem talasne dužine uzrokuje povećanje prodorne moći rendgenskog zračenja. Koeficijent apsorpcije mase za kost [upijanje je uglavnom zbog Ca 3 (PO 4) 2 ] je skoro 70 puta veći nego za meko tkivo, gdje je upijanje uglavnom zbog vode. Ovo objašnjava zašto se senka kostiju tako oštro ističe na pozadini mekog tkiva na rendgenskim snimcima.

Širenje neujednačenog snopa rendgenskih zraka kroz bilo koji medij, zajedno sa smanjenjem intenziteta, praćeno je promjenom spektralnog sastava i promjenom kvalitete zračenja: dugovalni dio spektra je apsorbovano u većoj meri od kratkotalasnog dela, zračenje postaje ujednačenije. Filtriranje dugotalasnog dijela spektra omogućava, tokom rendgenske terapije lezija koje se nalaze duboko u ljudskom tijelu, da se poboljša omjer između dubokih i površinskih doza (vidi rendgenske filtere). Da bi se okarakterizirao kvalitet nehomogenog snopa rendgenskih zraka, koristi se koncept „sloja poluslabljenja (L)” - sloja tvari koji slabi zračenje za polovicu. Debljina ovog sloja zavisi od napona na cevi, debljine i materijala filtera. Za mjerenje slojeva poluslabljenja koriste se celofan (do 12 keV energije), aluminijum (20-100 keV), bakar (60-300 keV), olovo i bakar (>300 keV). Za X-zrake generisane na naponima od 80-120 kV, 1 mm bakra je ekvivalentan kapacitetu filtriranja 26 mm aluminijuma, 1 mm olova je ekvivalentan 50,9 mm aluminijuma.

Apsorpcija i rasipanje rendgenskog zračenja je zbog njegovih korpuskularnih svojstava; Rentgensko zračenje stupa u interakciju s atomima kao tok korpuskula (čestica) - fotona, od kojih svaki ima određenu energiju (obrnuto proporcionalnu valnoj dužini rendgenskog zračenja). Opseg energije rendgenskih fotona je 0,05-500 keV.

Apsorpcija rendgenskog zračenja je posljedica fotoelektričnog efekta: apsorpcija fotona od strane elektronske ljuske praćena je izbacivanjem elektrona. Atom je uzbuđen i, vraćajući se u osnovno stanje, emituje karakteristično zračenje. Emitirani fotoelektron nosi svu energiju fotona (minus energija vezanja elektrona u atomu).

Rasipanje rendgenskih zraka uzrokovano je elektronima u mediju za raspršivanje. Pravi se razlika između klasičnog rasejanja (talasna dužina zračenja se ne menja, ali se menja smer širenja) i rasejanja sa promenom talasne dužine - Comptonov efekat (talasna dužina raspršenog zračenja je veća od talasne dužine upadnog zračenja ). U potonjem slučaju, foton se ponaša kao lopta koja se kreće, a do raspršivanja fotona dolazi, prema Comtonovom figurativnom izrazu, poput igranja bilijara s fotonima i elektronima: sudarajući se s elektronom, foton prenosi dio svoje energije na njega i biva raspršeni, koji imaju manju energiju (prema tome se povećava valna dužina raspršenog zračenja), elektron izleti iz atoma sa energijom trzaja (ovi elektroni se nazivaju Compton elektroni, ili elektroni trzanja). Apsorpcija energije rendgenskih zraka nastaje prilikom formiranja sekundarnih elektrona (Compton i fotoelektrona) i prijenosa energije na njih. Energija rendgenskog zračenja prenesena na jedinicu mase supstance određuje apsorbovanu dozu rendgenskog zračenja. Jedinica ove doze 1 rad odgovara 100 erg/g. Zbog apsorbirane energije dolazi do niza sekundarnih procesa u apsorberskoj tvari, koji su važni za rendgensku dozimetriju, jer se upravo na njima zasnivaju metode mjerenja rendgenskog zračenja. (vidi dozimetriju).

Svi plinovi i mnoge tekućine, poluvodiči i dielektrici povećavaju električnu provodljivost kada su izloženi rendgenskim zracima. Provodljivost detektuju najbolji izolacioni materijali: parafin, liskun, guma, ćilibar. Promjena provodljivosti je uzrokovana jonizacijom medija, odnosno razdvajanjem neutralnih molekula na pozitivne i negativne ione (jonizaciju proizvode sekundarni elektroni). Ionizacija u zraku se koristi za određivanje doze izlaganja rendgenskim zracima (doza u zraku), koja se mjeri u rendgenima (vidi Doze jonizujućeg zračenja). Pri dozi od 1 r, apsorbirana doza u zraku je 0,88 rad.

Pod uticajem rendgenskog zračenja, kao rezultat ekscitacije molekula supstance (i tokom rekombinacije jona), u mnogim slučajevima se pobuđuje vidljivi sjaj supstance. Pri visokim intenzitetima rendgenskog zračenja uočava se vidljivi sjaj u vazduhu, papiru, parafinu itd. (sa izuzetkom metala). Najveći prinos vidljive luminescencije daju kristalni fosfori kao što su Zn·CdS·Ag-fosfor i drugi koji se koriste za fluoroskopske ekrane.

Pod uticajem rendgenskog zračenja u supstanci se mogu javiti i različiti hemijski procesi: raspadanje jedinjenja halogenida srebra (fotografski efekat koji se koristi u rendgenskoj fotografiji), razgradnja vode i vodenih rastvora vodikovog peroksida, promena svojstava celuloida (zamućenje i oslobađanje kamfora), parafina (zamućenje i izbjeljivanje) .

Kao rezultat potpune konverzije, sva energija koju apsorbuje hemijski inertna supstanca, rendgensko zračenje, pretvara se u toplotu. Mjerenje vrlo malih količina topline zahtijeva visoko osjetljive metode, ali je glavna metoda za apsolutna mjerenja rendgenskog zračenja.

Sekundarni biološki efekti izlaganja rendgenskom zračenju su osnova medicinske rendgenske terapije (vidi). Rentgensko zračenje, čiji su kvanti 6-16 keV (efektivna talasna dužina od 2 do 5 Å), gotovo u potpunosti apsorbuje kožno tkivo ljudskog tela; oni se nazivaju graničnim zracima, ili ponekad Buccinim zracima (vidi Buccine zrake). Za dubinsku rendgensku terapiju koristi se tvrdo filtrirano zračenje sa efektivnim energetskim kvantima od 100 do 300 keV.

Biološki efekat rendgenskog zračenja treba uzeti u obzir ne samo tokom rendgenske terapije, već i tokom rendgenske dijagnostike, kao i u svim drugim slučajevima kontakta sa rendgenskim zračenjem koji zahtevaju upotrebu zaštite od zračenja (vidi).