fotoefekt

hv ³ A in

foton se absorbira, e – se loči od atoma – ionizacija

hv = A in + E k

atom A se vzbudi, ko se foton absorbira, R – rentgenska luminiscenca

nekoherentno sipanje

hv »A in

hv = hv "+A in +E do

sekundarni procesi v fotoelektričnem učinku

riž. 3 Mehanizmi interakcije rentgenskega sevanja s snovjo

Fizikalne osnove uporabe rentgenskih žarkov v medicini

Ko rentgensko sevanje pade na telo, se rahlo odbije od njegove površine, vendar večinoma preide globoko vanjo, medtem ko se delno absorbira in razprši ter delno preide skozi.

Zakon oslabitve.

Rentgenski tok se v snovi oslabi po zakonu:

Ф = Ф 0 e – m × x (6)

kjer je m – linearni koeficient slabljenja, kar je bistveno odvisno od gostote snovi. On enaka vsoti trije členi, ki ustrezajo koherentnemu sipanju m 1, nekoherentni m 2 in fotoelektrični učinek m 3:

m = m 1 + m 2 + m 3. (7)

Prispevek vsakega člena je določen z energijo fotona. Spodaj so razmerja med temi procesi za mehka tkiva (vodo).

Uživajte masni koeficient slabljenja, ki ni odvisen od gostote snovi r:

m m = m / r . (8)

Masni koeficient slabljenja je odvisen od energije fotona in od atomskega števila vpojne snovi:

m m = k l 3 Z 3 . (9)

Masni koeficienti slabljenja kosti in mehkih tkiv (voda) razlikujejo se: m m kosti / m m vode = 68.

Če na pot rentgenskih žarkov postavimo nehomogeno telo in pred njim postavimo fluorescenčni zaslon, potem to telo, ki absorbira in oslabi sevanje, tvori senco na zaslonu. Po naravi te sence lahko presojamo obliko, gostoto, strukturo in v mnogih primerih naravo teles. Tisti. Pomembna razlika v absorpciji rentgenskega sevanja v različnih tkivih omogoča, da vidite sliko notranjih organov v senčni projekciji.

Če preiskovani organ in okoliška tkiva enako oslabijo rentgensko sevanje, uporabimo kontrastna sredstva. Na primer s polnjenjem želodca in črevesja s kašasto maso barijevega sulfata ( BaS 0 4), lahko vidite njihovo senčno sliko (razmerje koeficientov slabljenja je 354).

Uporaba v medicini.

V medicini se uporabljajo rentgenski žarki z energijami fotonov od 60 do 100-120 keV za diagnostiko in 150-200 keV za terapijo.

Rentgenska diagnostika – prepoznavanje bolezni z rentgenskim pregledom telesa.

Uporablja se rentgenska diagnostika različne možnosti ki so podani spodaj.

1. S fluoroskopijo Rentgenska cev se nahaja za bolnikom. Pred njim je fluorescenčni zaslon. Na zaslonu je opazna senčna (pozitivna) slika. V vsakem posameznem primeru je izbrana ustrezna trdota sevanja, tako da le-to prehaja skozi mehka tkiva, gosta pa ga dovolj absorbirajo. V nasprotnem primeru dobite enotno senco. Na zaslonu so srce in rebra vidna temna, pljuča svetla.

2. Z radiografijo objekt namestimo na kaseto s filmom s posebno fotografsko emulzijo. Rentgenska cev je nameščena nad predmetom. Nastala radiografija daje negativno sliko, tj. nasprotno v nasprotju s sliko, ki jo opazimo med transiluminacijo. Pri tej metodi je slika bolj jasna kot pri (1), zato so opazne podrobnosti, ki jih je težko videti skozi prenos.

Obetavna različica te metode je rentgen tomografija in »strojna različica« – računalnik tomografija.

3. S fluorografijo, Slika z velikega zaslona je zajeta na občutljiv film malega formata. Pri ogledu si fotografije ogledamo s posebnim povečevalnikom.

Rentgenska terapija – uporaba rentgenskih žarkov za uničenje malignih tumorjev.

Biološki učinek sevanja je motnja vitalnih funkcij, predvsem celic, ki se hitro razmnožujejo.

RAČUNALNIŠKA TOMOGRAFIJA (CT)

Metoda rentgenske računalniške tomografije temelji na slikovni rekonstrukciji op.izbrani del pacientovega telesa s snemanjem velikega števila rentgenskih projekcij tega dela, izvedenih pod različnimi koti. Informacije iz senzorjev, ki beležijo te projekcije, pridejo v računalnik, ki s posebnim programom izračuna distribucija tesen Velikost vzorcav obravnavanem razdelku in ga prikaže na zaslonu. Tako dobljena slikaPrečni prerez pacientovega telesa odlikuje odlična jasnost in visoka vsebnost informacij. Program omogoča, če je potrebno,porast kontrast slike V več deset in celo stokrat. To razširi diagnostične zmožnosti metode.

Videografi (naprave z digitalno obdelavo rentgenske slike) v sodobnem zobozdravstvu.

Konkretno v zobozdravstvu Rentgenski pregled je glavni diagnostična metoda. Vendar pa zaradi številnih tradicionalnih organizacijskih in tehničnih značilnosti rentgenske diagnostike ni povsem udobno tako za pacienta kot za zobozdravstvene klinike. To je najprej potreba po stiku s pacientom ionizirajoče sevanje, ki pogosto ustvarja znatno sevalno obremenitev telesa, je to tudi potreba po fotoprocesu in s tem potreba po fotoreagentih, vključno s strupenimi. To je končno zajeten arhiv, težke mape in ovojnice z rentgenskimi posnetki.

Poleg tega je zaradi trenutne stopnje razvoja zobozdravstva subjektivna ocena rentgenskih posnetkov s človeškim očesom nezadostna. Izkazalo se je, da od različnih odtenkov sive, ki jih vsebuje rentgenska slika, oko zazna le 64.

Očitno je, da so za pridobitev jasne in podrobne slike trdih tkiv dentofacialnega sistema z minimalno izpostavljenostjo sevanju potrebne druge rešitve. Iskanje je privedlo do nastanka tako imenovanih radiografskih sistemov, videografov – digitalnih radiografskih sistemov.

Brez tehničnih podrobnosti je načelo delovanja takih sistemov naslednje. Rentgensko sevanje prehaja skozi objekt ne na fotoobčutljiv film, temveč na poseben intraoralni senzor (posebna elektronska matrika). Ustrezen signal iz matrike se prenese v napravo za digitalizacijo (analogno-digitalni pretvornik, ADC), ki je povezana z računalnikom, ki ga pretvori v digitalno obliko. Posebna programska oprema ustvari rentgensko sliko na računalniškem zaslonu in vam omogoča, da jo obdelate, shranite na trdi ali prilagodljivi pomnilniški medij (trdi disk, diskete) in natisnete datoteko kot sliko.

V digitalnem sistemu je rentgenska slika zbirka točk z različnimi digitalnimi vrednostmi sivine. Optimizacija prikaza informacij, ki jo zagotavlja program, omogoča pridobitev okvirja, ki je optimalen glede svetlosti in kontrasta z relativno nizko dozo sevanja.

V sodobnih sistemih, ki jih ustvarjajo npr Trophy (Francija) ali Schick (ZDA) pri oblikovanju okvirja se uporablja 4096 odtenkov sive, čas osvetlitve je odvisen od predmeta študije in je v povprečju stotinke - desetinke sekunde, zmanjšanje izpostavljenosti sevanju filma - do 90 % za intraoralne sisteme, do 70 % za panoramske videografe.

Pri obdelavi slik lahko videografi:

1. Sprejmite pozitivne in negativne slike, psevdobarvne slike in reliefne slike.

2. Povečajte kontrast in povečajte območje zanimanja na sliki.

3. Ocenite spremembe v gostoti zobnih tkiv in kostnih struktur, spremljajte enakomernost polnjenja kanala.

4. B endodontija določite dolžino kanala katere koli ukrivljenosti in v operaciji izberite velikost vsadka z natančnostjo 0,1 mm.

5. Edinstven sistem Detektor kariesa z elementi umetne inteligence pri analizi slike omogoča odkrivanje kariesa v točkovni fazi, koreninskega kariesa in prikritega kariesa.

* « Ф" v formuli (3) se nanaša na celotno območje oddanih valovnih dolžin in se pogosto imenuje "Integralni energijski tok".

Pri študiju in praktično uporabo V atomskih pojavih imajo rentgenski žarki eno najpomembnejših vlog. Zahvaljujoč njihovim raziskavam je prišlo do številnih odkritij in razvitih metod za analizo snovi, ki se uporabljajo na različnih področjih. Tu si bomo ogledali eno vrsto rentgenskih žarkov – karakteristične rentgenske žarke.

Narava in lastnosti rentgenskih žarkov

Rentgensko sevanje je visokofrekvenčna sprememba stanja elektromagnetno polje, ki se v vesolju širijo s hitrostjo okoli 300.000 km/s, to je elektromagnetno valovanje. Na lestvici obsega elektromagnetnega sevanja se rentgenski žarki nahajajo v območju valovnih dolžin od približno 10 -8 do 5∙10 -12 metrov, kar je nekaj velikostnih redov krajše od optičnih valov. To ustreza frekvencam od 3∙10 16 do 6∙10 19 Hz in energijam od 10 eV do 250 keV ali 1,6∙10 -18 do 4∙10 -14 J. Upoštevati je treba, da so meje frekvenčnih območij elektromagnetno sevanje je zaradi prekrivanja precej poljubno.

Je interakcija pospešenih nabitih delcev (elektronov z visoko energijo) z električnimi in magnetnimi polji ter z atomi snovi.

Za fotone rentgenskih žarkov so značilne visoke energije ter velika prodorna in ionizacijska moč, zlasti za trde rentgenske žarke z valovno dolžino manjšo od 1 nanometra (10 -9 m).

Rentgenski žarki medsebojno delujejo s snovjo in ionizirajo njene atome v procesih fotoelektričnega učinka (fotoabsorpcija) in nekoherentnega (Comptonovega) sipanja. Pri fotoabsorpciji rentgenski foton, ki ga absorbira elektron atoma, nanj prenese energijo. Če njegova vrednost presega vezno energijo elektrona v atomu, potem zapusti atom. Comptonovo sipanje je značilno za trše (energijske) fotone rentgenskih žarkov. Del energije absorbiranega fotona se porabi za ionizacijo; v tem primeru se pod določenim kotom na smer primarnega fotona izseva sekundarni, z nižjo frekvenco.

Vrste rentgenskega sevanja. Bremsstrahlung

Za izdelavo žarkov se uporabljajo stekleni vakuumski cilindri z elektrodami, ki se nahajajo v notranjosti. Razlika potencialov na elektrodah mora biti zelo visoka - do sto kilovoltov. Termionska emisija se pojavi na volframovi katodi, ki jo segreva tok, to pomeni, da se iz nje oddajajo elektroni, ki, pospešeni s potencialno razliko, bombardirajo anodo. Kot rezultat njihove interakcije z atomi anode (včasih imenovane antikatoda) se rodijo rentgenski fotoni.

Glede na to, kateri proces vodi do nastanka fotona, ločimo vrste rentgenskega sevanja: zavorno in karakteristično.

Elektroni se lahko ob srečanju z anodo upočasnijo, to pomeni, da izgubijo energijo v njej električna polja njegovih atomov. Ta energija se oddaja v obliki rentgenskih fotonov. To vrsto sevanja imenujemo zavorno sevanje.

Jasno je, da se bodo pogoji zaviranja za posamezne elektrone razlikovali. To pomeni, da se pretvorijo v rentgensko sevanje različne količine njihov kinetična energija. Posledično zavorno sevanje vključuje fotone različnih frekvenc in s tem valovnih dolžin. Zato je njegov spekter zvezen (zvezen). Včasih se zaradi tega imenuje tudi "belo" rentgensko sevanje.

Energija zavornega fotona ne more preseči kinetične energije elektrona, ki ga ustvarja, zato največja frekvenca (in najkrajša valovna dolžina) zavornega sevanja ustreza najvišja vrednost kinetična energija elektronov, ki vpadajo na anodo. Slednji je odvisen od potencialne razlike na elektrodah.

Obstaja še ena vrsta rentgenskega sevanja, katerega vir je drugačen proces. To sevanje imenujemo karakteristično sevanje in na njem se bomo podrobneje ustavili.

Kako nastane karakteristično rentgensko sevanje?

Ko doseže antikatodo, lahko hitri elektron prodre v notranjost atoma in izloči elektron iz ene od spodnjih orbital, to je, da mu prenese energijo, ki je dovolj za premagovanje potencialne ovire. Če pa so v atomu višje energijske ravni, ki jih zasedajo elektroni, izpraznjeni prostor ne bo ostal prazen.

Treba je zapomniti, da elektronska struktura Atom, kot vsak energetski sistem, stremi k zmanjšanju energije. Prazno mesto, ki nastane kot posledica izbijanja, se zapolni z elektronom z enega od višjih nivojev. Njegova energija je večja in zavzame več nizka stopnja, presežek oddaja v obliki kvanta karakterističnega rentgenskega sevanja.

Elektronska zgradba atoma je diskretna množica možnih energijskih stanj elektronov. Zato imajo lahko tudi rentgenski fotoni, ki se oddajajo med nadomeščanjem prostih elektronskih mest, le strogo določene vrednosti energije, ki odražajo razliko v nivojih. Posledično ima značilno rentgensko sevanje spekter, ki ni zvezen, temveč črtast. Ta spekter omogoča karakterizacijo snovi anode - od tod tudi ime teh žarkov. Prav zaradi spektralnih razlik je jasno, kaj pomenita zavorno sevanje in karakteristično rentgensko sevanje.

Včasih atom ne odda odvečne energije, ampak jo porabi za izbijanje tretjega elektrona. Do tega procesa – tako imenovanega Augerjevega učinka – je večja verjetnost, da se zgodi, ko vezavna energija elektronov ne presega 1 keV. Energija sproščenega Augerjevega elektrona je odvisna od strukture energijskih nivojev atoma, zato so tudi spektri takih elektronov diskretne narave.

Splošni pogled na karakteristični spekter

V rentgenski spektralni sliki so prisotne ozke značilne črte skupaj z zveznim spektrom zavornega sevanja. Če si spekter predstavljamo kot graf odvisnosti intenzitete od valovne dolžine (frekvence), bomo na mestih črt videli ostre vrhove. Njihov položaj je odvisen od materiala anode. Ti maksimumi so prisotni pri vsaki potencialni razliki - če obstajajo rentgenski žarki, so vedno tudi vrhovi. Z naraščanjem napetosti na cevnih elektrodah se poveča intenzivnost tako neprekinjenega kot karakterističnega rentgenskega sevanja, vendar se lokacija vrhov in razmerje med njihovimi intenzitetami ne spremeni.

Vrhovi v spektrih rentgenskih žarkov imajo enak videz ne glede na material antikatode, ki jo obsevajo elektroni, vendar se za različne materiale nahajajo na različnih frekvencah, ki se združujejo v serijah glede na bližino frekvenčnih vrednosti. Med samimi serijami je razlika v frekvencah veliko večja. Vrsta maksimumov ni v ničemer odvisna od tega, ali je anodni material čisti kemični element oz spojina. V slednjem primeru se značilni rentgenski spektri njegovih sestavnih elementov preprosto prekrivajo drug na drugega.

Ko se atomsko število kemičnega elementa poveča, se vse črte njegovega rentgenskega spektra premaknejo proti višjim frekvencam. Spekter ohrani svoj videz.

Moseleyev zakon

Pojav spektralnega premika značilnih črt je leta 1913 eksperimentalno odkril angleški fizik Henry Moseley. To mu je omogočilo, da je frekvence maksimumov spektra povezal z zaporednimi številkami kemični elementi. Tako je mogoče valovno dolžino značilnega rentgenskega sevanja, kot se je izkazalo, jasno povezati z določenim elementom. IN splošni pogled Moseleyev zakon lahko zapišemo na naslednji način: √f = (Z - S n)/n√R, kjer je f frekvenca, Z redna številka elementa, S n presejalna konstanta, n glavno kvantno število in R je Rydbergova konstanta. Ta odvisnost je linearna in je na Moseleyevem diagramu videti kot niz ravnih črt za vsako vrednost n.

Vrednosti n ustrezajo posameznim serijam značilnih vrhov emisij rentgenskih žarkov. Moseleyjev zakon omogoča določitev serijske številke kemijskega elementa, obsevanega s trdimi elektroni, na podlagi izmerjenih valovnih dolžin (so edinstveno povezane s frekvencami) maksimumov rentgenskega spektra.

Struktura elektronskih lupin kemičnih elementov je enaka. Na to kaže monotonost spremembe premika karakterističnega spektra rentgenskega sevanja. Frekvenčni premik ne odraža strukturnih, temveč energijskih razlik med elektronskimi lupinami, edinstvenih za vsak element.

Vloga Moseleyjevega zakona v atomski fiziki

Obstajajo rahla odstopanja od strogega linearnega razmerja, izraženega z Moseleyjevim zakonom. Povezani so, prvič, s posebnostmi vrstnega reda polnjenja elektronskih lupin nekaterih elementov in, drugič, z relativističnimi učinki gibanja elektronov težkih atomov. Poleg tega se lahko položaj črt nekoliko spremeni, ko se spremeni število nevtronov v jedru (tako imenovani izotopski premik). Ta učinek je omogočil podrobno preučevanje atomske strukture.

Pomen Moseleyjevega zakona je izjemno velik. Zaporedna uporaba na elemente periodni sistem Mendelejev je vzpostavil vzorec povečevanja rednega števila, ki ustreza vsakemu majhnemu premiku značilnih maksimumov. To je pomagalo razjasniti vprašanje fizičnega pomena zaporednega števila elementov. Vrednost Z ni le številka: je pozitivni električni naboj jedra, ki je vsota pozitivnih nabojev enote delcev, ki sestavljajo njegovo sestavo. Pravilna postavitev elementov v tabeli in prisotnost praznih pozicij v njej (tedaj so še obstajale) sta dobila močno potrditev. Veljavnost periodičnega zakona je bila dokazana.

Moseleyev zakon je poleg tega postal osnova, na kateri je nastala cela smer eksperimentalnih raziskav - rentgenska spektrometrija.

Zgradba elektronskih lupin atoma

Na kratko se spomnimo, kako je struktura elektrona sestavljena iz lupin, označenih s črkami K, L, M, N, O, P, Q ali številkami od 1 do 7. Za elektrone znotraj lupine je značilen enak glavni kvant. število n, ki določa možne energijske vrednosti. V zunanjih lupinah je energija elektronov višja, ionizacijski potencial za zunanje elektrone pa temu primerno nižji.

Lupina vključuje enega ali več podravni: s, p, d, f, g, h, i. V vsaki lupini se število podravni poveča za eno v primerjavi s prejšnjo. Število elektronov v vsaki podravni in v vsaki lupini ne more preseči določene vrednosti. Zanje je poleg glavnega kvantnega števila značilna enaka vrednost orbitalnega elektronskega oblaka, ki določa obliko. Podravni so označene z lupino, ki ji pripadajo, na primer 2s, 4d itd.

Podnivo vsebuje, ki jih poleg glavnega in orbitalnega določa še eno kvantno število - magnetno, ki določa projekcijo orbitalne količine elektrona na smer magnetnega polja. Ena orbitala ima lahko največ dva elektrona, ki se razlikujeta po vrednosti četrtega kvantnega števila - spina.

Oglejmo si podrobneje, kako nastane značilno rentgensko sevanje. Ker je izvor tovrstnega elektromagnetnega sevanja povezan s pojavi, ki se dogajajo znotraj atoma, ga je najprimerneje opisati natančno v približku elektronskih konfiguracij.

Mehanizem nastanka karakterističnega rentgenskega sevanja

Vzrok tega sevanja je torej nastanek elektronskih prostih mest v notranjih lupinah, ki nastanejo zaradi prodiranja visokoenergijskih elektronov globoko v atom. Verjetnost, da bo trdi elektron medsebojno deloval, se povečuje z gostoto elektronskih oblakov. Zato je najverjetneje, da do trkov pride znotraj tesno stisnjenih notranjih lupin, kot je najnižja K-lupina. Tu je atom ioniziran in v lupini 1s nastane prazno mesto.

To prazno mesto zapolni elektron iz lupine z višjo energijo, katerega presežek odnese rentgenski foton. Ta elektron lahko "pade" iz druge lupine L, iz tretje lupine M itd. Tako nastane značilna serija, v v tem primeru- K-serija. Navedba, od kod prihaja elektron, ki zapolnjuje prazno mesto, je podana v obliki grškega indeksa v oznaki serije. "Alfa" pomeni, da prihaja iz lupine L, "beta" pomeni, da prihaja iz lupine M. Trenutno obstaja težnja po zamenjavi indeksov grških črk z latiničnimi, sprejetimi za označevanje školjk.

Intenzivnost črte alfa v seriji je vedno največja - to pomeni, da je verjetnost zapolnitve praznega mesta iz sosednje lupine največja.

Zdaj lahko odgovorimo na vprašanje, kolikšna je največja energija kvanta karakterističnega rentgenskega sevanja. Določena je z razliko v energijskih vrednostih nivojev, med katerimi pride do prehoda elektronov, po formuli E = E n 2 - E n 1, kjer sta E n 2 in E n 1 energiji elektronskega držav, med katerimi je prišlo do prehoda. Najvišja vrednost Ta parameter je podan s prehodi serije K iz najvišjih ravni atomov težkih elementov. Toda intenziteta teh črt (višina vrhov) je najmanjša, saj so najmanj verjetne.

Če zaradi nezadostne napetosti na elektrodah trd elektron ne more doseči K-nivoja, nastane vakance na L-nivoju in nastane manj energična L-serija z daljšimi valovnimi dolžinami. Naslednje serije se rodijo na podoben način.

Poleg tega, ko je zaradi elektronskega prehoda prazno mesto zapolnjeno, se v zgornji lupini pojavi novo prosto mesto. S tem so ustvarjeni pogoji za generiranje naslednje serije. Prosta elektronska mesta se premikajo višje od nivoja do nivoja in atom oddaja kaskado značilnih spektralnih nizov, medtem ko ostaja ioniziran.

Fina struktura karakterističnih spektrov

Za atomske rentgenske spektre karakterističnega rentgenskega sevanja je značilna fina struktura, ki se tako kot v optičnih spektrih izraža v razcepu linij.

Fina struktura je posledica dejstva, da je energijska raven - elektronska lupina - niz tesno nameščenih komponent - podlupin. Za karakterizacijo podlupin je uvedeno drugo, notranje kvantno število j, ki odraža interakcijo notranjega in orbitalnega magnetni momenti elektron.

Zaradi vpliva spin-orbitalne interakcije postane energetska struktura atoma bolj kompleksna in posledično ima značilno rentgensko sevanje spekter, za katerega so značilne razcepljene črte z zelo tesno razporejenimi elementi.

Elementi fine strukture so običajno označeni z dodatnimi digitalnimi indeksi.

Značilno rentgensko sevanje ima lastnost, ki se odraža samo v fino strukturo spekter Prehod elektrona na nižjo energijsko raven se ne zgodi iz spodnje podlupine višje ravni. Takšen dogodek ima zanemarljivo majhno verjetnost.

Uporaba rentgenskih žarkov v spektrometriji

To sevanje je zaradi svojih značilnosti, opisanih z Moseleyjevim zakonom, osnova različnih rentgenskih spektralnih metod za analizo snovi. Pri analizi spektra rentgenskih žarkov se uporablja bodisi difrakcija sevanja na kristalih (valovno-disperzijska metoda) bodisi detektorji, občutljivi na energijo absorbiranih rentgenskih fotonov (energijsko-disperzijska metoda). Večina elektronskih mikroskopov je opremljena z nekakšnimi nastavki za rentgensko spektrometrijo.

Posebej natančna je valovno-disperzijska spektrometrija. S posebnimi filtri so poudarjeni najintenzivnejši vrhovi v spektru, kar omogoča pridobivanje skoraj monokromatskega sevanja z natančno znano frekvenco. Material anode je izbran zelo skrbno, da se zagotovi monokromatski žarek želene frekvence. Njegova difrakcija na kristalna mreža snovi, ki se proučuje, omogoča preučevanje mrežne strukture z veliko natančnostjo. Ta metoda se uporablja tudi pri preučevanju DNK in drugih kompleksnih molekul.

Ena od značilnosti karakterističnega rentgenskega sevanja je upoštevana tudi v spektrometriji gama. To je značilen vrh visoke intenzivnosti. Spektrometri gama uporabljajo svinčeno zaščito pred sevanjem zunanjega ozadja, ki moti meritve. Toda svinec, ki absorbira gama žarke, doživi notranjo ionizacijo, zaradi česar aktivno oddaja v območju rentgenskih žarkov. Za absorpcijo intenzivnih vrhov značilnega rentgenskega sevanja svinca se uporablja dodatna kadmijeva zaščita. Ta pa je ioniziran in tudi oddaja rentgenske žarke. Za nevtralizacijo značilnih vrhov kadmija se uporablja tretja zaščitna plast - baker, katerega rentgenski maksimumi ležijo izven delovnega frekvenčnega območja spektrometra gama.

Spektrometrija uporablja zavorno sevanje in karakteristične rentgenske žarke. Tako se pri analizi snovi preučujejo absorpcijski spektri neprekinjenih rentgenskih žarkov različnih snovi.

Oddajajo se s sodelovanjem elektronov, v nasprotju z gama sevanjem, ki je jedrsko. Umetno se rentgenski žarki ustvarijo z močno pospeševanjem nabitih delcev in s prehajanjem elektronov z enega energijskega nivoja na drugega, pri čemer se sprostijo velike količine energije. Naprave, ki jih lahko uporabimo, so rentgenske cevi in ​​pospeševalci nabitih delcev. Njegov naravni vir so radioaktivno nestabilni atomi in vesoljski objekti.

Zgodovina odkritja

Novembra 1895 ga je izdelal Roentgen, nemški znanstvenik, ki je odkril fluorescenčni učinek barijevega platinovega cianida med delovanjem katodne cevi. Podrobneje je opisal značilnosti teh žarkov, vključno z njihovo sposobnostjo prodiranja v živo tkivo. Znanstveniki so jih poimenovali rentgenski žarki, ime "rentgen" se je kasneje uveljavilo v Rusiji.

Kaj je značilno za to vrsto sevanja?

Logično je, da lastnosti tega sevanja določa njegova narava. Rentgenski žarki so elektromagnetni valovi. Njegove lastnosti so naslednje:

Rentgensko sevanje - škoda

Seveda v trenutku odprtja in dolga leta potem se nihče ni zavedal, kako nevarno je bilo.

Kje se uporabljajo rentgenski žarki?

1. Zdravilo. Rentgenska diagnostika je "pregled" živih organizmov. Rentgenska terapija vpliva na tumorske celice.
2. Znanost. Kristalografija, kemija in biokemija jih uporabljajo za razkrivanje strukture snovi.
3. Industrija. Odkrivanje napak na kovinskih delih.
4. Varnost. Rentgenska oprema se uporablja za odkrivanje nevarnih predmetov v prtljagi na letališčih in drugih mestih.

Osnovne lastnosti rentgenskega sevanja

1. Velika prodorna in ionizirajoča sposobnost.

2. Ne odklonijo ga električna in magnetna polja.

3. Imajo fotokemični učinek.

4. Povzroča, da se snovi svetijo.

5. Odboj, lom in uklon kot pri vidnem sevanju.

6. Imajo biološki učinek na žive celice.

1. Interakcija s snovjo

Valovna dolžina rentgenskih žarkov je primerljiva z velikostjo atomov, zato ni materiala, iz katerega bi lahko naredili rentgensko lečo. Poleg tega se rentgenski žarki, ko padajo pravokotno na površino, skoraj ne odbijajo. Kljub temu so v rentgenski optiki našli metode za konstruiranje optičnih elementov za rentgenske žarke. Predvsem se je izkazalo, da jih diamant dobro odseva.

Rentgenski žarki lahko prodrejo skozi snov in različne snovi Različno se absorbirajo. Absorpcija rentgenskih žarkov je njihova najpomembnejša lastnost pri rentgenski fotografiji. Intenzivnost rentgenskih žarkov pada eksponentno glede na prepotovano pot v absorbcijski plasti (I = I0e-kd, kjer je d debelina plasti, koeficient k je sorazmeren z Z³λ³, Z je atomsko število elementa, λ je valovna dolžina).

Absorpcija nastane kot posledica fotoabsorpcije (fotoefekta) in Comptonovega sipanja:

Fotoabsorpcija se nanaša na proces fotona, ki izbije elektron iz lupine atoma, kar zahteva, da je energija fotona večja od določene minimalne vrednosti. Če upoštevamo verjetnost absorpcijskega dogodka v odvisnosti od energije fotona, potem ko je določena energija dosežena, le-ta (verjetnost) močno naraste do svoje največje vrednosti. Pri višjih energijskih vrednostih se verjetnost nenehno zmanjšuje. Zaradi te odvisnosti pravijo, da obstaja meja absorpcije. Mesto elektrona, izbitega med aktom absorpcije, prevzame drug elektron in oddaja sevanje z nižjo energijo fotona, t.i. fluorescenčni proces.

Rentgenski foton lahko interagira ne samo z vezanimi elektroni, ampak tudi s prostimi in šibko vezanimi elektroni. Pride do sipanja fotonov z elektroni – t.i. Comptonovo sipanje. Odvisno od kota sipanja se valovna dolžina fotona poveča za določeno količino in temu primerno se zmanjša energija. Comptonovo sipanje v primerjavi s fotoabsorpcijo postane prevladujoče pri višjih energijah fotonov.

Poleg zgornjih procesov obstaja še ena temeljna možnost absorpcije - zaradi nastanka parov elektron-pozitron. Vendar to zahteva energije več kot 1,022 MeV, ki ležijo zunaj zgoraj omenjene meje rentgenskih žarkov (<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.

[Uredi]

2. Biološki učinki

Rentgensko sevanje je ionizirajoče. Vpliva na tkiva živih organizmov in lahko povzroči radiacijsko bolezen, radiacijske opekline in maligne tumorje. Zato je treba pri delu z rentgenskimi žarki upoštevati zaščitne ukrepe. Menijo, da je škoda neposredno sorazmerna z absorbirano dozo sevanja. Rentgensko sevanje je mutagen dejavnik.

[Uredi]

3. Registracija

Luminiscenčni učinek. Rentgenski žarki lahko povzročijo, da se nekatere snovi svetijo (fluorescenca). Ta učinek se uporablja v medicinski diagnostiki med fluoroskopijo (opazovanje slike na fluorescenčnem zaslonu) in rentgensko fotografijo (radiografija). Medicinski fotografski filmi se običajno uporabljajo v kombinaciji z ojačevalnimi zasloni, ki vsebujejo rentgenske fosforje, ki pod vplivom rentgenskih žarkov svetijo in osvetljujejo fotoobčutljivo emulzijo. Metoda pridobivanja slik v naravni velikosti se imenuje radiografija. S fluorografijo dobimo sliko v zmanjšanem merilu. Luminescentno snov (scintilator) lahko optično sklopimo z elektronskim detektorjem svetlobnega sevanja (fotopomnoževalnikom, fotodiodo itd.), nastala naprava se imenuje scintilacijski detektor. Omogoča snemanje posameznih fotonov in merjenje njihove energije, saj je energija scintilacijskega bliska sorazmerna z energijo absorbiranega fotona.

Fotografski učinek. Rentgenski žarki lahko tako kot navadna svetloba neposredno osvetlijo fotografsko emulzijo. Vendar brez fluorescenčne plasti to zahteva 30- do 100-kratno izpostavljenost (tj. odmerek). Prednost te metode (znane kot radiografija brez zaslona) je, da je slika ostrejša.

V polprevodniških detektorjih rentgenski žarki proizvajajo pare elektron-luknja na pn spoju diode, povezane v smeri blokiranja. V tem primeru teče majhen tok, katerega amplituda je sorazmerna z energijo in jakostjo vpadnega rentgenskega sevanja. V pulznem načinu je mogoče posneti posamezne rentgenske fotone in izmeriti njihovo energijo.

Posamezne rentgenske fotone lahko posnamemo tudi z detektorji ionizirajočega sevanja, polnjenimi s plinom (Geigerjev števec, proporcionalna komora itd.).

Aplikacija

Z rentgenskimi žarki lahko "razsvetlite" človeško telo, zaradi česar lahko dobite sliko kosti, s sodobnimi napravami pa notranjih organov (glej tudi rentgen). To izkorišča dejstvo, da ima element kalcij (Z=20), ki ga najdemo pretežno v kosteh, atomsko število, ki je veliko večje od atomskega števila elementov, ki sestavljajo mehka tkiva, namreč vodika (Z=1), ogljik (Z=6), dušik (Z=7), kisik (Z=8). Poleg običajnih naprav, ki zagotavljajo dvodimenzionalno projekcijo preučevanega predmeta, obstajajo računalniški tomografi, ki omogočajo pridobitev tridimenzionalne slike notranjih organov.

Odkrivanje napak na izdelkih (tirnice, zvari itd.) z uporabo rentgenskega sevanja imenujemo rentgenska preiskava napak.

V znanosti o materialih, kristalografiji, kemiji in biokemiji se rentgenski žarki uporabljajo za pojasnitev strukture snovi na atomski ravni z uporabo sipanja rentgenskih žarkov (rentgenska difrakcija). Znan primer je določanje strukture DNK.

Poleg tega lahko kemično sestavo snovi določimo z rentgenskimi žarki. V mikrosondi z elektronskim snopom (ali v elektronskem mikroskopu) je analizirana snov obsevana z elektroni, atomi pa so ionizirani in oddajajo karakteristično rentgensko sevanje. Namesto elektronov lahko uporabimo rentgenske žarke. Ta analitska metoda se imenuje rentgenska fluorescenčna analiza.

Na letališčih se aktivno uporabljajo rentgenski televizijski introskopi, ki omogočajo ogled vsebine ročne prtljage in prtljage, da bi vizualno zaznali nevarne predmete na zaslonu monitorja.

Rentgenska terapija je del radioterapije, ki zajema teorijo in prakso terapevtske uporabe rentgenskih žarkov, ki nastanejo pri napetosti na rentgenski cevi 20-60 kV in žariščni razdalji kože 3-7 cm. (obsevanje na kratke razdalje) ali pri napetosti 180-400 kV in žariščni razdalji kože 30-150 cm (zunanje obsevanje).

Rentgensko terapijo izvajamo predvsem pri površinskih tumorjih in pri nekaterih drugih boleznih, vključno s kožnimi (ultramehki Bucca rentgen).

[Uredi]

Naravni rentgenski žarki

Na Zemlji elektromagnetno sevanje v območju rentgenskih žarkov nastane kot posledica ionizacije atomov s sevanjem, ki nastane med radioaktivnim razpadom, kot posledica Comptonovega učinka sevanja gama, ki nastane med jedrskimi reakcijami, pa tudi s kozmičnim sevanjem. . Radioaktivni razpad povzroči tudi neposredno emisijo rentgenskih kvantov, če povzroči preureditev elektronske ovojnice razpadajočega atoma (na primer med zajemom elektronov). Rentgensko sevanje, ki se pojavlja na drugih nebesnih telesih, ne doseže zemeljskega površja, saj ga atmosfera popolnoma absorbira. Preučujejo ga satelitski rentgenski teleskopi, kot sta Chandra in XMM-Newton.