Природа рентгеновского излучения. Устройство рентгеновских трубок и простейших рентгеновских аппаратов.

Природа рентгеновских лучей аналогична природе радиоволн, видимого света, инфракрасных, ультрафиолетовых и гамма-лучей. Различие этих видов лучистой энергии состоит только в условиях их получения и в их свойствах.Рентгеновское излучение – это вид электромагнитных колебаний, возникающих при резком торможении ускоренных электронов в момент их столкновения с атомами вещества анода рентгеновской трубки. Так как рентгеновские лучи возникают при бомбардировке твердой поверхности потоком быстрых электронов, то для их получения необходимо устройство, которое бы обеспечивало получение свободных электронов, ускорение этих электронов, резкое торможение ускоренных электронов препятствием из твердого вещества.Таким устройством является электронная рентгеновская трубка, которая была предложена в 1913 г. Кулиджем и целиком заменила используемые ранее ионные трубки, в которых электронный поток получали путем бомбардировки «холодного катода» положительными ионами, находящимися в трубке.

Рентгеновский излучатель, или трубка, представляет собой электровакуумный прибор, преобразующий электрическую энергию в энергию рентгеновского излучения. Любая рентгеновская трубка состоит из стеклянного баллона с высокой степенью разряжения (до 7—10 мм рт. ст.), в котором расположены 2 электрода – катод и анод. Катод рентгеновского излучателя представляет собой вольфрамовую спираль линейной формы, накаливающуюся током низкого напряжения. По числу нитей катода все трубки делятся на двухфокусные и однофокусные.

Анод может быть выполнен в виде массивного медного стержня со скошенной рабочей поверхностью, в которую вмонтирована пластина (зеркало) из тугоплавкого металла. Чаще всего это вольфрам, реже тантал или иридий. Данный вид анода называется «неподвижным». Стремление увеличить мощность рентгеновской трубки, сохранив или даже уменьшив величину оптического фокуса, привело к созданию трубок с вращающимся анодом. Анод в этом случае имеет вид вольфрамового диска диаметром 80—100 мм, толщиной 4–5 мм. Катод смещен таким образом, что электронный луч ударяет о скошенный край анодного диска, вращающегося со скоростью 3000–9000 об/мин. Ротор двигателя, вращающего анод, укреплен на подшипниках, впаянных в колбу трубки, а статор расположен вне колбы – в кожухе трубки. В трубках с подвижным анодом электронный луч соприкасается с подвижной поверхностью большой площади. Рентгеновская трубка обязательно заключается в стальной защитный кожух, заполненный минеральным маслом и имеющий выходное отверстие для рабочего пучка, закрытое пластиковой пробкой. По концам кожуха расположены цилиндрические гнезда для подсоединения высоковольтных проводов.

Нить накала катода разогревается и испускает электронное облачко. Ускорение излученных катодом электронов происходит в электрическом поле, образующемся в результате высокого напряжения, созданного между катодом и анодом; в результате электроны устремляются к аноду. Резкое торможение электронов происходит автоматически, так как свободные электроны, испускаемые катодом, после ускорения в электрическом поле попадают на анод трубки. При столкновении электронов с анодом в результате резкого торможения происходит превращение кинетической энергии электронов в тепловую энергию и энергию рентгеновского излучения.

60. Спектр рентгеновского излучения. Применение рентгеновских аппаратов в медицине.
РЕНТГЕНОВСКИЕ СПЕКТРЫ - спектры испускания (эмиссионные Р. с.) и поглощения (абсорбционные Р. с.) рентгеновского излучения. В зависимости от механизма возбуждения рентг. излучения, от излучающей системы Р. с. могут быть непрерывными или линейчатыми. Линейчатый Р. с. испускают атомы и ионы после ионизации их внутр. оболочек при последующем заполнении образовавшихся вакансий; такой Р. е. наз. характеристическим, т. к. однозначно характеризует излучаемый атом. Непрерывным является тормозной Р. с.,спектр синхротронного излучения или ондуляторного излучения в рентг. диапазоне. Чаще всего исследуют Р. с. твёрдых тел, возбуждаемые рентгеновской трубкой. Большой интерес представляет изучение Р. с. многозарядных ионов и плазмы. Для получения и исследования Р. с. применяют спектрометры 2 типов: спектрометры с диспергирующим элементом - кристаллом-анализатором или дифракц. решёткой (т. н. волновая дисперсия) и спектрометры на основе пропорц. детектора и амплитудного анализатора импульсов

Рентгенография применяется для диагностики: Рентгенологическое исследование (далее РИ) органов позволяет уточнить форму данных органов, их положение, тонус, перистальтику, состояние рельефа слизистой оболочки.

РИ желудка и двенадцатиперстной кишки (дуоденография) важно для распознавания гастрита, язвенных поражений и опухолей.

РИ желчного пузыря (холецистография) и желчевыводящих путей (холеграфия) проводят для оценки контуров, размеров, просвета внутри- и внепеченочных желчных протоков, наличие или отсутствие конкрементов, уточняют концентрационную и сократительную функции желчного пузыря.

РИ толстой кишки (ирригоскопия) применяется для распознавания опухолей, полипов, дивертикулов и кишечной непроходимости.

 

60. Рентгеновское излучение — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10−2 до 103 Å (от 10−12 до 10−7 м).

При помощи рентгеновских лучей можно «просветить» человеческое тело, в результате чего можно получить изображение костей, а в современных приборах и внутренних органов. Кроме обычных приборов, которые дают двумерную проекцию исследуемого объекта, существуют компьютерные томографы, которые позволяют получать объёмное изображение внутренних органов.

Рентгенотерапия — раздел лучевой терапии, охватывающий теорию и практику лечебного применения рентгеновских лучей. Рентгенотерапию проводят преимущественно при поверхностно расположенных опухолях и при некоторых других заболеваниях, в том числе заболеваниях кожи

Рентгеновская компьютерная томография (РКТ)— томографический метод исследования внутренних органов человека с использованием рентгеновского излучения. 1ый РКТ был разработан группой английских инженеров под руководством Хаунсфильда, и 1ые результаты были получены в 1973.

Точечный источник и приемник рентг. изл-ия расположены друг против друга. Рентг.изл-ия при распространение через ткани меняет свой спектральный состав.

Применение не подвижного блока детектора дает возможность сократить время сканирования до 1 сек. Обследование дорогое.

62. Когерентное(КЛАССИЧЕСКОЕ) рассеяние - рассеяние длинноволнового рентгеновского излучения происходит в основном без изменения длины волны. Возникает, если энергия фотона меньше энергии ионизации: hν<AИ

Так как в этом случае энергия фотона рентгеновского изл-ия и атома не изменяется, то когерентное рассеяние само по себе не вызывает биологического действия. Но при создание защиты от рентгеновского изл-ия следует учитывать возможность изменения направления первичного пучка. Этот вид взаимодействия имеет значение для рентгеноструктурного анализа.

Некогерентное рассеяние – рассеяние рентгеновского изл-ия с изменением длинны волны, а само явление наз-ся эффект Комптона. Возникает если энергия фотона рентгеновского изл-ия больше энергии связи электрона в атоме(энергии ионизации): hν>AИ

Это явление обусловлено тем, что при взаимодействии с атомом энергия hν фотона расходится на образования нового рассеянного фотона рентгеновского изл-ия с энергией hν’, на отрыв электрона от атома (энергия ионизации AИ) и сообщение электрону кинетической энергии ЕК.: hν=hν’+ AИ +ЕК

Фотоэффекты. При фотоэффекте рентгеновские изл-ия поглощаются атомом, в результате чего выделяются электроны из глубоких оболочек атома. Если энергия фотона не достаточно для ионизации, то фотоэффект может проявляться в возбуждении атомов без вылетов электрона.

(§ 26.3)

 

Радиоактивность – самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер или элементарных частиц. Хар-ый признак - самопроизвольность(спонтанность) этого процесса. Различают естественную и искусственную радиоактивность.

Естест-ая радиоакт-ть встречается у неустойчивых ядер, сущ-ет в природных условиях. Иск-ая образована в результате различных ядерных реакций. Принципиального различия м/у ними нет, им присущи общие закономерности.

Альфа-распад состоит в самопроизвольном превращении одного ядра в другое ядро с испусканием α-частицы(ядро атома гелия 2Не)

ZAX --> A-4Z-2 Y+42 α

Бета-распад заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона. Различают три вида β-распада.

1. электронный, или β— -распад проявляется в вылете из ядра β—-частицы(электрона). Энергия

β—-частиц принимают всевозможные значения от0 до Emax, спектр энергии сплошной.

Схема β—-распада с учетом правил смещения

ZAX à Z+1 AY + -10β + v ̃

v ̃ – антинейтрино

примером может быть превращение трития в гелий. При β—-распаде электрон образуется вследствие внутриядерного превращения нейтрона в протон

2. позитронный, или β+-распад. Схема β+-распада

 

ZAX à Z - 1 AY + +10β +v

v – нейтрино. Пример превращение рубидия в криптон. При β+-распаде позитрон образуется вследствие внутриядерного превращение протона в нейтрон.

3. электронный, или е-захват. Схема: ZA X+ -10β à Z-1AY+ν. Пример превращение бериллия в литий. Этот вид радиоактивности заключается в захвате ядер одного из внутренних электронов атома, в результате чего протон ядра превращается в нейтрон.

При β-распаде возможно возникновение ϒ-излечения (§26.2)

Закон радиактивного распада: N=N0e-λt

λ- постоянная распада

N-обще ечисло радиоактивных ядер

N0- НАЧАЛЬНОЕ ЧИСЛО РАДИОАКТИВНЫХ ЯДЕР

На практике вместо постоянного распада используют период полураспада Т – это время, в течении которого распадается половина радиоактивных ядер. Это понтие пременимо к достаточно большому числу ядер. Связь между Т и λ: Т≈0,69/λ

Активность А – скорость распада

[A]=беккерель(Бк)= кюри(Ки)= резерфорд(Рд)

1Ки=3,7*1010Бк=3,7*1010 с –

1Рд=106Бк=106с – (§27.2)

 

64. ионизирующие изл-ие – потоки частиц и электромагнитных квантов, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул. Ионизирующими изл-ем явл-ся рентгеновские излучения и ϒ-изл-ия, потоки α-частиц, электронов, позитронов, протонов и нейтронов.

Наличие ионизирующего излучения, способно оказать вредное воздействие на исследуемый организм. Ионизирующее излучение, воздействуя на живой организм, вызывает в нем цепочку обратимых и необратимых изменений, которые приводят к тем или иным биологическим последствиям, зависящим от величины воздействия и условий облучения.