1. Detectarea razelor X

Primul premiu Nobel pentru fizică i-a fost acordat fizicianului german Wilhelm Röntgen pentru descoperirea în 1895 a unei radiații necunoscute la acea vreme, pe care el o numea raze X. Astăzi, razele X sau razele X sunt numite radiații electromagnetice cu unde scurte, cu o lungime de undă cuprinsă între aproximativ 10 -6 m (10 nm) și 10-12 m (10 -3 nm). Descoperirea razelor X oferă un impuls puternic dezvoltării fizicii și deschide oportunități largi pentru aplicarea practică a acestor radiații.

raze

Wilhelm Conrad Röntgen - Fizician german

2. Obținerea razelor X.

Razele X se obțin atunci când o țintă metalică este bombardată de electroni cu energie cinetică ridicată. În acest scop, așa-numitul. Tuburi cu raze X (Fig.10-1). Într-un tub de vid, doi electrozi sunt așezați unul față de celălalt - un fir de încălzire (catodul K) și o placă metalică (anod A), între care se aplică o tensiune ridicată (câteva zeci sau sute de kilovolți). Electronii sunt eliberați din firul încălzit, care este conectat la polul negativ al sursei de înaltă tensiune. Acestea sunt accelerate de câmpul electric și direcționate către placa metalică care servește drept țintă.

Când fasciculul de electroni interacționează cu ținta, apar două tipuri de raze X:

1. Radiografie de frânare. La impactul cu atomii substanței țintă, aproximativ 99% din energia cinetică a fasciculului de electroni este transformată în căldură și ținta este încălzită. Cu toate acestea, atunci când întâlnesc nuclee atomice în calea lor, unii dintre electroni încetinesc brusc (se mișcă cu o accelerație mare) și emit: energia cinetică a acestor electroni este transformată parțial sau complet în energie a radiației electromagnetice din regiunea razelor X. Această radiație se numește frânare și are un spectru continuu care nu depinde de tipul atomilor țintei, ci este determinată exclusiv de energia cinetică a electronilor. Spectrul de frânare a razelor X are o limită ascuțită de lungime de undă scurtă. Pe măsură ce crește tensiunea de accelerare aplicată tubului de raze X, limita lungimii de undă scade.

2. Radiații cu raze X caracteristice. La solicitări mari de accelerație din tubul de raze X, apare un alt tip de radiație, numită radiație caracteristică după excitația unei părți a țintei de către electronii care le bombardează. Este caracteristică acestor atomi, similar spectrelor de emisie optică ale monoatomicului diluat. gaze și vapori orice element chimic. Spectrul radiației caracteristice este liniar - este format din linii spectrale înguste cu intensitate mare (Fig.10-2), care sunt suprapuse spectrului continuu al radiației de frânare.

FIG. 10-2. Foto: http://www.referati.org

3. Difractia cu raze X

În 1912, fizicianul german Max von Laue a fundamentat teoretic posibilitatea ca cristalele, care sunt compuse din rânduri de atomi dispuse simetric, să poată fi folosite ca grătare de difracție pentru razele X. În FIG. 10-3 arată schematic metoda propusă de Laue pentru observarea difracției cu raze X. Un fascicul paralel de raze X de diferite lungimi de undă, care este de ordinul distanței dintre atomi, cade pe un cristal. După trecerea prin cristal, razele X sunt împărțite în fascicule individuale, care cad pe un film fotografic și creează un model de difracție compus din pete dispuse simetric. Aceste pete sunt rezultatul interferenței undelor secundare emise de un număr foarte mare de atomi dispuși simetric care acționează ca o rețea de difracție. Analizând locația petelor și intensitatea acestora, se obțin informații despre structura cristalului: modul în care sunt aranjați atomii și se determină distanța dintre ele. Această metodă de studiu a structurii interne a substanțelor se numește Analiza difracției cu raze X.

Structura aliajelor metalice, a compușilor organici și a obiectelor biologice cu structură periodică este, de asemenea, determinată de analiza modelelor de difracție a razelor X (de exemplu, molecule de ADN, hemoglobină etc.).

4. Aplicarea razelor X în medicină

Absorbția razelor X de către o substanță este diferită de absorbția luminii. De exemplu, sticla transparentă cu plumb absoarbe aproape complet razele X și este utilizată pentru a proteja cei care lucrează cu echipamente cu raze X. În schimb, ele trec cu o absorbție minimă prin folia de aluminiu, care este opacă la lumină. Diferite organe și țesuturi ale corpului uman absorb razele X în diferite grade: de exemplu, oasele și alte formațiuni care conțin calciu le absorb mai mult decât țesuturile moi, care este baza utilizării razelor X în medicină pentru a monitoriza internul uman. organe, oase, plămâni etc. (Fig. 10-4). Partea examinată a corpului este „iluminată” de raze X, care sunt parțial absorbite de acesta, iar razele transmise cad pe ecranul unui fluoroscop sau pe o casetă cu film fotografic. Pe ecran imaginea obiectelor care absorb Razele X sunt mai puternice (de exemplu, oasele) În tomografele computerizate cu raze X moderne, o rază îngustă de raze X rulează (scanează) strat cu strat al unei părți a corpului uman, iar imaginile straturilor individuale sunt obținute după procesarea computerizată a intensitatea radiației trecute prin ele.


FIG. 10-4. Fotografii: http://www.webcafe.bg

5. Acțiunea biologică a razelor X.

La fel ca radiațiile radioactive, razele X au o capacitate ionizantă (Fig. 10-5). Aceștia ionizează atomii și moleculele care alcătuiesc celulele vii, pe care se bazează acțiunea lor biologică. Radiația absorbită duce la modificări fizice ale celulelor, cum ar fi distrugerea moleculelor, încetarea enzimelor, ruperea cromozomilor și alte daune. Celulele care cresc cel mai rapid sunt cele mai sensibile la radiații. Prin urmare, razele X sunt utilizate în medicină pentru a distruge tumorile ale căror celule se înmulțesc mult mai repede decât celulele normale și sunt mai sensibile la radiațiile ionizante.