Razele X - esență și aplicații. Cum sunt descoperite, ce caracteristici au. Practici; ne pot face rău, modalități de a ne proteja

Raze X - pentru majoritatea dintre noi, această „magie” este legată de medicină. Razele X stau la baza unei importante metode de diagnostic care este de fapt folosită în toate domeniile medicinii.

Razele X în cauză permit detectarea acestora patologii ale aparatului locomotor, oaselor și țesuturilor moi. În esență - razele sunt un fascicul de unde electromagnetice direcționate care apar în timpul accelerării particulelor încărcate.

Ce sunt razele X?

Ce anume sunt razele X în cauză? Pur și simplu - sunt o formă de superputere a luminii obișnuite. Adică acestea sunt unde care se mișcă în linie dreaptă cu viteza luminii, dar au o energie enormă. Această energie le permite să pătrundă în materiale inaccesibile fasciculului de lumină standard.

  • Când pătrund într-o anumită materie, razele X trebuie să își deschidă drumul într-o mulțime de atomi - pentru a ieși din cealaltă parte. Principalul obstacol în calea razelor X îl reprezintă electronii. Cu cât atomii materialului iradiat conțin mai mulți electroni, cu atât este mai greu de pătruns și cu atât este consumată mai multă energie.
  • Pielea umană, de exemplu, este ușor permeabilă datorită conținutului ridicat de electroni cu conținut scăzut de carbon. Opusul este valabil pentru materialele ai căror constituenți sunt atomi cu mulți electroni. Acest lucru explică de ce și cum razele X pot fi blocate de plumb.

Definiție

Pentru a rezuma: razele X comentate sunt direcționate unde electromagnetice care apar într-un tub de vid. Apariția lor este rezultatul aplicării tensiunii ridicate - câteva mii de volți. Aceasta începe mișcarea particulelor încărcate de la anod la catod într-un circuit situat în tub.

care sunt
Iată cum arată producția schematică de raze X

Razele X sunt clasificate în spectrul electromagnetic dintre razele gamma și razele ultraviolete. Acesta este un tip de radiații ionizante care este periculos pentru organismele vii.

Cerere

Radiografia își găsește aplicația în medicament pentru prima dată acum o sută de ani. În zilele noastre, metodele de diagnosticare sunt multe și variate, dar peste tot în lume radiografii continuă să fie făcută cu milioane. De ce? Deoarece sunt printre cele mai utile instrumente pentru diagnostic și tratament.

  • Oasele și dinții, compuși în principal din calciu, blochează penetrarea razelor X prin ei. Pielea și țesuturile moi sunt materiale organice care conțin carbon, hidrogen, oxigen etc. Fiecare dintre aceste elemente are un număr atomic redus, adică. atomii săi conțin un număr mic de electroni - motiv pentru care razele X sunt ușor de pătruns în piele și țesuturile moi.
  • Pe raze X, ele sunt doar umbre în interiorul corpului uman - prin ele puteți recunoaște cu ușurință oasele rupte, dar și tumori și unele boli pulmonare, cum ar fi tuberculoza și emfizemul.

În ceea ce privește umbrele: o altă opțiune pentru aplicarea razelor X este în fluorografie. Această metodă implică fotofixarea imaginilor din umbră. Pacientul se află între sursa de radiație și un ecran special a cărui suprafață este realizată din iodură de cesiu. Sub influența razelor, elementul observat începe să strălucească. Organele interne reacționează cu diferite densități de umbre; fixate pe o astfel de imagine, pot prezenta zone cu modificări patologice ale inimii și plămânilor.

Unele organe din corpul uman nu au o structură densă și devin transparente sub influența razelor X. Ele nu apar pe raze X ca umbre dacă nu sunt umplute cu agent de contrast - astfel sunt intestinele, vezica urinară, rinichii. În astfel de cazuri, pacientul ia săruri de bariu pe cale orală sau i se injectează o soluție care conține iod: aceasta permite fixarea razelor X și o stare patologică.

O varietate de diagnostice cu raze X este tomografie computerizata. A fost dezvoltat în 1970 și este plasarea pacientului într-o cutie specială, unde este fotografiat întregul corp. Metoda diagnosticează procesele maligne la nivelul organelor și oaselor interne, inflamații acute și cronice, sângerări interne. În acest fel, pacientul este examinat și diagnosticat fără introducerea substanțelor de contrast.

Radiografie - primul laureat al Premiului Nobel; pentru descoperitor, razele X au fost o surpriză completă

Medicina nu este singurul domeniu în care sunt utilizate razele X. Așa cum o raze X ne poate scana corpul, tot așa este capabil a scana și arată ce purtăm în valize și genți. Acest lucru este important atunci când se controlează aeroporturile și frontierele; radiația recunoaște obiectele interzise, ​​cum ar fi armele de foc și armele de corp. Sunt realizate din materiale care blochează radiațiile și imaginile lor sunt afișate pe ecran.

Una dintre cele mai vechi aplicații ale razelor X este legată de studiul structura internă a materialelor. Când razele au fost îndreptate către cristale, atomii lor le-au împrăștiat și au creat o umbră virtuală a structurii interne. Acest lucru a permis oamenilor de știință să măsoare distanța dintre atomi. Această metodă științifică este cunoscută sub numele de cristalografie cu raze X sau difracție cu raze X. Această tehnologie a jucat un rol crucial în descoperirea structurii ADN-ului în anii 1950.

Detectare

În 1895 fizicianul german Wilhelm Roentgen a lucrat la un experiment cu un tub cu raze catodice - un recipient de sticlă în care un fascicul de electroni luminează o suprafață fluorescentă. Omul de știință a înfășurat tubul cu carton pentru a preveni „scurgerea” luminii fluorescente. După un timp, însă, a observat că un alt ecran din afara tubului a început să strălucească. Pe scurt, unele raze invizibile trecuseră prin sticlă și carton și apăruseră pe ecranul exterior.

Razele X nu aveau nicio explicație pentru ce erau razele de lumină; întrucât nu le cunoștea natura, a decis să le numească „raze X”. De fapt, datorită acestei descoperiri a primit primul premiu Nobel din istorie în 1901.

Proprietăți de raze X

Razele X sunt în esență invizibile. Dar tocmai aceste raze invizibile au o aplicație extrem de activă în medicină, cercetare, în practică - în special în ingineria mecanică. Cu toate acestea, pentru a le aplica, a fost necesar să le studiem proprietățile. Iată ce cunoștințe a ajuns umanitatea în această direcție după îndelungate cercetări:

Consultați aceste postări similare și similare înainte de a continua să citiți mai jos:

Tipuri de raze X

Deci: razele X - acestea sunt unde electromagnetice și particule încărcate care pot fi clasificate în funcție de natura originii, scopul, construcția, tipul de anod. Vedeți cum pot fi clasificate tipurile de radiații:

Surse de raze X

Sursa principală de raze X este tubul de vid, în care sunt poziționați anodul și catodul. Când catodul este încălzit, se formează un flux de electroni, care este accelerat în detrimentul câmpului electromagnetic generat. Este direcționat și lovește suprafața anodului.

De-a lungul anilor, examinările cu raze X s-au îmbunătățit

Sunt echipate cu astfel de dispozitive Mașini cu raze X, al cărui scop funcțional este studiul țesuturilor moi și a elementelor sistemului musculo-scheletic al omului. În condiții de laborator, sursa de raze X poate fi lămpile speciale care sunt utilizate pentru a efectua reacții biochimice prin fluorescență.

În plus față de dispozitivele artificiale pentru primirea razelor X medicale, există și surse naturale de raze X.. Acestea pot fi:

  • Metale radioactive în descompunere;
  • Obiecte cosmice care au trecut prin straturile dense ale atmosferei și au aterizat pe suprafața pământului;
  • Minerale și minerale care conțin impurități ale metalelor radioactive.

Sursele naturale de unde electromagnetice cu raze X sunt extrem de rare în mediu; frecvența radiației lor este semnificativ mai mică decât în ​​cea creată artificial de tubul de vid cu anodii și catodii săi.

Caracteristici

Razele X sunt un fenomen fizic; se caracterizează prin mișcarea unui fascicul de raze, ieșind dintr-un tub de vid pentru un anumit timp. În acest sens, undele electromagnetice pot avea caracteristici fizice specifice. Acolo sunt ei:

Intensitate

Această caracteristică a radiației este măsurată în miliamperi. De fapt, intensitatea razelor X - aceasta este cantitatea de raze care se formează la interacțiunea catodului și a anodului în tubul de vid. Fiecare electron, care cade pe anod, reproduce una sau mai multe particule de lumină - cuantă. În acest sens, intensitatea radiației este reglată prin controlul cantității de electroni direcționați către catod.

Aceasta este o caracteristică calitativă a razelor X. Se măsoară în kilovolți și depinde de valorile tensiunea electrostatică din tubul de vid. Forța determină gradul de penetrare a radiațiilor în structura țesuturilor sau a obiectelor dense. Poate fi reglat de un transformator, care mărește sau scade tensiunea din conductă.

Razele X în fizică

Razele X, așa cum am menționat deja, sunt tip de oscilații electromagnetice. Se formează într-un tub cu raze X atunci când electronii accelerați se opresc brusc; acest lucru se întâmplă atunci când se ciocnesc cu atomii substanței anodice. Razele X sunt considerate a fi unul dintre tipurile de energii radiante al căror spectru include și unde radio, razele infraroșii și ultraviolete, lumina vizibilă și razele gamma ale elementelor radioactive.

Razele X pot fi, de asemenea, caracterizate ca o colecție de cele mai mici particule, cuante sau fotoni.

Cum sunt obținute?

A rezuma: Razele X se formează atunci când fluxul de electroni accelerați se ciocnește cu substanța anodului. Când electronii interacționează cu ținta, 99% din energia lor cinetică este transformată în căldură și doar un procent în raze X.

Tubul cu raze X este format dintr-un balon de sticlă în care sunt poziționați doi electrozi - anod și catod. Aerul este extras din balon; mișcarea electronilor de la catod la anod este posibilă numai în condiții de vid relativ.

Pe catod există o bobină de tungsten; când se aplică un curent electric, electronii sunt eliberați din acesta, care formează ceva ca un nor în jurul catodului.

Lucrul cu un aparat cu raze X necesită profesionalism și respectarea regulilor de radioprotecție

Anodul la rândul său, este echipat cu o placă de tungsten pe care trebuie să se concentreze electronii accelerați. Acesta este și mecanismul de formare a razelor X. Trebuie să menționăm, de asemenea, că două transformatoare sunt conectate la conductă: step-down și step-up. Descărcarea încălzește bobina de tungsten și creează emisia de electroni. Amplificatorul accelerează norul de electroni, ale cărui particule bombardează anodul și creează raze X și căldură.

Clasificarea tuburilor cu raze X

Conform scopului:

  • Diagnostic;
  • Terapeutic;
  • Pentru analiza structurală;
  • Pentru iluminat.

Conform construcției:

  • În funcție de numărul de trucuri - focalizare unică, adică cu o bobină de tungsten la catod și un punct focal la anod; cu două focare, adică cu două spirale la două puncte focale;
  • În funcție de tipul de anod - staționar/fix, sau rotativ/rotativ.

Lungime de undă

Razele X diferă de alte tipuri de oscilații electromagnetice în lungimea de undă și energia cuantică. Cu cât lungimea este mai mică, cu atât frecvența, energia și puterea sa de penetrare sunt mai mari.

  • Lungimea de undă a razelor X este cuprinsă între 1,5–3 × 10 minus nanometrul de gradul trei. Prin schimbarea lungimii de undă a razelor X, putem regla capacitatea lor de penetrare.
  • Razele X au o lungime de undă extrem de scurtă, dar o frecvență uriașă a oscilațiilor; acest lucru îi face invizibili pentru ochii omului. Datorită capacității lor mari de pătrundere, au aplicații în medicină și în alte domenii ale științei.

difracție cu raze X

Difracția cu raze X sau împrăștierea pot fi observate dacă sunt direcționate, de exemplu, către un cristal. Pe măsură ce trece prin cristal, fluxul de raze se împarte în fascicule mai mici. Căzând pe un film foto, ei creează o imagine, o umbră virtuală a structurii interne a cristalului. Astfel, structura obiectului studiat devine vizibilă și permite studierea. Metoda este cunoscută sub numele de difracție cu raze X.

În medicină

Primele aparate cu raze X permit studierea, mai presus de toate, a structurii țesutului osos, pentru a identifica patologiile și leziunile. Îmbunătățirea tehnologiilor scurtează timpul de iradiere, permite fotofixări de calitate sau raze X.

Examinări cu raze X

Radiografia și fluorografia sunt principalele studii care utilizează efectele radiațiilor asupra zonelor corpului uman. Odată cu dezvoltarea științei, a devenit posibil să se studieze nu numai oasele, ci și țesuturile moi; în unele cazuri - cu ajutorul substanțelor de contrast. O metodă modernă de examinare este tomografia computerizată (pentru detalii privind razele X, vezi mai sus, în „Aplicarea razelor X”).

Sunt periculoase?

Razele X sunt sigure pentru corpul uman dacă sursa de radiație este situată la o distanță focală de 30-150 cm de piele și cu condiția ca tensiunea din tubul de vid să fie cuprinsă între 180-400 KW.

Acești indicatori sunt tipici pentru dispozitivele cu raze X și fluorografice la momentul lucrării și fotofixarea zonelor corpului. Radioterapia utilizează unde electromagnetice, care sunt produse la o tensiune de 20-6 KW și o distanță focală de la suprafața pielii de 3-7 cm.

Protecție cu raze X

Deoarece dozele excesive de raze X perturbă funcțiile celulelor epiteliale și afectează țesuturile organelor interne, trebuie respectate reguli speciale și măsuri de protecție împotriva radiațiilor ionizante. Aici sunt ei:

  • Placă de filtrare: plasată la ieșirea tubului de vid pentru a absorbi așa-numitul raze moi care dăunează pielii;
  • Manta de protecție din cauciuc și plăci de plumb - nu transmit radiații ionizante. Îmbrăcămintea de protecție este destinată operatorului aparatului, medicului sau asistentului de laborator. O astfel de acoperire poate acoperi părțile corpului pacientului care nu sunt supuse examinării sau tratamentului;
  • Tub metalic - fixat pe tubul de vid pentru a controla fasciculele de raze X și pentru a preveni ionizarea haotică;
  • Sticlă de plumb - amplasată pe suprafața frontală a ecranului pentru a proteja corpul de cantități excesive de tratament ionizant;
  • Ecran mobil cu plăci de plumb încorporate, care este folosit ca o barieră mobilă împotriva radiațiilor în exces; dimensiunile sale standard sunt de un metru și jumătate înălțime și un metru lățime.

Utilizarea mijloacelor enumerate este destinată protecției împotriva razelor X și este o condiție obligatorie pentru menținerea sănătății radiologului. Nivelul permis de radiații, care nu este periculos pentru sănătate și nu are consecințe negative, este de 0,03 raze X pe zi.

Acțiune biologică

Razele X au un efect biologic pronunțat asupra țesuturilor și organelor iradiate: în doze mici stimulează metabolismul, iar în doze mari poate provoca leziuni tisulare sau boli de radiații. Proprietățile razelor X le fac un instrument eficient pentru tratamentul tumorilor și a altor patologii.

În arheologie

Puterea mare de penetrare a razelor X permite controlul neinvaziv și studiul diferitelor descoperiri arheologice. Majoritatea sunt unice; singura modalitate de a le examina fără a le deteriora este prin raze X. Sunt utilizate diferite metode, cum ar fi măsurarea difracției, analiza fluorescenței cu raze X și examinarea prin radiație sincrotronă. În acest fel, pot fi stabilite detalii despre crearea anumitor artefacte, datate, pot fi stabilite legături etc.