Pintu masukSinaran X-ray adalah pendek. Sifat asas sinaran X-ray
Ia dipancarkan dengan penyertaan elektron, berbeza dengan sinaran gamma, iaitu nuklear. Secara buatan, sinar-X dicipta dengan mempercepatkan zarah bercas dengan kuat dan oleh elektron yang berpindah dari satu tahap tenaga ke tahap tenaga yang lain, melepaskan kuantiti yang banyak tenaga. Peranti yang boleh digunakan ialah tiub sinar-X dan pemecut zarah bercas. Sumber semula jadinya ialah atom dan objek angkasa yang tidak stabil secara radioaktif.
Sejarah penemuan
Ia dibuat pada November 1895 oleh Roentgen, seorang saintis Jerman yang menemui kesan pendarfluor barium platinum sianida semasa operasi tiub sinar katod. Beliau menerangkan ciri-ciri sinar ini secara terperinci, termasuk keupayaannya untuk menembusi tisu hidup. Para saintis memanggil mereka X-ray nama "X-ray" berakar di Rusia kemudian.
Apakah ciri sinaran jenis ini?
Adalah logik bahawa ciri-ciri sinaran ini ditentukan oleh sifatnya. Gelombang elektromagnet ialah sinar-X. Sifat-sifatnya adalah seperti berikut:
Sinaran X-ray - bahaya
Sudah tentu, pada saat pembukaan dan selama bertahun-tahun selepas itu tiada siapa yang menyedari betapa bahayanya.
Di manakah X-ray digunakan?
- Ubat. Diagnostik sinar-X ialah "pemeriksaan" organisma hidup. Terapi sinar-X menjejaskan sel tumor.
- Sains. Penghabluran, kimia dan biokimia menggunakannya untuk mendedahkan struktur jirim.
- industri. Pengesanan kecacatan pada bahagian logam.
- Keselamatan. Peralatan X-ray digunakan untuk mengesan barang berbahaya dalam bagasi di lapangan terbang dan tempat lain.
Walaupun saintis hanya menemui kesan sinar-X bermula pada tahun 1890-an, aplikasi itu sinaran x-ray dalam perubatan untuk kuasa semula jadi ini berlalu dengan cepat. Hari ini, untuk manfaat manusia, sinaran elektromagnet sinar-X digunakan dalam bidang perubatan, akademik dan industri, serta untuk menjana tenaga elektrik.
Selain itu, sinaran mempunyai aplikasi yang berguna dalam bidang seperti pertanian, arkeologi, angkasa lepas, kerja penguatkuasaan undang-undang, geologi (termasuk perlombongan) dan banyak lagi aktiviti lain, malah kereta sedang dibangunkan menggunakan fenomena pembelahan nuklear.
Kegunaan perubatan sinar-X
DALAM institusi perubatan Doktor dan doktor gigi menggunakan pelbagai bahan dan prosedur nuklear untuk mendiagnosis, memantau dan merawat pelbagai proses metabolik dan penyakit dalam tubuh manusia. Akibatnya, prosedur perubatan menggunakan sinar telah menyelamatkan beribu-ribu nyawa dengan mengenal pasti dan merawat penyakit daripada hiperfungsi kelenjar tiroid kepada kanser tulang.
Prosedur perubatan yang paling biasa ini melibatkan penggunaan sinaran yang boleh melalui kulit kita. Apabila imej diambil, tulang dan struktur lain kita kelihatan mengeluarkan bayang-bayang kerana ia lebih padat daripada kulit kita, dan bayang-bayang ini boleh dikesan pada filem atau skrin monitor. Kesannya serupa dengan meletakkan pensel di antara sekeping kertas dan lampu. Bayangan pensel akan kelihatan pada sekeping kertas. Perbezaannya ialah sinaran tidak kelihatan, jadi elemen rakaman diperlukan, seperti filem fotografi. Ini membolehkan doktor dan doktor gigi menilai penggunaan sinar-X apabila melihat tulang patah atau masalah pergigian.
Penggunaan sinaran X-ray untuk tujuan perubatan
Penggunaan sinaran X-ray dengan cara yang disasarkan dalam tujuan perubatan bukan sahaja untuk pengesanan kerosakan. Apabila digunakan secara khusus, ia bertujuan untuk membunuh tisu kanser, mengurangkan saiz tumor, atau mengurangkan kesakitan. Sebagai contoh, iodin radioaktif (khususnya iodin-131) sering digunakan untuk merawat kanser tiroid, keadaan yang menjejaskan ramai orang.
Peranti yang menggunakan sifat ini juga bersambung ke komputer dan mengimbas, dipanggil: tomografi paksi terkira atau tomografi terkira.
Instrumen ini memberikan doktor imej berwarna yang menunjukkan garis besar dan butiran organ dalaman. Ini membantu doktor mengesan dan mengenal pasti tumor, keabnormalan saiz, atau masalah fisiologi atau organ fungsi lain.
Di samping itu, hospital dan pusat radiologi melaksanakan berjuta-juta prosedur setiap tahun. Dalam prosedur sedemikian, doktor melepaskan sedikit bahan radioaktif ke dalam badan pesakit untuk melihat beberapa organ dalaman, seperti pankreas, buah pinggang, tiroid, hati atau otak, untuk mendiagnosis keadaan klinikal.
X-ray ialah sejenis sinaran elektromagnet bertenaga tinggi. Ia digunakan secara aktif dalam pelbagai cabang perubatan.
Sinar-X ialah gelombang elektromagnet yang tenaga fotonnya pada skala gelombang elektromagnet berada di antara sinaran ultraungu dan sinaran gamma (dari ~10 eV hingga ~1 MeV), yang sepadan dengan panjang gelombang dari ~10^3 hingga ~10^−2 angstrom (daripada ~10^−7 hingga ~10^−12 m). Iaitu, ia adalah sinaran yang jauh lebih keras daripada cahaya yang boleh dilihat, iaitu pada skala ini antara sinaran ultraungu dan inframerah (“terma”).
Sempadan antara sinar-X dan sinaran gamma dibezakan secara bersyarat: julatnya bersilang, sinar gamma boleh mempunyai tenaga 1 keV. Ia berbeza dari segi asalnya: sinar gamma dipancarkan semasa proses yang berlaku dalam nukleus atom, manakala sinar-x dipancarkan semasa proses yang melibatkan elektron (kedua-duanya bebas dan yang terletak dalam kulit elektron atom). Pada masa yang sama, adalah mustahil untuk menentukan dari foton itu sendiri semasa proses apa yang timbul, iaitu, pembahagian ke dalam julat sinar-X dan gamma sebahagian besarnya sewenang-wenangnya.
Julat X-ray dibahagikan kepada "X-ray lembut" dan "keras". Sempadan di antara mereka terletak pada panjang gelombang 2 angstrom dan 6 keV tenaga.
Penjana sinar-X ialah tiub di mana vakum dicipta. Terdapat elektrod yang terletak di sana - katod, yang dikenakan caj negatif, dan anod bercas positif. Voltan di antara mereka adalah puluhan hingga ratusan kilovolt. Penjanaan foton sinar-X berlaku apabila elektron "dipetik" dari katod dan dari kelajuan tertinggi dipotong ke permukaan anod. Sinaran X-ray yang terhasil dipanggil "bremsstrahlung"; fotonnya mempunyai panjang gelombang yang berbeza.
Pada masa yang sama, foton spektrum ciri dihasilkan. Beberapa elektron dalam atom bahan anod teruja, iaitu, mereka bergerak ke orbit yang lebih tinggi, dan kemudian kembali ke keadaan normalnya, memancarkan foton dengan panjang gelombang tertentu. Dalam penjana standard, kedua-dua jenis sinaran X-ray dihasilkan.
Sejarah penemuan
Pada 8 November 1895, saintis Jerman Wilhelm Conrad Roentgen mendapati bahawa bahan tertentu mula bercahaya apabila terdedah kepada "sinar katod," iaitu aliran elektron yang dihasilkan oleh tiub sinar katod. Dia menjelaskan fenomena ini dengan pengaruh sinar-X tertentu - inilah cara radiasi ini kini dipanggil dalam banyak bahasa. Kemudian V.K. Roentgen mengkaji fenomena yang ditemuinya. Pada 22 Disember 1895, beliau memberikan laporan mengenai topik ini di Universiti Würzburg.
Kemudian ternyata sinaran X-ray telah diperhatikan lebih awal, tetapi kemudian fenomena yang berkaitan dengannya tidak diberikan sangat penting. Tiub sinar katod telah dicipta lama dahulu, tetapi sebelum V.K. Tiada siapa yang memberi banyak perhatian kepada sinar-X tentang menghitamkan plat fotografi berhampirannya, dsb. fenomena. Bahaya yang ditimbulkan oleh sinaran menembusi juga tidak diketahui.
Jenis dan kesannya pada badan
"X-ray" ialah jenis sinaran menembusi yang paling ringan. Pendedahan berlebihan kepada sinar-x lembut menyerupai kesan sinaran ultraungu, tetapi dalam bentuk yang lebih teruk. Luka melecur terbentuk pada kulit, tetapi kerosakannya lebih mendalam dan sembuh dengan lebih perlahan.
X-ray keras ialah sinaran mengion sepenuhnya yang boleh membawa kepada penyakit radiasi. X-ray quanta boleh memecahkan molekul protein yang membentuk tisu badan manusia, serta molekul DNA genom. Tetapi walaupun kuantum sinar-X memecah molekul air, ia tidak membuat perbezaan: dalam kes ini, radikal bebas H dan OH aktif secara kimia terbentuk, yang mampu menjejaskan protein dan DNA. Penyakit radiasi berlaku dalam bentuk yang lebih teruk, lebih banyak organ hematopoietik terjejas.
X-ray mempunyai aktiviti mutagenik dan karsinogenik. Ini bermakna kemungkinan mutasi spontan dalam sel semasa penyinaran meningkat, dan kadangkala sel yang sihat boleh merosot menjadi kanser. Kemungkinan peningkatan tumor malignan adalah akibat standard daripada sebarang pendedahan radiasi, termasuk sinar-X. X-ray adalah paling sedikit kelihatan berbahaya sinaran menembusi, tetapi ia masih boleh berbahaya.
Sinaran X-ray: aplikasi dan cara ia berfungsi
Sinaran X-ray digunakan dalam bidang perubatan, serta dalam bidang aktiviti manusia yang lain.
Fluoroskopi dan tomografi yang dikira
Penggunaan sinar-X yang paling biasa ialah fluoroskopi. "X-ray" badan manusia membolehkan anda mendapatkan imej terperinci kedua-dua tulang (ia kelihatan paling jelas) dan imej organ dalaman.
Ketelusan tisu badan yang berbeza dalam sinar-X dikaitkan dengan komposisi kimianya. Ciri-ciri struktur tulang ialah ia mengandungi banyak kalsium dan fosforus. Tisu lain terdiri terutamanya daripada karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen. Atom fosforus mempunyai berat hampir dua kali lebih banyak daripada atom oksigen, dan atom kalsium sebanyak 2.5 kali (karbon, nitrogen dan hidrogen adalah lebih ringan daripada oksigen). Dalam hal ini, penyerapan foton sinar-X dalam tulang adalah lebih tinggi.
Sebagai tambahan kepada "gambar gambar" dua dimensi, radiografi memungkinkan untuk mencipta imej tiga dimensi organ: radiografi jenis ini dipanggil tomografi berkomputer. Untuk tujuan ini, x-ray lembut digunakan. Jumlah sinaran yang diterima daripada satu foto adalah kecil: ia lebih kurang sama dengan sinaran yang diterima semasa penerbangan selama 2 jam dalam kapal terbang pada ketinggian 10 km.
Pengesanan kecacatan sinar-X membolehkan anda mengesan kecacatan dalaman kecil dalam produk. X-ray keras digunakan untuknya, kerana banyak bahan (logam, contohnya) adalah kurang "telus" kerana tinggi jisim atom bahan konstituen mereka.
Difraksi sinar-X dan analisis pendarfluor sinar-X
X-ray mempunyai sifat yang membolehkan mereka memeriksa atom individu secara terperinci. Analisis difraksi sinar-X digunakan secara aktif dalam kimia (termasuk biokimia) dan kristalografi. Prinsip operasinya ialah penyebaran difraksi sinar-X pada atom kristal atau molekul kompleks. Menggunakan analisis pembelauan sinar-X, struktur molekul DNA ditentukan.
Analisis pendarfluor sinar-X membolehkan anda menentukan dengan cepat komposisi kimia bahan.
Terdapat banyak bentuk radioterapi, tetapi semuanya melibatkan penggunaan sinaran mengion. Radioterapi terbahagi kepada 2 jenis: korpuskular dan gelombang. Korpuskular menggunakan fluks zarah alfa (nukleus atom helium), zarah beta (elektron), neutron, proton, dan ion berat. Gelombang menggunakan sinar spektrum elektromagnet - sinar-X dan gamma.
Kaedah radioterapi digunakan terutamanya untuk rawatan kanser. Hakikatnya ialah sinaran terutamanya memberi kesan kepada sel yang membahagikan secara aktif, itulah sebabnya organ hematopoietik menderita begitu banyak (sel mereka sentiasa membahagi, menghasilkan lebih banyak sel darah merah baru). Sel-sel kanser juga sentiasa membahagi dan lebih terdedah kepada radiasi daripada tisu yang sihat.
Tahap sinaran digunakan yang menyekat aktiviti sel kanser sambil memberi kesan sederhana pada sel yang sihat. Di bawah pengaruh sinaran, bukan pemusnahan sel seperti itu yang berlaku, tetapi kerosakan pada genom mereka - molekul DNA. Sel dengan genom yang dimusnahkan boleh wujud untuk beberapa waktu, tetapi tidak boleh membahagikan lagi, iaitu pertumbuhan tumor berhenti.
Terapi sinar-X adalah bentuk radioterapi yang paling ringan. Sinaran gelombang lebih lembut daripada sinaran korpuskular, dan sinar-x lebih lembut daripada sinaran gamma.
Semasa mengandung
Menggunakan sinaran mengion semasa mengandung adalah berbahaya. X-ray bersifat mutagenik dan boleh menyebabkan masalah pada janin. Terapi sinar-X tidak serasi dengan kehamilan: ia hanya boleh digunakan jika telah diputuskan untuk melakukan pengguguran. Sekatan pada fluoroskopi lebih ringan, tetapi pada bulan-bulan pertama ia juga dilarang sama sekali.
Jika benar-benar perlu, pemeriksaan sinar-X digantikan dengan pengimejan resonans magnetik. Tetapi pada trimester pertama mereka cuba mengelakkannya juga (kaedah ini muncul baru-baru ini, dan kita boleh mengatakan dengan pasti bahawa tidak ada akibat yang berbahaya).
Bahaya jelas timbul apabila terdedah kepada jumlah dos sekurang-kurangnya 1 mSv (dalam unit lama - 100 mR). Dengan x-ray mudah (contohnya, semasa menjalani fluorografi), pesakit menerima kira-kira 50 kali lebih sedikit. Untuk menerima dos sedemikian pada satu masa, anda perlu menjalani tomografi pengiraan terperinci.
Iaitu, fakta semata-mata "X-ray" 1-2 kali ganda pada peringkat awal kehamilan tidak mengancam akibat yang serius (tetapi lebih baik tidak mengambil risiko).
Rawatan dengannya
X-ray digunakan terutamanya dalam memerangi tumor malignan. Kaedah ini bagus kerana ia sangat berkesan: ia membunuh tumor. Adalah buruk kerana tisu yang sihat menjadi lebih baik dan terdapat banyak kesan sampingan. Organ hematopoietik amat bahaya.
Dalam amalan, pelbagai kaedah digunakan untuk mengurangkan kesan x-ray pada tisu yang sihat. Sinaran diarahkan pada sudut supaya tumor berada di kawasan persimpangan mereka (disebabkan ini, penyerapan tenaga utama berlaku di sana). Kadang-kadang prosedur dilakukan dalam gerakan: badan pesakit berputar relatif kepada sumber radiasi di sekitar paksi yang melalui tumor. Dalam kes ini, tisu yang sihat berada dalam zon penyinaran hanya sekali-sekala, dan tisu yang sakit sentiasa terdedah.
X-ray digunakan dalam rawatan arthrosis tertentu dan penyakit serupa, serta penyakit kulit. Dalam kes ini, sindrom kesakitan dikurangkan sebanyak 50-90%. Oleh kerana sinaran yang digunakan lebih lembut, kesan sampingan, sama seperti yang berlaku semasa rawatan tumor, tidak diperhatikan.
KULIAH
X-RAY
Sifat X-ray
Sinaran X-ray Bremsstrahlung, sifat spektrumnya.
Ciri sinaran X-ray (untuk rujukan).
Interaksi sinaran X-ray dengan jirim.
Asas fizikal penggunaan sinaran x-ray dalam perubatan.
X-ray (X - rays) ditemui oleh K. Roentgen, yang pada tahun 1895 menjadi pemenang Nobel pertama dalam fizik.
Sifat X-ray
sinaran X-ray – gelombang elektromagnet dengan panjang dari 80 hingga 10–5 nm. Sinaran sinar-X gelombang panjang bertindih oleh sinaran UV gelombang pendek, dan sinaran sinar-X gelombang pendek bertindih oleh sinaran gelombang panjang .
X-ray dihasilkan dalam tiub X-ray. Rajah.1.
K – katod
1 – rasuk elektron
2 – Sinaran X-ray
nasi. 1. Peranti tiub sinar-X.
Tiub itu ialah kelalang kaca (dengan vakum yang mungkin tinggi: tekanan di dalamnya adalah kira-kira 10–6 mmHg) dengan dua elektrod: anod A dan katod K, yang mana voltan tinggi U (beberapa ribu volt) digunakan. Katod adalah sumber elektron (disebabkan oleh fenomena pelepasan termionik). Anod ialah rod logam yang mempunyai permukaan condong untuk mengarahkan sinaran X-ray yang terhasil pada sudut ke paksi tiub. Ia diperbuat daripada bahan pengalir haba yang tinggi untuk menghilangkan haba yang dihasilkan oleh pengeboman elektron. Di hujung serong terdapat plat logam refraktori (contohnya, tungsten).
Pemanasan kuat anod adalah disebabkan oleh fakta bahawa majoriti elektron dalam rasuk katod, apabila mencapai anod, mengalami banyak perlanggaran dengan atom bahan dan memindahkan tenaga yang besar kepada mereka.
Di bawah pengaruh voltan tinggi, elektron yang dipancarkan oleh filamen katod panas dipercepatkan kepada tenaga tinggi. Tenaga kinetik elektron ialah mv 2/2. Ia sama dengan tenaga yang diperolehi semasa bergerak dalam medan elektrostatik tiub:
mv 2/2 = eU (1)
di mana m, e ialah jisim dan cas elektron, U ialah voltan pecutan.
Proses yang membawa kepada kemunculan sinaran sinar-X bremsstrahlung disebabkan oleh nyahpecutan sengit elektron dalam bahan anod oleh medan elektrostatik nukleus atom dan elektron atom.
Mekanisme kejadian boleh dibentangkan seperti berikut. Elektron yang bergerak ialah arus tertentu yang membentuk medan magnetnya sendiri. Memperlahankan elektron adalah penurunan dalam kekuatan arus dan, oleh itu, perubahan dalam aruhan medan magnet, yang akan menyebabkan kemunculan medan elektrik berselang-seli, i.e. penampilan gelombang elektromagnet.
Oleh itu, apabila zarah bercas terbang ke dalam jirim, ia menyahpecutan, kehilangan tenaga dan kelajuannya, dan memancarkan gelombang elektromagnet.
Sifat spektrum bremsstrahlung sinar-X .
Jadi, dalam kes nyahpecutan elektron dalam bahan anod, Sinaran X-ray Bremsstrahlung.
Spektrum sinar-X bremsstrahlung adalah berterusan. Sebabnya adalah seperti berikut.
Apabila elektron dinyahpecutan, sebahagian daripada tenaga pergi untuk memanaskan anod (E 1 = Q), bahagian lain untuk mencipta foton sinar-x (E 2 = hv), jika tidak, eU = hv + Q. Hubungan antara ini bahagian adalah rawak.
Oleh itu, spektrum bremsstrahlung sinar-X yang berterusan terbentuk disebabkan oleh nyahpecutan banyak elektron, setiap satu daripadanya memancarkan satu kuantum sinar-X hv (h) dengan nilai yang ditentukan dengan ketat. Besarnya kuantum ini berbeza untuk elektron yang berbeza. Kebergantungan fluks tenaga sinar-X pada panjang gelombang , i.e. Spektrum sinar-X ditunjukkan dalam Rajah 2.
Rajah.2. Spektrum sinar-X Bremsstrahlung: a) pada voltan berbeza U dalam tiub; b) pada suhu yang berbeza T katod.
Sinaran gelombang pendek (keras) mempunyai kuasa penembusan yang lebih besar daripada sinaran gelombang panjang (lembut). Sinaran lembut lebih kuat diserap oleh jirim.
Pada bahagian panjang gelombang pendek, spektrum berakhir secara tiba-tiba pada panjang gelombang tertentu m i n . Bremsstrahlung gelombang pendek sedemikian berlaku apabila tenaga yang diperolehi oleh elektron dalam medan pecutan ditukar sepenuhnya kepada tenaga foton (Q = 0):
eU = hv maks = hc/ min , min = hc/(eU), (2)
min (nm) = 1.23/UkV
Komposisi spektrum sinaran bergantung kepada voltan pada tiub sinar-X, dengan peningkatan voltan, nilai m i n beralih ke arah panjang gelombang pendek (Rajah 2a).
Apabila suhu T katod berubah, pelepasan elektron meningkat. Akibatnya, arus I dalam tiub meningkat, tetapi komposisi spektrum sinaran tidak berubah (Rajah 2b).
Aliran tenaga Ф bremsstrahlung adalah berkadar terus dengan kuasa dua voltan U antara anod dan katod, kekuatan semasa I dalam tiub dan nombor atom Z bahan anod:
Ф = kZU 2 I. (3)
di mana k = 10 –9 W/(V 2 A).
Sinaran sinar-X ciri (untuk rujukan).
Peningkatan voltan pada tiub sinar-X membawa kepada penampilan spektrum garisan terhadap latar belakang spektrum berterusan, yang sepadan dengan sinaran sinar-X ciri. Sinaran ini khusus untuk bahan anod.
Mekanisme kejadiannya adalah seperti berikut. Pada voltan tinggi, elektron dipercepatkan (dengan tenaga tinggi) menembusi jauh ke dalam atom dan mengetuk elektron dari lapisan dalamannya. hidup tempat duduk percuma elektron bergerak dari peringkat atas, mengakibatkan pancaran foton sinaran ciri.
Spektrum sinaran sinar-X ciri berbeza daripada spektrum optik.
- Keseragaman.
Keseragaman spektrum ciri adalah disebabkan oleh fakta bahawa lapisan elektronik dalaman atom yang berbeza adalah sama dan berbeza hanya secara bertenaga disebabkan oleh tindakan daya dari nukleus, yang meningkat dengan peningkatan nombor atom unsur. Oleh itu, spektrum ciri beralih ke arah frekuensi yang lebih tinggi dengan peningkatan cas nuklear. Ini telah disahkan secara eksperimen oleh seorang pekerja Roentgen - Moseley, yang mengukur frekuensi peralihan sinar-X untuk 33 elemen. Mereka menetapkan undang-undang.
UNDANG-UNDANG MOSLEY – Punca kuasa dua bagi frekuensi sinaran ciri ialah fungsi linear bagi nombor siri unsur:
= A (Z – B), (4)
di mana v ialah kekerapan garis spektrum, Z ialah nombor atom unsur pemancar. A, B ialah pemalar.
Kepentingan undang-undang Moseley terletak pada fakta bahawa dari pergantungan ini adalah mungkin untuk menentukan nombor atom unsur yang dikaji dengan tepat berdasarkan frekuensi diukur garis sinar-X. Ini memainkan peranan yang besar dalam penempatan unsur dalam jadual berkala.
Kebebasan daripada sebatian kimia.
Spektrum sinar-X ciri atom tidak bergantung pada sebatian kimia di mana atom unsur dimasukkan. Sebagai contoh, spektrum sinar-X bagi atom oksigen adalah sama untuk O 2, H 2 O, manakala spektrum optik bagi sebatian ini adalah berbeza. Ciri spektrum sinar-X atom ini berfungsi sebagai asas untuk nama " sinaran ciri".
Interaksi sinar-X dengan jirim
Kesan sinaran X-ray pada objek ditentukan oleh proses utama interaksi X-ray foton dengan elektron atom dan molekul jirim.
Sinaran X-ray dalam jirim diserap atau meresap. Dalam kes ini, pelbagai proses boleh berlaku, yang ditentukan oleh nisbah tenaga foton sinar-X hv dan tenaga pengionan A dan (tenaga pengionan A dan merupakan tenaga yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron dalaman di luar atom atau molekul) .
A) Penyebaran koheren(penyerakan sinaran gelombang panjang) berlaku apabila hubungan itu berpuas hati
Untuk foton, disebabkan oleh interaksi dengan elektron, hanya arah pergerakan berubah (Rajah 3a), tetapi tenaga hv dan panjang gelombang tidak berubah (oleh itu penyerakan ini dipanggil koheren). Oleh kerana tenaga foton dan atom tidak berubah, penyebaran koheren tidak menjejaskan objek biologi, tetapi apabila mencipta perlindungan terhadap sinaran X-ray, kemungkinan mengubah arah utama rasuk harus diambil kira.
b) Kesan foto berlaku apabila
Dalam kes ini, dua kes boleh direalisasikan.
Foton diserap, elektron dipisahkan daripada atom (Rajah 3b). Pengionan berlaku. Elektron yang terlepas memperoleh tenaga kinetik: E к = hv – A и. Jika tenaga kinetik tinggi, maka elektron boleh mengionkan atom jiran dengan perlanggaran, membentuk atom baru.
menengah elektron. Foton diserap, tetapi tenaganya tidak mencukupi untuk mengeluarkan elektron, dan
pengujaan atom atau molekul (Gamb. 3c). Ini selalunya membawa kepada pelepasan foton yang berikutnya di kawasan yang boleh dilihat (pencahayaan sinar-x), dan dalam tisu kepada pengaktifan molekul dan tindak balas fotokimia. Kesan fotoelektrik berlaku terutamanya pada elektron kulit dalaman atom Z tinggi.
V) Taburan yang tidak koheren), (Kesan Compton, 1922) berlaku apabila tenaga foton jauh lebih besar daripada tenaga pengionan
hv = hv" + A dan + E k.
Sinaran yang dihasilkan dengan frekuensi (panjang) yang berubah dipanggil menengah, ia tersebar ke semua arah.
Elektron mundur, jika mereka mempunyai tenaga kinetik yang mencukupi, boleh mengionkan atom jiran melalui perlanggaran. Oleh itu, akibat daripada penyerakan yang tidak koheren, sinaran sinar-X bertaburan sekunder terbentuk dan pengionan atom bahan berlaku.
Proses yang ditunjukkan (a, b, c) boleh menyebabkan beberapa proses berikutnya. Contohnya (Gamb. 3d), Jika, semasa kesan fotoelektrik, elektron pada kulit dalam dipisahkan daripada atom, maka elektron dengan lebih banyak tahap tinggi, yang disertai dengan sinaran sinar-X ciri sekunder bahan ini. Foton sinaran sekunder, berinteraksi dengan elektron atom jiran, boleh, seterusnya, menyebabkan fenomena sekunder.
serakan koheren
eh 
tenaga dan panjang gelombang kekal tidak berubah
kesan foto
foton diserap, e - dipisahkan daripada atom - pengionan
hv = A dan + E k
atom A teruja apabila penyerapan foton, R – pendaran sinar-X
hamburan yang tidak koheren
hv = hv"+A dan +E kepada
proses sekunder dalam kesan fotoelektrik
nasi. 3 Mekanisme interaksi sinaran X-ray dengan jirim
Asas fizikal penggunaan x-ray dalam perubatan
Apabila sinaran X-ray jatuh pada badan, ia dipantulkan sedikit dari permukaannya, tetapi terutamanya menembusi jauh ke dalamnya, manakala ia sebahagiannya diserap dan bertaburan, dan sebahagiannya melaluinya.
Hukum melemahkan.
Fluks sinar-X dilemahkan dalam bahan mengikut undang-undang:
Ф = Ф 0 e – x (6)
di mana – linear pekali pengecilan, yang amat bergantung kepada ketumpatan bahan. Dia sama dengan jumlah tiga sebutan sepadan dengan penyerakan koheren 1, tidak koheren 2 dan kesan fotoelektrik 3:
= 1 + 2 + 3 . (7)
Sumbangan setiap istilah ditentukan oleh tenaga foton. Di bawah ialah hubungan antara proses ini untuk tisu lembut (air).
|
Tenaga, keV |
Kesan foto |
Kesan Compton |
Nikmati pekali pengecilan jisim, yang tidak bergantung kepada ketumpatan bahan :
m = /. (8)
Pekali pengecilan jisim bergantung pada tenaga foton dan pada nombor atom bahan penyerap:
m = k 3 Z 3 . (9)
Pekali kelemahan jisim tulang dan tisu lembut (air) adalah berbeza: m tulang / m air = 68.
Sekiranya badan yang tidak homogen diletakkan di laluan sinar-x dan skrin pendarfluor diletakkan di hadapannya, maka badan ini, menyerap dan melemahkan sinaran, membentuk bayang-bayang pada skrin. Dengan sifat bayang-bayang ini seseorang boleh menilai bentuk, ketumpatan, struktur, dan dalam banyak kes sifat badan. Itu. Perbezaan ketara dalam penyerapan sinaran sinar-X oleh tisu yang berbeza membolehkan seseorang melihat imej organ dalaman dalam unjuran bayang-bayang.
Jika organ yang diperiksa dan tisu sekeliling sama-sama melemahkan sinaran x-ray, maka agen kontras digunakan. Sebagai contoh, setelah mengisi perut dan usus dengan jisim barium sulfat seperti bubur (BaS0 4), seseorang dapat melihat imej bayang-bayangnya (nisbah pekali pengecilan ialah 354).
Penggunaan dalam perubatan.
Dalam bidang perubatan, sinar-X digunakan dengan tenaga foton antara 60 hingga 100-120 keV untuk diagnostik dan 150-200 keV untuk terapi.
Diagnostik sinar-X – pengecaman penyakit menggunakan pemeriksaan X-ray badan.
Diagnostik sinar-X digunakan dalam pelbagai cara, yang diberikan di bawah.
Dengan fluoroskopi Tiub x-ray terletak di belakang pesakit. Di hadapannya adalah skrin pendarfluor. Imej bayangan (positif) diperhatikan pada skrin. Dalam setiap kes individu, kekerasan sinaran yang sesuai dipilih supaya ia melalui tisu lembut, tetapi cukup diserap oleh yang padat. Jika tidak, anda akan mendapat bayangan seragam. Pada skrin, jantung dan tulang rusuk kelihatan gelap, paru-paru terang.
Dengan radiografi objek diletakkan di atas kaset yang mengandungi filem dengan emulsi fotografi khas. Tiub sinar-X diletakkan di atas objek. Radiograf yang terhasil memberikan imej negatif, i.e. sebaliknya berbeza dengan gambar yang diperhatikan semasa transiluminasi.
Dalam kaedah ini, imej lebih jelas daripada dalam (1), jadi butiran diperhatikan yang sukar dilihat melalui penghantaran. Pilihan yang menjanjikan kaedah ini ialah x-ray tomografi dan "versi mesin" - komputer
3. tomografi. Dengan fluorografi,
Imej dari skrin besar ditangkap pada filem berformat kecil yang sensitif. Apabila melihat, gambar-gambar dilihat menggunakan pembesar khas. Terapi sinar-X
– penggunaan x-ray untuk memusnahkan tumor malignan.
Kesan biologi radiasi adalah untuk mengganggu fungsi penting, terutamanya sel yang membiak dengan cepat.
Kaedah tomografi pengiraan sinar-X adalah berdasarkan membina semula imej bahagian tertentu badan pesakit dengan merekodkan sejumlah besar unjuran sinar-X bahagian ini, dilakukan pada sudut yang berbeza. Maklumat daripada penderia yang merekodkan unjuran ini memasuki komputer, yang, menggunakan program khas, mengira pengedaran ketatsaiz sampel dalam bahagian di bawah kajian dan memaparkannya pada skrin paparan. Imej keratan rentas badan pesakit yang diperoleh dengan cara ini dicirikan oleh kejelasan yang sangat baik dan kandungan maklumat yang tinggi. Program ini membenarkan, jika perlu, bertambah kontras imej V berpuluh malah ratusan kali. Ini memperluaskan keupayaan diagnostik kaedah.
Juruvideo (peranti dengan pemprosesan imej X-ray digital) dalam pergigian moden.
Dalam pergigian, pemeriksaan X-ray adalah kaedah diagnostik utama. Walau bagaimanapun, beberapa ciri organisasi dan teknikal tradisional diagnostik x-ray menjadikannya tidak selesa sepenuhnya untuk kedua-dua klinik pesakit dan pergigian. Ini, pertama sekali, keperluan untuk sentuhan pesakit dengan sinaran mengion, yang sering menghasilkan beban sinaran yang ketara pada badan, ia juga merupakan keperluan untuk proses foto, dan oleh itu keperluan untuk fotoreagen, termasuk yang toksik. Ini, akhirnya, arkib besar, folder berat dan sampul surat dengan filem x-ray.
Di samping itu, tahap perkembangan pergigian semasa menjadikan penilaian subjektif radiograf oleh mata manusia tidak mencukupi. Ternyata, dari pelbagai warna nada kelabu terkandung dalam imej x-ray, mata hanya dapat melihat 64.
Adalah jelas bahawa untuk mendapatkan imej yang jelas dan terperinci mengenai tisu keras sistem dentofacial dengan pendedahan radiasi yang minimum, penyelesaian lain diperlukan. Pencarian membawa kepada penciptaan sistem radiografi yang dipanggil, videograf - sistem radiografi digital.
Tanpa butiran teknikal, prinsip operasi sistem sedemikian adalah seperti berikut. Sinaran sinar-X melalui objek bukan ke filem fotosensitif, tetapi ke sensor intraoral khas (matriks elektronik khas). Isyarat yang sepadan dari matriks dihantar ke peranti pendigitalan (penukar analog-ke-digital, ADC) yang disambungkan ke komputer, yang menukarnya ke dalam bentuk digital. Perisian khas mencipta imej X-ray pada skrin komputer dan membolehkan anda memprosesnya, menyimpannya pada medium storan keras atau fleksibel (pemacu keras, cakera liut) dan mencetaknya sebagai fail sebagai gambar.
Dalam sistem digital, imej x-ray ialah himpunan titik yang mempunyai perbezaan nilai digital penggredan nada kelabu. Pengoptimuman paparan maklumat yang disediakan oleh program memungkinkan untuk mendapatkan bingkai yang optimum dalam kecerahan dan kontras dengan dos sinaran yang agak rendah.
Dalam sistem moden, yang dicipta, sebagai contoh, oleh Trophy (Perancis) atau Schick (AS), 4096 warna kelabu digunakan semasa membentuk bingkai, masa pendedahan bergantung pada objek kajian dan, secara purata, adalah perseratus - persepuluh satu saat, mengurangkan pendedahan sinaran berhubung dengan filem - sehingga 90% untuk sistem intraoral, sehingga 70% untuk juruvideo panorama.
Semasa memproses imej, juruvideo boleh:
Terima imej positif dan negatif, imej warna palsu, imej pelepasan.
Tingkatkan kontras dan besarkan kawasan yang menarik dalam imej.
Menilai perubahan dalam ketumpatan tisu pergigian dan struktur tulang, memantau keseragaman pengisian saluran.
Dalam endodontik, tentukan panjang saluran sebarang kelengkungan, dan dalam pembedahan, pilih saiz implan dengan ketepatan 0.1 mm.
Sistem pengesan Karies yang unik dengan unsur kecerdasan buatan semasa menganalisis imej membolehkan anda mengesan karies pada peringkat spot, karies akar dan karies tersembunyi.
“Ф” dalam formula (3) merujuk kepada keseluruhan julat panjang gelombang yang dipancarkan dan sering dipanggil “Fluks tenaga bersepadu”.
Kementerian Pendidikan dan Sains Persekutuan Rusia
Agensi Pendidikan Persekutuan
SUSU Institusi Pendidikan Pengajian Tinggi Negeri
Jabatan Kimia Fizikal
mengikut kursus KSE: "X-ray"
Selesai:
Naumova Daria Gennadievna
Disemak:
Profesor Madya, K.T.N.
Tanklevskaya N.M.
Chelyabinsk 2010
pengenalan
Bab I. Penemuan sinar-X
resit
Interaksi dengan jirim
Kesan biologi
Pendaftaran
Permohonan
Bagaimana X-ray diambil
X-ray semulajadi
Bab II. X-ray
Permohonan
Kaedah pemerolehan imej
Faedah radiografi
Kelemahan radiografi
X-ray
Prinsip penerimaan
Kelebihan fluoroskopi
Kelemahan fluoroskopi
Teknologi digital dalam fluoroskopi
Kaedah pengimbasan berbilang talian
Kesimpulan
Senarai sastera terpakai
pengenalan
Sinar-X ialah gelombang elektromagnet, tenaga fotonnya ditentukan oleh julat tenaga daripada sinaran ultraungu kepada sinaran gamma, yang sepadan dengan julat panjang gelombang dari 10−4 hingga 10² Å (dari 10−14 hingga 10−8 m).
Seperti cahaya yang boleh dilihat, sinar-X menyebabkan filem fotografi menjadi hitam. Harta ini mempunyai penting untuk perubatan, industri dan penyelidikan saintifik. Melepasi objek yang dikaji dan kemudian jatuh ke atas filem fotografi, sinaran sinar-X menggambarkannya di atasnya. struktur dalaman. Memandangkan kuasa penembusan sinaran sinar-X berbeza-beza untuk bahan yang berbeza, bahagian objek yang kurang telus kepadanya menghasilkan kawasan yang lebih ringan dalam gambar berbanding yang melaluinya sinaran menembusi dengan baik. Oleh itu, tisu tulang kurang telus kepada x-ray berbanding tisu yang membentuk kulit dan organ dalaman. Oleh itu, pada x-ray, tulang akan kelihatan sebagai kawasan yang lebih ringan dan tapak patah, yang lebih telus kepada sinaran, dapat dikesan dengan mudah. X-ray juga digunakan dalam pergigian untuk mengesan karies dan abses pada akar gigi, dan dalam industri untuk mengesan keretakan pada tuangan, plastik dan getah.
X-ray digunakan dalam kimia untuk menganalisis sebatian dan dalam fizik untuk mengkaji struktur kristal. Rasuk sinar-X yang melalui sebatian kimia menghasilkan sinaran sekunder yang berciri, analisis spektroskopi yang membolehkan ahli kimia menentukan komposisi sebatian itu. Apabila jatuh pada bahan kristal, pancaran sinar-X bertaburan oleh atom-atom kristal, memberikan gambaran yang jelas dan teratur tentang bintik-bintik dan jalur pada plat fotografi, yang memungkinkan untuk mewujudkan struktur dalaman kristal.
Penggunaan sinar-X dalam rawatan kanser adalah berdasarkan fakta bahawa ia membunuh sel-sel kanser. Walau bagaimanapun, ia juga boleh memberi kesan yang tidak diingini pada sel normal. Oleh itu, berhati-hati yang melampau mesti dilakukan apabila menggunakan X-ray dengan cara ini.
Bab I. Penemuan sinar-X
Penemuan sinar-X dikaitkan dengan Wilhelm Conrad Roentgen. Dia adalah orang pertama yang menerbitkan kertas kerja tentang sinar-X, yang dipanggil sinar-x. Artikel Roentgen bertajuk "On a new type of rays" diterbitkan pada 28 Disember 1895 dalam jurnal Würzburg Physico-Medical Society. Walau bagaimanapun, ia dianggap sebagai terbukti bahawa X-ray telah diperoleh sebelum ini. Tiub sinar katod yang digunakan oleh Roentgen dalam eksperimennya telah dibangunkan oleh J. Hittorf dan W. Crookes. Apabila tiub ini beroperasi, sinar-X terhasil. Ini ditunjukkan dalam eksperimen Crookes dan, dari tahun 1892, dalam eksperimen Heinrich Hertz dan pelajarnya Philipp Lenard melalui penghitaman plat fotografi. Walau bagaimanapun, tiada seorang pun daripada mereka menyedari kepentingan penemuan mereka dan tidak menerbitkan keputusan mereka. Juga, Nikola Tesla, bermula pada tahun 1897, bereksperimen dengan tiub sinar katod, memperoleh sinar-X, tetapi tidak menerbitkan hasilnya.
Atas sebab ini, Roentgen tidak mengetahui tentang penemuan yang dibuat sebelum dia dan menemui sinar, kemudian dinamakan sempena namanya, secara bebas - apabila memerhatikan pendarfluor yang berlaku semasa operasi tiub sinar katod. Roentgen mempelajari sinar-X selama lebih sedikit setahun (dari 8 November 1895 hingga Mac 1897) dan menerbitkan hanya tiga artikel yang agak kecil tentangnya, tetapi mereka memberikan penerangan yang komprehensif tentang sinar baru yang beratus-ratus karya oleh pengikutnya, kemudian diterbitkan sepanjang 12 tahun, mereka tidak boleh menambah atau mengubah apa-apa yang penting. Roentgen, yang telah hilang minat terhadap X-ray, memberitahu rakan sekerjanya: "Saya sudah menulis segala-galanya, jangan buang masa anda." Kemasyhuran Roentgen juga datang dari gambar tangan isterinya yang terkenal, yang diterbitkan dalam artikelnya (lihat imej di sebelah kanan). Kemasyhuran sedemikian menjadikan Roentgen sebagai yang pertama Hadiah Nobel dalam fizik, dan jawatankuasa Nobel menekankan kepentingan praktikal penemuannya. Pada tahun 1896, nama "X-ray" digunakan buat kali pertama. Di sesetengah negara, nama lama kekal - X-ray. Di Rusia, sinar mula dipanggil "X-ray" atas cadangan pelajar V.K. X-ray - Abram Fedorovich Ioffe.
Kedudukan pada skala gelombang elektromagnet
Julat tenaga sinar-X dan sinar gamma bertindih pada julat tenaga yang luas. Kedua-dua jenis sinaran adalah sinaran elektromagnet dan, dengan tenaga foton yang sama, adalah setara. Perbezaan istilah terletak pada kaedah kejadian - sinar-X dipancarkan dengan penyertaan elektron (sama ada dalam atom atau bebas) manakala sinaran gamma dipancarkan dalam proses penyahujaan nukleus atom. Foton sinar-X mempunyai tenaga dari 100 eV hingga 250 keV, yang sepadan dengan sinaran dengan frekuensi dari 3 1016 Hz hingga 6 1019 Hz dan panjang gelombang 0.005 - 10 nm (tiada definisi yang diterima umum bagi had bawah julat sinar-x dalam skala panjang gelombang). X-ray lembut mempunyai tenaga foton dan frekuensi sinaran yang paling rendah (dan panjang gelombang terpanjang), manakala sinar-X keras mempunyai tenaga foton dan frekuensi sinaran yang paling tinggi (dan panjang gelombang terpendek).
(Gambar X-ray (x-ray) tangan isterinya, diambil oleh V.K. Roentgen)
)resit
Sinar-X timbul daripada pecutan kuat zarah bercas (terutamanya elektron) atau daripada peralihan tenaga tinggi dalam cengkerang elektronik atom atau molekul. Kedua-dua kesan digunakan dalam tiub sinar-X, di mana elektron yang dipancarkan oleh katod panas dipercepatkan (dalam kes ini, tiada sinar-X yang dipancarkan, kerana pecutan terlalu kecil) dan mengenai anod, di mana ia dinyahpecutan secara mendadak ( dalam kes ini, sinar-X dipancarkan: apa yang dipanggil bremsstrahlung) dan pada masa yang sama mengetuk keluar elektron dari kulit elektron dalam atom logam dari mana anod dibuat. Ruang kosong dalam cangkerang diduduki oleh elektron lain atom. Dalam kes ini, sinaran sinar-X dipancarkan dengan ciri tenaga tertentu bahan anod (sinarisasi ciri, frekuensi ditentukan oleh undang-undang Moseley:
,di mana Z ialah nombor atom unsur anod, A dan B ialah pemalar untuk nilai tertentu nombor kuantum utama n petala elektron). Pada masa ini, anod dibuat terutamanya daripada seramik, dan bahagian di mana elektron menyerang diperbuat daripada molibdenum. Semasa proses pecutan-penyahpecutan, hanya 1% daripada tenaga kinetik elektron masuk ke dalam sinaran sinar-x, 99% daripada tenaga ditukar kepada haba.
X-ray juga boleh dihasilkan pada pemecut zarah bercas. T.N. Sinaran synchrotron berlaku apabila pancaran zarah terpesong dalam medan magnet, menyebabkan mereka mengalami pecutan dalam arah yang berserenjang dengan gerakannya. Sinaran synchrotron mempunyai spektrum berterusan dengan had atas. Dengan parameter yang dipilih dengan sewajarnya (kekuatan medan magnet dan tenaga zarah), sinar-X juga boleh diperolehi dalam spektrum sinaran synchrotron.
Ilustrasi skematik tiub sinar-X. X - sinar-X, K - katod, A - anod (kadangkala dipanggil antikatod), C - sink haba, Uh - voltan filamen katod, Ua - voltan pecutan, Win - saluran masuk penyejukan air, Wout - alur keluar penyejuk air (lihat X- tiub sinar).
Interaksi dengan jirim
Indeks biasan hampir semua bahan untuk sinar-X berbeza sedikit daripada kesatuan. Akibat daripada ini adalah hakikat bahawa tiada bahan dari mana kanta X-ray boleh dibuat. Di samping itu, apabila kejadian pada permukaan secara berserenjang, sinar-X hampir tidak dipantulkan. Walaupun begitu, kaedah telah ditemui dalam optik sinar-X untuk membina elemen optik untuk sinar-X.
X-ray boleh menembusi jirim, dan pelbagai bahan Mereka diserap secara berbeza. Penyerapan sinar-X adalah sifat terpenting mereka dalam fotografi sinar-X. Keamatan sinar-X berkurangan secara eksponen bergantung pada laluan yang dilalui dalam lapisan penyerap (I = I0e-kd, di mana d ialah ketebalan lapisan, pekali k adalah berkadar dengan Z3λ3, Z ialah nombor atom unsur, λ ialah panjang gelombang).
Penyerapan berlaku sebagai hasil daripada penyerapan foto dan hamburan Compton:
Penyerapan foto difahamkan sebagai proses foton mengetuk elektron daripada kulit atom, yang memerlukan tenaga foton lebih besar daripada yang tertentu. nilai minimum. Jika kita menganggap kebarangkalian peristiwa penyerapan bergantung kepada tenaga foton, maka apabila tenaga tertentu dicapai, ia (kebarangkalian) meningkat secara mendadak kepada nilai maksimumnya. Untuk nilai tenaga yang lebih tinggi kebarangkalian berkurangan secara berterusan. Kerana pergantungan ini, mereka mengatakan bahawa terdapat had penyerapan. Tempat elektron tersingkir semasa tindakan penyerapan diambil oleh elektron lain, dan sinaran dengan tenaga foton yang lebih rendah dipancarkan, yang dipanggil. proses pendarfluor.