Рентгенологічні методи дослідження
1. Поняття рентгенівського випромінювання
рентгенівського випромінювання називають електромагнітні хвилі з довжиною приблизно від 80 до 10 ~ 5 нм. Найбільш довгохвильове рентгенівське випромінювання перекривається короткохвильовим ультрафіолетовим, короткохвильове - довгохвильовим Y-випромінюванням. За способом збудження рентгенівське випромінювання поділяють на гальмівне і характеристичне.
Найбільш поширеним джерелом рентгенівського випромінювання є рентгенівська трубка, яка являє собою двухелектродний вакуумний прилад. Подогревним катод випускає електрони. Анод, званий часто антикатоді, має похилу поверхню, для того щоб направити виникаюче рентгенівське випромінювання під кутом до осі трубки. Анод виготовлений з добре теплопровідних матеріалу для відведення теплоти, що утворюється при ударі електронів. Поверхню анода виконана з тугоплавких матеріалів, що мають великий порядковий номер атома в таблиці Менделєєва, наприклад з вольфраму. В окремих випадках анод спеціально охолоджують водою або маслом.
Для діагностичних трубок важлива точечность джерела рентгенівських променів, чого можна досягти, фокусуючи електрони в одному місці антикатода. Тому конструктивно доводиться враховувати дві протилежні завдання: з одного боку, електрони повинні потрапляти на одне місце анода, з іншого боку, щоб не допустити перегріву, бажано розподіл електронів з різних ділянок анода. В якості одного з найцікавіших технічних рішень є рентгенівська, трубка з обертовим анодом. В результаті гальмування електрона (чи іншої зарядженої частинки) електростатичним полем атомного ядра і атомарних електронів речовини антикатода виникає гальмівне рентгенівське випромінювання. Механізм його можна пояснити наступним чином. З рухомим електричним зарядом пов'язано магнітне поле, індукція якого залежить від швидкості електрона. При гальмуванні зменшується магнітна індукція і в Відповідно до теорії Максвелла з'являється електромагнітна хвиля.
При гальмуванні електронів лише частина енергії йде на створення фотона рентгенівського випромінювання, інша частина витрачається на нагрівання анода. Так як співвідношення між цими частинами випадково, то при гальмуванні великого кількості електронів утворюється неперервний спектр рентгенівського випромінювання. В зв'язку з цим гальмівне випромінювання називають також і суцільним.
У кожному з спектрів найбільш короткохвильове гальмівне випромінювання виникає тоді, коли енергія, придбана електроном в ускоряющем поле, повністю переходить в енергію фотона.
Короткохвильове рентгенівське випромінювання, зазвичай, має більшою проникаючою здатністю, ніж довгохвильове, і називається жорстким, а довгохвильове - м'яким. Збільшуючи напруга на рентгенівській трубці, змінюють спектральний склад випромінювання. Якщо збільшити температуру розжарення катода, то зростуть емісія електронів і сила струму в трубці. Це призведе до збільшення числа фотонів рентгенівського випромінювання, що випускаються кожну секунду. Спектральний склад його не зміниться. Збільшуючи напругу на рентгенівській трубці, можна помітити на тлі суцільного спектра поява лінійчатого, який відповідає характеристичного рентгенівського випромінювання. Він виникає внаслідок того, що прискорені електрони проникають всередину атома і з внутрішніх шарів вибивають електрони. На вільні місця переходять електрони з верхніх рівнів, в результаті висвічуються фотони характеристичного випромінювання. На відміну від оптичних спектрів характеристичні рентгенівські спектри різних атомів однотипні. Однотипність цих спектрів обумовлена ​​тим, що внутрішні шари у різних атомів однакові і відрізняються лише енергетично, так як силовий вплив з боку ядра збільшується в міру зростання порядкового номера елемента. Ця обставина призводить до того, що характеристичні спектри зсуваються у бік великих частот із збільшенням заряду ядра. Така закономірність відома як закон Мозлі.
Є ще одна різниця між оптичними та рентгенівськими спектрами. Характеристичний рентгенівський спектр атома не залежить від хімічної сполуки, в яке цей атом входить. Так, наприклад, рентгенівський спектр атома кисню однаковий для О, О 2 і Н 2 О, в той час як оптичні спектри цих сполук істотно різні. Ця особливість рентгенівського спектра атома послужила підставою і для назви характеристичне.
Характеристичне випромінювання виникає завжди за наявності вільного місця у внутрішніх шарах атома незалежно від причини, яка його викликала. Так, наприклад, характеристичне випромінювання супроводжує один з видів радіоактивного розпаду, який полягає в захопленні ядром електрона з внутрішнього шару.
Реєстрація та використання рентгенівського випромінювання, а також вплив його на біологічні об'єкти визначаються первинними процесами взаємодії рентгенівського фотона з електронами атомів і молекул речовини.
В залежності від співвідношення енергії фотона і енергії іонізації мають місце три головних процесу
Когерентне (класичне) розсіювання. Розсіювання довгохвильового рентгенівського випромінювання відбувається в основному без зміни довжини хвилі, і його називають когерентним. Воно виникає якщо енергія фотона менше енергії іонізації. Так як в цьому випадку енергія фотона рентгенівського випромінювання і атома не змінюється, то когерентне розсіювання саме по собі не викликає біологічного дії. Однак при створенні захисту від рентгенівського випромінювання слід враховувати можливість зміни напрямку первинного пучка. Цей вид взаємодії має значення для рентгенструктурного аналізу.
некогерентного розсіяння (ефект Комптона). У 1922 р А.Х. Комптон, спостерігаючи розсіювання жорстких рентгенівських променів, виявив зменшення проникаючої здатності розсіяного пучка в порівнянні з падаючим. Це означало, що довжина хвилі розсіяного рентгенівського випромінювання більше, ніж падаючого. Розсіювання рентгенівського випромінювання зі зміною довжини хвилі називають некогерентним, а саме явище - ефектом Комптона. Він виникає, якщо енергія фотона рентгенівського випромінювання більше енергії іонізації. Це явище обумовлено тим, що при взаємодії з атомом енергія фотона витрачається на освіту нового розсіяного фотона рентгенівського випромінювання, на відрив електрона від атома (енергія іонізації А) та повідомлення електрону кінетичної енергії.
Істотно, що в цьому явищі поряд з вторинним рентгенівським випромінюванням (енергія hv 'фотона) з'являються електрони віддачі (кінетична енергія ВЈ до електрона). Атоми або молекули при цьому стають іонами.
Фотоефект. При фотоефекті рентгенівське випромінювання поглинається атомом, в внаслідок чого вилітає електрон, а атом іонізується (фотоіонізації). Якщо енергія фотона недостатня для іонізації, то фотоефект може проявлятися в порушенні атомів без вильоту електронів.
Перерахуємо деякі процеси, що спостерігаються при дії рентгенівського випромінювання на речовину.
Рентгенолюмінесценція - світіння ряду речовин при рентгенівському опроміненні. Таке світіння платіносінеродістого барію дозволило Рентгену відкрити промені. Це явище використовують для створення спеціальних світних екранів з метою візуального спостереження рентгенівського випромінювання, іноді для посилення дії рентгенівських променів на фотопластинку.
Відомо хімічна дія рентгенівського випромінювання, наприклад освіту перекису водню у воді. Практично важливий приклад - вплив на фотопластинку, що дозволяє фіксувати такі промені.
Іонізуюче дію проявляється в збільшенні електропровідності під впливом рентгенівських променів. Це властивість використовують в дозиметрії для кількісної оцінки дії цього виду випромінювання.
Одне з найбільш в...
