Որոնք են ռենտգենյան ճառագայթները - ճառագայթման հատկությունները և կիրառությունները: Դասախոսություն ռենտգենյան ճառագայթների էությունը

Ռենտգենյան ճառագայթները պատահաբար հայտնաբերվել են 1895 թվականին գերմանացի հայտնի ֆիզիկոս Վիլհելմ Ռենտգենի կողմից։ Նա ուսումնասիրել է կաթոդային ճառագայթները ցածր ճնշման գազի արտանետման խողովակում՝ դրա էլեկտրոդների միջև բարձր լարման դեպքում: Չնայած այն հանգամանքին, որ խողովակը գտնվում էր սև արկղի մեջ, Ռենտգենը նկատեց, որ լյումինեսցենտային էկրանը, որը պատահաբար մոտակայքում էր, փայլում էր ամեն անգամ, երբ խողովակն օգտագործվում էր: Պարզվեց, որ խողովակը ճառագայթման աղբյուր է, որը կարող է թափանցել թուղթ, փայտ, ապակի և նույնիսկ մեկուկես սանտիմետր հաստությամբ ալյումինե թիթեղ:

Ռենտգենը պարզեց, որ գազի արտանետման խողովակը մեծ ներթափանցող հզորությամբ նոր տեսակի անտեսանելի ճառագայթման աղբյուր է: Գիտնականը չկարողացավ որոշել՝ այս ճառագայթումը մասնիկների հոսք է, թե ալիքներ, և նա որոշեց անվանել ռենտգենյան ճառագայթներ: Հետագայում դրանք կոչվեցին ռենտգենյան ճառագայթներ

Այժմ հայտնի է, որ ռենտգենյան ճառագայթները մի տեսակ են էլեկտրամագնիսական ճառագայթում, ունենալով ավելի կարճ ալիքի երկարություն, քան ուլտրամանուշակագույն էլեկտրամագնիսական ալիքները։ Ռենտգենյան ճառագայթների ալիքի երկարությունը տատանվում է 70-ից նմմինչև 10 -5 նմ. Որքան կարճ է ռենտգենյան ճառագայթների ալիքի երկարությունը, այնքան մեծ է դրանց ֆոտոնների էներգիան և մեծ է նրանց թափանցող ուժը։ Ռենտգենյան ճառագայթներ համեմատաբար երկար ալիքի երկարությամբ (ավելի քան 10 նմ), կոչվում են փափուկ. Ալիքի երկարությունը 1 - 10 նմբնութագրում է դժվարռենտգենյան ճառագայթներ. Նրանք հսկայական թափանցող ուժ ունեն։

Ռենտգենյան ճառագայթների ընդունում

Ռենտգենյան ճառագայթներն առաջանում են, երբ արագ էլեկտրոնները կամ կաթոդային ճառագայթները բախվում են ցածր ճնշման գազի արտանետման խողովակի պատերին կամ անոդին: Ժամանակակից ռենտգենյան խողովակը տարհանված ապակե գլան է, որի մեջ տեղադրված է կաթոդ և անոդ: Կաթոդի և անոդի (հակաթոդ) պոտենցիալ տարբերությունը հասնում է մի քանի հարյուր կիլովոլտի։ Կաթոդը վոլֆրամի թել է, որը տաքացվում է էլեկտրական հոսանքով: Սա հանգեցնում է նրան, որ կաթոդը էլեկտրոններ արտանետում է ջերմային արտանետման արդյունքում: Էլեկտրոնները արագանում են ռենտգենյան խողովակի էլեկտրական դաշտի միջոցով: Քանի որ խողովակում կա գազի մոլեկուլների շատ փոքր քանակություն, էլեկտրոնները գործնականում չեն կորցնում իրենց էներգիան դեպի անոդ տանող ճանապարհին։ Նրանք հասնում են անոդին շատ մեծ արագությամբ։

Ռենտգենյան ճառագայթները արտադրվում են ամեն անգամ, երբ մեծ արագությամբ շարժվող էլեկտրոնները դանդաղեցնում են անոդային նյութը: Էլեկտրոնների էներգիայի մեծ մասը ցրվում է ջերմության տեսքով։ Հետեւաբար, անոդը պետք է արհեստականորեն սառեցվի: Ռենտգենյան խողովակի անոդը պետք է պատրաստված լինի հալման բարձր ջերմաստիճան ունեցող մետաղից, ինչպիսին է վոլֆրամը:

Էներգիայի այն մասը, որը չի ցրվում ջերմության տեսքով, վերածվում է էլեկտրամագնիսական ալիքների էներգիայի (ռենտգենյան ճառագայթներ)։ Այսպիսով, ռենտգենյան ճառագայթները անոդ նյութի էլեկտրոնային ռմբակոծության արդյունք են։ Կան երկու տեսակ ռենտգեն ճառագայթում: արգելակող և բնորոշ:

Bremsstrahlung ռենտգեն

Bremsstrahlung ռենտգենյան ճառագայթումը տեղի է ունենում, երբ մեծ արագությամբ շարժվող էլեկտրոնները դանդաղեցնում են անոդի ատոմների էլեկտրական դաշտերը։ Առանձին էլեկտրոնների դադարեցման պայմանները նույնը չեն: Արդյունքում նրանց կինետիկ էներգիայի տարբեր մասերը վերածվում են ռենտգենյան էներգիայի։

Ռենտգենյան bremsstrahlung-ի սպեկտրը կախված չէ անոդ նյութի բնույթից: Ինչպես հայտնի է, ռենտգենյան ֆոտոնների էներգիան որոշում է դրանց հաճախականությունը և ալիքի երկարությունը։ Հետևաբար, ռենտգենյան bremsstrahlung-ը մոնոխրոմատիկ չէ: Այն բնութագրվում է ալիքի երկարությունների բազմազանությամբ, որոնք կարող են ներկայացվել շարունակական (շարունակական) սպեկտր.

Ռենտգենյան ճառագայթները չեն կարող ավելի մեծ էներգիա ունենալ, քան դրանք կազմող էլեկտրոնների կինետիկ էներգիան։ Ռենտգենյան ճառագայթման ամենակարճ ալիքի երկարությունը համապատասխանում է դանդաղեցնող էլեկտրոնների առավելագույն կինետիկ էներգիային: Որքան մեծ է ռենտգենյան խողովակի պոտենցիալ տարբերությունը, այնքան ավելի կարճ կարելի է ստանալ ռենտգենյան ճառագայթման ալիքի երկարությունները:

Բնութագրական ռենտգենյան ճառագայթում

Հատկանշական ռենտգենյան ճառագայթումը շարունակական չէ, բայց գծային սպեկտր. Այս տեսակի ճառագայթումը տեղի է ունենում, երբ արագ էլեկտրոնը, հասնելով անոդին, ներթափանցում է ատոմների ներքին ուղեծրերը և տապալում նրանց էլեկտրոններից մեկը: Արդյունքում հայտնվում է ազատ տարածություն, որը կարող է լցվել մեկ այլ էլեկտրոնով, որը իջնում ​​է վերին ատոմային ուղեծրերից մեկից։ Էլեկտրոնի այս անցումը ավելի բարձր էներգիայի մակարդակից ցածր էներգիայի մակարդակից առաջացնում է որոշակի դիսկրետ ալիքի երկարության ռենտգենյան ճառագայթներ: Հետեւաբար, բնորոշ ռենտգեն ճառագայթումը ունի գծային սպեկտր. Բնորոշ ճառագայթային գծերի հաճախականությունը լիովին կախված է անոդի ատոմների էլեկտրոնային ուղեծրերի կառուցվածքից։

Տարբեր բնորոշ ճառագայթման սպեկտրային գծեր քիմիական տարրերունեն նույն տեսքը, քանի որ նրանց ներքին էլեկտրոնային ուղեծրերի կառուցվածքը նույնական է։ Բայց դրանց ալիքի երկարությունը և հաճախականությունը պայմանավորված են ծանր և թեթև ատոմների ներքին ուղեծրերի էներգիայի տարբերությամբ:

Հատկանշական ռենտգենյան ճառագայթման սպեկտրում գծերի հաճախականությունը փոխվում է մետաղի ատոմային թվին համապատասխան և որոշվում է Մոզելիի հավասարմամբ՝ v 1/2 = Ա(Զ-Բ), որտեղ Զ- քիմիական տարրի ատոմային համարը, ԱԵվ Բ- հաստատուններ.

Ռենտգենյան ճառագայթման նյութի հետ փոխազդեցության առաջնային ֆիզիկական մեխանիզմները

Ռենտգենյան ճառագայթների և նյութի առաջնային փոխազդեցությունը բնութագրվում է երեք մեխանիզմներով.

1. Համահունչ ցրում. Փոխազդեցության այս ձևը տեղի է ունենում, երբ ռենտգենյան ֆոտոններն ավելի քիչ էներգիա ունեն, քան ատոմների միջուկին էլեկտրոնների միացման էներգիան: Այս դեպքում ֆոտոնի էներգիան բավարար չէ նյութի ատոմներից էլեկտրոններ ազատելու համար։ Ֆոտոնը չի կլանում ատոմը, այլ փոխում է տարածման ուղղությունը։ Այս դեպքում ռենտգենյան ճառագայթման ալիքի երկարությունը մնում է անփոփոխ։

2. Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ (ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ). Երբ ռենտգենյան ֆոտոնը հասնում է նյութի ատոմին, այն կարող է նոկաուտի ենթարկել էլեկտրոններից մեկը: Դա տեղի է ունենում, եթե ֆոտոնի էներգիան գերազանցում է միջուկի հետ էլեկտրոնի միացման էներգիան: Այս դեպքում ֆոտոնը կլանվում է, և էլեկտրոնն ազատվում է ատոմից։ Եթե ​​ֆոտոնը կրում է ավելի շատ էներգիա, քան անհրաժեշտ է էլեկտրոնը արձակելու համար, նա մնացած էներգիան կփոխանցի արձակված էլեկտրոնին՝ կինետիկ էներգիայի տեսքով։ Այս երեւույթը, որը կոչվում է ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ, տեղի է ունենում, երբ ներծծվում են համեմատաբար ցածր էներգիայի ռենտգենյան ճառագայթները:

Ատոմը, որը կորցնում է իր էլեկտրոններից մեկը, դառնում է դրական իոն: Ազատ էլեկտրոնների կյանքը շատ կարճ է։ Դրանք կլանում են չեզոք ատոմները, որոնք վերածվում են բացասական իոնների։ Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի արդյունքը նյութի ինտենսիվ իոնացումն է։

Եթե ​​ռենտգենյան ֆոտոնի էներգիան փոքր է ատոմների իոնացման էներգիայից, ապա ատոմները անցնում են գրգռված վիճակի, բայց իոնացված չեն։

3. Անհամաձայն ցրում (Կոմպտոնի էֆեկտ). Այս էֆեկտը հայտնաբերել է ամերիկացի ֆիզիկոս Քոմփթոնը։ Դա տեղի է ունենում, երբ նյութը կլանում է կարճ ալիքի ռենտգենյան ճառագայթները: Նման ռենտգենյան ճառագայթների ֆոտոնների էներգիան միշտ ավելի մեծ է, քան նյութի ատոմների իոնացման էներգիան։ Կոմպտոնի էֆեկտը առաջանում է բարձր էներգիայի ռենտգենյան ֆոտոնի փոխազդեցությունից ատոմի արտաքին թաղանթի էլեկտրոններից մեկի հետ, որը համեմատաբար թույլ կապ ունի ատոմի միջուկի հետ։

Բարձր էներգիայի ֆոտոնը իր էներգիայի մի մասը փոխանցում է էլեկտրոնին: Գրգռված էլեկտրոնն ազատվում է ատոմից։ Սկզբնական ֆոտոնից մնացած էներգիան արտանետվում է ավելի երկար ալիքի ռենտգեն ֆոտոն՝ սկզբնական ֆոտոնի շարժման ուղղությամբ որոշ անկյան տակ: Երկրորդային ֆոտոնը կարող է իոնացնել մեկ այլ ատոմ և այլն: Ռենտգենյան ճառագայթների ուղղության և ալիքի երկարության այս փոփոխությունները հայտնի են որպես Կոմպտոնի էֆեկտ:

Ռենտգենյան ճառագայթների նյութի հետ փոխազդեցության որոշ ազդեցություններ

Ինչպես նշվեց վերևում, ռենտգենյան ճառագայթներն ունակ են գրգռելու նյութի ատոմներն ու մոլեկուլները: Սա կարող է հանգեցնել որոշ նյութերի (օրինակ, ցինկի սուլֆատի) ֆլյուորեսցիայի: Եթե ​​ռենտգենյան ճառագայթների զուգահեռ ճառագայթն ուղղված է անթափանց առարկաների վրա, ապա դուք կարող եք դիտել, թե ինչպես են ճառագայթները անցնում առարկայի միջով՝ տեղադրելով էկրան, որը ծածկված է լյումինեսցենտային նյութով:

Լյումինեսցենտային էկրանը կարող է փոխարինվել լուսանկարչական ֆիլմով: Ռենտգենյան ճառագայթներն ունեն նույն ազդեցությունը լուսանկարչական էմուլսիայի վրա, ինչ լույսը: Երկու մեթոդներն էլ կիրառվում են գործնական բժշկության մեջ։

Ռենտգենյան ճառագայթների մեկ այլ կարևոր ազդեցությունը նրանց իոնացնող հատկությունն է: Սա կախված է նրանց ալիքի երկարությունից և էներգիայից: Այս էֆեկտը տալիս է ռենտգենյան ճառագայթների ինտենսիվությունը չափելու մեթոդ: Երբ ռենտգենյան ճառագայթներն անցնում են իոնացման խցիկով, առաջանում է էլեկտրական հոսանք, որի մեծությունը համաչափ է ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվությանը։

Ռենտգենյան ճառագայթների կլանումը նյութի կողմից

Երբ ռենտգենյան ճառագայթները անցնում են նյութի միջով, դրանց էներգիան նվազում է կլանման և ցրման պատճառով: Նյութի միջով անցնող ռենտգենյան ճառագայթների զուգահեռ ճառագայթի ինտենսիվության թուլացումը որոշվում է Բուգերի օրենքով. I = I0 e -μd, Որտեղ Ես 0- ռենտգենյան ճառագայթման սկզբնական ինտենսիվությունը; Ի- նյութի շերտով անցնող ռենտգենյան ճառագայթների ինտենսիվությունը, դ-ներծծող շերտի հաստությունը , μ - գծային թուլացման գործակից: Նա գումարին հավասարերկու քանակ. տ- գծային կլանման գործակիցը և σ - գծային ցրման գործակից. μ = τ+ σ

Փորձերը ցույց են տվել, որ գծային կլանման գործակիցը կախված է նյութի ատոմային թվից և ռենտգենյան ճառագայթների ալիքի երկարությունից.

τ = kρZ 3 λ 3, Որտեղ կ- ուղիղ համեմատականության գործակից, ρ - նյութի խտությունը, Զ- տարրի ատոմային համարը, λ - ռենտգենյան ճառագայթների ալիքի երկարություն.

Զ-ից կախվածությունը շատ կարևոր է գործնական տեսանկյունից։ Օրինակ՝ կալցիումի ֆոսֆատից կազմված ոսկորների կլանման գործակիցը գրեթե 150 անգամ ավելի բարձր է, քան փափուկ հյուսվածքներինը ( Զ=20 կալցիումի և Զ= 15 ֆոսֆորի համար): Երբ ռենտգենյան ճառագայթները անցնում են մարդու մարմնով, ոսկորները հստակորեն առանձնանում են մկանների ֆոնի վրա, շարակցական հյուսվածքիեւ այլն։

Հայտնի է, որ մարսողական օրգաններն ունեն նույն կլանման գործակիցը, ինչ մյուս փափուկ հյուսվածքները։ Բայց կերակրափողի, ստամոքսի և աղիքների ստվերը կարելի է տարբերել, եթե հիվանդը վերցնի կոնտրաստային նյութ՝ բարիումի սուլֆատ ( Z= 56 բարիումի համար): Բարիումի սուլֆատը շատ անթափանց է ռենտգենյան ճառագայթների համար և հաճախ օգտագործվում է ստամոքս-աղիքային տրակտի ռենտգեն հետազոտության համար: Որոշ անթափանց խառնուրդներ ներարկվում են արյան մեջ՝ արյան անոթների, երիկամների և այլնի վիճակը հետազոտելու նպատակով։ Այս դեպքում որպես հակադրություն օգտագործվում է յոդը, որի ատոմային թիվը 53 է։

Ռենտգենյան ճառագայթների կլանման կախվածությունը Զօգտագործվում է նաև ռենտգենյան ճառագայթների հնարավոր վնասակար հետևանքներից պաշտպանվելու համար: Այդ նպատակով օգտագործվում է կապար, քանակությունը Զորի համար այն հավասար է 82-ի։

Ռենտգենյան ճառագայթների կիրառումը բժշկության մեջ

Ախտորոշման մեջ ռենտգենյան ճառագայթների կիրառման պատճառը եղել է նրանց բարձր թափանցելիությունը, որը գլխավորներից է. ռենտգենյան ճառագայթման հատկությունները. Իր հայտնաբերումից հետո առաջին օրերին ռենտգենյան ճառագայթները հիմնականում օգտագործվում էին ոսկրերի կոտրվածքները հետազոտելու և մարդու մարմնում օտար մարմինների (օրինակ՝ փամփուշտների) տեղակայումը որոշելու համար։ Ներկայումս օգտագործվում են մի քանի ախտորոշիչ մեթոդներ՝ օգտագործելով ռենտգեն (ռենտգեն ախտորոշում):

ռենտգեն . Ռենտգեն սարքը բաղկացած է ռենտգենյան աղբյուրից (ռենտգենյան խողովակ) և լյումինեսցենտային էկրանից։ Ռենտգենյան ճառագայթները հիվանդի մարմնով անցնելուց հետո բժիշկը դիտում է նրա ստվերային պատկերը։ Էկրանի և բժշկի աչքերի միջև պետք է տեղադրվի կապարի պատուհան՝ բժշկին ռենտգենյան ճառագայթների վնասակար ազդեցությունից պաշտպանելու համար: Այս մեթոդը հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել որոշ օրգանների ֆունկցիոնալ վիճակը։ Օրինակ, բժիշկը կարող է ուղղակիորեն դիտարկել թոքերի շարժումները և կոնտրաստային նյութի անցումը ստամոքս-աղիքային տրակտով: Այս մեթոդի թերությունները անբավարար կոնտրաստային պատկերներն են և պրոցեդուրաների ընթացքում հիվանդի կողմից ստացված ճառագայթման համեմատաբար մեծ չափաբաժինները:

Ֆտորոգրաֆիա . Այս մեթոդը բաղկացած է հիվանդի մարմնի մի հատվածի լուսանկարումից: Սովորաբար օգտագործվում է նախնական հետազոտությունպետություն ներքին օրգաններհիվանդներ, ովքեր օգտագործում են ռենտգեն ճառագայթման ցածր չափաբաժիններ.

Ռադիոգրաֆիա. (ռենտգեն ռադիոգրաֆիա): Սա ռենտգենյան ճառագայթների օգտագործմամբ հետազոտական ​​մեթոդ է, որում պատկերը գրանցվում է լուսանկարչական ֆիլմի վրա: Լուսանկարները սովորաբար արվում են երկու ուղղահայաց հարթություններում: Այս մեթոդը որոշ առավելություններ ունի. Ռենտգենյան լուսանկարները պարունակում են ավելի շատ մանրամասներ, քան լյումինեսցենտային էկրանը, և, հետևաբար, ավելի տեղեկատվական են: Նրանք կարող են պահպանվել հետագա վերլուծության համար: Ճառագայթման ընդհանուր չափաբաժինը ավելի քիչ է, քան ֆտորոգրաֆիայում օգտագործվողը:

Համակարգչային ռենտգեն տոմոգրաֆիա . Համակարգչային տեխնոլոգիաներով հագեցած առանցքային տոմոգրաֆիայի սկաները ռենտգեն ախտորոշման ամենաժամանակակից սարքն է, որը թույլ է տալիս հստակ պատկեր ստանալ մարդու մարմնի ցանկացած մասի, այդ թվում՝ օրգանների փափուկ հյուսվածքների մասին:

Համակարգչային տոմոգրաֆիայի (CT) սկաներների առաջին սերունդը ներառում է հատուկ ռենտգենյան խողովակ, որն ամրացված է գլանաձեւ շրջանակի վրա: Ռենտգենյան ճառագայթների բարակ ճառագայթն ուղղված է հիվանդին: Շրջանակի հակառակ կողմում ամրացված են երկու ռենտգեն դետեկտոր: Հիվանդը գտնվում է շրջանակի կենտրոնում, որը կարող է պտտվել 180° մարմնի շուրջ:

Ռենտգենյան ճառագայթն անցնում է անշարժ առարկայի միջով: Դետեկտորները ձեռք են բերում և գրանցում տարբեր հյուսվածքների կլանման արժեքները: Ձայնագրությունները կատարվում են 160 անգամ, մինչ ռենտգենյան խողովակը գծային շարժվում է սկանավորված հարթության երկայնքով: Այնուհետև շրջանակը պտտվում է 1 0-ով և ընթացակարգը կրկնվում է: Ձայնագրումը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև կադրը պտտվի 180 0: Յուրաքանչյուր դետեկտոր ուսումնասիրության ընթացքում գրանցում է 28800 կադր (180x160): Տեղեկությունը մշակվում է համակարգչի միջոցով, և ընտրված շերտի պատկերը ձևավորվում է հատուկ համակարգչային ծրագրի միջոցով:

Երկրորդ սերնդի CT-ն օգտագործում է մի քանի ռենտգենյան ճառագայթներ և մինչև 30 ռենտգեն դետեկտոր: Սա հնարավորություն է տալիս արագացնել հետազոտության գործընթացը մինչև 18 վայրկյան:

CT-ի երրորդ սերունդը օգտագործում է նոր սկզբունք. Ռենտգենյան ճառագայթների լայն հովհարային ճառագայթը ծածկում է ուսումնասիրվող օբյեկտը, և մարմնի միջով անցնող ռենտգենյան ճառագայթումը գրանցվում է մի քանի հարյուր դետեկտորների միջոցով: Հետազոտության համար պահանջվող ժամանակը կրճատվում է մինչև 5-6 վայրկյան:

CT-ն շատ առավելություններ ունի ավելի վաղ ռենտգեն ախտորոշման մեթոդների համեմատ: Այն բնութագրվում է բարձր լուծաչափով, ինչը հնարավորություն է տալիս տարբերել փափուկ հյուսվածքների նուրբ փոփոխությունները։ CT-ն թույլ է տալիս հայտնաբերել պաթոլոգիական պրոցեսներ, որոնք հնարավոր չէ հայտնաբերել այլ մեթոդներով: Բացի այդ, CT-ի օգտագործումը հնարավորություն է տալիս նվազեցնել ախտորոշման գործընթացում հիվանդների ստացած ռենտգենյան ճառագայթման չափաբաժինը:

Ռենտգենյան ճառագայթները բարձր էներգիայի էլեկտրամագնիսական ճառագայթման տեսակ են: Այն ակտիվորեն օգտագործվում է բժշկության տարբեր ճյուղերում։

Ռենտգենյան ճառագայթները էլեկտրամագնիսական ալիքներ են, որոնց ֆոտոնների էներգիան էլեկտրամագնիսական ալիքի սանդղակի վրա գտնվում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման և գամմա ճառագայթման միջև (~10 eV-ից մինչև ~1 MeV), որը համապատասխանում է ~10^3-ից ~10^−2 անգստրոմ ալիքի երկարություններին (-ից: ~10^−7-ից ~10^−12 մ): Այսինքն՝ դա անհամեմատ ավելի կոշտ ճառագայթում է, քան տեսանելի լույսը, որն այս մասշտաբով գտնվում է ուլտրամանուշակագույն և ինֆրակարմիր («ջերմային») ճառագայթների միջև։

Ռենտգենյան ճառագայթների և գամմա ճառագայթման սահմանը պայմանականորեն տարբերվում է. դրանց միջակայքերը հատվում են, գամմա ճառագայթները կարող են ունենալ 1 կՎ էներգիա։ Նրանք տարբերվում են ծագումից. գամմա ճառագայթները արտանետվում են ատոմային միջուկներում տեղի ունեցող գործընթացների ժամանակ, մինչդեռ ռենտգենյան ճառագայթները արտանետվում են էլեկտրոնների (և՛ ազատ, և՛ ատոմների էլեկտրոնային թաղանթներում տեղակայված) գործընթացների ժամանակ: Միևնույն ժամանակ, ինքնին ֆոտոնից հնարավոր չէ որոշել, թե ինչ գործընթացի ընթացքում է այն առաջացել, այսինքն՝ ռենտգենյան և գամմա տիրույթների բաժանումը հիմնականում կամայական է։

Ռենտգենյան ճառագայթների տիրույթը բաժանված է «փափուկ ռենտգեն» և «կոշտ»: Նրանց միջև սահմանը գտնվում է 2 անգստրոմի և 6 կՎ էներգիայի ալիքի երկարության վրա:

Ռենտգենյան գեներատորը խողովակ է, որի մեջ վակուում է առաջանում: Այնտեղ տեղակայված են էլեկտրոդներ՝ կաթոդ, որի վրա կիրառվում է բացասական լիցք, և դրական լիցքավորված անոդ։ Նրանց միջեւ լարումը տասնյակից հարյուրավոր կիլովոլտ է։ Ռենտգենյան ֆոտոնների առաջացումը տեղի է ունենում, երբ էլեկտրոնները «պոկվում» են կաթոդից և մեծ արագությամբ բախվում են անոդի մակերեսին: Ստացված ռենտգենյան ճառագայթումը կոչվում է «bremsstrahlung», որի ֆոտոններն ունեն տարբեր ալիքի երկարություններ։

Միևնույն ժամանակ առաջանում են բնորոշ սպեկտրի ֆոտոններ։ Անոդ նյութի ատոմների որոշ էլեկտրոններ գրգռված են, այսինքն՝ շարժվում են դեպի ավելի բարձր ուղեծրեր, իսկ հետո վերադառնում են իրենց նորմալ վիճակին՝ արձակելով որոշակի ալիքի երկարության ֆոտոններ։ Ստանդարտ գեներատորում արտադրվում են ռենտգենյան ճառագայթման երկու տեսակները:

Հայտնաբերման պատմություն

1895 թվականի նոյեմբերի 8-ին գերմանացի գիտնական Վիլհելմ Կոնրադ Ռենտգենը հայտնաբերեց, որ որոշ նյութեր սկսեցին փայլել, երբ ենթարկվում էին «կաթոդային ճառագայթների», այսինքն՝ էլեկտրոնների հոսքի, որն առաջանում է կաթոդային ճառագայթների խողովակի կողմից։ Նա այս երեւույթը բացատրել է որոշակի ռենտգենյան ճառագայթների ազդեցությամբ.այսպես են այսօր կոչվում այս ճառագայթումը շատ լեզուներով։ Ավելի ուշ Վ.Կ. Ռենտգենն ուսումնասիրել է իր հայտնաբերած ֆենոմենը։ 1895 թվականի դեկտեմբերի 22-ին նա այս թեմայով զեկույց է տվել Վյուրցբուրգի համալսարանում։

Հետագայում պարզվեց, որ ավելի վաղ ռենտգեն ճառագայթումը նկատվել է, բայց հետո դրա հետ կապված երեւույթները չեն տրվել. մեծ նշանակություն ունի. Կաթոդային խողովակը հայտնագործվել է շատ վաղուց, բայց մինչ Վ.Կ. Ոչ ոք մեծ ուշադրություն չդարձրեց իր մոտ գտնվող լուսանկարչական թիթեղների սեւացման մասին ռենտգենյան ճառագայթներին և այլն։ երեւույթներ. Անհայտ էր նաեւ ներթափանցող ճառագայթման վտանգը։

Տեսակները և դրանց ազդեցությունը մարմնի վրա

«Ռենտգեն»-ը թափանցող ճառագայթման ամենաթեթև տեսակն է։ Փափուկ ռենտգենյան ճառագայթների չափազանց մեծ ազդեցությունը նման է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցությանը, բայց ավելի ծանր ձևով: Մաշկի վրա առաջանում է այրվածք, բայց վնասն ավելի խորն է, և այն շատ ավելի դանդաղ է ապաքինվում։

Կոշտ ռենտգենը լիարժեք իոնացնող ճառագայթ է, որը կարող է հանգեցնել ճառագայթային հիվանդության: Ռենտգենյան քվանտան կարող է բաժանել սպիտակուցի մոլեկուլները, որոնք կազմում են մարդու մարմնի հյուսվածքները, ինչպես նաև գենոմի ԴՆԹ մոլեկուլները: Բայց նույնիսկ եթե ռենտգենյան քվանտը ջարդում է ջրի մոլեկուլը, դա տարբերություն չկա. այս դեպքում ձևավորվում են քիմիապես ակտիվ ազատ ռադիկալներ H և OH, որոնք իրենք ունակ են ազդել սպիտակուցների և ԴՆԹ-ի վրա: Ճառագայթային հիվանդությունը տեղի է ունենում ավելի ծանր ձևով, այնքան ավելի շատ են ազդում արյունաստեղծ օրգանները:

Ռենտգենյան ճառագայթներն ունեն մուտագեն և քաղցկեղածին ակտիվություն։ Սա նշանակում է, որ ճառագայթման ժամանակ բջիջներում ինքնաբուխ մուտացիաների հավանականությունը մեծանում է, և երբեմն առողջ բջիջները կարող են վերածվել քաղցկեղի: Չարորակ ուռուցքների հավանականության բարձրացումը ցանկացած ճառագայթման ազդեցության ստանդարտ հետևանք է, ներառյալ ռենտգենյան ճառագայթները: Ռենտգենյան ճառագայթները ներթափանցող ճառագայթման ամենաքիչ վտանգավոր տեսակն են, սակայն դրանք դեռ կարող են վտանգավոր լինել:

Ռենտգեն ճառագայթում. կիրառություն և ինչպես է այն աշխատում

Ռենտգեն ճառագայթումը օգտագործվում է բժշկության մեջ, ինչպես նաև մարդու գործունեության այլ ոլորտներում:

Ֆլյուորոսկոպիա և համակարգչային տոմոգրաֆիա

Ռենտգենյան ճառագայթների ամենատարածված օգտագործումը ֆտորոգրաֆիան է: Մարդու մարմնի «ռենտգենյան ճառագայթումը» թույլ է տալիս ստանալ ինչպես ոսկորների (դրանք առավել պարզ երևում են), այնպես էլ ներքին օրգանների մանրամասն պատկերը:

Ռենտգենյան ճառագայթներում մարմնի հյուսվածքների տարբեր թափանցիկությունը կապված է դրանց քիմիական կազմի հետ: Ոսկորների կառուցվածքային առանձնահատկությունն այն է, որ դրանք պարունակում են մեծ քանակությամբ կալցիում և ֆոսֆոր: Այլ հյուսվածքները հիմնականում բաղկացած են ածխածնից, ջրածնից, թթվածնից և ազոտից։ Ֆոսֆորի ատոմը գրեթե երկու անգամ ավելի է կշռում թթվածնի ատոմից, իսկ կալցիումի ատոմը 2,5 անգամ (ածխածինը, ազոտը և ջրածինը նույնիսկ ավելի թեթև են, քան թթվածինը): Այս առումով ոսկորներում ռենտգենյան ֆոտոնների կլանումը շատ ավելի մեծ է։

Բացի երկչափ «նկարներից», ռադիոգրաֆիան հնարավորություն է տալիս ստեղծել օրգանի եռաչափ պատկեր. ռադիոգրաֆիայի այս տեսակը կոչվում է համակարգչային տոմոգրաֆիա: Այդ նպատակների համար օգտագործվում են փափուկ ռենտգենյան ճառագայթներ: Մեկ պատկերից ստացված ճառագայթման քանակը փոքր է. այն մոտավորապես հավասար է 10 կմ բարձրության վրա գտնվող ինքնաթիռում 2 ժամ տևողությամբ թռիչքի ժամանակ ստացված ճառագայթմանը։

Ռենտգենյան թերությունների հայտնաբերումը թույլ է տալիս հայտնաբերել արտադրանքի փոքր ներքին թերությունները: Դրա համար օգտագործվում են կոշտ ռենտգենյան ճառագայթներ, քանի որ շատ նյութեր (օրինակ՝ մետաղ) վատ «թափանցիկ» են՝ բարձր ատոմային զանգվածդրանց բաղկացուցիչ նյութը։

Ռենտգենյան դիֆրակցիա և ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային վերլուծություն

Ռենտգենյան ճառագայթներն ունեն հատկություններ, որոնք թույլ են տալիս մանրամասն ուսումնասիրել առանձին ատոմները: Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը ակտիվորեն օգտագործվում է քիմիայում (ներառյալ կենսաքիմիայում) և բյուրեղագրությունում։ Գործողության սկզբունքը ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիոն ցրումն է բյուրեղների կամ բարդ մոլեկուլների ատոմների վրա։ Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության միջոցով որոշվել է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի կառուցվածքը:

Ռենտգեն ֆլուորեսցենտային վերլուծությունը թույլ է տալիս արագ որոշել քիմիական բաղադրությունընյութեր.

Գոյություն ունեն ճառագայթային թերապիայի բազմաթիվ ձևեր, բայց դրանք բոլորն էլ ներառում են իոնացնող ճառագայթման օգտագործումը: Ռադիոթերապիան բաժանվում է 2 տեսակի՝ կորպուսկուլյար և ալիքային։ Corpuscular-ը օգտագործում է ալֆա մասնիկների (հելիումի ատոմների միջուկներ), բետա մասնիկների (էլեկտրոններ), նեյտրոնների, պրոտոնների և ծանր իոնների հոսքեր։ Ալիքը օգտագործում է էլեկտրամագնիսական սպեկտրի ճառագայթներ՝ ռենտգենյան ճառագայթներ և գամմա:

Ռադիոթերապիայի մեթոդները հիմնականում օգտագործվում են քաղցկեղի բուժման համար։ Փաստն այն է, որ ճառագայթումը հիմնականում ազդում է ակտիվորեն բաժանվող բջիջների վրա, ինչի պատճառով արյունաստեղծ օրգաններն այդքան տուժում են (նրանց բջիջները անընդհատ բաժանվում են՝ արտադրելով ավելի ու ավելի շատ նոր կարմիր արյան բջիջներ): Քաղցկեղի բջիջները նույնպես մշտապես բաժանվում են և ավելի խոցելի են ճառագայթման նկատմամբ, քան առողջ հյուսվածքները:

Օգտագործվում է ճառագայթման մակարդակ, որը ճնշում է քաղցկեղի բջիջների ակտիվությունը՝ միաժամանակ ունենալով չափավոր ազդեցություն առողջ բջիջների վրա։ Ճառագայթման ազդեցության տակ տեղի է ունենում ոչ թե բջիջների, որպես այդպիսին, քայքայումը, այլ դրանց գենոմի` ԴՆԹ մոլեկուլների վնասումը: Քանդված գենոմով բջիջը կարող է որոշ ժամանակ գոյություն ունենալ, բայց այլեւս չի կարող բաժանվել, այսինքն՝ ուռուցքի աճը դադարում է։

Ռենտգենային թերապիան ռադիոթերապիայի ամենաթեթև ձևն է: Ալիքային ճառագայթումը ավելի մեղմ է, քան կորպուսուլյար ճառագայթումը, իսկ ռենտգենյան ճառագայթները ավելի մեղմ են, քան գամմա:

Հղիության ընթացքում

Հղիության ընթացքում իոնացնող ճառագայթման օգտագործումը վտանգավոր է. Ռենտգենյան ճառագայթները մուտագեն են և կարող են խնդիրներ առաջացնել պտղի մոտ: Ռենտգեն թերապիան անհամատեղելի է հղիության հետ. այն կարող է օգտագործվել միայն այն դեպքում, եթե արդեն որոշված ​​է աբորտ անել: Ֆտորոգրաֆիայի սահմանափակումներն ավելի մեղմ են, բայց առաջին ամիսներին դա նույնպես խստիվ արգելվում է։

Երբ արտակարգ իրավիճակՌենտգեն հետազոտությունը փոխարինվում է մագնիսական ռեզոնանսային պատկերմամբ։ Բայց առաջին եռամսյակում էլ փորձում են խուսափել դրանից (այս մեթոդը վերջերս է ի հայտ եկել, և բացարձակ վստահությամբ կարելի է ասել, որ վնասակար հետևանքներ չկան)։

Հստակ վտանգ է առաջանում, երբ ենթարկվում է առնվազն 1 mSv ընդհանուր դոզայի (հին միավորներում՝ 100 mR): Պարզ ռենտգենով (օրինակ՝ ֆտորոգրաֆիա անցնելիս) հիվանդը ստանում է մոտավորապես 50 անգամ ավելի քիչ։ Միանգամից նման չափաբաժին ստանալու համար անհրաժեշտ է մանրամասն համակարգչային տոմոգրաֆիա անցնել։

Այսինքն, հղիության վաղ փուլում 1-2 x «ռենտգեն» ինքնին չի սպառնում լուրջ հետևանքների (բայց ավելի լավ է դա չվտանգել):

Բուժում դրանով

Ռենտգենյան ճառագայթները հիմնականում օգտագործվում են չարորակ ուռուցքների դեմ պայքարում։ Այս մեթոդը լավ է, քանի որ բարձր արդյունավետություն ունի՝ սպանում է ուռուցքը։ Դա վատ է նրանով, որ առողջ հյուսվածքները քիչ ավելի լավ են գործում, և կան բազմաթիվ կողմնակի ազդեցություններ: Առանձնահատուկ վտանգի տակ են արյունաստեղծ օրգանները։

Գործնականում տարբեր մեթոդներ են օգտագործվում առողջ հյուսվածքի վրա ռենտգենյան ճառագայթների ազդեցությունը նվազեցնելու համար: Ճառագայթներն ուղղված են անկյան տակ, որպեսզի ուռուցքը գտնվի դրանց խաչմերուկի տարածքում (դրա շնորհիվ էներգիայի հիմնական կլանումը տեղի է ունենում հենց այնտեղ): Երբեմն պրոցեդուրան կատարվում է շարժման մեջ՝ հիվանդի մարմինը ճառագայթման աղբյուրի համեմատ պտտվում է ուռուցքով անցնող առանցքի շուրջ: Այս դեպքում առողջ հյուսվածքները գտնվում են ճառագայթման գոտում միայն երբեմն, իսկ հիվանդ հյուսվածքները մշտապես մերկացվում են:

Ռենտգենյան ճառագայթները օգտագործվում են որոշ արթրոզի և նմանատիպ հիվանդությունների, ինչպես նաև մաշկային հիվանդությունների բուժման համար։ Այս դեպքում ցավային սինդրոմը նվազում է 50-90%-ով։ Քանի որ օգտագործվող ճառագայթումը ավելի մեղմ է, կողմնակի ազդեցությունները, որոնք նման են ուռուցքների բուժմանը, չեն նկատվում:

Որոշ հիվանդությունների ժամանակակից բժշկական ախտորոշումը և բուժումը հնարավոր չէ պատկերացնել առանց սարքերի, որոնք օգտագործում են ռենտգեն ճառագայթման հատկությունները: Ռենտգենյան ճառագայթների հայտնաբերումը տեղի է ունեցել ավելի քան 100 տարի առաջ, բայց նույնիսկ այժմ աշխատանքը շարունակվում է նոր տեխնիկայի և սարքերի ստեղծման ուղղությամբ՝ նվազագույնի հասցնելու ճառագայթման բացասական ազդեցությունը մարդու մարմնի վրա:

Ո՞վ և ինչպես հայտնաբերեց ռենտգենյան ճառագայթները:

Բնական պայմաններում ռենտգենյան հոսքերը հազվադեպ են և արտանետվում են միայն որոշակի ռադիոակտիվ իզոտոպների կողմից: Ռենտգենյան ճառագայթները կամ ռենտգենյան ճառագայթները հայտնաբերվել են միայն 1895 թվականին գերմանացի գիտնական Վիլհելմ Ռենտգենի կողմից: Այս հայտնագործությունը տեղի է ունեցել պատահաբար՝ վակուումին մոտեցող պայմաններում լույսի ճառագայթների վարքագիծը ուսումնասիրելու փորձի ժամանակ։ Փորձը ներառում էր գազի արտանետման կաթոդային խողովակ՝ նվազեցված ճնշմամբ և լյումինեսցենտային էկրանով, որը ամեն անգամ սկսում էր փայլել այն պահին, երբ խողովակը սկսեց գործել:

Հետաքրքրված լինելով տարօրինակ ազդեցությամբ՝ Ռենտգենը մի շարք հետազոտություններ է անցկացրել՝ ցույց տալով, որ ստացված ճառագայթումը, որն աչքի համար անտեսանելի է, կարող է ներթափանցել տարբեր խոչընդոտների միջով՝ թուղթ, փայտ, ապակի, որոշ մետաղներ և նույնիսկ մարդու մարմնի միջով: Չնայած տեղի ունեցողի բուն բնույթի անհասկանալիությանը, թե արդյոք նման երևույթը պայմանավորված է անհայտ մասնիկների հոսքի կամ ալիքների առաջացմամբ, նշվեց հետևյալ օրինաչափությունը՝ ճառագայթումը հեշտությամբ անցնում է մարմնի փափուկ հյուսվածքներով, և շատ ավելի դժվար է կոշտ կենդանի հյուսվածքների և ոչ կենդանի նյութերի միջոցով:

Ռենտգենն առաջինը չէր, ով ուսումնասիրեց այս երեւույթը։ Մեջտեղում XIX դ, նմանատիպ հնարավորություններ ուսումնասիրել են ֆրանսիացի Անտուան ​​Մեյսոնը և անգլիացի Ուիլյամ Քրուքսը։ Այնուամենայնիվ, հենց Ռենտգենն է առաջինը հորինել կաթոդային խողովակ և ցուցիչ, որը կարող է օգտագործվել բժշկության մեջ: Նա առաջինն էր, որ հրապարակեց տրակտատ, որը նրան բերեց առաջինի կոչումը Նոբելյան մրցանակակիրֆիզիկոսների շրջանում։

1901 թվականին սկսվեց բեղմնավոր համագործակցությունը երեք գիտնականների միջև, որոնք դարձան ճառագայթաբանության և ճառագայթաբանության հիմնադիր հայրերը։

Ռենտգենյան ճառագայթների հատկությունները

Ռենտգենյան ճառագայթներն են բաղադրիչէլեկտրամագնիսական ճառագայթման ընդհանուր սպեկտրը. Ալիքի երկարությունը գտնվում է գամմա և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների միջև: Ռենտգենյան ճառագայթներն ունեն բոլոր սովորական ալիքային հատկությունները.

• դիֆրակցիա;
• բեկում;
• միջամտություն;
• տարածման արագությունը (հավասար է լույսի)։

Ռենտգենյան ճառագայթների հոսքը արհեստականորեն առաջացնելու համար օգտագործվում են հատուկ սարքեր՝ ռենտգենյան խողովակներ: Ռենտգենյան ճառագայթումը տեղի է ունենում վոլֆրամից արագ էլեկտրոնների շփման պատճառով տաք անոդից գոլորշիացող նյութերի հետ: Փոխազդեցության ֆոնի վրա առաջանում են կարճ երկարության էլեկտրամագնիսական ալիքներ՝ տեղակայված 100-ից 0,01 նմ սպեկտրում և 100-0,1 ՄէՎ էներգիայի տիրույթում։ Եթե ​​ճառագայթների ալիքի երկարությունը 0,2 նմ-ից պակաս է, սա կոշտ ճառագայթում է, եթե ալիքի երկարությունը այս արժեքից մեծ է, ապա դրանք կոչվում են փափուկ ռենտգենյան ճառագայթներ:

Հատկանշական է, որ էլեկտրոնների և անոդ նյութի շփումից առաջացող կինետիկ էներգիան 99%-ով վերածվում է ջերմային էներգիայի և միայն 1%-ն է կազմում ռենտգենյան ճառագայթները։

Ռենտգենյան ճառագայթում – bremsstrahlung և բնորոշ

Ռենտգենյան ճառագայթումը երկու տեսակի ճառագայթների սուպերպոզիցիա է՝ bremsstrahlung և բնորոշ: Դրանք միաժամանակ առաջանում են խողովակում: Հետևաբար, ռենտգենյան ճառագայթումը և յուրաքանչյուր կոնկրետ ռենտգենյան խողովակի բնութագրերը՝ դրա ճառագայթման սպեկտրը, կախված են այս ցուցանիշներից և ներկայացնում են դրանց համընկնումը:

Bremsstrahlung կամ շարունակական ռենտգենյան ճառագայթները վոլֆրամի թելից գոլորշիացված էլեկտրոնների դանդաղման արդյունք են:

Բնութագրական կամ գծային ռենտգեն ճառագայթները ձևավորվում են ռենտգենյան խողովակի անոդի նյութի ատոմների վերակազմավորման պահին։ Հատկանշական ճառագայթների ալիքի երկարությունը ուղղակիորեն կախված է խողովակի անոդը պատրաստելու համար օգտագործվող քիմիական տարրի ատոմային թվից։

Ռենտգենյան ճառագայթների թվարկված հատկությունները թույլ են տալիս դրանք կիրառել գործնականում.

• սովորական աչքերի անտեսանելիություն;
• բարձր ներթափանցման ունակություն կենդանի հյուսվածքների և ոչ կենդանի նյութերի միջոցով, որոնք չեն փոխանցում տեսանելի սպեկտրի ճառագայթները.
• իոնացման ազդեցություն մոլեկուլային կառուցվածքների վրա:

Ռենտգեն պատկերման սկզբունքները

Ռենտգենյան ճառագայթների հատկությունները, որոնց վրա հիմնված է պատկերումը, որոշ նյութերի կամ քայքայվելու կամ փայլն առաջացնելու ունակությունն է:

Ռենտգենյան ճառագայթումը կադմիումի և ցինկի սուլֆիդներում լյումինեսցենտային փայլ է առաջացնում՝ կանաչ, իսկ կալցիումի վոլֆրամում՝ կապույտ։ Այս հատկությունն օգտագործվում է բժշկական ռենտգեն պատկերման տեխնիկայում, ինչպես նաև մեծացնում է ռենտգեն էկրանների ֆունկցիոնալությունը:

Ռենտգենյան ճառագայթների ֆոտոքիմիական ազդեցությունը լուսազգայուն արծաթի հալոգենիդային նյութերի վրա (ազդեցություն) թույլ է տալիս ախտորոշել՝ կատարել ռենտգենյան լուսանկարներ: Այս հատկությունն օգտագործվում է նաև ռենտգենյան սենյակներում լաբորատոր օգնականների ստացած ընդհանուր չափաբաժինը չափելիս: Մարմնի դոզիմետրերը պարունակում են հատուկ զգայուն ժապավեններ և ցուցիչներ: Ռենտգենյան ճառագայթման իոնացնող ազդեցությունը հնարավորություն է տալիս որոշել ստացված ռենտգենյան ճառագայթների որակական բնութագրերը։

Սովորական ռենտգենյան ճառագայթների մեկ ազդեցությունը մեծացնում է քաղցկեղի առաջացման վտանգը ընդամենը 0,001%-ով:

Տարածքներ, որտեղ օգտագործվում են ռենտգենյան ճառագայթներ

Ռենտգենյան ճառագայթների օգտագործումը թույլատրելի է հետևյալ ոլորտներում.

1. Անվտանգություն. Օդանավակայաններում, մաքսակետերում կամ մարդաշատ վայրերում վտանգավոր և արգելված իրերը հայտնաբերելու համար ստացիոնար և շարժական սարքեր:
2. Քիմիական արդյունաբերություն, մետալուրգիա, հնագիտություն, ճարտարապետություն, շինարարություն, վերականգնողական աշխատանքներ՝ թերություններ հայտնաբերելու և նյութերի քիմիական անալիզ անցկացնելու համար։
3. Աստղագիտություն. Օգնում է վերահսկել տիեզերական մարմիններև ռենտգենյան աստղադիտակների օգտագործմամբ երևույթներ։
4. Ռազմական արդյունաբերություն. Լազերային զենք մշակելու համար:

Ռենտգեն ճառագայթման հիմնական կիրառումը բժշկական ոլորտում է։ Այսօր բժշկական ճառագայթաբանության բաժինը ներառում է՝ ռադիոախտորոշում, ռադիոթերապիա (ռենտգենաբուժություն), ռադիովիրաբուժություն։ Բժշկական համալսարաններավարտել է բարձր մասնագիտացված մասնագետ-ռադիոլոգներ:

Ռենտգենյան ճառագայթում - վնաս և օգուտ, ազդեցություն մարմնի վրա

Ռենտգենյան ճառագայթների բարձր ներթափանցող ուժը և իոնացնող ազդեցությունը կարող են փոփոխություններ առաջացնել բջիջների ԴՆԹ-ի կառուցվածքում և, հետևաբար, վտանգ ներկայացնել մարդկանց համար: Ռենտգենյան ճառագայթների վնասը ուղիղ համեմատական ​​է ստացված ճառագայթման չափաբաժնին: Տարբեր օրգաններ տարբեր աստիճանի արձագանքում են ճառագայթմանը: Առավել ենթակաները ներառում են.

• ոսկրածուծի և ոսկրային հյուսվածքի;
• աչքի ոսպնյակ;
• վահանագեղձ;
• կաթնագեղձեր և վերարտադրողական գեղձեր;
• թոքային հյուսվածք.

Ռենտգենյան ճառագայթման անվերահսկելի օգտագործումը կարող է առաջացնել շրջելի և անդառնալի պաթոլոգիաներ:

Ռենտգենյան ճառագայթման հետևանքները.

• ոսկրածուծի վնասը և արյունաստեղծ համակարգի պաթոլոգիաների առաջացումը `էրիթրոցիտոպենիա, թրոմբոցիտոպենիա, լեյկոզ;
• ոսպնյակի վնասում, կատարակտի հետագա զարգացմամբ;
• բջջային մուտացիաներ, որոնք ժառանգաբար փոխանցվում են.
• քաղցկեղի զարգացում;
• ստանալով ճառագայթային այրվածքներ;
• ճառագայթային հիվանդության զարգացում.

Կարևոր. Ի տարբերություն ռադիոակտիվ նյութերի, ռենտգենյան ճառագայթները չեն կուտակվում մարմնի հյուսվածքներում, ինչը նշանակում է, որ ռենտգենյան ճառագայթները պետք չէ հեռացնել մարմնից: Ռենտգենյան ճառագայթման վնասակար ազդեցությունն ավարտվում է, երբ բժշկական սարքն անջատված է։

Բժշկության մեջ ռենտգեն ճառագայթման օգտագործումը թույլատրելի է ոչ միայն ախտորոշիչ (վնասվածքաբանություն, ստոմատոլոգիա), այլ նաև բուժական նպատակներով.

• Ռենտգենյան ճառագայթները փոքր չափաբաժիններով խթանում են նյութափոխանակությունը կենդանի բջիջներում և հյուսվածքներում.
• Օնկոլոգիական և բարորակ նորագոյացությունների բուժման համար օգտագործվում են որոշակի սահմանափակ չափաբաժիններ:

Ռենտգենյան ճառագայթների օգտագործմամբ պաթոլոգիաների ախտորոշման մեթոդներ

Ռադիոախտորոշումը ներառում է հետևյալ մեթոդները.

1. Ֆլյուորոսկոպիան հետազոտություն է, որի ընթացքում իրական ժամանակում լյումինեսցենտային էկրանի վրա պատկեր է ստացվում: Իրական ժամանակում մարմնի մասի պատկերի դասական ձեռքբերման հետ մեկտեղ, այսօր կան ռենտգեն հեռուստատեսային տրանսլուսավորման տեխնոլոգիաներ. պատկերը լյումինեսցենտային էկրանից տեղափոխվում է մեկ այլ սենյակում գտնվող հեռուստատեսային մոնիտոր: Ստացված պատկերը մշակելու համար մշակվել են մի քանի թվային մեթոդներ, որին հաջորդում է այն էկրանից թղթի վրա տեղափոխելը։
2. Ֆլյուորոգրաֆիան կրծքավանդակի օրգանների հետազոտման ամենաէժան մեթոդն է, որը բաղկացած է 7x7 սմ չափսի կրճատված պատկերից, չնայած սխալի հավանականությանը, դա բնակչության զանգվածային տարեկան հետազոտություն անցկացնելու միակ միջոցն է: Մեթոդը վտանգավոր չէ և չի պահանջում մարմնից ստացված ճառագայթման չափաբաժնի հեռացում։
3. Ռադիոգրաֆիան ֆիլմի կամ թղթի վրա ամփոփ պատկերի արտադրությունն է՝ օրգանի ձևը, դիրքը կամ տոնայնությունը պարզելու համար։ Կարող է օգտագործվել պերիստալտիկայի և լորձաթաղանթների վիճակը գնահատելու համար: Եթե ​​կա ընտրություն, ապա ժամանակակից ռենտգեն սարքերի շարքում նախապատվությունը պետք է տրվի ոչ թե թվային սարքերին, որտեղ ռենտգենյան հոսքը կարող է ավելի բարձր լինել, քան հին սարքերին, այլ ցածր դոզայով ռենտգեն սարքերին ուղիղ հարթաչափով: կիսահաղորդչային դետեկտորներ. Նրանք թույլ են տալիս նվազեցնել մարմնի ծանրաբեռնվածությունը 4 անգամ։
4. Համակարգչային ռենտգեն տոմոգրաֆիան մեթոդ է, որն օգտագործում է ռենտգենյան ճառագայթներ՝ ընտրված օրգանի հատվածների անհրաժեշտ քանակի պատկերներ ստանալու համար: Ժամանակակից CT սարքերի բազմաթիվ տեսակների շարքում մի շարք կրկնվող հետազոտությունների համար օգտագործվում են ցածր չափաբաժիններով բարձր լուծաչափով համակարգչային տոմոգրաֆներ:

Ռադիոթերապիա

Ռենտգեն թերապիան տեղական բուժման մեթոդ է։ Ամենից հաճախ մեթոդն օգտագործվում է քաղցկեղի բջիջները ոչնչացնելու համար։ Քանի որ ազդեցությունը համեմատելի է վիրաբուժական հեռացման հետ, բուժման այս մեթոդը հաճախ կոչվում է ռադիովիրաբուժություն:

Այսօր ռենտգեն բուժումն իրականացվում է հետևյալ եղանակներով.

1. Արտաքին (պրոտոնային թերապիա) - ճառագայթային ճառագայթը դրսից մտնում է հիվանդի մարմին:
2. Ներքին (բրախիթերապիա) - ռադիոակտիվ պարկուճների օգտագործումը՝ դրանք մարմնում ներդնելով, դրանք ավելի մոտ դնելով քաղցկեղային ուռուցքին։ Բուժման այս մեթոդի թերությունն այն է, որ քանի դեռ պարկուճը դուրս չի բերվել մարմնից, անհրաժեշտ է հիվանդին մեկուսացնել։

Այս մեթոդները մեղմ են, և դրանց կիրառումը որոշ դեպքերում նախընտրելի է քիմիաթերապիայից: Այս ժողովրդականությունը պայմանավորված է նրանով, որ ճառագայթները չեն կուտակվում և չեն պահանջում հեռացնել մարմնից, դրանք ունեն ընտրովի ազդեցություն՝ չազդելով այլ բջիջների և հյուսվածքների վրա:

Ռենտգենյան ճառագայթների անվտանգ ազդեցության սահմանը

Տարեկան թույլատրելի ազդեցության նորմայի այս ցուցանիշն ունի իր անունը՝ գենետիկորեն նշանակալի համարժեք դոզան (GSD): Այս ցուցանիշը չունի հստակ քանակական արժեքներ։

1. Այս ցուցանիշը կախված է հիվանդի տարիքից և ապագայում երեխա ունենալու ցանկությունից:
2. Կախված է նրանից, թե որ օրգաններն են հետազոտվել կամ բուժվել:
3. GZD-ի վրա ազդում է բնական ռադիոակտիվ ֆոնի մակարդակը տարածաշրջանում, որտեղ մարդը ապրում է:

Այսօր գործում են հետևյալ միջին GZD ստանդարտները.

• ազդեցության մակարդակը բոլոր աղբյուրներից, բացառությամբ բժշկականի, և առանց հաշվի առնելու բնական ֆոնային ճառագայթումը` տարեկան 167 մռեմ.
• տարեկան բժշկական զննության նորմը տարեկան 100 մռեմ-ից ոչ բարձր է.
• ընդհանուր անվտանգ արժեքը կազմում է տարեկան 392 մռեմ:

Ռենտգեն ճառագայթումը չի պահանջում հեռացնել օրգանիզմից և վտանգավոր է միայն ինտենսիվ և երկարատև ազդեցության դեպքում։ Ժամանակակից բժշկական սարքավորումները օգտագործում են ցածր էներգիայի կարճատև ճառագայթում, ուստի դրա օգտագործումը համարվում է համեմատաբար անվնաս:

Ժամանակակից բժշկությունը ախտորոշման և բուժման համար օգտագործում է բազմաթիվ բժիշկների: Նրանցից ոմանք օգտագործվել են համեմատաբար վերջերս, իսկ մյուսները կիրառվել են տասնյակ կամ նույնիսկ հարյուրավոր տարիներ: Նաև հարյուր տասը տարի առաջ Ուիլյամ Կոնրադ Ռենտգենը հայտնաբերեց զարմանալի ռենտգենյան ճառագայթներ, որոնք զգալի ռեզոնանս առաջացրեցին գիտական ​​և բժշկական աշխարհում: Եվ հիմա ամբողջ աշխարհի բժիշկները դրանք օգտագործում են իրենց պրակտիկայում։ Այսօրվա մեր զրույցի թեման կլինի ռենտգենյան ճառագայթները բժշկության մեջ, մի փոքր ավելի մանրամասն կքննարկենք դրանց կիրառումը։

Ռենտգենյան ճառագայթները էլեկտրամագնիսական ճառագայթման տեսակ են: Դրանք բնութագրվում են զգալի թափանցող հատկություններով, որոնք կախված են ճառագայթման ալիքի երկարությունից, ինչպես նաև ճառագայթվող նյութերի խտությունից և հաստությունից։ Բացի այդ, ռենտգենյան ճառագայթները կարող են առաջացնել մի շարք նյութերի փայլ, ազդել կենդանի օրգանիզմների վրա, իոնացնել ատոմները, ինչպես նաև կատալիզացնել որոշ ֆոտոքիմիական ռեակցիաներ:

Ռենտգենյան ճառագայթների կիրառումը բժշկության մեջ

Այսօր ռենտգենյան ճառագայթների հատկությունները թույլ են տալիս դրանք լայնորեն կիրառել ռենտգեն ախտորոշման և ռենտգեն թերապիայի մեջ:

Ռենտգեն ախտորոշում

Ռենտգեն ախտորոշումը օգտագործվում է հետևյալ դեպքերում.

Ռենտգեն (ռադիոսկոպիա);
- ռադիոգրաֆիա (պատկեր);
- ֆտորոգրաֆիա;
- Ռենտգեն և համակարգչային տոմոգրաֆիա:

ռենտգեն

Նման հետազոտություն անցկացնելու համար հիվանդը պետք է տեղավորվի ռենտգենյան խողովակի և հատուկ լյումինեսցենտային էկրանի միջև: Մասնագետ ռադիոլոգը ընտրում է ռենտգենյան ճառագայթների պահանջվող կոշտությունը՝ էկրանին ստանալով ներքին օրգանների, ինչպես նաև կողերի պատկերը։

Ռադիոգրաֆիա

Այս ուսումնասիրությունն անցկացնելու համար հիվանդին տեղադրում են հատուկ լուսանկարչական ֆիլմ պարունակող ձայներիզների վրա: Ռենտգեն ապարատը տեղադրված է անմիջապես օբյեկտի վերևում: Արդյունքում ֆիլմի վրա հայտնվում է ներքին օրգանների բացասական պատկեր, որը պարունակում է մի շարք մանր մանրամասներ՝ ավելի մանրամասն, քան ֆտորոգրաֆիկ հետազոտության ժամանակ։

Ֆտորոգրաֆիա

Այս ուսումնասիրությունն իրականացվում է բնակչության զանգվածային բժշկական զննումների ժամանակ, այդ թվում՝ տուբերկուլյոզի հայտնաբերման նպատակով։ Այս դեպքում մեծ էկրանից նկարը նախագծվում է հատուկ ֆիլմի վրա:

Տոմոգրաֆիա

Տոմոգրաֆիա կատարելիս համակարգչային ճառագայթներն օգնում են օրգանների պատկերներ ստանալ միանգամից մի քանի վայրերում՝ հյուսվածքի հատուկ ընտրված խաչմերուկներում: Ռենտգենյան ճառագայթների այս շարքը կոչվում է տոմոգրաֆիա:

Համակարգչային տոմոգրաֆիա

Այս ուսումնասիրությունը թույլ է տալիս ձայնագրել մարդու մարմնի հատվածները ռենտգեն սկաների միջոցով: Այնուհետև տվյալները մուտքագրվում են համակարգիչ, որի արդյունքում ստացվում է մեկ խաչմերուկի պատկեր:

Թվարկված ախտորոշման մեթոդներից յուրաքանչյուրը հիմնված է լուսանկարչական ֆիլմը լուսավորելու ռենտգենյան ճառագայթի հատկությունների վրա, ինչպես նաև այն փաստի վրա, որ մարդու հյուսվածքներն ու ոսկորները տարբերվում են իրենց ազդեցության նկատմամբ տարբեր թափանցելիությամբ:

Ռենտգեն թերապիա

Ռենտգենյան ճառագայթների հատուկ ձևով հյուսվածքների վրա ազդելու ունակությունը օգտագործվում է ուռուցքային գոյացությունների բուժման համար: Ավելին, այս ճառագայթման իոնացնող հատկությունները հատկապես նկատելի են այն բջիջների վրա, որոնք ունակ են արագ բաժանվել: Հենց այս հատկանիշներն են առանձնացնում չարորակ ուռուցքաբանական գոյացությունների բջիջները։

Այնուամենայնիվ, հարկ է նշել, որ ռենտգեն թերապիան կարող է առաջացնել բազմաթիվ լուրջ կողմնակի ազդեցություններ: Այս ազդեցությունը ագրեսիվ է ազդում արյունաստեղծ, էնդոկրին և իմունային համակարգերի վիճակի վրա, որոնց բջիջները նույնպես շատ արագ են բաժանվում։ Նրանց վրա ագրեսիվ ազդեցությունը կարող է առաջացնել ճառագայթային հիվանդության նշաններ:

Ռենտգենյան ճառագայթման ազդեցությունը մարդկանց վրա

Ռենտգենյան ճառագայթներն ուսումնասիրելիս բժիշկները պարզել են, որ դրանք կարող են հանգեցնել մաշկի այնպիսի փոփոխությունների, որոնք նման են արևայրուկի, բայց ուղեկցվում են մաշկի ավելի խորը վնասվածքով։ Նման խոցերի ապաքինման համար չափազանց երկար ժամանակ է պահանջվում։ Գիտնականները պարզել են, որ նման վնասվածքներից կարելի է խուսափել՝ նվազեցնելով ճառագայթման ժամանակն ու չափաբաժինը, ինչպես նաև օգտագործելով հատուկ պաշտպանություն և տեխնիկա։ Հեռակառավարման վահանակ.

Ռենտգենյան ճառագայթների ագրեսիվ ազդեցությունը կարող է դրսևորվել նաև երկարաժամկետ հեռանկարում` արյան բաղադրության ժամանակավոր կամ մշտական ​​փոփոխություններ, լեյկեմիայի նկատմամբ զգայունություն և վաղ ծերացում:

Ռենտգենյան ճառագայթների ազդեցությունը մարդու վրա կախված է բազմաթիվ գործոններից՝ ո՞ր օրգանն է ճառագայթվում և որքան ժամանակ։ Արյունաստեղծ օրգանների ճառագայթումը կարող է հանգեցնել արյան հիվանդությունների, իսկ սեռական օրգանների ազդեցությունը՝ անպտղության։

Սիստեմատիկ ճառագայթման իրականացումը հղի է օրգանիզմում գենետիկական փոփոխությունների զարգացմամբ։

Ռենտգենյան ճառագայթների իրական վնասը ռենտգեն ախտորոշման մեջ

Հետազոտություն անցկացնելիս բժիշկները օգտագործում են ռենտգենյան ճառագայթների հնարավոր նվազագույն քանակը։ Ճառագայթման բոլոր չափաբաժինները համապատասխանում են որոշակի ընդունելի չափանիշներին և չեն կարող վնասել մարդուն: Ռենտգեն ախտորոշումը էական վտանգ է ներկայացնում միայն այն բժիշկների համար, ովքեր կատարում են դրանք։ Եւ հետո ժամանակակից մեթոդներպաշտպանիչ միջոցներն օգնում են նվազագույնի հասցնել ճառագայթների ագրեսիվությունը:

Ռենտգեն ախտորոշման ամենաանվտանգ մեթոդները ներառում են վերջույթների ռադիոգրաֆիա, ինչպես նաև ատամնաբուժական ռենտգեն: Այս վարկանիշում հաջորդ տեղում մամոգրաֆիան է, որին հաջորդում է համակարգչային տոմոգրաֆիան, իսկ հետո՝ ռադիոգրաֆիան։

Որպեսզի բժշկության մեջ ռենտգենյան ճառագայթների օգտագործումը միայն օգուտ բերի մարդկանց, անհրաժեշտ է դրանց օգնությամբ հետազոտություններ կատարել միայն ցուցումների դեպքում։

Ատոմային երևույթների ուսումնասիրության և գործնական կիրառման մեջ ռենտգենյան ճառագայթները խաղում են կարևոր դերերից մեկը։ Նրանց հետազոտությունների շնորհիվ բազմաթիվ հայտնագործություններ են արվել, մշակվել են նյութերի վերլուծության մեթոդներ, որոնք օգտագործվել են տարբեր ոլորտներում։ Այստեղ մենք կանդրադառնանք ռենտգենյան ճառագայթների մեկ տեսակին` բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթներին:

Ռենտգենյան ճառագայթների բնույթն ու հատկությունները

Ռենտգենյան ճառագայթումը էլեկտրամագնիսական դաշտի վիճակի բարձր հաճախականության փոփոխությունն է, որը տարածվում է տիեզերքում մոտ 300000 կմ/վ արագությամբ, այսինքն՝ էլեկտրամագնիսական ալիքներ։ Էլեկտրամագնիսական ճառագայթման տիրույթի մասշտաբով ռենտգենյան ճառագայթները գտնվում են մոտավորապես 10 -8-ից մինչև 5∙10 -12 մետր ալիքի երկարության տարածքում, ինչը մի քանի կարգով ավելի կարճ է, քան օպտիկական ալիքները: Սա համապատասխանում է 3∙10 16-ից մինչև 6∙10 19 Հց հաճախականություններին և էներգիաներին 10 էՎ-ից մինչև 250 կՎ, կամ 1,6∙10 -18-ից մինչև 4∙10 -14 Ջ: Պետք է նշել, որ հաճախականությունների միջակայքերի սահմանները էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը բավականին կամայական է իրենց համընկնման պատճառով:

Արագացված լիցքավորված մասնիկների (բարձր էներգիայի էլեկտրոնների) փոխազդեցությունն է էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի և նյութի ատոմների հետ։

Ռենտգենյան ֆոտոնները բնութագրվում են բարձր էներգիաներով և բարձր ներթափանցող և իոնացնող հզորությամբ, հատկապես 1 նանոմետրից (10-9 մ) պակաս ալիքի երկարությամբ կոշտ ռենտգենյան ճառագայթների համար:

Ռենտգենյան ճառագայթները փոխազդում են նյութի հետ՝ իոնացնելով նրա ատոմները, ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի (ֆոտոներծծման) և անկապ (Կոմպտոն) ցրման գործընթացներում։ Ֆոտոներծծման ժամանակ ռենտգենյան ֆոտոնը, որը կլանված է ատոմի էլեկտրոնի կողմից, էներգիա է փոխանցում դրան: Եթե ​​դրա արժեքը գերազանցում է ատոմում էլեկտրոնի միացման էներգիան, ապա այն հեռանում է ատոմից: Կոմպտոնի ցրումը բնորոշ է ավելի կոշտ (էներգետիկ) ռենտգենյան ֆոտոններին։ Կլանված ֆոտոնի էներգիայի մի մասը ծախսվում է իոնացման վրա. այս դեպքում առաջնային ֆոտոնի ուղղությամբ որոշակի անկյան տակ արտանետվում է երկրորդական՝ ավելի ցածր հաճախականությամբ։

Ռենտգեն ճառագայթման տեսակները. Bremsstrahlung

Ճառագայթներ արտադրելու համար օգտագործվում են ապակե վակուումային բալոններ՝ ներսում տեղակայված էլեկտրոդներով։ Էլեկտրոդների միջև պոտենցիալ տարբերությունը պետք է լինի շատ բարձր՝ մինչև հարյուրավոր կիլովոլտ: Ջերմային արտանետումը տեղի է ունենում վոլֆրամի կաթոդի վրա, որը ջեռուցվում է հոսանքով, այսինքն, դրանից արտանետվում են էլեկտրոններ, որոնք, արագանալով պոտենցիալ տարբերությամբ, ռմբակոծում են անոդը։ Անոդի (երբեմն կոչվում է հակակաթոդ) ատոմների հետ նրանց փոխազդեցության արդյունքում ծնվում են ռենտգենյան ֆոտոններ։

Կախված նրանից, թե ինչ գործընթաց է հանգեցնում ֆոտոնի ստեղծմանը, առանձնանում են ռենտգենյան ճառագայթման տեսակները՝ bremsstrahlung և բնորոշ։

Անոդին հանդիպելիս էլեկտրոնները կարող են դանդաղել, այսինքն՝ կորցնել էներգիան էլեկտրական դաշտերնրա ատոմները. Այս էներգիան արտանետվում է ռենտգենյան ֆոտոնների տեսքով։ Այս տեսակի ճառագայթումը կոչվում է bremsstrahlung:

Պարզ է, որ արգելակման պայմանները կտարբերվեն առանձին էլեկտրոնների համար: Սա նշանակում է, որ նրանց կինետիկ էներգիայի տարբեր քանակությունները վերածվում են ռենտգենյան ճառագայթների: Արդյունքում, bremsstrahlung-ը ներառում է տարբեր հաճախականությունների և, համապատասխանաբար, ալիքի երկարությունների ֆոտոններ։ Հետեւաբար, նրա սպեկտրը շարունակական է (շարունակական): Երբեմն այդ պատճառով այն նաև կոչվում է «սպիտակ» ռենտգեն։

Bremsstrahlung ֆոտոնի էներգիան չի կարող գերազանցել այն գեներացնող էլեկտրոնի կինետիկ էներգիան, ուստի bremsstrahlung ճառագայթման առավելագույն հաճախականությունը (և ամենակարճ ալիքի երկարությունը) համապատասխանում է անոդի վրա ընկած էլեկտրոնների կինետիկ էներգիայի ամենաբարձր արժեքին: Վերջինս կախված է էլեկտրոդների վրա կիրառվող պոտենցիալ տարբերությունից:

Գոյություն ունի ռենտգենյան ճառագայթման մեկ այլ տեսակ, որի աղբյուրը այլ գործընթաց է։ Այս ճառագայթումը կոչվում է բնորոշ ճառագայթում, և մենք դրա վրա կանդրադառնանք ավելի մանրամասն:

Ինչպե՞ս է առաջանում բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթումը:

Հասնելով հակակաթոդին, արագ էլեկտրոնը կարող է ներթափանցել ատոմի ներսում և տապալել էլեկտրոնը ստորին ուղեծրերից մեկից, այսինքն՝ նրան փոխանցել էներգիա, որը բավարար է պոտենցիալ արգելքը հաղթահարելու համար: Այնուամենայնիվ, եթե էլեկտրոններով զբաղեցրած ատոմում ավելի բարձր էներգիայի մակարդակներ լինեն, ազատված տարածքը դատարկ չի մնա:

Պետք է հիշել, որ ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքը, ինչպես ցանկացած էներգետիկ համակարգ, ձգտում է նվազագույնի հասցնել էներգիան: Նոկաուտի արդյունքում առաջացած թափուր տեղը լրացվում է ավելի բարձր մակարդակներից մեկի էլեկտրոնով։ Նրա էներգիան ավելի բարձր է, և, զբաղեցնելով ավելի ցածր մակարդակ, ավելցուկն արտանետում է բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթման քվանտի տեսքով։

Ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքը էլեկտրոնների հնարավոր էներգետիկ վիճակների դիսկրետ հավաքածու է։ Հետևաբար, էլեկտրոնների թափուր տեղերի փոխարինման ժամանակ արտանետվող ռենտգեն ֆոտոնները կարող են նաև ունենալ միայն խիստ սահմանված էներգիայի արժեքներ՝ արտացոլելով մակարդակների տարբերությունը: Արդյունքում, բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթումն ունի ոչ թե շարունակական, այլ գծաձեւ սպեկտր։ Այս սպեկտրը հնարավորություն է տալիս բնութագրել անոդի նյութը, այստեղից էլ այս ճառագայթների անվանումը: Սպեկտրային տարբերությունների շնորհիվ է, որ պարզ է դառնում, թե ինչ է նշանակում bremsstrahlung և բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթում:

Երբեմն ավելորդ էներգիան չի արտանետվում ատոմի կողմից, այլ ծախսվում է երրորդ էլեկտրոնը թակելու վրա։ Այս պրոցեսը, այսպես կոչված, Օգերի էֆեկտը, ավելի հավանական է, որ տեղի ունենա, երբ էլեկտրոնների կապող էներգիան չի գերազանցում 1 կՎ-ը: Ազատված Աուջեր էլեկտրոնի էներգիան կախված է ատոմի էներգիայի մակարդակների կառուցվածքից, հետևաբար նման էլեկտրոնների սպեկտրները նույնպես իրենց բնույթով դիսկրետ են։

Բնութագրական սպեկտրի ընդհանուր տեսակետը

Ռենտգենյան սպեկտրային պատկերում առկա են նեղ բնորոշ գծեր՝ շարունակական bremsstrahlung սպեկտրի հետ միասին: Եթե ​​սպեկտրը պատկերացնենք որպես ինտենսիվության գրաֆիկ՝ ընդդեմ ալիքի երկարության (հաճախականության), ապա կտեսնենք կտրուկ գագաթներ գծերի տեղակայման վայրերում: Նրանց դիրքը կախված է անոդի նյութից: Այս մաքսիմումներն առկա են ցանկացած պոտենցիալ տարբերության դեպքում. եթե կան ռենտգենյան ճառագայթներ, ապա միշտ կան նաև գագաթներ: Քանի որ խողովակի էլեկտրոդների վրա լարումը մեծանում է, ինչպես շարունակական, այնպես էլ բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվությունը մեծանում է, սակայն գագաթների տեղակայումը և դրանց ինտենսիվության հարաբերակցությունը չի փոխվում:

Ռենտգենյան ճառագայթների սպեկտրում գագաթները նույն տեսքն ունեն՝ անկախ էլեկտրոնների կողմից ճառագայթված հակակատոդի նյութից, սակայն տարբեր նյութերի համար դրանք տեղակայված են տարբեր հաճախականությունների վրա՝ միավորվելով շարքերում՝ հիմնված հաճախականության արժեքների մոտիկության վրա: Իրենց շարքերի միջև հաճախականությունների տարբերությունը շատ ավելի էական է: Առավելագույնի տեսակը ոչ մի կերպ կախված չէ նրանից, թե անոդ նյութը մաքուր քիմիական տարր է, թե բարդ նյութ: Վերջին դեպքում, նրա բաղկացուցիչ տարրերի բնորոշ ռենտգենյան սպեկտրները պարզապես դրվում են միմյանց վրա։

Քանի որ քիմիական տարրի ատոմային թիվը մեծանում է, նրա ռենտգենյան սպեկտրի բոլոր գծերը տեղափոխվում են դեպի ավելի բարձր հաճախականություններ: Սպեկտրը պահպանում է իր տեսքը:

Մոզելիի օրենքը

Բնորոշ գծերի սպեկտրային տեղաշարժի ֆենոմենը փորձնականորեն հայտնաբերել է անգլիացի ֆիզիկոս Հենրի Մոզելին 1913 թվականին։ Սա թույլ տվեց նրան կապել սպեկտրի առավելագույն հաճախականությունները քիմիական տարրերի սերիական համարների հետ։ Այսպիսով, բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթման ալիքի երկարությունը, ինչպես պարզվեց, կարող է հստակորեն փոխկապակցվել կոնկրետ տարրի հետ: Ընդհանուր առմամբ, Մոզելիի օրենքը կարելի է գրել հետևյալ կերպ. հիմնական քվանտային թիվը, իսկ R-ն Ռիդբերգի հաստատունն է: Այս կախվածությունը գծային է և Մոզելիի դիագրամում n-ի յուրաքանչյուր արժեքի համար ուղիղ գծերի շարք է թվում:

n արժեքները համապատասխանում են ռենտգենյան ճառագայթների արտանետման բնորոշ գագաթնակետերի առանձին շարքերին: Մոզելիի օրենքը թույլ է տալիս որոշել կոշտ էլեկտրոններով ճառագայթված քիմիական տարրի սերիական համարը՝ հիմնվելով ռենտգենյան սպեկտրի առավելագույն ալիքի չափված երկարությունների վրա (դրանք եզակիորեն կապված են հաճախականությունների հետ):

Քիմիական տարրերի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը նույնական է։ Սա ցույց է տալիս ռենտգենյան ճառագայթման բնորոշ սպեկտրի հերթափոխի փոփոխության միապաղաղությունը: Հաճախականության տեղաշարժը արտացոլում է ոչ թե կառուցվածքային, այլ էներգիայի տարբերությունները էլեկտրոնային թաղանթների միջև, որոնք յուրահատուկ են յուրաքանչյուր տարրի համար:

Մոզելիի օրենքի դերը ատոմային ֆիզիկայում

Կան փոքր շեղումներ Մոզելիի օրենքով արտահայտված խիստ գծային հարաբերություններից։ Դրանք կապված են, առաջին հերթին, որոշ տարրերի էլեկտրոնային թաղանթների լրացման կարգի առանձնահատկությունների հետ, և երկրորդ՝ ծանր ատոմների էլեկտրոնների շարժման հարաբերական ազդեցությունների հետ։ Բացի այդ, երբ միջուկում նեյտրոնների թիվը փոխվում է (այսպես կոչված իզոտոպային տեղաշարժ), գծերի դիրքը կարող է փոքր-ինչ փոխվել։ Այս էֆեկտը հնարավորություն տվեց մանրամասն ուսումնասիրել ատոմի կառուցվածքը։

Մոզելիի օրենքի նշանակությունը չափազանց մեծ է։ Այն հաջորդաբար կիրառելով տարրերի վրա պարբերական աղյուսակՄենդելեևը սահմանեց սովորական մաքսիմումի յուրաքանչյուր փոքր տեղաշարժին համապատասխան հերթական թվի մեծացման օրինաչափություն: Սա օգնեց պարզել տարրերի հերթական թվի ֆիզիկական նշանակության հարցը։ Z արժեքը պարզապես թիվ չէ, այն միջուկի դրական էլեկտրական լիցքն է, որը կազմում է դրա բաղադրությունը կազմող մասնիկների միավորի դրական լիցքերը: Աղյուսակում տարրերի ճիշտ տեղադրումը և դրանում դատարկ դիրքերի առկայությունը (դրանք դեռ այն ժամանակ կային) հզոր հաստատում ստացան։ Ապացուցվեց պարբերական օրենքի վավերականությունը։

Մոզելիի օրենքը, բացի այդ, դարձավ այն հիմքը, որի վրա առաջացավ փորձարարական հետազոտությունների մի ամբողջ ուղղություն՝ ռենտգենյան սպեկտրոմետրիա։

Ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը

Եկեք համառոտ հիշենք, թե ինչպես է կառուցված էլեկտրոնային կառուցվածքը: Այն բաղկացած է թաղանթներից, որոնք նշանակված են K, L, M, N, O, P, Q տառերով կամ 1-ից 7 թվերով: Թաղանթի ներսում գտնվող էլեկտրոնները բնութագրվում են նույն հիմնական քվանտով: թիվ n, որը որոշում է էներգիայի հնարավոր արժեքները: Արտաքին թաղանթներում էլեկտրոնային էներգիան ավելի բարձր է, իսկ արտաքին էլեկտրոնների իոնացման պոտենցիալը համապատասխանաբար ավելի ցածր է։

Կեղևը ներառում է մեկ կամ մի քանի ենթամակարդակներ՝ s, p, d, f, g, h, i: Յուրաքանչյուր կեղևում ենթամակարդակների թիվը նախորդի համեմատ ավելանում է մեկով: Յուրաքանչյուր ենթամակարդակում և յուրաքանչյուր շերտում էլեկտրոնների թիվը չի կարող գերազանցել որոշակի արժեքը: Դրանք, բացի հիմնական քվանտային թվից, բնութագրվում են ուղեծրային էլեկտրոնային ամպի նույն արժեքով, որը որոշում է ձևը։ Ենթամակարդակները նշանակվում են պատյանով, որին պատկանում են, օրինակ՝ 2s, 4d և այլն։

Ենթամակարդակը պարունակում է որոնք, բացի հիմնականից և ուղեծրից, նշված են մեկ այլ քվանտային թվով՝ մագնիսական, որը որոշում է էլեկտրոնի ուղեծրային իմպուլսի պրոյեկցիան մագնիսական դաշտի ուղղությամբ: Մեկ ուղեծրը կարող է ունենալ ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն, որոնք տարբերվում են չորրորդ քվանտային թվի՝ սպինի արժեքով։

Եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք, թե ինչպես է առաջանում բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթումը: Քանի որ այս տեսակի էլեկտրամագնիսական արտանետումների ծագումը կապված է ատոմի ներսում տեղի ունեցող երևույթների հետ, առավել հարմար է այն նկարագրել ճշգրիտ մոտավորությամբ. էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաներ.

Հատկանշական ռենտգենյան ճառագայթման առաջացման մեխանիզմ

Այսպիսով, այս ճառագայթման պատճառը ատոմի խորքում բարձր էներգիայի էլեկտրոնների ներթափանցման հետևանքով ներքին թաղանթներում էլեկտրոնային թափուր տեղերի առաջացումն է։ Կարծր էլեկտրոնի փոխազդեցության հավանականությունը մեծանում է էլեկտրոնային ամպերի խտության հետ։ Հետևաբար, բախումները, ամենայն հավանականությամբ, տեղի կունենան սերտորեն փաթեթավորված ներքին պատյանների մեջ, ինչպիսին է ամենացածր K-կեղևը: Այստեղ ատոմը իոնացված է, և 1s թաղանթում առաջանում է դատարկ տեղ։

Այս թափուր տեղը լրացնում է թաղանթից բարձր էներգիա ունեցող էլեկտրոնը, որի ավելցուկը տանում է ռենտգենյան ֆոտոնը։ Այս էլեկտրոնը կարող է «ընկնել» երկրորդ L թաղանթից, երրորդ թաղանթից M և այլն։ Այսպես է ձևավորվում բնորոշ շարքը, այս օրինակում՝ K շարքը։ Ցուցումը, թե որտեղից է գալիս թափուր տեղը լրացնող էլեկտրոնը, տրված է հունական ինդեքսի տեսքով շարքի նշանակման մեջ: «Ալֆա» նշանակում է, որ այն գալիս է L կեղևից, «բետա» նշանակում է, որ այն գալիս է M կեղևից: Ներկայումս նկատվում է հունական տառերի ինդեքսները փոխարինելու լատիներենով, որոնք ընդունված են խեցիների նշանակման համար։

Շարքի ալֆա գծի ինտենսիվությունը միշտ ամենաբարձրն է, սա նշանակում է, որ հարևան պատյանից թափուր աշխատատեղ լրացնելու հավանականությունը ամենաբարձրն է:

Այժմ մենք կարող ենք պատասխանել հարցին, թե որքա՞ն է բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթման քվանտի առավելագույն էներգիան: Այն որոշվում է այն մակարդակների էներգիայի արժեքների տարբերությամբ, որոնց միջև տեղի է ունենում էլեկտրոնային անցում, համաձայն E = E n 2 - E n 1 բանաձևի, որտեղ E n 2 և E n 1 էլեկտրոնային էներգիան են: պետություններ, որոնց միջև տեղի է ունեցել անցումը: Այս պարամետրի ամենաբարձր արժեքը տրվում է K շարքի անցումներով առավելագույնով բարձր մակարդակներծանր տարրերի ատոմներ. Բայց այս գծերի ինտենսիվությունը (գագաթների բարձրությունը) ամենացածրն է, քանի որ դրանք ամենաքիչ հավանական են։

Եթե ​​էլեկտրոդների անբավարար լարման պատճառով կոշտ էլեկտրոնը չի կարող հասնել K մակարդակին, այն ստեղծում է թափուր տեղ L մակարդակում, և առաջանում է ավելի քիչ էներգետիկ L-շարք՝ ավելի երկար ալիքներով։ Հաջորդ շարքերը ծնվում են նույն ձևով:

Բացի այդ, երբ էլեկտրոնային անցման արդյունքում թափուր աշխատատեղ է համալրվում, ծածկված կեղևում հայտնվում է նոր թափուր աշխատատեղ։ Սա պայմաններ է ստեղծում հաջորդ շարքը ստեղծելու համար։ Էլեկտրոնների թափուր տեղերը բարձրանում են մակարդակից մակարդակ, և ատոմը արձակում է բնորոշ սպեկտրային շարքերի կասկադ՝ մնալով իոնացված:

Բնորոշ սպեկտրների նուրբ կառուցվածքը

Հատկանշական ռենտգենյան ճառագայթման ատոմային ռենտգենյան սպեկտրները բնութագրվում են նուրբ կառուցվածքով, որը, ինչպես օպտիկական սպեկտրներում, արտահայտվում է գծի ճեղքումով։

Նուրբ կառուցվածքը պայմանավորված է նրանով, որ էներգիայի մակարդակը կա էլեկտրոնային թաղանթ- սերտորեն բաժանված բաղադրիչների մի շարք է՝ ենթաթելեր: Ենթափեղկերը բնութագրելու համար ներկայացվում է մեկ այլ ներքին քվանտային թիվ j, որն արտացոլում է էլեկտրոնի սեփական և ուղեծրի մագնիսական մոմենտների փոխազդեցությունը:

Սպին-ուղիղ փոխազդեցության ազդեցության պատճառով ատոմի էներգետիկ կառուցվածքը դառնում է ավելի բարդ, և արդյունքում բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթումը ունի սպեկտր, որը բնութագրվում է շատ սերտորեն բաժանված տարրերով պառակտված գծերով:

Նուրբ կառուցվածքի տարրերը սովորաբար նշանակվում են լրացուցիչ թվային ինդեքսներով:

Բնութագրական ռենտգենյան ճառագայթումն ունի առանձնահատկություն, որն արտացոլվում է միայն սպեկտրի նուրբ կառուցվածքում: Էլեկտրոնի անցումը ավելի ցածր էներգիայի մակարդակի չի լինում ավելի բարձր մակարդակի ստորին ենթաշեղից: Նման իրադարձությունը աննշան հավանականություն ունի։

Ռենտգենյան ճառագայթների օգտագործումը սպեկտրոմետրիայում

Այս ճառագայթումը, Մոզելիի օրենքով նկարագրված իր բնութագրերի շնորհիվ, ընկած է նյութերի վերլուծության տարբեր ռենտգենյան սպեկտրային մեթոդների հիմքում: Ռենտգենյան սպեկտրը վերլուծելիս օգտագործվում են կա՛մ բյուրեղների վրա ճառագայթման դիֆրակցիան (ալիքային ցրման մեթոդ), կա՛մ ներծծվող ռենտգենյան ֆոտոնների էներգիայի նկատմամբ զգայուն դետեկտորներ (էներգիա-ցրման մեթոդ): Էլեկտրոնային մանրադիտակների մեծամասնությունը հագեցած է ռենտգենյան սպեկտրաչափական կցորդներով:

Ալիքների ցրման սպեկտրոմետրիան հատկապես ճշգրիտ է: Օգտագործելով հատուկ զտիչներ, ընդգծվում են սպեկտրի ամենաինտենսիվ գագաթները, ինչը հնարավորություն է տալիս ստանալ գրեթե մոնոխրոմատիկ ճառագայթում ճշգրիտ հայտնի հաճախականությամբ: Անոդի նյութը ընտրվում է շատ ուշադիր, որպեսզի ապահովվի ցանկալի հաճախականության մոնոխրոմատիկ ճառագայթը: Դրա դիֆրակցիան ըստ բյուրեղյա վանդակՈւսումնասիրվող նյութը թույլ է տալիս մեծ ճշգրտությամբ ուսումնասիրել ցանցի կառուցվածքը: Այս մեթոդը կիրառվում է նաև ԴՆԹ-ի և այլ բարդ մոլեկուլների ուսումնասիրության ժամանակ։

Բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթման առանձնահատկություններից մեկը հաշվի է առնվում նաև գամմա սպեկտրոմետրիայում։ Սա բարձր ինտենսիվության բնորոշ գագաթնակետ է: Գամմա սպեկտրոմետրերն օգտագործում են կապարի պաշտպանություն արտաքին ֆոնային ճառագայթման դեմ, որը խանգարում է չափումներին: Բայց կապարը, կլանելով գամմա ճառագայթները, ներքին իոնացում է ապրում, ինչի արդյունքում այն ​​ակտիվորեն արտանետում է ռենտգենյան ճառագայթների տիրույթում։ Կապարի բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվ գագաթները կլանելու համար օգտագործվում է լրացուցիչ կադմիումային պաշտպանություն: Այն իր հերթին իոնացված է և նաև ռենտգենյան ճառագայթներ է արձակում։ Կադմիումի բնորոշ գագաթները չեզոքացնելու համար օգտագործվում է երրորդ պաշտպանիչ շերտը` պղինձը, որի ռենտգենյան մաքսիմումը գտնվում է գամմա սպեկտրոմետրի աշխատանքային հաճախականության միջակայքից դուրս:

Սպեկտրոմետրիան օգտագործում է ինչպես bremsstrahlung, այնպես էլ բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթներ: Այսպիսով, նյութերը վերլուծելիս ուսումնասիրվում են տարբեր նյութերի կողմից շարունակական ռենտգենյան ճառագայթների կլանման սպեկտրները։