Raggi X in medicina, applicazione. L'uso dei raggi X in medicina Che cosa sono i raggi X

Nel 1895, il fisico tedesco Roentgen, conducendo esperimenti sul passaggio di corrente tra due elettrodi nel vuoto, scoprì che uno schermo ricoperto da una sostanza luminescente (sale di bario) si illumina, sebbene il tubo di scarica sia coperto da uno schermo di cartone nero - questo è il modo in cui le radiazioni penetrano attraverso barriere opache, chiamate raggi X. Si è scoperto che la radiazione a raggi X, invisibile agli esseri umani, viene assorbita negli oggetti opachi tanto più fortemente quanto maggiore è il numero atomico (densità) della barriera, quindi i raggi X passano facilmente attraverso i tessuti molli del corpo umano, ma sono trattenuti dalle ossa dello scheletro. Sorgenti di potenti raggi X sono state progettate per consentire di illuminare parti metalliche e individuare difetti interni in esse.

Il fisico tedesco Laue suggerì che i raggi X sono la stessa radiazione elettromagnetica dei raggi luminosi visibili, ma con una lunghezza d'onda più corta e ad essi si applicano tutte le leggi dell'ottica, inclusa la possibilità di diffrazione. Nell'ottica della luce visibile, la diffrazione a livello elementare può essere rappresentata come la riflessione della luce da un sistema di linee - un reticolo di diffrazione, che si verifica solo sotto determinati angoli, mentre l'angolo di riflessione dei raggi è legato all'angolo di incidenza, alla distanza tra le linee del reticolo di diffrazione e alla lunghezza d'onda della radiazione incidente. Perché si verifichi la diffrazione, la distanza tra le linee deve essere approssimativamente uguale alla lunghezza d'onda della luce incidente.

Laue ha suggerito che i raggi X hanno una lunghezza d'onda vicina alla distanza tra i singoli atomi nei cristalli, cioè gli atomi nel cristallo creano un reticolo di diffrazione per i raggi X. I raggi X diretti sulla superficie del cristallo venivano riflessi sulla lastra fotografica, come previsto dalla teoria.

Qualsiasi cambiamento nella posizione degli atomi influenza il modello di diffrazione e, studiando la diffrazione dei raggi X, è possibile scoprire la disposizione degli atomi in un cristallo e il cambiamento in questa disposizione sotto qualsiasi influenza fisica, chimica e meccanica sul cristallo.

Al giorno d'oggi, l'analisi a raggi X viene utilizzata in molti campi della scienza e della tecnologia; con il suo aiuto è stata determinata la disposizione degli atomi nei materiali esistenti e sono stati creati nuovi materiali con una determinata struttura e proprietà. I recenti progressi in questo campo (nanomateriali, metalli amorfi, materiali compositi) creano un campo di attività per le prossime generazioni scientifiche.

Presenza e proprietà della radiazione a raggi X

La sorgente dei raggi X è un tubo a raggi X, che ha due elettrodi: un catodo e un anodo. Quando il catodo viene riscaldato, avviene l'emissione di elettroni; gli elettroni che fuoriescono dal catodo vengono accelerati campo elettrico e colpire la superficie dell'anodo. Ciò che distingue un tubo a raggi X da un tubo radio convenzionale (diodo) è principalmente la sua tensione di accelerazione più elevata (più di 1 kV).

Quando un elettrone lascia il catodo, il campo elettrico lo costringe a volare verso l'anodo, mentre la sua velocità aumenta continuamente; l'elettrone trasporta un campo magnetico, la cui intensità aumenta con l'aumentare della velocità dell'elettrone. Raggiungendo la superficie dell'anodo, l'elettrone viene bruscamente decelerato e appare un impulso elettromagnetico con lunghezze d'onda in un certo intervallo (bremsstrahlung). La distribuzione dell'intensità della radiazione sulle lunghezze d'onda dipende dal materiale dell'anodo del tubo a raggi X e dalla tensione applicata, mentre sul lato delle onde corte questa curva inizia con una certa lunghezza d'onda minima di soglia, a seconda della tensione applicata. La combinazione di raggi con tutte le lunghezze d'onda possibili forma uno spettro continuo e la lunghezza d'onda corrispondente all'intensità massima è 1,5 volte la lunghezza d'onda minima.

All'aumentare della tensione, lo spettro dei raggi X cambia drasticamente a causa dell'interazione degli atomi con gli elettroni ad alta energia e i quanti dei raggi X primari. Un atomo contiene gusci elettronici interni (livelli energetici), il cui numero dipende dal numero atomico (indicato dalle lettere K, L, M, ecc.). Gli elettroni e i raggi X primari spingono gli elettroni da un livello energetico a un altro. Si forma uno stato metastabile e per il passaggio ad uno stato stabile è necessario un salto di elettroni nella direzione opposta. Questo salto è accompagnato dal rilascio di un quanto di energia e dalla comparsa di radiazioni a raggi X. A differenza dei raggi X a spettro continuo, questa radiazione ha un intervallo di lunghezze d’onda molto ristretto e un’elevata intensità (radiazione caratteristica) ( cm. riso.). Il numero di atomi che determinano l'intensità della radiazione caratteristica è molto grande; ad esempio, per un tubo a raggi X con un anodo di rame con una tensione di 1 kV e una corrente di 15 mA, 10 14 –10 15 atomi producono la caratteristica radiazione in 1 s. Questo valore viene calcolato come il rapporto tra la potenza totale della radiazione a raggi X e l'energia di un quanto di raggi X dal guscio K (serie K della radiazione caratteristica dei raggi X). La potenza totale della radiazione a raggi X rappresenta solo lo 0,1% del consumo energetico, il resto viene perso principalmente a causa della conversione in calore.

A causa della loro elevata intensità e della ristretta gamma di lunghezze d'onda, i raggi X caratteristici sono il principale tipo di radiazione utilizzata nella ricerca scientifica e nel controllo dei processi. Contemporaneamente ai raggi della serie K vengono generati i raggi delle serie L e M, che hanno lunghezze d'onda notevolmente più lunghe, ma il loro utilizzo è limitato. La serie K ha due componenti con lunghezze d'onda vicine a e b, mentre l'intensità della componente b è 5 volte inferiore a quella a. A sua volta, la componente a è caratterizzata da due lunghezze d'onda molto vicine, l'intensità di una delle quali è 2 volte maggiore dell'altra. Per ottenere la radiazione con una lunghezza d'onda (radiazione monocromatica), sono stati sviluppati metodi speciali che utilizzano la dipendenza dell'assorbimento e della diffrazione dei raggi X dalla lunghezza d'onda. Un aumento del numero atomico di un elemento è associato a un cambiamento nelle caratteristiche dei gusci elettronici e maggiore è il numero atomico del materiale dell'anodo del tubo a raggi X, più corta è la lunghezza d'onda della serie K. I più utilizzati sono i tubi con anodi costituiti da elementi con numero atomico da 24 a 42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) e lunghezze d'onda da 2,29 a 0,712 A (0,229 - 0,712 nm).

Oltre al tubo a raggi X, le fonti di radiazione a raggi X possono essere isotopi radioattivi, alcuni possono emettere direttamente raggi X, altri emettono elettroni e particelle a che generano raggi X quando bombardano bersagli metallici. L'intensità della radiazione a raggi X proveniente da sorgenti radioattive è solitamente molto inferiore a quella di un tubo a raggi X (ad eccezione del cobalto radioattivo, che viene utilizzato nel rilevamento di difetti e produce radiazioni di lunghezza d'onda molto corta - radiazione g), sono di piccole dimensioni e non necessitano di energia elettrica. I raggi X di sincrotrone sono prodotti in acceleratori di elettroni; la lunghezza d'onda di questa radiazione è significativamente più lunga di quella ottenuta nei tubi a raggi X (raggi X molli) e la sua intensità è diversi ordini di grandezza superiore all'intensità della radiazione dei raggi X. tubi. Esistono anche fonti naturali di radiazioni a raggi X. Sono state trovate impurità radioattive in molti minerali ed è stata registrata l'emissione di raggi X da oggetti spaziali, comprese le stelle.

Interazione dei raggi X con i cristalli

Negli studi a raggi X di materiali con struttura cristallina, vengono analizzati i modelli di interferenza risultanti dalla diffusione dei raggi X da parte degli elettroni appartenenti agli atomi. reticolo cristallino. Gli atomi sono considerati immobili, le loro vibrazioni termiche non vengono prese in considerazione e tutti gli elettroni dello stesso atomo sono considerati concentrati in un punto: un nodo del reticolo cristallino.

Per ricavare le equazioni di base della diffrazione dei raggi X in un cristallo, viene considerata l'interferenza dei raggi diffusi dagli atomi situati lungo una linea retta nel reticolo cristallino. Un'onda piana di radiazione X monocromatica cade su questi atomi con un angolo il cui coseno è uguale a 0 . Le leggi di interferenza dei raggi diffusi dagli atomi sono simili a quelle esistenti per un reticolo di diffrazione, che disperde la radiazione luminosa nella gamma di lunghezze d'onda visibili. Affinché le ampiezze di tutte le vibrazioni si sommino a grande distanza dalla fila atomica, è necessario e sufficiente che la differenza nei percorsi dei raggi provenienti da ciascuna coppia di atomi vicini contenga un numero intero di lunghezze d'onda. Quando la distanza tra gli atomi UN questa condizione assomiglia a:

UN(UN – uno 0) = h io,

dove a è il coseno dell'angolo tra la riga atomica e il raggio deviato, H - numero intero. In tutte le direzioni che non soddisfano questa equazione, i raggi non si propagano. Pertanto, i raggi sparsi formano un sistema di coni coassiali, il cui asse comune è la fila atomica. Tracce di coni su un piano parallelo alla riga atomica sono iperboli, e su un piano perpendicolare alla riga sono cerchi.

Quando i raggi incidono con un angolo costante, la radiazione policromatica (bianca) viene scomposta in uno spettro di raggi deviati ad angoli fissi. Pertanto, la serie atomica è uno spettrografo per i raggi X.

La generalizzazione a un reticolo atomico bidimensionale (piatto) e poi a un reticolo cristallino volumetrico (spaziale) tridimensionale fornisce altre due equazioni simili, che includono gli angoli di incidenza e riflessione della radiazione a raggi X e le distanze tra gli atomi in tre direzioni. Queste equazioni sono chiamate equazioni di Laue e costituiscono la base dell'analisi della diffrazione dei raggi X.

Le ampiezze dei raggi riflessi dai piani atomici paralleli si sommano, ecc. il numero di atomi è molto grande, la radiazione riflessa può essere rilevata sperimentalmente. La condizione di riflessione è descritta dall'equazione di Wulff-Bragg2d sinq = nl, dove d è la distanza tra piani atomici adiacenti, q è l'angolo radente tra la direzione del fascio incidente e questi piani nel cristallo, l è la lunghezza d'onda del radiazione di raggi X, n è un numero intero chiamato ordine di riflessione. L'angolo q è l'angolo di incidenza rispetto specificatamente ai piani atomici, che non necessariamente coincidono in direzione con la superficie del campione in studio.

Sono stati sviluppati diversi metodi di analisi della diffrazione dei raggi X, utilizzando sia la radiazione con spettro continuo che la radiazione monocromatica. L'oggetto studiato può essere stazionario o rotante, può essere costituito da un cristallo (monocristallo) o da più cristalli (policristallo); la radiazione diffratta può essere registrata utilizzando una pellicola radiografica piatta o cilindrica o un rilevatore di raggi X in movimento attorno alla circonferenza, ma in tutti i casi durante l'esperimento e l'interpretazione dei risultati viene utilizzata l'equazione di Wulff-Bragg.

Analisi a raggi X nella scienza e nella tecnologia

Con la scoperta della diffrazione dei raggi X, i ricercatori hanno avuto a disposizione un metodo che ha reso possibile, senza microscopio, studiare la disposizione dei singoli atomi e i cambiamenti in questa disposizione sotto influenze esterne.

L'applicazione principale dei raggi X nella scienza fondamentale è l'analisi strutturale, vale a dire stabilire la disposizione spaziale dei singoli atomi in un cristallo. Per fare ciò, vengono coltivati singoli cristalli e viene eseguita l'analisi ai raggi X, studiando sia le posizioni che le intensità delle riflessioni. Ora è stata determinata la struttura non solo dei metalli, ma anche delle sostanze organiche complesse, nelle quali le cellule unitarie contengono migliaia di atomi.

In mineralogia, le strutture di migliaia di minerali sono state determinate utilizzando l'analisi a raggi X e sono stati creati metodi espressi per l'analisi delle materie prime minerali.

I metalli hanno una struttura cristallina relativamente semplice e il metodo a raggi X permette di studiarne i cambiamenti durante i vari trattamenti tecnologici e di crearla base fisica nuove tecnologie.

La composizione di fase delle leghe è determinata dalla posizione delle linee sui modelli di diffrazione dei raggi X, il numero, la dimensione e la forma dei cristalli sono determinati dalla loro larghezza e l'orientamento dei cristalli (struttura) è determinato dall'intensità distribuzione nel cono di diffrazione.

Utilizzando queste tecniche, vengono studiati i processi durante la deformazione plastica, inclusa la frammentazione dei cristalli, il verificarsi di tensioni interne e imperfezioni nella struttura cristallina (dislocazioni). Quando i materiali deformati vengono riscaldati, vengono studiati la riduzione dello stress e la crescita dei cristalli (ricristallizzazione).

L'analisi a raggi X delle leghe determina la composizione e la concentrazione delle soluzioni solide. Quando appare una soluzione solida, le distanze interatomiche e, di conseguenza, le distanze tra i piani atomici cambiano. Questi cambiamenti sono piccoli, quindi sono stati sviluppati metodi di precisione speciali per misurare i periodi del reticolo cristallino con una precisione di due ordini di grandezza maggiore rispetto alla precisione di misurazione utilizzando metodi di ricerca convenzionali sui raggi X. La combinazione di misurazioni di precisione dei periodi del reticolo cristallino e di analisi di fase consente di costruire i confini delle regioni di fase nel diagramma di fase. Il metodo a raggi X può anche rilevare stati intermedi tra soluzioni solide e composti chimici - soluzioni solide ordinate in cui gli atomi di impurità non sono posizionati in modo casuale, come nelle soluzioni solide, e allo stesso tempo non con ordine tridimensionale, come nelle soluzioni chimiche composti. I modelli di diffrazione dei raggi X di soluzioni solide ordinate contengono linee aggiuntive; l'interpretazione dei modelli di diffrazione dei raggi X mostra che gli atomi di impurità occupano determinati posti nel reticolo cristallino, ad esempio, ai vertici di un cubo.

Quando una lega che non subisce trasformazioni di fase viene spenta, può formarsi una soluzione solida sovrasatura e, dopo ulteriore riscaldamento o addirittura mantenimento a temperatura ambiente, la soluzione solida si decompone con il rilascio di particelle di un composto chimico. Questo è l'effetto dell'invecchiamento e si manifesta ai raggi X come un cambiamento nella posizione e nella larghezza delle linee. La ricerca sull’invecchiamento è particolarmente importante per le leghe di metalli non ferrosi; ad esempio, l’invecchiamento trasforma una lega di alluminio morbida e indurita nel durevole materiale strutturale duralluminio.

Gli studi a raggi X sul trattamento termico dell'acciaio sono di grande importanza tecnologica. Durante la tempra (raffreddamento rapido) dell'acciaio, si verifica una transizione di fase austenite-martensite senza diffusione, che porta ad un cambiamento nella struttura da cubica a tetragonale, cioè la cella unitaria assume la forma di un prisma rettangolare. Nelle radiografie questo si manifesta come allargamento delle linee e divisione di alcune linee in due. Le ragioni di questo effetto non sono solo un cambiamento nella struttura cristallina, ma anche il verificarsi di grandi tensioni interne dovute al disequilibrio termodinamico della struttura martensitica e al raffreddamento improvviso. Durante la tempra (riscaldamento dell'acciaio temprato), le linee sui modelli di diffrazione dei raggi X si restringono, ciò è associato al ritorno alla struttura di equilibrio.

IN l'anno scorso Grande importanza acquisirono gli studi a raggi X sulla lavorazione dei materiali con flussi concentrati di energia (raggi laser, onde d'urto, neutroni, impulsi elettronici), che richiedevano nuove tecniche e producevano nuovi effetti dei raggi X. Ad esempio, quando i raggi laser agiscono sui metalli, il riscaldamento e il raffreddamento avvengono così rapidamente che durante il raffreddamento i cristalli nel metallo hanno solo il tempo di crescere fino alle dimensioni di diverse cellule elementari (nanocristalli) o non hanno il tempo di formarsi affatto. Dopo il raffreddamento, un tale metallo sembra un metallo normale, ma non fornisce linee chiare sul modello di diffrazione dei raggi X e i raggi X riflessi sono distribuiti sull'intera gamma di angoli radenti.

Dopo l'irradiazione con neutroni, sugli schemi di diffrazione dei raggi X compaiono macchie aggiuntive (massimi diffusi). Il decadimento radioattivo provoca anche specifici effetti dei raggi X associati a cambiamenti nella struttura, nonché al fatto che il campione in esame diventa esso stesso una fonte di radiazioni a raggi X.

Lo scienziato tedesco Wilhelm Conrad Roentgen può essere giustamente considerato il fondatore della radiografia e lo scopritore delle caratteristiche chiave dei raggi X.

Quindi, nel 1895, non sospettava nemmeno l'ampiezza dell'applicazione e la popolarità dei raggi X da lui scoperti, sebbene anche allora suscitassero un'ampia risonanza nel mondo della scienza.

È improbabile che l'inventore potesse indovinare quale beneficio o danno avrebbe portato il frutto della sua attività. Ma oggi proveremo a scoprire quale effetto ha questo tipo di radiazioni sul corpo umano.

La radiazione X è dotata di un enorme potere penetrante, ma dipende dalla lunghezza d'onda e dalla densità della materia che viene irradiata;
sotto l'influenza delle radiazioni, alcuni oggetti iniziano a brillare;
I raggi X colpiscono gli esseri viventi;
grazie ai raggi X iniziano a verificarsi alcune reazioni biochimiche;
Un fascio di raggi X può prelevare elettroni da alcuni atomi e quindi ionizzarli.

Anche lo stesso inventore si preoccupava soprattutto di cosa fossero esattamente i raggi da lui scoperti.

Dopo aver condotto tutta una serie di studi sperimentali, lo scienziato ha scoperto che i raggi X sono onde intermedie tra la radiazione ultravioletta e quella gamma, la cui lunghezza è di 10 -8 cm.

Le proprietà del raggio di raggi X, elencate sopra, hanno proprietà distruttive, ma ciò non impedisce loro di essere utilizzate per scopi utili.

Allora, dove nel mondo moderno possono essere utilizzati i raggi X?

Con il loro aiuto, puoi studiare le proprietà di molte molecole e formazioni cristalline.
Per il rilevamento dei difetti, ovvero per verificare la presenza di difetti in parti e dispositivi industriali.
Nell'industria medica e nella ricerca terapeutica.

Grazie alla breve lunghezza dell'intera gamma di queste onde e alle loro proprietà uniche, divenne possibile l'applicazione più importante della radiazione scoperta da Wilhelm Roentgen.

Poiché l'argomento del nostro articolo è limitato all'impatto dei raggi X sul corpo umano, che li incontra solo quando si reca in ospedale, considereremo ulteriormente esclusivamente quest'area di applicazione.

Lo scienziato che ha inventato i raggi X li ha resi un dono inestimabile per l'intera popolazione della Terra, perché non ha brevettato la sua idea per un ulteriore utilizzo.

Sin dalla prima pestilenza, le macchine a raggi X portatili hanno salvato centinaia di vite ferite. Oggi i raggi X hanno due usi principali:

Diagnostica con il suo aiuto.

La diagnostica a raggi X viene utilizzata in vari casi:

fluoroscopia o transilluminazione;
Radiografia o fotografia;
esame fluorografico;
tomografia mediante raggi X.

Ora devi capire in che modo questi metodi differiscono l'uno dall'altro:

Il primo metodo presuppone che il soggetto sia posizionato tra uno schermo speciale con proprietà fluorescenti e un tubo a raggi X. Il medico, in base alle caratteristiche individuali, seleziona l'intensità del raggio richiesta e riceve sullo schermo un'immagine delle ossa e degli organi interni.
Nel secondo metodo, il paziente viene posizionato su una speciale pellicola radiografica in una cassetta. In questo caso l'attrezzatura è posizionata sopra la persona. Questa tecnica consente di ottenere un'immagine in negativo, ma con dettagli più fini rispetto alla fluoroscopia.
Gli esami di massa della popolazione per le malattie polmonari possono essere effettuati utilizzando la fluorografia. Al momento della procedura, l'immagine dal grande monitor viene trasferita su una pellicola speciale.
La tomografia consente di ottenere immagini di organi interni in diverse sezioni. Viene scattata tutta una serie di immagini, che in seguito verranno chiamate tomogrammi.
Se colleghi l'aiuto di un computer al metodo precedente, i programmi specializzati creeranno un'immagine completa realizzata utilizzando uno scanner a raggi X.

Tutti questi metodi per diagnosticare problemi di salute si basano sulla proprietà unica dei raggi X di illuminare la pellicola fotografica. Allo stesso tempo, la capacità di penetrazione dei tessuti inerti e di altri tessuti del nostro corpo è diversa, come mostrato nell'immagine.

Dopo che fu scoperta un'altra proprietà dei raggi X di influenzare i tessuti da un punto di vista biologico, questa caratteristica iniziò ad essere utilizzata attivamente nel trattamento dei tumori.

Le cellule, soprattutto quelle maligne, si dividono molto rapidamente e la proprietà ionizzante delle radiazioni ha un effetto positivo sulla terapia terapeutica e rallenta la crescita del tumore.

Ma l'altro lato della medaglia è l'impatto negativo dei raggi X sulle cellule del sistema ematopoietico, endocrino e immunitario, che si dividono anche rapidamente. Come risultato dell'influenza negativa dei raggi X, si verifica la malattia da radiazioni.

L'effetto dei raggi X sul corpo umano

Letteralmente immediatamente dopo una scoperta così rumorosa mondo scientifico, si è saputo che i raggi X possono avere effetti sul corpo umano:

Durante gli studi sulle proprietà dei raggi X, si è scoperto che possono causare ustioni sulla pelle. Molto simili a quelli termici. Tuttavia, la profondità del danno era molto maggiore delle ferite domestiche e guarirono peggio. Molti scienziati che lavorano su queste radiazioni insidiose hanno perso le dita.
Attraverso tentativi ed errori, si è scoperto che riducendo il tempo e l'importo dell'investimento, è possibile evitare bruciature. Successivamente si iniziarono ad utilizzare schermi al piombo e irradiazione remota dei pazienti.
Una prospettiva a lungo termine sugli effetti dannosi dei raggi mostra che i cambiamenti nella composizione del sangue dopo l’irradiazione portano alla leucemia e all’invecchiamento precoce.
La gravità dell'impatto dei raggi X sul corpo umano dipende direttamente dall'organo irradiato. Pertanto, con una radiografia pelvica, può verificarsi infertilità e con la diagnosi degli organi ematopoietici possono verificarsi malattie del sangue.
Anche le più piccole esposizioni per un lungo periodo di tempo possono portare a cambiamenti a livello genetico.

Naturalmente, tutti gli studi sono stati condotti sugli animali, ma gli scienziati hanno dimostrato che i cambiamenti patologici si estenderanno all'uomo.

IMPORTANTE! Sulla base dei dati ottenuti, sono stati sviluppati standard di esposizione ai raggi X, uniformi in tutto il mondo.

Dosi di raggi X durante la diagnosi

Probabilmente tutti coloro che lasciano lo studio del medico dopo una radiografia si chiedono come questa procedura influenzerà la loro salute futura?

L'esposizione alle radiazioni esiste anche in natura e la incontriamo ogni giorno. Per facilitare la comprensione dell'effetto dei raggi X sul nostro corpo, confronteremo questa procedura con la radiazione naturale ricevuta:

con una radiografia del torace, una persona riceve una dose di radiazioni pari a 10 giorni di radiazione di fondo e dello stomaco o dell'intestino - 3 anni;
tomografia computerizzata della cavità addominale o dell'intero corpo - equivalente a 3 anni di radiazioni;
esame radiografico del torace – 3 mesi;
gli arti vengono irradiati praticamente senza danni alla salute;
Anche le radiografie dentali, grazie alla direzione precisa del fascio e al tempo di esposizione minimo, non sono pericolose.

IMPORTANTE! Nonostante il fatto che i dati presentati, per quanto spaventosi possano sembrare, soddisfano i requisiti internazionali. Tuttavia, il paziente ha tutto il diritto di chiedere una protezione aggiuntiva in caso di grave preoccupazione per il suo benessere.

Tutti incontriamo esami radiografici, più di una volta. Tuttavia, una categoria di persone al di fuori delle procedure richieste è quella delle donne incinte.

Il fatto è che i raggi X influenzano notevolmente la salute del nascituro. Queste onde possono causare difetti dello sviluppo intrauterino a causa della loro influenza sui cromosomi.

IMPORTANTE! Il periodo più pericoloso per i raggi X è la gravidanza fino a 16 settimane. Durante questo periodo, le aree pelviche, addominali e spinali del bambino sono le più vulnerabili.

Conoscendo questa proprietà negativa dei raggi X, i medici di tutto il mondo cercano di evitare di prescriverli alle donne incinte.

Ma ci sono altre fonti di radiazioni che una donna incinta può incontrare:

microscopi alimentati elettricamente;
monitor TV a colori.

Coloro che si preparano a diventare madre dovrebbero assolutamente conoscere il pericolo che li attende. Durante l'allattamento, i raggi X non rappresentano una minaccia per la madre che allatta e per il bambino.

Cosa fare dopo una radiografia?

Anche gli effetti più lievi dell’esposizione ai raggi X possono essere minimizzati seguendo alcune semplici raccomandazioni:

bere il latte immediatamente dopo la procedura. È noto che è in grado di rimuovere le radiazioni;
il vino bianco secco o il succo d'uva hanno le stesse proprietà;
All'inizio è consigliabile mangiare più alimenti contenenti iodio.

IMPORTANTE! Non ricorrere ad alcuna procedura medica o utilizzare metodi terapeutici dopo aver visitato la sala radiologica.

Non importa quali proprietà negative possano avere i raggi X, una volta scoperti, i benefici del loro utilizzo superano ancora di gran lunga i danni che causano. Nelle istituzioni mediche, la procedura di speratura viene eseguita rapidamente e con dosi minime.

AGENZIA FEDERALE PER L'ISTRUZIONE DELLA RF

ISTITUTO EDUCATIVO STATALE

FORMAZIONE PROFESSIONALE SUPERIORE

ISTITUTO STATALE DI ACCIAI E LEGHE DI MOSCA

(UNIVERSITÀ DELLA TECNOLOGIA)

FILIALE DI NOVOTROITSKY

Dipartimento di OED

LAVORO DEL CORSO

Disciplina: Fisica

Argomento: RAGGI X

Studente: Nedorezova N.A.

Gruppo: EiU-2004-25, N. Z.K.: 04N036

Controllato da: Ozhegova S.M.

introduzione

Capitolo 1. Scoperta dei raggi X

1.1 Biografia di Röntgen Wilhelm Conrad

1.2 Scoperta dei raggi X

Capitolo 2. Radiazione a raggi X

2.1 Sorgenti di raggi X

2.2 Proprietà dei raggi X

2.3 Rilevazione dei raggi X

2.4 Utilizzo dei raggi X

Capitolo 3. Applicazione dei raggi X in metallurgia

3.1 Analisi delle imperfezioni della struttura cristallina

3.2 Analisi spettrale

Conclusione

Elenco delle fonti utilizzate

Applicazioni

introduzione

Era raro che una persona non passasse dalla sala radiologica. Le immagini a raggi X sono familiari a tutti. Il 1995 ha segnato il centesimo anniversario di questa scoperta. È difficile immaginare l’enorme interesse che suscitò un secolo fa. Nelle mani di un uomo c'era un dispositivo con l'aiuto del quale era possibile vedere l'invisibile.

Si tratta di radiazioni invisibili, capaci di penetrare, anche se in misura diversa, in tutte le sostanze che esistono radiazioni elettromagnetiche con una lunghezza d'onda di circa 10 -8 cm venne chiamata radiazione a raggi X, in onore di Wilhelm Roentgen che la scoprì.

Come la luce visibile, i raggi X fanno diventare nera la pellicola fotografica. Questa proprietà è importante per la medicina, l'industria e la ricerca scientifica. Passando attraverso l'oggetto studiato e cadendo poi sulla pellicola fotografica, la radiazione X ne disegna la struttura interna. Poiché il potere di penetrazione della radiazione a raggi X varia a seconda dei materiali, le parti dell'oggetto che sono meno trasparenti producono aree più chiare nella fotografia rispetto a quelle attraverso le quali la radiazione penetra bene. Pertanto, il tessuto osseo è meno trasparente ai raggi X rispetto al tessuto che costituisce la pelle e gli organi interni. Pertanto, durante una radiografia, le ossa appariranno come aree più chiare e il sito della frattura, che è meno trasparente alle radiazioni, potrà essere individuato abbastanza facilmente. I raggi X vengono utilizzati anche in odontoiatria per individuare carie e ascessi nelle radici dei denti, così come nell'industria per individuare crepe nelle fusioni, nella plastica e nella gomma, in chimica per analizzare i composti e in fisica per studiare la struttura dei cristalli.

La scoperta di Roentgen fu seguita da esperimenti di altri ricercatori che scoprirono molte nuove proprietà e applicazioni di questa radiazione. Un contributo importante fu dato da M. Laue, W. Friedrich e P. Knipping, che dimostrarono nel 1912 la diffrazione dei raggi X che passano attraverso un cristallo; W. Coolidge, che nel 1913 inventò un tubo a raggi X ad alto vuoto con un catodo riscaldato; G. Moseley, che stabilì nel 1913 la relazione tra la lunghezza d'onda della radiazione e il numero atomico di un elemento; G. e L. Bragg, che ricevettero il Premio Nobel nel 1915 per aver sviluppato i fondamenti dell'analisi strutturale a raggi X.

Lo scopo di questo corso è studiare il fenomeno della radiazione a raggi X, la storia della scoperta, le proprietà e identificare l'ambito della sua applicazione.

Capitolo 1. Scoperta dei raggi X

1.1 Biografia di Röntgen Wilhelm Conrad

Wilhelm Conrad Roentgen nacque il 17 marzo 1845 nella regione della Germania al confine con l'Olanda, nella città di Lenepe. Ha ricevuto la sua formazione tecnica a Zurigo presso la stessa Scuola Tecnica Superiore (Politecnico) dove in seguito studiò Einstein. La sua passione per la fisica lo costrinse, dopo essersi diplomato nel 1866, a continuare la sua educazione fisica.

Dopo aver difeso la sua tesi per il dottorato in filosofia nel 1868, lavorò come assistente presso il dipartimento di fisica, prima a Zurigo, poi a Giessen e poi a Strasburgo (1874-1879) sotto Kundt. Qui Roentgen frequentò una buona scuola sperimentale e divenne uno sperimentatore di prima classe. Roentgen effettuò alcune delle sue importanti ricerche con il suo allievo, uno dei fondatori della fisica sovietica A.F. Ioffe.

La ricerca scientifica riguarda l'elettromagnetismo, la fisica dei cristalli, l'ottica, la fisica molecolare.

Nel 1895 scoprì le radiazioni con una lunghezza d'onda inferiore a quella dei raggi ultravioletti (raggi X), in seguito chiamati raggi X, e ne studiò le proprietà: la capacità di essere riflesse, assorbite, ionizzare l'aria, ecc. Propose la progettazione corretta di un tubo per la produzione di raggi X: un anticatodo di platino inclinato e un catodo concavo: fu il primo a scattare fotografie utilizzando i raggi X. Scoprì nel 1885 il campo magnetico di un dielettrico in movimento in un campo elettrico (la cosiddetta “corrente a raggi X”). La sua esperienza dimostrò chiaramente che il campo magnetico è creato da cariche in movimento, ed era importante per la creazione del teoria elettronica di X. Lorentz.Un numero significativo di lavori di Roentgen sono dedicati allo studio delle proprietà di liquidi, gas, cristalli, fenomeni elettromagnetici, alla scoperta della relazione tra fenomeni elettrici e ottici nei cristalli.Per la scoperta dei raggi che portano il suo nome , Roentgen fu il primo tra i fisici a ricevere il Premio Nobel nel 1901.

Dal 1900 al Gli ultimi giorni Durante la sua vita (morì il 10 febbraio 1923), lavorò all'Università di Monaco.

1.2 Scoperta dei raggi X

Fine del 19° secolo è stato caratterizzato da un crescente interesse per i fenomeni del passaggio dell'elettricità attraverso i gas. Anche Faraday studiò seriamente questi fenomeni, descrisse varie forme di scarica e scoprì uno spazio oscuro in una colonna luminosa di gas rarefatto. Lo spazio oscuro di Faraday separa il bagliore bluastro del catodo dal bagliore rosato dell'anodo.

Un ulteriore aumento della rarefazione del gas modifica significativamente la natura del bagliore. Il matematico Plücker (1801-1868) scoprì nel 1859, in un vuoto sufficientemente forte, un fascio di raggi debolmente bluastri emanati dal catodo, raggiungendo l'anodo e facendo brillare il vetro del tubo. Lo studente di Plücker, Hittorf (1824-1914), nel 1869 continuò le ricerche del suo insegnante e dimostrò che un'ombra distinta appare sulla superficie fluorescente del tubo se un corpo solido viene posto tra il catodo e questa superficie.

Goldstein (1850-1931), studiando le proprietà dei raggi, li chiamò raggi catodici (1876). Tre anni dopo, William Crookes (1832-1919) dimostrò la natura materiale dei raggi catodici e li chiamò "materia radiante", una sostanza in uno speciale quarto stato. La sua prova fu convincente e visiva. Successivamente furono effettuati esperimenti con il "tubo di Crookes". dimostrato in tutte le aule di fisica. La deflessione di un fascio catodico da parte di un campo magnetico in un tubo di Crookes divenne una classica dimostrazione scolastica.

Tuttavia, gli esperimenti sulla deflessione elettrica dei raggi catodici non furono così convincenti. Hertz non ha rilevato una tale deviazione ed è giunto alla conclusione che il raggio catodico è un processo oscillatorio nell'etere. Lo studente di Hertz, F. Lenard, sperimentando i raggi catodici, dimostrò nel 1893 che passano attraverso una finestra ricoperta da un foglio di alluminio e provocano un bagliore nello spazio dietro la finestra. Al fenomeno del passaggio dei raggi catodici attraverso sottili corpi metallici Hertz dedicò il suo ultimo articolo, pubblicato nel 1892, che iniziava con le parole:

"I raggi catodici differiscono dalla luce in modo significativo rispetto alla loro capacità di penetrare i corpi solidi." Descrivendo i risultati degli esperimenti sul passaggio dei raggi catodici attraverso foglie d'oro, argento, platino, alluminio, ecc., Hertz nota di aver fatto Non si osservano particolari differenze nei fenomeni. I raggi non attraversano le foglie in modo rettilineo, ma vengono dispersi per diffrazione. La natura dei raggi catodici non era ancora chiara.

Fu con questi tubi di Crookes, Lenard e altri che il professore di Würzburg Wilhelm Conrad Roentgen sperimentò alla fine del 1895. Una volta, alla fine dell'esperimento, dopo aver coperto il tubo con un coperchio di cartone nero, spegnendo la luce, ma non tuttavia, spegnendo l'induttore che alimentava il tubo, notò il bagliore dello schermo proveniente dal sinossido di bario situato vicino al tubo. Colpito da questa circostanza, Roentgen iniziò a sperimentare con lo schermo. Nel suo primo rapporto, “Su un nuovo tipo di raggi”, datato 28 dicembre 1895, scrisse di questi primi esperimenti: “Un pezzo di carta rivestito con anidride bario platino solforosa, quando avvicinato ad un tubo coperto da un coperchio di cartoncino nero sottile che aderisce abbastanza stretto ad esso, ad ogni scarica lampeggia di luce intensa: comincia a fluorescere. La fluorescenza è visibile quando sufficientemente scurita e non dipende dal fatto che la carta si presenti con il lato rivestito di ossido blu di bario o senza rivestito di ossido blu di bario. La fluorescenza è evidente anche a una distanza di due metri dal tubo.”

Un attento esame mostrò a Roentgen “che il cartone nero, non trasparente né ai raggi visibili e ultravioletti del sole, né ai raggi di un arco elettrico, è penetrato da qualche agente che provoca fluorescenza”. " che chiamò brevi "raggi X", per varie sostanze. Scoprì che i raggi passano liberamente attraverso carta, legno, gomma dura, sottili strati di metallo, ma sono fortemente ritardati dal piombo.

Poi descrive la sensazionale esperienza:

"Se si tiene la mano tra il tubo di scarico e lo schermo, si possono vedere le ombre scure delle ossa nei deboli contorni dell'ombra della mano stessa." Questo fu il primo esame fluoroscopico del corpo umano. Ottenuto anche da Roentgen le prime immagini a raggi X applicandole alla sua mano.

Queste immagini hanno fatto una grande impressione; la scoperta non era ancora stata completata e la diagnostica a raggi X aveva già iniziato il suo viaggio. "Il mio laboratorio era inondato di medici che portavano pazienti che sospettavano di avere degli aghi nei loro parti differenti corpi”, scrisse il fisico inglese Schuster.

Già dopo i primi esperimenti, Roentgen aveva stabilito con fermezza che i raggi X differiscono dai raggi catodici, non portano carica e non vengono deviati da un campo magnetico, ma sono eccitati dai raggi catodici." I raggi X non sono identici ai raggi catodici , ma ne vengono eccitati nelle pareti di vetro del tubo di scarica ”, ha scritto Roentgen.

Ha anche stabilito che sono eccitati non solo nel vetro, ma anche nei metalli.

Dopo aver menzionato l’ipotesi di Hertz-Lennard secondo cui i raggi catodici “sono un fenomeno che avviene nell’etere”, Roentgen sottolinea che “possiamo dire qualcosa di simile dei nostri raggi”. Tuttavia, non è riuscito a scoprire le proprietà ondulatorie dei raggi; essi "si comportano diversamente dai raggi ultravioletti, visibili e infrarossi finora conosciuti." Nelle loro azioni chimiche e luminescenti, secondo Roentgen, sono simili ai raggi ultravioletti. Nel suo primo messaggio affermò l'ipotesi lasciata in seguito secondo cui potrebbero essere onde longitudinali nell'etere.

La scoperta di Roentgen suscitò grande interesse nel mondo scientifico. I suoi esperimenti furono ripetuti in quasi tutti i laboratori del mondo. A Mosca furono ripetuti da P.N. Lebedev. A San Pietroburgo, l'inventore della radio A.S. Popov fece esperimenti con i raggi X, li dimostrò in conferenze pubbliche e ottenne varie immagini a raggi X. A Cambridge D.D. Thomson utilizzò immediatamente l'effetto ionizzante dei raggi X per studiare il passaggio dell'elettricità attraverso i gas. La sua ricerca portò alla scoperta dell'elettrone.

Capitolo 2. Radiazione a raggi X

La radiazione a raggi X è una radiazione ionizzante elettromagnetica, che occupa la regione spettrale tra la radiazione gamma e quella ultravioletta nelle lunghezze d'onda da 10 -4 a 10 3 (da 10 -12 a 10 -5 cm).R. l. con lunghezza d'onda λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - morbido.

2.1 Sorgenti di raggi X

La fonte più comune di raggi X è un tubo a raggi X. - dispositivo di aspirazione elettrico , che funge da fonte di radiazioni a raggi X. Tale radiazione si verifica quando gli elettroni emessi dal catodo vengono decelerati e colpiscono l'anodo (anticatodo); in questo caso, l'energia degli elettroni accelerati da un forte campo elettrico nello spazio tra anodo e catodo viene parzialmente convertita in energia dei raggi X. La radiazione del tubo a raggi X è una sovrapposizione della radiazione a raggi X di bremsstrahlung sulla radiazione caratteristica della sostanza anodica. I tubi a raggi X si distinguono: dal metodo per ottenere un flusso di elettroni - con un catodo termoionico (riscaldato), un catodo ad emissione di campo (punta), un catodo bombardato con ioni positivi e con una fonte di elettroni radioattiva (β); secondo il metodo del vuoto: sigillato, smontabile; per tempo di radiazione: continuo, pulsato; per tipo di raffreddamento dell'anodo - con acqua, olio, aria, raffreddamento a radiazione; per dimensione del fuoco (area di radiazione all'anodo) - macrofocale, messa a fuoco nitida e microfocalizzazione; secondo la sua forma: ad anello, rotondo, lineare; secondo il metodo di focalizzazione degli elettroni sull'anodo - con focalizzazione elettrostatica, magnetica, elettromagnetica.

I tubi a raggi X vengono utilizzati nell'analisi strutturale a raggi X (Appendice 1), analisi spettrale dei raggi X, rilevamento di difetti (Appendice 1), diagnostica a raggi X (Appendice 1), Terapia a raggi X , microscopia a raggi X e microradiografia. I più utilizzati in tutti i settori sono i tubi a raggi X sigillati con un catodo termoionico, un anodo raffreddato ad acqua e un sistema di focalizzazione elettrostatica degli elettroni (Appendice 2). Il catodo termoionico dei tubi a raggi X è solitamente un filamento a spirale o diritto di filo di tungsteno, riscaldato da una corrente elettrica. La sezione di lavoro dell'anodo - una superficie metallica a specchio - si trova perpendicolarmente o ad un certo angolo rispetto al flusso di elettroni. Per ottenere uno spettro continuo di radiazioni di raggi X ad alta energia e alta intensità, vengono utilizzati anodi di Au e W; nell'analisi strutturale vengono utilizzati tubi a raggi X con anodi in Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag.

Le caratteristiche principali dei tubi a raggi X sono la tensione di accelerazione massima consentita (1-500 kV), la corrente elettronica (0,01 mA - 1 A), la potenza specifica dissipata dall'anodo (10-10 4 W/mm 2), il consumo energetico totale (0,002 W - 60 kW) e dimensioni del fuoco (1 µm - 10 mm). L'efficienza del tubo a raggi X è dello 0,1-3%.

Alcuni isotopi radioattivi possono anche servire come sorgenti di raggi X. : alcuni di essi emettono direttamente raggi X, la radiazione nucleare di altri (elettroni o particelle λ) bombarda un bersaglio metallico, che emette raggi X. L'intensità della radiazione a raggi X proveniente da fonti isotopiche è di diversi ordini di grandezza inferiore all'intensità della radiazione da un tubo a raggi X, ma le dimensioni, il peso e il costo delle fonti isotopiche sono incomparabilmente inferiori rispetto alle installazioni con un tubo a raggi X.

Sincrotroni e anelli di accumulazione di elettroni con energie di diversi GeV possono servire come sorgenti di raggi X molli con λ dell'ordine di decine e centinaia. L'intensità della radiazione a raggi X dei sincrotroni supera quella di un tubo a raggi X in questa regione dello spettro di 2-3 ordini di grandezza.

Le fonti naturali di raggi X sono il Sole e altri oggetti spaziali.

2.2 Proprietà dei raggi X

A seconda del meccanismo di generazione dei raggi X, i loro spettri possono essere continui (bremsstrahlung) o lineari (caratteristici). Uno spettro continuo di raggi X viene emesso da particelle cariche velocemente come risultato della loro decelerazione quando interagiscono con gli atomi bersaglio; questo spettro raggiunge un'intensità significativa solo quando il bersaglio viene bombardato da elettroni. L’intensità dei raggi X di bremsstrahlung è distribuita su tutte le frequenze fino al limite delle alte frequenze 0, al quale l’energia del fotone h 0 (h è la costante di Planck ) è uguale all'energia eV degli elettroni bombardanti (e è la carica dell'elettrone, V è la differenza di potenziale del campo accelerante da loro attraversato). Questa frequenza corrisponde al limite delle onde corte dello spettro 0 = hc/eV (c è la velocità della luce).

La radiazione lineare si verifica dopo la ionizzazione di un atomo con l'espulsione di un elettrone da uno dei suoi gusci interni. Tale ionizzazione può risultare dalla collisione di un atomo con una particella veloce come un elettrone (raggi X primari) o dall'assorbimento di un fotone da parte dell'atomo (raggi X fluorescenti). L'atomo ionizzato si trova nello stato quantico iniziale ad uno dei livelli energetici più alti e dopo 10 -16 -10 -15 secondi passa allo stato finale ad energia inferiore. In questo caso, l'atomo può emettere energia in eccesso sotto forma di un fotone di una certa frequenza. Le frequenze delle linee nello spettro di tale radiazione sono caratteristiche degli atomi di ciascun elemento, quindi lo spettro dei raggi X della linea è chiamato caratteristico. La dipendenza della frequenza delle linee di questo spettro dal numero atomico Z è determinata dalla legge di Moseley.

Legge di Moseley, la legge relativa alla frequenza delle linee spettrali della radiazione X caratteristica elemento chimico con il suo numero di serie. Stabilito sperimentalmente da G. Moseley nel 1913. Secondo la legge di Moseley, la radice quadrata della frequenza  della linea spettrale della radiazione caratteristica di un elemento è una funzione lineare del suo numero di serie Z:

dove R è la costante di Rydberg , S n - costante di screening, n - numero quantico principale. Nel diagramma di Moseley (Appendice 3), la dipendenza da Z è una serie di linee rette (serie K-, L-, M-, ecc., corrispondenti ai valori n = 1, 2, 3,.).

La legge di Moseley era una prova inconfutabile della corretta collocazione degli elementi nella tavola periodica degli elementi DI. Mendeleev e contribuì a chiarire il significato fisico di Z.

In conformità con la legge di Moseley, gli spettri caratteristici dei raggi X non rivelano i modelli periodici inerenti agli spettri ottici. Ciò indica che i gusci elettronici interni degli atomi di tutti gli elementi, che appaiono nei caratteristici spettri dei raggi X, hanno una struttura simile.

Esperimenti successivi hanno rivelato alcune deviazioni dalla relazione lineare per gruppi di transizione di elementi associati a un cambiamento nell'ordine di riempimento dei gusci elettronici esterni, così come per gli atomi pesanti, risultanti da effetti relativistici (spiegati condizionatamente dal fatto che le velocità degli quelle interne sono paragonabili alla velocità della luce).

A seconda di una serie di fattori - il numero di nucleoni nel nucleo (spostamento isotonico), lo stato dei gusci elettronici esterni (spostamento chimico), ecc. - la posizione delle linee spettrali sul diagramma di Moseley può cambiare leggermente. Lo studio di questi spostamenti ci permette di ottenere informazioni dettagliate sull'atomo.

I raggi X di Bremsstrahlung emessi da bersagli molto sottili sono completamente polarizzati vicino allo 0; Al diminuire di 0, il grado di polarizzazione diminuisce. La radiazione caratteristica, di regola, non è polarizzata.

Quando i raggi X interagiscono con la materia, può verificarsi un effetto fotoelettrico. , il conseguente assorbimento dei raggi X e la loro diffusione, l'effetto fotoelettrico si osserva nel caso in cui un atomo, assorbendo un fotone di raggi X, espelle uno dei suoi elettroni interni, dopo di che può effettuare una transizione radiativa, emettendo un fotone di radiazione caratteristica, o espellere un secondo elettrone in una transizione non radiativa (elettrone Auger). Sotto l'influenza dei raggi X sui cristalli non metallici (ad esempio il salgemma), in alcuni siti del reticolo atomico compaiono ioni con una carica positiva aggiuntiva e accanto a loro compaiono elettroni in eccesso. Tali disturbi nella struttura dei cristalli sono chiamati eccitoni dei raggi X , sono centri di colore e scompaiono solo con un aumento significativo della temperatura.

Quando i raggi X attraversano uno strato di sostanza di spessore x, la loro intensità iniziale I 0 diminuisce al valore I = I 0 e - μ x dove μ è il coefficiente di attenuazione. L'indebolimento di I avviene a causa di due processi: l'assorbimento dei fotoni dei raggi X da parte della materia e un cambiamento nella loro direzione durante la diffusione. Nella regione delle onde lunghe dello spettro predomina l'assorbimento dei raggi X, nella regione delle onde corte prevale la loro diffusione. Il grado di assorbimento aumenta rapidamente con l'aumentare di Z e λ. Ad esempio, i raggi X duri penetrano liberamente attraverso uno strato d'aria ~ 10 cm; una lastra di alluminio spessa 3 cm attenua i raggi X con λ = 0,027 della metà; i raggi X molli vengono assorbiti in modo significativo nell'aria e il loro utilizzo e ricerca sono possibili solo nel vuoto o in un gas debolmente assorbente (ad esempio He). Quando i raggi X vengono assorbiti, gli atomi della sostanza si ionizzano.

L'effetto dei raggi X sugli organismi viventi può essere benefico o dannoso a seconda della ionizzazione che provocano nei tessuti. Poiché l'assorbimento dei raggi X dipende da λ, la loro intensità non può servire come misura dell'effetto biologico dei raggi X. Le misurazioni dei raggi X vengono utilizzate per misurare quantitativamente l'effetto dei raggi X sulla materia. , la sua unità di misura è la radiografia

La diffusione dei raggi X nella regione di Z e λ grandi avviene principalmente senza modificare λ ed è chiamata diffusione coerente, mentre nella regione di Z e λ piccoli, di regola, aumenta (diffusione incoerente). Esistono 2 tipi noti di diffusione incoerente dei raggi X: Compton e Raman. Nello scattering Compton, che ha la natura dello scattering corpuscolare anelastico, a causa dell'energia parzialmente persa dal fotone dei raggi X, un elettrone di rinculo vola fuori dal guscio dell'atomo. In questo caso l'energia del fotone diminuisce e la sua direzione cambia; la variazione di λ dipende dall'angolo di diffusione. Durante la diffusione Raman di un fotone di raggi X ad alta energia su un atomo leggero, una piccola parte della sua energia viene spesa per ionizzare l'atomo e la direzione del movimento del fotone cambia. La variazione di tali fotoni non dipende dall'angolo di diffusione.

L'indice di rifrazione n per i raggi X differisce da 1 di una quantità molto piccola δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5. La velocità di fase dei raggi X in un mezzo è maggiore della velocità della luce nel vuoto. La deflessione dei raggi X nel passaggio da un mezzo all'altro è molto piccola (pochi minuti d'arco). Quando i raggi X cadono dal vuoto sulla superficie di un corpo con un angolo molto piccolo, vengono completamente riflessi verso l'esterno.

2.3 Rilevazione dei raggi X

L'occhio umano non è sensibile ai raggi X. raggi X

I raggi vengono registrati utilizzando una speciale pellicola fotografica a raggi X contenente una maggiore quantità di Ag e Br. Nella regione λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, la sensibilità della normale pellicola fotografica positiva è piuttosto elevata e i suoi grani sono molto più piccoli dei grani della pellicola radiografica, il che aumenta la risoluzione. A λ dell'ordine delle decine e delle centinaia i raggi X agiscono solo sullo strato superficiale più sottile della fotoemulsione; Per aumentare la sensibilità della pellicola, questa viene sensibilizzata con oli luminescenti. Nella diagnostica a raggi X e nel rilevamento dei difetti, l'elettrofotografia viene talvolta utilizzata per registrare i raggi X. (elettroradiografia).

I raggi X ad alta intensità possono essere registrati utilizzando una camera a ionizzazione (Appendice 4), raggi X di media e bassa intensità a λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком con cristallo NaI (Tl) (Appendice 5), a 0,5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (Appendice 6) e un contatore proporzionale sigillato (Appendice 7), a 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (Appendice 8). Nella regione di λ molto grandi (da decine a 1000), per registrare i raggi X possono essere utilizzati moltiplicatori di elettroni secondari di tipo aperto con vari fotocatodi all'ingresso.

2.4 Utilizzo dei raggi X

I raggi X sono ampiamente utilizzati in medicina per la diagnostica radiografica. e radioterapia . Il rilevamento dei difetti a raggi X è importante per molti rami della tecnologia. , ad esempio, per rilevare difetti interni nei getti (gusci, inclusioni di scorie), crepe nelle rotaie e difetti nelle saldature.

Analisi strutturale a raggi X permette di stabilire la disposizione spaziale degli atomi nel reticolo cristallino di minerali e composti, in molecole inorganiche e organiche. Sulla base di numerose strutture atomiche già decifrate, si può risolvere anche il problema inverso: utilizzando uno schema di diffrazione dei raggi X sostanza policristallina, ad esempio acciaio legato, lega, minerale, suolo lunare, è possibile stabilire la composizione cristallina di questa sostanza, ad es. è stata eseguita l'analisi di fase. Numerose applicazioni di R. l. la radiografia dei materiali viene utilizzata per studiare le proprietà dei solidi .

Microscopia a raggi X permette, ad esempio, di ottenere un'immagine di una cellula o di un microrganismo e di vederne la struttura interna. Spettroscopia a raggi X utilizzando gli spettri dei raggi X, studia la distribuzione energetica della densità degli stati elettronici in varie sostanze, indaga la natura dei legami chimici, trova la carica effettiva degli ioni in solidi e molecole. Analisi spettrale dei raggi X In base alla posizione e all'intensità delle linee dello spettro caratteristico, consente di determinare la composizione qualitativa e quantitativa di una sostanza e serve per controlli rapidi non distruttivi della composizione dei materiali negli impianti metallurgici, cementizi e negli impianti di lavorazione. Nell'automazione di queste imprese, gli spettrometri a raggi X e i misuratori quantistici vengono utilizzati come sensori per la composizione della materia.

I raggi X provenienti dallo spazio trasportano informazioni sulla composizione chimica dei corpi cosmici e processi fisici accadendo nello spazio. L'astronomia a raggi X studia i raggi X cosmici. . I potenti raggi X vengono utilizzati nella chimica delle radiazioni per stimolare alcune reazioni, la polimerizzazione dei materiali e il cracking delle sostanze organiche. I raggi X vengono anche utilizzati per rilevare dipinti antichi nascosti sotto uno strato di pittura tardiva, nell'industria alimentare per identificare oggetti estranei entrati accidentalmente nei prodotti alimentari, in medicina legale, in archeologia, ecc.

Capitolo 3. Applicazione dei raggi X in metallurgia

Uno dei compiti principali dell'analisi della diffrazione dei raggi X è determinare il materiale o la composizione della fase di un materiale. Il metodo di diffrazione dei raggi X è diretto ed è caratterizzato da elevata affidabilità, rapidità e relativa economicità. Il metodo non richiede una grande quantità di sostanza, l'analisi può essere effettuata senza distruggere il pezzo. Gli ambiti di applicazione dell'analisi qualitativa di fase sono molto diversi, sia per la ricerca che per il controllo in produzione. È possibile verificare la composizione dei materiali di partenza della produzione metallurgica, dei prodotti di sintesi, della lavorazione, del risultato dei cambiamenti di fase durante il trattamento termico e chimico-termico, analizzare vari rivestimenti, film sottili, ecc.

Ciascuna fase, avendo una propria struttura cristallina, è caratterizzata da un certo insieme di valori discreti delle distanze interplanari d/n, inerenti solo a questa fase, dal massimo in basso. Come segue dall'equazione di Wulff-Bragg, ciascun valore della distanza interplanare corrisponde a una linea sul modello di diffrazione dei raggi X da un campione policristallino ad un certo angolo θ (per una data lunghezza d'onda λ). Pertanto, un certo insieme di distanze interplanari per ciascuna fase nello schema di diffrazione dei raggi X corrisponderà a un certo sistema di linee (massimi di diffrazione). L'intensità relativa di queste linee nello schema di diffrazione dei raggi X dipende principalmente dalla struttura della fase. Pertanto, determinando la posizione delle linee sull'immagine radiografica (il suo angolo θ) e conoscendo la lunghezza d'onda della radiazione alla quale è stata scattata l'immagine radiografica, possiamo determinare i valori delle distanze interplanari d/ n utilizzando la formula di Wulff-Bragg:

/n = λ/ (2senθ). (1)

Avendo determinato una serie di d/n per il materiale in studio e confrontandolo con i dati d/n precedentemente noti per sostanze pure, i loro vari collegamenti, è possibile stabilire quale fase costituisca questo materiale. Va sottolineato che sono le fasi ad essere determinate, e non Composizione chimica, ma quest'ultimo a volte può essere dedotto se esistono dati aggiuntivi sulla composizione elementare di una particolare fase. Il compito dell'analisi qualitativa di fase è notevolmente facilitato se è nota la composizione chimica del materiale studiato, perché in questo modo si possono fare ipotesi preliminari su possibili in questo caso fasi.

La cosa principale per l'analisi di fase è misurare accuratamente d/n e l'intensità della linea. Anche se in linea di principio questo è più facile da ottenere utilizzando un diffrattometro, il fotometodo per l'analisi qualitativa presenta alcuni vantaggi, principalmente in termini di sensibilità (la capacità di rilevare la presenza di una piccola quantità di fase in un campione), nonché di semplicità di analisi. tecnica sperimentale.

Il calcolo di d/n da un modello di diffrazione di raggi X viene effettuato utilizzando l'equazione di Wulff-Bragg.

Il valore di λ in questa equazione viene solitamente utilizzato λ α avg K-series:

λα av = (2λα1 + λα2) /3 (2)

Talvolta viene utilizzata la linea Kα1. Determinare gli angoli di diffrazione θ per tutte le linee delle fotografie a raggi X consente di calcolare d/n utilizzando l'equazione (1) e separare le linee β (se non era presente alcun filtro per (raggi β).

3.1 Analisi delle imperfezioni della struttura cristallina

Tutti i veri materiali monocristallini e, soprattutto, policristallini contengono alcune imperfezioni strutturali (difetti puntuali, dislocazioni, vari tipi di interfacce, micro e macrostress), che hanno un'influenza molto forte su tutte le proprietà e i processi sensibili alla struttura.

Le imperfezioni strutturali causano disturbi del reticolo cristallino di diversa natura e, di conseguenza, diversi tipi di cambiamenti nel modello di diffrazione: cambiamenti nelle distanze interatomiche e interplanari causano uno spostamento dei massimi di diffrazione, microstress e dispersione della sottostruttura portano ad un ampliamento dei massimi di diffrazione, microdistorsioni reticolari portano a variazioni dell'intensità di questi massimi, la presenza di dislocazioni provoca fenomeni anomali durante il passaggio dei raggi X e, di conseguenza, disomogeneità locali in contrasto sui topogrammi radiografici, ecc.

Di conseguenza, l’analisi della diffrazione dei raggi X è uno dei metodi più informativi per studiare le imperfezioni strutturali, il loro tipo, concentrazione e la natura della distribuzione.

Il tradizionale metodo diretto della diffrazione dei raggi X, implementato sui diffrattometri stazionari, a causa delle loro caratteristiche costruttive, consente la determinazione quantitativa di tensioni e deformazioni solo su piccoli campioni tagliati da parti o oggetti.

Pertanto, attualmente si sta passando dai diffrattometri a raggi X fissi a quelli portatili di piccole dimensioni, che forniscono la valutazione delle sollecitazioni nel materiale di parti o oggetti senza distruzione nelle fasi della loro produzione e funzionamento.

I diffrattometri a raggi X portatili della serie DRP*1 consentono di monitorare le tensioni residue ed efficaci in parti, prodotti e strutture di grandi dimensioni senza distruzione

Il programma in ambiente Windows consente non solo di determinare le tensioni utilizzando il metodo “sin 2 ψ” in tempo reale, ma anche di monitorare i cambiamenti nella composizione e nella tessitura delle fasi. Il rilevatore di coordinate lineari fornisce la registrazione simultanea ad angoli di diffrazione di 2θ = 43°. La sicurezza radiologica dell'apparecchio è garantita da tubi radiogeni di piccole dimensioni del tipo "Fox" ad alta luminosità e bassa potenza (5 W), in cui ad una distanza di 25 cm dall'area irradiata il livello di radiazione è pari al livello di fondo naturale. I dispositivi della serie DRP vengono utilizzati per determinare le sollecitazioni nelle varie fasi della formatura dei metalli, durante il taglio, la rettifica, il trattamento termico, la saldatura, l'indurimento superficiale al fine di ottimizzare queste operazioni tecnologiche. Il monitoraggio della diminuzione del livello delle tensioni residue di compressione indotte in prodotti e strutture particolarmente critici durante il loro esercizio consente di mettere fuori servizio il prodotto prima che venga distrutto, prevenendo possibili incidenti e disastri.

3.2 Analisi spettrale

Oltre a determinare la struttura cristallina atomica e la composizione di fase di un materiale, per la sua completa caratterizzazione è necessario determinarne la composizione chimica.

Nella pratica per questi scopi vengono utilizzati sempre più spesso diversi cosiddetti metodi strumentali di analisi spettrale. Ognuno di essi ha i suoi vantaggi e applicazioni.

Uno dei requisiti importanti in molti casi è che il metodo utilizzato garantisca la sicurezza dell'oggetto analizzato; Sono proprio questi metodi di analisi che vengono discussi in questa sezione. Il criterio successivo con cui sono stati scelti i metodi di analisi descritti in questa sezione è la loro località.

Il metodo di analisi spettrale dei raggi X fluorescenti si basa sulla penetrazione di raggi X abbastanza duri (da un tubo a raggi X) nell'oggetto analizzato, penetrando in uno strato con uno spessore di circa diversi micrometri. La caratteristica radiazione a raggi X che appare nell'oggetto consente di ottenere dati medi sulla sua composizione chimica.

Per determinare la composizione elementare di una sostanza, è possibile utilizzare l'analisi dello spettro della radiazione X caratteristica di un campione posto sull'anodo di un tubo a raggi X e sottoposto a bombardamento con elettroni - il metodo dell'emissione, o l'analisi della spettro della radiazione a raggi X secondaria (fluorescente) di un campione irradiato con raggi X duri da un tubo a raggi X o altra fonte - metodo fluorescente.

Lo svantaggio del metodo ad emissione è, in primo luogo, la necessità di posizionare il campione sull'anodo del tubo radiogeno e poi pomparlo con pompe a vuoto; Ovviamente, questo metodo non è adatto per prodotti a basso punto di fusione e sostanze volatili. Il secondo inconveniente è legato al fatto che anche gli oggetti refrattari vengono danneggiati dal bombardamento elettronico. Il metodo fluorescente è esente da questi svantaggi e ha quindi un'applicazione molto più ampia. Il vantaggio del metodo fluorescente è anche l'assenza di radiazioni bremsstrahlung, che migliora la sensibilità dell'analisi. Il confronto delle lunghezze d'onda misurate con le tabelle delle linee spettrali degli elementi chimici costituisce la base dell'analisi qualitativa e i valori relativi delle intensità delle linee spettrali dei diversi elementi che formano la sostanza del campione costituiscono la base analisi quantitativa. Da un esame del meccanismo di eccitazione della caratteristica radiazione di raggi X, è chiaro che le radiazioni dell'una o dell'altra serie (K o L, M, ecc.) sorgono simultaneamente e i rapporti delle intensità delle linee all'interno della serie sono sempre costanti . Pertanto, la presenza dell'uno o dell'altro elemento non è stabilita dalle singole linee, ma da una serie di linee nel loro insieme (tranne quelle più deboli, tenendo conto del contenuto di un dato elemento). Per elementi relativamente leggeri viene utilizzata l'analisi delle linee della serie K, per elementi pesanti - linee della serie L; in condizioni diverse (a seconda dell'attrezzatura utilizzata e degli elementi da analizzare), possono essere più convenienti regioni diverse dello spettro caratteristico.

Le caratteristiche principali dell'analisi spettrale dei raggi X sono le seguenti.

La semplicità degli spettri caratteristici dei raggi X anche per elementi pesanti (rispetto agli spettri ottici), che semplifica l'analisi (piccolo numero di linee; somiglianza nella loro posizione relativa; con l'aumento del numero di serie si verifica uno spostamento naturale dello spettro nella regione delle onde corte, rendendo l'analisi quantitativa relativamente più semplice).

Indipendenza delle lunghezze d'onda dallo stato degli atomi dell'elemento analizzato (liberi o in un composto chimico). Ciò è dovuto al fatto che la comparsa della caratteristica radiazione a raggi X è associata all'eccitazione dei livelli elettronici interni, che nella maggior parte dei casi praticamente non cambiano a seconda del grado di ionizzazione degli atomi.

La capacità di separare nell'analisi le terre rare e alcuni altri elementi che presentano piccole differenze negli spettri nel campo ottico a causa della somiglianza della struttura elettronica dei gusci esterni e differiscono molto poco nelle loro proprietà chimiche.

Il metodo della spettroscopia di fluorescenza a raggi X è "non distruttivo", quindi presenta un vantaggio rispetto al metodo di spettroscopia ottica convenzionale quando si analizzano campioni sottili: lamiere sottili, fogli, ecc.

Gli spettrometri a fluorescenza a raggi X sono diventati particolarmente ampiamente utilizzati nelle imprese metallurgiche, compresi spettrometri multicanale o quantometri che forniscono una rapida analisi quantitativa degli elementi (da Na o Mg a U) con un errore inferiore all'1% del valore determinato, una soglia di sensibilità del 10-3...10-4% .

fascio di raggi X

Metodi per determinare la composizione spettrale della radiazione a raggi X

Gli spettrometri si dividono in due tipologie: a diffrazione di cristalli e senza cristalli.

La decomposizione dei raggi X in uno spettro utilizzando un reticolo di diffrazione naturale - un cristallo - è essenzialmente simile all'ottenimento dello spettro dei raggi luminosi ordinari utilizzando un reticolo di diffrazione artificiale sotto forma di linee periodiche sul vetro. La condizione per la formazione di un massimo di diffrazione può essere scritta come la condizione di “riflessione” da un sistema di piani atomici paralleli separati da una distanza d hkl.

Quando si effettua un'analisi qualitativa, si può giudicare la presenza di un particolare elemento in un campione da una linea, solitamente la linea più intensa della serie spettrale adatta per un dato analizzatore di cristalli. La risoluzione degli spettrometri di diffrazione dei cristalli è sufficiente per separare le linee caratteristiche degli elementi pari vicini in posizione nella tavola periodica. Bisogna però tenere conto anche della sovrapposizione di linee diverse di elementi diversi, nonché della sovrapposizione di riflessioni di ordine diverso. Questa circostanza deve essere presa in considerazione quando si scelgono le linee analitiche. Allo stesso tempo è necessario sfruttare le possibilità di miglioramento della risoluzione del dispositivo.

Conclusione

Pertanto, i raggi X sono radiazioni elettromagnetiche invisibili con una lunghezza d'onda di 10 5 - 10 2 nm. I raggi X possono penetrare alcuni materiali opachi alla luce visibile. Vengono emessi durante la decelerazione degli elettroni veloci in una sostanza (spettro continuo) e durante le transizioni di elettroni dai gusci elettronici esterni di un atomo a quelli interni (spettro a linee). Le fonti di radiazione a raggi X sono: un tubo a raggi X, alcuni isotopi radioattivi, acceleratori e dispositivi di immagazzinamento di elettroni (radiazione di sincrotrone). Ricevitori: pellicole fotografiche, schermi fluorescenti, rilevatori di radiazioni nucleari. I raggi X vengono utilizzati nell'analisi della diffrazione dei raggi X, nella medicina, nel rilevamento di difetti, nell'analisi spettrale dei raggi X, ecc.

Considerati gli aspetti positivi della scoperta di V. Roentgen, è necessario notare il suo effetto biologico dannoso. Si è scoperto che le radiazioni dei raggi X possono causare qualcosa di simile a una grave scottatura solare (eritema), accompagnata, tuttavia, da danni più profondi e permanenti alla pelle. Le ulcere che compaiono spesso si trasformano in cancro. In molti casi è stato necessario amputare le dita o le mani. Ci sono stati anche dei morti.

È stato riscontrato che i danni alla pelle possono essere evitati riducendo il tempo di esposizione e la dose, utilizzando schermature (ad esempio piombo) e controlli a distanza. Ma gradualmente sono emerse altre conseguenze a lungo termine dell'irradiazione con raggi X, che sono state poi confermate e studiate su animali da esperimento. Gli effetti causati dai raggi X e da altre radiazioni ionizzanti (come le radiazioni gamma emesse da materiali radioattivi) includono:

) cambiamenti temporanei nella composizione del sangue dopo un eccesso di radiazioni relativamente piccolo;

) cambiamenti irreversibili nella composizione del sangue (anemia emolitica) dopo radiazioni eccessive prolungate;

) aumento dell'incidenza del cancro (inclusa la leucemia);

) invecchiamento più rapido e morte anticipata;

) la comparsa di cataratta.

L'impatto biologico delle radiazioni a raggi X sul corpo umano è determinato dal livello della dose di radiazioni e da quale organo del corpo è stato esposto alle radiazioni.

L'accumulo di conoscenze sugli effetti delle radiazioni a raggi X sul corpo umano ha portato allo sviluppo di standard nazionali e internazionali per le dosi di radiazioni ammissibili, pubblicati in varie pubblicazioni di riferimento.

Per evitare gli effetti dannosi delle radiazioni a raggi X, vengono utilizzati metodi di controllo:

) disponibilità di attrezzature adeguate,

) monitorare il rispetto delle norme di sicurezza,

) corretto utilizzo delle attrezzature.

Elenco delle fonti utilizzate

1) Blokhin M.A., Fisica dei raggi X, 2a ed., M., 1957;

) Blokhin M.A., Metodi di studi spettrali dei raggi X, M., 1959;

) Raggi X. Sab. a cura di MA Blokhina, per. con lui. e inglese, M., 1960;

) Kharaja F., Corso generale di tecnologia dei raggi X, 3a ed., M. - L., 1966;

) Mirkin L.I., Manuale sull'analisi strutturale a raggi X dei policristalli, M., 1961;

) Vainshtein E.E., Kahana M.M., Tabelle di riferimento per la spettroscopia a raggi X, M., 1953.

) Analisi a raggi X ed elettro-ottica. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N.: Libro di testo. Un manuale per le università. - 4a ed. Aggiungere. E rielaborato. - M.: "MISiS", 2002. - 360 pag.

Applicazioni

Allegato 1

Vista generale dei tubi a raggi X

Appendice 2

Schema del tubo a raggi X per l'analisi strutturale

Schema di un tubo a raggi X per analisi strutturale: 1 - coppa anodica metallica (solitamente collegata a terra); 2 - finestre in berillio per emissione raggi X; 3 - catodo termoionico; 4 - pallone di vetro, che isola la parte anodica del tubo dal catodo; 5 - terminali del catodo, ai quali viene fornita la tensione del filamento, nonché una tensione elevata (rispetto all'anodo); 6 - sistema di focalizzazione elettrostatica degli elettroni; 7 - anodo (anticatodo); 8 - tubi per l'ingresso e l'uscita dell'acqua corrente che raffredda la coppa dell'anodo.

Appendice 3

Diagramma di Moseley

Diagramma di Moseley per le serie K, L e M della radiazione X caratteristica. L'asse delle ascisse mostra il numero di serie dell'elemento Z e l'asse delle ordinate mostra ( Con- velocità della luce).

Appendice 4

Camera di ionizzazione.

Fig. 1. Sezione trasversale di una camera di ionizzazione cilindrica: 1 - corpo della camera cilindrica, che funge da elettrodo negativo; 2 - asta cilindrica che funge da elettrodo positivo; 3 - isolanti.

Riso. 2. Schema elettrico per l'accensione di una camera di ionizzazione corrente: V - tensione agli elettrodi della camera; G - galvanometro che misura la corrente di ionizzazione.

Riso. 3. Caratteristiche corrente-tensione della camera di ionizzazione.

Riso. 4. Schema di collegamento della camera di ionizzazione a impulsi: C - capacità dell'elettrodo di raccolta; R - resistenza.

Appendice 5

Contatore di scintillazioni.

Circuito contatore a scintillazione: i quanti di luce (fotoni) “estraggono” gli elettroni dal fotocatodo; spostandosi di dinodo in dinodo la valanga di elettroni si moltiplica.

Appendice 6

Contatore Geiger-Muller.

Riso. 1. Schema di un contatore Geiger-Müller in vetro: 1 - tubo di vetro sigillato ermeticamente; 2 - catodo (un sottile strato di rame su un tubo di acciaio inossidabile); 3 - uscita catodica; 4 - anodo (filo allungato sottile).

Riso. 2. Schema elettrico per il collegamento di un contatore Geiger-Müller.

Riso. 3. Caratteristiche di conteggio di un contatore Geiger-Müller.

Appendice 7

Contatore proporzionale.

Schema di un contatore proporzionale: a - regione di deriva degli elettroni; b - regione di potenziamento del gas.

Appendice 8

Rivelatori a semiconduttore

Rivelatori a semiconduttore; L'area sensibile è evidenziata mediante ombreggiatura; n - regione del semiconduttore con conduttività elettronica, p - con conduttività dei buchi, i - con conduttività intrinseca; a - rilevatore di barriera superficiale in silicio; b - rilevatore planare di deriva al germanio-litio; c - rilevatore coassiale germanio-litio.

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I raggi X svolgono un ruolo enorme nella medicina moderna; la storia della scoperta dei raggi X risale al 19° secolo.

I raggi X sono onde elettromagnetiche prodotte con la partecipazione di elettroni. Quando le particelle cariche vengono fortemente accelerate, vengono creati raggi X artificiali. Passa attraverso attrezzature speciali:

acceleratori di particelle cariche.

Storia della scoperta

Questi raggi furono inventati nel 1895 dallo scienziato tedesco Roentgen: mentre lavorava con un tubo a raggi catodici, scoprì l'effetto di fluorescenza del cianuro di bario-platino. Fu allora che furono descritti tali raggi e la loro straordinaria capacità di penetrare nei tessuti del corpo. I raggi divennero noti come raggi X (raggi X). Più tardi in Russia iniziarono a essere chiamati raggi X.

I raggi X possono penetrare anche nei muri. Così Roentgen si rese conto di aver fatto la più grande scoperta nel campo della medicina. Fu da questo momento che iniziarono a formarsi sezioni separate della scienza, come la radiologia e la radiologia.

I raggi riescono a penetrare attraverso i tessuti molli, ma sono ritardati, la loro lunghezza è determinata dall'ostacolo della superficie dura. I tessuti molli del corpo umano sono la pelle, mentre i tessuti duri sono le ossa. Nel 1901, lo scienziato ricevette il premio Nobel.

Tuttavia, anche prima della scoperta di Wilhelm Conrad Roentgen, anche altri scienziati erano interessati a un argomento simile. Nel 1853, il fisico francese Antoine-Philibert Mason studiò una scarica ad alta tensione tra gli elettrodi in un tubo di vetro. Il gas in esso contenuto cominciò a rilasciare un bagliore rossastro a bassa pressione. Il pompaggio del gas in eccesso dal tubo ha portato alla disintegrazione del bagliore in una complessa sequenza di singoli strati luminosi, la cui tonalità dipendeva dalla quantità di gas.

Nel 1878, William Crookes (fisico inglese) suggerì che la fluorescenza si verifica a causa dell'impatto dei raggi sulla superficie di vetro del tubo. Ma tutti questi studi non sono stati pubblicati da nessuna parte, quindi Roentgen non aveva idea di tali scoperte. Dopo aver pubblicato le sue scoperte nel 1895 su una rivista scientifica, dove lo scienziato scrisse che tutti i corpi sono trasparenti a questi raggi, anche se in misura molto diversa, altri scienziati si interessarono a esperimenti simili. Confermarono l'invenzione di Roentgen e successivamente iniziarono lo sviluppo e il miglioramento dei raggi X.

Lo stesso Wilhelm Roentgen pubblicò altri due articoli scientifici sul tema dei raggi X nel 1896 e nel 1897, dopodiché intraprese altre attività. Così, diversi scienziati lo inventarono, ma fu Roentgen a pubblicarlo lavori scientifici in questa occasione.

Principi di acquisizione delle immagini

Le caratteristiche di questa radiazione sono determinate dalla natura stessa del loro aspetto. La radiazione si verifica a causa di un'onda elettromagnetica. Le sue proprietà principali includono:

Riflessione. Se un'onda colpisce la superficie perpendicolarmente, non verrà riflessa. In alcune situazioni, il diamante ha la proprietà di riflettere.
Capacità di penetrare nei tessuti. Inoltre, i raggi possono attraversare superfici opache di materiali come legno, carta, ecc.
Assorbimento. L'assorbimento dipende dalla densità del materiale: più è denso, più i raggi X lo assorbono.
Alcune sostanze sono fluorescenti, cioè brillano. Non appena la radiazione si ferma, anche il bagliore scompare. Se continua dopo la cessazione dei raggi, questo effetto è chiamato fosforescenza.
I raggi X possono illuminare la pellicola fotografica, proprio come la luce visibile.
Se il raggio passa attraverso l'aria, nell'atmosfera avviene la ionizzazione. Questo stato è chiamato elettricamente conduttivo e viene determinato utilizzando un dosimetro, che imposta la velocità di dosaggio delle radiazioni.

Radiazioni: danno e beneficio

Quando fu fatta la scoperta, il fisico Roentgen non poteva nemmeno immaginare quanto fosse pericolosa la sua invenzione. In passato, tutti i dispositivi che producevano radiazioni erano tutt’altro che perfetti e finivano per rilasciare grandi dosi di raggi. Le persone non capivano il pericolo di tali radiazioni. Sebbene alcuni scienziati abbiano avanzato teorie sui pericoli dei raggi X.

I raggi X, penetrando nei tessuti, hanno un effetto biologico su di essi. L'unità di misura della dose di radiazioni è il roentgen all'ora. L'influenza principale è sugli atomi ionizzanti che si trovano all'interno dei tessuti. Questi raggi agiscono direttamente sulla struttura del DNA di una cellula vivente. Le conseguenze delle radiazioni incontrollate includono:

mutazione cellulare;
la comparsa di tumori;
ustioni da radiazioni;
malattia da radiazioni.

Controindicazioni agli esami radiologici:

I pazienti sono in gravi condizioni.
Periodo di gravidanza a causa di effetti negativi sul feto.
Pazienti con sanguinamento o pneumotorace aperto.

Come funzionano i raggi X e dove vengono utilizzati?

In medicina. La diagnostica a raggi X viene utilizzata per esaminare i tessuti viventi al fine di identificare alcuni disturbi all'interno del corpo. La terapia a raggi X viene eseguita per eliminare le formazioni tumorali.
Nella scienza. Viene rivelata la struttura delle sostanze e la natura dei raggi X. Questi problemi sono affrontati da scienze come la chimica, la biochimica e la cristallografia.
Nell'industria. Per rilevare irregolarità nei prodotti metallici.
Per la sicurezza della popolazione. I raggi X vengono installati negli aeroporti e in altri luoghi pubblici per scansionare i bagagli.

Usi medici delle radiazioni a raggi X. In medicina e odontoiatria, i raggi X sono ampiamente utilizzati per i seguenti scopi:

Per diagnosticare le malattie.
Per il monitoraggio dei processi metabolici.
Per il trattamento di molte malattie.

L'uso dei raggi X per scopi medicinali

Oltre a rilevare le fratture ossee, i raggi X sono ampiamente utilizzati per scopi terapeutici. L'applicazione specializzata dei raggi X è quella di raggiungere i seguenti obiettivi:

Per distruggere le cellule tumorali.
Per ridurre le dimensioni del tumore.
Per ridurre il dolore.

Ad esempio, lo iodio radioattivo, utilizzato per le malattie endocrinologiche, viene utilizzato attivamente per il cancro alla tiroide, aiutando così molte persone a liberarsi da questa terribile malattia. Attualmente, per diagnosticare malattie complesse, i raggi X vengono collegati ai computer, determinando la nascita dei metodi di ricerca più recenti, come la tomografia assiale computerizzata.

Queste scansioni forniscono ai medici immagini a colori che mostrano gli organi interni di una persona. Per rilevare il funzionamento degli organi interni è sufficiente una piccola dose di radiazioni. I raggi X sono ampiamente utilizzati anche in fisioterapia.

Proprietà fondamentali dei raggi X

Abilità penetrante. Tutti i corpi sono trasparenti al fascio di raggi X e il grado di trasparenza dipende dallo spessore del corpo. È grazie a questa proprietà che il raggio cominciò ad essere utilizzato in medicina per rilevare il funzionamento degli organi, la presenza di fratture e corpi estranei nel corpo.
Sono in grado di far brillare alcuni oggetti. Ad esempio, se il bario e il platino vengono applicati al cartone, dopo aver attraversato i raggi di scansione, si illuminerà di giallo-verdastro. Se si mette la mano tra il tubo a raggi X e lo schermo, la luce penetrerà più nell'osso che nel tessuto, quindi il tessuto osseo apparirà più luminoso sullo schermo e il tessuto muscolare meno luminoso.
Azione su pellicola fotografica. I raggi X possono, come la luce, rendere scura una pellicola, questo permette di fotografare il lato in ombra che si ottiene esaminando i corpi con i raggi X.
I raggi X possono ionizzare i gas. Ciò consente non solo di individuare i raggi, ma anche di determinarne l'intensità misurando la corrente di ionizzazione nel gas.
Hanno un effetto biochimico sul corpo degli esseri viventi. Grazie a questa proprietà, i raggi X hanno trovato ampia applicazione in medicina: possono curare sia malattie della pelle che malattie degli organi interni. In questo caso, vengono selezionati il dosaggio desiderato di radiazioni e la durata dei raggi. L'uso prolungato ed eccessivo di tale trattamento è molto dannoso e dannoso per l'organismo.

L’uso dei raggi X ha permesso di salvare molte vite umane. I raggi X non solo aiutano a diagnosticare la malattia in modo tempestivo, i metodi di trattamento che utilizzano la radioterapia alleviano i pazienti da varie patologie, dall'iperfunzione della ghiandola tiroidea ai tumori maligni del tessuto osseo.

Elevata capacità di penetrazione: in grado di penetrare determinati mezzi. I raggi X penetrano meglio attraverso i mezzi gassosi (tessuto polmonare); penetrano scarsamente attraverso sostanze con elevata densità elettronica ed elevata massa atomica (nell'uomo, ossa).
Fluorescenza - bagliore. In questo caso, l'energia della radiazione a raggi X viene convertita nell'energia della luce visibile. Attualmente, il principio della fluorescenza è alla base della progettazione di schermi intensificatori progettati per l'esposizione aggiuntiva della pellicola radiografica. Ciò consente di ridurre il carico di radiazioni sul corpo del paziente studiato.
Fotochimico: la capacità di indurre varie reazioni chimiche.
Capacità ionizzante: sotto l'influenza dei raggi X, gli atomi vengono ionizzati (decomposizione di molecole neutre in ioni positivi e negativi che compongono una coppia ionica.
Biologico – danno cellulare. Nella maggior parte dei casi è causata dalla ionizzazione di strutture biologicamente significative (DNA, RNA, molecole proteiche, aminoacidi, acqua). Effetti biologici positivi: antitumorale, antinfiammatorio.

Dispositivo a tubo a fascio

I raggi X vengono prodotti in un tubo a raggi X. Un tubo a raggi X è un contenitore di vetro con al suo interno il vuoto. Ci sono 2 elettrodi: catodo e anodo. Il catodo è una sottile spirale di tungsteno. L'anodo nei vecchi tubi era una pesante barra di rame con una superficie smussata rivolta verso il catodo. Una piastra di metallo refrattario è stata saldata sulla superficie smussata dell'anodo, uno specchio dell'anodo (l'anodo diventa molto caldo durante il funzionamento). Al centro dello specchio c'è Messa a fuoco del tubo a raggi X- Questo è il luogo in cui vengono prodotti i raggi X. Minore è il valore di messa a fuoco, più chiari saranno i contorni del soggetto fotografato. Il fuoco piccolo è considerato 1x1 mm o anche meno.

Nelle moderne macchine a raggi X, gli elettrodi sono realizzati con metalli refrattari. Tipicamente vengono utilizzati tubi con anodo rotante. Durante il funzionamento, l'anodo viene ruotato utilizzando un dispositivo speciale e gli elettroni che volano dal catodo cadono sul fuoco ottico. A causa della rotazione dell'anodo, la posizione del fuoco ottico cambia continuamente, quindi tali tubi sono più durevoli e non si consumano a lungo.

Come vengono prodotti i raggi X? Innanzitutto, il filamento del catodo viene riscaldato. Per fare ciò, utilizzando un trasformatore step-down, la tensione sul tubo viene ridotta da 220 a 12-15V. Il filamento del catodo si riscalda, gli elettroni al suo interno iniziano a muoversi più velocemente, alcuni elettroni lasciano il filamento e attorno ad esso si forma una nuvola di elettroni liberi. Successivamente, viene attivata una corrente ad alta tensione, ottenuta utilizzando un trasformatore elevatore. Le macchine diagnostiche a raggi X utilizzano corrente ad alta tensione da 40 a 125 kV (1 kV = 1000 V). Maggiore è la tensione sul tubo, minore è la lunghezza d'onda. Quando si accende l'alta tensione, si ottiene una grande differenza di potenziale ai poli del tubo, gli elettroni “si staccano” dal catodo e si precipitano all'anodo ad alta velocità (il tubo è il più semplice acceleratore di particelle cariche). Grazie a dispositivi speciali, gli elettroni non si disperdono ai lati, ma cadono in quasi un punto dell'anodo: il fuoco (macchia focale) e vengono decelerati nel campo elettrico degli atomi dell'anodo. Quando gli elettroni vengono decelerati, si formano onde elettromagnetiche, cioè Raggi X. Grazie ad un dispositivo speciale (nei vecchi tubi - un anodo smussato), i raggi X vengono diretti al paziente sotto forma di un fascio di raggi divergente, un “cono”.

Ottenere un'immagine a raggi X

L'imaging a raggi X si basa sull'attenuazione della radiazione dei raggi X mentre attraversa vari tessuti del corpo. Come risultato del passaggio attraverso formazioni di diversa densità e composizione, il raggio di radiazione viene disperso e decelerato, e quindi sulla pellicola si forma un'immagine di vari gradi di intensità: la cosiddetta immagine sommativa di tutti i tessuti (ombra).

La pellicola radiografica è una struttura a strati, lo strato principale è una composizione di poliestere spessa fino a 175 micron, rivestita con una fotoemulsione (ioduro e bromuro d'argento, gelatina).

Sviluppando la pellicola - l'argento viene ripristinato (dove passavano i raggi - annerimento della zona della pellicola, dove indugiavano - zone più chiare)
Fissatore: elimina il bromuro d'argento dalle aree in cui i raggi passavano e non indugiavano.

Nei moderni dispositivi digitali, la radiazione in uscita può essere registrata utilizzando una speciale matrice elettronica. I dispositivi con matrice sensibile elettronica sono molto più costosi dei dispositivi analogici. In questo caso le pellicole vengono stampate solo quando necessario e l'immagine diagnostica viene visualizzata sul monitor e, in alcuni sistemi, archiviata nel database insieme agli altri dati del paziente.

Costruzione di una moderna sala radiologica

Per ospitare una sala radiologica, idealmente sono necessarie almeno 4 stanze:

1. La sala radiologica stessa, dove si trova la macchina e vengono esaminati i pazienti. L'area della sala radiologica deve essere di almeno 50 m2

2. La sala di controllo, dove si trova il pannello di controllo, con l'aiuto del quale il tecnico radiologo controlla l'intero funzionamento del dispositivo.

3. Una camera oscura dove vengono caricate le cassette di pellicola, le fotografie vengono sviluppate e fissate, vengono lavate e asciugate. Un metodo moderno di elaborazione fotografica delle pellicole radiografiche mediche è l'uso di macchine di sviluppo a rullo. Oltre all'indubbia facilità d'uso, le macchine per lo sviluppo garantiscono un'elevata stabilità del processo di elaborazione fotografica. Il tempo per un ciclo completo dal momento in cui la pellicola entra nella sviluppatrice fino all'ottenimento di una radiografia a secco (“da asciutto a asciutto”) non supera alcuni minuti.

4. Studio medico, dove il radiologo analizza e descrive le radiografie effettuate.

Metodi di protezione del personale medico e dei pazienti dalle radiazioni dei raggi X

Il radiologo è responsabile della protezione dei pazienti, nonché del personale, sia all'interno dello studio che delle persone nei locali adiacenti. Possono esserci mezzi di protezione collettivi e individuali.

3 metodi principali di protezione: protezione mediante schermatura, a distanza e nel tempo.

1 .Protezione schermatura:

Sul percorso dei raggi X vengono posizionati dispositivi speciali realizzati con materiali che assorbono bene i raggi X. Può essere piombo, cemento, cemento baritico, ecc. Le pareti, i pavimenti e i soffitti delle sale radiologiche sono protetti e realizzati con materiali che non trasmettono raggi alle stanze adiacenti. Le porte sono protette con materiale piombato. Le finestre di osservazione tra la sala radiologica e la sala di controllo sono realizzate in vetro al piombo. Il tubo radiogeno è posto in uno speciale involucro protettivo che non lascia passare i raggi X, i quali vengono diretti al paziente attraverso una speciale “finestra”. Alla finestra è fissato un tubo che limita la dimensione del fascio di raggi X. Inoltre all'uscita dei raggi dal tubo è installato un diaframma della macchina radiografica. È composto da 2 coppie di piastre perpendicolari tra loro. Queste piastre possono essere spostate e smontate come tende. In questo modo è possibile aumentare o diminuire il campo di irraggiamento. Più grande è il campo di irradiazione, maggiore è il danno apertura- una parte importante della protezione, soprattutto nei bambini. Inoltre, il medico stesso è esposto a meno radiazioni. E la qualità delle immagini sarà migliore. Un altro esempio di schermatura prevede che le parti del corpo del soggetto che non sono attualmente oggetto di riprese vengano ricoperte con fogli di gomma al piombo. Ci sono anche grembiuli, gonne e guanti realizzati con uno speciale materiale protettivo.

2 .Protezione temporale:

Il paziente deve essere irradiato durante l'esame radiografico per il minor tempo possibile (affrettarsi, ma non a scapito della diagnosi). In questo senso, le immagini danno meno esposizione alle radiazioni rispetto alla transilluminazione, perché Nelle fotografie vengono utilizzati tempi di posa (tempo) molto brevi. La protezione del tempo è il modo principale per tutelare sia il paziente che il radiologo stesso. Quando esamina i pazienti, il medico, a parità di altre condizioni, cerca di scegliere un metodo di ricerca che richieda meno tempo, ma non a scapito della diagnosi. In questo senso, la fluoroscopia è più dannosa, ma sfortunatamente spesso è impossibile fare a meno della fluoroscopia. Pertanto, quando si esamina l'esofago, lo stomaco e l'intestino, vengono utilizzati entrambi i metodi. Quando scegliamo un metodo di ricerca, siamo guidati dalla regola secondo cui i benefici della ricerca dovrebbero essere maggiori dei danni. A volte, a causa della paura di scattare una foto in più, si verificano errori nella diagnosi e il trattamento viene prescritto in modo errato, il che a volte costa la vita al paziente. Dobbiamo ricordare i pericoli delle radiazioni, ma non aver paura, è peggio per il paziente.

3 .Protezione a distanza:

Secondo la legge quadratica della luce, l'illuminazione di una particolare superficie è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dalla sorgente luminosa alla superficie illuminata. In relazione all'esame radiografico ciò significa che la dose di radiazioni è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dal fuoco del tubo radiogeno al paziente (lunghezza focale). Quando la lunghezza focale aumenta di 2 volte, la dose di radiazioni diminuisce di 4 volte e quando la lunghezza focale aumenta di 3 volte, la dose di radiazioni diminuisce di 9 volte.

Durante la fluoroscopia non è consentita una lunghezza focale inferiore a 35 cm, la distanza dalle pareti alla macchina a raggi X deve essere di almeno 2 m, altrimenti si formano raggi secondari, che si verificano quando il fascio di raggi primari colpisce gli oggetti circostanti (muri, ecc.). Per lo stesso motivo non sono ammessi mobili non necessari nelle sale radiologiche. A volte, quando si esaminano pazienti gravemente malati, il personale dei reparti chirurgici e terapeutici aiuta il paziente a stare dietro lo schermo radiografico e stare accanto al paziente durante l'esame, sostenendolo. Ciò è accettabile come eccezione. Ma il radiologo deve assicurarsi che gli infermieri e gli infermieri che aiutano il paziente indossino grembiule e guanti protettivi e, se possibile, non stiano vicino al paziente (protezione a distanza). Se più pazienti si recano nella sala radiologica, vengono chiamati nella sala di trattamento una persona alla volta, cioè Dovrebbe esserci solo 1 persona al momento dello studio.

Fondamenti fisici della radiografia e della fluorografia. I loro svantaggi e vantaggi. Vantaggi del digitale rispetto alla pellicola.

I raggi X (eng. radiografia a proiezione, radiografia a pellicola normale, roentgenografia) sono lo studio della struttura interna di oggetti che vengono proiettati utilizzando raggi X su una pellicola o carta speciale. Molto spesso il termine si riferisce alla ricerca medica non invasiva basata sull'ottenimento di una proiezione statica sommativa (stazionario) immagini delle strutture anatomiche del corpo facendole attraversare dai raggi X e registrando il grado di attenuazione dei raggi X.
Principi di radiografia

Quando si esegue una radiografia diagnostica è consigliabile riprendere le immagini in almeno due proiezioni. Ciò è dovuto al fatto che una radiografia è un'immagine piatta di un oggetto tridimensionale. Di conseguenza, la localizzazione del focus patologico rilevato può essere stabilita solo utilizzando 2 proiezioni.

Tecnica di acquisizione delle immagini

La qualità dell'immagine radiografica risultante è determinata da 3 parametri principali. La tensione fornita al tubo a raggi X, l'intensità della corrente e il tempo di funzionamento del tubo. A seconda delle formazioni anatomiche studiate e del peso e delle dimensioni del paziente, questi parametri possono variare in modo significativo. Esistono valori medi per diversi organi e tessuti, ma è necessario tenerne conto valori reali differirà a seconda della macchina su cui viene eseguito l'esame e del paziente per il quale viene eseguita la radiografia. Per ciascun dispositivo viene compilata una tabella di valori individuale. Questi valori non sono assoluti e vengono adeguati man mano che lo studio procede. La qualità delle immagini riprese dipende in gran parte dalla capacità del radiologo di adattare adeguatamente la tabella dei valori medi ad uno specifico paziente.

Registrazione di un'immagine

Il modo più comune per registrare un'immagine radiografica è registrarla su una pellicola sensibile ai raggi X e quindi svilupparla. Attualmente esistono anche sistemi che forniscono la registrazione digitale dei dati. A causa dell'elevato costo e della complessità della produzione questo tipo le apparecchiature sono un po' meno diffuse delle apparecchiature analogiche.

La pellicola radiografica viene inserita in dispositivi speciali: cassette (dicono che la cassetta sia carica). La cassetta protegge la pellicola dalla luce visibile; quest'ultimo, come i raggi X, ha la capacità di ridurre l'argento metallico dall'AgBr. Le cassette sono costituite da un materiale che non trasmette la luce, ma lascia passare i raggi X. All'interno delle cassette ci sono schermi intensificanti, il film è posto tra loro; Quando si scatta un'immagine, sulla pellicola non cadono solo i raggi X stessi, ma anche la luce proveniente dagli schermi (gli schermi sono rivestiti con sale fluorescente, quindi si illuminano e migliorano l'effetto dei raggi X). Ciò consente di ridurre di 10 volte la dose di radiazioni al paziente.

Quando si scatta un'immagine, i raggi X vengono diretti al centro dell'oggetto fotografato (centramento). Dopo le riprese in camera oscura, la pellicola viene sviluppata con sostanze chimiche speciali e fissata (fissata). Il fatto è che su quelle parti della pellicola sulle quali i raggi X non hanno colpito durante le riprese o ne hanno colpiti solo una piccola parte, l'argento non è stato ripristinato e se la pellicola non è posta in una soluzione di fissatore (fissatore ), quindi esaminando la pellicola, l'argento viene ripristinato sotto l'influenza della luce visibile. L'intera pellicola diventerà nera e nessuna immagine sarà visibile. Durante il fissaggio (fissaggio), l'AgBr non ridotto del film entra nella soluzione del fissatore, quindi c'è molto argento nel fissatore e queste soluzioni non vengono versate, ma vengono consegnate ai centri radiologici.

Un metodo moderno di elaborazione fotografica delle pellicole radiografiche mediche è l'uso di macchine di sviluppo a rullo. Oltre all'indubbia facilità d'uso, le macchine per lo sviluppo garantiscono un'elevata stabilità del processo di elaborazione fotografica. Il tempo per un ciclo completo dal momento in cui la pellicola entra nella sviluppatrice fino all'ottenimento di una radiografia a secco (“da asciutto a asciutto”) non supera alcuni minuti.
Le immagini a raggi X sono un'immagine realizzata in bianco e nero: un negativo. Nero – aree a bassa densità (polmoni, bolla di gas dello stomaco. Bianco – aree ad alta densità (ossa).
Fluorografia- L'essenza del FOG è che con esso si ottiene prima un'immagine del torace su uno schermo fluorescente, quindi viene scattata un'immagine non del paziente stesso, ma della sua immagine sullo schermo.

La fluorografia fornisce un'immagine ridotta di un oggetto. Esistono tecniche a cornice piccola (ad esempio 24×24 mm o 35×35 mm) e a cornice grande (in particolare 70×70 mm o 100×100 mm). Quest'ultimo si avvicina alla radiografia nelle capacità diagnostiche. Viene utilizzato il FOG esame preventivo della popolazione(vengono rilevate malattie nascoste come il cancro e la tubercolosi).

Sono stati sviluppati dispositivi fluorografici sia fissi che mobili.

Attualmente, la fluorografia su pellicola viene gradualmente sostituita dalla fluorografia digitale. I metodi digitali consentono di semplificare il lavoro con le immagini (l'immagine può essere visualizzata sullo schermo di un monitor, stampata, trasmessa in rete, salvata in un database medico, ecc.), riduce l'esposizione alle radiazioni del paziente e riduce i costi di ulteriori materiali (film, sviluppatore per film).

Esistono due tecniche comuni di fluorografia digitale. La prima tecnica, come la fluorografia convenzionale, utilizza la fotografia di un'immagine su uno schermo fluorescente, solo che invece di una pellicola a raggi X, viene utilizzata una matrice CCD. La seconda tecnica utilizza la scansione trasversale strato per strato del torace con un fascio di raggi X a forma di ventaglio con rilevamento della radiazione trasmessa da parte di un detettore lineare (simile ad uno scanner convenzionale per documenti cartacei, dove un detettore lineare si muove lungo un foglio di carta). Il secondo metodo consente l’uso di dosi di radiazioni molto più basse. Uno svantaggio del secondo metodo è il tempo di acquisizione dell'immagine più lungo.
Caratteristiche comparative del carico di dose in vari studi.

Una radiografia del torace su pellicola convenzionale fornisce al paziente una dose individuale media di radiazioni di 0,5 millisievert (mSv) per procedura (radiografia digitale - 0,05 mSv), mentre una radiografia su pellicola - 0,3 mSv per procedura (radiografia digitale) - 0,03 mSv) e tomografia computerizzata degli organi del torace - 11 mSv per procedura. La risonanza magnetica non comporta esposizione alle radiazioni

Vantaggi della radiografia

Ampia disponibilità del metodo e facilità di ricerca.
La maggior parte dei test non richiede una preparazione speciale del paziente.
Costo della ricerca relativamente basso.
Le immagini possono essere utilizzate per un consulto con un altro specialista o in un altro istituto (a differenza delle immagini ecografiche, dove è necessario ripetere l'esame, poiché le immagini risultanti dipendono dall'operatore).

Svantaggi della radiografia

La natura statica dell'immagine rende difficile valutare la funzione degli organi.
La presenza di radiazioni ionizzanti che possono avere un effetto dannoso sul paziente.
Il contenuto informativo della radiografia classica è significativamente inferiore rispetto ai moderni metodi di imaging medico come TC, MRI, ecc. Le immagini radiografiche convenzionali riflettono la stratificazione di proiezione di strutture anatomiche complesse, cioè la loro sommatoria ombra dei raggi X, in contrasto con serie di immagini strato per strato ottenute con moderni metodi tomografici.
Senza l'uso di agenti di contrasto, la radiografia non è sufficientemente informativa per analizzare i cambiamenti nei tessuti molli che differiscono poco in densità (ad esempio, quando si studiano gli organi addominali).

Fondamenti fisici della fluoroscopia. Svantaggi e vantaggi del metodo

X-RAY SCOPY (trasmissione) è un metodo di esame a raggi X in cui, utilizzando i raggi X, si ottiene un'immagine positiva dell'oggetto studiato su uno schermo fluorescente. Durante la fluoroscopia, le aree dense dell'oggetto (ossa, corpi estranei) appaiono scure, le aree meno dense (tessuti molli) appaiono più chiare.

Nelle condizioni moderne, l'uso di uno schermo fluorescente non è giustificato a causa della sua bassa luminosità, che costringe a svolgere la ricerca in una stanza ben buia e dopo un lungo adattamento del ricercatore all'oscurità (10-15 minuti) a distinguere un'immagine a bassa intensità.

Ora gli schermi fluorescenti vengono utilizzati nella progettazione di un intensificatore di immagini a raggi X (intensificatore di immagini a raggi X), che aumenta la luminosità (bagliore) dell'immagine primaria di circa 5.000 volte. Con l'aiuto di un convertitore elettro-ottico, l'immagine appare sullo schermo del monitor, il che migliora significativamente la qualità della diagnosi e non richiede l'oscuramento della sala radiologica.

Vantaggi della fluoroscopia
Il vantaggio principale rispetto alla radiografia è il fatto di effettuare la ricerca in tempo reale. Ciò consente di valutare non solo la struttura dell'organo, ma anche il suo spostamento, contrattilità o distensibilità, passaggio del mezzo di contrasto e riempimento. La metodica consente inoltre di valutare rapidamente la localizzazione di alcune alterazioni, dovute alla rotazione dell'oggetto di studio durante l'esame radiografico (studio in multiproiezione).

La fluoroscopia consente di monitorare l'attuazione di alcune procedure strumentali: posizionamento di cateteri, angioplastica (vedi angiografia), fistulografia.

Le immagini risultanti possono essere inserite su un normale CD o nell'archivio di rete.

Con l’avvento delle tecnologie digitali sono scomparsi 3 principali svantaggi inerenti alla fluoroscopia tradizionale:

Dose di radiazioni relativamente elevata rispetto alla radiografia: i moderni dispositivi a basso dosaggio hanno lasciato questo svantaggio in passato. L'uso delle modalità di scansione pulsata riduce ulteriormente il carico di dose fino al 90%.

Bassa risoluzione spaziale: sui moderni dispositivi digitali, la risoluzione in modalità copia è solo leggermente inferiore alla risoluzione in modalità radiografica. In questo caso, la capacità di osservare “in dinamica” lo stato funzionale dei singoli organi (cuore, polmoni, stomaco, intestino) è di decisiva importanza.

L'impossibilità di documentare la ricerca: le tecnologie di elaborazione digitale delle immagini consentono di salvare i materiali di ricerca, sia fotogramma per fotogramma che sotto forma di sequenza video.

La fluoroscopia viene eseguita principalmente per la diagnosi a raggi X delle malattie degli organi interni situati nelle cavità addominale e toracica, secondo il piano redatto dal radiologo prima dell'inizio dello studio. A volte, per riconoscere lesioni ossee traumatiche, per chiarire l'area da radiografare, viene utilizzata la cosiddetta fluoroscopia d'indagine.

Esame fluoroscopico con contrasto

Il contrasto artificiale amplia estremamente le possibilità dell'esame fluoroscopico di organi e sistemi in cui le densità dei tessuti sono approssimativamente le stesse (ad esempio la cavità addominale, i cui organi trasmettono la radiazione a raggi X approssimativamente nella stessa misura e sono quindi a basso contrasto). Ciò si ottiene introducendo nel lume dello stomaco o dell'intestino una sospensione acquosa di solfato di bario, che non si dissolve nei succhi digestivi, non viene assorbita né dallo stomaco né dall'intestino e viene escreta naturalmente in forma completamente invariata. Il vantaggio principale della sospensione di bario è che, passando attraverso l'esofago, lo stomaco e l'intestino, riveste le pareti interne e fornisce su uno schermo o su un film un quadro completo della natura dei rilievi, delle depressioni e di altre caratteristiche della mucosa. Lo studio del rilievo interno dell'esofago, dello stomaco e dell'intestino aiuta a riconoscere una serie di malattie di questi organi. Con un riempimento più stretto è possibile determinare la forma, le dimensioni, la posizione e la funzione dell'organo in esame.

Mammografia: basi del metodo, indicazioni. Vantaggi della mammografia digitale rispetto alla mammografia su pellicola.

Mammografia- capitolo diagnostica medica, impegnata nella ricerca non invasivaghiandola mammaria, prevalentemente femminile, che viene effettuata allo scopo di:
1.esame preventivo (screening) di donne sane per identificare forme precoci di cancro al seno non palpabili;

2.diagnosi differenziale tra tumore e iperplasia disormonale benigna (FAM) della ghiandola mammaria;

3. valutazione della crescita del tumore primario (focolai tumorali a nodo singolo o multicentrici);

4. monitoraggio dispensario dinamico delle condizioni delle ghiandole mammarie dopo interventi chirurgici.

I seguenti metodi di radiodiagnosi del cancro al seno sono stati introdotti nella pratica medica: mammografia, ultrasuoni, tomografia computerizzata, risonanza magnetica, color e power dopplerografia, biopsia stereotassica sotto controllo mammografico, termografia.

Mammografia a raggi X
Attualmente, nella stragrande maggioranza dei casi nel mondo, per diagnosticare il cancro al seno femminile (BC) viene utilizzata la mammografia con proiezione di raggi X, su pellicola (analogica) o digitale.

La procedura non richiede più di 10 minuti. Per poter scattare l'immagine, il seno deve essere tenuto tra due cinghie e leggermente compresso. L'immagine viene scattata in due proiezioni in modo che la posizione del tumore possa essere determinata con precisione se viene trovato. Poiché la simmetria è uno dei fattori diagnostici, entrambi i seni dovrebbero essere sempre esaminati.

Mammografia MRI

Reclami relativi alla retrazione o al rigonfiamento di qualsiasi parte della ghiandola

Secrezione dal capezzolo, cambiamento nella sua forma

Dolorabilità del seno, gonfiore, cambiamento di dimensioni

Come metodo di esame preventivo, la mammografia è prescritta a tutte le donne di età pari o superiore a 40 anni o alle donne a rischio.

Tumori benigni della mammella (in particolare fibroadenoma)

Processi infiammatori (mastiti)

Mastopatia

Tumori degli organi genitali

Malattie delle ghiandole endocrine (tiroide, pancreas)

Infertilità

Obesità

Storia della chirurgia del seno

Vantaggi della mammografia digitale rispetto alla pellicola:

Ridurre i carichi di dose durante gli esami radiografici;

Aumentare l'efficienza della ricerca, consentendo di identificare processi patologici precedentemente inaccessibili (le capacità di elaborazione delle immagini del computer digitale);

Possibilità di utilizzare reti di telecomunicazioni per la trasmissione di immagini ai fini della consultazione a distanza;

Risultato effetto economico quando si conducono ricerche di massa.