Cilat janë rrezet X - vetitë dhe aplikimet e rrezatimit. Leksioni Rrezet X Thelbi i rrezeve X

Rrezet X u zbuluan rastësisht në 1895 nga fizikani i famshëm gjerman Wilhelm Roentgen. Ai studioi rrezet katodike në një tub shkarkimi gazi me presion të ulët në tension të lartë midis elektrodave të tij. Përkundër faktit se tubi ishte në një kuti të zezë, Roentgen vuri re se një ekran fluoreshent, që ndodhej aty pranë, shkëlqente sa herë që tubi ishte në përdorim. Tubi doli të ishte një burim rrezatimi që mund të depërtonte në letër, dru, xhami dhe madje edhe një pllakë alumini një centimetër e gjysmë të trashë.

Rrezet X përcaktuan se tubi i shkarkimit të gazit ishte një burim i një lloji të ri rrezatimi të padukshëm me fuqi të madhe depërtuese. Shkencëtari nuk mundi të përcaktojë nëse ky rrezatim ishte një rrymë grimcash apo valësh dhe vendosi t'i jepte emrin rreze X. Më vonë u quajtën rreze X

Tashmë dihet se rrezet X janë një lloj rrezatimi elektromagnetik, që ka një gjatësi vale më të shkurtër se valët elektromagnetike ultravjollcë. Gjatësia e valës së rrezeve X varion nga 70 nm deri në 10 -5 nm. Sa më e shkurtër të jetë gjatësia e valës së rrezeve X, aq më e madhe është energjia e fotoneve të tyre dhe aq më e madhe është fuqia e tyre depërtuese. Rrezet X me një gjatësi vale relativisht të gjatë (më shumë se 10 nm), quhen i butë. Gjatësia e valës 1 - 10 nm karakterizon vështirë rrezet X. Ata kanë fuqi të madhe depërtuese.

Marrja e rrezeve X

Rrezet X prodhohen kur elektronet e shpejta, ose rrezet katodike, përplasen me muret ose anodën e një tubi shkarkimi gazi me presion të ulët. Një tub modern me rreze X është një cilindër qelqi i evakuuar me një katodë dhe anodë të vendosura në të. Diferenca e mundshme midis katodës dhe anodës (anti-katodë) arrin disa qindra kilovolt. Katoda është një filament tungsteni i ndezur nga rryma elektrike. Kjo bën që katoda të emetojë elektrone si rezultat i emetimit termionik. Elektronet përshpejtohen nga fusha elektrike në tubin e rrezeve X. Meqenëse ka një numër shumë të vogël të molekulave të gazit në tub, elektronet praktikisht nuk e humbin energjinë e tyre gjatë rrugës për në anodë. Ata arrijnë në anodë me një shpejtësi shumë të madhe.

Rrezet X prodhohen sa herë që elektronet që lëvizin me shpejtësi të madhe ngadalësohen nga materiali anodë. Shumica e energjisë së elektroneve shpërndahet si nxehtësi. Prandaj, anoda duhet të ftohet artificialisht. Anoda në tubin e rrezeve X duhet të jetë prej një metali që ka një pikë të lartë shkrirjeje, siç është tungsteni.

Pjesa e energjisë që nuk shpërndahet në formën e nxehtësisë shndërrohet në energji të valëve elektromagnetike (rrezet X). Kështu, rrezet X janë rezultat i bombardimit elektronik të substancës anodë. Ka dy lloje rrezatimi me rreze x: frenues dhe karakteristik.

Rrezet X Bremsstrahlung

Rrezatimi me rreze X Bremsstrahlung ndodh kur elektronet që lëvizin me shpejtësi të lartë ngadalësohen nga fushat elektrike të atomeve të anodës. Kushtet për ndalimin e elektroneve individuale nuk janë të njëjta. Si rezultat, pjesë të ndryshme të energjisë së tyre kinetike shndërrohen në energji të rrezeve X.

Spektri i rrezeve X bremsstrahlung nuk varet nga natyra e substancës anodë. Siç dihet, energjia e fotoneve me rreze X përcakton frekuencën dhe gjatësinë e valës së tyre. Prandaj, bremsstrahlung me rreze X nuk është monokromatike. Karakterizohet nga një shumëllojshmëri e gjatësive valore që mund të përfaqësohen spektër i vazhdueshëm (i vazhdueshëm).

Rrezet X nuk mund të kenë një energji më të madhe se energjia kinetike e elektroneve që i formojnë ato. Gjatësia valore më e shkurtër e rrezatimit me rreze X korrespondon me energjinë maksimale kinetike të elektroneve ngadalësuese. Sa më i madh të jetë ndryshimi potencial në tubin me rreze X, aq më të shkurtra mund të fitohen gjatësitë e valëve të rrezatimit me rreze X.

Rrezatimi karakteristik me rreze X

Rrezatimi karakteristik me rreze X nuk është i vazhdueshëm, por spektri i linjës. Ky lloj rrezatimi ndodh kur një elektron i shpejtë, duke arritur në anodë, depërton në orbitalet e brendshme të atomeve dhe rrëzon një nga elektronet e tyre. Si rezultat, shfaqet një hapësirë e lirë që mund të mbushet nga një elektron tjetër që zbret nga një prej orbitaleve të sipërme atomike. Ky kalim i një elektroni nga një nivel energjie më i lartë në një nivel më të ulët prodhon rreze x me një gjatësi vale specifike diskrete. Prandaj, rrezatimi me rreze X karakteristik ka spektri i linjës. Frekuenca e linjave karakteristike të rrezatimit varet plotësisht nga struktura e orbitaleve elektronike të atomeve të anodës.

Linjat spektrale të rrezatimit karakteristik të ndryshëm elementet kimike kanë të njëjtën pamje, pasi struktura e orbitaleve të tyre të brendshme të elektroneve është identike. Por gjatësia e valës dhe frekuenca e tyre janë për shkak të ndryshimeve të energjisë midis orbitaleve të brendshme të atomeve të rënda dhe të lehta.

Frekuenca e linjave në spektrin e rrezatimit karakteristik me rreze X ndryshon në përputhje me numrin atomik të metalit dhe përcaktohet nga ekuacioni Moseley: v 1/2 = A(Z-B), Ku Z- numri atomik i një elementi kimik, A Dhe B- konstante.

Mekanizmat parësorë fizikë të bashkëveprimit të rrezatimit me rreze X me lëndën

Ndërveprimi primar midis rrezeve X dhe materies karakterizohet nga tre mekanizma:

1. Shpërndarje koherente. Kjo formë e ndërveprimit ndodh kur fotonet e rrezeve X kanë më pak energji se energjia e lidhjes së elektroneve në bërthamën atomike. Në këtë rast, energjia e fotonit nuk është e mjaftueshme për të lëshuar elektrone nga atomet e substancës. Fotoni nuk absorbohet nga atomi, por ndryshon drejtimin e përhapjes. Në këtë rast, gjatësia e valës së rrezatimit me rreze X mbetet e pandryshuar.

2. Efekti fotoelektrik (efekti fotoelektrik). Kur një foton me rreze X arrin një atom të një substance, ai mund të rrëzojë një nga elektronet. Kjo ndodh nëse energjia e fotonit tejkalon energjinë e lidhjes së elektronit me bërthamën. Në këtë rast, fotoni absorbohet dhe elektroni lirohet nga atomi. Nëse një foton mbart më shumë energji sesa nevojitet për të lëshuar një elektron, ai do të transferojë energjinë e mbetur tek elektroni i lëshuar në formën e energjisë kinetike. Ky fenomen, i quajtur efekti fotoelektrik, ndodh kur thithen rrezet X me energji relativisht të ulët.

Një atom që humbet një nga elektronet e tij bëhet një jon pozitiv. Jetëgjatësia e elektroneve të lira është shumë e shkurtër. Ato përthithen nga atomet neutrale, të cilat shndërrohen në jone negative. Rezultati i efektit fotoelektrik është jonizimi intensiv i substancës.

Nëse energjia e fotonit të rrezeve X është më e vogël se energjia e jonizimit të atomeve, atëherë atomet kalojnë në një gjendje të ngacmuar, por nuk jonizohen.

3. Shpërndarja jokoherente (efekti Compton). Ky efekt u zbulua nga fizikani amerikan Compton. Ndodh kur një substancë thith rrezet X me gjatësi vale të shkurtër. Energjia e fotonit e rrezeve të tilla X është gjithmonë më e madhe se energjia e jonizimit të atomeve të substancës. Efekti Compton rezulton nga ndërveprimi i një fotoni me rreze X me energji të lartë me një nga elektronet në shtresën e jashtme të një atomi, i cili ka një lidhje relativisht të dobët me bërthamën atomike.

Një foton me energji të lartë transferon një pjesë të energjisë së tij tek elektroni. Elektroni i ngacmuar lirohet nga atomi. Energjia e mbetur nga fotoni origjinal emetohet si një foton me rreze x me gjatësi vale më të gjatë në një kënd në drejtim të lëvizjes së fotonit origjinal. Fotoni dytësor mund të jonizojë një atom tjetër, etj. Këto ndryshime në drejtimin dhe gjatësinë valore të rrezeve X njihen si efekti Compton.

Disa efekte të ndërveprimit të rrezeve X me lëndën

Siç u përmend më lart, rrezet X janë të afta të ngacmojnë atomet dhe molekulat e materies. Kjo mund të shkaktojë fluoreshencë të substancave të caktuara (të tilla si sulfati i zinkut). Nëse një rreze paralele e rrezeve X drejtohet në objekte të errëta, mund të vëzhgoni se si rrezet kalojnë nëpër objekt duke vendosur një ekran të mbuluar me një substancë fluoreshente.

Ekrani fluoreshent mund të zëvendësohet me film fotografik. Rrezet X kanë të njëjtin efekt në emulsionin fotografik si drita. Të dyja metodat përdoren në mjekësinë praktike.

Një efekt tjetër i rëndësishëm i rrezeve X është aftësia e tyre jonizuese. Kjo varet nga gjatësia e valës dhe energjia e tyre. Ky efekt ofron një metodë për matjen e intensitetit të rrezeve X. Kur rrezet X kalojnë nëpër dhomën e jonizimit, gjenerohet një rrymë elektrike, madhësia e së cilës është proporcionale me intensitetin e rrezatimit të rrezeve X.

Thithja e rrezeve X nga materia

Ndërsa rrezet X kalojnë nëpër materie, energjia e tyre zvogëlohet për shkak të përthithjes dhe shpërndarjes. Zbutja e intensitetit të një rrezeje paralele të rrezeve X që kalon nëpër një substancë përcaktohet nga ligji i Bouguer: I = I0 e -μd, Ku Unë 0- intensiteti fillestar i rrezatimit me rreze X; I- intensiteti i rrezeve X që kalojnë nëpër shtresën e materies, d- trashësia e shtresës absorbuese , μ - koeficienti linear i dobësimit. Ai e barabartë me shumën dy sasi: t- koeficienti linear i absorbimit dhe σ - koeficienti linear i shpërndarjes: μ = τ+ σ

Eksperimentet kanë zbuluar se koeficienti linear i përthithjes varet nga numri atomik i substancës dhe gjatësia e valës së rrezeve X:

τ = kρZ 3 λ 3, Ku k- koeficienti i proporcionalitetit të drejtpërdrejtë, ρ - dendësia e substancës, Z- numri atomik i elementit, λ - gjatësia valore e rrezeve x.

Varësia nga Z është shumë e rëndësishme nga pikëpamja praktike. Për shembull, koeficienti i përthithjes së kockave, të cilat përbëhen nga fosfati i kalciumit, është pothuajse 150 herë më i lartë se ai i indeve të buta. Z=20 për kalciumin dhe Z=15 për fosforin). Kur rrezet X kalojnë nëpër trupin e njeriut, kockat dalin qartë në sfondin e muskujve, IND lidhës e kështu me radhë.

Dihet se organet e tretjes kanë të njëjtin koeficient absorbimi si indet e tjera të buta. Por hija e ezofagut, stomakut dhe zorrëve mund të dallohet nëse pacienti merr një agjent kontrasti - sulfat barium ( Z= 56 për bariumin). Sulfati i bariumit është shumë i errët ndaj rrezeve X dhe shpesh përdoret për ekzaminimin me rreze x të traktit gastrointestinal. Disa përzierje të errëta injektohen në qarkullimin e gjakut për të ekzaminuar gjendjen e enëve të gjakut, veshkave, etj. Në këtë rast, jodi, numri atomik i të cilit është 53, përdoret si agjent kontrasti.

Varësia e përthithjes së rrezeve X nga Z përdoret gjithashtu për të mbrojtur kundër efekteve të mundshme të dëmshme të rrezeve X. Plumbi përdoret për këtë qëllim, sasia Z për të cilën është e barabartë me 82.

Aplikimi i rrezeve X në mjekësi

Arsyeja e përdorimit të rrezeve X në diagnostikim ishte aftësia e tyre e lartë depërtuese, një nga vetitë e rrezatimit me rreze x. Në ditët e para pas zbulimit të tij, rrezet X u përdorën kryesisht për të ekzaminuar frakturat e kockave dhe për të përcaktuar vendndodhjen e trupave të huaj (si plumbat) në trupin e njeriut. Aktualisht, përdoren disa metoda diagnostikuese duke përdorur rreze x (diagnostika me rreze X).

rreze X . Një pajisje me rreze X përbëhet nga një burim i rrezeve X (tub me rreze X) dhe një ekran fluoreshent. Pasi rrezet X kalojnë nëpër trupin e pacientit, mjeku vëzhgon një imazh hije të tij. Një dritare plumbi duhet të instalohet midis ekranit dhe syve të mjekut për të mbrojtur mjekun nga efektet e dëmshme të rrezeve X. Kjo metodë bën të mundur studimin e gjendjes funksionale të organeve të caktuara. Për shembull, mjeku mund të vëzhgojë drejtpërdrejt lëvizjet e mushkërive dhe kalimin e agjentit të kontrastit përmes traktit gastrointestinal. Disavantazhet e kësaj metode janë imazhet e pamjaftueshme të kontrastit dhe dozat relativisht të mëdha të rrezatimit të marra nga pacienti gjatë procedurës.

Fluorografia . Kjo metodë konsiston në marrjen e një fotografie të një pjese të trupit të pacientit. Përdoret në mënyrë tipike për hulumtim paraprak shteti organet e brendshme pacientët që përdorin doza të ulëta të rrezatimit me rreze X.

Radiografia. (Radiografia me rreze X). Kjo është një metodë kërkimore duke përdorur rreze x në të cilën një imazh regjistrohet në film fotografik. Fotografitë zakonisht bëhen në dy plane pingul. Kjo metodë ka disa përparësi. Fotografitë me rreze X përmbajnë më shumë detaje sesa një ekran fluoreshent dhe për këtë arsye janë më informuese. Ato mund të ruhen për analiza të mëtejshme. Doza totale e rrezatimit është më e vogël se ajo e përdorur në fluoroskopi.

Tomografia e kompjuterizuar me rreze X . I pajisur me teknologji kompjuterike, skaneri i tomografisë aksiale është pajisja më moderne diagnostikuese me rreze X që ju lejon të merrni një imazh të qartë të çdo pjese të trupit të njeriut, duke përfshirë indet e buta të organeve.

Gjenerata e parë e skanerëve të tomografisë së kompjuterizuar (CT) përfshin një tub të veçantë me rreze X që është ngjitur në një kornizë cilindrike. Një tufë e hollë rrezesh X i drejtohet pacientit. Dy detektorë me rreze X janë ngjitur në anën e kundërt të kornizës. Pacienti ndodhet në qendër të kornizës, e cila mund të rrotullohet 180° rreth trupit të tij.

Një rreze me rreze X kalon nëpër një objekt të palëvizshëm. Detektorët marrin dhe regjistrojnë vlerat e absorbimit të indeve të ndryshme. Regjistrimet bëhen 160 herë ndërsa tubi i rrezeve X lëviz në mënyrë lineare përgjatë planit të skanuar. Më pas korniza rrotullohet 1 0 dhe procedura përsëritet. Regjistrimi vazhdon derisa korniza të rrotullohet 180 0 . Çdo detektor regjistron 28,800 korniza (180x160) gjatë studimit. Informacioni përpunohet nga një kompjuter dhe një imazh i shtresës së zgjedhur formohet duke përdorur një program të veçantë kompjuterik.

Gjenerata e dytë e CT përdor disa rreze me rreze X dhe deri në 30 detektorë me rreze X. Kjo bën të mundur përshpejtimin e procesit të kërkimit deri në 18 sekonda.

Gjenerata e tretë e CT përdor një parim të ri. Një rreze e gjerë rrezesh X në formë tifoze mbulon objektin në studim dhe rrezatimi me rreze X që kalon nëpër trup regjistrohet nga disa qindra detektorë. Koha e nevojshme për hulumtim reduktohet në 5-6 sekonda.

CT ka shumë përparësi ndaj metodave të mëparshme të diagnostikimit me rreze X. Karakterizohet nga rezolucion i lartë, i cili bën të mundur dallimin e ndryshimeve delikate në indet e buta. CT ju lejon të zbuloni procese patologjike që nuk mund të zbulohen me metoda të tjera. Përveç kësaj, përdorimi i CT bën të mundur uljen e dozës së rrezatimit me rreze X të marrë nga pacientët gjatë procesit diagnostik.

Rrezet X janë një lloj rrezatimi elektromagnetik me energji të lartë. Përdoret në mënyrë aktive në degë të ndryshme të mjekësisë.

Rrezet X janë valë elektromagnetike, energjia e fotonit të të cilave në shkallën e valëve elektromagnetike është midis rrezatimit ultravjollcë dhe rrezatimit gama (nga ~ 10 eV në ~ 1 MeV), që korrespondon me gjatësi vale nga ~ 10^3 deri në ~10^-2 angstroms (nga ~10^−7 deri ~10^−12 m). Kjo do të thotë, është rrezatim pakrahasueshëm më i fortë se drita e dukshme, e cila është në këtë shkallë midis rrezeve ultravjollcë dhe infra të kuqe ("termike").

Kufiri midis rrezeve X dhe rrezatimit gama dallohet me kusht: vargjet e tyre kryqëzohen, rrezet gama mund të kenë një energji prej 1 keV. Ato ndryshojnë në origjinë: rrezet gama emetohen gjatë proceseve që ndodhin në bërthamat atomike, ndërsa rrezet X lëshohen gjatë proceseve që përfshijnë elektrone (si të lira ashtu edhe ato të vendosura në predha elektronike të atomeve). Në të njëjtën kohë, është e pamundur të përcaktohet nga vetë fotoni gjatë cilit proces u ngrit, domethënë, ndarja në rrezet X dhe gama është kryesisht arbitrare.

Gama e rrezeve X ndahet në "rreze X të butë" dhe "të fortë". Kufiri midis tyre shtrihet në një gjatësi vale prej 2 angstrom dhe 6 keV energji.

Një gjenerator i rrezeve X është një tub në të cilin krijohet një vakum. Ka elektroda të vendosura atje - një katodë, në të cilën aplikohet një ngarkesë negative dhe një anodë e ngarkuar pozitivisht. Tensioni midis tyre është dhjetëra deri në qindra kilovolt. Gjenerimi i fotoneve me rreze X ndodh kur elektronet "shkëputen" nga katoda dhe përplasen në sipërfaqen e anodës me shpejtësi të lartë. Rrezatimi me rreze X që rezulton quhet "bremsstrahlung"; fotonet e tij kanë gjatësi vale të ndryshme.

Në të njëjtën kohë, krijohen fotone të spektrit karakteristik. Disa nga elektronet në atomet e substancës së anodës ngacmohen, domethënë lëvizin në orbita më të larta dhe më pas kthehen në gjendjen e tyre normale, duke emetuar fotone me një gjatësi vale të caktuar. Në një gjenerator standard, prodhohen të dy llojet e rrezatimit me rreze X.

Historia e zbulimit

Më 8 nëntor 1895, shkencëtari gjerman Wilhelm Conrad Roentgen zbuloi se disa substanca filluan të shkëlqejnë kur ekspozoheshin ndaj "rrezeve katodike", domethënë një rryme elektronesh të krijuara nga një tub me rreze katodë. Ai e shpjegoi këtë fenomen me ndikimin e disa rrezeve X - kështu quhet ky rrezatim tani në shumë gjuhë. Më vonë V.K. Roentgen studioi fenomenin që zbuloi. Më 22 dhjetor 1895, ai dha një raport mbi këtë temë në Universitetin e Würzburg.

Më vonë doli se rrezatimi me rreze X ishte vërejtur më herët, por më pas fenomenet që lidhen me të nuk u dhanë me rëndësi të madhe. Tubi i rrezeve katodë u shpik shumë kohë më parë, por para se V.K. Askush nuk i kushtoi shumë rëndësi rrezeve X për nxirjen e pllakave fotografike pranë saj etj. dukuritë. Nuk dihej gjithashtu rreziku i rrezatimit depërtues.

Llojet dhe efektet e tyre në organizëm

"Rrezet X" është lloji më i butë i rrezatimit depërtues. Ekspozimi i tepërt ndaj rrezeve të buta x i ngjan efekteve të rrezatimit ultravjollcë, por në një formë më të rëndë. Në lëkurë formohet një djegie, por dëmtimi është më i thellë dhe shërohet shumë më ngadalë.

Rrezet e forta X është një rrezatim jonizues i plotë që mund të çojë në sëmundje nga rrezatimi. Kuantet me rreze X mund të thyejnë molekulat e proteinave që përbëjnë indet e trupit të njeriut, si dhe molekulat e ADN-së të gjenomit. Por edhe nëse kuanti i rrezeve X thyen një molekulë uji, nuk ka asnjë ndryshim: në këtë rast, formohen radikalet e lira kimikisht aktive H dhe OH, të cilat vetë janë të afta të ndikojnë në proteinat dhe ADN-në. Sëmundja nga rrezatimi shfaqet në një formë më të rëndë, aq më shumë preken organet hematopoietike.

Rrezet X kanë aktivitet mutagjen dhe kancerogjen. Kjo do të thotë se gjasat e mutacioneve spontane në qeliza gjatë rrezatimit rriten, dhe nganjëherë qelizat e shëndetshme mund të degjenerojnë në ato kanceroze. Rritja e gjasave të tumoreve malinje është një pasojë standarde e çdo ekspozimi ndaj rrezatimit, duke përfshirë rrezet X. Rrezet X janë lloji më pak i rrezikshëm i rrezatimit depërtues, por ato ende mund të jenë të rrezikshme.

Rrezatimi me rreze X: aplikimi dhe si funksionon

Rrezatimi me rreze X përdoret në mjekësi, si dhe në fusha të tjera të veprimtarisë njerëzore.

Fluoroskopia dhe tomografia e kompjuterizuar

Përdorimi më i zakonshëm i rrezeve X është fluoroskopia. "Rrezet X" të trupit të njeriut ju lejon të merrni një imazh të detajuar të të dy kockave (ato janë të dukshme më qartë) dhe imazhe të organeve të brendshme.

Transparenca e ndryshme e indeve të trupit në rrezet X është e lidhur me përbërjen e tyre kimike. Karakteristikat strukturore të kockave janë se ato përmbajnë shumë kalcium dhe fosfor. Indet e tjera përbëhen kryesisht nga karboni, hidrogjeni, oksigjeni dhe azoti. Një atom fosfori peshon pothuajse dy herë më shumë se një atom oksigjeni, dhe një atom kalciumi 2.5 herë (karboni, azoti dhe hidrogjeni janë edhe më të lehta se oksigjeni). Në këtë drejtim, përthithja e fotoneve me rreze X në kocka është shumë më e lartë.

Përveç "fotografive" dydimensionale, radiografia bën të mundur krijimin e një imazhi tredimensional të një organi: ky lloj radiografie quhet tomografi e kompjuterizuar. Për këto qëllime, përdoren rreze x të buta. Sasia e rrezatimit të marrë nga një imazh është e vogël: është afërsisht e barabartë me rrezatimin e marrë gjatë një fluturimi 2-orësh në një aeroplan në një lartësi prej 10 km.

Zbulimi i defekteve me rreze X ju lejon të zbuloni defekte të vogla të brendshme në produkte. Rrezet x të forta përdoren për të, pasi shumë materiale (metal, për shembull) janë dobët "transparente" për shkak të masë atomike substancën e tyre përbërëse.

Difraksioni i rrezeve X dhe analiza e fluoreshencës me rreze X

Rrezet X kanë veti që i lejojnë ata të ekzaminojnë atome individuale në detaje. Analiza e difraksionit me rreze X përdoret në mënyrë aktive në kimi (përfshirë biokiminë) dhe kristalografi. Parimi i funksionimit të tij është shpërndarja e difraksionit të rrezeve X në atomet e kristaleve ose molekulave komplekse. Duke përdorur analizën e difraksionit me rreze X, u përcaktua struktura e molekulës së ADN-së.

Analiza e fluoreshencës me rreze X ju lejon të përcaktoni shpejt përbërje kimike substancave.

Ka shumë forma të radioterapisë, por të gjitha përfshijnë përdorimin e rrezatimit jonizues. Radioterapia ndahet në 2 lloje: korpuskulare dhe me valë. Corpuscular përdor flukset e grimcave alfa (bërthamat e atomeve të heliumit), grimcat beta (elektrone), neutronet, protonet dhe jonet e rënda. Vala përdor rrezet e spektrit elektromagnetik - rrezet x dhe gama.

Metodat e radioterapisë përdoren kryesisht për trajtimin e kancerit. Fakti është se rrezatimi prek kryesisht qelizat që ndahen në mënyrë aktive, prandaj organet hematopoietike vuajnë kaq shumë (qelizat e tyre ndahen vazhdimisht, duke prodhuar gjithnjë e më shumë qeliza të reja të kuqe të gjakut). Qelizat e kancerit gjithashtu ndahen vazhdimisht dhe janë më të prekshme ndaj rrezatimit sesa indet e shëndetshme.

Përdoret një nivel rrezatimi që shtyp aktivitetin e qelizave kancerogjene duke pasur një efekt të moderuar në qelizat e shëndetshme. Nën ndikimin e rrezatimit, nuk ndodh shkatërrimi i qelizave si të tilla, por dëmtimi i gjenomit të tyre - molekulave të ADN-së. Një qelizë me një gjenom të shkatërruar mund të ekzistojë për ca kohë, por nuk mund të ndahet më, domethënë rritja e tumorit ndalon.

Terapia me rreze X është forma më e lehtë e radioterapisë. Rrezatimi valor është më i butë se rrezatimi korpuskular dhe rrezet x janë më të buta se rrezatimi gama.

Gjatë shtatzënisë

Përdorimi i rrezatimit jonizues gjatë shtatzënisë është i rrezikshëm. Rrezet X janë mutagjene dhe mund të shkaktojnë probleme tek fetusi. Terapia me rreze X është e papajtueshme me shtatzëninë: mund të përdoret vetëm nëse tashmë është vendosur për të kryer një abort. Kufizimet për fluoroskopinë janë më të buta, por në muajt e parë është gjithashtu rreptësisht e ndaluar.

Kur emergjente Ekzaminimi me rreze X zëvendësohet me rezonancë magnetike. Por në tremujorin e parë ata përpiqen ta shmangin edhe atë (kjo metodë u shfaq kohët e fundit dhe mund të themi me siguri absolute se nuk ka pasoja të dëmshme).

Një rrezik i qartë lind kur ekspozohet ndaj një doze totale prej të paktën 1 mSv (në njësitë e vjetra - 100 mR). Me një radiografi të thjeshtë (për shembull, kur i nënshtrohet fluorografisë), pacienti merr afërsisht 50 herë më pak. Për të marrë një dozë të tillë njëherësh, duhet t'i nënshtroheni një tomografie të detajuar të kompjuterizuar.

Kjo do të thotë, fakti i një "rreze X" 1-2 x në vetvete në një fazë të hershme të shtatzënisë nuk kërcënon pasoja serioze (por është më mirë të mos rrezikoni).

Trajtimi me të

Rrezet X përdoren kryesisht në luftën kundër tumoreve malinje. Kjo metodë është e mirë sepse është shumë efektive: vret tumorin. Është e keqe sepse indet e shëndetshme shkojnë pak më mirë dhe ka shumë efekte anësore. Organet hematopoietike janë në rrezik të veçantë.

Në praktikë, përdoren metoda të ndryshme për të reduktuar ndikimin e rrezeve X në indet e shëndetshme. Rrezet drejtohen në një kënd në mënyrë që tumori të jetë në zonën e kryqëzimit të tyre (për shkak të kësaj, thithja kryesore e energjisë ndodh pikërisht atje). Ndonjëherë procedura kryhet në lëvizje: trupi i pacientit rrotullohet në lidhje me burimin e rrezatimit rreth një boshti që kalon përmes tumorit. Në këtë rast, indet e shëndetshme janë në zonën e rrezatimit vetëm herë pas here, dhe indet e sëmura ekspozohen vazhdimisht.

Rrezet X përdoren në trajtimin e disa artrozave dhe sëmundjeve të ngjashme, si dhe sëmundjeve të lëkurës. Në këtë rast, sindroma e dhimbjes reduktohet me 50-90%. Duke qenë se rrezatimi i përdorur është më i butë, nuk vërehen efekte anësore të ngjashme me ato që ndodhin në trajtimin e tumoreve.

Diagnoza moderne mjekësore dhe trajtimi i disa sëmundjeve nuk mund të imagjinohet pa pajisje që përdorin vetitë e rrezatimit me rreze x. Zbulimi i rrezeve X ka ndodhur më shumë se 100 vjet më parë, por edhe tani puna vazhdon për krijimin e teknikave dhe pajisjeve të reja për të minimizuar efektet negative të rrezatimit në trupin e njeriut.

Kush i zbuloi rrezet X dhe si?

Në kushte natyrore, flukset e rrezeve X janë të rralla dhe emetohen vetëm nga disa izotope radioaktive. Rrezet X ose rrezet X u zbuluan vetëm në 1895 nga shkencëtari gjerman Wilhelm Röntgen. Ky zbulim ndodhi rastësisht, gjatë një eksperimenti për të studiuar sjelljen e rrezeve të dritës në kushte që i afrohen një vakumi. Eksperimenti përfshinte një tub shkarkimi gazi katodë me presion të reduktuar dhe një ekran fluoreshente, i cili çdo herë filloi të shkëlqejë në momentin që tubi filloi të funksiononte.

I interesuar për efektin e çuditshëm, Roentgen kreu një sërë studimesh që tregojnë se rrezatimi që rezulton, i padukshëm për syrin, është i aftë të depërtojë përmes pengesave të ndryshme: letrës, drurit, qelqit, disa metaleve, madje edhe përmes trupit të njeriut. Pavarësisht mungesës së të kuptuarit të vetë natyrës së asaj që po ndodh, nëse një fenomen i tillë shkaktohet nga gjenerimi i një rryme grimcash ose valësh të panjohura, u vu re modeli i mëposhtëm - rrezatimi kalon lehtësisht nëpër indet e buta të trupit, dhe shumë më vështirë përmes indeve të gjalla të forta dhe substancave jo të gjalla.

Roentgen nuk ishte i pari që studioi këtë fenomen. Në mes shekulli XIX, mundësi të ngjashme u studiuan nga francezi Antoine Mason dhe anglezi William Crookes. Sidoqoftë, ishte Roentgen ai që shpiku i pari një tub katodë dhe një tregues që mund të përdoret në mjekësi. Ai ishte i pari që publikoi traktat, që i solli titullin e parë laureat i Nobelit në mesin e fizikantëve.

Në vitin 1901 filloi një bashkëpunim i frytshëm midis tre shkencëtarëve, të cilët u bënë etërit themelues të radiologjisë dhe radiologjisë.

Vetitë e rrezeve X

rrezet X janë komponent spektri i përgjithshëm i rrezatimit elektromagnetik. Gjatësia e valës qëndron midis rrezeve gama dhe ultravjollcë. Rrezet X kanë të gjitha vetitë e zakonshme të valës:

difraksioni;
përthyerje;
ndërhyrje;
shpejtësia e përhapjes (është e barabartë me dritën).

Për të gjeneruar artificialisht një fluks të rrezeve X, përdoren pajisje speciale - tubat me rreze X. Rrezatimi me rreze X ndodh për shkak të kontaktit të elektroneve të shpejta nga tungsteni me substancat që avullojnë nga anoda e nxehtë. Në sfondin e ndërveprimit, shfaqen valë elektromagnetike me gjatësi të shkurtër, të vendosura në spektrin nga 100 në 0,01 nm dhe në intervalin energjetik 100-0,1 MeV. Nëse gjatësia e valës së rrezeve është më e vogël se 0.2 nm, ky është rrezatim i fortë; nëse gjatësia e valës është më e madhe se kjo vlerë, ato quhen rreze X të buta.

Është domethënëse që energjia kinetike që lind nga kontakti i elektroneve dhe substancës anodë shndërrohet 99% në energji termike dhe vetëm 1% është rreze X.

Rrezatimi me rreze X – bremsstrahlung dhe karakteristik

Rrezatimi X është një mbivendosje e dy llojeve të rrezeve - bremsstrahlung dhe karakteristike. Ato gjenerohen në tub në të njëjtën kohë. Prandaj, rrezatimi me rreze X dhe karakteristikat e secilit tub specifik me rreze X - spektri i tij i rrezatimit - varen nga këta tregues dhe përfaqësojnë mbivendosjen e tyre.

Bremsstrahlung ose rrezet X të vazhdueshme janë rezultat i ngadalësimit të elektroneve të avulluara nga një filament tungsteni.

Rrezet me rreze X karakteristike ose të linjës formohen në momentin e ristrukturimit të atomeve të substancës së anodës së tubit me rreze X. Gjatësia e valës së rrezeve karakteristike varet drejtpërdrejt nga numri atomik i elementit kimik të përdorur për të bërë anodën e tubit.

Karakteristikat e listuara të rrezeve X i lejojnë ato të përdoren në praktikë:

padukshmëri për sytë e zakonshëm;
aftësi e lartë depërtuese përmes indeve të gjalla dhe materialeve jo të gjalla që nuk transmetojnë rrezet e spektrit të dukshëm;
efekt jonizues në strukturat molekulare.

Parimet e imazhit me rreze X

Vetitë e rrezeve X në të cilat bazohet imazhi është aftësia për të dekompozuar ose për të shkaktuar shkëlqimin e substancave të caktuara.

Rrezatimi me rreze X shkakton një shkëlqim fluoreshente në sulfide të kadmiumit dhe zinkut - jeshile, dhe në tungstate kalciumi - blu. Kjo veti përdoret në teknikat mjekësore të imazhit me rreze x dhe gjithashtu rrit funksionalitetin e ekraneve me rreze x.

Efekti fotokimik i rrezeve X në materialet fotosensitive të halogjenit të argjendit (ekspozimi) lejon diagnostikimin - marrjen e fotografive me rreze X. Kjo veti përdoret gjithashtu kur matni dozën totale të marrë nga asistentët e laboratorit në dhomat me rreze X. Dozimetrat e trupit përmbajnë shirita dhe tregues të veçantë të ndjeshëm. Efekti jonizues i rrezatimit me rreze X bën të mundur përcaktimin e karakteristikave cilësore të rrezeve X që rezultojnë.

Një ekspozim i vetëm ndaj rrezatimit nga rrezet X konvencionale rrit rrezikun e kancerit me vetëm 0,001%.

Zonat ku përdoren rrezet X

Përdorimi i rrezeve X është i lejueshëm në industritë e mëposhtme:

Siguria. Pajisje stacionare dhe portative për zbulimin e sendeve të rrezikshme dhe të ndaluara në aeroporte, dogana ose në vende të mbushura me njerëz.
Industria kimike, metalurgjia, arkeologjia, arkitektura, ndërtimi, puna restauruese - për të zbuluar defektet dhe kryerjen e analizave kimike të substancave.
Astronomi. Ndihmon monitorimin trupat kozmikë dhe dukuritë duke përdorur teleskopët me rreze X.
Industria ushtarake. Për të zhvilluar armë lazer.

Aplikimi kryesor i rrezatimit me rreze X është në fushën mjekësore. Sot në seksionin e radiologjisë mjekësore përfshihen: radiodiagnoza, radioterapia (terapia me rreze X), radiokirurgjia. Universitetet e Mjekësisë të diplomuar specialistë të specializuar – radiologë.

Rrezatimi X - dëm dhe përfitim, efekte në trup

Fuqia e lartë depërtuese dhe efekti jonizues i rrezeve X mund të shkaktojë ndryshime në strukturën e ADN-së qelizore dhe për këtë arsye paraqesin rrezik për njerëzit. Dëmi nga rrezet X është drejtpërdrejt proporcional me dozën e marrë të rrezatimit. Organe të ndryshme i përgjigjen rrezatimit në shkallë të ndryshme. Më të ndjeshmet përfshijnë:

palca e eshtrave dhe indi kockor;
lente e syrit;
tiroide;
gjëndrat e qumështit dhe riprodhimit;
indet e mushkërive.

Përdorimi i pakontrolluar i rrezatimit me rreze X mund të shkaktojë patologji të kthyeshme dhe të pakthyeshme.

Pasojat e rrezatimit me rreze X:

dëmtimi i palcës së eshtrave dhe shfaqja e patologjive të sistemit hematopoietik - eritrocitopeni, trombocitopeni, leuçemi;
dëmtimi i lenteve, me zhvillimin e mëvonshëm të kataraktave;
mutacionet qelizore që janë të trashëguara;
zhvillimi i kancerit;
marrja e djegieve nga rrezatimi;
zhvillimi i sëmundjes nga rrezatimi.

E rëndësishme! Ndryshe nga substancat radioaktive, rrezet X nuk grumbullohen në indet e trupit, që do të thotë se rrezet X nuk kanë nevojë të hiqen nga trupi. Efekti i dëmshëm i rrezatimit me rreze X përfundon kur pajisja mjekësore është e fikur.

Përdorimi i rrezatimit me rreze X në mjekësi është i lejueshëm jo vetëm për diagnostikim (traumatologji, stomatologji), por edhe për qëllime terapeutike:

Rrezet X në doza të vogla stimulojnë metabolizmin në qelizat dhe indet e gjalla;
doza të caktuara kufizuese përdoren për trajtimin e neoplazmave onkologjike dhe beninje.

Metodat për diagnostikimin e patologjive duke përdorur rreze X

Radiodiagnostika përfshin teknikat e mëposhtme:

Fluoroskopia është një studim gjatë të cilit merret një imazh në një ekran fluoreshent në kohë reale. Së bashku me marrjen klasike të një imazhi të një pjese të trupit në kohë reale, sot ekzistojnë teknologjitë e transilluminimit të televizionit me rreze X - imazhi transferohet nga një ekran fluoreshent në një monitor televiziv të vendosur në një dhomë tjetër. Janë zhvilluar disa metoda dixhitale për përpunimin e imazhit që rezulton, e ndjekur nga transferimi i tij nga ekrani në letër.
Fluorografia është metoda më e lirë e ekzaminimit të organeve të kraharorit, e cila konsiston në marrjen e një imazhi në shkallë të reduktuar prej 7x7 cm.Megjithë gjasat e gabimit, është e vetmja mënyrë për të kryer një ekzaminim masiv vjetor të popullatës. Metoda nuk është e rrezikshme dhe nuk kërkon heqjen e dozës së marrë të rrezatimit nga trupi.
Radiografia është prodhimi i një imazhi përmbledhës në film ose letër për të sqaruar formën e një organi, pozicionin ose tonin e tij. Mund të përdoret për të vlerësuar peristaltikën dhe gjendjen e mukozave. Nëse ka një zgjedhje, atëherë midis pajisjeve moderne me rreze X, nuk duhet t'i jepet përparësi as pajisjeve dixhitale, ku fluksi i rrezeve X mund të jetë më i lartë se ai i pajisjeve të vjetra, por pajisjeve me rreze X me dozë të ulët me rrafsh të drejtpërdrejtë. detektorë gjysmëpërçues. Ato ju lejojnë të zvogëloni ngarkesën në trup me 4 herë.
Tomografia e kompjuterizuar me rreze X është një teknikë që përdor rrezet X për të marrë numrin e kërkuar të imazheve të seksioneve të një organi të zgjedhur. Midis shumë llojeve të pajisjeve moderne CT, tomografët kompjuterikë me dozë të ulët me rezolucion të lartë përdoren për një sërë studimesh të përsëritura.

Radioterapia

Terapia me rreze X është një metodë trajtimi lokal. Më shpesh, metoda përdoret për të shkatërruar qelizat e kancerit. Meqenëse efekti është i krahasueshëm me heqjen kirurgjikale, kjo metodë trajtimi shpesh quhet radiokirurgji.

Sot, trajtimi me rreze x kryhet në mënyrat e mëposhtme:

E jashtme (terapia me proton) - një rreze rrezatimi hyn në trupin e pacientit nga jashtë.
E brendshme (brakiterapia) - përdorimi i kapsulave radioaktive duke i futur ato në trup, duke i vendosur ato më afër tumorit kanceroz. Disavantazhi i kësaj metode trajtimi është se derisa kapsula të hiqet nga trupi, pacienti duhet të izolohet.

Këto metoda janë të buta dhe përdorimi i tyre preferohet në disa raste sesa kimioterapia. Ky popullaritet është për faktin se rrezet nuk grumbullohen dhe nuk kërkojnë largim nga trupi; ato kanë një efekt selektiv, pa prekur qelizat dhe indet e tjera.

Kufiri i sigurt i ekspozimit ndaj rrezeve X

Ky tregues i normës së ekspozimit të lejuar vjetor ka emrin e vet - dozë ekuivalente gjenetikisht e rëndësishme (GSD). Ky tregues nuk ka vlera të qarta sasiore.

Ky tregues varet nga mosha e pacientit dhe dëshira për të pasur fëmijë në të ardhmen.
Varet se cilat organe janë ekzaminuar ose trajtuar.
GZD ndikohet nga niveli i sfondit radioaktiv natyror në rajonin ku jeton një person.

Sot janë në fuqi standardet e mëposhtme mesatare të GZD:

niveli i ekspozimit nga të gjitha burimet, me përjashtim të atyre mjekësore, dhe pa marrë parasysh rrezatimin e sfondit natyror - 167 mrem në vit;
norma për një ekzaminim mjekësor vjetor nuk është më e lartë se 100 mrem në vit;
vlera totale e sigurt është 392 mrem në vit.

Rrezatimi me rreze X nuk kërkon largim nga trupi dhe është i rrezikshëm vetëm në rast të ekspozimit intensiv dhe të zgjatur. Pajisjet moderne mjekësore përdorin rrezatim me energji të ulët me kohëzgjatje të shkurtër, kështu që përdorimi i tij konsiderohet relativisht i padëmshëm.

Mjekësia moderne përdor shumë mjekë për diagnostikim dhe terapi. Disa prej tyre janë përdorur relativisht kohët e fundit, ndërsa të tjerat janë praktikuar për dhjetëra apo edhe qindra vjet. Gjithashtu, njëqind e dhjetë vjet më parë, William Conrad Roentgen zbuloi rreze X të mahnitshme, të cilat shkaktuan rezonancë të konsiderueshme në botën shkencore dhe mjekësore. Dhe tani mjekët në mbarë botën i përdorin ato në praktikën e tyre. Tema e bisedës sonë sot do të jetë rrezet X në mjekësi; ne do të diskutojmë përdorimin e tyre pak më në detaje.

Rrezet X janë një lloj rrezatimi elektromagnetik. Ato karakterizohen nga cilësi të konsiderueshme depërtuese, të cilat varen nga gjatësia e valës së rrezatimit, si dhe nga dendësia dhe trashësia e materialeve të rrezatuara. Përveç kësaj, rrezet X mund të bëjnë që një numër substancash të shkëlqejnë, të ndikojnë në organizmat e gjallë, të jonizojnë atomet dhe gjithashtu të katalizojnë disa reaksione fotokimike.

Aplikimi i rrezeve X në mjekësi

Sot, vetitë e rrezeve X i lejojnë ato të përdoren gjerësisht në diagnostikimin me rreze X dhe terapinë me rreze X.

Diagnostifikimi me rreze X

Diagnostifikimi me rreze X përdoret kur kryhen:

X-ray (radioskopi);
- radiografi (imazh);
- fluorografi;
- Rrezet X dhe tomografi e kompjuterizuar.

rreze X

Për të kryer një studim të tillë, pacienti duhet të pozicionohet midis tubit të rrezeve X dhe një ekrani të veçantë fluoreshent. Një radiolog specialist përzgjedh ngurtësinë e kërkuar të rrezeve X, duke marrë në ekran një imazh të organeve të brendshme, si dhe brinjëve.

Radiografia

Për të kryer këtë studim, pacienti vendoset në një kasetë që përmban një film të veçantë fotografik. Makina me rreze X vendoset direkt mbi objekt. Si rezultat, në film shfaqet një imazh negativ i organeve të brendshme, i cili përmban një numër detajesh të vogla, më të detajuara sesa gjatë një ekzaminimi fluoroskopik.

Fluorografia

Ky studim kryhet gjatë ekzaminimeve masive mjekësore të popullatës, përfshirë zbulimin e tuberkulozit. Në këtë rast, një fotografi nga një ekran i madh projektohet në një film të veçantë.

Tomografia

Gjatë kryerjes së tomografisë, rrezet e kompjuterit ndihmojnë në marrjen e imazheve të organeve në disa vende njëherësh: në seksione kryq të indeve të zgjedhura posaçërisht. Kjo seri e rrezeve X quhet tomogram.

Tomogram kompjuterik

Ky studim ju lejon të regjistroni pjesë të trupit të njeriut duke përdorur një skaner me rreze X. Më pas, të dhënat futen në një kompjuter, duke rezultuar në një imazh të kryqëzuar.

Secila nga metodat e listuara diagnostikuese bazohet në vetitë e një rreze X për të ndriçuar filmin fotografik, si dhe në faktin se indet dhe kockat njerëzore ndryshojnë në përshkueshmëri të ndryshme ndaj efekteve të tyre.

Terapia me rreze X

Aftësia e rrezeve X për të ndikuar në indet në një mënyrë të veçantë përdoret për të trajtuar formacionet tumorale. Për më tepër, cilësitë jonizuese të këtij rrezatimi janë veçanërisht të dukshme kur prekin qelizat që janë të afta për ndarje të shpejtë. Janë pikërisht këto cilësi që dallojnë qelizat e formacioneve malinje onkologjike.

Megjithatë, vlen të përmendet se terapia me rreze X mund të shkaktojë shumë efekte anësore serioze. Ky efekt ka një efekt agresiv në gjendjen e sistemit hematopoietik, endokrin dhe imunitar, qelizat e të cilave gjithashtu ndahen shumë shpejt. Ndikimi agresiv mbi to mund të shkaktojë shenja të sëmundjes nga rrezatimi.

Efekti i rrezatimit me rreze X tek njerëzit

Gjatë studimit të rrezeve X, mjekët zbuluan se ato mund të çojnë në ndryshime në lëkurë që i ngjajnë një djegie nga dielli, por që shoqërohen me dëmtime më të thella të lëkurës. Ulceracione të tilla kërkojnë një kohë jashtëzakonisht të gjatë për t'u shëruar. Shkencëtarët kanë zbuluar se lëndime të tilla mund të shmangen duke zvogëluar kohën dhe dozën e rrezatimit, si dhe duke përdorur mbrojtje dhe teknika të veçanta. telekomandë.

Efektet agresive të rrezeve X mund të shfaqen edhe në afat të gjatë: ndryshime të përkohshme ose të përhershme në përbërjen e gjakut, ndjeshmëri ndaj leukemisë dhe plakje të hershme.

Efekti i rrezeve X tek një person varet nga shumë faktorë: cili organ rrezatohet dhe për sa kohë. Rrezatimi i organeve hematopoietike mund të çojë në sëmundje të gjakut, dhe ekspozimi ndaj organeve gjenitale mund të çojë në infertilitet.

Kryerja e rrezatimit sistematik është e mbushur me zhvillimin e ndryshimeve gjenetike në trup.

Dëmi i vërtetë i rrezeve X në diagnostikimin me rreze X

Kur kryejnë një ekzaminim, mjekët përdorin numrin minimal të mundshëm të rrezeve x. Të gjitha dozat e rrezatimit plotësojnë disa standarde të pranueshme dhe nuk mund të dëmtojnë një person. Diagnostifikimi me rreze X paraqet një rrezik të konsiderueshëm vetëm për mjekët që i kryejnë ato. Dhe pastaj metoda moderne mbrojtjet ndihmojnë në uljen e agresionit të rrezeve në minimum.

Metodat më të sigurta të diagnostikimit me rreze X përfshijnë radiografinë e ekstremiteteve, si dhe rrezet X dentare. Vendi i radhës në këtë renditje është mamografia, e ndjekur nga tomografia e kompjuterizuar dhe më pas radiografia.

Në mënyrë që përdorimi i rrezeve X në mjekësi të sjellë vetëm përfitime për njerëzit, është e nevojshme të kryhen kërkime me ndihmën e tyre vetëm kur tregohet.

Në studimin dhe përdorimin praktik të dukurive atomike, rrezet X luajnë një nga rolet më të rëndësishme. Falë kërkimeve të tyre, u bënë shumë zbulime dhe u zhvilluan metoda për analizimin e substancave, të përdorura në fusha të ndryshme. Këtu do të shikojmë një lloj të rrezeve X - rrezet X karakteristike.

Natyra dhe vetitë e rrezeve X

Rrezatimi me rreze X është një ndryshim me frekuencë të lartë në gjendjen e fushës elektromagnetike, që përhapet në hapësirë me një shpejtësi prej rreth 300,000 km/s, domethënë valë elektromagnetike. Në shkallën e diapazonit të rrezatimit elektromagnetik, rrezet x janë të vendosura në rajonin e gjatësisë së valës nga afërsisht 10 -8 në 5∙10 -12 metra, që është disa renditje të madhësisë më të shkurtër se valët optike. Kjo korrespondon me frekuencat nga 3∙10 16 deri në 6∙10 19 Hz dhe energjitë nga 10 eV në 250 keV, ose 1.6∙10 -18 deri në 4∙10 -14 J. Duhet të theksohet se kufijtë e diapazoneve të frekuencave të rrezatimi elektromagnetik është mjaft arbitrar për shkak të mbivendosjes së tyre.

Është bashkëveprimi i grimcave të ngarkuara të përshpejtuara (elektroneve me energji të lartë) me fushat elektrike dhe magnetike dhe me atomet e materies.

Fotonet e rrezeve X karakterizohen nga energji të larta dhe fuqi të lartë depërtuese dhe jonizuese, veçanërisht për rrezet e forta X me gjatësi vale më të vogla se 1 nanometër (10 -9 m).

Rrezet X ndërveprojnë me lëndën, duke jonizuar atomet e saj, në proceset e efektit fotoelektrik (fotoabsorbimi) dhe shpërndarjes jokoherente (Compton). Në fotoabsorbimin, një foton me rreze X, i zhytur nga një elektron i një atomi, transferon energji në të. Nëse vlera e tij tejkalon energjinë lidhëse të një elektroni në një atom, atëherë ai largohet nga atomi. Shpërndarja e komptonit është karakteristikë e fotoneve më të forta (energjike) me rreze X. Një pjesë e energjisë së fotonit të absorbuar shpenzohet për jonizimin; në këtë rast, në një kënd të caktuar në drejtim të fotonit primar, lëshohet një sekondar, me një frekuencë më të ulët.

Llojet e rrezatimit me rreze X. Bremsstrahlung

Për prodhimin e trarëve, përdoren cilindra vakum qelqi me elektroda të vendosura brenda. Dallimi i potencialit ndërmjet elektrodave duhet të jetë shumë i lartë - deri në qindra kilovolt. Emetimi termionik ndodh në katodën e tungstenit, e ngrohur nga rryma, domethënë nga ajo lëshohen elektrone, të cilat, të përshpejtuara nga diferenca potenciale, bombardojnë anodën. Si rezultat i ndërveprimit të tyre me atomet e anodës (ndonjëherë të quajtur antikatodë), lindin fotone me rreze X.

Në varësi të procesit që çon në krijimin e një fotoni, dallohen llojet e rrezatimit me rreze X: bremsstrahlung dhe karakteristik.

Elektronet, kur takohen me anodën, mund të ngadalësohen, domethënë të humbasin energji brenda fushat elektrike atomet e saj. Kjo energji emetohet në formën e fotoneve me rreze X. Ky lloj rrezatimi quhet bremsstrahlung.

Është e qartë se kushtet e frenimit do të ndryshojnë për elektronet individuale. Kjo do të thotë se sasi të ndryshme të energjisë së tyre kinetike shndërrohen në rreze x. Si rezultat, bremsstrahlung përfshin fotone me frekuenca të ndryshme dhe, në përputhje me rrethanat, gjatësi vale. Prandaj, spektri i tij është i vazhdueshëm (i vazhdueshëm). Ndonjëherë për këtë arsye quhet edhe rreze X "të bardha".

Energjia e një fotoni bremsstrahlung nuk mund të kalojë energjinë kinetike të elektronit që e gjeneron atë, kështu që frekuenca maksimale (dhe gjatësia e valës më e shkurtër) e rrezatimit bremsstrahlung korrespondon me vlerën më të lartë të energjisë kinetike të elektroneve që bien në anodë. Kjo e fundit varet nga diferenca potenciale e aplikuar në elektroda.

Ekziston një lloj tjetër rrezatimi me rreze X, burimi i të cilit është një proces tjetër. Ky rrezatim quhet rrezatim karakteristik dhe ne do të ndalemi në të më në detaje.

Si lind rrezatimi karakteristik me rreze X?

Pasi të ketë arritur anti-katodën, një elektron i shpejtë mund të depërtojë brenda atomit dhe të rrëzojë një elektron nga një nga orbitalet më të ulëta, domethënë, të transferojë në të energjinë e mjaftueshme për të kapërcyer pengesën e mundshme. Megjithatë, nëse ka nivele më të larta energjie në atomin e zënë nga elektronet, hapësira e liruar nuk do të mbetet bosh.

Duhet mbajtur mend se struktura elektronike e atomit, si çdo sistem energjetik, tenton të minimizojë energjinë. Vendi vakant i formuar si rezultat i eliminimit është i mbushur me një elektron nga një nga nivelet më të larta. Energjia e tij është më e lartë dhe, duke zënë një nivel më të ulët, emeton tepricën në formën e një kuantike rrezatimi karakteristik me rreze x.

Struktura elektronike e një atomi është një grup diskrete i gjendjeve të mundshme energjetike të elektroneve. Prandaj, fotonet me rreze X të emetuara gjatë zëvendësimit të vendeve të lira të elektroneve mund të kenë gjithashtu vetëm vlera të përcaktuara rreptësisht të energjisë, duke reflektuar ndryshimin në nivele. Si rezultat, rrezatimi karakteristik me rreze X ka një spektër që nuk është i vazhdueshëm, por në formë vije. Ky spektër bën të mundur karakterizimin e substancës së anodës - prandaj emri i këtyre rrezeve. Falë dallimeve spektrale është e qartë se çfarë nënkuptohet me bremsstrahlung dhe rrezatim karakteristik me rreze X.

Ndonjëherë energjia e tepërt nuk emetohet nga atomi, por shpenzohet për të rrëzuar elektronin e tretë. Ky proces - i ashtuquajturi efekt Auger - ka më shumë gjasa të ndodhë kur energjia e lidhjes së elektroneve nuk kalon 1 keV. Energjia e elektronit të lëshuar Auger varet nga struktura e niveleve energjetike të atomit, prandaj spektrat e elektroneve të tilla janë gjithashtu të natyrës diskrete.

Pamje e përgjithshme e spektrit karakteristik

Linjat e ngushta karakteristike janë të pranishme në pamjen spektrale të rrezeve X së bashku me një spektër të vazhdueshëm bremsstrahlung. Nëse e imagjinojmë spektrin si një grafik të intensitetit kundrejt gjatësisë së valës (frekuencës), do të shohim maja të mprehta në vendndodhjet e vijave. Pozicioni i tyre varet nga materiali i anodës. Këto maksimum janë të pranishme në çdo ndryshim të mundshëm - nëse ka rreze X, ka gjithmonë edhe maja. Me rritjen e tensionit në elektrodat e tubit, rritet intensiteti i rrezatimit të vazhdueshëm dhe karakteristik të rrezeve X, por vendndodhja e majave dhe raporti i intensiteteve të tyre nuk ndryshojnë.

Majat në spektrat e rrezeve X kanë të njëjtën pamje pavarësisht nga materiali i antikatodës i rrezatuar nga elektronet, por për materiale të ndryshme ato janë të vendosura në frekuenca të ndryshme, duke u bashkuar në seri bazuar në afërsinë e vlerave të frekuencës. Midis vetë serive, ndryshimi në frekuenca është shumë më domethënës. Lloji i maksimumit nuk varet në asnjë mënyrë nga fakti nëse materiali i anodës është një element kimik i pastër apo një substancë komplekse. Në rastin e fundit, spektrat karakteristikë të rrezeve X të elementëve përbërës të tij thjesht mbivendosen mbi njëri-tjetrin.

Ndërsa numri atomik i një elementi kimik rritet, të gjitha linjat e spektrit të tij të rrezeve X zhvendosen drejt frekuencave më të larta. Spektri ruan pamjen e tij.

Ligji i Moseley-t

Fenomeni i zhvendosjes spektrale të linjave karakteristike u zbulua eksperimentalisht nga fizikani anglez Henry Moseley në 1913. Kjo e lejoi atë të lidhë frekuencat e maksimumit të spektrit me numrat serial të elementeve kimike. Kështu, gjatësia e valës së rrezatimit karakteristik me rreze X, siç doli, mund të lidhet qartë me një element specifik. Në përgjithësi, ligji i Moseley-t mund të shkruhet si më poshtë: √f = (Z - S n)/n√R, ku f është frekuenca, Z është numri serial i elementit, S n është konstanta e ekranizimit, n është numri kuantik kryesor dhe R është konstanta Rydberg. Kjo varësi është lineare dhe në diagramin Moseley duket si një seri vijash të drejta për secilën vlerë të n.

Vlerat n korrespondojnë me seritë individuale të majave karakteristike të emetimit të rrezeve X. Ligji i Moseley bën të mundur përcaktimin e numrit serik të një elementi kimik të rrezatuar nga elektronet e forta bazuar në gjatësitë e valëve të matura (ato janë të lidhura në mënyrë unike me frekuencat) të maksimumit të spektrit të rrezeve X.

Struktura e predhave elektronike të elementeve kimike është identike. Kjo tregohet nga monotonia e ndryshimit të zhvendosjes në spektrin karakteristik të rrezatimit me rreze X. Zhvendosja e frekuencës nuk pasqyron ndryshimet strukturore, por energjetike midis predhave elektronike, unike për secilin element.

Roli i ligjit të Moseley në fizikën atomike

Ka devijime të lehta nga marrëdhënia strikte lineare e shprehur nga ligji i Moseley-t. Ato shoqërohen, së pari, me veçoritë e rendit të mbushjes së predhave elektronike të disa elementeve dhe, së dyti, me efektet relativiste të lëvizjes së elektroneve të atomeve të rënda. Përveç kësaj, kur numri i neutroneve në bërthamë ndryshon (i ashtuquajturi zhvendosje izotopike), pozicioni i linjave mund të ndryshojë pak. Ky efekt bëri të mundur studimin e detajuar të strukturës atomike.

Rëndësia e ligjit të Moseley-t është jashtëzakonisht e madhe. Duke e aplikuar atë në mënyrë sekuenciale në elementë tabelë periodike Mendelejevi vendosi një model të rritjes së numrit rendor që korrespondon me çdo ndryshim të vogël në maksimat karakteristike. Kjo ndihmoi për të sqaruar çështjen e kuptimit fizik të numrit rendor të elementeve. Vlera Z nuk është thjesht një numër: është ngarkesa elektrike pozitive e bërthamës, e cila është shuma e njësisë së ngarkesave pozitive të grimcave që përbëjnë përbërjen e saj. Vendosja e saktë e elementeve në tabelë dhe prania e pozicioneve boshe në të (ato ende ekzistonin atëherë) morën një konfirmim të fuqishëm. Vlefshmëria e ligjit periodik u vërtetua.

Ligji i Moseley, përveç kësaj, u bë baza mbi të cilën u ngrit një drejtim i tërë i kërkimit eksperimental - spektrometria me rreze X.

Struktura e predhave elektronike të një atomi

Le të kujtojmë shkurtimisht se si është e strukturuar struktura e elektroneve. Përbëhet nga predha të përcaktuara me shkronjat K, L, M, N, O, P, Q ose numrat nga 1 deri në 7. Elektronet brenda shtresës karakterizohen nga e njëjta kuantike kryesore numri n, i cili përcakton vlerat e mundshme të energjisë. Në shtresat e jashtme, energjia e elektroneve është më e lartë, dhe potenciali i jonizimit për elektronet e jashtme është përkatësisht më i ulët.

Predha përfshin një ose më shumë nënnivele: s, p, d, f, g, h, i. Në secilën guaskë, numri i nënnivele rritet me një në krahasim me atë të mëparshëm. Numri i elektroneve në çdo nënnivel dhe në secilën shtresë nuk mund të kalojë një vlerë të caktuar. Ato karakterizohen, përveç numrit kuantik kryesor, nga e njëjta vlerë e resë elektronike orbitale që përcakton formën. Nënnivelet përcaktohen nga guaska së cilës i përkasin, për shembull, 2s, 4d, e kështu me radhë.

Nënniveli përmban të cilat janë të specifikuara, përveç atyre kryesore dhe orbitale, nga një numër tjetër kuantik - magnetik, i cili përcakton projeksionin e momentit orbital të elektronit në drejtimin e fushës magnetike. Një orbital mund të ketë jo më shumë se dy elektrone, që ndryshojnë në vlerën e numrit të katërt kuantik - spin.

Le të shqyrtojmë më në detaje se si lind rrezatimi karakteristik me rreze X. Meqenëse origjina e këtij lloji emetimi elektromagnetik shoqërohet me fenomene që ndodhin brenda atomit, është më e përshtatshme për ta përshkruar atë saktësisht në përafrim konfigurimet elektronike.

Mekanizmi për gjenerimin e rrezatimit karakteristik me rreze X

Pra, shkaku i këtij rrezatimi është formimi i boshllëqeve të elektroneve në shtresat e brendshme, të shkaktuara nga depërtimi i elektroneve me energji të lartë thellë në atom. Probabiliteti që një elektron i fortë të ndërveprojë rritet me densitetin e reve elektronike. Prandaj, ka shumë të ngjarë që përplasjet të ndodhin brenda predhave të brendshme të mbushura fort, siç është predha K më e ulët. Këtu atomi jonizohet dhe krijohet një vend i lirë në guaskën 1s.

Ky boshllëk plotësohet nga një elektron nga guaska me energji më të lartë, teprica e të cilit bartet nga fotoni i rrezeve X. Ky elektron mund të "bie" nga shtresa e dytë L, nga shtresa e tretë M, e kështu me radhë. Kështu formohet një seri karakteristike, në këtë shembull seria K. Një tregues se nga vjen elektroni që plotëson vendin vakant jepet në formën e një indeksi grek në emërtimin e serisë. "Alfa" do të thotë se vjen nga guaska L, "beta" do të thotë se vjen nga guaska M. Aktualisht, ka një tendencë për të zëvendësuar indekset e shkronjave greke me ato latine të miratuara për përcaktimin e predhave.

Intensiteti i linjës alfa në seri është gjithmonë më i larti - kjo do të thotë që probabiliteti për të mbushur një vend të lirë nga një guaskë fqinje është më e larta.

Tani mund t'i përgjigjemi pyetjes, cila është energjia maksimale e një kuantike rrezatimi karakteristik me rreze X. Përcaktohet nga ndryshimi në vlerat e energjisë të niveleve midis të cilave ndodh kalimi i elektroneve, sipas formulës E = E n 2 - E n 1, ku E n 2 dhe E n 1 janë energjitë e elektroneve. shtetet ndërmjet të cilave ka ndodhur tranzicioni. Vlera më e lartë e këtij parametri jepet nga kalimet e serisë K me maksimum nivele të larta atomet e elementeve të rënda. Por intensiteti i këtyre vijave (lartësia e majave) është më i ulëti, pasi ato janë më pak të mundshme.

Nëse, për shkak të tensionit të pamjaftueshëm në elektroda, një elektron i fortë nuk mund të arrijë nivelin K, ai formon një boshllëk në nivelin L dhe formohet një seri L më pak energjike me gjatësi vale më të gjata. Seritë pasuese lindin në mënyrë të ngjashme.

Për më tepër, kur një vend vakant plotësohet si rezultat i një tranzicioni elektronik, një vend vakant i ri shfaqet në guaskën e sipërme. Kjo krijon kushtet për gjenerimin e serisë së ardhshme. Boshllëqet e elektroneve lëvizin më lart nga niveli në nivel, dhe atomi lëshon një kaskadë të serive karakteristike spektrale duke mbetur i jonizuar.

Struktura e imët e spektrit karakteristik

Spektrat atomike të rrezeve X të rrezatimit karakteristik me rreze X karakterizohen nga një strukturë e imët, e cila, si në spektrat optike, shprehet në ndarje të linjës.

Struktura e imët është për faktin se niveli i energjisë është guaskë elektronike- është një grup përbërësish të ndarë ngushtë - nënpredha. Për të karakterizuar nënshtresat, futet një numër tjetër kuantik i brendshëm j, që pasqyron ndërveprimin e momenteve magnetike të vetë elektronit dhe ato orbitale.

Për shkak të ndikimit të ndërveprimit spin-orbitë, struktura energjetike e atomit bëhet më komplekse, dhe si rezultat, rrezatimi karakteristik i rrezeve X ka një spektër të karakterizuar nga vija të ndara me elementë të ndarë shumë afër.

Elementet e strukturës së imët zakonisht përcaktohen nga indekse dixhitale shtesë.

Rrezatimi karakteristik me rreze X ka një veçori të reflektuar vetëm në strukturën e imët të spektrit. Kalimi i një elektroni në një nivel më të ulët të energjisë nuk ndodh nga nënshtresa e poshtme e nivelit më të lartë. Një ngjarje e tillë ka një probabilitet të papërfillshëm.

Përdorimi i rrezeve X në spektrometri

Ky rrezatim, për shkak të karakteristikave të tij të përshkruara nga ligji i Moseley, qëndron në themel të metodave të ndryshme spektrale të rrezeve X për analizimin e substancave. Kur analizohet spektri i rrezeve X, përdoret ose difraksioni i rrezatimit në kristale (metoda e shpërndarjes së valëve) ose detektorë të ndjeshëm ndaj energjisë së fotoneve të zhytur me rreze X (metoda e shpërndarjes së energjisë). Shumica e mikroskopëve elektronikë janë të pajisur me një lloj bashkëngjitjeje spektrometrie me rreze X.

Spektrometria e shpërndarjes së valëve është veçanërisht e saktë. Duke përdorur filtra të veçantë, theksohen majat më intensive në spektër, duke bërë të mundur marrjen e rrezatimit pothuajse monokromatik me një frekuencë të njohur saktësisht. Materiali i anodës zgjidhet me shumë kujdes për të siguruar që të merret një rreze monokromatike e frekuencës së dëshiruar. Difraksioni i tij nga rrjetë kristali e substancës që studiohet lejon që dikush të studiojë strukturën e rrjetës me saktësi të madhe. Kjo metodë përdoret gjithashtu në studimin e ADN-së dhe molekulave të tjera komplekse.

Një nga veçoritë e rrezatimit karakteristik me rreze X merret parasysh edhe në spektrometrinë gama. Kjo është një kulm karakteristik me intensitet të lartë. Spektrometrat gama përdorin mbrojtje nga plumbi kundër rrezatimit të sfondit të jashtëm që ndërhyn në matjet. Por plumbi, duke thithur rrezet gama, përjeton jonizimin e brendshëm, si rezultat i të cilit lëshon në mënyrë aktive në rangun e rrezeve X. Për të thithur majat intensive të rrezatimit karakteristik me rreze X të plumbit, përdoret mbrojtje shtesë e kadmiumit. Ai, nga ana tjetër, është i jonizuar dhe gjithashtu lëshon rreze X. Për të neutralizuar majat karakteristike të kadmiumit, përdoret një shtresë e tretë mbrojtëse - bakri, maksimumi i rrezeve X i të cilit shtrihet jashtë diapazonit të frekuencës së funksionimit të spektrometrit gama.

Spektrometria përdor rrezet X bremsstrahlung dhe karakteristike. Kështu, kur analizohen substancat, studiohen spektrat e përthithjes së rrezeve X të vazhdueshme nga substanca të ndryshme.