Реферат: Рентгенівське випромінювання

На самому початку 1896 року всі університети і академії світу були розбурхані сенсаційною новиною: якийсь Вільгельм Конрад Рентген, мало кому відомий німецький професор, відкрив якесь нове проміння, яке володіло чудовими властивостями.

Вільгельм Конрад Рентген

Людське око не помічало їх, але вони діяли на фотографічну пластинку, і з їх допомогою вдавалося робити знімки навіть в цілковитій темряві. Крім того, про присутність цього проміння можна було дізнатися ще от яким чином: якщо на їх шляху ставили паперовий або скляний екран, покритий особливим хімічним складом, то екран починав яскраво світитися — фосфоресціювати. А найдивніше було те, що нове проміння більш чи менш свобідно проходило через будь-які предмети, як світло через скло. Вони проникали крізь щільно закриті двері, крізь глухі перегородки, крізь одяг і людське тіло.Якщо їм перегороджували шлях кистю руки, то на екрані, що світиться, з'являлися темні контури кісток — рука скелета, що ворушить пальцями!

Рентгенівський знімок скриньки з і кистю руки

Поважні люди — в сюртуках, застебнутих на всі гудзики, в крохмальних манишках — могли побачити на екрані свої ребра, хребетний стовп, тінь всього свого скелета, а заразом вже і годинник в жилетній кишені або монети в гаманці, захованому в брюках. Знайшлися зразу ж люди, які здогадалися застосувати нове проміння для практичної мети. В Америці, наприклад, вже на четвертий день після того, як стало відомо про відкриття Рентгена, якийсь лікар скористався цим промінням, щоб встановити, чи застрягла куля в тілі пораненого, його пацієнта.
Але фізиків відкриття Рентгена зацікавило ще більше, ніж лікарів. Фізики хотіли знати, що це за проміння, чи схожі вони по своїй природі із звичайним світловим промінням, чи ні, і яким чином вони виникають, що викликає їх появу. З вуст у вуста передавалися подробиці про те, як Рентген зробив своє відкриття. Він вивчав у себе в лабораторії явища, що відбуваються в трубці Крукса. Це скляна трубка, з якої відкачується повітря. Усередині неї на обох кінцях упаяні металеві електроди. Якщо підвести до них струм, то усередині трубки, в розрідженому повітрі між обома електродами, відбувається електричний розряд. При цьому повітря і стінки трубки світяться холодним світлом.

Рентген якось поклав недалеко від круксової трубки пачку непроявлених фотографічних пластинок, загорнених в чорний папір. Коли він потім став їх проявляти, то виявилося, що вони засвічені. Це повторювалося не раз; свіжі, абсолютно незаймані пластинки, щільно закриті чорним папером, незмінно псувалися, якщо вони лежали поблизу від трубки Крукса. Сам Крукс і інші дослідники, що мали справу з розрядними трубками, ще задовго до Рентгена звернули увагу на цю обставину, але вони не надавали йому значення. Пластинки засвічуються. Добре, триматимемо їх подалі від трубки, — вирішували вони. А Рентген цим не задовольнився — він став експериментувати, шукати, в чому тут справа.

Одного разу Рентген працював з круксовою трубкою, обернувши її зовні чорним картоном. Коли він, йдучи з лабораторії, погасив світло, то знайшов, що забув вимкнути індукційну катушку, приєднану до трубки Крукса. Не запалюючи світла, він повернувся до столу, щоб виправити свою помилку. В цей час він помітив, що осторонь, на одному з сусідніх столів, щось світиться неяскравим холодним світлом. В тому місці, де спалахувало світло, лежав лист паперу, покритий платиносинеродним барієм. Ця речовина володіє здатністю фосфоресціювати: коли на неї зі сторони спрямовують сильне світло, воно починає випромінювати власне холодне світло.

Але ж в лабораторії було темно! Слабке холодне світло круксової трубки не могло викликати фосфоресценції складу, що світиться. Крім того, трубка була закрита чорним картоном. Що ж примушувало спалахувати фосфоресціюючий екран в темряві? Згодом Рентгена питали:

— Що ви думали, коли набрели на ці загадкові явища?

— Я не думав, я експериментував, — відповів він. Він експериментував, він настирно і майстерно допитував природу і врешті-решт знайшов нове проміння.

Скромний Рентген назвав їх ікс-променями, щоб підкреслити, що він ще сам точно не знає істинної їх природи. І от десятки його товаришів по науці в різних країнах заквапилися доповнити те, чого не доказав Рентген. В наукових журналах з'явилися незліченні звіти про досліди з ікс-променями — про їх властивості і про їх походження. В поспіху і запалі збудження деяким дослідникам показалося навіть, ніби вони відкрили ще нове проміння. Посипалися повідомлення про якесь «зет-проміння», «чорне світло». «Променева» лихоманка охопила всі наукові лабораторії Європи і Америки.

2. Рентгенівське проміння

Рентгенівське випромінювання – електромагнітне іонізуюче випромінювання з довжиною хвилі l=10^–4 – 10³ Å. Рентгенівське проміння умовно поділяють на м’яке (l>2Å) і жорстке (l<2Å). Залежно від механізму виникнення розрізняють гальмівне рентгенівське проміння і характеристичне. Гальмівне виникає при різкому гальмуванні рухомих заряджених частинок і характеризується неперервним спектром частот. Характеристичне рентгенівське проміння виникає після іонізації атома з викиданням електрона однією з його внутрішніх оболонок. Ця іонізація може бути результатом зіткнення атома з швидкою частинкою (первинне рентгенівське проміння) або поглинання атомом фотона (флуоресцентне рентгенівське проміння). Характеристичне рентгенівське проміння має лінійчастий спектр частот, характерний для атомів кожного елемента. Найпоширенішими джерелами рентгенівського проміння є рентгенівські трубки (двохелектродні електровакуумні прилади, в яких рентгенівське проміння отримують, бомбардуючи анод швидкими електронами) і синхротрони. Природні джерела рентгенівського проміння – деякі радіоактивні ізотопи, Сонце та ін. космічні об’єкти. Рентгенівське проміння дифрагує, заломлюється, розсіюється, здатне до повного відбиття, має велику проникну здатність. Спричинює люмінесценцію деяких речовин, іонізацію, фотоефект тощо. Дозу випромінювання рентгенівського проміння вимірюють у рентгенах. Рентгенівське проміння реєструють за допомогою іонізаційних камер, лічильників Гейгера-Мюллера, сцинтиляційних лічильників та ін. пристроїв.

3. Рентгенівські спектри

Рентгенівські спектри – спектри випромінювання та поглинання електромагнітних хвиль, довжина яких становить 10^-4 – 10³ Å, тобто в інтервалі рентгенівського проміння. Рентгенівські спектри поділяють на неперервні (гальмівні) та лінійчасті (характеристичні). Частинка при гальмуванні може віддавати (випромінювати) довільну частину своєї енергії. Тому рентгенівський спектр, що характеризує таке випромінювання, є неперервним. Довжина його найкоротшої хвилі відповідає випадку, при якому вся кінетична енергія загальмованої частинки переходить в енергію рентгенівського фотона. Неперервний рентгенівський спектр є частково поляризованим, а його інтенсивність зростає із збільшенням кінетичної енергії частинки. Рентгенівський спектр, що характеризує енергетичні переходи внутрішніх електронів атома, є лінійчастим. Його лінії поєднують у серії, що їх позначають літерами K, L, M та ін. відповідно до електронних шарів. Лінійчастий рентгенівський спектр є неполяризованим, а інтенсивність його ліній визначається правилами добору. За частотою лінійчастого рентгенівського спектру, використовуючи закон Мозлі, визначають порядковий номер хімічного елемента. Рентгенівський спектр застосовують зокрема в рентгеноструктурному аналізі, спектральному аналізі.

4. Рентгенівське знімання

Рентгенівське знімання – одержання на світлочутливому матеріалі або магнітній стрічці тіньового зображення об’єктів, просвічуваних рентгенівським промінням. Розрізняють рентгенівське знімання прямим та непрямим способами.

За прямим способом рентгенівське проміння проходить через об’єкт знімання і безпосередньо потрапляє на світлочутливий матеріал: спеціальну (рентгенівську) плівку або пластинку зі спектральною чутливістю в діапазоні довжин хвиль 1-100 нм. Зображення, зареєстроване в такий спосіб (рентгенограма), характеризується високою різкістю, проте розмір об’єкта не може бути за формат світлочутливого матеріалу. Щоб різкість зображення при рентгенівському кінозніманні не зменшилась (через переміщування плівки), об’єкт просвічують лише в період експонування кадру. З цією метою на керуючу сітку триелектродної рентгенівської трубки (джерела проміння) рентгенівського апарату подають імпульси струму від комутатора, пов’язаного зі стрічкопротяжним механізмом кінознімального апарату. Частота кінознімання – від одиниць до 100 тис. кадрів/с (високошвидкісне рентгенівське знімання), час експонування кадру – 15 нс і більше.

За непрямим способом рентгенівського знімання зображення, створене рентгенівським промінням на флуоресціюючому екрані рентгенівського апарату (роздільна здатність екрану 2-3лінії/мм) знімається з екрану фото- чи кіноапаратом на флуорографічну плівку (з спектральною чутливістю в діапазоні довжин хвиль 400-600 нм) або реєструється на магнітній стрічці відеомагнітофона. Яскравість зображення на екрані посилюють електронно-оптичними перетворювачами, перетворювачами такого типу з телевізійними системами та іншими способами. Рентгенівське знімання поряд з іншими видами знімання у невидимому промінні (інфрачервоному, ультрафіолетовому) застосовують при дослідженнях внутрішньої будови об’єктів у медицині, біології, дефектоскопії.

5. Рентгенівський апарат

Рентгенівський апарат – сукупність технічних засобів для одержання і використання рентгенівського проміння. В складі рентгенівського апарату виділяють живильний пристрій (пульт керування, високовольтний випрямний пристрій), рентгенівський випромінювач (рентгенівська трубка у металевому кожусі), пристрої для візуалізації і реєстрації рентгенівського зображення (приймачі випромінювання – флуоресціюючий екран, касета з плівкою, електрографічні пластини та ін.), штативний пристрій, пристрої для формування поля випромінювання (відсіюючі гратки, діафрагми, тубуси, автоматичні реле експозиції). Висока напруга на рентгенівську трубку подається по високовольтних кабелях або безпосередньо з трансформатора. В останньому випадку трубка і трансформатор перебувають в одному блоці. З метою посилення яскравості зображення і зниження дози опромінення застосовують електронно-оптичні перетворювачі або підсилювачі (ЕОП) та телевізійні установки. З екрану ЕОП і телевізора можна знімати зображення на кіно-, рентгенівську та магнітну плівки. За призначенням рентгенівські апарати поділяють на медичні (для рентгенодіагностики та рентгенотерапії) і технічні (для рентгенівської дефектоскопії, структурного рентгенівського аналізу). Залежно від конструкції і умов експлуатації рентгенівські апарати бувають стаціонарні, пересувні та переносні. Напруга на рентгенівській трубці залежить від призначення апарату і в діагностичних становить 35 – 150 кВ, в апаратах для дефектоскопії – до 2000 кВ, а сила струму – від 2 до 1000 мА. Для фіксації на плівці швидкоплинних процесів служать імпульсні апарати, в яких сила струму досягає 4000 А. Рентгенівські апарати обладнані системами електричного та радіаційного захисту.

6. Рентгенодіагностика

Рентгенодіагностика – розпізнавання ушкоджень і захворювань людини та тварин за допомогою рентгенівського проміння на основі даних рентгенологічного дослідження. Рентгенодіагностика базується на властивостях рентгенівського проміння проникати крізь непрозорі тіла. В основі рентгенодіагностики лежать два основні методи – рентгеноскопія та рентгенографія. Рентгенівське проміння проникає крізь тіла по-різному, залежно від довжини хвилі проміння, коефіцієнта поглинання його різними речовинами, товщини об’єкту; це також стосується і тканин людського тіла. Наприклад, при дослідженні грудної клітки видно тіні різної інтенсивності – густі тіні (ребра, ключиці, хребці, лопатки), слабші тіні, які зливаються (м’язи, судини, нерви, лімфатичні вузли), і майже прозорі тіні легеневої тканини, тобто на рентгенограмі або екрані видно лише те, що контрастує. Для рентгенодіагностики деяких органів (кісток, серця, легень) є природні умови контрастності; стравохід та органи черевної порожнини мають однакову щільність, тому без штучного контрастування неможливе їх рентгенівське дослідження. Контрастують ці органи після введення в них нешкідливих для організму речовин, що складаються з елементів з великим атомним числом (сірчанокислий барій, сергозин, білітраст тощо) або, навпаки, з малим атомним числом (повітря, кисень та ін. нешкідливі гази). Рентгенодіагностика допомагає з’ясувати наявність перелому кістки, запалення легень, пухлини, локалізацію патологічного процесу і ступінь його розвитку. Повторно досліджуючи хворого за допомогою рентгенівського проміння, можна спостерігати перебіг патологічного процесу.

6.1 Рентгеноскопія

Рентгеноскопія (від рентгено... і грецького σκοπέω – розглядаю) – один з основних методів рентгенологічного дослідження, одержання на флуоресціюючому (що світиться) екрані площинного позитивного зображення досліджуваного об’єкта. При рентгеноскопії хворий перебуває між екраном і рентгенівською трубкою. Рентгеноскопія проводиться головним чином при рентгенодіагностиці захворювань внутрішніх органів, розташованих в черевній і грудній порожнинах, що дає можливість під контролем зору вивчати стан і функції цих органів

6.2 Рентгенографія

Рентгенографія (від рентгено... і грецького γράφω – пишу) – один з методів рентгенологічного дослідження, який полягає в одержанні тіньового зображення (рентгенограми) органу або частини тіла на рентгенівській плівці при проходженні через них рентгенівського проміння. Під час рентгенографії досліджувана частина тіла хворого між рентгенівською трубкою і алюмінієвою касетою з рентгенівською плівкою. Рентгенографію проводять не менш ніж у двох взаємно перпендикулярних проекціях. На рентгенограмі виявляють деталі, які не можна розгледіти при рентгеноскопії. Метод рентгенографії дає можливість порівняти кілька рентгенограм, зроблених повторно через будь-який час.

6.3 Рентгенокімографія

Рентгенокімографія (від рентгено..., грецького κύμα – хвиля і γράφω – пишу) – рентгенологічний метод дослідження, що дає можливість реєструвати на рентгенівській плівці рухи серця, великих судин, шлунку, діафрагми тощо. Апарат для рентгенокімографії (рентгенокімограф) має рухому свинцеву сітку з вузькими щілинами, через які на плівку проектуються окремі ділянки обстежуваного органу. На кімограмі одержують хвилясті лінії або зубці, які відображають рухи органу на ділянці, рівній ширині щілини. Рентгенокімографія допомагає розпізнавати деякі захворювання (аневризму аорти, інфаркт міокарда та ін.). Рентгенокімографію запропонував польський лікар Б. Сабат.

7. Рентгенотерапія

Рентгенотерапія – один з методів променевої терапії, при якому для лікування використовують рентгенівське проміння. Метою рентгенотерапії є пригнічення життєдіяльності клітин патологічно змінених тканин або повне їх зруйнування, без пошкодження, однак, здорових тканин. При рентгенотерапії враховують, що найчутливішими до рентгенівського проміння є статеві залози, кровотворні органи, лейкоцити, клітини злоякісних пухлин. Кожному хворому визначають індивідуальну дозу опромінювання. Рентгенотерапія широко використовується для лікування захворювань шкіри, слизових оболонок тощо. Часто рентгенотерапію використовують разом з хіміотерапією та лікуванням гормональними препаратами.

8. Безпечний рентген

Російські учені розробили і запатентували новий спосіб отримання рентгенівських знімків. Унікальність методу в тому, що він дозволяє бачити внутрішню структуру м'яких органів, сильно зменшує час опромінювання рентгеном, при цьому не треба використовувати дорогі контрастні речовини.

Безпечна для людини доза складає 5 рентген в рік, а при кожній процедурі флюорографії ми одержуємо 1 рентген, що не дуже-то корисне для організму. Новий метод дозволяє одержувати контрастні знімки всіх м'яких внутрішніх органів і кровоносних судин, а час опромінювання при цьому знижується в 300 разів, в порівнянні із звичайним способом. Крім того, учені пропонують використовувати більш м'який рентген (довжина хвилі 1 ангстрем), що саме по собі безпечніше для живого організму.

Новий метод пройшов перевірку на безлічі зразків. Наприклад, дослідники одержали рентгенівські знімки ракової пухлини жіночих грудей. Звичайно, щоб побачити ракову тканину, її необхідно підфарбовувати - це довга і складна операція. А тут просто просвітили і одержали зображення.

Більш того, за допомогою математичних методів учені зуміли вирішити зворотну задачу - обчислити коефіцієнти світлозаломлення (величина, яка показує, як сильно заломлюється проміння) об'єкту, що вивчається. А ці коефіцієнти індивідуальні для кожної біологічної тканини: наприклад, вони різні для здорових клітин якого-небудь органу і ракових утворень. Тому, обчисливши коефіцієнт світлозаломлення для, скажімо, кровоносної судини, учені порівнюють його з вже наперед відомою величиною для здорового капіляра і роблять висновок, чи все з ним в порядку.

А зараз про неприємне. На жаль, відповідне устаткування ви не знайдете ні в одній клініці, оскільки через нестачу фінансування впровадити цей винахід у виробництво не вдалося.

Використана література

1. Рабкин И.Х., Ермаков Н.П. Электронно-оптическое усиление, рентгенотелевидение, рентгено-кинематография. — М., 1969.

2. Кудряшов Н.Н. Специальные киносъемки. — М., 1979.

3. Блохин М.А. Физика рентгеновских лучей. — М., 1957.

4. Майзель А., Леонхардт Г., Сарган Р. Рентгеновские спектры и химическая связь / Перевод с нем. — К., 1981.

5. Методика и техника рентгенологического исследования. — М., 1969.

6. Линденбратен Л.Д. Этапы диагностического анализа рентгенограмм. «Вестник рентгенологии и радиологии». — 1972, №2.

7. Махайлов А.Н. Справочник по рентгенодиагностике. — Минск, 1980.