Природа рентгеновского излучения и его применение

Рентгеновское излучение выступает как основной метод, применяемый для научных исследований и технологического контроля. Весомую роль его открытие внесло также и в медицину.

Если охарактеризовать кратко, то оно способно проникать через мягкие ткани живого организма и иные более плотные неживые материи, не пропускающие видимый свет.

Познакомил мир с этим излучением немецкий профессор физики Вильгельм Конрад Рентген.

В медицине с их помощью диагностируют очаги заболеваний дыхательных путей, повреждения костей и других органов.

Относятся рентгеновские лучи к разряду электромагнитных. Длина волны может составлять от 0,01 до 10 нм.

Воздействие X-лучей может спровоцировать появление специфичного ожога кожного покрова, который напоминает солнечный. Такие повреждения нередко оборачиваются раковым заболеванием.

Рентгеновская астрономия — тоже один из масштабных научных проектов, помогающий заглянуть в далекие уголки космоса.

Открытие

Осенним вечером 1895 года профессор баварского Вюрцбургского университета по обыкновению проводил эксперименты в лаборатории. Имя его Вильгельм Конрад Рентген. Он же дал своему открытию первое название X (неизвестные) лучи, которые в дальнейшем стали называть рентгеновскими.

Вильгельм

кисть жены Берты с обручальным кольцом

В тот вечер он продолжал опыты с использованием катодной трубки, которая была закрыта черной бумагой со всех сторон. Вдруг, неожиданно для себя, он заметил, что при ее включении находящиеся неподалеку кристаллы бария начинают светиться зеленоватым цветом.

При выключении прибора это свечение прекращалось. Далее он повторил цикл несколько раз и убедился, что именно при активации катодной трубки, никак не связанной с кристаллами, они светились.

Проводя дальнейшие исследования, профессор пришел к выводу, что причина в исходящем из трубки излучении, которое порождается при столкновении испускаемых катодом лучей с препятствием внутри нее.

По этому принципу Вильгельм разработал специальную трубку, где антикатод был плоский, чем обеспечил мощный поток Х-лучей. Проводя дальнейшие опыты, он изучил и дал описание основным свойствам открытому им излучению.

линейная последовательность

взаиморасположение различных частотных и, соответственно, метражных колебаний, в том числе, и видимых

Рентгеновские лучи на электромагнитной шкале занимают промежуточное положение между ультрафиолетовым и гамма-спектром. Их длина волны колеблется от 0,01 до 10 нМ.

Физика

Образование происходит внутри рентгеновской трубки при столкновении ускоренных электронов с анодом. В этот момент 99% энергии их движения преобразуется в тепло, в то время как лишь 1% становится Х-волнами.

Изготавливаются такие трубки из стеклянных баллонов. Внутрь впаивают 2 электрода (катод- и анод+) и выкачивают воздух. Это условие необходимо для осуществления движения электронов от катода к аноду.

При подаче высоковольтного напряжения на отрицательный электрод вокруг него образуется облачко электронов, которое далее фокусируется у чашечки катода. Она задает направление их дальнейшему движению.

Положительный же электрод имеет вольфрамовую пластину, на которую в итоге направляются электроны.

После образования электронного облачка на оба электрода подается повышенное напряжение. На катод- идет отрицательный импульс, на анод+ же положительный соответственно. В итоге электроны отталкиваются от отрицательного катода и устремляются к положительному аноду. из-за разницы потенциалов они достигают высокой скорости, которая равняется примерно 100 000 км/c. Происходит буквально бомбардировка вольфрамовой пластины, что и является причиной рождения рентгеновских лучей.

дивергенция

А — катод; Б — анод; В — вольфрамовая нить; Г — чашечка фокуса катода; Д — ускоренные электроны; Е — пластина анода; Ж — колба; З — бериллиевое окно; И — рентгеновское излучение; К — фильтр из алюминия.

Всего выделяют два вида получаемого при столкновении излучения:

Тормозное. Когда торможение стремительно движущихся электронов возникает из-за воздействия электрических полей атомов вольфрамовой пластины анода. При этом условия резкого замедления различных электронов оказываются разными, что приводит к переходу в рентгеновское излучение доли их кинетической энергии.

замедление

Оно по своей природе не является монохроматическим и имеет различные длины волн. В некоторых случаях оно может проявляться одним непрерывным спектром.

Характеристическое. Этот вид уже демонстрирует линейчатый, а не сплошной спектр. Возникает же оно, когда электрон, долетая до анода, попадает на внутренние орбитали его атома и вышибает оттуда один из электронов. В итоге появляется вакантное место, которое заполняется другим отрицательным зарядом, спускающимся с верхней орбитали атома.

выделение

Этот переход электрона с высокого на более низкий уровень порождает рентгеновское излучение в определенном диапазоне волн. Это объясняет возникновение линейчатого спектра.

Свойства Х-лучей

  • Невидимы для глаз.
  • Обладают высокой проникаемостью через ткани организма, а также более плотные неживые материи, через которые не проходит видимый свет.
  • Провоцируют свечение определенных веществ. Этот эффект зовется флуоресценцией.
  • Оказывают фотохимическое воздействие, чем вызывают разложение соединений серебра и потемнение фотослоев. В результате этого процесса получается рентгеновский снимок.
  • Оказывают ионизирующее воздействие на атомы и молекулы среды, через которую проходят.
  • Способно выраженно влиять на биологические органы и ткани. При невысоких дозах облучения стимулируется обмен веществ. В случае высокой степени может возникнуть поражение и развиться острая лучевая болезнь.

Эти свойства позволяют использовать их для терапии опухолей, а также неопухолевых отклонений.

Технически выделяют два вида:

  • Мягкое излучение образуется фотонами с наименьшей энергией и частотой излучения при наибольшей длине волны.
  • Жесткое, наоборот, образуют фотоны с наибольшей энергией и частотой при наименьшей длине.

Первое обладает меньшей проникающей способностью и больше задерживается в тканях. Второе же, наоборот, проходит «навылет», но при этом оказывает более высокий ионизирующий эффект.

Виды излучательных трубок

По назначению разделяют на четыре категории:

  1. Диагностические. Предназначены для обследования и выявления отклонений. Это могут быть различные заболевания дыхательных путей, переломы или иные повреждения органов тела.
  2. Терапевтические. Применяются в лучевой терапии для подавления роста раковых клеток.
  3. Структурный анализ. Возможности рентгена широко применяются в инженерно-технической сфере. При помощи его выявляют скрытые дефекты в сварочных швах, рельсах и других изделиях. Такой вид применения именуется дефектоскопией.
  4. Просвечивание. Для сканирования багажа и прочей ручной клади в аэропортах и вокзалах зачастую устанавливают аппараты, работающие по рентгеновскому принципу.

В медицине

В данной сфере исследования называют рентгенография или рентгеноскопия. Это схожие по принципу, но разные по технологии способы обследования.

Вторая позволяет получать изображение на светящемся флюоресцентном экране в реальном времени.

Ранее этот способ был актуален, но требовал проведения в затемненном помещении и привыкания диагноста к темноте. Только так можно было добиться различения слабоинтенсивного изображения.

проведение лёжа

Сейчас все чаще применяют рентгенотелевизионное просвечивание. В его случае лучи направляются на усилитель рентгеновского изображения, после чего оно выводится на монитор. При таком способе уже нет потребности в затемнении помещения и привыкании диагноста.

Помимо этого, возможно сохранение изображение в памяти устройства или на видеопленке.

У рентгеноскопии есть ряд преимуществ:

Во-первых, это проведение исследования в реальном времени, что дает возможность рассмотреть структуру органов, их смещаемость, растяжимость или сократимость, а также прохождение контраста.

Во-вторых, можно быстро выявить локализацию изменений благодаря вращению пациента в процессе просвечивания. Эта процедура зовется многопроекционное исследование.

В случае с рентгенографией для достижения подобных результатов потребуется сделать несколько снимков, что не всегда оказывается технически удобно.

В-третьих, можно контролировать осуществление инструментальных процедур – введение катетеров, фистулографию или ангиопластику.

Главным недостатком изначально являлось низкое разрешение съемки, что не давало возможность провести детальный анализ изображения. С внедрением цифровых технологий недостаток был существенно уменьшен.

Второй минус такого метода в увеличенной дозе облучения. Этот фактор тоже стал не столь выражен с развитием и применением более совершенных технологий съемки.

Рентгенография является прямой альтернативой вышеописанному способу обследования. Она позволяет получить аналогичные данные, но уже спроецированные на специальную бумагу или пленку.

Как правило, производится съемка в двух взаимоперпендикулярных проекциях. Технически р-графия позволяет сделать более точные изображения при меньшей степени облучения.

Снимок, полученный таким способом, остается в архиве медицинского учреждения и при необходимости сравнивается с последующими рентгенограммами для выявления динамики изменений.

Широкое применение этот метод нашел в диагностических целях. С его помощью удается выяснить форму органов, их положение, перистальтику, а также состояние слизистой и рельефа.

Самые распространенные виды исследований:

  • Желудок и двенадцатиперстная кишка (доуденография). Помогает выявить гастрит, опухоли или язвы.
  • Желчный пузырь (холецистография) и желчевыводящие пути (холеграфия). Позволяет оценить размеры, контуры и другие характеристики протоков, а также присутствие конкрементов. Дает возможность отследить функции желчного пузыря.
  • Толстая кишка (ирригоскопия). Выявляет опухоли, дивертикулы, полипы и кишечную непроходимость.
  • Органы грудного отдела. Помогает обнаружить опухоли, инфекционные и другие заболевания.
  • Позвоночник. Выявляет остеохондроз, спондилез, искривления и различные инфекционные поражения.
  • Скелет. Хорошо обнаруживает скрытые переломы, вывихи или другие травмы костей.
  • Живот. Выявляет перфорации органов, помогает диагностировать функции почек (урография) и иные органы брюшной полости.
  • Гинекология. При помощи контрастного исследования помогает изучить полость матки и состояние фаллопиевых труб.
  • Зубы. Применяется для выявления скрытых опухолей, повреждений. Отдельно снимки делают при подготовке индивидуальных брекетов для коррекции прикуса и других дефектов.
  • Маммография. Дает возможность изучить состояние молочных желез.

Компьютерная томография

Более современный способ исследования, основанный на свойствах рентгена. Максимально информативный среди известных методов.

компьютерная томография

как выглядит КТ установка

Важной особенностью является то, что у томографов последних поколений степень облучения снижена в разы и получаемые данные на порядок точнее, чем при использовании классической рентгенографии.

Терапия

Позволяет излечивать хронические воспаления и дегенеративные патологии.

как лечат

Многие заболевания, касающиеся повреждения хрящей, костей, тканей и суставов, иногда не поддаются даже упорной многолетней терапии консервативными лекарственными методами. Дополнительно могут применяться различные виды гимнастики, акупунктуры и прочее, но случается, что и с их помощью не получается вылечить больной орган.

В таких случаях врачи иногда рекомендуют рентгенотерапию. Этот метод оказывает стимулирующий эффект на поврежденную зону суставов или других органов. Помимо этого, присутствует выраженный обезболивающий и восстановительный эффект.

Терапевтическое низкодозовое облучение изучается уже долго. Все положительные действия имеют подтверждения в многолетней практике.

 

История болезни

YuliaG76, Москва от 28.12.2018

Терапия пяточной шпоры рентгеном – Успех!

Сложно было найти хоть какие-то отзывы по этой теме. Мне такой вид лечения порекомендовал хирург из обыкновенной поликлиники.

Два года мучений, неэффективной гормональной терапии, ударно-волнового воздействия и других бессмысленных и бесполезных процедур. Оглядываясь на все свои попытки использовать кучу разных методов и способов лечения, я отреагировала на предложение рентгенотерапии со скептической улыбкой. Однако отказываться не стала, терять-то уже было нечего.

Первое, с чем мне пришлось столкнуться, это то, что ее вообще почти нигде не делают. Долгие поиски продолжались более месяца и наконец-то увенчались успехом. Это был институт рентгенологии, находящийся на Калужской.

Навестила их врача-рентгенолога, и мне назначили 6 процедур по 2 в неделю.

Заплатила и приступила к регулярному их посещению. Сам процесс совершенно безболезненный и длится всего лишь 26 сек. Никаких ощущений не вызывает вообще. Прошло некоторое время, но боль только начала усиливаться. По истечении 3 недель никаких положительных изменений так и не было замечено.

Я впала в отчаяние. Но вот однажды очередным утром, примерно через еще две недели, заметила, что в последние несколько дней налегке встаю с кровати. Совсем перестала хромать и боль в пятке ушла. Хотя при ходьбе болезненность все же ощущалась, но уже не настолько сильная, как была до курса облучения.

В течение последующих двух недель боль продолжала отпускать и в итоге прошла совсем.

Вот это был настоящий кайф, когда идешь и больше не испытываешь ее на каждом шагу. Ну а теперь только надеюсь, что подобный кошмар больше не вернется. Ну а даже если вдруг и так, то я уже знаю, что с ним делать.

Инженерная сфера

  • Рентген лучи дают очень важную возможность осуществления производственного контроля на предмет:
  • Наличия трещин при изготовлении отливок и поковок.
  • Присутствия непроваров, тепловых трещин или шлаковых включений в сварных швах.
  • Целостности и правильного расположения элементов внутри трудноразборных или неразборных устройств и механизмов.
  • Наличия пустот, трещин или смещений в железобетонных конструкциях.
  • Образования отложений внутри металлургических печей.
  • Трещин и изломов в несущих конструкциях, валах, осях и различных корпусах.
  • Обнаружения непредусмотренных или умышленно замаскированных следов сварки, полостей и отверстий, заполненных непригодными материалами.
  • Таким способом, в частности, выявляют факт замены таблички с VIN номером кузова автомобиля.

Космос

Рентгеновская астрономия изучает космические объекты по исходящему от них рентгеновскому излучению.

Энергия его фотонов гораздо выше, чем оптических, поэтому регистрировать их получается легче. По Р-излучению удается обнаруживать черные дыры, квазары, нейтронные звезды и не только. Для этих целей применяются специализированные телескопы, предназначенные для наблюдения наиболее отдаленных объектов по их рентгеновскому спектру.

Так как атмосфера Земли не пропускает X лучи, возникает необходимость поднимать такие телескопы за ее пределы на орбиту.

В качестве примера можно рассмотреть Солнце как самый яркий источник Р-лучей. Его рентгеновское излучение состоит из двух составляющих.

Первая из них — это свечение солнечной короны, которая представляет собой разреженный горячий газ, истекающий с поверхности самого светила. От нее телескоп регистрирует непрерывный тепловой спектр с линиями ионизированного железа.

Вторая составляющая — это его активные области. Если смотреть на Р-фотографии Солнца, то они выглядят яркими пятнами. Магнитное поле очень сильно и периодически случаются пересоединения. Они становятся причиной выброса огромного кол-ва энергии, которая уходит на разгон частиц до релятивистских скоростей.

звезда

Максимальный уровень рентгеновского излучения регистрируется во время солнечных вспышек.

Другие источники Р-лучей. Мощными излучателями в пределах нашей галактики выступают два класса. Это останки сверхновых звезд и аккрецирующие источники.

У первых источником является межзвездный газ, нагретый до высоких температур. При взрыве сверхновой происходит выброс оболочки, которая сжимает находящуюся вокруг межзвездную среду, увеличивая ее температуру до десятков миллионов градусов. При такой степени нагрева большее кол-во энергии выбрасывается в виде Х-лучей.

Аккрецирующие источники — это двойные звезды, одна из которых обычная, а вторая белым карликом, нейтронной звездой или черной дырой. Располагаются они на относительно небольшом расстоянии друг от друга.

близкое взаиморасположение

В ряде случаев вещество обычной звезды перетекает на ее спутницу (этот процесс именуется аккрецией). При этом также происходит выделение большого кол-ва энергии. Перетекающий газ достигает сверхвысоких температур и образует сильное рентгеновское излучение.

Среди явлений дальнего космоса X-лучи регистрируются от ряда других галактик и их скоплений, а также от квазаров. Р-излучение обычных галактик, таких как Магеллановы облака или Туманность Андромеды, порождается теми же источниками, что и в нашей.

В некоторых же случаях оно является следствием активности ядер самих галактик.

Помимо перечисленного, астрономы регистрируют фоновое рентгеновское излучение, которое происходит из самого межзвездного пространства.

 

Похожие статьи

Leave a comment

Your email address will not be published.


*


oblivki