Ce este radiația cu raze X și cum se utilizează în medicină. Raze X în medicină, aplicare

AGENȚIA FEDERALĂ DE EDUCAȚIE A FEDERĂȚIA RUSĂ

INSTITUȚIE DE ÎNVĂȚĂMÂNT DE STAT

ÎNVĂŢĂMÂNT PROFESIONAL SUPERIOR

INSTITUTUL DE STAT AL OTELULUI SI ALIEIILOR MOSCOVA

(UNIVERSITATEA DE TEHNOLOGIE)

SUCURSALA NOVOTROITSK

Departamentul OEND

LUCRARE DE CURS

Disciplina: fizica

Subiect: RADIAȚII RX

Elev: N.A.Nedorezova

Grupa: EiU-2004-25, Nr. З.К .: 04Н036

Verificat de: Ozhegova S.M.

Introducere

Capitolul 1. Descoperirea radiațiilor X

1.1 Biografia lui Roentgen Wilhelm Konrad

1.2 Descoperirea razelor X

Capitolul 2. Raze X

2.1 Surse de raze X

2.2 Proprietățile razelor X

2.3 Înregistrarea razelor X

2.4 Aplicarea razelor X

Capitolul 3. Aplicarea radiațiilor X în metalurgie

3.1 Analiza imperfecțiunilor structurii cristaline

3.2 Analiza spectrală

Concluzie

Lista surselor utilizate

Aplicații

Introducere

Este rar ca o persoană să nu fi trecut printr-o cameră de raze X. Imaginile cu raze X sunt familiare tuturor. 1995 a marcat o sută de ani de la această descoperire. Este greu de imaginat ce mare interes a trezit acum un secol. În mâinile unui om se afla un aparat cu care era capabil să vadă invizibilul.

Această radiație invizibilă, capabilă să pătrundă, deși în grade diferite, în toate substanțele, adică radiație electromagnetică cu o lungime de undă de ordinul a 10 -8 cm, a fost numită radiație cu raze X, în onoarea lui Wilhelm Roentgen, care a descoperit-o.

Ca lumina vizibilă raze X determină înnegrirea filmului. Această proprietate este importantă pentru medicină, industrie și cercetare științifică... Trecând prin obiectul studiat și apoi căzând pe filmul fotografic, radiația cu raze X își descrie structura internă pe acesta. Deoarece puterea de penetrare a radiației X este diferită pentru diferite materiale, părțile obiectului care sunt mai puțin transparente pentru acesta oferă zone mai luminoase în fotografie decât cele prin care radiația pătrunde bine. Astfel, țesutul osos este mai puțin transparent la razele X decât țesutul care alcătuiește pielea și organele interne. Prin urmare, la radiografie, oasele vor fi indicate ca zone mai luminoase, iar locul fracturii, care este mai puțin transparent pentru radiații, poate fi detectat destul de ușor. Imagistica cu raze X este, de asemenea, utilizată în stomatologie pentru a detecta carii și abcese la rădăcinile dinților, precum și în industrie pentru a detecta fisuri în matrițe, materiale plastice și cauciuc, în chimie pentru analiza compușilor și în fizică pentru a studia structura cristale.

Descoperirea lui Roentgen a fost urmată de experimente ale altor cercetători care au descoperit multe proprietăți și aplicații noi ale acestei radiații. O mare contribuție au avut-o M. Laue, W. Friedrich și P. Knipping, care au demonstrat în 1912 difracția radiației de raze X pe măsură ce aceasta trece printr-un cristal; W. Coolidge, care în 1913 a inventat tubul cu raze X cu vid înalt cu catod încălzit; G. Moseley, care a stabilit în 1913 relația dintre lungimea de undă a radiației și numărul atomic al unui element; G. și L. Braggi, care au primit Premiul Nobel în 1915 pentru dezvoltarea elementelor fundamentale ale radiografiei analiză structurală.

Scopul acestui lucru termen de hârtie este studiul fenomenului de radiație cu raze X, istoria descoperirii, proprietățile și identificarea domeniului de aplicare a acesteia.

Capitolul 1. Descoperirea radiațiilor X

1.1 Biografia lui Roentgen Wilhelm Konrad

Wilhelm Konrad Roentgen s-a născut la 17 martie 1845 în regiunea germană care se învecinează cu Olanda, în orașul Lenepe. Și-a făcut studiile tehnice la Zurich la aceeași școală tehnică superioară (politehnică), în care a studiat ulterior Einstein. Pasiunea pentru fizică l-a făcut, după ce a părăsit școala în 1866, să-și continue educația fizică.

După ce și-a susținut teza de doctorat în 1868, a lucrat ca asistent la Departamentul de Fizică, mai întâi la Zurich, apoi la Giessen și apoi la Strasbourg (1874-1879) cu Kundt. Aici Roentgen a trecut printr-o școală experimentală bună și a devenit un experimentator de primă clasă. Roentgen și-a desfășurat o parte din cercetările importante cu studentul său, unul dintre fondatorii fizicii sovietice A.F. Ioffe.

Cercetarea științifică se referă la electromagnetism, fizica cristalelor, optică, fizica moleculară.

În 1895, a descoperit radiațiile cu o lungime de undă mai mică decât lungimea de undă a razelor ultraviolete (razele X), numite mai târziu raze X, și a investigat proprietățile acestora: capacitatea de a fi reflectat, absorbit, aer ionizat etc. El a propus designul corect al tubului pentru obținerea de raze X - un anti-catod de platină înclinat și un catod concav: primul a făcut fotografii folosind raze X. El a descoperit în 1885 câmpul magnetic al unui dielectric care se mișcă într-un câmp electric (așa-numitul „curent de raze X”). Experiența sa a arătat în mod clar că câmpul magnetic este creat de sarcinile mobile și a fost important pentru crearea lui X. Teoria electronică Lorentz, proprietățile lichidelor, gazelor, cristalelor, fenomenelor electromagnetice, a descoperit relația dintre fenomenele electrice și optice din cristale.Pentru descoperirea razelor care îi poartă numele, Roentgen a fost primul dintre fizicieni care a primit premiul Nobel în 1901. Premiu.

Din 1900 până la ultimele zile viata (a murit la 10 februarie 1923), a lucrat la Universitatea din München.

1.2 Descoperirea razelor X

Sfârșitul secolului al XIX-lea a fost marcată de un interes sporit pentru fenomenele de trecere a energiei electrice prin gaze. Chiar și Faraday a studiat serios aceste fenomene, a descris diferite forme de descărcare, a descoperit un spațiu întunecat într-o coloană luminoasă de gaz rarefiat. Spațiul întunecat Faraday separă strălucirea albăstruie, catodică, de cea roz, anodică.

O creștere suplimentară a rarefării gazului schimbă semnificativ caracterul strălucirii. Matematicianul Plucker (1801-1868) a descoperit în 1859, la o rarefacție suficient de puternică, un fascicul de raze ușor albăstrui care emana din catod, ajungând la anod și făcând ca sticla tubului să strălucească. Elevul lui Plücker Gittorf (1824-1914) în 1869 a continuat cercetările profesorului și a arătat că pe suprafața fluorescentă a tubului apare o umbră distinctă dacă se pune un solid între catod și această suprafață.

Goldstein (1850-1931), studiind proprietățile razelor, le-a numit raze catodice (1876). Trei ani mai târziu, William Crookes (1832-1919) a dovedit natura materială a razelor catodice și le-a numit „materie radiantă" - o substanță într-o a patra stare specială. Dovezile sale au fost convingătoare și clare. Au fost demonstrate experimente cu „tubul Crookes". mai târziu în toate sălile de fizică... Deviația unui fascicul catodic de către un câmp magnetic într-un tub Crookes a devenit o demonstrație școlară clasică.

Cu toate acestea, experimentele privind deviația electrică a razelor catodice nu au fost atât de convingătoare. Hertz nu a găsit o astfel de abatere și a ajuns la concluzia că raza catodă este un proces oscilator în eter. Studentul lui Hertz, F. Lenard, experimentând cu raze catodice, a arătat în 1893 că acestea trec printr-o fereastră acoperită cu folie de aluminiu și provoacă o strălucire în spațiul din afara ferestrei. Hertz și-a dedicat ultimul articol, publicat în 1892, fenomenului trecerii razelor catodice prin corpuri subțiri de metal. A început cu cuvintele:

„Razele catodice diferă de lumină într-un mod semnificativ în ceea ce privește capacitatea lor de a pătrunde în corpurile solide.” Descriind rezultatele experimentelor privind trecerea razelor catodice prin frunze de aur, argint, platină, aluminiu etc., Hertz notează că a făcut-o. nu se observă diferențe speciale în fenomene Razele nu trec prin frunze în linie dreaptă, ci sunt împrăștiate difractiv. Natura razelor catodice era încă neclară.

Cu astfel de tuburi de Crookes, Lenard și alții, profesorul de la Würzburg Wilhelm Konrad Roentgen a experimentat la sfârșitul anului 1895 cu bariu sinergic situat lângă tub. Lovită de această împrejurare, Roentgen a început să experimenteze cu ecranul. În prima sa comunicare „Despre un nou tip de raze”, din 28 decembrie 1895, a scris despre aceste prime experimente: sclipi cu o lumină strălucitoare la fiecare descărcare: începe să fluoresce. Fluorescența este vizibilă cu umbrire suficientă și nu depinde de faptul că hârtia este purtată cu partea acoperită cu bariu sinergic sau nu cu bariu sinergic. Fluorescența este vizibilă chiar și la o distanță de doi metri de tub. ”

O cercetare atentă i-a arătat lui Roentgen că „cartonul negru, care nu este transparent la razele vizibile și ultraviolete ale soarelui sau la razele arcului electric, este pătruns de un agent care provoacă fluorescența.” Roentgen a investigat puterea de penetrare a acestui „ agent”, pe care l-a chemat pentru scurte „raze X”, pentru diferite substanțe A constatat că razele trec liber prin hârtie, lemn, ebonită, straturi subțiri de metal, dar sunt puternic întârziate de plumb.

Apoi descrie experiența senzațională:

„Dacă îți ții mâna între tubul de descărcare și ecran, poți vedea umbre întunecate ale oaselor în conturul slab al umbrei mâinii în sine.” Aceasta a fost prima examinare cu raze X a corpului uman.

Aceste imagini au făcut o impresie uriașă; descoperirea nu fusese încă finalizată, dar diagnosticarea cu raze X începuse deja călătoria. „Laboratorul meu a fost inundat de medici care aduceau pacienți care bănuiau că aveau ace în diferite părți ale corpului lor”, a scris fizicianul englez Schuster.

Deja după primele experimente, Roentgen a stabilit ferm că razele X sunt diferite de cele catodice, nu poartă o sarcină și nu sunt deviate de un câmp magnetic, ci sunt excitate de razele catodice. „Razele X nu sunt identice cu catodul. razele, dar sunt excitate de ele în pereții de sticlă ai tubului de descărcare. ”, - a scris Roentgen.

De asemenea, a descoperit că sunt excitați nu numai în sticlă, ci și în metale.

Referindu-se la ipoteza Hertz-Lenard conform căreia razele catodice „sunt un fenomen care are loc în eter”, Roentgen subliniază că „putem spune ceva similar despre razele noastre”. Cu toate acestea, el nu a reușit să detecteze proprietățile undei ale razelor, ele „se comportă diferit față de razele ultraviolete, vizibile, infraroșii cunoscute până acum.” În acțiunile lor chimice și luminiscente, potrivit lui Roentgen, ele sunt similare cu razele ultraviolete. mai târziu că pot fi unde longitudinale în eter.

Descoperirea lui Roentgen a trezit un mare interes în lumea științifică. Experimentele sale au fost repetate în aproape toate laboratoarele din lume. La Moscova au fost repetate de P.N. Lebedev. La Sankt Petersburg, inventatorul radioului A.S. Popov a experimentat cu raze X, le-a demonstrat în prelegeri publice, primind diverse radiografii. La Cambridge D.D. Thomson a folosit imediat efectul ionizant al razelor X pentru a studia trecerea electricității prin gaze. Cercetările sale au dus la descoperirea electronului.

Capitolul 2. Raze X

Radiație cu raze X - radiație electromagnetică ionizantă care ocupă regiunea spectrală dintre radiațiile gamma și ultraviolete în intervalul de lungimi de undă de la 10 -4 la 10 3 (de la 10 -12 la 10 -5 cm). l. cu lungimea de undă λ< 2 условно называются жёсткими, с λ >2 - moale.

2.1 Surse de raze X

Cea mai comună sursă de raze X este un tub de raze X - dispozitiv de electrovacuum servind ca sursă de radiație cu raze X. O astfel de radiație apare atunci când electronii emiși de catod sunt decelerati și se ciocnesc cu anodul (anti-catod); în acest caz, energia electronilor accelerată de un câmp electric puternic în spațiul dintre anod și catod este parțial convertită în energia radiației cu raze X. Radiația tubului de raze X este suprapunerea bremsstrahlung de raze X pe radiația caracteristică a materialului anodic. Tuburile cu raze X se disting: după metoda de obținere a unui flux de electroni - cu un catod termoionic (încălzit), un catod cu emisie de câmp (ascuțit), un catod bombardat cu ioni pozitivi și cu o sursă de electroni (β) radioactivă; prin metoda de evacuare - sigilat, pliabil; prin timpul de radiație - acțiune continuă, pulsată; după tipul de răcire a anodului - cu apă, ulei, aer, răcire prin radiații; după dimensiunea focalizării (zona de radiație la anod) - macrofocus, focalizare clară și microfocus; prin forma sa - inel, rotund, riglat; prin metoda focalizării electronilor pe anod - cu focalizare electrostatică, magnetică, electromagnetică.

Tuburile cu raze X sunt utilizate în analiza structurală cu raze X (Anexa 1), analiza spectrală cu raze X, detectarea defectelor (Anexa 1), diagnosticare cu raze X (Anexa 1) Terapia cu raze X , microscopie cu raze X și microradiografie. Tuburile de raze X sigilate cu un catod termoionic, un anod răcit cu apă și un sistem de focalizare electrostatică a electronilor sunt utilizate pe scară largă în toate domeniile (Anexa 2). Catodul termoionic al tuburilor cu raze X este de obicei o spirală sau un filament drept de sârmă de tungsten încălzit de un curent electric. Secțiunea de lucru a anodului - o suprafață de oglindă metalică - este situată perpendicular sau la un unghi pe fluxul de electroni. Pentru a obține un spectru continuu de radiații X de înaltă energie și intensitate mare, se folosesc anozi de Au, W; Tuburile cu raze X cu anozi Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag sunt utilizate în analiza structurală.

Principalele caracteristici ale tuburilor cu raze X sunt tensiunea maximă admisă de accelerare (1-500 kV), curentul de electroni (0,01 mA - 1A), puterea specifică disipată de anod (10-10 4 W / mm 2), consumul total de energie (0,002 W - 60 kW) și dimensiuni de focalizare (1 μm - 10 mm). Eficiența tubului cu raze X este de 0,1-3%.

Unii izotopi radioactivi pot servi și ca surse de raze X. : unele dintre ele emit direct raze X, radiațiile nucleare ale altora (electroni sau particule λ) bombardează o țintă metalică care emite raze X. Intensitatea radiației X de la sursele izotopice este cu câteva ordine de mărime mai mică decât intensitatea radiației dintr-un tub de raze X, dar dimensiunile, greutatea și costul surselor de izotopi sunt incomparabil mai mici decât cele ale instalațiilor cu un X- tub de raze.

Sincrotronii și inelele de stocare a electronilor cu energii de câțiva GeV pot servi drept surse de raze X moi cu λ de ordinul zecilor și sutelor. Din punct de vedere al intensității, radiația de raze X a sincrotronilor depășește radiația unui tub de raze X în regiunea indicată a spectrului cu 2-3 ordine de mărime.

Sursele naturale de raze X sunt Soarele și alte obiecte spațiale.

2.2 Proprietățile razelor X

În funcție de mecanismul de origine a razelor X, spectrele acestora pot fi continue (inhibitoare) sau liniare (caracteristice). Spectrul continuu de raze X este emis de particulele încărcate rapid ca rezultat al decelerarii lor atunci când interacționează cu atomii țintă; acest spectru atinge o intensitate semnificativă doar atunci când ținta este bombardată cu electroni. Intensitatea razelor X bremsstrahlung este distribuită pe toate frecvențele până la limita de înaltă frecvență 0, la care energia fotonului h 0 (h este constanta lui Planck ) este egală cu energia eV a electronilor care bombardează (e este sarcina electronilor, V este diferența de potențial a câmpului de accelerație trecut de ei). Această frecvență corespunde marginii cu lungime de undă scurtă a spectrului 0 = hc / eV (c este viteza luminii).

Radiația liniară apare după ionizarea unui atom cu ejectarea unui electron dintr-una dintre învelișurile sale interioare. Această ionizare poate rezulta din ciocnirea unui atom cu o particulă rapidă, cum ar fi un electron (raze X primare) sau absorbția unui foton de către un atom (raze X fluorescente). Un atom ionizat se dovedește a fi într-o stare cuantică inițială pe unul dintre niveluri înalte energie si dupa 10 -16 -10 -15 sec trece in starea finala cu mai putina energie. În același timp, un atom poate emite un exces de energie sub forma unui foton de o anumită frecvență. Frecvențele liniilor spectrului unei astfel de radiații sunt caracteristice pentru atomii fiecărui element; prin urmare, spectrul liniei de raze X se numește caracteristic. Dependența frecvenței liniilor din acest spectru de numărul atomic Z este determinată de legea lui Moseley.

legea lui Moseley, legea care raportează frecvența liniilor spectrale ale radiației caracteristice cu raze X a unui element chimic cu numărul său de serie. Stabilit experimental de G. Moseley în 1913. Conform legii lui Moseley, rădăcina pătrată a frecvenței  a liniei spectrale a radiației caracteristice a unui element este o funcție liniară a numărului său ordinal Z:

unde R este constanta Rydberg , S n - constanta de screening, n - numărul cuantic principal. Pe diagrama Moseley (Anexa 3), dependența de Z este o serie de linii drepte (K-, L-, M - etc. serie corespunzătoare valorilor n = 1, 2, 3 ,.).

Legea lui Moseley a fost dovada de necontestat a plasării corecte a elementelor în tabelul periodic al elementelor DI. Mendeleev și a ajutat la clarificarea semnificației fizice a lui Z.

Conform legii lui Moseley, spectrele caracteristice de raze X nu prezintă modele periodice inerente spectrelor optice. Acest lucru indică faptul că învelișurile interioare de electroni ale atomilor tuturor elementelor, care apar în spectrele caracteristice de raze X, au o structură similară.

Experimentele ulterioare au evidențiat unele abateri de la dependența liniară pentru grupurile de tranziție de elemente asociate cu o modificare a ordinii de umplere a învelișurilor de electroni exterioare, precum și pentru atomii grei, care apar ca urmare a efectelor relativiste (explicate condiționat prin faptul că vitezele interne sunt comparabile cu viteza luminii).

În funcție de o serie de factori - de numărul de nucleoni din nucleu (deplasare izotonică), starea învelișurilor electronilor exterioare (deplasare chimică), etc. - poziția liniilor spectrale pe diagrama Moseley se poate modifica ușor. Studiul acestor schimbări oferă informații detaliate despre atom.

Razele X Bremsstrahlung emise de ținte foarte subțiri sunt complet polarizate aproape de 0; cu descrestere cu 0 gradul de polarizare scade. Radiația caracteristică nu este de obicei polarizată.

Când razele X interacționează cu materia, poate apărea un efect fotoelectric însoțind absorbția sa de raze X și împrăștierea lor, fotoefectul se observă atunci când un atom, absorbind un foton de raze X, ejectează unul dintre electronii săi interni, după care poate fie să facă o tranziție radiativă emitând un foton de radiație caracteristică, sau ejectează un al doilea electron într-o tranziție neradiativă (electron Auger). Sub acțiunea razelor X asupra cristalelor nemetalice (de exemplu, sarea gemă), la unele noduri ale rețelei atomice apar ioni cu o sarcină pozitivă suplimentară, iar în apropierea lor apar electroni în exces. Astfel de încălcări ale structurii cristalelor, numite excitoni de raze X , sunt centre de culoare și dispar doar cu o creștere semnificativă a temperaturii.

Când razele X trec printr-un strat de substanță cu grosimea x, intensitatea lor inițială I 0 scade la valoarea I = I 0 e - μ x unde μ este coeficientul de atenuare. Slăbirea lui I are loc din cauza a două procese: absorbția fotonilor de raze X de către materie și o schimbare a direcției lor în timpul împrăștierii. În regiunea cu lungime de undă lungă a spectrului predomină absorbția razelor X, în regiunea cu lungime de undă scurtă, împrăștierea lor. Rata de absorbție crește rapid odată cu creșterea Z și λ. De exemplu, razele X dure pătrund liber într-un strat de aer ~ 10 cm; o placă de aluminiu de 3 cm grosime atenuează razele X cu λ = 0,027 la jumătate; razele X moi sunt absorbite semnificativ în aer, iar utilizarea și studiul lor este posibilă numai în vid sau într-un gaz slab absorbant (de exemplu, He). Când razele X sunt absorbite, atomii substanței ionizează.

Efectul razelor X asupra organismelor vii poate fi benefic si nociv in functie de ionizarea provocata de acestea in tesuturi. Deoarece absorbția razelor X depinde de λ, intensitatea lor nu poate servi ca măsură a efectului biologic al razelor X. Contabilitatea cantitativă a efectului razelor X asupra unei substanțe este efectuată de raze X , unitatea de măsură a acestuia este razele X

Difuzarea razelor X în regiunea Z și λ mare are loc în principal fără modificarea λ și se numește împrăștiere coerentă, în timp ce în regiunea Z și λ mici, de regulă, crește (împrăștiere incoerentă). Există 2 tipuri de împrăștiere incoerentă de raze X - Compton și Raman. În împrăștierea Compton, care are caracterul de împrăștiere corpusculară inelastică, un electron de recul este emis din învelișul atomului din cauza energiei pierdute parțial de fotonul de raze X. În acest caz, energia fotonului scade și direcția acestuia se schimbă; modificarea lui λ depinde de unghiul de împrăștiere. În împrăștierea Raman a unui foton de raze X de înaltă energie pe un atom ușor, o mică parte din energia acestuia este cheltuită pentru ionizarea atomului și direcția mișcării fotonului se schimbă. Modificarea unor astfel de fotoni nu depinde de unghiul de împrăștiere.

Indicele de refracție n pentru raze X diferă de 1 printr-o cantitate foarte mică δ = 1-n ≈ 10 -6 -10 -5. Viteza de fază a razelor X într-un mediu este mai mare decât viteza luminii în vid. Deviația razelor X de la un mediu la altul este foarte mică (câteva minute de arc). Când razele X dintr-un vid cad pe suprafața unui corp la un unghi foarte mic, are loc reflexia lor externă totală.

2.3 Înregistrarea razelor X

Ochiul uman nu este sensibil la razele X. Raze X

razele sunt înregistrate folosind un film fotografic special cu raze X care conține o cantitate crescută de Ag, Br. În regiunea λ<0,5 чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ>5, sensibilitatea filmului fotografic pozitiv obișnuit este destul de mare, iar granulele sale sunt mult mai mici decât granulele unui film cu raze X, ceea ce mărește rezoluția. La λ de ordinul zecilor și sutelor, razele X acționează numai asupra celor mai subțiri Strat de suprafață fotoemulsii; pentru a creste sensibilitatea filmului se sensibilizeaza cu uleiuri luminiscente. În diagnosticarea cu raze X și detectarea defectelor, electrofotografia este uneori folosită pentru a înregistra razele X. (electroradiografie).

Razele X de intensitate mare pot fi înregistrate folosind o cameră de ionizare (Anexa 4), Raze X de intensități medii și scăzute la λ< 3 - сцинтилляционным счётчиком cu cristal Nal (Tl) (Anexa 5), la 0,5< λ < 5 - счётчиком Гейгера - Мюллера (Anexa 6) și un contor proporțional sigilat (Anexa 7), la 1< λ < 100 - проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 - полупроводниковым детектором (Anexa 8). În regiunea λ foarte mare (de la zeci la 1000), multiplicatorii de electroni secundari de tip deschis cu diferiți fotocatozi la intrare pot fi utilizați pentru a înregistra razele X.

2.4 Aplicarea razelor X

Cea mai răspândită utilizare a razelor X se găsește în medicină pentru diagnosticarea cu raze X. și terapie cu raze X . Importanta are detectarea defectelor cu raze X pentru multe ramuri ale tehnologiei , de exemplu, pentru a detecta defecte interne la piese turnate (cavități, incluziuni de zgură), fisuri în șine, defecte în cusăturile sudate.

Analiza structurală cu raze X vă permite să stabiliți aranjarea spațială a atomilor în rețeaua cristalină a mineralelor și compușilor, a moleculelor anorganice și organice. Pe baza a numeroase structuri atomice deja descifrate, se poate rezolva și problema inversă: conform modelului de difracție de raze X substanta policristalina, de exemplu otel aliat, aliaj, minereu, sol lunar, se poate stabili compozitia cristalina a acestei substante, i.e. se efectuează analiza de fază. Numeroasele aplicații ale lui R. ale lui l. pentru a studia proprietățile solidelor, se efectuează difracția cu raze X a materialelor .

microscopie cu raze X permite, de exemplu, obținerea unei imagini a unei celule, a unui microorganism, pentru a vedea structura lor internă. Spectroscopie cu raze X Spectrele de raze X studiază distribuția energiei a densității stărilor electronice în diferite substanțe, studiază natura legătură chimică, găsește încărcătura efectivă a ionilor din solide și molecule. Analiza spectrală cu raze X în funcție de poziția și intensitatea liniilor spectrului caracteristic, face posibilă stabilirea compoziției calitative și cantitative a unei substanțe și servește pentru controlul expres nedistructiv al compoziției materialelor la uzinele metalurgice și de ciment, uzinele de concentrare. La automatizarea acestor întreprinderi, spectrometrele cu raze X și contoarele cuantice sunt folosite ca senzori pentru compoziția materiei.

Razele X care vin din spațiu transportă informații despre compoziția chimică a corpurilor cosmice și despre procesele fizice care au loc în spațiu. Cercetarea cu raze X cosmice este angajată în astronomia cu raze X ... Razele X puternice sunt folosite în chimia radiațiilor pentru a stimula anumite reacții, a polimeriza materiale și a sparge substanțele organice. Razele X sunt folosite și pentru a detecta picturi antice ascunse sub un strat de pictură târzie, în industria alimentară pentru a identifica obiectele străine care au intrat accidental în alimente, în criminalistică, arheologie etc.

Capitolul 3. Aplicarea radiațiilor X în metalurgie

Una dintre principalele sarcini ale analizei structurale cu raze X este determinarea compoziției materialului sau fazei unui material. Metoda de difracție cu raze X este simplă și se caracterizează prin fiabilitate ridicată, rapiditate și relativ ieftinitate. Metoda nu necesită un numar mare substanțe, analiza poate fi efectuată fără distrugerea piesei. Domeniile de aplicare pentru analiza calitativă de fază sunt foarte diverse atât pentru cercetare și dezvoltare, cât și pentru controlul producției. Puteți verifica compoziția materiilor prime de producție metalurgică, produse de sinteză, prelucrare, rezultatul schimbărilor de fază în timpul tratamentului termic și chimico-termic, analiza diferite acoperiri, pelicule subțiri etc.

Fiecare fază, având propria sa structură cristalină, se caracterizează printr-un anumit set de valori discrete ale distanțelor interplanare d/n de la maxim și dedesubt, inerente doar acestei faze. După cum rezultă din ecuația Wolfe-Bragg, fiecare valoare a distanței interplanare corespunde unei linii pe modelul de difracție de raze X dintr-o probă policristalină la un anumit unghi θ (la o valoare dată a lungimii de undă λ). Astfel, un anumit sistem de linii (maxime de difracție) va corespunde unui anumit set de distanțe interplanare pentru fiecare fază din modelul de difracție de raze X. Intensitatea relativă a acestor linii în modelul de difracție de raze X depinde în primul rând de structura fazei. În consecință, după ce am determinat locația liniilor pe modelul de difracție de raze X (unghiul său θ) și cunoscând lungimea de undă a radiației la care a fost luată diagrama de difracție de raze X, putem determina valorile distanțelor interplanare d/ n folosind formula Wolfe-Bragg:

/ n = λ / (2sin θ). (unu)

După ce s-a determinat setul d/n pentru materialul studiat și comparându-l cu datele d/n cunoscute anterior pentru substanțele pure, diferiții lor compuși, este posibil să se stabilească ce fază este acest material... Trebuie subliniat că fazele sunt determinate și nu compoziția chimică, dar aceasta din urmă poate fi uneori dedusă dacă există date suplimentare despre compoziția elementară a unei anumite faze. Sarcina analizei calitative de fază este mult facilitată dacă se cunoaște compoziția chimică a materialului studiat, deoarece atunci este posibil să se facă ipoteze preliminare despre posibilele în acest caz faze.

Cheia analizei de fază este măsurarea cu precizie a intensității d/n și a liniei. Deși acest lucru este, în principiu, mai ușor de realizat folosind un difractometru, metoda foto pentru analiza calitativă are unele avantaje, în primul rând în ceea ce privește sensibilitatea (capacitatea de a observa prezența unei cantități mici de fază în probă), precum și simplitatea tehnica experimentală.

Calculul d/n din diagrama de difracție de raze X se realizează folosind ecuația Wolfe-Bragg.

Ca valoare a lui λ în această ecuație, se utilizează de obicei λ α cf din seria K:

λ α cf = (2λ α1 + λ α2) / 3 (2)

Uneori se folosește linia K α1. Determinarea unghiurilor de difracție θ pentru toate liniile modelelor de raze X vă permite să calculați d / n conform ecuației (1) și să separați liniile β (dacă nu a existat un filtru pentru (razele β).

3.1 Analiza imperfecțiunilor structurii cristaline

Toate materialele reale monocristaline și în special policristaline conțin anumite imperfecțiuni structurale (defecte punctiforme, dislocari, de diverse tipuri interfețe, micro și macrostresuri), care au un efect foarte puternic asupra tuturor proprietăților și proceselor sensibile la structură.

Imperfecțiunile structurale provoacă încălcări ale rețelei cristaline de natură diferită și, în consecință, tipuri diferite modificări ale modelului de difracție: o modificare a distanțelor interatomice și interplanare determină o schimbare a maximelor de difracție, microstresurile și dispersia substructurii duc la lărgirea maximelor de difracție, microdistorsiuni ale rețelei - la o modificare a intensității acestor maxime, prezența luxațiilor provoacă fenomene anormale în timpul trecerii razelor X și, în consecință, neomogenități locale ale topogramelor cu raze X de contrast etc.

Ca rezultat, analiza de difracție cu raze X este una dintre cele mai informative metode pentru studiul imperfecțiunilor structurale, tipul și concentrația lor și natura distribuției lor.

Metoda tradițională directă de difracție cu raze X, care este implementată pe difractometrele staționare, datorită caracteristicilor lor de proiectare, face posibilă cuantificarea tensiunilor și deformațiilor numai pe eșantioane mici tăiate din piese sau obiecte.

Prin urmare, în prezent, există o tranziție de la difractometrele cu raze X staționare la portabile de dimensiuni mici, care oferă o evaluare a tensiunilor din materialul pieselor sau obiectelor fără distrugere în etapele fabricării și funcționării acestora.

Difractometrele portabile cu raze X DRP * 1 serie permit monitorizarea tensiunilor reziduale și de funcționare în piese mari, produse și structuri fără distrugere

Programul din mediul Windows permite nu numai determinarea tensiunilor prin metoda „sin 2 ψ” în timp real, ci și monitorizarea modificărilor în compoziția și textura fazei. Detectorul de coordonate liniare asigură înregistrarea simultană la unghiuri de difracție 2θ = 43 °. tuburi mici cu raze X de tip „Lisa” cu luminozitate mare si putere redusă(5 W) asigură siguranța radiologică a aparatului, în care la o distanță de 25 cm de zona iradiată, nivelul de radiație este egal cu nivelul fondului natural. Dispozitivele din seria DRP sunt utilizate la determinarea tensiunilor la diferite etape ale prelucrării metalelor prin presiune, în timpul tăierii, șlefuirii, tratamentului termic, sudării, călirii suprafețelor în vederea optimizării acestor operații tehnologice. Controlul scăderii nivelului tensiunilor de compresiune reziduale induse în produsele și structurile deosebit de critice în timpul funcționării acestora permite dezafectarea produsului înainte de distrugerea sa, prevenind posibilele accidente și dezastre.

3.2 Analiza spectrală

Odată cu determinarea structurii cristaline atomice și a compoziției de fază a unui material, pentru caracterizarea sa completă, este necesară determinarea compoziției sale chimice.

Din ce în ce mai mult, în aceste scopuri în practică, se folosesc diverse așa-numite metode instrumentale de analiză spectrală. Fiecare dintre ele are propriile avantaje și domenii de aplicare.

Una dintre cerințele importante în multe cazuri este ca metoda folosită să asigure siguranța obiectului analizat; acestea sunt metodele de analiză care sunt discutate în această secțiune. Următorul criteriu de alegere a metodelor de analiză descrise în această secțiune este localitatea acestora.

Metoda analizei spectrale cu raze X cu fluorescență se bazează pe pătrunderea unei radiații de raze X destul de dure (de la un tub de raze X) în obiectul analizat, pătrunzând într-un strat cu o grosime de ordinul mai multor micrometri. Radiația caracteristică de raze X care apare în acest caz în obiect face posibilă obținerea de date medii privind compoziția sa chimică.

Pentru a determina compoziția elementară a unei substanțe, puteți utiliza analiza spectrului caracteristic de raze X al unei probe plasate pe anodul unui tub cu raze X și supusă unui bombardament electronic - metoda de emisie sau analiza spectrului de radiația secundară (fluorescentă) de raze X a unei probe expuse la iradiere cu raze X dure de la un tub de raze X sau altă sursă - metoda fluorescentă.

Dezavantajul metodei de emisie este, în primul rând, necesitatea plasării probei pe anodul tubului cu raze X, urmată de evacuare cu pompe de vid; evident, această metodă este nepotrivită pentru substanțele fuzibile și volatile. Al doilea dezavantaj este că chiar și obiectele refractare sunt deteriorate de bombardamentul cu electroni. Metoda fluorescenței nu prezintă aceste dezavantaje și, prin urmare, are o aplicație mult mai largă. Avantajul metodei fluorescenței este și absența bremsstrahlungului, care îmbunătățește sensibilitatea analizei. Compararea lungimilor de undă măsurate cu tabelele liniilor spectrale elemente chimice constituie baza analizei calitative, iar valorile relative ale intensității liniilor spectrale ale diferitelor elemente care formează substanța eșantionului constituie baza analizei cantitative. Din luarea în considerare a mecanismului de excitare a radiației caracteristice cu raze X, este clar că radiațiile unei anumite serii (K sau L, M etc.) apar simultan, iar raportul intensităților liniei din cadrul seriei este întotdeauna constant. Prin urmare, prezența acestui sau aceluia element este stabilită nu prin linii individuale, ci printr-o serie de linii în ansamblu (cu excepția celor mai slabe, ținând cont de conținutul acestui element). Pentru elemente comparativ uşoare se utilizează analiza liniilor din seria K, pentru liniile grele - seria L; în diferite condiții (în funcție de echipamentul utilizat și de elementele analizate), diferite regiuni ale spectrului caracteristic pot fi cele mai convenabile.

Principalele caracteristici ale analizei spectrale cu raze X sunt următoarele.

Simplitatea spectrelor caracteristice de raze X chiar și pentru elementele grele (în comparație cu spectrele optice), ceea ce simplifică analiza (un număr mic de linii; asemănarea în poziția lor relativă; cu o creștere) număr de serie există o schimbare regulată a spectrului către regiunea undelor scurte, ușurința comparativă de a efectua o analiză cantitativă).

Independenta lungimilor de unda fata de starea atomilor elementului analizat (liber sau intr-un compus chimic). Acest lucru se datorează faptului că apariția radiațiilor cu raze X caracteristice este asociată cu excitarea nivelurilor electronice interne, care în cele mai multe cazuri practic nu se schimbă odată cu gradul de ionizare a atomilor.

Posibilitatea de separare în analiza pământurilor rare și a altor elemente care au mici diferențe de spectre în domeniul optic datorită asemănării structurii electronice a învelișurilor exterioare și diferă foarte puțin în proprietățile lor chimice.

Spectroscopia cu fluorescență cu raze X este „nedistructivă”, deci are un avantaj față de spectroscopia optică convențională atunci când se analizează probe subțiri - tablă subțire de metal, folie etc.

Spectrometrele cu fluorescență cu raze X au devenit deosebit de răspândite la întreprinderile metalurgice, iar printre acestea se numără spectrometrele multicanal sau contoarele cuantice care oferă o analiză cantitativă rapidă a elementelor (de la Na sau Mg la U) cu o eroare mai mică de 1% din valoarea determinată, pragul de sensibilitate este 10 -3 ... 10 -4% ...

fascicul de raze X

Metode de determinare a compoziției spectrale a radiațiilor X

Spectrometrele sunt împărțite în două tipuri: cu difracție cu cristale și fără cristale.

Descompunerea razelor X într-un spectru folosind naturale rețeaua de difracție- cristal - în mod esențial analog cu obținerea unui spectru de raze de lumină obișnuită folosind o rețea de difracție artificială sub formă de lovituri periodice pe sticlă. Condiția pentru formarea unui maxim de difracție poate fi scrisă ca condiție pentru „reflexie” dintr-un sistem de plane atomice paralele separate de o distanță d hkl.

Atunci când se efectuează o analiză calitativă, se poate aprecia prezența unuia sau altuia dintr-o probă după o linie - de obicei cea mai intensă linie a unei serii spectrale potrivite pentru un anumit analizor de cristale. Rezoluția spectrometrelor de difracție cu cristale este suficientă pentru a separa liniile caracteristice chiar și ale elementelor adiacente în poziție în tabelul periodic. Cu toate acestea, trebuie să se țină seama și de impunerea diferitelor linii de diferite elemente, precum și de impunerea de reflectări de diferite ordine. Această circumstanță trebuie luată în considerare la alegerea liniilor analitice. În același timp, este necesar să se utilizeze posibilitățile de îmbunătățire a rezoluției dispozitivului.

Concluzie

Astfel, razele X sunt radiații electromagnetice invizibile cu o lungime de undă de 10 5 - 10 2 nm. Razele X pot pătrunde în unele materiale care sunt opace la lumina vizibilă. Ele sunt emise în timpul decelerării electronilor rapizi în materie (spectru continuu) și în timpul tranzițiilor electronilor de la învelișul electronilor exterioare ale atomului la cel interior (spectrul liniar). Sursele de radiație cu raze X sunt: un tub de raze X, unii izotopi radioactivi, acceleratori și dispozitive de stocare a electronilor (radiația sincrotron). Receptoare - peliculă fotografică, ecrane luminiscente, detectoare de radiații nucleare. Razele X sunt utilizate în analiza structurală cu raze X, medicină, detectarea defectelor, analiza spectrală cu raze X etc.

Având în vedere laturi pozitive descoperirea lui V. Roentgen, este necesar să se constate efectul său biologic nociv. S-a dovedit că razele X pot provoca ceva de genul unei arsuri solare severe (eritem), însoțită, totuși, de leziuni mai profunde și mai persistente ale pielii. Ulcerele care apar adesea se transformă în cancer. În multe cazuri, degetele sau mâinile au trebuit amputate. Au fost și decese.

S-a constatat că deteriorarea pielii poate fi evitată prin reducerea timpului și a dozei de radiații prin utilizarea ecranelor (de exemplu plumb) și a telecomenzilor. Dar treptat au ieșit la iveală alte efecte, mai lungi, ale expunerii la raze X, care au fost apoi confirmate și studiate pe animale de experiment. Efectele datorate acțiunii razelor X, precum și a altor radiații ionizante (cum ar fi radiațiile gamma emise de materialele radioactive) includ:

) modificări temporare ale compoziției sângelui după excesul relativ mic de radiații;

) modificări ireversibile ale compoziției sângelui (anemie hemolitică) după expunere excesivă prelungită;

) o creștere a incidenței cancerului (inclusiv leucemie);

) îmbătrânire mai rapidă și moarte timpurie;

) apariţia cataractei.

Efectul biologic al radiațiilor cu raze X asupra corpului uman este determinat de nivelul dozei de radiație, precum și de ce organ al corpului a fost expus la radiații.

Acumularea de cunoștințe despre efectele radiațiilor X asupra organismului uman a condus la elaborarea unor standarde naționale și internaționale pentru dozele admisibile de radiații, publicate în diverse publicații de referință.

A evita efecte nocive Sunt utilizate metode de control al radiațiilor cu raze X:

) disponibilitatea echipamentului adecvat,

) monitorizarea conformității cu reglementările de siguranță,

) utilizarea corectă a echipamentului.

Lista surselor utilizate

1) Blokhin M.A., Fizica razelor X, ed. a II-a, M., 1957;

) Blokhin M.A., Methods of X-ray spectral studies, M., 1959;

) Raze X. sat. ed. M.A. Blokhin, trad. cu el. şi engleză, M., 1960;

) Kharaja F., curs general Tehnicieni în raze X, ed. a III-a, M. - L., 1966;

) Mirkin L.I., Handbook of X-ray structural analysis of polycrystals, M., 1961;

) Weinstein E.E., Kahana M.M., X-ray spectroscopy reference tables, M., 1953.

) Analize cu raze X și electro-optice. Gorelik S.S., Skakov Yu.A., Rastorguev L.N .: Manual. Un manual pentru universități. - a 4-a ed. Adăuga. Și refăcut. - M .: „MISiS”, 2002. - 360 p.

Aplicații

Anexa 1

Vedere generală a tuburilor cu raze X

Anexa 2

Diagrama tubului cu raze X pentru analiza structurală

Diagrama tubului cu raze X pentru analiza structurala: 1 - cupa anod metalic (de obicei impamantata); 2 - ferestre din beriliu pentru ieșirea radiațiilor X; 3 - catod termoionic; 4 - balon de sticla care izoleaza partea anodica a tubului de cea catodica; 5 - cablurile catodice, cărora li se aplică tensiunea filamentului, precum și tensiunea mare (față de anod); 6 - sistem electrostatic de focalizare a electronilor; 7 - anod (anti-catod); 8 - conducte de ramificație pentru intrarea și ieșirea apei curente de răcire a sticlei anodului.

Anexa 3

Diagrama Moseley

Diagrama Moseley pentru seriile K, L și M de raze X caracteristice. Abscisa arată numărul ordinal al elementului Z, ordonata - ( Cu este viteza luminii).

Anexa 4

Camera de ionizare.

Fig. 1. Secțiunea camerei de ionizare cilindrice: 1 - corpul cilindric al camerei, care servește ca electrod negativ; 2 - o tijă cilindrică care servește drept electrod pozitiv; 3 - izolatoare.

Orez. 2. Schema de pornire a camerei de ionizare a curentului: V - tensiunea la electrozii camerei; G este un galvanometru care măsoară curentul de ionizare.

Orez. 3. Caracteristica volt-amperi a camerei de ionizare.

Orez. 4. Schema de pornire a camerei de ionizare pulsată: С - capacitatea electrodului colector; R - rezistență.

Anexa 5

Contor de scintilații.

Schema unui contor de scintilație: cuante de lumină (fotoni) „knock out” electroni din fotocatod; trecând de la dinod la dinod, avalanșa de electroni se înmulțește.

Anexa 6

Contor Geiger - Muller.

Orez. 1. Schema unui contor Geiger-Müller din sticlă: 1 - un tub de sticlă închis ermetic; 2 - catod (strat subțire de cupru pe un tub de oțel inoxidabil); 3 - ieșirea catodului; 4 - anod (fir întins subțire).

Orez. 2. Schema de pornire a contorului Geiger - Muller.

Orez. 3. Caracteristica de numărare a contorului Geiger-Muller.

Anexa 7

Contor proporțional.

Circuitul de contor proporțional: a - regiunea de derive a electronilor; b - regiunea de amplificare a gazelor.

Anexa 8

Detectoare cu semiconductori

Detectoare cu semiconductori; zona sensibilă se evidențiază prin hașurare; n - regiune semiconductoare cu conductivitate electronică, p - cu orificiu, i - cu conductivitate intrinsecă; a - detector de barieră de suprafață cu siliciu; b - detector plan de deriva germaniu-litiu; c - detector coaxial litiu germaniu.

Emis cu participarea electronilor, spre deosebire de radiația gamma, care este nucleară. Artificial, razele X sunt create prin accelerarea puternică a particulelor încărcate și prin transferul de electroni de la un nivel de energie la altul, eliberând o cantitate mare de energie. Dispozitivele care pot fi obținute sunt tuburile cu raze X și acceleratoarele de particule. Sursele sale naturale sunt atomi instabili radioactiv și obiecte spațiale.

Istoria descoperirilor

A fost realizată în noiembrie 1895 de Roentgen, un om de știință german care a descoperit efectul de fluorescență al cianurii de bariu platină în timpul funcționării unui tub catodic. El a descris caracteristicile acestor raze în detaliu, inclusiv capacitatea de a pătrunde în țesutul viu. Ele au fost numite de omul de știință cu raze X, denumirea de „raze X” a rămas în Rusia mai târziu.

Prin ce se caracterizează acest tip de radiație?

Este logic că caracteristicile acestei radiații se datorează naturii sale. O undă electromagnetică este ceea ce sunt razele X. Proprietățile sale sunt următoarele:

Raze X - rău

Desigur, la momentul descoperirii sale și mulți ani după aceea, nimeni nu și-a imaginat cât de periculos era.

În plus, dispozitivele primitive care produc aceste unde electromagnetice au generat doze mari datorită designului lor neprotejat. Adevărat, oamenii de știință au prezentat ipoteze cu privire la pericolul acestei radiații pentru oameni chiar și atunci. Trecând prin țesuturile vii, razele X au un efect biologic asupra lor. Influența principală este ionizarea atomilor substanțelor care alcătuiesc țesuturile. Acest efect devine cel mai periculos în raport cu ADN-ul unei celule vii. Efectele expunerii la raze X sunt mutații, tumori, arsuri de radiații și boala de radiații.

Unde se folosesc raze X

Medicamentul. Diagnosticare cu raze X - „radiografie” a organismelor vii. Terapia cu raze X - impact asupra celulelor tumorale.
Știința. Cristalografia, chimia și biochimia le folosesc pentru a dezvălui structura unei substanțe.
Industrie. Identificarea defectelor la piesele metalice.
Siguranță. Echipamentele cu raze X sunt folosite pentru a detecta articolele periculoase din bagaje în aeroporturi și în alte locații.

În studiul și utilizarea practică a fenomenelor atomice, unul dintre roluri critice razele X joacă. Datorită cercetărilor lor s-au făcut numeroase descoperiri și s-au dezvoltat metode de analiză a substanțelor care sunt utilizate în diverse domenii. Aici ne vom uita la unul dintre tipurile de raze X - raze X caracteristice.

Natura și proprietățile razelor X

Radiația de raze X este o modificare de înaltă frecvență a stării unui câmp electromagnetic care se propagă în spațiu cu o viteză de aproximativ 300.000 km/s, adică unde electromagnetice. Pe scara intervalului de radiații electromagnetice, razele X sunt situate în intervalul de lungimi de undă de la aproximativ 10 -8 până la 5 ∙ 10 -12 metri, care este cu câteva ordine de mărime mai scurtă decât undele optice. Aceasta corespunde frecvențelor de la 3 ∙ 10 16 la 6 ∙ 10 19 Hz și energiilor de la 10 eV la 250 keV, sau 1,6 ∙ 10 -18 la 4 ∙ 10 -14 J. Trebuie remarcat că limitele intervalelor de frecvență ale radiațiile electromagnetice sunt destul de arbitrare datorită suprapunerii lor.

Este interacțiunea particulelor încărcate accelerate (electroni de înaltă energie) cu câmpurile electrice și magnetice și cu atomii materiei.

Fotonii de raze X au energii mari și o capacitate mare de penetrare și ionizare, în special pentru razele X dure cu lungimi de undă mai mici de 1 nanometru (10 -9 m).

Razele X interacționează cu materia, ionizându-i atomii, în procesele de efect fotoelectric (fotoabsorbție) și împrăștiere incoerentă (Compton). În timpul fotoabsorbției, un foton de raze X, fiind absorbit de un electron al unui atom, îi transferă energie. Dacă valoarea sa depășește energia de legare a unui electron într-un atom, atunci el părăsește atomul. Imprăștirea Compton este caracteristică fotonilor cu raze X mai duri (energetici). O parte din energia fotonului absorbit este cheltuită pentru ionizare; in timp ce la un anumit unghi fata de directia fotonului primar se emite secundarul, cu o frecventa mai mica.

Tipuri de radiații cu raze X. Radiația de frânare

Pentru obtinerea razelor se folosesc cilindri de vid de sticla cu electrozi situati in interior. Diferența de potențial între electrozi este foarte mare - până la sute de kilovolți. Pe un catod de wolfram încălzit de curent, emisie termoionică, adică din el se emit electroni care, fiind accelerați de diferența de potențial, bombardează anodul. Ca urmare a interacțiunii lor cu atomii anodului (uneori se numește anti-catod), sunt generați fotoni de raze X.

În funcție de procesul care duce la producerea unui foton, se disting astfel de tipuri de radiații cu raze X precum bremsstrahlung și radiații caracteristice.

Electronii pot, întâlnindu-se cu anodul, să încetinească, adică să piardă energie în câmpurile electrice ale atomilor săi. Această energie este emisă sub formă de fotoni de raze X. O astfel de radiație se numește bremsstrahlung.

Este clar că condițiile de frânare vor diferi pentru electroni individuali. Aceasta înseamnă că diferite cantități din energia lor cinetică sunt convertite în raze X. Ca rezultat, bremsstrahlung include fotoni de diferite frecvențe și, în consecință, lungimi de undă. Prin urmare, spectrul său este continuu (continuu). Uneori, din acest motiv, este numită și radiație cu raze X „albe”.

Energia fotonului bremsstrahlung nu poate depăși energia cinetică a electronului care îl generează, astfel încât frecvența maximă (și cea mai mică lungime de undă) a radiației bremsstrahlung corespunde cu cea mai mare valoare energia cinetică a electronilor incidente pe anod. Acesta din urmă depinde de diferența de potențial aplicată electrozilor.

Există un alt tip de radiație cu raze X, a cărei sursă este un proces diferit. Această radiație se numește caracteristică și ne vom opri asupra ei mai detaliat.

Cum apar razele X caracteristice

După ce a ajuns la anti-catod, un electron rapid poate pătrunde în atom și poate elimina orice electron de pe unul dintre orbitalii inferiori, adică să-i transfere energie suficientă pentru a depăși bariera de potențial. Totuși, dacă în atomul ocupat de electroni există niveluri mai mari de energie, spațiul liber nu va rămâne gol.

Trebuie amintit că structura electronică a atomului, ca orice sistem energetic, tinde să minimizeze energia. Locul vacant format ca urmare a eliminării este umplut cu un electron de la unul dintre nivelurile superioare. Energia sa este mai mare și, ocupând un nivel inferior, emite exces sub forma unui cuantum de radiație caracteristică de raze X.

Structura electronică a unui atom este un set discret de stări posibile de energie pentru electroni. Prin urmare, fotonii de raze X emiși în timpul înlocuirii posturilor electronice vacante pot avea, de asemenea, doar valori de energie strict definite, care reflectă diferența de nivel. Ca urmare, radiația caracteristică de raze X nu are un spectru continuu, ci un spectru asemănător unei linii. Un astfel de spectru face posibilă caracterizarea substanței anodului - de unde și numele acestor raze. Tocmai din cauza diferențelor spectrale este clar ce se înțelege prin bremsstrahlung și razele X caracteristice.

Uneori, excesul de energie nu este emis de atom, ci este cheltuit pentru a elimina cel de-al treilea electron. Acest proces - așa-numitul efect Auger - este mai probabil să apară atunci când energia de legare a electronilor nu depășește 1 keV. Energia electronului Auger eliberat depinde de structura nivelurilor de energie ale atomului; prin urmare, spectrele unor astfel de electroni sunt, de asemenea, discrete.

Vedere generală a spectrului caracteristic

Liniile caracteristice înguste sunt prezente în modelul spectral de raze X împreună cu un spectru bremsstrahlung continuu. Dacă reprezentăm spectrul ca un grafic al intensității în funcție de lungimea de undă (frecvență), vom vedea vârfuri ascuțite în locațiile liniilor. Poziția lor depinde de materialul anodului. Aceste vârfuri sunt prezente la orice diferență de potențial - dacă există raze X, există întotdeauna și vârfuri. Odată cu creșterea tensiunii la electrozii tubului, intensitatea radiației X continue și caracteristice crește, dar locația vârfurilor și raportul intensităților acestora nu se modifică.

Vârfurile din spectrele de raze X au același aspect indiferent de materialul anticatodului iradiat cu electroni, dar în materiale diferite sunt situate la frecvențe diferite, combinându-se într-o serie în funcție de apropierea valorilor de frecvență. Diferența de frecvență dintre serii în sine este mult mai semnificativă. Tipul maximelor nu depinde în niciun fel de faptul dacă materialul anodic este un element chimic pur sau o substanță complexă. În acest din urmă caz, spectrele de raze X caracteristice ale elementelor sale constitutive sunt pur și simplu suprapuse unele peste altele.

Odată cu creșterea numărului de serie al unui element chimic, toate liniile spectrului său de raze X sunt deplasate către o creștere a frecvenței. În acest caz, spectrul își păstrează forma.

legea lui Moseley

Fenomenul deplasării spectrale a liniilor caracteristice a fost descoperit experimental de către fizicianul englez Henry Moseley în 1913. Acest lucru ia permis să asocieze frecvențele maximelor spectrului cu numerele de serie ale elementelor chimice. Astfel, lungimea de undă a radiației de raze X caracteristice, după cum sa dovedit, poate fi corelată în mod clar cu un anumit element. V vedere generala Legea lui Moseley poate fi scrisă astfel: √f = (Z - S n) / n√R, unde f este frecvența, Z este numărul ordinal al elementului, S n este constanta de ecranare, n este numărul cuantic principal , iar R este constanta Rydberg. Această dependență este liniară și pe diagrama Moseley arată ca o serie de linii drepte pentru fiecare valoare a lui n.

Valorile n corespund unor serii individuale de vârfuri caracteristice de raze X. Legea lui Moseley permite utilizarea valorilor măsurate ale lungimilor de undă (acestea sunt legate în mod unic de frecvențe) ale maximelor spectrului de raze X pentru a stabili numărul ordinal al unui element chimic iradiat de electroni duri.

Structura învelișurilor electronice ale elementelor chimice este identică. Acest lucru este indicat de monotonitatea modificării de forfecare în spectrul caracteristic al radiației X. Schimbarea de frecvență reflectă diferențele nu structurale, ci energetice dintre învelișurile de electroni, care sunt unice pentru fiecare element.

Rolul legii lui Moseley în fizica atomică

Există mici abateri de la relația liniară strictă exprimată de legea lui Moseley. Ele sunt asociate, în primul rând, cu particularitățile ordinii de umplere a învelișurilor de electroni ale unor elemente și, în al doilea rând, cu efectele relativiste ale mișcării electronilor atomilor grei. În plus, odată cu o modificare a numărului de neutroni din nucleu (așa-numita schimbare izotopică), poziția liniilor se poate schimba ușor. Acest efect a făcut posibilă studierea în detaliu a structurii atomice.

Semnificația legii lui Moseley este extrem de mare. Aplicarea sa consecventă la elementele sistemului periodic al lui Mendeleev a stabilit regularitatea creșterii numărului de serie, respectiv, pentru fiecare mică schimbare a maximelor caracteristice. Acest lucru a ajutat la clarificarea problemei semnificației fizice a numărului ordinal de elemente. Valoarea lui Z nu este doar un număr: este sarcina electrică pozitivă a nucleului, care este suma sarcinilor pozitive unitare ale particulelor care îl alcătuiesc. Amplasarea corectă a elementelor în tabel și prezența pozițiilor goale în acesta (atunci încă existau) au primit o confirmare puternică. S-a dovedit valabilitatea legii periodice.

Legea lui Moseley, în plus, a devenit baza pe care a luat naștere o întreagă zonă de cercetare experimentală - spectrometria cu raze X.

Structura învelișurilor de electroni ale atomului

Să ne amintim pe scurt cum este structurată structura electronică, constă din învelișuri notate cu literele K, L, M, N, O, P, Q sau numere de la 1 la 7. Electronii din înveliș sunt caracterizați de același principiu numărul cuantic n, care determină valorile energetice posibile. În învelișurile exterioare, energia electronilor este mai mare, iar potențialul de ionizare pentru electronii exteriori este în mod corespunzător mai mic.

Învelișul include unul sau mai multe subniveluri: s, p, d, f, g, h, i. În fiecare shell, numărul de subniveluri este crescut cu unul față de cel precedent. Numărul de electroni din fiecare subnivel și din fiecare înveliș nu poate depăși o anumită valoare. Ele sunt caracterizate, pe lângă numărul cuantic principal, prin aceeași valoare a orbitalului, care determină forma norului de electroni. Subnivelurile sunt notate cu o indicație a carcasei căreia îi aparțin, de exemplu, 2s, 4d și așa mai departe.

Subnivelul conține care, pe lângă principal și orbital, sunt specificate de un alt număr cuantic - magnetic, care determină proiecția momentului orbital al electronului pe direcția câmpului magnetic. Un orbital nu poate avea mai mult de doi electroni care diferă în valoarea celui de-al patrulea număr cuantic - cel de spin.

Să luăm în considerare mai detaliat modul în care apar radiațiile caracteristice cu raze X. Deoarece originea acestui tip de emisie electromagnetică este asociată cu fenomene care au loc în interiorul atomului, cel mai convenabil este să o descriem în aproximarea configurațiilor electronice.

Mecanismul de generare a radiațiilor X caracteristice

Deci, motivul apariției acestei radiații este formarea de goluri electronice în învelișurile interioare, datorită pătrunderii electronilor de înaltă energie adânc în atom. Probabilitatea ca un electron dur să interacționeze crește odată cu creșterea densității norilor de electroni. Prin urmare, coliziunile sunt cel mai probabil în interiorul învelișurilor interioare dens, cum ar fi cel mai de jos înveliș K. Aici atomul este ionizat și se formează un loc vacant în învelișul 1s.

Acest loc liber este umplut cu un electron dintr-un înveliș cu o energie mai mare, al cărui exces este purtat de un foton cu raze X. Acest electron poate „cădea” din a doua înveliș L, din a treia M și așa mai departe. Așa se formează o serie caracteristică, în acest exemplu- Seria K. O indicație despre unde provine electronul care a ocupat postul vacant este dat sub forma unui index grecesc în denumirea seriei. Alpha înseamnă că provine din L-shell, beta înseamnă M-shell. În prezent, există tendința de a înlocui indicii de litere grecești cu cei latini folosiți pentru a desemna scoici.

Intensitatea liniei alfa din serie este întotdeauna cea mai mare, ceea ce înseamnă că probabilitatea de a ocupa un loc liber dintr-un înveliș adiacent este cea mai mare.

Acum putem răspunde la întrebarea care este energia cuantică maximă a radiației caracteristice de raze X. Este determinată de diferența dintre valorile energetice ale nivelurilor între care are loc tranziția electronică, conform formulei E = E n 2 - E n 1, unde E n 2 și E n 1 sunt energiile electronului. state între care a avut loc tranziţia. Cea mai mare valoare a acestui parametru este dată de tranzițiile seriei K de la cele mai înalte niveluri de atomi de elemente grele. Dar intensitatea acestor linii (înălțimi de vârf) este cea mai mică, deoarece sunt cele mai puțin probabile.

Dacă, din cauza tensiunii insuficiente la electrozi, electronul dur nu poate ajunge la nivelul K, formează un loc vacant la nivelul L și se formează o serie L mai puțin energică cu lungimi de undă mai mari. Serii ulterioare se nasc într-un mod similar.

În plus, atunci când un post vacant este ocupat ca urmare a unei tranziții electronice, un nou post vacant apare în carcasa de deasupra. Acest lucru creează condițiile pentru generarea următoarei serii. Vacantele electronice se deplasează mai sus de la un nivel la altul, iar atomul emite o cascadă de serii spectrale caracteristice, rămânând în același timp ionizat.

Structura fină a spectrelor caracteristice

Spectrele de raze X atomice ale razelor X caracteristice se caracterizează printr-o structură fină, care se manifestă, ca în spectrele optice, în divizare de linie.

Structura fină se datorează faptului că nivelul de energie - învelișul de electroni - este un set de componente strâns distanțate - subînvelișuri. Pentru a caracteriza subînvelișurile, se mai introduce una, numărul cuantic intern j, care reflectă interacțiunea momentelor magnetice intrinseci și orbitale ale electronului.

Datorită influenței interacțiunii spin-orbită, structura energetică a atomului devine mai complicată și, ca urmare, radiația caracteristică de raze X are un spectru, care se caracterizează prin linii despicate cu elemente foarte strâns distanțate.

Se obișnuiește să se desemneze elemente ale unei structuri fine cu indici digitali suplimentari.

Radiația caracteristică cu raze X are o caracteristică reflectată doar în structura fină a spectrului. Tranziția unui electron la un nivel de energie inferior nu are loc din subînvelișul inferior al nivelului superior. Un astfel de eveniment are o probabilitate neglijabilă.

Utilizarea razelor X în spectrometrie

Această radiație, datorită caracteristicilor sale descrise de legea lui Moseley, stă la baza diferitelor metode spectrale de raze X pentru analiza substanțelor. La analiza spectrului de raze X se folosesc fie difracția radiației prin cristale (metoda cu dispersie a undelor), fie detectoare care sunt sensibile la energia fotonilor de raze X absorbiți (metoda cu dispersie a energiei). Majoritatea microscoapelor electronice sunt echipate cu un fel de atașamente spectrometrice cu raze X.

Spectrometria dispersivă a lungimii de undă este deosebit de precisă. Cu ajutorul unor filtre speciale se disting cele mai intense vârfuri din spectru, datorită cărora se poate obține radiații practic monocromatice cu o frecvență precis cunoscută. Materialul anodului este selectat cu atenție pentru a asigura obținerea unui fascicul monocromatic cu frecvența dorită. Difracția sa pe rețeaua cristalină a substanței studiate face posibilă studierea structurii rețelei cu mare precizie. Această metodă este folosită și în studiul ADN-ului și al altor molecule complexe.

Una dintre caracteristicile radiațiilor X caracteristice este luată în considerare și în spectrometria gamma. Aceasta este intensitatea ridicată a vârfurilor caracteristice. În spectrometrele gamma, protecția cu plumb este utilizată împotriva radiațiilor externe de fond care interferează cu măsurători. Dar plumbul, care absoarbe cuante gamma, experimentează ionizare internă, ca urmare a căreia emite activ în intervalul de raze X. Pentru a absorbi maximele intense ale radiației caracteristice cu raze X a plumbului, se folosește ecranare suplimentară cu cadmiu. Acesta, la rândul său, este ionizat și emite și raze X. Pentru a neutraliza vârfurile caracteristice ale cadmiului, se utilizează un al treilea strat de ecranare - cupru, ale cărui maxime de raze X se află în afara intervalului de frecvență de funcționare al spectrometrului gamma.

Spectrometria folosește atât bremsstrahlung, cât și raze X caracteristice. Deci, atunci când se analizează substanțe, spectrele de absorbție ale razelor X continue sunt studiate de diferite substanțe.

Descoperirea și meritele în studiul proprietăților de bază ale razelor X aparțin de drept omului de știință german Wilhelm Konrad Roentgen. Proprietățile uimitoare ale razelor X descoperite de el au primit imediat o rezonanță uriașă în lumea științifică. Deși atunci, în 1895, omul de știință cu greu ar fi putut ghici ce beneficii și, uneori, rău ar putea aduce razele X.

Să aflăm în acest articol cum afectează acest tip de radiații sănătatea umană.

Ce este raze X

Prima întrebare care l-a interesat pe cercetător a fost ce este radiația cu raze X? O serie de experimente au făcut posibilă asigurarea că aceasta este radiație electromagnetică cu o lungime de undă de 10 -8 cm, care ocupă o poziție intermediară între radiațiile ultraviolete și gama.

Aplicații cu raze X

Toate aceste aspecte ale efectelor distructive ale misterioasei raze X nu exclud deloc aspecte surprinzător de extinse ale utilizării lor. Unde se utilizează radiația cu raze X?

Studiul structurii moleculelor și cristalelor.
Detectarea defectelor cu raze X (în industrie, detectarea defectelor la produse).
Metode de cercetare și terapie medicală.

Cele mai importante aplicații ale radiației cu raze X sunt posibile prin lungimile de undă foarte scurte ale întregii game ale acestor unde și proprietățile lor unice.

Deoarece suntem interesați de efectul radiațiilor X asupra persoanelor care o întâlnesc numai în timpul unui examen sau tratament medical, vom lua în considerare în continuare doar această zonă de aplicare a razelor X.

Aplicarea radiațiilor X în medicină

În ciuda semnificației speciale a descoperirii sale, Roentgen nu a primit un brevet pentru utilizarea sa, făcându-l un cadou neprețuit pentru întreaga omenire. Deja în Primul Război Mondial s-au folosit instalații cu raze X, care au făcut posibilă diagnosticarea rapidă și precisă a răniților. În prezent, există două domenii principale de aplicare a razelor X în medicină:

diagnosticare cu raze X;
Terapia cu raze X.

Diagnosticare cu raze X

Diagnosticarea cu raze X este utilizată în diferite moduri:

Să ne dăm seama care este diferența dintre aceste metode.

Toate aceste metode de diagnostic se bazează pe capacitatea razelor X de a ilumina filmul fotografic și pe diferitele lor permeabilități pentru țesuturi și scheletul osos.

Terapia cu raze X

Capacitatea razelor X de a exercita un efect biologic asupra țesuturilor este utilizată în medicină pentru tratarea tumorilor. Efectul ionizant al acestei radiații se manifestă cel mai activ în efectul asupra celulelor cu diviziune rapidă, care sunt celulele tumorilor maligne.

Cu toate acestea, ar trebui să fiți conștienți de efectele secundare care însoțesc inevitabil terapia cu raze X. Faptul este că și celulele sistemului hematopoietic, endocrin și imunitar se împart rapid. Impactul negativ asupra acestora dă naștere la semne de boală de radiații.

Efectul razelor X asupra oamenilor

La scurt timp după descoperirea remarcabilă a razelor X, s-a descoperit că razele X au un efect asupra oamenilor.

Aceste date au fost obținute din experimente pe animale de experiment, cu toate acestea, geneticienii sugerează că consecințe similare se pot aplica și asupra corpului uman.

Studiul consecințelor iradierii cu raze X a făcut posibilă dezvoltarea standarde internaționale asupra dozelor admisibile de radiații.

Doze de raze X pentru diagnosticarea cu raze X

După ce vizitează camera de radiografie, mulți pacienți suferă de anxietate - cum le va afecta sănătatea doza primită de radiații?

Doza totală de radiații către organism depinde de natura procedurii care se efectuează. Pentru comoditate, vom compara doza primită cu radiația naturală care însoțește o persoană de-a lungul vieții.

Radiografie: torace - doza de radiații primită este echivalentă cu 10 zile de radiație de fond; stomacul superior și intestinul subțire - 3 ani.
Tomografia computerizată a organelor abdominale și pelvine, precum și a întregului corp - 3 ani.
Mamografie - 3 luni.
Razele X ale extremităților sunt practic inofensive.
În ceea ce privește razele X dentare, doza de radiație este minimă, deoarece pacientul este expus la un fascicul de raze X direcționat îngust, cu o durată scurtă de radiație.

Aceste doze de radiații îndeplinesc standardele acceptabile, dar dacă pacientul se simte anxios înainte de radiografie, el are dreptul să ceară un șorț special de protecție.

Expunerea la raze X la femeile însărcinate

Fiecare persoană este forțată să se supună examinării cu raze X de mai multe ori. Dar există o regulă - această metodă de diagnosticare nu poate fi prescrisă femeilor însărcinate. Embrionul în curs de dezvoltare este extrem de vulnerabil. Razele X pot provoca anomalii cromozomiale și, ca urmare, nașterea copiilor cu defecte de dezvoltare. Cea mai vulnerabilă în acest sens este perioada de gestație până la 16 săptămâni. Mai mult, cea mai periculoasă pentru viitorul copil este o radiografie a coloanei vertebrale, a regiunilor pelvine și abdominale.

Cunoscând efectele nocive ale razelor X asupra sarcinii, medicii evită în orice mod posibil să-l folosească în această perioadă crucială din viața unei femei.

Cu toate acestea, există surse secundare de raze X:

microscoape electronice;
tuburi de imagine ale televizoarelor color etc.

Viitoarele mamici ar trebui sa fie constiente de pericolul pe care il reprezinta.

Pentru mamele care alăptează, diagnosticarea cu raze X nu este periculoasă.

Ce să faci după radiografie

Pentru a evita chiar și cele mai mici efecte ale expunerii la raze X, există câțiva pași simpli pe care îi puteți lua:

după radiografie, bea un pahar de lapte - elimină doze mici de radiații;
foarte la îndemână un pahar de vin sec sau suc de struguri;
la ceva timp după procedură, este utilă creșterea proporției de alimente cu conținut ridicat de iod (fructe de mare).

Dar, nu sunt necesare proceduri medicale sau măsuri speciale pentru îndepărtarea radiațiilor după o radiografie!

În ciuda consecințelor, fără îndoială, grave ale expunerii la raze X, pericolul lor în timpul examinărilor medicale nu trebuie supraestimat - acestea sunt efectuate numai pe anumite părți ale corpului și foarte rapid. Beneficiile acestora sunt de multe ori mai mari decât riscul acestei proceduri pentru organismul uman.

Razele X joacă un rol imens în medicina modernă; istoria descoperirii razelor X datează din secolul al XIX-lea.

Razele X sunt unde electromagnetice care sunt generate cu participarea electronilor. Când particulele încărcate sunt puternic accelerate, sunt generate raze X artificiale. Trece prin echipamente speciale:

acceleratori de particule.

Istoria descoperirilor

Aceste raze au fost inventate în 1895 de omul de știință german Roentgen: în timp ce lucra cu un tub catodic, el a descoperit efectul de fluorescență al bariului de platină-cianura. Apoi a fost o descriere a unor astfel de raze și a capacității lor uimitoare de a pătrunde în țesuturile corpului. Razele au ajuns să fie numite raze X (raze X). Mai târziu, în Rusia, au fost numite cu raze X.

Razele X sunt capabile să pătrundă chiar și prin pereți. Așa că Roentgen și-a dat seama că a făcut cea mai mare descoperire în domeniul medicinei. Din acest moment au început să se formeze secțiuni separateîn știință precum radiologia și radiologia.

Razele sunt capabile să pătrundă în țesuturile moi, dar sunt întârziate, lungimea lor este determinată de obstacolul suprafeței dure. Țesuturile moi din corpul uman sunt piele, iar țesuturile dure sunt oase. În 1901, omul de știință a primit Premiul Nobel.

Cu toate acestea, chiar înainte de descoperirea lui Wilhelm Konrad Roentgen, alți oameni de știință au fost interesați de un subiect similar. În 1853, fizicianul francez Antoine-Philibert Mason a studiat o descărcare de înaltă tensiune între electrozi dintr-un tub de sticlă. Gazul pe care îl conținea a început să emită o strălucire roșiatică la presiune scăzută. Pomparea excesului de gaz din tub a dus la dezintegrarea strălucirii într-o secvență complexă de straturi luminoase separate, a căror nuanță depindea de cantitatea de gaz.

În 1878, William Crookes (fizician englez) a sugerat că fluorescența apare din impactul razelor pe suprafața de sticlă a unui tub. Dar toate aceste studii nu au fost publicate nicăieri, așa că Roentgen nu era la curent cu astfel de descoperiri. După publicarea descoperirilor sale în 1895 într-un jurnal științific, unde omul de știință a scris că toate corpurile sunt transparente la aceste raze, deși într-o măsură foarte diferită, alți oameni de știință au devenit interesați de experimente similare. Ei au confirmat invenția lui Roentgen și a început dezvoltarea și îmbunătățirea ulterioară a razelor X.

Wilhelm Roentgen însuși a publicat încă două munca stiintifica pe tema razelor X în 1896 și 1897, după care a început și alte activități. Astfel, mai mulți oameni de știință au inventat, dar Roentgen a fost cel care a publicat lucrări științifice pe această temă.

Principii de achizitie a imaginii

Caracteristicile acestei radiații sunt determinate de însăși natura aspectului lor. Radiația apare din cauza unei unde electromagnetice. Principalele sale proprietăți sunt:

Reflecţie. Dacă unda lovește suprafața perpendicular, atunci nu va fi reflectată. În unele situații, diamantul are proprietatea de reflexie.
Capacitatea de a pătrunde în țesut. În plus, razele pot trece prin suprafețe opace ale materialelor precum lemn, hârtie etc.
Resorbabilitate. Absorbanța depinde de densitatea materialului: cu cât este mai dens, cu atât razele X îl absorb mai mult.
Unele substanțe au fluorescență, adică strălucire. De îndată ce emisia se oprește, strălucirea trece și ea. Dacă continuă după încetarea acțiunii razelor, atunci acest efect se numește fosforescență.
Razele X pot ilumina filmul fotografic, la fel ca lumina vizibilă.
Dacă fasciculul a trecut prin aer, atunci are loc ionizarea în atmosferă. Această stare se numește conductivă electric și este determinată folosind un dozimetru, care stabilește rata dozei pentru radiație.

Radiația - rău și beneficiu

Când a fost făcută descoperirea, fizicianul Roentgen nici nu și-a putut imagina cât de periculoasă era invenția sa. Pe vremuri, toate dispozitivele care produceau radiații erau departe de a fi perfecte și, ca urmare, se obțineau doze mari de raze declanșate. Oamenii nu au înțeles pericolele unor astfel de radiații. Deși unii oameni de știință au prezentat deja versiuni ale pericolelor razelor X.

Razele X, care pătrund în țesuturi, au un efect biologic asupra acestora. Unitatea de măsurare a dozei de radiație este roentgen pe oră. Efectul principal este asupra atomilor ionizanți care se află în interiorul țesuturilor. Aceste raze acționează direct asupra structurii ADN-ului unei celule vii. Consecințele radiațiilor necontrolate includ:

mutație celulară;
apariția tumorilor;
arsuri prin radiații;
boala de radiatii.

Contraindicații la examenele cu raze X:

Pacienți în stare gravă.
Perioada de sarcină din cauza impact negativ asupra fătului.
Pacienți cu sângerare sau pneumotorax deschis.

Cum funcționează razele X și unde se aplică

În medicină. Diagnosticarea cu raze X este folosită pentru a scana țesuturile vii pentru a identifica anumite tulburări din interiorul corpului. Terapia cu raze X se efectuează pentru a elimina formațiunile tumorale.
În știință. Sunt dezvăluite structura substanțelor și natura razelor X. Aceste probleme sunt tratate de științe precum chimia, biochimia, cristalografia.
În industrie. Pentru a detecta încălcări în produsele metalice.
Pentru siguranța populației. Raze X instalate în aeroporturi și altele în locuri publiceîn scopul scanării bagajelor.

Utilizări medicale ale radiațiilor cu raze X. Razele X sunt utilizate pe scară largă în medicină și stomatologie în următoarele scopuri:

Pentru diagnosticarea bolilor.
Pentru monitorizarea proceselor metabolice.
Pentru tratarea multor boli.

Utilizarea razelor X în scopuri medicinale

Pe lângă detectarea fracturilor osoase, razele X sunt utilizate pe scară largă în scopuri medicinale. Utilizarea specializată a razelor X este de a atinge următoarele obiective:

Pentru a ucide celulele canceroase.
Pentru a reduce dimensiunea tumorii.
Pentru a reduce durerea.

De exemplu, iodul radioactiv, folosit pentru boli endocrinologice, este utilizat în mod activ pentru cancerul tiroidian, ajutând astfel mulți oameni să scape de această boală teribilă. În prezent, pentru a diagnostica boli complexe, razele X sunt conectate la computere, ca urmare, există cele mai noi tehnici studii precum tomografia axială computerizată.

Această scanare oferă medicilor imagini color care arată organele interne ale unei persoane. Pentru a identifica munca organe interne o doză mică de radiații este suficientă. Razele X sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în fizioterapie.

Proprietățile de bază ale razelor X

Capacitate de penetrare. Toate corpurile sunt transparente la fasciculul de raze X, iar gradul de transparență depinde de grosimea corpului. Datorită acestei proprietăți, fasciculul a început să fie folosit în medicină pentru a detecta activitatea organelor, prezența fracturilor și a corpurilor străine în organism.
Sunt capabili să provoace strălucirea unor obiecte. De exemplu, dacă bariu și platină sunt aplicate pe un carton, atunci, după ce a trecut printr-o scanare cu fascicul, acesta va străluci galben-verzui. Dacă vă plasați mâna între tubul cu raze X și ecran, atunci lumina va pătrunde mai mult în os decât în țesut, astfel încât țesutul osos va fi afișat mai luminos pe ecran, iar țesutul muscular mai puțin luminos.
Acțiune pe film fotografic. Razele X pot, ca și lumina, să întunece filmul, acest lucru vă permite să fotografiați partea umbră care se obține atunci când sunt examinate razele X ale corpurilor.
Razele X pot ioniza gazele. Acest lucru face posibilă nu numai găsirea razelor, ci și dezvăluirea intensității acestora prin măsurarea curentului de ionizare din gaz.
Au un efect biochimic asupra organismului ființelor vii. Datorită acestei proprietăți, razele X și-au găsit utilizarea pe scară largă în medicină: pot trata atât bolile de piele, cât și bolile organelor interne. În acest caz, se selectează doza necesară de radiație și durata razelor. Utilizarea pe termen lung și excesivă a unui astfel de tratament este foarte dăunătoare și dăunătoare organismului.

Multe vieți au fost salvate ca urmare a utilizării razelor X. Raze X ajută nu numai la diagnosticarea bolii în timp util, metodele de tratament cu utilizarea radioterapiei scutesc pacienții de diferite patologii, începând cu hiperfuncția glandei tiroide și terminând cu tumori maligne ale țesutului osos.