- •1.3 Биофизика слуха. Звук. Ультразвук.
- •1.4. Элементы биофизики кровообращения
- •1.5. Электрические свойства тканей и органов
- •1.6. Электрокардиография. Реография
- •1.7. Основы электротерапии Физические основы электротерапии
- •1.9. Тепловое излучение и его характеристики
- •2.0. Рентгеновское излучение
- •2.1. Элементы радиационной физики. Основы дозиметрии
2.0. Рентгеновское излучение
Рентгеновское излучение– это электромагнитные волны в пределах длин
от 10-7до 10-14м.
Свойства рентгеновских лучей:
Способность вызывать свечение некоторых веществ (люминофоров).
Значительная проникающая способность (проходят через стекло, бумагу, дерево, эбонит, вещества малой атомной массы; задерживаются свинцом).
Оказывают ионизирующее действие.
Засвечивают фотохимические материалы.
Не отклоняются в магнитном поле, не заряжены.
Одним из источников рентгеновского излученияявляется рентгеновская трубка.
Рентгеновская трубка– это вакуумный прибор с двумя электродами: катодом (–) и анодом (+).
Давление в трубке 10-5–10-6мм рт.ст. (рис. 43).
Рис. 43
Если кВ – диагностическое рентгеновское излучение;
если кВ – терапевтическое (для удаления опухолей).
При подогреве катода излучаются электроны. Попадая в электрическое поле между катодом и анодом электроны разгоняются до больших скоростей и тормозятся веществом анода.
С движением электрического заряда связано магнитное поле, индукция которого зависит от скорости электрона. При торможении уменьшается магнитная индукция и, согласно теории
Максвелла, появляется электромагнитная волна (рентгеновское излучение).
,
где А – работа по перемещению электрона в рентгеновской трубке;
q– заряд электрона;U– ускоряющее напряжение;
– скорость электрона перед анодом;m– масса электрона;
– скорость электрона после взаимодействия с анодом, ();
h– постоянная Планка;– частота рентгеновского излучения;
Q – количество теплоты, выделяющееся в веществе анода.
Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение
При торможении быстрых заряженных частиц атомами вещества анода возникает электромагнитное излучение, которое называют тормозным рентгеновским излучением.
При торможении большого количества электронов образуется сплошной (непрерывный) спектр рентгеновского излучения.
Ф
Рис. 44. Спектр тормозного рентгеновского излучения
Короткое излучение возникает, когда энергия, приобретенная электроном в ускоряющем поле, полностью переходит в энергию фотона:
;м, с =3.108м/с.
Поток рентгеновского излучения (Ф):
Z– порядковый номер атома вещества анода;
k=–коэффициент пропорциональности;
I– сила тока в рентгеновской трубке;
U– напряжение в рентгеновской трубке.
Увеличивая напряжение на рентгеновской трубке, на фоне сплошного спектра появляется линейчатый спектр, который соответствует характеристическому рентгеновскому излучению (рис. 45).
Характеристическое рентгеновское излучение возникает из-за того, что некоторые ускоренные электроны проникают вглубь атома и из внутренних слоев выбивают электроны. На свободные места переходят электроны с верхних уровней, испуская рентгеновские кванты электромагнитного излучения:
Фλ
Рис. 45.
С увеличением заряда атома анода увеличивается частота излучаемого характеристического излучения. Такую закономерность называют законом Мозли:
,
где – частота спектральной линии характеристического рентгеновского излучения;
Z – атомный номер испускающего элемента; А и В – постоянные.
Характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра.
Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом
Взаимодействия рентгеновского излучения с веществом определяются соотношением между энергией кванта рентгеновского излучения и работой ионизации атома (Аи).
Аи – это работа, необходимая для отрыва от атома электрона и превращения его в электрически заряженный ион.
Если , то возникает упругое рассеяние, частота и длина волны не изменяются (при столкновении с атомом рентгеновское излучение меняет только направление).
Если , , то энергия падающего кванта расходуется на ионизацию атома и на кинетическую энергию электрона (вследствие ионизации атома меняется структура молекул).
Если ,, то вещество ионизируется и появляетсявторичное рентгеновское излучение (>, < ).
В
,
где – интенсивность падающего на
вещество рентгеновского излучения;
–интенсивность рентгеновского
Рис. 46 излучения, прошедшего через вещество;
–толщина вещества;
–линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения веществом.
, .
~ ,
где – плотность биотканей;
–длина волны рентгеновского излучения;
Z – порядковый номер атома вещества.
ZCa=20, ZP = 15, ZO = 8, ZH = 1.
Кости значительнее поглощают рентгеновские лучи, чем мягкие ткани, поэтому на рентгеновском снимке более светлые.
Если исследуемый орган и окружающие ткани одинаково ослабляют рентгеновское излучение, то применяют специальные контрастные вещества. Например, сульфат бария для желудка и кишечника.
Методы рентгеновской диагностики
1. Рентгенография– получение изображения внутренних органов на фотопленке.
фотопленка
2. Флюорография – это рентгенография на малоформатных пленках
Метод рентгеноструктурного анализа включает исследования характеристических спектров, на основе которых проводят качественный и количественный анализ структуры веществ. Этим методом Дж. Уотсон и Ф. Крик установили структуру ДНК и были удостоены Нобелевской премией.
Рентгеноструктурный анализ, основанный на дифракции рентгеновских лучей, используют для исследования лекарственных и биологически активных веществ. Перспективы использования этого метода в фармации связаны с идентификацией кристаллических лекарственных веществ, их полиморфных модификаций, с поиском новых комплексных координационных соединений для создания новых медицинских препаратов и биостимуляторов, с исследованием элементного и фазового состава неорганических и органических лекарственных веществ.