56. Рентгеновское излучение, его спектр. Тормозное и характеристическое излучение, их природа.

Рентгеновским излучением называют электромагнитное излучение с длиной волны порядка от 80 до 0,0001 нм и энергией квантов E ≥ 14 эВ.

По способу возбуждения рентгеновское излучение подразделяется на характеристическое и тормозное.

Характеристическое излучение возникает при переходах между энергетическими уровнями электронов внутренних оболочек {оболочки К L, М) атомов с высоким порядковым номером. Если при достаточно сильном внешнем воздействии, например при бомбардировке атомов вещества электронами с высокой энергией или альфа-частицами или при поглощении гамма-излучения, электрон одной из внутренних оболочек будет удален за пределы атома, то на освободившийся уровень E1 может перейти электрон, находящийся на любом другом более высоком уровне Е2. При этом излучается фотон с энергией, равной разности уровней энергии перехода hν =( E2-E1) и ν= (E2-E1)/h . Свободное место может образоваться на любом уровне внутренних оболочек, а переход на это место электрона может происходить с лю- бого более высокого уровня. В результате образуется излучение с линейчатым спектром, характерным для энергетических уровней атомов вещества, в котором оно возбуждается. Линии в спектре характеристического излучения объединяются в серии соответственно переходам электронов с любых более высоких уровней на уровни К, L,М и др Частоты спектральных линий в этих сериях зависят от атомного номера вещества, в котором возбуждается излучение..

Другим механизмом рентгеновского излучения является торможение быстро движущихся электронов электрическим полем атомов вещества, через которое они пролетают. Движущийся электрон можно рассматривать как некоторый ток, образующей свое магнитное поле, тогда замедление движения электрона равносильно снижению силы тока и соответственно изменению напряженности магнитного поля, что вызывает образование электромагнитной волны. Частота излучения, зависит от начальной кинетической энергии электрона и интенсивности его торможения. Если на вещество падает поток электронов, то для различных веществ эти условия отличаются. Даже если начальная кинетическая энергия их одинакова, то условия торможения в веществе различны, поэтому и излучаемые фотоны имеют самую разную энергию, а, следовательно, частоту или длину волны. Такое излучение называется тормозным и имеет непрерывный спектр.

57. Способы получения рентгеновского излучения: рентгеновская трубка, бетатрон.

Рентгеновская трубка - электровакуумный прибор, служащий источником рентгеновского излучения. Такое излучение возникает при торможении электронов, испускаемых катодом, и их ударе об анод (антикатод); при этом энергия электронов, ускоренных сильным электрическим полем в пространстве между анодом и катодом, частично преобразуется в энергию рентгеновского излучения. Излучение Р.т. представляет собой наложение тормозного рентгеновского излучения на характеристическое излучение вещества анода. В этом устройстве происходит следующая цепочка явлений.

Нить накала, благодаря току от специального низковольтного источника, имеет температуру поверхности порядка 2000 – 2500 К, при которой электроны вырываются из нити (явление термоэлектронной эмиссии). Эти электроны тут же подхватываются сильнейшим электрическим полем: напряжение между катодом и анодом (он традиционно называется антикатодом), создаваемое специальным высоковольтным источником, может регулироваться в пределах от нескольких киловольт до нескольких сотен киловольт. Антикатод рентгеновской трубки изготавливается из тяжелых тугоплавких металлов (вольфрам, молибден), торможение электронов сопровождается появлением рентгеновского излучения. Поток рентгеновского излучения, возникающий в поверхностном слое материала антикатода, направляется на пациента через каналы в защитной свинцовой оболочке, охватывающей рентгеновскую трубку. Для лучевой рентгеновской терапии в некоторых случаях требуется жесткое излучение, с энергией рентгеновских квантов до 45 МэВ. Рентгеновское излучение с энергией квантов столь высокого уровня получают на бетатронах. Бетатрон – ускоритель электронов. Получаемый в нем поток быстрых электронов направляется на мишень, на которой при их торможении возникает поток жесткого рентгеновского излучения. Электроны в бетатроне ускоряются в вакуумной камере под действием вихревого электрического поля в нарастающем во времени магнитном поле. При этом в течение всего цикла ускорения они движутся по круговой орбите постоянного радиуса. Тороидальная камера бетатрона находится в магнитном поле сильных электромагнитов. Если на ось камеры выведен пучок электронов и магнитное поле начинает усиливаться (возрастает ток на обмотках), то происходит явление электромагнитной индукции: и во всем объеме камеры возникает вихрь электрического поля. На электроны, в какой бы части камеры они ни находились, действует сила , направленная по касательной к оси камеры и разгоняющая их. На движущиеся в магнитном поле электроны действует сила Лоренца f = eVB, направленная в сторону центра камеры. Эта сила удерживает пучок электронов на оси камеры. По мере роста скорости разгоняемого пучка удерживающая их сила f тоже растет, так что электроны во время всего цикла разгона остаются на неизменной орбите. Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых электронов в материале мишени.

58. Применение рентгеновского излучения в диагностике. Рентгеноскопия. Рентгенография. Флюорография. Компьютерная томография.Причиной применения рентгеновского излучения в диагностике послужила их высокая проникающая способность. В настоящее время применяют несколько методов диагностики с помощью рентгеновских лучей (рентгенодиагностика). Рентгеноскопия. Рентгеновский прибор состоит из источника рентгеновских лучей (рентгеновской трубки) и флуоресцирующего экрана. После прохождения рентгеновских лучей через тело пациента врач наблюдает теневое его изображение. Между экраном и глазами врача должно быть установлено свинцовое окно для того, чтобы защитить врача от вредного действия рентгеновских лучей. Этот метод дает возможность изучить функциональное состояние некоторых органов. Недостатки этого метода – недостаточно контрастные изображения и сравнительно большие дозы излучения, получаемые пациентом во время процедуры. Рентгенография. Это метод исследования с помощью рентгеновских лучей, в ходе которого изображение записывается на фотографическую пленку. Фотографии делаются обычно в двух перпендикулярных плоскостях. Рентгеновские фотографии содержат больше деталей, чем изображение на флуоресцентном экране, и потому они являются более информативными. Они могут быть сохранены для дальнейшего анализа. Общая доза излучения меньше, чем применяемая в рентгеноскопии. Флюорография - рентгенологическое исследование, заключающееся в фотографировании флуоресцентного экрана, на который спроецировано рентгенологическое изображение , вторая методика использует послойное поперечное сканирование грудной клетки веерообразным пучком рентгеновского излучения с детектированием прошедшего излучения линейным детектором. Флюорография даёт уменьшенное изображение объекта. Наиболее распространённым диагностическим методом, использующим принцип флюорографии, является флюорография органов грудной клетки, которая применяется прежде всего для скрининга туберкулеза и злокачественных новообразований лёгких. Также в медицинской диагностике флюорография используется для изучения молочных желёз и костной системы. Компьютерная рентгеновская томография. Оснащенный вычислительной техникой осевой томографический сканер является наиболее современным аппаратом рентгенодиагностики. В последнем поколении КT используется новый принцип. Широкий пучок рентгеновских лучей в форме веера перекрывает исследуемый объект, и прошедшее сквозь тело рентгеновское излучение записывается несколькими сотнями детекторов. Время, необходимое для исследования, сокращается до 5-6 секунд. КТ характеризуется высоким разрешением, которое дает возможность различать тонкие изменения мягких тканей. КТ позволяет обнаружить такие патологические процессы, которые не могут быть обнаружены другими методами. Кроме того, использование КT позволяет уменьшить дозу рентгеновского излучения, получаемого в процессе диагностики пациентами.