Вплив рентгенівських променів може спричинити клітину. Принципи отримання зображення

Випромінювання рентгена представлене електромагнітними хвилями. Довжина хвилі рентгенівського випромінюванняможливо від ста до 10-3 нм. Відповідно до спеціальної шкали з електромагнітними хвилями, рентген розташувався між гамма-випромінюваннями та УФ. Х-промінь з'явився наприкінці ХІХ століття, завдяки лауреату Нобелівської премії К. Рентгену.

Магнітно-резонансна машина. Загалом, швидше за все, пацієнт тільки носять спідню білизну та надягають фартух, наданий клініками. Більшість МРТ-машин мають тунельну форму, відкриту в обох кінцівках. Пацієнт лежить на ношах, які переміщуються до апарату під час обстеження. Під час обстеження пацієнт повинен залишатися нерухомим, щоб зображення не виглядало нестійким або розмитим.

Магнітно-резонансна томографія – це безболісний тест, але той факт, що пацієнт повинен залишатися нерухомим у закритому тунелі протягом кількох хвилин, може бути дуже неприємним для деяких людей. Існують вже відкриті машини, як показано на малюнку нижче, але в цілому вони менш ефективні і зазвичай не генерують зображення з визначенням так само добре, як закриті машини.

Короткі відомості

Природа рентгенівського випромінювання отримала визнання 1895 року. Відповідно до історії, відкриття властивостей Х-променів належить фізику В. К. Рентгену. Таке відкриття стало проривом історія, що дало людині можливість застосування рентгенівського випромінювання у медицині. Чинить впливає на організм людини. Слід зазначити, що таке відкриття зробило неоціненний внесок у розвиток майбутнього всієї медицини.

Магнітно-резонансна машина також має тенденцію бути дуже галасливою, що може сприяти дискомфорту всередині нього. Щоб зменшити шумову перешкоду, потрібно передбачити захисні навушники. Деякі клініки надають слухові апарати, щоб пацієнт слухав музику під час процесу. У більшості випадків технік зазвичай залишає в руках пацієнта тип контролю, який може бути активований, якщо їм потрібно спілкуватися під час іспиту.

Яким є використання магнітного резонансу?

В даний час магнітний резонанс є огляд зображень, який пропонує нам найгостріші зображення з людського тіла. Якби це було дешеве та легке випробування, яке було б виконане, це, ймовірно, було б першим варіантом вивчення зображення у більшості випадків. Однак, це не справжня реальність. Все, що потрібно - це простий рентген для виявлення пневмонії, а в більшості випадків ультразвук більш ніж достатній для виявлення жовчного каміння або пошкодження нирок.

Таке випромінювання має відповідні електромагнітні хвилі, довжина яких становить від ста до 10-3 нм. Короткохвильове випромінювання перекривається довгохвильовим, а також навпаки.

Що стосується фокусування, то для неї використовують багатошарові дзеркала, які здатні відбивати до 40% випромінювань. Найчастіше випромінювання на організм людини створює жорсткий вплив. Однак є дзеркала увігнуті, вони схожі з оптичними, проте в них присутня зовнішня частина тарілки, яка відображає Х-промені, що м'яко впливає. Фокусування відіграє важливу роль, яка допоможе запобігти жорсткому впливу на організм.

Тому використання МРТ обмежується випадками, коли інші тести зображення не можуть бути досить хорошими. В даний час магнітний резонанс використовується для всього тіла, але він має особливе значення у неврології та ортопедії. Дослідження кровоносних судинтакож проводилося дедалі більше з магнітним резонансом; у цьому випадку він називається ангіорезонансом.

Чи слід використовувати контраст у магнітному резонансі?

Не кожен МРТ-тест потребує контрасту, особливо ортопедичної області. Однак у більшості випадків введення контрасту, перорально або внутрішньовенно, значно покращує якість зображень, що надаються. Гадоліній контрастує з низькою частотою побічних ефектів, які є рідкісним випадком виникнення алергічних реакцій.

Отримання рентгенівського випромінювання відбувається у відповідних трубках. Трубка – це спеціальна колба зі скла, яка містить високий вакуум. Трубка оснащена електродами, а саме К (катодом), а також А (анодом), до них прикріплена висока напруга. Катод - це джерело електронів, анод - металевий стрижень з похилою поверхнею. Така будова має матеріал, властивості якого теплопровідні. Вони формуються на момент бомбардування електронів. Скошений торець оснащений металевою пластиною із вольфраму.

Протипоказання магнітного резонансу

У цій групі пацієнтів введення гадолінію може призвести до серйозного ускладнення, що називається нефрогенним системним фіброзом. Однак є деякі особливі ситуації, які можуть стати на заваді завершенню іспиту. Найбільш поширена ситуація полягає в тому, що пацієнт є носієм будь-якого металевого пристрою, на який може впливати потужне магнітне поле, яке створюється магнітно-резонансною машиною.

Повідомте свого лікаря та техніку, що ви проходите тест, якщо у вас є наступні пристрої. Наприклад, стенти або судинні протези, імплантовані понад 6 тижнів, загалом безпечні. Вже є кардіостимулятор, який можна використовувати в магнітному резонансі. Тим не менш, завжди важливо інформувати медичний персонал про будь-який штучний пристрій, присутній в організмі, щоб вони могли безпечно вирішити, які ситуації схильні до ризику і які безпечні.

Рентгенівське випромінювання має джерела випромінювання може бути природними (ізотопи радіоактивні), і навіть штучні (трубки). Трубка містить вакуум і два електроди. Катодом нагріваються електрони, що набирають досить пристойну швидкість за рахунок поля. Завдяки використанню даних електронів у вакуумі відбувається взаємодія рентгенівського випромінювання з речовиною. У результаті з'являється два основних види подібних випромінювань.

Чи є магнітний резонанс кращим, ніж комп'ютерна томографія?

Протези ортодонтії, як правило, не є проблемою, але вони можуть змінити якість згенерованого зображення. Ядерний магнітний резонанс та комп'ютерна томографія – це іспити з аналогічною ефективністю. Магнітний резонанс - це вибір для дослідження пошкоджень зв'язок і сухожиль, для проблем хребта, для центральних пухлин нервової системидля дослідження неврологічних захворювань, таких як розсіяний склероз.

Переваги комп'ютерної томографії Переваги ядерного магнітного резонансу. Іонізуючі випромінювання складаються з корпускулярного випромінювання, званого альфа і бета, та електромагнітним випромінюванням того ж характеру, що і світлові або радіохвилі, звані рентгенівськими або гамма-променями. Термін іонізація вказує на здатність цих випромінювань руйнувати атомні та молекулярні зв'язки матеріалу мішені, в якому вони взаємодіють, змінюючи хімічний стан. Іонізація може викликати в живих організмах хімічні явища, які призводять до уражень, які можуть спостерігатися як на клітинному рівні, так і в організмі, що призводить до функціональних та морфологічних змін аж до загибелі клітин або їхньої радикальної трансформації.

Види рентгенівського випромінювання:

характеристичне;
гальмівне.

Близько одного відсотка енергії всіх електронів перетворюється на промені. Енергія, що залишилася, виходить у формі теплового потоку. Саме з цією метою робочу поверхню анода виготовляють за допомогою тугоплавких матеріалів.

Характеристичне випромінювання

Іонізуюче випромінювання проводиться радіонуклідами, частинками космосу, атомними електростанціями та відпрацьованими ними відходами, промисловим обладнаннямдля іонізуючого випромінювання та медичного обладнання. Діяльність, пов'язана з використанням іонізуючого випромінювання, є потенційно небезпечною для здоров'я, тому вони повинні регулюватися конкретними стандартами, званими правилами радіаційного захисту. Стандарти обговорюються на міжнародному рівні експертними групами, які утворюють Міжнародну комісію з радіаційного захисту.

Коли виникає контакт атомів анода з катодними електронами, разом із гальмівним випромінюванням утворюються Х-промені, діапазон яких має окремі лінії. Подібне випромінювання, зокрема характеристичне рентгенівське випромінювання має особливе походження.

Простими словами, електрони катода проходять до атома. Порожнє місце заповнюється тими електронами, які були у верхній оболонці, можна розрахувати коефіцієнт випромінювання. У ньому міститься набір частот, що має найменування – характеристичне рентгенівське випромінювання.

Збитки, викликані іонізуючим випромінюванням на людину, можна розрізнити за трьома основними категоріями: негайний збиток, генетичний збиток і затриманий збиток опроміненій людині. Останні є найбільш відомими і включають лейкемії та солідні пухлини. У цій патології тільки ймовірність виникнення, а не тяжкості залежить від дози опромінення, і існування межі дози обережно виключається. Ушкодження цього типу підтверджується радіобіологічними експериментами та епідеміологічними даними; частота появи більша, якщо дози високі; вони проявляються через кілька років, іноді десятиліть, від опромінення та не відрізняються від пухлин, спричинених іншими канцерогенами.

Закон Мозлі – це специфічний закон, який здатний поєднати частоту спектральних ліній вивчення характеристичного з номером хімічних елементів. Відкриття закону відбулося 1913 року завдяки Г. Мозлі. Таке відкриття є чітким доказом того, що всі елементи таблиці Менделєєва розташовані, мабуть, сприяло виведенню фізичного сенсу.

Співвідношення доза-ефект розробили протягом багатьох років на основі епідеміологічних спостережень за впливами середньої дози. Епідеміологічні дані досить численні для високих доз, рідкісні для середніх доз і відсутні в низьких дозах.

Нещодавно була поставлена під сумнів реальна небезпеканизьких доз опромінення. З одного боку, в деяких дослідженнях навіть стверджується, що низькі дози благотворно впливають на здоров'я для свого роду ефекту мігрування, званого «гормони».

З іншого боку, останні дані говорять зовсім інакше; дослідження чотирьох атомних електростанцій для використання в цивільних цілях та атомної електростанції показало зв'язок між низькою дозою опромінення та хронічним лімфоцитарним лейкозом.

Закон Мозлі ухвалює, що характеристичний діапазон не здатний виявити періодичну закономірність, яка притаманна оптичному спектру. Простими словами, Мозлі допомагає визначити номер хімічного елемента, в момент використання діапазону випромінювання характеристичного, що надало важливу роль у розташуванні елементів у таблиці.

Коли у тесті є дві лінії, жінка відчуває, що вона має змінити деякі свої звички, звички чи звички. Вагітність – це не хвороба, а унікальний стан всього організму, який потребує особливого лікування. Очевидно, що майбутнім матерям слід попрощатися з алкоголем і цигарками, обмежити вживання міцної кави, не приймати жодних ліків, не консультуючись з лікарем, не займатися екстремальними видами спорту та не зупиняти будь-які інші види діяльності, які можуть призвести до нещасних випадків.

Гальмівне випромінювання

Коли електрон пересувається у певному середовищі, він втрачає свою швидкість. З'являється негативне прискорення. Випромінювання, що утворюється в процесі гальмування електронів в аноді, отримало назву гальмівне випромінювання. Його властивості визначають на основі спеціальних факторів, а саме:

Однак не всі розуміють, що деякі тести не повинні проводитись під час вагітності. Не будучи лікарем, неможливо поділити зерно з форуму. Якщо ми маємо аналогічну ситуацію з автором вищевказаних питань, ми повинні шукати гарного гінеколога. При електромагнітному випромінюванні і, зокрема, через явища диференційованого поглинання випромінювання окремими тканинами організму лікарі рентгенівського випромінювання людського тіла задля досягнення про. Рентген – чітка картина можливих переломів, захворювань легень, пухлин чи інших аномалій.

випромінювання відбувається певними квантами, їхня енергія стосується частоти формули;
енергія електронів, що досягли анода, дорівнює;
енергія може передаватися речовині, нагрівати її.

Закон ослаблення

Речовина може контактувати з речовиною двома способами:

Високоенергетичні рентгенівські промені також використовуються у променевій терапії для деяких видів раку. Під час нормальних рутинних рентгенівських променіворганізм людини поглинає 99% випромінювання, але безпечний. Ризик для дорослої людини може бути кумулятивною дозою опромінення, яка є занадто частою. Великі дози опромінення можуть призводити до хромосомних змін і, отже, мутацій генів, а також загибелі клітин організму.

Тому невідомо, чи відчув літня людинавплив радіації, з якою він стикався кожен день під час своєї роботи, і з яким він менш обережно ставився до впливу живих організмів, ніж сьогодні. Відомо, що вплив випромінювання відчувався Склодовською - у віці 67 років вона померла від лейкемії.

фотоефект - поглинання фотона;
розсіювання.

Розсіювання буває наступним:

Пружне або когерентне. Подібне розсіювання трапляється в тому випадку, якщо не вистачає енергії фотона, щоб здійснити процес іонізації атома. Когерентне розсіювання має на увазі застосування різних способів руху, проте енергія залишається незмінною. Саме тому такий тип розсіювання зветься когерентним.
Комптонівське або некогерентне розсіювання. Даний тип розсіювання можливий тоді, якщо фотон значно більше енергії, ніж рівень енергії іонізації внутрішньої. За такого розсіювання змінюється спрямованість руху, енергія стає менше.

Треба сказати кілька слів про закон ослаблення рентгенівського випромінювання. При ньому відбувається фотоефект та розсіювання Х-променів, що слабшає пучок випромінювання. Таким чином, виникло ослаблення. Відкриття закону ослаблення має експоненційний характер. Ослаблення випромінювань спеціальними атомами має властивості адитивності. Наприклад, якщо задіяти масовий коефіцієнт по ослабленню, що стосуються окремих компонентів, можна знайти масове ослаблення більш складних елементів. У такому разі знадобиться застосування відповідної формули.

Тоді про радіацію мало відомо. Однак, коли Марії Склодовській-Кюрі та її чоловікові Пітеру вдалося ізолювати полоній від руди, а потім поради, незабаром стало ясно, що радіоактивні елементи дуже впливають на організм людини. Насамперед, вчені, які працюють з радіоактивністю, відчували опіки шкіри. Анрі Беккерель, як каже Собесчак-Марчиняк, гарячково прозирав скляний флакон, який він носив у кишені. У Кюрі були роздратовані руки, які іноді з'являлися вранці чи очищалися від шкіри.

У період інтенсивної роботи з секреції радіоактивних елементів Марія Склодовська-Кюрі вагітна тричі. Вона народила двох здорових дочок, але одна вагітність закінчилася викиднем. Вчений пояснив втрату дитини перевтомою, ще не повністю усвідомлюючи вплив на її тіло радіації.

Застосування формули дозволить дізнатися, особливості лінійного коефіцієнта ослаблення, що дорівнює сумі 3 доданків, що радять фотоефекту та розсіювання. Розмір коефіцієнта ослаблення залежить від діапазону випромінювань. Швидкість розрахунку коефіцієнта ослаблення залежить від впливу масового коефіцієнта ослаблення, що дорівнює лінійному коефіцієнту до густини елемента. Щоб визначити коефіцієнт складних речовин, знадобиться хімічна формула.

Петро Кюрі провів спеціальний експеримент. Він навмисно підійшов до своєї руки зі зразком радію. Випромінювання викликало глибокий опік. Петро спостерігав за раною і описував процес її формування та зцілення, написавши докладні нотатки. Потім ці експерименти спонукали лікарів до ідеї використання радіоактивних елементів для лікування шкірних захворювань, включаючи рак, – каже Собесчак-Марчиняк.

У той же час лікарі все частіше вивчають і все частіше усвідомлюють вплив радіації на живі організми. Не було жодних сумнівів у тому, що це може бути дуже шкідливим. Після Першої світової війни Марія почала підозрювати, що деякі її серйозні хвороби можуть бути пов'язані з її роботою. Це погано з моїми очима та вухами. Очі дуже слабкі, і мені порадили звернутися до лікаря, але, мабуть, не дуже допомогли.

Монохроматичне випромінювання

Випромінювання монохроматичне потрапляє на решітку кристалічну, дифрагується, потім відбувається поширення та розсіювання. Подібні промені здатні інтерферувати. Монохроматичне рентгенівське випромінювання із довжиною хвилі здійснює поширення графітом. Дане електромагнітне випромінювання має одну частоту.

Його можна отримати такими способами:

ґрати дифракційні;
лазер;
система призматична;
різні джерела світла;
лампа газорозрядна.

Особливості альфа-випромінювання

Альфа-випромінювання – специфічний потік, що з частинок позитивно заряджених, швидкість руху – 20 тисяч км/с. Альфа промені виникають після розпаду ядер, які мають великий порядковим номером. Потік має енергію 2-11 МеВ. Що стосується втечі альфа-часток, то все залежить від сутності речовини та її швидкості.

Важливо, що альфа-частинки відрізняються масивністю, енергійністю, викликають іонізацію.

Потік, що утворився, альфа-часток (не потік рентгенівського випромінювання) надає негативний впливорганізм людини. За допомогою аркуша паперу можна стримати альфа-частинки, тому вони не зможуть проникнути в шкіру людини.

Альфа-випромінювання не несе небезпеки організму людини до тих пір, поки радіоактивні речовини, що займаються випромінюванням альфа-часток, не проникнуть в організм крізь рану. Якщо альфа-випромінювання проникає в організм людини з повітрям, їжею, виникає серйозна небезпека для здоров'я.

Різновиди приймачів

Приймачі рентгенівського випромінювання, що є в медицині, бувають декількох типів:

лічильник дозиметричний;
плівка;
фоточутлива пластина;
екран флюоресцентний;
перетворювач електронно-оптичний.

Кожен із зазначених приймачів надає різний вплив на організм людини, оскільки працює різний діапазон. На основі даних приймачів розроблено такі методики дослідження рентгенологічного:

рентгеноскопія;
рентгенографія;
електроренгенографія;
рентгенографія дигітальна;
рентгеноскопія рентгенотелевізійна.

Вплив на організм людини

Незважаючи на величезну користь Х-променів у медицині, було встановлено, що їх вплив на організм є досить жорстким. Тому важливо застосовувати спеціальні засоби захисту у медицині.

Організм людини після рентгену:

випромінювання може стати причиною змін шкіри, появи опіків, які гояться дуже довго;
враховуючи властивості рентгена, шкода від досліджень, як і від інфрачервоного, ультрафіолетового, може мати тривалий характер. Наприклад: збільшується швидкість старіння, змінюється склад крові, ризик розвитку лейкемії;
спеціальний захист від рентгенівського випромінювання допоможе уникнути таких пошкоджень, тому знадобиться свинцеве екранування, а також управління процесом на відстані;
наслідки залежать від того, який орган піддають опроміненню, а також дозування. Наприклад, може виникнути безплідність;
систематичне опромінення викликає генетичні мутації.

Завдяки численним досвідам, дослідженням фахівці змогли підготувати відповідний захист, а також розробити міжнародний стандарт дозування опромінення.

Існують такі методи захисту:

спеціальний пристрій, здатний вберегти персонал;
колективний захист, а саме: пересувний, стаціонарний;
засоби для пацієнтів;
речовини від прямих Х-променів

Дотримуючись усіх необхідних заходів, можна убезпечити власне здоров'я.

Особливості різних випромінювань

Є кілька типів випромінювань, кожен із яких має певний діапазон дії, саме:

ультрафіолетове;
інфрачервоне;
рентгенівське.

Слід зазначити, що інфрачервоне випромінювання функціонує в діапазоні 31011 - 3,75 1014 Гц. Джерелом є тепле тіло. Наприклад, інфрачервоне випромінювання зустрічається в опалювальних батареях, печах, обігрівачах, лампах. Саме тому часто інфрачервоні хвилі називаються тепловими.

Ультрафіолетове випромінювання діє у певному діапазоні, а саме 81014до 31016Гц. Ультрафіолетове випромінювання має дуже високу хімічну активність. Лні можуть викликати зорових образів, оскільки вони невидимі.

Що ж до рентгенівського випромінювання, його діапазон становить від 3 1016до 3 1020Гц. Дуже важливо берегти себе від негативного впливу перелічених променів, оскільки наслідки можуть бути сумними!

РЕНТГЕНІВСЬКЕ ВИМИКАННЯ
невидиме випромінювання, здатне проникати, хоч і по-різному, у всі речовини. Є електромагнітним випромінюванням з довжиною хвилі близько 10-8 см. Як і видиме світло, рентгенівське випромінювання викликає почорніння фотоплівки. Ця його властивість має важливе значення для медицини, промисловості та наукових досліджень. Проходячи крізь досліджуваний об'єкт і падаючи на фотоплівку, рентгенівське випромінювання зображує на ній його внутрішню структуру. Оскільки проникаюча здатність рентгенівського випромінювання різна для різних матеріалів, менш прозорі для нього частини об'єкта дають світліші ділянки на фотознімку, ніж ті, через які випромінювання добре проникає. Так, кісткові тканинименш прозорі для рентгенівського випромінювання, ніж тканини, з яких складається шкіра та внутрішні органи. Тому на рентгенограмі кістки позначаться як світліші ділянки і прозоріше для випромінювання місце перелому може бути досить легко виявлено. Рентгенівська зйомка використовується також у стоматології для виявлення карієсу та абсцесів у корінні зубів, а також у промисловості для виявлення тріщин у лиття, пластмасах та гумах. Рентгенівське випромінювання використовується в хімії для аналізу сполук та у фізиці для дослідження структури кристалів. Пучок рентгенівського випромінювання, проходячи через хімічну сполуку, викликає характерне вторинне випромінювання, спектроскопічний аналіз якого дозволяє хіміку встановити склад сполуки. При падінні на кристалічну речовину пучок рентгенівських променів розсіюється атомами кристала, даючи чітку правильну картину плям і смуг на фотопластинці, що дозволяє встановити внутрішню структуру кристала. Застосування рентгенівського випромінювання при лікуванні раку ґрунтується на тому, що воно вбиває ракові клітини. Однак воно може вплинути і на нормальні клітини. Тому при такому використанні рентгенівського випромінювання повинна бути дотримана крайня обережність. Рентгенівське випромінювання було відкрито німецьким фізиком Ст Рентгеном (1845-1923). Його ім'я увічнено й у деяких інших фізичних термінах, пов'язаних із цим випромінюванням: рентгеном називається міжнародна одиниця дози іонізуючого випромінювання; знімок, зроблений у рентгенівському апараті, називається рентгенограмою; область радіологічної медицини, в якій використовуються рентгенівські промені для діагностики та лікування захворювань, називається рентгенологією. Рентген відкрив випромінювання в 1895 році, будучи професором фізики Вюрцбурзького університету. Проводячи експерименти з катодними променями (потоками електронів у розрядних трубках), він помітив, що розташований поблизу вакуумної трубки екран, покритий кристалічним ціаноплатінітом барію, яскраво світиться, хоча сама трубка закрита чорним картоном. Далі Рентген встановив, що проникаюча здатність виявлених невідомих променів, які він назвав Х-променями, залежить від складу поглинаючого матеріалу. Він отримав також зображення кісток власної руки, помістивши її між розрядною трубкою з катодними променями та екраном із покриттям з ціаноплатініту барію. За відкриттям Рентгена пішли експерименти інших дослідників, які виявили багато нових властивостей та можливостей застосування цього випромінювання. Великий внесок зробили М.Лауе, В.Фрідріх і П.Кніппінг, які в 1912 продемонстрували дифракцію рентгенівського випромінювання при проходженні його через кристал; У.Кулідж, який у 1913 винайшов високовакуумну рентгенівську трубку з підігрітим катодом; Г.Мозлі, який встановив у 1913 залежність між довжиною хвилі випромінювання та атомним номером елемента; Г. і Л. Бреггі, які отримали в 1915 Нобелівську премію за розробку основ рентгеноструктурного аналізу.
ОТРИМАННЯ РЕНТГЕНІВСЬКОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
Рентгенівське випромінювання виникає при взаємодії електронів, що рухаються з більшими швидкостями, з речовиною. Коли електрони стикаються з атомами будь-якої речовини, вони швидко втрачають свою кінетичну енергію. При цьому більша її частина переходить у тепло, а невелика частка, зазвичай менше 1%, перетворюється на енергію рентгенівського випромінювання. Ця енергія вивільняється у формі квантів - частинок, званих фотонами, які мають енергію, але маса спокою яких дорівнює нулю. Рентгенівські фотони відрізняються своєю енергією, обернено пропорційною їх довжині хвилі. При звичайному способі одержання рентгенівського випромінювання одержують широкий діапазон довжин хвиль, який називають рентгенівським спектром. У спектрі є яскраво виражені компоненти, як це показано на рис. 1. Широкий "континуум" називають безперервним спектром чи білим випромінюванням. Гострі піки, що накладаються на нього, називаються характеристичними рентгенівськими лініями випромінювання. Хоча весь спектр є результатом зіткнень електронів з речовиною, механізми виникнення його широкої частини і ліній різні. Речовина складається з великої кількості атомів, кожен з яких має ядро, оточене електронними оболонками, причому кожен електрон в оболонці атома даного елемента займає певний дискретний рівень енергії. Зазвичай, ці оболонки, або енергетичні рівні, позначають символами K, L, M і т.д., починаючи від найближчої до ядра оболонки. Коли електрон, що налітає, володіє досить великою енергією, співударюється з одним із пов'язаних з атомом електронів, він вибиває цей електрон з його оболонки. Спустілі місце займає інший електрон з оболонки, якій відповідає велика енергія. Цей останній дає надлишок енергії, випускаючи рентгенівський фотон. Оскільки електрони оболонок мають дискретні значення енергії, рентгенівські фотони, що виникають, теж мають дискретний спектр. Цьому відповідають гострі піки для певних довжин хвиль, конкретні значення яких залежить від елемента-мишени. Характеристичні лінії утворюють K-, L- та M-серії, залежно від того, з якої оболонки (K, L або M) був видалений електрон. Співвідношення між довжиною хвилі рентгенівського випромінювання та атомним номером називається законом Мозлі (рис. 2).

Якщо електрон наштовхується на відносно важке ядро, він гальмується, яке кінетична енергія виділяється як рентгенівського фотона приблизно тієї ж енергії. Якщо ж він пролетить повз ядро, то втратить лише частину своєї енергії, а решту буде передавати іншим атомам, що трапляються на його шляху. Кожен акт втрати енергії веде до випромінювання фотону з якоюсь енергією. Виникає безперервний рентгенівський спектр, верхня межа якого відповідає енергії найшвидшого електрона. Такий механізм утворення безперервного спектру, а максимальна енергія (або мінімальна довжина хвилі), що фіксує межу безперервного спектру, пропорційна прискорюючому напрузі, яким визначається швидкість електронів, що налітають. Спектральні лінії характеризують матеріал мішені, що бомбардується, а безперервний спектр визначається енергією електронного пучка і практично не залежить від матеріалу мішені. Рентгенівське випромінювання можна отримувати не тільки електронним бомбардуванням, а й опроміненням мішені рентгенівським випромінюванням від іншого джерела. У цьому випадку, проте, більшість енергії падаючого пучка перетворюється на характеристичний рентгенівський діапазон і дуже мала її частка посідає безперервний. Очевидно, що пучок падаючого рентгенівського випромінювання повинен містити фотони, енергія яких достатня для збудження характеристичних ліній елемента, що бомбардується. Високий відсоток енергії, що припадає на характеристичний спектр робить такий спосіб збудження рентгенівського випромінювання зручним для наукових досліджень.
Рентгенівські трубки.Щоб отримувати рентгенівське випромінювання з допомогою взаємодії електронів з речовиною, необхідно мати джерело електронів, засоби прискорення до високих швидкостей і мета, здатну витримувати електронну бомбардування і давати рентгенівське випромінювання необхідної інтенсивності. Пристрій, де все це є, називається рентгенівською трубкою. Ранні дослідники користувалися "глибоко вакуумованими" трубками типу сучасних газорозрядних. Вакуум у них був не дуже високий. У газорозрядних трубках міститься невелика кількість газу, і коли на електроди трубки подається велика різниця потенціалів, атоми газу перетворюються на позитивні та негативні іони. Позитивні рухаються до негативного електрода (катода) і, падаючи на нього, вибивають з нього електрони, а вони, у свою чергу, рухаються до позитивного електрода (анода) і, бомбардуючи його, створюють потік рентгенівських фотонів. У сучасній рентгенівській трубці, розробленій Куліджем (рис. 3), джерелом електронів є вольфрамовий катод, що нагрівається до високої температури. Електрони прискорюються до великих швидкостей високою різницею потенціалів між анодом (або антикатодом) та катодом. Оскільки електрони мають досягти анода без зіткнень з атомами, необхідний дуже високий вакуум, для чого потрібно добре відкачати трубку. Цим також знижуються ймовірність іонізації атомів газу, що залишилися, і зумовлені нею побічні струми.

Електрони фокусуються на аноді за допомогою електрода особливої форми, що оточує катод. Цей електрод називається фокусуючим і разом із катодом утворює "електронний прожектор" трубки. Анод, що піддається електронному бомбардуванню, повинен бути виготовлений з тугоплавкого матеріалу, оскільки більша частина кінетичної енергії бомбардуючих електронів перетворюється на тепло. З іншого боку, бажано, щоб анод був із матеріалу з великим атомним номером, т.к. Вихід рентгенівського випромінювання зростає зі збільшенням атомного номера. В якості матеріалу анода найчастіше вибирається вольфрам, атомний номер якого дорівнює 74. Конструкція рентгенівських трубок може бути різною залежно від умов застосування та вимог.
Виявлення РЕНТГЕНІВСЬКОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
Усі методи виявлення рентгенівського випромінювання ґрунтуються на їх взаємодії з речовиною. Детектори можуть бути двох видів: ті, що дають зображення, і ті, що його не дають. До перших відносяться пристрої рентгенівської флюорографії та рентгеноскопії, в яких пучок рентгенівського випромінювання проходить через об'єкт, що досліджується, а минуле випромінювання потрапляє на люмінесцентний екран або фотоплівку. Зображення виникає завдяки тому, що різні частини об'єкта, що досліджується, поглинають випромінювання по-різному - в залежності від товщини речовини і його складу. У детекторах з люмінесцентним екраном енергія рентгенівського випромінювання перетворюється на безпосередньо спостережуване зображення, а рентгенографії воно реєструється на чутливої емульсії і його можна спостерігати лише після прояву плівки. До другого типу детекторів відносяться найрізноманітніші пристрої, в яких енергія рентгенівського випромінювання перетворюється на електричні сигнали, що характеризують відносну інтенсивність випромінювання. Сюди входять іонізаційні камери, лічильник Гейгера, пропорційний лічильник, сцинтиляційний лічильник та деякі спеціальні детектори на основі сульфіду та селеніду кадмію. В даний час найбільш ефективними детекторами можна вважати сцинтиляційні лічильники, що добре працюють у широкому діапазоніенергій.
Див. такожДЕТЕКТОРИ ЧАСТОК . Детектор вибирається з урахуванням умов завдання. Наприклад, якщо потрібно точно виміряти інтенсивність дифрагованого рентгенівського випромінювання, то застосовуються лічильники, що дозволяють виміряти з точністю до часткою відсотка. Якщо потрібно зареєструвати дуже багато дифрагованих пучків, то доцільно користуватися рентгенівської плівкою, хоча в цьому випадку визначити інтенсивність з тією ж точністю неможливо.
РЕНТГЕНІВСЬКА ТА ГАММА-ДЕФЕКТОСКОПІЯ
Одне з найпоширеніших застосувань рентгенівського випромінювання у промисловості - контроль якості матеріалів та дефектоскопія. Рентгенівський метод є неруйнівним, так що матеріал, що перевіряється, якщо він знайдений задовольняючим необхідним вимогам, може потім використовуватися за призначенням. І рентгенівська, і гамма-дефектоскопія засновані на здатності рентгенівського випромінювання і особливостях його поглинання в матеріалах. Проникаюча здатність визначається енергією рентгенівських фотонів, яка залежить від напруги, що прискорює, в рентгенівській трубці. Тому товсті зразки і зразки з важких металів, таких, наприклад, як золото і уран, вимагають для дослідження рентгенівського джерела з більш високою напругою, а для тонких зразків достатньо джерела і з більш низькою напругою. Для гамма-дефектоскопії дуже великих виливків та великого прокату застосовуються бетатрони та лінійні прискорювачі, що прискорюють частки до енергій 25 МеВ та більше. Поглинання рентгенівського випромінювання в матеріалі залежить від товщини поглинача d і коефіцієнта поглинання m і визначається формулою I = I0e-md, де I - інтенсивність випромінювання, що пройшло через поглинач, I0 - інтенсивність падаючого випромінювання, а e = 2718 - основа натуральних логарифмів. Для даного матеріалу за даної довжини хвилі (або енергії) рентгенівського випромінювання коефіцієнт поглинання є константою. Але випромінювання рентгенівського джерела не є монохроматичним, а містить широкий спектрдовжин хвиль, унаслідок чого поглинання за однієї й тієї ж товщині поглинача залежить від довжини хвилі (частоти) випромінювання. Рентгенівське випромінювання широко застосовується у всіх галузях промисловості, пов'язаних із обробкою металів тиском. Воно також застосовується для контролю артилерійських стволів, харчових продуктів, пластмас, для перевірки складних пристроїв та систем в електронній техніці. (Для аналогічних цілей застосовується і нейтронографія, в якій замість рентгенівського випромінювання використовуються нейтронні пучки.) Рентгенівське випромінювання застосовується і для інших завдань, наприклад, для дослідження полотен живопису з метою встановлення їх справжності або виявлення додаткових шарів фарби поверх основного шару.
ДИФРАКЦІЯ РЕНТГЕНІВСЬКОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
Дифракція рентгенівського випромінювання дає важливу інформацію про тверді тіла - їх атомну структуру і форму кристалів, а також про рідини, аморфні тіла і великі молекули. Дифракційний метод застосовується також для точного (з похибкою менше 10-5) визначення міжатомних відстаней, виявлення напружень та дефектів та визначення орієнтації монокристалів. За дифракційною картиною можна ідентифікувати невідомі матеріали, а також виявити присутність у зразку домішок та визначити їх. Значення рентгенівського дифракційного методу для прогресу сучасної фізики важко переоцінити, оскільки сучасне розуміння властивостей матерії засноване в кінцевому рахунку на даних про розташування атомів у різних хімічних сполуках, характер зв'язків між ними і про дефекти структури. Головним інструментом одержання цієї інформації є дифракційний рентгенівський метод. Рентгенівська дифракційна кристалографія вкрай важлива визначення структур складних великих молекул, таких, як молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) - генетичного матеріалу живих організмів. Відразу після відкриття рентгенівського випромінювання науковий і медичний інтерес було сконцентровано як у можливості цього випромінювання проникати крізь тіла, і з його природі. Експерименти з дифракції рентгенівського випромінювання на щілинах і дифракційних решітках показували, що воно відноситься до електромагнітного випромінювання і має довжину хвилі порядку 10-8-10-9 см. Ще раніше вчені, зокрема У. Барлоу, здогадувалися, що правильна і симетрична форма природних кристалів обумовлена кристалами. У деяких випадках Барлоу вдалося правильно передбачити структуру кристала. Розмір передбачуваних міжатомних відстаней становила 10-8 див. Те, що міжатомні відстані виявилися порядку довжини хвилі рентгенівського випромінювання, у принципі дозволяло спостерігати їх дифракцію. В результаті виник задум одного з найважливіших експериментів в історії фізики. М.Лауе організував експериментальну перевірку цієї ідеї, яку провели його колеги В. Фрідріх та П. Кніпінг. У 1912 році вони втрьох опублікували свою роботу про результати дифракції рентгенівського випромінювання. Принципи дифракції рентгенівського випромінювання Щоб зрозуміти явище дифракції рентгенівського випромінювання, слід розглянути по порядку: по-перше, спектр рентгенівського випромінювання, по-друге, природу кристалічної структури і, по-третє, саме явище дифракції. Як говорилося вище, характеристичне рентгенівське випромінювання складається з серій спектральних ліній високого ступеня монохроматичності, визначених матеріалом анода. За допомогою фільтрів можна виділити найінтенсивніші з них. Тому, обравши відповідним чином матеріал анода, можна одержати джерело майже монохроматичного випромінювання з точно визначеним значенням довжини хвилі. Довжини хвиль характеристичного випромінювання зазвичай лежать у діапазоні від 2,285 для хрому до 0,558 для срібла (значення для різних елементів відомі з точністю до шести цифр). Характеристичний спектр накладається на безперервний "білий" спектр значно меншої інтенсивності, обумовлений гальмуванням в аноді електронів, що падають. Таким чином, від кожного анода можна отримати два типи випромінювання: характеристичне та гальмівне, кожне з яких відіграє важливу роль. Атоми в кристалічній структурі розташовуються з правильною періодичністю, утворюючи послідовність однакових осередків - просторові ґрати. Деякі грати (наприклад, більшість звичайних металів) досить прості, інші (наприклад, для молекул білків) дуже складні. Для кристалічної структури характерно наступне: якщо від деякої заданої точки одного осередку зміститися до відповідної точки сусіднього осередку, то виявиться таке саме атомне оточення. І якщо деякий атом розташований у тій чи іншій точці одного осередку, то в еквівалентній їй точці будь-якого сусіднього осередку буде знаходитися такий самий атом. Цей принцип суворо справедливий для ідеального, ідеально впорядкованого кристала. Проте багато кристали (наприклад, металеві тверді розчини) є у тому чи іншою мірою невпорядкованими, тобто. кристалографічно еквівалентні місця можуть бути зайняті різними атомами. У цих випадках визначається не положення кожного атома, а лише положення атома, "статистично усередненого" великою кількістю частинок (або осередків). Явище дифракції у статті ОПТИКА, і читач може звернутися до цієї статті, як рухатися далі. Там показано, що якщо хвилі (наприклад, звук, світло, рентгенівське випромінювання) проходять через невелику щілину або отвір, то останні можуть розглядатися як вторинне джерело хвиль, а зображення щілини або отвори складається з світлих і темних смуг, що чергуються. Далі, якщо є періодична структура з отворів або щілин, то в результаті посилюючої та послаблюючої інтерференції променів, що йдуть від різних отворів, виникає чітка дифракційна картина. Дифракція рентгенівського випромінювання - це колективне явище розсіювання, у якому роль отворів і центрів розсіювання грають періодично розташовані атоми кристалічної структури. Взаємне посилення їх зображень при певних кутах дає дифракційну картину, аналогічну до тієї, яка виникла б при дифракції світла на тривимірній дифракційній решітці. Розсіювання відбувається завдяки взаємодії падаючого рентгенівського випромінювання з електронами кристалі. Внаслідок того, що довжина хвилі рентгенівського випромінювання того ж порядку, що й розміри атома, довжина хвилі розсіяного рентгенівського випромінювання та сама, що і падаючого. Цей процес є результатом вимушених коливань електронів під дією рентгенівського випромінювання. Розглянемо тепер атом із хмарою зв'язаних електронів (навколишніх ядро), який падає рентгенівське випромінювання. Електрони у всіх напрямках одночасно розсіюють падаюче і випромінюють власне рентгенівське випромінювання тієї ж довжини хвилі, хоч і різної інтенсивності. Інтенсивність розсіяного випромінювання пов'язані з атомним номером елемента, т.к. атомний номер дорівнює числу орбітальних електронів, які можуть брати участь у розсіянні. (Ця залежність інтенсивності від атомного номера розсіюючого елемента і від напрямку, в якому вимірюється інтенсивність, характеризується атомним фактором розсіювання, який грає надзвичайно важливу роль в аналізі структури кристалів.) Виберемо в кристалічній структурі лінійний ланцюжок атомів, розташованих на однаковій відстані один від одного, і розглянемо їх. Вже зазначалося, що рентгенівський спектр складається з безперервної частини ("континууму") та набору інтенсивніших ліній, характерних для того елемента, який є матеріалом анода. Припустимо, ми відфільтрували безперервний спектр і отримали майже монохроматичний пучок рентгенівського випромінювання, спрямований на наш лінійний ланцюг атомів. Умова посилення (що посилює інтерференції) виконується, якщо різниця ходу хвиль, розсіяних сусідніми атомами, кратна довжини хвилі. Якщо пучок падає під кутом a0 до лінії атомів, розділених інтервалами a (період), то для кута дифракції a різниця ходу, що відповідає посиленню, запишеться у вигляді a(cos a – cosa0) = hl, де l – довжина хвилі, а h – ціле число (рис. 4 та 5).

Щоб поширити цей підхід на тривимірний кристал, необхідно лише вибрати ряди атомів за двома іншими напрямками в кристалі і вирішити спільно отримані таким чином три рівняння трьох кристалічних осей з періодами a, b і c. Два інші рівняння мають вигляд

Це - три фундаментальні рівняння Лауе для дифракції рентгенівського випромінювання, причому числа h, k і c - індекси Міллера для площини дифракції.
Див. такожКРИСТАЛИ І КРИСТАЛОГРАФІЯ. Розглядаючи будь-яке з рівнянь Лауе, наприклад, перше, можна помітити, що оскільки a, a0, l - константи, а h = 0, 1, 2, ..., його рішення можна подати у вигляді набору конусів із загальною віссю a (рис. 5). Те саме вірно для напрямків b і c. У випадку тривимірного розсіювання (дифракція) три рівняння Лауе повинні мати загальне рішення, тобто. три дифракційні конуси, розташовані на кожній з осей, повинні перетинатися; загальна лінія перетину показано на рис. 6. Спільне рішення рівнянь призводить до закону Брегга – Вульфа:

l = 2(d/n)sinq, де d - відстань між площинами з індексами h, k і c (період), n = 1, 2, ... - цілі числа (порядок дифракції), а q - кут, що утворюється падаючим пучком (а також і дифрагуючим) з площиною кристала, в якій відбувається дифракція. Аналізуючи рівняння закону Брегга - Вульфа для монокристалу, розташованого шляху монохроматичного пучка рентгенівського випромінювання, можна зробити висновок, що дифракцію непросто спостерігати, т.к. величини l і q фіксовані, а sinq МЕТОДИ ДИФРАКЦІЙНОГО АНАЛІЗУ
Метод Лауе.У методі Лауе застосовується безперервний "білий" спектр рентгенівського випромінювання, яке прямує на нерухомий монокристал. Для конкретного значення періоду d зі всього спектра автоматично вибирається відповідне умові Брегга - Вульфа значення довжини хвилі. Отримувані таким чином лауеграми дають можливість судити про напрями дифрагованих пучків і, отже, про орієнтації площин кристала, що дозволяє зробити важливі висновки щодо симетрії, орієнтації кристала і наявності в ньому дефектів. Однак, втрачається інформація про просторовий період d. На рис. 7 наводиться приклад лауеграми. Рентгенівська плівка розташовувалась з боку кристала, протилежної тій, на яку падав рентгенівський пучок із джерела.

Метод Дебая – Шеррера (для полікристалічних зразків).На відміну від попереднього методу тут використовується монохроматичне випромінювання (l = const), а варіюється кут q. Це досягається використанням полікристалічного зразка, що складається з численних дрібних кристалітів випадкової орієнтації, серед яких є такі, що задовольняють умові Брегга - Вульфа. Дифраговані пучки утворюють конуси, вісь яких спрямована вздовж пучка рентгенівського випромінювання. Для зйомки зазвичай використовується вузька смужка рентгенівської плівки в циліндричній касеті, а рентгенівські промені поширюються діаметром через отвори в плівці. Отримана в такий спосіб дебаеграма (рис. 8) містить точну інформацію періоді d, тобто. про структуру кристала, але не дає інформації, яку містить лауеграма. Тому обидва методи взаємно доповнюють одне одного. Розглянемо деякі застосування методу Дебая – Шеррера.

Ідентифікація хімічних елементів та сполук. За певним з дебаеграми куті q можна обчислити характерну для даного елемента або з'єднання міжплощинну відстань d. Нині складено безліч таблиць значень d, дозволяють ідентифікувати як той чи інший хімічний елемент чи сполуку, а й різні фазові стану однієї й тієї ж речовини, що дає хімічний аналіз. Можна також у сплавах заміщення з високою точністю визначати вміст другого компонента залежно від періоду d від концентрації.
Аналіз напруги.По виміряній різниці міжплощинних відстаней для різних напрямків в кристалах можна, знаючи модуль пружності матеріалу, з високою точністю обчислювати малі напруги в ньому.
Дослідження переважної орієнтації у кристалах.Якщо малі кристаліти в полікристалічному зразку орієнтовані не випадковим чином, то кільця на дебаеграмі матимуть різну інтенсивність. За наявності різко вираженої переважної орієнтації максимуми інтенсивності концентруються в окремих плямах на знімку, який стає схожим на знімок монокристалу. Наприклад, при глибокій холодній прокатці металевий лист набуває текстури - вираженої орієнтації кристалітів. За дебаеграмою можна будувати висновки про характер холодної обробки матеріалу.
Вивчення розмірів зерен.Якщо розмір зерен полікристалу більше 10-3 см, то лінії на дебаеграмі будуть складатися з окремих плям, оскільки в цьому випадку кількість кристалітів недостатньо для того, щоб перекрити весь діапазон значень кутів q. Якщо ж розмір кристалітів менше 10-5 см, то дифракційні лінії стають ширшими. Їх ширина обернено пропорційна розміру кристаллітів. Поширення відбувається з тієї ж причини, через яку при зменшенні числа щілин зменшується роздільна здатність дифракційної решітки. Рентгенівське випромінювання дозволяє визначати розміри зерен у діапазоні 10-7-10-6 см.
Методи монокристалів.Щоб дифракція на кристалі давала інформацію не тільки про просторовий період, але і про орієнтацію кожної сукупності дифрагирующих площин, використовуються методи монокристалу, що обертається. На кристал падає монохроматичний пучок рентгенівського випромінювання. Кристал обертається навколо головної осі, на яку виконуються рівняння Лауе. При цьому змінюється кут q, що входить у формулу Брегга – Вульфа. Дифракційні максимуми розташовуються на місці перетину дифракційних конусів Лауе з циліндричною поверхнею плівки (рис. 9). В результаті виходить дифракційна картина типу, представленої на рис. 10. Однак можливі ускладнення через перекриття різних порядків дифракції в одній точці. Метод може бути значно вдосконалений, якщо одночасно з обертанням кристала переміщати певним чином плівку.

Дослідження рідин та газів.Відомо, що рідини, гази і аморфні тіла не мають правильної кристалічної структури. Але тут між атомами в молекулах існує хімічна зв'язок, завдяки якій відстань з-поміж них залишається майже постійним, хоча самі молекули у просторі орієнтовані випадковим чином. Такі матеріали теж дають дифракційну картину із відносно невеликою кількістю розмитих максимумів. Обробка такої картини сучасними методамидозволяє отримати інформацію про структуру навіть таких некристалічних матеріалів.
СПЕКТРОХІМІЧНИЙ РЕНТГЕНІВСЬКИЙ АНАЛІЗ
Вже через кілька років після відкриття рентгенівських променів Ч. Баркла (1877-1944) виявив, що при впливі рентгенівського потоку випромінювання високої енергії на речовину виникає вторинне флуоресцентне рентгенівське випромінювання, характеристичне для досліджуваного елемента. Незабаром після цього Г.Мозлі у серії своїх експериментів виміряв довжини хвиль первинного характеристичного рентгенівського випромінювання, отриманого електронним бомбардуванням різних елементів, і вивів співвідношення між довжиною хвилі та атомним номером. Ці експерименти, а також винахід Брегг рентгенівського спектрометра заклали основу для спектрохімічного рентгенівського аналізу. Можливості рентгенівського випромінювання для хімічного аналізу були одразу усвідомлені. Були створені спектрографи з реєстрацією на фотопластинці, в яких зразок, що досліджувався, виконував роль анода рентгенівської трубки. На жаль, така техніка виявилася дуже трудомісткою, а тому застосовувалася лише тоді, коли були застосовні звичайні методи хімічного аналізу. Визначним прикладом новаторських досліджень у галузі аналітичної рентгеноспектроскопії стало відкриття в 1923 р. Хевеші та Д. Багаттям нового елемента - гафнія. Розробка потужних рентгенівських трубок для рентгенографії та чутливих детекторів для радіохімічних вимірювань під час Другої світової війни значною мірою зумовила швидке зростання рентгенівської спектрографії у наступні роки. Цей метод набув широкого поширення завдяки швидкості, зручності, характеру аналізу, що не руйнує, і можливості повної або часткової автоматизації. Він застосовується у завданнях кількісного та якісного аналізу всіх елементів з атомним номером більше 11 (натрій). І хоча рентгенівський спектрохімічний аналіз зазвичай використовується для визначення найважливіших компонентів у зразку (з вмістом 0,1-100%), у деяких випадках він придатний для концентрацій 0,005% і навіть нижче.
Рентгенівський спектрометр.Сучасний рентгенівський спектрометр складається із трьох основних систем (рис. 11): системи збудження, тобто. рентгенівської трубки з анодом з вольфраму або іншого тугоплавкого матеріалу та блоком живлення; системи аналізу, тобто. кристала-аналізатора з двома багатощілинними коліматорами, а також спектрогоніометра для точного юстування; та системи реєстрації з лічильником Гейгера або пропорційним або сцинтиляційним лічильником, а також випрямлячем, підсилювачем, перерахунковими пристроями та самописцем або іншим пристроєм, що реєструє.

Рентгенівський флуоресцентний аналіз.Аналізований зразок розташовується на шляху збуджуючого рентгенівського випромінювання. Досліджувана область зразка зазвичай виділяється маскою з отвором потрібного діаметра, а випромінювання проходить через коліматор, що формує паралельний пучок. За кристалом-аналізатором щілинний коліматор виділяє дифраговане випромінювання для детектора. Зазвичай максимальний кут q обмежується значеннями 80-85°, так що дифрагувати на кристалі-аналізаторі може тільки рентгенівське випромінювання, довжина хвилі l якого пов'язана з міжплощинною відстанню d нерівністю l Рентгенівський мікроаналіз.Описаний спектрометр з плоским кристалом-аналізатором може бути пристосований для мікроаналізу. Це досягається звуженням первинного пучка рентгенівського випромінювання, або вторинного пучка, що випускається зразком. Однак зменшення ефективного розміру зразка або апертури випромінювання призводить до зменшення інтенсивності дифрагованого випромінювання, що реєструється. Поліпшення цього методу може бути досягнуто застосуванням спектрометра з вигнутим кристалом, що дозволяє реєструвати конус випромінювання, що розходиться, а не тільки випромінювання, паралельне осі коліматора. За допомогою такого спектрометра можна ідентифікувати частинки розміром менше ніж 25 мкм. Ще більше зменшення розміру зразка, що аналізується, досягається в електронно-зондовому рентгенівському мікроаналізаторі, винайденому Р. Кастеном. Тут гостросфокусованим електронним променем порушується характеристичне рентгенівське випромінювання зразка, яке потім аналізується спектрометром із вигнутим кристалом. За допомогою такого приладу вдається виявляти кількість речовини близько 10-14 г у зразку діаметром 1 мкм. Були також розроблені установки з електроннопроменевим скануванням зразка, за допомогою яких можна отримати двовимірну картину розподілу за зразком того елемента, на випромінювання якого характерний спектрометр.
МЕДИЧНА РЕНТГЕНОДІАГНОСТИКА
Розвиток техніки рентгенівських дослідженьдозволило значно скоротити час експозиції та покращити якість зображень, що дозволяють вивчати навіть м'які тканини.
Флюорографія.Цей метод діагностики полягає у фотографуванні тіньового зображення з екрана, що просвічує. Пацієнт знаходиться між джерелом рентгенівського випромінювання та плоским екраном з люмінофора (зазвичай іодиду цезію), який під дією рентгенівського випромінювання світиться. Біологічні тканини того чи іншого ступеня густини створюють тіні рентгенівського випромінювання, що мають різний ступінь інтенсивності. Лікар-рентгенолог досліджує тіньове зображення на люмінесцентному екрані та ставить діагноз. У минулому рентгенолог, аналізуючи зображення, покладався на зір. Зараз є різноманітні системи, що підсилюють зображення, що виводять його на телевізійний екран або записують дані в пам'яті комп'ютера.
Рентгенографія.Запис рентгенівського зображення безпосередньо на фотоплівці називається рентгенографією. У цьому випадку досліджуваний орган розташовується між джерелом рентгенівського випромінювання і фотоплівкою, яка фіксує інформацію про стан органу Наразічасу. Повторна рентгенографія дає можливість будувати висновки про його подальшої еволюції. Рентгенографія дозволяє дуже точно дослідити цілісність кісткових тканин, які складаються в основному з кальцію та непрозорі для рентгенівського випромінювання, а також розриви м'язових тканин. З її допомогою краще, ніж стетоскопом чи прослуховуванням, аналізується стан легень при запаленні, туберкульозі чи наявності рідини. За допомогою рентгенографії визначаються розмір і форма серця, а також динаміка його змін у пацієнтів, які страждають на серцеві захворювання.
Контрастні речовини.Прозорі для рентгенівського випромінювання частини тіла та порожнини окремих органів стають видимими, якщо їх заповнити контрастною речовиною, нешкідливою для організму, але що дозволяє візуалізувати форму внутрішніх органів та перевірити їх функціонування. Контрастні речовини пацієнт або приймає внутрішньо (як, наприклад, барієві солі при дослідженні шлунково-кишковий тракт), або вони вводяться внутрішньовенно (як, наприклад, йодовмісні розчини при дослідженні нирок і сечовивідних шляхів). Останніми роками, проте, ці методи витісняються методами діагностики, заснованими на застосуванні радіоактивних атомів та ультразвуку.
Комп'ютерна томографія.У 1970-х роках розвинуто новий метод рентгенівської діагностики, заснований на повній зйомці тіла або його частин. Зображення тонких шарів ("зрізів") обробляються комп'ютером, і остаточне зображення виводиться екран монітора. Такий метод називається комп'ютерною рентгенівською томографією. Він широко застосовується у сучасній медицині для діагностики інфільтратів, пухлин та інших порушень мозку, а також для діагностики захворювань м'яких тканин усередині тіла. Ця методика не вимагає введення сторонніх контрастних речовин і тому є швидкою та ефективнішою, ніж традиційні методики.
БІОЛОГІЧНА ДІЯ РЕНТГЕНІВСЬКОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
Шкідлива біологічна дія рентгенівського випромінювання виявилося невдовзі після відкриття Рентгеном. Виявилося, що нове випромінювання може викликати щось на кшталт сильного сонячного опіку (еритему), що супроводжується глибшим і стійким ушкодженням шкіри. Виразки, що з'являлися, нерідко переходили в рак. У багатьох випадках доводилося ампутувати пальці чи руки. Траплялися і смерті. Було встановлено, що ураження шкіри можна уникнути, зменшивши час та дозу опромінення, застосовуючи екранування (наприклад, свинець) та засоби дистанційного керування. Але поступово виявилися й інші, більш довготривалі наслідки рентгенівського опромінення, які потім підтверджені і вивчені на піддослідних тварин. До ефектів, зумовлених дією рентгенівського випромінювання, а також інших іонізуючих випромінювань (таких як гамма-випромінювання, що випускається радіоактивними матеріалами) відносяться: 1) тимчасові зміни у складі крові після відносно невеликого надмірного опромінення; 2) незворотні зміни у складі крові (гемолітична анемія) після тривалого надмірного опромінення; 3) зростання захворюваності на рак (включаючи лейкемію); 4) швидше старіння і рання смерть; 5) виникнення катаракт. До того ж, біологічні експерименти на мишах, кроликах і мушках (дрозофілах) показали, що навіть малі дози систематичного опромінення великих популяцій внаслідок збільшення темпу мутації призводять до шкідливих генетичних ефектів. Більшість генетиків визнає застосування цих даних і до людського організму. Що ж до біологічного впливу рентгенівського випромінювання на людський організм, воно визначається рівнем дози опромінення, і навіть тим, який саме орган тіла піддавався опромінення. Так, наприклад, захворювання крові викликаються опроміненням кровотворних органів, головним чином кісткового мозку, а генетичні наслідки - опроміненням статевих органів, які можуть призвести також і до стерильності. Накопичення знань про вплив рентгенівського випромінювання на організм людини призвело до розробки національних та міжнародних стандартів на допустимі дози опромінення, опублікованих у різних довідкових виданнях. Крім рентгенівського випромінювання, яке цілеспрямовано використовується людиною, є і так зване розсіяне, побічне випромінювання, що виникає різних причиннаприклад, внаслідок розсіювання через недосконалість свинцевого захисного екрану, який це випромінювання не поглинає повністю. Крім того, багато електричних приладів, не призначені для отримання рентгенівського випромінювання, генерують його як побічний продукт. До таких приладів належать електронні мікроскопи, високовольтні лампи випрямлення (кенотрони), а також кінескопи застарілих кольорових телевізорів. Виробництво сучасних кольорових кінескопів у багатьох країнах зараз перебуває під урядовим контролем.
НЕБЕЗПЕЧНІ ФАКТОРИ РЕНТГЕНІВСЬКОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
Види та ступінь небезпеки рентгенівського опромінення для людей залежать від контингенту осіб, схильних до опромінення.
Професіонали, які працюють із рентгенівською апаратурою.Ця категорія охоплює лікарів-рентгенологів, стоматологів, а також науково-технічних працівників та персонал, який обслуговує та використовує рентгенівську апаратуру. Вживаються ефективні заходи щодо зниження рівня радіації, з яким їм доводиться мати справу.
Пацієнти.Суворих критеріїв тут не існує, і безпечний рівень опромінення, який отримують пацієнти під час лікування, визначається лікарями. Лікарям не рекомендується без необхідності піддавати пацієнтам рентгенівське обстеження. Особливу обережність слід виявляти під час обстеження вагітних жінок та дітей. І тут вживаються спеціальні заходи.
Методи контролю.Тут маються на увазі три аспекти:
1) наявність адекватного обладнання; 2) контроль за дотриманням правил техніки безпеки; 3) правильне використання обладнання. При рентгенівському обстеженні впливу опромінення повинен піддаватися лише потрібна ділянка, чи це стоматологічні обстеження чи обстеження легень. Зауважимо, що відразу після вимкнення рентгенівського апарату зникає як первинне, так і вторинне випромінювання; відсутня також і якесь залишкове випромінювання, про що не завжди знають навіть ті, хто по своїй роботі з ним безпосередньо пов'язаний.
Див. також