A röntgensugárzás tulajdonságai és alkalmazásai. Jellegzetes röntgenfelvételek

• Minél nagyobb feszültséget kapcsolunk a cső pólusaira, annál erősebb a potenciálkülönbség rajtuk, ezért a mozgó elektronok kinetikai energiája nagyobb lesz. A csövön lévő feszültség határozza meg az elektronok sebességét és az anódanyaggal való ütközés erejét, ezért a feszültség határozza meg a keletkező röntgensugárzás hullámhosszát.

A röntgencsövek osztályozása

1. Bejelentkezés alapján
1. Diagnosztikai
2. Gyógyászati
3. Szerkezeti elemzéshez
4. Az átvilágításhoz
2. Tervezés szerint
1. Fókusz által

• Egyfókuszos (egy spirál a katódon és egy fókuszpont az anódon)
• Bifokális (két különböző méretű spirál a katódon és két fókuszpont az anódon)

1. Anód típusa szerint

• Álló (fix)
• Forgó

A röntgensugarakat nemcsak sugárdiagnosztikai, hanem terápiás célokra is használják. Amint fentebb megjegyeztük, a röntgensugárzás azon képessége, hogy elnyomja a daganatsejtek növekedését, lehetővé teszi az onkológiai betegségek sugárterápiájában történő alkalmazását. A röntgensugárzást az orvosi alkalmazási területen kívül széles körben alkalmazzák a mérnöki és műszaki területen, az anyagtudományban, a krisztallográfiában, a kémiában és a biokémiában: például lehetőség nyílik különböző termékek (sínek, hegesztési varratok) szerkezeti hibáinak azonosítására. stb.) röntgensugárzás segítségével. Az ilyen kutatás típusát defektoszkópiának nevezik. Repülőtereken, vasútállomásokon és más zsúfolt helyeken a röntgen-televíziós introszkópokat aktívan használják a kézipoggyászok és poggyászok biztonsági okokból történő átvizsgálására.

Az anód típusától függően a röntgencsövek kialakítása különbözik. Tekintettel arra, hogy az elektronok kinetikus energiájának 99% -a hőenergiává alakul, a cső működése során az anód jelentősen felmelegszik - az érzékeny volfrámcél gyakran kiég. Az anód hűtése modern röntgencsövekben történik forgatással. A forgó anód tárcsa alakú, amely egyenletesen osztja el a hőt a teljes felületén, megakadályozva a volfrám céltárgy helyi túlmelegedését.

A röntgencsövek kialakítása fókuszban is különbözik. Fókuszpont - az anód azon része, amelyen a működő röntgensugár keletkezik. Fel van osztva a valódi fókuszpontra és a hatékony fókuszpontra ( rizs. 12). Az anód szöge miatt az effektív fókuszpont kisebb, mint a valódi. A képterület méretétől függően különböző fókuszpont-méretek használatosak. Minél nagyobb a képterület, annál szélesebbnek kell lennie a fókuszpontnak, hogy a teljes képterületet lefedje. A kisebb fókuszpont azonban jobb képtisztaságot eredményez. Ezért kis képek készítésekor egy rövid filamentet használnak, és az elektronokat az anód célpontjának egy kis területére irányítják, kisebb fókuszpontot hozva létre.

Rizs. 9 - röntgencső álló anóddal.
Rizs. 10 - Röntgencső forgó anóddal.
Rizs. 11 - Röntgencsöves készülék forgó anóddal.
Rizs. A 12. ábra egy valós és hatékony fókuszpont kialakulásának diagramja.

Röntgensugárzás akkor jön létre, amikor a nagy sebességgel mozgó elektronok kölcsönhatásba lépnek az anyaggal. Amikor az elektronok bármilyen anyag atomjával ütköznek, gyorsan elveszítik mozgási energiájukat. Ebben az esetben a nagy része hővé alakul, és egy kis része, általában kevesebb, mint 1%, alakul át röntgenenergiává. Ez az energia kvantumok formájában szabadul fel – fotonoknak nevezett részecskék, amelyek energiával rendelkeznek, de nyugalmi tömegük nulla. A röntgenfotonok energiájukban különböznek, ami fordítottan arányos hullámhosszukkal. A röntgensugárzás hagyományos módszerével széles hullámhossz-tartományt kapunk, amelyet röntgenspektrumnak nevezünk. A spektrum kifejezett komponenseket tartalmaz, amint az az ábrán látható. egy.

Rizs. egy. A HAGYOMÁNYOS Röntgenspektrum folytonos spektrumból (kontinuum) és jellegzetes vonalakból (éles csúcsok) áll. A Kia és Kib vonalak a felgyorsult elektronok és a belső K-héj elektronjainak kölcsönhatása miatt keletkeznek.

A széles "kontinuumot" folytonos spektrumnak vagy fehér sugárzásnak nevezzük. A rárakódó éles csúcsokat karakterisztikus röntgen emissziós vonalaknak nevezzük. Bár a teljes spektrum az elektronok anyaggal való ütközésének eredménye, széles részének és vonalainak megjelenési mechanizmusai eltérőek. Egy anyag nagyszámú atomból áll, amelyek mindegyikének van egy atommagja, amelyet elektronhéjak vesznek körül, és egy adott elem atomjának héjában minden egyes elektron egy bizonyos diszkrét energiaszintet foglal el. Általában ezeket a héjakat vagy energiaszinteket a K, L, M stb. szimbólumokkal jelöljük, a maghoz legközelebb eső héjtól kezdve. Amikor egy kellően nagy energiájú beeső elektron ütközik az atomhoz kötött elektronok egyikével, kiüti azt a héjából. Az üres helyet egy másik elektron foglalja el a héjból, ami magasabb energiának felel meg. Ez utóbbi többletenergiát bocsát ki röntgenfoton kibocsátásával. Mivel a héjelektronok diszkrét energiaértékkel rendelkeznek, a keletkező röntgenfotonok is diszkrét spektrummal rendelkeznek. Ez bizonyos hullámhosszok éles csúcsainak felel meg, amelyek konkrét értékei a célelemtől függenek. A karakterisztikus vonalak K-, L- és M-sorozatot alkotnak, attól függően, hogy melyik héjból (K, L vagy M) távolították el az elektront. A röntgensugárzás hullámhossza és az atomszám közötti összefüggést Moseley-törvénynek nevezzük (2. ábra).

Rizs. 2. A kémiai elemek által kibocsátott JELLEMZŐ RÖNTGSUGÁRZÁS hullámhossza az elem rendszámától függ. A görbe megfelel a Moseley-törvénynek: minél nagyobb az elem rendszáma, annál rövidebb a karakterisztikus vonal hullámhossza.

Ha egy elektron ütközik egy viszonylag nehéz atommaggal, akkor lelassul, és mozgási energiája körülbelül azonos energiájú röntgenfoton formájában szabadul fel. Ha elrepül az atommag mellett, energiájának csak egy részét veszíti el, a többi pedig átkerül az útjába eső atomokhoz. Minden energiaveszteség egy bizonyos energiájú foton kibocsátásához vezet. Megjelenik egy folytonos röntgenspektrum, melynek felső határa a leggyorsabb elektron energiájának felel meg. Ez a folyamatos spektrum kialakulásának mechanizmusa, és a folytonos spektrum határát rögzítő maximális energia (vagy minimális hullámhossz) arányos a gyorsító feszültséggel, amely meghatározza a beeső elektronok sebességét. A spektrumvonalak a bombázott cél anyagát jellemzik, míg a folytonos spektrumot az elektronsugár energiája határozza meg és gyakorlatilag nem függ a célanyagtól.

Röntgensugarak nem csak elektronbombázással nyerhetők, hanem a célpont más forrásból származó röntgensugárzással történő besugárzásával is. Ebben az esetben azonban a beeső sugár energiájának nagy része a jellegzetes röntgenspektrumba kerül, és ennek nagyon kis része a folytonos spektrumba. Nyilvánvaló, hogy a beeső röntgensugárnak olyan fotonokat kell tartalmaznia, amelyek energiája elegendő a bombázott elem karakterisztikus vonalainak gerjesztéséhez. A karakterisztikus spektrumra jutó energia magas százaléka alkalmassá teszi ezt a röntgensugaras gerjesztési módszert a tudományos kutatáshoz.

Röntgencsövek. Ahhoz, hogy az elektronok anyaggal való kölcsönhatásából eredő röntgensugárzást kapjunk, szükség van egy elektronforrásra, a nagy sebességre gyorsító eszközökre, valamint egy olyan célpontra, amely képes ellenállni az elektronbombázásnak és röntgensugárzást előállítani. a kívánt intenzitást. Azt az eszközt, amely mindezzel rendelkezik, röntgencsőnek nevezik. A korai kutatók „mélyvákuum” csöveket használtak, mint például a mai kisülési csöveket. A vákuum bennük nem volt túl nagy.

A kisülési csövek kis mennyiségű gázt tartalmaznak, és ha nagy potenciálkülönbséget alkalmaznak a cső elektródáin, a gázatomok pozitív és negatív ionokká alakulnak. A pozitívak a negatív elektród (katód) felé haladnak, és ráesve elektronokat ütnek ki onnan, ezek pedig a pozitív elektród (anód) felé haladnak, és azt bombázva röntgenfoton-folyamot hoznak létre. .

A Coolidge által kifejlesztett modern röntgencsőben (3. ábra) az elektronok forrása egy magas hőmérsékletre melegített volfrámkatód. Az elektronokat nagy sebességre gyorsítja az anód (vagy antikatód) és a katód közötti nagy potenciálkülönbség. Mivel az elektronoknak anélkül kell eljutniuk az anódhoz, hogy atomokkal ütköznének, nagyon nagy vákuum szükséges, amihez a csövet jól ki kell üríteni. Ez csökkenti a megmaradt gázatomok ionizációjának valószínűségét és a kapcsolódó oldaláramokat is.

Rizs. 3. COOLIDGE RÖNTGCSÖV. Amikor elektronokkal bombázzák, a wolfram antikatód jellegzetes röntgensugarakat bocsát ki. A röntgensugár keresztmetszete kisebb, mint a tényleges besugárzott terület. 1 - elektronsugár; 2 - katód fókuszáló elektródával; 3 - üveghéj (cső); 4 - wolfram célpont (antikatód); 5 - katód izzószál; 6 - ténylegesen besugárzott terület; 7 - hatékony fókuszpont; 8 - réz anód; 9 - ablak; 10 - szórt röntgensugarak.

Az elektronokat a katódot körülvevő speciális alakú elektróda fókuszálja az anódra. Ezt az elektródát fókuszáló elektródának nevezik, és a katóddal együtt alkotja a cső "elektronikus reflektorfényét". Az elektronbombázásnak alávetett anódnak tűzálló anyagból kell készülnie, mivel a bombázó elektronok mozgási energiájának nagy része hővé alakul. Ezenkívül kívánatos, hogy az anód nagy rendszámú anyagból készüljön, hiszen a röntgen hozama az atomszám növekedésével növekszik. A leggyakrabban választott anódanyag a wolfram, amelynek rendszáma 74.

A röntgencsövek kialakítása az alkalmazástól és a követelményektől függően változhat.

Az Orosz Föderáció Oktatási és Tudományos Minisztériuma

Szövetségi Oktatási Ügynökség

GOU VPO SUSU

Fizikai Kémia Tanszék

a KSE tanfolyamon: „Röntgensugárzás”

Elkészült:

Naumova Daria Gennadievna

Ellenőrizve:

egyetemi docens, K.T.N.

Tanklevskaya N.M.

Cseljabinszk 2010

Bevezetés

I. fejezet A röntgensugarak felfedezése

Nyugta

Kölcsönhatás az anyaggal

Biológiai hatás

Bejegyzés

Alkalmazás

Hogyan készül a röntgenfelvétel

természetes röntgen

fejezet II. Radiográfia

Alkalmazás

Képszerzési módszer

A radiográfia előnyei

A radiográfia hátrányai

Fluoroszkópia

Átvételi elv

A fluoroszkópia előnyei

A fluoroszkópia hátrányai

Digitális technológiák a fluoroszkópiában

Többsoros szkennelési módszer

Következtetés

Felhasznált irodalom jegyzéke

Bevezetés

Röntgensugárzás - elektromágneses hullámok, amelyek fotonenergiáját az ultraibolya sugárzástól a gamma sugárzásig terjedő energiatartomány határozza meg, amely megfelel a 10-4 és 10² Å (10-14 és 10-8 m közötti) hullámhossz-tartománynak.

A látható fényhez hasonlóan a röntgensugarak is a fényképészeti film elfeketedését okozzák. Ez a tulajdonság nagy jelentőséggel bír az orvostudomány, az ipar és a tudományos kutatás számára. A vizsgált tárgyon áthaladva, majd a filmre esve a röntgensugárzás a belső szerkezetét ábrázolja rajta. Mivel a röntgensugárzás áthatoló ereje különböző anyagoknál eltérő, a tárgy számára kevésbé átlátszó részek világosabb területeket adnak a fényképen, mint azok, amelyeken a sugárzás jól áthatol. Így a csontszövetek kevésbé átlátszóak a röntgensugárzás számára, mint a bőrt és a belső szerveket alkotó szövetek. Ezért a röntgenfelvételen a csontok világosabb területként jelennek meg, és a törési hely, amely a sugárzás számára átlátszóbb, meglehetősen könnyen kimutatható. A röntgen képalkotást a fogászatban is használják a fogszuvasodás és tályogok kimutatására a foggyökerekben, valamint az iparban az öntvények, műanyagok és gumik repedéseinek kimutatására.

A röntgensugárzást a kémiában a vegyületek elemzésére, a fizikában pedig a kristályok szerkezetének vizsgálatára használják. A kémiai vegyületen áthaladó röntgensugár jellegzetes másodlagos sugárzást okoz, amelynek spektroszkópiai elemzése lehetővé teszi a vegyész számára a vegyület összetételének meghatározását. Kristályos anyagra eséskor röntgensugarat szórnak szét a kristály atomjai, így tiszta, szabályos folt- és csíkmintázatot adnak a fényképezőlapon, amely lehetővé teszi a kristály belső szerkezetének megállapítását.

A röntgensugárzás rákkezelésben való alkalmazása azon a tényen alapul, hogy elpusztítja a rákos sejteket. Ugyanakkor nemkívánatos hatással lehet a normál sejtekre. Ezért rendkívül óvatosan kell eljárni a röntgensugárzás alkalmazásakor.

I. fejezet A röntgensugarak felfedezése

A röntgensugarak felfedezését Wilhelm Conrad Roentgennek tulajdonítják. Ő volt az első, aki cikket közölt a röntgensugárzásról, amit röntgensugárzásnak (röntgen) nevezett el. Roentgen cikke "Az új típusú sugarakról" címmel jelent meg 1895. december 28-án a Würzburgi Physico-Medical Society folyóiratában. Bizonyítottnak tekintik azonban, hogy röntgensugarakat már korábban is készítettek. A katódsugárcsövet, amelyet Roentgen a kísérletei során használt, J. Hittorf és W. Kruks fejlesztette ki. Ez a cső röntgensugarakat termel. Ezt mutatták be Crookes kísérletei, majd 1892-től Heinrich Hertz és tanítványa, Philipp Lenard kísérletei fotólemezek megfeketítésén keresztül. Azonban egyikük sem ismerte fel felfedezésének jelentőségét, és nem tette közzé eredményeit. Nikola Tesla 1897-től kezdve kísérletezett katódsugárcsövekkel, röntgenfelvételeket kapott, de eredményeit nem tette közzé.

Emiatt Roentgen nem tudott az előtte tett felfedezésekről, és a később róla elnevezett sugarakat önállóan fedezte fel - miközben megfigyelte a katódsugárcső működése során fellépő fluoreszcenciát. Röntgen valamivel több mint egy évig (1895. november 8-tól 1897. márciusig) tanulmányozta a röntgensugárzást, és csak három viszonylag kis cikket publikált róluk, de olyan átfogó leírást adtak az új sugarakról, hogy követőinek több száz írása, majd 12 év alatt megjelent, semmi lényegeset nem tudott sem hozzátenni, sem változtatni. Röntgen, aki elvesztette érdeklődését a röntgensugarak iránt, azt mondta kollégáinak: "Már mindent leírtam, ne pazarolja az idejét." Roentgen hírnevéhez hozzájárult a felesége kezéről készült híres fénykép is, amelyet cikkében közölt (lásd a jobb oldali képet). Ez a hírnév hozta meg Roentgennek 1901-ben az első fizikai Nobel-díjat, és a Nobel-bizottság hangsúlyozta felfedezésének gyakorlati jelentőségét. 1896-ban használták először a "röntgensugarak" nevet. Egyes országokban a régi név marad - röntgen. Oroszországban a sugarakat "röntgennek" kezdték el nevezni V.K. diák javaslatára. Röntgen – Abram Fedorovich Ioffe.

Elhelyezkedés az elektromágneses hullámok skáláján

A röntgen- és gamma-sugárzás energiatartománya széles energiatartományban fedi egymást. Mindkét típusú sugárzás elektromágneses sugárzás, és azonos fotonenergiával egyenértékű. A terminológiai különbség az előfordulási módban rejlik - a röntgensugárzás elektronok részvételével (akár atomokban, akár szabadokban), míg a gamma-sugárzás az atommagok degerjesztési folyamataiban bocsát ki. A röntgenfotonok energiája 100 eV és 250 keV között van, ami 3 1016 Hz és 6 1019 Hz közötti frekvenciájú és 0,005 - 10 nm hullámhosszú sugárzásnak felel meg (nincs általánosan elfogadott definíció az X alsó határára vonatkozóan -sugártartomány a hullámhossz-skálán). A lágy röntgensugarakat a legalacsonyabb fotonenergia és sugárzási frekvencia (és a leghosszabb hullámhossz), míg a kemény röntgensugarakat a legmagasabb fotonenergia és sugárzási frekvencia (és a legrövidebb hullámhossz) jellemzi.

(Röntgenfelvétel (röntgenogram) felesége kezéről, V. K. Roentgen készítette)

Nyugta

A röntgensugarakat töltött részecskék (főleg elektronok) erős felgyorsítása vagy az atomok vagy molekulák elektronhéjában végbemenő nagy energiájú átmenetek hozzák létre. Mindkét effektust röntgencsövekben alkalmazzák, amelyekben a forró katódból kibocsátott elektronok felgyorsulnak (nem bocsátanak ki röntgensugarakat, mert túl kicsi a gyorsulás), és az anódot érintik, ahol erősen lelassulnak (ebben az esetben Röntgensugárzást bocsátanak ki: az úgynevezett . bremsstrahlung) és egyben kiütik az elektronokat annak a fémnek az atomjainak belső elektronhéjából, amelyből az anód készül. A héjakban lévő üres tereket az atom többi elektronja foglalja el. Ebben az esetben a röntgensugárzást az anód anyagára jellemző bizonyos energiával bocsátják ki (a karakterisztikus sugárzást, a frekvenciákat a Moseley törvény határozza meg:

ahol Z az anódelem rendszáma, A és B az elektronhéj n főkvantumszámának egy bizonyos értékéhez tartozó állandók). Jelenleg az anódok főként kerámiából készülnek, az a rész pedig, ahol az elektronok eltalálnak, molibdénből készül. A gyorsulás-lassulás során az elektron mozgási energiájának mindössze 1%-a jut röntgensugárzáshoz, az energia 99%-a hővé alakul.

Röntgensugárzás részecskegyorsítókban is nyerhető. úgynevezett. Szinkrotron sugárzás akkor következik be, amikor a részecskék nyalábja egy mágneses térben eltérül, aminek következtében a mozgásukra merőleges irányú gyorsulást tapasztalnak. A szinkrotron sugárzás folytonos spektrummal rendelkezik, amelynek felső határa van. Megfelelően megválasztott paraméterekkel (a mágneses tér nagysága és a részecskék energiája) röntgensugárzás is nyerhető a szinkrotron sugárzás spektrumában.

Röntgencső sematikus ábrázolása. Röntgen - röntgensugarak, K - katód, A - anód (néha antikatódnak nevezik), C - hűtőborda, Uh - katód izzószál feszültség, Ua - gyorsító feszültség, Win - vízhűtő bemenet, Wout - vízhűtő kimenet (lásd x- sugárcső) .

Kölcsönhatás az anyaggal

Szinte minden anyag törésmutatója a röntgensugárzáshoz kevéssé különbözik az egységtől. Ennek az a következménye, hogy nincs olyan anyag, amelyből röntgenlencsét lehetne készíteni. Ezen túlmenően, amikor a röntgensugárzás merőlegesen esik a felületre, szinte nem verődnek vissza. Ennek ellenére a röntgenoptikában találtak módszereket a röntgensugárzás optikai elemeinek megalkotására.

A röntgensugarak áthatolhatnak az anyagon, és a különböző anyagok eltérően szívják el őket. A röntgensugárzás abszorpciója a legfontosabb tulajdonságuk a röntgenfotózásban. A röntgensugarak intenzitása exponenciálisan csökken az elnyelő rétegben megtett út függvényében (I = I0e-kd, ahol d a rétegvastagság, a k együttható Z3λ3-mal arányos, Z az elem rendszáma, λ a hullámhossz).

Az abszorpció a fotoabszorpció és a Compton-szórás eredményeként következik be:

Fotoabszorpció alatt azt a folyamatot értjük, amely során egy elektront kiütünk az atom héjából egy foton által, amihez az szükséges, hogy a foton energiája nagyobb legyen egy bizonyos minimális értéknél. Ha figyelembe vesszük az abszorpciós aktus valószínűségét a foton energiájától függően, akkor egy bizonyos energia elérésekor az (valószínűség) meredeken megnő a maximális értékig. Nagyobb energiák esetén a valószínűség folyamatosan csökken. Emiatt a függőség miatt azt mondják, hogy van egy abszorpciós határ. Az abszorpciós aktus során kiütött elektron helyét egy másik elektron foglalja el, miközben kisebb fotonenergiájú sugárzást bocsátanak ki, az ún. fluoreszcens folyamat.

A röntgensugarak az egyik legfontosabb szerepet töltik be az atomi jelenségek tanulmányozásában és gyakorlati felhasználásában. Kutatásuknak köszönhetően számos felfedezés született és olyan anyagok elemzési módszerei születtek, amelyeket különféle területeken alkalmaznak. Itt megvizsgáljuk a röntgensugárzás egyik típusát - a jellegzetes röntgensugarakat.

A röntgensugarak természete és tulajdonságai

A röntgensugárzás az űrben körülbelül 300 000 km/s sebességgel terjedő elektromágneses mező állapotának nagyfrekvenciás változása, azaz elektromágneses hullámok. Az elektromágneses sugárzás tartományának skáláján a röntgensugarak körülbelül 10 -8 és 5∙10 -12 méter közötti hullámhossz-tartományban helyezkednek el, ami több nagyságrenddel rövidebb az optikai hullámoknál. Ez a 3∙10 16 és 6∙10 19 Hz közötti frekvenciáknak és a 10 eV és 250 keV közötti energiáknak vagy 1,6∙10 -18 és 4∙10 -14 J közötti energiáknak felel meg. Az elektromágneses sugárzás átfedésük miatt meglehetősen hagyományos.

A felgyorsult töltött részecskék (nagy energiájú elektronok) kölcsönhatása elektromos és mágneses mezőkkel és anyagatomokkal.

A röntgenfotonokat nagy energiák, valamint nagy áthatoló és ionizáló teljesítmény jellemzi, különösen az 1 nanométernél (10-9 m) kisebb hullámhosszúságú kemény röntgensugárzásnál.

A röntgensugárzás kölcsönhatásba lép az anyaggal, atomjait ionizálva a fotoelektromos hatás (fotoabszorpció) és az inkoherens (Compton) szórás folyamataiban. A fotoabszorpció során egy röntgenfoton, amelyet egy atom elektronja nyel el, energiát ad át neki. Ha értéke meghaladja az atomban lévő elektron kötési energiáját, akkor az elhagyja az atomot. A Compton-szórás a keményebb (energetikus) röntgenfotonokra jellemző. Az elnyelt foton energiájának egy részét ionizációra fordítják; ebben az esetben az elsődleges foton irányához képest bizonyos szögben egy szekunder foton bocsát ki, alacsonyabb frekvenciával.

A röntgensugárzás típusai. Bremsstrahlung

A sugarak előállításához üveg vákuumpalackokat használnak, amelyekben elektródák találhatók. Az elektródák közötti potenciálkülönbségnek nagyon nagynak kell lennie – akár több száz kilovolt is lehet. Az árammal felmelegített volfrámkatódon termikus emisszió lép fel, vagyis elektronok bocsátanak ki belőle, amelyek a potenciálkülönbséggel felgyorsítva bombázzák az anódot. Az anód (néha antikatód) atomjaival való kölcsönhatás eredményeként röntgenfotonok születnek.

Attól függően, hogy milyen folyamat vezet a foton megszületéséhez, léteznek olyan típusú röntgensugárzások, mint a bremsstrahlung és a jellegzetes.

Az elektronok az anóddal találkozva lelassulhatnak, azaz energiát veszíthetnek atomjai elektromos mezőiben. Ezt az energiát röntgenfotonok formájában bocsátják ki. Az ilyen sugárzást bremsstrahlungnak nevezik.

Nyilvánvaló, hogy a fékezési feltételek az egyes elektronok esetében eltérőek lesznek. Ez azt jelenti, hogy különböző mennyiségű kinetikus energiájuk alakul át röntgensugarakká. Ennek eredményeként a bremsstrahlung különböző frekvenciájú és ennek megfelelően hullámhosszúságú fotonokat tartalmaz. Ezért a spektruma folytonos (folyamatos). Néha ezért "fehér" röntgensugárzásnak is nevezik.

A bremsstrahlung foton energiája nem haladhatja meg az azt létrehozó elektron mozgási energiáját, így a fékezési foton maximális frekvenciája (és legkisebb hullámhossza) megfelel az anódra beeső elektronok mozgási energiájának legnagyobb értékének. Ez utóbbi az elektródákra alkalmazott potenciálkülönbségtől függ.

Van egy másik típusú röntgen, amely más folyamatból származik. Ezt a sugárzást karakterisztikusnak nevezzük, és részletesebben foglalkozunk vele.

Hogyan keletkeznek a jellegzetes röntgensugarak

Az antikatódhoz érve egy gyors elektron behatolhat az atom belsejébe, és bármelyik elektront kiüthet valamelyik alsó pályáról, vagyis a potenciálgát leküzdéséhez elegendő energiát adhat át neki. Ha azonban az atomban magasabb energiaszinteket foglalnak el az elektronok, akkor a megüresedett hely nem marad üresen.

Emlékeztetni kell arra, hogy az atom elektronszerkezete, mint minden energiarendszer, az energia minimalizálására törekszik. A kiütés következtében kialakult üresedést valamelyik magasabb szintről érkező elektron tölti ki. Energiája nagyobb, és alacsonyabb szintet foglalva többletet sugároz a jellegzetes röntgensugárzás kvantum formájában.

Az atom elektronszerkezete az elektronok lehetséges energiaállapotainak diszkrét halmaza. Ezért az elektronüres helyek pótlása során kibocsátott röntgenfotonok is csak szigorúan meghatározott, a szintkülönbséget tükröző energiaértékekkel rendelkezhetnek. Ennek eredményeként a jellegzetes röntgensugárzás spektruma nem folytonos, hanem vonalas típusú. Egy ilyen spektrum lehetővé teszi az anód anyagának jellemzését - innen származik a sugarak neve. Éppen a spektrális különbségek miatt világos, hogy mit kell érteni a bremsstrahlung és a karakterisztikus röntgensugárzás alatt.

Néha a felesleges energiát nem az atom bocsátja ki, hanem a harmadik elektron kiütésére fordítja. Ez a folyamat - az úgynevezett Auger-effektus - nagyobb valószínűséggel megy végbe, ha az elektronkötési energia nem haladja meg az 1 keV-ot. A felszabaduló Auger-elektron energiája az atom energiaszintjeinek szerkezetétől függ, így az ilyen elektronok spektruma is diszkrét.

A karakterisztikus spektrum általános képe

Keskeny karakterisztikus vonalak jelennek meg a röntgenspektrum-mintázatban, valamint folyamatos bremsstrahlung spektrum. Ha a spektrumot az intenzitás és a hullámhossz (frekvencia) függvényében ábrázoljuk, éles csúcsokat fogunk látni a vonalak helyein. Helyük az anód anyagától függ. Ezek a maximumok minden potenciálkülönbségnél jelen vannak – ha vannak röntgensugarak, mindig vannak csúcsok is. A cső elektródáin lévő feszültség növekedésével mind a folyamatos, mind a karakterisztikus röntgensugárzás intenzitása nő, de a csúcsok elhelyezkedése és intenzitásuk aránya nem változik.

A röntgenspektrum csúcsai az elektronokkal besugárzott antikatód anyagától függetlenül azonos alakúak, de különböző anyagoknál eltérő frekvencián helyezkednek el, a frekvenciaértékek közelsége szerint sorba egyesülve. Maguk a sorozatok között a frekvenciák közötti különbség sokkal jelentősebb. A maximumok alakja semmilyen módon nem függ attól, hogy az anód anyaga tiszta kémiai elemet képvisel-e, vagy összetett anyagról van-e szó. Ez utóbbi esetben az alkotóelemeinek jellemző röntgenspektrumai egyszerűen egymásra helyeződnek.

Egy kémiai elem rendszámának növekedésével a röntgenspektrum minden vonala a növekvő frekvencia felé tolódik el. A spektrum megtartja formáját.

Moseley törvénye

A karakterisztikus vonalak spektrális eltolódásának jelenségét Henry Moseley angol fizikus fedezte fel kísérletileg 1913-ban. Ez lehetővé tette számára, hogy a spektrum maximumainak frekvenciáit a kémiai elemek sorszámaihoz társítsa. Így a jellegzetes röntgensugárzás hullámhossza, mint kiderült, egyértelműen korrelálható egy adott elemmel. Általában a Moseley-törvény a következőképpen írható fel: √f = (Z - S n)/n√R, ahol f a frekvencia, Z az elem sorszáma, S n az átvilágítási állandó, n a főkvantum szám, és R a Rydberg konstans. Ez az összefüggés lineáris, és a Moseley-diagramon egyenes vonalak sorozataként jelenik meg n minden egyes értékéhez.

Az n értékei a jellegzetes röntgencsúcsok egyedi sorozatának felelnek meg. A Moseley-törvény lehetővé teszi, hogy a röntgenspektrummaximumok mért hullámhosszaiból (amelyek egyedileg kapcsolódnak a frekvenciákhoz) meghatározható egy kemény elektronok által besugárzott kémiai elem sorozatszáma.

A kémiai elemek elektronhéjának szerkezete azonos. Ezt jelzi a röntgensugarak karakterisztikus spektrumának eltolódásváltozásának monotonitása. A frekvenciaeltolódás nem szerkezeti, hanem energiakülönbséget tükröz az elektronhéjak között, minden elemnél egyedi.

A Moseley-törvény szerepe az atomfizikában

Kis eltérések vannak a Moseley-törvény által kifejezett szigorú lineáris összefüggéstől. Összefüggenek egyrészt az egyes elemek elektronhéjak kitöltési sorrendjének sajátosságaival, másrészt a nehéz atomokban az elektronok mozgásának relativisztikus hatásaival. Ezen túlmenően, ha az atommagban a neutronok száma megváltozik (az úgynevezett izotópos eltolódás), a vonalak helyzete kissé megváltozhat. Ez a hatás lehetővé tette az atomszerkezet részletes tanulmányozását.

A Moseley-törvény jelentősége rendkívül nagy. A Mengyelejev-féle periodikus rendszer elemeire való következetes alkalmazása létrehozta azt a mintát, hogy a sorozatszámot a karakterisztikus maximumok minden kis eltolódása szerint növeljék. Ez hozzájárult az elemek sorszámának fizikai jelentésére vonatkozó kérdés tisztázásához. A Z érték nem csupán egy szám: ez az atommag pozitív elektromos töltése, amely az azt alkotó részecskék egységnyi pozitív töltéseinek összege. Az elemek helyes elhelyezése a táblázatban és az üres pozíciók jelenléte benne (akkor még léteztek) erőteljes megerősítést kapott. A periodikus törvény érvényessége bebizonyosodott.

Ezenkívül a Moseley-törvény a kísérleti kutatások egész területe - a röntgenspektrometria - alapja lett.

Az atom elektronhéjainak szerkezete

Emlékezzünk vissza röviden az elektron elrendezésére: héjakból áll, amelyeket K, L, M, N, O, P, Q betűkkel vagy 1-től 7-ig terjedő számokkal jelölnek. n kvantumszám, amely meghatározza a lehetséges energiaértékeket. A külső héjakban az elektronok energiája nagyobb, és a külső elektronok ionizációs potenciálja ennek megfelelően alacsonyabb.

A shell egy vagy több alszintet tartalmaz: s, p, d, f, g, h, i. Minden shellben az alszintek száma eggyel nő az előzőhöz képest. Az egyes alszinteken és az egyes héjakban lévő elektronok száma nem haladhat meg egy bizonyos értéket. Jellemzőjük a fő kvantumszámon kívül az alakot meghatározó orbitális elektronfelhő azonos értéke. Az alszintek a hozzájuk tartozó shell címkével vannak ellátva, például 2s, 4d stb.

Az alszint tartalmazza azokat, amelyek a fő és a pálya mellett még egy kvantumszámmal vannak beállítva - mágneses, amely meghatározza az elektron keringési impulzusának vetületét a mágneses tér irányára. Egy pályán legfeljebb két elektron lehet, amelyek a negyedik kvantumszám - spin - értékében különböznek.

Nézzük meg részletesebben, hogyan keletkezik a jellegzetes röntgensugárzás. Mivel az ilyen típusú elektromágneses emisszió eredete az atomon belül fellépő jelenségekhez kapcsolódik, a legkényelmesebb az elektronikus konfigurációk közelítésében pontosan leírni.

A jellegzetes röntgensugarak keletkezésének mechanizmusa

Tehát ennek a sugárzásnak az az oka, hogy a belső héjakban elektronüres helyek keletkeznek a nagy energiájú elektronok mélyen az atomba való behatolása miatt. Annak a valószínűsége, hogy egy kemény elektron kölcsönhatásba lép, az elektronfelhők sűrűségével nő. Ezért az ütközések nagy valószínűséggel sűrűn tömörített belső héjakban, például a legalacsonyabb K-héjon belül történnek. Itt az atom ionizálódik, és az 1-es héjban üresedés képződik.

Ezt az üresedést a héjból egy nagyobb energiájú elektron tölti ki, melynek feleslegét a röntgenfoton elviszi. Ez az elektron "leeshet" a második L héjról, a harmadik M héjról és így tovább. Így jön létre a karakterisztikus sorozat, jelen példában a K-sorozat. A sorozat kijelölésénél görög index formájában adjuk meg, hogy honnan származik a megüresedett elektron. Az "alfa" azt jelenti, hogy az L-héjból származik, a "béta" - az M-héjból. Jelenleg hajlamos a görög betűindexeket a héjak jelölésére elfogadott latin betűkkel helyettesíteni.

Az alfa vonal intenzitása a sorozatban mindig a legmagasabb, ami azt jelenti, hogy a legnagyobb a valószínűsége annak, hogy egy szomszédos héjból betöltődik egy üresedés.

Most megválaszolhatjuk azt a kérdést, hogy mekkora a karakterisztikus röntgenkvantum maximális energiája. Azon szintek energiaértékeinek különbsége határozza meg, amelyek között az elektronátmenet megtörténik, az E \u003d E n 2 - E n 1 képlet szerint, ahol E n 2 és E n 1 az elektronátmenet energiái. elektronikus állapotok, amelyek között az átmenet megtörtént. Ennek a paraméternek a legmagasabb értékét a K-sorozatú átmenetek adják a nehéz elemek lehető legmagasabb atomszintjéből. De ezeknek a vonalaknak az intenzitása (csúcsmagasságok) a legkisebb, mivel ezek a legkevésbé valószínűek.

Ha az elektródák elégtelen feszültsége miatt egy kemény elektron nem tudja elérni a K-szintet, az L-szinten üresedést képez, és egy kisebb energiájú, hosszabb hullámhosszú L-sorozat keletkezik. A későbbi sorozatok is hasonló módon születnek.

Ezenkívül egy üresedés betöltésekor egy elektronikus átállás eredményeként egy új üresedés jelenik meg a fedőhéjban. Ez megteremti a feltételeket a következő sorozat generálásához. Az elektronikus üreshelyek szintről szintre feljebb mozognak, és az atom jellegzetes spektrumsorozatok kaszkádját bocsátja ki, miközben ionizált marad.

A karakterisztikus spektrumok finom szerkezete

A jellegzetes röntgensugárzás atomi röntgenspektrumait finom szerkezet jellemzi, amely az optikai spektrumokhoz hasonlóan vonalhasadásban fejeződik ki.

A finom szerkezet annak köszönhető, hogy az energiaszint - az elektronhéj - egymáshoz szorosan elhelyezkedő komponensek - alhéjak halmaza. Az alhéjak jellemzésére bevezetünk még egy j belső kvantumszámot, amely az elektron belső és orbitális mágneses momentumainak kölcsönhatását tükrözi.

A spin-pálya kölcsönhatás hatására az atom energiaszerkezete bonyolultabbá válik, és ennek eredményeként a jellegzetes röntgensugárzás olyan spektrummal rendelkezik, amelyet nagyon szorosan elhelyezkedő elemeket tartalmazó osztott vonalak jellemeznek.

A finom szerkezeti elemeket általában további digitális indexekkel jelöljük.

A jellegzetes röntgensugárzásnak van egy olyan tulajdonsága, amely csak a spektrum finom szerkezetében tükröződik. Az elektron átmenete a legalacsonyabb energiaszintre nem a fedőszint alsó részhéjáról történik. Egy ilyen eseménynek elhanyagolható a valószínűsége.

A röntgensugarak használata a spektrometriában

Ez a sugárzás a Moseley-törvényben leírt jellemzői miatt különféle röntgen-spektrális módszerek alapját képezi anyagok elemzésére. A röntgenspektrum elemzésekor vagy a sugárzás kristályos diffrakcióját (hullámdiszperziós módszer), vagy az elnyelt röntgenfotonok energiájára érzékeny detektorokat (energia-diszperzív módszer) használnak. A legtöbb elektronmikroszkóp fel van szerelve valamilyen röntgen-spektrometriás csatolással.

A hullámdiszperzív spektrometriát különösen nagy pontosság jellemzi. Speciális szűrők segítségével kiválasztják a spektrum legintenzívebb csúcsait, így szinte monokromatikus, pontosan ismert frekvenciájú sugárzás érhető el. Az anód anyagát nagyon körültekintően választják meg, hogy biztosítsák a kívánt frekvenciájú monokromatikus nyalábot. Diffrakciója a vizsgált anyag kristályrácsán lehetővé teszi a rács szerkezetének nagy pontosságú tanulmányozását. Ezt a módszert DNS és más összetett molekulák vizsgálatára is használják.

A jellegzetes röntgensugárzás egyik jellemzőjét a gamma-spektrometria is figyelembe veszi. Ez a jellemző csúcsok nagy intenzitása. A gamma-spektrométerek ólomárnyékolást használnak a méréseket zavaró külső háttérsugárzás ellen. A gamma-kvantumokat elnyelő ólom azonban belső ionizációt tapasztal, aminek következtében a röntgensugár tartományában aktívan bocsát ki. További kadmium-árnyékolást alkalmaznak az ólom jellegzetes röntgensugárzásának intenzív csúcsainak elnyelésére. Ez viszont ionizált, és röntgensugarakat is bocsát ki. A kadmium jellegzetes csúcsainak semlegesítésére egy harmadik árnyékoló réteget használnak - rezet, amelynek röntgen maximumai a gamma-spektrométer működési frekvenciatartományán kívül esnek.

A spektrometria bremsstrahlung és karakterisztikus röntgensugarakat egyaránt használ. Így az anyagok elemzése során a folytonos röntgensugárzás különböző anyagok általi abszorpciós spektrumait vizsgálják.

A röntgensugarakat véletlenül fedezte fel 1895-ben a híres német fizikus, Wilhelm Roentgen. A katódsugarakat egy alacsony nyomású gázkisüléses csőben tanulmányozta, amelynek elektródái között nagy feszültség volt. Bár a cső egy fekete dobozban volt, Roentgen észrevette, hogy egy fluoreszkáló képernyő, amely történetesen a közelben volt, minden alkalommal világít, amikor a cső működött. A csőről kiderült, hogy olyan sugárforrás, amely áthatol papíron, fán, üvegen, sőt egy fél centi vastag alumíniumlemezen is.

A röntgenvizsgálat megállapította, hogy a gázkisülési cső egy új típusú, nagy áthatoló képességű láthatatlan sugárzás forrása. A tudós nem tudta megállapítani, hogy ez a sugárzás részecskék vagy hullámok folyama-e, ezért úgy döntött, hogy röntgensugárzásnak nevezi el. Később röntgensugaraknak nevezték őket.

Ma már ismert, hogy a röntgensugarak az elektromágneses sugárzás egy formája, amelynek hullámhossza rövidebb, mint az ultraibolya elektromágneses hullámoké. A röntgensugarak hullámhossza 70-ig terjed nm 10-5-ig nm. Minél rövidebb a röntgensugárzás hullámhossza, annál nagyobb a fotonjaik energiája és annál nagyobb a behatoló ereje. Viszonylag hosszú hullámhosszú röntgensugárzás (több mint 10 nm), hívják puha. Hullámhossz 1-10 nm jellemzi kemény röntgensugarak. Nagy áthatoló erejük van.

Röntgenfelvételek készítése

Röntgensugarak akkor keletkeznek, amikor gyors elektronok vagy katódsugarak ütköznek egy kisnyomású kisülőcső falával vagy anódjával. A modern röntgencső egy evakuált üvegtartály, amelyben egy katód és egy anód található. A katód és az anód (antikatód) közötti potenciálkülönbség eléri a több száz kilovoltot. A katód egy volfrámszál, amelyet elektromos áram melegít. Ez a katód elektronkibocsátásához vezet a termikus emisszió eredményeként. Az elektronokat egy röntgencsőben lévő elektromos tér gyorsítja. Mivel a csőben nagyon kevés gázmolekula található, az elektronok gyakorlatilag nem veszítenek energiájukból az anódhoz vezető úton. Nagyon nagy sebességgel érik el az anódot.

Röntgensugarak mindig akkor keletkeznek, amikor az anód anyaga késlelteti a nagy sebességű elektronokat. Az elektronenergia nagy része hőként disszipálódik. Ezért az anódot mesterségesen kell hűteni. A röntgencsőben lévő anódnak magas olvadáspontú fémből, például volfrámból kell készülnie.

Az energia egy része, amely nem oszlik el hő formájában, elektromágneses hullámenergiává (röntgensugárzás) alakul. Így a röntgensugárzás az anódanyag elektronbombázásának eredménye. A röntgensugárzásnak két típusa van: bremsstrahlung és karakterisztikus.

Bremsstrahlung röntgen

Bremsstrahlung akkor fordul elő, amikor a nagy sebességgel mozgó elektronokat lelassítják az anódatomok elektromos mezői. Az egyes elektronok lassulási feltételei nem azonosak. Ennek eredményeként kinetikus energiájuk különböző részei a röntgensugarak energiájába kerülnek.

A bremsstrahlung spektrum független az anód anyagának természetétől. Mint tudják, a röntgenfotonok energiája határozza meg frekvenciájukat és hullámhosszukat. Ezért a bremsstrahlung röntgensugárzás nem monokromatikus. Különböző hullámhosszok jellemzik, amelyek ábrázolhatók folytonos (folyamatos) spektrum.

A röntgensugárzás energiája nem lehet nagyobb, mint az őket alkotó elektronok mozgási energiája. A legrövidebb röntgenhullámhossz a lassuló elektronok maximális kinetikus energiájának felel meg. Minél nagyobb a potenciálkülönbség a röntgencsőben, annál kisebb a röntgensugár hullámhossza.

Jellegzetes röntgenfelvételek

A jellegzetes röntgensugárzás nem folyamatos, hanem vonalspektrum. Ez a fajta sugárzás akkor következik be, amikor egy gyors elektron az anódhoz érve belép az atomok belső pályájára, és kiüti az egyik elektronjukat. Ennek eredményeként egy szabad tér jelenik meg, amelyet az egyik felső atompályáról leszálló másik elektron tölthet ki. Az elektronnak ez a magasabb energiaszintről alacsonyabb energiaszintre való átmenete bizonyos diszkrét hullámhosszú röntgensugárzást okoz. Ezért a jellegzetes röntgensugárzás rendelkezik vonalspektrum. A karakterisztikus sugárzási vonalak frekvenciája teljes mértékben függ az anódatomok elektronpályáinak szerkezetétől.

A különböző kémiai elemek jellemző sugárzásának spektrumvonalai azonos alakúak, mivel belső elektronpályáik szerkezete azonos. De hullámhosszuk és frekvenciájuk a nehéz és könnyű atomok belső pályái közötti energiakülönbségekből adódik.

A karakterisztikus röntgenspektrum vonalainak frekvenciája a fém rendszámának megfelelően változik, és a Moseley-egyenlet határozza meg: v 1/2 = A(Z-B), ahol Z- egy kémiai elem rendszáma, Aés B- állandók.

A röntgensugárzás anyaggal való kölcsönhatásának elsődleges fizikai mechanizmusai

A röntgensugarak és az anyag közötti elsődleges kölcsönhatást három mechanizmus jellemzi:

1. Koherens szórás. A kölcsönhatásnak ez a formája akkor következik be, amikor a röntgenfotonok energiája kisebb, mint az elektronok kötési energiája az atommaghoz. Ebben az esetben a foton energiája nem elegendő ahhoz, hogy elektronokat szabadítson fel az anyag atomjaiból. A fotont nem nyeli el az atom, hanem megváltoztatja a terjedés irányát. Ebben az esetben a röntgensugárzás hullámhossza változatlan marad.

2. Fotoelektromos hatás (fotoelektromos hatás). Amikor egy röntgenfoton elér egy anyagatomot, kiütheti az egyik elektront. Ez akkor fordul elő, ha a foton energiája meghaladja az elektron kötési energiáját az atommaggal. Ebben az esetben a foton elnyelődik, és az elektron kiszabadul az atomból. Ha egy foton több energiát hordoz, mint amennyi az elektron felszabadításához szükséges, akkor a fennmaradó energiát mozgási energia formájában átadja a felszabaduló elektronnak. Ez a jelenség, az úgynevezett fotoelektromos hatás, akkor lép fel, amikor viszonylag alacsony energiájú röntgensugárzás nyelődik el.

Az egyik elektronját elvesztő atom pozitív ionná válik. A szabad elektronok élettartama nagyon rövid. Semleges atomok abszorbeálják őket, amelyek negatív ionokká alakulnak. A fotoelektromos hatás eredménye az anyag intenzív ionizációja.

Ha egy röntgenfoton energiája kisebb, mint az atomok ionizációs energiája, akkor az atomok gerjesztett állapotba kerülnek, de nem ionizálódnak.

3. Inkoherens szóródás (Compton-effektus). Ezt a hatást Compton amerikai fizikus fedezte fel. Akkor fordul elő, amikor egy anyag elnyeli a kis hullámhosszú röntgensugárzást. Az ilyen röntgensugárzás fotonenergiája mindig nagyobb, mint az anyag atomjainak ionizációs energiája. A Compton-effektus egy nagyenergiájú röntgenfoton és az atom külső héjában lévő elektronok kölcsönhatásának eredménye, amely viszonylag gyengén kötődik az atommaghoz.

A nagy energiájú foton energiájának egy részét átadja az elektronnak. A gerjesztett elektron kiszabadul az atomból. Az eredeti foton többi energiája hosszabb hullámhosszú röntgenfotonként bocsátódik ki, amely bizonyos szöget zár be az elsődleges foton irányával. Egy másodlagos foton képes ionizálni egy másik atomot, és így tovább. A röntgensugarak irányának és hullámhosszának ezen változásait Compton-effektusnak nevezik.

A röntgensugárzás anyaggal való kölcsönhatásának néhány hatása

Mint fentebb említettük, a röntgensugarak képesek gerjeszteni az anyag atomjait és molekuláit. Ez bizonyos anyagok (pl. cink-szulfát) fluoreszcenciáját okozhatja. Ha párhuzamos röntgensugarat irányítanak átlátszatlan tárgyakra, akkor megfigyelhető, hogy a sugarak áthaladnak a tárgyon egy fluoreszcens anyaggal bevont képernyő elhelyezésével.

A fluoreszkáló képernyő fotófilmre cserélhető. A röntgensugárzás ugyanolyan hatással van a fényképészeti emulzióra, mint a fény. Mindkét módszert alkalmazzák a gyakorlati gyógyászatban.

A röntgensugárzás másik fontos hatása az ionizáló képességük. Ez függ a hullámhosszuktól és az energiájuktól. Ez a hatás módszert biztosít a röntgensugárzás intenzitásának mérésére. Amikor a röntgensugarak áthaladnak az ionizációs kamrán, elektromos áram keletkezik, amelynek nagysága arányos a röntgensugárzás intenzitásával.

A röntgensugárzás anyag általi elnyelése

Amikor a röntgensugarak áthaladnak az anyagon, az abszorpció és a szórás miatt energiájuk csökken. Az anyagon áthaladó párhuzamos röntgensugár intenzitásának gyengülését a Bouguer-törvény határozza meg: I = I0 e -μd, ahol én 0- a röntgensugárzás kezdeti intenzitása; én az anyagrétegen áthaladó röntgensugárzás intenzitása, d- elnyelő rétegvastagság , μ - lineáris csillapítási együttható. Ez egyenlő két mennyiség összegével: t- lineáris abszorpciós együttható és σ - lineáris szórási együttható: μ = τ+ σ

A kísérletekben azt találták, hogy a lineáris abszorpciós együttható az anyag rendszámától és a röntgensugárzás hullámhosszától függ:

τ = kρZ 3 λ 3, ahol k- egyenes arányossági együttható, ρ - az anyag sűrűsége, Z az elem rendszáma, λ a röntgensugárzás hullámhossza.

A Z-től való függés gyakorlati szempontból nagyon fontos. Például a kalcium-foszfátból álló csontok abszorpciós együtthatója csaknem 150-szer magasabb, mint a lágyszövetek abszorpciós együtthatója. Z=20 a kalcium és Z=15 a foszfor esetében). Amikor a röntgensugarak áthaladnak az emberi testen, a csontok egyértelműen kiemelkednek az izmok, kötőszövet stb. hátteréből.

Ismeretes, hogy az emésztőszervek ugyanolyan felszívódási együtthatóval rendelkeznek, mint a többi lágyszövet. De a nyelőcső, a gyomor és a belek árnyéka megkülönböztethető, ha a beteg kontrasztanyagot - bárium-szulfátot - vesz be ( Z= 56 bárium esetében). A bárium-szulfát nagyon átlátszatlan a röntgensugárzás számára, és gyakran használják a gyomor-bél traktus röntgenvizsgálatára. Bizonyos átlátszatlan keverékeket injektálnak a véráramba, hogy megvizsgálják az erek, a vesék és hasonlók állapotát. Ebben az esetben kontrasztanyagként jódot használnak, amelynek rendszáma 53.

A röntgensugárzás abszorpciójának függősége a Z a röntgensugarak esetleges káros hatásai elleni védekezésre is használják. Erre a célra ólmot használnak, az értéket Z amiért 82.

A röntgen alkalmazása az orvostudományban

A röntgensugarak diagnosztikai alkalmazásának oka nagy áthatolóképességük volt, az egyik fő A röntgen tulajdonságai. A felfedezés korai napjaiban a röntgensugarakat főként csonttörések vizsgálatára és idegen testek (például golyók) felkutatására használták az emberi testben. Jelenleg számos diagnosztikai módszert alkalmaznak röntgen segítségével (röntgendiagnosztika).

Fluoroszkópia . A röntgenkészülék egy röntgenforrásból (röntgencső) és egy fluoreszcens képernyőből áll. Miután a röntgensugarak áthaladtak a páciens testén, az orvos megfigyeli a páciens árnyékképét. A képernyő és az orvos szeme közé ólomablakot kell elhelyezni, hogy megvédje az orvost a röntgensugárzás káros hatásaitól. Ez a módszer lehetővé teszi egyes szervek funkcionális állapotának tanulmányozását. Például az orvos közvetlenül megfigyelheti a tüdő mozgását, a kontrasztanyag áthaladását a gyomor-bél traktuson. Ennek a módszernek a hátránya az elégtelen kontrasztkép és a pácienst az eljárás során kapott viszonylag nagy dózisú sugárzás.

Fluorográfia . Ez a módszer a páciens testrészének fényképezéséből áll. Ezeket általában a betegek belső szerveinek állapotának előzetes vizsgálatára használják alacsony dózisú röntgensugárzással.

Radiográfia. (röntgen röntgen). Ez egy röntgensugaras kutatási módszer, melynek során a képet fotófilmre rögzítik. A fényképek általában két egymásra merőleges síkban készülnek. Ennek a módszernek van néhány előnye. A röntgenfelvételek több részletet tartalmaznak, mint egy fluoreszkáló képernyőn látható kép, ezért informatívabbak. Elmenthetők további elemzéshez. A teljes sugárdózis kisebb, mint a fluoroszkópiában használt.

Számítógépes röntgen tomográfia . A számítógépes axiális tomográfiás szkenner a legmodernebb röntgendiagnosztikai eszköz, amely lehetővé teszi, hogy tiszta képet kapjon az emberi test bármely részéről, beleértve a szervek lágy szöveteit is.

A számítógépes tomográfiás (CT) szkennerek első generációja egy speciális röntgencsövet tartalmaz, amely egy hengeres kerethez van rögzítve. Vékony röntgensugarat irányítanak a páciensre. Két röntgendetektor van rögzítve a keret másik oldalára. A páciens a keret közepén helyezkedik el, amely 180 0 -kal el tud fordulni a teste körül.

Röntgensugár halad át egy álló tárgyon. A detektorok fogadják és rögzítik a különböző szövetek abszorpciós értékeit. A felvétel 160-szor történik, miközben a röntgencső lineárisan mozog a beolvasott sík mentén. Ezután a keretet 1 0-val elforgatjuk, és az eljárást megismételjük. A felvétel addig folytatódik, amíg a keret el nem fordul 180 0 -kal. Minden detektor 28800 képkockát (180x160) rögzít a vizsgálat során. Az információkat számítógép dolgozza fel, és egy speciális számítógépes program segítségével kép készül a kiválasztott rétegről.

A CT második generációja több röntgensugarat és legfeljebb 30 röntgendetektort használ. Ez lehetővé teszi a kutatási folyamat 18 másodpercig történő felgyorsítását.

A CT harmadik generációja új elvet alkalmaz. Széles, ventilátor formájú röntgensugár borítja be a vizsgált tárgyat, a testen áthaladó röntgensugárzást pedig több száz detektor rögzíti. A kutatáshoz szükséges idő 5-6 másodpercre csökken.

A CT számos előnnyel rendelkezik a korábbi képalkotó módszerekhez képest. Nagy felbontás jellemzi, amely lehetővé teszi a lágy szövetek finom változásainak megkülönböztetését. A CT lehetővé teszi olyan kóros folyamatok kimutatását, amelyeket más módszerekkel nem lehet kimutatni. Ezenkívül a CT alkalmazása lehetővé teszi a betegek által a diagnosztikai folyamat során kapott röntgensugárzás dózisának csökkentését.