DRT 속성과 엑스레이 생성. X선의 기본 속성

X선 방사선은 현대 의학에서 중요한 역할을 하며 X선 발견의 역사는 19세기로 거슬러 올라갑니다.

X선은 전자의 참여로 생성되는 전자기파입니다. 하전 입자의 강한 가속으로 인공 엑스레이가 생성됩니다. 특수 장비를 통과합니다.

입자 가속기.

발견 이력

이 광선은 독일 과학자 Roentgen에 의해 1895년에 발명되었습니다. 그는 음극선관으로 작업하는 동안 바륨 백금 시안화물의 형광 효과를 발견했습니다. 그런 다음 그러한 광선과 신체 조직을 관통하는 놀라운 능력에 대한 설명이 있었습니다. 광선은 엑스레이(x-ray)라고 불리기 시작했습니다. 나중에 러시아에서는 X선이라고 부르기 시작했습니다.

엑스레이는 벽을 통해서도 투과할 수 있습니다. 그래서 Roentgen은 자신이 의학 분야에서 가장 위대한 발견을 했다는 것을 깨달았습니다. 그때부터 방사선과와 방사선과 같은 과학의 별도 섹션이 형성되기 시작했습니다.

광선은 연조직을 관통할 수 있지만 지연되며 길이는 단단한 표면의 장애물에 의해 결정됩니다. 인체의 연조직은 피부이고 경조직은 뼈입니다. 1901년 과학자는 노벨상을 받았습니다.

그러나 Wilhelm Conrad Roentgen의 발견 이전에도 다른 과학자들도 비슷한 주제에 관심을 보였습니다. 1853년 프랑스 물리학자 Antoine-Philiber Mason은 유리관의 전극 사이의 고전압 방전을 연구했습니다. 낮은 압력에서 그 안에 포함된 가스는 붉은 빛을 발하기 시작했습니다. 튜브에서 과도한 가스를 펌핑하면 광선이 가스의 양에 따라 달라지는 개별 발광층의 복잡한 시퀀스로 붕괴됩니다.

1878년 William Crookes(영국 물리학자)는 튜브의 유리 표면에 광선이 충돌하기 때문에 형광이 발생한다고 제안했습니다. 그러나 이러한 모든 연구는 어디에도 출판되지 않았으므로 Roentgen은 그러한 발견에 대해 알지 못했습니다. 1895년 그의 발견이 과학 저널에 발표된 후 과학자는 모든 신체가 이러한 광선에 투명하다고 썼지만 정도는 매우 달랐습니다. 다른 과학자들은 유사한 실험에 관심을 갖게 되었습니다. 그들은 뢴트겐의 발명을 확인했고 엑스레이의 추가 개발과 개선이 시작되었습니다.

빌헬름 뢴트겐 자신은 1896년과 1897년에 엑스레이 주제에 관한 두 편의 과학 논문을 더 발표한 후 다른 활동을 시작했습니다. 따라서 여러 과학자가 발명했지만 이 주제에 대한 과학 논문을 발표한 사람은 Roentgen이었습니다.

이미징 원리

이 방사선의 특징은 외관의 본질에 의해 결정됩니다. 전자기파로 인해 방사선이 발생합니다. 주요 속성은 다음과 같습니다.

반사. 파도가 표면에 수직으로 부딪히면 반사되지 않습니다. 어떤 경우에는 다이아몬드가 반사 속성을 가지고 있습니다.
조직을 관통하는 능력. 또한 광선은 나무, 종이 등과 같은 재료의 불투명한 표면을 통과할 수 있습니다.
흡수성. 흡수는 물질의 밀도에 따라 다릅니다. 밀도가 높을수록 더 많은 X선이 흡수합니다.
일부 물질은 형광, 즉 빛납니다. 방사선이 멈추면 광선도 사라집니다. 광선의 작용이 멈춘 후에도 계속되면 이 효과를 인광이라고 합니다.
X선은 가시광선처럼 사진 필름을 밝힐 수 있습니다.
빔이 공기를 통과하면 대기에서 이온화가 발생합니다. 이 상태를 전기전도성이라고 하며 방사선량의 비율을 설정하는 선량계를 사용하여 결정됩니다.

방사선 - 피해와 이익

발견이 이루어졌을 때 물리학자 뢴트겐은 그의 발명이 얼마나 위험한지 상상조차 할 수 없었습니다. 옛날에는 방사선을 발생시키는 모든 장치가 완벽하지 않았기 때문에 많은 양의 방사선이 방출되었습니다. 사람들은 그러한 방사선의 위험성을 이해하지 못했습니다. 일부 과학자들은 엑스레이의 위험성에 대한 버전을 제시하기도 했습니다.

조직에 침투하는 X선은 생물학적 영향을 미칩니다. 방사선량의 측정 단위는 시간당 뢴트겐입니다. 주요 영향은 조직 내부에 있는 이온화 원자에 있습니다. 이 광선은 살아있는 세포의 DNA 구조에 직접 작용합니다. 통제되지 않은 방사선의 결과는 다음과 같습니다.

세포 돌연변이;
종양의 출현;
방사선 화상;
방사선 질병.

엑스레이 검사에 대한 금기 사항:

환자들은 위독한 상태입니다.
태아에 대한 부정적인 영향으로 인한 임신 기간.
출혈 또는 개방성 기흉이 있는 환자.

엑스레이의 작동 원리 및 사용 위치

의학에서. X선 진단은 체내의 특정 장애를 식별하기 위해 생체 조직을 반투명하게 하는 데 사용됩니다. X 선 요법은 종양 형성을 제거하기 위해 수행됩니다.
과학에서. 물질의 구조와 X선의 성질이 밝혀진다. 이러한 문제는 화학, 생화학, 결정학과 같은 과학에서 처리됩니다.
업계에서. 금속 제품의 위반 사항을 감지합니다.
인구의 안전을 위해. 공항 및 기타 공공 장소에 X-ray 빔을 설치하여 수하물을 스캔합니다.

X선 방사선의 의료적 사용. X선은 의학 및 치과에서 다음과 같은 목적으로 널리 사용됩니다.

질병 진단용.
신진 대사 과정을 모니터링합니다.
많은 질병의 치료를 위해.

의료 목적으로 엑스레이 사용

골절을 감지하는 것 외에도 엑스레이는 의료 목적으로 널리 사용됩니다. 엑스레이의 전문화된 적용은 다음과 같은 목표를 달성하는 것입니다.

암세포를 파괴합니다.
종양의 크기를 줄이기 위해.
통증을 줄이기 위해.

예를 들어, 내분비 질환에 사용되는 방사성 요오드는 갑상선암에 적극적으로 사용되어 많은 사람들이 이 끔찍한 질병을 퇴치할 수 있도록 돕습니다. 현재는 복잡한 질병을 진단하기 위해 엑스레이가 컴퓨터와 연결되어 컴퓨터 단층촬영 등 최신 연구 방법이 등장하고 있다.

이러한 스캔은 의사에게 사람의 내부 장기를 보여주는 컬러 이미지를 제공합니다. 내부 장기의 작업을 감지하려면 소량의 방사선으로 충분합니다. 엑스레이는 물리 치료에도 널리 사용됩니다.

X선의 기본 속성

관통 능력. 모든 신체는 엑스레이에 투명하며 투명도는 신체의 두께에 따라 다릅니다. 이 속성 때문에 빔이 신체의 장기 기능, 골절 및 이물질의 존재를 감지하기 위해 의학에서 사용되기 시작했습니다.
그들은 일부 물체의 빛을 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 판지에 바륨과 백금을 바르면 빔 스캐닝을 통과한 후 녹색을 띤 노란색으로 빛납니다. 엑스레이 튜브와 스크린 사이에 손을 놓으면 빛이 조직보다 뼈에 더 많이 침투하므로 뼈 조직이 화면에서 가장 밝게 빛나고 근육 조직은 덜 밝습니다.
영화에 대한 액션. X선은 빛과 마찬가지로 필름을 어둡게 할 수 있으므로 X선으로 물체를 검사할 때 얻어지는 그림자 면을 촬영할 수 있습니다.
X선은 가스를 이온화할 수 있습니다. 이를 통해 광선을 찾을 수 있을 뿐만 아니라 가스의 이온화 전류를 측정하여 광선의 강도를 알 수 있습니다.
그들은 살아있는 존재의 몸에 생화학 적 영향을 미칩니다. 이러한 특성 덕분에 X선은 의학 분야에서 폭넓게 응용되고 있습니다. 피부 질환과 내부 장기의 질병을 모두 치료할 수 있습니다. 이 경우 원하는 방사선량과 광선의 지속 시간이 선택됩니다. 이러한 치료법을 장기간 과도하게 사용하면 신체에 매우 해롭고 해로울 수 있습니다.

엑스레이 사용의 결과는 많은 인명을 구했습니다. X 선은 적시에 질병을 진단하는 데 도움이 될뿐만 아니라 방사선 요법을 사용한 치료 방법은 갑상선 기능 항진증에서 뼈 조직의 악성 종양에 이르기까지 다양한 병리학 환자를 완화시킵니다.

러시아 연방 교육 과학부

연방 교육청

구 오포 수수

물리화학과

KSE 과정에서 : "X-ray 방사선"

완전한:

나우모바 다리아 겐나디예브나

확인됨:

부교수, K.T.N.

Tanklevskaya N.M.

첼랴빈스크 2010

소개

제1장 X선의 발견

영수증

물질과의 상호작용

생물학적 영향

등록

애플리케이션

엑스레이를 찍는 방법

자연 엑스레이

2장. 방사선 촬영

애플리케이션

이미지 획득 방법

방사선 촬영의 이점

방사선 촬영의 단점

투시

접수 원칙

형광투시법의 이점

투시법의 단점

형광투시 분야의 디지털 기술

여러 줄 스캐닝 방법

결론

중고 문헌 목록

소개

X선 방사선 - 전자기파, 그 광자 에너지는 10-4 ~ 10² Å(10-14 ~ 10-8 m)의 파장 범위에 해당하는 자외선에서 감마선까지의 에너지 범위에 의해 결정됩니다.

가시광선과 마찬가지로 X선은 사진 필름을 검게 만듭니다. 이 속성은 의학, 산업 및 과학 연구에 매우 중요합니다. 연구 중인 물체를 통과한 후 필름에 떨어지는 X선 방사선은 물체의 내부 구조를 묘사합니다. X선 방사선의 투과력은 재료에 따라 다르기 때문에 물체의 투과성이 떨어지는 부분은 방사선이 잘 투과되는 부분보다 사진에서 더 밝은 영역을 제공합니다. 따라서 뼈 조직은 피부와 내부 장기를 구성하는 조직보다 엑스레이에 덜 투명합니다. 따라서 방사선 사진에서 뼈는 밝은 부분으로 표시되고 방사선에 대해 더 투명한 골절 부위는 매우 쉽게 감지할 수 있습니다. X선 영상은 또한 치과에서 치아 뿌리의 우식과 농양을 감지하는 데 사용되며 산업계에서는 주물, 플라스틱 및 고무의 균열을 감지하는 데에도 사용됩니다.

X선은 화학에서 화합물을 분석하는 데 사용되며 물리학에서는 결정 구조를 연구하는 데 사용됩니다. 화합물을 통과하는 X선 빔은 특성 2차 방사선을 일으키며, 이에 대한 분광 분석을 통해 화학자는 화합물의 조성을 결정할 수 있습니다. 결정체에 떨어지면 X선 빔이 결정의 원자에 의해 산란되어 사진판에 깨끗하고 규칙적인 반점과 줄무늬 패턴을 만들어 결정의 내부 구조를 확립할 수 있습니다.

암 치료에 X선을 사용하는 것은 그것이 암세포를 죽인다는 사실에 근거합니다. 그러나 정상 세포에도 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 이러한 엑스레이 사용에는 각별한 주의가 필요합니다.

제1장 X선의 발견

X선의 발견은 Wilhelm Conrad Roentgen에 기인합니다. 그는 엑스레이(x-ray)라고 불렀던 엑스레이에 관한 기사를 처음으로 발표했습니다. "새로운 유형의 광선"이라는 제목의 Roentgen의 기사는 1895년 12월 28일 Würzburg Physico-Medical Society 저널에 게재되었습니다. 그러나 이미 엑스레이를 촬영한 적이 있는 것으로 판명된 것으로 판단된다. Roentgen이 실험에 사용한 음극선관은 J. Hittorf와 W. Kruks에 의해 개발되었습니다. 이 튜브는 X선을 생성합니다. 이것은 크룩스의 실험과 1892년부터 하인리히 헤르츠와 그의 제자인 필립 레나드가 사진판을 검게 만드는 실험에서 나타났습니다. 그러나 그들 중 누구도 발견의 중요성을 깨닫지 못하고 결과를 발표하지 않았습니다. 또한 Nikola Tesla는 1897년부터 음극선관을 실험하여 엑스레이를 받았지만 결과를 발표하지 않았습니다.

이러한 이유로 Roentgen은 그의 이전 발견에 대해 알지 못하고 나중에 그의 이름을 따서 명명 된 광선을 독립적으로 발견했습니다. 음극선관 작동 중에 발생하는 형광을 관찰했습니다. 뢴트겐은 1년 조금 넘게(1895년 11월 8일부터 1897년 3월까지) X선을 연구했고 이에 관한 비교적 작은 세 편의 논문만 발표했지만, 그들은 새로운 광선에 대한 포괄적인 설명을 제공하여 그의 추종자들이 작성한 수백 편의 논문, 12년에 걸쳐 출판된 이 책은 필수적인 것을 추가하거나 변경할 수 없습니다. 엑스레이에 대한 관심을 잃은 뢴트겐은 동료들에게 "나는 이미 모든 것을 썼습니다. 시간을 낭비하지 마십시오."라고 말했습니다. 또한 Roentgen의 명성에 기여한 것은 그의 아내의 손을 찍은 유명한 사진으로 그가 그의 기사에 게재했습니다(오른쪽 이미지 참조). 이러한 명성으로 인해 뢴트겐은 1901년 최초의 노벨 물리학상을 받았고, 노벨 위원회는 그의 발견의 실질적인 중요성을 강조했습니다. 1896년에 "X선"이라는 이름이 처음 사용되었습니다. 일부 국가에서는 이전 이름인 X-레이가 남아 있습니다. 러시아에서는 학생 V.K의 제안으로 광선이 "X-ray"라고 불리기 시작했습니다. 뢴트겐 - 아브람 페도로비치 이오페.

전자파 규모에서의 위치

X선과 감마선의 에너지 범위는 넓은 에너지 범위에서 겹칩니다. 두 유형의 복사는 모두 전자기 복사이며 동일한 광자 에너지에 대해 동일합니다. 용어상의 차이점은 발생 방식에 있습니다. X선은 전자(원자 또는 자유 전자)의 참여로 방출되는 반면 감마선은 원자핵의 여기가 제거되는 과정에서 방출됩니다. X선 광자는 100eV~250keV의 에너지를 가지며, 이는 3×1016Hz~6×1019Hz의 주파수와 0.005~10nm의 파장을 갖는 방사선에 해당합니다. -파장 규모의 광선 범위). 연 x-선은 가장 낮은 광자 에너지와 복사 주파수(가장 긴 파장)를 특징으로 하는 반면, 경질 x-선은 가장 높은 광자 에너지와 복사 주파수(가장 짧은 파장)를 가집니다.

(V.K. Roentgen이 촬영한 아내 손의 X선 사진(roentgenogram))

)

영수증

X선은 하전 입자(주로 전자)의 강한 가속 또는 원자 또는 분자의 전자 껍질에서 고에너지 전이에 의해 생성됩니다. 두 효과 모두 X선관에서 사용되는데, 열음극에서 방출된 전자가 가속되고(가속도가 너무 낮기 때문에 X선이 방출되지 않음) 양극에 부딪혀 급격히 감속됩니다(X선은 방출 : 소위 .bremsstrahlung) 동시에 양극이 만들어지는 금속 원자의 내부 전자 껍질에서 전자를 녹아웃시킵니다. 껍질의 빈 공간은 원자의 다른 전자가 차지합니다. 이 경우 X-ray 방사선은 양극재의 특정 에너지 특성으로 방출됩니다(특성 방사선, 주파수는 Moseley 법칙에 의해 결정됩니다.

여기서 Z는 양극 요소의 원자 번호이고 A와 B는 전자 껍질의 주요 양자 번호 n의 특정 값에 대한 상수입니다. 현재 양극은 주로 세라믹으로 이루어져 있고 전자가 부딪히는 부분은 몰리브덴으로 되어 있다. 가감속 과정에서 전자의 운동에너지는 1%만이 엑스선으로 가고, 99%는 열로 변환된다.

X선은 입자 가속기에서도 얻을 수 있습니다. 소위. 싱크로트론 방사선은 입자 빔이 자기장에서 편향될 때 발생하며, 그 결과 입자는 운동에 수직인 방향으로 가속됩니다. 싱크로트론 복사에는 상한선이 있는 연속 스펙트럼이 있습니다. 적절하게 선택된 매개변수(자계의 크기와 입자의 에너지)를 사용하면 싱크로트론 복사 스펙트럼에서 X선을 얻을 수도 있습니다.

X선관의 개략도. X - x-선, K - 음극, A - 양극(때때로 양극극이라고도 함), C - 방열판, Uh - 음극 필라멘트 전압, Ua - 가속 전압, Win - 수냉식 입구, Wout - 수냉식 출구(x- 참조 레이 튜브) .

물질과의 상호작용

X선에 대한 거의 모든 물질의 굴절률은 단일성과 거의 다르지 않습니다. 이것의 결과는 X선 렌즈를 만들 수 있는 재료가 없다는 사실입니다. 또한 X선은 표면에 수직으로 입사하면 거의 반사되지 않습니다. 그럼에도 불구하고 X선 광학에서 X선용 광학 요소를 구성하는 방법이 발견되었습니다.

X선은 물질을 투과할 수 있으며 다른 물질은 물질을 다르게 흡수합니다. X선의 흡수는 X선 사진에서 가장 중요한 속성입니다. X선의 강도는 흡수층에서 이동한 경로에 따라 기하급수적으로 감소합니다(I = I0e-kd, 여기서 d는 층 두께, 계수 k는 Z3λ3에 비례, Z는 원소의 원자 번호, λ는 파장).

흡수는 광흡수 및 Compton 산란의 결과로 발생합니다.

광흡수는 광자 에너지가 특정 최소값보다 커야 하는 광자에 의해 원자 껍질에서 전자를 녹아웃시키는 과정으로 이해됩니다. 광자의 에너지에 따라 흡수 작용의 확률을 고려하면 특정 에너지에 도달하면 최대 값으로 급격히 증가합니다 (확률). 더 높은 에너지의 경우 확률이 지속적으로 감소합니다. 이 의존성 때문에 흡수 한계가 있다고 합니다. 흡수 작용 중에 녹아웃 된 전자의 위치는 다른 전자가 차지하는 반면, 광자 에너지가 낮은 방사선이 방출됩니다. 형광 과정.

정도는 다르지만 모든 물질을 투과할 수 있는 보이지 않는 방사선인 X선. 약 10-8cm의 파장을 가진 전자기 복사입니다.

엑스레이 받기

X선 복사는 고속으로 움직이는 전자가 물질과 상호 작용할 때 발생합니다. 전자가 물질의 원자와 충돌하면 빠르게 운동 에너지를 잃습니다. 이 경우 대부분이 열로 변환되고, 보통 1% 미만의 작은 부분이 X선 에너지로 변환됩니다. 이 에너지는 에너지가 있지만 정지 질량이 0인 광자라고 하는 입자인 양자의 형태로 방출됩니다. X선 광자는 에너지가 다르며 파장에 반비례합니다. X선을 얻는 일반적인 방법을 사용하면 X선 스펙트럼이라고 하는 광범위한 파장을 얻을 수 있습니다.

엑스레이 튜브. 전자와 물질의 상호작용으로 인해 X선 방사선을 얻기 위해서는 전자의 공급원, 전자를 고속으로 가속하는 수단, 전자 충격을 견디고 X선 방사선을 생성할 수 있는 표적이 있어야 합니다. 원하는 강도. 이 모든 것을 갖춘 장치를 X선관이라고 합니다. 초기 탐험가들은 오늘날의 방전관과 같은 "깊은 진공"관을 사용했습니다. 그들의 진공은 그리 높지 않았습니다.

방전관에는 소량의 가스가 포함되어 있으며, 방전관의 전극에 큰 전위차를 가하면 가스 원자가 양이온과 음이온으로 변합니다. 양극은 음극(음극) 쪽으로 이동하고, 그 위에 떨어지면 전자를 노크하고, 차례로 양극(양극) 쪽으로 이동하여 충격을 가하여 X선 광자의 흐름을 생성합니다. .

Coolidge가 개발한 최신 X선관(그림 11)에서 전자 소스는 고온으로 가열된 텅스텐 음극입니다.

쌀. 열하나.

전자는 양극(또는 양극)과 음극 사이의 높은 전위차에 의해 고속으로 가속됩니다. 전자는 원자와 충돌하지 않고 양극에 도달해야 하므로 매우 높은 진공이 필요하며 이를 위해서는 튜브를 잘 비워야 합니다. 이것은 또한 나머지 가스 원자의 이온화 가능성과 관련 측전류를 감소시킵니다.

전자의 충격을 받으면 텅스텐 양극극은 특징적인 X선을 방출합니다. X선 빔의 단면적은 실제 조사 면적보다 작습니다. 1 - 전자빔; 2 - 집속 전극이 있는 음극; 3 - 유리 쉘 (튜브); 4 - 텅스텐 타겟(음극); 5 - 음극 필라멘트; 6 - 실제로 조사된 영역; 7 - 효과적인 초점; 8 - 구리 양극; 9 - 창; 10 - 산란된 엑스레이.

전자는 음극을 둘러싸고 있는 특별한 모양의 전극에 의해 양극에 집중됩니다. 이 전극을 집속 전극이라고 하며 음극과 함께 튜브의 "전자 스포트라이트"를 형성합니다. 전자 충격을 받는 양극은 충격을 가하는 전자의 운동 에너지의 대부분이 열로 변환되기 때문에 내화 물질로 만들어져야 합니다. 또한, 양극은 원자번호가 높은 물질로 만드는 것이 바람직하다. 원자 번호가 증가함에 따라 x-선 수율이 증가합니다. 원자번호 74번의 텅스텐이 음극재로 가장 많이 선택되며, X선관의 디자인은 적용 조건과 요구 사항에 따라 달라질 수 있습니다.

영상의학과는 엑스선이 이 질병으로 인해 동물과 인간의 신체에 미치는 영향, 치료 및 예방, 엑스선을 이용한 다양한 병리의 진단 방법(X선 진단법)을 연구하는 방사선학의 한 분야입니다. . 대표적인 엑스선 진단장치는 전원(변압기), 전기회로망의 교류를 직류로 변환하는 고전압 정류기, 제어반, 삼각대, 엑스선관 등으로 구성된다.

X선은 양극 물질의 원자와 충돌하는 순간 가속된 전자의 급격한 감속 중에 X선 관에서 형성되는 일종의 전자기 진동입니다. 현재 일반적으로 X선은 물리적 성질상 복사 에너지의 한 유형이며 그 스펙트럼에는 전파, 적외선, 가시광선, 자외선 및 감마선도 포함됩니다. 방사성 원소. X선 방사선은 가장 작은 입자(양자 또는 광자)의 집합으로 특징지을 수 있습니다.

쌀. 1 - 이동식 엑스레이 기계:

A - 엑스레이 튜브;
B - 전원 공급 장치;
B - 조정 가능한 삼각대.

쌀. 2 - X선 기계 제어반(기계 - 왼쪽, 전자 - 오른쪽):

A - 노출 및 경도 조정용 패널;
B - 고전압 공급 버튼.

쌀. 도 3은 일반적인 엑스레이 기계의 블록도

1 - 네트워크;
2 - 자동 변압기;
3 - 승압 변압기;
4 - 엑스레이 튜브;
5 - 양극;
6 - 음극;
7 - 강압 변압기.

X선 생성 메커니즘

X선은 가속된 전자의 흐름이 양극 물질과 충돌하는 순간에 형성됩니다. 전자가 표적과 상호 작용할 때 운동 에너지의 99%는 열 에너지로 변환되고 1%만 X선으로 변환됩니다.

X선관은 음극과 양극의 2개의 전극이 납땜된 유리 용기로 구성됩니다. 공기는 유리 실린더에서 펌핑됩니다. 음극에서 양극으로의 전자 이동은 상대 진공(10 -7 -10 -8 mm Hg)의 조건에서만 가능합니다. 음극에는 단단히 꼬인 텅스텐 필라멘트인 필라멘트가 있습니다. 필라멘트에 전류를 인가하면 전자방출이 일어나 전자가 나선에서 분리되어 음극 근처에서 전자구름을 형성한다. 이 구름은 전자 이동 방향을 설정하는 음극의 포커싱 컵에 집중됩니다. 컵 - 음극의 작은 함몰. 애노드는 차례로 전자가 집중되는 텅스텐 금속판을 포함합니다. 이것은 엑스레이 형성 부위입니다.

쌀. 4 - X선관 장치:

A - 음극;
B - 양극;
B - 텅스텐 필라멘트;
G - 음극의 포커싱 컵;
D - 가속된 전자의 흐름;
E - 텅스텐 타겟;
G - 유리 플라스크;
З - 베릴륨 창;
그리고 - 형성된 엑스레이;
K - 알루미늄 필터.

2개의 변압기가 전자관에 연결됩니다: 강압 및 승압. 강압 변압기는 텅스텐 코일을 낮은 전압(5-15볼트)으로 가열하여 전자를 방출합니다. 승압 또는 고전압 변압기는 20–140 킬로볼트의 전압이 공급되는 캐소드와 애노드로 직접 연결됩니다. 두 변압기 모두 변압기 오일로 채워진 X선 기계의 고전압 블록에 배치되어 변압기 냉각과 안정적인 절연을 제공합니다.

강압 변압기의 도움으로 전자 구름이 형성된 후 승압 변압기가 켜지고 전기 회로의 양극에 고전압 전압이 인가됩니다. 양극에는 양의 펄스, 음극에는 음 음극에 펄스. 음으로 하전 된 전자는 음으로 하전 된 음극에서 반발하고 양으로 하전 된 양극으로 경향이 있습니다. 이러한 전위차로 인해 100,000km / s의 빠른 이동 속도가 달성됩니다. 이 속도로 전자는 텅스텐 양극판에 충격을 가하여 전기 회로를 완성하여 X선과 열 에너지를 생성합니다.

X선 방사선은 bremsstrahlung과 특성으로 세분화됩니다. Bremsstrahlung은 텅스텐 필라멘트에서 방출되는 전자 속도의 급격한 감속으로 인해 발생합니다. 특성 방사선은 원자의 전자 껍질이 재배열되는 순간에 발생합니다. 이 두 가지 유형은 모두 가속된 전자가 양극 물질의 원자와 충돌하는 순간 X선관에서 형성됩니다. X선관의 방출 스펙트럼은 bremsstrahlung과 특징적인 X선의 중첩입니다.

쌀. 5 - bremsstrahlung X 선 형성의 원리.
쌀. 6 - 특성 엑스레이 방사선의 형성 원리.

X선의 기본 속성

엑스레이는 시각적 인식에 보이지 않습니다.
X선 방사선은 가시광선을 투과하지 않는 무생물의 조밀한 구조뿐만 아니라 생명체의 장기와 조직을 관통하는 큰 투과력을 가지고 있습니다.
X선은 형광이라고 하는 특정 화합물을 빛나게 합니다.

아연 및 카드뮴 황화물은 형광 황록색,
텅스텐 산 칼슘 결정 - 보라색 - 파란색.

X선은 광화학적 효과가 있습니다. 은 화합물을 할로겐으로 분해하고 사진층을 검게 하여 X선에 상을 형성합니다.

X선은 에너지를 통과하는 환경의 원자와 분자로 전달하여 이온화 효과를 나타냅니다.

X선 방사선은 조사된 기관 및 조직에서 뚜렷한 생물학적 효과를 나타냅니다. 소량에서는 신진대사를 자극하고, 많은 양에서는 방사선 상해 및 급성 방사선 질병을 유발할 수 있습니다. 생물학적 특성으로 인해 X선을 종양 및 일부 비종양 질환 치료에 사용할 수 있습니다.

전자기 진동의 규모

X선은 특정 파장과 진동 주파수를 가지고 있습니다. 파장(λ)과 진동 주파수(ν)는 다음 관계로 연결됩니다. λ ν = c, 여기서 c는 빛의 속도이며 초당 300,000km로 반올림됩니다. X선의 에너지는 공식 E = h ν에 의해 결정됩니다. 여기서 h는 플랑크 상수, 6.626 10 -34 J⋅s와 동일한 보편 상수입니다. 광선의 파장(λ)은 λ = 12.4 / E의 관계로 에너지(E)와 관련이 있습니다.

X선 복사는 파장(표 참조) 및 양자 에너지에서 다른 유형의 전자기 진동과 다릅니다. 파장이 짧을수록 주파수, 에너지 및 투과력이 높아집니다. 엑스선 파장은 범위에 있습니다

. X선 방사선의 파장을 변경하여 투과력을 제어할 수 있습니다. 엑스선은 파장이 매우 짧지만 진동이 커서 사람의 눈에는 보이지 않습니다. 엄청난 에너지로 인해 양자는 투과력이 높으며 이는 의학 및 기타 과학에서 X선 사용을 보장하는 주요 특성 중 하나입니다.

X선 특성

강함- x-ray 방사선의 정량적 특성으로, 단위 시간당 튜브에서 방출되는 광선의 수로 표시됩니다. X선의 강도는 밀리암페어로 측정됩니다. 이를 기존 백열 램프의 가시광선 강도와 비교하여 유추할 수 있습니다. 예를 들어 20와트 램프는 한 강도 또는 전력으로 빛나고 200와트 램프는 다른 강도로 빛날 것이며 반면 빛 자체의 품질(스펙트럼)은 동일합니다. X선 방사선의 강도는 사실 그 양입니다. 각 전자는 양극에서 하나 이상의 복사 양자를 생성하므로 물체가 노출되는 동안 X선의 양은 양극으로 향하는 전자의 수와 텅스텐 타겟의 원자와 전자의 상호 작용 수를 변경하여 조절됩니다. , 두 가지 방법으로 수행할 수 있습니다.

강압 변압기를 사용하여 음극 나선의 백열 정도를 변경함으로써(방출 중에 생성된 전자의 수는 텅스텐 나선의 뜨거운 정도에 따라 달라지며 복사 양자의 수는 전자의 수에 따라 달라짐);
승압 변압기에 의해 공급되는 고전압의 값을 튜브의 극-음극과 양극으로 변경함으로써(관의 극에 더 높은 전압이 가해질수록 전자가 받는 운동 에너지가 더 많아집니다. , 에너지로 인해 양극 물질의 여러 원자와 차례로 상호 작용할 수 있습니다. 그림 참조. 쌀. 5; 낮은 에너지를 가진 전자는 더 적은 수의 상호 작용에 들어갈 수 있습니다.

X선 강도(양극 전류)에 셔터 속도(튜브 시간)를 곱하면 mAs(milliamps per second)로 측정되는 X선 노출에 해당합니다. 노출은 강도와 마찬가지로 X선관에서 방출되는 광선의 양을 나타내는 매개변수입니다. 유일한 차이점은 노출이 튜브의 작동 시간도 고려한다는 것입니다(예를 들어, 튜브가 0.01초 동안 작동하면 광선 수가 1이 되고 0.02초이면 광선 수가 1이 됩니다. 다른 - 두 번 더). 방사선 노출은 검사 유형, 검사 대상의 크기 및 진단 작업에 따라 방사선과 전문의가 X선 장비 제어판에서 설정합니다.

엄격- 엑스레이 방사선의 질적 특성. 이것은 튜브의 고전압(킬로볼트)으로 측정됩니다. X선의 투과력을 결정합니다. 승압 변압기에 의해 X선관에 공급되는 고전압에 의해 조절됩니다. 관의 전극에 더 높은 전위차가 생성될수록 전자가 음극에서 밀어내고 양극으로 돌진하는 힘이 더 커지고 양극과의 충돌이 더 강해집니다. 충돌이 강할수록 생성되는 X선 복사의 파장은 더 짧고 이 파동의 투과력은 더 높아집니다(또는 강도와 마찬가지로 제어판에서 전압 매개변수에 의해 조절되는 복사의 경도). 튜브 - 킬로전압).

쌀. 7 - 파동의 에너지에 대한 파장의 의존성:

λ - 파장;
E - 파동 에너지

움직이는 전자의 운동 에너지가 높을수록 양극에 미치는 영향은 더 강해지고 생성되는 X선 복사의 파장은 짧아집니다. 파장이 길고 투과력이 낮은 X선을 "소프트"라고 하고 파장이 짧고 투과력이 높은 "하드"라고 합니다.

쌀. 8 - X선관의 전압과 결과 X선 방사선의 파장 비율:

튜브의 극에 전압이 가해질수록 더 강한 전위차가 나타나므로 움직이는 전자의 운동 에너지가 높아집니다. 튜브의 전압은 전자의 속도와 양극 물질과의 충돌력을 결정하므로 전압은 결과 X선 복사의 파장을 결정합니다.

X선관의 분류

약속에 의해

특수 증상
학의
구조해석용
반조명용

디자인에 의해

초점별

단일 초점(음극에 하나의 나선, 양극에 하나의 초점)
이중 초점(음극에 서로 다른 크기의 두 나선, 양극에 두 초점)

양극의 종류별

고정(고정)
회전

엑스레이는 방사선 진단 목적뿐만 아니라 치료 목적으로도 사용됩니다. 위에서 언급한 바와 같이 X선 방사선이 종양 세포의 성장을 억제하는 능력은 종양 질환의 방사선 치료에 사용할 수 있게 합니다. 의료 응용 분야 외에도 X선 방사선은 엔지니어링 및 기술 분야, 재료 과학, 결정학, 화학 및 생화학 분야에서 폭넓게 응용되고 있습니다. 예를 들어 다양한 제품(레일, 용접부)에서 구조적 결함을 식별하는 것이 가능합니다. 등) X선 방사선을 사용합니다. 그러한 연구의 유형을 결손경 검사라고 합니다. 그리고 공항, 기차역 및 기타 붐비는 장소에서 X선 텔레비전 내시경은 보안을 위해 휴대 수하물과 수하물을 스캔하는 데 적극적으로 사용됩니다.

양극의 유형에 따라 X선관의 디자인이 다릅니다. 전자의 운동 에너지의 99%가 열 에너지로 변환된다는 사실 때문에 튜브가 작동하는 동안 양극이 크게 가열됩니다. 민감한 텅스텐 대상은 종종 타버립니다. 양극은 회전시켜 현대식 X선관에서 냉각됩니다. 회전하는 양극은 전체 표면에 열을 고르게 분산시키는 디스크 모양을 가지고 있어 텅스텐 타겟의 국부적인 과열을 방지합니다.

X선관의 디자인도 초점이 다릅니다. 초점 - 작동하는 X선 빔이 생성되는 양극 부분. 실초점과 유효초점( 쌀. 12). 양극의 각도로 인해 유효 초점은 실제 초점보다 작습니다. 이미지 영역의 크기에 따라 다른 초점 크기가 사용됩니다. 이미지 영역이 클수록 전체 이미지 영역을 덮기 위해 초점이 더 넓어야 합니다. 그러나 초점이 작을수록 이미지 선명도가 향상됩니다. 따라서 작은 이미지를 생성할 때 짧은 필라멘트를 사용하고 전자가 양극 타겟의 작은 영역으로 향하게 하여 더 작은 초점을 만듭니다.

쌀. 9 - 고정 양극이 있는 엑스레이 튜브.
쌀. 10 - 회전하는 양극이 있는 X선관.
쌀. 11 - 회전하는 양극이 있는 X선관 장치.
쌀. 도 12는 실제 및 유효 초점 형성의 다이어그램이다.

특정 질병의 현대 의학 진단 및 치료는 X선의 특성을 사용하는 장치 없이는 상상할 수 없습니다. X선의 발견은 100여 년 전에 이루어졌지만 방사선이 인체에 미치는 부정적인 영향을 최소화하기 위한 새로운 방법과 장치를 만드는 작업은 지금도 계속되고 있습니다.

누가, 어떻게 엑스레이를 발견했습니까?

자연 조건에서 X선의 플럭스는 드물고 특정 방사성 동위 원소에 의해서만 방출됩니다. X선 또는 X선은 1895년 독일 과학자 빌헬름 뢴트겐에 의해 발견되었습니다. 이 발견은 진공에 가까운 조건에서 광선의 거동을 연구하는 실험 중에 우연히 발생했습니다. 실험은 감압된 음극 가스 방전관과 튜브가 작동하기 시작하는 순간에 매번 발광하기 시작하는 형광 스크린을 포함했습니다.

이상한 효과에 흥미를 느낀 Roentgen은 눈에 보이지 않는 방사선이 종이, 나무, 유리, 일부 금속, 심지어 인체까지 다양한 장애물을 통과할 수 있음을 보여주는 일련의 연구를 수행했습니다. 발생하는 현상의 본질에 대한 이해가 부족함에도 불구하고 그러한 현상이 미지의 입자 또는 파동의 생성에 의한 것인지 여부에 관계없이 다음과 같은 패턴이 주목되었습니다. 방사선은 신체의 연조직을 쉽게 통과하고, 단단한 살아있는 조직과 무생물을 통해 훨씬 더 어렵습니다.

뢴트겐이 이 현상을 처음 연구한 것은 아닙니다. 19세기 중반에 프랑스인 Antoine Mason과 영국인 William Crookes는 비슷한 가능성을 연구했습니다. 그러나 의학에 사용될 수 있는 음극관과 지시계를 최초로 발명한 사람은 뢴트겐이었습니다. 그는 물리학자 중 최초의 노벨상 수상자라는 칭호를 얻은 과학 연구를 최초로 발표했습니다.

1901년에 방사선과와 방사선의학의 창시자가 된 세 과학자 사이에 유익한 협력이 시작되었습니다.

X선 속성

X선은 전자기 복사의 일반 스펙트럼에서 없어서는 안될 부분입니다. 파장은 감마선과 자외선 사이입니다. X선에는 일반적인 모든 파동 속성이 있습니다.

회절;
굴절;
간섭;
전파 속도(빛과 동일).

인위적으로 X 선 플럭스를 생성하기 위해 X 선 튜브와 같은 특수 장치가 사용됩니다. X선 복사는 빠른 텅스텐 전자가 뜨거운 양극에서 증발하는 물질과 접촉하여 발생합니다. 상호 작용의 배경에 대해 100-0.01 nm의 스펙트럼과 100-0.1 MeV의 에너지 범위에 있는 짧은 길이의 전자기파가 발생합니다. 광선의 파장이 0.2nm 미만인 경우 - 이것은 경질 방사선이고, 파장이 지정된 값보다 크면 연 x-선이라고 합니다.

전자와 음극 물질의 접촉으로 발생하는 운동 에너지가 99%가 열에너지로 변환되고 1%만이 X선이라는 점은 중요합니다.

X선 방사선 - bremsstrahlung 및 특성

X-방사선은 bremsstrahlung 및 특성의 두 가지 유형의 광선의 중첩입니다. 핸드셋에서 동시에 생성됩니다. 따라서 X선 조사 및 각 특정 X선관의 특성(방사선 스펙트럼)은 이러한 지표에 따라 달라지며 중첩을 나타냅니다.

Bremsstrahlung 또는 연속 X선은 텅스텐 필라멘트에서 증발하는 전자의 감속 결과입니다.

특성 또는 선 X선은 X선관의 양극 물질의 원자가 재배열되는 순간에 형성됩니다. 특성 광선의 파장은 튜브의 양극을 만드는 데 사용되는 화학 원소의 원자 번호에 직접적으로 의존합니다.

나열된 X선 속성을 통해 실제로 사용할 수 있습니다.

평범한 눈에는 보이지 않는;
가시광선을 투과하지 않는 생체 조직 및 무생물 물질을 통한 높은 투과성;
분자 구조에 대한 이온화 효과.

X선 영상의 원리

이미징의 기반이 되는 X선의 속성은 일부 물질을 분해하거나 빛나게 하는 능력입니다.

X선 조사는 카드뮴 및 황화아연(녹색) 및 텅스텐산칼슘(청색)에서 형광등을 일으킵니다. 이 특성은 의료용 X선 투과조명 기술에 사용되며 X선 스크린의 기능도 향상시킵니다.

감광성 할로겐화은 물질(조명)에 대한 X선의 광화학적 효과는 진단을 수행하여 X선 이미지를 촬영하는 것을 가능하게 합니다. 이 속성은 또한 실험실 조수가 X선실에서 받는 총 선량의 양을 측정하는 데 사용됩니다. 웨어러블 선량계에는 특수 민감 테이프와 표시기가 있습니다. X선 방사선의 이온화 효과를 통해 얻은 X선의 정성적 특성을 결정할 수 있습니다.

기존 엑스레이에 한 번 노출되면 암 위험이 0.001%만 증가합니다.

엑스레이가 사용되는 부위

X선 사용은 다음 산업에서 허용됩니다.

보안. 공항, 세관 또는 혼잡한 장소에서 위험하고 금지된 품목을 감지하기 위한 고정식 및 휴대용 장치.
화학 산업, 야금, 고고학, 건축, 건설, 복원 작업 - 결함을 감지하고 물질의 화학적 분석을 수행합니다.
천문학. X선 망원경의 도움으로 우주의 천체와 현상을 관찰하는 데 도움이 됩니다.
군수산업. 레이저 무기 개발용.

X선의 주요 응용 분야는 의료 분야입니다. 오늘날 의료 방사선과에는 방사선 진단, 방사선 요법(X선 요법), 방사선 수술이 포함됩니다. 의과대학은 고도로 전문화된 전문가인 방사선 전문의를 배출합니다.

X-방사선 - 신체에 대한 해로움과 이익

엑스선의 높은 투과력과 이온화 효과는 세포의 DNA 구조를 변화시킬 수 있어 인체에 위험하다. X선 방사선으로 인한 피해는 받은 방사선량에 정비례합니다. 다른 기관은 다양한 정도로 방사선에 반응합니다. 가장 취약한 것은 다음과 같습니다.

골수 및 뼈 조직;
눈의 수정체;
갑상선;
유선 및 성선;
폐 조직.

X선 방사선의 통제되지 않은 사용은 가역적 및 비가역적 병리를 유발할 수 있습니다.

X선 노출의 결과:

골수 손상 및 조혈 시스템의 병리 발생 - 적혈구 감소증, 혈소판 감소증, 백혈병;
백내장의 후속 발달과 함께 렌즈 손상;
유전되는 세포 돌연변이;
종양학 질환의 발병;
방사선 화상을 입는 것;
방사선 질병의 발달.

중요한! X선은 방사성 물질과 달리 체내 조직에 축적되지 않아 체내에서 X선을 제거할 필요가 없습니다. 의료기기의 전원을 끄면 엑스레이의 유해한 영향이 사라집니다.

의학에서 X 선을 사용하는 것은 진단 (외상학, 치과)뿐만 아니라 치료 목적으로도 허용됩니다.

소량의 엑스레이에서 살아있는 세포와 조직의 신진 대사가 자극됩니다.
특정 제한 용량은 종양 및 양성 신생물의 치료에 사용됩니다.

X선을 이용한 병리 진단 방법

방사선 진단에는 다음 방법이 포함됩니다.

Fluoroscopy는 실시간으로 형광 스크린에서 이미지를 얻는 연구입니다. 신체 부위의 고전적인 실시간 이미징과 함께 오늘날 X선 텔레비전 반조명 기술이 있습니다. 이미지는 형광 스크린에서 다른 방에 있는 텔레비전 모니터로 전송됩니다. 결과 이미지를 처리한 다음 화면에서 종이로 전송하기 위해 여러 디지털 방법이 개발되었습니다.
형광 검사는 7x7cm의 작은 그림을 만드는 것으로 구성된 흉부 장기를 검사하는 가장 저렴한 방법이며 오류 가능성에도 불구하고 인구에 대한 대량 연간 검사를 수행하는 유일한 방법입니다. 이 방법은 위험하지 않으며 신체에서 받은 방사선량을 철회할 필요가 없습니다.
방사선 촬영 - 장기의 모양, 위치 또는 음색을 명확히 하기 위해 필름이나 종이에 요약 이미지를 얻는 것. 연동 운동과 점막 상태를 평가하는 데 사용할 수 있습니다. 선택의 여지가 있다면 최신 X선 장치 중에서 X선 플럭스가 구형 장치보다 높을 수 있는 디지털 장치가 아니라 직접 평면이 있는 저선량 X선 장치를 선호해야 합니다. 반도체 검출기. 그들은 신체의 하중을 4 배 줄일 수 있습니다.
컴퓨터 X선 단층촬영은 X선을 사용하여 선택한 장기의 섹션에서 필요한 수의 이미지를 얻는 기술입니다. 현대의 다양한 CT 장비 중에서 저선량 고해상도 CT 스캐너가 일련의 반복 연구에 사용됩니다.