طول اشعه ایکس ویژگی های اساسی تابش اشعه ایکس

تشخیص و درمان پزشکی مدرن برخی از بیماری‌ها را نمی‌توان بدون دستگاه‌هایی که از خواص پرتوهای اشعه ایکس استفاده می‌کنند، تصور کرد. کشف اشعه ایکس بیش از 100 سال پیش رخ داد، اما حتی اکنون نیز کار بر روی ایجاد تکنیک ها و دستگاه های جدید برای به حداقل رساندن اثرات منفی تشعشع بر بدن انسان ادامه دارد.

چه کسی و چگونه اشعه ایکس را کشف کرد؟

در شرایط طبیعی، شارهای پرتو ایکس نادر هستند و فقط از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو خاصی ساطع می‌شوند. اشعه ایکس یا اشعه ایکس تنها در سال 1895 توسط دانشمند آلمانی ویلهلم رونتگن کشف شد. این کشف به طور تصادفی و در طی آزمایشی برای مطالعه رفتار پرتوهای نور در شرایط نزدیک به خلاء رخ داد. این آزمایش شامل یک لوله تخلیه گاز کاتدی با فشار کاهش یافته و یک صفحه فلورسنت بود که هر بار از لحظه ای که لوله شروع به کار کرد شروع به درخشش می کرد.

رونتگن که به این اثر عجیب علاقه مند بود، مجموعه ای از مطالعات را انجام داد که نشان می داد تشعشع حاصل، که با چشم نامرئی است، می تواند از موانع مختلف مانند کاغذ، چوب، شیشه، برخی فلزات و حتی از طریق بدن انسان نفوذ کند. علیرغم عدم درک ماهیت آنچه در حال وقوع است، چه چنین پدیده ای ناشی از تولید جریانی از ذرات ناشناخته یا امواج باشد، الگوی زیر ذکر شد - تشعشع به راحتی از بافت های نرم بدن عبور می کند، و سخت تر از طریق بافت های زنده سخت و مواد غیر زنده.

رونتگن اولین کسی نبود که این پدیده را مطالعه کرد. در اواسط قرن نوزدهم، احتمالات مشابهی توسط آنتوان میسون فرانسوی و ویلیام کروکس انگلیسی مورد بررسی قرار گرفت. با این حال، این رونتگن بود که برای اولین بار یک لوله کاتدی و یک نشانگر را اختراع کرد که می تواند در پزشکی استفاده شود. او اولین کسی بود که یک اثر علمی منتشر کرد که باعث شد لقب اولین برنده جایزه نوبل را در بین فیزیکدانان به ارمغان آورد.

در سال 1901، همکاری ثمربخشی بین سه دانشمند آغاز شد که بنیانگذاران رادیولوژی و رادیولوژی شدند.

خواص اشعه ایکس

اشعه ایکس جزء طیف عمومی تابش الکترومغناطیسی است. طول موج بین پرتوهای گاما و فرابنفش قرار دارد. اشعه ایکس تمام خواص موجی معمول را دارد:

• انکسار؛
• شکست؛
• دخالت؛
• سرعت انتشار (برابر نور است).

برای تولید مصنوعی شار اشعه ایکس، از دستگاه های خاصی استفاده می شود - لوله های اشعه ایکس. تابش اشعه ایکس به دلیل تماس الکترون های سریع تنگستن با مواد تبخیر شده از آند داغ رخ می دهد. در برابر پس‌زمینه برهمکنش، امواج الکترومغناطیسی با طول کوتاه ظاهر می‌شوند که در طیفی از 100 تا 0.01 نانومتر و در محدوده انرژی 100-0.1 مگا ولت قرار دارند. اگر طول موج پرتوها کمتر از 0.2 نانومتر باشد، این تابش سخت است و اگر طول موج بیشتر از این مقدار باشد، به آنها اشعه ایکس نرم می گویند.

قابل توجه است که انرژی جنبشی ناشی از تماس الکترون ها و ماده آند 99٪ به انرژی گرمایی تبدیل می شود و تنها 1٪ اشعه ایکس است.

تابش اشعه ایکس - bremsstrahlung و مشخصه

پرتو ایکس برهم نهی دو نوع پرتو - bremsstrahlung و مشخصه است. آنها به طور همزمان در لوله تولید می شوند. بنابراین، تابش اشعه ایکس و ویژگی های هر لوله اشعه ایکس خاص - طیف تابش آن - به این شاخص ها بستگی دارد و نشان دهنده همپوشانی آنها است.

Bremsstrahlung یا اشعه ایکس پیوسته نتیجه کاهش سرعت الکترون های تبخیر شده از رشته تنگستن است.

پرتوهای پرتو ایکس مشخص یا خطی در لحظه بازسازی اتم های ماده آند لوله اشعه ایکس تشکیل می شوند. طول موج پرتوهای مشخصه مستقیماً به عدد اتمی عنصر شیمیایی مورد استفاده برای ساخت آند لوله بستگی دارد.

خواص ذکر شده اشعه ایکس به آنها اجازه می دهد تا در عمل استفاده شوند:

• نامرئی به چشم های معمولی؛
• توانایی نفوذ بالا از طریق بافت های زنده و مواد غیر زنده که پرتوهای طیف مرئی را منتقل نمی کنند.
• اثر یونیزاسیون بر ساختارهای مولکولی

اصول تصویربرداری اشعه ایکس

ویژگی اشعه ایکس که تصویربرداری بر اساس آن است، توانایی تجزیه یا ایجاد درخشش برخی از مواد است.

تابش اشعه ایکس باعث درخشش فلورسنت در سولفیدهای کادمیوم و روی - سبز و در تنگستات کلسیم - آبی می شود. این خاصیت در تکنیک های تصویربرداری با اشعه ایکس پزشکی استفاده می شود و همچنین باعث افزایش عملکرد صفحه نمایش اشعه ایکس می شود.

اثر فتوشیمیایی پرتوهای ایکس بر روی مواد هالید نقره حساس به نور (قرار گرفتن در معرض) امکان تشخیص - گرفتن عکس های اشعه ایکس را فراهم می کند. این ویژگی همچنین هنگام اندازه گیری دوز کل دریافتی دستیاران آزمایشگاه در اتاق های اشعه ایکس استفاده می شود. دزیمترهای بدنه حاوی نوارها و نشانگرهای حساس خاصی هستند. اثر یونیزه کننده تابش اشعه ایکس، تعیین ویژگی های کیفی اشعه ایکس حاصل را ممکن می سازد.

یک بار قرار گرفتن در معرض تابش اشعه ایکس معمولی خطر ابتلا به سرطان را تنها 0.001٪ افزایش می دهد.

مناطقی که از اشعه ایکس استفاده می شود

استفاده از اشعه ایکس در صنایع زیر مجاز است:

1. ایمنی. دستگاه های ثابت و قابل حمل برای تشخیص اقلام خطرناک و ممنوعه در فرودگاه ها، گمرکات یا مکان های شلوغ.
2. صنایع شیمیایی، متالورژی، باستان شناسی، معماری، ساخت و ساز، کار مرمت - برای تشخیص نقص و انجام تجزیه و تحلیل شیمیایی مواد.
3. ستاره شناسی. به رصد اجرام و پدیده های کیهانی با استفاده از تلسکوپ های اشعه ایکس کمک می کند.
4. صنایع نظامی. برای توسعه سلاح های لیزری

کاربرد اصلی اشعه ایکس در زمینه پزشکی است. امروزه بخش رادیولوژی پزشکی شامل: تشخیص رادیویی، رادیوتراپی (اشعه ایکس)، رادیوسرجری می باشد. دانشگاه های پزشکی از متخصصان فوق تخصصی - رادیولوژیست فارغ التحصیل می شوند.

اشعه ایکس - مضرات و فواید، اثرات بر بدن

قدرت نفوذ بالا و اثر یونیزه اشعه ایکس می تواند باعث تغییراتی در ساختار DNA سلولی شود و در نتیجه برای انسان خطرآفرین باشد. آسیب اشعه ایکس با دوز تابش دریافتی نسبت مستقیم دارد. اندام های مختلف به درجات مختلف به تابش واکنش نشان می دهند. مستعدترین آنها عبارتند از:

• مغز استخوان و بافت استخوان؛
• عدسی چشم؛
• تیروئید؛
• غدد پستانی و تولید مثل؛
• بافت ریه

استفاده کنترل نشده از تابش اشعه ایکس می تواند آسیب شناسی های برگشت پذیر و غیر قابل برگشت ایجاد کند.

پیامدهای تابش اشعه ایکس:

• آسیب به مغز استخوان و بروز آسیب شناسی سیستم خونساز - اریتروسیتوپنی، ترومبوسیتوپنی، لوسمی؛
• آسیب به عدسی، با توسعه بعدی آب مروارید؛
• جهش های سلولی که به ارث می رسند؛
• توسعه سرطان؛
• دریافت سوختگی ناشی از تشعشع؛
• توسعه بیماری تشعشع

مهم! بر خلاف مواد رادیواکتیو، اشعه ایکس در بافت های بدن جمع نمی شود، به این معنی که اشعه ایکس نیازی به حذف از بدن ندارد. اثر مضر اشعه ایکس با خاموش شدن دستگاه پزشکی پایان می یابد.

استفاده از اشعه ایکس در پزشکی نه تنها برای تشخیص (تروماتولوژی، دندانپزشکی)، بلکه برای اهداف درمانی نیز مجاز است:

• اشعه ایکس در دوزهای کوچک متابولیسم را در سلول ها و بافت های زنده تحریک می کند.
• دوزهای محدود کننده خاصی برای درمان نئوپلاسم های انکولوژیک و خوش خیم استفاده می شود.

روش های تشخیص آسیب شناسی با استفاده از اشعه ایکس

تشخیص رادیویی شامل تکنیک های زیر است:

1. فلوروسکوپی مطالعه ای است که طی آن تصویری بر روی صفحه فلورسنت به صورت بلادرنگ به دست می آید. همراه با به دست آوردن کلاسیک تصویر از یک قسمت بدن در زمان واقعی، امروزه فناوری های نورپردازی تلویزیون اشعه ایکس وجود دارد - تصویر از یک صفحه فلورسنت به یک مانیتور تلویزیون واقع در اتاق دیگر منتقل می شود. چندین روش دیجیتالی برای پردازش تصویر حاصل و سپس انتقال آن از صفحه به کاغذ ایجاد شده است.
2. فلوروگرافی ارزان ترین روش معاینه اندام های قفسه سینه است که شامل گرفتن تصویری با مقیاس کاهش یافته 7x7 سانتی متر است و علیرغم احتمال خطا، تنها راه انجام معاینه انبوه سالانه جمعیت است. این روش خطرناک نیست و نیازی به حذف دوز تابش دریافتی از بدن ندارد.
3. رادیوگرافی تولید یک تصویر خلاصه بر روی فیلم یا کاغذ برای روشن شدن شکل اندام، موقعیت یا تن آن است. می تواند برای ارزیابی پریستالسیس و وضعیت غشاهای مخاطی استفاده شود. اگر انتخابی وجود دارد، در میان دستگاه‌های اشعه ایکس مدرن، اولویت نه به دستگاه‌های دیجیتالی که شار اشعه ایکس می‌تواند بیشتر از دستگاه‌های قدیمی باشد، نیست، بلکه باید به دستگاه‌های اشعه ایکس با دوز پایین با نیمه‌رسانای مسطح مستقیم داده شود. آشکارسازها آنها به شما امکان می دهند بار روی بدن را تا 4 برابر کاهش دهید.
4. توموگرافی کامپیوتری اشعه ایکس تکنیکی است که از اشعه ایکس برای به دست آوردن تعداد مورد نیاز تصاویر از بخش های یک عضو انتخاب شده استفاده می کند. در میان انواع مختلف دستگاه های سی تی مدرن، توموگرافی های کامپیوتری با وضوح بالا با دوز پایین برای یک سری مطالعات مکرر استفاده می شود.

رادیوتراپی

اشعه ایکس یک روش درمانی موضعی است. اغلب از این روش برای از بین بردن سلول های سرطانی استفاده می شود. از آنجایی که اثر آن با برداشتن جراحی قابل مقایسه است، این روش درمانی اغلب رادیوسرجری نامیده می شود.

امروزه درمان اشعه ایکس به روش های زیر انجام می شود:

1. خارجی (پرتون درمانی) - یک پرتو پرتو از بیرون وارد بدن بیمار می شود.
2. داخلی (براکی تراپی) - استفاده از کپسول های رادیواکتیو با کاشت آنها در بدن، قرار دادن آنها در نزدیکی تومور سرطانی. عیب این روش درمانی این است که تا زمانی که کپسول از بدن خارج نشود، بیمار نیاز به جداسازی دارد.

این روش ها ملایم هستند و استفاده از آنها در برخی موارد به شیمی درمانی ارجحیت دارد. این محبوبیت به این دلیل است که اشعه ها جمع نمی شوند و نیازی به حذف از بدن ندارند؛ آنها یک اثر انتخابی دارند، بدون اینکه سلول ها و بافت های دیگر را تحت تأثیر قرار دهند.

محدودیت مواجهه ایمن با اشعه ایکس

این شاخص هنجار قرار گرفتن در معرض مجاز سالانه نام خاص خود را دارد - دوز معادل ژنتیکی قابل توجه (GSD). این شاخص دارای مقادیر کمی مشخص نیست.

1. این شاخص به سن بیمار و تمایل او برای بچه دار شدن در آینده بستگی دارد.
2. بستگی به این دارد که کدام اندام معاینه یا درمان شده است.
3. GZD تحت تأثیر سطح پس‌زمینه رادیواکتیو طبیعی در منطقه‌ای است که فرد در آن زندگی می‌کند.

امروزه استانداردهای متوسط ​​GZD زیر در حال اجرا هستند:

• سطح قرار گرفتن در معرض از همه منابع، به استثنای منابع پزشکی، و بدون در نظر گرفتن تابش پس زمینه طبیعی - 167 mrem در سال.
• هنجار معاینه پزشکی سالانه بیش از 100 mrem در سال نیست.
• ارزش کل ایمن 392 mrem در سال است.

تابش اشعه ایکس نیازی به حذف از بدن ندارد و تنها در صورت قرار گرفتن در معرض شدید و طولانی مدت خطرناک است. تجهیزات پزشکی مدرن از تابش کم انرژی با مدت زمان کوتاه استفاده می کنند، بنابراین استفاده از آن نسبتاً بی ضرر در نظر گرفته می شود.

اشعه ایکس

تابش اشعه ایکس ناحیه طیف الکترومغناطیسی بین تابش گاما و فرابنفش را اشغال می کند و تابش الکترومغناطیسی با طول موج 14-10 تا 7-10 متر است.در پزشکی تابش اشعه ایکس با طول موج 12-5*10 تا 10*2.5 10 متر استفاده می شود، یعنی 0.05 - 2.5 آنگستروم، و برای خود تشخیص اشعه ایکس - 0.1 آنگستروم. تابش جریانی از کوانتا (فوتون) است که به صورت خطی با سرعت نور (300000 کیلومتر بر ثانیه) منتشر می شود. این کوانتوم ها هیچ بار الکتریکی ندارند. جرم یک کوانتوم بخش ناچیزی از واحد جرم اتمی است.

انرژی کوانتومیدر ژول (J) اندازه گیری می شود، اما در عمل اغلب از یک واحد غیر سیستمی استفاده می کنند "الکترون ولت" (eV) . یک الکترون ولت انرژی است که یک الکترون هنگام عبور از اختلاف پتانسیل 1 ولت در میدان الکتریکی بدست می آورد. 1 eV = 1.6 10~ 19 J. مشتقات کیلوالکترون ولت (keV)، برابر با هزار ولت، و مگاالکترون ولت (MeV)، برابر با یک میلیون eV هستند.

اشعه ایکس با استفاده از لوله های اشعه ایکس، شتاب دهنده های خطی و بتاترون ها تولید می شود. در یک لوله اشعه ایکس، اختلاف پتانسیل بین کاتد و آند هدف (ده‌ها کیلوولت) باعث تسریع الکترون‌هایی می‌شود که آند را بمباران می‌کنند. تابش اشعه ایکس زمانی اتفاق می‌افتد که الکترون‌های سریع در میدان الکتریکی اتم‌های ماده آند کاهش می‌یابند. (bremsstrahlung) یا در طول بازسازی پوسته های داخلی اتم ها (تشعشع مشخصه) . تابش اشعه ایکس مشخصه ماهیت گسسته ای دارد و زمانی رخ می دهد که الکترون های اتم های ماده آند تحت تأثیر الکترون های خارجی یا کوانتوم های تابشی از یک سطح انرژی به سطح دیگر منتقل شوند. اشعه ایکس Bremsstrahlung دارای یک طیف پیوسته بسته به ولتاژ آند روی تیوب اشعه ایکس است. هنگام ترمزگیری در ماده آند، الکترون ها بیشتر انرژی خود را صرف گرم کردن آند می کنند (99٪) و تنها بخش کوچکی (1٪) به انرژی اشعه ایکس تبدیل می شود. در تشخیص اشعه ایکس، پرتوهای bremsstrahlung بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

خواص اساسی پرتوهای ایکس مشخصه تمام تابش های الکترومغناطیسی است، اما برخی ویژگی های خاص وجود دارد. اشعه ایکس دارای خواص زیر است:

- نامرئی بودن - سلول های حساس شبکیه چشم انسان به اشعه ایکس پاسخ نمی دهند، زیرا طول موج آنها هزاران بار کوتاهتر از نور مرئی است.

- انتشار مستقیم - پرتوها مانند نور مرئی شکسته، قطبی می شوند (در یک صفحه معین منتشر می شوند) و پراش می شوند. ضریب شکست تفاوت بسیار کمی با واحد دارد.

- قدرت نفوذ - بدون جذب قابل توجه از طریق لایه های قابل توجهی از مواد مات به نور مرئی نفوذ کند. هر چه طول موج کوتاهتر باشد، قدرت نفوذ اشعه ایکس بیشتر است.

- ظرفیت جذب - قابلیت جذب توسط بافت های بدن را داشته باشد؛ تمام تشخیص های اشعه ایکس بر این اساس است. ظرفیت جذب بستگی به وزن مخصوص بافت دارد (هرچه بیشتر، جذب بیشتر باشد). در ضخامت جسم؛ در سختی تابش؛

- اقدام عکاسی - تجزیه ترکیبات هالید نقره، از جمله آنهایی که در امولسیون های عکاسی یافت می شوند، که امکان به دست آوردن تصاویر اشعه ایکس را فراهم می کند.

- اثر شب تاب - باعث لومینسانس تعدادی از ترکیبات شیمیایی (لومینوفورها) می شود، تکنیک نوردهی اشعه ایکس بر این اساس است. شدت درخشش به ساختار ماده فلورسنت، کمیت و فاصله آن از منبع اشعه ایکس بستگی دارد. فسفرها نه تنها برای به دست آوردن تصاویر اشیاء تحت مطالعه بر روی صفحه فلوروسکوپی استفاده می شود، بلکه در رادیوگرافی نیز استفاده می شود، جایی که به دلیل استفاده از صفحه های تشدید کننده، لایه سطحی، امکان افزایش قرار گرفتن در معرض تابش فیلم رادیوگرافی در نوار کاست را فراهم می کند. که از مواد فلورسنت ساخته شده است.

- اثر یونیزاسیون - توانایی ایجاد تجزیه اتم های خنثی به ذرات باردار مثبت و منفی را دارند، دزیمتری بر این اساس است. اثر یونیزاسیون هر محیطی، تشکیل یون های مثبت و منفی و همچنین الکترون های آزاد از اتم ها و مولکول های خنثی ماده در آن است. یونیزاسیون هوا در اتاق اشعه ایکس در حین کار لوله اشعه ایکس منجر به افزایش رسانایی الکتریکی هوا و افزایش بارهای الکتریکی ساکن در اجسام کابینت می شود. به منظور از بین بردن چنین اثرات نامطلوبی، تهویه اجباری و اگزوز در اتاق های اشعه ایکس ارائه می شود.

- اثر بیولوژیکی - تأثیر بر اشیاء بیولوژیکی داشته باشد، در بیشتر موارد این تأثیر مضر است.

- قانون مربع معکوس - برای منبع نقطه ای تابش اشعه ایکس، شدت به نسبت مجذور فاصله تا منبع کاهش می یابد.

در سال 1895، فیزیکدان آلمانی رونتگن، با انجام آزمایشاتی بر روی عبور جریان بین دو الکترود در خلاء، متوجه شد که صفحه ای که با یک ماده درخشان (نمک باریم) پوشیده شده است می درخشد، اگرچه لوله تخلیه با یک صفحه مقوایی سیاه پوشیده شده است - این این است که چگونه تشعشع از طریق موانع مات، به نام اشعه ایکس اشعه ایکس، نفوذ می کند. کشف شد که تابش اشعه ایکس که برای انسان نامرئی است، در اجسام مات با شدت بیشتری جذب می شود و عدد اتمی (چگالی) سد بیشتر می شود، بنابراین اشعه ایکس به راحتی از بافت های نرم بدن انسان عبور می کند. توسط استخوان های اسکلت حفظ می شوند. منابع پرتوهای ایکس قدرتمند برای روشن کردن قطعات فلزی و یافتن عیوب داخلی در آنها طراحی شده است.

فیزیکدان آلمانی Laue پیشنهاد کرد که پرتوهای ایکس همان تشعشعات الکترومغناطیسی پرتوهای نور مرئی هستند، اما دارای طول موج کوتاهتر هستند و تمام قوانین اپتیک از جمله امکان پراش برای آنها قابل اجرا است. در اپتیک نور مرئی، پراش در یک سطح ابتدایی را می توان به عنوان بازتاب نور از یک سیستم خطوط - یک توری پراش، که فقط در زوایای خاصی رخ می دهد، نشان داد و زاویه انعکاس پرتوها با زاویه تابش مرتبط است. ، فاصله بین خطوط توری پراش و طول موج تابش فرودی. برای اینکه پراش رخ دهد، فاصله بین خطوط باید تقریباً برابر با طول موج نور فرودی باشد.

لاو پیشنهاد کرد که پرتوهای ایکس دارای طول موجی نزدیک به فاصله بین اتم‌های منفرد در کریستال‌ها هستند، یعنی. اتم های کریستال یک توری پراش برای اشعه ایکس ایجاد می کنند. همانطور که توسط تئوری پیش بینی شده بود، اشعه ایکس که به سطح کریستال هدایت می شد، بر روی صفحه عکاسی منعکس شد.

هر گونه تغییر در موقعیت اتم ها بر الگوی پراش تأثیر می گذارد و با مطالعه پراش اشعه ایکس می توان به آرایش اتم ها در یک بلور و تغییر این آرایش تحت هر گونه تأثیر فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی بر کریستال پی برد.

امروزه از آنالیز اشعه ایکس در بسیاری از زمینه های علم و فناوری استفاده می شود؛ به کمک آن، آرایش اتم ها در مواد موجود مشخص شده و مواد جدیدی با ساختار و خواص معین ایجاد شده است. پیشرفت های اخیر در این زمینه (نانو مواد، فلزات بی شکل، مواد کامپوزیت) زمینه فعالیت را برای نسل های علمی بعدی ایجاد می کند.

وقوع و خواص تابش اشعه ایکس

منبع اشعه ایکس یک لوله اشعه ایکس است که دارای دو الکترود - یک کاتد و یک آند است. هنگامی که کاتد گرم می شود، انتشار الکترون رخ می دهد؛ الکترون هایی که از کاتد فرار می کنند توسط میدان الکتریکی شتاب می گیرند و به سطح آند برخورد می کنند. آنچه که یک لوله اشعه ایکس را از یک لوله رادیویی معمولی (دیود) متمایز می کند، عمدتاً ولتاژ شتاب دهنده بالاتر آن (بیش از 1 کیلو ولت) است.

هنگامی که یک الکترون از کاتد خارج می شود، میدان الکتریکی آن را مجبور می کند تا به سمت آند پرواز کند، در حالی که سرعت آن به طور مداوم افزایش می یابد؛ الکترون حامل یک میدان مغناطیسی است که با افزایش سرعت الکترون، قدرت آن افزایش می یابد. با رسیدن به سطح آند، الکترون به شدت کاهش می یابد و یک پالس الکترومغناطیسی با طول موج در یک بازه مشخص ظاهر می شود (bremsstrahlung). توزیع شدت تابش بر روی طول موج ها بستگی به ماده آند لوله اشعه ایکس و ولتاژ اعمال شده دارد، در حالی که در سمت موج کوتاه این منحنی با حداقل طول موج آستانه مشخصی بسته به ولتاژ اعمال شده آغاز می شود. ترکیب پرتوها با تمام طول موج های ممکن یک طیف پیوسته را تشکیل می دهد و طول موج مربوط به حداکثر شدت 1.5 برابر حداقل طول موج است.

با افزایش ولتاژ، طیف اشعه ایکس به دلیل برهمکنش اتم ها با الکترون های پرانرژی و کوانتوم های اشعه ایکس اولیه به طور چشمگیری تغییر می کند. یک اتم حاوی لایه‌های الکترونی داخلی (سطوح انرژی) است که تعداد آنها به عدد اتمی (که با حروف K، L، M و غیره مشخص می‌شود) بستگی دارد. یک حالت فراپایدار بوجود می آید و برای انتقال به حالت پایدار، پرش الکترون ها در جهت مخالف ضروری است. این پرش با انتشار یک کوانتوم انرژی و ظهور تابش اشعه ایکس همراه است. برخلاف پرتوهای ایکس با طیف پیوسته، این تابش دارای دامنه بسیار باریکی از طول موج و شدت بالا (تابش مشخصه) است. سانتی متر. برنج.). تعداد اتم هایی که شدت تابش مشخصه را تعیین می کنند بسیار زیاد است؛ به عنوان مثال، برای یک لوله اشعه ایکس با آند مسی با ولتاژ 1 کیلو ولت و جریان 15 میلی آمپر، 10 14-10 15 اتم مشخصه تولید می کند. تابش در 1 ثانیه این مقدار به عنوان نسبت کل توان تابش پرتو ایکس به انرژی یک کوانتوم پرتو ایکس از پوسته K (سری K تابش مشخصه پرتو ایکس) محاسبه می شود. مجموع قدرت تابش اشعه ایکس تنها 0.1٪ از انرژی مصرفی است، بقیه عمدتاً به دلیل تبدیل به گرما از بین می رود.

پرتوهای X مشخصه به دلیل شدت بالا و دامنه طول موج باریک، نوع اصلی تابش مورد استفاده در تحقیقات علمی و کنترل فرآیند هستند. همزمان با پرتوهای سری K، پرتوهای سری L و M تولید می شوند که طول موج قابل توجهی بیشتری دارند، اما استفاده از آنها محدود است. سری K دو جزء با طول موج های نزدیک a و b دارد، در حالی که شدت مولفه b 5 برابر کمتر از a است. به نوبه خود، جزء a با دو طول موج بسیار نزدیک مشخص می شود که شدت یکی از آنها 2 برابر بیشتر از دیگری است. برای به دست آوردن تابش با یک طول موج (تابش تک رنگ)، روش های خاصی ابداع شده است که از وابستگی جذب و پراش اشعه ایکس به طول موج استفاده می کند. افزایش عدد اتمی یک عنصر با تغییر در ویژگی‌های لایه‌های الکترونی همراه است و هر چه عدد اتمی ماده آند لوله پرتو ایکس بیشتر باشد، طول موج سری K کوتاه‌تر می‌شود. پرمصرف ترین لوله هایی با آندهای ساخته شده از عناصر با اعداد اتمی از 24 تا 42 (Cr، Fe، Co، Cu، Mo) و طول موج های 2.29 تا 0.712 A (0.229 - 0.712 نانومتر) هستند.

علاوه بر لوله اشعه ایکس، منابع تابش اشعه ایکس می توانند ایزوتوپ های رادیواکتیو باشند، برخی می توانند مستقیماً اشعه ایکس ساطع کنند، برخی دیگر الکترون ها و ذرات a را منتشر می کنند که هنگام بمباران اهداف فلزی پرتو ایکس تولید می کنند. شدت تابش اشعه ایکس از منابع رادیواکتیو معمولاً بسیار کمتر از یک لوله پرتو ایکس است (به استثنای کبالت رادیواکتیو که در تشخیص عیب استفاده می شود و تابش با طول موج بسیار کوتاه تولید می کند - تابش g) اندازه کوچک و بدون نیاز به برق. پرتوهای ایکس سنکروترون در شتاب‌دهنده‌های الکترونی تولید می‌شوند؛ طول موج این تابش به طور قابل‌توجهی طولانی‌تر از طول موجی است که در لوله‌های اشعه ایکس (اشعه ایکس نرم) به دست می‌آید، و شدت آن چندین مرتبه بیشتر از شدت تابش پرتو ایکس است. لوله ها. منابع طبیعی تابش اشعه ایکس نیز وجود دارد. ناخالصی های رادیواکتیو در بسیاری از مواد معدنی یافت شده است و انتشار اشعه ایکس از اجرام فضایی، از جمله ستارگان، ثبت شده است.

برهم کنش اشعه ایکس با کریستال ها

در مطالعات پرتو ایکس مواد با ساختار کریستالی، الگوهای تداخل ناشی از پراکندگی پرتوهای ایکس توسط الکترون‌های متعلق به اتم‌های شبکه بلوری تحلیل می‌شوند. اتم ها بی حرکت در نظر گرفته می شوند، ارتعاشات حرارتی آنها در نظر گرفته نمی شود، و تمام الکترون های یک اتم در یک نقطه متمرکز در نظر گرفته می شوند - یک گره از شبکه کریستالی.

برای استخراج معادلات اساسی برای پراش پرتو ایکس در یک کریستال، تداخل پرتوهای پراکنده شده توسط اتم های واقع در امتداد یک خط مستقیم در شبکه بلوری در نظر گرفته می شود. یک موج صاف از تابش پرتو ایکس تک رنگ با زاویه ای که کسینوس آن برابر با 0 است روی این اتم ها می افتد. قوانین تداخل پرتوهای پراکنده شده توسط اتم ها مشابه قوانین موجود برای یک توری پراش است که تابش نور را در محدوده طول موج مرئی پراکنده می کند. برای اینکه دامنه تمام ارتعاشات در فاصله زیادی از ردیف اتمی جمع شود، لازم و کافی است که تفاوت در مسیر پرتوهایی که از هر جفت اتم همسایه می آیند دارای یک عدد صحیح طول موج باشد. هنگامی که فاصله بین اتم ها آاین شرایط به نظر می رسد:

آ(آ – a 0) = ساعتل

که در آن a کسینوس زاویه بین ردیف اتمی و پرتو منحرف شده است، h –عدد صحیح در تمام جهاتی که این معادله را برآورده نمی کند، پرتوها منتشر نمی شوند. بنابراین پرتوهای پراکنده سیستمی از مخروط های هم محور را تشکیل می دهند که محور مشترک آن ردیف اتمی است. آثار مخروط ها در صفحه موازی با ردیف اتمی هذلولی و در صفحه عمود بر ردیف دایره هستند.

هنگامی که پرتوها با یک زاویه ثابت برخورد می کنند، تابش چند رنگی (سفید) به طیفی از پرتوها که در زوایای ثابت منحرف می شوند، تجزیه می شود. بنابراین، سری اتمی یک طیف نگار برای اشعه ایکس است.

تعمیم به یک شبکه اتمی دو بعدی (مسطح) و سپس به یک شبکه کریستالی حجمی (مکانی) سه بعدی دو معادله مشابه دیگر را به دست می دهد که شامل زوایای تابش و بازتاب تابش اشعه ایکس و فواصل بین اتم ها در سه جهت این معادلات معادلات لائو نامیده می شوند و اساس تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس را تشکیل می دهند.

دامنه پرتوهای منعکس شده از صفحات موازی اتمی با هم جمع می شوند و غیره. تعداد اتم ها بسیار زیاد است، تابش منعکس شده را می توان به صورت تجربی تشخیص داد. شرایط انعکاس با معادله Wulff-Bragg توصیف می شود. تابش اشعه ایکس، n یک عدد صحیح است که مرتبه بازتاب نامیده می شود. زاویه q زاویه تابش با توجه به صفحات اتمی است که لزوماً در جهت با سطح نمونه مورد مطالعه منطبق نیستند.

چندین روش برای تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس با استفاده از تابش با طیف پیوسته و تابش تک رنگ توسعه داده شده است. جسم مورد مطالعه می تواند ثابت یا در حال چرخش باشد، می تواند شامل یک کریستال (تک کریستال) یا چند بلور (پلی کریستال) باشد؛ تابش پراش شده را می توان با استفاده از یک فیلم اشعه ایکس تخت یا استوانه ای یا یک آشکارساز اشعه ایکس که در اطراف محیط حرکت می کند، ثبت کرد. اما در تمام موارد در طول آزمایش و تفسیر نتایج از معادله ولف-براگ استفاده می شود.

تجزیه و تحلیل اشعه ایکس در علم و فناوری

با کشف پراش پرتو ایکس، محققان روشی را در اختیار داشتند که بدون میکروسکوپ، امکان مطالعه آرایش اتم‌های منفرد و تغییرات این آرایش تحت تأثیرات خارجی را فراهم می‌کرد.

کاربرد اصلی اشعه ایکس در علوم بنیادی، تحلیل ساختاری است. ایجاد آرایش فضایی اتم های منفرد در یک کریستال. برای انجام این کار، تک کریستال ها رشد می کنند و تجزیه و تحلیل اشعه ایکس انجام می شود و مکان و شدت بازتاب ها را مطالعه می کند. ساختار نه تنها فلزات، بلکه مواد آلی پیچیده نیز که سلول های واحد حاوی هزاران اتم هستند، اکنون مشخص شده است.

در کانی شناسی، ساختار هزاران کانی با استفاده از آنالیز اشعه ایکس مشخص شده و روش های بیانی برای آنالیز مواد خام معدنی ایجاد شده است.

فلزات ساختار بلوری نسبتا ساده ای دارند و روش اشعه ایکس این امکان را فراهم می کند که تغییرات آن در طی عملیات های مختلف تکنولوژیک مورد مطالعه قرار گیرد و پایه فیزیکی فناوری های جدید ایجاد شود.

ترکیب فاز آلیاژها با محل خطوط روی الگوهای پراش اشعه ایکس، تعداد، اندازه و شکل کریستال ها با عرض آنها و جهت گیری کریستال ها (بافت) با شدت تعیین می شود. توزیع در مخروط پراش

با استفاده از این تکنیک ها، فرآیندهای حین تغییر شکل پلاستیک از جمله تکه تکه شدن کریستال، بروز تنش های داخلی و نقص در ساختار کریستالی (نابجایی) مورد مطالعه قرار می گیرند. هنگامی که مواد تغییر شکل داده شده گرم می شوند، تنش زدایی و رشد کریستال (تبلور مجدد) مورد مطالعه قرار می گیرد.

تجزیه و تحلیل اشعه ایکس از آلیاژها، ترکیب و غلظت محلول های جامد را تعیین می کند. هنگامی که یک محلول جامد ظاهر می شود، فواصل بین اتمی و در نتیجه فاصله بین صفحات اتمی تغییر می کند. این تغییرات کوچک هستند، بنابراین روش‌های دقیق خاصی برای اندازه‌گیری دوره‌های شبکه بلوری با دقتی دو مرتبه بزرگ‌تر از دقت اندازه‌گیری با استفاده از روش‌های متداول تحقیق اشعه ایکس ایجاد شده‌اند. ترکیبی از اندازه‌گیری‌های دقیق دوره‌های شبکه بلوری و تحلیل فاز، ساخت مرزهای مناطق فاز را در نمودار فاز ممکن می‌سازد. روش اشعه ایکس همچنین می‌تواند حالت‌های میانی بین محلول‌های جامد و ترکیبات شیمیایی را تشخیص دهد - محلول‌های جامد مرتب شده که در آنها اتم‌های ناخالصی به طور تصادفی قرار ندارند، مانند محلول‌های جامد، و در عین حال نه با ترتیب سه‌بعدی، مانند مواد شیمیایی. ترکیبات. الگوهای پراش پرتو ایکس محلول‌های جامد مرتب حاوی خطوط اضافی هستند؛ تفسیر الگوهای پراش پرتو ایکس نشان می‌دهد که اتم‌های ناخالصی مکان‌های خاصی را در شبکه کریستالی اشغال می‌کنند، به عنوان مثال، در راس یک مکعب.

هنگامی که آلیاژی که تغییر فاز نمی دهد خاموش می شود، یک محلول جامد فوق اشباع ممکن است ایجاد شود و پس از گرم شدن بیشتر یا حتی نگهداری در دمای اتاق، محلول جامد با آزاد شدن ذرات یک ترکیب شیمیایی تجزیه می شود. این اثر پیری است و در اشعه ایکس به صورت تغییر در موقعیت و عرض خطوط ظاهر می شود. تحقیقات پیری به ویژه برای آلیاژهای فلزات غیرآهنی مهم است، به عنوان مثال، پیری یک آلیاژ آلومینیوم نرم و سخت شده را به ماده ساختاری بادوام دورالومین تبدیل می کند.

مطالعات اشعه ایکس عملیات حرارتی فولاد از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. هنگام کوئنچ (سرد شدن سریع) فولاد، انتقال فاز آستنیت مارتنزیت بدون انتشار رخ می دهد که منجر به تغییر ساختار از مکعب به چهارضلعی می شود، یعنی. سلول واحد به شکل یک منشور مستطیلی شکل می گیرد. در رادیوگرافی این به صورت گشاد شدن خطوط و تقسیم برخی از خطوط به دو ظاهر می شود. دلایل این اثر نه تنها تغییر در ساختار کریستالی، بلکه بروز تنش های داخلی بزرگ به دلیل عدم تعادل ترمودینامیکی ساختار مارتنزیتی و سرد شدن ناگهانی است. هنگام تمپر کردن (گرم کردن فولاد سخت شده)، خطوط روی الگوهای پراش اشعه ایکس باریک می شوند، این با بازگشت به ساختار تعادل همراه است.

در سال‌های اخیر، مطالعات پرتو ایکس در مورد پردازش مواد با جریان‌های انرژی متمرکز (پرتوهای لیزر، امواج ضربه‌ای، نوترون‌ها، پالس‌های الکترونی) اهمیت زیادی پیدا کرده است؛ آنها نیاز به تکنیک‌های جدید و ایجاد اثرات جدید پرتو ایکس دارند. به عنوان مثال، هنگامی که پرتوهای لیزر بر روی فلزات اثر می‌گذارند، گرمایش و خنک‌شدن آنقدر سریع اتفاق می‌افتد که در طول سرد شدن، کریستال‌های موجود در فلز فقط زمان دارند تا به اندازه‌های چند سلول ابتدایی (نانوکریستال) رشد کنند یا اصلاً زمانی برای ایجاد شدن ندارند. پس از سرد شدن، چنین فلزی مانند فلز معمولی به نظر می رسد، اما خطوط واضحی در الگوی پراش اشعه ایکس ایجاد نمی کند و اشعه ایکس منعکس شده در کل محدوده زوایای چرا توزیع می شود.

پس از تابش نوترون، لکه های اضافی (بیشینه انتشار) روی الگوهای پراش اشعه ایکس ظاهر می شوند. پوسیدگی رادیواکتیو همچنین باعث ایجاد اثرات خاص پرتو ایکس مرتبط با تغییرات در ساختار، و همچنین این واقعیت است که نمونه مورد مطالعه خود به منبع تابش اشعه ایکس تبدیل می شود.

درست مانند بسیاری از اکتشافات بزرگ در تاریخ بشر، اشعه ایکس به طور تصادفی کشف شد. در سال 1895 دانشمند آلمانی ویلهلم رونتگن در حین انجام آزمایشی با پرتوهای الکترونی در یک لوله تخلیه گاز به کشفی دست یافت. رونتگن متوجه شد که صفحه فلورسنت در آزمایشگاه او در حالی که جریان الکترون روشن بود شروع به درخشش کرد. این یک اتفاق کاملاً معمول است، زیرا مواد فلورسنت باید تحت تأثیر تشعشعات الکترومغناطیسی بدرخشند، اگر نه برای یک چیز: لوله از صفحه با یک صفحه سیاه متراکم حصار شده بود. ویلهلم پیشنهاد کرد که این ناشی از تشعشعات است.

رونتگن به آزمایش ادامه داد و اشیاء مختلف را بین صفحه و لوله قرار داد و صفحه همچنان می درخشید. بالاخره دستش را جلوی لوله گرفت و شبح استخوان ها را روی صفحه دید. علاقه به اختراع او بلافاصله نشان داده شد. این کشف یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های پزشکی است، زیرا به پزشکان اجازه می‌دهد بدون انجام عمل جراحی یا حتی لمس کردن بیمار، به درون او نگاه کنند.

اشعه ایکس شباهت های زیادی به نور مرئی معمولی دارد. هر دو جریانی از انرژی امواج الکترومغناطیسی هستند که توسط ذراتی به نام فوتون حمل می شوند. تفاوت در طول موج است.

فوتون های نور مرئی و فوتون های اشعه ایکس هر دو حاصل حرکت الکترون ها در اتم ها هستند. الکترون ها سطوح مختلف انرژی (اوربیتال ها) در اطراف هسته اتم را اشغال می کنند. هنگامی که یک الکترون از یک اوربیتال بالا به یک مدار پایین تر حرکت می کند، مقداری انرژی به شکل فوتون آزاد می شود. مقدار انرژی فوتون های آزاد شده بستگی به این دارد که الکترون چقدر حرکت کرده است، یعنی چقدر عمیق سقوط کرده است. اگر فوتونی با اتم دیگری برخورد کند، اتم می‌تواند انرژی فوتون را جذب کند و اگر انرژی کافی برای این کار وجود داشته باشد، الکترون (های) خود را به سطح بالاتری منتقل کند.

اتم هایی که بافت های بدن انسان را تشکیل می دهند فوتون های نور مرئی را به خوبی جذب می کنند. سطح انرژی آنها برای انتقال الکترون ها به سطح بالاتر کافی است. امواج رادیویی انرژی کافی برای حرکت الکترون ها بین مدارها را ندارند. در همان زمان، امواج اشعه ایکس به دلیل متفاوتی از اشیا عبور می کنند: آنها انرژی زیادی دارند. اگرچه ممکن است آنها مقداری انرژی را نه تنها برای انتقال، بلکه حتی برای جدا کردن الکترون‌ها از اتم‌ها از دست بدهند، اما بیشتر پرتوها همچنان از مواد عبور می‌کنند.

اتم های سنگین، مانند سرب، به احتمال زیاد اشعه ایکس را جذب می کنند، زیرا برای انتقال الکترون های خود به سطوح بیرونی به انرژی زیادی نیاز دارند. و اتم‌های سبک، که بافت‌های بدن ما عمدتاً از آن‌ها تشکیل شده‌اند، شانس کمتری برای جذب فوتون دارند، زیرا فاصله بسیار کمتری بین سطوح دارند و به سادگی نمی‌توانند انرژی بالای پرتوهای ایکس را بپذیرند ("بیش از حد"). اتم های کلسیم بسیار بزرگتر از عناصر شیمیایی تشکیل دهنده بافت های دیگر هستند، بنابراین مقداری از انرژی را جذب می کنند و در عکس ها سبک تر به نظر می رسند.

همانطور که در بالا ذکر شد، مهمترین کاربرد اشعه ایکس در دستگاه اشعه ایکس یافت شد که طراحی آن به شدت شبیه آزمایش انجام شده توسط کاشف آنها است. در قلب هر دستگاه اشعه ایکس منبع اشعه ایکس وجود دارد. این به نوبه خود یک لوله پر از گاز با الکترودهای مثبت (کاتد) و منفی (آند) است. کاتد یک رشته است و آند یک دیسک تنگستن است. هنگامی که جریان الکتریکی از فیلامنت عبور می کند، گرم می شود و الکترون ها را از سطح آن آزاد می کند. آند به نوبه خود آنها را از طریق محیط گازی جذب می کند و در نتیجه اختلاف پتانسیل بسیار زیادی ایجاد می کند. الکترون‌هایی که از این سد بزرگ عبور می‌کنند و با آند برخورد می‌کنند، الکترون‌های تنگستن را مستقیماً از سطوح انرژی بالایی به سطوح پایین‌تر می‌کوبند، در نتیجه بخش بزرگی از انرژی به شکل فوتون آزاد می‌شود. جزئی از شار اشعه ایکس

لوله ای که دستگاه در آن قرار می گیرد از همه طرف توسط یک غلاف سربی احاطه شده است که از انتشار بی نظم فوتون ها در همه جهات جلوگیری می کند. یک شکاف در پوسته وجود دارد که جهت حرکت اشعه ایکس را تعیین می کند. در فاصله معینی از لوله، دوربینی قرار می گیرد که فوتون ها را می گیرد و بین دوربین و لوله یک بیمار (بازو، پا و...) قرار می گیرد که نیاز به معاینه دارد. بنابراین، برخی از فوتون‌ها توسط استخوان‌ها و بافت‌های متراکم جذب می‌شوند و برخی نیز از میان بافت‌های نرم عبور می‌کنند و به دوربین برخورد می‌کنند. شبح شکل گرفته بر روی صفحه نمایش، تصویری از ساختار داخلی بدن ارائه می دهد.

با وجود تمام جنبه های مثبت اشعه ایکس، آنها یک عامل منفی قابل توجهی دارند. در روزهای اولیه استفاده از دستگاه‌های اشعه ایکس، پزشکان بیماران را در معرض تشعشعاتی قرار می‌دادند که از نظر مدت زمان و قدرت بازدارنده بود، که در نهایت منجر به ایجاد بیماری تشعشع در هر دو شد. این به این دلیل است که اشعه ایکس نوعی پرتوهای یونیزه است. تحت تأثیر آن، برخی از الکترون ها از پوسته بیرونی اتم ها خارج می شوند که منجر به یونیزه شدن مواد تشکیل دهنده آنها می شود. این به نوبه خود می تواند منجر به تخریب سلول های بافت نرم شود که متعاقباً می تواند منجر به سرطان، ناباروری، جهش و سایر عواقب بسیار منفی شود.

با این حال، ارزش آن را ندارد، آنها از تابش اشعه ایکس می ترسند. دستگاه های اشعه ایکس مدرن از بخش های بسیار کمی از اشعه استفاده می کنند. اگر چنین معاینه ای را اغلب انجام ندهید، تأثیر منفی بسیار ناچیز خواهد بود. بنابراین، امروزه تقریباً در هر بیمارستانی می توانید یک اتاق اشعه ایکس پیدا کنید که بدون آن تصور درمان بسیاری از بیماری ها و آسیب ها دشوار است.

اشعه ایکس نوعی تابش الکترومغناطیسی پرانرژی است. این به طور فعال در شاخه های مختلف پزشکی استفاده می شود.

پرتوهای ایکس امواج الکترومغناطیسی هستند که انرژی فوتون آنها در مقیاس امواج الکترومغناطیسی بین تابش ماوراء بنفش و تابش گاما (از ~10 eV تا ~1 MeV) است که مربوط به طول موج های ~10^3 تا ~10^-2 آنگستروم (از ~10^-7 تا ~10^-12 متر). یعنی تشعشع به طور غیرقابل مقایسه ای سخت تر از نور مرئی است که در این مقیاس بین پرتوهای فرابنفش و مادون قرمز ("حرارتی") قرار دارد.

مرز بین اشعه ایکس و تابش گاما به صورت مشروط مشخص می شود: محدوده آنها قطع می شود، پرتوهای گاما می توانند انرژی 1 کو داشته باشند. آنها از نظر منشأ متفاوت هستند: پرتوهای گاما در طی فرآیندهایی که در هسته اتم رخ می دهند، ساطع می شوند، در حالی که پرتوهای ایکس در طول فرآیندهای شامل الکترون ها (هم آزاد و هم آنهایی که در پوسته الکترونی اتم ها قرار دارند) منتشر می شوند. در عین حال، نمی توان از روی خود فوتون تعیین کرد که طی چه فرآیندی به وجود آمده است، یعنی تقسیم به محدوده اشعه ایکس و گاما تا حد زیادی خودسرانه است.

محدوده اشعه ایکس به "اشعه ایکس نرم" و "سخت" تقسیم می شود. مرز بین آنها در طول موج 2 آنگستروم و 6 کو انرژی قرار دارد.

مولد اشعه ایکس لوله ای است که در آن خلاء ایجاد می شود. الکترودهایی در آنجا قرار دارند - یک کاتد که بار منفی روی آن اعمال می شود و یک آند با بار مثبت. ولتاژ بین آنها ده ها تا صدها کیلو ولت است. تولید فوتون‌های پرتو ایکس زمانی اتفاق می‌افتد که الکترون‌ها از کاتد جدا شده و با سرعت بالا به سطح آند برخورد کنند. تابش پرتو ایکس حاصل «bremsstrahlung» نامیده می‌شود؛ فوتون‌های آن دارای طول موج‌های متفاوتی هستند.

در همان زمان، فوتون های طیف مشخصه تولید می شوند. برخی از الکترون‌های موجود در اتم‌های ماده آند برانگیخته می‌شوند، یعنی به مدارهای بالاتر حرکت می‌کنند و سپس به حالت عادی خود بازمی‌گردند و فوتون‌هایی با طول موج معین ساطع می‌کنند. در یک ژنراتور استاندارد، هر دو نوع تابش اشعه ایکس تولید می شود.

تاریخچه کشف

در 8 نوامبر 1895، دانشمند آلمانی ویلهلم کنراد رونتگن کشف کرد که برخی از مواد زمانی که در معرض "پرتوهای کاتدی" قرار می گیرند، شروع به درخشش می کنند، یعنی جریانی از الکترون های تولید شده توسط یک لوله پرتو کاتدی. او این پدیده را با تأثیر برخی اشعه ایکس توضیح داد - امروزه در بسیاری از زبان ها به این تابش گفته می شود. بعداً V.K. رونتگن پدیده ای را که کشف کرد مطالعه کرد. در 22 دسامبر 1895، او گزارشی در مورد این موضوع در دانشگاه وورزبورگ ارائه کرد.

بعدها مشخص شد که تابش اشعه ایکس قبلاً مشاهده شده است، اما پس از آن به پدیده های مرتبط با آن اهمیت زیادی داده نشد. لوله اشعه کاتدی مدتها پیش اختراع شد، اما قبل از V.K. هیچ کس توجه زیادی به اشعه ایکس در مورد سیاه شدن صفحات عکاسی نزدیک آن و غیره نکرد. پدیده ها. خطر تشعشعات نافذ نیز ناشناخته بود.

انواع و اثرات آنها بر بدن

"اشعه ایکس" خفیف ترین نوع پرتوهای نافذ است. قرار گرفتن بیش از حد در معرض اشعه ایکس نرم شبیه اثرات اشعه ماوراء بنفش است، اما به شکل شدیدتر. سوختگی روی پوست ایجاد می شود، اما آسیب عمیق تر است و بسیار کندتر بهبود می یابد.

اشعه ایکس سخت یک پرتو یونیزان تمام عیار است که می تواند منجر به بیماری تشعشع شود. کوانتوم های پرتو ایکس می توانند مولکول های پروتئینی را که بافت های بدن انسان را می سازند و همچنین مولکول های DNA ژنوم را از هم جدا کنند. اما حتی اگر کوانتوم اشعه ایکس یک مولکول آب را تجزیه کند، تفاوتی نمی کند: در این حالت، رادیکال های آزاد فعال شیمیایی H و OH تشکیل می شوند که خود قادر به تأثیر بر پروتئین ها و DNA هستند. بیماری تشعشع به شکل شدیدتر رخ می دهد، هر چه اندام های خون ساز بیشتر تحت تأثیر قرار گیرند.

اشعه ایکس دارای فعالیت جهش زایی و سرطان زایی است. این بدان معنی است که احتمال جهش های خود به خودی در سلول ها در طول تابش افزایش می یابد و گاهی اوقات سلول های سالم می توانند به سلول های سرطانی تبدیل شوند. افزایش احتمال تومورهای بدخیم پیامد استاندارد هر گونه قرار گرفتن در معرض اشعه، از جمله اشعه ایکس است. اشعه ایکس کم خطرترین نوع پرتوهای نافذ است، اما همچنان می تواند خطرناک باشد.

تابش اشعه ایکس: کاربرد و نحوه کار آن

تابش اشعه ایکس در پزشکی و همچنین در سایر زمینه های فعالیت انسانی استفاده می شود.

فلوروسکوپی و توموگرافی کامپیوتری

رایج ترین استفاده از اشعه ایکس فلوروسکوپی است. "اشعه ایکس" از بدن انسان به شما امکان می دهد تصویری دقیق از هر دو استخوان (آنها به وضوح قابل مشاهده هستند) و تصاویری از اندام های داخلی به دست آورید.

شفافیت متفاوت بافت های بدن در اشعه ایکس با ترکیب شیمیایی آنها مرتبط است. ویژگی های ساختاری استخوان ها این است که حاوی کلسیم و فسفر زیادی هستند. سایر بافت ها عمدتاً از کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده اند. وزن یک اتم فسفر تقریباً دو برابر یک اتم اکسیژن و یک اتم کلسیم 2.5 برابر است (کربن، نیتروژن و هیدروژن حتی سبکتر از اکسیژن هستند). در این راستا، جذب فوتون های اشعه ایکس در استخوان ها بسیار بیشتر است.

رادیوگرافی علاوه بر "عکس های فوری" دو بعدی، ایجاد تصویر سه بعدی از اندام را ممکن می کند: این نوع رادیوگرافی توموگرافی کامپیوتری نامیده می شود. برای این منظور از اشعه ایکس نرم استفاده می شود. میزان تشعشع دریافتی از یک تصویر کم است: تقریباً برابر با تابش دریافتی در طی یک پرواز 2 ساعته در هواپیما در ارتفاع 10 کیلومتری است.

تشخیص عیب اشعه ایکس به شما امکان می دهد عیوب داخلی جزئی را در محصولات تشخیص دهید. از اشعه ایکس سخت استفاده می کند، زیرا بسیاری از مواد (مثلاً فلز) به دلیل جرم اتمی بالای ماده تشکیل دهنده آنها، «شفاف» ضعیفی دارند.

تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس و فلورسانس اشعه ایکس

پرتوهای ایکس دارای خواصی هستند که به آنها اجازه می دهد تا تک تک اتم ها را با جزئیات بررسی کنند. تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس به طور فعال در شیمی (از جمله بیوشیمی) و کریستالوگرافی استفاده می شود. اصل عملکرد آن پراکندگی پراش اشعه ایکس بر روی اتم های کریستال ها یا مولکول های پیچیده است. با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس، ساختار مولکول DNA تعیین شد.

تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس به شما امکان می دهد تا به سرعت ترکیب شیمیایی یک ماده را تعیین کنید.

انواع مختلفی از رادیوتراپی وجود دارد، اما همه آنها شامل استفاده از پرتوهای یونیزان هستند. رادیوتراپی به دو نوع کورپوسکولار و موجی تقسیم می شود. Corpuscular از شار ذرات آلفا (هسته اتم های هلیوم)، ذرات بتا (الکترون ها)، نوترون ها، پروتون ها و یون های سنگین استفاده می کند. موج از پرتوهای طیف الکترومغناطیسی - اشعه ایکس و گاما استفاده می کند.

روش های رادیوتراپی عمدتاً برای درمان سرطان استفاده می شود. واقعیت این است که تشعشع در درجه اول بر سلول‌های در حال تقسیم فعال تأثیر می‌گذارد، به همین دلیل است که اندام‌های خونساز بسیار رنج می‌برند (سلول‌های آنها دائماً در حال تقسیم هستند و گلبول‌های قرمز خون بیشتری و بیشتری تولید می‌کنند). سلول های سرطانی نیز دائماً تقسیم می شوند و نسبت به بافت های سالم در برابر تشعشع آسیب پذیرتر هستند.

سطحی از تابش استفاده می شود که فعالیت سلول های سرطانی را سرکوب می کند و در عین حال تأثیر متوسطی بر سلول های سالم دارد. تحت تأثیر تابش، تخریب سلول ها به این صورت نیست، بلکه آسیب به ژنوم آنها - مولکول های DNA است. یک سلول با ژنوم تخریب شده می تواند برای مدتی وجود داشته باشد، اما دیگر نمی تواند تقسیم شود، یعنی رشد تومور متوقف می شود.

اشعه ایکس خفیف ترین شکل پرتودرمانی است. تابش موج نرمتر از تابش جسمی است و اشعه ایکس نرمتر از تابش گاما است.

در دوران بارداری

استفاده از پرتوهای یونیزان در دوران بارداری خطرناک است. اشعه ایکس جهش زا است و می تواند باعث ایجاد مشکلاتی در جنین شود. اشعه ایکس با بارداری ناسازگار است: فقط در صورتی می توان از آن استفاده کرد که قبلاً تصمیم به سقط جنین گرفته شده باشد. محدودیت های فلوروسکوپی خفیف تر است، اما در ماه های اول نیز به شدت ممنوع است.

در صورت لزوم، معاینه اشعه ایکس با تصویربرداری رزونانس مغناطیسی جایگزین می شود. اما در سه ماهه اول نیز سعی می کنند از آن اجتناب کنند (این روش اخیراً ظاهر شد و می توان با اطمینان مطلق گفت که هیچ عواقب مضری وجود ندارد).

هنگامی که در معرض مجموع دوز حداقل 1 mSv (در واحدهای قدیمی - 100 mR) قرار می گیرید، یک خطر واضح ایجاد می شود. با یک عکس اشعه ایکس ساده (مثلاً هنگام انجام فلوروگرافی)، بیمار تقریباً 50 برابر کمتر دریافت می کند. برای دریافت چنین دوزی در یک زمان، باید یک توموگرافی کامپیوتری دقیق انجام دهید.

یعنی واقعیت 1-2 x "اشعه ایکس" به خودی خود در مراحل اولیه بارداری عواقب جدی را تهدید نمی کند (اما بهتر است آن را در معرض خطر قرار ندهید).

درمان با آن

اشعه ایکس در درجه اول در مبارزه با تومورهای بدخیم استفاده می شود. این روش خوب است زیرا بسیار مؤثر است: تومور را می کشد. بد است که بافت های سالم اندکی بهتر عمل می کنند و عوارض جانبی متعددی وجود دارد. اندام های خون ساز در خطر خاصی هستند.

در عمل از روش های مختلفی برای کاهش تاثیر اشعه ایکس بر بافت سالم استفاده می شود. پرتوها در یک زاویه هدایت می شوند به طوری که تومور در ناحیه تقاطع آنها قرار می گیرد (به همین دلیل، جذب اصلی انرژی درست در آنجا اتفاق می افتد). گاهی اوقات این روش در حرکت انجام می شود: بدن بیمار نسبت به منبع تابش حول محوری که از تومور عبور می کند می چرخد. در این حالت، بافت‌های سالم فقط گاهی اوقات در ناحیه تابش قرار می‌گیرند و بافت‌های بیمار دائماً در معرض قرار می‌گیرند.

اشعه ایکس در درمان برخی از آرتروز و بیماری های مشابه و همچنین بیماری های پوستی استفاده می شود. در این مورد، سندرم درد 50-90٪ کاهش می یابد. از آنجایی که پرتوهای مورد استفاده نرمتر هستند، عوارض جانبی مشابه آنچه در درمان تومورها رخ می دهد، مشاهده نمی شود.