Оглавление
Безопасность
Эта сфера деятельности также пользуется благами открытия немецкого физика. Вспомните, ведь каждый раз, приезжая в аэропорт или на вокзал, входя в широкие двери торговых центров и парков, вы проходите через специальные рамки, которые, что называется, видят вас насквозь. Таким методом отслеживают перемещение оружия, наркотиков, боеприпасов, всего того, что к свободной перевозке гражданами запрещено.
Открытые немецким физиком Вильгельмом Рентгеном Х-лучи стали одним из главных открытий человеческого существования. Почти каждая сфера нашла для себя выгоду от их использования. То, что этот способ определяет качество всевозможных изделий без активного разрушения делает его крайне востребованным и в будущем.
Открытая в 1901 году технология является базовой, а уже на ее основе разрабатываются современные инструменты для работы в различных сферах деятельности человека.
Нашли нарушение? Пожаловаться на содержание
Рентгеновская астрономия
На Земле мы довольно редко сталкиваемся с рентгеновским излучением, однако оно достаточно часто обнаруживается в космосе. Там оно возникает естественным путем в силу активности многих космических объектов. Благодаря этому стала возможна рентгеновская астрономия. Энергия рентгеновских фотонов гораздо больше, нежели оптических, поэтому в рентгеновском диапазоне излучает вещество, нагретое до чрезвычайно высоких температур.
Источниками рентгеновского излучения являются черные дыры, нейтронные звезды, квазары. Благодаря рентгеновской астрономии появилась возможность отличать черные дыры от нейтронных звезд, были обнаружены пузыри Ферми, удалось запечатлеть процесс разрушения обычной звезды, приблизившейся к черной дыре.
Один из первых рентгеновских источников на небе — Лебедь Х-1 — был открыт в 1964 году, и сегодня большинство ученых уверены, что это черная дыра массой около 15 солнечных масс // NASA
Эти космические источники рентгеновского излучения не являются для нас заметной частью естественного радиационного фона и поэтому никак не угрожают людям. Исключением может стать только такой источник жесткого электромагнитного излучения, как вспышка сверхновой звезды, произошедшая достаточно близко от Солнечной системы.
Раннее применение рентгена
В течение нескольких лет рентгеновские снимки начали активно использовать для проведения более точных операций. Уже спустя 14 дней после их открытия Фридрих Отто Валкхофф сделал первую стоматологическую рентгенограмму. А вслед за этим они вместе с Фрицем Гизелем основали первую в мире стоматологическую рентгенологическую лабораторию.
К 1900 году, через 5 лет после открытия, использование рентгена при диагностике считалось неотъемлемой частью медицинской практики.
Показательной с точки зрения распространения технологий, основанных на рентгеновском излучении, можно считать статистику, собранную старейшим госпиталем в Пенсильвании. Согласно ей, в 1900 году только около 1–2% пациентов получали помощь с помощью рентгена, в то время как к 1925 году их было уже 25%.
X-лучи в то время использовались весьма необычным образом. К примеру, с их помощью предоставляли услуги по удалению волос. Долгое время этот способ считался более предпочтительным в сравнении с более болезненными — щипцами или воском. Кроме того, рентгеновское излучение использовалось в аппаратах для примерки обуви — примерочных рентгеноскопах (педоскопах). Это были рентгеновские аппараты со специальной выемкой для ступней, а также с окошками, через которые клиент и продавцы могли оценить, как села обувь.
Флюороскоп для обуви // wikipedia.org
Раннее использование рентгеновского изучения с точки зрения современных представлений о безопасности вызывает много вопросов. Проблема была в том, что на момент открытия икс-лучей практически ничего не было известно о радиации и ее последствиях, отчего первопроходцы, пользовавшиеся новым изобретением, сталкивались с его вредоносным эффектом на своем опыте.Негативные последствия повышенного облучения стали массовым явлением на рубеже XIX–XX веков, и люди начали постепенно приходить к осознанию опасности бездумного использования рентгеновского излучения.
Рентгеновское излучение в искусствоведении
Способность рентгеновских лучей просвечивать и создавать эффект флуоресценции применяется и для изучения картин. То, что скрывается под верхним слоем краски, может рассказать очень многое об истории создания полотна. Например, именно в искусной работе с несколькими красочными слоями изображения могут заключаться уникальные свойства работы художника
Также структуру слоев картины важно учитывать при подборе наиболее подходящих условий хранения полотна
Для всего этого незаменимо рентгеновское излучение, позволяющее заглянуть под верхние слои изображения без вреда для него.
Важными разработками в этом направлении являются новые методы, специализированные для работы с произведениями искусства. Метод макроскопической флуоресценции — это вариант рентгенофлуоресцентного анализа, который хорошо подходит для визуализации структуры распределения ключевых элементов, в основном металлов, присутствующих на площадях примерно 0,5–1 квадратный метр и более.
С другой стороны, для получения изображений отдельных слоев картины перспективной представляется рентгеновская ламинография — вариант компьютерной рентгеновской томографии, который больше подходит для исследования плоских поверхностей. С помощью этих методов также можно изучать химический состав красочного слоя. Это позволяет датировать полотно, в том числе для того, чтобы выявить подделку.
Как это произошло?
Итак, год 1895, дата – восьмое ноября. Именно она считается днем открытия рентгеновского излучения. Недавно назначенный ректором Вюрцбургского университета Вильгельм Рентген по привычке задержался в своей физико-химической лаборатории почти до ночи. Выключив перед уходом электрические приборы, он обнаружил, что от одной из пробирок, в которой находилась прозрачная жидкость, исходит зеленоватое свечение. Ученый заметил, что не успел выключить один из опытных аппаратов – это была вакуумная трубка. Тут же исправив свою оплошность, физик увидел, что свечения – как не бывало. Самое интересное заключалось в том, что баночка с жидким содержимым находилась в противоположном конце лаборатории, а это означало, что от вакуумной трубки исходил неведомый доселе луч. Он решил удостовериться в верности своей догадки и стал выставлять на пути луча все, что попадалось под руку: тонкий бумажный лист, более плотный картон, затем стекло, наконец – деревянную доску. Эффект был один и тот же – эти удивительные лучи не признавали никаких преград! Тогда ученого осенило – он поставил еще один заслон, представляющий собой тару, в которой находились уже металлические гири, после чего замер от удивления: сквозь коробку абсолютно точно высвечивались контуры гирь! Забыв о том, что давно пора домой, ученый начал экспериментировать и с другими предметами, но когда случайным образом в зоне действия лучей оказалась его рука, он во всех деталях увидел внутреннюю ее часть – лишь костные структуры оставались непрозрачными. Так было обнаружено рентгеновское излучение – естественно, в дальнейшем ученый назвал таинственные лучи своим именем.
https://youtube.com/watch?v=gLYpGJQU19s
Регистрация рентгеновских лучей.
Глаз человека к рентгеновским лучам не чувствителен. Рентгеновские лучи регистрируют с помощью специальной рентгеновской фотоплёнки, содержащей повышенное количество AgBr. В области λ < 0,5 Å чувствительность этих плёнок быстро падает и может быть искусственно повышена плотно прижатым к плёнке флуоресцирующим экраном. В области λ > 5 Å чувствительность обычной позитивной фотоплёнки достаточно велика, а её зёрна значительно меньше зёрен рентгеновской плёнки, что повышает разрешение. При λ порядка десятков и сотен Å рентгеновские лучи действуют только на тончайший поверхностный слой фотоэмульсии; для повышения чувствительности плёнки её сенсибилизируют люминесцирующими маслами (см. Сенсибилизация). В рентгенодиагностике и дефектоскопии для регистрации рентгеновских лучей иногда применяют электрофотографию (электрорентгенографию).
Рентгеновские лучи больших интенсивностей можно регистрировать с помощью ионизационной камеры, рентгеновские лучи средних и малых интенсивностей при λ < 3 Å — сцинтилляционным счётчиком с кристаллом NaI (Tl), при 0,5 < λ < 5 Å — Гейгера — Мюллера счётчиком и отпаянным пропорциональным счётчиком, при 1 < λ < 100 Å — проточным пропорциональным счётчиком, при λ < 120 Å — полупроводниковым детектором. В области очень больших λ (от десятков до 1000 Å) для регистрации рентгеновских лучей могут быть использованы вторично-электронные умножители открытого типа с различными фотокатодами на входе.
Рентген в медицине
Открытие рентгеновских лучей в корне изменило жизнь человека. Сегодня не существует такой области, где бы эти лучи не использовались. Самым главным пользователем открытия была и остается медицина.
«Не просто протереть маслом»: опытный столяр об уходе за деревянной посудой
Токийскому автосалону Tokyo Auto Salon 2021 все же быть. Но в цифровом формате
SuperJob: большинство москвичей не захотели возвращаться в офис с удаленки
Лучи стали одним из лучших инструментов для работы с человеческой анатомией. С началом использования рентгена исследование и лечение проблем костей ускорилось в несколько раз.
Сейчас активно изучается влияние лучей на онкологию
Х-лучи используются, но крайне осторожно и в небольших дозах, потому что они убивают не только больные, но и здоровые клетки. Именно поэтому после лечения такого типа людям нужно значительно больше времени на восстановление, чем в других случаях
Рентгенография в технике
Мягкое рентгеновское излучение используется в исследованиях, направленных на решение проблемы управляемого термоядерного синтеза. Для запуска процесса нужно создать ударную волну отдачи, облучив небольшую мишень из дейтерия и трития мягким рентгеном из электрического разряда и мгновенно разогревая до плазменного состояния оболочку этой мишени.
Эта волна сжимает вещество мишени до плотности, в тысячи раз большей плотности твердого тела, и разогревает ее до термоядерной температуры. Выделение термоядерной энергии синтеза происходит за короткое время, пока горячая плазма разлетается по инерции.
Способность просвечивать делает возможной рентгенографию — метод визуализации, который позволяет отображать внутреннюю структуру непрозрачного объекта, выполненного, например, из металла. На глаз невозможно определить, прочно ли сварили конструкции моста, герметичен ли шов у газопровода и плотно ли прилегают друг к другу рельсы.
Поэтому в промышленности рентгенография используется для дефектоскопии — контроля надежности основных рабочих свойств и параметров объекта или отдельных его элементов, не требующего выведения объекта из эксплуатации либо его демонтажа.
На эффекте флуоресценции основана рентгенофлуоресцентная спектрометрия — метод анализа, используемый для определения концентраций элементов от бериллия до урана в диапазоне от 0,0001 до 100% в веществах различного происхождения.
При облучении образца мощным потоком излучения рентгеновской трубки возникает характеристическое флуоресцентное излучение атомов, которое пропорционально их концентрации в образце. В настоящее время практически каждый электронный микроскоп позволяет определять без каких-либо затруднений детальный элементный состав изучаемых микрообъектов методом рентгенофлуоресцентного анализа.
Применение рентгеновских трубок в промышленности, науке и безопасности
Для определения дефектов и неоднородностей в материалах используют просвечивание рентгеновским излучением – рентгенодефектоскопия. Рентген аппараты для дефектоскопии бывают стационарные или передвижные и имеют большую мощность. Например, на производстве металлических конструкций используются рентгеновские трубки с напряжением 150-400 кВ и более
Увеличение напряжения позволяет снизить время экспозиции, что важно при просвечивании конструкций значительной толщины
Для определения строения и состава веществ используют рентгеноструктурный анализ. Трубки для такого анализа дают кроме тормозного излучения еще и интенсивное характеристическое излучение. Их мощность обычно невысока.
Научное применение рентгена заключается в определении атомно-молекулярной структуры веществ, расшифровке структура молекул.
С помощью рентгеновского излучения обеспечивается безопасность в аэропортах и на таможне – грузы и багаж просвечиваются для определения их содержимого.
Рентген позволяет узнать структуру вещества
Рентгеновская кристаллография — это научное направление, связанное с выявлением структуры вещества на атомном и молекулярном уровнях. Отличительная черта кристаллических тел — многократное упорядоченное повторение в пространственной структуре одних и тех же элементов (ячеек), состоящих из определенного набора атомов, молекул или ионов.
Основной метод исследований заключается в воздействии на кристаллический образец узкого пучка рентгеновских лучей с помощью рентгеновской камеры. Полученная фотография показывает картину дифрагированных рентгеновских лучей, проходящих через кристалл, по которой ученые могут затем визуально отобразить его пространственную структуру, называемую кристаллической решеткой. Различные способы осуществления данного метода получили название рентгеноструктурного анализа.
Фотография дифракционной картины ДНК в ее так называемой B-конфигурации
Некоторые молекулярные биологи предсказывают, что в визуализации наиболее крупных и сложных молекул рентгеновскую кристаллографию может заменить новый метод — криогенная электронная микроскопия.
Одним из новейших инструментов химического анализа стал пленочный сканер Хендерсона, который он использовал в своей новаторской работе в области криогенной электронной микроскопии. Однако этот метод пока остается довольно дорогим и поэтому вряд ли в ближайшее время полностью вытеснит рентгеновскую кристаллографию.
Сравнительно новое направление исследований и технических приложений, связанное с использованием рентгеновских лучей, — рентгеновская микроскопия. Она предназначена для получения увеличенного изображения исследуемого объекта в реальном пространстве в двух или трех измерениях с использованием элементов фокусирующей оптики.
Дифракционный предел пространственного разрешения в рентгеновской микроскопии за счет малой длины волны используемого излучения примерно в 1000 раз лучше, чем соответствующее значение для оптического микроскопа. Кроме того, проникающая способность рентгеновского излучения позволяет изучать внутреннее строение образцов, совершенно непрозрачных для видимого света. И хотя электронная микроскопия обладает преимуществом несколько более высокого пространственного разрешения, она не является неразрушающим методом исследования, поскольку для нее требуются вакуум и образцы с металлическими или металлизированными поверхностями, что совершенно губительно, например, для биологических объектов.
 
Открытие века
Вильгельм Рентген, будучи профессором физики и ректором одного из баварских университетов, часто оставался после работы в своей лаборатории и проводил различные эксперименты, изучая свойства тока и его взаимодействия с другими физическими инструментами и объектами. Работа шла тяжело. В один из таких дней он неожиданно и открыл те самые всепроникающие лучи, которые весь мир называет Х-лучами. В России они получили известность как рентгеновские лучи.
Эксперимент был таков: в 1895 году, 8 ноября, профессор работал в одиночестве, отпустив ассистентов домой. Он включил ток в катодной трубке, которая была закрыта со всех сторон плотной черной бумагой. В эксперименте случайным образом участвовали кристаллы платиноцианистого бария, которые оказались неподалеку и стали излучать зеленоватый цвет
Профессор обратил на это внимание и выключил ток. Зеленое свечение тут же прекратилось
Ученый произвел несколько попыток определить, каким образом ток и кристаллы взаимодействуют, ведь они ничем не связаны. И вывод был один: трубка производит неизвестное излучение. Те самые Х-лучи. Оказалось, что такие лучи могут беспрепятственно проникать через любые материалы.
Как сложилась судьба Алены, которую в 1957 году удочерил Николай Рыбников
Мистер Бин радует с 1990 года. Однако Роуэн Аткинсон недоволен своей ролью
Образование и культура: россияне назвали свои главные страхи в 2021 году
Эксперимент продолжился и через некоторое время был подробно описан. А в 1901 году, буквально через несколько месяцев после открытия и полного описания научного процесса, Вильгельму Рентгену была вручена первая в истории Нобелевская премия по физике. Это открытие остается важным по сей день.
Рентгеновское излучение в искусствоведении
Способность рентгеновских лучей просвечивать и создавать эффект флуоресценции применяется и для изучения картин. То, что скрывается под верхним слоем краски, может рассказать очень многое об истории создания полотна. Например, именно в искусной работе с несколькими красочными слоями изображения могут заключаться уникальные свойства работы художника
Также структуру слоев картины важно учитывать при подборе наиболее подходящих условий хранения полотна. Для всего этого незаменимо рентгеновское излучение, позволяющее заглянуть под верхние слои изображения без вреда для него.
Важными разработками в этом направлении являются новые методы, специализированные для работы с произведениями искусства. Метод макроскопической флуоресценции — это вариант рентгенофлуоресцентного анализа, который хорошо подходит для визуализации структуры распределения ключевых элементов, в основном металлов, присутствующих на площадях примерно 0,5–1 квадратный метр и более. С другой стороны, для получения изображений отдельных слоев картины перспективной представляется рентгеновская ламинография — вариант компьютерной рентгеновской томографии, который больше подходит для исследования плоских поверхностей. С помощью этих методов также можно изучать химический состав красочного слоя. Это позволяет датировать полотно, в том числе для того, чтобы выявить подделку.
Природа и свойства рентгеновских лучей
Рентгеновское излучение – это высокочастотное изменение состояния электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве со скоростью около 300 000 км/с, то есть электромагнитные волны. На шкале диапазона электромагнитного излучения рентген располагается в области длин волн от приблизительно 10-8 до 5∙10-12 метров, что на несколько порядков короче оптических волн. Это соответствует частотам от 3∙1016 до 6∙1019 Гц и энергиям от 10 эВ до 250 кэВ, или 1,6∙10-18 до 4∙10-14 Дж. Следует отметить, что границы частотных диапазонов электромагнитного излучения достаточно условны вследствие их перекрытия.
Источником рентгеновского излучения является взаимодействие ускоренных заряженных частиц (электронов высоких энергий) с электрическими и магнитными полями и с атомами вещества.
Фотонам рентгеновских лучей свойственны высокие энергии и большая проникающая и ионизирующая способность, особенно для жесткого рентгена с длинами волн менее 1 нанометра (10-9 м).
Рентгеновские лучи взаимодействуют с веществом, ионизируя его атомы, в процессах фотоэффекта (фотопоглощения) и некогерентного (комптоновского) рассеяния. При фотопоглощении рентгеновский фотон, поглощаясь электроном атома, передает ему энергию. Если ее величина превышает энергию связи электрона в атоме, то он покидает атом. Комптоновское рассеяние характерно для более жестких (энергичных) рентгеновских фотонов. Часть энергии поглощаемого фотона затрачивается на ионизацию; при этом под некоторым углом к направлению первичного фотона излучается вторичный, с меньшей частотой.
Поглощение рентгеновских лучей.
Одной из особенностей рентгеновских лучей является их способность проникать через непрозрачные для обычного света вещества. Рентген наблюдал свечение флуоресцирующего экрана, когда между источником лучей и экраном находится слой исследуемого вещества. Он обнаружил, что черная бумага поглощает икс-лучи значительно слабее, чем стекло такой же толщины. Тонкий листок алюминия, непрозрачный для света, их пропускает. Прозрачное для света свинцовое стекло почти полностью их поглощает. Рентген установил, что поглощение икс-лучей не связано с прозрачностью для световых лучей. Он установил также, что способность вещества поглощать икс-лучи возрастает с плотностью поглощаемого вещества и что поглощаемость лучей одним и тем же веществом зависит от условий получения лучей. Сильно поглощаемые лучи были названы мягкими, а слабо поглощаемые — жесткими. Чем больше разность потенциалов между анодом и катодом, тем жестче рентгеновские лучи.
«В двух коротких заметках,— писал А. Зоммерфельд,— предложенных Рентгеном в декабре 1895 г. и в марте 1896 г. Вюрцбургскому физико-медицинскому обществу, изложены все существенные свойства нового вида излучения: действие на фотографическую пластину и па флуоресцирующий экран, прямолинейное распространение, отсутствие отражения и преломления, так же как и заметного отклонения от указанной прямолинейности распространения, возникновение вторичных лучей с металлической поверхности, облученной первичными, отсутствие отклонения X-лучей магнитами, различная поглощаемость в разных материалах, примерно, но неточно соответствующая их плотности, электропроводность облученного Х-лучами воздуха и вызванные этим явления электрического разряда, сравнительное обогащение рентгеновских лучей жесткой компонентой при их многократной абсорбции, непригодность закона косинуса Ламберта для излучения с антикатода и т. д.
В 1900—1902 гг. Бруке и Блондло нашли, что рентгеновское излучение распространяется со скоростью, близкой к скорости света. В 1906, 1908, 1909 гг. Э. Маркс, Д. Франк и Р. Поль в пределах ошибок не очень точных методов показали, что скорость рентгеновских лучей равна скорости света.
Применение рентгеновских лучей в медицине
Первые рентгеновские аппараты давали возможность врачам изучать исключительно структуру костных тканей, определять их целостность, а также участки возможных повреждений. Развитие технического прогресса привело к сокращению продолжительности экспозиции при фотофиксации, а также улучшило качество съемки.
Современное рентгенологическое оборудование позволяет докторам изучать даже мягкие ткани, своевременно определять их патологии и начинать лечение. В медицинской практике электромагнитные волны рентгеновского типа используются в процессе проведения следующих диагностических процедур:
Флюорография
Этот метод исследования предусматривает фотофиксацию теневого изображения. Пациент занимает исходную позицию между источником излучения и специальным экраном, поверхность которого выполнена из иодида цезия. Под воздействием электромагнитного излучения указанный элемент начинает светиться.
Ткани внутренних органов, оказавшиеся на пути лучей, создают эффект тени, которые имеют разную степень затемненности. Врач-рентгенолог, который проводит обследование пациента, фиксирует снимок на люминесцентном экране, увеличивает изображение и определяет участки патологического состояния тканей легких и сердца.
Современное оборудование позволяет увеличить фотографию до максимальных пределов, чтобы доктор не полагался исключительно на остроту своего зрения. Также используются компьютеры, которые сохраняют данные об истории болезни конкретного пациента.
Рентгенография
Это процесс записи изображения на рентгеновскую пленку. В данном случае исследуемый участок тела находится между источником ионизирующего излучения и пленкой, которая закреплена в аппарате. Заряженные частицы лучей проходят сквозь тело пациента, после чего изображение внутренних органов, мягких тканей или костей, переносится на снимок.
Как и в случае с флюорографией, врач выполняет изучение полученной информации. Данный метод особенно эффективен при диагностике трещин, переломов, вывихов, определении воспалительных процессов в костной ткани.
Контрастные вещества
Отдельные внутренние органы человеческого организма имеют полую структуру, либо становятся бесцветными под воздействием ионизирующего излучения, не создают тени на снимке (например, кишечник, мочевой пузырь, почки).
В таком случае используют контрастные вещества, который пациент употребляет в желудочно-кишечный тракт (соли бария) или же ему их вводят внутривенно (иодсодержащий раствор). После этого выполняется рентгенологическая фиксация внутреннего органа, который имеет признаки болезни.
Компьютерная томография
Была разработана в 1970 г. Это разновидность рентгеновской диагностики. Принцип проведения обследования с использованием данного способа заключается в том, что пациент помещается в специальный бокс, а медицинское оборудование осуществляет съемку всего тела. Это компьютерная рентгеновская томография.
Позволяет обнаружить опухолевые процессы в тканях внутренних органов и костях, обнаружить вялотекущие и острые воспаления, внутренние кровотечения. Преимущество данного метода заключается в том, что в организм пациента не требуется вводить контрастные вещества и прочие растворы.
Природа икс-лучей
Рентгеновское излучение — это электромагнитное излучение с энергией фотонов от ~100 эВ до 250 кэВ,которое лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением. Оно является частью естественной радиации, возникающей в радиоизотопах при возбуждении атомов элементов потоком электронов, альфа-частиц или гамма-квантов, при котором происходит выброс электронов с электронных оболочек атома. Рентгеновское излучение возникает при движении заряженных частиц с ускорением, в частности, при торможении электронов, в электрическом поле атомов вещества.
Выделяют мягкое и жесткое рентгеновское излучение, условная граница между которыми на шкале длин волн находится около 0,2 нм, что соответствует энергии фотонов примерно 6 кэВ. Рентгеновское излучение является как проникающим, что обусловлено его короткой длиной волны, так и ионизирующим, поскольку при прохождении через вещество оно взаимодействует с электронами, выбивая их из атомов, тем самым разбивая их на ионы и электроны и меняя структуру вещества, на которое оно воздействует.
Характеристики радиоизотопов
Рентгеновское излучение вызывает свечение химических соединений, называемое флуоресценцией. Облучение атомов образца фотонами с высокой энергией вызывает испускание электронов — они покидают атом. В одной или более электронных орбиталях образуются «дырки» — вакансии, благодаря чему атомы переходят в возбужденное состояние, то есть становятся нестабильны. Через миллионные доли секунды атомы возвращаются к стабильному состоянию, когда вакансии во внутренних орбиталях заполняются электронами из внешних орбиталей.
Такой переход сопровождается испусканием энергии в виде вторичного фотона, отсюда и возникает флуоресценция.
Источники рентгеновского излучения
Основным источником рентгеновского излучения является вакуумная трубка, в которой установлен катод и анод. Происходит нагрев катода и выработка электронов, которые ускоряются за счет образования электромагнитного поля, а затем ударяются об поверхность анода.
Подобными устройствами оборудованы рентгенологические аппараты, функциональным предназначением которых является исследование мягких тканей человека и элементов его опорно-двигательного аппарата.
В лабораторных условиях источником рентгеновского излучения могут быть специальные лампы, которые применяются в проведения биохимических реакций, требующих использования метода флуоресценции. Кроме устройств, созданных человеком для получения рентгеновского излучения в медицинских целях, существуют источники, образующие электромагнитные волны данного типа.
Они такие:
- радиоактивные металлы в период их распада;
- космические объекты, которые преодолели плотные слои атмосферы и попали на поверхность Земли;
- минеральные породы и полезные ископаемые, содержащие в своем составе примеси радиоактивных металлов.
Природные источники электромагнитных волн рентгеновского типа встречаются в окружающей среде крайне редко, а частота их излучения значительно ниже, чем в искусственно созданной вакуумной трубке на основе катода и анода.
Мир в рентгеновском свете
Так как во Вселенной всем управляет гравитация, она же доминирует в эволюции и формировании галактик. Как написано на сайте Института Макса Планка, «рентгеновские наблюдения скоплений галактик дают информацию о скорости расширения Вселенной, доле массы в видимом веществе и амплитуде первичных флуктуаций, являющихся источником скоплений галактик и всей структуры Вселенной.» Исследователи также сообщают, что инструмент eRosita, сканирующий глубины космоса и исследующий структуру Вселенной, получил новую карту ночного неба. Изображение фиксирует множество так называемых насильственных действий в космосе – случаев, когда материя ускоряется, нагревается и измельчается.
Передача первого набора данных, полученных eRosita, была завершена в середине июня. Рентгеновский телескоп регистрирует более миллиона источников рентгеновского излучения. Как пишут исследователи, это почти то же самое число, что было обнаружено за всю историю рентгеновской астрономии. За шесть месяцев астрономам удвоили известное количество источников излучения. Напомню, что «Спектр-РГ» был запущен в июле прошлого года и отправлен на наблюдательную позицию примерно в 1,5 миллионах километров от Земли.
Сверхскопление галактик Шепли является одним из самых массивных во Вселенной
Как детектируют рентгеновское излучение
На протяжении длительного времени для детектирования и измерения рентгеновского излучения использовался тонкий слой люминофора или фотоэмульсии, нанесенный на поверхность стеклянной пластинки или прозрачной полимерной пленки. Первый под действием рентгеновского излучения светился в оптическом диапазоне спектра, а у пленки под действием химической реакции менялась оптическая прозрачность покрытия.
В настоящее время для регистрации рентгеновского излучения чаще всего применяют электронные детекторы — приборы, вырабатывающие электрический импульс при поглощении кванта излучения в чувствительном объеме детектора. Они отличаются принципом преобразования энергии поглощенного излучения в электрические сигналы.
Рентгеновские детекторы с электронной регистрацией можно разделить на ионизационные, действие которых основано на ионизации вещества, и радиолюминесцентные, в том числе сцинтилляционные, использующие люминесценцию вещества под действием ионизирующего излучения. Ионизационные детекторы, в свою очередь, делятся на газонаполненные и полупроводниковые в зависимости от детектирующей среды.
Основными типами газонаполненных детекторов являются ионизационные камеры, счетчики Гейгера (счетчики Гейгера — Мюллера) и пропорциональные газоразрядные счетчики. Кванты излучения, попадающие в рабочую среду счетчика, вызывают ионизацию газа и протекание тока, который и регистрируется. В полупроводниковом детекторе под действием квантов излучения образуются электронно-дырочные пары, которые также делают возможным протекание электрического тока через тело детектора.
Основной компонент сцинтилляционных счетчиков вакуумного прибора — это фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), использующий фотоэффект для конверсии излучения в поток заряженных частиц и явление вторичной эмиссии электронов для усиления тока образующихся заряженных частиц. ФЭУ имеет фотокатод и систему последовательных ускоряющих электродов — динодов, при ударе о которые происходит размножение ускоренных электронов.
Вторичный электронный умножитель — открытый вакуумный прибор (работает только в условиях вакуума), в котором на входе излучение рентгеновского диапазона преобразуется в поток первичных электронов и затем усиливается за счет вторичной эмиссии электронов при их распространении в канале умножителя.
По этому же принципу работают микроканальные пластины, представляющие собой огромное количество отдельных микроскопических каналов, пронизывающих пластинчатый детектор. Они могут дополнительно обеспечить пространственное разрешение и формирование оптического изображения поперечного сечения потока падающего на детектор рентгеновского излучения путем бомбардировки выходящим потоком электронов полупрозрачного экрана с нанесенным на него люминофором.
Свойства рентгеновских лучей
Рентгеновское излучение – это невидимые для человеческого глаза электромагнитные волны, которые активно используют в области медицины и машиностроения.
Выделяют следующие физические свойства рентгеновских лучей, которые были установлены методом длительных научных исследований:
- способны проникать сквозь мягкие ткани, кости, мышечные волокна, которые не просвечиваются лучами естественного света, что делает рентгеновские лучи незаменимыми в области медицины (в процессе определения патологий костей и внутренних органов);
- вызывают флюоресценцию отдельных химических соединений и веществ, что также используется для проведения лабораторных исследований;
- обладают уникальными фотохимическими свойствами, так как за короткий отрезок времени разлагают соединения на основе ионов серебра, обеспечивают почернение слоев фотографической пленки, формируя анатомическое изображение на поверхности рентгеновского снимка;
- в момент распространения в условиях окружающей среды, электромагнитные волны вызывают ионизацию молекул и атомов других веществ, находящихся в спектре их действия (это является негативным и побочным эффектов излучения);
- в тканях и клетках человеческого организма, которые подверглись даже незначительному рентгеновскому облучению, ускоряются обменные процессы, но данный эффект является краткосрочным (при получении больших доз облучения происходит обратный результат, возрастает риск развития лучевой болезни);
- электромагнитные волны применяются для лечения злокачественных новообразований (излучение данного типа разрушительно воздействует на ткани опухоли, нарушая ее клеточное деление, но данный метод терапии подходит не для всех онкологических заболеваний).
Все вышеперечисленные свойства рентгеновских лучей востребованы в инструментальной и лабораторной диагностике болезней опорно-двигательного аппарата и тканей внутренних органов.
По мере развития технологического процесса происходит усовершенствование медицинского оборудования, обеспечивающего синтез электромагнитных волн направленного спектра действия с положительно заряженными фотонами.
