Rrezet X kanë një gjatësi. Rrezatimi me rreze X

LEKTORË

RREZE X

2. Rrezatimi me rreze X Bremsstrahlung, vetitë e tij spektrale.

3. Rrezatimi karakteristik me rreze X (për referencë).

4. Ndërveprimi i rrezatimit me rreze X me lëndën.

5. Baza fizike e përdorimit të rrezeve X në mjekësi.

Rrezet X (rrezet X) u zbuluan nga K. Roentgen, i cili në 1895 u bë laureati i parë Nobel në fizikë.

1. Natyra e rrezeve X

Rrezatimi me rreze X – valë elektromagnetike me gjatësi nga 80 deri në 10–5 nm. Rrezatimi me rreze X me valë të gjatë mbivendoset nga rrezatimi UV me valë të shkurtër dhe rrezatimi me rreze X me valë të shkurtër mbivendoset nga rrezatimi g me valë të gjatë.

Rrezet X prodhohen në tubat me rreze X. Fig.1.

K – katodë

1 – rreze elektronike

2 – Rrezatimi me rreze X

Oriz. 1. Pajisja e tubit me rreze X.

Tubi është një balonë qelqi (me një vakum ndoshta të lartë: presioni në të është rreth 10 -6 mm Hg) me dy elektroda: anoda A dhe katoda K, në të cilën aplikohet tension i lartë. U (disa mijëra volt). Katoda është burim elektronesh (për shkak të fenomenit të emetimit termionik). Anoda është një shufër metalike që ka një sipërfaqe të pjerrët në mënyrë që të drejtojë rrezatimin me rreze X që rezulton në një kënd me boshtin e tubit. Është bërë nga një material shumë përçues termik për të shpërndarë nxehtësinë e krijuar nga bombardimi elektronik. Në skajin e pjerrët ka një pllakë prej metali zjarrdurues (për shembull, tungsten).

Ngrohja e fortë e anodës është për faktin se shumica e elektroneve në rrezen katodike, me të arritur në anodë, përjetojnë përplasje të shumta me atomet e substancës dhe transferojnë energji të madhe në to.

Nën ndikimin e tensionit të lartë, elektronet e emetuara nga filamenti i nxehtë i katodës përshpejtohen në energji të larta. Energjia kinetike e elektronit është mv 2 /2. Është e barabartë me energjinë që fiton gjatë lëvizjes në fushën elektrostatike të tubit:

mv 2 /2 = eU (1)

ku m, e - masa dhe ngarkesa e elektronit, U – tension përshpejtues.

Proceset që çojnë në shfaqjen e rrezatimit me rreze X bremsstrahlung shkaktohen nga ngadalësimi intensiv i elektroneve në substancën anodë nga fusha elektrostatike e bërthamës atomike dhe elektroneve atomike.

Mekanizmi i shfaqjes mund të paraqitet si më poshtë. Elektronet lëvizëse janë një rrymë e caktuar që formon fushën e vet magnetike. Ngadalësimi i elektroneve është një rënie në fuqinë e rrymës dhe, në përputhje me rrethanat, një ndryshim në induksionin e fushës magnetike, e cila do të shkaktojë shfaqjen e një fushe elektrike alternative, d.m.th. shfaqja e një vale elektromagnetike.

Kështu, kur një grimcë e ngarkuar fluturon në materie, ajo ngadalësohet, humbet energjinë dhe shpejtësinë e saj dhe lëshon valë elektromagnetike.

2. Vetitë spektrale të bremsstrahlung me rreze X .

Pra, në rastin e ngadalësimit të elektronit në substancën e anodës, Rrezatimi me rreze X Bremsstrahlung.

Spektri i rrezeve X bremsstrahlung është i vazhdueshëm . Arsyeja për këtë është si më poshtë.

Kur elektronet ngadalësohen, një pjesë e energjisë shkon për ngrohjen e anodës (E 1 = P ), pjesa tjetër për krijimin e një fotoni me rreze x (E 2 = hv ), përndryshe, eU = hv + Q . Marrëdhënia midis këtyre pjesëve është e rastësishme.

Kështu, një spektër i vazhdueshëm i rrezeve X bremsstrahlung formohet për shkak të ngadalësimit të shumë elektroneve, secila prej të cilave lëshon një kuantë me rreze X. hv(h ) me një vlerë të përcaktuar rreptësisht. Madhësia e kësaj kuantike të ndryshme për elektrone të ndryshme. Varësia e fluksit të energjisë së rrezeve X nga gjatësia e valës l , d.m.th. Spektri i rrezeve X është paraqitur në Fig. 2.

Fig.2. Spektri i rrezeve X Bremsstrahlung: a) në tensione të ndryshme U në tub; b) në temperatura të ndryshme T të katodës.

Rrezatimi me valë të shkurtër (të fortë) ka fuqi më të madhe depërtuese se rrezatimi me valë të gjatë (të butë). Rrezatimi i butë absorbohet më fort nga materia.

Në anën e gjatësisë së valës së shkurtër, spektri përfundon papritur në një gjatësi vale të caktuar une jam . Një bremsstrahlung i tillë me valë të shkurtër ndodh kur energjia e fituar nga një elektron në një fushë përshpejtuese shndërrohet plotësisht në energji fotonike ( Q = 0):

eU = hv max = hc/ l min , l min = hc/(eU), (2)

l min (nm) = 1,23/ U kV

Përbërja spektrale e rrezatimit varet nga voltazhi në tubin e rrezeve X, me rritjen e tensionit vlera une jam zhvendoset drejt gjatësive të valëve të shkurtra (Fig. 2 a).

Kur temperatura T e katodës ndryshon, emetimi i elektroneve rritet. Rrjedhimisht, rryma rritet I në tub, por përbërja spektrale e rrezatimit nuk ndryshon (Fig. 2b).

Rrjedha e energjisë F * Rrezatimi Bremsstrahlung është drejtpërdrejt proporcional me katrorin e tensionit U midis anodës dhe katodës, forca e rrymës I në tub dhe numër atomik Z i substancës së anodës:

Ф = kZU 2 I. (3)

ku k = 10 –9 W/(V 2 A).

3. Rrezatimi karakteristik me rreze X (per referim).

Një rritje e tensionit në tubin e rrezeve X çon në shfaqjen e një spektri të linjës në sfondin e një spektri të vazhdueshëm, i cili korrespondon me rrezatimin karakteristik të rrezeve X. Ky rrezatim është specifik për materialin anodë.

Mekanizmi i shfaqjes së tij është si më poshtë. Në tension të lartë, elektronet e përshpejtuara (me energji të lartë) depërtojnë thellë në atom dhe nxjerrin elektronet nga shtresat e tij të brendshme. Elektronet nga nivelet e sipërme lëvizin në vende të lira, si rezultat i të cilave emetohen fotone të rrezatimit karakteristik.

Spektrat e rrezatimit karakteristik me rreze X ndryshojnë nga spektri optik.

- Uniformiteti.

Uniformiteti i spektrave karakteristik është për faktin se shtresat e brendshme elektronike të atomeve të ndryshme janë identike dhe ndryshojnë vetëm energjikisht për shkak të veprimit të forcës nga bërthamat, i cili rritet me rritjen e numrit atomik të elementit. Prandaj, spektri karakteristik zhvendoset drejt frekuencave më të larta me rritjen e ngarkesës bërthamore. Kjo u konfirmua eksperimentalisht nga një punonjës i Roentgen - Moseley, i cili mati frekuencat e tranzicionit të rrezeve X për 33 elementë. Ata vendosën ligjin.

LIGJI I MOSLEY – Rrënja katrore e frekuencës karakteristike të rrezatimit është një funksion linear i numrit serial të elementit:

A × (Z – B), (4)

ku v - frekuenca e vijës spektrale, Z – numri atomik i elementit emetues. A, B janë konstante.

Rëndësia e ligjit të Moseley qëndron në faktin se nga kjo varësi është e mundur të përcaktohet me saktësi numri atomik i elementit në studim bazuar në frekuencën e matur të linjës së rrezeve X. Kjo luajti një rol të madh në vendosjen e elementeve në tabelën periodike.

– Pavarësia nga komponimet kimike.

Spektrat karakteristikë të rrezeve X të një atomi nuk varen nga përbërja kimike në të cilën përfshihet atomi i elementit. Për shembull, spektri i rrezeve X të atomit të oksigjenit është i njëjtë për O 2, H 2 O, ndërsa spektri optik i këtyre përbërjeve është i ndryshëm. Kjo veçori e spektrit të rrezeve X të atomit shërbeu si bazë për emrin " rrezatimi karakteristik".

4. Ndërveprimi i rrezeve X me materien

Ndikimi i rrezatimit me rreze X në objekte përcaktohet nga proceset parësore të ndërveprimit të rrezeve X foton me elektrone atomet dhe molekulat e materies.

Rrezatimi me rreze X në materie absorbohet ose shpërndahet. Në këtë rast, mund të ndodhin procese të ndryshme, të cilat përcaktohen nga raporti i energjisë së fotonit të rrezeve X hv dhe energjia e jonizimit A dhe (energjia e jonizimit A dhe është energjia e nevojshme për të hequr elektronet e brendshme jashtë atomit ose molekulës).

A) Shpërndarje koherente(shpërndarja e rrezatimit me valë të gjata) ndodh kur relacioni është i kënaqur

hv< А и.

Për fotonet, për shkak të ndërveprimit me elektronet, ndryshon vetëm drejtimi i lëvizjes (Fig. 3a), por energjia hv dhe gjatësia e valës nuk ndryshon (prandaj kjo shpërndarje quhet koherente). Meqenëse energjia e fotonit dhe atomit nuk ndryshon, shpërndarja koherente nuk ndikon në objektet biologjike, por kur krijohet mbrojtje kundër rrezatimit me rreze X, duhet të merret parasysh mundësia e ndryshimit të drejtimit parësor të rrezes.

b) Efekt foto ndodh kur

hv ³ A dhe .

Në këtë rast mund të realizohen dy raste.

1. Fotoni absorbohet, elektroni ndahet nga atomi (Fig. 3b). Ndodh jonizimi. Elektroni i shkëputur fiton energji kinetike: E k = hv – A dhe . Nëse energjia kinetike është e lartë, atëherë elektroni mund të jonizojë atomet fqinje me përplasje, duke formuar ato të reja dytësore elektronet.

2. Fotoni absorbohet, por energjia e tij nuk është e mjaftueshme për të hequr një elektron, dhe ngacmimi i një atomi ose molekule(Fig. 3c). Kjo shpesh çon në emetimin e mëvonshëm të një fotoni në rajonin e dukshëm (luminescencë me rreze X), dhe në inde në aktivizimin e molekulave dhe reaksioneve fotokimike. Efekti fotoelektrik ndodh kryesisht në elektronet e predhave të brendshme të atomeve me të lartë Z.

V) Shpërndarje jokoherente(Efekti Compton, 1922) ndodh kur energjia e fotonit është shumë më e madhe se energjia e jonizimit

hv » A dhe.

Në këtë rast, një elektron hiqet nga atomi (elektrone të tilla quhen elektronet mbrapsht), fiton pak energji kinetike E te , energjia e vetë fotonit zvogëlohet (Fig. 4d):

hv = hv " + A dhe + E k. (5)

Rrezatimi i krijuar në këtë mënyrë me një frekuencë (gjatësi) të ndryshuar quhet dytësore, shpërndahet në të gjitha drejtimet.

Elektronet e kthimit, nëse kanë energji të mjaftueshme kinetike, mund të jonizojnë atomet fqinje me përplasje. Kështu, si rezultat i shpërndarjes jokoherente, formohet rrezatimi sekondar i shpërndarë me rreze X dhe ndodh jonizimi i atomeve të substancës.

Proceset e treguara (a, b, c) mund të shkaktojnë një numër të mëvonshëm. Për shembull (Fig. 3d), Nëse, gjatë efektit fotoelektrik, elektronet në shtresat e brendshme ndahen nga atomi, atëherë elektronet nga nivelet më të larta mund të zënë vendin e tyre, i cili shoqërohet me rrezatim karakteristik dytësor me rreze X të substancës së caktuar. Fotonet e rrezatimit sekondar, duke bashkëvepruar me elektronet e atomeve fqinje, mund të shkaktojnë, nga ana tjetër, fenomene dytësore.

shpërndarje koherente

hv< А И

energjia dhe gjatësia e valës mbeten të pandryshuara

fotoefekt

hv ³ A dhe

fotoni absorbohet, e - ndahet nga atomi - jonizimi

hv = A dhe + E k

atomi A ngacmohet kur një foton absorbohet, R – Ndriçimi me rreze X

shpërndarje jokoherente

hv » A dhe

hv = hv "+A dhe +E te

proceset dytësore në efektin fotoelektrik


Oriz. 3 Mekanizmat e bashkëveprimit të rrezatimit me rreze X me lëndën

Baza fizike e përdorimit të rrezeve x në mjekësi

Kur rrezatimi me rreze X bie mbi një trup, ai reflektohet pak nga sipërfaqja e tij, por kryesisht kalon thellë në të, ndërsa pjesërisht absorbohet dhe shpërndahet dhe pjesërisht kalon.

Ligji i dobësimit.

Fluksi i rrezeve X dobësohet në një substancë sipas ligjit:

Ф = Ф 0 e – m × x (6)

ku m – lineare koeficienti i dobësimit, e cila në mënyrë të konsiderueshme varet nga dendësia e substancës. Është e barabartë me shumën e tre termave që korrespondojnë me shpërndarjen koherente m 1, m 2 jokoherent dhe efekt fotoelektrik m 3:

m = m 1 + m 2 + m 3. (7)

Kontributi i secilit term përcaktohet nga energjia e fotonit. Më poshtë janë marrëdhëniet midis këtyre proceseve për indet e buta (uji).

Energjia, keV

Efekt fotografik
Efekti Compton

100 %

Kënaquni koeficienti i dobësimit të masës, e cila nuk varet nga dendësia e substancës r:

m m = m / r. (8)

Koeficienti i dobësimit të masës varet nga energjia e fotonit dhe nga numri atomik i substancës absorbuese:

m m = k l 3 Z 3 . (9)

Koeficientët e dobësimit të masës së kockave dhe indeve të buta (ujë) ndryshojnë: m m kocka / m m ujë = 68.

Nëse në rrugën e rrezeve x vendoset një trup johomogjen dhe përballë tij vendoset një ekran fluoreshent, atëherë ky trup, duke thithur dhe dobësuar rrezatimin, formon një hije në ekran. Nga natyra e kësaj hijeje mund të gjykohet forma, dendësia, struktura dhe në shumë raste natyra e trupave. ato. Dallimi domethënës në thithjen e rrezatimit me rreze X nga inde të ndryshme lejon që dikush të shohë një imazh të organeve të brendshme në një projeksion hije.

Nëse organi që ekzaminohet dhe indet përreth zbutin në mënyrë të barabartë rrezatimin me rreze x, atëherë përdoren agjentë kontrasti. Për shembull, duke mbushur stomakun dhe zorrët me një masë të butë të sulfatit të bariumit ( BaS 0 4), ju mund të shihni imazhin e tyre të hijes (raporti i koeficientëve të dobësimit është 354).

Përdorimi në mjekësi.

Në mjekësi, rrezet X përdoren me energji fotonike që variojnë nga 60 në 100-120 keV për diagnostikim dhe 150-200 keV për terapi.

Diagnostifikimi me rreze X – njohja e sëmundjeve duke përdorur ekzaminimin me rreze X të trupit.

Diagnostifikimi me rreze X përdoret në mënyra të ndryshme, të cilat janë dhënë më poshtë.

1. Me fluoroskopi Tubi i rrezeve X ndodhet prapa pacientit. Përpara është një ekran fluoreshente. Në ekran vërehet një imazh hije (pozitiv). Në secilin rast individual, fortësia e përshtatshme e rrezatimit zgjidhet në mënyrë që të kalojë nëpër indet e buta, por të absorbohet mjaftueshëm nga ato të dendura. Përndryshe, ju merrni një hije uniforme. Në ekran, zemra dhe brinjët janë të dukshme të errëta, mushkëritë të lehta.

2. Me radiografi objekti vendoset në një kasetë që përmban film me emulsion të veçantë fotografik. Tubi i rrezeve X është i pozicionuar mbi objekt. Radiografia që rezulton jep një imazh negativ, d.m.th. e kundërta në ndryshim nga fotografia e vërejtur gjatë transndriçimit. Në këtë metodë, imazhi është më i qartë se në (1), kështu që vërehen detaje që janë të vështira për t'u parë përmes transmetimit.

Një version premtues i kësaj metode është rrezet X tomografia dhe “versioni i makinës” – kompjuteri tomografia.

3. Me fluorografi, Imazhi nga ekrani i madh kapet në film të ndjeshëm me format të vogël. Gjatë shikimit, fotografitë shikohen duke përdorur një zmadhues të veçantë.

Terapia me rreze X – përdorimi i rrezeve X për të shkatërruar tumoret malinje.

Efekti biologjik i rrezatimit është të prishë funksionet jetësore, veçanërisht të qelizave që shumohen me shpejtësi.

TOMOGRAFIA E KOMPJUTUAR (CT)

Metoda e tomografisë kompjuterike me rreze X bazohet në rindërtimin e imazhit të op.një seksion të zgjedhur të trupit të pacientit duke regjistruar një numër të madh projeksionesh me rreze X të këtij seksioni, të kryera në kënde të ndryshme. Informacioni nga sensorët që regjistrojnë këto projeksione hyn në një kompjuter, i cili, duke përdorur një program të veçantë, llogarit shpërndarja ngushtë Madhësia e mostrësnë seksionin në studim dhe e shfaq atë në ekranin e ekranit. Imazhi i marrë në këtë mënyrëseksion kryq i trupit të pacientit karakterizohet nga qartësi e shkëlqyer dhe përmbajtje e lartë informacioni. Programi lejon, nëse është e nevojshme,rrit kontrasti i imazhit V dhjetëra e madje qindra herë. Kjo zgjeron aftësitë diagnostikuese të metodës.

Videografë (pajisje me përpunim dixhital të imazhit me rreze X) në stomatologjinë moderne.

Në stomatologji, ekzaminimi me rreze X është metoda kryesore diagnostike. Megjithatë, një numër karakteristikash tradicionale organizative dhe teknike të diagnostikimit me rreze X e bëjnë atë jo plotësisht të rehatshme si për pacientin ashtu edhe për klinikat dentare. Kjo është, para së gjithash, nevoja për kontakt të pacientit me rrezatimin jonizues, i cili shpesh krijon një ngarkesë të konsiderueshme rrezatimi në trup; është gjithashtu nevoja për një fotoproces, dhe për rrjedhojë nevoja për fotoreagentë, përfshirë ato toksike. Ky është, më në fund, një arkiv i rëndë, dosje të rënda dhe zarfe me filma me rreze x.

Për më tepër, niveli aktual i zhvillimit të stomatologjisë e bën vlerësimin subjektiv të radiografive nga syri i njeriut të pamjaftueshëm. Siç doli, nga shumëllojshmëria e nuancave gri të përfshira në një imazh me rreze x, syri percepton vetëm 64.

Është e qartë se për të marrë një imazh të qartë dhe të detajuar të indeve të forta të sistemit dentofacial me ekspozim minimal ndaj rrezatimit, nevojiten zgjidhje të tjera. Kërkimi çoi në krijimin e të ashtuquajturave sisteme radiografike, videografe - sisteme radiografike dixhitale.

Pa detaje teknike, parimi i funksionimit të sistemeve të tilla është si më poshtë. Rrezatimi me rreze X kalon nëpër objekt jo në një film fotosensiv, por në një sensor të veçantë intraoral (një matricë e veçantë elektronike). Sinjali përkatës nga matrica transmetohet në një pajisje digjitalizuese (konvertues analog në dixhital, ADC) i lidhur me kompjuterin, i cili e shndërron atë në formë dixhitale. Softueri special krijon një imazh me rreze X në ekranin e kompjuterit dhe ju lejon ta përpunoni atë, ta ruani në një medium ruajtjeje të fortë ose fleksibël (hard disk, disqe) dhe ta printoni si skedar si foto.

Në një sistem dixhital, një imazh me rreze x është një koleksion pikash që kanë vlera të ndryshme dixhitale në shkallë gri. Optimizimi i shfaqjes së informacionit të ofruar nga programi bën të mundur marrjen e një kornize që është optimale në shkëlqim dhe kontrast me një dozë rrezatimi relativisht të ulët.

Në sistemet moderne të krijuara, për shembull, nga kompanitë Trofe (Francë) ose Schick (SHBA) kur formohet një kornizë, përdoren 4096 nuanca gri, koha e ekspozimit varet nga objekti i studimit dhe, mesatarisht, është të qindtat - të dhjetat e sekondës, reduktim i ekspozimit ndaj rrezatimit ndaj filmit - deri në 90% për sistemet intraorale, deri në 70% për videografët panoramikë.

Gjatë përpunimit të imazheve, videografët mund të:

1. Merrni imazhe pozitive dhe negative, imazhe pseudo-ngjyra dhe imazhe reliev.

2. Rritni kontrastin dhe zgjeroni zonën e interesit në imazh.

3. Vlerësoni ndryshimet në densitetin e indeve dentare dhe strukturave kockore, monitoroni uniformitetin e mbushjes së kanalit.

4. B endodoncia përcaktoni gjatësinë e një kanali të çdo lakimi dhe në kirurgji zgjidhni madhësinë e implantit me një saktësi prej 0,1 mm.

5. Sistemi unik Detektor i kariesit me elementë të inteligjencës artificiale kur analizoni një imazh, ju lejon të zbuloni kariesin në fazën e pikave, kariesin e rrënjës dhe kariesin e fshehur.


* « Ф" në formulën (3) i referohet të gjithë gamës së gjatësive të valëve të emetuara dhe shpesh quhet "Fluksi integral i energjisë".

Radiologjia është një degë e radiologjisë që studion efektet e rrezatimit me rreze x në trupin e kafshëve dhe njerëzve që vijnë nga kjo sëmundje, trajtimin dhe parandalimin e tyre, si dhe metodat për diagnostikimin e patologjive të ndryshme duke përdorur rreze x (diagnostika me rreze X). . Një aparat tipik diagnostikues me rreze X përfshin një pajisje furnizimi me energji (transformatorë), një ndreqës me tension të lartë që konverton rrymën alternative nga rrjeti elektrik në rrymë direkte, një panel kontrolli, një mbajtës dhe një tub me rreze x.

Rrezet X janë një lloj lëkundjesh elektromagnetike që formohen në një tub me rreze X gjatë një ngadalësimi të mprehtë të elektroneve të përshpejtuar në momentin e përplasjes së tyre me atomet e substancës anodë. Aktualisht, pikëpamja e pranuar përgjithësisht është se rrezet X, për nga natyra e tyre fizike, janë një nga llojet e energjisë rrezatuese, spektri i së cilës përfshin gjithashtu valët e radios, rrezet infra të kuqe, dritën e dukshme, rrezet ultravjollcë dhe rrezet gama të radioaktive. elementet. Rrezatimi me rreze X mund të karakterizohet si një koleksion i grimcave të tij më të vogla - kuanteve ose fotoneve.

Oriz. 1 - Njësia e lëvizshme e rrezeve X:

A - tub me rreze X;
B - pajisja e furnizimit me energji elektrike;
B - trekëmbësh i rregullueshëm.
Oriz. 2 - Paneli i kontrollit të makinës me rreze X (mekanik - në të majtë dhe elektronik - në të djathtë):

A - panel për rregullimin e ekspozimit dhe fortësisë;
B - butoni i furnizimit me tension të lartë.
Oriz. 3 - bllok diagrami i një aparati tipik me rreze X

1 - rrjeti;
2 - autotransformator;
3 - transformator rritës;
4 - tub me rreze X;
5 - anodë;
6 - katodë;
7 - transformator zbritës.

Mekanizmi i gjenerimit të rrezeve X

Rrezet X formohen në momentin e përplasjes së një rryme elektronesh të përshpejtuar me substancën anodë. Kur elektronet ndërveprojnë me një objektiv, 99% e energjisë së tyre kinetike shndërrohet në energji termike dhe vetëm 1% në rrezatim me rreze X.

Një tub me rreze X përbëhet nga një cilindër qelqi në të cilin janë bashkuar 2 elektroda: një katodë dhe një anodë. Ajri është pompuar nga tullumbace e qelqit: lëvizja e elektroneve nga katoda në anodë është e mundur vetëm në kushtet e vakumit relativ (10 -7 -10 -8 mm Hg). Katoda ka një filament, i cili është një spirale tungsteni e përdredhur fort. Kur rryma elektrike aplikohet në filament, ndodh emetimi i elektroneve, në të cilin elektronet ndahen nga filamenti dhe formojnë një re elektronike pranë katodës. Kjo re është e përqendruar në kupën e fokusimit të katodës, e cila përcakton drejtimin e lëvizjes së elektroneve. Kupa është një depresion i vogël në katodë. Anoda, nga ana tjetër, përmban një pllakë metalike tungsteni mbi të cilën përqendrohen elektronet - këtu prodhohen rrezet X.


Oriz. 4 - Pajisja e tubit me rreze X:

A - katodë;
B - anodë;
B - filament tungsteni;
G - kupa e fokusimit të katodës;
D - rrjedha e elektroneve të përshpejtuara;
E - objektivi i tungstenit;
F - balonë qelqi;
Z - dritare e bërë nga berilium;
Dhe - formuar rreze x;
K - filtër alumini.

Ka 2 transformatorë të lidhur me tubin elektronik: një ulje dhe një rritje. Një transformator që zvogëlohet ngroh spiralën e tungstenit me tension të ulët (5-15 volt), duke rezultuar në emetim elektronesh. Një transformator rritës ose i tensionit të lartë përshtatet drejtpërdrejt në katodë dhe anodë, të cilat furnizohen me një tension prej 20-140 kilovolt. Të dy transformatorët vendosen në bllokun e tensionit të lartë të aparatit me rreze X, i cili është i mbushur me vaj transformatori, i cili siguron ftohjen e transformatorëve dhe izolimin e tyre të besueshëm.

Pasi të jetë formuar një re elektronike duke përdorur një transformator në rënie, transformatori i rritjes ndizet dhe një tension i tensionit të lartë aplikohet në të dy polet e qarkut elektrik: një impuls pozitiv në anodë dhe një impuls negativ. në katodë. Elektronet e ngarkuara negativisht zmbrapsen nga katoda e ngarkuar negativisht dhe priren drejt anodës së ngarkuar pozitivisht - për shkak të këtij ndryshimi potencial, arrihet një shpejtësi e lartë e lëvizjes - 100 mijë km/s. Me këtë shpejtësi, elektronet bombardojnë pllakën e tungstenit të anodës, duke përfunduar një qark elektrik, duke rezultuar në rreze x dhe energji termike.

Rrezatimi me rreze X ndahet në bremsstrahlung dhe karakteristik. Bremsstrahlung ndodh për shkak të një ngadalësimi të mprehtë të shpejtësisë së elektroneve të emetuara nga një spirale tungsteni. Rrezatimi karakteristik ndodh në momentin e ristrukturimit të predhave elektronike të atomeve. Të dyja këto lloje formohen në tubin me rreze X në momentin e përplasjes së elektroneve të përshpejtuara me atomet e substancës anodë. Spektri i emetimit të një tubi me rreze X është një mbivendosje e rrezeve bremsstrahlung dhe karakteristike të rrezeve X.


Oriz. 5 - parimi i formimit të rrezatimit me rreze X bremsstrahlung.
Oriz. 6 - parimi i formimit të rrezatimit karakteristik me rreze x.

Karakteristikat themelore të rrezatimit me rreze X

  1. Rrezet X janë të padukshme për syrin.
  2. Rrezatimi me rreze X ka një aftësi të madhe depërtuese nëpër organet dhe indet e një organizmi të gjallë, si dhe strukturat e dendura të natyrës së pajetë që nuk transmetojnë rrezet e dukshme të dritës.
  3. Rrezet X bëjnë që disa përbërje kimike të shkëlqejnë, të quajtura fluoreshencë.
  • Sulfidet e zinkut dhe kadmiumit fluoreshenojnë në të verdhë-jeshile,
  • Kristalet e tungstatit të kalciumit janë vjollcë-blu.
  • Rrezet X kanë një efekt fotokimik: ato dekompozojnë përbërjet e argjendit me halogjenet dhe shkaktojnë nxirje të shtresave fotografike, duke formuar një imazh në një rreze x.
  • Rrezet X e transferojnë energjinë e tyre tek atomet dhe molekulat e mjedisit nëpër të cilin kalojnë, duke shfaqur një efekt jonizues.
  • Rrezatimi me rreze X ka një efekt të theksuar biologjik në organet dhe indet e rrezatuara: në doza të vogla stimulon metabolizmin, në doza të mëdha mund të çojë në zhvillimin e lëndimeve nga rrezatimi, si dhe sëmundje akute nga rrezatimi. Kjo veti biologjike lejon përdorimin e rrezatimit me rreze X për trajtimin e tumorit dhe disa sëmundjeve jo tumorale.

    • Shkalla e dridhjeve elektromagnetike

    Rrezet X kanë një gjatësi vale specifike dhe frekuencë vibrimi. Gjatësia e valës (λ) dhe frekuenca e lëkundjes (ν) lidhen me relacionin: λ ν = c, ku c është shpejtësia e dritës, e rrumbullakosur në 300,000 km në sekondë. Energjia e rrezeve X përcaktohet me formulën E = h ν, ku h është konstanta e Plankut, një konstante universale e barabartë me 6,626 10 -34 J⋅s. Gjatësia e valës së rrezeve (λ) lidhet me energjinë e tyre (E) me raportin: λ = 12.4 / E.

    Rrezatimi me rreze X ndryshon nga llojet e tjera të lëkundjeve elektromagnetike në gjatësinë e valës (shih tabelën) dhe energjinë kuantike. Sa më e shkurtër të jetë gjatësia e valës, aq më e lartë është frekuenca, energjia dhe fuqia depërtuese e saj. Gjatësia e valës së rrezeve X është në interval

    . Duke ndryshuar gjatësinë e valës së rrezatimit me rreze X, aftësia e tij depërtuese mund të rregullohet. Rrezet X kanë një gjatësi vale shumë të shkurtër, por një frekuencë të lartë lëkundjeje dhe për këtë arsye janë të padukshme për syrin e njeriut. Për shkak të energjisë së tyre të madhe, kuantet kanë fuqi të madhe depërtuese, e cila është një nga vetitë kryesore që siguron përdorimin e rrezatimit me rreze X në mjekësi dhe shkenca të tjera.

    Karakteristikat e rrezatimit me rreze X

    Intensiteti- një karakteristikë sasiore e rrezatimit me rreze X, e cila shprehet me numrin e rrezeve të emetuara nga tubi për njësi të kohës. Intensiteti i rrezatimit me rreze X matet në miliamps. Duke e krahasuar atë me intensitetin e dritës së dukshme nga një llambë inkandeshente konvencionale, mund të nxjerrim një analogji: për shembull, një llambë 20 vat do të shkëlqejë me një intensitet ose forcë, dhe një llambë 200 vat do të shkëlqejë me një tjetër, ndërsa cilësia e vetë dritës (spektri i saj) është i njëjtë. Intensiteti i një rreze X është në thelb sasia e saj. Çdo elektron krijon një ose më shumë kuanta rrezatimi në anodë, prandaj, numri i rrezeve X kur ekspozohet një objekt rregullohet duke ndryshuar numrin e elektroneve që priren drejt anodës dhe numrin e ndërveprimeve të elektroneve me atomet e objektivit të tungstenit. , e cila mund të bëhet në dy mënyra:

    1. Duke ndryshuar shkallën e ngrohjes së spirales së katodës duke përdorur një transformator në rënie (numri i elektroneve të gjeneruara gjatë emetimit do të varet nga sa e nxehtë është spiralja e tungstenit, dhe numri i kuanteve të rrezatimit do të varet nga numri i elektroneve);
    2. Duke ndryshuar madhësinë e tensionit të lartë të furnizuar nga një transformator rritës në polet e tubit - katodë dhe anodë (sa më i lartë të jetë tensioni në polet e tubit, aq më shumë energji kinetike marrin elektronet, të cilat , për shkak të energjisë së tyre, mund të ndërveprojnë me disa atome të substancës anode nga ana tjetër - shih. oriz. 5; elektronet me energji të ulët do të mund të hyjnë në më pak ndërveprime).

    Intensiteti i rrezeve X (rryma e anodës) shumëzuar me kohën e ekspozimit (koha e funksionimit të tubit) korrespondon me ekspozimin ndaj rrezeve X, i cili matet në mAs (miliamper për sekondë). Ekspozimi është një parametër që, ashtu si intensiteti, karakterizon numrin e rrezeve të emetuara nga tubi i rrezeve X. I vetmi ndryshim është se ekspozimi merr parasysh edhe kohën e funksionimit të tubit (për shembull, nëse tubi punon për 0,01 sekonda, atëherë numri i rrezeve do të jetë një, dhe nëse 0,02 sekonda, atëherë numri i rrezeve do të jetë të ndryshme - dy herë më shumë). Ekspozimi ndaj rrezatimit përcaktohet nga radiologu në panelin e kontrollit të aparatit me rreze X, në varësi të llojit të ekzaminimit, madhësisë së objektit që ekzaminohet dhe detyrës diagnostikuese.

    Ngurtësia- karakteristikat cilësore të rrezatimit me rreze x. Ajo matet nga madhësia e tensionit të lartë në tub - në kilovolt. Përcakton fuqinë depërtuese të rrezeve X. Ai rregullohet nga tensioni i lartë i furnizuar në tubin e rrezeve X nga një transformator rritës. Sa më i lartë të krijohet diferenca potenciale nëpër elektrodat e tubit, aq më shumë forcë zmbrapsen elektronet nga katoda dhe nxitojnë drejt anodës dhe aq më e fortë është përplasja e tyre me anodën. Sa më e fortë përplasja e tyre, aq më e shkurtër është gjatësia e valës së rrezatimit me rreze X që rezulton dhe aq më e lartë është aftësia depërtuese e kësaj vale (ose fortësia e rrezatimit, e cila, ashtu si intensiteti, rregullohet në panelin e kontrollit nga parametri i tensionit në tubi - kilovoltazh).

    Oriz. 7 - Varësia e gjatësisë së valës nga energjia e valës:

    λ - gjatësia e valës;
    E - energjia e valës

    • Sa më e lartë të jetë energjia kinetike e elektroneve në lëvizje, aq më i fortë është ndikimi i tyre në anodë dhe aq më e shkurtër është gjatësia e valës së rrezatimit me rreze X që rezulton. Rrezatimi me rreze X me gjatësi vale të gjatë dhe fuqi të ulët depërtuese quhet "i butë"; rrezatimi me rreze X me gjatësi vale të shkurtër dhe fuqi depërtuese të lartë quhet "i fortë".
     Oriz. 8 - Marrëdhënia midis tensionit në tubin e rrezeve X dhe gjatësisë së valës së rrezatimit me rreze X që rezulton:
    • Sa më i lartë të aplikohet voltazhi në polet e tubit, aq më i fortë është ndryshimi i potencialit në to, prandaj, energjia kinetike e elektroneve në lëvizje do të jetë më e lartë. Tensioni në tub përcakton shpejtësinë e elektroneve dhe forcën e përplasjes së tyre me substancën e anodës; prandaj, voltazhi përcakton gjatësinë e valës së rrezatimit të rrezeve X që rezulton.

    Klasifikimi i tubave me rreze X

    1. Sipas qëllimit
      1. Diagnostikuese
      2. Terapeutike
      3. Për analiza strukturore
      4. Për të tejdukshme
    2. Sipas dizajnit
      1. Me fokus
    • Me një fokus (një spirale në katodë dhe një pikë fokale në anodë)
    • Bifokale (ka dy spirale me madhësi të ndryshme në katodë dhe dy pika fokale në anodë)
    1. Sipas llojit të anodës
    • Stacionare (fikse)
    • Rrotulluese

    Rrezet X përdoren jo vetëm për qëllime diagnostike me rreze X, por edhe për qëllime terapeutike. Siç u përmend më lart, aftësia e rrezatimit me rreze X për të shtypur rritjen e qelizave tumorale bën të mundur përdorimin e tij në terapinë me rrezatim për kancerin. Përveç fushës së aplikimit mjekësor, rrezatimi me rreze X ka gjetur aplikim të gjerë në inxhinieri, shkencën e materialeve, kristalografinë, kiminë dhe biokiminë: për shembull, është e mundur të identifikohen defekte strukturore në produkte të ndryshme (shina, saldime, etj.) duke përdorur rrezatimin me rreze X. Ky lloj hulumtimi quhet zbulimi i gabimeve. Dhe në aeroporte, stacione treni dhe vende të tjera të mbushura me njerëz, introskopët televizivë me rreze X përdoren në mënyrë aktive për të skanuar bagazhet e dorës dhe bagazhet për qëllime sigurie.

    Në varësi të llojit të anodës, tubat me rreze X ndryshojnë në dizajn. Për shkak të faktit se 99% e energjisë kinetike të elektroneve shndërrohet në energji termike, gjatë funksionimit të tubit, ndodh ngrohje e konsiderueshme e anodës - objektivi i ndjeshëm i tungstenit shpesh digjet. Anoda ftohet në tubat moderne me rreze X duke e rrotulluar atë. Anoda rrotulluese ka formën e një disku, i cili shpërndan nxehtësinë në mënyrë të barabartë në të gjithë sipërfaqen e tij, duke parandaluar mbinxehjen lokale të objektivit të tungstenit.

    Dizajni i tubave me rreze X gjithashtu ndryshon në aspektin e fokusit. Pika qendrore është zona e anodës ku gjenerohet rrezja e punës me rreze X. Ndarë në pikë qendrore reale dhe pikë fokale efektive ( oriz. 12). Për shkak se anoda është me kënd, pika fokale efektive është më e vogël se ajo aktuale. Përmasat e ndryshme të pikave fokale përdoren në varësi të madhësisë së zonës së imazhit. Sa më e madhe të jetë zona e imazhit, aq më e gjerë duhet të jetë pika qendrore për të mbuluar të gjithë zonën e imazhit. Megjithatë, një pikë fokale më e vogël prodhon qartësi më të mirë të imazhit. Prandaj, kur prodhohen imazhe të vogla, përdoret një filament i shkurtër dhe elektronet drejtohen në një zonë të vogël të synuar të anodës, duke krijuar një pikë fokale më të vogël.


    Oriz. 9 - Tub me rreze X me një anodë të palëvizshme.
    Oriz. 10 - Tub me rreze X me një anodë rrotulluese.
    Oriz. 11 - Pajisja e tubit me rreze X me një anodë rrotulluese.
    Oriz. 12 është një diagram i formimit të një vendi qendror real dhe efektiv.

    RREZE X
    rrezatim i padukshëm i aftë për të depërtuar, megjithëse në shkallë të ndryshme, të gjitha substancat. Është rrezatim elektromagnetik me gjatësi vale rreth 10-8 cm.Ashtu si drita e dukshme, rrezatimi me rreze X shkakton nxirje të filmit fotografik. Kjo pronë është e rëndësishme për mjekësinë, industrinë dhe kërkimin shkencor. Duke kaluar nëpër objektin në studim dhe më pas duke rënë mbi filmin fotografik, rrezatimi me rreze X përshkruan strukturën e tij të brendshme mbi të. Meqenëse fuqia depërtuese e rrezatimit të rrezeve X ndryshon për materiale të ndryshme, pjesët e objektit që janë më pak transparente ndaj tij prodhojnë zona më të lehta në fotografi sesa ato nëpër të cilat rrezatimi depërton mirë. Kështu, indi kockor është më pak transparent ndaj rrezeve X sesa indi që përbën lëkurën dhe organet e brendshme. Prandaj, në një radiografi, kockat do të shfaqen si zona më të lehta dhe vendi i thyerjes, i cili është më transparent ndaj rrezatimit, mund të zbulohet mjaft lehtë. Rrezet X përdoren gjithashtu në stomatologji për të zbuluar kariesin dhe absceset në rrënjët e dhëmbëve, dhe në industri për të zbuluar çarjet në kallëp, plastikë dhe goma. Rrezet X përdoren në kimi për të analizuar komponimet dhe në fizikë për të studiuar strukturën e kristaleve. Një rreze me rreze X që kalon nëpër një përbërje kimike prodhon rrezatim dytësor karakteristik, analiza spektroskopike e të cilit lejon kimistin të përcaktojë përbërjen e përbërjes. Kur një rreze rrezesh bie mbi një substancë kristalore, ajo shpërndahet nga atomet e kristalit, duke dhënë një pamje të qartë dhe të rregullt të njollave dhe vijave në një pllakë fotografike, gjë që bën të mundur vendosjen e strukturës së brendshme të kristalit. . Përdorimi i rrezeve X në trajtimin e kancerit bazohet në faktin se vret qelizat e kancerit. Megjithatë, mund të ketë edhe efekte të padëshirueshme në qelizat normale. Prandaj, duhet treguar kujdes ekstrem kur përdorni rreze X në këtë mënyrë. Rrezatimi me rreze X u zbulua nga fizikani gjerman W. Roentgen (1845-1923). Emri i tij është përjetësuar në disa terma të tjerë fizikë që lidhen me këtë rrezatim: rentgeni është njësia ndërkombëtare e dozës së rrezatimit jonizues; një fotografi e marrë në një aparat me rreze X quhet radiografi; Fusha e mjekësisë radiologjike që përdor rrezet X për të diagnostikuar dhe trajtuar sëmundjet quhet radiologji. Roentgen zbuloi rrezatimin në 1895 ndërsa ishte profesor i fizikës në Universitetin e Würzburg. Gjatë kryerjes së eksperimenteve me rrezet katodike (elektroni rrjedh në tubat e shkarkimit), ai vuri re se një ekran i vendosur pranë një tubi vakumi, i mbuluar me cianoplatinit barium kristalor, shkëlqente me shkëlqim, megjithëse vetë tubi ishte i mbuluar me karton të zi. Roentgen konstatoi më tej se aftësia depërtuese e rrezeve të panjohura që zbuloi, të cilat ai i quajti rreze X, varej nga përbërja e materialit absorbues. Ai gjithashtu mori një imazh të eshtrave të dorës së tij duke e vendosur atë midis një tubi shkarkimi me rreze katodike dhe një ekrani të veshur me cianoplatinit barium. Zbulimi i Roentgen u pasua nga eksperimente nga studiues të tjerë, të cilët zbuluan shumë veti dhe aplikime të reja të këtij rrezatimi. Një kontribut i madh dhanë M. Laue, W. Friedrich dhe P. Knipping, të cilët demonstruan në vitin 1912 difraksionin e rrezatimit të rrezeve X kur kalonte nëpër një kristal; W. Coolidge, i cili në vitin 1913 shpiku një tub me rreze X me vakum të lartë me një katodë të ndezur; G. Moseley, i cili vendosi në vitin 1913 marrëdhënien midis gjatësisë së valës së rrezatimit dhe numrit atomik të një elementi; G. dhe L. Bragg, të cilët morën çmimin Nobel në 1915 për zhvillimin e bazave të analizës strukturore me rreze X.
    MARRJA E RREZEVE X
    Rrezatimi me rreze X ndodh kur elektronet që lëvizin me shpejtësi të lartë ndërveprojnë me lëndën. Kur elektronet përplasen me atomet e çdo substance, ato shpejt humbasin energjinë e tyre kinetike. Në këtë rast, pjesa më e madhe e tij kthehet në nxehtësi, dhe një pjesë e vogël, zakonisht më pak se 1%, shndërrohet në energji të rrezeve x. Kjo energji lëshohet në formën e kuanteve - grimcave të quajtura fotone, të cilat kanë energji, por masa e pushimit të të cilave është zero. Fotonet me rreze X ndryshojnë në energjinë e tyre, e cila është në përpjesëtim të zhdrejtë me gjatësinë e valës së tyre. Metoda konvencionale e prodhimit të rrezeve X prodhon një gamë të gjerë gjatësi vale, e cila quhet spektri i rrezeve X. Spektri përmban komponentë të theksuar, siç tregohet në Fig. 1. “Vazhdimësia” e gjerë quhet spektër i vazhdueshëm ose rrezatim i bardhë. Majat e mprehta të mbivendosura mbi të quhen linja karakteristike të emetimit të rrezeve X. Edhe pse i gjithë spektri është rezultat i përplasjeve të elektroneve me lëndën, mekanizmat për shfaqjen e pjesës së gjerë dhe vijave të tij janë të ndryshme. Një substancë përbëhet nga një numër i madh atomesh, secila prej të cilave ka një bërthamë të rrethuar nga predha elektronike, dhe çdo elektron në shtresën e një atomi të një elementi të caktuar zë një nivel të caktuar energjie diskrete. Zakonisht këto predha, ose nivele energjie, përcaktohen me simbolet K, L, M, etj., duke filluar nga guaska më e afërt me bërthamën. Kur një elektron rënës me energji mjaft të lartë përplaset me një nga elektronet e lidhur me atomin, ai e rrëzon atë elektron nga guaska e tij. Hapësira boshe është e zënë nga një elektron tjetër nga guaska, e cila korrespondon me një energji më të lartë. Ky i fundit heq dorë nga energjia e tepërt duke emetuar një foton me rreze X. Meqenëse elektronet e guaskës kanë vlera diskrete të energjisë, fotonet e rrezeve X që rezultojnë kanë gjithashtu një spektër diskret. Kjo korrespondon me majat e mprehta për gjatësi vale të caktuara, vlerat specifike të të cilave varen nga elementi i synuar. Linjat karakteristike formojnë seritë K-, L- dhe M, varësisht nga cila shtresë (K, L ose M) është hequr elektroni. Marrëdhënia midis gjatësisë së valës së rrezeve X dhe numrit atomik quhet ligji i Moseley-t (Figura 2).



    Nëse një elektron përplaset me një bërthamë relativisht të rëndë, ajo ngadalësohet dhe energjia e tij kinetike lëshohet në formën e një fotoni me rreze X me përafërsisht të njëjtën energji. Nëse kalon pranë bërthamës, ajo do të humbasë vetëm një pjesë të energjisë së saj, dhe pjesa tjetër do të transferohet në atome të tjera që hasin në rrugën e saj. Çdo akt i humbjes së energjisë çon në emetimin e një fotoni me pak energji. Shfaqet një spektër i vazhdueshëm i rrezeve X, kufiri i sipërm i të cilit korrespondon me energjinë e elektronit më të shpejtë. Ky është mekanizmi për formimin e një spektri të vazhdueshëm, dhe energjia maksimale (ose gjatësia minimale e valës) që fikson kufirin e spektrit të vazhdueshëm është proporcionale me tensionin përshpejtues, i cili përcakton shpejtësinë e elektroneve të rënë. Linjat spektrale karakterizojnë materialin e objektivit të bombarduar, dhe spektri i vazhdueshëm përcaktohet nga energjia e rrezes së elektronit dhe është praktikisht i pavarur nga materiali i synuar. Rrezatimi me rreze X mund të merret jo vetëm nga bombardimi elektronik, por edhe duke rrezatuar një objektiv me rrezatim me rreze X nga një burim tjetër. Megjithatë, në këtë rast, pjesa më e madhe e energjisë së rrezes rënëse shkon në spektrin karakteristik të rrezeve X dhe një pjesë shumë e vogël e saj bie në spektrin e vazhdueshëm. Është e qartë se rrezja e rrezatimit me rreze X duhet të përmbajë fotone, energjia e të cilave është e mjaftueshme për të ngacmuar linjat karakteristike të elementit të bombarduar. Përqindja e lartë e energjisë për spektrin karakteristik e bën këtë metodë të ngacmimit të rrezatimit me rreze X të përshtatshme për kërkime shkencore.
    tuba me rreze X. Për të prodhuar rreze X nëpërmjet ndërveprimit të elektroneve me lëndën, duhet të keni një burim elektronesh, një mjet për përshpejtimin e tyre në shpejtësi të lartë dhe një objektiv që mund t'i rezistojë bombardimeve elektronike dhe të prodhojë rreze X të intensitetit të kërkuar. Pajisja që përmban të gjitha këto quhet tub me rreze X. Studiuesit e hershëm përdorën tuba "të evakuuar thellë" siç janë tubat modernë të shkarkimit të gazit. Vakuumi në to nuk ishte shumë i lartë. Tubat e shkarkimit përmbajnë sasi të vogla gazi dhe kur një ndryshim i madh potencial aplikohet në elektrodat e tubit, atomet e gazit shndërrohen në jone pozitive dhe negative. Ato pozitive lëvizin drejt elektrodës negative (katodës) dhe, duke rënë mbi të, nxjerrin elektronet prej saj, dhe ata, nga ana tjetër, lëvizin drejt elektrodës pozitive (anodës) dhe, duke e bombarduar atë, krijojnë një rrymë fotonesh me rreze X. . Në tubin modern të rrezeve X të zhvilluar nga Coolidge (Fig. 3), burimi i elektroneve është një katodë tungsteni e ngrohur në një temperaturë të lartë. Elektronet përshpejtohen në shpejtësi të mëdha nga diferenca e lartë e potencialit midis anodës (ose anti-katodës) dhe katodës. Meqenëse elektronet duhet të arrijnë në anodë pa u përplasur me atomet, nevojitet një vakum shumë i lartë, i cili kërkon që tubi të evakuohet mirë. Kjo gjithashtu zvogëlon probabilitetin e jonizimit të atomeve të gazit të mbetur dhe rrymave anësore që rezultojnë.


    Elektronet fokusohen në anodë nga një elektrodë me formë të veçantë që rrethon katodën. Kjo elektrodë quhet elektrodë fokusuese dhe së bashku me katodën, formon "dritën elektronike të vëmendjes" të tubit. Anoda që i nënshtrohet bombardimit elektronik duhet të jetë prej një materiali zjarrdurues, pasi pjesa më e madhe e energjisë kinetike të elektroneve të bombardimit shndërrohet në nxehtësi. Përveç kësaj, është e dëshirueshme që anoda të jetë prej një materiali me numër të lartë atomik, sepse Rendimenti i rrezeve X rritet me rritjen e numrit atomik. Materiali i anodës që zgjidhet më shpesh është tungsteni, numri atomik i të cilit është 74. Dizajni i tubave me rreze X mund të ndryshojë në varësi të kushteve të përdorimit dhe kërkesave.
    Zbulimi me Rreze X
    Të gjitha metodat për zbulimin e rrezeve X bazohen në ndërveprimin e tyre me materien. Detektorët mund të jenë dy llojesh: ata që japin një imazh dhe ata që nuk e japin. Të parat përfshijnë pajisje fluorografie dhe fluoroskopie me rreze X, në të cilat një rreze rrezatimi me rreze X kalon përmes objektit në studim dhe rrezatimi i transmetuar godet një ekran lumineshent ose film fotografik. Imazhi shfaqet për faktin se pjesë të ndryshme të objektit në studim thithin rrezatim ndryshe - në varësi të trashësisë së substancës dhe përbërjes së saj. Në detektorët me ekran fluoreshent, energjia e rrezeve X shndërrohet në një imazh të vëzhgueshëm drejtpërdrejt, ndërsa në radiografi regjistrohet në një emulsion të ndjeshëm dhe mund të vëzhgohet vetëm pasi të jetë zhvilluar filmi. Lloji i dytë i detektorëve përfshin një shumëllojshmëri të gjerë pajisjesh në të cilat energjia e rrezatimit me rreze X shndërrohet në sinjale elektrike që karakterizojnë intensitetin relativ të rrezatimit. Këto përfshijnë dhomat e jonizimit, numëruesit Geiger, numëruesit proporcionalë, numëruesit e scintilacionit dhe disa detektorë specialë të sulfurit dhe selenidit të kadmiumit. Aktualisht, detektorët më efektivë mund të konsiderohen sportelet e scintilacionit, të cilët funksionojnë mirë në një gamë të gjerë energjie.
    Shiko gjithashtu DETEKTORËT E GJERMJEVE. Detektori zgjidhet duke marrë parasysh kushtet e detyrës. Për shembull, nëse duhet të matni me saktësi intensitetin e rrezatimit të rrezeve X të difraktuara, atëherë përdoren numërues që ju lejojnë të bëni matje me një saktësi prej një fraksioni të përqindjes. Nëse keni nevojë të regjistroni shumë rreze të difraktuara, atëherë këshillohet të përdorni film me rreze X, megjithëse në këtë rast është e pamundur të përcaktohet intensiteti me të njëjtën saktësi.
    DEFEKTOSKOPIA ME RREZE X DHE GAMA
    Një nga përdorimet më të zakonshme të rrezeve X në industri është kontrolli i cilësisë së materialeve dhe zbulimi i defekteve. Metoda me rreze X nuk është shkatërruese, kështu që materiali që testohet, nëse konstatohet se plotëson kërkesat e nevojshme, mund të përdoret më pas për qëllimin e synuar. Zbulimi i defekteve me rreze X dhe gama bazohen në aftësinë depërtuese të rrezatimit me rreze X dhe karakteristikat e përthithjes së tij në materiale. Fuqia depërtuese përcaktohet nga energjia e fotoneve të rrezeve X, e cila varet nga tensioni përshpejtues në tubin e rrezeve X. Prandaj, mostrat e trasha dhe mostrat e bëra nga metalet e rënda, si ari dhe uraniumi, kërkojnë një burim me rreze X me tension më të lartë për studimin e tyre, ndërsa për mostrat e holla mjafton një burim me tension më të ulët. Për zbulimin e të metave gama të derdhjeve shumë të mëdha dhe produkteve të mëdha të mbështjellë, përdoren betatronet dhe përshpejtuesit linearë, duke përshpejtuar grimcat në energji prej 25 MeV ose më shumë. Thithja e rrezatimit të rrezeve X në një material varet nga trashësia e absorbuesit d dhe koeficienti i përthithjes m dhe përcaktohet nga formula I = I0e-md, ku I është intensiteti i rrezatimit që kalon përmes absorbuesit, I0 është intensiteti i rrezatimit rënës, dhe e = 2.718 është baza e logaritmeve natyrore. Për një material të caktuar në një gjatësi vale (ose energji) të caktuar të rrezatimit me rreze x, koeficienti i përthithjes është një konstante. Por rrezatimi i një burimi me rreze X nuk është monokromatik, por përmban një spektër të gjerë gjatësi vale, si rezultat i të cilit thithja në të njëjtën trashësi të absorbuesit varet nga gjatësia e valës (frekuenca) e rrezatimit. Rrezatimi me rreze X përdoret gjerësisht në të gjitha industritë që lidhen me formimin e metaleve. Përdoret gjithashtu për testimin e fuçive të artilerisë, produkteve ushqimore, plastikës dhe për testimin e pajisjeve dhe sistemeve komplekse në teknologjinë elektronike. (Neutronografia, e cila përdor rreze neutron në vend të rrezeve X, përdoret për qëllime të ngjashme.) Rrezet X përdoren gjithashtu për detyra të tjera, për shembull, për të ekzaminuar pikturat për të përcaktuar vërtetësinë e tyre ose për të zbuluar shtresa shtesë të bojës mbi shtresa bazë.
    DIFFRAKSIONI I RREZEVE X
    Difraksioni me rreze X jep informacion të rëndësishëm për trupat e ngurtë - strukturën e tyre atomike dhe formën e kristalit - si dhe për lëngjet, trupat e ngurtë amorfë dhe molekulat e mëdha. Metoda e difraksionit përdoret gjithashtu për të përcaktuar me saktësi (me një gabim më të vogël se 10-5) distancat ndëratomike, për të identifikuar streset dhe defektet dhe për të përcaktuar orientimin e kristaleve të vetme. Duke përdorur modelin e difraksionit, mund të identifikoni materiale të panjohura, si dhe të zbuloni praninë e papastërtive në mostër dhe t'i identifikoni ato. Rëndësia e metodës së difraksionit me rreze X për përparimin e fizikës moderne vështirë se mund të mbivlerësohet, pasi kuptimi modern i vetive të materies bazohet përfundimisht në të dhënat mbi rregullimin e atomeve në përbërje të ndryshme kimike, natyrën e lidhjeve midis tyre dhe defekte strukturore. Mjeti kryesor për marrjen e këtij informacioni është metoda e difraksionit me rreze X. Kristalografia e difraksionit me rreze X është kritike për përcaktimin e strukturave të molekulave të mëdha komplekse, siç janë molekulat e acidit deoksiribonukleik (ADN), materiali gjenetik i organizmave të gjallë. Menjëherë pas zbulimit të rrezeve X, interesi shkencor dhe mjekësor u përqendrua si në aftësinë e këtij rrezatimi për të depërtuar në trupa ashtu edhe në natyrën e tij. Eksperimentet mbi difraksionin e rrezatimit të rrezeve X me të çara dhe grila difraksioni treguan se ai i përket rrezatimit elektromagnetik dhe ka një gjatësi vale të rendit 10-8-10-9 cm. Edhe më herët, shkencëtarët, veçanërisht W. Barlow, supozuan se forma e rregullt dhe simetrike e kristaleve natyrore është për shkak të renditjes së renditur të atomeve që formojnë kristalin. Në disa raste, Barlow ishte në gjendje të parashikonte saktë strukturën kristalore. Vlera e distancave të parashikuara ndëratomike ishte 10-8 cm. Fakti që distancat ndëratomike rezultuan të ishin në rendin e gjatësisë së valës së rrezeve X, bëri të mundur, në parim, vëzhgimin e difraksionit të tyre. Rezultati ishte hartimi i një prej eksperimenteve më të rëndësishme në historinë e fizikës. M. Laue organizoi një test eksperimental të kësaj ideje, i cili u krye nga kolegët e tij W. Friedrich dhe P. Knipping. Në vitin 1912, të tre ata botuan punën e tyre mbi rezultatet e difraksionit të rrezeve X. Parimet e difraksionit me rreze X. Për të kuptuar fenomenin e difraksionit të rrezeve X, duhet të marrim parasysh me radhë: së pari, spektrin e rrezatimit të rrezeve X, së dyti, natyrën e strukturës kristalore dhe së treti, vetë fenomenin e difraksionit. Siç u përmend më lart, rrezatimi karakteristik me rreze X përbëhet nga një sërë linjash spektrale me një shkallë të lartë monokromatike, të përcaktuar nga materiali i anodës. Duke përdorur filtrat mund të theksoni më intensivët. Prandaj, duke zgjedhur materialin e anodës në mënyrë të përshtatshme, është e mundur të merret një burim i rrezatimit pothuajse monokromatik me një gjatësi vale të përcaktuar shumë saktë. Gjatësia e valëve karakteristike të rrezatimit zakonisht varion nga 2.285 për kromin në 0.558 për argjendin (vlerat për elementët e ndryshëm njihen në gjashtë shifra të rëndësishme). Spektri karakteristik mbivendoset në një spektër të vazhdueshëm "të bardhë" me intensitet shumë më të ulët, për shkak të ngadalësimit të elektroneve rënëse në anodë. Kështu, nga secila anodë mund të merren dy lloje rrezatimi: karakteristik dhe bremsstrahlung, secila prej të cilave luan një rol të rëndësishëm në mënyrën e vet. Atomet në një strukturë kristalore janë rregulluar me periodicitet të rregullt, duke formuar një sekuencë qelizash identike - një rrjetë hapësinore. Disa grila (të tilla si ato për metalet më të zakonshme) janë mjaft të thjeshta, ndërsa të tjerat (si ato për molekulat e proteinave) janë mjaft komplekse. Kjo është karakteristikë e strukturës kristalore: nëse dikush lëviz nga një pikë e caktuar e një qelize në pikën përkatëse të një qelize fqinje, atëherë do të zbulohet saktësisht i njëjti mjedis atomik. Dhe nëse një atom i caktuar ndodhet në një pikë ose në një tjetër në një qelizë, atëherë i njëjti atom do të vendoset në një pikë ekuivalente në çdo qelizë fqinje. Ky parim është rreptësisht i vlefshëm për një kristal të përsosur, të renditur në mënyrë ideale. Megjithatë, shumë kristale (për shembull, tretësira të ngurta metalike) janë të çrregulluara në një shkallë ose në një tjetër, d.m.th. Vendet kristalografikisht ekuivalente mund të pushtohen nga atome të ndryshme. Në këto raste, nuk përcaktohet pozicioni i secilit atom, por vetëm pozicioni i atomit i "mesatarisht statistikisht" mbi një numër të madh grimcash (ose qelizash). Dukuria e difraksionit diskutohet në artikullin OPTICS dhe lexuesi mund t'i referohet atij artikulli përpara se të vazhdojë më tej. Tregon se nëse valët (për shembull, zëri, drita, rrezet x) kalojnë nëpër një çarje ose vrimë të vogël, atëherë kjo e fundit mund të konsiderohet si një burim dytësor valësh dhe imazhi i çarjes ose vrimës përbëhet nga drita alternative. dhe vija të errëta. Më tej, nëse ka një strukturë periodike vrimash ose çarjesh, atëherë si rezultat i ndërhyrjes përforcuese dhe dobësuese të rrezeve që vijnë nga vrima të ndryshme, shfaqet një model i qartë difraksioni. Difraksioni i rrezeve X është një fenomen i shpërndarjes kolektive në të cilin rolin e vrimave dhe qendrave të shpërndarjes e luajnë atome të rregulluara periodikisht të strukturës kristalore. Përmirësimi i ndërsjellë i imazheve të tyre në kënde të caktuara prodhon një model difraksioni të ngjashëm me atë që do të lindte kur drita ishte difraksion në një grilë difraksioni tredimensionale. Shpërndarja ndodh për shkak të ndërveprimit të rrezeve X të rënë me elektronet në kristal. Për shkak të faktit se gjatësia e valës së rrezeve X është e të njëjtit rend të madhësisë me madhësinë e atomit, gjatësia e valës së rrezeve X të shpërndara është e njëjtë me rrezet X rënëse. Ky proces është rezultat i lëkundjeve të detyruara të elektroneve nën ndikimin e rrezeve X të rënë. Konsideroni tani një atom me një re elektronesh të lidhur (që rrethon bërthamën) që goditet nga rrezet X. Elektronet në të gjitha drejtimet shpërndajnë njëkohësisht rrezatimin e rënë dhe lëshojnë rrezatimin e tyre me rreze X me të njëjtën gjatësi vale, megjithëse me intensitet të ndryshëm. Intensiteti i rrezatimit të shpërndarë lidhet me numrin atomik të elementit, sepse numri atomik është i barabartë me numrin e elektroneve orbitale që mund të marrin pjesë në shpërndarje. (Kjo varësi e intensitetit nga numri atomik i elementit shpërndarës dhe nga drejtimi në të cilin matet intensiteti karakterizohet nga faktori i shpërndarjes atomike, i cili luan një rol jashtëzakonisht të rëndësishëm në analizën e strukturës së kristaleve.) Le të zgjidhni në strukturën kristalore një zinxhir linear atomesh të vendosura në të njëjtën distancë nga njëri-tjetri dhe merrni parasysh modelin e tyre të difraksionit. Tashmë është vërejtur se spektri i rrezeve X përbëhet nga një pjesë e vazhdueshme ("vazhdimësi") dhe një grup vijash më intensive karakteristike për elementin që është materiali i anodës. Le të themi se kemi filtruar spektrin e vazhdueshëm dhe kemi marrë një rreze pothuajse monokromatike të rrezeve X të drejtuara në zinxhirin tonë linear të atomeve. Kushti i amplifikimit (ndërhyrja amplifikuese) plotësohet nëse diferenca në shtigjet e valëve të shpërndara nga atomet fqinje është një shumëfish i gjatësisë valore. Nëse rrezja bie në një kënd a0 me një vijë atomesh të ndara me intervale a (periudha), atëherë për këndin e difraksionit a diferenca e rrugës që korrespondon me amplifikimin do të shkruhet si a(cos a - cosa0) = hl, ku l është gjatësia e valës dhe h numri i plotë (Fig. 4 dhe 5).



    Për të shtrirë këtë qasje në një kristal tredimensional, është e nevojshme vetëm të zgjidhen rreshtat e atomeve përgjatë dy drejtimeve të tjera në kristal dhe të zgjidhen tre ekuacionet e marra së bashku për tre boshtet e kristalit me periudha a, b dhe c. Dy ekuacionet e tjera kanë formën


    Këto janë tre ekuacionet themelore Laue për difraksionin me rreze X, me numrat h, k dhe c që janë indekset e Millerit për rrafshin e difraksionit.
    Shiko gjithashtu KRISTALET DHE KRISTALOGRAFIA. Duke marrë parasysh cilindo nga ekuacionet Laue, për shembull të parën, mund të vëreni se meqenëse a, a0, l janë konstante dhe h = 0, 1, 2, ..., zgjidhja e tij mund të përfaqësohet si një grup konesh me një boshti i përbashkët a (Fig. . 5). E njëjta gjë vlen edhe për drejtimet b dhe c. Në rastin e përgjithshëm të shpërndarjes tredimensionale (difraksioni), të tre ekuacionet Laue duhet të kenë një zgjidhje të përbashkët, d.m.th. tre kone difraksioni të vendosura në secilin prej akseve duhet të kryqëzohen; vija e përgjithshme e kryqëzimit është paraqitur në Fig. 6. Zgjidhja e përbashkët e ekuacioneve çon në ligjin Bragg-Wolfe:



    l = 2(d/n)sinq, ku d është distanca ndërmjet planeve me indekse h, k dhe c (periudha), n = 1, 2, ... janë numra të plotë (rendi i difraksionit), dhe q është këndi formoi një rreze rënëse (si dhe një difraktuese) me rrafshin kristal në të cilin ndodh difraksioni. Duke analizuar ekuacionin e ligjit Bragg-Wolfe për një kristal të vetëm të vendosur në rrugën e një rrezeje monokromatike me rreze X, mund të konkludojmë se difraksioni nuk është i lehtë për t'u vëzhguar, sepse sasitë l dhe q janë fikse dhe sinq METODAT E ANALIZËS SË DIFFRAKSIONIT
    Metoda laue. Metoda Laue përdor një spektër të vazhdueshëm "të bardhë" të rrezatimit me rreze X, i cili drejtohet në një kristal të palëvizshëm. Për një vlerë specifike të periudhës d, gjatësia e valës që korrespondon me kushtin Bragg-Wulf zgjidhet automatikisht nga i gjithë spektri. Lauegramet e përftuara në këtë mënyrë bëjnë të mundur gjykimin e drejtimeve të rrezeve të difraktuara dhe rrjedhimisht edhe orientimeve të rrafsheve të kristalit, gjë që bën të mundur edhe nxjerrjen e përfundimeve të rëndësishme në lidhje me simetrinë, orientimin e kristalit dhe praninë. të defekteve në të. Megjithatë, në këtë rast, informacioni për periudhën hapësinore d humbet. Në Fig. 7 tregon një shembull të një Lauegram. Filmi me rreze X ishte vendosur në anën e kristalit, përballë asaj mbi të cilën ra rrezja e rrezeve X nga burimi.



    Metoda Debye-Scherrer (për mostrat polikristaline). Ndryshe nga metoda e mëparshme, rrezatimi monokromatik përdoret këtu (l = konst), dhe këndi q ndryshon. Kjo arrihet duke përdorur një kampion polikristalor të përbërë nga shumë kristalitë të vegjël me orientim të rastësishëm, ndër të cilët ka disa që plotësojnë kushtin Bragg-Wulf. Trarët e difraktuara formojnë kone, boshti i të cilave drejtohet përgjatë rrezes së rrezeve X. Për imazhe, zakonisht përdoret një rrip i ngushtë filmi me rreze X në një kasetë cilindrike, dhe rrezet X shpërndahen përgjatë diametrit përmes vrimave në film. Debyegrami i përftuar në këtë mënyrë (Fig. 8) përmban informacion të saktë për periudhën d, d.m.th. për strukturën e kristalit, por nuk jep informacionin që përmban Lauegrami. Prandaj, të dyja metodat plotësojnë njëra-tjetrën. Le të shqyrtojmë disa aplikime të metodës Debye-Scherrer.

    Identifikimi i elementeve dhe komponimeve kimike. Duke përdorur këndin q të përcaktuar nga diagrami Debye, është e mundur të llogaritet karakteristika e distancës ndërplanare d të një elementi ose lidhjeje të caktuar. Aktualisht, janë përpiluar shumë tabela të vlerave d që bëjnë të mundur identifikimin jo vetëm të një elementi ose përbërjeje të veçantë kimik, por edhe të gjendjeve të ndryshme fazore të së njëjtës substancë, gjë që nuk është gjithmonë e mundur përmes analizës kimike. Gjithashtu është e mundur të përcaktohet me saktësi të lartë përmbajtja e përbërësit të dytë në lidhjet zëvendësuese nga varësia e periudhës d nga përqendrimi.
    Analiza e stresit. Bazuar në ndryshimin e matur në distancat ndërplanare për drejtime të ndryshme në kristale, është e mundur, duke ditur modulin elastik të materialit, të llogariten sforcimet e vogla në të me saktësi të lartë.
    Studime të orientimit preferencial në kristale. Nëse kristalitët e vegjël në një kampion polikristalor nuk janë plotësisht të orientuar rastësisht, atëherë unazat në modelin Debye do të kenë intensitet të ndryshëm. Në prani të një orientimi preferencial të shprehur qartë, maksimumi i intensitetit përqendrohet në pika individuale në imazh, i cili bëhet i ngjashëm me imazhin për një kristal të vetëm. Për shembull, gjatë rrotullimit të thellë të ftohtë, një fletë metalike fiton një strukturë - një orientim të theksuar të kristaliteve. Diagrami Debye mund të përdoret për të gjykuar natyrën e përpunimit të ftohtë të materialit.
    Studimi i madhësive të kokrrave. Nëse madhësia e kokrrizave të një polikristali është më shumë se 10-3 cm, atëherë linjat në diagramin Debye do të përbëhen nga pika individuale, pasi në këtë rast numri i kristaliteve nuk është i mjaftueshëm për të mbuluar të gjithë gamën e këndeve q. Nëse madhësia e kristalitit është më e vogël se 10-5 cm, atëherë linjat e difraksionit bëhen më të gjera. Gjerësia e tyre është në përpjesëtim të zhdrejtë me madhësinë e kristaliteve. Zgjerimi ndodh për të njëjtën arsye që kur numri i çarjeve zvogëlohet, rezolucioni i grilës së difraksionit zvogëlohet. Rrezatimi me rreze X bën të mundur përcaktimin e madhësive të kokrrave në intervalin 10-7-10-6 cm.
    Metodat për kristalet e vetme. Në mënyrë që difraksioni në një kristal të sigurojë informacion jo vetëm për periudhën hapësinore, por edhe për orientimin e secilit grup të planeve difraktuese, përdoren metoda rrotulluese me një kristal. Një rreze monokromatike me rreze X bie mbi kristal. Kristali rrotullohet rreth boshtit kryesor, për të cilin plotësohen ekuacionet Laue. Në këtë rast, këndi q, i cili përfshihet në formulën Bragg-Wulf, ndryshon. Maksimat e difraksionit janë të vendosura në kryqëzimin e koneve të difraksionit Laue me sipërfaqen cilindrike të filmit (Fig. 9). Rezultati është një model difraksioni i tipit të paraqitur në Fig. 10. Megjithatë, komplikimet janë të mundshme për shkak të mbivendosjes së rendit të ndryshëm të difraksionit në një pikë. Metoda mund të përmirësohet ndjeshëm nëse, njëkohësisht me rrotullimin e kristalit, filmi lëviz në një mënyrë të caktuar.





    Hulumtimi i lëngjeve dhe gazeve. Dihet se lëngjet, gazrat dhe trupat amorfë nuk kanë strukturën e duhur kristalore. Por edhe këtu ekziston një lidhje kimike midis atomeve në molekula, për shkak të së cilës distanca midis tyre mbetet pothuajse konstante, megjithëse vetë molekulat janë të orientuara rastësisht në hapësirë. Materiale të tilla prodhojnë gjithashtu një model difraksioni me një numër relativisht të vogël maksimumi të paqartë. Përpunimi i një fotografie të tillë duke përdorur metoda moderne bën të mundur marrjen e informacionit rreth strukturës edhe të materialeve të tilla jo kristalore.
    ANALIZA SPEKTROKIMIKE RREZE X
    Vetëm pak vite pas zbulimit të rrezeve X, Charles Barkla (1877-1944) zbuloi se kur një substancë ekspozohet ndaj një fluksi të rrezeve X me energji të lartë, lindin rreze X dytësore fluoreshente, karakteristike për elementin në studim. Menjëherë pas kësaj, G. Moseley, në një seri eksperimentesh, mati gjatësitë e valëve të rrezatimit karakteristik parësor me rreze x të marrë nga bombardimi elektronik i elementeve të ndryshëm dhe nxori marrëdhënien midis gjatësisë së valës dhe numrit atomik. Këto eksperimente, si dhe shpikja e spektrometrit me rreze X nga Bragg, hodhën themelet për analizën spektrokimike me rreze X. Potenciali i rrezeve X për analiza kimike u kuptua menjëherë. U krijuan spektrografë me regjistrim në një pllakë fotografike, në të cilën kampioni në studim shërbente si anodë e tubit me rreze X. Fatkeqësisht, kjo teknikë doli të ishte shumë punë intensive, dhe për këtë arsye u përdor vetëm kur metodat konvencionale të analizës kimike nuk ishin të zbatueshme. Një shembull i shquar i kërkimit inovativ në fushën e spektroskopisë analitike me rreze X ishte zbulimi në vitin 1923 i një elementi të ri, hafnium, nga G. Hevesy dhe D. Coster. Zhvillimi i tubave të fuqishëm me rreze X për radiografi dhe detektorëve të ndjeshëm për matjet radiokimike gjatë Luftës së Dytë Botërore ishte kryesisht përgjegjës për rritjen e shpejtë të spektrografisë me rreze X në vitet e mëvonshme. Kjo metodë është bërë e përhapur për shkak të shpejtësisë, komoditetit, natyrës jo-shkatërruese të analizës dhe mundësisë së automatizimit të plotë ose të pjesshëm. Është i zbatueshëm në detyrat e analizës sasiore dhe cilësore të të gjithë elementëve me numër atomik më të madh se 11 (natrium). Megjithëse analiza spektrokimike me rreze X zakonisht përdoret për të përcaktuar përbërësit kritikë në një kampion (0,1-100%), në disa raste është e dobishme për përqendrime prej 0,005% ose edhe më të ulëta.
    Spektrometër me rreze X. Një spektrometër modern i rrezeve X përbëhet nga tre sisteme kryesore (Fig. 11): një sistem ngacmimi, d.m.th. Tub me rreze X me një anodë të bërë nga tungsten ose material tjetër zjarrdurues dhe një furnizim me energji elektrike; sistemet e analizës, d.m.th. një kristal analizues me dy kolimatorë me shumë çarje, si dhe një spektrogoniometër për rregullim të saktë; dhe sistemet e regjistrimit me një numërues Geiger ose numërues proporcional ose shkrintilues, si dhe një ndreqës, përforcues, pajisje shkallëzimi dhe një regjistrues ose pajisje tjetër regjistrimi.



    Analiza e fluoreshencës me rreze X. Mostra e analizuar ndodhet në rrugën e rrezatimit emocionues me rreze X. Zona e mostrës në studim zakonisht izolohet nga një maskë me një vrimë të diametrit të kërkuar dhe rrezatimi kalon përmes një kolimatori që formon një rreze paralele. Pas kristalit të analizuesit, një kolimator i çarë prodhon rrezatim të difraktuar për detektorin. Në mënyrë tipike, këndi maksimal q është i kufizuar në 80-85°, kështu që vetëm rrezatimi me rreze X, gjatësia e valës së të cilit l lidhet me distancën ndërplanare d nga pabarazia l, mund të difraktojë në kristalin e analizuesit. Mikroanaliza me rreze X. Spektrometri i analizuesit kristal të sheshtë i përshkruar më sipër mund të përshtatet për mikroanalizë. Kjo arrihet duke ngushtuar ose rrezen primare të rrezeve X ose rrezen dytësore të emetuar nga kampioni. Megjithatë, zvogëlimi i madhësisë efektive të kampionit ose hapjes së rrezatimit çon në një ulje të intensitetit të rrezatimit të difraktuar të regjistruar. Një përmirësim në këtë metodë mund të arrihet duke përdorur një spektrometër me një kristal të lakuar, i cili bën të mundur regjistrimin e një koni të rrezatimit divergjent, dhe jo vetëm rrezatimi paralel me boshtin e kolimatorit. Duke përdorur një spektrometër të tillë, mund të identifikohen grimca më të vogla se 25 mikron. Një reduktim edhe më i madh në madhësinë e kampionit të analizuar arrihet në një mikroanalizues me rreze X me sondë elektronike, të shpikur nga R. Kasten. Këtu, një rreze elektroni shumë e fokusuar ngacmon rrezatimin karakteristik të mostrës me rreze X, i cili më pas analizohet nga një spektrometër kristal i lakuar. Duke përdorur një pajisje të tillë, është e mundur të zbulohen sasi të një substance të rendit 10-14 g në një mostër me diametër 1 mikron. Janë zhvilluar gjithashtu instalime me skanim me rreze elektronike të një kampioni, me ndihmën e të cilave është e mundur të merret një pamje dydimensionale e shpërndarjes mbi kampionin e elementit për rrezatimin karakteristik të të cilit është akorduar spektrometri.
    DIAGNOSTIKA MJEKËSORE RREZE X
    Zhvillimi i teknologjisë me rreze X ka bërë të mundur reduktimin e ndjeshëm të kohës së ekspozimit dhe përmirësimin e cilësisë së imazheve, duke lejuar studimin edhe të indeve të buta.
    Fluorografia. Kjo metodë diagnostike përfshin fotografimin e një imazhi hije nga një ekran transmetimi. Pacienti pozicionohet midis një burimi me rreze X dhe një ekrani të sheshtë fosfori (zakonisht jodidi i ceziumit), i cili shkëlqen kur ekspozohet ndaj rrezeve X. Indet biologjike të shkallëve të ndryshme të densitetit krijojnë hije me rreze X me shkallë të ndryshme intensiteti. Një radiolog ekzaminon imazhin e hijes në një ekran fluoreshente dhe bën një diagnozë. Në të kaluarën, radiologu mbështetej në vizionin për të analizuar imazhet. Tani ekzistojnë një sërë sistemesh që përmirësojnë imazhin, e shfaqin atë në një ekran televiziv ose regjistrojnë të dhëna në kujtesën e kompjuterit.
    Radiografia. Regjistrimi i imazheve me rreze x direkt në film fotografik quhet radiografi. Në këtë rast, organi në studim ndodhet midis burimit të rrezeve X dhe filmit fotografik, i cili regjistron informacione për gjendjen e organit në një kohë të caktuar. Radiografia e përsëritur bën të mundur gjykimin e evolucionit të saj të mëtejshëm. Radiografia bën të mundur ekzaminimin me shumë saktësi të integritetit të indit kockor, i cili përbëhet kryesisht nga kalciumi dhe është i errët ndaj rrezatimit me rreze X, si dhe këputjet e indit muskulor. Me ndihmën e tij, më mirë se stetoskopi apo dëgjimi, analizohet gjendja e mushkërive në rast të inflamacionit, tuberkulozit apo pranisë së lëngjeve. Rrezet X përdoren për të përcaktuar madhësinë dhe formën e zemrës, si dhe dinamikën e ndryshimeve të saj te pacientët që vuajnë nga sëmundjet e zemrës.
    Agjentët e kontrastit. Pjesët e trupit dhe zgavrat e organeve individuale që janë transparente ndaj rrezatimit me rreze X bëhen të dukshme nëse ato janë të mbushura me një agjent kontrasti që është i padëmshëm për trupin, por që ju lejon të vizualizoni formën e organeve të brendshme dhe të kontrolloni funksionimin e tyre. Pacienti ose merr agjentë kontrasti nga goja (si kripërat e bariumit gjatë ekzaminimit të traktit gastrointestinal) ose ato administrohen në mënyrë intravenoze (si solucionet që përmbajnë jod gjatë ekzaminimit të veshkave dhe traktit urinar). Megjithatë, vitet e fundit këto metoda janë zëvendësuar me metoda diagnostikuese të bazuara në përdorimin e atomeve radioaktive dhe ultratinguj.
    CT scan. Në vitet 1970, u zhvillua një metodë e re diagnostike me rreze x, e bazuar në filmimin e të gjithë trupit ose pjesëve të tij. Imazhet e shtresave të holla ("feta") përpunohen nga një kompjuter dhe imazhi përfundimtar shfaqet në ekranin e monitorit. Kjo metodë quhet tomografi e kompjuterizuar me rreze x. Përdoret gjerësisht në mjekësinë moderne për të diagnostikuar infiltrate, tumore dhe çrregullime të tjera të trurit, si dhe për të diagnostikuar sëmundjet e indeve të buta brenda trupit. Kjo teknikë nuk kërkon futjen e agjentëve të huaj të kontrastit dhe për këtë arsye është më e shpejtë dhe më efektive se teknikat tradicionale.
    EFEKTI BIOLOGJIK I RREZIMIT ME RREZE X
    Efektet e dëmshme biologjike të rrezatimit me rreze X u zbuluan menjëherë pas zbulimit të tij nga Roentgen. Doli se rrezatimi i ri mund të shkaktojë diçka si një djegie të rëndë nga dielli (eritemë), e shoqëruar, megjithatë, me dëmtim më të thellë dhe më të përhershëm të lëkurës. Ulçerat që shfaqeshin shpesh shndërroheshin në kancer. Në shumë raste duheshin amputuar gishtat ose duart. Pati edhe vdekje. Është zbuluar se dëmtimi i lëkurës mund të shmanget duke reduktuar kohën dhe dozën e ekspozimit, duke përdorur mbrojtëse (p.sh. plumb) dhe telekomandë. Por gradualisht u shfaqën pasoja të tjera, më afatgjata të rrezatimit me rreze X, të cilat më pas u konfirmuan dhe u studiuan në kafshë eksperimentale. Efektet e shkaktuara nga rrezet X, si dhe nga rrezatimi tjetër jonizues (si rrezatimi gama i emetuar nga materialet radioaktive) përfshijnë: 1) ndryshime të përkohshme në përbërjen e gjakut pas ekspozimit të tepërt relativisht të vogël; 2) ndryshime të pakthyeshme në përbërjen e gjakut (anemi hemolitike) pas rrezatimit të tepërt të zgjatur; 3) rritje e incidencës së kancerit (përfshirë leuçeminë); 4) plakja më e shpejtë dhe vdekja e hershme; 5) shfaqja e kataraktave. Për më tepër, eksperimentet biologjike në minj, lepuj dhe miza frutash kanë treguar se edhe doza të vogla të rrezatimit sistematik të popullatave të mëdha për shkak të rritjes së shkallës së mutacionit çojnë në efekte të dëmshme gjenetike. Shumica e gjenetistëve e njohin zbatueshmërinë e këtyre të dhënave në trupin e njeriut. Sa i përket ndikimit biologjik të rrezatimit me rreze X në trupin e njeriut, ai përcaktohet nga niveli i dozës së rrezatimit, si dhe nga cili organ i veçantë i trupit është ekspozuar ndaj rrezatimit. Për shembull, sëmundjet e gjakut shkaktohen nga rrezatimi i organeve hematopoietike, kryesisht palca e eshtrave, dhe pasoja gjenetike shkaktohen nga rrezatimi i organeve gjenitale, që mund të çojë edhe në sterilitet. Akumulimi i njohurive për efektet e rrezatimit me rreze X në trupin e njeriut ka çuar në zhvillimin e standardeve kombëtare dhe ndërkombëtare për dozat e lejuara të rrezatimit, të publikuara në botime të ndryshme referente. Përveç rrezatimit me rreze X, i cili përdoret qëllimisht nga njerëzit, ekziston edhe i ashtuquajturi rrezatim i shpërndarë, anësor, i cili ndodh për arsye të ndryshme, për shembull për shkak të shpërndarjes për shkak të papërsosmërisë së ekranit mbrojtës të plumbit, i cili bën nuk e thithin plotësisht këtë rrezatim. Për më tepër, shumë pajisje elektrike që nuk janë krijuar për të prodhuar rreze X, megjithatë i gjenerojnë ato si një nënprodukt. Pajisjet e tilla përfshijnë mikroskopët elektronikë, llambat korrigjuese të tensionit të lartë (kenotronet), si dhe tubat e fotove të televizorëve me ngjyra të vjetruara. Prodhimi i tubave moderne me ngjyra në shumë vende është tani nën kontrollin e qeverisë.
    RREZIQET E RREZIMIT ME RREZE X
    Llojet dhe shkalla e rrezikut të rrezatimit me rreze X për njerëzit varen nga numri i njerëzve të ekspozuar ndaj rrezatimit.
    Profesionistë që punojnë me pajisje me rreze x. Në këtë kategori përfshihen radiologët, stomatologët, si dhe punonjësit dhe personeli shkencor dhe teknik që mirëmbajnë dhe përdorin pajisjet me rreze X. Po merren masa efektive për të ulur nivelet e rrezatimit me të cilët duhet të përballen.
    Pacientët. Nuk ka kritere strikte dhe niveli i sigurt i rrezatimit që marrin pacientët gjatë trajtimit përcaktohet nga mjekët që marrin pjesë. Mjekët këshillohen të mos i ekspozojnë pacientët në mënyrë të panevojshme rrezet X. Kujdes i veçantë duhet treguar gjatë ekzaminimit të grave shtatzëna dhe fëmijëve. Në këtë rast merren masa të veçanta.
    Metodat e kontrollit. Këtu kemi parasysh tre aspekte:
    1) disponueshmëria e pajisjeve adekuate, 2) monitorimi i pajtueshmërisë me rregulloret e sigurisë, 3) përdorimi i saktë i pajisjeve. Gjatë ekzaminimeve me rreze X, vetëm zona e dëshiruar duhet të ekspozohet ndaj rrezatimit, qoftë për ekzaminime dentare, qoftë për ekzaminime të mushkërive. Vini re se menjëherë pas fikjes së aparatit me rreze X, rrezatimi primar dhe sekondar zhduken; Nuk ka as rrezatim të mbetur, i cili nuk është gjithmonë i njohur edhe për ata që janë të përfshirë drejtpërdrejt me të përmes punës së tyre.
    Shiko gjithashtu
    STRUKTURA ATOMIKE;

    Rrezatimi me rreze X (sinonimi i rrezeve X) është me një gamë të gjerë gjatësi vale (nga 8·10 -6 deri në 10 -12 cm). Rrezatimi me rreze X ndodh kur grimcat e ngarkuara, më së shpeshti elektronet, ngadalësohen në fushën elektrike të atomeve të një substance. Kuantet e formuara në këtë rast kanë energji të ndryshme dhe formojnë një spektër të vazhdueshëm. Energjia maksimale e kuanteve në një spektër të tillë është e barabartë me energjinë e elektroneve rënëse. Në (cm.) energjia maksimale e kuanteve të rrezeve X, e shprehur në kiloelektron-volt, është numerikisht e barabartë me madhësinë e tensionit të aplikuar në tub, e shprehur në kilovolt. Kur rrezet X kalojnë nëpër një substancë, ato ndërveprojnë me elektronet e atomeve të saj. Për kuantet me rreze X me energji deri në 100 keV, lloji më karakteristik i ndërveprimit është efekti fotoelektrik. Si rezultat i një ndërveprimi të tillë, energjia e kuantit harxhohet plotësisht për nxjerrjen e elektronit nga guaska atomike dhe dhënien e energjisë kinetike në të. Ndërsa energjia e një kuantike me rreze X rritet, probabiliteti i efektit fotoelektrik zvogëlohet dhe procesi i shpërndarjes së kuanteve nga elektronet e lira - i ashtuquajturi efekti Compton - bëhet mbizotërues. Si rezultat i një ndërveprimi të tillë, formohet gjithashtu një elektron dytësor dhe, përveç kësaj, një kuant emetohet me një energji më të ulët se energjia e kuantit primar. Nëse energjia e kuantit të rrezeve X tejkalon një megaelektron-volt, mund të ndodhë i ashtuquajturi efekt çiftëzimi, në të cilin formohen një elektron dhe një pozitron (shih). Rrjedhimisht, kur kalon nëpër një substancë, energjia e rrezatimit me rreze X zvogëlohet, d.m.th., zvogëlohet intensiteti i saj. Meqenëse thithja e kuanteve me energji të ulët ndodh me një probabilitet më të madh, rrezatimi me rreze X pasurohet me kuante me energji më të lartë. Kjo veti e rrezatimit me rreze X përdoret për të rritur energjinë mesatare të kuanteve, d.m.th., për të rritur ngurtësinë e saj. Një rritje në ngurtësinë e rrezatimit me rreze X arrihet duke përdorur filtra specialë (shih). Rrezatimi me rreze X përdoret për diagnostikimin me rreze X (shih) dhe (shih). Shihni gjithashtu Rrezatimi jonizues.

    Rrezatimi me rreze X (sinonim: rrezet x, rrezet x) është rrezatim elektromagnetik kuantik me një gjatësi vale nga 250 deri në 0,025 A (ose kuantë energjie nga 5·10 -2 në 5·10 2 keV). Në 1895 u zbulua nga V.K. Roentgen. Rajoni spektral i rrezatimit elektromagnetik ngjitur me rrezatimin me rreze X, kuantet e energjisë së të cilit tejkalojnë 500 keV, quhet rrezatim gama (shih); rrezatimi kuantet e energjisë së të cilit janë nën 0,05 kev përbën rrezatim ultravjollcë (shih).

    Kështu, duke përfaqësuar një pjesë relativisht të vogël të spektrit të gjerë të rrezatimit elektromagnetik, i cili përfshin si valët e radios ashtu edhe dritën e dukshme, rrezatimi me rreze X, si çdo rrezatim elektromagnetik, përhapet me shpejtësinë e dritës (në një vakum prej rreth 300 mijë km/ sec) dhe karakterizohet nga një gjatësi vale λ ( distanca mbi të cilën rrezatimi kalon në një periudhë lëkundjeje). Rrezatimi me rreze X ka gjithashtu një sërë veçorish të tjera valore (përthyerje, ndërhyrje, difraksion), por ato janë shumë më të vështira për t'u vëzhguar sesa rrezatimi me gjatësi vale më të gjatë: drita e dukshme, valët e radios.

    Spektrat e rrezeve X: a1 - spektri bremsstrahlung i vazhdueshëm në 310 kV; a - spektri i vazhdueshëm i frenave në 250 kV, a1 - spektri i filtruar me 1 mm Cu, a2 - spektri i filtruar me 2 mm Cu, b - linja tungsteni të serisë K.

    Për të gjeneruar rrezatim me rreze X, përdoren tubat me rreze X (shih), në të cilët rrezatimi ndodh kur elektronet e shpejta ndërveprojnë me atomet e substancës anodë. Ekzistojnë dy lloje të rrezatimit me rreze X: bremsstrahlung dhe karakteristik. Rrezet X Bremsstrahlung kanë një spektër të vazhdueshëm, të ngjashëm me dritën e bardhë të zakonshme. Shpërndarja e intensitetit në varësi të gjatësisë së valës (Fig.) përfaqësohet nga një kurbë me një maksimum; drejt valëve të gjata kurba bie rrafsh, dhe drejt valëve të shkurtra bie pjerrët dhe përfundon në një gjatësi vale të caktuar (λ0), e quajtur kufiri i valës së shkurtër të spektrit të vazhdueshëm. Vlera e λ0 është në përpjesëtim të zhdrejtë me tensionin në tub. Bremsstrahlung ndodh kur elektronet e shpejta ndërveprojnë me bërthamat atomike. Intensiteti i bremsstrahlung është drejtpërdrejt proporcional me forcën e rrymës së anodës, katrorin e tensionit nëpër tub dhe numrin atomik (Z) të substancës së anodës.

    Nëse energjia e elektroneve të përshpejtuara në tubin me rreze X tejkalon vlerën kritike për substancën e anodës (kjo energji përcaktohet nga voltazhi Vcr kritik për këtë substancë në tub), atëherë ndodh rrezatimi karakteristik. Spektri karakteristik është i rreshtuar; linjat e tij spektrale formojnë seri, të përcaktuara me shkronjat K, L, M, N.

    Seria K është gjatësia valore më e shkurtër, seria L është më e gjatë, seritë M dhe N vërehen vetëm në elementë të rëndë (Vcr e tungstenit për serinë K është 69.3 kV, për serinë L - 12.1 kV). Rrezatimi karakteristik lind si më poshtë. Elektronet e shpejta nxjerrin elektronet atomike nga predha e tyre e brendshme. Atomi ngacmohet dhe më pas kthehet në gjendjen bazë. Në këtë rast, elektronet nga predha e jashtme, më pak të lidhura, mbushin hapësirat e lira në guaskat e brendshme, dhe fotonet e rrezatimit karakteristik emetohen me një energji të barabartë me ndryshimin midis energjive të atomit në gjendjen e ngacmuar dhe atë bazë. Ky ndryshim (dhe për rrjedhojë energjia e fotonit) ka një vlerë të caktuar karakteristike për secilin element. Ky fenomen qëndron në themel të analizës spektrale me rreze X të elementeve. Figura tregon spektrin e linjës së tungstenit në sfondin e një spektri të vazhdueshëm të bremsstrahlung.

    Energjia e elektroneve të përshpejtuara në tubin me rreze X shndërrohet pothuajse tërësisht në energji termike (anoda bëhet shumë e nxehtë), vetëm një pjesë e vogël (rreth 1% në një tension afër 100 kV) shndërrohet në energji bremsstrahlung.

    Përdorimi i rrezeve X në mjekësi bazohet në ligjet e përthithjes së rrezeve X nga materia. Thithja e rrezatimit me rreze X është plotësisht e pavarur nga vetitë optike të substancës absorbuese. Xhami prej plumbi pa ngjyrë dhe transparent, i përdorur për të mbrojtur personelin në dhomat me rreze X, pothuajse plotësisht thith rrezet X. Në të kundërt, një fletë letre që nuk është transparente ndaj dritës nuk i zbut rrezet X.

    Intensiteti i një rrezeje homogjene (d.m.th., një gjatësi vale të caktuar) me rreze X që kalon nëpër një shtresë absorbuese zvogëlohet sipas ligjit eksponencial (e-x), ku e është baza e logaritmeve natyrore (2,718), dhe eksponenti x është i barabartë me produkti i koeficientit të dobësimit të masës (μ /p) cm 2 /g për trashësinë e absorbuesit në g/cm 2 (këtu p është dendësia e substancës në g/cm 3). Zbutja e rrezatimit me rreze X ndodh si për shkak të shpërndarjes ashtu edhe përthithjes. Prandaj, koeficienti i dobësimit të masës është shuma e koeficientëve të përthithjes dhe shpërndarjes së masës. Koeficienti i absorbimit të masës rritet ndjeshëm me rritjen e numrit atomik (Z) të absorbuesit (proporcional me Z3 ose Z5) dhe me rritjen e gjatësisë së valës (proporcionale me λ3). Kjo varësi nga gjatësia e valës vërehet brenda brezave të përthithjes, në kufijtë e të cilave koeficienti shfaq kërcime.

    Koeficienti i shpërndarjes së masës rritet me rritjen e numrit atomik të substancës. Në λ≥0.3Å koeficienti i shpërndarjes nuk varet nga gjatësia e valës, në λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.

    Një rënie në koeficientët e përthithjes dhe shpërndarjes me zvogëlimin e gjatësisë së valës shkakton një rritje të fuqisë depërtuese të rrezatimit me rreze X. Koeficienti i përthithjes së masës për kockën [përthithja është kryesisht për shkak të Ca 3 (PO 4) 2 ] është pothuajse 70 herë më i madh se sa për indet e buta, ku thithja është kryesisht për shkak të ujit. Kjo shpjegon pse hija e eshtrave dallohet kaq fort në sfondin e indeve të buta në radiografi.

    Përhapja e një rreze jo uniforme të rrezeve X nëpër çdo mjedis, së bashku me një ulje të intensitetit, shoqërohet me një ndryshim në përbërjen spektrale dhe një ndryshim në cilësinë e rrezatimit: pjesa me valë të gjatë të spektrit është i zhytur në një masë më të madhe se pjesa me valë të shkurtër, rrezatimi bëhet më uniform. Filtrimi i pjesës me valë të gjatë të spektrit lejon, gjatë terapisë me rreze X të lezioneve të vendosura thellë në trupin e njeriut, të përmirësohet raporti midis dozave të thella dhe sipërfaqësore (shih filtrat me rreze X). Për të karakterizuar cilësinë e një rreze johomogjene të rrezeve X, përdoret koncepti i "shtresës gjysmë zbutëse (L)" - një shtresë e substancës që zbut rrezatimin përgjysmë. Trashësia e kësaj shtrese varet nga voltazhi në tub, trashësia dhe materiali i filtrit. Për të matur shtresat gjysmë zbutjeje, përdoret celofan (energji deri në 12 keV), alumini (20-100 keV), bakri (60-300 keV), plumbi dhe bakri (>300 keV). Për rrezet X të gjeneruara në tensione 80-120 kV, 1 mm bakër është ekuivalente në kapacitet filtrues me 26 mm alumin, 1 mm plumb është e barabartë me 50,9 mm alumin.

    Thithja dhe shpërndarja e rrezatimit me rreze X është për shkak të vetive të tij korpuskulare; Rrezatimi me rreze X ndërvepron me atomet si një rrymë trupash (grimcash) - fotone, secila prej të cilave ka një energji të caktuar (në proporcion të zhdrejtë me gjatësinë e valës së rrezatimit të rrezeve X). Gama e energjisë e fotoneve me rreze X është 0,05-500 keV.

    Thithja e rrezatimit me rreze X është për shkak të efektit fotoelektrik: thithja e një fotoni nga guaska elektronike shoqërohet me nxjerrjen e një elektroni. Atomi ngacmohet dhe, duke u kthyer në gjendjen bazë, lëshon rrezatim karakteristik. Fotoelektroni i emetuar mbart të gjithë energjinë e fotonit (minus energjinë e lidhjes së elektronit në atom).

    Shpërndarja e rrezeve X shkaktohet nga elektronet në mjedisin shpërndarës. Bëhet dallimi midis shpërndarjes klasike (gjatësia e valës së rrezatimit nuk ndryshon, por drejtimi i përhapjes ndryshon) dhe shpërndarjes me një ndryshim në gjatësinë e valës - efekti Compton (gjatësia e valës së rrezatimit të shpërndarë është më e madhe se ajo e rrezatimit rënës. ). Në rastin e fundit, fotoni sillet si një top në lëvizje dhe shpërndarja e fotoneve ndodh, sipas shprehjes figurative të Comtonit, si të luash bilardo me fotone dhe elektrone: duke u përplasur me një elektron, fotoni transferon një pjesë të energjisë së tij tek ai dhe është i shpërndarë, duke pasur më pak energji (në përputhje me rrethanat, gjatësia e valës së rrezatimit të shpërndarë rritet), një elektron fluturon nga atomi me energji kthimi (këto elektrone quhen elektrone Compton, ose elektrone të kthimit). Thithja e energjisë së rrezeve X ndodh gjatë formimit të elektroneve dytësore (Compton dhe fotoelektrone) dhe transferimit të energjisë në to. Energjia e rrezatimit me rreze X e transferuar në një masë të njësisë së një substance përcakton dozën e absorbuar të rrezatimit me rreze X. Njësia e kësaj doze 1 rad korrespondon me 100 erg/g. Për shkak të energjisë së absorbuar, në substancën absorbuese ndodhin një sërë procesesh dytësore, të cilat janë të rëndësishme për dozimetrinë e rrezeve X, pasi mbi to bazohen metodat për matjen e rrezatimit me rreze X. (shih Dozimetria).

    Të gjithë gazrat dhe shumë lëngje, gjysmëpërçues dhe dielektrikë rrisin përçueshmërinë elektrike kur ekspozohen ndaj rrezeve X. Përçueshmëria zbulohet nga materialet më të mira izoluese: parafina, mikë, gome, qelibar. Ndryshimi i përçueshmërisë shkaktohet nga jonizimi i mediumit, d.m.th., ndarja e molekulave neutrale në jone pozitive dhe negative (jonizimi prodhohet nga elektronet sekondare). Jonizimi në ajër përdoret për të përcaktuar dozën e ekspozimit të rrezeve X (doza në ajër), e cila matet në rentgen (shih Dozat e rrezatimit jonizues). Në një dozë prej 1 r, doza e absorbuar në ajër është 0,88 rad.

    Nën ndikimin e rrezatimit me rreze X, si rezultat i ngacmimit të molekulave të një lënde (dhe gjatë rikombinimit të joneve), në shumë raste ngacmohet një shkëlqim i dukshëm i substancës. Në intensitet të lartë të rrezatimit me rreze X, vërehet një shkëlqim i dukshëm në ajër, letër, parafinë etj. (me përjashtim të metaleve). Rendimenti më i lartë i lumineshencës së dukshme sigurohet nga fosforet kristaline si Zn·CdS·Ag-fosfori dhe të tjerë që përdoren për ekranet fluoroskopike.

    Nën ndikimin e rrezatimit me rreze x, në një substancë mund të ndodhin edhe procese të ndryshme kimike: dekompozimi i përbërjeve të halogjenit të argjendit (një efekt fotografik i përdorur në fotografimin me rreze x), dekompozimi i ujit dhe tretësirave ujore të peroksidit të hidrogjenit, ndryshimet në vetitë e celuloidit (turbullim dhe çlirim i kamforit), parafine (turbullim dhe zbardhues) .

    Si rezultat i shndërrimit të plotë, e gjithë energjia e përthithur nga substanca kimikisht inerte, rrezatimi me rreze x, shndërrohet në nxehtësi. Matja e sasive shumë të vogla të nxehtësisë kërkon metoda shumë të ndjeshme, por është metoda kryesore për matjet absolute të rrezatimit me rreze X.

    Efektet dytësore biologjike nga ekspozimi ndaj rrezatimit me rreze x janë baza e terapisë mjekësore me rreze x (shih). Rrezatimi me rreze X, kuantet e të cilit janë 6-16 keV (gjatësi valore efektive nga 2 në 5 Å), absorbohet pothuajse plotësisht nga indet e lëkurës së trupit të njeriut; këto quhen rrezet kufitare, ose nganjëherë rrezet e Bukës (shih rrezet e Bukës). Për terapinë me rreze X të thellë, përdoret rrezatimi i filtruar i fortë me kuantë energjie efektive nga 100 në 300 keV.

    Efekti biologjik i rrezatimit me rreze X duhet të merret parasysh jo vetëm gjatë terapisë me rreze X, por edhe gjatë diagnostikimit me rreze X, si dhe në të gjitha rastet e tjera të kontaktit me rrezatimin me rreze X që kërkojnë përdorimin e mbrojtjes nga rrezatimi (Shiko).

    Diagnoza moderne mjekësore dhe trajtimi i disa sëmundjeve nuk mund të imagjinohet pa pajisje që përdorin vetitë e rrezatimit me rreze x. Zbulimi i rrezeve X ka ndodhur më shumë se 100 vjet më parë, por edhe tani puna vazhdon për krijimin e teknikave dhe pajisjeve të reja për të minimizuar efektet negative të rrezatimit në trupin e njeriut.

    Kush i zbuloi rrezet X dhe si?

    Në kushte natyrore, flukset e rrezeve X janë të rralla dhe emetohen vetëm nga disa izotope radioaktive. Rrezet X ose rrezet X u zbuluan vetëm në 1895 nga shkencëtari gjerman Wilhelm Röntgen. Ky zbulim ndodhi rastësisht, gjatë një eksperimenti për të studiuar sjelljen e rrezeve të dritës në kushte që i afrohen një vakumi. Eksperimenti përfshinte një tub shkarkimi gazi katodë me presion të reduktuar dhe një ekran fluoreshente, i cili çdo herë filloi të shkëlqejë në momentin që tubi filloi të funksiononte.

    I interesuar për efektin e çuditshëm, Roentgen kreu një sërë studimesh që tregojnë se rrezatimi që rezulton, i padukshëm për syrin, është i aftë të depërtojë përmes pengesave të ndryshme: letrës, drurit, qelqit, disa metaleve, madje edhe përmes trupit të njeriut. Pavarësisht mungesës së të kuptuarit të vetë natyrës së asaj që po ndodh, nëse një fenomen i tillë shkaktohet nga gjenerimi i një rryme grimcash ose valësh të panjohura, u vu re modeli i mëposhtëm - rrezatimi kalon lehtësisht nëpër indet e buta të trupit, dhe shumë më vështirë përmes indeve të gjalla të forta dhe substancave jo të gjalla.

    Roentgen nuk ishte i pari që studioi këtë fenomen. Në mesin e shekullit të 19-të, mundësi të ngjashme u eksploruan nga francezi Antoine Mason dhe anglezi William Crookes. Sidoqoftë, ishte Roentgen ai që shpiku i pari një tub katodë dhe një tregues që mund të përdoret në mjekësi. Ai ishte i pari që botoi një vepër shkencore, e cila i dha titullin e laureatit të parë Nobel midis fizikanëve.

    Në vitin 1901 filloi një bashkëpunim i frytshëm midis tre shkencëtarëve, të cilët u bënë etërit themelues të radiologjisë dhe radiologjisë.

    Vetitë e rrezeve X

    Rrezet X janë një komponent i spektrit të përgjithshëm të rrezatimit elektromagnetik. Gjatësia e valës qëndron midis rrezeve gama dhe ultravjollcë. Rrezet X kanë të gjitha vetitë e zakonshme të valës:

    • difraksioni;
    • përthyerje;
    • ndërhyrje;
    • shpejtësia e përhapjes (është e barabartë me dritën).

    Për të gjeneruar artificialisht një fluks të rrezeve X, përdoren pajisje speciale - tubat me rreze X. Rrezatimi me rreze X ndodh për shkak të kontaktit të elektroneve të shpejta nga tungsteni me substancat që avullojnë nga anoda e nxehtë. Në sfondin e ndërveprimit, shfaqen valë elektromagnetike me gjatësi të shkurtër, të vendosura në spektrin nga 100 në 0,01 nm dhe në intervalin energjetik 100-0,1 MeV. Nëse gjatësia e valës së rrezeve është më e vogël se 0.2 nm, ky është rrezatim i fortë; nëse gjatësia e valës është më e madhe se kjo vlerë, ato quhen rreze X të buta.

    Është domethënëse që energjia kinetike që lind nga kontakti i elektroneve dhe substancës anodë shndërrohet 99% në energji termike dhe vetëm 1% është rreze X.

    Rrezatimi me rreze X – bremsstrahlung dhe karakteristik

    Rrezatimi X është një mbivendosje e dy llojeve të rrezeve - bremsstrahlung dhe karakteristike. Ato gjenerohen në tub në të njëjtën kohë. Prandaj, rrezatimi me rreze X dhe karakteristikat e secilit tub specifik me rreze X - spektri i tij i rrezatimit - varen nga këta tregues dhe përfaqësojnë mbivendosjen e tyre.

    Bremsstrahlung ose rrezet X të vazhdueshme janë rezultat i ngadalësimit të elektroneve të avulluara nga një filament tungsteni.

    Rrezet me rreze X karakteristike ose të linjës formohen në momentin e ristrukturimit të atomeve të substancës së anodës së tubit me rreze X. Gjatësia e valës së rrezeve karakteristike varet drejtpërdrejt nga numri atomik i elementit kimik të përdorur për të bërë anodën e tubit.

    Karakteristikat e listuara të rrezeve X i lejojnë ato të përdoren në praktikë:

    • padukshmëri për sytë e zakonshëm;
    • aftësi e lartë depërtuese përmes indeve të gjalla dhe materialeve jo të gjalla që nuk transmetojnë rrezet e spektrit të dukshëm;
    • efekt jonizues në strukturat molekulare.

    Parimet e imazhit me rreze X

    Vetitë e rrezeve X në të cilat bazohet imazhi është aftësia për të dekompozuar ose për të shkaktuar shkëlqimin e substancave të caktuara.

    Rrezatimi me rreze X shkakton një shkëlqim fluoreshente në sulfide të kadmiumit dhe zinkut - jeshile, dhe në tungstate kalciumi - blu. Kjo veti përdoret në teknikat mjekësore të imazhit me rreze x dhe gjithashtu rrit funksionalitetin e ekraneve me rreze x.

    Efekti fotokimik i rrezeve X në materialet fotosensitive të halogjenit të argjendit (ekspozimi) lejon diagnostikimin - marrjen e fotografive me rreze X. Kjo veti përdoret gjithashtu kur matni dozën totale të marrë nga asistentët e laboratorit në dhomat me rreze X. Dozimetrat e trupit përmbajnë shirita dhe tregues të veçantë të ndjeshëm. Efekti jonizues i rrezatimit me rreze X bën të mundur përcaktimin e karakteristikave cilësore të rrezeve X që rezultojnë.

    Një ekspozim i vetëm ndaj rrezatimit nga rrezet X konvencionale rrit rrezikun e kancerit me vetëm 0,001%.

    Zonat ku përdoren rrezet X

    Përdorimi i rrezeve X është i lejueshëm në industritë e mëposhtme:

    1. Siguria. Pajisjet stacionare dhe portative për zbulimin e sendeve të rrezikshme dhe të ndaluara në aeroporte, dogana ose në vende të mbushura me njerëz.
    2. Industria kimike, metalurgjia, arkeologjia, arkitektura, ndërtimi, puna restauruese - për të zbuluar defektet dhe kryerjen e analizave kimike të substancave.
    3. Astronomi. Ndihmon për të vëzhguar trupat dhe fenomenet kozmike duke përdorur teleskopët me rreze X.
    4. Industria ushtarake. Për të zhvilluar armë lazer.

    Aplikimi kryesor i rrezatimit me rreze X është në fushën mjekësore. Sot në seksionin e radiologjisë mjekësore përfshihen: radiodiagnoza, radioterapia (terapia me rreze X), radiokirurgjia. Universitetet e mjekësisë diplomojnë specialistë të specializuar – radiologë.

    Rrezatimi X - dëm dhe përfitim, efekte në trup

    Fuqia e lartë depërtuese dhe efekti jonizues i rrezeve X mund të shkaktojë ndryshime në strukturën e ADN-së qelizore dhe për këtë arsye paraqesin rrezik për njerëzit. Dëmi nga rrezet X është drejtpërdrejt proporcional me dozën e marrë të rrezatimit. Organe të ndryshme i përgjigjen rrezatimit në shkallë të ndryshme. Më të ndjeshmet përfshijnë:

    • palca e eshtrave dhe indi kockor;
    • lente e syrit;
    • tiroide;
    • gjëndrat e qumështit dhe riprodhimit;
    • indet e mushkërive.

    Përdorimi i pakontrolluar i rrezatimit me rreze X mund të shkaktojë patologji të kthyeshme dhe të pakthyeshme.

    Pasojat e rrezatimit me rreze X:

    • dëmtimi i palcës së eshtrave dhe shfaqja e patologjive të sistemit hematopoietik - eritrocitopeni, trombocitopeni, leuçemi;
    • dëmtimi i lenteve, me zhvillimin e mëvonshëm të kataraktave;
    • mutacionet qelizore që janë të trashëguara;
    • zhvillimi i kancerit;
    • marrja e djegieve nga rrezatimi;
    • zhvillimi i sëmundjes nga rrezatimi.

    E rëndësishme! Ndryshe nga substancat radioaktive, rrezet X nuk grumbullohen në indet e trupit, që do të thotë se rrezet X nuk kanë nevojë të hiqen nga trupi. Efekti i dëmshëm i rrezatimit me rreze X përfundon kur pajisja mjekësore është e fikur.

    Përdorimi i rrezatimit me rreze X në mjekësi është i lejueshëm jo vetëm për diagnostikim (traumatologji, stomatologji), por edhe për qëllime terapeutike:

    • Rrezet X në doza të vogla stimulojnë metabolizmin në qelizat dhe indet e gjalla;
    • doza të caktuara kufizuese përdoren për trajtimin e neoplazmave onkologjike dhe beninje.

    Metodat për diagnostikimin e patologjive duke përdorur rreze X

    Radiodiagnostika përfshin teknikat e mëposhtme:

    1. Fluoroskopia është një studim gjatë të cilit merret një imazh në një ekran fluoreshent në kohë reale. Së bashku me marrjen klasike të një imazhi të një pjese të trupit në kohë reale, sot ekzistojnë teknologjitë e transilluminimit të televizionit me rreze X - imazhi transferohet nga një ekran fluoreshent në një monitor televiziv të vendosur në një dhomë tjetër. Janë zhvilluar disa metoda dixhitale për përpunimin e imazhit që rezulton, e ndjekur nga transferimi i tij nga ekrani në letër.
    2. Fluorografia është metoda më e lirë e ekzaminimit të organeve të kraharorit, e cila konsiston në marrjen e një imazhi në shkallë të reduktuar prej 7x7 cm.Megjithë gjasat e gabimit, është e vetmja mënyrë për të kryer një ekzaminim masiv vjetor të popullatës. Metoda nuk është e rrezikshme dhe nuk kërkon heqjen e dozës së marrë të rrezatimit nga trupi.
    3. Radiografia është prodhimi i një imazhi përmbledhës në film ose letër për të sqaruar formën e një organi, pozicionin ose tonin e tij. Mund të përdoret për të vlerësuar peristaltikën dhe gjendjen e mukozave. Nëse ka një zgjedhje, atëherë midis pajisjeve moderne me rreze X, nuk duhet t'i jepet përparësi as pajisjeve dixhitale, ku fluksi i rrezeve X mund të jetë më i lartë se ai i pajisjeve të vjetra, por pajisjeve me rreze X me dozë të ulët me rrafsh të drejtpërdrejtë. detektorë gjysmëpërçues. Ato ju lejojnë të zvogëloni ngarkesën në trup me 4 herë.
    4. Tomografia e kompjuterizuar me rreze X është një teknikë që përdor rrezet X për të marrë numrin e kërkuar të imazheve të seksioneve të një organi të zgjedhur. Midis shumë llojeve të pajisjeve moderne CT, tomografët kompjuterikë me dozë të ulët me rezolucion të lartë përdoren për një sërë studimesh të përsëritura.

    Radioterapia

    Terapia me rreze X është një metodë trajtimi lokal. Më shpesh, metoda përdoret për të shkatërruar qelizat e kancerit. Meqenëse efekti është i krahasueshëm me heqjen kirurgjikale, kjo metodë trajtimi shpesh quhet radiokirurgji.

    Sot, trajtimi me rreze x kryhet në mënyrat e mëposhtme:

    1. E jashtme (terapia me proton) - një rreze rrezatimi hyn në trupin e pacientit nga jashtë.
    2. E brendshme (brakiterapia) - përdorimi i kapsulave radioaktive duke i futur ato në trup, duke i vendosur ato më afër tumorit të kancerit. Disavantazhi i kësaj metode trajtimi është se derisa kapsula të hiqet nga trupi, pacienti duhet të izolohet.

    Këto metoda janë të buta dhe përdorimi i tyre preferohet në disa raste sesa kimioterapia. Ky popullaritet është për faktin se rrezet nuk grumbullohen dhe nuk kërkojnë largim nga trupi; ato kanë një efekt selektiv, pa prekur qelizat dhe indet e tjera.

    Kufiri i sigurt i ekspozimit ndaj rrezeve X

    Ky tregues i normës së ekspozimit të lejuar vjetor ka emrin e vet - dozë ekuivalente gjenetikisht e rëndësishme (GSD). Ky tregues nuk ka vlera të qarta sasiore.

    1. Ky tregues varet nga mosha e pacientit dhe dëshira për të pasur fëmijë në të ardhmen.
    2. Varet se cilat organe janë ekzaminuar ose trajtuar.
    3. GZD ndikohet nga niveli i sfondit radioaktiv natyror në rajonin ku jeton një person.

    Sot janë në fuqi standardet e mëposhtme mesatare të GZD:

    • niveli i ekspozimit nga të gjitha burimet, me përjashtim të atyre mjekësore, dhe pa marrë parasysh rrezatimin e sfondit natyror - 167 mrem në vit;
    • norma për një ekzaminim mjekësor vjetor nuk është më e lartë se 100 mrem në vit;
    • vlera totale e sigurt është 392 mrem në vit.

    Rrezatimi me rreze X nuk kërkon largim nga trupi dhe është i rrezikshëm vetëm në rast të ekspozimit intensiv dhe të zgjatur. Pajisjet moderne mjekësore përdorin rrezatim me energji të ulët me kohëzgjatje të shkurtër, kështu që përdorimi i tij konsiderohet relativisht i padëmshëm.



    Vlerësimi i artikullit:
    1 Yll2 Yje3 Yje4 Yje5 yje(Akoma nuk ka vlerësime)
    Po ngarkohet...
    Ndaje me miqte:
    Artikuj me një temë të ngjashme
    Mbylle
    Gjeni në faqen e internetit
    Për shembull: llojet e drywall