1. Рентгенодиагностика:

А. Рентгеноскопия. (Использует 1), 2) и 3) свойства рентгеновского излучения). Получение теневых изображений внутренних органов на флюоресцирующем экране рентгеновского аппарата.

Б. Рентгенография ((Использует 1), 2) и 4) свойства). Получение теневых изображений внутренних органов на фотоплёнке.

В. Флюорография. То же, что и рентгеноскопия, но вместо глаза врача информация с экрана поступает в фотоаппарат. А врач потом уже изучает фотоснимок изображения на экране рентгеновского аппарата. Это позволяет резко уменьшить время облучения и пациента и врача. В отличие от рентгенографии при этом можно обойтись совсем маленьким кусочком плёнки. Рентгеновские лучи не фокусируются, для рентгенографии требуется плёнка размером с объект исследования. Использование флюорографии позволило в своё время организовать массовое профилактическое обследование населения и прекратить распространение туберкулёза в Советском Союзе.

Г. Рентгеновская компьютерная томография. В современных рентгеновских аппаратах в качестве датчика рентгеновского излучения используются фотоэлементы ФЭ (5 свойство рентгеновских лучей). И в рентгеновских томографах ФЭ располагаются по окружности вокруг исследуемого органа ( рис.2.2). Томография (от греческого слова «томос» - ломоть, срез) позволяет получить изображения внутреннего строения исследуемого объекта в разрезе. Для этого узкий, плоский пучок рентгеновского излучения просвечивает объект с разных сторон от делающей вокруг него полный оборот рентгеновской трубки Т. При этом на фотоэлементах получаются теневые изображения внутренней структуры объекта в разных проекциях. Эта информация, преобразованная при помощи фотоэлементов в электрические сигналы, поступает в компьютер. Компьютер, обработав её, строит на дисплее изображения в разрезе. По одной проекции это было бы сделать невозможно, поскольку тени одних деталей внутренней структуры накладывались бы на другие. Чтобы «рассмотреть» все детали внутреннего строения объекта, надо просветить объект с разных сторон. Если получить изображения ряда, расположенных один над другим разрезов, можно получить представление об объёмной структуре объекта.

Рис.2.2.Рентгеновская компьютерная томография (объясненния тексте).

2. Рентгенотерапия.

Применяется в онкологии. Используется 6 свойство рентгеновского излучения - сильное биологическое действие. Рентгеновские лучи особенно большое действие оказывают на молодые, растущие ткани, в том числе, на новообразования.

Но, с другой стороны, именно поэтому следует воздерживаться от рентгеновских обследований детей и беременных женщин. Если возможно, следует ограничиться УЗИ – безвредным соперником рентгена.

3. Научные исследования.

А. Рентгеновская спектроскопия (см. 2.6)

Б. Рентгеноструктурный анализ (см. 2.7)

2.4. Природа рентгеновского излучения

Рёнтген недаром назвал открытое им излучение Х-лучами. Его природа была установлена только через 17 лет немецким физиком Максом Лауэ (в 1912 году). Макс Лауэ обнаружил дифракцию рентгеновских лучей на атомах кристаллов, что доказало их волновую природу и, вместе с тем указало на их очень малую длину волны, сравнимую с межатомными расстояниями. Рентгеновские лучи – электромагнитные волны в диапазоне длин волн примерно от 10^-5 – 80 нм. Снизу диапазон рентгеновских лучей частично перекрывается с диапазоном - излучения, а сверху – ультрафиолетового излучения.

С другой стороны, рентгеновское излучение - поток фотонов очень большой энергии, так как согласно формуле Планка

= h = , где - частота, - длина волны, h = 6,62.10^-34 Дж с – постоянная Планка,

с = 3 10^-8 м/с - скорость света в вакууме.

Короткие волны и большая частота и обусловили высокую энергию рентгновских фотонов и замечательные свойства рентгеновского излучения.

2.5. ТОРМОЗНОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

1. Коротковолновая граница спектра тормозного рентгеновского излучения

Существует два типа рентгеновского изучения - тормозное и характеристическое. Тормозное рентгеновское излучение возникает при резком торможении электронов, разогнанных до больших скоростей. В рентгеновской трубке ( рис. 2.1 ) электроны разгоняются напряжением между анодом и катодом U_АК . Работа электрического поля по разгону электрона А = еU_АК , е = 1,6 10^-19 Кл – заряд электрона. Электрон приобретает кинетическую энергию, которая при ударе о зеркальце анода З и идёт на создание рентгеновских фотонов. Но не все электроны, ударившись об анод, порождают фотоны. И не вся энергия электрона, породившего рентгеновский фотон, переходит фотону. Большая часть энергии электронов идёт на нагревание анода. Коэффициент полезного действия рентгеновской трубки 2-3%. Поэтому-то и зеркальце анода делается из тугоплавких металлов, а сам анод достаточно массивным, а в мощных рентгеновских трубках он ещё и снабжается специальным охлаждением.

Энергия рентгеновского фотона:

= меньше или равна энергии, приобретённого электроном при его разгоне электрическим полем между анодом и катодом еU_АК :

еU_АК

Поэтому

_min = (2.1)

здесь длина волны измеряется в нанометрах, а напряжение в киловольтах.

_min называется коротковолновой границей тормозного рентгеновского излучения

2. Спектр тормозного рентгеновского излучения

На рис. 2.3 а и 2.3 б показаны спектры тормозного рентгеновского излучения.

Рис. 2.3

- спектральная плотность потока рентгеновского излучения - энергия, излучённая за единицу времени рентгеновской трубкой в узком интервале длин волн , делённая на ширину этого интервала .

Видно, что;

1) Спектр тормозного рентгеновского излучения сплошной, на всех длинах волн от _min до .

2) Есть _m , при которой Ф максимальна. _{m min} .

3) При повышении напряжения U_АК коротковолновая граница _min сдвигается в сторону более коротких волн.

4) При повышении напряжения U_АК увеличивается площадь под кривой спектра, которая равна полному потоку рентгеновского излучения - энергии, излучённой за единицу времени на всём интервале длин волн.

3. Жёсткость и мощность рентгеновского излучения

А. Жёсткость рентгеновского излучения - определяет его проникающую способность и биологическое действие. Жёсткость зависит от энергии рентгеновского фотона = , следовательно от длины волны , которая определяется напряжением между анодом катодом рентгеновской трубки

_min =

Чем больше напряжение U_АК, тем короче длина волны _min, тем больше жёсткость рентгеновского излучения.

Б. Мощность рентгеновского излучения или поток - Ф – энергия, излучаемая рентгеновской трубкой за единицу времени вычисляется по формуле

, (2.2)

I – сила тока через рентгеновскую трубку, U_AK – напряжение между анодом и катодом, z – порядковый номер в таблице Менделеева элемента зеркальца анода, k = 10^-9 В^-1 – коэффициент пропорциональности .

Таким образом, мощность излучения рентгеновской трубки Ф можно повысить тремя способами: увеличив U_АК , I, или z. Последний способ повышения Ф применяется при изготовлении трубки. А пользователям приходится подбирать оптимальные значения напряжения и силы тока. Причём в некоторых случаях регулирование мощности изменением силы тока через трубку при постоянном напряжении между анодом и катодом предпочтительнее. При этом остаётся постоянной жёсткость и не увеличивается опасность лучевого поражения. Силу тока при постоянном U_АК можно увеличить, повышая температуру накала катода трубки, увеличивая этим количество электронов, вылетевших с катода в единицу времени. А этого можно достигнуть повышая напряжение накала накала катода U_н ( рис.2.3 б)