Одесский национальный медицинский университет

кафедра биофизики, информатики и медицинской аппаратуры

Методические указания

по курсу "биофизика, информатика и медицинская аппаратура"

для студентов 1-го курса по теме:

«Рентгеновское излучение»

«Утверждено»

на методическом совещании кафедры

Протокол № от “ ” 2010 г.

Зав кафедрой проф._____________Годлевский Л.С.

Одесса - 2010

Рентгеновское излучение

Рентге́новское излуче́ние — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на энергетической шкале между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10⁻⁴ до 10² Å (от 10⁻¹⁴ до 10⁻⁸ м). Положение на шкале электромагнитных волн

Энергетические диапазоны рентгеновского излучения и гамма-излучения перекрываются в широкой области энергий. Оба типа излучения являются электромагнитным излучениеми при одинаковой энергии фотонов — эквивалентны. Терминологическое различие лежит в способе возникновения — рентгеновские лучи испускаются при участииэлектронов(либо ватомах, либо свободных) в то время как гамма-излучение испускается в процессах девозбужденияатомных ядер. Фотоны рентгеновского излучения имеют энергию от 100эВдо 250кэВ, что соответствует излучению счастотойот 3·10¹⁶Гцдо 6·10¹⁹Гц идлиной волны0,005 — 10нм(общепризнанного определения нижней границы диапазона рентгеновских лучей в шкале длин волн не существует).Мягкий рентгенхарактеризуется наименьшей энергией фотона и частотой излучения (и наибольшей длиной волны), ажёсткий рентгенобладает наибольшей энергией фотона и частотой излучения (и наименьшей длиной волны). Жёсткий рентген используется преимущественно в промышленных целях.

Получение

Схематическое изображение рентгеновской трубки. X — рентгеновские лучи, K — катод, А —анод(иногда называемый антикатодом), С — теплоотвод,U_h—напряжениенакала катода,U_a— ускоряющее напряжение, W_in— впуск водяного охлаждения, W_out— выпуск водяного охлаждения.

Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорениизаряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетичных переходах вэлектронных оболочкахатомов илимолекул. Оба эффекта используются врентгеновских трубках, в которых электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом (при этом рентгеновские лучи не испускаются, так как ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом испускаются рентгеновские лучи, то естьтормозное излучение, и в то же время выбиваются электроны из внутреннихэлектронных оболочекатомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. При этом испускается рентгеновское излучение с характерным для материала анода спектром энергий (характеристическое излучение, частоты определяютсязаконом Мозли:гдеZ—атомный номерэлемента анода,AиB— константы для определённого значения главного квантового числаnэлектронной оболочки). В настоящее время аноды изготовляются главным образом изкерамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, — измолибдена.

В процессе ускорения-торможения лишь около 1%кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99 % энергии превращается в тепло.

Рентгеновское излучение можно получать также и на ускорителях заряженных частиц. Так называемоесинхротронное излучениевозникает при отклонении пучка частиц вмагнитном поле, в результате чего они испытывают ускорение в направлении, перпендикулярном их движению.Синхротронное излучениеимеет сплошнойспектрс верхней границей. При соответствующим образом выбранных параметрах (величина магнитного поля и энергия частиц) в спектре синхротронного излучения можно получить и рентгеновские лучи.

Длины волн спектральных линий K-серий (нм) для ряда анодных материалов.[1],[2]
	Kα	Kα₁	Kα₂	Kβ₁	Kβ₂
Fe	0,193735	0,193604	0,193998	0,17566	0,17442
Cu	0,154184	0,154056	0,154439	0,139222	0,138109
Ag	0,0560834	0,0559363	0,0563775
Cr	0,2291	0,22897	0,229361
Co	0,179026	0,178897	0,179285
Mo	0,071073	0,07093	0,071359
W	0,0210599	0,0208992	0,0213813
Zr		0,078593	0,079015	0,070173	0,068993
Ni		0,165791	0,166175	0,15001	0,14886