127. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. Слой половинного ослабления. Защита от рентгеновского излучения.

Регистрация и использование рентгеновского излучения, а также воздействие его на биологические объекты определяются первичными процессами взаимодействия рентгеновского фотона с электронами атомов и молекул вещества.

В зависимости от соотношения энергии hv фотона и энергии ионизации А_и имеют место три главных процесса:

Когерентное (классическое) рассеяние. Рассеяние длинно­волнового рентгеновского излучения происходит в основном без изменения длины волны, и его принято называть когерентным. Оно возникает, если энергия фотона меньше энергии ионизации: hv < А_и.

Некогерентное рассеяние (эффект Комптона). Рассеяние рентгеновского излучения с изменением длины волны принято называть некогерентным, а само явление — эффектом Комптона. Он возникает, если энергия фотона рентгеновского излучения больше энергии связи электрона в атоме (энергии ионизации): hv > А_и.

Фотоэффект. При фотоэффекте рентгеновское излучение поглощается атомом, в результате чего вылетают электроны из глубоких оболочек атома. Если энергия фотона недостаточна для ионизации, то фотоэффект может проявляться в возбуждении атомов без вылета электронов.

Явления, наблюдаемые при действии рентгеновского излучения на вещество:

Рентгенолюминесценция — свечение ряда веществ при рентгеновском облучении.

Известно химическое действие рентгеновского излучения, например образование перекиси водорода в воде. Практически важный пример — воздействие на фотопластинку, что позволяет фиксировать такие лучи.

Ионизирующее действие проявляется в увеличении электропроводимости под воздействием рентгеновских лучей. Это свойство используют в дозиметрии для количественной оценки действия этого вида излучения.

В результате многих процессов первичный пучок рентгеновского излучения ослабляется в соответствии с законом: Ф = Ф₀е^-х , где  — линейный коэффициент ослабления. Его можно пред­ставить состоящим из трех слагаемых соответствующих когерентному рассеянию _к, некогерентному _нк и фотоэффекту _ф: Линейный коэффициент ослабления зависит от плотности вещества.

Линейный коэффициент поглощения вещества увеличивается при увеличении атомного числа и плотности и зависит от энергии падающего рентгеновского излучения. В общем случае  увеличивается при уменьшении энергии рентгеновского излучения.

Поэтому предпочитают пользоваться массовым коэффициентом ослабления, который равен отношению линейного коэффициента ослабления к плотности поглотителя и не зависит от плотности вещества: _m = .

128. Физические принципы рентгенодиагностики и рент генотерапии. Понятие о рентгеновской компьютерной томографии.

Одно из наиболее важных медицинских применений рентгеновского излучения — просвечивание внутренних органов с диагностической целью (рентгенодиагностика).

Для диагностики используют фотоны с энергией порядка 60 — 120 кэВ. При этой энергии массовый коэффициент ослабления в основном определяется фотоэффектом. Его значение обратно пропорционально третьей степени энергии фотона (пропорционально ³), в чем проявляется большая проникающая способность жесткого из­лучения, и пропорционально третьей степени атомного номера вещества-поглотителя:

где k — коэффициент пропорциональности.

Существенное различие поглощения рентгеновского излучения разными тканями позволяет в теневой проекции видеть изображения внутренних органов тела человека.

Рентгенодиагностику используют в двух вариантах: рентгеноскопия — изображение рассматривают на рентгенолюминесцирующем экране, рентгенография — изображение фиксируется на фотопленке.

Если исследуемый орган и окружающие ткани примерно одинаково ослабляют рентгеновское излучение, то применяют специальные контрастные вещества. Яркость изображения на экране и время экспозиции на фотопленке зависят от интенсивности рентгеновского излучения. Если его используют для диагностики, то интенсивность не может быть сделана большой, чтобы не вызвать нежелательных биологических последствий. Поэтому имеется ряд технических приспособлений, улучшающих изображение при малых интенсивностях рентгеновского излучения. При массовом обследовании населения широко используется вариант рентгенографии — флюорография, при которой на чувствительной малоформатной пленке фиксируется изображение с большого рентгенолюминесцирующего экрана.

Интересным и перспективным вариантом рентгенографии является метод, называемый рентгеновской томографией, и его «машинный вариант» — компьютерная томография.

Обычная рентгенограмма охватывает большой участок тела, причем различные органы и ткани затеняют друг друга. Можно избежать этого, если периодически совместно в противоположных направлениях перемещать рентгеновскую трубку и фотопленку относительно объекта исследования. Т.о. получается послойное рентгеновское изображение тела. Отсюда и название — томография (послойная запись).

С лечебной целью рентгеновское излучение применяют главным образом для уничтожения злокачественных образований (рентгенотерапия).