- •351 Рентгенівські промені розділ 10. Іонізуюче випромінювання та його дія на медико-біологічні об’єкти
- •Рентгенівські промені
- •10.1.1. Історія відкриття рентгенівських променів, праці і. Пулюя
- •10.1.2. Природа рентгенівських променів і методи їх отримання
- •10.1.3. Гальмівне рентгенівське випромінювання
- •10.1.4. Характеристичне рентгенівське випромінювання, його природа. Закон Мозлі.
- •Радіоактивне випромінювання
- •10.2.1. Радіоактивність, її властивості
- •10.2.2. Основний закон радіоактивного розпаду, період напіврозпаду, активність
- •10.2.3. Правила зміщення, особливості спектрів при радіоактивному розпаді
- •Основи дозиметрії іонізуючого випромінювання
- •10.3.1. Експозиційна доза, її потужність, одиниці
- •10.3.2. Поглинена доза, її потужність, одиниці
- •10.3.3. Еквівалентна доза, її потужність, одиниці
- •10.3.4. Дозиметри іонізуючого випромінювання
- •Взаємодія іонізуючого Випромінювання з речовиною
- •10.4.1. Первинні фізичні механізми взаємодії рентгенівського випромінювання з речовиною
- •10.4.2. Первинні механізми дії радіоактивного випромінювання і потоків частинок на речовину
- •10.4.3. Фізико-хімічні механізми радіаційних пошкоджень
- •10.4.4. Ефект дії малих доз іонізуючого випромінювання
- •Застосування рентгенівського випромівання в медицині
- •10.5.1. Методи рентгенодіагностики
- •10.5.2. Рентгенотерапія
- •10.5.3. Рентгенівський структурний аналіз в медико-біологічних дослідженнях
- •10.5.4. Променеві навантаження на медичний персонал при рентгенодіагностичних дослідженнях
- •10.5.5. Деякі факти реакції крові на опромінення
- •10.5.6. Опромінення малими дозами великих груп людей
- •10.5.7. Латентний період – час виявлення в організмі порушень, викликаних радіацією
- •10.5.8. Проблеми ризику, пов’язаного із радіаційною дією
- •Комп’ютерна томографія
- •10.6.1. Рентгенівська томографія
- •10.6.3. Позитронна емісійна томографія
- •Практичне заняття “Рентгенівське випромінювання, його застосування”
- •Контрольні питання для підготовки до заняття
- •Приклади задач та їх розв’язки
- •Контрольні запитання та завдання для самостійної роботи
- •Практичне заняття “Радіоактивне випромінювання та його дія на біооб’єкти”
- •Контрольні питання для підготовки до заняття
- •Приклади задач та їх розв’язки
- •Контрольні запитання та завдання для самостійної роботи
- •Лабораторна робота “Визначення коефіцієнта лінійного послаблення гамма-випромінювання”
- •Питання для підготовки до лабораторної роботи
- •Додаткова література
- •Додаткові теоретичні відомості
- •Лабораторна установка для визначення коефіцієнта лінійного послаблення гамма-випромінювання
- •Порядок виконання роботи
- •Завдання для самостійної роботи та самоконтролю
- •2. Склад приладу
- •3. Характеристики дозиметра дргз-04.
- •4. Управління роботою дозиметра дргз-04
- •Порядок виконання роботи
- •Завдання для самостійної роботи та самоконтролю
10.1.2. Природа рентгенівських променів і методи їх отримання
Вчені з різних країн, починаючи з 1896 р., стали швидко розповсюджувати відомості про нові промені і їх чудові властивості. Так, визначний російський фізик П.М. Лебедєв, відомий своїм відкриттям тиску світла, вже 19 січня 1896 р. зробив знімок своєї руки і демонстрував його на лекціях під назвою “Про відкриття Рентгеном Х-променів”, які відбулися в Санкт-Петербурзькому університеті 29 січня і 8 лютого 1896 р.
Тоді ще вчені, навіть такі досвідчені як П.М. Лебедєв, нічого не знали про біологічну дію радіації. Тому не можна без жаху і одночасно з великою повагою до цього лицаря науки читати такі слова із щоденника П.М. Лебедєва: “20 лютого. Готуючись до “рентгенівської” лекції, я для зйомки грудної клітини позував 30 січня в клініці Льовшина 20 хвилин, не захищаючи обличчя, а 8 лютого – 60 хвилин, захищаючи обличчя цинковим листком, за виключенням підборіддя. В ніч з вчора на сьогодні у мене вилізла вся борода. З жахом чекаю, що буде далі. Виявляється, що брови також помітно випадають”. На жаль, великий вчений-фізик П.М. Лебедєв, ім’ям якого названий академічний інститут фізики в Москві, прожив лише 48 років.
Наступні дослідження показали, що рентгенівські промені – це короткі електромагнітні хвилі з довжиною хвилі в інтервалі м. В шкалі електромагнітних хвиль вони розміщені між ультрафіолетовими і гамма-променями.
Хвильова електромагнітна природа рентгенівських променів була повністю доведена дослідами по дифракції рентгенівських променів на кристалічній решітці, які провів в 1912 р. німецький фізик Лауе. Крім того, з цими променями були здійснені інтерференційні (російський фізик Лінник, 1930 p.) і дифракційні досліди, аналогічні дослідам із дзеркалами Френеля і дифракції на щілині.
Одержання рентгенівського випромінювання. Будова рентгенівської трубки. Рентгенівські промені одержують в рентгенівських трубках – скляних балонах, з яких викачане повітря до тиску p = 10–6–10–7 мм.рт.ст. В балон впаяні два електроди: катод К і анод А (мал. 10.1).
Анод (антикатод) – металевий стержень, на скошеному кінці якого закріплена пластинка (3) із тугоплавкого металу, яка називається дзеркальцем антикатода. Ділянка дзеркальця З, на яку падає основна частина електронів (для концентрації електронів катод має спеціальний фокусуючий циліндр), називається фокусом трубки. Від його площі залежить ширина пучка випромінювання.
Мал. 10.1. Будова рентгенівської трубки.
Катод являє собою спіраль із вольфрамового дроту, який нагрівається електричним струмом від джерела розжарювання Up i випромінює електрони (термоелектронна емісія). Електрони, які випускає нагрітий катод, прискорюються електричним полем між катодом і антикатодом А і бомбардують антикатод. Прискорююча електрони різниця потенціалів Ua дорівнює декілька десятків тисяч (і навіть більше) вольт. Швидкі електрони влітають в антикатод, гальмуються в ньому і в результаті гальмування їх кінетична енергія перетворюється в енергію рентгенівського випромінювання.
Взаємодія швидких електронів з атомами речовини, на яку вони падають, зводиться до таких процесів:
1. Прискорені електрони вибивають зовнішні електрони з атомів речовини антикатода, тобто іонізують їх. Втрату енергії швидких електронів на іонізацію атомів називають іонізаційними втратами. Вони становлять до 96 % енергії швидких електронів. Ця енергія перетворюється в тепло, за рахунок якого нагрівається тіло антикатода. Щоб антикатод не розплавився, його виготовляють із матеріалу з досить високою теплопровідністю (звичайно із міді), в процесі роботи його охолоджують проточною водою (стаціонарні установки) або маслом (пересувні рентгенівські установки). З цією метою в тілі антикатода робляться канали, по яким циркулює охолоджуюча рідина.
2. Швидкі електрони втрачають енергію в результаті гальмування при русі у речовині. Згідно з класичною електродинамікою, будь-який заряд, що рухається із прискоренням, випромінює електромагнітну енергію. При різкому гальмуванні швидких електронів їх кінетична енергія переходить частково в енергію так званого гальмівного рентгенівського випромінювання.
3. Швидкі електрони можуть виривати електрони із внутрішніх (к, l, м) оболонок атомів речовини антикатода. На звільнене місце переходить електрон з вищої (зовнішньої) оболонки, внаслідок чого створюється характеристичне випромінювання.
Таким чином, рентгенівські промені, які випускає антикатод, дають два спектри: 1) суцільний (або гальмівний), що залежить від напруги на трубці Uа і має різку межу з боку коротких довжин хвиль; 2) характеристичний (лінійчатий), що залежить від матеріалу антикатода.