Рентгеновское излучение. Рентгеновское излучение, его свойства, виды, способы обнаружения

• Название: Рентгеновское излучение. Рентгеновское излучение, его свойства, виды, способы обнаружения
• Дата: 12.12.2018
• Размер: 103.29 Kb.
• Имя файла: FIZIKA-Rentgenovskoe_izluchenie.docx
• Тип: Документы; #60022

Рентгеновское излучение.

1. 
   Рентгеновское излучение, его свойства, виды, способы обнаружения.
   

Рентгеновское излучение - коротковолновое ионизирующее электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между УФ и ɤ- излучением в пределах длин волн от 10^-2 нм до 10^-5 нм. (27,28, слайды)

Оно открыто в 1895 году немецким физиком В.К.Рентгеном. Возникает при взаимодействии заряженных частиц или фотонов высокой энергии с атомами вещества.

Свойства рентгеновского излучения.

• 
  Обладает свойствами лучей оптического диапазона: отражение, поглощение, рассеивание, интерференция, дифракция.
  
• 
  В однородной среде распространяется прямолинейно.
  
• 
  Не отклоняется в электрических и магнитных полях.
  
• 
  Не видимо для глаза.
  
• 
  Обладает большой энергией (E=hν), следовательно, и большой проникающей способностью.
  
• 
  Вызывает рентгенолюминесценцию некоторых веществ (вольфрама Ca, сернистого Zn).
  
• 
  Интенсивность рентгеновского излучения убывает обратно пропорционально «r».
  
• 
  Оказывает значительное химическое и биологическое действие, обусловленное сильной ионизирующей способностью.
  

По проникающей способности в медицине выделяют 3 группы рентгеновских лучей: (29 слайд)

• 
  Мягкие (длинноволновые) - возникают при напряжении на рентгеновской трубке от 10 до 40 кВ. Они используются для лечения различных кожных заболеваний и не проникают глубоко в организм.
  
• 
  Средней жесткости (средневолновые) - возникают при напряжении от 40 до 100 кВ. Они используются для диагностики (рентгеновские снимки, флюорография)
  
• 
  Жесткие (коротковолновые) - возникают при напряжении свыше 100 тысяч В (U >100кВ). Их используют для глубокой рентгенотерапии злокачественных опухолей.
  

Способы обнаружения рентгеновского излучения.

Эти способы основаны на физико-химических свойствах рентгеновских лучей.

Различают 4 способа обнаружения:

• 
  Люминесцентный способ - основан на том, что рентгеновское излучение вызывает люминесценцию. Используется для просвечивания, снимков и для люминесцентной дозиметрии.
  
• 
  Ионизационный способ - основан на явлении ионизации воздуха под действием рентгеновских лучей. Используется для определения дозы рентгеновского излучения, при рентгенотерапии, и для контроля за состоянием радиационной защиты на рабочих местах персонала рентгеновских отделений.
  
• 
  Фотографический способ – рентгеновские лучи вызывают образование в фотоэмульсии скрытого изображения, которое после проявления создает почернение фотопластинок. Фотоэмульсия состоит из большого числа мелких кристаллических зерен бромистого или хлористого серебра (ArBr или ArCl). Чем больше интенсивность R – излучения, тем больше зерен будут иметь скрытое изображение и тем сильнее будет почернение фотопленки. Используется для контроля доз облучения на предприятиях атомной промышленности, используется, как индивидуальный фотографический дозиметр.
  
• 
  Биологический способ - состоит в выявлении реакций, которые вызывают рентгеновские лучи на коже человека и других животных и биологических объектах.
  

2. 
   Рентгеновская трубка, её устройство и принцип работы. (30слайд)
   

Рентгеновское излучение может быть получено при бомбардировке мишени ионами высокой энергии. В качестве источников рентгеновского излучения могут служить также некоторые радиоактивные изотопы, которые непосредственно испускают рентгеновские лучи. Естественные источники R – лучей: Солнце, некоторые радиоактивные изотопы (например, ⁵⁵Fe).

В медицине основным способом получения рентгеновских лучей является торможение быстро движущихся электронов в материальной среде. По теории Стокса, торможение электронов приводит к изменению их скорости, при котором возникает электромагнитное излучение, длина волны которого тем меньше, чем выше скорость движения электрона.

Искусственными источниками мощного рентгеновского излучения являются рентгеновские трубки.

Рентгеновская трубка - это двухэлектродный вакуумный прибор для получения рентгеновских лучей.

Давление внутри трубки: p=10^-6 ÷10^-7 мм. рт. ст.

К двум электродам «К» (катоду) и «А» (аноду) приложено высокое напряжение (1-500 кВ). (31 слайд)

Катод представляет собой вольфрамовую спираль, нагреваемую электрическим током. Электроны, испущенные нагретым катодом (термоэлектронная эмиссия), разгоняются электрическим полем до большихскоростей (для этого и нужно высокое напряжение) и попадают на анод трубки.

Анод - представлен в виде массивного медного стержня, торец которого скошен под углом 45⁰ для того чтобы создать требуемое направление рентгеновских лучей. В торец запрессована пластина (W), которая отполирована до зеркального блеска - зеркальце. Анод может иметь водяное охлаждение.



Электроны попадают на зеркальце анода, проникают несколько вглубь его и, взаимодействуя с атомами вещества, тормозятся полем атомов. При этом часть Е_к электронов идет на создание тормозного и характеристического рентгеновского излучений (примерно 1-2%), а остальная часть - на нагревание анода.

С увеличением напряжения в трубке возрастает ее К.П.Д. и уменьшается эффективная длина волны.
Виды рентгеновских трубок медицинского назначения.

По назначению:

• 
  Трубки для рентгенодиагностики; (32 слайд)
  
• 
  Для рентгенотерапии; (33 слайд)
  
• 
  Для флюорографии. (34 слайд)
  

По мощности:

• 
  Малой мощности (до 250 Вт) (трубки зубных аппаратов);
  

• 
  Средней мощности (до 5 тыс. Вт) (для флюорографии);
  
• 
  Большой мощности (выше 5 тыс. Вт) (для рентгенотерапии).
  

По степени специализации:

• 
  Диагностические - для просвечивания (рентгеноскопия) и получения снимков (рентгенография);
  
• 
  Терапевтические - для лечения заболеваний с помощью рентгеновского излучения. Различают трубки для поверхностной терапии, для внутриполостной терапии и для глубокой терапии.
  
• 
  Специализированные - применяются в особых условиях (для снимков зубов, молочных желез и т.п.).
  

3. 
   Тормозное рентгеновское излучения.
   

По способу возбуждения рентгеновское излучения подразделяют на тормозное и характеристическое. (35 слайд)

Тормозное ”R-излучение” - возникает при торможении электронов в электрическом поле ядер атомов вещества. По теории Максвелла, любое ускоренноедвижение заряженной частицы сопровождается электромагнитным излучением. Частота (ν) этого излучения зависит от Е_к (начальной кинетической энергии) электрона и интенсивности его торможения. Т.к. доля Е_к электрона, идущей на нагревание анода оказывается различной, то и энергия возникших квантов рентгеновского излучения неодинакова, т.е. рентгеновские лучи будут иметь разные длины волн => т.о. возникает сплошной R-спектр.

Распределение энергии излучения по длинам волн (сплошной спектр тормозного излучения).


С возрастанием энергии электронов “min” длина волны λ₀ смещается в сторону коротких волн (λ₀^׀ > λ₀^׀׀). Спектр тормозного излучения – сплошной.
Особенности тормозного излучения:

• 
  Изменяя напряжение на рентгеновской трубке, можно регулировать жесткость или мягкость “R-излучения”. Жесткое (коротковолновое) излучение обладает большей проникающей способностью, чем мягкое (длинноволновое).
  

• 
  Спектральный состав излучения зависит от напряжения в R-трубке. С увеличением “U” значение “ λ_min“ смещается в сторону коротких длин волн.
  
• 
  При изменении температуры накала катода возрастает эмиссия электронов => ток в трубке увеличивается, но спектральный состав излучения не меняется
  
• 
  Поток энергии Ф тормозного R- излучения прямо пропорционален квадрату напряжения между анодом и катодом, силе тока в трубке и атомному номеру вещества.
  

4. 
   Характеристическое “R-излучение”
   

Е₁ < Е₂ < Е₃ < Е₄

Е₄ - Е₃ = hν_R

Возникает при изменениях энергетических состояний атомов вещества анода трубки вследствие их перехода из возбужденного в невозбужденное состояние.

При достаточно сильном внешнем воздействии e одной из внутренних оболочек атома вещества может быть удалён за пределы атома и на его место может перейти eс более высокого энергетического уровня (E₃ на Е₁); при этом излучается фотон с Е=hν, равной Е₄ – Е₃. Свободное место может образоваться на любом уровне внутренних оболочек, а переход на это место eможет происходить с любого более высокого уровня. В результате образуется излучение с линейчатым спектром. Линии объединяются в серии в соответствии с переходом е с более высокого уровня.


Линейчатый спектр

Непрерывный спектр


Обусловлено тем, что внутренние электронные слои у разных атомов одинаковы и отличаются только энергетически из-за силового воздействия со стороны ядер атома. Это воздействие тем больше, чем больше порядковый N элемента.

Характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра (Z).

Закон Мозли:

= А • (Z-B)

А и В – постоянные величины

Z – порядковый номер испускающего элемента

По измеренной частоте R-излучения можно узнать точный порядковый номер атомного элемента.
Особенности:

• 
  Это излучение возникает только при определенном напряжении в трубке.
  
• 
  Это излучение всегда существует вместе с тормозным излучением => линейчатый спектр характеристического излучения накладывается на сплошной спектр тормозного излучения (смешанный спектр).
  
• 
  Спектры этого излучения однотипны. Они не зависят от химического соединения, в которое входит атом элемента.
  

Способы защиты от рентгеновского излучения

1. 
   Защита экранированием:
   

• 
  стационарные средства: баритовая штукатурка стен кабинета, двери с листовым свинцовым покрытием, просвинцованное стекло в смотровых окнах;
  
• 
  передвижные: защитные ширмы, так же с листовым свинцовым покрытием;
  
• 
  индивидуальные средства: фартуки, перчатки, колпаки и бахилы из просвинцованной резины для персонала, и покрытие из просвинцованной резины для защиты наиболее чувствительных тканей пациента (перечислены выше) во время проведения различных методов рентгенодиагностики.
  

2. 
   Защита расстоянием- расположение рабочих мест персонала с максимальным удалением их от источника излучения, максимально возможное расстояние между рентгеновской трубкой и кожей пациента (кожно-фокусное расстояние). Доказано, что с увеличением этого расстояния вдвое доза уменьшается вчетверо.
   
3. 
   Защита временем, т.е. чем меньше время облучения, тем меньше доза. В связи с этим существует строгая регламентация рабочего дня рентгенолога и время проведения рентгенодиагностических процедур.
   

Так, при рентгенографии экспозиция длится в среднем до 1-3 с, рентгеноскопия грудной клетки - 5 мин, желудка - 10 мин и т.д.