Почему экран телевизора является источником рентгеновского излучения
Рентгеновское излучение обладает биологическим действием на органы, ткани и на весь организм в целом. Необходимым для работы в рентгеновских кабинетах является создание условий безопасности как для больного, так и для обслуживающего персонала.
Защитные мероприятия сводятся в общем к следующим трем видам:
- защита экранированием,
- защита временем,
- защита расстоянием.
Защитные экраны — это комплекс сооружений из поглощающих материалов, расположенных между источником рентгеновского излучения и телом облучаемого. Сильнее всего рентгеновы лучи поглощаются свинцом благодаря его высокому атомному весу и большому порядковому числу в таблице Менделеева. Поэтому защитные экраны делаются из свинца или из материала, в котором имеется свинец. Изготовляют защитные ширмы различных размеров, фартуки, перчатки из просвинцованной резины и т. д. Для защиты глаз и лица исследователя флюоресцирующий экран со стороны врача покрывается просвинцованным стеклом.
У больных органы, не подлежащие исследованию, должны быть надежно экранированы от облучения за счет уменьшения объема пучка излучения, или закрыты защитными приспособлениями. Обычные строительные (материалы (бетон, кирпич) также достаточно сильно поглощают рентгеновы лучи. При расчете защитного действия этих материалов надо только знать их свинцовый эквивалент, т. е. величину, показывающую скольким миллиметрам свинца соответствует в отношении защиты от рентгеновского излучения определенная толщина данного строительного материала.
Защита временем предусматривает ограниченное пребывание в сфере воздействия рентгеновского излучения. При исследованиях больных необходимо стремиться к тому, чтобы время, в течение которого больной был вынужден находиться под лучами, было минимальным.
Защита расстоянием основана на использовании закона обратных квадратов. Отсюда и правило: как обследуемые, так и персонал должны находиться на максимальном расстоянии от трубки рентгеновского аппарата.
Рентгеноскопия
Методы рентгенологического исследования делятся на основные и специальные. К основным относятся рентгеноскопия и рентгенография, а специальным, — все остальные методы, связанные с использованием рентгеновского излучения.
Рентгеноскопия — просвечивание органов и систем с применением рентгеновых лучей. Рентгенография — производство снимков с помощью рентгеновского излучения. Каждый из этих методов имеет свои особенности, преимущества, недостатки и показания.
Рентгеноскопию можно подразделить на следующие виды: рентгеноскопия с флюоресцирующего экрана, скопил с экрана электронно-оптического усилителя и скопия с кинескопа телевизора.
Показаниями к рентгеноскопии надо считать только обследование больных с заболеваниями органов грудной и брюшной полостей, преимущественно взрослого населения. Этот метод должен ограниченно использоваться в детской практике и не должен применяться для целей профилактических осмотров.
Скопия с экрана электронно-оптического усилителя. Введение электронно-оптического усилителя в клиническую практику в корне изменило отношение к рентгеноскопии и способствовало дальнейшему развитию этого метода на новой основе.
Благодаря использованию ЭОУ стало возможным широкое внедрение для диагностических целей зондирования сосудов, полостей сердца, интраоперационные изучения желчевыделительной системы, рент-генохирургические операции.
К недостаткам этого метода следует добавить невозможность рентгенопальпации под контролем экрана. Существенным неудобством ЭОУ остается то, что окуляр или оптическое приспособление ЭОПа можно рассматривать в лучшем случае двум исследователям при нерегулируемой яркости и резкости изображения.
Скопия с экрана телевизора. Это более совершенный вид визуального наблюдения за функционирующими органами и системами человека. Применение рентгенотелевидения исключает все выше перечисленные недостатки рентгеноскопии и скопии с экрана ЭОП.
Одним из немногих недостатков рентгенотелевидения является небольшое поле обзора по сравнению с флюоресцирующим экраном рентгеноаппарата. На экране телевизора отображается поле, которое охватывает ЭОУ, оптимальным диаметром усилителя считается 22,5 см (9 дюймов), а флюоресцирующий экран рентгеноаппарата 35х35 см.
Приветствую всех. Вот уговорила жена в спальню под потолок впиндюрить телик,от чего я лично не в восторге. Телик САМСУНЬ с плоским кинескопом 15",расстояние до лежащих на подушке глаз:-P около 4-х метров (10 диагоналей). Насколько мне известно с лицевой стороны происходит излучение В-частиц (электронов), прохождение которых через стекло затруднительно. С обратной стороны в виду сверх высоких напряжений на аноде ЭЛТ может возникать гамма излучение или его разновидность Х-RAY. Хотелось бы узнать у знающих людей стоит ли беспокоится по этому поводу?
САМСУНЬ
А что это?
UR5KHX, не забивайте голову и форум подобной ерундой. И спите спокойно.
излучение В-частиц (электронов). гамма излучение . Х-RAY.
Где только словов таких набрались.
Самая большая опасность кинескопного телевизора над кроватью - если он плохо закреплен, может на голову или еще на что-нибудь упасть в самый неподходящий момент. Источником гамма-лучей (это вообще-то продукты радиоактивного распада) он быть не может, энергия электронов маловата для ядерных реакций. А вот рентгеновское излучение (X-ray по английски, и это вовсе не разновидность гамма-излучения) вполне может быть. Но только мягкое, которое задерживает стальной экран толщиной 0,5 мм, надетый на кинескоп как раз с обратной стороны. Для справки, анодное напряжение (от которого зависит "жесткость" рентгеновского излучения) в кинескопе всего 20. 25 кВ, а в рентгеновских трубках, используемых в медицине, - 90 кВ и более. И ничего, все врачи-рентгенологи и даже некоторые их пациенты живы.
Если сильно боитесь, купите и повесьте над кроватью ЖК телевизор. Он и легче, и излучений от него никаких.
Уважаемый коллега Ammatore,если Вам тема не интересна,то и отвечать совсем не обязательно. По поводу "ТАКИХ" слов,то "НАХВАТАЛСЯ" я их в Харьковском военном университете лет 10 назад когда изучал поражающие факторы ядерного взрыва,и раз уж "ТАКИЕ" слова для Вас неизвестны,то я позволю себе лекцию специально для Вас:-P Основные поражающие факторы ядерного взрыва: электромагнитный импульс, световая вспышка высокой интенсивности, взрывная волна, поражение альфа (атомы гелия), бета (электроны и позитроны), гамма (постоянное электромагнитное излучение с длинной волны менее 5х10 в минус третьей степени нанометра которое сопровождается нейтронным излучением) частицами, заражение местности радиоактивными изотопами.
DMJ,спасибо за ответ. Просто я когда-то читал что в каком-то старом телике при 27 КВ в аноде трубки уже начиналось рентгеновское излучение что было подтверждено применением рентгеновской пленки.
Самая большая опасность кинескопного телевизора над кроватью - если он плохо закреплен, может на голову или еще на что-нибудь упасть в самый неподходящий момент. :-P Если он над головой,то как его смотреть?
И ничего, все врачи-рентгенологи и даже некоторые их пациенты живы.:-P
Если сильно боитесь, купите и повесьте над кроватью ЖК телевизор. Он и легче, и излучений от него никаких. Имею желание купить автомобиль,но не имею возможности. Имею возможность купить козу,но не имею желания. Так выпьем же за то,чтоб наши желания совпадали с нашими возможностями:-P.
кинескопом 15",расстояние
Это в телевизорах с диагональю 21" и более может быть на аноде 27 киловольт а в таких меньше.
расстояние до лежащих на подушке глаз около 4-х метров
Что можно разглядеть на экране размером 15" с растояния 4 метра? Но это не вопрос а скорее юмор )
с лицевой стороны происходит излучение В-частиц
Которое и так мизерное да ещё уменьшается пропорционально квадрату растояния,интересно на 4х метрах можно-ли его зафиксировать?
Самая большая опасность кинескопного телевизора над кроватью
Это то,что он мешает спать! :) А если серьёзно то телевизор очень полезен тем,что притягивает к себе микропыль тем самым очищая воздух в комнате.
AlexanderT, :-P пять баллов. А на счет ОКОЛО 4м и 15" дык глазомер подвел. Только что перемерял: 2,7 м.
какой кошмар, зело вас поразило! Извините что заставил Вас читать по слогам:smile:
По поводу напряжения.
За последнюю неделю видел штук 10 разных телевизоров и мониторов. На задних стенках были надписи 29,5кВ и 30кВ. :shock:
По поводу пыли. Да, действительно притягивается она телевизорами, но не нужно забывать, что прежде, чем она прилепится к высоковольтным частям телевизора ей предстоит ещё долго полетать по комнате вверх и вниз и есть реальная возможность перехватить её своими лёгкими.:-( Мне кажеться, пусть бы она лучше лежала на полу и ждала влажную половую тряпку.:super:
UR5KHX,про мягкий Рентген Вам уже писали, согласен с автором и не буду повторять его слова.
Если хотите смотреть ТВ но исключить подобные излучения в принципе - привинтите телек с LCD матрицей.
что ничего страшного от 15" телевизора не исходи
Хотя ничего страшного не исходит и от кинескопов покрупнее.
По поводу "ТАКИХ" слов,то "НАХВАТАЛСЯ" я их в Харьковском военном университете лет 10 назад когда изучал поражающие факторы ядерного взрыва.
Опасаться нужно если под потолком в спальне у вас висит атомная бомба, а не какой то там САМСУНЬ.
А в основном Ammatore прав.
Интересно, откуда у вас взялась такая фобия. Раньше, что у вас телевизора в доме небыло?
Перед самым окончанием ХАИ пришлось месяц кормить черниговскую мошку в ЧВВАУЛе . Подполковник на лекции советовал при обслуживании самолётной РЛС надевать свинцовые трусы: спящие проснулись и оживились. Жара однако, можно ещё про воду, которая кипит при 90 градусов, нет она кипит при 100, а 90 это прямой угол. С повышением температуры воздуха летом, как правило крепчает маразм, как правило у военных. А ещё потом в жизни встретился с выпускником канатно-прядильного техникума. Жара. Свинцовые трусы ,однозначно!
Раньше, что у вас телевизора в доме небыло?Раньше ребенка не было.
Липецкий,я в армии тоже не остался служить. А Вам бы советовал все-таки послушаться подпола, только Вы его недопоняли. Трусы нужны мужикам,и Вы справедливо от них отказались.Вы базарная баба и Вам нужна была тогда свинцовая панама чтоб не было сейчас настолько необратимых процессов в мозге. Но теперь уже поздно,в трусах и тогда ничего не было,а теперь и в голове ничего нет. Р.S. и пожалуйста не удивляйтесь хамству в свой адрес,ведь отвечаю всего лишь в Вашем тоне.
Вред от кинескопного телевизора есть однозначный-влияние на зрение мерцания экрана. Даже если частота развёртки 100гц. 50-ти герцовые нагружают глаза ещё сильнее. Вспомните кинескопные мониторы для компьютера. Глаза устают со страшной силой.
Установлено, что рентгеновское излучение – это электромагнитные волны, энергия фотонов которых определяется диапазоном энергией от ультрафиолетовых до гамма-излучений, что соответствует интервалу длин волн от 10−4 до 10² Å (от 10−14 до 10−8 м). Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Проходя сквозь исследуемый объект и падая затем на фотопленку, рентгеновское излучение изображает на ней его внутреннюю структуру.
Поскольку проникающая способность рентгеновского излучения различна для разных материалов, менее прозрачные для него части объекта дают более светлые участки на фотоснимке, чем те, через которые излучение проникает хорошо. Так, костные ткани менее прозрачны для рентгеновского излучения, чем ткани, из которых состоит кожа и внутренние органы. Поэтому на рентгенограмме кости обозначатся как более светлые участки и более прозрачное для излучения место перелома может быть достаточно легко обнаружено.
Рентгеновская съемка используется также в стоматологии для обнаружения кариеса и абсцессов в корнях зубов, а также в промышленности для обнаружения трещин в литье, пластмассах и резинах. Рентгеновское излучение используется в химии для анализа соединений и в физике для исследования структуры кристаллов. Пучок рентгеновского излучения, проходя через химическое соединение, вызывает характерное вторичное излучение, спектроскопический анализ которого позволяет химику установить состав соединения. При падении на кристаллическое вещество пучок рентгеновских лучей рассеивается атомами кристалла, давая четкую правильную картину пятен и полос на фотопластинке, позволяющую установить внутреннюю структуру кристалла. Применение рентгеновского излучения при лечении рака основано на том, что оно убивает раковые клетки. Однако оно может оказать нежелательное влияние и на нормальные клетки.
Данная тема актуальна на сегодняшний день так как, проникающая способность рентгеновского излучения имеет важное значение в применении для медицины, промышленности, научных исследований и других сферах деятельности.
Рентгеновское излучение используется для исследования переломов костей и определения местоположения инородных предметов в теле человека, применяется в аэропортах и вокзалах для досмотра багажа и грузов, что позволяет обнаружить запрещенные к перевозке предметы.
Объектом исследования данной работы являются условия взаимодействия рентгеновских лучей с веществом, система рентгеноскопии в условиях цифровых технологий.
Целью исследования является изучение явления рентгеновского излучения, его свойств и выявление сферы его применения.
- рассмотреть историю открытия рентгеновских лучей;
- изучить биологическое воздействие рентгеновских лучей;
- охарактеризовать преимущества и недостатки рентгеновских лучей;
- исследовать естественное рентгеновское излучение.
1. ГЛАВА I История открытия и основные понятия
По этой причине Рентген не знал о сделанных до него открытиях и открыл лучи, названные впоследствии его именем, независимо - при наблюдении флюоресценции, возникающей при работе катоднолучевой трубки. Рентген занимался Х-лучами немногим более года (с 8 ноября 1895 года по март 1897 года) и опубликовал о них всего три сравнительно небольших статьи, но в них было дано столь исчерпывающее описание новых лучей, что сотни работ его последователей, опубликованных затем на протяжении 12 лет, не могли ни прибавить, ни изменить ничего существенного. (см. Приложение 1)
1.2. Положение на шкале электромагнитных волн
Энергетические диапазоны рентгеновского излучения и гамма-излучения перекрываются в широкой области энергий. Оба типа излучения являются электромагнитным излучением и при одинаковой энергии фотонов - эквивалентны. Терминологическое различие лежит в способе возникновения - рентгеновские лучи испускаются при участии электронов (либо в атомах, либо свободных) в то время как гамма-излучение испускается в процессах девозбуждения атомных ядер.
Фотоны рентгеновского излучения имеют энергию от 100 эВ до 250 кэВ, что соответствует излучению с частотой от 3·1016 Гц до 6·1019 Гц и длиной волны 0,005 - 10 нм (общепризнанного определения нижней границы диапазона рентгеновских лучей в шкале длин волн не существует).
Мягкий рентген характеризуется наименьшей энергией фотона и частотой излучения (и наибольшей длиной волны), а жёсткий рентген обладает наибольшей энергией фотона и частотой излучения (и наименьшей длиной волны).
1.3. Получение
Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (в основном электронов) либо же при высокоэнергетичных переходах в электронных оболочках атомов или молекул. Оба эффекта используются в рентгеновских трубках, в которых электроны, испущенные раскалённым катодом, ускоряются (при этом рентгеновские лучи не испускаются, т.к ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где они резко тормозятся (при этом испускаются рентгеновские лучи: т. н. тормозное излучение) и в то же время выбивают электроны из внутренних электронных оболочек атомов металла, из которого сделан анод. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. При этом испускается рентгеновское излучение с определённой, характерной для материала анода, энергией (характеристичское излучение, частоты определяются законом Мозли:
где Z - атомный номер элемента анода, A и B - константы для определённого значения главного квантового числа n электронной оболочки). В настоящее время аноды изготовляются главным образом из керамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, - из молибдена. В процессе ускорения-торможения лишь 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99% энергии превращается в тепло.
Рентгеновское излучение можно получать также и на ускорителях заряженных частиц. Т.н. синхротронное излучение возникает при отклонении пучка частиц в магнитном поле, в результате чего они испытывают ускорение в направлении, перпендикулярном их движению. Синхротронное излучение имеет сплошной спектр с верхней границей.
Коэффициент преломления почти любого вещества для рентгеновских лучей мало отличается от единицы. Следствием этого является тот факт, что не существует материала, из которого можно было бы изготовить линзу для рентгеновских лучей. Кроме того, при перпендикулярном падении на поверхность рентгеновские лучи почти не отражаются. Несмотря на это, в рентгеновской оптике были найдены способы построения оптических элементов для рентгеновских лучей.
Рентгеновские лучи могут проникать сквозь вещество, причём различные вещества по-разному их поглощают. Поглощение рентгеновских лучей является важнейшим их свойством в рентгеновской съёмке. Интенсивность рентгеновских лучей экспоненциально убывает в зависимости от пройденного пути в поглощающем слое (I = I0e-kd, где d - толщина слоя, коэффициент k пропорционален Z3λ3, Z - атомный номер элемента, λ - длина волны).
Поглощение происходит в результате фотопоглощения и комптоновского рассеяния:
Под фотопоглощением понимается процесс выбивания фотоном электрона из оболочки атома, для чего требуется, чтобы энергия фотона была больше некоторого минимального значения. Если рассматривать вероятность акта поглощения в зависимости от энергии фотона, то при достижении определённой энергии она (вероятность) резко возрастает до своего максимального значения. Для более высоких значений энергии вероятность непрерывно уменьшается. По причине такой зависимости говорят, что существует граница поглощения. Место выбитого при акте поглощения электрона занимает другой электрон, при этом испускается излучение с меньшей энергией фотона, происходит т. н. процесс флюоресценции.
Рентгеновский фотон может взаимодействовать не только со связанными электронами, но и со свободными, а также слабосвязанными электронами. Происходит рассеяние фотонов на электронах - т. н. комптоновское рассеяние. В зависимости от угла рассеяния, длина волны фотона увеличивается на определённую величину и, соответственно, энергия уменьшается. Комптоновское рассеяние, по сравнению с фотопоглощением, становится преобладающим при более высоких энергиях фотона.
Процессы фотопоглощения и комптоновского рассеяния являются т. н. неупругими процессами, при которых фотон теряет энергию. Кроме того, существует т. н. упругое рассеяние (рэлеевское рассеяние), при котором рассеянный фотон сохраняет свою энергию.
В дополнение к названным процессам существует ещё одна принципиальная возможность поглощения - за счёт возникновения электрон-позитронных пар.
1.5. регистрация
Эффект люминесценции. Рентгеновские лучи способны вызывать у некоторых веществ свечение (флюоресценцию). Этот эффект используется в медицине при рентгеновской съёмке. Медицинские фотоплёнки содержат флюоресцирующий слой, который светится при облучении рентгеновским излучением и засвечивает светочувствительную фотоэмульсию. Люминесцирующее вещество (сцинтиллятор) можно оптически соединить с электронным детектором светового излучения (фотоэлектронный умножитель, фотодиод, фотодатчик - (фотосенсор) и т.п.), полученный прибор называется сцинтилляционным детектором. Он позволяет регистрировать отдельные фотоны и измерять их энергию, поскольку энергия сцинтилляционной вспышки пропорциональна энергии поглощённого фотона.
Фотографический эффект. Рентгеновские лучи, также как и обычный свет, способны напрямую засвечивать фотоплёнку. Однако без флюоресцирующего слоя для этого требуется примерно в 10-20 раз большая интенсивность. Преимуществом этого метода является бо́льшая резкость изображения.
В полупроводниковых детекторах рентгеновские лучи производят пары электрон-дырка в p-n переходе диода, включённого в запирающем направлении. При этом протекает небольшой ток, амплитуда которого пропорциональна энергии и интенсивности падающего рентгеновского излучения. В импульсном режиме возможна регистрация отдельных рентгеновских фотонов и измерение их энергии.
На Земле электромагнитное излучение в рентгеновском диапазоне образуется в результате ионизации атомов излучением, которые возникает при радиоактивном распаде, а также космическим излучением. Радиоактивный распад также приводит к непосредственному излучению рентгеновских квантов, если вызывает перестройку электронной оболочки распадающегося атома (например, при электронном захвате). Рентгеновское излучение, которое возникает на других небесных телах, не достигает поверхности Земли, т.к. полностью поглощается атмосферой. Оно исследуется спутниковыми рентгеновскими телескопами, такими как Чандра и XMM -Ньютон.
Рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно воздействует на живые организмы и может быть причиной лучевой болезни и рака. По причине этого при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты. К возникновению рака ведёт повреждение наследственной информации ДНК. Считается, что поражение прямо пропорционально поглощённой дозе излучения. Рентгеновское излучение является мутагенным фактором.
Радиоактивность – это спонтанный (самопроизвольный) распад ядер со строго определенной вероятностью, сопровождающийся ядерным (ионизирующим) излучением.
Рентгеновское излучение по своей природе относится к волновому (фотонному) излучению, которое в шкале электромагнитных излучений (ЭМИ) следует за ультрафиолетовым излучением и имеет меньшую длину волны.
По способу взаимодействия с облучаемым объектом все ионизирующие излучения можно разделить на три вида: корпускулярное излучение с массой покоя и зарядом (альфа-, бета-, протонное, мезонное и пр.); корпускулярное излучение с массой покоя, но без заряда (нейтронное) и электромагнитное излучение (гамма- и рентгеновское).
Ядерное излучение – это излучение, сопровождающее распад радиоактивных ядер (радионуклидов). Ядерное излучение связано с понятием радиоактивности.
Что отличает генерируемые ионизирующие излучения от ионизирующих излучений ядерного происхождения? Эти излучения различны по своему происхождению (по способу генерирования) со всеми вытекающими из этого последствиями. Характеристики ядерного излучения (такие как: вид излучения, энергия, период полураспада, ионизирующая и проникающая способности и многие другие) зависят исключительно от свойств распадающегося ядра и не могут быть изменены по желанию человека.
Рентгеновское излучение генерируют (получают) в том числе и искусственным путем с необходимыми для каждого конкретного случая радиационными характеристиками, что и предусматривается при разработке и производстве рентгеновских трубок различного назначения. В рентгеновской трубке можно получить рентгеновское излучение - так называемое генерируемое излучение - нужной энергии и интенсивности в заданное время и при требуемой геометрии.
То есть, рентгеновское излучение, также как и ядерные излучения, относится к ионизирующему излучению (ИИ). Общим свойством всех ионизирующих излучений является их характер действия на окружающую среду, через которую проходит излучение, а именно, способность излучения при взаимодействии со средой передавать ей свою энергию. Эта энергия достаточно велика, чтобы в процессе взаимодействия со средой ядерного излучения (независимо от его вида) и рентгеновского излучения произвести ионизацию и (или) возбуждение атомов среды. По этой причине все излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию ионов разных знаков, называются ионизирующими.
Ионизация – отрыв электронов из атомной оболочки атома. При этом нейтральный атом превращается в (одно-, двух- и т.д. кратно) заряженный положительный ион: А 0 à А + n + n·е - . Для большинства легких элементов (H, N, O, C, P, S) при ионизации атомов необходимо затратить энергию порядка 10-15 эВ.
Удельная ионизация (линейная плотность ионизации ЛПИ) – число ионных пар на единице длины пробега. Сравним удельную ионизацию альфа-, бета- и рентгеновского излучений. Например, в воздухе на 1 см пробега альфа-частиц с энергией 1 МэВ образуется 40 тысяч пар ионов, для бета-частиц такой же энергии – примерно в 800 раз меньше. Плотность ионизации фотонного излучения примерно на два порядка меньше, чем бета-излучения. К примеру, при поглощении фотона с энергией 100 кэВ в воздухе образуется примерно 3 тыс. пар ионов, при длине пробега порядка 50 м.
Виды ионизирующих излучений
Все свойства ИИ спонтанны
Все свойства ИИ регулируемы
Электромагнитные волны (ЭМВ)
Масса покоя, заряд
Нет массы покоя и заряда
Масса покоя, заряд
Нет массы покоя и заряда
Альфа-, бета- и др.
К примеру, ускорен-ные электроны
(a-частицы – яд-ра атома гелия-4.
b-частицы – ядерные электроны).
Моноэнергетические
(С одинаковой начальной энергией)
Тормозное (непрерывный энергетический спектр)
Характеристи-ческое (диск-ретный спектр энергии)
Нейтронное
(масса покоя, нет заряда).
Корпускулярное, но косвенно ионизирующее
Механизмы ионизации облучаемой среды каждым из трех вышеназванных видов ИИ различны. Корпускулярное излучение (к примеру, альфа- и бета-) относится к классу непосредственно ионизирующего излучения, в то время как нейтроны (частицы без заряда) и фотоны сами не производят ионизации, поэтому относятся к косвенно ионизирующему излучению. При их попадании в среду на первом этапе должно появиться непосредственно ионизирующее излучение, которое и производит ионизацию. В среде, пронизываемой фотонами, конечные эффекты (ионизация и возбуждение) происходят не за счет прямого взаимодействия фотонов со средой, а через посредство вторичных электронов и позитронов. Фотон является слабо ионизирующей частицей, испытывающей редкие взаимодействия (но теряющей при каждом взаимодействии значительную часть своей энергии).
Своеобразно, косвенным образом, ионизируют среду нейтроны. Нейтроны различных энергий могут создавать в облучаемой среде разнообразные непосредственно ионизирующие частицы: протоны, альфа-частицы, ядра отдачи и пр., а также могут образовывать новые радиоизотопы (наведенная активность).
Различающееся по механизмам взаимодействия излучений с облучаемой средой приводят в конечном счете к одному результату - ионизации и (или) возбуждению атомов среды. Отличие заключается только в мере (степени) произведенной излучением ионизации. Эту меру можно охарактеризовать плотностью ионизации, то есть количеством образованных пар ионов на единице длины пробега излучения.
Таким образом, при равенстве энергий длина пробега в среде бета-излучения будет значительно больше, чем альфа-излучения. Особенностью рентгеновского и гамма-излучений является их самая большая проникающая способность (при малой плотности ионизации).
Физические свойства рентгеновского излучения
ЛПЭ – это энергия, локально переданная среде движущейся заряженной частицей при перемещении ее на некоторое расстояние, к этому расстоянию: ЛПЭ=dE/dl.
Рентгеновское излучение – это электромагнитные волны с длиной волны (λ), лежащей в пределах от нескольких нанометров до тысячных долей нанометра. (1нм=10 -9 м; 1 Ангстрем (1 А)=10-10 м).
Согласно этому, ионизирующими свойствами обладают излучения, расположенные в шкале ЭМИ правее УФ-излучения.
Переход от одного вида электромагнитного излучения к другому достаточно условен. В представленном выше спектре ЭМИ рентгеновское
и гамма-излучение одной длины волны – это одни и те же фотоны, различие состоит, во-первых, в их происхождении и, во-вторых, в том, что рентгеновское излучение состоит из двух компонент (тормозное и характеристическое излучение). Несмотря на то, что поглощающие свойства рентгеновского и гамма-излучения при равных энергиях одинаковы, но распределение его в теле из-за разной однородности (по энергии) различно.
Сравнительные данные для различных электромагнитных излучений
700
600
500
400
4,3×10 14
5×10 14
6×10 14
7,7×10 14
1,75
2,2
2,5
3,2
УФ
350
250
200
10
8,6×10 14
10 15
1,5×10 15
3×10 16
3,56
4,95
6,25
125
Рентгеновское излучение
1
1×10 -1
1×10 -2
1×10 -3
3×10 17
3×10 18
3×10 19
3×10 20
1250
1,25×10 4 (12,5 кэВ)
1,25×10 5 (125 кэВ)
1,25×10 6
Гамма-излучение (условная граница диапазона)
1×10 -4
3×10 21
1,25×10 7
Электромагнитное излучение обладает следующими свойствами:
- Оно способно распространяться в вакууме, чем отличается от звуковых волн, которые могут распространяться только в веществе (например, ультразвуковые волны).
- Электромагнитные волны распространяются со скоростью света (300 000 км/сек в вакууме).
- Электромагнитная энергия может существовать только в фиксированном, прерывистом, а не в непрерывном виде.
Перечислим основные свойства рентгеновского излучения, делающие этот вид ионизирующего излучения незаменимым в визуальной диагностике:
- Рентгеновское излучение способно проникать через вещества, которые поглощают либо отражают видимые световые лучи. Эта способность тем выше, чем больше энергия излучения или чем короче длина его волны.
- Рентгеновское излучение способно вызывать флюоресценцию некоторых веществ вследствие образования (в момент поглощения этими веществами рентгеновского излучения) электромагнитных волн более низкой энергии (например, УФ-лучей или даже видимого света).
- Как и видимый свет, рентгеновское излучение может создавать на светочувствительном материале – фотографической или рентгеновской пленках – скрытое изображение, которое после проявления становится видимым.
4. Рентгеновское излучение, обладая высокой энергией и воздействуя на вещество, приводит к его ионизации.
Генерирование рентгеновского излучения
Согласно классической теории электромагнетизма электрический заряд, подвергнутый ускорению (положительному или отрицательному), при резком торможении в электрическом поле ядер атомов мишени испускает электромагнитное излучение. Генерируемое таким способом рентгеновское излучение состоит из двух компонент: тормозного и характеристического рентгеновского излучения.
Количественное соотношение характеристической и тормозной компонент в значительной степени зависит от напряжения на рентгеновской трубке. Рентгеновское излучение, используемое для диагностических целей, почти полностью состоит из тормозного излучения.
Рентгеновская трубка является основным элементом любого рентгеновского аппарата. В ней происходит генерирование рентгеновского излучения. Рентгеновская трубка представляет собой высоковольтный электровакуумный прибор с двумя электродами: катодом (-) и анодом (+).
В последнее время появились рентгеновские трубки с сеточным управлением, которые позволяют формировать импульсы рентгеновского излучения с крутыми фронтами. Это особенно важно для рентгеноскопии.
Электроны разгоняются сильным электрическим полем (главная цепь), которое создается высоким напряжением (Ua), приложенным между электродами.
Катод имеет вольфрамовую нить, которая накаливается электрическим током и служит источником свободных электронов. На нить накала подается небольшое, около 10 В, напряжение. В этом случае (в электронных рентгеновских трубках) используется явление термоэлектронной эмиссии электронов. Чем выше температура катода, тем больше скорость испускания электронов и их количество. Далее к электродам рентгеновской трубки подводится высокое напряжение, и электроны устремляются к положительно заряженному аноду.
На аноде должен быть предусмотрен отвод возникающего при торможении электронов тепла. Угол наклона поверхности анода в разных типах трубок составляет от 10 до 17 0 . Этот наклон имеет важное значение, поскольку при одних и тех же видимых размерах фокуса позволяет распределить электроны по большей площади анода, что повышает мощность трубки.
Конструкция рентгеновских трубок может быть разной в зависимости от условий применения и предъявляемых требований. В рентгенодиагностике применяются излучатели двух типов: излучатель в виде защитного кожуха с рентгеновской трубкой стационарного аппарата и излучатель в виде моноблока. Надежная работа излучателя возможна только при условии, что он не перегрет. При неправильной эксплуатации (превышение допустимой мощности, слишком частые включения, несоблюдение перерывов между отдельными включениями) трубка может выйти из строя.
Моноблочная конструкция позволяет обойтись без высоковольтных кабелей и разъемов, благодаря чему экономятся масса и габаритные размеры.
Почти вся кинетическая энергия тормозящихся электронов превращается в тепловую энергию, и лишь малая доля порядка 1 % превращается в энергию рентгеновского излучения. Поэтому в трубках должно предусматриваться охлаждение анода. Вследствие эрозии анода интенсивность рентгеновского излучения в процессе эксплуатации трубки падает. За срок службы трубки принимается такое количество включений на предельных режимах, за которое доза излучения уменьшается не более чем на 30 %. Это ~1000-40 000 включений.
Электрическая мощность рентгеновской трубки (Р, кВт) – это произведение максимального анодного напряжения (кВ) на среднее значение анодного тока (А):
где: коэффициент К зависит от формы кривой напряжения, питающего данную трубку, равен 0,75 (для однофазных аппаратов) или 1,0 (для трехфазных и среднечастотных). Трубка с вращающимся анодом имеет большую мощность, чем трубка с неподвижным анодом. Когда анод вращается, нагретый при бомбардировке электронами участок диска быстро уходит из области действия пучка электронов, а на его место приходит не нагретый или уже остывший за целый оборот участок, Поэтому, чем больше скорость вращения анода, тем больше электрическая энергия, которую может воспринять анод без чрезмерного перегрева фокуса, и следовательно, тем больше мощность излучения. Вместо трубок со скоростью вращения анода 3000 мин -1 иногда применяют трубки со скоростью 9000 мин -1 и более. Другими словами, чем меньше размер фокуса, тем меньше его допустимая мощность и, следовательно, тем больше экспозиция. Но чем меньше размер фокуса, тем меньше геометрическая нерезкость.
Допустимая мощность, то есть мощность, которую можно подвести к аноду трубки без его перегрева, зависит от длительности рабочего включения трубки: чем меньше выдержка, тем больше допустимая мощность.
Допустимая мощность определяется также видом схемы выпрямления рентгеновского аппарата. В трехфазных аппаратах допустимая мощность в 1,5 раза больше, чем в однофазных.
Таким образом, рентгеновским питающим устройством определяется возможность работы рентгеновского аппарата в импульсном режиме, а также нагрузочная способность трубки является важным фактором, влияющим на качество изображения.
Участок поверхности анода, на котором тормозятся электроны, называется действительным фокусным пятном. Рентгеновское излучение распространяется от фокусного пятна прямолинейно в виде расходящегося пучка. При практическом использовании рентгеновского излучения важно, чтобы рентгеновская трубка имела небольшое, резко выраженное фокусное пятно. Формирователи пучка излучения – фильтры, диафрагмы, тубусы – служат для направления пучка и ограничения зоны облучения, соответственно снимаемому объекту.
В рентгенодиагностике применяются излучатели двух типов: излучатель в виде защитного кожуха с рентгеновской трубкой стационарного аппарата и излучатель в виде моноблока.
Рентгеновская трубка, свинцовая защита от неиспользуемого излучения и пр. закрепляются в защитный кожух, представляющий собой отрезок металлической трубы с отверстиями для присоединения высоковольтных кабелей и окно, через которое выходит рабочий пучок излучения. Кожух заполняют трансформаторным маслом. Эта конструкция называется рентгеновским излучателем. Его надежная работа возможна только при условии, что он не перегрет: наружная температура кожуха – не более 80 0 С.
Моноблок отличается от кожуха тем, что кроме перечисленных выше элементов, он содержит высоковольтный трансформатор, выпрямители и трансформатор накала. Моноблочная конструкция позволяет обходиться без высоковольтных кабелей и разъемов.
Чем выше разность потенциалов (Ua) между катодом и анодом, тем больше энергия электронов. Для возбуждения рентгеновского излучения на рентгеновскую трубку нужно подать напряжение порядка нескольких тысяч вольт (нескольких десятков кВ); при этом идеальной формой кривой напряжения является постоянное напряжение. Величина напряжения на рентгеновской трубке Ua (кВ) определяет такую важную характеристику рентгеновского излучения, как его максимальную энергию Емакс (кэВ), а значит и проникающую способность рентгеновского излучения.
Ортопантомография до 125 кВ, компьютерная томография – 100-150 кВ.
В соответствии с принципом нормирования (ОСПОРБ-99/2010):
облучение пациентов всегда преднамеренно и добровольно, поскольку предназначено принести им больше пользы от уточнения диагноза, чем вреда от дополнительного облучения.
Поэтому методы регулирования медицинского облучения пациентов должны быть соразмерны получаемой ими пользе и не должны препятствовать оказанию необходимой медицинской помощи.
Таинственный свет
8 ноября 1895 года в лаборатории Вильгельма Конрада Рентгена, руководителя физического института Университета Вюрцбурга, вечером оставался лишь сам Рентген. В лаборатории было темно. Исследователь включил катодную трубку, обклеенную со всех сторон темной бумагой, и внезапно на столе засветился экран, покрытый кристаллами цианоплатината бария. Рентген выключили трубку — свечение исчезло. Снова включил — опять появилось. Физик сделал вывод: из трубки исходит невидимое излучение, которое, тем не менее, вызывает свечение кристаллов и, как позже выяснилось, засвечивает фотопластинку. Рентген назвал излучение Х-лучами, а позже их переименовали в рентгеновские. Исследования показали, что лучи — это электромагнитное излучение с очень большой энергией, больше, чем, например, у ультрафиолета.
Узнать, что внутри человека
Метод КТ особенно важен при инсультах, хоть он и менее точен, чем магнитно-резонансная томография головного мозга, зато КТ-диагностика гораздо быстрее. А когда нужно выяснить, какой именно инсульт произошел — геморрагический (с кровоизлиянием, и тогда пациента нужно срочно класть на стол к нейрохирургу) или ишемический (когда тромб закупоривает сосуды, и нужны разжижающие кровь препараты), каждая минута на счету.
Найти дефекты
Убить опухоль
До того как ученые осознали опасность рентгеновского излучения, с его помощью лечили едва ли не все болезни, например туберкулез
Узнать структуру вещества
Позже оказалось, что таким образом можно определять и структуру белков, главное — вырастить из них кристаллы. Этот процесс — настоящее искусство, и впервые его удалось осуществить британскому химику Дороти Кроуфут-Ходжкин, которая в 1964 году удостоилась за свои работы Нобелевской премии по химии (всего женщины получали высшую научную награду в этой категории четыре раза).
Анализируя, как рассеиваются рентгеновские лучи на кристаллах биомолекул, ученые могут детально воссоздать их структуру. Изображение: Thomas White, Center for Free-Electron Laser Science—CFEL—at DESY
Узнать, как устроена Вселенная
Открытие Вильгельма Конрада Рентгена позволило нам не только узнать, как устроено вещество, но и увидеть самые загадочные объекты во Вселенной — черные дыры.
Читайте также: