Андрей Смирнов
Время чтения: ~10 мин.
Просмотров: 1

Теоретическая часть

Рентгеновские фильтры.

При исследовании материалов с помощью рентгеновского излучения интерпретация результатов усложняется из-за наличия нескольких длин волн. Для выделения отдельных длин волн применяют рентгеновские фильтры, изготовленные из веществ с различным коэффициентом поглощения для различных длин волн, при этом используется тот факт, что рост длины волны излучения сопровождается увеличением коэффициента поглощения. Например, для алюминия коэффициент поглощения рентгеновского излучения К-серии от железного анода (l = 1,932 А), больше, чем для излучения К-серии от молибденового анода (l = 0,708 А) и при толщине алюминиевого фильтра 0,1 мм ослабление излучения от железного анода в 10 раз больше, чем для излучения молибдена.

Наличие скачка поглощения на кривой зависимости коэффициента поглощения от длины волны дает возможность получить селективно- поглощающие фильтры, если длина волны фильтруемого излучения, лежит непосредственно за скачком поглощения. Этот эффект используется для того, чтобы отфильтровать b-составляющую К-серии излучения, которая по интенсивности в 5 раз слабее a-составляющей. Если подобрать соответствующий материал фильтра так, чтобы a и b-составляющие были по разные стороны скачка поглощения, то интенсивность b-составляющей уменьшается еще в несколько раз. Примером может служить задача о фильтрации b-излучения меди, в которой длина волны a-излучения К-серии составляет 1,539, а b-излучения 1,389 А. В то же время на кривой зависимости коэффициента поглощения от длины волны скачок поглощения соответствует длине волны 1,480 А, т.е. находится между длинами волн a и b-излучений меди, в районе скачка поглощения коэффициент поглощения увеличивается в 8 раз, поэтому интенсивность b-излучения оказывается меньше интенсивности a-излучения в десятки раз.

При взаимодействии рентгеновского излучения с твердым телом могут возникать радиационные повреждения структуры, связанные с перемещением атомов. В ионных кристаллах возникают центры окраски, аналогичные явления наблюдаются в стеклах, в полимерах меняются механические свойства. Эти эффекты связаны с выбиванием атомов из равновесных положений в кристаллической решетке. В результате образуются вакансии – отсутствие атомов в равновесных положениях в кристаллической решетке и внедренные атомы, находящиеся в равновесном положении в решетке. Эффект окрашивания кристаллов и стекла под действием рентгеновского излучения является обратимым и в большинстве случаев исчезает при нагреве или длительной выдержке. Изменение механических свойств полимеров при рентгеновском облучении связано с разрывом межатомных связей.

Основным направлением изучения взаимодействия рентгеновского излучения с твердым телом является рентгеноструктурный анализ, с помощью которого исследуют расположение атомов в твердом теле и его изменения при внешних воздействиях.

Лев Миркин

Рентгеновские лучи

Массовый коэффициент ослабления железа с источниками ослабления: когерентное рассеяние , некогерентное рассеяние , фотоэлектрическое поглощение и два типа образования пар . Разрыв фотоэлектрического поглощения значений обусловлены K-края . Данные графиков взяты из базы данных XCOM NIST .

Значения массового коэффициента ослабления, показанные для всех элементов с атомным номером Z меньше 100, собраны для фотонов с энергией от 1 кэВ до 20 МэВ. Разрывы значений обусловлены краями поглощения, которые также были показаны.

Таблицы массовых коэффициентов ослабления фотонов необходимы в радиологической физике, радиографии (в медицинских целях и в целях безопасности), дозиметрии , дифракции , интерферометрии , кристаллографии и других областях физики. Фотоны могут быть в форме рентгеновских лучей , гамма-лучей и тормозного излучения .

Значения коэффициентов затухания массовых зависят от поглощения и рассеяния от падающего излучения , вызванное несколько различных механизмов , таких как

  • Рэлеевское рассеяние (когерентное рассеяние);
  • Комптоновское рассеяние (некогерентное рассеяние);
  • фотоэлектрическое поглощение ;
  • рождение пар , электрон-позитронное рождение в полях ядра и атомных электронов.

Фактические значения были тщательно изучены и доступны для широкой публики в трех базах данных Национального института стандартов и технологий (NIST):

  1. База данных XAAMDI;
  2. База данных XCOM;
  3. База данных FFAST.

Какое обследование самое опасное?

Для сравнения «вредности» различных видов рентгеновской диагностики можно воспользоваться средними показателями эффективных доз, приведенных в таблице. Это данные из методических рекомендаций № 0100/, утвержденных Роспотребнадзором в 2007 году. С каждым годом техника совершенствуется и дозовую нагрузку во время исследований удается постепенно уменьшать. Возможно в клиниках, оборудованных новейшими аппаратами, вы получите меньшую дозу облучения.

Часть тела, орган Доза мЗв/процедуру
пленочные цифровые
Флюорограммы
Грудная клетка 0,5 0,05
Конечности 0,01 0,01
Шейный отдел позвоночника 0,3 0,03
Грудной отдел позвоночника 0,4 0,04
Поясничный отдел позвоночника 1,0 0,1
Органы малого таза, бедро 2,5 0,3
Ребра и грудина 1,3 0,1
Рентгенограммы
Грудная клетка 0,3 0,03
Конечности 0,01 0,01
Шейный отдел позвоночника 0,2 0,03
Грудной отдел позвоночника 0,5 0,06
Поясничный отдел позвоночника 0,7 0,08
Органы малого таза, бедро 0,9 0,1
Ребра и грудина 0,8 0,1
Пищевод, желудок 0,8 0,1
Кишечник 1,6 0,2
Голова 0,1 0,04
Зубы, челюсть 0,04 0,02
Почки 0,6 0,1
Молочная железа 0,1 0,05
Рентгеноскопии
Грудная клетка 3,3
ЖКТ 20
Пищевод, желудок 3,5
Кишечник 12
Компьютерная томография (КТ)
Грудная клетка 11
Конечности 0,1
Шейный отдел позвоночника 5,0
Грудной отдел позвоночника 5,0
Поясничный отдел позвоночника 5,4
Органы малого таза, бедро 9,5
ЖКТ 14
Голова 2,0
Зубы, челюсть 0,05

Похожая статья — Разрыв пресса после родов Очевидно, что самую высокую лучевую нагрузку можно получить при прохождении рентгеноскопии и компьютерной томографии. В первом случае это связано с длительностью исследования. Рентгеноскопия обычно проводится в течение нескольких минут, а рентгеновский снимок делается за доли секунды. Поэтому при динамичном исследовании вы облучаетесь сильнее. Компьютерная томография предполагает серию снимков: чем больше срезов — тем выше нагрузка, это плата за высокое качество получаемой картинки. Еще выше доза облучения при сцинтиграфии, так как в организм вводятся радиоактивные элементы. Вы можете прочитать подробнее о том, чем отличаются флюорография, рентгенография и другие лучевые методы исследования.

Чтобы уменьшить потенциальный вред от лучевых исследований, существуют средства защиты. Это тяжелые свинцовые фартуки, воротники и пластины, которыми обязательно должен вас снабдить врач или лаборант перед диагностикой. Снизить риск от рентгена или компьютерной томографии можно также, разнеся исследования как можно дальше по времени. Эффект облучения может накапливаться и организму нужно давать срок на восстановление. Пытаться пройти диагностику всего тела за один день неразумно.

Как вывести радиацию после рентгена?

Обычный рентген — это воздействие на тело , то есть высокоэнергетических электромагнитных колебаний. Как только аппарат выключается, воздействие прекращается, само облучение не накапливается и не собирается в организме, поэтому и выводить ничего не надо. А вот при сцинтиграфии в организм вводят радиоактивные элементы, которые и являются излучателями волн. После процедуры обычно рекомендуется пить больше жидкости, чтобы скорее избавиться от радиации.

Допустимые и смертельные дозы для человека

См. также: НРБ-99

Миллизиверт (мЗв) часто используется как мера дозы при медицинских диагностических процедурах (рентгеноскопия, рентгеновская компьютерная томография и т. п.).

Согласно постановлению главного государственного санитарного врача России за № 11 от 21 апреля 2006 г. «Об ограничении облучения населения при проведении рентгенорадиологических медицинских исследований», п. 3.2, необходимо «обеспечить соблюдение годовой эффективной дозы 1 мЗв при проведении профилактических медицинских рентгенологических исследований, в том числе при проведении диспансеризации». Среднемировая доза облучения от рентгенологических исследований, накопленная на душу населения за год, равна 0,4 мЗв, однако в странах с высоким уровнем доступа к медобслуживанию (более одного врача на 1000 человек населения) этот показатель растёт до 1,2 мЗв. Облучение от других техногенных источников значительно меньше: 0,005 мЗв от радионуклидов, оставшихся от атмосферных ядерных испытаний, 0,002 мЗв от Чернобыльской катастрофы, 0,0002 мЗв от ядерной энергетики.

Среднемировая доза облучения от естественных источников, накопленная на душу населения за год, равна 2,4 мЗв, с разбросом от 1 до 10 мЗв. Основные компоненты:

  • 0,4 мЗв от космических лучей (от 0,3 до 1,0 мЗв, в зависимости от высоты над уровнем моря);
  • 0,5 мЗв от внешнего гамма-излучения (от 0,3 до 0,6 мЗв, в зависимости от радионуклидного состава окружения — почвы, стройматериалов и т. п.);
  • 1,2 мЗв внутреннего облучения от ингалируемых атмосферных радионуклидов, главным образом радона (от 0,2 до 10 мЗв, в зависимости от местной концентрации радона в воздухе);
  • 0,3 мЗв внутреннего облучения от инкорпорированных радионуклидов (от 0,2 до 0,8 мЗв, в зависимости от радионуклидного состава пищевых продуктов и воды).

При однократном равномерном облучении всего тела и неоказании специализированной медицинской помощи смерть в результате острой лучевой болезни наступает в 50 % случаев:

  • при дозе порядка 3—5 Гр из-за повреждения костного мозга в течение 30—60 суток;
  • 10 ± 5 Гр из-за повреждения желудочно-кишечного тракта и лёгких в течение 10—20 суток;
  • > 15 Гр из-за повреждения нервной системы в течение 1—5 суток.

Приложения

Великая сила NEXAFS проистекает из его элементарной специфики. Поскольку различные элементы имеют разные энергии основного уровня, NEXAFS позволяет извлекать сигнал из поверхностного монослоя или даже из одного скрытого слоя при наличии сильного фонового сигнала. Скрытые слои очень важны в инженерных приложениях, таких как носители магнитной записи, погруженные под поверхностную смазку или присадки под электродом в интегральной схеме . Поскольку NEXAFS также может определять химическое состояние элементов, которые присутствуют в больших количествах в ничтожных количествах, он нашел широкое применение в химии окружающей среды и геохимии . Способность NEXAFS изучать скрытые атомы обусловлена ​​его интеграцией по всем конечным состояниям, включая неупруго рассеянные электроны, в отличие от фотоэмиссии и оже-спектроскопии, которые изучают атомы только с одним или двумя слоями поверхности.

Из области NEXAFS можно извлечь много химической информации: формальная валентность (очень трудно экспериментально определить неразрушающим способом); координационная среда (например, октаэдрическая, тетраэдрическая координация) и тонкие ее геометрические искажения.

Видны переходы в связанные вакантные состояния чуть выше уровня Ферми . Таким образом, спектры NEXAFS могут использоваться в качестве зонда незанятой зонной структуры материала.

Структура ближнего края характерна для окружающей среды и валентного состояния, поэтому одно из наиболее распространенных ее применений — это снятие отпечатков пальцев: если у вас есть смесь сайтов / соединений в образце, вы можете сопоставить измеренные спектры с линейными комбинациями спектров NEXAFS известных видов и определить долю каждого участка / соединения в образце. Одним из примеров такого применения является определение степени окисления от плутония в почве в Rocky Flats .

Эксперименты XANES, проведенные с плутонием в почве , бетоне и эталонах различных степеней окисления .

Примеры

EXAFS, как и XANES , является высокочувствительным методом с элементарной специфичностью. Таким образом, EXAFS — чрезвычайно полезный способ определения химического состояния практически важных видов, которые встречаются в очень низкой численности или концентрации. Частое использование EXAFS происходит в химии окружающей среды , где ученые пытаются понять распространение загрязнителей через экосистему . EXAFS может использоваться вместе с масс-спектрометрией на ускорителе в судебно-медицинских экспертиз, особенно в приложениях для ядерного нераспространения .

EXAFS использовался для изучения химии урана в стекле .

Рентгеновские фильтры.

При исследовании материалов с помощью рентгеновского излучения интерпретация результатов усложняется из-за наличия нескольких длин волн. Для выделения отдельных длин волн применяют рентгеновские фильтры, изготовленные из веществ с различным коэффициентом поглощения для различных длин волн, при этом используется тот факт, что рост длины волны излучения сопровождается увеличением коэффициента поглощения. Например, для алюминия коэффициент поглощения рентгеновского излучения К-серии от железного анода (l = 1,932 А), больше, чем для излучения К-серии от молибденового анода (l = 0,708 А) и при толщине алюминиевого фильтра 0,1 мм ослабление излучения от железного анода в 10 раз больше, чем для излучения молибдена.

Наличие скачка поглощения на кривой зависимости коэффициента поглощения от длины волны дает возможность получить селективно- поглощающие фильтры, если длина волны фильтруемого излучения, лежит непосредственно за скачком поглощения. Этот эффект используется для того, чтобы отфильтровать b-составляющую К-серии излучения, которая по интенсивности в 5 раз слабее a-составляющей. Если подобрать соответствующий материал фильтра так, чтобы a и b-составляющие были по разные стороны скачка поглощения, то интенсивность b-составляющей уменьшается еще в несколько раз. Примером может служить задача о фильтрации b-излучения меди, в которой длина волны a-излучения К-серии составляет 1,539, а b-излучения 1,389 А. В то же время на кривой зависимости коэффициента поглощения от длины волны скачок поглощения соответствует длине волны 1,480 А, т.е. находится между длинами волн a и b-излучений меди, в районе скачка поглощения коэффициент поглощения увеличивается в 8 раз, поэтому интенсивность b-излучения оказывается меньше интенсивности a-излучения в десятки раз.

При взаимодействии рентгеновского излучения с твердым телом могут возникать радиационные повреждения структуры, связанные с перемещением атомов. В ионных кристаллах возникают центры окраски, аналогичные явления наблюдаются в стеклах, в полимерах меняются механические свойства. Эти эффекты связаны с выбиванием атомов из равновесных положений в кристаллической решетке. В результате образуются вакансии – отсутствие атомов в равновесных положениях в кристаллической решетке и внедренные атомы, находящиеся в равновесном положении в решетке. Эффект окрашивания кристаллов и стекла под действием рентгеновского излучения является обратимым и в большинстве случаев исчезает при нагреве или длительной выдержке. Изменение механических свойств полимеров при рентгеновском облучении связано с разрывом межатомных связей.

Основным направлением изучения взаимодействия рентгеновского излучения с твердым телом является рентгеноструктурный анализ, с помощью которого исследуют расположение атомов в твердом теле и его изменения при внешних воздействиях.

Лев Миркин

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации