Опасно ли рентгеновское излучение для человеческого организма

Различные виды обследований

Привычные всем аппараты рентгена, которые используются при проведении флюорографии, представляют собой пленочные приборы. Они применяются в течение многих лет, а на замену им постепенно приходят новая аппаратура. Интерес представляет цифровая диагностика, так как устройство такого типа обладает рядом преимуществ.

Цифровые аппараты дают возможность получить мгновенный результат и не дожидаться напечатанной картинки несколько дней, как в случае пленочного рентгена. Еще одно преимущество — возможность проводить обследование с низкими дозами нагрузки, которых достаточно для получения снимка. Снижение дозы возможно за счет более быстрой обработки результатов и высокой восприимчивости датчика.

Провести флюорографию для постановки диагноза, также можно с помощью флюорограммы. Это похожая технология, которая используется реже из-за своих недостатков. Качество снимка при флюорограмме значительно хуже, хотя за одну процедуру используется такое же количество облучения, как при рентгенографии.

При использовании компьютерной томографии также применяется рентгеновское излучение. К преимуществам томограммы относят возможность оценить состояние внутренних органов с разных проекций, а также визуализировать не только костную структуру, но и другие ткани исследуемой области. Так как сканирование проводится несколько раз за одну процедуру, лучевая нагрузка от томографии значительно превышает облучение при рентгене.

Рентген зубов

Многих пугает такая процедура, так как лучи направляются прямо в голову. Однако при обследовании зуба используются специальные трубки и защитное оборудование, что уменьшает угол рассеивания лучей и вредное воздействие ионизации. Для стоматологов обычно достаточно проведения одного снимка, чтобы понимать тактику лечения и причину жалоб пациента. Согласно нормам, получить максимально допустимую дозу радиации можно при проведении ста подобных снимков за год.

Свойства рентгеновских лучей

Рентгеновские
лучи проходят через непрозрачные тела
и предметы, такие как, например, бумага,
материя, дерево, ткани человеческого и
животного организма и даже через
определенной толщины металлы. Причем,
чем короче длина волны излучения, тем
легче они проходят через перечисленные
тела и предметы.

В
свою очередь, при прохождении этих лучей
через тела и предметы с различной
плотностью они частично поглощаются.
Плотные тела поглощают рентгеновские
лучи более интенсивно, чем тела малой
плотности.

Рентгеновские
лучи обладают способностью возбуждать
видимое свечение некоторых химических
веществ. Например: кристаллы
платино-цианистого бария при попадании
на них рентгеновских лучей начинают
светиться ярким зеленовато-желтоватым
светом. Свечение продолжается только
в момент воздействия рентгеновских
лучей и сразу же прекращается с
прекращением облучения. Платино-цианистый
барий, таким образом, от действия
рентгеновских лучей флюоресцирует.
(Это явление послужило причиной открытия
рентгеновских лучей.)

Вольфрамовокислый
кальций при освещении рентгеновскими
лучами также светится, но уже голубым
светом, причем свечение этой соли
продолжается некоторое время и после
прекращения облучения, т. о.
фосфоресцирует.

Свойство
вызывать флюоресценцию используется
для производства просвечивания при
помощи рентгеновых лучей. Свойство же
вызывать у некоторых веществ фосфоресценцию
используется для производства
рентгеновских снимков.

Рентгеновские
лучи также обладают способностью
действовать на светочувствительный
слой фотопластинок и пленок подобно
видимому свету, вызывая разложение
бромистого серебра. Иными словами, эти
лучи обладают фото-химическим действием.
Это обстоятельство дает возможность
производить при помощи рентгеновских
лучей снимки с различных участков тела
у человека и животных.

Рентгеновские
лучи обладают биологическим действием
на организм. Проходя через определенный
участок тела, они производят в тканях
и клетках соответствующие изменения в
зависимости от вида ткани и количества
поглощенных ими лучей, т. е. дозы.

Это
свойство используется для лечения
целого ряда заболеваний человека и
животных. При воздействии больших доз
рентгеновских лучей в организме
получается целый ряд функциональных и
морфологических изменений, и возникает
специфическое заболевание — лучевая
болезнь
.

Рентгеновские
лучи, кроме того, обладают способностью
ионизировать воздух, т. е. расщеплять
составные части воздуха на отдельные,
электрически заряженные частицы.

В
результате этого воздух становится
электропроводником. Это свойство
используется для определения количества
рентгеновских лучей, излучаемых
рентгеновской трубкой за единицу времени
при помощи специальных приборов —
дозиметров.

Знание
дозы излучения рентгеновской трубкой
важно, когда производится рентгенотерапия.
Без знания дозы излучения трубки при
соответствующей жесткости нельзя
проводить лечение лучами рентгена, так
как легко можно вместо улучшения ухудшить
весь процесс болезни. Неправильное
использование рентгеновских лучей для
лечения может погубить здоровые ткани
и даже вызвать серьезные нарушения во
всем организме

2.Основные методы рентгенологических исследований. Виды, характеристика.

Рентгенография,
рентгеноскопия, электрорентгенография,
компьютерная рентгеновская томография.
Рентгеноскопия – просвечивание органов
и систем с применением рентгеновских
лучей. Рентгеноскопия – анатомо-функциональный
метод, который предоставляет возможность
изучения нормальных и патологических
процессов органов и систем по теневой
картине флюоресцирующего экрана.
Преимущества:1.Позволяет исследовать
больных в различных проекциях и позициях,
в силу чего можно выбрать положение,
при котором лучше выявляется патологическое
тенеобразование.2.Возможность изучения
функционального состояния ряда внутренних
органов: легких, при различных фазах
дыхания; пульсацию сердца с крупными
сосудами.3.Тесное контактирование
врача-рентгенолога с больным.Недостатки:
сравнительно большая лучевая нагрузка
на больного и обслуживающий персонал;
малая пропускная способность за рабочее
время врача; ограниченные возможности
глаза исследователя мелких структур.Показания
к рентгеноскопии ограничены. Рентгенография
– фотосъемка посредством рентгеновских
лучей. При рентгенографии снимаемый
объект должен находиться в тесном
соприкосновении с кассетой, заряженной
пленкой. Необходимым оснащением для
рентгенографии являются кассеты с
усиливающими экранами, отсеивающие
решетки и специальная рентгеновская
пленка..Электрорентгенография. Метод
получения рентгеновского изображения
на полупроводниковых пластинах. Принцип
метода: при попадании лучей на
высокочувствительную селеновую пластину
в ней меняется электрический потенциал.
Селеновая пластинка посыпается порошком
графита. Отрицательно заряженные частицы
порошка притягиваются к тем участкам
селенового слоя, в которых сохранились
положительные заряды, и не удерживаются
в тех местах, которые потеряли заряд
под действием рентгеновского излучения.
Преимущество

электрорентгенографии:1.Быстрота.2.Экономичность.

Недостаток:
недостаточно высокая разрешающая
способность при исследовании внутренних
органов, более высокая доза излучения,
чем при рентгенографии. Метод применяется,
в основном, при исследовании костей и
суставов в травмопунктах. Компьютерная
рентгеновская томография (КТ).
Преим.1.высокая чувствительность, что
позволяет дифференцировать отдельные
органы и ткани друг от друга по плотности
в пределах до 0,5%; на обычных рентгенограммах
этот показатель составляет 10-20% .2.КТ
позволяет получить изображение органов
и патологических очагов только в
плоскости исследуемого среза, что дает
четкое изображение без наслоения лежащих
выше и ниже образований.3.КТ дает
возможность получить точную количественную
информацию о размерах и плотности
отдельных органов, тканей и патологических
образований.4.КТ позволяет судить и о
взаимоотношении патологического
процесса с окружающими органами и
тканями, например, инвазию опухоли в
соседние органы, наличие других
патологических изменений.КТ позволяет
получить топограммы, т.е. продольное
изображение исследуемой области
наподобие рентгеновского снимка, путем
смещения больного вдоль неподвижной
трубки. Топограммы используются для
установления протяженности патологического
очага и определения количества срезов.6.КТ
незаменима при планировании лучевой
терапии (составление карт облучения и
расчета доз). Недостатком КТ является
увеличение лучевой нагрузки на пациентов.

См также[править | править код]

• Рентгенофлуоресцентный анализ
• Рентгеновская оптика

• Страница — краткая статья
• Страница — энциклопедическая статья
• Разное — на страницах: , , ,

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 связанных в атомах, либо свободных) в то время как гамма-излучение испускается в процессах девозбуждения атомных ядер. Фотоны характеристического (то есть испускаемого при переходах в электронных оболочках атомов) рентгеновского излучения имеют энергию от 10 эВ до 250 кэВ, что соответствует излучению с частотой от 2⋅1015 до 6⋅1019 Гц и длиной волны 0,005—100 нм (общепризнанного определения нижней границы диапазона рентгеновских лучей в шкале длин волн не существует). Мягкое рентгеновское излучение характеризуется наименьшей энергией фотона и частотой излучения (и наибольшей длиной волны), а жёсткое рентгеновское излучение обладает наибольшей энергией фотона и частотой излучения (и наименьшей длиной волны). Жёсткое рентгеновское излучение используется преимущественно в промышленных целях. Условная граница между мягким и жёстким рентгеновским излучением на шкале длин волн находится около 2 Å (≈6 кэВ).

Преимущества рентгеноскопии

Главным преимуществом перед рентгенографией является факт исследования в реальном масштабе времени. Это позволяет оценить не только структуру органа, но и его смещаемость, сократимость или растяжимость, прохождение контрастного вещества, наполняемость. Метод также позволяет достаточно быстро оценить локализацию некоторых изменений, за счет вращения объекта исследования во время просвечивания (многопроекционное исследование). При рентгенографии для этого требуется проведение нескольких снимков, что не всегда возможно (пациент ушел после первого снимка не дождавшись результатов; большой поток пациентов, при котором делаются снимки только в одной проекции).

Рентгеноскопия позволяет контролировать проведение некоторых инструментальных процедур — постановка катетеров, ангиопластика (см. ангиография), фистулография.

Взаимодействие с веществом

Длина волны рентгеновских лучей сравнима с размерами атомов, поэтому 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. В частности, выяснилось, что их хорошо отражает алмаз.

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 = Ie-kd, где d — толщина слоя, коэффициент k пропорционален Z³λ³, Z — атомный номер элемента, λ — длина волны).

Поглощение происходит в результате фотопоглощения (фотоэффекта) 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 флуоресценции.
• 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.

Биологическое воздействие

Рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов и злокачественных опухолей. По причине этого при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты. Считается, что поражение прямо пропорционально поглощённой дозе излучения. Рентгеновское излучение является мутагенным фактором.

Регистрация

• Эффект люминесценции. Рентгеновские лучи способны вызывать у некоторых веществ свечение (флюоресценцию). Этот эффект используется в медицинской диагностике при рентгеноскопии (наблюдение изображения на флюоресцирующем экране) и рентгеновской съёмке (рентгенографии). Медицинские фотоплёнки, как правило, применяются в комбинации с усиливающими экранами, в состав которых входят рентгенолюминофоры, которые светятся под действием рентгеновского излучения и засвечивают светочувствительную фотоэмульсию. Метод получения изображения в натуральную величину называется рентгенографией. При флюорографии изображение получается в уменьшенном масштабе. Люминесцирующее вещество (сцинтиллятор) можно оптически соединить с электронным детектором светового излучения (фотоэлектронный умножитель, фотодиод 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 фотографическую эмульсию. Однако без флюоресцирующего слоя для этого требуется в 30—100 раз большая экспозиция (то есть доза). Преимуществом этого метода (известного под названием безэкранная рентгенография) 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.
• Отдельные фотоны рентгеновского излучения могут быть также зарегистрированы при помощи газонаполненных детекторов ионизирующего излучения (счётчик Гейгера, пропорциональная камера и др.).

История открытия

Сделанная В. К. Рентгеном фотография (рентгенограмма) руки Альберта фон Кёлликера

Рентгеновское излучение было открыто Вильгельмом Конрадом Рёнтгеном. Изучая экспериментально катодные лучи, вечером 8 ноября 1895 года он заметил, что находившийся вблизи катодно-лучевой трубки картон, покрытый платиносинеродистым барием, начинает светиться в тёмной комнате. В течение нескольких следующих недель он изучил все основные свойства вновь открытого излучения, названного им X-лучами («икс-лучами»). 22 декабря 1895 года Рёнтген сделал первое публичное сообщение о своём открытии в Физическом институте Вюрцбургского университета. 28 декабря 1895 года в журнале Вюрцбургского физико-медицинского общества была опубликована статья Рентгена под названием «О новом типе лучей».

Но ещё за 8 лет до этого — в 1887 году Никола Тесла в дневниковых записях зафиксировал результаты исследования рентгеновских лучей и испускаемое ими тормозное излучение, однако ни Тесла, ни его окружение не придали серьёзное значение этим наблюдениям. Кроме этого, уже тогда Тесла предположил опасность длительного воздействия рентгеновских лучей на человеческий организм[источник не указан 569 дней].

По некоторым сообщениям, опубликованным лишь в 1896 году, и в ссылающихся на них источниках, лучи, обладающие фотохимическим действием, были за 11 лет до Рентгена описаны директором и преподавателем физики Бакинского реального училища Егором Семёновичем Каменским (1838—1895), председателем Бакинского кружка любителей фотографии. Секретарь этого кружка А. М. Мишон якобы также проводил опыты в области фотографии, аналогичные рентгеновым. Однако в результате рассмотрения вопроса о приоритете на заседании Комиссии по истории физико-математических наук АН СССР 22 февраля 1949 года было принято решение, «признавая имеющийся в наличии материал по вопросу об открытии Х-лучей недостаточным для обоснования приоритета Каменского, считать желательным продолжить поиски более веских и достоверных данных»

Некоторые источники называют первооткрывателем рентгеновских лучей австро-венгерского физика Ивана Павловича Пулюя (родом из Галиции), который начал интересоваться разрядами в вакуумных трубках за 10 лет до опубликования открытия Рентгеном. По этим утверждениям, Пулюй заметил лучи, которые проникают через непрозрачные предметы и засвечивают фотопластинки. В 1890 году им были якобы получены и даже опубликованы в европейских журналах фотографии скелета лягушки и детской руки, однако дальнейшим изучением лучей и получением патента он не занимался. Это мнение опровергается в посвящённой Пулюю монографии Р. Гайды и Р. Пляцко, где подробно анализируются истоки и развитие этой легенды, и в других работах по истории физики. Пулюй действительно сделал большой вклад в изучение физики рентгеновского излучения и в методику его применения (например, он первым обнаружил появление электропроводности в газах, облучаемых рентгеновскими лучами), но уже после открытия Рентгена.

Катодно-лучевая трубка, которую Рентген использовал в своих экспериментах, была разработана Й. Хитторфом и В. Круксом. При работе этой трубки возникают рентгеновские лучи. Это было показано в экспериментах Генриха Герца и его ученика Филиппа Ленарда через почернение фотопластинок[источник не указан 569 дней]. Однако никто из них не осознал значения сделанного ими открытия и не опубликовал своих результатов.

По этой причине Рентген не знал о сделанных до него открытиях и открыл лучи независимо — при наблюдении флюоресценции, возникающей при работе катодно-лучевой трубки. Рентген занимался Х-лучами немногим более года (с 8 ноября 1895 года по март 1897 года) и опубликовал о них три статьи, в которых было исчерпывающее описание новых лучей. Впоследствии сотни работ его последователей, опубликованных затем на протяжении 12 лет, не могли ни прибавить, ни изменить ничего существенного. Рентген, потерявший интерес к Х-лучам, говорил своим коллегам: «Я уже всё написал, не тратьте зря время». Свой вклад в известность Рентгена внесла также знаменитая фотография руки Альберта фон Кёлликера, которую он опубликовал в своей статье (см. изображение справа)

За открытие рентгеновских лучей Рентгену в 1901 году была присуждена первая Нобелевская премия по физике, причём нобелевский комитет подчёркивал практическую важность его открытия. В других странах используется предпочитаемое Рентгеном название — X-лучи, хотя словосочетания, аналогичные русскому, (англ. Roentgen rays и т. п.) также употребляются

В России лучи стали называть «рентгеновскими» по инициативе ученика В. К. Рентгена — Абрама Фёдоровича Иоффе.

Свойства рентгеновских лучей

Рентгеновское излучение – это невидимые для человеческого глаза электромагнитные волны, которые активно используют в области медицины и машиностроения.

Выделяют следующие физические свойства рентгеновских лучей, которые были установлены методом длительных научных исследований:

• способны проникать сквозь мягкие ткани, кости, мышечные волокна, которые не просвечиваются лучами естественного света, что делает рентгеновские лучи незаменимыми в области медицины (в процессе определения патологий костей и внутренних органов);
• вызывают флюоресценцию отдельных химических соединений и веществ, что также используется для проведения лабораторных исследований;
• обладают уникальными фотохимическими свойствами, так как за короткий отрезок времени разлагают соединения на основе ионов серебра, обеспечивают почернение слоев фотографической пленки, формируя анатомическое изображение на поверхности рентгеновского снимка;
• в момент распространения в условиях окружающей среды, электромагнитные волны вызывают ионизацию молекул и атомов других веществ, находящихся в спектре их действия (это является негативным и побочным эффектов излучения);
• в тканях и клетках человеческого организма, которые подверглись даже незначительному рентгеновскому облучению, ускоряются обменные процессы, но данный эффект является краткосрочным (при получении больших доз облучения происходит обратный результат, возрастает риск развития лучевой болезни);
• электромагнитные волны применяются для лечения злокачественных новообразований (излучение данного типа разрушительно воздействует на ткани опухоли, нарушая ее клеточное деление, но данный метод терапии подходит не для всех онкологических заболеваний).

Все вышеперечисленные свойства рентгеновских лучей востребованы в инструментальной и лабораторной диагностике болезней опорно-двигательного аппарата и тканей внутренних органов.

По мере развития технологического процесса происходит усовершенствование медицинского оборудования, обеспечивающего синтез электромагнитных волн направленного спектра действия с положительно заряженными фотонами.

Взаимодействие с веществом

Длина волны рентгеновских лучей сравнима с размерами атомов, поэтому 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. В частности, выяснилось, что их хорошо отражает алмаз.

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 = Ie-kd, где d — толщина слоя, коэффициент k пропорционален Z³λ³, Z — атомный номер элемента, λ — длина волны).

Поглощение происходит в результате фотопоглощения (фотоэффекта) 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 флуоресценции.
• 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.

Биологическое воздействие

Рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов и злокачественных опухолей. По причине этого при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты. Считается, что поражение прямо пропорционально поглощённой дозе излучения. Рентгеновское излучение является мутагенным фактором.

Регистрация

• Эффект люминесценции. Рентгеновские лучи способны вызывать у некоторых веществ свечение (флюоресценцию). Этот эффект используется в медицинской диагностике при рентгеноскопии (наблюдение изображения на флюоресцирующем экране) и рентгеновской съёмке (рентгенографии). Медицинские фотоплёнки, как правило, применяются в комбинации с усиливающими экранами, в состав которых входят рентгенолюминофоры, которые светятся под действием рентгеновского излучения и засвечивают светочувствительную фотоэмульсию. Метод получения изображения в натуральную величину называется рентгенографией. При флюорографии изображение получается в уменьшенном масштабе. Люминесцирующее вещество (сцинтиллятор) можно оптически соединить с электронным детектором светового излучения (фотоэлектронный умножитель, фотодиод 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 фотографическую эмульсию. Однако без флюоресцирующего слоя для этого требуется в 30—100 раз большая экспозиция (то есть доза). Преимуществом этого метода (известного под названием безэкранная рентгенография) 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.
• Отдельные фотоны рентгеновского излучения могут быть также зарегистрированы при помощи газонаполненных детекторов ионизирующего излучения (счётчик Гейгера, пропорциональная камера и др.).

Взаимодействие рентгеновских лучей с кристаллами

При рентгенографическом исследовании материалов с кристаллической структурой анализируют интерференционные картины, возникающие в результате рассеяния рентгеновских лучей электронами, принадлежащими атомам кристаллической решетки. Атомы считаются неподвижными, их тепловые колебания не учитываются и все электроны одного и того же атом считаются сосредоточенными в одной точке – узле кристаллической решетки.

Для вывода основных уравнений дифракции рентгеновских лучей в кристалле рассматривается интерференция лучей, рассеянных атомами, расположенными вдоль прямой в кристаллической решетке. На эти атомы под углом, косинус которого равен a0 , падает плоская волна монохроматического рентгеновского излучения. Законы интерференции лучей, рассеянных атомами, аналогичны существующим для дифракционной решетки, рассеивающей световое излучение в видимом диапазоне длин волн. Чтобы на большом расстоянии от атомного ряда амплитуды всех колебаний складывались, необходимо и достаточно, чтобы разность хода лучей, идущих от каждой пары соседних атомов, содержала целое число длин волн. При расстоянии между атомами а это условие имеет вид:

а(a – a0) = hl,

где a – косинус угла между атомным рядом и отклоненным лучом, h – целое число. Во всех направлениях, не удовлетворяющих этому уравнению, лучи не распространяются. Таким образом, рассеянные лучи образуют систему коаксиальных конусов, общей осью которых является атомный ряд. Следы конусов на плоскости, параллельной атомному ряду, – гиперболы, а на плоскости, перпендикулярной ряду, – круги.

При падении лучей под постоянным углом полихроматическое (белое) излучение разлагается в спектр лучей, отклоненных под фиксированными углами. Таким образом, атомный ряд является спектрографом для рентгеновского излучения.

Обобщение на двумерную (плоскую) атомную решетку, а затем на трехмерную объемную (пространственную) кристаллическую решетку дает еще два аналогичных уравнения, в которые входят углы падения и отражения рентгеновского излучения и расстояния между атомами по трем направлениям. Эти уравнения называются уравнениями Лауэ и лежат в основе рентгеноструктурного анализа.

Амплитуды лучей, отраженных от параллельных атомных плоскостей складываются и т.к. количество атомов очень велико, отраженное излучение можно зафиксировать экспериментально. Условие отражения описывается уравнением Вульфа – Брэгга2d sinq = nl, где d – расстояние между соседними атомными плоскостями, q – угол скольжения между направлением падающего луча и этими плоскостями в кристалле, l – длина волны рентгеновского излучения, n – целое число, названное порядком отражения. Угол q является углом падения по отношению именно к атомным плоскостям, которые не обязательно совпадают по направлению с поверхностью исследуемого образца.

Разработано несколько методов рентгеноструктурного анализа, использующих как излучение со сплошным спектром, так и монохроматическое излучение. Исследуемый объект при этом может быть неподвижным или вращающимся, может состоять из одного кристалла (монокристалл) или многих (поликристалл), дифрагированное излучение может регистрироваться с помощью плоской или цилиндрической рентгеновской пленки или перемещающегося по окружности детектора рентгеновского излучения, однако во всех случаях при проведении эксперимента и интерпретации результатов используется уравнение Вульфа – Брэгга.

Запись изображения

В России наиболее распространённым способом записи рентгеновского изображения является фиксация его на рентгенчувствительной плёнке с последующей его проявкой. В настоящее время также существуют системы, обеспечивающие регистрацию данных в цифровом виде. В большинстве развитых стран этот способ уже вытеснил аналоговый. В России в связи с высокой стоимостью и сложностью изготовления данный вид оборудования по распространенности уступает аналоговому.

Аналоговая

Существуют следующие варианты получения изображения с помощью рентгеночувствительной плёнки.

Одним из ранее применяемых методов получения снимков пригодной к использованию плотности является переэкспозиция с последующей недопроявкой, сделанной при визуальном контроле. В настоящее время данный метод считается устаревшим и в мире широко не используется.

Другой способ — адекватная экспозиция (что сложнее) и полная проявка. При первом методе рентгеновская нагрузка на пациента получается завышенной, однако при втором возможно появление необходимости проведения повторной съёмки. Появление возможности предпросмотра на экране компьютеризированной рентгеновской установки с цифровой матрицей и автоматических проявочных машин снижают потребности и возможности использования первого метода.

Также следует отметить, что качество снимка снижает динамическая нерезкость. То есть размытие снимка связано с движением пациента во время облучения. Определённую проблему представляет собой вторичное излучение, оно формируется в результате отражения рентгеновского излучения от различных объектов. Для фильтрации рассеянного излучения применяют фильтрационные решетки, состоящие из чередующихся полос рентгенпрозрачного и рентгеннепрозрачного материала. Данный фильтр отсеивает вторичное излучение, но он так же ослабляет центральный пучок, в связи с чем требуется большая доза облучения для получения адекватного снимка. Вопрос о необходимости использования фильтрующих решеток решается в зависимости от размеров пациента и органа, подвергающегося рентгенографии.

Многие современные рентгеновские плёнки имеют очень низкую собственную рентгеновскую чувствительность и рассчитаны на применение с усиливающими флуоресцентными экранами, светящимися голубым или зелёным видимым светом при облучении рентгеновским излучением. Такие экраны вместе с плёнкой помещаются в кассету, которая после снимка извлекается из рентгеновского аппарата и затем производится проявка плёнки. Проявка плёнки может производиться несколькими способами.

• Полностью автоматически, когда в аппарат закладывается кассета, после чего проявочная машина извлекает плёнку, проявляет, сушит и заправляет новую.
• Полуавтоматически, когда плёнка извлекается и загружается вручную, а проявочная машина только проявляет и сушит плёнку.
• Полностью вручную, когда проявка происходит в баках-танках, извлечение, заправку, проявку плёнки осуществляет рентген лаборант.

Для рентгенологического анализа изображения аналоговый рентгеновский снимок фиксируется на подсвечивающем устройстве с ярким экраном — негатоскопе.

Цифровая

Одним из самых высоких разрешений плёнки считается «26 пар линий на мм», что примерно соответствует разрешающей способности 0,02 мм.