Рентгеновское излучение и его свойства
Рентгеновское излучение, представляющее собой электромагнитное ионизирующее излучение в области спектра от 10-12 до 10-5см , было открыто В. Рентгеном в 1885 году.
Источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, в которой ускоренные электрическим полем электроны бомбардируют металлический анод. В качестве источников рентгеновского излучения могут быть использованы некоторые радиоактивные изотопы.
По способу возбуждения рентгеновское излучение подразделяют на тормозное и характеристическое. При этом спектр рентгеновского излучения может быть непрерывным или линейчатым.
Непрерывный спектр испускают быстрые, заряженные частицы в результате их торможения при взаимодействии с атомами мишени. Такое излучение называется тормозным.
Интенсивность
тормозного излучения распределена по
всем длинам волн до коротковолновой
границы. На рис. 22. 1 представлены графики
зависимости потока рентгеновского
излучения
от длины волны
при разных напряжениях в рентгеновской
трубке
.
В каждом из спектров
наиболее коротковолновое тормозное
излучение
возникает,
когда энергия, приобретенная электроном
в ускоряющем поле, полностью переходит
в энергию фотона
(22.1)
В этом случае
(22.2)
Рис. 22. 1
Коротковолновое рентгеновское излучение, обладающее большей проникающей способностью, чем длинноволновое, называется жестким, а длинноволновое – мягким.
Поток рентгеновского излучения вычисляется согласно выражению
(22.3)
и
– напряжение и сила тока в рентгеновской
трубке,
– порядковый номер атома вещества
анода,
В-1 – коэффициент пропорциональности.
Линейчатый спектр, который соответствует характеристическому рентгеновскому излучению, представлен на рис.22.2.
Оно возникает после ионизации атома с выбиванием электрона с одной из его внутренних оболочек при столкновениях атома с заряженной частицей или поглощении им кванта электромагнитного излучения. Ионизированный атом из начального возбужденного состояния переходит в конечное состояние с меньшей энергией. Избыток энергии атом может испускать в виде кванта излучения определенной частоты.
В отличие от
оптических спектров характеристические
рентгеновские спектры (рис.22.2) разных
атомов однотипны. Зависимость частоты
излучения
от
атомного номера Z
определяется законом Мозли
, (22.4)
-
частота спектральной линии излучения,
и
– постоянные,
- атомный номер вещества.
Рис. 22. 2
Следует отметить,
что характеристический спектр атома
не зависит от химического соединения,
в которое этот атом входит. Например,
рентгеновский спектр атома кислорода
одинаков для
,
.
В отличие от рентгеновский оптические
спектры этих соединений различаются.
69.
Рентгенодиагностика
Одним из важнейших применений рентгеновского излучения является рентгенодиагностика.
Известно, при прохождении рентгеновского излучения через слой вещества толщиной x его интенсивность уменьшается вследствие поглощения и рассеяния до величины, определяемой выражением
(22.5)
- коэффициент ослабления.
Существенное различие поглощения рентгеновского излучения разными тканями (костная ткань, мягкие ткани и т. д.) позволяет в теневой проекции видеть изображение внутренних органов тела человека.
Рентгенодиагностику используют в двух вариантах: рентгеноскопия – изображение рассматривают на рентгенолюминисцирующем экране, рентгенография – изображение фиксируется на фотопленке.
Перспективным вариантом рентгенографии является метод, названный рентгеновской томографией или компьютерной томографией (при использовании компьютера) (рис.22. 3).
Рис.22. 3
Если в противофазе перемещать рентгеновскую трубку Р и фотопленку Ф относительно объекта исследования О, то можно получить “послойное “ рентгеновское изображение органа или тела. Рентгеновские лучи при любом положении рентгеновской трубки (1, 2, …) проходят через одну и ту же точку объекта, являющуюся центром, относительно которого совершается периодическое движение Р и Ф. Эта точка- непрозрачное включение. Ее теневое изображение перемещается вместе с Ф, занимая последовательно положение 1, 2, … /Изменяя положение “центра качания” получают “послойное “ рентгеновское изображение. Если вместо фотопленки использовать экран, состоящий из полупроводниковых детекторов ионизирующего излучения и компьютер, можно обработать теневое рентгеновское изображение.
Компьютерная рентгеновская томография позволяет получать “послойные изображения “ тела на экране электронно-лучевой трубки с разрешением до 2 мм при различии поглощения рентгеновского излучения до 0,1 %.
70.