PASKAITA
Rentgeno spinduliai
Rentgeno spindulių pobūdis
Bremsstrahlung rentgeno spinduliuotė, jos spektrinės savybės.
Būdinga rentgeno spinduliuotė (nuoroda).
Rentgeno spinduliuotės sąveika su medžiaga.
Rentgeno spinduliuotės naudojimo medicinoje fizinis pagrindas.
Rentgeno spindulius (rentgeno spindulius) atrado K. Rentgenas, kuris 1895 metais tapo pirmuoju Nobelio fizikos premijos laureatu.
Rentgeno spindulių pobūdis
Rentgeno spinduliuotė – elektromagnetinės bangos, kurių ilgis nuo 80 iki 10–5 nm. Ilgųjų bangų rentgeno spinduliuotę sudengia trumpųjų bangų UV spinduliai, o trumpųjų – ilgųjų spindulių.
Rentgeno spinduliai gaminami rentgeno vamzdeliuose. 1 pav.
K – katodas
1 – elektronų pluoštas
2 – rentgeno spinduliuotė
Ryžiai. 1. Rentgeno vamzdelio prietaisas.
Vamzdis – stiklinė kolba (su galimai dideliu vakuumu: slėgis jame apie 10–6 mm Hg) su dviem elektrodais: anodu A ir katodu K, į kuriuos įjungta aukšta įtampa U (keli tūkstančiai voltų). Katodas yra elektronų šaltinis (dėl termioninės emisijos reiškinio). Anodas yra metalinis strypas, kurio paviršius yra pasviręs, kad gautą rentgeno spinduliuotę nukreiptų kampu į vamzdžio ašį. Jis pagamintas iš labai šilumai laidžios medžiagos, kuri išsklaido elektronų bombardavimo sukuriamą šilumą. Nuožulniame gale yra ugniai atsparaus metalo (pavyzdžiui, volframo) plokštė.
Stiprus anodo įkaitimas atsiranda dėl to, kad dauguma katodo pluošto elektronų, pasiekę anodą, patiria daugybę susidūrimų su medžiagos atomais ir perduoda jiems didelę energiją.
Aukštos įtampos įtakoje karšto katodo gijos skleidžiami elektronai pagreitėja iki didelės energijos. Elektrono kinetinė energija mv 2 /2. Jis lygus energijai, kurią ji įgyja judant elektrostatiniame vamzdžio lauke:
mv 2 /2 = eU (1)
čia m, e – elektrono masė ir krūvis, U – greitėjimo įtampa.
Procesus, lemiančius bremsstrahlung rentgeno spinduliuotės atsiradimą, sukelia intensyvus elektronų lėtėjimas anodo medžiagoje dėl atomo branduolio ir atomo elektronų elektrostatinio lauko.
Atsiradimo mechanizmas gali būti pateiktas taip. Judantys elektronai yra tam tikra srovė, kuri sudaro savo magnetinį lauką. Elektronų sulėtėjimas – tai srovės stiprio sumažėjimas ir atitinkamai magnetinio lauko indukcijos pasikeitimas, dėl kurio atsiras kintamasis elektrinis laukas, t.y. elektromagnetinės bangos atsiradimas.
Taigi, kai įkrauta dalelė skrieja į materiją, ji sulėtėja, praranda energiją ir greitį, skleidžia elektromagnetines bangas.
Rentgeno spindulių spinduliavimo spektrinės savybės .
Taigi, esant elektronų lėtėjimui anodo medžiagoje, Bremsstrahlung rentgeno spinduliuotė.
Bremsstrahlung rentgeno spindulių spektras yra ištisinis. To priežastis yra tokia.
Kai elektronai lėtėja, dalis energijos atitenka anodo šildymui (E 1 = Q), kita dalis rentgeno fotonui sukurti (E 2 = hv), kitu atveju eU = hv + Q. Ryšys tarp jų dalys yra atsitiktinės.
Taigi nenutrūkstamas rentgeno spinduliuotės spektras susidaro dėl daugelio elektronų lėtėjimo, kurių kiekvienas išspinduliuoja po vieną griežtai apibrėžtos vertės rentgeno kvantinį hv (h). Šio kvanto dydis skirtingi skirtingiems elektronams. Rentgeno energijos srauto priklausomybė nuo bangos ilgio , t.y. Rentgeno spindulių spektras parodytas 2 pav.
2 pav. Bremsstrahlung rentgeno spindulių spektras: a) esant skirtingoms įtampoms U vamzdyje; b) esant skirtingoms katodo temperatūroms T.
Trumpųjų bangų (kieta) spinduliuotė turi didesnę prasiskverbimo galią nei ilgųjų bangų (minkštoji) spinduliuotė. Minkštąją spinduliuotę materija sugeria stipriau.
Trumpojo bangos ilgio pusėje spektras staiga baigiasi ties tam tikru bangos ilgiu m i n . Toks trumpųjų bangų bangavimas įvyksta, kai elektrono greitėjimo lauke įgyta energija visiškai paverčiama fotono energija (Q = 0):
eU = hv max = hc/ min , min = hc/(eU), (2)
min (nm) = 1,23/UkV
Spinduliuotės spektrinė sudėtis priklauso nuo rentgeno vamzdžio įtampos, didėjant įtampai, reikšmė m i n pasislenka trumpų bangų ilgių link (2a pav.).
Pasikeitus katodo temperatūrai T, didėja elektronų emisija. Vadinasi, srovė I vamzdyje didėja, bet spinduliuotės spektrinė sudėtis nekinta (2b pav.).
Energijos srautas Ф bremsstrahlung yra tiesiogiai proporcingas įtampos U kvadratui tarp anodo ir katodo, srovės stipriui I vamzdyje ir anodo medžiagos atominiam skaičiui Z:
Ф = kZU 2 I. (3)
kur k = 10 –9 W/(V 2 A).
Būdinga rentgeno spinduliuotė (nuorodai).
Padidėjus rentgeno vamzdžio įtampai, ištisinio spektro fone atsiranda linijos spektras, kuris atitinka būdingą rentgeno spinduliuotę. Ši spinduliuotė būdinga anodo medžiagai.
Jo atsiradimo mechanizmas yra toks. Esant aukštai įtampai, pagreitinti elektronai (su didele energija) prasiskverbia giliai į atomą ir išmuša elektronus iš jo vidinių sluoksnių. Elektronai iš viršutinių lygių juda į laisvas vietas, dėl to išsiskiria būdingos spinduliuotės fotonai.
Būdingos rentgeno spinduliuotės spektrai skiriasi nuo optinių spektrų.
- Vienodumas.
Būdingų spektrų vienodumą lemia tai, kad skirtingų atomų vidiniai elektroniniai sluoksniai yra identiški ir skiriasi tik energetiškai dėl jėgos veikimo iš branduolių, kuris didėja didėjant elemento atominiam skaičiui. Todėl, didėjant branduoliniam krūviui, būdingi spektrai pasislenka aukštesnių dažnių link. Tai eksperimentiškai patvirtino Rentgeno darbuotojas - Moseley, kuris išmatavo 33 elementų rentgeno spindulių perėjimų dažnius. Jie nustatė įstatymą.
MOSLEY dėsnis – Būdingojo spinduliavimo dažnio kvadratinė šaknis yra tiesinė elemento serijos numerio funkcija:
= A (Z – B), (4)
čia v – spektrinės linijos dažnis, Z – spinduliuojančio elemento atominis skaičius. A, B yra konstantos.
Moseley dėsnio svarba slypi tame, kad iš šios priklausomybės galima tiksliai nustatyti tiriamo elemento atominį skaičių pagal išmatuotą rentgeno linijos dažnį. Tai suvaidino didelį vaidmenį elementų išdėstyme periodinėje lentelėje.
Nepriklausomybė nuo cheminių junginių.
Būdingi atomo rentgeno spindulių spektrai nepriklauso nuo cheminio junginio, kuriame yra elemento atomas. Pavyzdžiui, deguonies atomo rentgeno spindulių spektras yra toks pat O 2, H 2 O, o šių junginių optiniai spektrai yra skirtingi. Ši atomo rentgeno spindulių spektro savybė buvo pavadinimo pagrindas. būdinga spinduliuotė".
Rentgeno spindulių sąveika su medžiaga
Rentgeno spinduliuotės poveikį objektams lemia pirminiai rentgeno spindulių sąveikos procesai fotonas su elektronais medžiagos atomai ir molekulės.
Rentgeno spinduliuotė materijoje absorbuojamas arba išsisklaido. Tokiu atveju gali vykti įvairūs procesai, kuriuos lemia rentgeno fotono hv energijos ir jonizacijos energijos A santykis ir (jonizacijos energija A ir yra energija, reikalinga vidiniams elektronams pašalinti už atomo ar molekulės ribų) .
A) Darni sklaida(ilgųjų bangų spinduliuotės sklaida) įvyksta, kai santykis tenkinamas
Fotonams dėl sąveikos su elektronais kinta tik judėjimo kryptis (3a pav.), bet energija hv ir bangos ilgis nesikeičia (todėl ši sklaida vadinama nuoseklus). Kadangi fotono ir atomo energija nesikeičia, koherentinė sklaida neturi įtakos biologiniams objektams, tačiau kuriant apsaugą nuo rentgeno spinduliuotės reikia atsižvelgti į galimybę pakeisti pirminę pluošto kryptį.
b) Foto efektas atsitinka, kai
Šiuo atveju galima realizuoti du atvejus.
Fotonas sugeriamas, elektronas atsiskiria nuo atomo (3b pav.). Vyksta jonizacija. Atsiskyręs elektronas įgyja kinetinę energiją: E к = hv – A и. Jei kinetinė energija yra didelė, tada elektronas susidūrimo būdu gali jonizuoti gretimus atomus, sudarydamas naujus
antraeilis elektronų. Fotonas yra absorbuojamas, tačiau jo energijos nepakanka elektronui pašalinti ir
atomo ar molekulės sužadinimas (3c pav.). Tai dažnai lemia fotono emisiją matomoje srityje (rentgeno liuminescencija), o audiniuose – molekulių aktyvavimą ir fotochemines reakcijas. Fotoelektrinis efektas daugiausia pasireiškia didelio Z atomų vidinių apvalkalų elektronuose.
V) Nenuoseklus išsibarstymas), (Compton efektas, 1922) atsiranda, kai fotono energija yra daug didesnė už jonizacijos energiją
Šiuo atveju iš atomo pašalinamas elektronas (tokie elektronai vadinami atatrankos elektronai
įgyja tam tikrą kinetinę energiją E k, mažėja paties fotono energija (4d pav.): hv = hv"+ A ir + E k (5)
Atatrankos elektronai, jei turi pakankamai kinetinės energijos, gali jonizuoti gretimus atomus susidūrimo būdu. Taigi dėl nenuoseklios sklaidos susidaro antrinė išsklaidyta rentgeno spinduliuotė ir vyksta medžiagos atomų jonizacija.
Nurodyti (a, b, c) procesai gali sukelti daugybę vėlesnių. Pavyzdžiui (3d pav.), Jei fotoelektrinio efekto metu elektronai ant vidinių apvalkalų atsiskiria nuo atomo, tada jų vietą gali užimti elektronai iš aukštesnių lygių, kuriuos lydi antrinė charakteristika medžiagos rentgeno spinduliuotė. Antrinės spinduliuotės fotonai, sąveikaujantys su kaimyninių atomų elektronais, savo ruožtu gali sukelti antrinius reiškinius.
darni sklaida
ai 
energija ir bangos ilgis nesikeičia
fotoefektas
fotonas absorbuojamas, e – atsiskiria nuo atomo – jonizacija
hv = A ir + E k
atomas A sužadinamas fotonui sugeriant, R – rentgeno liuminescencija
nenuoseklus išsibarstymas
hv = hv"+A ir +E į
antriniai fotoelektrinio efekto procesai
Ryžiai. 3 Rentgeno spinduliuotės sąveikos su medžiaga mechanizmai
Rentgeno naudojimo medicinoje fizinis pagrindas
Kai rentgeno spinduliuotė patenka ant kūno, ji šiek tiek atsispindi nuo jo paviršiaus, bet daugiausia prasiskverbia į jį giliai, o iš dalies absorbuojama ir išsklaidoma, o iš dalies praeina.
Silpnėjimo dėsnis.
Rentgeno spindulių srautas susilpnėja medžiagoje pagal įstatymą:
Ф = Ф 0 e – x (6)
kur – tiesinis silpninimo koeficientas, kuris labai priklauso nuo medžiagos tankio. Ji lygi trijų narių, atitinkančių koherentinę sklaidą 1, nenuosekliąją 2 ir fotoelektrinį efektą 3, sumai:
= 1 + 2 + 3 . (7)
Kiekvieno termino indėlį lemia fotono energija. Žemiau pateikiami šių minkštųjų audinių (vandens) procesų santykiai.
|
Energija, keV |
Foto efektas |
Komptono efektas |
Mėgaukitės masės slopinimo koeficientas, kuris nepriklauso nuo medžiagos tankio :
m = /. (8)
Masės susilpnėjimo koeficientas priklauso nuo fotono energijos ir absorbuojančios medžiagos atominio skaičiaus:
m = k 3 Z 3 . (9)
Kaulų ir minkštųjų audinių (vandens) masės susilpnėjimo koeficientai skiriasi: m kaulo / m vandens = 68.
Jeigu į rentgeno spindulių kelią patalpintas nehomogeniškas kūnas, o prieš jį – fluorescencinis ekranas, tai šis kūnas, sugerdamas ir susilpnindamas spinduliuotę, suformuoja ekrane šešėlį. Pagal šio šešėlio prigimtį galima spręsti apie kūnų formą, tankį, struktūrą ir daugeliu atvejų pobūdį. Tie. Didelis rentgeno spinduliuotės sugerties skirtumas įvairiuose audiniuose leidžia matyti vidaus organų vaizdą šešėlinėje projekcijoje.
Jei tiriamas organas ir aplinkiniai audiniai vienodai susilpnina rentgeno spinduliuotę, tuomet naudojamos kontrastinės medžiagos. Pavyzdžiui, užpildžius skrandį ir žarnas mišria bario sulfato (BaS0 4) mase, matosi jų šešėlinis vaizdas (silpinimo koeficientų santykis yra 354).
Naudojimas medicinoje.
Medicinoje rentgeno spinduliai naudojami, kai fotonų energija svyruoja nuo 60 iki 100-120 keV diagnostikai ir 150-200 keV terapijai.
Rentgeno diagnostika – ligų atpažinimas naudojant rentgeninį kūno tyrimą.
Rentgeno diagnostika naudojama įvairiais būdais, kurie pateikiami toliau.
Su fluoroskopija Rentgeno vamzdelis yra už paciento. Priešais jį yra fluorescencinis ekranas. Ekrane stebimas šešėlinis (teigiamas) vaizdas. Kiekvienu atskiru atveju parenkamas tinkamas spinduliuotės kietumas, kad jis praeitų per minkštuosius audinius, bet pakankamai sugertų tankius. Priešingu atveju gausite vienodą šešėlį. Ekrane širdis ir šonkauliai matomi tamsūs, plaučiai šviesūs.
Su radiografija objektas dedamas ant kasetės, kurioje yra plėvelė su specialia fotografine emulsija. Rentgeno vamzdis yra virš objekto. Gauta rentgenograma suteikia neigiamą vaizdą, t.y. priešingai nei vaizdas, stebimas peršviečiant.
Taikant šį metodą, vaizdas yra aiškesnis nei (1), todėl stebimos detalės, kurias sunku įžiūrėti perduodant. Daug žadanti šio metodo versija yra rentgeno spinduliai tomografija o „mašinos versija“ – kompiuteris
3. tomografija. Su fluorografija,
Vaizdas iš didelio ekrano užfiksuotas jautrioje mažo formato juostoje. Peržiūros metu nuotraukos peržiūrimos naudojant specialų didintuvą. Rentgeno terapija
– rentgeno spindulių naudojimas piktybiniams navikams sunaikinti.
Biologinis spinduliuotės poveikis sutrikdo gyvybines funkcijas, ypač greitai besidauginančių ląstelių.
Rentgeno kompiuterinės tomografijos metodas pagrįstas tam tikros paciento kūno dalies vaizdo atkūrimu, fiksuojant daugybę šios pjūvio rentgeno projekcijų, atliekamų skirtingais kampais. Informacija iš jutiklių, fiksuojančių šias projekcijas, patenka į kompiuterį, kuris naudojant specialią programą skaičiuoja paskirstymas storaimties dydis tiriamame skyriuje ir rodo jį ekrane. Tokiu būdu gautas paciento kūno skerspjūvio vaizdas pasižymi puikiu aiškumu ir dideliu informacijos turiniu. Programa leidžia, jei reikia, padidinti vaizdo kontrastas V dešimtis ir net šimtus kartų. Tai išplečia metodo diagnostikos galimybes.
Videografai (prietaisai su skaitmeniniu rentgeno vaizdo apdorojimu) šiuolaikinėje odontologijoje.
Odontologijoje rentgeno tyrimas yra pagrindinis diagnostikos metodas. Tačiau dėl daugelio tradicinių organizacinių ir techninių rentgeno diagnostikos ypatumų ji nėra visiškai patogi tiek pacientui, tiek odontologijos klinikoms. Visų pirma, tai yra paciento kontakto su jonizuojančia spinduliuote poreikis, kuris dažnai sukuria didelę radiacinę apkrovą kūnui, tai yra ir fotoproceso poreikis, taigi ir fotoreagentų, įskaitant toksinius, poreikis. Galiausiai tai yra didelis archyvas, sunkūs aplankai ir vokai su rentgeno filmais.
Be to, dėl dabartinio odontologijos išsivystymo lygio subjektyvaus žmogaus akies rentgenogramų vertinimo nepakanka. Kaip paaiškėjo, iš įvairių pilkų atspalvių, esančių rentgeno vaizde, akis suvokia tik 64.
Akivaizdu, kad norint gauti aiškų ir išsamų dentofacialinės sistemos kietųjų audinių vaizdą esant minimaliam radiacijos poveikiui, reikalingi kiti sprendimai. Paieškų dėka buvo sukurtos vadinamosios radiografinės sistemos, videografai – skaitmeninės rentgenografijos sistemos.
Be techninių detalių tokių sistemų veikimo principas yra toks. Rentgeno spinduliuotė per objektą patenka ne į šviesai jautrią plėvelę, o į specialų intraoralinį jutiklį (specialią elektroninę matricą). Atitinkamas signalas iš matricos perduodamas į skaitmeninį įrenginį (analoginį skaitmeninį keitiklį, ADC), prijungtą prie kompiuterio, kuris paverčia jį skaitmenine forma. Speciali programinė įranga sukuria rentgeno vaizdą kompiuterio ekrane ir leidžia jį apdoroti, išsaugoti kietoje arba lanksčioje laikmenoje (standžiajame diske, diskeliuose) ir atspausdinti kaip failą kaip paveikslėlį.
Skaitmeninėje sistemoje rentgeno vaizdas yra taškų, turinčių skirtingas skaitmenines pilkos spalvos reikšmes, rinkinys. Programos teikiamas informacijos rodymo optimizavimas leidžia gauti optimalaus ryškumo ir kontrasto kadrą esant santykinai mažai radiacijos dozei.
Šiuolaikinėse sistemose, kurias sukūrė, pavyzdžiui, Trophy (Prancūzija) arba Schick (JAV), formuojant kadrą naudojami 4096 pilki atspalviai, ekspozicijos laikas priklauso nuo tiriamo objekto ir vidutiniškai yra šimtosios – dešimtosios antroji, sumažinanti radiacijos apšvitą, palyginti su filmais – iki 90% intraoralinėms sistemoms, iki 70% panoraminiams vaizdo įrašų fotografams.
Apdorodami vaizdus vaizdo įrašų kūrėjai gali:
Gaukite teigiamus ir neigiamus vaizdus, klaidingų spalvų vaizdus, reljefinius vaizdus.
Padidinkite kontrastą ir padidinkite dominančią vaizdo sritį.
Įvertinti dantų audinių ir kaulų struktūrų tankio pokyčius, stebėti kanalų plombavimo vienodumą.
Endodontijoje nustatykite bet kokio kreivumo kanalo ilgį, o chirurgijoje pasirinkite implanto dydį 0,1 mm tikslumu.
Unikali ėduonies detektorių sistema su dirbtinio intelekto elementais analizuojant vaizdą leidžia aptikti ėduonies dėmės stadijoje, šaknies kariesą ir paslėptą kariesą.
“Ф“ (3) formulėje reiškia visą skleidžiamų bangų ilgių diapazoną ir dažnai vadinamas „integraliu energijos srautu“.
Rentgeno spinduliuotė (sinonimas rentgeno spinduliai) yra plataus bangos ilgio diapazono (nuo 8·10 -6 iki 10 -12 cm). Rentgeno spinduliuotė atsiranda, kai įkrautos dalelės, dažniausiai elektronai, lėtėja medžiagos atomų elektriniame lauke. Šiuo atveju susidarę kvantai turi skirtingą energiją ir sudaro ištisinį spektrą. Maksimali kvantų energija tokiame spektre lygi krintančių elektronų energijai. (cm.) maksimali rentgeno spindulių kvantų energija, išreikšta kiloelektronų voltais, yra skaitine prasme lygi į vamzdį tiekiamos įtampos dydžiui, išreikštam kilovoltais. Kai rentgeno spinduliai praeina per medžiagą, jie sąveikauja su jos atomų elektronais. Rentgeno kvantams, kurių energija yra iki 100 keV, būdingiausias sąveikos tipas yra fotoelektrinis efektas. Dėl tokios sąveikos kvanto energija visiškai išnaudojama elektronui išplėšti iš atomo apvalkalo ir perduoti jam kinetinę energiją. Didėjant rentgeno spindulių kvanto energijai, mažėja fotoelektrinio efekto tikimybė ir vyrauja laisvųjų elektronų kvantų sklaidos procesas – vadinamasis Komptono efektas. Dėl tokios sąveikos taip pat susidaro antrinis elektronas, be to, išspinduliuojamas kvantas, kurio energija yra mažesnė už pirminio kvanto energiją. Jei rentgeno kvanto energija viršija vieną megaelektronvoltą, gali atsirasti vadinamasis poravimosi efektas, kurio metu susidaro elektronas ir pozitronas (žr.). Vadinasi, praeinant pro medžiagą, mažėja rentgeno spinduliuotės energija, t.y. mažėja jos intensyvumas. Kadangi mažos energijos kvantų absorbcija vyksta su didesne tikimybe, rentgeno spinduliuotė yra praturtinta didesnės energijos kvantais. Ši rentgeno spinduliuotės savybė naudojama siekiant padidinti vidutinę kvantų energiją, t.y., padidinti jų kietumą. Rentgeno spinduliuotės kietumo padidėjimas pasiekiamas naudojant specialius filtrus (žr.). Rentgeno spinduliuotė naudojama rentgeno diagnostikai (žr.) ir (žr.). Taip pat žr. Jonizuojanti spinduliuotė.
Rentgeno spinduliuotė (sinonimas: rentgeno spinduliai, rentgeno spinduliai) – tai kvantinė elektromagnetinė spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra nuo 250 iki 0,025 A (arba energijos kvantai nuo 5·10 -2 iki 5,10 2 keV). 1895 metais jį atrado V. K. Rentgenas. Elektromagnetinės spinduliuotės spektrinė sritis, esanti greta rentgeno spinduliuotės, kurios energijos kvantai viršija 500 keV, vadinama gama spinduliuote (žr.); spinduliuotė, kurios energijos kvantai yra mažesni nei 0,05 kev, yra ultravioletinė spinduliuotė (žr.
Taigi rentgeno spinduliuotė, kaip ir bet kuri elektromagnetinė spinduliuotė, atstoja gana nedidelę dalį didžiulio elektromagnetinės spinduliuotės spektro, apimančio ir radijo bangas, ir matomą šviesą, sklinda šviesos greičiu (vakuume apie 300 tūkst. km/ sek.) ir jam būdingas bangos ilgis λ (atstumas, kurį spinduliuotė nukeliauja per vieną virpesių periodą). Rentgeno spinduliuotė turi ir nemažai kitų banginių savybių (lūžio, interferencijos, difrakcijos), tačiau jas daug sunkiau stebėti nei ilgesnės bangos spinduliuotę: matomą šviesą, radijo bangas.
Rentgeno spindulių spektrai: a1 - nenutrūkstamas šviesos spektras esant 310 kV; a - nuolatinis stabdžių spektras esant 250 kV, a1 - spektras filtruojamas 1 mm Cu, a2 - spektras filtruojamas 2 mm Cu, b - K serijos volframo linijos.
Rentgeno spinduliuotei generuoti naudojami rentgeno vamzdeliai (žr.), kuriuose spinduliavimas atsiranda greitiems elektronams sąveikaujant su anodo medžiagos atomais. Rentgeno spinduliuotė yra dviejų tipų: bremsstrahlung ir būdinga. Bremsstrahlung rentgeno spinduliai turi ištisinį spektrą, panašų į įprastą baltą šviesą. Intensyvumo pasiskirstymas priklausomai nuo bangos ilgio (pav.) pavaizduotas kreive su maksimumu; link ilgųjų bangų kreivė krenta plokščiai, o trumpųjų – staigiai ir baigiasi ties tam tikru bangos ilgiu (λ0), vadinamu ištisinio spektro trumpųjų bangų riba. λ0 vertė yra atvirkščiai proporcinga vamzdžio įtampai. Bremsstrahlung atsiranda, kai greiti elektronai sąveikauja su atomo branduoliais. Bremsstrahlung intensyvumas yra tiesiogiai proporcingas anodo srovės stiprumui, vamzdžio įtampos kvadratui ir anodo medžiagos atominiam skaičiui (Z).
Jei rentgeno vamzdyje pagreitintų elektronų energija viršija anodo medžiagai kritinę reikšmę (šią energiją lemia šiai medžiagai vamzdyje esanti kritinė įtampa Vcr), tada atsiranda būdinga spinduliuotė. Būdingas spektras yra išklotas iš eilės, žymimos raidėmis K, L, M, N.
K serija yra trumpiausias bangos ilgis, L serija yra ilgesnio bangos ilgio, M ir N serijos stebimos tik sunkiuosiuose elementuose (K serijos volframo Vcr yra 69,3 kV, L serijos - 12,1 kV). Būdinga spinduliuotė atsiranda taip. Greiti elektronai išmuša atominius elektronus iš vidinio apvalkalo. Atomas sužadinamas ir grįžta į pradinę būseną. Šiuo atveju elektronai iš išorinių, mažiau surištų apvalkalų užpildo vidiniuose apvalkaluose atsilaisvinusias erdves, o būdingos spinduliuotės fotonai išspinduliuojami energija, lygia atomo energijų skirtumui sužadintoje ir pagrindinėje būsenose. Šis skirtumas (taigi ir fotono energija) turi tam tikrą kiekvienam elementui būdingą vertę. Šis reiškinys yra elementų rentgeno spektrinės analizės pagrindas. Paveikslėlyje parodytas volframo linijų spektras nenutrūkstamo strypinio spektro fone.
Rentgeno vamzdyje pagreitinta elektronų energija beveik visa paverčiama šilumine energija (anodas labai įkaista), tik nedidelė dalis (apie 1 % esant artimai 100 kV įtampai) paverčiama bremsstrahlung energija.
Rentgeno spindulių naudojimas medicinoje grindžiamas rentgeno spindulių absorbcijos medžiaga. Rentgeno spinduliuotės sugertis visiškai nepriklauso nuo sugeriančios medžiagos optinių savybių. Bespalvis ir skaidrus švino stiklas, naudojamas personalo apsaugai rentgeno patalpose, beveik visiškai sugeria rentgeno spindulius. Priešingai, šviesai nepralaidus popieriaus lapas neslopina rentgeno spindulių.
Vienalyčio (t. y. tam tikro bangos ilgio) rentgeno pluošto, einančio per sugeriantį sluoksnį, intensyvumas mažėja pagal eksponentinį dėsnį (e-x), kur e yra natūraliųjų logaritmų bazė (2,718), o eksponentas x lygus masės susilpnėjimo koeficiento (μ /p) cm 2 /g vienam absorberio storiui sandauga g/cm 2 (čia p – medžiagos tankis g/cm 3). Rentgeno spinduliuotė susilpnėja ir dėl sklaidos, ir dėl sugerties. Atitinkamai masės slopinimo koeficientas yra masės sugerties ir sklaidos koeficientų suma. Masės sugerties koeficientas smarkiai didėja didėjant absorberio atominiam skaičiui (Z) (proporcingai Z3 arba Z5) ir didėjant bangos ilgiui (proporcingai λ3). Ši priklausomybė nuo bangos ilgio stebima sugerties juostose, kurių ribose koeficientas šokteli.
Masės sklaidos koeficientas didėja didėjant medžiagos atominiam skaičiui. Esant λ≥0,3Å sklaidos koeficientas nepriklauso nuo bangos ilgio, esant λ<0,ЗÅ он уменьшается с уменьшением λ.
Sugerties ir sklaidos koeficientų sumažėjimas mažėjant bangos ilgiui padidina rentgeno spinduliuotės prasiskverbimo galią. Kaulų masės absorbcijos koeficientas [absorbciją daugiausia lemia Ca 3 (PO 4) 2 ] yra beveik 70 kartų didesnis nei minkštųjų audinių, kur absorbciją daugiausia lemia vanduo. Tai paaiškina, kodėl kaulų šešėlis taip ryškiai išsiskiria minkštųjų audinių fone rentgenogramose.
Netolygaus rentgeno pluošto sklidimas per bet kurią terpę kartu su intensyvumo sumažėjimu keičiasi spektrinės sudėties ir spinduliuotės kokybės pasikeitimu: ilgųjų bangų spektro dalis yra sugeriama daugiau nei trumpųjų bangų dalis, spinduliuotė tampa homogeniškesnė. Ilgosios bangos spektro dalies filtravimas leidžia giliai žmogaus kūne esančių pažeidimų rentgeno terapijos metu pagerinti santykį tarp giluminių ir paviršinių dozių (žr. Rentgeno spindulių filtrus). Nevienodo rentgeno spindulių pluošto kokybei apibūdinti vartojama sąvoka „pusės slopinimo sluoksnis (L)“ - medžiagos sluoksnis, kuris per pusę susilpnina spinduliuotę. Šio sluoksnio storis priklauso nuo vamzdžio įtampos, filtro storio ir medžiagos. Pusinio slopinimo sluoksniams matuoti naudojamas celofanas (iki 12 keV energijos), aliuminis (20-100 keV), varis (60-300 keV), švinas ir varis (>300 keV). Rentgeno spinduliams, generuojamiems esant 80–120 kV įtampai, 1 mm vario filtravimo pajėgumu prilygsta 26 mm aliuminio, 1 mm švino – 50,9 mm aliuminio.
Rentgeno spinduliuotės absorbcija ir sklaida yra dėl jos korpuskulinių savybių; Rentgeno spinduliuotė sąveikauja su atomais kaip kūnelių (dalelių) – fotonų, kurių kiekvienas turi tam tikrą energiją (atvirkščiai proporcingą rentgeno spinduliuotės bangos ilgiui), srautas. Rentgeno fotonų energijos diapazonas yra 0,05-500 keV.
Rentgeno spinduliuotės sugertis atsiranda dėl fotoelektrinio efekto: fotono sugertį elektronų apvalkalu lydi elektrono išmetimas. Atomas sužadinamas ir, grįžęs į pradinę būseną, skleidžia būdingą spinduliuotę. Išspinduliuotas fotoelektronas nuneša visą fotono energiją (atėmus elektrono surišimo energiją atome).
Rentgeno spindulių sklaidą sukelia sklaidos terpėje esantys elektronai. Skiriamas klasikinis sklaida (spinduliavimo bangos ilgis nesikeičia, bet sklidimo kryptis keičiasi) ir sklaida keičiantis bangos ilgiui – Compton efektas (išsklaidytos spinduliuotės bangos ilgis didesnis nei krintančios spinduliuotės). ). Pastaruoju atveju fotonas elgiasi kaip judantis rutulys, o fotonų sklaida, pagal vaizdinę Comtono išraišką, vyksta kaip žaidžiant biliardą su fotonais ir elektronais: susidūręs su elektronu fotonas perduoda jam dalį savo energijos ir yra išsklaidytas, turėdamas mažiau energijos (atitinkamai didėja išsklaidytos spinduliuotės bangos ilgis), elektronas išskrenda iš atomo su atatrankos energija (šie elektronai vadinami Komptono elektronais, arba atatrankos elektronais). Rentgeno spindulių energijos absorbcija vyksta formuojantis antriniams elektronams (Komptonui ir fotoelektronams) ir perduodant jiems energiją. Rentgeno spinduliuotės energija, perkelta į medžiagos masės vienetą, lemia sugertą rentgeno spinduliuotės dozę. Šios dozės vienetas 1 rad atitinka 100 erg/g. Dėl sugertos energijos absorbuojančioje medžiagoje vyksta daug antrinių procesų, kurie yra svarbūs rentgeno dozimetrijai, nes būtent jais remiasi rentgeno spinduliuotės matavimo metodai. (žr. Dozimetrija).
Visos dujos ir daugelis skysčių, puslaidininkiai ir dielektrikai padidina elektros laidumą, kai yra veikiami rentgeno spinduliuotės. Laidumą nustato geriausios izoliacinės medžiagos: parafinas, žėrutis, guma, gintaras. Laidumo pokytį sukelia terpės jonizacija, t.y., neutralių molekulių atskyrimas į teigiamus ir neigiamus jonus (jonizaciją gamina antriniai elektronai). Jonizacija ore naudojama rentgeno apšvitos dozei (dozei ore) nustatyti, kuri matuojama rentgenais (žr. Jonizuojančiosios spinduliuotės dozės). Vartojant 1 r dozę, ore sugertoji dozė yra 0,88 rad.
Rentgeno spinduliuotės įtakoje dėl medžiagos molekulių sužadinimo (ir jonų rekombinacijos metu) daugeliu atvejų sužadinamas matomas medžiagos švytėjimas. Esant dideliam rentgeno spinduliuotės intensyvumui, matomas švytėjimas ore, popieriuje, parafine ir kt. (išskyrus metalus). Didžiausią matomos liuminescencijos išeigą užtikrina kristaliniai fosforai, tokie kaip Zn·CdS·Ag-fosforas ir kiti, naudojami fluoroskopijos ekranams.
Rentgeno spinduliuotės įtakoje medžiagoje taip pat gali vykti įvairūs cheminiai procesai: sidabro halogenido junginių irimas (rentgeno fotografijoje naudojamas fotografinis efektas), vandens ir vandenilio peroksido tirpalų irimas, savybių pokyčiai. celiulioido (drumstumas ir kamparo išsiskyrimas), parafino (drumstumas ir balinimas).
Dėl visiškos transformacijos visa energija, kurią sugeria chemiškai inertiška medžiaga, rentgeno spinduliuotė, paverčiama šiluma. Norint išmatuoti labai mažus šilumos kiekius, reikalingi labai jautrūs metodai, tačiau tai yra pagrindinis absoliučių rentgeno spinduliuotės matavimų metodas.
Antrinis biologinis poveikis, atsirandantis dėl rentgeno spinduliuotės poveikio, yra medicininės rentgeno terapijos pagrindas (žr.). Rentgeno spinduliuotę, kurios kvantai yra 6-16 keV (efektyvieji bangos ilgiai nuo 2 iki 5 Å), beveik visiškai sugeria žmogaus kūno odos audinys; tai vadinami ribiniais arba kartais Bukos spinduliais (žr. Bucca spinduliai). Giliajai rentgeno terapijai naudojama kietoji filtruota spinduliuotė, kurios efektyvūs energijos kvantai yra nuo 100 iki 300 keV.
Į rentgeno spinduliuotės biologinį poveikį reikia atsižvelgti ne tik atliekant rentgeno terapiją, bet ir atliekant rentgeno diagnostiką, taip pat visais kitais kontakto su rentgeno spinduliais atvejais, kai reikia naudoti radiacinę apsaugą. (žr.).
Šiandien tęsiame savo istoriją apie Nobelio premijos laureatus. Antrasis mūsų rubrikos „Kaip gauti Nobelio premiją“ numeris yra skirtas pirmajam fizikos srities laureatui, žmogui, pasivadinusiam ne tik spinduliuotės dozės vienetu, bet ir visam spektrui elektromagnetinių. radiacija. Taigi, susipažinkite su tikru X-manu Vilhelmu Konradu Rentgenu.
Gimė 1845 03 27 Lennep mieste, Prūsijos karalystėje, mirė 1923 02 10 Miunchene.
1901 m. Nobelio fizikos premijos laureatas. Nobelio komiteto formuluotė: „Pripažindamas išskirtines paslaugas, kurias jis suteikė mokslui atradęs nuostabius spindulius, vėliau pavadintus jo garbei“. (Atsižvelgiant į nepaprastas paslaugas, kurias jis padarė atradęs nuostabius spindulius, vėliau pavadintus jo vardu).
Rentgeno mokytoju galima vadinti puikų eksperimentatorių Augustą Kundtą, kuris dirbo fizikos profesoriumi garsiojoje ETH Ciuricho (Šveicarijos aukštoji Ciuricho technikos mokykla). Būtent ten Vilhelmas įstojo 1865 m., nes norėjo tapti inžinieriumi mechaniku. Tačiau Kundtas (beje, Petro Lebedevo mokytojas ir atradęs šviesos slėgį), matydamas nepaprastus 20-mečio jaunuolio sugebėjimus, primygtinai patarė jam imtis fizikos, o Rentgenas 1869 m. tapo Kundto padėjėju. Tada kartu su mokytoju persikėlė į Viurcburgą, paskui į Strasbūrą. Pamažu ir pats Rentgenas jau išgarsėjo kaip subtilus eksperimentuotojas. Nuo 1874 m. (Rentgenas – 29 m.) pats tapo dėstytoju Strasbūro universitete. Tada ateina Giessen ir vėl Viurcburgas, kur 1894 m. jis tampa universiteto rektoriumi. Atrodytų, 49 metai, svarbios, garbingos ir pelningos pareigos, ko daugiau reikia? Tačiau Rentgenas ėmėsi tyrinėti srityje, kurioje, atrodė, jau viskas buvo padaryta: elektros iškrova vakuuminiame vamzdyje. Pavyzdžiui, Crookes vamzdyje.
William Crookes su spindulių vamzdžiu
Wikimedia Commons
Tai stiklinis indas su dviem elektrodais priešinguose galuose, iš kurių išpumpuotas beveik visas oras. Šio prietaiso kūrėjas Williamas Crookesas išsiaiškino, kad pakankamai retėjant orui, stiklas vamzdžio gale priešais katodą pradeda fluorescuoti geltonai žalia šviesa, matyt, veikiamas kažkokios spinduliuotės, kuri. buvo vadinami katodiniais spinduliais.
Žinoma, reikia pasakyti keletą žodžių apie patį Williamą Crookesą. Garsus mokslininkas, atradęs talį ir gavęs helio laboratorijoje, buvo aistringas spiritistas. 1874 m., būdamas 42 metų, būdamas pačiais mokslo jėgomis, jis paskelbė straipsnį, kuriame teigė, kad spiritizmas yra mokslinis ir kad dvasios reiškiniai iš tikrųjų vyksta. Skandalas buvo toks, kad Crookesas daugelį metų turėjo „nusileisti“ - laukti, kol jo mokslinis autoritetas taps nepajudinamas, taip pat jo pareigos Karališkojoje mokslo draugijoje, laukti riterio titulo (1897 m.) ir 1898 m. tų metų dvasią, skelbdamas, kad yra įsitikinęs dvasingas. Taip Crooksas išliko iki savo mirties 1919 m. Taigi 1913–1915 m. Londono karališkajai draugijai, mūsų nuomone, vadovavo pseudomokslininkas (bet tik tai).
Bet grįžkime prie rentgeno spindulių ir katodinių vamzdžių. 1895 metais atrodė, kad viskas apie šiuos vamzdžius jau buvo žinoma. Ir tik nedaugelis galėjo numanyti, kad praeis tik dveji metai ir Crookes vamzdžio pagalba bus padaryti du svarbūs atradimai, atnešantys dvi Nobelio fizikos premijas. Apie antrąjį pakalbėsime vėliau, kai pradėsime kalbėti apie 1906 m. laureatą, elektrono atradėją „JJ“ Thomsoną.
Ir mes tęsime pasakojimą apie rentgeną. Lapkričio 8 d., penktadienio vakarą, Rentgenas tradiciškai vėlavo laboratorijoje. Padėjėjai parėjo namo, buvo gana tamsu. Laboratorijoje buvo katodinis vamzdelis, uždengtas juodu kartonu. Jis įjungė jame srovę ir pamatė, kad šalia gulintis popierius, padengtas sudėtingo bario ir platinos junginio kristalu, švyti žaliai. Tad jau šeštą dešimtmetį įkopęs mokslininkas padarė vieną didžiausių atradimų fizikos istorijoje – rentgeno arba rentgeno spindulius. Rentgenas praleido dvi savaites nuodugniai viską tikrindamas (jis buvo labai skrupulingas).
1895 m. gruodžio 28 d. pirmasis Rentgeno straipsnis „Apie naują spindulių tipą“ buvo paskelbtas Annalen der Physik. Visa esmė buvo jau pirmoje pastraipoje: „Jei didelės Ruhmkorff ritės išleidimas per Hittorf, Crookes, Lenard vamzdį ar bet kurį kitą prietaisą, pastebimas toks reiškinys. Popieriaus gabalas, padengtas bario platinos sieros dioksidu ( Ba∙4H2O), priartėjus prie vamzdelio, uždengtas pakankamai tvirtai prie jo priglundančiu plono juodo kartono dangteliu, su kiekvienu išlydžiu mirksi ryškia šviesa: pradeda fluorescuoti. Fluorescencija matoma esant pakankamai tamsai ir nepriklauso nuo to, ar popierius pateikiamas su šonine danga, ar nepadengta bario platinos oksidu. Fluorescencija pastebima net dviejų metrų atstumu nuo vamzdžio. Nesunku patikrinti, ar fluorescencijos priežastys kyla būtent iš išleidimo vamzdžio, o ne iš kažkurios laidų vietos.
Labai pastebimas Rentgeno kruopštumas jo eksperimentuose. Pirmuosiuose to paties straipsnio puslapiuose išvardyti objektai ir medžiagos, kurių pralaidumą Rentgenas išbandė: popierius, 1000 puslapių knyga, dvigubas kortų kaladės, staniolio lapas, įvairaus storio eglės lentos, aliuminio plokštė, ebonito diskai, stiklas su švinu ir stiklas be švino, vanduo, anglies disulfidas ir kiti skysčiai žėručio induose, savo ranka... „Jei laikysite ranką tarp išleidimo vamzdžio ir ekrano, matote tamsius kaulų šešėlius. neryškūs pačios rankos kontūrai“. Labai greitai buvo padaryta garsioji rankos rentgeno nuotrauka.
Kairėje yra Rentgeno žmonos ranka, dešinėje - Kölliker.
Wikimedia Commons
Šioje kairės rankos nuotraukoje aiškiai matomas vestuvinis žiedas – tai Rentgeno žmonos Annos Berthos Ludwig Roentgen rankos nuotrauka. Tačiau labai dažnai jie publikuoja kitą nuotrauką tuo pačiu pavadinimu, taip pat su žiedu ant piršto. Tačiau ši nuotrauka yra vokiečių anatomo ir histologo Alberto von Köllikerio, Rentgeno draugo, rankos portretas (atsiprašau už kalambūrą). Ši nuotrauka daryta 1896 metų sausio 23 dieną.
Taigi buvo rastas pirmasis naujo atradimo pritaikymas medicinoje. Jau 1896 metais birmingietis Johnas Francisas Hallas-Edwardsas medicinoje panaudojo rentgeno spindulius: pirmiausia sausio 11-ąją jis padarė rankos rentgeno nuotrauką, į kurią buvo įsmeigta sterili adata. Ir jau tų pačių metų vasario 14 dieną atliko pirmąją operaciją, kurios metu jam, kaip chirurgui, vadovavo rentgenas. Kiek vėliau (1899 m.) tapo pirmuoju oficialiu radiologu pasaulio medicinoje. Jam taip pat tenka garbė naudoti rentgeno spindulius karo medicinoje: 1900 m. Pietų Afrikoje Holo-Edwardso padalinys naudojo rentgeno spindulius karo lauko ligoninėje per būrų karą. Apie Pirmajame pasauliniame kare rentgeno aparatų dėka išgelbėtų sužeistųjų skaičių kalbėti nereikia, nes jis siekia šimtus tūkstančių. Labai svarbu: Rentgenas atsisakė patentuoti pačius spindulius ir rentgeno vaizdų gavimo būdą, manydamas, kad tai turėtų priklausyti žmonijai.
Natūralu, kad Rentgeną užgriuvusi šlovė buvo kurtina (jis nekentė savo šlovės). Ir, žinoma, pirmasis fizikos Nobelis atiteko jam.
Nebuvo labai daug nominacijų pačiai pirmajai Nobelio premijai: 11 žmonių buvo nominuoti 29 kartus. O absoliuti dauguma atiteko Rentgenui – 16 nominacijų! Beveik vienintelis tokio pranašumo atvejis. Tarp kitų kandidatų galime pažymėti tuos, kurie gavo Nobelio fizikos premiją: Johannesas van der Waalsas, Peteris Zeemanas, Gugliermo Marconi, Philippas von Lenardas ir Henri Becquerel, būsimas Nobelio chemijos premijos laureatas Svante Arrhenius (šis unikalus asmuo buvo nominuotas abiejose chemijos srityse). ir fizika, ir medicina), taip pat Williamas Thomsonas, kuris negavo premijos, mums geriau žinomas kaip lordas Kelvinas.
Įdomus ir kitas dalykas: kaip ir Arrhenius, Rentgenas jau 1906 metais galėjo tapti pirmuoju dukart Nobelio premijos laureatu istorijoje: nuo 1906 metų jis visiškai pelnytai penkis kartus buvo nominuotas Nobelio fiziologijos ar medicinos premijai. Kitas įdomus faktas iš Rentgeno „Nobelio“ istorijos: jis pats šešis kartus nominavo kolegas premijai gauti. 1901 ir 1903 m. - jau minėtas Williamas Tomsonas, 1905 m. - kitas Thomsonas, "JJ" (sakoma tik po to, kai jis asmeniškai patikrino elektrono egzistavimą, iki tol laboratorijoje draudė tarti šį žodį). Ir, stebėtinai, nepaisant to, kad pats Rentgenas atsiribojo nuo „naujosios fizikos“, 1917 m. jis nominavo Maxą Plancką Nobelio apdovanojimui, o 1922 m. – Nielsą Bohrą. Rentgenas nevyko atsiimti apdovanojimo.
Pats atradėjas tęsė mokslus. Kaip rašė su juo dirbęs Abramas Ioffe'as, pirmaisiais metais po Rentgeno atradimo apie rentgeno spindulius buvo paskelbta daugiau nei 1000 straipsnių ir daugiau nei šimtas mokslinių straipsnių. „Tačiau 12 metų nė vienas darbas nepridėjo prie to, ką galėjo padaryti Rentgenas.
Ir net negalime kalbėti apie galimybes, kurias mokslui atvėrė rentgeno spinduliai. Štai tik keli pavyzdžiai.
Praėjus mažiau nei 20 metų po spindulių atradimo, tėvas ir sūnus Williamas Henry ir Williamas Lawrence'as Braggas suprato, kad naudojant rentgeno spindulius, o tiksliau, rentgeno spindulių difrakciją ant materijos kristalo, galima nustatyti. kristalinės gardelės struktūra. Taip atsirado rentgeno spindulių difrakcinė analizė, o „šeimos sutartis“ 1915 m. gavo Nobelio fizikos premiją (Braggas jaunesnysis tapo jauniausiu visų laikų gamtos mokslų premijos laureatu: apdovanojimas jam atiteko sulaukęs m. 25!). Tačiau nedaugelis žino, kad Rentgenas pats bandė nustatyti kristalų struktūrą naudodamas rentgeno spindulius.
Vėliau paaiškėjo, kad tokiu būdu galima nustatyti baltymų struktūrą, svarbiausia iš jų išauginti kristalus. Šis procesas yra tikras menas, pirmą kartą jį atliko britų chemikė Dorothy Crowfoot-Hodgkin, kuri 1964 metais už savo darbą buvo apdovanota Nobelio chemijos premija (iš viso moterys keturis kartus gavo aukščiausią mokslinį apdovanojimą šioje kategorijoje) . Beje, tą pačią rentgeno analizę panaudojo ir ketvirtoji moteris – Ada Yonath, 2009 metais gavusi premiją už ribosomos struktūros tyrimą.
Wilhelmas Conradas Rentgenas priklausė „senosios mokyklos“ mokslininkams, kur nepaprasti mokslo laimėjimai dažnai buvo derinami su asmeniniu kuklumu ir išskirtinėmis asmeninėmis savybėmis. 1917 metais Vokietija jau pralaimėjo karą. Produktai buvo dalinami naudojant maisto korteles. Daugelis draugų ir mokslininkų siuntė Rentgenui siuntinius su sviestu ir cukrumi, tačiau Rentgenas visus savo siuntinius atidavė išdalinti miestiečiams. Su dideliais sunkumais valdžia privertė 24 kilogramus numetusį Rentgeną pereiti prie pagerinto raciono. Pirmuoju valstybės kvietimu mokslininkas atsisakė viso savo kapitalo, patalpinto į Nyderlandų vertybinius popierius.
1919 metais mirė jo mylima žmona. 1920 metais Rentgenas atsistatydino iš visų postų ir liko beveik be lėšų. Norėdamas prieš mirtį su žmona aplankyti pamėgtas vietas Šveicarijoje, Rentgenas ištisus metus atsisakė kavos ir kitų nesaikingumo. Nepaisant to, jis sugebėjo padaryti viską savo gyvenime.
Rentgeno spinduliai
nematoma spinduliuotė, galinti, nors ir skirtingu laipsniu, prasiskverbti į visas medžiagas. Tai elektromagnetinė spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra apie 10-8 cm. Rentgeno spinduliuotė, kaip ir matoma šviesa, sukelia fotografijos juostos juodėjimą. Ši savybė svarbi medicinai, pramonei ir moksliniams tyrimams. Praeidamas per tiriamą objektą ir tada nukritęs ant fotografinės juostos, rentgeno spinduliuotė vaizduoja jo vidinę struktūrą. Kadangi rentgeno spinduliuotės prasiskverbimo galia skirtingoms medžiagoms skiriasi, objekto dalys, kurios jai yra mažiau skaidrios, nuotraukoje sukuria šviesesnes sritis nei tos, per kurias spinduliuotė prasiskverbia gerai. Taigi, kaulinis audinys yra mažiau skaidrus rentgeno spinduliams nei audinys, sudarantis odą ir vidaus organus. Todėl rentgeno nuotraukoje kaulai atrodys kaip šviesesnės vietos, o lūžio vieta, kuri yra skaidresnė spinduliuotei, gali būti aptikta gana lengvai. Rentgeno spinduliai taip pat naudojami odontologijoje ėduonies ir abscesų aptikimui dantų šaknyse, o pramonėje – liejinių, plastiko ir gumos įtrūkimams aptikti. Rentgeno spinduliai naudojami chemijoje junginiams analizuoti, o fizikoje – kristalų struktūrai tirti. Rentgeno spindulys, einantis per cheminį junginį, sukuria būdingą antrinę spinduliuotę, kurios spektroskopinė analizė leidžia chemikui nustatyti junginio sudėtį. Krintant ant kristalinės medžiagos, rentgeno spindulių pluoštas išsklaido kristalo atomus, todėl fotografinėje plokštelėje susidaro aiškus, taisyklingas dėmių ir juostelių vaizdas, leidžiantis nustatyti vidinę kristalo struktūrą. Rentgeno spindulių naudojimas vėžio gydymui grindžiamas tuo, kad jie naikina vėžines ląsteles. Tačiau jis taip pat gali turėti nepageidaujamą poveikį normalioms ląstelėms. Todėl tokiu būdu naudojant rentgeno spindulius reikia būti labai atsargiems. Rentgeno spinduliuotę atrado vokiečių fizikas W. Rentgenas (1845-1923). Jo vardas įamžintas dar keliais fiziniais terminais, susijusiais su šia spinduliuote: rentgenas yra tarptautinis jonizuojančiosios spinduliuotės dozės vienetas; nuotrauka, padaryta rentgeno aparatu, vadinama rentgenograma; Radiologinės medicinos sritis, kuri naudoja rentgeno spindulius ligoms diagnozuoti ir gydyti, vadinama radiologija. Rentgenas atrado spinduliuotę 1895 m., būdamas Viurcburgo universiteto fizikos profesoriumi. Atlikdamas eksperimentus su katodiniais spinduliais (elektronų srautai išlydžio vamzdeliuose) pastebėjo, kad šalia vakuuminio vamzdžio esantis ekranas, padengtas kristaliniu bario cianoplatinitu, ryškiai šviečia, nors pats vamzdis buvo padengtas juodu kartonu. Rentgenas taip pat nustatė, kad jo atrastų nežinomų spindulių, kuriuos jis pavadino rentgeno spinduliais, prasiskverbimo gebėjimas priklausė nuo sugeriančios medžiagos sudėties. Jis taip pat gavo savo rankos kaulų vaizdą, padėjęs jį tarp išlydžio vamzdžio su katodiniais spinduliais ir ekrano, padengto bario cianoplatinitu. Po Rentgeno atradimo sekė kitų mokslininkų eksperimentai, kurie atrado daug naujų šios spinduliuotės savybių ir pritaikymo būdų. Didelį indėlį įnešė M. Laue, W. Friedrich ir P. Knipping, 1912 m. pademonstravę rentgeno spinduliuotės difrakciją, praeinant pro kristalą; W. Coolidge'as, kuris 1913 metais išrado didelio vakuumo rentgeno vamzdį su šildomu katodu; G. Moseley, 1913 metais nustatęs ryšį tarp spinduliuotės bangos ilgio ir elemento atominio skaičiaus; G. ir L. Braggai, kurie 1915 m. gavo Nobelio premiją už rentgeno struktūrinės analizės pagrindų sukūrimą.
GAVIMAS rentgeno spinduliais
Rentgeno spinduliuotė atsiranda, kai dideliu greičiu judantys elektronai sąveikauja su medžiaga. Kai elektronai susiduria su bet kurios medžiagos atomais, jie greitai praranda kinetinę energiją. Šiuo atveju didžioji jo dalis virsta šiluma, o nedidelė dalis, dažniausiai mažesnė nei 1%, paverčiama rentgeno energija. Ši energija išsiskiria kvantų – dalelių, vadinamų fotonais, pavidalu, kurios turi energiją, bet kurių ramybės masė lygi nuliui. Rentgeno fotonai skiriasi savo energija, kuri yra atvirkščiai proporcinga jų bangos ilgiui. Įprastas rentgeno spindulių gavimo būdas sukuria platų bangos ilgių diapazoną, kuris vadinamas rentgeno spindulių spektru. Spektre yra ryškūs komponentai, kaip parodyta Fig. 1. Platus "kontinuumas" vadinamas ištisiniu spektru arba baltąja spinduliuote. Ant jo esančios aštrios smailės vadinamos būdingomis rentgeno spinduliuotės linijomis. Nors visas spektras yra elektronų susidūrimo su medžiaga rezultatas, jo plačios dalies ir linijų atsiradimo mechanizmai skiriasi. Medžiaga susideda iš daugybės atomų, kurių kiekvienas turi branduolį, apsuptą elektronų apvalkalų, o kiekvienas tam tikro elemento atomo apvalkalo elektronas užima tam tikrą atskirą energijos lygį. Paprastai šie apvalkalai arba energijos lygiai žymimi simboliais K, L, M ir kt., pradedant nuo arčiausiai branduolio esančio apvalkalo. Kai krentantis pakankamai didelės energijos elektronas susiduria su vienu iš elektronų, susijusių su atomu, jis išmuša tą elektroną iš apvalkalo. Tuščią erdvę užima kitas elektronas iš apvalkalo, kuris atitinka didesnę energiją. Pastarasis išskirdamas rentgeno fotoną atiduoda energijos perteklių. Kadangi apvalkalo elektronai turi atskiras energijos vertes, gaunami rentgeno fotonai taip pat turi atskirą spektrą. Tai atitinka aštrius tam tikrų bangų ilgių smailes, kurių konkrečios vertės priklauso nuo tikslinio elemento. Būdingos linijos sudaro K, L ir M serijas, priklausomai nuo to, iš kurio apvalkalo (K, L arba M) elektronas buvo pašalintas. Ryšys tarp rentgeno bangos ilgio ir atominio skaičiaus vadinamas Moseley dėsniu (2 pav.).
Jei elektronas susiduria su gana sunkiu branduoliu, jis sulėtėja, o jo kinetinė energija išsiskiria maždaug tokios pat energijos rentgeno fotono pavidalu. Jei jis praskris pro branduolį, jis praras tik dalį savo energijos, o likusi dalis bus perduota kitiems atomams, kurie atsidurs jo kelyje. Kiekvienas energijos praradimo veiksmas sukelia tam tikros energijos fotono emisiją. Atsiranda ištisinis rentgeno spektras, kurio viršutinė riba atitinka greičiausio elektrono energiją. Tai yra nepertraukiamo spektro susidarymo mechanizmas, o didžiausia energija (arba minimalus bangos ilgis), fiksuojanti ištisinio spektro ribą, yra proporcinga greitėjimo įtampai, kuri lemia krintančių elektronų greitį. Spektro linijos apibūdina bombarduojamo taikinio medžiagą, o ištisinį spektrą lemia elektronų pluošto energija ir jis praktiškai nepriklauso nuo taikinio medžiagos. Rentgeno spinduliuotę galima gauti ne tik bombarduojant elektronais, bet ir apšvitinant taikinį kito šaltinio rentgeno spinduliuote. Tačiau šiuo atveju didžioji dalis krentančio pluošto energijos patenka į būdingą rentgeno spindulių spektrą, o labai maža jos dalis patenka į ištisinį. Akivaizdu, kad krintančios rentgeno spinduliuotės pluošte turi būti fotonų, kurių energijos pakaktų sužadinti būdingoms bombarduojamo elemento linijoms. Didelis energijos procentas būdingam spektrui daro šį rentgeno spinduliuotės sužadinimo metodą patogų moksliniams tyrimams.
Rentgeno vamzdeliai. Norint sukurti rentgeno spindulius elektronams sąveikaujant su medžiaga, reikia turėti elektronų šaltinį, priemones, skirtas jiems pagreitinti iki didelio greičio, ir taikinį, kuris atlaikytų elektronų bombardavimą ir sukurtų reikiamo intensyvumo rentgeno spinduliuotę. Prietaisas, kuriame visa tai yra, vadinamas rentgeno vamzdeliu. Ankstyvieji tyrinėtojai naudojo „giliai evakuotus“ vamzdžius, tokius kaip šiuolaikiniai dujų išleidimo vamzdžiai. Vakuumas juose nebuvo labai didelis. Iškrovimo vamzdeliuose yra nedideli dujų kiekiai, o kai vamzdžio elektrodams taikomas didelis potencialų skirtumas, dujų atomai paverčiami teigiamais ir neigiamais jonais. Teigiami juda link neigiamo elektrodo (katodo) ir, krisdami ant jo, išmuša iš jo elektronus, o jie savo ruožtu juda link teigiamo elektrodo (anodo) ir jį bombarduodami sukuria rentgeno fotonų srautą. . Moderniame Coolidge sukurtame rentgeno vamzdyje (3 pav.) elektronų šaltinis yra iki aukštos temperatūros įkaitintas volframo katodas. Dėl didelio potencialų skirtumo tarp anodo (arba antikatodo) ir katodo elektronai greitinami iki didelio greičio. Kadangi elektronai turi pasiekti anodą nesusidurdami su atomais, būtinas labai didelis vakuumas, dėl kurio vamzdis turi būti gerai ištuštintas. Tai taip pat sumažina likusių dujų atomų jonizacijos tikimybę ir dėl to atsirandančias šonines sroves.
Elektronai sufokusuojami ant anodo specialios formos elektrodu, supančiu katodą. Šis elektrodas vadinamas fokusavimo elektrodu ir kartu su katodu sudaro vamzdžio „elektroninį prožektorius“. Elektronais bombarduojamas anodas turi būti pagamintas iš ugniai atsparios medžiagos, nes didžioji dalis bombarduojančių elektronų kinetinės energijos paverčiama šiluma. Be to, pageidautina, kad anodas būtų pagamintas iš medžiagos, turinčios didelį atominį skaičių, nes Rentgeno spindulių išeiga didėja didėjant atominiam skaičiui. Dažniausiai pasirenkama anodo medžiaga – volframas, kurio atominis skaičius yra 74. Rentgeno vamzdžių konstrukcija gali skirtis priklausomai nuo taikymo sąlygų ir reikalavimų.
Rentgeno spindulių aptikimas
Visi rentgeno spindulių aptikimo metodai yra pagrįsti jų sąveika su medžiaga. Detektoriai gali būti dviejų tipų: tie, kurie suteikia vaizdą, ir tie, kurie neteikia. Pirmieji apima rentgeno fluorografijos ir fluoroskopijos aparatus, kuriuose per tiriamą objektą praeina rentgeno spinduliuotės spindulys, o perduodama spinduliuotė patenka į liuminescencinį ekraną arba fotojuostas. Vaizdas atsiranda dėl to, kad skirtingos tiriamo objekto dalys skirtingai sugeria spinduliuotę - priklausomai nuo medžiagos storio ir jos sudėties. Detektoriuose su fluorescenciniu ekranu rentgeno energija paverčiama tiesiogiai stebimu vaizdu, o rentgenografijoje ji registruojama jautrioje emulsijoje ir gali būti stebima tik išryškinus plėvelę. Antrojo tipo detektoriai apima daugybę prietaisų, kuriuose rentgeno spinduliuotės energija paverčiama elektriniais signalais, apibūdinančiais santykinį spinduliuotės intensyvumą. Tai jonizacijos kameros, Geigerio skaitikliai, proporciniai skaitikliai, scintiliacijos skaitikliai ir kai kurie specialūs kadmio sulfido ir selenido detektoriai. Šiuo metu efektyviausiais detektoriais galima laikyti scintiliacijos skaitiklius, kurie puikiai veikia plačiame energijos diapazone.
Taip pat žr DALELIŲ DETEKTORIAI. Detektorius parenkamas atsižvelgiant į užduoties sąlygas. Pavyzdžiui, jei reikia tiksliai išmatuoti difraktuojančios rentgeno spinduliuotės intensyvumą, tada naudojami skaitikliai, leidžiantys atlikti matavimus procentų dalies tikslumu. Jei reikia registruoti daug išsklaidytų spindulių, patartina naudoti rentgeno plėvelę, nors tokiu atveju intensyvumo vienodai tiksliai nustatyti neįmanoma.
Rentgeno IR GAMA DEFEKTOKOPIJOS
Vienas iš dažniausiai naudojamų rentgeno spindulių pramonėje yra medžiagų kokybės kontrolė ir trūkumų nustatymas. Rentgeno metodas yra neardomasis, todėl, jei nustatoma, kad bandoma medžiaga atitinka būtinus reikalavimus, ją galima naudoti pagal paskirtį. Rentgeno spindulių ir gama defektų aptikimas grindžiamas rentgeno spinduliuotės gebėjimu prasiskverbti ir jos absorbcijos medžiagose ypatybėmis. Prasiskverbimo galią lemia rentgeno fotonų energija, kuri priklauso nuo greitinančios įtampos rentgeno vamzdyje. Todėl tiriant storus mėginius ir iš sunkiųjų metalų, pavyzdžiui, aukso ir urano, pagamintus mėginius, jiems tirti reikia didesnės įtampos rentgeno spindulių šaltinio, o ploniems mėginiams pakanka žemesnės įtampos šaltinio. Labai didelių liejinių ir didelių valcuotų gaminių gama defektų aptikimui naudojami betatronai ir linijiniai greitintuvai, pagreitinantys daleles iki 25 MeV ar didesnės energijos. Rentgeno spinduliuotės sugertis medžiagoje priklauso nuo absorberio storio d ir sugerties koeficiento m ir nustatoma pagal formulę I = I0e-md, kur I yra spinduliuotės, praeinančios per absorberį, intensyvumas, I0 yra krintančios spinduliuotės intensyvumas, o e = 2,718 yra natūraliųjų logaritmų pagrindas. Tam tikrai medžiagai esant tam tikram rentgeno spinduliuotės bangos ilgiui (arba energijai), absorbcijos koeficientas yra pastovus. Tačiau rentgeno spinduliuotės šaltinio spinduliuotė nėra monochromatinė, o turi platų bangos ilgių diapazoną, todėl sugertis esant tokiam pačiam absorberio storiui priklauso nuo spinduliuotės bangos ilgio (dažnio). Rentgeno spinduliuotė plačiai naudojama visose su metalo formavimu susijusiose pramonės šakose. Jis taip pat naudojamas artilerijos statinėms, maisto produktams, plastikams tikrinti, sudėtingiems elektroninių technologijų prietaisams ir sistemoms išbandyti. (Panašiems tikslams naudojama neutronografija, kurioje vietoj rentgeno spindulių naudojami neutronų pluoštai.) Rentgeno spinduliai taip pat naudojami atliekant kitas užduotis, pavyzdžiui, tiriant paveikslus, siekiant nustatyti jų autentiškumą arba aptikti papildomus dažų sluoksnius ant paviršiaus. pagrindo sluoksnis.
Rentgeno spindulių DIFRAKCIJA
Rentgeno spindulių difrakcija suteikia svarbios informacijos apie kietąsias medžiagas – jų atominę struktūrą ir kristalų formą, taip pat apie skysčius, amorfines kietąsias medžiagas ir dideles molekules. Difrakcijos metodas taip pat naudojamas tiksliai (su paklaida, mažesne nei 10-5) nustatyti tarpatominius atstumus, nustatyti įtempius ir defektus, nustatyti pavienių kristalų orientaciją. Naudodami difrakcijos modelį galite nustatyti nežinomas medžiagas, taip pat aptikti priemaišų buvimą mėginyje ir jas identifikuoti. Vargu ar galima pervertinti rentgeno spindulių difrakcijos metodo svarbą šiuolaikinės fizikos pažangai, nes šiuolaikinis medžiagos savybių supratimas galiausiai grindžiamas duomenimis apie atomų išsidėstymą įvairiuose cheminiuose junginiuose, ryšių tarp jų pobūdį. ir struktūriniai defektai. Pagrindinis šios informacijos gavimo įrankis yra rentgeno spindulių difrakcijos metodas. Rentgeno spindulių difrakcijos kristalografija yra labai svarbi nustatant sudėtingų didelių molekulių, tokių kaip dezoksiribonukleino rūgšties (DNR) molekulės, gyvų organizmų genetinė medžiaga, struktūras. Iškart po rentgeno spindulių atradimo mokslinis ir medicininis susidomėjimas buvo sutelktas tiek į šios spinduliuotės gebėjimą prasiskverbti į kūną, tiek į jos prigimtį. Rentgeno spinduliuotės difrakcijos plyšiais ir difrakcinėmis gardelėmis eksperimentai parodė, kad ji priklauso elektromagnetinei spinduliuotei ir jos bangos ilgis yra 10-8-10-9 cm. Dar anksčiau tai spėjo mokslininkai, ypač W. Barlow taisyklingą ir simetrišką natūralių kristalų formą lemia tvarkingas kristalą sudarančių atomų išsidėstymas. Kai kuriais atvejais Barlow sugebėjo teisingai numatyti kristalų struktūrą. Numatytų tarpatominių atstumų reikšmė buvo 10–8 cm Tai, kad tarpatominiai atstumai buvo lygūs rentgeno bangos ilgiui, iš esmės leido stebėti jų difrakciją. Rezultatas buvo vieno iš svarbiausių eksperimentų fizikos istorijoje projektas. M. Laue surengė eksperimentinį šios idėjos išbandymą, kurį atliko jo kolegos W. Friedrichas ir P. Knippingas. 1912 m. jie trys paskelbė savo darbą apie rentgeno spindulių difrakcijos rezultatus. Rentgeno spindulių difrakcijos principai. Norėdami suprasti rentgeno spindulių difrakcijos reiškinį, turime eilės tvarka apsvarstyti: pirma, rentgeno spinduliuotės spektrą, antra, kristalų struktūros prigimtį ir, trečia, patį difrakcijos reiškinį. Kaip minėta pirmiau, būdinga rentgeno spinduliuotė susideda iš spektrinių linijų, turinčių aukštą monochromatiškumo laipsnį, nulemtą anodo medžiagos. Naudodami filtrus galite paryškinti intensyviausius. Todėl tinkamai parinkus anodo medžiagą, galima gauti beveik monochromatinės spinduliuotės šaltinį su labai tiksliai apibrėžtu bangos ilgiu. Būdingi spinduliuotės bangos ilgiai paprastai svyruoja nuo 2,285 chromo iki 0,558 sidabro (įvairių elementų vertės yra žinomos šešiais reikšmingais skaitmenimis). Būdingas spektras yra uždėtas ant nuolatinio „baltojo“ daug mažesnio intensyvumo spektro dėl krintančių elektronų anode lėtėjimo. Taigi iš kiekvieno anodo galima gauti dviejų tipų spinduliuotę: būdingą ir bremsstrahlung, kurių kiekvienas atlieka svarbų vaidmenį savaip. Atomai kristalinėje struktūroje yra išsidėstę reguliariu periodiškumu, sudarydami identiškų ląstelių seką – erdvinę gardelę. Kai kurios gardelės (pavyzdžiui, dažniausiai naudojamų metalų) yra gana paprastos, o kitos (pvz., baltymų molekulių) yra gana sudėtingos. Kristalų struktūrai būdinga tai: jei pereinama iš tam tikro vienos ląstelės taško į atitinkamą kaimyninės ląstelės tašką, tada atsiskleidžia lygiai tokia pati atominė aplinka. Ir jei tam tikras atomas yra viename ar kitame vienos ląstelės taške, tai tas pats atomas bus lygiaverčiame bet kurios kaimyninės ląstelės taške. Šis principas griežtai galioja tobulam, idealiai sutvarkytam kristalui. Tačiau daugelis kristalų (pavyzdžiui, metaliniai kietieji tirpalai) yra vienaip ar kitaip netvarkingi, t.y. kristalografiškai lygiavertes vietas gali užimti skirtingi atomai. Tokiais atvejais nustatoma ne kiekvieno atomo padėtis, o tik atomo padėtis, „statistiškai suvidurkinta“ daugelyje dalelių (arba ląstelių). Difrakcijos reiškinys aptariamas straipsnyje OPTIKA ir prieš tęsdamas toliau, skaitytojas gali pasiskaityti šį straipsnį. Tai rodo, kad jei bangos (pavyzdžiui, garsas, šviesa, rentgeno spinduliai) praeina per mažą plyšį ar skylę, pastaroji gali būti laikoma antriniu bangų šaltiniu, o plyšio ar skylės vaizdas susideda iš kintamos šviesos. ir tamsiomis juostelėmis. Be to, jei yra periodinė skylių ar plyšių struktūra, tada dėl stiprėjančių ir silpnėjančių spindulių, sklindančių iš skirtingų skylių, trukdžių, atsiranda aiškus difrakcijos modelis. Rentgeno spindulių difrakcija yra kolektyvinis sklaidos reiškinys, kai skylių ir sklaidos centrų vaidmenį atlieka periodiškai išsidėstę kristalinės struktūros atomai. Abipusis jų vaizdų stiprinimas tam tikrais kampais sukuria difrakcijos modelį, panašų į tą, kuris susidarytų, kai šviesa difrakcija būtų ant trimatės difrakcijos gardelės. Sklaida atsiranda dėl krintančių rentgeno spindulių sąveikos su kristale esančiais elektronais. Dėl to, kad rentgeno spindulių bangos ilgis yra tokio paties dydžio kaip ir atomo dydis, išsklaidytų rentgeno spindulių bangos ilgis yra toks pat kaip ir krintančių rentgeno spindulių. Šis procesas yra priverstinių elektronų svyravimų, veikiamų krintančių rentgeno spindulių, rezultatas. Dabar apsvarstykite atomą su susietų elektronų debesiu (supančiu branduolį), kurį veikia rentgeno spinduliai. Elektronai visomis kryptimis vienu metu išsklaido krintantį spinduliuotę ir skleidžia savo rentgeno spinduliuotę to paties bangos ilgio, nors ir skirtingo intensyvumo. Išsklaidytos spinduliuotės intensyvumas yra susijęs su elemento atominiu skaičiumi, nes atominis skaičius yra lygus orbitinių elektronų, galinčių dalyvauti sklaidoje, skaičiui. (Ši intensyvumo priklausomybė nuo sklaidos elemento atominio skaičiaus ir krypties, kuria matuojamas intensyvumas, pasižymi atominės sklaidos koeficientu, kuris atlieka itin svarbų vaidmenį analizuojant kristalų struktūrą.) Leiskite mums. kristalinėje struktūroje pasirinkite linijinę atomų grandinę, esančią tuo pačiu atstumu vienas nuo kito, ir atsižvelkite į jų difrakcijos modelį. Jau buvo pažymėta, kad rentgeno spindulių spektrą sudaro ištisinė dalis („kontinuumas“) ir intensyvesnių linijų rinkinys, būdingas elementui, kuris yra anodo medžiaga. Tarkime, kad išfiltravome ištisinį spektrą ir gavome beveik monochromatinį rentgeno spindulį, nukreiptą į mūsų linijinę atomų grandinę. Stiprinimo (stiprinančių trukdžių) sąlyga tenkinama, jei kaimyninių atomų išsklaidytų bangų takų skirtumas yra bangos ilgio kartotinis. Jei spindulys krinta kampu a0 į atomų liniją, atskirtą intervalais a (periodas), tai difrakcijos kampui a amplifikaciją atitinkantis kelio skirtumas bus parašytas kaip a(cos a - cosa0) = hl, kur l yra bangos ilgis ir h sveikasis skaičius (4 ir 5 pav.).
Norint išplėsti šį požiūrį į trimatį kristalą, reikia tik pasirinkti atomų eilutes dviem kitomis kristalo kryptimis ir išspręsti tris lygtis, gautas kartu trims kristalų ašims su periodais a, b ir c. Kitos dvi lygtys turi formą
Tai yra trys pagrindinės Laue lygtys rentgeno spindulių difrakcijai, o skaičiai h, k ir c yra difrakcijos plokštumos Millerio indeksai.
Taip pat žr KRISTALAI IR KRISTALOGRAFIJA. Atsižvelgdami į bet kurią iš Laue lygčių, pavyzdžiui, pirmąją, galite pastebėti, kad kadangi a, a0, l yra konstantos, o h = 0, 1, 2, ..., jos sprendimas gali būti pavaizduotas kaip kūgių rinkinys su a. bendroji ašis a (5 pav.). Tas pats pasakytina apie b ir c kryptis. Bendruoju trimatės sklaidos (difrakcijos) atveju trys Laue lygtys turi turėti bendrą sprendinį, t.y. trys difrakcijos kūgiai, esantys kiekvienoje iš ašių, turi susikirsti; bendroji susikirtimo linija parodyta fig. 6. Bendras lygčių sprendimas veda į Bragg-Wolfe dėsnį:
l = 2(d/n)sinq, kur d yra atstumas tarp plokštumų su indeksais h, k ir c (periodas), n = 1, 2, ... yra sveikieji skaičiai (difrakcijos tvarka), o q yra kampas su kristaline plokštuma, kurioje vyksta difrakcija, sudarė krintantį spindulį (taip pat ir difrakcinį). Analizuodami Bragg-Wolfe dėsnio lygtį monochromatinio rentgeno pluošto kelyje esančiam monokristalui, galime daryti išvadą, kad difrakciją stebėti nėra lengva, nes dydžiai l ir q yra pastovūs, o sinq DIFRAKCINĖS ANALIZĖS METODAI
Laue metodas. Taikant Laue metodą, naudojamas nenutrūkstamas „baltas“ rentgeno spinduliuotės spektras, nukreiptas į nejudantį monokristalą. Konkrečiai d periodo vertei bangos ilgis, atitinkantis Bragg-Wulf sąlygą, automatiškai parenkamas iš viso spektro. Tokiu būdu gautos Lauegramos leidžia spręsti apie difrakuotų pluoštų kryptis, taigi ir apie kristalo plokštumų orientacijas, o tai taip pat leidžia daryti svarbias išvadas dėl kristalo simetrijos, orientacijos ir buvimo. jo defektų. Tačiau tokiu atveju prarandama informacija apie erdvinį laikotarpį d. Fig. 7 parodytas Lauegram pavyzdys. Rentgeno juosta buvo toje kristalo pusėje, priešingoje toje pusėje, ant kurios nukrito rentgeno spindulys iš šaltinio.
Debye-Scherrer metodas (polikristaliniams pavyzdžiams). Skirtingai nuo ankstesnio metodo, čia naudojama monochromatinė spinduliuotė (l = const), o kampas q keičiamas. Tai pasiekiama naudojant polikristalinį mėginį, susidedantį iš daugybės mažų atsitiktinės orientacijos kristalitų, tarp kurių yra keletas, kurie atitinka Bragg-Wulf sąlygą. Difrakuoti pluoštai sudaro kūgius, kurių ašis nukreipta išilgai rentgeno spindulių. Vaizdams gauti dažniausiai naudojama siaura rentgeno juostelės juostelė cilindrinėje kasetėje, o rentgeno spinduliai per plėvelėje esančias skylutes paskirstomi išilgai skersmens. Tokiu būdu gautoje Debjegramoje (8 pav.) yra tiksli informacija apie laikotarpį d, t.y. apie kristalo struktūrą, bet nepateikia informacijos, kuri yra Lauegramoje. Todėl abu metodai vienas kitą papildo. Panagrinėkime kai kuriuos Debye-Scherrer metodo pritaikymus.
Cheminių elementų ir junginių identifikavimas. Naudojant kampą q, nustatytą pagal Debye diagramą, galima apskaičiuoti tam tikro elemento ar jungties tarpplaninį atstumą d. Šiuo metu yra sudaryta daug d reikšmių lentelių, kurios leidžia nustatyti ne tik konkretų cheminį elementą ar junginį, bet ir skirtingas tos pačios medžiagos fazes, o tai ne visada įmanoma atliekant cheminę analizę. Taip pat galima labai tiksliai nustatyti antrojo komponento kiekį pakaitiniuose lydiniuose pagal periodo d priklausomybę nuo koncentracijos.
Streso analizė. Remiantis išmatuotu skirtingų krypčių tarpplaninių atstumų skirtumu kristaluose, žinant medžiagos tamprumo modulį, galima labai tiksliai apskaičiuoti joje nedidelius įtempius.
Pirmenybinės orientacijos kristaluose tyrimai. Jei maži kristalitai polikristaliniame mėginyje nėra visiškai atsitiktinai orientuoti, tada Debye modelio žiedai turės skirtingą intensyvumą. Esant aiškiai išreikštai preferencinei orientacijai, intensyvumo maksimumai koncentruojami atskirose vaizdo dėmėse, kurios tampa panašios į vieno kristalo vaizdą. Pavyzdžiui, giliai šalto valcavimo metu metalo lakštas įgauna tekstūrą – ryškią kristalitų orientaciją. Pagal Debye diagramą galima spręsti apie medžiagos šaltojo apdorojimo pobūdį.
Grūdų dydžių tyrimas. Jei polikristalo grūdelių dydis yra didesnis nei 10–3 cm, tada Debye diagramos linijos sudarytos iš atskirų dėmių, nes tokiu atveju kristalitų skaičiaus nepakanka, kad apimtų visą kampų diapazoną q. Jei kristalito dydis yra mažesnis nei 10-5 cm, tada difrakcijos linijos tampa platesnės. Jų plotis yra atvirkščiai proporcingas kristalitų dydžiui. Išplatėjimas atsiranda dėl tos pačios priežasties, kad mažėjant plyšių skaičiui, mažėja difrakcijos gardelės skiriamoji geba. Rentgeno spinduliuotė leidžia nustatyti 10-7-10-6 cm grūdelių dydžius.
Pavienių kristalų metodai. Tam, kad difrakcija ant kristalo teiktų informaciją ne tik apie erdvinį periodą, bet ir apie kiekvieno difrakcijos plokštumų rinkinio orientaciją, naudojami besisukantys monokristaliniai metodai. Į kristalą patenka monochromatinis rentgeno spindulys. Kristalas sukasi aplink pagrindinę ašį, kuriai tenkinamos Laue lygtys. Šiuo atveju kampas q, įtrauktas į Bragg-Wulf formulę, pasikeičia. Difrakcijos maksimumai yra Laue difrakcijos kūgių susikirtimo vietoje su cilindriniu plėvelės paviršiumi (9 pav.). Rezultatas yra difrakcijos modelis, pavaizduotas Fig. 10. Tačiau komplikacijos galimos dėl skirtingų difrakcijos eilių sutapimo viename taške. Metodas gali būti žymiai patobulintas, jei kartu su kristalo sukimu plėvelė tam tikru būdu judinama.
Skysčių ir dujų tyrimai. Yra žinoma, kad skysčiai, dujos ir amorfiniai kūnai neturi tinkamos kristalinės struktūros. Bet ir čia tarp molekulėse esančių atomų yra cheminis ryšys, dėl kurio atstumas tarp jų išlieka beveik pastovus, nors pačios molekulės yra atsitiktinai orientuotos erdvėje. Tokios medžiagos taip pat sukuria difrakcijos modelį su palyginti nedideliu neryškių maksimumų skaičiumi. Apdorojant tokį paveikslą šiuolaikiniais metodais, galima gauti informacijos apie net tokių nekristalinių medžiagų struktūrą.
SPEKTROCHEMINĖ rentgeno ANALIZĖ
Praėjus vos keleriems metams po rentgeno spindulių atradimo, Charlesas Barkla (1877-1944) atrado, kad kai medžiaga yra veikiama didelės energijos rentgeno spindulių srauto, atsiranda antriniai fluorescenciniai rentgeno spinduliai, būdingi tiriamam elementui. Netrukus po to G. Moseley, atlikdamas daugybę eksperimentų, išmatavo pirminės charakteringos rentgeno spinduliuotės bangos ilgius, gautus elektronais bombarduojant įvairius elementus, ir išvedė ryšį tarp bangos ilgio ir atominio skaičiaus. Šie eksperimentai, taip pat Braggo išradimas rentgeno spindulių spektrometras, padėjo pagrindus spektrocheminei rentgeno analizei. Rentgeno spindulių potencialas cheminei analizei buvo iš karto suvoktas. Spektrografai buvo sukurti įrašant į fotografinę plokštelę, kurioje tiriamas mėginys buvo rentgeno vamzdžio anodas. Deja, ši technika buvo labai daug darbo reikalaujanti, todėl buvo naudojama tik tada, kai įprastiniai cheminės analizės metodai nebuvo taikomi. Puikus naujoviškų tyrimų pavyzdys analitinės rentgeno spektroskopijos srityje buvo 1923 m. G. Hevesy ir D. Coster atrastas naujas elementas – hafnis. Galingų rentgeno vamzdelių, skirtų radiografijai, ir jautrių detektorių radiocheminiams matavimams kūrimas Antrojo pasaulinio karo metais daugiausia lėmė spartų rentgeno spektrografijos augimą vėlesniais metais. Šis metodas tapo plačiai paplitęs dėl savo greičio, patogumo, neardomojo analizės pobūdžio ir visiško ar dalinio automatizavimo galimybės. Jis taikomas atliekant kiekybinę ir kokybinę visų elementų, kurių atominis skaičius didesnis nei 11 (natrio), analizės užduotis. Nors rentgeno spindulių spektrocheminė analizė paprastai naudojama kritiniams mėginio komponentams nustatyti (0,1–100 %), kai kuriais atvejais ji naudinga, kai koncentracija yra 0,005 % ar net mažesnė.
Rentgeno spindulių spektrometras.Šiuolaikinis rentgeno spektrometras susideda iš trijų pagrindinių sistemų (11 pav.): žadinimo sistemos, t.y. Rentgeno vamzdis su anodu iš volframo ar kitos ugniai atsparios medžiagos ir maitinimo šaltiniu; analizės sistemos, t.y. analizatoriaus kristalas su dviem kelių plyšių kolimatoriais, taip pat spektrogoniometras tiksliam reguliavimui; ir įrašymo sistemos su Geigerio skaitikliu arba proporciniu ar scintiliaciniu skaitikliu, taip pat lygintuvu, stiprintuvu, mastelio keitimo įtaisais ir registratoriumi ar kitu įrašymo įrenginiu.
Rentgeno fluorescencinė analizė. Ištirtas mėginys yra jaudinančios rentgeno spinduliuotės kelyje. Tiriamas mėginio plotas dažniausiai izoliuojamas kauke su reikiamo skersmens skyle, o spinduliuotė praeina per kolimatorių, kuris sudaro lygiagretų spindulį. Už analizatoriaus kristalo esantis plyšinis kolimatorius detektoriui sukuria difrakcinę spinduliuotę. Paprastai didžiausias kampas q yra ribojamas iki 80-85°, todėl tik rentgeno spinduliuotė, kurios bangos ilgis l yra susietas su tarpplaniniu atstumu d nelygybe l, gali difraktuoti ant analizatoriaus kristalo. Rentgeno mikroanalizė. Aukščiau aprašytas plokščiųjų kristalų analizatoriaus spektrometras gali būti pritaikytas mikroanalizei. Tai pasiekiama susiaurinus pirminį rentgeno spindulį arba antrinį mėginio skleidžiamą spindulį. Tačiau sumažinus efektyvų mėginio dydį arba spinduliuotės angą, sumažėja užfiksuotos difrakcinės spinduliuotės intensyvumas. Šį metodą galima patobulinti naudojant spektrometrą su lenktu kristalu, kuris leidžia užfiksuoti skirtingos spinduliuotės kūgį, o ne tik spinduliuotę, lygiagrečią kolimatoriaus ašiai. Naudojant tokį spektrometrą galima identifikuoti mažesnes nei 25 mikronų daleles. Dar didesnis analizuojamo mėginio dydžio sumažinimas pasiekiamas elektroninio zondo rentgeno mikroanalizatoriumi, kurį išrado R. Kastenas. Čia labai sufokusuotas elektronų spindulys sužadina mėginiui būdingą rentgeno spinduliuotę, kuri vėliau analizuojama sulenktu kristalų spektrometru. Naudojant tokį prietaisą, 1 mikrono skersmens mėginyje galima aptikti 10–14 g medžiagos kiekį. Taip pat buvo sukurtos instaliacijos su mėginio elektronų pluošto skenavimu, kurių pagalba galima gauti dvimatį pasiskirstymo per pavyzdį elemento, kurio būdingajai spinduliuotei sureguliuotas spektrometras, vaizdą.
MEDICININĖ rentgeno DIAGNOSTIKA
Rentgeno spindulių technologijos tobulėjimas leido žymiai sumažinti ekspozicijos laiką ir pagerinti vaizdų kokybę, o tai leidžia tirti net minkštuosius audinius.
Fluorografija.Šis diagnostikos metodas apima šešėlinio vaizdo fotografavimą iš perdavimo ekrano. Pacientas yra tarp rentgeno spindulių šaltinio ir plokščio fosforinio ekrano (dažniausiai cezio jodido), kuris švyti, kai jį veikia rentgeno spinduliai. Įvairaus tankio biologiniai audiniai sukuria įvairaus intensyvumo rentgeno šešėlius. Radiologas ištiria šešėlinį vaizdą fluorescenciniame ekrane ir nustato diagnozę. Anksčiau radiologas, analizuodamas vaizdus, rėmėsi regėjimu. Dabar yra įvairių sistemų, kurios pagerina vaizdą, rodo jį televizoriaus ekrane ar įrašo duomenis į kompiuterio atmintį.
Radiografija. Rentgeno vaizdų įrašymas tiesiai ant fotojuostos vadinamas radiografija. Šiuo atveju tiriamas organas yra tarp rentgeno šaltinio ir fotojuostos, kuri fiksuoja informaciją apie organo būklę tam tikru metu. Pakartotinė rentgenografija leidžia spręsti apie tolesnę jo raidą. Radiografija leidžia labai tiksliai ištirti kaulinio audinio, kuris daugiausia susideda iš kalcio ir yra nepermatomas rentgeno spinduliuotei, vientisumą, taip pat raumenų audinio plyšimus. Jo pagalba geriau nei stetoskopas ar klausymasis, išanalizuojama plaučių būklė esant uždegimui, tuberkuliozei ar esant skysčių. Rentgeno spinduliai naudojami širdies dydžiui ir formai nustatyti, taip pat jos pokyčių dinamikai pacientams, sergantiems širdies ligomis.
Kontrastinės medžiagos. Rentgeno spinduliuotei permatomos kūno dalys ir atskirų organų ertmės tampa matomos, jei jos užpildomos nekenksminga organizmui kontrastine medžiaga, leidžiančia vizualizuoti vidaus organų formą ir patikrinti jų funkcionavimą. Pacientas arba geria kontrastines medžiagas (pvz., bario druskas tiriant virškinamąjį traktą), arba jos leidžiamos į veną (pvz., jodo turinčių tirpalų tiriant inkstus ir šlapimo takus). Tačiau pastaraisiais metais šiuos metodus pakeitė diagnostikos metodai, pagrįsti radioaktyviųjų atomų ir ultragarso naudojimu.
Kompiuterinė tomografija. Aštuntajame dešimtmetyje buvo sukurtas naujas rentgeno diagnostikos metodas, pagrįstas viso kūno ar jo dalių filmavimu. Plonų sluoksnių („griežinėlių“) vaizdai apdorojami kompiuteriu, o galutinis vaizdas rodomas monitoriaus ekrane. Šis metodas vadinamas kompiuterine rentgeno tomografija. Jis plačiai naudojamas šiuolaikinėje medicinoje diagnozuojant infiltratus, navikus ir kitus smegenų sutrikimus, taip pat diagnozuojant minkštųjų audinių ligas organizmo viduje. Šis metodas nereikalauja svetimų kontrastinių medžiagų, todėl yra greitesnis ir efektyvesnis nei tradiciniai metodai.
BIOLOGINIS RENGTINIO SPINDULIAVIMO POVEIKIS
Rentgenas netrukus atrado žalingą biologinį rentgeno spinduliuotės poveikį. Paaiškėjo, kad naujoji spinduliuotė gali sukelti kažką panašaus į sunkų saulės nudegimą (eritemą), tačiau kartu su gilesniu ir nuolatiniu odos pažeidimu. Atsiradusios opos dažnai virsdavo vėžiu. Daugeliu atvejų tekdavo amputuoti pirštus ar rankas. Buvo ir mirčių. Nustatyta, kad odos pažeidimų galima išvengti sumažinus ekspozicijos laiką ir dozę, naudojant ekranavimą (pvz., šviną) ir nuotolinio valdymo pultus. Tačiau pamažu išryškėjo kitos, ilgesnės trukmės rentgeno spinduliuotės pasekmės, kurios vėliau buvo patvirtintos ir tiriamos su eksperimentiniais gyvūnais. Rentgeno spindulių, taip pat kitos jonizuojančiosios spinduliuotės (pvz., radioaktyviųjų medžiagų skleidžiamos gama spinduliuotės) sukeltas poveikis apima: 1) laikinus kraujo sudėties pokyčius po santykinai nedidelio perteklinio poveikio; 2) negrįžtami kraujo sudėties pokyčiai (hemolizinė anemija) po ilgo per didelio švitinimo; 3) padidėjęs sergamumas vėžiu (įskaitant leukemiją); 4) greitesnis senėjimas ir ankstyvesnė mirtis; 5) kataraktos atsiradimas. Be to, biologiniai eksperimentai su pelėmis, triušiais ir vaisinėmis muselėmis parodė, kad net mažos dozės sistemingai švitinant dideles populiacijas dėl mutacijų greičio padidėjimo sukelia žalingą genetinį poveikį. Dauguma genetikų pripažįsta šių duomenų pritaikymą žmogaus organizmui. Kalbant apie rentgeno spinduliuotės biologinį poveikį žmogaus organizmui, tai lemia apšvitos dozės lygis, taip pat koks konkretus kūno organas buvo apšvitintas. Pavyzdžiui, kraujo ligas sukelia kraujodaros organų, daugiausia kaulų čiulpų, apšvitinimas, o genetines pasekmes sukelia lytinių organų švitinimas, kuris taip pat gali sukelti nevaisingumą. Sukaupus žinias apie rentgeno spinduliuotės poveikį žmogaus organizmui, buvo sukurti nacionaliniai ir tarptautiniai leistinų spinduliuotės dozių standartai, paskelbti įvairiuose informaciniuose leidiniuose. Be rentgeno spinduliuotės, kurią tikslingai naudoja žmonės, dar yra vadinamoji išsklaidyta, šoninė spinduliuotė, kuri atsiranda dėl įvairių priežasčių, pavyzdžiui, dėl sklaidos dėl švino apsauginio ekrano netobulumo, o tai visiškai nesugeria šios spinduliuotės. Be to, daugelis elektros prietaisų, kurie nėra skirti gaminti rentgeno spindulius, vis dėlto sukuria juos kaip šalutinį produktą. Tokie prietaisai apima elektroninius mikroskopus, aukštos įtampos lygintuvus (kenotronus), taip pat pasenusių spalvotų televizorių vaizdo vamzdelius. Šiuolaikinių spalvotų vaizdo kineskopų gamybą daugelyje šalių dabar kontroliuoja vyriausybė.
Rentgeno SPINDULIAVIMO PAVOJUS
Rentgeno spinduliuotės pavojaus žmonėms tipai ir laipsnis priklauso nuo spinduliuotės paveiktų žmonių skaičiaus.
Profesionalai, dirbantys su rentgeno aparatūra.Šiai kategorijai priklauso radiologai, stomatologai, taip pat mokslo ir technikos darbuotojai bei personalas, prižiūrintis ir naudojantys rentgeno įrangą. Imamasi veiksmingų priemonių, kad sumažintų jų patiriamą radiacijos lygį.
Pacientai. Griežtų kriterijų nėra, o saugų spinduliuotės lygį, kurį pacientai gauna gydymo metu, nustato gydantys gydytojai. Gydytojams nerekomenduojama be reikalo neveikti rentgeno spindulių. Ypatingai atsargiai reikia tirti nėščias moteris ir vaikus. Tokiu atveju imamasi specialių priemonių.
Kontrolės metodai.Čia reikia atsižvelgti į tris aspektus:
1) tinkamos įrangos prieinamumą, 2) saugos taisyklių laikymosi stebėjimą, 3) tinkamą įrangos naudojimą. Atliekant rentgeno tyrimus, apšvitinama tik norima vieta, nesvarbu, ar tai būtų atliekama dantų ar plaučių apžiūra. Atkreipkite dėmesį, kad iš karto po rentgeno aparato išjungimo išnyksta tiek pirminė, tiek antrinė spinduliuotė; Taip pat nėra likutinės spinduliuotės, apie kurią ne visada žino net tie, kurie tiesiogiai su ja susiję savo darbu.
Taip pat žr
ATOMO STRUKTŪRA;
Rentgeno spindulius 1895 metais atsitiktinai atrado vokiečių fizikas Vilhelmas Konradas Rentgenas.
Sunku įsivaizduoti šiuolaikinę mediciną be rentgeno aparato. Ir beveik kiekvienas iš mūsų žino apie rentgeno spinduliuotę. Tačiau buvo laikai, kai apie jį nieko nebuvo žinoma.
Rentgeno spindulių atradimo istorija
1895 m. lapkričio 8 d. fizikos profesorius ir Viurcburgo universiteto rektorius Wilhelmas Conradas Rentgenas atliko eksperimentą dėl elektros iškrovos pratekėjimo per retintas dujas. Abiejuose uždaro stiklo vamzdžio, iš kurio buvo pašalintas beveik visas oras, galuose buvo elektrodai, prie kurių buvo prijungta aukšta įtampa. Neigiamai įkrautas elektrodas (katodas) išleido elektronus į vamzdelį. Veikiami potencialų skirtumo tarp elektrodų, elektronai įsibėgėjo ir atsitrenkė į antrąjį elektrodą. Ir kiekvieną kartą, kai per vamzdelį šokinėjo elektros iškrova, šalia esantis ekranas, pagamintas iš bario cianido, mirgėjo žalsva šviesa. Išjungęs įtampą iš vamzdžio, Rentgenas pamatė, kad švytėjimas taip pat dingo. Tai reiškia, kad nežinomų spindulių šaltinis buvo elektronų vamzdis.
Paaiškėjo, kad nežinomi spinduliai skverbiasi į viską. Tarp vamzdžio ir ekrano Rentgenas padėjo įvairius daiktus: knygą, lentą, popieriaus lapą. Pro juos lengvai prasiskverbdavo nežinomi spinduliai. Kai mokslininko ranka buvo spindulių kelyje, šviesos ekrane jis pamatė savo rankos kaulų siluetus. Be to, fotografijos medžiagos, supakuotos į šviesai atsparų popierių ir gulinčios šalia elektroninio vamzdžio, buvo pereksponuotos.
Atvirų spindulių prigimtis nebuvo žinoma, todėl Rentgenas juos pavadino rentgeno spinduliais. Rentgeno spindulius jis aprašė rankraštyje „Apie naujo tipo spindulius“. O pats rankraštis buvo išsiųstas Viurcburgo fizikos ir medicinos draugijai. Ir jau 1896 m. sausio 23 d. Rentgenas padarė mokslinę ataskaitą savo nariams. O po pranešimo, susirinkusiems plojimais, 80-metis anatomas Albertas von Köllikeris pasiūlė iškviesti rentgeno spindulius. rentgeno spinduliai.
Reikėtų pažymėti, kad net Rentgeno gyvavimo metu buvo galima sužinoti, kad rentgeno spinduliai yra elektromagnetinės bangos spinduliuotė.
1901 m. gruodžio 10 d. Wilhelmas Conradas Rentgenas, pirmasis fizikas, buvo apdovanotas Nobelio premija. „Pripažindamas jo nepaprastai svarbias nuopelnus mokslui, išreikštus nuostabių spindulių atradimu, vėliau pavadintu jo garbei“. Rentgenas testamentu paliko pinigų sumą universitetui, kurio sienose padarė savo didžiausią atradimą.
Rentgeno spindulių taikymas
Rentgeno atradimas buvo pritaikytas įvairiose srityse. Taigi rentgeno spinduliuotės pagalba tapo įmanoma nustatyti vidinius defektus, atsirandančius medžiagų gamybos metu. Rentgeno spinduliai buvo pritaikyti kriminalistikoje ir meno istorijoje. Svarbiausias jų pritaikymas – medicininė diagnostika. Jau 1896 metais jais imta diagnozuoti kaulų lūžius. Netrukus šalia rentgeno diagnostikos atsirado ir rentgeno terapija. Rentgeno spinduliai buvo naudojami vėžio, tuberkuliozės ir kitų ligų gydymui. Kadangi tuomet dar nebuvo žinoma apie rentgeno spindulių keliamus pavojus, gydytojai dirbo be apsaugos priemonių. Ir po kurio laiko daugelis jų tapo spindulinės ligos aukomis. Daugelis pacientų mirė ir dėl per didelės spinduliuotės dozės.
Šiandien rentgeno spinduliai naudojami daugelyje mokslo ir technikos šakų: rentgeno astronomijoje, radiografijoje, radiologijoje, įvairių gaminių vidinei struktūrai kontroliuoti. Rentgeno spinduliai naudojami cheminei medžiagos sudėčiai ir net DNR struktūrai nustatyti.
