Пользовательский поиск

Рентген - виды, применение, опасности

Рентген, как излучение (состоит из лучей), одна из форм электромагнитного излучения. Длина волны большей части рентгеновских лучей в диапазоне от 0,01 до 10 нм, что соответствует диапазону частоты от 30 эксагерц (от 3×1016 Гц до 3×1019 Гц) и диапазону энергии от 100 эВ до 100 кэВ. Можно создать и более мощные лучи для применения в промышленности и медицине, например, в лучевой терапии, где при помощи линейных ускорителей генерируется рентгеновское излучение в диапазоне 6-20 МэВ. Длина волны у этих лучей больше, чем у УФ-лучей и, как правило, меньше, чем у гамма-лучей. Изобретателем считается Вильгельм Рентген, в честь которого и названо излучение.

Продолжение ниже

МРТ или рентген - какие отличия, что лучше или вреднее?

... этого, проведение МРТ обходится очень дорого. Несмотря на то, что оба метода – магнитно-резонансная томография (сокращенно – МРТ) и рентген , служат для получения изображения внутренних органов, имеются и различия, которые в основном сводятся к возможности представления ...

Читать дальше...

всё на эту тему


Лучи с энергией фотонов больше 5-10 кэВ (ниже длины волны 0,2-0,1 нм) называются жестким рентгеновским излучением, а те, что с меньшей энергией, называются мягким рентгеновским излучением. Благодаря его проникающей способности широко распространено применение жесткого рентгеновского излучения для получения изображений внутреннего пространства объектов. Среди примеров медицинская рентгенография и системы безопасности в аэропортах. Метонимическое использование термина «рентген» распространено для обозначения радиографического изображения, получаемого с помощью этого метода, в дополнение к самой технике. Из-за схожести длины волн жесткого рентгеновского излучения с размерами атомов с его помощью определяют кристаллические структуры в рентгеновской кристаллографии. Напротив, мягкое рентгеновское излучение легко впитывается в воздух, и длина затухания 600 эВ (~ 2 нм) его лучей в воде меньше 1 мкм.

Универсального консенсуса для определения, различающего рентгеновские и гамма-лучи, не существует. Распространенной практикой является проведение различий между двумя типами излучения в зависимости от их источника: рентгеновские лучи испускаются электронами, а гамма-лучи испускают атомные ядра. Это определение имеет несколько проблем, так как другие процессы также могут генерировать эти высокоэнергетические фотоны, а иногда способ образования не известен. Распространенная альтернатива – это выявление рентгеновского и гамма-излучения на основе длины волны (эквивалент – частота или энергия фотонов), где излучение короче некоторой произвольной длины волны, например, 10-11 м (0,1 Å), определенной, как гамма-излучение. Этот критерий относит фотон к однозначной категории, но это возможно, только если известна длина волны. Некоторые методы измерения не различают обнаруженные длины волн. Тем не менее, эти два определения часто совпадают, так как у электромагнитного излучения, испускаемого рентгеновскими трубками, обычно больше длина волны и ниже энергия фотонов, чем у излучения радиоактивных ядер. Иногда один или другой термин используется в конкретных контекстах из-за исторического прецедента, на основе техники измерения (обнаружение) или на основе их использования по назначению, а не длины волны или источника.

Содержание

  1. Свойства
  2. Видео о рентгене
  3. Взаимодействие с материей
    1. Фотоэлектрическое поглощение
    2. Релеевское рассеяние
    3. Комптоновское рассеяние
  4. Источники
  5. Датчики
  6. Применение в медицине
    1. Рентгенография
    2. Компьютерная томография
    3. Флюороскопия
    4. Лучевая терапия
  7. Побочное действие
  8. Другое применение рентгена
  9. Открытие рентгена
  10. Ранние исследования
  11. Вильгельм Рентген
  12. Прогресс рентгенологии
  13. Опасности
  14. XX век и позже
  15. Видимость

Свойства

Энергии фотонов рентгена достаточно для ионизации атомов и нарушения молекулярных связей. Это делает его одним из видов ионизирующего излучения. Оно несет вред для живой ткани, и очень высокая доза облучения им за короткий промежуток времени становится причиной лучевой болезни. При этом более низкие дозы повышают угрозу развития вызванного облучением рака. В медосмотрах с визуализацией этот повышенный риск, как правило, значительно перевешивает преимущества обследования. Ионизирующую способность рентгеновских лучей можно использовать в лечении рака для уничтожения злокачественных клеток посредством лучевой терапии. С его помощью также определяют свойства материалов в рентгеновской спектроскопии.

Жесткое рентгеновское излучение может проходить через относительно толстые объекты без сильного поглощения или рассеивания. Поэтому рентгеновское излучение используется широко для получения снимков внутренней части визуально непрозрачных объектов. Наиболее часто подобные методы применяются в медицинской рентгенографии и системах безопасности в аэропортах. Важны они и для промышленности (например, промышленная радиография и промышленное КТ-сканирование) и исследований (например, КТ маленьких животных). Глубина проникновения варьируется с несколькими порядками величины над рентгеновским спектром. Это позволяет регулировать энергию фотона, чтобы обеспечить достаточное прохождение через объект с хорошим контрастом для получения изображений.

У рентгеновского излучения длина волны меньше, чем у видимого света, что делает возможным зондирование структур, гораздо меньше тех, что можно увидеть при помощи обычного микроскопа. Это можно использовать в рентгеновской микроскопии для получения снимков высокого разрешения и в рентгеновской кристаллографии, чтобы определять положение атомов в кристаллах.

Видео о рентгене

Взаимодействие с материей

Рентгеновское излучение взаимодействует с материей в трех направлениях – фотопоглощение, комптоновское рассеяние и релеевское рассеяние. Сила взаимодействия зависит от энергии рентгеновского излучения и элементного состава материала, но в небольшой степени от химических свойств, так как энергия фотона этого излучения гораздо выше энергии химической связи. Фотопоглощение или фотоэлектрическое поглощение является главным механизмом взаимодействия в режиме мягкого рентгеновского излучения и в меньшей степени для твердого излучения. В более высоких энергиях доминирует эффект Комптона.

Фотоэлектрическое поглощение

Вероятность фотоэлектрического поглощения на единицу массы приблизительно пропорциональна Z3/E3 (здесь «Z» – атомное число; «Е» – энергия падающего фотона). Это правило не действует вблизи энергий связи электронов внутренней оболочки при резких изменениях вероятности взаимодействия, так называемых краев поглощения. Однако общая тенденция высоких коэффициентов поглощения и, таким образом, короткой глубины проникновения для низких энергий фотонов и высоких атомных чисел является очень сильной. Для мягкой ткани фотопоглощение доминирует примерно до 26 кэВ энергии фотонов, где перенимает комптоновское рассеяние. Для веществ с более высоким атомным числом этот предел гораздо выше. Так как кости отличаются большим содержанием кальция (Z = 20) и высокой плотностью, в результате они ясно видны на медицинских рентгеновских снимках. Вся энергия фотопоглощенного фотона передается электрону, взаимодействующему с ним, таким образом, ионизируя атом, с которым связан электрон. Так производится фотоэлектрон, который на своем пути может ионизировать больше атомов. Внешний электрон займет свободное место электрона и даст либо типичный фотон, либо оже-электрон. Эти эффекты могут быть использованы для определения элементов через рентгеновскую спектроскопию или оже-электронную спектроскопию.

Релеевское рассеяние

Релеевское рассеяние – это доминирующий механизм упругого рассеяния в режиме рентгеновского излучения. Неупругое рассеяние в прямом направлении обеспечивает рост показателя преломления, который для рентгеновского излучения слегка ниже 1.

Комптоновское рассеяние

Комптоновское рассеяние является преобладающим взаимодействием между рентгеновскими лучами и мягкими тканями в медицинской визуализации. Комптоновское рассеяние является неупругим рассеянием рентгеновского фотона внешней оболочкой электрона. Энергия фотона частично передается рассеивающему электрону, тем самым ионизируя атом и повышая длину волны. Рассеянный фотон может пойти в любом направлении, но более вероятно направление, аналогичное изначальному, особенно, для высокоэнергетических рентгеновских лучей. Вероятность различных углов рассеяния описана в формуле Клейна-Нишины. Переданная энергия может быть получена непосредственно из угла рассеяния от сохранения энергии и импульса.

Источники

рентгенТак как рентгеновские лучи испускаются электронами, их может генерировать рентгеновская трубка, вакуумная трубка, в которой высокое напряжение ускоряет до высокой скорости электроны, выпускаемые горячим катодом. Электроны высокой скорости сталкиваются с металлической мишенью, анодом, создавая рентгеновские лучи. В медицинских рентгеновских трубках мишень обычно из вольфрама или более стойкого к трещинам сплава рения (5%) и вольфрама (95%), иногда молибдена для более специализированного применения, например, когда необходимы более мягкие рентгеновские лучи, как в маммографии. В кристаллографии наиболее распространена медная мишень, часто используется кобальт, когда флуоресценция от содержания железа в образце может представлять собой проблему. Максимальная энергия полученного рентгеновского фотона ограничена энергией падающего электрона, равной напряжению на трубке, т.е. трубка 80 кВ не может создать рентгеновские лучи с энергией выше 80 кэВ. Когда электроны попадают в мишень, рентгеновские лучи создаются в двух различных атомных процессах:

  • Рентгено-флуоресцентный: Если у электрона достаточно энергии, он может выбить из внутренней электронной оболочки атома металла орбитальный электрон, и в результате электроны из более высоких энергетических уровней, затем заполнить пустоты. В этом процессе производится спектр излучения рентгеновских лучей на нескольких дискретных частотах, которые иногда называют спектральными линиями. Генерируемые спектральные линии зависят от используемого элемента цели (анода), и, отсюда их название «характерные линии». Как правило, это переходы с верхних оболочек в К-оболочку (называемую K-линией), в L-оболочку (называемую L-линией) и так далее.
  • Тормозное излучение: Когда электроны рассеиваются на сильном электрическом поле возле ядер с высоким «Z» (число протонов), от них исходит это излучение. У этих рентгеновских лучей непрерывный спектр. Интенсивность рентгеновского излучения растет линейно с уменьшением частоты, от нуля при энергии падающих электронов, напряжения на рентгеновской трубке.

Таким образом, результатный выход из трубки состоит из непрерывного спектра тормозного излучения, падающего до нуля в напряжении трубки, плюс несколько выбросов на характерных линиях. В диагностических рентгеновских трубках используются напряжения в диапазоне примерно от 20 до 150 кВ и, как результат, самые высокие энергии рентгеновских фотонов в диапазоне примерно от 20 до 150 кэВ.

Оба процесса генерирования рентгеновских лучей неэффективны с эффективностью генерирования всего около 1%, а, следовательно, для получения полезного потока рентгеновских лучей по большей части электрическая мощность, потребляемая трубкой, высвобождается в виде отработанного тепла. Чтобы рассеять это избыточное тепло, нужно спроектировать рентгеновскую трубку.

Можно надежно создавать короткие наносекундные всплески рентгеновских лучей, где пик приходится на 15 кэВ, снимая в умеренном вакууме самоприклеивающуюся пленку с подложки. Видимо, это результат рекомбинации электрических зарядов, созданных трибоэлектрическим зарядом. Интенсивность триболюминесценции рентгеновского излучения достаточна для использования в качестве источника изображений в рентгене. Использование источников значительно более совершенно, чем липкая лента, по крайней мере, одна начинающая фирма использует трибозаряд в разработке портативных ультра-миниатюрных рентгеновских аппаратов.

Синхротронное излучение – это специализированный источник рентгеновского излучения, используемый широко в исследованиях. Уникальными особенностями это генерируемого ускорителями частиц излучения являются выходы на много порядков величины больше, чем у рентгеновских трубок, широкий рентгеновский спектр, отличная коллимация и линейная поляризация.

Датчики

В зависимости от назначения датчики рентгеновского излучения различны по форме и функции. Детекторы визуализации, как те, что используются для рентгенографии, были изначально основаны на фотопластинках и позднее на фотопленке, но в настоящее время в основном заменены различными цифровыми детекторами, такими как сигнальные пластины или датчики индикаторной панели. Для защиты от облучения прямая угроза воздействия оценивают часто посредством ионизационных камер, а дозу облучения, которому подвергся человек, измеряют дозиметрами. Рентгеновские спектры можно измерить спектрометрами, рассеивающими энергию или длину волны.

Применение в медицине

С тех пор, как было обнаружено, что рентгеновское излучение может определять костные структуры, оно используется для медицинской визуализации. Не прошло и месяца после его описания, как он впервые было использовано в медицине. К 2010 г. во всем мире было проведено 5 млрд. медосмотров с визуализацией. Воздействие облучение от медицинской визуализации в 2006 г. Составило около 50% общего воздействия ионизирующего излучения в США.

Рентгенография

рентгенРентгенограмма – это рентгеновское изображение, полученное путем помещения части пациента перед детектором рентгеновского излучения, а затем освещения коротким импульсом рентгеновского излучения. Из-за большого содержания в костях кальция с его относительно высоким атомным числом они эффективно поглощают рентгеновские лучи. Это уменьшает объем излучения, достигающего датчик в тени костей, делая их отчетливо видными на рентгенограмме. Легкие и уловленный газ также достаточно четко отображаются из-за снижения поглощения по сравнению с тканями, в то время как различия между типами тканей увидеть сложнее.

При помощи рентгенограмм можно обнаружить патологии костной системы, а также выявить некоторые болезненные процессы в мягких тканях. Среди примеров очень распространенный рентген грудной клетки, при помощи которого можно определять заболевания легких, такие как пневмония, рака или отека легких, и рентген брюшной полости, который может обнаружить непроходимость кишечника, свободный воздух (от висцеральной перфорации) и свободную жидкость (при асците). Рентгеновские лучи также могут обнаружить патологи, такие как камни в желчном пузыре (редко непроницаемы для рентгеновских лучей) или почечных камни, которые часто (но не всегда) видны. Традиционные простые рентгеновские лучи не так эффективны в визуализации мягких тканей, таких как мозг или мышцы.

Рентгенография широко используется в диагнозах общих стоматологических проблем, таких как кариес.

В медицинской диагностике низкоэнергетические (мягкие) рентгеновские лучи нежелательны, так как они полностью поглощаются телом, увеличивая дозу облучения, не создавая изображение. Поэтому поверх окна рентгеновской трубки, как правило, помещают тонкий лист из металла, часто из алюминия, так называемый «фильтр», поглощающий низкоэнергетическую часть в спектре. Это называется отвердением луча, так как это приводит к сдвигу центра спектра к более высокоэнергетическому (или более твердому) рентгеновскому излучению.

Для создания изображения сердечнососудистой системы, включая артерии и вены (ангиография) берется исходное изображение из интересующей анатомической области. Второе изображение берется из того же региона после введения в кровеносные сосуды в этой области йодированного контрастного вещества. Эти два снимки обрабатываются цифровым вычитателем, и остается только изображение контуров кровеносных сосудов, созданных йодированным контрастом. Затем рентгенолог или хирург сравнивает полученное изображение с нормальными анатомическими изображениями для определения повреждений или закупорок в сосудах.

Компьютерная томография

Компьютерная томография (КТ) – методика обследований с визуализацией, где томографические снимки (слои) конкретных областей тела получают из большого набора двумерных рентгеновских снимков, сделанных в разных направлениях. Эти снимки внутренней части тела поперечного сечения могут быть объединены в трехмерное изображение и используются для диагностики и в терапевтических целях в различных медицинских дисциплинах.

Флюороскопия

Флюороскопия – это техника визуализации, используемая обычно терапевтами или радиологами для получения изображений в режиме реального времени движущихся внутренних структур пациента за счет использования флюороскопа. В своей простейшей форме флюороскоп состоит из источника рентгеновского излучения и флуоресцентного экрана, между которыми располагается пациент. Тем не менее, современные флюороскопы объединяют экран с электронно-рентгеновским преобразователем и видеокамерой ПЗС, что позволяет записывать изображения и воспроизводить их на мониторе. Этот метод может использовать контрастное вещество. Среди примеров катетеризация сердца (изучение закупорки коронарной артерии) и бариевую взвесь (изучение расстройств пищевода).

Лучевая терапия

Использование этого излучения в лечебных целях известно, как лучевая терапия, и она широко используется для лечения (в том числе паллиативного) рака. Она требует более высокоэнергетического излучения, чем для одной только визуализации.

Побочное действие

Диагностическое рентгеновское излучение (в первую очередь от КТ в связи с используемой большой дозой) увеличивает риск проблем с развитием и рака у тех, кто подвергается ему. Рентгеновское излучение классифицируется, как канцероген, Международным агентством Всемирной организации здравоохранения по изучению рака и Правительством США. Считается, что 0,4% случаев рака в США обусловлены компьютерной томографией (КТ), проведенной в прошлом, и что показатель может увеличиться на 1,5-2% с прежними темпами использования КТ.

В настоящее время экспериментальные и эпидемиологические данные не поддерживают предложение о существовании пороговой дозы излучения, ниже которой нет повышенного риска развития рака. Тем не менее, это находится под возрастающим сомнением. По оценкам, дополнительное излучение увеличивает совокупный риск человека заболеть раком к 75 годам на 0,6-1,8%. Объем поглощенного излучения зависит от его типа и исследуемой части тела. В КТ и рентгеноскопии дозы облучения выше, чем у простого рентгена.

Рассматривая в перспективе повышенный риск, простой рентген грудной клетки подвергает человека такому же объему фонового облучения, которое воздействует на нас (в зависимости от расположения) ежедневно в течение 10 дней, при этом облучение от зубного рентгена приблизительно эквивалентно 1 дню окружающего фонового излучения. Каждый такой сеанс рентгена добавил бы менее 1 на 1000000 риска рака на протяжении жизни. КТ брюшной полости или груди КТ была бы эквивалентна 2-3 годам фонового облучения на все тело или 4-5 годам для брюшной полости или груди, увеличивая риск заболевания раком на протяжении жизни от 1 на 1000 до 1 на 10000. Это по сравнению с примерно 40% вероятностью развития рака у гражданина США в течение своей жизни. Например, эффективная доза для туловища от компьютерной томографии грудной клетки равна примерно 5 мЗв, а поглощенная доза – около 14 мГр. КТ головы (1,5 мСв, 64 мГр), которая выполняется один раз с контрастным веществом и один раз без него, было бы эквивалентно 40 годам фонового облучения головы. Точно оценить эффективные дозы от КТ сложно в связи с областью неопределенности от ± 19 % до ± 32% для сканирования головы взрослого в зависимости от используемого метода.

Риск облучения выше для нерожденных младенцев, поэтому у беременных выгоды обследования (рентген) необходимо уравновесить с потенциальной опасностью для еще не родившегося плода. В США, по оценкам, ежегодно проводится 62 миллионов КТ, в том числе более 4 млн. детей. Если избегать ненужного рентгеновского излучения (особенно, КТ), это уменьшит дозу облучения и любой связанный с раком риск.

Медицинский рентген является существенным источником искусственного излучения. В 1987 г. его доля составляла 58% облучения от техногенных источников в США. Поскольку техногенные источники составляли всего 18% общего воздействия облучения, большинство из природных источников (82%), на медицинское рентгеновское излучение приходилось лишь 10% общего американского облучения. в целом медицинские процедуры (в том числе ядерная медицина) составили 14% общего воздействия облучения. Однако к 2006 г. медицинские процедуры в США способствовали гораздо большему ионизирующему излучению по сравнению с началом 1980-х. В 2006 г. медицинское облучение составляло почти половину общего радиационного облучения населения США из всех источников. Прослеживается увеличение с распространенностью процедур медицинской визуализации, в частности КТ, и ядерной медицины.

Доза в стоматологическом рентгене варьируется значительно в зависимости от процедуры и технологии (снимок на пленку или цифровой). В зависимости от процедуры и технологии один стоматологический рентген человек приведет к облучению 0,5-4 мбэр. Поэтому ряд снимков рта полностью может привести к воздействию до 6 (цифровой) до 18 (пленка) мбэр для среднегодового числа до 40 мбэр.

Другое применение рентгена

Рентгеновская кристаллография – диаграмма в ней создается путем дифракции рентгеновских лучей через тесную атомную решетку в кристалле, затем записывается и анализируется для выявления характера решетки. Связанную технику, волоконную дифракцию, использовала Розалинда Франклин для открытия двойной спиральной структуры ДНК.

Рентгеновская астрономия, основанная на наблюдениях, это область астрономии, изучающая излучение такого типа, исходящее от небесных объектов.

Рентгеновский микроскопический анализ, в котором электромагнитное излучение в мягком диапазоне дает изображения очень маленьких объектов.

Рентгеновская флуоресценция, техника, в которой рентгеновское излучение генерируется в образце и определяется. Исходящую энергию рентгена можно использовать для определения состава образца.

Промышленная рентгенография использует рентгеновские лучи для инспекции промышленных деталей, в частности сварных швов.

Промышленная КТ – процесс, в котором при помощи рентгеновского оборудования получают трехмерные снимки компонентов изнутри и снаружи. Это достигается посредством компьютерной обработки проекционных изображений сканируемого объекта по многим направлениям.

Картины часто исследуют рентгеном, чтобы выявить то, что скрыто под слоем краски в ходе создания картины или в последующих реставрационных работах. Многие пигменты, например, свинец, на рентгеновских снимках выглядят белыми. При помощи рентгеновской спектромикроскопии проводили анализ реакций пигментов в живописи. Один из примеров – анализ деградации цвета в картинах Ван Гога.

рентгенВ сканерах багажа в аэропортах посредством рентгеновских лучей проверяет багаж изнутри на угрозы безопасности перед загрузкой в самолет.

В сканерах на пограничных КПП рентгеновские лучи помогают проверить внутренние части грузовиков. С помощью рентгена создают предмета искусства, пример – работы словенского художника Стане Ягодича.

Рентгеновская эпиляция, метод, популярный в 1920-х годах, но теперь запрещенный FDA (Управление по контролю за продуктами и лекарствами США).

Ножные флюороскопы были популярны в 1920-е, запрещены в США в 1960-х гг., в Великобритании в 1970-х, и позже даже в континентальной Европе.

Стереофотограмметрия используется для отслеживания перемещения костей при помощи имплантируемых маркеров.

Рентгено-фотоэлектронная спектроскопия – метод химического анализа, опирающийся на фотоэффект, обычно используется в поверхностной науке.

Открытие рентгена

Обычно открытие рентгена в 1895 г. приписывают немецкому физику Вильгельму Рентгену, потому что он был первым, кто систематически изучал их, хотя он не первый, кто наблюдал их последствия. Он также дал им название «Х-лучи», хотя многие называют их «рентгеновскими лучами» (отсюда и названия вроде «рентгенограмма»).

Было обнаружено, что рентгеновские лучи исходят из трубок Крукса, экспериментальных разрядных трубок, изобретенных около 1875 г. учеными, изучающими катодные лучи. То есть это были энергичные электронные пучки, созданные сначала в трубках. Трубки Крукса создали свободные электроны ионизацией остаточного воздуха в трубке с высоким постоянным напряжением от нескольких киловольт до 100 кВ. От этого напряжения происходило ускорение поступающих от катода электронов до скорости, достаточно высокой для создания рентгеновских лучей, когда они ударялись об анод или стеклянную стенку трубки. Многие из ранних трубок Крукса, несомненно, излучали рентгеновские лучи, потому что ранними исследователями были замечены эффекты, связанные с ними, как описано ниже. Вильгельм Рентген стал первым, кто в 1895 г. занялся их систематическим изучением.

Ранние исследования

В исследованиях Уильяма Крукса (в 1880 г.) и немецкого физика Иоганна Хитторфа, одного из изобретателей и раннего исследователя трубок Крукса, обнаружилось, что фотопластинки, размещенные рядом с трубкой, необъяснимым образом затуманивались или на них появлялся дефект в виде теней. Они не нашли причину и не исследовали этот эффект.

В 1877 г. преподаватель экспериментальной физики в Университете Вены Пулюй украинского происхождения создал различные конструкции вакуумной разрядной трубки для исследования их свойств. Он продолжил свои изыскания, когда был назначен профессором Пражского политехнического института, и в 1886 г. обнаружил, что запечатанные фотопластинки потемнели при воздействии эманации из трубок. В начале 1896 г. спустя несколько недель после опубликования Рентгеном первого рентгеновского снимка Пулюй опубликовал снимки высокого качестве в парижском и лондонском журналах. Хотя Пулюй учился у Рентгена в университете Страсбурга в 1873-75 гг., по утверждению его биографа Гайда (1997 г.), последующее его исследование было проведено независимо.

Рентгеновские лучи были получены и обнаружены в 1891 г. Фернандо Сэнфордом (1854-1948), профессором физики Стэнфордского университета. С 1886 по 1888 гг. он учился в лаборатории Германа Гельмгольца в Берлине, где познакомился с катодными лучами, генерируемыми в вакуумных трубках, когда напряжение было применено по отдельным электродам, как изучали ранее Генрих Герц и Филипп Ленард. В журнале The Physical Review было опубликовано его письмо от 6 января 1893 г. (описывающее его открытие, как «электрическую фотографию»), а в журнале San Francisco Examiner появилась статья, посвященная фотографиям, сделанным в темноте.

Начиная с 1888 г., Филипп Ленард, студент Генриха Герца, проводил эксперименты, чтобы узнать о возможности выхода катодных лучей из трубки Крукса в воздух. Он сконструировал трубку Крукса (названную позже «трубкой Ленарда») с «окошком» в конце из тонкого алюминия, смотрящим на катод, чтобы катодные лучи попадали в него. Он обнаружил что-то, проходящее сквозь него, что воздействовало на фотопластинки и вызывало флуоресценцию. Он измерил проникающую способность этих лучей через различные материалы. Было высказано предположение, что хотя бы некоторые из этих «лучей Ленарда» фактически были рентгеновскими.

Для рентгеновских лучей были сформулированы математические уравнения Германом фон Гельмгольцем. Он постулировал теорию дисперсии до объявления об открытии В. Рентгена. Она была сформирована на основе электромагнитной теории света. Тем не менее, он не работал с фактическими рентгеновскими лучами.

В 1894 г. американский инженер и изобретатель сербского происхождения Никола Тесла заметил поврежденный фильм в своей лаборатории, казалось бы, связанный с экспериментами с трубкой Крукса, и начал исследование этой лучистой энергии «невидимых» видов. После того, как Рентген определил рентгеновское излучение, Тесла начал делать собственные рентгеновские снимки, используя высокое напряжение и трубку собственной конструкции, а также трубку Крукса.

Вильгельм Рентген

8 ноября 1895 г. профессор физики Вильгельм Рентген из Германии наткнулся на рентгеновское излучение, экспериментируя с трубками Ленарда и Крукса, и начал изучать его. Он написал первоначальный доклад «О новом виде лучей: Предварительное сообщение» и 28 декабря 1895 г. отправил его в журнал «Физико-медицинское общество Вюрцбурга». Это была первая работа, посвященная рентгеновскому излучению. Рентген назвал излучение «X», чтобы указать, что это было излучение неизвестного типа. Название прижилось, но, несмотря на протесты Рентгена, многие его коллеги предложили называть их рентгеновскими лучами. Они до сих пор называются так на многих языках. За открытие Рентген получил первую Нобелевскую премию по физике.

рентген

Есть и противоречия в отношения авторства его открытия, потому что лабораторные заметки Рентгена сгорели после его смерти, но это, скорей всего, реконструкция его биографов. Рентген исследовал катодные лучи с помощью флуоресцентного экрана, окрашенного платино-цианистым барием, и трубки Крукса, которую он оборачивал в черный картон, чтобы не мешал видимый свет из трубки. Он заметил слабое зеленое свечение с экрана на расстоянии около 1 метра. Рентген понял, что некоторые идущие от трубки невидимые лучи проходили через картон, чтобы экран засветился. Он обнаружил, что они также могли проходить через книги и бумаги. Рентген решил исследовать систематически эти неизвестные лучи. Спустя два месяца после его первоначального открытия им была опубликована статья.

Медицинское применение было им обнаружено, когда он сделал снимок руки жены на фотопластинку, сформированный за счет рентгеновских лучей. Фотография руки жены стала первым снимком части человеческого тела с использованием рентгеновских лучей. Увидев снимок, женщина сказала: «Я видела свою смерть».

Прогресс рентгенологии

В 1895 г. Томас Эдисон исследовал способность материалов флуоресцировать под воздействием рентгеновских лучей, и обнаружил наибольшую эффективность у вольфрамата кальция. Где-то в марте 1896 г. разработанный им флюороскоп стал стандартом для медицинских рентгеновских осмотров. Тем не менее, Эдисон забросил исследования рентгена в 1903 г., еще до смерти Кларенса Мэдисона Далли, одного из его стеклодувов. У Далли была привычка тестировать рентгеновские трубки на своих руках, и в результате он приобрел рак в обеих, настолько сильный, что пришлось ампутировать обе руки в тщетной попытке спасти его жизнь.

В 1901 г. в президента США Уильяма МакКинли дважды выстрелили в попытке покушения. Одна пуля лишь задела его грудину, а вот другая застряла где-то глубоко внутри брюшной полости, и ее не могли найти. Обеспокоенный помощник МакКинли отправил изобретателю Томасу Эдисону просьба о скорейшем отправлении рентгеновского аппарата в Буффало для поиска шальной пули. Он прибыл, но им не воспользовались. Хотя сам выстрел не был смертельным, вдоль пути пули развилась гангрена, и МакКинли умер через шесть дней от септического шока из-за бактериальной инфекции.

Впервые рентгеновские лучи в клинических условиях использовал Джон Холл-Эдвардс в Бирмингеме, Англия, 11 января 1896 г., когда он сделал рентгеносъемку иглы, застрявшей в руке товарища. 14 февраля 1896 г. Холл Эдвардс также впервые использовал рентгеновские лучи в хирургической операции.

Первый медицинский рентген в США был получен при использовании газоразрядной трубки конструкции Пулюя. В январе 1896 г. во время чтения об открытии Рентгена Фрэнк Остин из Колледжа Дартмура провел испытания всех газоразрядных трубок в физической лаборатории и обнаружил, что только трубка Пулюя производит рентгеновские лучи. Это стало результатом того, что Пулюй добавил скошенную «мишень» из слюды, используемую в качестве держателя образцов из флуоресцентного материала внутри трубки. 3 февраля 1896 г. профессор медицины Гилман Фрост и его брат Эдвин Фрост, профессор физики, изучили при помощи рентгена запястье Эдди Маккарти, которого Гилман лечил несколько недель ранее в связи с переломом. Полученное изображение сломанной кости было собрана на желатиновых фотопластинках, полученных от Говарда Лангилла, местного фотографа, также заинтересованного в работе Рентгена.

Опасности

С широким распространением экспериментов с рентгеновскими лучами после их открытия в 1895 г. учеными, врачами и изобретателями появилось много историй об ожогах, потери волос и других ужасах в технических журналах того времени. В феврале 1896 г. профессор Дэниэл и доктор Дадли из Университета Вандербильта сообщили о выпадении у Дадли волос после рентгена. В августе 1896 г. доктор Хоукс, выпускник Колумбийского колледжа, получил тяжелые ожоги рук и груди в демонстрации рентгена. Об этом было сообщение в издании Electrical Review, что привело к публикации многих других сообщений о проблемах, связанных с рентгеном. Многие экспериментаторы, в том числе Элиу Томсон в лаборатории Эдисона, Уильям Дж. Мортон и Никола Тесла, также сообщали об ожогах. Элиу Томсон намеренно облучал палец рентгеновской трубкой в течение долгого времени и пострадал от боли, отека и образования волдырей. Среди других эффектов ультрафиолетовое облучение и, согласно утверждению Теслы, озон. Многие врачи утверждали, что вообще не наблюдали эффекты от рентгеновского облучения.

XX век и позже

Разнообразное применение рентгена сразу вызвало огромный интерес. В мастерских стали делать специализированные версии трубок Крукса для генерирования рентгеновских лучей, и примерно до 1920 г. использовались эти трубки первого поколения.

Трубки Крукса надежностью не отличались. В них должно было присутствовать небольшое количество газа (постоянно воздух), так как ток не будет протекать в полностью разреженной трубке. Тем не менее, по прошествии времени из-за рентгеновских лучей стекло начало поглощать газ, и трубка стала генерировать «более твердые» рентгеновские лучи, пока не прекратила работать. Более крупные и чаще используемые трубки снабжались устройствами для восстановления воздуха, известные, как « смягчители». Зачастую они имели форму небольшой боковой трубки с маленьким кусочком слюды. Этот минерал захватывает довольно большое количество воздуха. Электрический нагреватель небольшого размера нагревал слюду, и это вызывало выпуск малого количества воздуха, таким образом, восстанавливая эффективность трубки. Тем не менее, слюда имела ограниченный срок службы, следовательно, процесс восстановления контролировать было непросто.

В 1904 г. Джоном Флемингом был изобретен термоэлектронный диод, первый вид вакуумной трубки. В нем использовался термокатод, который создавал поток электрического тока в вакууме. Эту идею быстро начали применять к рентгеновским трубкам. Так появились трубки с подогретым катодом, называемые «трубками Кулиджа» и к 1920 г. они полностью вытеснили проблемные трубки с холодным катодом.

Примерно в 1906 г. физик Чарлз Баркла обнаружил, что газы могут рассеивать рентгеновское излучение, и что каждый элемент имел характерный рентгеновский луч. В 1917 г. он получил за это открытие Нобелевскую премию по физике.

В 1912 г. Макс фон Лауэ, Павел Книппинг и Вальтер Фридрих впервые наблюдали дифракцию рентгеновских лучей кристаллами. Это открытие, наряду с ранней работой Пола Питера Эвальда, Уильяма Генри Брэгга и Уильяма Лоренса Брэгга, породило область рентгеновской кристаллографии.

В следующем году рентгеновская трубка Кулиджа была изобретена Уильямом Д. Кулиджем. Это сделало возможным непрерывное рентгеновское излучение. Трубки рентгена, похожие на нее, используются до сих пор.

Для медицинских целей (которые развились в области лучевой терапии) рентгеновские лучи впервые были использованы майором Джоном Холл-Эдвардсом в Бирмингеме, Англия. Затем в 1908 г. он лишился левой руки из-за распространения рентгеновского дерматита на ней.

В 1950-х был разработан рентгеновский микроскоп

Рентгеновская обсерватория Чандра, запущенная 23 июля 1999 г., позволила исследование самых интенсивных процессов во Вселенной, порождаемых рентгеновскими лучами. В отличие от видимого света, который обеспечивает относительно стабильный взгляд, Вселенная рентгена неустойчива. Она отличается раздиранием звезд черными дырами, столкновениями галактик и появлением новых звезд или нейтронных звезд, которые накапливают слои плазмы, затем взрывающиеся в пространстве.

В рамках стратегической оборонной инициативы администрации Рейгана в 1980-х было предложено рентгеновское лазерное устройство, но в единственном испытании устройства (нечто вроде лазерного «взрывника» или луча смерти, питаемого термоядерным взрывом) получены неоднозначные результаты. Весь проект (в том числе рентгеновский лазер) был снят с финансирования по техническим и политическим причинам (хотя позже был возрожден второй администрацией Буша в качестве национальной противоракетной обороны с использованием различных технологий).

Фазово-контрастная рентгеновская визуализация объединяет различные методы использования информации о фазе когерентного рентгеновского пучка для мягких тканей. Она приобрела важность в качестве методики визуализации клеточных и гистологических структур в разнообразных биологических и медицинских исследованиях. Несколько методик используются для рентгеновского фазово-контрастного отображения, и все они при помощи различных принципов преобразуют фазовые вариации в рентгеновские лучи, выходящие из объекта в вариациях интенсивности. К ним относятся основанный на распространении фазовый контраст, интерферометрия Талбота, усиление визуализации преломлением. Эти методы обеспечивают более высокую контрастность по сравнению с обычной рентгеновской визуализацией с поглощением контраста, позволяя разглядеть мелкие детали. Среди недостатков то, что в этих методах требуется более сложное оборудование, например, синхротрон или микрофокус рентгеновских источников, оптика и датчики с высоким разрешением.

Видимость

Как правило, для человеческого глаза они считаются невидимыми, но при определенных обстоятельствах лучи рентгена могут быть видимыми. Брандес в эксперименте вскоре после выхода знаменательного труда Рентгена в 1895 г., сообщал, что привыкшими к темноте глазами вблизи рентгеновской трубки он видел слабое «сине-серое» свечение, которое, казалось, зарождалось внутри самого глаза. Услышав это, Рентген просмотрел свои книги и обнаружил, что тоже видел эффект. Поместив рентгеновскую трубку на противоположной стороне деревянной двери, Рентген отметил то же голубое свечение, как бы исходящее из самого глаза, но посчитал свои наблюдения ложными, ведь он отмечал эффект лишь, когда использовал один вид трубки. Впоследствии он понял, что создающая эффект трубка была единственной достаточно мощной, чтобы сделать свечение явно видимым. Вскоре он с легкостью повторил эксперимент. Сегодня почти забыто то, что рентгеновские лучи можно разглядеть приспособившимся к темноте невооруженным глазом. Вероятно, это связано с нежеланием повторять опасный и потенциально вредный эксперимент с ионизирующим излучением. Неизвестно, какой конкретно механизм в глазу дает видимость: это может быть связано с обычным обнаружением (возбуждение молекул родопсина в сетчатке), прямым возбуждением нервных клеток сетчатки или вторичным обнаружением через, например, рентгеновскую индукцию фосфоресценции в глазном яблоке с обычным обнаружением сетчаткой вторично произведенного видимого света.

В остальных случаях рентген невидим, но можно увидеть ионизацию молекул воздуха, если интенсивность рентгеновского пучка достаточно высока. Среди примеров такой высокой интенсивности пучок от виглера в ID11 в ESRF (Европейский центр синхротронного излучения).




© Авторы и рецензенты: редакционный коллектив оздоровительного портала "На здоровье!". Все права защищены.


 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

nazdor.ru
На здоровье!
Беременность | Лечение | Энциклопедия | Статьи | Врачи и клиники | Сообщество


О проектеКарта сайта β На здоровье! © 2008—2015
nazdor.ru, nazdor.com
Контакты Наш устав

Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".