Рентгеновское излучение: применение

Введение
Актуальность исследования рентгеновского излучения и его применения в практической деятельности человека обусловлено способностью данного излучения проникать через те материалы, которые непрозрачны в видимом спектре излучений.
Открытые 1901 году В.К Рентгеном Х-лучи, получившие впоследствии название рентгеновских, стали настоящим прорывом в области диагностических исследований в медицине, а также промышленности.
Проблема исследования состоит в том, что рентгеновские лучи, представляют собой невидимые электромагнитные излучения с длиной волны 102–105 нм.
Лучи с этой длиной волны могут испускаться в процессе перехода электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние (в данном случае формируется линейчатый спектр) и в процессе торможения быстрых электронов в веществе (формируется непрерывный спектр).
Использование рентгеновского излучения ограничено рядом негативных последствий для облучаемого объекта, особенно для живых клеток, поскольку в данном случае резко возрастает частота половых и соматических мутаций, генетических сбоев, которые в итоге могут привести к развитию заболеваний или гибели организма.
В данной работе будут рассмотрены основные характеристики рентгеновского излучения, основные методы диагностики при помощи рентгеновского излучения, а также выявлены плюсы и минусы такой диагностики.
Объектом работы является рентгеновское излучение.
Предметом работы является характеристика и область применения рентгеновского излучения в практической деятельности человека, в частности в медицине.
Целью работы является изучение рентгеновского излучения и его использования в практической деятельности человека.
1. Характеристика рентгеновского излучения
Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитные волны, энергия фотонов которых на шкале электромагнитных волн находится между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением (от ~10 эВ до ~1 МэВ), что соответствует длинам волн от ~10^ до ~10^2 ангстрем (от ~10^7 до ~10^12 м). Следовательно, рентгеновские лучи обладают более жестким дейтвием на живые ткани. Чем изучение видимого спектра в силу своей более выской энергии.
Границу между рентгеном и гамма-излучением выделяют достаточно условно, поскольку их диапазоны пересекаются, при этом гамма-лучи могут обладать энергией от 1 кэв. Основное различие между гамма-лучами и рентгеновскими лучами состоит в тх происхождении. Гамма-лучи испускаются в ходе процессов, которые идут в атомном ядре, а рентгеновские лучи образуются в ходе процессов, идущих с участием электронов (как свободных, так и находящихся в электронных оболочках атомов). При этом по самому фотону невозможно установить, в ходе какого процесса он возник, следовательно деление на рентгеновский и гамма-диапазон носит условный характер [1].
Рентгеновский диапазон подразделят на «мягкий рентген» и «жесткий». Граница между ними проходит на уровне длины волны 2 ангстрема и 6 кэв энергии.
Генератор рентгеновского излучения представляет собой трубку, в которой создан вакуум. В трубке расположены электроды – катод, на который подается отрицательный заряд, и положительно заряженный анод. Напряжение между электродами составляет десятки-сотни киловольт. Генерация рентгеновских фотонов происходит в том случае, когда электроны «срываются» с катода и с высокой скоростью врезаются в поверхность анода. Возникающее при этом рентгеновское излучение получило название «тормозного», а его фотоны имеют различную длину волны.
Одновременно с этим процессом происходит генерация фотонов характеристического спектра. Часть электронов в атомах вещества анода возбуждается, то есть переходит на более высокие орбиты, а затем возвращается в нормальное состояние, излучая фотоны определенной длины волны

. В стандартном генераторе возникают оба типа рентгеновского излучения.
«Рентген» представляет собой самый мягкий тип проникающей радиации. Избыточное воздействие мягкого рентгена сходно с воздействием ультрафиолетового облучения, но имеет более тяжелую форму. При этом на коже возникает ожог, однако поражение тканей более сильное и глубокое а процесс регенерации замедлен.
Жесткое рентгеновское излучение является полноценным ионизирующим излучением, то есть также как и в случае с радиационным поражением ведет к развитию лучевой болезни. Кванты рентгеновского излучения способны разрушать молекулы белков и вызывать необратимые нарушения в структуре ДНК и генома человека, животных и растений [6].
Однако даже в том случае, когда квант рентгеновского излучения разрушает молекулу воды, при этом все равно образуются химически активные свободные радикалы H+ и OH-, которые сами способны воздействовать на белки и ДНК. Тяжесть протекания лучевой болезни напрямую зависит от того, насколько сильно затронуты патологическим воздействием органы кроветворения.
Доказана мутагенная и канцерогенная активность рентгеновских лучей, что связано с возрастанием числа спонтанных мутаций в клетках тела и половых клетках. Также здоровые клетки после воздействия рентгеновских лучей могут перерождаться в клетки опухолей, проявляя нехарактерную дяля данных тканей митотическую активность.
Повышение вероятности возникновения злокачественных новообразований является стандартным следствием любого облучения, в том числе рентгеновского. Рентген является наименее опасным видом проникающей радиации, однако это в любом случае накрадывает серьезные ограничения на его использование в диагностических и лечебных целях.
Помимо рентгеновской трубки, источником рентгеновского излучения может быть радиоактивный изотоп, одни испускают рентгеновское излучение, а другие испускают электроны, которые возбуждают рентгеновское излучение в процессе бомбардировки металлических мишеней. Для радиоактивных источников интенсивность излучения меньше, чем рентгеновской трубки.
Также радиоактивные примеси замечены в минералах, отмечено также рентгеновское излучение космических объектов и звезд.

2. Применение рентгеновского излучения
Широкое применение рентгеновское излучение нашло в медицине. причем оно используется как для диагностики. Так и для лечения ряда заболеваний.
Рентгенодиагностика представляет собой методы получения изображений внутренних органов с применением рентгеновских лучей.
Физическая основа методов рентгенодиагностики состоит в том, что рентгеновские излучение обладает свойствами ослабления при прохождении через вещество. Причем в зависимости от структуры и свойств вещества ослабление рентгеновского излучения происходит в разной степени [2].
После прохождения однородного по сечению потока рентгеновского излучения неоднородных тканей поток излучения также теряет свою однородность. Данная неоднородность и фиксируется при помощи фотопленки, матричного фотоприемника или флуоресцирующего экрана.
В частности, массовые коэффициенты ослабления костной ткани - Са3(РО4)2 - и мягких тканей - в основном Н2О - различаются в 68 раз (μm кости /μm воды = 68). Плотность кости также выше плотности мягких тканей. Поэтому на рентгеновском снимке получается светлое изображение кости на более темном фоне мягких тканей [3].
В том случае, когда исследуемый орган и окружающие его ткани обладают близкими по значении коэффициентами ослабления, применяются контрастное вещество. При проведении рентгеноскопии желудка в качестве контрастного вещества используется сульфат бария, коэффициент ослабления которого я в 354 раза выше, чем у мягких тканей.
Для диагностических целей применяется рентгеновское излучение с энергией фотонов 60-120 кэВ