Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Лабораторная работа №1

Руководитель: профессор кафедры ММС

Кульков Сергей Николаевич

Студенты группы 4Б21:

Кондратенко А.И.

Проскурников Г.В.

Дронов А.А.

Томск, 2015

Цель: познакомиться, изучить, а так же получить навыки в рентгенографическом анализе порошков.

Устройство рентгеновского апарата

Одним из наиболее эффективных методов изучения строения кристаллических веществ является рентгенография.

Рентгенография делится на 2 типа:

1. рентгеноструктурный анализ (РСтА);

2. рентгенофазовый анализ (РФА).

Первый метод является наиболее общим и информативным и позволяет однозначно определить все детали кристаллической структуры (координаты атомов и т.д.). Объектом исследования в РСтА является монокристалл. Второй метод позволяет идентифицировать вещество и определить некоторые параметры кристаллической структуры. Объектами исследования РФА являются поликристаллические образцы.

Рентгеновский аппарат предназначается для превращения электроэнергии в рентгеновское излучение. Устройство рентгеновского аппарата зависит от его функции, но в целом он состоит из источника излучения, блока питания, системы управления и периферии.

Как работает рентгеновский аппарат

Питание аппарата осуществляется обычно от электросети переменного тока в 126 или 220 В. Однако современные рентгеновские установки работают от постоянного тока существенно более высокого напряжения. В связи с этим в состав блока питания входят трансформатор (или система трансформаторов) и выпрямитель тока (иногда выпрямитель может отсутствовать – при низкой мощности аппарата). Генератор излучения – это рентгеновская трубка, одна или несколько.

Система управления – это распределительное устройство, то есть пульт управления, регулирующий работу всей установки. Кроме того, аппарат включает в себя штатив (систему штативов), на который крепится генератор излучения. Принцип работы установки следующий. Переменный ток от электросети подводится к первичной обмотке трансформатора. С его вторичной обмотки снимается более высокое напряжение и подается на излучатель непосредственно (полуволновые установки) или через выпрямитель – кенотрон. Накалом катодной нити рентгеновской трубки регулируется ее работа. В излучение при этом переходит не более 1% подаваемой на трубку энергии, остальное превращается в тепло, прежде всего греется анод. Для того чтобы избежать его повреждения от перегрева, либо используются тугоплавкие материалы (вольфрам, молибден), либо конструируется специальная система охлаждения (водное охлаждение, вращающийся анод). Современные рентгеновские установки снабжаются специальными устройствами для стабилизации тока и защиты излучателя от перегрузки. Кроме того, устанавливается система защиты окружающих от избыточного излучения (а также от тока высокого напряжения).

Рентгеновская трубка устройство

Рентгеновская трубка - электровакуумный прибор с источником излучения электронов (катод) и мишенью, в которой они тормозятся (анод). Высоковольтное напряжение для разогревакатода подается через минусовой высоковольтный кабель с накального трансформатора, который находится вгенераторном устройстве. Накаленная спираль катода, при прикладывание к рентгеновской трубке высокого напряжения,начинает выбрасывать ускоряющийся потокэлектронов, а затем они резко тормозятся на вольфрамовой пластинке анода, что и приводит к появлениюрентгеновских лучей.

Принцип работы рентгеновской трубки

Рисунок 1 - Схема рентгеновской трубки для структурного анализа: 1 - металлический анодный стакан (обычно заземляется); 2 – окна из бериллия для выхода рентгеновского излучения; 3 – термоэмиссионный катод; 4 – стеклянная колба, изолирующая анодную часть трубки от катодной; 5 – выводы катода, к которым подводится напряжение накала, а также высокое (относительно анода) напряжение; 6 – электростатическая система фокусировки электронов; 7 – ввод (антикатод); 8 – патрубки для ввода и вывода проточной воды, охлаждающей вводный стакан.

Площадь анода, на которую попадают электроны, называют фокусом. В современных рентгеновских трубках обычно имеется два фокуса: большой и малый. В аноде свыше 95% энергии электронов превращается в тепловую энергию, нагревающую анод до 2000° и более. По этой причине с увеличением длительности экспозиции допустимая мощность снижается.

Рентгенодиагностическую трубку размещают в просвинцованном кожухе, который заполнентрансформаторным маслом. В кожухе имеются отверстиядля подсоеденения высоковольтных кабелей и выходное окно, через которое выводится пучок излучения. Для минимизации дозы рентгеновского излучения в современных рентгеновских аппаратах, например ФМЦ на выходном окне крепится устройство колимации. Для того, чтоб исключить появление на аноде рентгеновской трубки повреждений, последний должен вращаться, для этого внизу кожуха рентгеновской трубки размещается устройство вращения анода.

Широко используются в современной медицинской практике. С их помощью осуществляется диагностика и лечение различных заболеваний. Что же касается работы непосредственно диагностических моделей - это аппараты, позволяющие проводить неинвазивную оценку состояния внутренних органов и костно-мышечных тканей организма.

Изображение формируется на основании различной степени поглощения лучей внутренними тканями пациента и называется рентгенограммой. Может отображаться как на специальной пленке, так и на компьютере (для цифровых моделей) .

На рентгенограмме хорошо видны внутренние органы и кости. С целью более четкой визуализации отдельных органов и тканей используется контрастная субстанция, что позволяет точнее диагностировать имеющиеся патологии.

Как устроен рентген-аппарат

В рентгеновском аппарате присутствуют следующие детали и узлы:

• Одна или несколько трубок-излучателей, генерирующих рентгеновские лучи;
• Питающее устройство, которое снабжает прибор электроэнергией (с его помощью происходит регулирование радиационных параметров);
• Устройство, преобразующее рентгеновское излучение в доступное для визуализации изображение;
• Распределительное устройство (блок управления прибором);
• Штативы, посредством которых осуществляется управление установкой;
• Средства защиты от излучения.

Рентген-аппарат имеет достаточно толстый свинцовый корпус, выполняющий защитную функцию. Данный металл хорошо поглощает рентгеновское излучение, обеспечивая максимальную безопасность медперсонала.

Принцип работы рентгеновской установки

В основе принципа работы рентген-аппарата лежит подача напряжения к пульту управления для настройки силы излучения, а затем на главный трансформатор, где и генерируется и злучение . Лучи , проникая через область исследования оказываются на входном экране, вызывая его свечение. Под действием данного излучения фотокатод выбивает электроны, в результате ускоренные электрическим полем фотоэлектроны поступают на выходной малый экран, на котором электронное изображение преобразуется в световое.

Особенностью большинства современных рентгеновских аппаратов является использование электронно-оптических преобразователей или усилителей для минимизации лучевой нагрузки на пациента и персонал.

Виды рентгеновских аппаратов

• В зависимости от назначения все рентгеновские установки делятся на терапевтические и диагностические. Последние в свою очередь подразделяются на:

Передвижные (применяются в операционных блоках и отделениях травматологии, больничных палатах и на дому);

Стационарные (используются в основном в рентгенологических кабинетах);

/переносные (удобны для транспортировки, поэтому они незаменимы при оказании экстренной медицинской помощи).

В диагностических аппаратах используется большая сила тока, проходящего через трубку-излучатель, и небольшое напряжение. В терапевтических устройствах, напротив, применяется малая сила тока и большое напряжение. Различаются рентгеновские аппараты и по типу питания трубки-излучателя.

Рентгеновские аппараты (синоним рентгеновские установки) - это устройства для получения и использования рентгеновского излучения в технических и медицинских целях. Медицинские рентгеновские аппараты в зависимости от назначения разделяют на диагностические и терапевтические. По условиям, в которых они подлежат эксплуатации, рентгеновские аппараты подразделяют на стационарные, передвижные и переносные.

Стационарные рентгеновские аппараты, как диагностические (рис. 1), так и терапевтические (рис. 2), предназначены для постоянного использования в специально приспособленном помещении - рентгеновском кабинете (см.). Передвижные рентгеновские аппараты в зависимости от условий использования делят на палатные (рис. 3), приспособленные для перемещения в пределах лечебного учреждения с целью рентгенологического исследования больных непосредственно в палатах, и переносные, рассчитанные на применение вне лечебного учреждения. К передвижным рентгеновским аппаратам относятся также аппараты (РУМ-4), предназначенные для работы в полевых условиях (рис. 4). Они обычно устанавливаются и перевозятся на специально приспособленных видах автотранспорта, имеют автономное питание и помещение для развертывания, а также собственную фотолабораторию. В условиях мирного времени передвижные рентгеновские аппараты используются в специально оборудованных автомашинах, железнодорожных вагонах и на судах морского и речного флота (так называемые корабельные рентгеновские установки). Имеются также передвижные рентгеновские аппараты, размещаемые в специальных укладочных ящиках и перевозимые на любом виде подрессоренного транспорта.

К полевым рентгеновским аппаратам предъявляется ряд специальных требований, вытекающих из неблагоприятных и сложных условий транспортировки, климатических условий и необходимости частого монтажа и демонтажа аппаратуры. В частности, укладочные ящики должны быть достаточно герметичными, чтобы защищать аппаратуру от воздействия пыли и влаги. Отдельные части рентгеновского аппарата должны быть надежно закреплены, чтобы обеспечить возможность транспортировки рентгеновского аппарата на подрессоренном (обычно автомобильном) транспорте по шоссейным и грунтовым дорогам без повреждения частей рентгеновского аппарата. Колебания температуры окружающего воздуха в пределах от 40 до -40° не должны влиять на качество работы рентгеновского аппарата при хранении и транспортировке их в этих условиях. Монтаж и демонтаж рентгеновского аппарата должны осуществляться силами обслуживающего персонала в течение получаса без применения специальных инструментов.

В мирное время рентгеновские аппараты полевого типа могут быть использованы для массовых обследований (см. Флюорография), а также для рентгенодиагностической работы в отдаленных районах.

Переносные рентгеновские аппараты (рис. 5) предназначены для производства простейших видов рентгенологических исследований в условиях скорой и неотложной помощи, а также помощи на дому. Они малогабаритны, легки, умещаются в двух небольших чемоданах и обычно приспособлены для переноски силами 1-2 человек.

Существует большое количество типов рентгеновских аппаратов, предназначенных для различных целей. Рабочая мощность выпускаемых рентгеновских аппаратов определяется произведением вторичного напряжения (напряжение генерирования в киловольтах) на силу тока (в миллиамперах), проходящего через рентгеновскую трубку (см.) в одну секунду.

Диапазоны напряжения и тока рентгеновских аппаратов в зависимости от их назначения приведены в таблице.

Рентгеновский аппарат состоит из следующих основных узлов.

1. Высоковольтное устройство, включающее трансформатор высокого напряжения (так называемый главный трансформатор), трансформатор накала рентгеновской трубки, систему, выпрямляющую ток, подаваемый на рентгеновскую трубку (в маломощных аппаратах выпрямительное устройство может отсутствовать).

2. Генератор рентгеновых лучей - рентгеновская трубка.

3. Распределительное устройство - пульт управления, регулирующий режимы работы аппарата.

4. Штатив или группы штативов для крепления рентгеновской трубки, снабженные приспособлениями для установки или укладки больных в процессе тех или иных видов рентгенологического исследования и лечения, а также средствами противолучевой защиты.

Схематически принцип работы рентгеновского аппарата состоит в том, что напряжение электрической сети подводится к пульту управления, в котором оно регулируется с помощью автотрансформатора и подается на первичную обмотку главного трансформатора. В результате разницы в количестве витков первичной и вторичной обмоток главного трансформатора напряжение в нем резко возрастает и подается на рентгеновскую трубку непосредственно (так называемые полуволновые рентгеновские аппараты) или через выпрямляющее устройство (кенотроны, селеновые выпрямители). Регулировка тока, проходящего через рентгеновскую трубку, осуществляется степенью накала ее катодной нити.

Современные рентгеновские аппараты снабжены весьма сложными устройствами для стабилизации напряжения и тока рентгеновской трубки, а также для защиты ее от возможных перегрузок. Помимо сложных релейных устройств для регулирования времени экспозиции, диагностические аппараты снабжены автоматическими переключателями режимов работы рентгеновского аппарата, что бывает необходимо, например, при быстром переходе с режима просвечивания на режим снимков и обратно. Кроме того, все современные рентгеновские аппараты имеют систему защиты от неиспользуемого рентгеновского излучения и от поражения током высокого напряжения.

По характеру защиты от поражения током высокого напряжения различают блок-аппараты, в которых высоковольтное устройство вместе с рентгеновской трубкой заключено в общий заземленный металлический кожух, и кабельные рентгеновские аппараты, в которых провода высокого напряжения заключены в изолированные высоковольтные кабели, а трубка и главный трансформатор - в металлические заземленные кожухи. Блок-аппараты обычно применяют для передвижных и переносных рентгеновских аппаратов, а кабельные - для стационарных.

Диагностические рентгеновские аппараты снабжаются устройствами для томографии (см.), кимографии, электрокимографии и других специальных методов исследования, а также ЭОП (см. Электронно-оптический усилитель рентгеновского изображения) (рис. 6), позволяющими проводить рентгенокиносъемку, телевизионную передачу рентгеновского изображения и обеспечивающими высокую яркость изображения при значительном снижении лучевой нагрузки.

Для исследования отдельных фаз быстротекущих процессов имеются специальные рентгеновские аппараты, позволяющие производить рентгеновскую съемку при выдержках, составляющих тысячные доли секунды. Это достигается не путем увеличения мощности (а следовательно, и габаритов) рентгеновских аппаратов, а при помощи системы конденсаторов, которые заряжаются от сравнительно маломощного трансформатора до необходимого напряжения и затем в нужный момент мгновенно разряжаются на рентгеновскую трубку (так называемые импульсные рентгеновские аппараты). Кроме того, существуют приспособления к обычным диагностическим рентгеновским аппаратам в виде приставок, позволяющих производить съемку физиологически подвижных объектов (легкие, сердце) в заранее заданную фазу деятельности, например в фазу вдоха или выдоха или в определенную фазу сердечной деятельности.

Терапевтические рентгеновские аппараты применяют для лучевой терапии.

С внедрением в клиническую практику искусственных радиоактивных изотопов и различного рода ускорителей заряженных частиц, линейных ускорителей, бетатронов, синхротронов, синхрофазотронов и др. роль собственно рентгенотерапии несколько сузилась, и в настоящее время она применяется для лучевого воздействия на патологические очаги сравнительно неглубокого расположения.

Существуют терапевтические рентгеновские аппараты не только для статического, но и для так называемого подвижного облучения (методы ротационной и конвергентной рентгенотерапии).

В зависимости от глубины расположения облучаемого очага применяют аппараты для поверхностной рентгенотерапии (рис. 7) и для статической глубокой терапии (рис. 2).

Кроме того, выпускаются рентгеновские аппараты для ротационной (рис. 8) и конвергентной (рис. 9) рентгенотерапии, в которых во время лучевого воздействия трубка автоматически перемещается по заранее заданному пути так, чтобы основной пучок излучения был постоянно направлен на патологический очаг, а окружающие его ткани и область кожи попадали под воздействие лучей попеременно. Это позволяет, щадя кожу и здоровые ткани, подвести к очагу большие дозы рентгеновского излучения, чем при статических методах облучения.

Современные терапевтические рентгеновские аппараты, как и диагностические, снабжены рядом специальных приспособлений и устройств, автоматизирующих их работу. Наряду с аппаратами для терапии с обычными автоматическими реле времени имеются рентгеновские аппараты, в которых реле времени заменено на реле дозы, представляющее интегральный дозиметр, автоматически выключающий высокое напряжение при достижении величины заранее заданной дозы излучения. Кроме того, в комплект терапевтических рентгеновских аппаратов входят специальные наборы тубусов, диафрагм, ограничивающих поле облучения, и фильтров, отсеивающих более мягкую часть излучения и придающих рабочему пучку более однородный характер.

См. также Рентгенотехника, Рентгенологическое исследование, Рентгенотерапия.

Рис. 1. Стационарный диагностический рентгеновский аппарат типа РУМ-5.

Рис. 2. Рентгеновский аппарат типа РУМ-11 для статической глубокой рентгенотерапии.

Рис. 3. Палатный рентгеновский аппарат.

Рис. 4. Общий вид рентгеновского аппарата РУМ-4.

Рис. 5. Переносный рентгеновский аппарат.

Рис. 6. Электронно-оптический преобразователь (ЭОП) с зеркалом для визуального наблюдения, кинокамерой и передающей телевизионной камерой.

Рис. 7. Рентгеновский аппарат типа РУМ-7 для кожной и контактной рентгенотерапии.

Рис. 8. Рентгеновский аппарат для ротационной рентгенотерапии.

Рис. 9. Рентгеновский аппарат для конвергентной рентгенотерапии.

Рентгеновские аппараты - устройства для получения и применения его в медицине и технике. Медицинские рентгеновские аппараты по назначению делятся на диагностические (рис. 1) и терапевтические (рис. 2), а по условиям эксплуатации - на стационарные, передвижные и переносные. Стационарные рентгеновские аппараты размещаются в специальных . Передвижные рентгеновские аппараты бывают двух типов: разборные, предназначенные для разъездной работы (рис. 3), и палатные (рис. 4) - для рентгенодиагностической помощи в больницах у постели больного. Переносные рентгеновские аппараты (рис. 5) используются для проведения простейших рентгенологических исследований на дому (отечественный переносный аппарат РУ-560 со всеми принадлежностями укладывается в два чемодана и имеет общий вес около 45 кг). Диапазон напряжений и тока рентгеновских аппаратах в зависимости от их назначения приводится в таблице.

Устроен рентгеновский аппарат следующим образом: высокое напряжение на (см.) подается от повышающего трансформатора (так называемого главного трансформатора), к вторичной обмотке которого трубка присоединяется либо непосредственно (в маломощных переносных и передвижных аппаратах), либо через выпрямительное устройство - кенотрон или полупроводниковый вентиль (см. Выпрямители тока). Питание цепи накала катода рентгеновской трубки производится от понижающего трансформатора накала. Так как анод рентгеновской трубки обычно заземляется, а катод находится под высоким напряжением, трансформатор накала имеет высоковольтную изоляцию. Высоковольтные элементы схемы рентгеновского аппарата обычно помещаются в заземленный кожух и соединяются с электродами защитной рентгеновской трубки при помощи высоковольтных кабелей (кабельные рентгеновские аппараты). В так называемых блок-аппаратах высоковольтная часть вместе с трубкой размещается в металлическом кожухе, заполненном минеральным изоляционным маслом.

Высокое напряжение обычно регулируется с помощью автотрансформатора (см.), включенного в первичную цепь главного трансформатора. Специальный коммутатор, присоединенный к различным отпайкам автотрансформатора, позволяет менять плавно или ступенчато напряжение на первичной и, следовательно, на вторичной обмотке главного трансформатора. Ток накала рентгеновской трубки устанавливается с помощью реостата, включенного в цепь первичной обмотки трансформатора накала. Анодный ток трубки зависит от величины тока накала, который обусловлен напряжением электрической сети: изменение напряжения сети, например, на 5% меняет анодный ток в 2 раза. Напряжение электрической сети падает при включении рентгеновского аппарата, в связи с чем для стабилизации накала трубки приходится устанавливать трансформатор (компенсатор) или специальный ферро-резонансный стабилизатор. Автотрансформатор с коммутаторами, реостат регулировки тока накала, контрольные приборы, системы стабилизации напряжения и защиты от перегрузки и короткого замыкания составляют низковольтную часть рентгеновского аппарата и размещаются в специальном пульте управления. Включение аппарата обычно осуществляется ступенями: сначала включается сетевое напряжение, затем накал рентгеновской трубки и кенотрона и, наконец, высокое напряжение. Отключение производится в обратном порядке. В состав рентгеновского аппарата входят также штатив (или группа штативов) для крепления рентгеновской трубки, приспособления для фиксации больных в процессе исследования или лечения, рентгеновские экраны (см. ) и средства обследуемого и врача. Рентгеновские аппараты снабжаются специальными устройствами (реле времени) для автоматического отключения высокого напряжения по истечении заданной экспозиции. В терапевтических рентгеновских аппаратах применяются электромеханические реле с максимальной выдержкой 10-30 мин., которые приводятся в действие небольшим электродвигателем. В переносных и передвижных диагностических рентгеновских аппаратах используются ручные реле, приводимые в действие пружиной, а в стационарных - конденсаторные реле с минимальной выдержкой около 0,01 сек.

Страницы: 1

Рентгеновский аппарат - это приспособление, которое широко используется в современной медицине для изучения и диагностики различных недугов. Он необходим для доступа к внутренним органам человека. Благодаря рентгеновскому аппарату врач получает снимок внутренней структуры тела, интересующей его. Снимок проецируется на фотоплёнку. Работа с рентгеном относится к неинвазивным медицинским исследованиям, то есть не требуется проникновение инородного тела внутрь. Несмотря на то, что данное приспособление повсеместно используется в больницах и клиниках, мало кто знает, как он работает.

Давайте узнаем, что такое рентген аппарат, принцип работы этого приспособления, и какое он имеет значение для медицины.

Рентген-аппарат - что это такое?

Рентген-аппарат - это устройство, которое преобразовывает обычную электроэнергию в рентгеновское излучение. Есть разные типы рентгеновских аппаратов, например:

. Ангиограф;

Флюорограф;

Рентгеновский маммограф;

Палатный рентген-аппарат;

Дентальный рентген-аппарат;

Операционный рентген-аппарат;

Рентгеновский компьютерный томограф;

И другие.

Как мы видим, на сегодняшний день существует множество разновидностей рентгеновских аппаратов. В зависимости от исследуемого органа, используются приспособления с разной конструкцией и принципом работы. Однако классический рентген-аппарат общего назначения, принцип работы которого мы рассмотрим в данной статье, состоит системы управления, блока питания, излучаемой конструкции, а также периферии. В зависимости от функциональности приспособления, в его состав также могут входить устройства для записи изображения или визуализации внутренней части исследуемой части тела.

Принцип работы рентгеновского аппарата

Питание классического рентген-аппарата происходит через электросеть, максимальное напряжение которой равно 220 В. Но некоторые рентгеновские системы, разработанные уже в наше время, требуют значительно больших затрат электроэнергии. Такие установки, помимо блока питания, содержат в себе трансформатор и выпрямитель для тока.

Рентгеновская трубка - это главный элемент излучения, который генерирует его. Также в устройстве присутствует система управления, с помощью которой специалист контролирует работу рентгеновской установки.

Материал, благодаря которому происходит рентгеновское излучение - это ток, поэтому без мощной электросети работа аппарата невозможна. Так, ток из электросети проходит через первичную стадию обработки. Данный этап происходит в трансформаторной обмотке. После этого довольно быстро наступает вторичная стадия обработки, при которой выделяет высокое напряжение. Оно доходит до кенотрона - это выпрямитель тока, после чего напряжение попадает в рентгеновскою трубку.

Рентгеновская трубка расположена в прочно заделанном сосуде. На одном конце трубки находится катод, а на другом - анод. Когда напряжение через трансформатор попадает в рентгеновское поле, катод и анод ударяются, после чего резко тормозят. При этом происходит тормозное излучение, то есть генерируется рентгеновское излучение.

Весь вышеописанный процесс происходит в доли секунды. Таким образом, на снимке появляется снимок, как бы просвечивающий внутреннюю сторону необходимой части тела и показывает состояние органа. Так работает рентген аппарат, принцип работы которого изложен выше.

Значение рентгеновского аппарата для медицины

В современной медицине без рентген-аппарата наступил бы хаос и беспорядок, ведь диагностика многих заболеваний была бы затруднена, если не сказать, совершенно невозможна. Только благодаря рентгеновскому аппарату человечеству удалось излечить множество заболеваний. На сегодняшний день данное приспособление используется для двух процедур:

1. Рентгенография - это внутреннее, но, тем не менее, неинвазийное исследование объекта. Благодаря рентгеновскому излучению изображение переносится на фотопленку;

2. Рентгеноскопия - заключается в том, что изображение исследуемого объекта попадает на специальный экран. Таким образом, картинка движется, что невозможно при рентгенографии.

Теперь, когда вы знаете, в чем заключается принцип работы рентгеновского аппарата, вы не будете переживать перед процедурами, связанными с ним.

Как и многие величайшие открытия человечества рентген лучи были изобретены совершенно случайно.

В 1895 году немецкий физик по имени Вильгельм Конрад Рентген (1845-1923) сделал открытие, экспериментируя с помощью электронного пучка в газоразрядной трубке. Вильгельм Конрад Рентген заметил, что флуоресцентный экран в его лаборатории начал светиться, когда электронный луч был включен. Этот ответ сам по себе не был таким удивительным и ученый знал, что флуоресцентный материал обычно светится в ответ на электромагнитное излучение, но газоразрядная трубка была окружена тяжелым черным картоном. По идее это бы заблокировало бы большую часть излучения, но не рентген лучи.

Ученый физик Вильгельм Конрад Рентген размещал различные объекты между газоразрядной трубкой и экраном, а экран все еще светился. Наконец, он положил руку перед прибором и увидел силуэт своих костей, проецируемых на флуоресцентный экран. Сразу же после обнаружения самих рентген лучей он обнаружил принцип как работает рентген.

Замечательное открытие ученого привело к одному из самых важных медицинских достижений в истории человечества.

Технология рентген излучения позволяет докторам увидеть прямо через человеческую ткань для того чтобы рассмотреть сломанные кости, полости и проглоченные объекты с необыкновенной легкостью.

Модифицированные процедуры могут использоваться для исследования более мягких тканей, таких как легкие, кровеносные сосуды или кишечник.

В этой статье мы узнаем, как работает рентген и рентген излучение. Как оказалось, основной процесс действительно очень прост.

Рентгеновские лучи в основном то же самое, что и видимые световые лучи. Оба являются волнообразными формами электромагнитной энергии, переносимыми частицами называемыми фотонами.

Разница между рентгеновскими и видимыми световыми лучами в уровне энергии отдельных фотонов. Это также выражается как длина волны лучей.

Наши глаза чувствительны к определенной длине волны видимого света, но не к более короткой длине волн где более высокая энергия. Световые волны более длинная длина волны радиоволн с более низкой энергией.

Фотоны видимого света и фотоны рентгеновского снимка оба произведены движением электронов в атомах. Электроны занимают различные энергетические уровни или орбиты вокруг ядра атома. Когда электрон перемещается на нижнюю орбиту, он должен высвобождать некоторую энергию. Он высвобождает дополнительную энергию в виде фотона. Энергия фотона зависит от того, насколько электрон перескочил между орбитами.

Когда фотон сталкивается с другим атомом, атом может поглощать энергию фотона, повышая электрон до более высокого уровня. Для этого уровень энергии фотона должен соответствовать разнице в энергии между двумя электронными позициями. Если нет, то фотон не может сдвинуть электроны между орбитами. Атомы, которые составляют ткань тела человека, очень хорошо поглощают фотоны видимого света. Энергетический уровень фотона соответствует различным энергетическим различиям между электронными позициями. Радиоволны не имеют достаточной энергии для перемещения электронов между орбитами в больших атомах, поэтому они проходят через большинство вещей. Рентген лучи также проходят через большинство вещей, но по противоположной причине: у них слишком много энергии.

Применения рентгеновского снимка

Наиболее важный вклад рентген лучей был в мире медицины, но они сыграли решающую роль и в ряде других областей. Рентген лучи играют ключевую роль в исследованиях, связанных с теорией квантовой механики, кристаллографией и космологией. В промышленном мире, блоки развертки рентгеновского снимка часто использованы для того чтобы обнаружить мельчайшие трещины в оборудовании тяжелого металла. Сканеры на этом эффекте стали стандартным оборудованием в службе безопасности аэропортов. практикуется в археологии, сельскохозяйственной отрасли, при изучении космоса, в быту.

Однако самое широкое применение в медицине.

Мягкая ткань в теле состоит из меньших атомов и поэтому не поглощает фотоны снимка хорошо. Атомы кальция, которые составляют кости, намного больше, поэтому они лучше поглощают рентгеновские лучи.

Как работает рентген

Основа рентгеновского аппарата стеклянная вакуумная трубка типа газоразрядной с двумя электродами катод и анод которые находятся внутри.

Катод представляет собой нагретый проводник. Нагревание происходит через специальную нить накала. Тепло способствует выбиванию электронов с катода, а положительно заряженный анод из вольфрама притягивает электроны в вакуумной трубке. Разница напряжения между катодом и анодом чрезвычайно велика, так что электроны летят через трубку с большой силой. Когда ускоряющийся электрон сталкивается с атомом вольфрама, он выбивает свободный электрон в одном из нижних орбит атома. Электрон на более высокой орбите сразу перемещается на более низкий энергетический уровень, высвобождая свою дополнительную энергию в виде фотона.

Управляя направлением движения и скоростью фотона вакуумная трубка излучает радиоволны на частоте между ультрафиолетовым и гамма-излучением с длиной волны от 10 −7 до 10 −12 метров.

Весь механизм окружен толстым свинцовым щитом. Это удерживает рентгеновские лучи от излучения во всех направлениях. Небольшое окно в щите позволяет некоторым из фотонов излучаться в узкий луч. Луч в рентген аппарате проходит через серию фильтров на своем пути к пациенту.

Камеры на другой стороне пациента записывают образец , прошедшего через тело пациента. Камера использует такую же технологию как обычная камера, но рентгеновский снимок отличается от обычного. Как правило, врачи хранят фильм как негатив. То есть области, которые подвергаются большему освещению, выглядят темнее, а области, которые подвергаются меньшему освещению – светлее. Твердый материал, как кость, кажется белым, а более мягкий материал кажется черным или серым. Доктора могут использовать различные способы управления работой рентген аппарата путем изменения интенсивности луча снимка. также использует этот эффект.

Контрастное вещество

В обычной рентгеновской картине большинство мягких тканей не проявляются четко. Для того чтобы сфокусироваться внутри на органах или рассмотреть кровеносные сосуды которые составляют циркулирующую систему, доктора должны ввести средства контраста в тело.

Контрастные среды – это жидкости, которые более эффективно поглощают рентгеновские лучи, чем окружающие ткани. Для того чтобы рассмотреть органы в пищеварительной и эндокринной системе пациент проглатывает смесь средств контраста, типично смесь бария. Если врачи хотят осмотреть кровеносные сосуды или другие элементы в циркулирующей системе, то они вводят средства контраста в кровоток пациента.

Контрастное вещество часто используется в сочетании с флюороскопом. При рентгеноскопии рентген лучи проходят через организм на флуоресцентный экран, создавая движущееся изображение. Врачи могут использовать рентгеноскопию, чтобы проследить прохождение контрастных сред через человека. Доктора могут также записать изображение рентгеновского снимка на видео.

Вреден ли рентген?

Рентгеновские лучи являются прекрасным дополнением к миру медицины: они позволяют врачам заглянуть вовнутрь пациента без каких-либо операций вообще. Гораздо легче и безопаснее смотреть на сломанную кость с помощью рентген лучей, чем пользоваться инвазивным способом.

Но вреден ли рентген? В первые дни рентгеновской науки многие врачи подвергали пациентов и самих себя воздействию лучей в течение длительных периодов времени. В конце концов, у врачей и пациентов начала развиваться лучевая болезнь, и медицинское сообщество знало, что что-то не так.

Проблема в том, что рентгеновские лучи являются формой ионизирующего излучения.

Электрический заряд иона может привести к неестественным химическим реакциям внутри клеток. Помимо прочего, заряд может разорвать цепи ДНК. Клетка со сломанной нитью ДНК либо умрет, либо ДНК начнет мутацию. Если погибнет много клеток, то в организме могут развиться различные заболевания. Если ДНК мутирует, клетка может стать раковой и этот рак может распространяться. Если мутация происходит в сперме или яйцеклетке, это может привести к врожденным дефектам. Из-за всех этих рисков, врачи используют рентгеновские снимки с учетом определенных норм.

Даже при таких рисках рентгеновское сканирование по-прежнему является более безопасным вариантом, чем хирургическое вмешательство. Рентгеновские аппараты являются бесценным инструментом в медицине, а также активом в безопасности и научных исследованиях. Они действительно одни из самых полезных и .