Рентгенівські промені, їх одержання і властивості

Рентгенівський апарат – це сукупність пристроїв для одержання рентгенівського випромінювання і його застосування у ветеринарній медицині. Основними складовими будь-якої рентгенівської установки є рентгенівська трубка, генеруючий пристрій, штативно-механічні пристосування, приймач випромінювання та пульт, де зосереджені прилади управління установкою.

Рентгенівська трубка – це електровакуумний прилад, що складається зі скляної колби, у полюси якої запаяні два електроди – катод і анод (рис. 9). Катодом є прямолінійна вольфрамова спіраль розжарювання, яка обмежена металевим фокусуючим пристроєм, з’єднаним в електричний ланцюг із спіраллю. Остання, як джерело електронів, мідним дротом підключена до полюсів джерела електричної енергії. Анод – це масивний мідний стержень, закріплений всередині трубки, але з протилежного полюсу. Поверхня, звернена до катода, зрізана під кутом 45 або 70°. На його поверхні вмонтована пластинка (дзеркало анода), у центрі якої знаходиться пляма, де фокусується електронний пучок і здійснюється гальмування електронів. Розміри фокусної ділянки гальмування електронів змінюються залежно від розміру нитки розжарювання і кута скошення анода. Відстань між катодом і анодом – близько 2 см. Усередині трубки створюється глибокий вакуум (10^-10–10^-13 гПа). При роботі трубки дзеркало анода дуже нагрівається і може розплавитися. Тому для зниження локального нагрівання передбачені спеціальні засоби охолодження (повітряне радіаторне, водяне, масляне) або використовуються трубки з двома фокусами чи з обертальним анодом.

Випускають двофокусні рентгенівські трубки з двома паралельними спіралями на катоді – малою і великою. Малу спіраль використовують для досліджень, що потребують невеликої потужності апарата, більшу – для знімків великих ділянок тіла.

За розмірами, зовнішнім виглядом, призначенням, класом апаратів, методом захисту від високої напруги і рентгенівських променів, способом охолодження, будовою анода і катода, виготовляють різні рентгенівські трубки. Кожну з них позначають цифрами і літерами, наприклад: 4-БДМ-1-100, 3-БДМ-1-200. Перша цифра показує секундну потужність трубки в кіловатах (2, 4, 6, 10), перша літера – вид захисту. Буквою Б позначають трубки в захисному кожусі. Друга літера вказує на призначення трубки: Д – діагностична, С – для структурного аналізу, Т – для рентгенотерапії. Третя літера вказує на вид охолодження трубки для запобігання перегріванню анода: В – водяне охолодження, М – масляне, К – калориферне, або повітряне. Цифра, написана за літерами – це номер моделі рентгенівської трубки. Останній знак – максимальна робоча напруга в кіловольтах, яку можна передавати на полюси трубки. Наприклад, 2–БДМ–4–75 означає, що трубка двокіловатна, призначена для роботи в захисному кожусі, діагностична, з масляним охолодженням, модель 4, розрахована на напругу не більше 75 кіловольт.

Походження і властивості рентгенівських променів. Для одержання рентгенівських променів катодну спіраль рентгенівської трубки необхідно розігріти до 2500 °С струмом в кілька мА і напругою 10–12 В. З розігрітої спіралі починають вилітати електрони. Цей процес називається електронною емісією. Маючи незначну кінетичну енергію, електрони далеко не відлітають, а утворюють навколо спіралі так звану хмарку вільних електронів (електронну хмарку).

При підведенні до полюсів трубки струму високої напруги від підвищуючого трансформатора (50–150 кВ і більше) вільні електрони отримують величезний заряд кінетичної енергії, відштовхуються від спіралі катода і прямолінійно зі швидкістю близько 200 000 км/с летять до холодного позитивного анода. У момент удару їх в анод і різкого гальмування майже вся кінетична енергія електронів перетворюється в теплову (близько 99 %), і лише незначна її частина – в енергію рентгенівських променів. Кожен електрон, ударяючись і проникаючи в пластинку анода, вибиває одну порцію (квант) рентгенівських променів. Частка електричної енергії, що переходить у рентгенівські промені, залежить від величини поданої на трубку напруги і зростає з її підвищенням. Так, при напрузі 100 кВ в енергію рентгенівських променів переходить близько 1 % загальної енергії, тоді як при 200 кВ – майже 2 %.

Рентгенівські промені за своїм походженням є різновидом електромагнітних хвиль. Радіохвилі, інфрачервоні, ультрафіолетові та промені видимого світла мають таку ж природу, відрізняючись між собою передусім довжиною хвиль. Якщо довжина хвилі видимих світлових променів становить 0,76–0,40 мк (мк – мікрон = 0,000001 м), інфрачервоних – 340–0,76 мк, ультрафіолетових – менше 0,4 мк (0,40–0,18), то рентгенівських – лише 15–0,034 А° (А° – ангстрем; 1 А° =0,0001 мк.). У діагностичних рентгенівських апаратах одержують промені з довжиною хвилі 0,8–0,1 А°. Меншу довжину хвилі (близько 0,001 А°) мають лише гамма-промені радіоактивного розпаду. Людське око здатне сприймати промені з довжиною хвилі від 7600 до 4000 А°, тому рентгенівські промені для людини невидимі.

Характеризують рентгенівські промені за їх якістю і кількістю. Якість рентгенівських променів визначається їхньою проникаючою здатністю, або “твердістю”, яка залежить від величини напруги електричного струму, що надходить із високовольтного трансформатора до полюсів рентгенівської трубки. Якщо до полюсів трубки подавати струм високої напруги (90 кВ і більше), то швидкість руху електронів від спіралі до анода становитиме близько 200 тис. км/с, а сила їх удару в анод буде величезною. Одержані при цьому рентгенівські промені будуть мати дуже коротку довжину хвилі й високу проникаючу здатність. Ці промені називають “твердими”.

При зниженні напруги на полюсах трубки (10–20 кВ) швидкість руху електронів від спіралі до анода порівняно невелика. Їхня кінетична енергія зменшується, сила удару в анодну пластину буде слабшою. При цьому виникають довгохвильові рентгенівські промені, які проникають на незначну глибину. Такі промені називають “м’якими” рентгенівськими. Отже, “твердість“ рентгенівського випромінювання практично вимірюється кіловольтами, оскільки вона залежить від напруги.

Кількість рентгенівських променів визначається інтенсивністю випромінювання, яка залежить в основному від ступеня нагрівання спіралі катода. Змінюючи температуру нагрівання спіралі при однаковій напрузі, можна підвищувати або зменшувати емісію електронів, тобто одержувати різну інтенсивність рентгенівського випромінювання, яку вимірюють у міліамперах.

Таким чином, при одній і тій же “твердості“ рентгенівського випромінювання, змінюючи ступінь нагрівання спіралі, можна одержувати різну інтенсивність рентгенівських променів. З іншого боку, при одній і тій же інтенсивності, змінюючи напругу на полюсах трубки, можна одержувати різну “твердість“ променів. Така можливість роздільного регулювання “твердості“ випромінювання і його інтенсивності є надзвичайно важливою при рентгенівському дослідженні тварин.

Виявлено певну схожість рентгенівських променів із світловими. Як і світлові промені, при взаємодії із середовищем вони частково поглинаються, а решта їх – відбиваються і розсіюються. Але оскільки довжина хвилі рентгенівських променів мала, а енергія квантів велика, вони мають ще й інші властивості. Промені проникають через непрозорі для видимого світла тіла різної щільності – дерево, картон, тканини організму і навіть через тонкий шар окремих металів. Глибина проникнення їх залежить від довжини хвилі та властивостей матеріалу: чим менша довжина хвилі, тим глибше в середовище проникають рентгенівські промені. Чим щільніше середовище, тим більше вони в ньому поглинаються. Рентгенівські промені викликають холодне свічення (люмінесценцію) деяких хімічних речовин. Одні з них світяться в момент дії променів (флюоресценція), інші – продовжують світитися деякий час після припинення їх дії (фосфоресценція). Подібно до видимого світла рентгенівські промені викликають зміни у сполуках срібла світлочутливого шару фотоплівок (фотохімічний ефект).

Рентгенівські промені викликають іонізацію – вилучення електрона з нейтральних атомів з утворенням позитивних і негативних іонів. Іонізоване середовище є провідником електричного струму. Цю властивість використовують для вимірювання інтенсивності променів за допомогою іонізаційної камери.

Рентгенівським променям властива виражена біологічна дія, в основі якої лежить явище іонізації. Під біологічною дією іонізуючих випромінювань розуміють здатність їх викликати функціональні та структурні зміни в клітинах, тканинах, органах та організмі в цілому. Іонізовані і збуджені атоми та молекули мають високу хімічну активність, що зумовлює початковий етап біологічної дії іонізуючих випромінювань. Взаємодіючи з водою, іони утворюють активні гідроксильні сполуки. У клітинах і тканинах організму виникають первинні радіаційно-хімічні реакції, що супроводжуються розпадом білків на амінокислоти (гідроліз і протеоліз). Якщо фізико-хімічні зміни проходять у невеликій кількості клітин організму, то можливе повне відновлення їхніх функцій (зворотні процеси). При дії більших доз випромінювань у тканинах організму виникають дистрофічні і незворотні некробіотичні процеси. При відносно невеликій кількості поглинутої енергії і незначних початкових змінах первинні реакції в організмі за рахунок ураження і залучення до біохімічних процесів ферментних систем різко посилюються. Таким чином, іонізація атомів і молекул є лише пусковим механізмом для подальших вторинних процесів, що розвиваються в організмі вже за біологічними законами.

При цьому біологічні процеси супроводжуються зміною перебігу білкового, вуглеводного та ліпідного обмінів, розладом тканинного дихання, втратою здатності ділитися, появою клітин зі зміненими властивостями (мутаціями). Особливу роль у формуванні біологічного ефекту відіграє ураження нервової та ендокринної систем.

Великі дози іонізуючих випромінювань призводять до променевої хвороби, що може проявлятися розвитком злоякісних пухлин, лейкозу та генетичними змінами (спадкові захворювання, аномалії розвитку тощо).

Поиск по сайту: