Будова рентгенівської трубки, механізм виникнення рентгенівського випромінювання, його природа, властивості і біологічна дія

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

Рентгенівська трубка - це вакуумний прилад, що складається зі скляної колби, в полюси якої запаяні два електроди - катод і анод (рис. ). Катодом служить прямолінійна вольфрамова спіраль розжарювання, обмежена металевим фіксуючим пристроєм, з'єднаним в електричний ланцюг зі спіраллю. Остання, як джерело електронів, мідним дротом підключена до полюсів джерела електричної енергії. Анод - скошений під кутом 45 або 70° до спіралі являє собою масивний мідний стержень з вмонтованою в центрі вольфрамовою пластинкою (дзеркало анода), в центрі якого знаходиться фокусна пляма, де фокусується електронний пучок і здійснюється гальмування електронів. В залежності від величини нитки розжарювання і кута скошення анода змінюються розміри ділянки гальмування електронів і видима "гострота фокуса", розміри якого коливаються від долей до декількох десятків міліметрів квадратних. Відстань між електродами біля 2 см. Всередині трубки створюється глибокий вакуум (10^-10 –10^-13 гПа). При роботі трубки дзеркало анода дуже нагрівається і може розплавитися. Тому для зниження локального нагрівання передбачено спеціальні засоби охолодження, як повітряне радіаторне, водяне, масляне, використання трубок з двома фокусами або з обертальним анодом (рис. ).

Якщо від трансформатора нагрівання через катодну спіраль рентгенівської трубки пропустити струм в декілька мА і напругою 10-12 В, то спіраль нагрівається майже до білого розжарювання і з неї почнуть виділятися негативно заряджені 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). Це досить важлива обставина, оскільки для одержання рентгенівських променів необхідно, щоб електрони не розліталися, а знаходилися біля спіралі.

При підведенні до полюсів трубки струму високої напруги від підвищуючого трансформатора (50-І50 кВ і більше) вільні електрони отримують величезний заряд кінетичної енергії, відштовхуються від спіралі і прямолінійно зі швидкістю до 200000 км/с летять до холодного позитивного анода. У момент удару їх об анод і різкого гальмування майже вся кінетична енергія електронів перетворюється в теплову (біля 99%) і лише незначна її частина - в енергію рентгенівських променів. Кожен електрон, ударяючись і проникаючи в пластинку анода, вибиває одну порцію (квант) рентгенівських променів. Доля електричної енергії, що переходить в рентгенівські промені, залежить від величини поданої на трубку напруги і зростає з її підвищенням. Так, при напрузі 100 кВ в енергію рентгенових променів переходить біля 1% загальної енергії, тоді як при 200 кВ майже 2%.

Проникаюча здатність, або твердість, рентгенівських променів визначається енергією випромінювання, яка в свою чергу залежить від довжини хвилі. Довжина хвиль рентгенівських променів коливається від 2 до 0,006 нм (20-0,6 а). Чим менша довжина хвилі, тим більша енергія випромінювання і його проникаюча здатність. Так, при подачі до полюсів трубки струму високої напруги (90 кВ і більше) значно зростають швидкість і сила удару електронів в анод. Одержані при цьому рентгенівські промені мають дуже коротку довжину хвилі й високу проникаючу здатність. Такі промені називають твердими.

При зниженні напруги на полюсах трубки (10-20 кВ) швидкість руху електронів порівняно невелика, зменшується їх кінетична енергія. Виникаючі в цьому випадку рентгенівські промені довгохвильові і з меншою проникаючою здатністю. Такі промені називають м'якими. 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. Якщо змінювати температуру нагрівання спіралі при однаковій напрузі, то можна одержувати різну інтенсивність рентгенівського випромінювання, яку вимірюють у міліамперах. Така можливість роздільного регулювання твердості випромінювання і його інтенсивності є надзвичайно суттєвою при рентгенівському дослідженні тварин.

Установлено певну схожість рентгенівських променів зі світловими. Як і світлові промені, вони частково поглинаються, частково відбиваються і розсіюються, мають здатність давати тіньове зображення, викликати флуоресценцію і здійснювати фотохімічний ефект. При спільності природи рентгенівські промені відрізняються від променів видимого світла, ультрафіолетових та інфрачервонних променів механізмом утворення. Якщо інфрачервоні промені виникають при переміщенні зовнішніх електронів на більш низький енергетичний рівень, то рентгенівські промені утворюються при переміщенні електронів, розміщених ближче до ядра і володіючих більш високою енергією зв'язку, або при гальмуванні розігнаного електрона в магнітному полі важких ядер атомів. В першому випадку виникає характеристичне рентгенівське випромінювання з дискретним спектром і недостатньою для клінічних цілей енергією випромінювання. Ці промені поглинаються склом колби рентгенівської трубки. В другому випадку виникає гальмівне рентгенівське випромінювання з безперервним спектром.

Ураховуючи також і те, що довжина хвилі рентгенівських променів мала, а енергія квантів велика. їм притаманні інші властивості: 1) промені проникають через непрозорі для видимого світла тіла різної щільності - дерево, картон, тканини організму тощо. Глибина проникнення залежить від довжини хвилі та властивостей матеріалу: чим коротша довжина хвилі, тим глибше проникають рентгенівські промені; чим щільніше середовище, тим більше вони у ньому поглинаються, 2) здатні викликати холодне свічення деяких речовин; 3) володіють фотохімічною дією; 4) викликають іонізацію - вилучення електрона з нейтральних атомів з утворенням позитивних і негативних іонів. Іонізоване середовище стає 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 їх здатність викликати функціональні та анатомічні зміни в клітинах, тканинах, органах і організмі в цілому. Іонізовані і збуджені атоми та молекули володіють високою хімічною активністю, що обумовлює початковий етап біологічної дії іонізуючих випромінювань. Взаємодіючи з водою іони утворюють активні гідроксильні сполуки. В клітинах і тканинах організму відмічаються первинні радіаційно-хімічні реакції, що супроводжуються розпадом білків на амінокислоти (гідроліз і протеоліз). Якщо фізико-хімічні зміни проходять в невеликій кількості клітин організму, то можливе повне відновлення їх функції (зворотні процеси). При дії більших доз випромінювань в тканинах організму виникають дистрофічні і некробіотичні незворотні процеси. При відносно невеликих кількостях поглинутої енергії і незначних початкових змінах в організмі відбувається різке посилення первинних реакцій за рахунок ураження і залучення до біохімічних процесів ферментних систем. 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 характеризуються зміною перебігу білкового, вуглеводного та ліпідного обмінів, розладом тканинного дихання, втратою можливості поділу клітин, появою клітин зі зміненими властивостями (мутаціями). Особливу роль у формуванні біологічного ефекту відіграє ураження нервової та ендокринної систем.

Місцева дія великими дозами іонізуючих випромінювань призводить до променевих реакцій або ушкоджень, що може проявлятися розвитком злоякісних пухлин, лейкозів та наслідками генетичних змін (спадкові захворювання, аномалії розвитку тощо).

Основні і спеціальні методи рентгенологічного дослідження:

Поиск по сайту: