Что такое рентгеновские лучи – свойства и применение излучения

Современную медицинскую диагностику и лечение некоторых заболеваний уже невозможно представить себе без приборов, использующих свойства рентгеновского излучения. Несмотря на то, что история открытия насчитывает более 100 лет, не прекращаются работы над созданием новых методик и аппаратов, позволяющих минимизировать негативное влияние рентгеновского излучения на организм человека.

Рентгеновское излучение

Кто и как открыл Х-лучи

В естественных условиях поток лучей рентгена встречается редко и излучается только некоторыми радиоактивными изотопами. Наверное, поэтому рентгеновское излучение или Х-лучи были обнаружены только в 1895 году немецким учёным Wilhelm Röntgen. И это открытие произошло случайно, во время проведения опыта по исследованию поведения лучей света в условиях, приближающихся к вакууму. В эксперименте были задействованы катодная газоразрядная трубка с пониженным давлением и флуоресцентный экран, который всякий раз начинал светиться, когда эта трубка начинала действовать.

Заинтересовавшись странным эффектом, Рентген провёл серию исследований, которые показали, что возникающее невидимое глазу излучение способно проникать сквозь различные преграды: бумагу, дерево, стекло, некоторые металлы, в том числе, и через человеческое тело. При этом, несмотря на отсутствие понимания самой природы происходящего, вызвано ли это явление генерацией потока неизвестных частиц или волнами, была отмечена следующая закономерность – излучение легко проходит через мягкие ткани организма, и гораздо тяжелее сквозь твёрдые живые ткани и неживые вещества.

Справедливости ради отметим, что Рентген был не первым кто изучал подобное явление. В середине 19 столетия, схожие явления изучали француз Антуан Масон и англичанин Уильям Крукс. Но именно Рентген первым изобрёл катодную трубку и индикатор, которые можно было применить в медицине, и первым опубликовал научный труд, принёсший ему звание первого нобелевского лауреата среди физиков.

С 1901 года началось плодотворное сотрудничество этих трёх учёных, которые и стали отцами-основателями радиологии и рентгенологии.

Рентгеновские лучи

Свойства рентгеновского излучения

Рентгеновские лучи – это составная часть общего спектра электромагнитного излучения, длина волны которых расположена между гамма- и ультрафиолетовым лучами. Для них характерны все обычные волновые свойства – дифракция, преломление, интерференция и скорость распространения, равная световой.

Для искусственного генерирования потока рентгеновских лучей применяют специальные приборы – рентгеновские трубки. Рентген-излучение в них возникает из-за контакта быстрых электронов вольфрама с веществами, которые испаряются из раскалённого анода. Из-за такого взаимодействия и возникают электромагнитные волны малой длины, находящиеся в спектре от 100 до 0,01 нм и в энергетическом диапазоне 100-0,1 МэВ. Если длина волны лучей меньше чем 0,2 нм – это жёсткое излучение, а если длина волны больше указанной величины, то их называют мягкими рентгеновскими лучами.

Показательно то, что кинетическая энергия, возникающая от соприкосновения электронов и анодного вещества, на 99% превращается в энергию тепла и только 1% являются Х-лучами.

Рентгеновское излучение – тормозное и характеристическое

Х-излучение представляет собой наложение двух видов лучей – тормозных и характеристических. Они генерируются в трубке одновременно. Поэтому облучение рентгеном и характеристика каждой конкретной рентгеновской трубки – спектр её излучения, зависят от этих показателей, и представляет собой их наложение.

Тормозные или непрерывные рентгеновские лучи – это результат торможения электронов, испаряемых из вольфрамовой спирали.

Характеристические или линейчатые лучи рентгена образуются в момент перестройки атомов вещества анода рентгеновской трубки. Длина волны характеристических лучей непосредственно зависит от атомного номера химического элемента, применяемого при изготовлении анода трубки.

Вот какие свойства рентгеновских лучей позволяют применять их на практике:

  • невидимость для обычного взгляда;
  • высокая проникающая способность сквозь живые ткани и неживые материалы, которые не пропускают лучи видимого спектра;
  • ионизационное воздействие на молекулярные структуры.

Принципы получения рентген-изображения

Свойства рентгеновских лучей, на которых основано получение изображения – это способность либо разлагать, либо вызвать свечение некоторых веществ.

Рентген облучение вызывает флуоресцентное свечение у сульфидов кадмия и цинка – зелёным, а у вольфрамата кальция – голубым цветом. Это свойство используется в методике медицинского рентгенологического просвечивания, а также повышает функциональность рентгенологических экранов.

Фотохимическое воздействие рентгеновских лучей на светочувствительные галогенсеребряные материалы (засвечивание) позволяет осуществлять диагностику – делать рентгенологические снимки. Это свойство также используется при измерении величины суммарной дозы, которую получают лаборанты в рентген-кабинетах. В их нательные дозиметры вставлены специальные чувствительные ленты и индикаторы, при этом ионизирующее действие рентгеновского излучения позволяет определять и качественную характеристику полученных рентген-лучей.

На заметку.  Однократное облучение при выполнении обычной рентгенографии повышает риск возникновения рака всего лишь на 0,001%.

Области, где применяют рентгеновское излучение

Применение рентгеновских лучей сегодня возможно в следующих отраслях:

  • безопасность – стационарные и переносные приборы для обнаружения опасных и запрещённых предметов в аэропортах, таможнях или в местах большого скопления людей;
  • химическая промышленность, металлургия, археология, архитектура, строительство, реставрационные работы – обнаружение дефектов и химический анализ веществ;
  • астрономия – наблюдение за космическими телами и явлениями при помощи рентгеновских телескопов;
  • военная область – разработка лазерного оружия.

Но конечно же, рентгеновское излучение, применение его, в первую очередь, касается медицинской сферы. Сегодня в раздел медицинской радиологии входят: радиодиагностика, радиотерапия (рентгенотерапия) и радиохирургия, а медицинские вузы выпускают узкопрофильных специалистов – врачей-радиологов.

Х-Излучение — вред и польза, влияние на организм

Высокая проникающая способность и ионизирующее воздействие рентгеновских лучей может вызвать в клетке изменение в структуре её ДНК, и поэтому представляет опасность для человека. Вредность от рентгеновского излучения прямо пропорциональна полученной дозе облучения. При этом отмечено, что разные органы по-разному реагируют на облучение. Самыми «хрупкими» являются костный мозг и костная ткань, хрусталик, щитовидная, молочная и половые железы, а также ткань лёгких. Бесконтрольное рентгеновское облучение может стать причиной, как обратимых, так и необратимых патологий.

Последствия рентгеновского облучения:

  • поражения красного костного мозга и возникновения обратимых или необратимых патологий кроветворной системы – эритроцитопении, тромбоцитопении, лейкемии;
  • повреждения хрусталика, с последующим развитием катаракты;
  • клеточных мутаций, передающихся по наследству;
  • развития онкологических заболеваний;
  • получения лучевых ожогов;
  • в больших дозах – развития лучевой болезни.

Если Х-лучи так вредны, то как вывести их из организма и кто, какой медицинский специалист может в этом помочь?

Важно! В отличие от радиоактивных веществ, рентгеновские лучи не накапливаются в тканях тела, а это значит, что и выводить рентгеновские лучи из организма не нужно. Вредное действие рентгеновского излучения заканчивается вместе с выключением медицинского прибора.

Тем не менее, возможно применение рентгеновского излучения в медицине, не только в диагностических (травматология, стоматология), но и в терапевтических целях:

  • от рентгена в малых дозах стимулируется обмен веществ в живых клетках и тканях;
  • определённые граничные дозы используются для лечения онкологических и доброкачественных новообразований.

Польза рентгена

Способы диагностики патологий с помощью Х-лучей

Для радиодиагностики сегодня применяют следующие методики:

  1. Рентгеноскопия – исследование, в ходе которого получают изображение на флуоресцентном экране в режиме реального времени. Наряду с классическим получением изображения части тела в реальном времени, сегодня существуют технологии рентгенотелевизионного просвечивания – изображение переносится с флуоресцентного экрана на телевизионный монитор, находящийся в другом помещении. Также разработано несколько цифровых способов обработки полученного изображения, с последующим переносом его с экрана на бумагу.
  2. Флюорография – самый дешёвый метод исследования органов грудной клетки, заключающий в изготовлении уменьшенной тканевой рентген-фотографии 7х7 см. И по сей день, несмотря на вероятность погрешности, является единственным способом массового ежегодного обследования населения. Метод не представляет опасности и не требует вывода полученной дозы облучения из организма.
  3. Рентгенография – получение суммарного изображения на плёнку или бумагу для уточнения формы органа, его положения или тонуса, а также для оценки перистальтики и состояния слизистых оболочек. Если существует возможность выбора, то среди современных рентгенографических приборов предпочтение следует отдавать не цифровым аппаратам, где поток х-лучей может быть даже выше чем у старых приборов, а малодозовым – рентген-аппараты с прямыми плоскими полупроводниковыми детекторами. Они позволяют снизить нагрузку на организм в 4 раза.
  4. Компьютерная рентгеновская томография – методика, использующая рентгеновские лучи для получения нужного количества снимков срезов выбранного органа, а не его целиком. Среди множества разновидностей современных аппаратов КТ, для серии повторных исследований используют низкодозные компьютерные томографы высокого разрешения.

Дозы облучения

Радиотерапия

Терапия при помощи рентгеновских лучей относится к методам местного лечения. Подавляющее большинство случаев его применения – это уничтожение клеток раковых опухолей. Поскольку эффект воздействия сопоставим с хирургическим удалением, то этот метод лечения часто называют радиохирургией.

Сегодня лечение х-лучами проводиться по одному из 2-х способов:

  • Наружный (протонная терапия) – пучок излучения попадает на тело пациента извне.
  • Внутренний (брахиотерапия) – использование радиоактивных капсул путём имплантации их в тело, как можно ближе к раковой опухоли. Недостаток этого метода лечения заключается в том, что пока капсулу не извлекут из организма, больной нуждается в изоляции.

Обе методики предпочтительнее чем химиотерапия, поскольку лучи не скапливаются и не требуют выведения из организма, а также оказывают выборочное действие, не попадая ко всем клеткам и тканям.

Безопасная норма облучения Х-лучами

Какова норма рентгеновского облучения, которую можно получить за год? У этого показателя есть своё название – генетически значимая эквивалентная доза (ГЗД). Чётких количественных значений у этого показателя нет. Почему?

  • Во-первых, этот показатель зависит от возраста и желания в дальнейшем иметь детей.
  • Во-вторых, он зависит того какие именно органы были подвергнуты исследованию или лечению.
  • В-третьих, на ГЗД влияет уровень естественного радиоактивного фона местности в которой проживает человек.

Сегодня действую следующие усреднённые нормативы для ГЗД:

  • уровень облучения от всех источников, за исключением медицинских и без учёта природного фона радиации – 167 мБэр в год;
  • норма для ежегодного медицинского обследования – не выше 100 мБэр в год;
  • суммарная безопасная величина – 392 мБэр в год.

И в заключение, ещё раз уточним, что рентгеновское излучение не требует выведения из организма, и становится опасным только в случае интенсивного и длительного воздействия. Современная медицинская аппаратура использует низкоэнергетическое облучение малой длительности, и поэтому её применение считается относительно безвредной.

загрузка...
Похожие публикации