Способы обнаружения рентгеновского излучения

Рентгеновское излучение.

1. Рентгеновское излучение, его свойства, виды, способы обнаружения.

Рентгеновское излучение — коротковолновое ионизирующее электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между УФ и ɤ— излучением в пределах длин волн от 10 -2 нм до 10 -5 нм. (27,28, слайды)

Оно открыто в 1895 году немецким физиком В.К.Рентгеном. Возникает при взаимодействии заряженных частиц или фотонов высокой энергии с атомами вещества.

Свойства рентгеновского излучения.

• Обладает свойствами лучей оптического диапазона: отражение, поглощение, рассеивание, интерференция, дифракция.
• В однородной среде распространяется прямолинейно.
• Не отклоняется в электрических и магнитных полях.
• Не видимо для глаза.
• Обладает большой энергией (E=hν), следовательно, и большой проникающей способностью.
• Вызывает рентгенолюминесценцию некоторых веществ (вольфрама Ca, сернистого Zn).
• Интенсивность рентгеновского излучения убывает обратно пропорционально «r».
• Оказывает значительное химическое и биологическое действие, обусловленное сильной ионизирующей способностью.

По проникающей способности в медицине выделяют 3 группы рентгеновских лучей:(29 слайд)

• Мягкие (длинноволновые) — возникают при напряжении на рентгеновской трубке от 10 до 40 кВ. Они используются для лечения различных кожных заболеваний и не проникают глубоко в организм.
• Средней жесткости (средневолновые) — возникают при напряжении от 40 до 100 кВ. Они используются для диагностики (рентгеновские снимки, флюорография)
• Жесткие (коротковолновые) — возникают при напряжении свыше 100 тысяч В (U >100кВ). Их используют для глубокой рентгенотерапии злокачественных опухолей.

Способы обнаружения рентгеновского излучения.

Эти способы основаны на физико-химических свойствах рентгеновских лучей.

Различают 4 способа обнаружения:

• Люминесцентный способ — основан на том, что рентгеновское излучение вызывает люминесценцию. Используется для просвечивания, снимков и для люминесцентной дозиметрии.
• Ионизационный способ — основан на явлении ионизации воздуха под действием рентгеновских лучей. Используется для определения дозы рентгеновского излучения, при рентгенотерапии, и для контроля за состоянием радиационной защиты на рабочих местах персонала рентгеновских отделений.
• Фотографический способ – рентгеновские лучи вызывают образование в фотоэмульсии скрытого изображения, которое после проявления создает почернение фотопластинок. Фотоэмульсия состоит из большого числа мелких кристаллических зерен бромистого или хлористого серебра (ArBr или ArCl). Чем больше интенсивность R – излучения, тем больше зерен будут иметь скрытое изображение и тем сильнее будет почернение фотопленки. Используется для контроля доз облучения на предприятиях атомной промышленности, используется, как индивидуальный фотографический дозиметр.
• Биологический способ —состоит в выявлении реакций, которые вызывают рентгеновские лучи на коже человека и других животных и биологических объектах.

Рентгеновское излучение может быть получено при бомбардировке мишени ионами высокой энергии. В качестве источников рентгеновского излучения могут служить также некоторые радиоактивные изотопы, которые непосредственно испускают рентгеновские лучи. Естественные источники R – лучей: Солнце, некоторые радиоактивные изотопы (например, 55 Fe).

В медицине основным способом получения рентгеновских лучей является торможение быстро движущихся электронов в материальной среде. По теории Стокса, торможение электронов приводит к изменению их скорости, при котором возникает электромагнитное излучение, длина волны которого тем меньше, чем выше скорость движения электрона.

Искусственными источниками мощного рентгеновского излучения являются рентгеновские трубки.

Рентгеновская трубка — это двухэлектродный вакуумный прибор для получения рентгеновских лучей.

Давление внутри трубки: p=10 -6 ÷10 -7 мм. рт. ст.

К двум электродам «К» (катоду) и «А» (аноду) приложено высокое напряжение (1-500 кВ). (31 слайд)

Катод представляет собой вольфрамовую спираль, нагреваемую электрическим током. Электроны, испущенные нагретым катодом (термоэлектронная эмиссия), разгоняются электрическим полем до большихскоростей (для этого и нужно высокое напряжение) и попадают на анод трубки.

Анод — представлен в виде массивного медного стержня, торец которого скошен под углом 45 0 для того чтобы создать требуемое направление рентгеновских лучей. В торец запрессована пластина (W), которая отполирована до зеркального блеска — зеркальце. Анод может иметь водяное охлаждение.

Электроны попадают на зеркальце анода, проникают несколько вглубь его и, взаимодействуя с атомами вещества, тормозятся полем атомов. При этом часть Е_к электронов идет на создание тормозного и характеристического рентгеновского излучений (примерно 1-2%), а остальная часть — на нагревание анода.

С увеличением напряжения в трубке возрастает ее К.П.Д. и уменьшается эффективная длина волны.
Виды рентгеновских трубок медицинского назначения.

По назначению:

• Трубки для рентгенодиагностики; (32 слайд)
• Для рентгенотерапии; (33 слайд)
• Для флюорографии. ( 34 слайд )

По мощности:

• Малой мощности (до 250 Вт) (трубки зубных аппаратов);

• Средней мощности (до 5 тыс. Вт) (для флюорографии);
• Большой мощности (выше 5 тыс. Вт) (для рентгенотерапии).

По степени специализации:

• Диагностические — для просвечивания (рентгеноскопия) и получения снимков (рентгенография);
• Терапевтические — для лечения заболеваний с помощью рентгеновского излучения. Различают трубки для поверхностной терапии, для внутриполостной терапии и для глубокой терапии.
• Специализированные — применяются в особых условиях (для снимков зубов, молочных желез и т.п.).

По способу возбуждения рентгеновское излучения подразделяют на тормозное и характеристическое. (35 слайд )

Тормозное ”R-излучение” — возникает при торможении электронов в электрическом поле ядер атомов вещества. По теории Максвелла, любое ускоренноедвижение заряженной частицы сопровождается электромагнитным излучением. Частота (ν) этого излучения зависит от Е_к (начальной кинетической энергии) электрона и интенсивности его торможения. Т.к. доля Е_к электрона, идущей на нагревание анода оказывается различной, то и энергия возникших квантов рентгеновского излучения неодинакова, т.е. рентгеновские лучи будут иметь разные длины волн => т.о. возникает сплошной R-спектр.

Распределение энергии излучения по длинам волн (сплошной спектр тормозного излучения).

С возрастанием энергии электронов “min” длина волны λ₀ смещается в сторону коротких волн (λ₀ ׀ > λ₀ ׀׀ ). Спектр тормозного излучения – сплошной.
Особенности тормозного излучения:

• Изменяя напряжение на рентгеновской трубке, можно регулировать жесткость или мягкость “R-излучения”. Жесткое (коротковолновое) излучение обладает большей проникающей способностью, чем мягкое (длинноволновое).

• Спектральный состав излучения зависит от напряжения в R-трубке. С увеличением “U” значение “ λ_min“ смещается в сторону коротких длин волн.
• При изменении температуры накала катода возрастает эмиссия электронов => ток в трубке увеличивается, но спектральный состав излучения не меняется
• Поток энергии Ф тормозного R- излучения прямо пропорционален квадрату напряжения между анодом и катодом, силе тока в трубке и атомному номеру вещества.

1. Характеристическое “R-излучение ”

Е₁
Линейчатый спектр

Непрерывный спектр

Обусловлено тем, что внутренние электронные слои у разных атомов одинаковы и отличаются только энергетически из-за силового воздействия со стороны ядер атома. Это воздействие тем больше, чем больше порядковый N элемента.

Характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра (Z).

= А • (Z—B)

А и В – постоянные величины

Z – порядковый номер испускающего элемента

По измеренной частоте R-излучения можно узнать точный порядковый номер атомного элемента.
Особенности:

• Это излучение возникает только при определенном напряжении в трубке.
• Это излучение всегда существует вместе с тормозным излучением => линейчатый спектр характеристического излучения накладывается на сплошной спектр тормозного излучения (смешанный спектр).
• Спектры этого излучения однотипны. Они не зависят от химического соединения, в которое входит атом элемента.

Источник

Способы обнаружения рентгеновского излучения.

Эти способы основаны на физико-химических свойствах рентгеновских лучей.

Различают 4 способа обнаружения:

§ Люминесцентный способ — основан на том, что рентгеновское излучение вызывает люминесценцию. Используется для просвечивания, снимков и для люминесцентной дозиметрии.

§ Ионизационный способ — основан на явлении ионизации воздуха под действием рентгеновских лучей. Используется для определения дозы рентгеновского излучения, при рентгенотерапии, и для контроля за состоянием радиационной защиты на рабочих местах персонала рентгеновских отделений.

§ Фотографический способ – рентгеновские лучи вызывают образование в фотоэмульсии скрытого изображения, которое после проявления создает почернение фотопластинок. Фотоэмульсия состоит из большого числа мелких кристаллических зерен бромистого или хлористого серебра (ArBr или ArCl). Чем больше интенсивность R – излучения, тем больше зерен будут иметь скрытое изображение и тем сильнее будет почернение фотопленки. Используется для контроля доз облучения на предприятиях атомной промышленности, используется, как индивидуальный фотографический дозиметр.

§ Биологический способ — состоит в выявлении реакций, которые вызывают рентгеновские лучи на коже человека и других животных и биологических объектах.

II. Рентгеновская трубка, её устройство и принцип работы. (30 слайд)

Рентгеновское излучение может быть получено при бомбардировке мишени ионами высокой энергии. В качестве источников рентгеновского излучения могут служить также некоторые радиоактивные изотопы, которые непосредственно испускают рентгеновские лучи. Естественные источники R – лучей: Солнце, некоторые радиоактивные изотопы (например, 55 Fe).

В медицине основным способом получения рентгеновских лучей является торможение быстро движущихся электронов в материальной среде. По теории Стокса, торможение электронов приводит к изменению их скорости, при котором возникает электромагнитное излучение, длина волны которого тем меньше, чем выше скорость движения электрона.

Искусственными источниками мощного рентгеновского излучения являются рентгеновские трубки.

Рентгеновская трубка — это двухэлектродный вакуумный прибор для получения рентгеновских лучей.

Давление внутри трубки: p=10 -6 ÷10 -7 мм. рт. ст.

К двум электродам «К» (катоду) и «А» (аноду) приложено высокое напряжение (1-500 кВ). (31 слайд)

Катод представляет собой вольфрамовую спираль, нагреваемую электрическим током. Электроны, испущенные нагретым катодом (термоэлектронная эмиссия), разгоняются электрическим полем до больших скоростей (для этого и нужно высокое напряжение) и попадают на анод трубки.

Анод — представлен в виде массивного медного стержня, торец которого скошен под углом 45 0 для того чтобы создать требуемое направление рентгеновских лучей. В торец запрессована пластина (W), которая отполирована до зеркального блеска — зеркальце. Анод может иметь водяное охлаждение.

Электроны попадают на зеркальце анода, проникают несколько вглубь его и, взаимодействуя с атомами вещества, тормозятся полем атомов. При этом часть Е_к электронов идет на создание тормозного и характеристического рентгеновского излучений (примерно 1-2%), а остальная часть — на нагревание анода.

С увеличением напряжения в трубке возрастает ее К.П.Д. и уменьшается эффективная длина волны.

Источник

Вам также может понравиться

Ясень семена способ распространения

Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической

Ярлыки способы создания ярлыков ос windows

Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки

Японское удобрение фуджима способ применения

Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка

Японский чай способ заварки

Технология заваривания японского чая Известно, что