Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Всі ми знаємо, що рентгенівські промені широко використовуються в медичній діагностиці. Хто з нас не робив рентгенівського знімку? Але мало хто чув про використання цього випромінювання художниками. Багато всесвітньо відомих фотографів, крім традиційної фотографії, експериментували та експериментували з рентгенівською фотографією. Прикладом можуть бути радіограми кольорів, зроблені Альбертом Річардсом, представлені на онлайн-виставці, присвяченій історії люмінесцентної фотографії.

Які ще менш відомі способи застосування рентгенівських променів існують? Відповідь ви знайдете у цій статті.

Вступ

Випромінювання, яке зараз називають рентгенівськими променями, було відкрито німецьким фізиком Вільгельмом Конрадом Рентгеном у 1895 році. Це відкриття та подальші дослідження змінили наш погляд на світ. Він зробив внесок у розвиток медицини, мінералогії, матеріалознавства та астрофізики.

Рентгенівські промені є одним із видів електромагнітного випромінювання і тому мають ту ж природу, що і видиме світло. Однак він відрізняється від світла набагато більшою енергією фотонів і меншою довжиною хвилі.

Застосування рентгенівських променів у медицині

Багато сфер застосування рентгенівського випромінювання використовують його особливу властивість - рентгенівське випромінювання є проникним. Поглинання випромінювання при проходженні через речовину залежить від хімічного складу - речовини, що складаються з атомів із великим масовим числом (наприклад, свинець), поглинають випромінювання сильніше, ніж матеріали, що містять легкі атоми (наприклад, вода).

У медицині відкриття рентгенівських променів справило революцію в діагностиці. Вперше лікар міг побачити внутрішню структуру людського тіла, не пошкоджуючи його. Рентгенівські знімки робляться шляхом на обрану частину тіла пучком випромінювання, який потім затемняє фотоплівку. На рентгенівській плівці видно відмінності у відтінках певних тканин та органів. М'які тканини, які містять в основному воду, прозоріші для випромінювання, ніж кістки, які містять більше кальцію.

Однак слід пам'ятати, що хоча рентгенівські промені є чудовим діагностичним інструментом, при передозуванні вони також можуть бути небезпечними для здоров'я. Це з тим, що рентгенівські промені є іонізуючим випромінюванням. Фотони випромінювання можуть відривати електрони від атомів, які, проходячи через речовину, іонізують інші атоми. З цієї причини рентгенівські промені шкідливі - іонізація руйнує клітини та тканини організмів.

Тому чи варто нам боятися рентгенівських досліджень? Якщо обстеження призначено лікарем, ми можемо бути впевнені у його безпеці.В даний час виробляється все більш безпечне рентгенівське обладнання, яке вимагає все меншої та меншої дози опромінення. Наприклад, під час рентгену грудної клітки ми отримуємо дозу радіації, еквівалентну 1/120 частини річної дози, що отримується від природних джерел. Це еквівалентно трьом дням перебування на відкритому повітрі.

Останнім часом було розроблено точніший метод діагностичного дослідження з використанням рентгенівських променів - комп'ютерна томографія. Це дозволяє побачити нутрощі досліджуваного людського тіла в поперечних перерізах.

Спрощена схема комп'ютерного томографа показано на рис. 1. Пацієнт оточений кільцем рентгенівських детекторів. Кількість детекторів може досягати кількох тисяч.

Мал. 1. Спрощена схема комп'ютерного томографа

Всередині нерухомої детекторної системи рентгенівська трубка рухається по колу, випускаючи рентгенівські промені, які реєструються детекторами, розташованими на протилежному боці.Випромінювання, поглинене внутрішніми органами пацієнта, формує ряд зображень, видимих під різними кутами. Зареєстрована серія рентгенівських знімків обробляється за допомогою комп'ютерної програми, яка виконує просторову реконструкцію елементів, що поглинають випромінювання, тобто внутрішніх органів пацієнта. На рис. 2 показаний зовнішній вигляд томографа та приклад зображення, реконструйованого за допомогою комп'ютерного томографа.

Мал. 2. Зліва – комп'ютерний томограф. Праворуч – зображення, отримані за допомогою комп'ютерного томографа

У медицині рентгенівські промені також використовуються в протираковій терапії. Іонізуюче випромінювання знищує пухлинні клітини ефективніше, ніж нормальні клітини. Після серії опромінення пухлина зменшується та зникає. Звичайно, рентгенотерапія вимагає точної локалізації пухлини та планування дози опромінення. І тому корисно використовувати комп'ютерну томографію (рис.2 - праворуч).

Застосування рентгенівського випромінювання в аеропортах

Проникаюча здатність рентгенівських променів використовується не тільки в медицині. Аеропорти обладнані рентгенівськими апаратами для огляду багажу. Стрічка, що рухається, переміщає багаж перед джерелом рентгенівського випромінювання. Після того, як валіза просвічується рентгенівськими променями, рентгенівські промені направляються в детектори. Зображення вмісту валізи виводиться на екран комп'ютера для спостереження співробітниками аеропорту (рис. 3). Тим самим вони можуть запобігти пронесенню небезпечних предметів на борт літака.

Мал. 3. Зліва – перевірка багажу в аеропорту Берліна. Справа - рентгенівський знімок вмісту рюкзака

Застосування рентгенівських променів у дефектоскопії

Рентгенівські промені знайшли застосування у дефектоскопії. Рентгенівська дефектоскопія - це неруйнівне дослідження металів виявлення внутрішніх дефектів матеріалу, таких як тріщини або бульбашки.Наприклад, випромінювання використовується для контролю зварювання труб, що використовуються в сталевих конструкціях, де важлива міцність.

Рентгенівські промені перевіряють герметичність та однорідність труби. Труба, що підлягає перевірці, обертається у фотоплівку, а всередину міститься джерело рентгенівського випромінювання. Якщо на плівці з'являється темніший відтінок, це означає, що місце стоншується, можливий витік. Аналогічний принцип використовується для випробування з'єднань у будівельних конструкціях, особливо в мостах, де виникають динамічні навантаження.

Застосування рентгенівського випромінювання в галузі хімії та кристалографії

Рентгенівське випромінювання використовується в наукових дослідженнях у галузі хімії та кристалографії. Цей метод ґрунтується на реєстрації дифракційних зображень рентгенівських променів, що проходять через кристал. Він дозволяє визначити положення та відстань молекул одна до одної в кристалічній решітці, визначити положення окремих атомів, а також кути та довжину зв'язків між атомами.

Варто також згадати метод визначення хімічного складу матеріалів за допомогою рентгенівської флуоресценції. Рентгенівське випромінювання здійснюється шляхом гальмування прискорених електронів в аноді рентгенівської трубки. На додаток до безперервного спектру випромінюється лінійний спектр, характерний атомів даного елемента. При приміщенні досліджуваного матеріалу на анод трубки виходять спектральні лінії, що дозволяють ідентифікувати атоми, з яких складається речовина.

Застосування рентгенівського випромінювання в астрономії

Рентгенівські промені також використовуються щодо Всесвіту. Однак вони поглинаються атмосферою Землі, що добре для нас, оскільки атмосфера захищає нас від їхнього шкідливого впливу. Однак рентгенівське випромінювання від далеких зірок та інших об'єктів несе в собі інформацію про ці об'єкти, яка недоступна в інший спосіб.

До того часу, коли астрономічні спостереження можна було проводити тільки з поверхні Землі, використовуючи видиме світло, яке не затримується атмосферою, Всесвіт здавався незмінним і статичним, заповненим зірками і планетами, незмінними в часі.Найяскравішими об'єктами були Сонце, планети та найближчі зірки.

Розвиток супутникових технологій та дослідження космосу за допомогою детекторів, розташованих на супутниках, за межами земної атмосфери, повністю зруйнувало цю мирну картину. «Виникли» потоки надшвидких частинок, що викидаються з галактичних ядер, квазари, світність яких дорівнює або перевищує світність нашої власної Галактики, чорні дірки, в які падає матерія, що супроводжується високоенергетичним випромінюванням, та інші динамічні процеси у Всесвіті.

Для довідки: Квазар (англ. quasar) - це тип активної галактики, джерело безперервного електромагнітного випромінювання величезної потужності.

Одним із супутникових телескопів є рентгенівська обсерваторія Чандра, запущена в 1999 році і названа на честь індійського астрофізика Субраманьяна Чандрасекара. Цей супутник використовується для вивчення різноманітних астрономічних об'єктів – від найдальших галактик, зірок та тіл Сонячної системи – у рентгенівському діапазоні з енергією 0,09 – 10,0 кеВ.

Рентгенівська обсерваторія «Чандра» продовжує надавати нові чудові зображення. У лівій частині рис. 4 ми бачимо зображення зіткнення двох скупчень галактик на відстані 380 мільйонів світлових років від Землі у 2019 році, на якому накладено зображення, отримані в рентгенівському та видимому світлі. Для порівняння праворуч показано зображення, отримане у видимому світлі. Якби у нас була тільки ця фотографія, ми б ніколи не дізналися про ударні хвилі, викликані зіткненням, що проходять через міжзоряний газ і пил, які підвищують температуру і змушують гарячий газ випускати рентгенівські промені.

Мал. 4. Зіткнення двох скупчень галактик, видиме лише у видимому світлі (праворуч) і рентгенівському і видимому світлі (ліворуч). Синій колір вказує на нижчу температуру, а червоний - більш високу.

Іншим прикладом отримання нової інформації є зображення Чумацького Шляху, або нашої Галактики, сфотографоване у видимому світловому діапазоні та рентгенівських променях (рис. 5.). На рентгенівському знімку видно сильні джерела випромінювання, які не видно у видимому світлі.

Мал. 5. Зображення Чумацького Шляху, сфотографованого у видимому світловому діапазоні (вгорі) та рентгенівських променях (внизу).

Список використаної літератури

    Вайман, Томас (2005 р.). «Фернандо Сенфорд та відкриття рентгенівських променів». «Вихідні дані» від Associates of the Stanford University Libraries : 5-15.
  1. Храбак, М.; Падован, Р.С.; Кралік, М.; Озретич Д.; Потоцький, К. (липень 2008). «Нікола Тесла та відкриття рентгенівських променів»
  2. Бушберг, Джеррольд Т.; Зайберт, Дж. Ентоні; Лейдхольдт, Едвін М.; Бун, Джон М. (2002). Основна фізика медичної візуалізації. Ліпінкотт Вільямс і Вілкінс.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Будівництво