Действие рентгеновского излучения на человека

Источник — рентгеновское излучение

Источники рентгеновского излучения, связанные с нейтронными звезда-щи стали наблюдаться только после открытия пульсаров.
 

Источники рентгеновского излучения, расположенные в центральной подсистеме и в скоплениях, можно отождествить со старым, сфероидальным компонентом Галактики, а источники, находящиеся на орбитах около молодых массивных звезд, можно отождествить с более молодым, дисковым компонентом.
 

Источник рентгеновского излучения 1 в процессе работы двигался, непрерывно излучая, по дуге окружности вокруг исследуемого объекта.
 

Источники рентгеновского излучения радионуклидные закрытые.
 

Источник рентгеновского излучения — ампула с радиоактивным веществом — находится при движении аппарата в свинцовом контейнере. Аппарат останавливается в заданной точке трубопровода по команде, получаемой приемником. По этой же команде включается реверсивный двигатель, который выдвигает радиоактивную ампулу из контейнера в алюминиевую трубку, соединяющую два дисковых свинцовых экрана. Предварительно на сварной стык снаружи накладывается чувствительная пленка, защищаемая сверху полиэтиленовой лентой.
 

Источники рентгеновского излучения радионуклидные закрытые.
 

Источником рентгеновского излучения служит электронная рентгеновская трубка. В ней электроны, испускаемые накаленным катодом ( вольфрамовой нитью или спиралью), ускоряются электрическим полем и направляются на металлический анод.
 

Источниками рентгеновского излучения служат рентгеновские трубки, представляющие собой двухэлектродные электровакуумные приборы. Для возбуждения в них рентгеновского излучения создается поток свободных электронов высокой кинетической энергии, который направляется на металлическую мишень, где происходит взаимодействие быстрых электронов с веществом и возникает рентгеновское излучение. В баллоне расположены катод и анод.
 

Источником рентгеновского излучения, используемым в рентгенофазовом и рентгеноструктурном анализе, обычно является рентгеновская трубка. В рентгеновской трубке поток электронов, испускаемый вольфрамовой спиралью ( катодом), ускоряется из — за большой разности потенциалов между катодом и анодом ( несколько десятков киловольт, кВ) и ударяется об анод. За счет последующих электронных переходов происходит излучение рентгеновских квантов, дающих линейчатый, или характеристический спектр, вид которого определяется материалом анода.
 

Источниками рентгеновского излучения являются многие небесные тела. Так, солнечная корона дает мощное рентгеновское излучение в интервале 10 — 100 А, а ближайшие к Солнцу планеты, напр. Луна, под влиянием протонного потока, особенно в годы активного Солнца, дают интенсивное характеристич.
 

Источником рентгеновского излучения служит трубка рентгеновского аппарата или вакуумная камера бетатрона. С увеличением анодного напряжения излучение становится более жестким, подчиняясь зависимости YKU / I, где У — интенсивность излучения; К — коэффициент: U — анодное напряжение; / — анодный ток.
 

Источниками рентгеновских излучений являются рентгеновские трубки, описываемые в гл. Энергия рентгеновских квантов зависит от скорости возбуждающих их электронов, определяемой напряжением питания трубки. Это напряжение может лежать в широком диапазоне значений: от 20 до 1000 кэв.
 

Источниками рентгеновского излучения являются высоковольтные выпрямительные и стабилизирующие лампы. Причины его появления — разогрев анода до температуры, достаточной для эмиссии электронов с поверхности этого анода. Излучение максимально в направлении, перпендикулярном оси лампы; перед экраном кинескопа незначительное ( при нормальном напряжении на аноде), но имеется заметное излучение сзади, из конуса колбы. Излучение практически отсутствует, когда кинескоп снабжен стальным экраном, закрывающим коническую часть. Среди всех типов ламп наибольшую опасность представляет стабилизирующая лампа. Лампа излучает в максимальной степени, когда ток кинескопа равен нулю.
 

Источником рентгеновского излучения может быть также кенотрон при напряжении накала значительно меньшем ( на 2 — 3В) напряжения, необходимого для нормальной работы. Защита от этого излучения не предусмотрена, необходимо иметь это в виду и систематически проверять правильность режима работы кенотрона. Надежность защиты в рентгеновских лабораториях необходимо проверять с помощью дозиметров.
 

Применение рентгеновского излучения

Все перечисленные аспекты разрушительного воздействия таинственных X-лучей вовсе не исключают удивительно обширные аспекты их применения. Где же применяется рентгеновское излучение?

1. Изучение структуры молекул и кристаллов.
2. Рентгеновская дефектоскопия (в промышленности обнаружение дефектов в изделиях).
3. Методы медицинского исследования и терапии.

Важнейшие применения рентгеновского излучения стали возможными, благодаря очень малым длинам всего диапазона этих волн и их уникальным свойствам.

Так как нас интересует влияние рентгеновского излучения на людей, которые сталкиваются с ним лишь во время медицинского обследования или лечения, то далее мы будем рассматривать только эту область применения рентгена.

Применение рентгеновского излучения в медицине

Несмотря на особую значимость своего открытия Рентген не стал брать патент на его использование, сделав бесценным подарком для всего человечества. Уже в Первой мировой войне стали использоваться рентгеновские установки, позволявшие быстро и точно ставить диагнозы раненным. Сейчас можно выделить две основные сферы применения рентгеновских лучей в медицине:

• рентгенодиагностика;
• рентгенотерапия.

Рентгенодиагностика

Рентгенодиагностика используется в различных вариантах:

• рентгеноскопия (просвечивание);

• рентгенография (снимок);
• флюорография;
• рентгеновская и компьютерная томография.

Разберёмся в отличии этих методов.

1. При рентгеноскопии пациент располагается между рентгеновской трубкой и специальным флуоресцирующим экраном. Рентгенолог подбирает нужную жёсткость лучей и получает на экране изображения внутренних органов и рёбер.
2. При рентгенографии пациент укладывается на кассету со специальной фотоплёнкой. Рентгеновский аппарат располагается над объектом. На плёнке получается негативное изображение внутренних органов, содержащее более мелкие детали, чем при рентгеноскопическом обследовании.

3. Флюорография используется при массовых медицинских осмотрах населения. На специальную плёнку проецируется изображение с большого экрана.

4. Томография использует рентгеновские лучи для получения снимков органов в нескольких выбранных поперечных срезах тканей. Полученная серия рентгеновских снимков называется томограммой.
5. Компьютерная томограмма регистрирует срезы человеческого тела с помощью рентгеновского сканера. Данные заносятся в компьютер и дают единое изображение в поперечном сечении.

Все перечисленные методы диагностики основаны на способности рентгеновых лучей засвечивать фотоплёнку и на различной проницаемости их для тканей и костного скелета.

Рентгенотерапия

Способность рентгеновых лучей оказывать биологическое действие на ткани, в медицине используют для терапии опухолей. Ионизирующее действие этого излучения наиболее активно проявляется в воздействии на быстро делящиеся клетки, каковыми и являются клетки злокачественных опухолей.

Однако, следует знать и о побочных эффектах, неизбежно сопровождающих рентгенотерапию. Дело в том, что быстро делящимися являются также клетки кроветворных, эндокринных, иммунных систем. Негативное воздействие на них порождает признаки лучевой болезни.

Влияние рентгеновского излучения на человека

После их открытия Вильгельмом Рентгеном, который опубликовал статью, назвав их х-лучами, выяснилось, что такое излучение влияет на организм человека.

Рентгеновское излучение в повышенных дозах провоцирует изменения в кожных покровах, которые похожи на ожог от солнечных лучей. Только при облучении происходит более глубокое и серьёзное повреждение верхнего слоя кожи. Появившиеся на коже язвы требуют затяжного по времени лечения.

Со временем исследователи выявили, что такого пагубного действия реально избежать, если уменьшить дозировку или время. При этом применяется дистанционное управление процедурой.

Вред от получаемых волн иногда проявляется не сразу, а только спустя промежуток времени, постепенно: случаются непрерывные или временные преобразования в структуре эритроцитов, повышается риск развития лейкемии. Возможно характерное образование последствия в виде преждевременного старения и утери эластичности кожи.

Влияние рентгеновского излучения зависит от того, какой внутренний орган подвержен излучению. Воздействие электромагнитных волн зависит от дозы лучей. При облучении половых органов у человека развивается бесплодие, при кроветворных органах – болезни крови.

Регулярное облучение даже в самых маленьких количествах и при коротких промежутках, приводит к изменениям на генетическом фоне. Они редко обратимы.

Электромагнитные волны проникают через ткани человеческого тела, при этом осуществляется ионизация в клетках, изменяется структура. Результатами таких воздействий становятся соматические осложнения или болезни в будущем поколении. Так проявляются генетические заболевания.

У людей, подвергшихся излучению, выявляются патологии крови. После маленьких доз возникают изменения её состава, которые ещё обратимы. Распадаются эритроциты и гемоглобин вследствие гемолитических изменений. Возможна тромбоцитопения.

При облучении нередки травмы хрусталика глаза, он мутнеет, и наступает катаракта.

Однократное облучение медицинской аппаратурой не влечёт за собой сильных перемен, т.к. содержит небольшую дозировку. При чувстве пациентом повышенной тревоги он вправе попросить у медика специальный защитный фартук. После выключения аппарата вредоносное действие тут же прекращается. Частое же влияние пагубно сказывается на человеческом организме.

Исследование последствий вредного облучения позволило создать международные стандарты, в которых указаны разрешённые минимальные дозы.

Примечания

1. ↑ Блохин М.А. // Физическая энциклопедия : / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1994. — Т. 4: Пойнтинга — Робертсона — Стримеры. — С. 375—377. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
2. Юрий Ерин. . Элементы — новости науки (3 марта 2010). Дата обращения 11 мая 2010.
3. ↑ . Наука и техника. Lenta.ru (23 октября 2008). Дата обращения 6 июля 2020.
4. Карасев В. В., Кротова Н. А., Дерягин Б. В. Исследование электронной эмиссии при отрыве пленки высокополимера от стекла в вакууме (рус.) // Доклады Академии Наук СССР. — М., 1953. — Т. 88, № 5. — С. 777—780.
5. Карасев В. В., Кротова Н. А., Дерягин Б. В. Исследование газового разряда при отрыве пленки высокополимера от твердой подкладки (рус.) // Доклады Академии Наук СССР. — М., 1953. — Т. 89, № 1. — С. 109—112.
6. Kenneth Chang.  (англ.). The New York Times (23 October 2008). Дата обращения 6 июля 2020.
7. Манолов К., Тютюнник В. Биография атома. Атом — от Кембриджа до Хиросимы. — Переработанный пер. с болг.. — М.: Мир, 1984. — С. 17—18. — 246 с.
8. W. C. Röntgen. Ueber eine neue Art von Strahlen // Sonderabbdruck aus den Sitzungsberichten der Würzburger Physik.-medic. Gesellschaft. — 1895.
9. «Природа и люди». — № 28, 1896.
10. Каспий. — Газета. — Баку, 1896.
11. ↑  (недоступная ссылка). Рентгенодиагностика. Дата обращения 16 февраля 2019.
12. В некоторых источниках ошибочно назван Евгением.
13. ↑ Гайда Р., Пляцко Р. Іван Пулюй. 1845—1918: Життєписно-бібліографічний нарис / Наукове товариство імені Шевченка у Львові / Олег Купчинський (відп. ред.). — Львів. — 1998. — 284 с. — (Визначні діячі НПШ; 7). — На обкл. автор не зазначений. — ISBN 5-7707-8500-4.
14. Фіалков Л. Іван Пулюй ніколи не спростовував відкриття Рентгена (укр.) // Вісник НАНУ. — 1996. — Вип. 9—10. — С. 93—95.

Суть метода

Аналоговый и цифровой рентген базируется на одних и тех же принципах. При таком обследовании через грудную клетку, органы таза, череп или конечности проходят рентгеновский лучи, продуцируемые рентгеновской трубкой. Если обследование проводится классическим способом, результат будет запечатлен только на снимке и восстановить его в случае потери изображения не удастся.

В такой ситуации человеку потребуется повторно проходить рентген, который является довольно вредной процедурой. Цифровой рентген проводится немного по-другому. При таком способе обследования результат проявляется не на пленке, а на экране монитора. Подобное достигается за счет использования специального электронного датчика и при помощи компьютерных программ, которые преобразуют цифровой сигнал.

Результат сохраняется в самой программе и также записывается на пленку. Даже если пациент или врач потеряет снимок, человеку не придется повторно делать рентген, поскольку снимок будет сохранен в базе данных. Основным отличием цифровой рентгенографии от классической является то, что снимок формируется не сразу, а поэтапно.

Процедура состоит из таких этапов:

• детекция (поиск получаемой картинки);
• настройка четкости и жесткости для создания лучшего изображения;
• сохранение и запись результата;
• оценка получившийся картинки;
• архивирование снимка.

Вне зависимости от того, какой именно участок сканируется (зубы, колени, грудная клетка), обследование займет не более 15 минут. По истечении этого времени бланк с результатами будет выдан клиенту на руки. В отличие от аналогового, цифровой рентген имеет следующие преимущества:

• зачастую оборудование является не стационарным, а переносным, благодаря чему обследование является более мобильным;
• за 60 минут можно выполнить до 60 снимков;
• широкие возможности хранения полученных изображений;
• в ходе такого обследования можно отображать изображение зеркально, а также вращать его в различных направлениях;
• высокое качество снимка (по сравнению с обычным рентгеном).

Несомненным достоинством цифровой рентгенографии является и то, что при таком способе диагностики человек получает минимальную дозу облучения (облучение примерно в 10 раз меньше, чем при обычном рентгене). В среднем доза составляет от 0,02 до 0,3 мЗВ (варьируется от вида диагностики, исследуемого органа и веса человека).

История открытия

Сделанная В. К. Рентгеном фотография (рентгенограмма) руки Альберта фон Кёлликера

Рентгеновское излучение было открыто Вильгельмом Конрадом Рёнтгеном. Изучая экспериментально катодные лучи, вечером 8 ноября 1895 года он заметил, что находившийся вблизи катодно-лучевой трубки картон, покрытый платиносинеродистым барием, начинает светиться в тёмной комнате. В течение нескольких следующих недель он изучил все основные свойства вновь открытого излучения, названного им X-лучами («икс-лучами»). 22 декабря 1895 года Рёнтген сделал первое публичное сообщение о своём открытии в Физическом институте Вюрцбургского университета. 28 декабря 1895 года в журнале Вюрцбургского физико-медицинского общества была опубликована статья Рентгена под названием «О новом типе лучей».

Но ещё за 8 лет до этого — в 1887 году Никола Тесла в дневниковых записях зафиксировал результаты исследования рентгеновских лучей и испускаемое ими тормозное излучение, однако ни Тесла, ни его окружение не придали серьёзное значение этим наблюдениям. Кроме этого, уже тогда Тесла предположил опасность длительного воздействия рентгеновских лучей на человеческий организм[источник не указан 542 дня].

По некоторым сообщениям, опубликованным лишь в 1896 году, и в ссылающихся на них источниках, лучи, обладающие фотохимическим действием, были за 11 лет до Рентгена описаны директором и преподавателем физики Бакинского реального училища Егором Семёновичем Каменским (1838—1895), председателем Бакинского кружка любителей фотографии. Секретарь этого кружка А. М. Мишон якобы также проводил опыты в области фотографии, аналогичные рентгеновым. Однако в результате рассмотрения вопроса о приоритете на заседании Комиссии по истории физико-математических наук АН СССР 22 февраля 1949 года было принято решение, «признавая имеющийся в наличии материал по вопросу об открытии Х-лучей недостаточным для обоснования приоритета Каменского, считать желательным продолжить поиски более веских и достоверных данных»

Некоторые источники называют первооткрывателем рентгеновских лучей австро-венгерского физика Ивана Павловича Пулюя (родом из Галиции), который начал интересоваться разрядами в вакуумных трубках за 10 лет до опубликования открытия Рентгеном. По этим утверждениям, Пулюй заметил лучи, которые проникают через непрозрачные предметы и засвечивают фотопластинки. В 1890 году им были якобы получены и даже опубликованы в европейских журналах фотографии скелета лягушки и детской руки, однако дальнейшим изучением лучей и получением патента он не занимался. Это мнение опровергается в посвящённой Пулюю монографии Р. Гайды и Р. Пляцко, где подробно анализируются истоки и развитие этой легенды, и в других работах по истории физики. Пулюй действительно сделал большой вклад в изучение физики рентгеновского излучения и в методику его применения (например, он первым обнаружил появление электропроводности в газах, облучаемых рентгеновскими лучами), но уже после открытия Рентгена.

Катодно-лучевая трубка, которую Рентген использовал в своих экспериментах, была разработана Й. Хитторфом и В. Круксом. При работе этой трубки возникают рентгеновские лучи. Это было показано в экспериментах Генриха Герца и его ученика Филиппа Ленарда через почернение фотопластинок[источник не указан 542 дня]. Однако никто из них не осознал значения сделанного ими открытия и не опубликовал своих результатов.

По этой причине Рентген не знал о сделанных до него открытиях и открыл лучи независимо — при наблюдении флюоресценции, возникающей при работе катодно-лучевой трубки. Рентген занимался Х-лучами немногим более года (с 8 ноября 1895 года по март 1897 года) и опубликовал о них три статьи, в которых было исчерпывающее описание новых лучей. Впоследствии сотни работ его последователей, опубликованных затем на протяжении 12 лет, не могли ни прибавить, ни изменить ничего существенного. Рентген, потерявший интерес к Х-лучам, говорил своим коллегам: «Я уже всё написал, не тратьте зря время». Свой вклад в известность Рентгена внесла также знаменитая фотография руки Альберта фон Кёлликера, которую он опубликовал в своей статье (см. изображение справа)

За открытие рентгеновских лучей Рентгену в 1901 году была присуждена первая Нобелевская премия по физике, причём нобелевский комитет подчёркивал практическую важность его открытия. В других странах используется предпочитаемое Рентгеном название — X-лучи, хотя словосочетания, аналогичные русскому, (англ. Roentgen rays и т. п.) также употребляются

В России лучи стали называть «рентгеновскими» по инициативе ученика В. К. Рентгена — Абрама Фёдоровича Иоффе.

Радиотерапия

Терапия при помощи рентгеновских лучей относится к методам местного лечения. Чаще всего метод используется для уничтожения клеток раковых опухолей. Поскольку эффект воздействия сопоставим с хирургическим удалением, то этот метод лечения часто называют радиохирургией.

Сегодня лечение х-лучами проводится такими способами:

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

Взаимодействие с веществом

Длина волны рентгеновских лучей сравнима с размерами атомов, поэтому не существует материала, из которого можно было бы изготовить линзу для рентгеновских лучей. Кроме того, при перпендикулярном падении на поверхность рентгеновские лучи почти не отражаются. Несмотря на это, в рентгеновской оптике были найдены способы построения оптических элементов для рентгеновских лучей. В частности, выяснилось, что их хорошо отражает алмаз.

Рентгеновские лучи могут проникать сквозь вещество, причём различные вещества по-разному их поглощают. Поглощение рентгеновских лучей является важнейшим их свойством в рентгеновской съёмке. Интенсивность рентгеновских лучей экспоненциально убывает в зависимости от пройденного пути в поглощающем слое (I = Ie-kd, где d — толщина слоя, коэффициент k пропорционален Z³λ³, Z — атомный номер элемента, λ — длина волны).

Поглощение происходит в результате фотопоглощения (фотоэффекта) и комптоновского рассеяния:

• Под фотопоглощением понимается процесс выбивания фотоном электрона из оболочки атома, для чего требуется, чтобы энергия фотона была больше некоторого минимального значения. Если рассматривать вероятность акта поглощения в зависимости от энергии фотона, то при достижении определённой энергии она (вероятность) резко возрастает до своего максимального значения. Для более высоких значений энергии вероятность непрерывно уменьшается. По причине такой зависимости говорят, что существует граница поглощения. Место выбитого при акте поглощения электрона занимает другой электрон, при этом испускается излучение с меньшей энергией фотона, происходит т. н. процесс флуоресценции.
• Рентгеновский фотон может взаимодействовать не только со связанными электронами, но и со свободными, а также слабосвязанными электронами. Происходит рассеяние фотонов на электронах — т. н. комптоновское рассеяние. В зависимости от угла рассеяния, длина волны фотона увеличивается на определённую величину и, соответственно, энергия уменьшается. Комптоновское рассеяние, по сравнению с фотопоглощением, становится преобладающим при более высоких энергиях фотона.

Биологическое воздействие

Рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов и злокачественных опухолей. По причине этого при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты. Считается, что поражение прямо пропорционально поглощённой дозе излучения. Рентгеновское излучение является мутагенным фактором.

Регистрация

• Эффект люминесценции. Рентгеновские лучи способны вызывать у некоторых веществ свечение (флюоресценцию). Этот эффект используется в медицинской диагностике при рентгеноскопии (наблюдение изображения на флюоресцирующем экране) и рентгеновской съёмке (рентгенографии). Медицинские фотоплёнки, как правило, применяются в комбинации с усиливающими экранами, в состав которых входят рентгенолюминофоры, которые светятся под действием рентгеновского излучения и засвечивают светочувствительную фотоэмульсию. Метод получения изображения в натуральную величину называется рентгенографией. При флюорографии изображение получается в уменьшенном масштабе. Люминесцирующее вещество (сцинтиллятор) можно оптически соединить с электронным детектором светового излучения (фотоэлектронный умножитель, фотодиод и т. п.), полученный прибор называется сцинтилляционным детектором. Он позволяет регистрировать отдельные фотоны и измерять их энергию, поскольку энергия сцинтилляционной вспышки пропорциональна энергии поглощённого фотона.
• Фотографический эффект. Рентгеновские лучи, также, как и обычный свет, способны напрямую засвечивать фотографическую эмульсию. Однако без флюоресцирующего слоя для этого требуется в 30—100 раз большая экспозиция (то есть доза). Преимуществом этого метода (известного под названием безэкранная рентгенография) является бо́льшая резкость изображения.
• В полупроводниковых детекторах рентгеновские лучи производят пары электрон-дырка в p-n-переходе диода, включённого в запирающем направлении. При этом протекает небольшой ток, амплитуда которого пропорциональна энергии и интенсивности падающего рентгеновского излучения. В импульсном режиме возможна регистрация отдельных рентгеновских фотонов и измерение их энергии.
• Отдельные фотоны рентгеновского излучения могут быть также зарегистрированы при помощи газонаполненных детекторов ионизирующего излучения (счётчик Гейгера, пропорциональная камера и др.).