Основные свойства рентгеновского излучения. Рентгеновская трубка.

Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны (поток квантов, фотонов), которые в спектре расположены между ультрафиолетовыми лучами и гамма- лучами. Они отличаются от радиоволн, инфракрасного излучения, видимого света и ультрафиолетового излучения меньшей длиной волны (рис. 1. 3). Длина волны рентгеновских лучей (X) составляет от 10 нм до 0, 001 нм (1(Г⁹-1(Г¹² м).

Поскольку рентгеновские лучи являются электромагнитными волнами, помимо длины волны, они могут быть описаны частотой и энергией, которые несет каждый квант (фотон). Фотоны рентгеновского излучения имеют энергию от 100 эВ до 250 кэВ, что соответствует излучению с частотой от 3x10^И> Гц до 6х10¹⁹ Гц. Скорость распространения рентгеновских лучей равна скорости света — 300000 км/с.

Основные свойства рентгеновских лучей:

1) высокая проникающая способность;
2) поглощение и рассеивание;
3) прямолинейность распространения — рентгеновское изображение всегда точно повторяет форму исследуемого объекта;
4) способность вызывать флюоресценцию (свечение) при прохождении через некоторые вещества — люминофоры, которые используются при проведении рентгеноскопии и флюорографии;

Рис. 1. 3. Положение рентгеновского излучения в общем спектре электромагнитных излучений

Рис. 14. Схема устройства рентгеновской трубки:

К — катод; А — анод; L — цепь низкого напряжения; U₂ — цепь высокого напряжения; стрелка сплошная — движение электронов от катода к аноду; стрелки прерывистые — рентгеновские лучи

5) фотохимическое действие — как и видимый свет, рентгеновские лучи, попадая на фотографическую эмульсию, способны воздействовать на нее, вызывая химическую реакцию восстановления серебра — на этом основана регистрация изображения на фоточувствительных материалах;
6) ионизация веществ — способность вызывать распад нейтральных атомов на положительные и отрицательные ионы;
7) биологическое действие — связано с ионизирующим действием рентгеновских лучей на ткани организма, этим определяется нежелательное, отрицательное воздействие на пациента, врача-рентгенолога и рентгенолаборанта;
8) невосприимчивость органами чувств — в этом заключается скрытая опасность, поскольку человек не чувствует момента воздействия рентгеновского излучения (как и любого другого излучения).

Любая рентгенодиагностическая система состоит из трех основных компонентов: рентгеновской трубки, объекта исследования (пациента) и приемника рентгеновского изображения (рис. 1. 4).

Рентгеновская трубка представляет собой вакуумную стеклянную колбу, в которую с двух противоположных концов впаяны два электрода — анод и катод. Катод представляет собой тонкую спираль, анод — диск со скошенной поверхностью (см. рис. 1. 4).

Получение рентгеновских лучей можно разделить на следующие этапы:

1) термоэлектронная эмиссия на спирали катода — происходит при включении тока низкого напряжения (цепь U_u напряжение всего лишь 6-14 В), при этом нить катода нагревается и вокруг него образуются свободные электроны («электронное облако»);
2) подача на электроды тока высокого напряжения (цепь U2, напряжение десятки и сотни киловольт) — в этот момент свободные электроны устремляются к аноду и с большой силой ударяются о его поверхность, и происходит их торможение, при этом кинетическая энергия этих электронов преобразуется большей частью в тепловое излучение (более 99 %); для того чтобы предохранить анод от перегревания (расплавления), он вращается с большой скоростью;
3) получение пучка рентгеновских лучей — лишь несколько процентов от всего количества энергии, образовавшейся вследствие торможения электронов об анод, преобразуется в рентгеновское излучение.

Длина волны полученных рентгеновских лучей зависит от скорости электронов: чем больше скорость, тем меньше длина волны, при этом проникающая способность лучей будет увеличиваться. Если изменять напряжение трансформатора, можно регулировать скорость электронов и получать либо сильно проникающие коротковолновые лучи (их называют еще жесткими), либо слабо проникающие длинноволновые {мягкие).

Рентгеновское излучение, полученное при торможении электронов на поверхности анода, называется тормозным (или первичным).

Существует и другой вид рентгеновского излучения — характеристическое (или вторичное). Характеристическое излучение возникает в результате изменений во внутренних электронных слоях атомов. В целях диагностики характеристическое излучение не используется, так как данное излучение находится в диапазоне «мягкого» рентгеновского излучения и его нельзя изменять, а в рентгенодиагностике необходимо в каждом конкретном случае задавать определенные параметры рентгеновским лучам в зависимости от задач исследования.

При взаимодействии рентгеновского излучения и объекта исследования (пациента) излучение изменяется качественно и количественно. Как уже было сказано, проникающая способность рентгеновских лучей определяется, прежде всего, энергией квантов или длиной волны (жесткое и мягкое излучение). Степень поглощения рентгеновских лучей тканями различна и зависит от показателей плотности и атомного веса элементов, составляющих объект. Чем больше плотность и атомный вес вещества, из которого состоит исследуемый объект (орган), тем больше поглощаются (т. е. «задерживаются») рентгеновские лучи. В теле человека имеются органы и ткани различной плотности, что объясняет различное поглощение рентгеновских лучей. Кроме того, степень поглощения лучей также определяется и объемом (толщиной) органа (т. е. расстоянием, проходимым в тканях рентгеновскими лучами).

В качестве приемника рентгеновского изображения используются:

флюоресцентный экран;
рентгеновская пленка;
специальные детекторы — цифровые электронные панели (при цифровой рентгенографии).

Среди методов рентгенологического исследования выделяют основные (общие) и специальные (вспомогательные).