Рентгеновское излучение. Способы получения, основные свойства и характеристики. Взаимодействие с атомами вещества

1.

Рентгеновское излучение
Способы получения,
основные свойства и
характеристики
Взаимодействие с
атомами вещества

2.

В.К. Рентген
1895

3.

Вильге́льм
Ко́нрад Рентге́н
(27 марта 1845
года — 10
февраля 1923
года) —
немецкий
физик,
работавший в
Вюрцбургском
университете.

4.

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

5.

Вопрос
дифференцированного зачёта
21. Рентгеновское излучение
21.
излучение.. Спектр
рентгеновского
излучения
и
его
граница.. Явления, возникающие при
граница
взаимодействии
рентгеновского
излучения
с
атомами
вещества
вещества..
Рентгеноструктурный
анализ
биологических объектов
объектов..

6.

Применение рентгеновского
излучения в медицине
Ангиография
Ренгеноскопия
Ортопантомография
Флюорография
Рентгенография
Рентгеновская терапия
Компьютерная томография
Ренгенотелевизионное просвечивание

7.

8.

Природа рентгеновских лучей
Рентгеновское излучение (РИ) – это
электромагнитное ионизирующее излучение,
занимающее спектральную область между гамма
-4
и УФ излучением в пределах длин волн от 10 до
10 А (10-5 – 100нм).
оптическое
излучение
радиоволны ИК
УФ R-излучение γ-излучение
19
11
17
В
υ,Гц
0
5*10
10
1,5*10

9.

10.

Электромагнитное поле
Электромагнитное
поле –
совокупность
переменных
электрического и
магнитного полей
взаимосвязанных
и взаимно друг
друга
порождающих.

11.

12.

Свойства рентгеновских лучей
1. Невидимы глазом.
2. Вызывают люминесценцию ряда веществ
(создание экранов для визуального
наблюдения рентгеновского излучения).
3. Ионизируют воздух и другие газы.
(дозиметрия количественной оценки
действия излучения).
4. Обладают фотохимическим действием,
засвечивают фотоэмульсию (регистрация
рентгеновских лучей).

13.

Свойства рентгеновских лучей
5. Обладают высокой проникающей
способностью, тело человека пронизывают
насквозь.
6. Рентгеновские лучи поглощаются
веществом различно в зависимости от
элементного состава вещества, его
толщины.
7. Рентгеновские лучи биологически активны.
8. Тепловой эффект рентгеновских лучей
очень мал.
9. Рентгеновские лучи рассеиваются, проходя
через вещество.

14.

Способы получения рентгеновских лучей
Рентгеновское излучение
Тормозное
имеет сплошной спектр
получают при торможении
быстрых частиц на твердой
мишени
Характеристическое
получают при квантовых
переходах на близких к
ядру слоях атомов с
высоким порядковым
номером

15.

Тормозное рентгеновское излучение
Рентгеновская трубка
Рентгеновская трубка – это электровакуумный
баллон, содержащий два электрода (катод К и анод
А).
А +
К -
-
нить
накала
-
R-лучи
медь
Рабочая часть(вольфрам, платина, золото)
Анод выполняется из хорошо теплопроводящего
металла, рабочая часть анода - из тугоплавкого
металла с большим порядковым номером.
Поверхность анода зеркальная для отражения Rлучей.

16.

Рентгеновская трубка

17.

Рентгеновская трубка

18.

Механизм получения рентгеновских
лучей

19.

Механизм получения рентгеновских
лучей
В результате термоэлектронной эмиссии
происходит излучение катодом электронов
(е)..
(е)
Под действием высокого напряжения между
катодом и анодом электроны ускоряются,
при столкновении с анодом внедряются в
металлическую мишень, тормозятся под
действием электрических сил притяжения и
отталкивания вследствие взаимодействия с
электронами и ядрами металла.

20.

Механизм получения рентгеновских лучей
Движение заряженных частиц – это
электрический ток.
Убывающий электрический ток – источник
убывающего магнитного потока (магнитного
поля).
По теории Максвелла убывающее
переменное магнитное поле генерирует
убывающее переменное электрическое
поле.

21.

Механизм получения рентгеновских лучей
Совокупность переменных взаимосвязанных
и взаимно порождающих электрического и
магнитного полей, распространяющихся в
пространстве – есть ЭМВ.

22.

Закон сохранения энергии
Закон сохранения энергии:
eUАК – потенциальная энергия электрона;
2
mеvе /2 - кинетическая энергия электрона;
hυ - энергия ЭМ излучения.

23.

Сплошной спектр тормозного
рентгеновского излучения
Спектр
тормозного
рентгеновского
излучения
непрерывно
распределён по
всем длинам волн
до
коротковолновой
границы λ min

24.

25.

Сплошной спектр тормозного
рентгеновского излучения
Сплошной спектр обусловлен торможением
быстрых электронов, которое имеет
случайный характер.
λ min - минимальная длина волны,
соответствует переходу всей кинетической
энергии электрона в энергию рентгеновского
излучения.
тепловые потери

26.

Поток рентгеновского излучения
Поток рентгеновского излучения:
-9
k – коэффициент пропорциональности, k=10 B
I – сила тока в трубке;
UАК - напряжение между анодом и катодом
рентгеновской трубки;
Z – порядковый номер вещества анода
(элемента рабочего тела анода)
-1

27.

Коротковолновая граница спектра

28.

Характеристическое рентгеновское
излучение
Характеристический рентгеновский
спектр - отдельные резкие линии
(линейчатый спектр), появляющиеся на
фоне сплошного спектра
при достаточно
большой
энергии
бомбардирующих
анод электронов
и определяемые
материалом
анода..
анода

29.

30.

Характеристическое
рентгеновское излучение
Ускоренные электроны (e) проникают
вглубь атомов, из внутренних слоёв
выбивают электроны, на свободные
места переходят электроны с верхних
уровней,
высвечиваются
фотоны
характеристического излучения
излучения..
Характеристическое
рентгеновское
излучение состоит из серий:
серий: K,L,M и
т. д.

31.

32.

Взаимодействие рентгеновского
излучения с веществом

33.

Взаимодействие рентгеновского
излучения с веществом
Когерентное рассеяние –ослабление потока
рентгеновского излучения при прохождении его
через вещество вследствие отклонения от
первоначального направления. Частота, длина
волны, энергия фотонов не изменяется.
Ф рассеянный
Ф0
вещество
Ф прошедший
Фрассеянный

34.

35.

Некогерентное рассеяние
(Комптон--эффект)
(Комптон
–
рассеивание излучения с
изменением его длины волны, при
этом рентгеновский квант передает
часть своей энергии наружному
электрону, меняет своё
направление, происходит
выбивание электрона, частота
волны уменьшается (длина волны
увеличивается).

36.

37.

Фотоэффект
Фотоэффект – испускание электронов под
действием ЭМ излучения, при этом
рентгеновское
излучение
поглощается
атомом, выбивается электрон и атом
ионизируется..
ионизируется
Фотоэлектрон, выбитый в результате
фотоэффекта, приобретает всю энергию
рентгеновского фотона и обладает мощным
ионизирующим действием.

38.

39.

Поглощение рентгеновского
излучения
Закон Бугера:
Бугера:
Ф рассеянный
Ф0
вещество
падающий
поток
;
х
Ф прошедший
(ослабленный)
k – коэффициент
пропорциональности;
ρ – плотность поглощающего
вещества;
Z – порядковый номер
поглощающего элемента.

40.

41.

Физические основы
рентгенодиагностики
В основе рентгенодиагностики лежат
свойства рентгеновского излучения.
Ткани с различным элементным составом
неодинаково поглощают поток рентгеновских
лучей.

42.

Схема формирования рентгеновского
изображения в зависимости от плотности
тканей

43.

Виды рентгенодиагностики
Рентгеноскопия
(просвечивание) –
визуальное
изучение
изображения.
Изображение
получают на
флюоресцирующем
экране.
A barium swallow exam taken via fluoroscopy.

44.

Рентгенотелевизионное
просвечивание
Рентгеновское
излучение
УРИ (ЭОП)
Монитор
компьютера

45.

46.

Виды рентгенодиагностики
Рентгенография –
получение
изображения на
фотоплёнке.
Преимущество –
большая чёткость
изображения,
позволяющая
наблюдать детали,
которые трудно
рассмотреть при
просвечивании.

47.

48.

Цифровой рентгеновский аппарат с одним
штативом и дистанционным управлением

49.

Виды рентгенодиагностики
Рентгеновская
томография –
получение изображения в
трёхмерном
пространстве с
получением изображения
в любом поперечном
срезе – послойное
рентгеновское
изображение.

50.

51.

52.

53.

ОПТГ
Во время снимка
вокруг головы
пациента вращается
рентгеновская трубка
и расположенный
напротив нее
цифровой
детектор. Цифровая
технология в несколько
раз снижает лучевую
нагрузку. (10 —
40 мкЗв)

54.

Ортопантомограмма (ОПТГ
ОПТГ))
ОПТГ пациента с несколькими имплантами

55.

Рентгеновская терапия
1. Терапия новообразований.
новообразований.
Используется биологическое действие
мягкого рентгеновского излучения с
большой длиной волны, такое
излучение поглощается сильнее, чем
жёсткое.

56.

Дозы облучения при
рентгеновском обследовании
Плёночная флюорограмма грудной
клетки - 0,5 миллизиверта (мЗв
мЗв))
Цифровая флюорограмма — 0,05 мЗв
Плёночная рентгенограмма — 0,3 мЗв
за процедуру
Цифровая рентгенограмма — 0,03 мЗв
Компьютерная томография органов
грудной клетки — 11 мЗв за процедуру

57.

Защита от рентгеновского
излучения
1. Увеличении толщины поглощающего
слоя.. Используют большие толщи
слоя
вещества – песок, гравий, кирпич для
защиты от рентгеновского излучения.

58.

Защита от рентгеновского
излучения
2. Металлы с большим порядковым
номером.

59.

60.

61.

Рентгеноструктурный анализ
биологических объектов
Рентгеновский структурный анализ
– метод исследования структуры
вещества
при
наблюдении
дифракции рентгеновских лучей
лучей..

62.

63.

Лауэграмма монокристалла
NaCI

64.

65.

66.

Рентгеновский микроскоп
— устройство для исследования
вещества с помощью рентгеновского
излучения с длиной волны порядка
0,01
01--1нм.
Разрешающая способность - 5-10
10нм.
нм.

67.

68.

Изображение растения, полученное при
помощи рентгеновского микроскопа

69.

Принцип работы
рентгеновского микроскопа

70.

БЛАГОДАРЮ
ЗА ВНИМАНИЕ!