Рентгеновские лучи являются формой электромагнитного излучения, как и радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение и микроволны. Одним из наиболее распространенных и полезных применений рентгеновских лучей является медицинская визуализация - рентген. Рентгеновские лучи также используется для лечения рака и изучения космоса.
Электромагнитное излучение передается волнами или частицами на разных длинах волн и частотах. Этот широкий диапазон длин волн известен как электромагнитный спектр, который делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты.
Рентгеновские лучи делятся на два типа - мягкие рентгеновские лучи и жесткие рентгеновские лучи. Мягкие рентгеновские лучи попадают в диапазон спектра между УФ светом и гамма-лучами. Мягкие рентгеновские лучи имеют сравнительно высокие частоты - около 3*10 16 Герц до 10 18 Герц, и относительно короткие длины волны - около 10 нанометров до 100 пикометров.
Нанометр - одна миллиардная часть метра. Пикометр - одна триллионная часть метра.
У жестких рентгеновских лучей частоты от 10 18 Гц до более 10 20 Гц, а длины волн около 100 пм до 1 пм. Жесткие рентгеновские лучи занимают ту же область спектра, что и гамма-лучи. Единственное различие между ними, это их источник - рентгеновские лучи создаются ускоряющимися электронами, а гамма-лучи атомными ядрами.
История рентгеновских лучей
Рентгеновские снимки были обнаружены в 1895 году Вильгельмом Конрадом Рентгеном, профессором Вюрцбургского университета в Германии. Ученый заметил кристаллы вблизи высоковольтной электронно-лучевой трубки, имеющей флуоресцентное свечение, даже при экранировании их темной бумагой. Некоторая форма энергии вырабатывалась трубкой, и она проникала в бумагу и заставляла кристаллы светиться. Тогда Рентген дал имя неизвестной форме энергии - рентгеновское излучение. Дальнейшие эксперименты показали, что это излучение может проникать в мягкие ткани, но не в кости, а также создавать теневые изображения на фотографических пластинках.
За это открытие Рентген был удостоен первой Нобелевской премии по физике в 1901 году. А во время Первой Мировой Войны рентгеновские снимки уже вовсю использовались в медицинских целях.
Источники и эффекты
Рентгеновские лучи возникают, когда электроны ударяются о металлическую мишень. Электроны освобождаются от нагретой нити накала и ускоряются высоким напряжением в направлении металлической мишени. Когда электроны ударяют по мишени, их энергия преобразуется в рентгеновское излучение.
Рентгеновские лучи могут также создаваться синхротроном - ускорителем частиц, который заставляет заряженные частицы двигаться по замкнутому кругу. Когда высокоскоростные электроны вынуждены двигаться по круговой траектории в магнитном поле, то угловое ускорение заставляет частицы испускать фотоны. Если энергия достаточно велика, электроны будут излучать рентгеновские лучи.
Синхротронное излучение впервые было обнаружено в США в 1947 году. Это излучение считалось помехой, поскольку оно заставляло частицы терять энергию. Но позже, в 1960-х годах, оно было признано как свет с исключительными свойствами, который преодолел недостатки рентгеновских трубок. Одна интересная особенность синхротронного излучения состоит в том, что он поляризован - электрическое и магнитное поля фотонов колеблются в одном направлении, которое может быть либо линейным либо круговым.
Рентгеновский снимок
Из-за способности рентгеновских лучей проникать в некоторые материалы, им нашлось ряд применений, в частности для выявления дефектов или трещин в структурных компонентах.
Рентгеновские снимки также необходимы для проверки безопасности, время перевозки грузов или багажа, а также пассажиров. Электронные детекторы позволяют в режиме реального времени визуализировать содержимое чемоданов и предметов, которые могут перевозить пассажиры.
Первоначальное использование рентгеновских лучей предназначалось для визуализации костей, которые были легко отличимы от мягкой ткани на пленке, которая была доступна в то время. Однако более точные системы фокусировки и более чувствительные методы обнаружения, такие, как улучшенные фотопленки и электронные датчики изображения, позволили различать все более мелкие детали и тонкие различия в плотности ткани. Компьютерная томография объединяет несколько рентгеновских снимков в трехмерную модель. Рентгенографические исследования это ценный медицинский инструмент для широкого спектра исследований и процедур. Они используются в качестве неинвазивного и безболезненного метода диагностики болезней, контрольной терапии и поддержки планирования медицинского и хирургического лечения. Также они используются медицинским персоналом во время ввода катетеров или других устройств, обработки опухолей, удаления сгустков крови и во время множества других процедур.
Рентгеновская терапия
Лучевая терапия использует высокоэнергетическое излучение для уничтожения раковых клеток путем повреждения их ДНК. Однако, такое лечение может повредить и нормальные клетки. Поэтому данный вид терапии должен быть тщательно спланирован, чтобы свести к минимуму побочные эффекты.
Ионизирующее излучение рентгеновских лучей вкладывает большое количество энергии на небольшую площадь. Этой энергии достаточно, чтобы полностью отделить электроны от атомов, тем самым изменяя их химические свойства и нарушая молекулярные связи. В достаточных дозах это может повредить или даже уничтожить клетки. С одной стороны такое повреждение может спровоцировать рак, но с другой оно может быть использовано и для борьбы с ним - направляя рентгеновские лучи на раковые опухоли можно убить аномальные клетки. Проблема заключается и в том, что лучи убивают здоровые клетки вдоль своего пути. Чтобы умения этого эффекта пациент во время лечения лежит на столе и облучается радиацией из нескольких направлений. Воздействие на окружающие ткани сводится к минимуму, поскольку здоровая ткань получает одну небольшую дозу от движущегося луча, в то время как опухоль получает дозы со всех сторон.
Рентгеновская астрономия
Небесные источники рентгеновского излучения включают в себя бинарные системы, содержащие в себе черные дыры или нейтронные звезды. В таких системах более массивный и компактный звездный остаток может отделить материю от своей звезды-спутника. В следствии чего образуется диск чрезвычайно горячего рентгеновского излучения, закручивающегося в спираль. Кроме того, сверхмассивные черные дыры в центрах спиральных галактик могут излучать рентгеновские лучи, поглощая звезды и газовые облака, попадающих в из зону гравитационного воздействия.
Рентгеновские телескопы используют малый угол отражения. В противном случае высокоэнергетические фотоны проходили бы через обычные зеркала телескопа. Поскольку атмосфера Земли блокирует большинство рентгеновских лучей, то поэтому наблюдения обычно проводятся на большой высоте или орбитальными телескопами.
👍 👍 👍
