Рентгеновские лучи

С точки зрения физики рентгеновским называется электромагнитное излучение с длинами волн от 0,001 до 50 нанометров (10-9m). Рентгеновские лучи по своей природе - близкие родственники солнечного ультрафиолета. Если солнечные лучи расположить по «росту», то самыми длинными, а точнее длинноволновыми, окажутся радиоволны. Далее следует инфракрасный свет. Мы его не видим, в отличие от некоторых животных, но можем ощущать его как тепло. Далее по степени снижения «роста» следуют известные нам еще по детской считалочке красный-оранжевый-желтый-зеленый-голубой-синий-фиолетовый. Следом идет ультрафиолет, который специалисты делят на A-, B- и C-ультрафиолет. Самый длинноволновой из них (ультрафиолет A) получил «прописку» в соляриях, где с успехом используется человеком для получения искусственного загара. Следом за ультрафиолетовым спектром электромагнитных излучений как раз и расположены рентгеновское и гамма-излучения. Они – близкие родственники с точки зрения физики и имеют достаточно широкую область перекрытия с одинаковыми длинами волн, но у них разные «родители».

Гамма-излучение имеет внутриядерное происхождение, т.е. образуется при ядерных превращениях, например, при распаде радиоактивного элемента. Рентгеновские же лучи не образуются непосредственно в результате ядерных превращений. Они могут быть получены двумя способами: при переходах электрона с высших (уделенных, с избытком энергии) слоев на внутренние, когда высвобождается энергия; а также при торможении заряженных частиц в веществе. Если оно получено первым способом, то такое излучение называется характеристическим. В медицинской практике такое рентгеновское излучение не используется, а потому мы от его подробного описания воздержимся.

Тормозное рентгеновское излучение и получить проще, и опыта работы с ним в медицине больше. Итак. Заряженные частицы, испытывающие торможение, испускают электромагнитное излучение. Но нам нужно не любое, а рентгеновское. Чем больше ускорение частицы (резче торможение), тем меньше длина волны на выходе. Т.е. чем большее торможение испытывают частицы, тем большим будет количество образующегося рентгеновского излучения и тем меньше будет длина его волны. На практике рентгеновское излучение получают при торможении ускоренных электронов в твердом веществе. При этом есть возможность управлять источником излучения. При отключении этого источника рентгеновские лучи исчезают, а значит, полностью снимается опасность радиационного облучения.

Наиболее распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка. Она представляет собой электровакуумный прибор, имеющий два электрода: отрицательно заряженный катод и положительный анод. Из сильно разогретого катода происходит испарение электронов, а затем они ускоряются в электрическом поле между катодом и анодом. В результате они сталкиваются с твердым веществом анода и при торможении испускают электромагнитное излучение. Примерно так же устроен кинескоп любого классического телевизора. Поэтому и рекомендуют сидеть от него подальше. Но в случае с телевизором основная часть энергии электрона тратиться на свечение экрана, а слабое мягкое рентгеновское излучение является побочным продуктом его работы.

При определенных характеристиках электрического поля и качестве вещества анода это излучение будет жестким рентгеновским, т.е. именно таким, какое требуется в рентгенкабинете. Следует обязательно отметить одну особенность. Рентгеновское излучение из рентгеновской трубки неоднородно. В нем выделяют мягкое и жесткое рентгеновское излучение. Мягкое рентгеновское излучение в рентгенкабинете – «незваный гость», поэтому от него всячески избавляются специальными фильтрами. Дело в том, что оно почти полностью поглощается нашим телом, а значит от него двойной вред: во-первых, до пленки эти лучи не дойдут и не нарисуют необходимую нам картинку; во-вторых, они еще сформируют лишнюю дозовую нагрузку на организм человека.

Как же происходит процесс фокусировки лучей на пленку или экран? Звучит странно, но «никак»! В отличие от видимого света рентгеновские лучи крайне трудно фокусировать. Поэтому практическая медицина основана на получении теневого изображения просвечиваемого объекта на плоском чувствительном экране. А значит необходимо, чтобы проекция теней от органов передавалась пропорционально и без искажений. Это просто, если объект облучается пучком параллельных лучей. На практике же размер источника больше напоминает точечный, т.к. он меньше объекта исследования. Поэтому для уменьшения искажений источник располагают подальше от человека и экрана. И на расстоянии 2 метра искажения уже совсем не видны.

При распространении лучей от точечного источника (рентгеновской трубки) они могут поглощаться и рассеиваться. В воздухе путь лучей до поглощения составляет сотни метров. В плотном веществе происходит быстрое ослабление потока рентгеновских лучей. Биологические ткани человека неоднородны, а поглощение, точнее, ослабление лучей зависит, прежде всего, от плотности ткани, из которой состоит орган. Например, слой водяного пара ослабляет поток рентгеновских фотонов гораздо меньше, чем слой воды такой же толщины. Это происходит из-за того, что на единицу пути в жидкости приходится больше атомов, чем в газе. Ослабление потока рентгеновских лучей зависит так же от химического состава вещества, т.к. элементы с большими атомными номерами ослабляют излучение сильнее, чем элементы, относящиеся к началу таблицы Менделеева. В костной ткани, к тому же более плотной, содержатся вещества с большими атомными номерами, чем в мягких тканях, поэтому она значительно сильнее поглощает излучение. Различное поглощение фотонов разными тканями человеческого организма создает возможность получения контрастного изображения при фотографировании или при получении телевизионного изображения в рентгеновских лучах.

Если тело человека поместить между рентгеновской трубкой и приемником излучения (пленкой, флуоресцирующий экраном и т.д.) – то участки большего поглощения (костная и другая более плотная ткань) дадут на приемнике тень, которая будет выглядеть контрастно на фоне засвеченных сильнее участков с меньшим поглощением.

Как видите, человек в лучах рентгеновского излучения становится полупрозрачным и мы можем заметить какие органы и ткани выглядят не так, как обычно. Поэтому только рентгенологи с полной ответственностью могут сказать: «я Вас насквозь вижу».