Rentgensko zračenje se odnosi na elektromagnetne talase dužine od približno 80 do 10 -5 nm. Najduže talasno rendgensko zračenje preklapa se kratkotalasnim ultraljubičastim zračenjem, a kratkotalasno rendgensko zračenje se preklapa sa dugotalasnim γ-zračenjem. Na osnovu metode ekscitacije, rendgensko zračenje se dijeli na kočno i karakteristično.
31.1. UREĐAJ ZA RTG CIJEV. Bremsstrahlung X-Ray
Najčešći izvor rendgenskog zračenja je rendgenska cijev, koja je vakuum uređaj sa dvije elektrode (slika 31.1). Zagrijana katoda 1 emituje elektrone 4. Anoda 2, koja se često naziva antikatoda, ima nagnutu površinu kako bi usmjerila rezultirajuće rendgensko zračenje 3 pod uglom u odnosu na os cijevi. Anoda je napravljena od materijala visoke toplinske provodljivosti za uklanjanje topline koju stvaraju udari elektrona. Površina anode je izrađena od vatrostalnih materijala koji imaju veliki atomski broj u periodnom sistemu, na primjer, volfram. U nekim slučajevima, anoda se posebno hladi vodom ili uljem.
Za dijagnostičke cijevi je važna preciznost izvora rendgenskih zraka, što se može postići fokusiranjem elektrona na jedno mjesto antikatode. Stoga je konstruktivno potrebno uzeti u obzir dva suprotna zadatka: s jedne strane, elektroni moraju pasti na jedno mjesto anode, s druge strane, kako bi se spriječilo pregrijavanje, poželjno je elektrone rasporediti po različitim područjima anode. anoda. Jedno zanimljivo tehničko rješenje je rendgenska cijev sa rotirajućom anodom (slika 31.2).
Kao rezultat kočenja elektrona (ili druge nabijene čestice) elektrostatičkim poljem atomskog jezgra i atomskih elektrona tvari, nastaje antikatoda Rendgensko zračenje kočnog zračenja.
Njegov mehanizam se može objasniti na sljedeći način. S pokretnim električnim nabojem povezano je magnetsko polje čija indukcija ovisi o brzini elektrona. Prilikom kočenja, magnetsko polje se smanjuje
indukcije i, u skladu sa Maksvelovom teorijom, javlja se elektromagnetski talas.
Kada se elektroni usporavaju, samo dio energije se koristi za stvaranje rendgenskog fotona, drugi dio se troši na zagrijavanje anode. Pošto je odnos između ovih delova nasumičan, kada se uspori veliki broj elektrona, formira se kontinuirani spektar rendgenskog zračenja. S tim u vezi, kočno zračenje se naziva i kontinuirano zračenje. Na sl. Slika 31.3 prikazuje zavisnost fluksa rendgenskih zraka o talasnoj dužini λ (spektri) pri različitim naponima u rendgenskoj cijevi: U 1< U 2 < U 3 .
U svakom od spektra, najkraća talasna dužina je kočnica λ ηίη nastaje kada se energija koju je stekao elektron u polju ubrzanja u potpunosti pretvori u energiju fotona:
Imajte na umu da je na osnovu (31.2) razvijena jedna od najpreciznijih metoda za eksperimentalno određivanje Planckove konstante.
Kratkotalasni rendgenski zraci su generalno prodorniji od dugotalasnih rendgenskih zraka i nazivaju se tvrd, i dugotalasni - soft.
Povećanjem napona na rendgenskoj cijevi mijenja se spektralni sastav zračenja, kao što se može vidjeti na sl. 31.3 i formule (31.3) i povećavaju krutost.
Ako povećate temperaturu filamenta katode, povećat će se emisija elektrona i struja u cijevi. Ovo će povećati broj rendgenskih fotona koji se emituju svake sekunde. Njegov spektralni sastav se neće promijeniti. Na sl. Slika 31.4 prikazuje spektre kočnog rendgenskog zračenja pri istom naponu, ali pri različitim strujama zagrijavanja katode: / n1< / н2 .
Fluks rendgenskih zraka se izračunava pomoću formule:
Gdje U I ja - napon i struja u rendgenskoj cijevi; Z- serijski broj atoma anodne supstance; k- koeficijent proporcionalnosti. Spektri dobijeni sa različitih antikatoda istovremeno U i I H su prikazani na sl. 31.5.
31.2. KARAKTERISTIČNO RTG ZRAČENJE. ATOMSKI RTG SPEKTRI
Povećanjem napona na rendgenskoj cijevi može se uočiti na pozadini kontinuiranog spektra pojava linijskog spektra, koji odgovara
karakteristično rendgensko zračenje(Sl. 31.6). Nastaje zbog činjenice da ubrzani elektroni prodiru duboko u atom i izbijaju elektrone iz unutrašnjih slojeva. Elektroni sa gornjih nivoa kreću se na slobodna mesta (slika 31.7), kao rezultat toga, emituju se fotoni karakterističnog zračenja. Kao što se može vidjeti sa slike, karakteristično rendgensko zračenje se sastoji od serija K, L, M itd., čiji je naziv služio za označavanje elektronskih slojeva. Pošto emisija K-serije oslobađa mesta u višim slojevima, istovremeno se emituju i linije drugih serija.
Za razliku od optičkih spektra, karakteristični rendgenski spektri različitih atoma su istog tipa. Na sl. Slika 31.8 prikazuje spektre različitih elemenata. Ujednačenost ovih spektra je zbog činjenice da su unutrašnji slojevi različitih atoma identični i da se razlikuju samo energetski, budući da se djelovanje sile iz jezgra povećava kako se povećava atomski broj elementa. Ova okolnost dovodi do činjenice da se karakteristični spektri pomiču prema višim frekvencijama sa povećanjem nuklearnog naboja. Ovaj obrazac je vidljiv sa Sl. 31.8 i poznat je kao Moseleyjev zakon:
Gdje v- frekvencija spektralne linije; Z- atomski broj emitivnog elementa; A I IN- trajno.
Postoji još jedna razlika između optičkog i rendgenskog spektra.
Karakteristični rendgenski spektar atoma ne zavisi od hemijskog spoja u koji je ovaj atom uključen. Na primjer, rendgenski spektar atoma kisika je isti za O, O 2 i H 2 O, dok se optički spektri ovih spojeva značajno razlikuju. Ova karakteristika rendgenskog spektra atoma poslužila je kao osnova za ime karakteristika.
Karakteristično zračenje nastaje uvijek kada postoji slobodan prostor u unutrašnjim slojevima atoma, bez obzira na razlog koji ga je izazvao. Na primjer, karakteristično zračenje prati jedan od tipova radioaktivnog raspada (vidi 32.1), koji se sastoji u hvatanju elektrona iz unutrašnjeg sloja jezgrom.
31.3. INTERAKCIJA RTG ZRAČENJA SA MATERIJAM
Registracija i upotreba rendgenskog zračenja, kao i njegov uticaj na biološke objekte, određeni su primarnim procesima interakcije rendgenskog fotona sa elektronima atoma i molekula supstance.
U zavisnosti od energetskog odnosa hv energija fotona i jonizacije 1 A i odvijaju se tri glavna procesa.
Koherentno (klasično) raspršivanje
Rasipanje dugotalasnih rendgenskih zraka dešava se u suštini bez promene talasne dužine, i naziva se koherentan. To se događa ako je energija fotona manja od energije jonizacije: hv< A i.
Kako se u ovom slučaju energija rendgenskog fotona i atoma ne mijenja, koherentno raspršenje samo po sebi ne uzrokuje biološki učinak. Međutim, pri stvaranju zaštite od rendgenskog zračenja treba uzeti u obzir mogućnost promjene smjera primarnog snopa. Ova vrsta interakcije je važna za analizu difrakcije rendgenskih zraka (vidjeti 24.7).
Nekoherentno rasipanje (Comptonov efekat)
Godine 1922. A.Kh. Compton je, promatrajući raspršivanje tvrdih rendgenskih zraka, otkrio smanjenje prodorne moći raspršenog zraka u odnosu na upadni. To je značilo da je talasna dužina raspršenih rendgenskih zraka bila duža od upadnih rendgenskih zraka. Rasipanje rendgenskih zraka sa promjenom talasne dužine naziva se nekoherentan nom, i sam fenomen - Comptonov efekat. To se događa ako je energija rendgenskog fotona veća od energije ionizacije: hv > A i.
Ovaj fenomen je zbog činjenice da se pri interakciji s atomom energija hv foton se troši na formiranje novog raspršenog rendgenskog fotona s energijom hv", ukloniti elektron iz atoma (jonizacijska energija A i) i prenijeti kinetičku energiju elektronu E do:
hv= hv" + A i + E k.(31.6)
1 Ovdje se energija ionizacije odnosi na energiju potrebnu za uklanjanje unutrašnjih elektrona iz atoma ili molekula.
Pošto u mnogim slučajevima hv>> I i Comptonov efekat se javlja na slobodnim elektronima, onda možemo otprilike napisati:
hv = hv"+ E K .(31.7)
Značajno je da u ovom fenomenu (sl. 31.9), zajedno sa sekundarnim rendgenskim zračenjem (en. hv" fotona) pojavljuju se elektroni trzanja (kinetička energija E k elektron). Atomi ili molekuli tada postaju joni.
Foto efekat
U fotoelektričnom efektu, rendgenske zrake se apsorbiraju od strane atoma, uzrokujući izbacivanje elektrona i jonizaciju atoma (fotojonizacija).
Tri glavna procesa interakcije o kojima smo gore govorili su primarni, oni dovode do naknadnih sekundarnih, tercijalnih, itd. fenomeni. Na primjer, jonizirani atomi mogu emitovati karakterističan spektar, pobuđeni atomi mogu postati izvori vidljive svjetlosti (rendgenska luminiscencija) itd.
Na sl. 31.10 prikazuje dijagram mogućih procesa koji nastaju kada rendgensko zračenje uđe u supstancu. Nekoliko desetina procesa sličnih prikazanom može se dogoditi prije nego što se energija rendgenskog fotona pretvori u energiju molekularnog toplinskog kretanja. Kao rezultat toga, doći će do promjena u molekularnom sastavu tvari.
Procesi predstavljeni dijagramom na sl. 31.10, čine osnovu uočenih pojava kada X-zraci djeluju na materiju. Nabrojimo neke od njih.
Rentgenska luminiscencija- sjaj niza supstanci pod zračenjem rendgenskim zracima. Ovaj sjaj platine-sinoksida barija omogućio je Rentgenu da otkrije zrake. Ovaj fenomen se koristi za kreiranje specijalnih svetlećih ekrana u svrhu vizuelnog posmatranja rendgenskog zračenja, ponekad da bi se pojačao efekat rendgenskih zraka na fotografskoj ploči.
Poznati su hemijski efekti rendgenskog zračenja, na primjer stvaranje vodikovog peroksida u vodi. Praktično važan primjer je efekat na fotografskoj ploči, koji omogućava snimanje takvih zraka.
Jonizujući efekat se manifestuje u povećanju električne provodljivosti pod uticajem rendgenskih zraka. Ova nekretnina se koristi
u dozimetriji za kvantificiranje efekata ove vrste zračenja.
Kao rezultat mnogih procesa, primarni snop rendgenskog zračenja je oslabljen u skladu sa zakonom (29.3). Napišimo to u obliku:
I = I 0 e-/", (31.8)
Gdje μ - linearni koeficijent slabljenja. Može se predstaviti kao da se sastoji od tri člana koji odgovaraju koherentnom rasejanju μ κ, nekoherentnom μ ΗK i fotoelektričnom efektu μ f:
μ = μ k + μ hk + μ f. (31.9)
Intenzitet rendgenskog zračenja se slabi proporcionalno broju atoma supstance kroz koju ovaj tok prolazi. Ako komprimirate supstancu duž osi X, na primjer, u b puta, povećavajući se za b od njegove gustine, dakle
31.4. FIZIČKE OSNOVE PRIMENE RTG ZRAČENJA U MEDICINI
Jedna od najvažnijih medicinskih upotreba rendgenskih zraka je osvjetljavanje unutrašnjih organa u dijagnostičke svrhe. (RTG dijagnostika).
Za dijagnostiku se koriste fotoni sa energijom od oko 60-120 keV. Pri ovoj energiji, maseni koeficijent slabljenja uglavnom je određen fotoelektričnim efektom. Njegova vrijednost je obrnuto proporcionalna trećoj potenciji energije fotona (proporcionalna λ 3), što pokazuje veću prodornu moć tvrdog zračenja, i proporcionalna trećoj potenciji atomskog broja apsorbirajuće tvari:
Značajna razlika u apsorpciji rendgenskog zračenja od strane različitih tkiva omogućava da se vide slike unutrašnjih organa ljudskog tijela u projekciji sjene.
Rentgenska dijagnostika se koristi u dvije verzije: fluoroskopija - slika se gleda na rendgenskom luminiscentnom ekranu, radiografija - slika je snimljena na fotografskom filmu.
Ako organ koji se ispituje i okolna tkiva približno podjednako prigušuju rendgensko zračenje, tada se koriste posebna kontrastna sredstva. Na primjer, napunivši želudac i crijeva masom barij sulfata nalik kaši, možete vidjeti njihovu sliku sjene.
Svjetlina slike na ekranu i vrijeme ekspozicije na filmu zavise od intenziteta rendgenskog zračenja. Ako se koristi za dijagnostiku, onda intenzitet ne može biti visok kako ne bi izazvao neželjene biološke posljedice. Stoga postoji niz tehničkih uređaja koji poboljšavaju slike pri niskim intenzitetima rendgenskih zraka. Primjer takvog uređaja su elektrooptički pretvarači (vidjeti 27.8). Prilikom masovnog pregleda stanovništva široko se koristi varijanta radiografije - fluorografija, u kojoj se slika s velikog rendgenskog luminiscentnog ekrana snima na osjetljivi film malog formata. Prilikom snimanja koristi se objektiv s velikim otvorom blende, a gotove slike se pregledavaju pomoću posebnog povećala.
Zanimljiva i obećavajuća opcija za radiografiju je metoda tzv rendgenska tomografija, i njegova "mašinska verzija" - CT skener.
Hajde da razmotrimo ovo pitanje.
Tipičan rendgenski snimak pokriva veliku površinu tijela, a različiti organi i tkiva zaklanjaju jedni druge. Ovo se može izbjeći ako povremeno pomičete rendgensku cijev zajedno (slika 31.11) u antifazi RT i fotografski film FP u odnosu na objekat O istraživanja. Tijelo sadrži brojne inkluzije koje su neprozirne za rendgenske zrake; prikazane su kao krugovi na slici. Kao što se može vidjeti, rendgenski zraci na bilo kojoj poziciji rendgenske cijevi (1, 2 itd.) proći
presecanje iste tačke objekta, koja je centar u odnosu na koje se javlja periodično kretanje RT I Fp. Ova tačka, odnosno mala neprozirna inkluzija, prikazana je tamnim krugom. Njegova senka se kreće FP, zauzima uzastopne pozicije 1, 2 itd. Preostale inkluzije u tijelu (kosti, zbijenosti itd.) nastaju na FP neka opšta pozadina, budući da rendgenski zraci nisu stalno zaklonjeni njima. Promjenom položaja centra ljuljanja, možete dobiti sloj po sloj rendgensku sliku tijela. Otuda i naziv - tomografija(slojevito snimanje).
Moguće je, koristeći tanki snop rendgenskog zračenja, ekran (umjesto Fp), koji se sastoje od poluprovodničkih detektora jonizujućeg zračenja (videti 32.5) i kompjutera, obrađuju sjenčanu rendgensku sliku tokom tomografije. Ova moderna verzija tomografije (kompjuterska ili kompjuterska rendgenska tomografija) omogućava vam da dobijete sloj po sloj slike tijela na ekranu katodne cijevi ili na papiru s detaljima manjim od 2 mm s razlikom u apsorpciji rendgenskih zraka do 0,1%. Ovo omogućava, na primjer, razliku između sive i bijele tvari mozga i uočavanje vrlo malih tumorskih formacija.
1. Izvori rendgenskog zračenja.
2. Bremsstrahlung rendgensko zračenje.
3. Karakteristično rendgensko zračenje. Moseleyjev zakon.
4. Interakcija rendgenskog zračenja sa materijom. Zakon slabljenja.
5. Fizičke osnove upotrebe rendgenskih zraka u medicini.
6. Osnovni pojmovi i formule.
7. Zadaci.
rendgensko zračenje - elektromagnetni talasi sa talasnom dužinom od 100 do 10 -3 nm. Na skali elektromagnetnih talasa, rendgensko zračenje zauzima područje između UV zračenja i γ - zračenje. X-zrake (X-zrake) je 1895. otkrio K. Roentgen, koji je 1901. postao prvi nobelovac za fiziku.
32.1. rendgenski izvori
Prirodni izvori rendgenskog zračenja su neki radioaktivni izotopi (na primjer, 55 Fe). Vještački izvori snažnog rendgenskog zračenja su rendgenske cijevi(Sl. 32.1).
Rice. 32.1. Uređaj sa rendgenskom cijevi
Rendgenska cijev je evakuirana staklena boca s dvije elektrode: anodom A i katodom K, između kojih se stvara visoki napon U (1-500 kV). Katoda je spirala koja se zagrijava električnom strujom. Elektroni koje emituje zagrijana katoda (termionska emisija) ubrzavaju se električnim poljem do veliko brzine (zato je potreban visoki napon) i pada na anodu cijevi. Kada ovi elektroni stupe u interakciju s anodnom tvari, nastaju dvije vrste rendgenskog zračenja: kočenje I karakteristika.
Radna površina anode nalazi se pod određenim uglom u odnosu na smjer elektronskog snopa kako bi se stvorio potreban smjer rendgenskih zraka.
Oko 1% kinetičke energije elektrona pretvara se u X-zrake. Ostatak energije se oslobađa kao toplota. Stoga je radna površina anode izrađena od vatrostalnog materijala.
32.2. Rendgenski zraci kočnog zračenja
Elektron koji se kreće u određenom mediju gubi svoju brzinu. U tom slučaju dolazi do negativnog ubrzanja. Prema Maxwellovoj teoriji, bilo koji ubrzano kretanje nabijene čestice je praćeno elektromagnetnim zračenjem. Zračenje koje nastaje kada se elektron usporava u anodnoj tvari naziva se Rendgensko zračenje kočnog zračenja.
Svojstva kočnog zraka određuju sljedeći faktori.
1. Zračenje emituju pojedinačni kvanti, čije su energije povezane sa frekvencijom po formuli (26.10)
gdje je ν frekvencija, λ talasna dužina.
2. Svi elektroni koji dođu do anode imaju isto kinetička energija jednaka radu električnog polja između anode i katode:
gdje je e naboj elektrona, U je napon ubrzanja.
3. Kinetička energija elektrona djelomično se prenosi na supstancu i odlazi da je zagrije (Q), a dijelom se troši na stvaranje rendgenskog kvanta:
4. Odnos između Q i hv slučajno.
Zbog posljednjeg svojstva (4), generirani su kvanti razne elektrona, imaju razne frekvencije i talasne dužine. Dakle, spektar kočnog rendgenskog zračenja je kontinuirano. Tipičan pogled spektralna gustina Fluks X zraka (Φ λ = άΦ/άλ) prikazan je na Sl. 32.2.
Rice. 32.2. Rendgenski spektar kočnog zračenja
Na strani dugog talasa, spektar je ograničen na talasnu dužinu od 100 nm, što je granica rendgenskog zračenja. Na kratkovalnoj strani, spektar je ograničen talasnom dužinom λ min. Prema formuli (32.2) minimalna talasna dužina odgovara slučaju Q = 0 (kinetička energija elektrona se potpuno pretvara u kvantnu energiju):
Proračuni pokazuju da je fluks (Φ) kočnog X-zraka direktno proporcionalan kvadratu napona U između
anoda i katoda, jačina struje I u cijevi i atomski broj Z anodne tvari:
Rendgenski spektri kočnog zračenja pri različitim naponima, različitim temperaturama katode i različitim anodnim supstancama prikazani su na Sl. 32.3.
Rice. 32.3. Rendgenski spektar kočnog zračenja (Φ λ):
a - pri različitim naponima U u cijevi; b - na različitim temperaturama T
katoda; c - za različite anodne supstance koje se razlikuju po parametru Z
Kako se anodni napon povećava, vrijednost λmin pomera ka kraćim talasnim dužinama. Istovremeno se povećava visina spektralne krive (slika 32.3, A).
Kako temperatura katode raste, povećava se emisija elektrona. Shodno tome, struja I u cijevi se povećava. Visina spektralne krive se povećava, ali se spektralni sastav zračenja ne mijenja (slika 32.3, b).
Kada se materijal anode promijeni, visina spektralne krive se mijenja proporcionalno atomskom broju Z (slika 32.3, c).
32.3. Karakteristično rendgensko zračenje. Moseleyjev zakon
Kada katodni elektroni interaguju sa atomima anode, zajedno sa kočnim rendgenskim zracima, nastaju X-zrake čiji se spektar sastoji od odvojene linije. Ovo je radijacija
ima sledeće poreklo. Neki katodni elektroni prodiru duboko u atom i izbacuju elektrone iz njega. unutrašnje školjke. Slobodna mjesta koja su nastala u ovom slučaju popunjena su elektronima iz gornjiškoljke, kao rezultat kojih se emituju kvanti zračenja. Ovo zračenje sadrži diskretni skup frekvencija određenih anodnim materijalom i naziva se karakteristično zračenje. Puni spektar rendgenske cijevi je superpozicija karakterističnog spektra na spektru kočnog zračenja (slika 32.4).
Rice. 32.4. Spektar zračenja rendgenske cijevi
Korištenjem rendgenskih cijevi otkriveno je postojanje karakterističnih rendgenskih spektra. Kasnije je otkriveno da takvi spektri nastaju bilo kakvom jonizacijom unutrašnjih orbita hemijskih elemenata. Proučavajući karakteristične spektre različitih hemijskih elemenata, G. Moseley (1913) je ustanovio sledeći zakon, koji nosi njegovo ime.
Kvadratni korijen frekvencije karakterističnog zračenja je linearna funkcija serijskog broja elementa:
gdje je ν frekvencija spektralne linije, Z je atomski broj elementa koji emituje, A, B su konstante.
Moseleyjev zakon vam omogućava da odredite atomski broj kemijskog elementa iz promatranog spektra karakterističnog zračenja. Ovo je odigralo veliku ulogu u postavljanju elemenata u periodnom sistemu.
32.4. Interakcija rendgenskog zračenja sa materijom. Zakon atenuacije
Postoje dvije glavne vrste interakcije rendgenskih zraka sa materijom: raspršivanje i fotoelektrični efekat. Tokom raspršenja, smjer kretanja fotona se mijenja. U fotoelektričnom efektu, foton apsorbuje.
1. Koherentno (elastično) rasipanje nastaje kada je energija rendgenskog fotona nedovoljna za unutrašnju ionizaciju atoma (izbijanje elektrona iz jedne od unutrašnjih ljuski). U ovom slučaju se mijenja smjer kretanja fotona, ali se njegova energija i valna dužina ne mijenjaju (zato se ovo raspršenje naziva elastična).
2. Nekoherentno (Compton) raspršivanje nastaje kada je energija fotona mnogo veća od unutrašnje energije jonizacije A i: hv >> A i.
U ovom slučaju, elektron se odvaja od atoma i dobija određenu kinetičku energiju E k. Smjer kretanja fotona tokom Comptonovog raspršenja se mijenja, a njegova energija opada:
Comptonovo raspršenje je povezano s ionizacijom atoma tvari.
3. Foto efekat nastaje kada je energija fotona hv dovoljna da ionizira atom: hv > A u. Istovremeno, rendgenski kvant apsorbuje a njegova energija se troši na jonizaciju atoma i davanje kinetičke energije izbačenom elektronu E k = hv - A I.
Komptonsko rasejanje i fotoelektrični efekat praćeni su karakterističnim rendgenskim zračenjem, jer nakon što su unutrašnji elektroni nokautirani, prazna mesta se popunjavaju elektronima iz spoljašnjih ljuski.
Rentgenska luminiscencija. U nekim supstancama, elektroni i kvanti Comptonovog raspršenja, kao i elektroni fotoelektričnog efekta, uzrokuju pobuđivanje molekula, što je praćeno radijacijskim prijelazima u osnovno stanje. Ovo proizvodi sjaj koji se naziva rendgenska luminiscencija. Luminiscencija barijum-platin oksida omogućila je Roentgenu da otkrije X-zrake.
Zakon atenuacije
Rasipanje rendgenskih zraka i fotoelektrični efekat dovode do činjenice da kako rendgensko zračenje prodire dublje, primarni snop zračenja slabi (slika 32.5). Slabljenje je eksponencijalno:
Vrijednost μ ovisi o apsorbirajućem materijalu i spektru emisije. Za praktične proračune, kao karakteristika slabljenja
Rice. 32.5. Slabljenje rendgenskog toka u pravcu upadnih zraka
Gdje λ
- talasna dužina; Z je atomski broj elementa; k je neka konstanta.
32.5. Fizička osnova upotrebe
Rentgensko zračenje u medicini
U medicini se rendgensko zračenje koristi u dijagnostičke i terapeutske svrhe.
Rentgenska dijagnostika- metode dobijanja slika unutrašnjih organa pomoću rendgenskih zraka.
Fizička osnova ovih metoda je zakon slabljenja rendgenskog zračenja u materiji (32.10). Tok rendgenskih zraka ravnomjeran po poprečnom presjeku nakon prolaska heterogeno tkivo postaće heterogena. Ova heterogenost se može snimiti na fotografskom filmu, fluorescentnom ekranu ili pomoću matričnog fotodetektora. Na primjer, koeficijenti slabljenja mase koštanog tkiva - Ca 3 (PO 4) 2 - i mekih tkiva - uglavnom H 2 O - razlikuju se 68 puta (μ m kosti / μ m vode = 68). Gustoća kostiju je takođe veća od gustine mekog tkiva. Stoga, rendgenski snimak daje svijetlu sliku kosti na tamnijoj pozadini mekog tkiva.
Ako organ koji se proučava i okolna tkiva imaju slične koeficijente slabljenja, onda posebne kontrastna sredstva. Na primjer, tokom fluoroskopije želuca, ispitanik uzima kašastu masu barijum sulfata (BaSO 4), čiji je koeficijent atenuacije mase 354 puta veći od mase mekih tkiva.
Za dijagnostiku se koristi rendgensko zračenje s energijom fotona od 60-120 keV. U medicinskoj praksi koriste se sljedeće rendgenske dijagnostičke metode.
1. rendgenski snimak. Slika se formira na fluorescentnom ekranu. Svjetlina slike je niska i može se gledati samo u zamračenoj prostoriji. Doktor mora biti zaštićen od zračenja.
Prednost fluoroskopije je što se radi u realnom vremenu. Nedostatak je velika izloženost zračenju pacijenta i doktora (u odnosu na druge metode).
Moderna verzija fluoroskopije - rendgenska televizija - koristi pojačivače rendgenske slike. Pojačalo opaža slab sjaj rendgenskog ekrana, pojačava ga i prenosi na TV ekran. Kao rezultat toga, izloženost liječniku zračenju naglo se smanjila, svjetlina slike se povećala i postalo je moguće video snimiti rezultate pregleda.
2. Radiografija. Slika se formira na posebnom filmu koji je osjetljiv na rendgensko zračenje. Slike su snimljene u dvije međusobno okomite projekcije (prednja i bočna). Slika postaje vidljiva nakon obrade fotografije. Gotova osušena fotografija se ispituje u propuštenom svjetlu.
Istovremeno, detalji su zadovoljavajuće vidljivi, čiji se kontrasti razlikuju za 1-2%.
U nekim slučajevima, prije pregleda, pacijentu se daje specijal kontrastno sredstvo. Na primjer, otopina koja sadrži jod (intravenozno) za proučavanje bubrega i urinarnog trakta.
Prednosti radiografije su visoka rezolucija, kratko vrijeme ekspozicije i gotovo potpuna sigurnost za doktora. Nedostaci uključuju statičnu prirodu slike (objekat se ne može pratiti u dinamici).
3. Fluorografija. Tokom ovog pregleda, slika dobijena na ekranu se fotografiše na osetljivom filmu malog formata. Fluorografija se široko koristi u masovnom skriningu stanovništva. Ako se na fluorogramu pronađu patološke promjene, tada se pacijentu propisuje detaljniji pregled.
4. Electroradiography. Ova vrsta pregleda razlikuje se od konvencionalne radiografije po načinu snimanja slike. Umjesto filma koriste selenska ploča, koji je naelektrisan rendgenskim zracima. Rezultat je skrivena slika električnih naboja, koja se može učiniti vidljivom i prenijeti na papir.
5. Angiografija. Ova metoda se koristi za ispitivanje krvnih sudova. Kontrastno sredstvo se ubrizgava u venu kroz kateter, nakon čega moćni rendgenski aparat pravi seriju snimaka, koji slijede jedan za drugim u djelićima sekunde. Slika 32.6 prikazuje angiogram karotidne arterije.
6. Rentgenska kompjuterska tomografija. Ova vrsta rendgenskog pregleda omogućava vam da dobijete sliku ravnog dijela tijela debljine nekoliko mm. U ovom slučaju, određeni dio se više puta skenira pod različitim uglovima, pri čemu se svaka pojedinačna slika snima u memoriji računara. Onda
Rice. 32.6. Angiogram koji pokazuje suženje u karotidnoj arteriji
Rice. 32.7. Šema skenirajuće tomografije (a); tomogram glave u presjeku u visini očiju (b).
vrši se kompjuterska rekonstrukcija čiji je rezultat slika skeniranog sloja (slika 32.7).
Kompjuterizovana tomografija omogućava razlikovanje elemenata sa razlikom u gustini do 1%. Konvencionalna radiografija omogućava da se otkrije minimalna razlika u gustoći između susjednih područja od 10-20%.
rendgenska terapija - upotreba rendgenskih zraka za uništavanje malignih tumora.
Biološki efekat zračenja je da poremeti vitalnu aktivnost ćelija koje se posebno brzo razmnožavaju. Vrlo čvrsti rendgenski zraci (sa energijama fotona od približno 10 MeV) koriste se za uništavanje ćelija raka duboko u tijelu. Kako bi se smanjilo oštećenje zdravog okolnog tkiva, snop se rotira oko pacijenta tako da samo oštećeno područje ostaje pod njegovim utjecajem cijelo vrijeme.
32.6. Osnovni pojmovi i formule
Nastavak tabele
Kraj stola
32.7. Zadaci
1. Zašto snop elektrona u medicinskim rendgenskim cijevima udara u jednu tačku antikatode, a ne pada na nju u širokom snopu?
odgovor: da dobije tačkasti izvor rendgenskih zraka, dajući oštre obrise transiluminiranih objekata na ekranu.
2. Odrediti granicu kočnog zračenja X-zraka (frekvencija i talasna dužina) za napone U 1 = 2 kV i U 2 = 20 kV.
4.
Za zaštitu od rendgenskog zračenja koriste se olovni štitovi. Koeficijent linearne apsorpcije rendgenskog zračenja u olovu je 52 cm -1. Koliko debeo treba da bude olovni zaštitni sloj da bi se intenzitet rendgenskog zračenja smanjio za 30 puta?
5.
Pronađite fluks zračenja rendgenske cijevi na U = 50 kV, I = 1 mA. Anoda je izrađena od volframa (Z = 74). Pronađite efikasnost cijevi.
6.
Za rendgensku dijagnostiku mekih tkiva koriste se kontrastna sredstva. Na primjer, želudac i crijeva su ispunjeni masom barijum sulfata (BaSO 4). Uporedite masene koeficijente slabljenja barijum sulfata i mekog tkiva (vode).
7. Šta će dati gušću senku na ekranu rendgenske instalacije: aluminijum (Z = 13, ρ = 2,7 g/cm3) ili isti sloj bakra (Z = 29, ρ = 8,9 g/cm3)?
8.
Koliko je puta debljina sloja aluminijuma veća od debljine sloja bakra ako slojevi podjednako prigušuju rendgensko zračenje?
U proučavanju i praktičnoj upotrebi atomskih pojava, rendgenski zraci igraju jednu od najvažnijih uloga. Zahvaljujući njihovim istraživanjima napravljena su mnoga otkrića i razvijene metode za analizu supstanci koje se koriste u raznim oblastima. Ovdje ćemo pogledati jednu vrstu rendgenskih zraka - karakteristične rendgenske zrake.
Priroda i svojstva rendgenskih zraka
Rentgensko zračenje je visokofrekventna promjena stanja elektromagnetnog polja, koja se širi u svemiru brzinom od oko 300.000 km/s, odnosno elektromagnetnih valova. Na skali opsega elektromagnetnog zračenja, rendgenski zraci se nalaze u području talasnih dužina od približno 10 -8 do 5∙10 -12 metara, što je nekoliko redova veličine kraće od optičkih talasa. Ovo odgovara frekvencijama od 3∙10 16 do 6∙10 19 Hz i energijama od 10 eV do 250 keV, odnosno 1,6∙10 -18 do 4∙10 -14 J. Treba napomenuti da su granice frekvencijskih opsega od elektromagnetna zračenja su prilično proizvoljna zbog njihovog preklapanja.
To je interakcija ubrzanih nabijenih čestica (elektrona visoke energije) s električnim i magnetskim poljima i s atomima materije.
Rentgenske fotone karakteriziraju visoke energije i visoka moć prodiranja i jonizacije, posebno za tvrde rendgenske zrake s valnim dužinama manjim od 1 nanometra (10 -9 m).
X-zrake stupaju u interakciju sa materijom, jonizujući njene atome, u procesima fotoelektričnog efekta (fotoapsorpcija) i nekoherentnog (Compton) rasejanja. U fotoapsorpciji, rendgenski foton, apsorbiran od strane elektrona atoma, prenosi energiju na njega. Ako njegova vrijednost premašuje energiju vezivanja elektrona u atomu, onda on napušta atom. Comptonovo raspršenje je karakteristično za tvrđe (energetske) rendgenske fotone. Dio energije apsorbiranog fotona troši se na jonizaciju; u ovom slučaju, pod određenim uglom u odnosu na smer primarnog fotona, emituje se sekundarni foton, sa nižom frekvencijom.
Vrste rendgenskog zračenja. Bremsstrahlung
Za proizvodnju greda koriste se stakleni vakuumski cilindri s elektrodama smještenim unutar. Razlika potencijala na elektrodama mora biti vrlo visoka - do stotina kilovolti. Na volframskoj katodi, zagrijanoj strujom, dolazi do termionske emisije, odnosno iz nje se emituju elektroni koji, ubrzani razlikom potencijala, bombardiraju anodu. Kao rezultat njihove interakcije s atomima anode (koja se ponekad naziva i antikatoda), rađaju se rendgenski fotoni.
U zavisnosti od toga koji proces dovodi do stvaranja fotona, razlikuju se vrste rendgenskog zračenja: kočiono i karakteristično.
Elektroni se pri susretu s anodom mogu usporiti, odnosno izgubiti energiju u električnim poljima svojih atoma. Ova energija se emituje u obliku rendgenskih fotona. Ova vrsta zračenja naziva se kočiono zračenje.
Jasno je da će se uslovi kočenja razlikovati za pojedinačne elektrone. To znači da se različite količine njihove kinetičke energije pretvaraju u rendgenske zrake. Kao rezultat toga, kočni zrak uključuje fotone različitih frekvencija i, shodno tome, valnih dužina. Stoga je njegov spektar kontinuiran (kontinuiran). Ponekad se iz tog razloga naziva i "bijelo" rendgensko zračenje.
Energija fotona kočnog zraka ne može premašiti kinetičku energiju elektrona koji ga generiše, tako da maksimalna frekvencija (i najkraća talasna dužina) kočnog zračenja odgovara najvećoj vrijednosti kinetičke energije elektrona koji upadaju na anodu. Ovo posljednje ovisi o razlici potencijala primijenjenoj na elektrode.
Postoji još jedna vrsta rendgenskog zračenja, čiji je izvor drugačiji proces. Ovo zračenje se naziva karakteristično zračenje i na njemu ćemo se detaljnije zadržati.
Kako nastaje karakteristično rendgensko zračenje?
Došavši do antikatode, brzi elektron može prodrijeti unutar atoma i izbaciti elektron s jedne od nižih orbitala, odnosno prenijeti joj energiju dovoljnu da savlada potencijalnu barijeru. Međutim, ako postoje viši energetski nivoi u atomu okupiranim elektronima, ispražnjeni prostor neće ostati prazan.
Mora se imati na umu da elektronska struktura atoma, kao i svaki energetski sistem, ima tendenciju da minimizira energiju. Prazno mjesto nastalo kao rezultat nokauta popunjava se elektronom s jednog od viših nivoa. Njegova energija je veća i, zauzimajući niži nivo, emituje višak u obliku kvanta karakterističnog rendgenskog zračenja.
Elektronska struktura atoma je diskretni skup mogućih energetskih stanja elektrona. Stoga, rendgenski fotoni koji se emituju tokom zamjene slobodnih elektrona također mogu imati samo striktno definirane vrijednosti energije, što odražava razliku u nivoima. Kao rezultat toga, karakteristično rendgensko zračenje ima spektar koji nije kontinuiran, već u obliku linije. Ovaj spektar omogućava karakterizaciju supstance anode - otuda i naziv ovih zraka. Zahvaljujući spektralnim razlikama jasno je šta se podrazumeva pod kočnim i karakterističnim rendgenskim zračenjem.
Ponekad višak energije ne emituje atom, već se troši na izbacivanje trećeg elektrona. Ovaj proces - takozvani Auger efekat - je vjerojatnije da će se dogoditi kada energija vezivanja elektrona ne prelazi 1 keV. Energija oslobođenog Auger elektrona zavisi od strukture energetskih nivoa atoma, pa su i spektri takvih elektrona diskretne prirode.
Opšti prikaz karakterističnog spektra
Uske karakteristične linije prisutne su na rendgenskoj spektralnoj slici zajedno sa kontinuiranim spektrom kočnog zračenja. Ako zamislimo spektar kao graf intenziteta u odnosu na talasnu dužinu (frekvenciju), videćemo oštre vrhove na lokacijama linija. Njihov položaj zavisi od materijala anode. Ovi maksimumi su prisutni na bilo kojoj potencijalnoj razlici - ako postoje rendgenski zraci, uvijek postoje i pikovi. Kako napon na elektrodama cijevi raste, povećava se i intenzitet kontinuiranog i karakterističnog rendgenskog zračenja, ali se lokacija vrhova i omjer njihovih intenziteta ne mijenjaju.
Vrhovi u rendgenskim spektrima imaju isti izgled bez obzira na materijal antikatode ozračenog elektronima, ali za različite materijale se nalaze na različitim frekvencijama, udružujući se u seriju na osnovu blizine frekvencijskih vrijednosti. Između samih serija, razlika u frekvencijama je mnogo značajnija. Tip maksimuma ni na koji način ne zavisi od toga da li je materijal anode čisti hemijski element ili složena supstanca. U potonjem slučaju, karakteristični rendgenski spektri njegovih sastavnih elemenata jednostavno su superponirani jedan na drugi.
Kako se atomski broj kemijskog elementa povećava, sve linije njegovog rendgenskog spektra pomiču se prema višim frekvencijama. Spektar zadržava svoj izgled.
Moseleyjev zakon
Fenomen spektralnog pomaka karakterističnih linija eksperimentalno je otkrio engleski fizičar Henry Moseley 1913. godine. To mu je omogućilo da poveže frekvencije maksimuma spektra sa serijskim brojevima hemijskih elemenata. Dakle, talasna dužina karakterističnog rendgenskog zračenja, kako se ispostavilo, može biti jasno povezana sa određenim elementom. Općenito, Moseleyjev zakon se može napisati na sljedeći način: √f = (Z - S n)/n√R, gdje je f frekvencija, Z je serijski broj elementa, S n je konstanta skriniranja, n je glavni kvantni broj i R je konstanta Rydberga. Ova zavisnost je linearna i na Moseley dijagramu izgleda kao niz pravih linija za svaku vrijednost n.
Vrijednosti n odgovaraju pojedinačnim serijama karakterističnih pikova rendgenske emisije. Moseleyjev zakon omogućava da se odredi serijski broj hemijskog elementa ozračenog tvrdim elektronima na osnovu izmjerenih talasnih dužina (one su jedinstveno povezane sa frekvencijama) maksimuma rendgenskog spektra.
Struktura elektronskih omotača hemijskih elemenata je identična. Na to ukazuje monotonost promjene pomaka u karakterističnom spektru rendgenskog zračenja. Frekvencijski pomak ne odražava strukturne, već energetske razlike između elektronskih ljuski, jedinstvene za svaki element.
Uloga Moseleyjevog zakona u atomskoj fizici
Postoje mala odstupanja od strogog linearnog odnosa izraženog Moseleyjevim zakonom. Oni su povezani, prvo, s posebnostima redoslijeda popunjavanja elektronskih ljuski nekih elemenata, i, drugo, s relativističkim efektima kretanja elektrona teških atoma. Osim toga, kada se promijeni broj neutrona u jezgru (tzv. izotopski pomak), položaj linija se može neznatno promijeniti. Ovaj efekat je omogućio detaljno proučavanje strukture atoma.
Značaj Moseleyjevog zakona je izuzetno velik. Njegova dosljedna primjena na elemente Mendeljejevljevog periodičnog sistema uspostavila je obrazac povećanja rednog broja koji odgovara svakom malom pomaku u karakterističnim maksimumima. To je pomoglo da se razjasni pitanje fizičkog značenja rednog broja elemenata. Z vrijednost nije samo broj: to je pozitivni električni naboj jezgra, koji je zbir jediničnih pozitivnih naboja čestica koje čine njegov sastav. Ispravan raspored elemenata u tabeli i prisustvo praznih pozicija u njoj (oni su tada još postojali) dobili su snažnu potvrdu. Dokazana je valjanost periodičnog zakona.
Moseleyjev zakon je, osim toga, postao osnova na kojoj je nastao cijeli smjer eksperimentalnog istraživanja - rendgenska spektrometrija.
Struktura elektronskih omotača atoma
Podsjetimo se ukratko kako je struktura elektrona strukturirana.Sastoji se od školjki označenih slovima K, L, M, N, O, P, Q ili brojevima od 1 do 7. Elektrone unutar ljuske karakteriše isti glavni kvant broj n, koji određuje moguće vrijednosti energije. U vanjskim omotačima energija elektrona je veća, a potencijal ionizacije za vanjske elektrone je shodno tome manji.
Školjka uključuje jedan ili više podnivoa: s, p, d, f, g, h, i. U svakoj ljusci, broj podnivoa se povećava za jedan u odnosu na prethodni. Broj elektrona na svakom podnivou iu svakoj ljusci ne može preći određenu vrijednost. Karakteriše ih, pored glavnog kvantnog broja, ista vrednost orbitalnog elektronskog oblaka koji određuje oblik. Podnivoi su označeni ljuskom kojoj pripadaju, na primjer, 2s, 4d, itd.
Podnivo sadrži koji su specificirani, pored glavnog i orbitalnog, još jednim kvantnim brojem - magnetnim, koji određuje projekciju orbitalnog momenta elektrona na smjer magnetskog polja. Jedna orbitala ne može imati više od dva elektrona, koji se razlikuju u vrijednosti četvrtog kvantnog broja - spina.
Razmotrimo detaljnije kako nastaje karakteristično rendgensko zračenje. Budući da je porijeklo ove vrste elektromagnetne emisije povezano s pojavama koje se dešavaju unutar atoma, najpogodnije ga je opisati upravo u aproksimaciji elektronskih konfiguracija.
Mehanizam za generisanje karakterističnog rendgenskog zračenja
Dakle, uzrok ovog zračenja je stvaranje slobodnih elektrona u unutrašnjim ljuskama, uzrokovanih prodiranjem visokoenergetskih elektrona duboko u atom. Vjerovatnoća da će tvrdi elektron stupiti u interakciju povećava se s gustinom elektronskih oblaka. Stoga je najvjerovatnije da će do sudara doći unutar čvrsto zbijenih unutrašnjih školjki, kao što je najniža K-ljuska. Ovdje se atom ionizira i formira se praznina u ljusci 1s.
Ovo prazno mjesto popunjava elektron iz ljuske s višom energijom, čiji višak se odnosi rendgenskim fotonom. Ovaj elektron može „pasti“ iz druge ljuske L, iz treće ljuske M itd. Tako se formira karakteristična serija, u ovom primjeru K-serija. Indikacija o tome odakle dolazi elektron koji popunjava prazno mjesto je data u obliku grčkog indeksa u oznaci serije. "Alfa" znači da dolazi iz L ljuske, "beta" znači da dolazi iz M ljuske. Trenutno postoji tendencija da se grčki slovni indeksi zamijene latinskim koji su usvojeni za označavanje školjki.
Intenzitet alfa linije u seriji je uvijek najveći - to znači da je vjerovatnoća popunjavanja slobodnog mjesta iz susjedne ljuske najveća.
Sada možemo odgovoriti na pitanje koja je maksimalna energija kvanta karakterističnog rendgenskog zračenja. Određuje se razlikom u vrijednostima energije nivoa između kojih dolazi do prijelaza elektrona, prema formuli E = E n 2 - E n 1, gdje su E n 2 i E n 1 energije elektroničkog stanja između kojih je došlo do tranzicije. Najveću vrijednost ovog parametra daju prijelazi K-serije sa najviših nivoa atoma teških elemenata. Ali intenzitet ovih linija (visina vrhova) je najmanji, jer su najmanje vjerovatne.
Ako, zbog nedovoljnog napona na elektrodama, tvrdi elektron ne može doći do K-nivoa, formira se prazno mjesto na L-nivou i formira se manje energična L-serija sa većim valnim dužinama. Sljedeće serije se rađaju na sličan način.
Osim toga, kada se popuni upražnjeno mjesto kao rezultat elektronske tranzicije, novo upražnjeno mjesto pojavljuje se u ovoj ljusci. Ovo stvara uslove za generisanje sledeće serije. Elektronska slobodna mjesta se kreću više od nivoa do nivoa, a atom emituje kaskadu karakterističnih spektralnih serija dok ostaje joniziran.
Fina struktura karakterističnih spektra
Atomski rendgenski spektri karakterističnog rendgenskog zračenja karakterišu fina struktura, koja se, kao i u optičkim spektrima, izražava u linijskom cepljenju.
Fina struktura je zbog činjenice da je energetski nivo - elektronska ljuska - skup blisko lociranih komponenti - podljuska. Da bi se okarakterisale podljuske, uveden je još jedan unutrašnji kvantni broj j, koji odražava interakciju elektrona sopstvenih i orbitalnih magnetnih momenata.
Zbog utjecaja spin-orbit interakcije, energetska struktura atoma postaje složenija, a kao rezultat toga, karakteristično rendgensko zračenje ima spektar karakteriziran podijeljenim linijama sa vrlo blisko raspoređenim elementima.
Elementi fine strukture obično se označavaju dodatnim digitalnim indeksima.
Karakteristično rendgensko zračenje ima osobinu koja se ogleda samo u finoj strukturi spektra. Prijelaz elektrona na niži energetski nivo se ne dešava iz niže podljuske višeg nivoa. Takav događaj ima zanemarljivu vjerovatnoću.
Upotreba rendgenskih zraka u spektrometriji
Ovo zračenje, zbog svojih karakteristika opisanih Moseleyjevim zakonom, leži u osnovi različitih rendgenskih spektralnih metoda za analizu supstanci. Prilikom analize rendgenskog spektra koristi se ili difrakcija zračenja na kristalima (valno-disperzivna metoda) ili detektori osjetljivi na energiju apsorbiranih rendgenskih fotona (energetsko-disperzivna metoda). Većina elektronskih mikroskopa opremljena je nekom vrstom dodataka za rendgensku spektrometriju.
Talasno-disperzivna spektrometrija je posebno precizna. Koristeći posebne filtere, ističu se najintenzivniji pikovi u spektru, što omogućava dobijanje gotovo monokromatskog zračenja sa tačno poznatom frekvencijom. Materijal anode je odabran vrlo pažljivo kako bi se osiguralo da se dobije monokromatski snop željene frekvencije. Njegova difrakcija na kristalnoj rešetki ispitivane supstance omogućava proučavanje strukture rešetke sa velikom preciznošću. Ova metoda se također koristi u proučavanju DNK i drugih složenih molekula.
Jedna od karakteristika karakterističnog rendgenskog zračenja se takođe uzima u obzir u gama spektrometriji. Ovo je karakterističan vrh visokog intenziteta. Gama spektrometri koriste olovnu zaštitu od vanjskog pozadinskog zračenja koje ometa mjerenja. Ali olovo, apsorbirajući gama zrake, doživljava unutrašnju ionizaciju, zbog čega aktivno emituje u rendgenskom području. Za apsorpciju intenzivnih pikova karakterističnog rendgenskog zračenja olova, koristi se dodatna zaštita od kadmija. On se zauzvrat jonizuje i takođe emituje X-zrake. Za neutralizaciju karakterističnih pikova kadmijuma koristi se treći zaštitni sloj - bakar, čiji se rendgenski maksimumi nalaze izvan radnog frekvencijskog opsega gama spektrometra.
Spektrometrija koristi i kočno i karakteristične rendgenske zrake. Dakle, prilikom analize supstanci proučavaju se spektri apsorpcije kontinuiranih rendgenskih zraka raznim supstancama.
1. Kočno i karakteristično rendgensko zračenje,
glavna svojstva i karakteristike.
Godine 1895. njemački naučnik Roentgen prvi je otkrio sjaj fluorescentnog ekrana, koji je bio uzrokovan oku nevidljivom zračenjem koje je dolazilo iz staklenog dijela cijevi za plinsko pražnjenje smještene nasuprot katode. Ova vrsta zračenja imala je sposobnost prolaska kroz supstance neprobojne za vidljivu svjetlost. Rentgen ih je nazvao rendgenskim zracima i ustanovio osnovna svojstva koja im omogućavaju da se koriste u različitim granama nauke i tehnologije, uključujući i medicinu.
Rentgensko zračenje je zračenje talasne dužine 80-10-5 nm. Dugotalasno rendgensko zračenje preklapa se sa kratkotalasnim UV zračenjem, kratkotalasno zračenje preklapa se sa dugotalasnim g-zračenjem. U medicini se koristi rendgensko zračenje talasne dužine od 10 do 0,005 nm, što odgovara energiji fotona od 10 2 EV do 0,5 MeV. Rentgensko zračenje je oku nevidljivo, pa se sva posmatranja njime vrše pomoću fluorescentnih ekrana ili fotografskih filmova, jer izaziva rendgensku luminiscenciju i ima fotohemijski efekat. Karakteristično je da je većina tijela koja su neprobojna za optičko zračenje u velikoj mjeri transparentna za rendgensko zračenje, koje ima svojstva zajednička elektromagnetnim valovima. Međutim, zbog kratke talasne dužine, neka svojstva je teško otkriti. Stoga je talasna priroda zračenja ustanovljena mnogo kasnije od njihovog otkrića.
Na osnovu načina ekscitacije, rendgensko zračenje se dijeli na kočno i karakteristično zračenje.
Rendgensko zračenje kočnog zračenja uzrokovano je usporavanjem elektrona koji se brzo kreću električnim poljem atoma (jezgra i elektrona) tvari kroz koju lete. Mehanizam ovog zračenja može se objasniti činjenicom da svaki pokretni naboj predstavlja struju oko koje se stvara magnetsko polje čija indukcija (B) zavisi od brzine elektrona. Prilikom kočenja magnetska indukcija se smanjuje i, u skladu s Maxwellovom teorijom, pojavljuje se elektromagnetski val.
Kada se elektroni usporavaju, samo dio energije se koristi za stvaranje rendgenskog fotona, drugi dio se troši na zagrijavanje anode. Frekvencija (valna dužina) fotona zavisi od početne kinetičke energije elektrona i intenziteta njegovog usporavanja. Štoviše, čak i ako je početna kinetička energija ista, tada će uvjeti usporavanja u tvari biti drugačiji, pa će emitirani fotoni imati najrazličitije energije, a samim tim i valne dužine, tj. rendgenski spektar će biti kontinuiran. Na slici 1 prikazan je spektar rendgenskog kočnog zračenja pri različitim naponima U 1
.
Ako se U izrazi u kilovoltima i uzme se u obzir odnos između ostalih veličina, onda formula izgleda ovako: l k = 1,24/U (nm) ili l k = 1,24/U (Å) (1 Å = 10 -10 m).
Iz gornjih grafikona može se utvrditi da je valna dužina l m, koja predstavlja maksimalnu energiju zračenja, u konstantnom odnosu sa graničnom valnom dužinom l k:
.
Talasna dužina karakterizira energiju fotona, o kojoj ovisi sposobnost prodiranja zračenja u interakciji s materijom.
Kratkotalasni X-zraci obično imaju veliku prodornu moć i nazivaju se tvrdim, dok se dugotalasni X-zraci nazivaju mekim. Kao što se može vidjeti iz gornje formule, valna dužina na kojoj se javlja maksimalna energija zračenja obrnuto je proporcionalna naponu između anode i katode cijevi. Povećanjem napona na anodi rendgenske cijevi mijenja se spektralni sastav zračenja i povećava njegova tvrdoća.
Kada se napon filamenta promijeni (temperatura filamenta katode se mijenja), mijenja se broj elektrona koje katoda emituje u jedinici vremena, odnosno mijenja se jačina struje u anodnom krugu cijevi. U ovom slučaju, snaga zračenja se mijenja proporcionalno prvoj snazi struje. Spektralni sastav zračenja se neće promijeniti.
Ukupni tok (snaga) zračenja, raspodjela energije po talasnim dužinama, kao i granica spektra na strani kratkih talasnih dužina zavise od sledeća tri razloga: napon U koji ubrzava elektrone i primenjen između anode i katode cevi ; broj elektrona uključenih u formiranje zračenja, tj. struja filamenta cijevi; atomski broj Z anodne supstance u kojoj dolazi do usporavanja elektrona.
Fluks kočnog rendgenskog zraka izračunava se pomoću formule: , gdje 
,
Z-atomski broj supstance (atomski broj).
Povećanjem napona na rendgenskoj cijevi može se uočiti pojava pojedinačnih linija (linijskog spektra) na pozadini kontinuiranog kočnog rendgenskog zračenja, što odgovara karakterističnom rendgenskom zračenju. Javlja se prilikom prijelaza elektrona između unutrašnjih omotača atoma u tvari (ljuske K, L, M). Linijska priroda spektra karakterističnog zračenja nastaje zbog činjenice da ubrzani elektroni prodiru duboko u atome i izbacuju elektrone iz njihovih unutarnjih slojeva izvan atoma. Elektroni (slika 2) iz gornjih slojeva kreću se na slobodna mjesta, zbog čega se emituju rendgenski fotoni sa frekvencijom koja odgovara razlici energetskih nivoa prijelaza. Linije u spektru karakterističnog zračenja se kombinuju u serije koje odgovaraju prelazima elektrona sa višim nivoom na nivou K, L, M.
Vanjski utjecaj, uslijed kojeg se elektron izbacuje iz unutrašnjih slojeva, mora biti prilično jak. Za razliku od optičkih spektra, karakteristični rendgenski spektri različitih atoma su istog tipa. Ujednačenost ovih spektra je zbog činjenice da su unutrašnji slojevi različitih atoma identični i da se razlikuju samo po energiji, jer uticaj sile iz jezgra raste kako se povećava redni broj elementa. To dovodi do činjenice da se karakteristični spektri pomiču prema višim frekvencijama s povećanjem nuklearnog naboja. Ovaj odnos je poznat kao Moseleyjev zakon: 
, gdje su A i B konstante; Z-redni broj elementa.
Postoji još jedna razlika između rendgenskog i optičkog spektra. Karakteristični spektar atoma ne zavisi od hemijskog spoja u koji je atom uključen. Na primjer, rendgenski spektar atoma kisika je isti za O, O 2, H 2 O, dok se optički spektri ovih spojeva značajno razlikuju. Ova karakteristika rendgenskog spektra atoma poslužila je kao osnova za naziv „karakteristika“.
Karakteristično zračenje se javlja kad god postoje slobodni prostori u unutrašnjim slojevima atoma, bez obzira na razloge koji su ga izazvali. Na primjer, prati jednu vrstu radioaktivnog raspada, što uključuje hvatanje elektrona iz unutrašnjeg sloja jezgrom.
2. Raspored rendgenskih cijevi i protozoa
Rendgen aparat.
Najčešći izvor rendgenskog zračenja je rendgenska cijev - dvoelektrodni vakuum uređaj (slika 3). To je stakleni balon (p = 10 -6 – 10 -7 mm Hg) sa dvije elektrode - anodom A i katodom K, između kojih se stvara visoki napon. Zagrijana katoda (K) emituje elektrone. Anoda A se često naziva antikatoda. Ima nagnutu površinu kako bi se rezultirajuće rendgensko zračenje usmjerilo pod uglom u odnosu na os cijevi. Anoda je napravljena od metala sa dobrom toplotnom provodljivošću (bakar) za uklanjanje toplote koja nastaje kada elektroni udare. Na zakošenom kraju anode nalazi se ploča 3 od vatrostalnog metala (volframa) visokog atomskog broja, nazvana anodno ogledalo. U nekim slučajevima, anoda se posebno hladi vodom ili uljem. Za dijagnostičke cijevi je važna preciznost izvora rendgenskih zraka, što se može postići fokusiranjem elektrona na jedno mjesto na anodi. Stoga je konstruktivno potrebno uzeti u obzir dva suprotna zadatka: s jedne strane, elektroni moraju pasti na jedno mjesto anode, s druge strane, kako bi se spriječilo pregrijavanje, poželjno je elektrone rasporediti po različitim područjima anode. anoda. Iz tog razloga, neke rendgenske cijevi se proizvode s rotirajućom anodom.
U cijevi bilo kojeg dizajna, elektroni, ubrzani naponom između anode i katode, padaju na anodno ogledalo i prodiru duboko u tvar, stupaju u interakciju s atomima i inhibiraju ih polje atoma. Ovo proizvodi kočno rendgensko zračenje. Istovremeno sa kočnim zrakama nastaje mala količina (nekoliko posto) karakterističnog zračenja. Samo 1-2% elektrona koji udare u anodu izaziva kočno zračenje, a ostatak je termički efekat. Za koncentriranje elektrona, katoda ima vodeći poklopac. Dio volframovog ogledala na koji pada glavni tok elektrona naziva se fokus cijevi. Širina snopa zračenja zavisi od njegove površine (oštrine fokusa).
Za napajanje cijevi potrebna su dva izvora: izvor visokog napona za anodni krug i niski (6-8 V) izvor za napajanje strujnog kola sa žarnom niti. Oba izvora moraju biti nezavisno regulisana. Promjenom anodnog napona reguliše se tvrdoća rendgenskog zračenja, a promjenom filamenta struja izlaznog kola i, shodno tome, snaga zračenja.
Osnovni električni dijagram jednostavnog rendgenskog aparata prikazan je na slici 4. Kolo ima dva transformatora Tr.1 za visoki napon i Tr.2 za napajanje sa žarnom niti. Visok napon na cijevi reguliše se autotransformatorom Tr.3, spojenim na primarni namotaj transformatora Tr.1. Prekidač K reguliše broj zavoja namotaja autotransformatora. S tim u vezi, mijenja se i napon sekundarnog namota transformatora, koji se dovodi na anodu cijevi, tj. tvrdoća je podesiva.
Struja filamenta cijevi regulirana je reostatom R spojenim na kolo primarnog namotaja transformatora Tr.2. Struja anodnog kola se mjeri miliampermetrom. Napon koji se dovodi do elektroda cijevi mjeri se kilovoltmetrom kV, ili se o naponu u anodnom kolu može suditi po položaju prekidača K. Količina struje niti, regulirana reostatom, mjeri se ampermetrom A. U krugu koji se razmatra, rendgenska cijev istovremeno ispravlja visoki naizmjenični napon.
Lako je vidjeti da takva cijev emituje samo jedan poluciklus naizmjenične struje. Shodno tome, njegova snaga će biti mala. Kako bi se povećala snaga zračenja, mnogi uređaji koriste visokonaponske punovalne rendgenske ispravljače. U tu svrhu koriste se 4 specijalna kenotrona koji su spojeni u mosnu struju. Rendgenska cijev je uključena u jednu dijagonalu mosta.
3. Interakcija rendgenskih zraka sa materijom
(koherentno rasejanje, nekoherentno rasejanje, fotoelektrični efekat).
Kada rendgensko zračenje padne na tijelo, ono se u maloj količini odbija od njega, ali uglavnom prolazi duboko u njega. U masi tijela, zračenje se djelomično apsorbira, djelimično raspršuje, a djelimično prolazi. Prolazeći kroz tijelo, rendgenski fotoni stupaju u interakciju uglavnom s elektronima atoma i molekula tvari. Registracija i upotreba rendgenskog zračenja, kao i njegov uticaj na biološke objekte, određeni su primarnim procesima interakcije rendgenskog fotona sa elektronima. U zavisnosti od odnosa energije fotona E i energije jonizacije A I, odvijaju se tri glavna procesa.
A) Koherentno rasipanje.
Rasipanje dugotalasnih rendgenskih zraka u suštini se dešava bez promene talasne dužine i naziva se koherentno. Interakcija fotona sa elektronima unutrašnjih omotača, čvrsto vezanih za jezgro, menja samo njegov pravac, bez promene njegove energije, a time i talasne dužine (slika 5).
Do koherentnog raspršenja dolazi ako je energija fotona manja od energije jonizacije: E = hn<А И. Так как энергия фотона и энергия атома не изменяется, то когерентное рассеяние не вызывает биологического действия. Однако при создании защиты от рентгеновского излучения следует учитывать возможность изменения направления первичного пучка.
b) Nekoherentno rasipanje (Comptonov efekat).
Godine 1922. A. Compton je, promatrajući raspršivanje tvrdih rendgenskih zraka, otkrio smanjenje prodorne moći raspršenog zraka u odnosu na upadni. Rasipanje X-zraka sa promenama talasne dužine naziva se Comptonov efekat. Nastaje kada foton bilo koje energije stupi u interakciju s elektronima vanjskih omotača atoma slabo vezanih za jezgro (slika 6). Elektron se uklanja iz atoma (takvi elektroni se nazivaju elektroni trzanja). Energija fotona se smanjuje (shodno tome raste talasna dužina), a mijenja se i smjer njegovog kretanja. Komptonov efekat nastaje ako je energija rendgenskog fotona veća od energije jonizacije: , . U tom slučaju se pojavljuju elektroni trzanja s kinetičkom energijom E K. Atomi i molekuli postaju joni. Ako je E K značajan, tada elektroni mogu ionizirati susjedne atome sudarom, formirajući nove (sekundarne) elektrone.
V) Foto efekat.
Ako je energija fotona hn dovoljna da odvoji elektron, tada se pri interakciji s atomom foton apsorbira i elektron se odvaja od njega. Ovaj fenomen se naziva fotoelektrični efekat. Atom je jonizovan (fotojonizacija). U ovom slučaju, elektron stječe kinetičku energiju i, ako potonju 
je značajan, može ionizirati susjedne atome sudarom, formirajući nove (sekundarne) elektrone. Ako je energija fotona nedovoljna za ionizaciju, onda se fotoelektrični efekat može manifestirati u pobuđivanju atoma ili molekula. U nekim supstancama to dovodi do naknadne emisije fotona u vidljivom području (rendgenska luminiscencija), au tkivima do aktivacije molekula i fotokemijskih reakcija.
Fotoelektrični efekat je karakterističan za fotone sa energijom reda 0,5-1 MeV.
Tri glavna procesa interakcije o kojima smo gore govorili su primarni, oni dovode do naknadnih sekundarnih, tercijalnih, itd. fenomeni. Kada rendgenski zraci uđu u supstancu, može doći do niza procesa prije nego što se energija rendgenskog fotona pretvori u energiju toplinskog kretanja.
Kao rezultat gore navedenih procesa, primarni tok rendgenskog zračenja je oslabljen. Ovaj proces je u skladu sa Bouguerovim zakonom. Zapišimo to u obliku: F = F 0 e - mh, gdje je m linearni koeficijent slabljenja, ovisno o prirodi tvari (uglavnom od gustine i atomskog broja) i od talasne dužine zračenja (energija fotona) . Može se predstaviti kao da se sastoji od tri pojma koji odgovaraju koherentnom rasejanju, nekoherentnom rasejanju i fotoelektričnom efektu: 
.
Budući da linearni koeficijent apsorpcije ovisi o gustoći tvari, radije koriste koeficijent prigušenja mase, koji je jednak omjeru linearnog koeficijenta prigušenja prema gustoći apsorbera i ne ovisi o gustoći tvari. Zavisnost fluksa (intenziteta) rendgenskih zraka od debljine apsorbirajućeg filtera prikazana je na slici 7 za H 2 O, Al i Cu. Proračuni pokazuju da sloj vode debljine 36 mm, aluminijuma 15 mm i bakra 1,6 mm smanjuju intenzitet rendgenskog zračenja za 2 puta. Ova debljina se naziva debljina polovine sloja d. Ako supstanca upola slabi rendgensko zračenje, onda 
, Onda 
, ili , 
; ; . Znajući debljinu polusloja, uvijek možete odrediti m. Dimenzija.
4. Upotreba rendgenskih zraka u medicini
(fluoroskopija, radiografija, rendgenska tomografija, fluorografija, radioterapija).
Jedna od najčešćih upotreba rendgenskog zračenja u medicini je pregled unutrašnjih organa u dijagnostičke svrhe – rendgenska dijagnostika.
Za dijagnostiku se koriste fotoni s energijom od 60-120 keV. U ovom slučaju, koeficijent apsorpcije mase određen je uglavnom fotoelektričnim efektom. Njegova vrijednost je proporcionalna l 3 (što pokazuje visoku prodornu sposobnost tvrdog zračenja) i proporcionalna trećoj potenciji broja atoma tvari - apsorbera: , gdje je K koeficijent proporcionalnosti.
Ljudsko tijelo se sastoji od tkiva i organa koji imaju različite sposobnosti apsorpcije u odnosu na rendgensko zračenje. Stoga, kada se osvijetli rendgenskim zracima, na ekranu se dobija neujednačena slika sjene koja daje sliku položaja unutrašnjih organa i tkiva. Najgušća tkiva koja apsorbuju zračenje (srce, veliki sudovi, kosti) su vidljiva tamna, a tkiva koja najmanje apsorbuju (pluća) su svetla.
U mnogim slučajevima moguće je suditi o njihovom normalnom ili patološkom stanju. Rentgenska dijagnostika koristi dvije glavne metode: fluoroskopiju (transmisija) i radiografiju (slika). Ako organ koji se proučava i tkiva koja ga okružuju apsorbiraju fluks rendgenskih zraka približno jednako, tada se koriste posebna kontrastna sredstva. Na primjer, uoči rendgenskog pregleda želuca ili crijeva, daje se kašasta masa barij sulfata, u ovom slučaju možete vidjeti njihovu sliku sjene. U fluoroskopiji i radiografiji, rendgenska slika je zbirna slika cijele debljine objekta kroz koji prolaze rendgenski zraci. Najjasnije se ocrtavaju oni detalji koji su najbliži ekranu ili filmu, dok oni koji su udaljeni postaju zamućeni i mutni. Ako postoji patološki promijenjeno područje u nekom organu, na primjer, destrukcija plućnog tkiva unutar velikog žarišta upale, tada se u nekim slučajevima ovo područje može "izgubiti" na rendgenskom snimku u zbiru sjenki. Da bi se to učinilo vidljivim, koristi se posebna metoda - tomografija (snimanje sloj po sloj), koja vam omogućava da dobijete slike pojedinačnih slojeva proučavanog područja. Ova vrsta sloj-po-slojnih slika-tomograma dobija se pomoću posebnog aparata zvanog tomograf, u kojem se rendgenska cijev (RT) i fotografski film (FP) povremeno pomiču zajedno, u antifazi, u odnosu na područje studija. U ovom slučaju, rendgenski zraci na bilo kojoj poziciji RT će proći kroz istu tačku objekta (promijenjeno područje), što je centar u odnosu na koji se javlja periodično pomicanje RT i FP. Slika u sjeni područja će biti snimljena na filmu. Promjenom položaja “centra ljuljanja” moguće je dobiti slike objekta sloj po sloj. Koristeći tanak snop rendgenskog zračenja, poseban ekran (umjesto FP) koji se sastoji od poluvodičkih detektora jonizujućeg zračenja, moguće je obraditi sliku tokom tomografije pomoću kompjutera. Ova moderna verzija tomografije naziva se kompjuterizovana tomografija. Tomografija se široko koristi u proučavanju pluća, bubrega, žučne kese, želuca, kostiju itd.
Svjetlina slike na ekranu i vrijeme ekspozicije na filmu zavise od intenziteta rendgenskog zračenja. Kada se koristi za dijagnostiku, intenzitet ne može biti visok kako ne bi izazvao neželjeni biološki efekat. Stoga postoji niz tehničkih uređaja koji poboljšavaju svjetlinu slike pri niskim intenzitetima rendgenskih zraka. Jedan takav uređaj je elektronsko-optički pretvarač.
Drugi primjer je fluorografija, u kojoj se slika s velikog rendgenskog luminiscentnog ekrana dobija na osjetljivom filmu malog formata. Prilikom snimanja koristi se objektiv s velikim otvorom blende, a gotove slike se pregledavaju pomoću posebnog povećala.
Fluorografija kombinuje veću sposobnost otkrivanja skrivenih bolesti (bolesti organa grudnog koša, gastrointestinalnog trakta, paranazalnih sinusa itd.) sa značajnom propusnošću, te je stoga vrlo efikasna metoda masovnog (in-line) istraživanja.
Budući da se fotografisanje rendgenske slike tokom fluorografije vrši fotografskom optikom, slika na fluorogramu je smanjena u odnosu na rendgensku. U tom smislu, rezolucija fluorograma (tj. uočljivost malih detalja) je manja od one na konvencionalnom radiografu, ali je veća nego kod fluoroskopije.
Dizajniran je uređaj - tomofluorograf, koji omogućava dobijanje fluorograma dijelova tijela i pojedinih organa na zadatoj dubini - tzv. sloj-po-slojne slike (slice) - tomofluorograme.
Rentgensko zračenje se koristi i u terapijske svrhe (rentgenska terapija). Biološki efekat zračenja je da poremeti vitalnu aktivnost ćelija, posebno onih koje se brzo razvijaju. U tom smislu, rendgenska terapija se koristi za liječenje malignih tumora. Moguće je odabrati dozu zračenja dovoljnu da potpuno uništi tumor uz relativno mala oštećenja okolnog zdravog tkiva, koja se obnavljaju naknadnom regeneracijom.
Intenzitet- kvantitativna karakteristika rendgenskog zračenja, koja se izražava brojem zraka koje emituje cijev u jedinici vremena. Intenzitet rendgenskog zračenja mjeri se u miliamperima. Upoređujući ga sa intenzitetom vidljive svjetlosti iz konvencionalne žarulje sa žarnom niti, možemo povući analogiju: na primjer, lampa od 20 W sija jednim intenzitetom ili jačinom, a lampa od 200 W sija drugim, dok kvalitet same svjetlosti (njenog spektra) je isti. Intenzitet rendgenskog zraka je u suštini njegova količina. Svaki elektron stvara jedan ili više kvanta zračenja na anodi, stoga se broj rendgenskih zraka prilikom izlaganja objekta regulira promjenom broja elektrona koji teže anodi i broja interakcija elektrona s atomima volframove mete. , što se može uraditi na dva načina:
1. Promjenom stepena zagrijavanja katodne spirale pomoću opadajućeg transformatora (broj elektrona generiranih tokom emisije ovisit će o tome koliko je volframova spirala vruća, a broj kvanta zračenja ovisit će o broju elektrona) ;
2. Promjenom vrijednosti visokog napona koji pojačani transformator dovodi do polova cijevi - katode i anode (što je veći napon primijenjen na polove cijevi, to više kinetičke energije primaju elektroni , koji zbog svoje energije mogu stupiti u interakciju s nekoliko atoma anodne tvari zauzvrat - vidi. pirinač. 5; elektroni sa malom energijom će moći da uđu u manje interakcija).
Intenzitet X zraka (anodna struja) pomnožen sa vremenom ekspozicije (vrijeme rada cijevi) odgovara ekspoziciji rendgenskim zracima, koja se mjeri u mAs (miliamperima po sekundi). Ekspozicija je parametar koji, kao i intenzitet, karakterizira broj zraka koje emituje rendgenska cijev. Jedina razlika je u tome što ekspozicija uzima u obzir i vrijeme rada cijevi (na primjer, ako cijev radi 0,01 sekundu, tada će broj zraka biti jedan, a ako je 0,02 sekunde, tada će broj zraka biti drugačije - još dva puta). Izloženost zračenju postavlja radiolog na kontrolnoj tabli rendgenskog aparata, u zavisnosti od vrste pregleda, veličine predmeta koji se ispituje i dijagnostičkog zadatka.
Krutost- kvalitativne karakteristike rendgenskog zračenja. Mjeri se veličinom visokog napona na cijevi - u kilovoltima. Određuje prodornu moć rendgenskih zraka. Regulira se visokim naponom koji se na rendgensku cijev dovodi preko transformatora za povećanje. Što se veća potencijalna razlika stvara na elektrodama cijevi, to je veća sila koja se elektroni odbijaju od katode i jure prema anodi i to je jači njihov sudar s anodom. Što je njihov sudar jači, to je kraća talasna dužina nastalog rendgenskog zračenja i veća je prodorna sposobnost ovog talasa (odnosno tvrdoća zračenja, koja se, kao i intenzitet, na kontrolnoj tabli reguliše parametrom napona na cijev - kilonapon).
Rice. 7 - Ovisnost talasne dužine o energiji talasa:
λ - talasna dužina;
E - energija talasa
· Što je kinetička energija elektrona u pokretu veća, to je jači njihov uticaj na anodu i kraća je talasna dužina rezultirajućeg rendgenskog zračenja. Rendgensko zračenje duge talasne dužine i male prodorne moći naziva se „meko“, a rendgensko zračenje kratke talasne dužine i velike prodorne moći naziva se „tvrdo“.
Rice. 8 - Odnos između napona na rendgenskoj cijevi i valne dužine rezultirajućeg rendgenskog zračenja:
· Što je veći napon primijenjen na polove cijevi, to će se veća potencijalna razlika pojaviti na njima, stoga će kinetička energija elektrona u pokretu biti veća. Napon na cijevi određuje brzinu elektrona i silu njihovog sudara s anodnom tvari, stoga napon određuje valnu dužinu rezultirajućeg rendgenskog zračenja.
