RTG ŽIARENIE
neviditeľné žiarenie schopné preniknúť, hoci v rôznej miere, do všetkých látok. Je to elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou asi 10-8 cm.Röntgenové lúče podobne ako viditeľné svetlo spôsobujú sčernenie fotografického filmu. Táto vlastnosť má veľký význam pre medicínu, priemysel a vedecký výskum. Röntgenové žiarenie prechádzajúce cez skúmaný objekt a potom dopadajúce na film na ňom zobrazuje jeho vnútornú štruktúru. Keďže penetračná sila röntgenového žiarenia je pre rôzne materiály rôzna, časti objektu, ktoré sú preň menej priehľadné, poskytujú na fotografii svetlejšie oblasti ako tie, cez ktoré žiarenie dobre preniká. Kostné tkanivá sú teda pre röntgenové lúče menej transparentné ako tkanivá, ktoré tvoria kožu a vnútorné orgány. Preto na röntgenovom snímku budú kosti označené ako svetlejšie oblasti a miesto zlomeniny, ktoré je pre žiarenie transparentnejšie, sa dá celkom ľahko zistiť. Röntgenové zobrazovanie sa používa aj v zubnom lekárstve na zisťovanie kazov a abscesov v koreňoch zubov, ako aj v priemysle na zisťovanie trhlín v odliatkoch, plastoch a gumách. Röntgenové lúče sa používajú v chémii na analýzu zlúčenín a vo fyzike na štúdium štruktúry kryštálov. Röntgenový lúč prechádzajúci chemickou zlúčeninou spôsobuje charakteristické sekundárne žiarenie, ktorého spektroskopická analýza umožňuje chemikovi určiť zloženie zlúčeniny. Pri dopade na kryštalickú látku je röntgenový lúč rozptýlený atómami kryštálu, čím vzniká jasný, pravidelný vzor škvŕn a pruhov na fotografickej platni, čo umožňuje stanoviť vnútornú štruktúru kryštálu. Využitie röntgenového žiarenia pri liečbe rakoviny je založené na tom, že zabíja rakovinové bunky. Môže však mať nežiaduci vplyv aj na normálne bunky. Preto je pri tomto použití röntgenových lúčov potrebná mimoriadna opatrnosť. Röntgenové žiarenie objavil nemecký fyzik W. Roentgen (1845-1923). Jeho meno je zvečnené v niektorých ďalších fyzikálnych pojmoch spojených s týmto žiarením: medzinárodná jednotka dávky ionizujúceho žiarenia sa nazýva röntgen; snímka urobená röntgenovým prístrojom sa nazýva rádiograf; Oblasť rádiologickej medicíny, ktorá využíva röntgenové lúče na diagnostiku a liečbu chorôb, sa nazýva rádiológia. Roentgen objavil žiarenie v roku 1895 ako profesor fyziky na univerzite vo Würzburgu. Počas experimentov s katódovými lúčmi (elektróny prúdia vo výbojkových trubiciach) si všimol, že obrazovka umiestnená v blízkosti vákuovej trubice, pokrytá kryštalickým bárnatým kyanoplatinitom, jasne žiari, hoci samotná trubica je pokrytá čiernym kartónom. Roentgen ďalej zistil, že prenikavá sila neznámych lúčov, ktoré objavil a ktoré nazval röntgenové, závisela od zloženia absorbujúceho materiálu. Tiež zobrazil kosti svojej vlastnej ruky tak, že ju umiestnil medzi katódovú výbojku a obrazovku potiahnutú kyanoplatinitom bárnatým. Po Roentgenovom objave nasledovali experimenty ďalších výskumníkov, ktorí objavili mnohé nové vlastnosti a možnosti využitia tohto žiarenia. Veľkým prínosom boli M. Laue, W. Friedrich a P. Knipping, ktorí v roku 1912 preukázali difrakciu röntgenových lúčov pri prechode kryštálom; W. Coolidge, ktorý v roku 1913 vynašiel vysokovákuovú röntgenovú trubicu s vyhrievanou katódou; G. Moseley, ktorý v roku 1913 stanovil vzťah medzi vlnovou dĺžkou žiarenia a atómovým číslom prvku; G. a L. Braggi, ktorí v roku 1915 dostali Nobelovu cenu za vývoj základov röntgenovej difrakčnej analýzy.
ZÍSKAVANIE RTG ŽIARENIA
Röntgenové žiarenie vzniká, keď elektróny pohybujúce sa vysokou rýchlosťou interagujú s hmotou. Keď sa elektróny zrazia s atómami akejkoľvek látky, rýchlo stratia svoju kinetickú energiu. V tomto prípade sa väčšina premení na teplo a malá časť, zvyčajne menej ako 1 %, sa premení na energiu röntgenového žiarenia. Táto energia sa uvoľňuje vo forme kvánt - častíc nazývaných fotóny, ktoré majú energiu, ale majú nulovú pokojovú hmotnosť. Röntgenové fotóny sa líšia svojou energiou, ktorá je nepriamo úmerná ich vlnovej dĺžke. Pri konvenčnom spôsobe získavania röntgenových lúčov sa získa široký rozsah vlnových dĺžok, ktorý sa nazýva röntgenové spektrum. Spektrum obsahuje výrazné zložky, ako je znázornené na obr. 1. Široké „kontinuum“ sa nazýva spojité spektrum alebo biele žiarenie. Ostré vrcholy na ňom navrstvené sa nazývajú charakteristické röntgenové emisné čiary. Hoci celé spektrum je výsledkom zrážok elektrónov s hmotou, mechanizmy vzniku jeho širokej časti a línií sú odlišné. Látka pozostáva z veľkého počtu atómov, z ktorých každý má jadro obklopené elektrónovými obalmi a každý elektrón v obale atómu daného prvku zaberá určitú diskrétnu energetickú hladinu. Zvyčajne sú tieto obaly alebo energetické úrovne označené symbolmi K, L, M atď., pričom sa začína od obalu najbližšie k jadru. Keď sa dopadajúci elektrón dostatočne vysokej energie zrazí s jedným z elektrónov viazaných na atóm, vyrazí tento elektrón z obalu. Prázdny priestor zaberá ďalší elektrón z obalu, ktorý zodpovedá vyššej energii. Ten uvoľňuje prebytočnú energiu vyžarovaním röntgenového fotónu. Pretože obalové elektróny majú diskrétne energetické hodnoty, výsledné röntgenové fotóny majú tiež diskrétne spektrum. To zodpovedá ostrým špičkám pre určité vlnové dĺžky, ktorých špecifické hodnoty závisia od cieľového prvku. Charakteristické čiary tvoria série K, L a M, v závislosti od toho, z ktorého obalu (K, L alebo M) bol elektrón odstránený. Vzťah medzi vlnovou dĺžkou röntgenového žiarenia a atómovým číslom sa nazýva Moseleyho zákon (obr. 2).

Ak sa elektrón zrazí s relatívne ťažkým jadrom, potom sa spomalí a jeho kinetická energia sa uvoľní vo forme röntgenového fotónu s približne rovnakou energiou. Ak preletí okolo jadra, stratí len časť svojej energie a zvyšok sa prenesie na iné atómy, ktoré mu padnú do cesty. Každý akt straty energie vedie k emisii fotónu s určitou energiou. Objaví sa súvislé röntgenové spektrum, ktorého horná hranica zodpovedá energii najrýchlejšieho elektrónu. Toto je mechanizmus na vytvorenie spojitého spektra a maximálna energia (alebo minimálna vlnová dĺžka), ktorá fixuje hranicu spojitého spektra, je úmerná urýchľovaciemu napätiu, ktoré určuje rýchlosť dopadajúcich elektrónov. Spektrálne čiary charakterizujú materiál bombardovaného terča, pričom spojité spektrum je určené energiou elektrónového lúča a prakticky nezávisí od materiálu terča. Röntgenové lúče je možné získať nielen bombardovaním elektrónmi, ale aj ožiarením cieľa röntgenovým žiarením z iného zdroja. V tomto prípade však väčšina energie dopadajúceho lúča ide do charakteristického röntgenového spektra a veľmi malá časť z neho spadá do spojitého spektra. Je zrejmé, že dopadajúci röntgenový lúč musí obsahovať fotóny, ktorých energia je dostatočná na vybudenie charakteristických čiar bombardovaného prvku. Vysoké percento energie na charakteristické spektrum robí túto metódu röntgenovej excitácie vhodnou pre vedecký výskum.
Röntgenové trubice. Na získanie röntgenového žiarenia v dôsledku interakcie elektrónov s hmotou je potrebné mať zdroj elektrónov, prostriedky na ich urýchlenie na vysoké rýchlosti a terč schopný odolať elektrónovému bombardovaniu a produkovať röntgenové žiarenie požadovanú intenzitu. Zariadenie, ktoré toto všetko má, sa nazýva röntgenová trubica. Prví bádatelia používali „hlboké vákuové“ trubice, ako sú dnešné výbojky. Vákuum v nich nebolo veľmi vysoké. Plynové výbojky obsahujú veľký počet plyn, a keď sa na elektródy trubice aplikuje veľký potenciálny rozdiel, atómy plynu sa premenia na kladné a záporné ióny. Pozitívne sa pohybujú smerom k negatívnej elektróde (katóde) a padajúc na ňu, vyrážajú z nej elektróny a tie sa zase pohybujú smerom k pozitívnej elektróde (anóde) a bombardovaním vytvárajú prúd röntgenových fotónov. . V modernej röntgenovej trubici vyvinutej Coolidgeom (obr. 3) je zdrojom elektrónov volfrámová katóda zahriata na vysokú teplotu. Elektróny sú urýchľované na vysoké rýchlosti vysokým potenciálovým rozdielom medzi anódou (alebo antikatódou) a katódou. Keďže elektróny musia dosiahnuť anódu bez toho, aby sa zrazili s atómami, je potrebné veľmi vysoké vákuum, pre ktoré musí byť trubica dobre evakuovaná. To tiež znižuje pravdepodobnosť ionizácie zostávajúcich atómov plynu a súvisiacich bočných prúdov.

Elektróny sú zaostrené na anóde pomocou špeciálne tvarovanej elektródy obklopujúcej katódu. Táto elektróda sa nazýva zaostrovacia elektróda a spolu s katódou tvorí „elektronický svetlomet“ trubice. Anóda vystavená elektrónovému bombardovaniu musí byť vyrobená zo žiaruvzdorného materiálu, pretože väčšina kinetickej energie bombardujúcich elektrónov sa premieňa na teplo. Okrem toho je žiaduce, aby anóda bola vyrobená z materiálu s vysokým atómovým číslom, pretože výťažok röntgenového žiarenia sa zvyšuje so zvyšujúcim sa atómovým číslom. Ako materiál anódy sa najčastejšie volí volfrám, ktorého atómové číslo je 74. Konštrukcia röntgenových trubíc môže byť rôzna v závislosti od podmienok aplikácie a požiadaviek.
RTG DETEKCIA
Všetky metódy detekcie röntgenových lúčov sú založené na ich interakcii s hmotou. Detektory môžu byť dvoch typov: tie, ktoré poskytujú obraz, a tie, ktoré nie. Medzi prvé patria zariadenia na röntgenovú fluorografiu a fluoroskopiu, v ktorých röntgenový lúč prechádza cez skúmaný objekt a prenášané žiarenie vstupuje na luminiscenčnú obrazovku alebo film. Obraz sa objavuje vďaka tomu, že rôzne časti skúmaného objektu absorbujú žiarenie rôznymi spôsobmi – v závislosti od hrúbky látky a jej zloženia. V detektoroch s luminiscenčnou clonou sa energia röntgenového žiarenia premieňa na priamo pozorovateľný obraz, zatiaľ čo v rádiografii sa zaznamenáva na citlivú emulziu a možno ju pozorovať až po vyvolaní filmu. Druhý typ detektorov zahŕňa širokú škálu zariadení, v ktorých sa energia röntgenového žiarenia premieňa na elektrické signály, ktoré charakterizujú relatívnu intenzitu žiarenia. Patria sem ionizačné komory, Geigerov počítač, proporcionálny počítač, scintilačný počítač a niektoré špeciálne detektory na báze sulfidu kademnatého a selenidu. V súčasnosti možno za najúčinnejšie detektory považovať scintilačné čítače, ktoré dobre fungujú v širokom energetickom rozsahu.
pozri tiež DETEKTORY ČASTÍC . Detektor sa vyberá s prihliadnutím na podmienky problému. Napríklad, ak je potrebné presne zmerať intenzitu difraktovaného röntgenového žiarenia, potom sa používajú počítadlá, ktoré umožňujú vykonávať merania s presnosťou zlomkov percent. Ak je potrebné zaregistrovať veľa difraktovaných lúčov, potom je vhodné použiť röntgenový film, aj keď v tomto prípade nie je možné určiť intenzitu s rovnakou presnosťou.
RTG A GAMA DEFEKTOSKOPIA
Jednou z najbežnejších aplikácií röntgenového žiarenia v priemysle je kontrola kvality materiálu a detekcia chýb. Röntgenová metóda je nedeštruktívna, takže testovaný materiál, ak sa zistí, že spĺňa požadované požiadavky, môže byť použitý na zamýšľaný účel. Röntgenová aj gama detekcia defektov je založená na penetračnej sile röntgenového žiarenia a charakteristike jeho absorpcie v materiáloch. Prienikový výkon je určený energiou röntgenových fotónov, ktorá závisí od urýchľovacieho napätia v röntgenovej trubici. Hrubé vzorky a vzorky z ťažkých kovov, ako je zlato a urán, preto vyžadujú na štúdium zdroj röntgenového žiarenia s vyšším napätím a pre tenké vzorky stačí zdroj s nižším napätím. Na detekciu defektov v gama žiarení veľmi veľkých odliatkov a veľkých valcovaných výrobkov sa používajú betatróny a lineárne urýchľovače urýchľujúce častice na energie 25 MeV a viac. Absorpcia röntgenového žiarenia v materiáli závisí od hrúbky absorbéra d a koeficientu absorpcie m a je určená vzorcom I = I0e-md, kde I je intenzita žiarenia prepusteného cez absorbér, I0 je intenzita dopadajúceho žiarenia a e = 2,718 je základom prirodzených logaritmov. Pre daný materiál je pri danej vlnovej dĺžke (alebo energii) röntgenového žiarenia koeficient absorpcie konštantný. Ale žiarenie röntgenového zdroja nie je monochromatické, ale obsahuje široký rozsah vlnových dĺžok, v dôsledku čoho absorpcia pri rovnakej hrúbke absorbéra závisí od vlnovej dĺžky (frekvencie) žiarenia. Röntgenové žiarenie má široké využitie vo všetkých odvetviach spojených so spracovaním kovov tlakom. Používa sa aj na testovanie delostreleckých sudov, potravín, plastov, na testovanie zložitých zariadení a systémov v elektronickom inžinierstve. (Na podobné účely sa používa neutronografia, ktorá využíva neutrónové lúče namiesto röntgenových lúčov.) Röntgenové lúče sa používajú aj na iné účely, ako je skúmanie malieb na určenie ich pravosti alebo zisťovanie ďalších vrstiev farby na vrchu hlavnej vrstvy. .
RTG DIFRAKCIA
Röntgenová difrakcia poskytuje dôležité informácie o pevných látkach – ich atómovej štruktúre a kryštalickej forme – ako aj o kvapalinách, amorfných telesách a veľkých molekulách. Difrakčná metóda sa používa aj na presné (s chybou menšou ako 10-5) určenie medziatómových vzdialeností, detekciu napätí a defektov a na určenie orientácie monokryštálov. Difrakčný obrazec dokáže identifikovať neznáme materiály, ako aj zistiť prítomnosť nečistôt vo vzorke a určiť ich. Význam röntgenovej difrakčnej metódy pre pokrok modernej fyziky možno len ťažko preceňovať, keďže moderné chápanie vlastností hmoty je v konečnom dôsledku založené na údajoch o usporiadaní atómov v rôznych chemických zlúčeninách, o povahe väzieb. medzi nimi a na štrukturálnych defektoch. Hlavným nástrojom na získanie týchto informácií je metóda röntgenovej difrakcie. Röntgenová difrakčná kryštalografia je nevyhnutná na určenie štruktúr zložitých veľkých molekúl, ako sú molekuly deoxyribonukleovej kyseliny (DNA), genetického materiálu živých organizmov. Hneď po objavení röntgenového žiarenia sa vedecký a lekársky záujem sústredil tak na schopnosť tohto žiarenia prenikať cez telesá, ako aj na jeho povahu. Pokusy s difrakciou röntgenových lúčov na štrbinách a difrakčných mriežkach ukázali, že patrí k elektromagnetickému žiareniu a má vlnovú dĺžku rádovo 10-8-10-9 cm.Už skôr vedci, najmä W. Barlow, hádali, že pravidelný a symetrický tvar prírodných kryštálov je spôsobený usporiadaným usporiadaním atómov, ktoré tvoria kryštál. V niektorých prípadoch bol Barlow schopný správne predpovedať štruktúru kryštálu. Hodnota predpokladaných medziatómových vzdialeností bola 10-8 cm.Skutočnosť, že medziatómové vzdialenosti sa ukázali byť rádovo vlnovej dĺžky röntgenového žiarenia, umožnila v princípe pozorovať ich difrakciu. Výsledkom bol nápad na jeden z najdôležitejších experimentov v histórii fyziky. M. Laue zorganizoval experimentálny test tejto myšlienky, ktorý uskutočnili jeho kolegovia W. Friedrich a P. Knipping. V roku 1912 všetci traja publikovali svoju prácu o výsledkoch röntgenovej difrakcie. Princípy röntgenovej difrakcie. Aby sme pochopili fenomén röntgenovej difrakcie, musíme zvážiť: po prvé, spektrum röntgenových lúčov, po druhé, povahu kryštálovej štruktúry a po tretie samotný jav difrakcie. Ako už bolo spomenuté vyššie, charakteristické röntgenové žiarenie pozostáva zo série spektrálnych čiar vysokého stupňa monochromatičnosti, určených materiálom anódy. Pomocou filtrov si z nich vyberiete ten najintenzívnejší. Vhodným výberom materiálu anódy je preto možné získať zdroj takmer monochromatického žiarenia s veľmi presne definovanou hodnotou vlnovej dĺžky. Vlnové dĺžky charakteristického žiarenia sa zvyčajne pohybujú od 2,285 pre chróm do 0,558 pre striebro (hodnoty pre rôzne prvky sú známe šiestimi platnými číslicami). Charakteristické spektrum je superponované na súvislé „biele“ spektrum oveľa nižšej intenzity, v dôsledku spomalenia dopadajúcich elektrónov v anóde. Z každej anódy teda možno získať dva typy žiarenia: charakteristické a brzdné žiarenie, z ktorých každý hrá dôležitú úlohu svojím vlastným spôsobom. Atómy v kryštálovej štruktúre sú umiestnené v pravidelných intervaloch a tvoria sekvenciu identických buniek – priestorovú mriežku. Niektoré mriežky (napríklad pre väčšinu bežných kovov) sú celkom jednoduché, zatiaľ čo iné (napríklad pre molekuly bielkovín) sú dosť zložité. Kryštálovú štruktúru charakterizuje nasledovné: ak sa posunieme z určitého bodu jednej bunky do zodpovedajúceho bodu susednej bunky, nájde sa presne to isté atómové prostredie. A ak sa nejaký atóm nachádza v jednom alebo inom bode jednej bunky, potom ten istý atóm bude umiestnený v ekvivalentnom bode ktorejkoľvek susednej bunky. Tento princíp platí striktne pre dokonalý, ideálne usporiadaný kryštál. Avšak mnohé kryštály (napríklad kovové tuhé roztoky) sú do určitej miery neusporiadané; kryštalograficky ekvivalentné miesta môžu byť obsadené rôznymi atómami. V týchto prípadoch sa neurčuje poloha každého atómu, ale iba „štatisticky spriemerovaná“ poloha atómu na veľkom počte častíc (alebo buniek). Fenomén difrakcie je diskutovaný v článku OPTIKA a čitateľ si môže prečítať tento článok, kým prejde ďalej. Ukazuje, že ak vlny (napríklad zvuk, svetlo, röntgenové lúče) prechádzajú malou štrbinou alebo otvorom, potom tento môže byť považovaný za sekundárny zdroj vĺn a obraz štrbiny alebo otvoru pozostáva zo striedavého svetla. a tmavé pruhy. Ďalej, ak existuje periodická štruktúra otvorov alebo štrbín, potom v dôsledku zosilňujúcej a zoslabujúcej interferencie lúčov prichádzajúcich z rôznych otvorov vzniká jasný difrakčný obrazec. Röntgenová difrakcia je kolektívny rozptylový jav, v ktorom úlohu dier a rozptylových centier zohrávajú periodicky usporiadané atómy kryštálovej štruktúry. Vzájomné zosilnenie ich obrazov pri určitých uhloch poskytuje difrakčný obrazec podobný tomu, ktorý by bol výsledkom difrakcie svetla na trojrozmernej difrakčnej mriežke. K rozptylu dochádza v dôsledku interakcie dopadajúceho röntgenového žiarenia s elektrónmi v kryštáli. Vzhľadom na to, že vlnová dĺžka röntgenového žiarenia je rovnakého rádu ako rozmery atómu, vlnová dĺžka rozptýleného röntgenového žiarenia je rovnaká ako vlnová dĺžka dopadajúceho žiarenia. Tento proces je výsledkom nútených oscilácií elektrónov pri pôsobení dopadajúceho röntgenového žiarenia. Uvažujme teraz o atóme s oblakom viazaných elektrónov (obklopujúcich jadro), na ktorý dopadajú röntgenové lúče. Elektróny vo všetkých smeroch súčasne rozptyľujú dopadajúce a vyžarujú vlastné röntgenové žiarenie rovnakej vlnovej dĺžky, aj keď rôznej intenzity. Intenzita rozptýleného žiarenia súvisí s atómovým číslom prvku, keďže atómové číslo sa rovná počtu orbitálnych elektrónov, ktoré sa môžu podieľať na rozptyle. (Túto závislosť intenzity od atómového čísla rozptylového prvku a od smeru, v ktorom sa intenzita meria, charakterizuje faktor atómového rozptylu, ktorý zohráva mimoriadne dôležitú úlohu pri analýze štruktúry kryštálov.) vyberte v kryštálovej štruktúre lineárny reťazec atómov umiestnených v rovnakej vzdialenosti od seba a zvážte ich difrakčný obraz. Už bolo poznamenané, že röntgenové spektrum pozostáva zo súvislej časti ("kontinuum") a súboru intenzívnejších čiar charakteristických pre prvok, ktorým je materiál anódy. Povedzme, že sme odfiltrovali spojité spektrum a dostali sme takmer monochromatický röntgenový lúč nasmerovaný na náš lineárny reťazec atómov. Podmienka zosilnenia (zosilňujúca interferencia) je splnená, ak je rozdiel medzi dráhami vĺn rozptýlených susednými atómami násobkom vlnovej dĺžky. Ak lúč dopadá pod uhlom a0 na čiaru atómov oddelených intervalmi a (perióda), potom pre difrakčný uhol a sa dráhový rozdiel zodpovedajúci zisku zapíše ako a(cos a - cosa0) = hl, kde l je vlnová dĺžka a h je celé číslo (obr. 4 a 5).

Na rozšírenie tohto prístupu na trojrozmerný kryštál je len potrebné vybrať rady atómov v dvoch ďalších smeroch v kryštáli a vyriešiť takto získané tri rovnice spoločne pre tri kryštálové osi s periódami a, b a c. Ďalšie dve rovnice sú

Toto sú tri základné Laueove rovnice pre röntgenovú difrakciu, pričom čísla h, k a c sú Millerovými indexmi pre difrakčnú rovinu.
pozri tiež KRYŠTÁLY A KRYŠTALOGRAFIA. Ak vezmeme do úvahy niektorú z Laueových rovníc, napríklad prvú, môžeme si všimnúť, že keďže a, a0, l sú konštanty a h = 0, 1, 2, ..., jej riešenie možno znázorniť ako množinu kužeľov s spoločná os a (obr. . 5). To isté platí pre smery b a c. Vo všeobecnom prípade trojrozmerného rozptylu (difrakcie) musia mať tri Laueove rovnice spoločné riešenie, t.j. tri difrakčné kužele umiestnené na každej z osí sa musia pretínať; spoločná priesečník je znázornený na obr. 6. Spoločné riešenie rovníc vedie k Bragg-Wulfovmu zákonu:

l = 2(d/n)sinq, kde d je vzdialenosť medzi rovinami s indexmi h, k a c (perióda), n = 1, 2, ... sú celé čísla (poradie difrakcie) a q je uhol tvorený dopadajúcim lúčom (ako aj difrakciou) s rovinou kryštálu, v ktorej k difrakcii dochádza. Analýzou rovnice Braggovho - Wolfeho zákona pre jediný kryštál umiestnený v dráhe monochromatického röntgenového lúča môžeme konštatovať, že difrakciu nie je ľahké pozorovať, pretože l a q sú pevné a sinq METÓDY DIFRAKČNEJ ANALÝZY
Laueho metóda. Laueho metóda využíva spojité „biele“ spektrum röntgenových lúčov, ktoré smeruje na stacionárny monokryštál. Pre konkrétnu hodnotu periódy d sa z celého spektra automaticky vyberie vlnová dĺžka zodpovedajúca Bragg-Wulfovej podmienke. Takto získané Laueove vzory umožňujú posúdiť smery difraktovaných lúčov a následne aj orientáciu kryštálových rovín, čo tiež umožňuje vyvodiť dôležité závery o symetrii, orientácii kryštálu a prítomnosti nedostatkov v ňom. V tomto prípade sa však stráca informácia o priestorovej perióde d. Na obr. 7 ukazuje príklad lauegramu. Röntgenový film bol umiestnený na opačnej strane kryštálu, než na ktorú dopadal röntgenový lúč zo zdroja.

Debye-Scherrerova metóda (pre polykryštalické vzorky). Na rozdiel od predchádzajúcej metódy sa tu používa monochromatické žiarenie (l = const) a uhol q je rôzny. To sa dosiahne použitím polykryštalickej vzorky pozostávajúcej z mnohých malých kryštálov náhodnej orientácie, medzi ktorými sú také, ktoré spĺňajú Bragg-Wulfovu podmienku. Difraktované lúče tvoria kužele, ktorých os smeruje pozdĺž röntgenového lúča. Na zobrazovanie sa zvyčajne používa úzky pás röntgenového filmu vo valcovej kazete a röntgenové lúče sa šíria pozdĺž priemeru cez otvory vo filme. Takto získaný debyegram (obr. 8) obsahuje presné informácie o období d, t.j. o štruktúre kryštálu, ale neudáva informácie, ktoré Lauegram obsahuje. Preto sa obe metódy navzájom dopĺňajú. Pozrime sa na niektoré aplikácie Debye-Scherrerovej metódy.

Identifikácia chemických prvkov a zlúčenín. Z uhla q určeného z debyegramu možno vypočítať medzirovinnú vzdialenosť d charakteristickú pre daný prvok alebo zlúčeninu. V súčasnosti je zostavených veľa tabuliek hodnôt d, ktoré umožňujú identifikovať nielen jeden alebo iný chemický prvok alebo zlúčeninu, ale aj rôzne fázové stavy tej istej látky, čo nie vždy poskytuje chemickú analýzu. Zo závislosti periódy d na koncentrácii je možné s vysokou presnosťou určiť aj obsah druhej zložky v substitučných zliatinách.
Stresová analýza. Z nameraného rozdielu medzirovinných vzdialeností pre rôzne smery v kryštáloch, pri znalosti modulu pružnosti materiálu, je možné s vysokou presnosťou vypočítať malé napätia v ňom.
Štúdie preferenčnej orientácie v kryštáloch. Ak malé kryštály v polykryštalickej vzorke nie sú úplne náhodne orientované, potom budú mať prstence na debyegrame rôznu intenzitu. V prítomnosti výraznej preferovanej orientácie sú maximá intenzity sústredené v jednotlivých bodoch na obrázku, ktorý sa stáva podobným obrázku pre jeden kryštál. Napríklad pri hlbokom valcovaní za studena získava plech textúru - výraznú orientáciu kryštalitov. Podľa debaygramu možno posúdiť charakter spracovania materiálu za studena.
Štúdium veľkosti zŕn. Ak je veľkosť zŕn polykryštálu väčšia ako 10-3 cm, potom budú čiary na debyegrame pozostávať z jednotlivých škvŕn, pretože v tomto prípade počet kryštalitov nestačí na pokrytie celého rozsahu hodnôt uhlov. q. Ak je veľkosť kryštalitu menšia ako 10-5 cm, potom sa difrakčné čiary rozšíria. Ich šírka je nepriamo úmerná veľkosti kryštalitov. K rozšíreniu dochádza z rovnakého dôvodu, ako zníženie počtu štrbín znižuje rozlíšenie difrakčnej mriežky. Röntgenové žiarenie umožňuje určiť veľkosti zŕn v rozmedzí 10-7-10-6 cm.
Metódy pre monokryštály. Aby difrakcia kryštálom poskytla informácie nielen o priestorovej perióde, ale aj o orientácii každého súboru difrakčných rovín, používajú sa metódy rotujúceho monokryštálu. Na kryštál dopadá monochromatický röntgenový lúč. Kryštál sa otáča okolo hlavnej osi, pre ktorú sú splnené Laueove rovnice. V tomto prípade sa zmení uhol q, ktorý je zahrnutý vo vzorci Bragg-Wulf. Difrakčné maximá sa nachádzajú v priesečníku Laueových difrakčných kužeľov s valcovou plochou filmu (obr. 9). Výsledkom je difrakčný obrazec typu znázorneného na obr. 10. Komplikácie sú však možné kvôli prekrývaniu rôznych rádov difrakcie v jednom bode. Spôsob je možné výrazne zlepšiť, ak sa súčasne s rotáciou kryštálu určitým spôsobom pohybuje aj fólia.

Štúdie kvapalín a plynov. Je známe, že kvapaliny, plyny a amorfné telesá nemajú správnu kryštálovú štruktúru. Ale aj tu existuje medzi atómami v molekulách chemická väzba, vďaka ktorej vzdialenosť medzi nimi zostáva takmer konštantná, hoci samotné molekuly sú náhodne orientované v priestore. Takéto materiály tiež poskytujú difrakčný obrazec s relatívne malým počtom rozmazaných maxím. Spracovanie takéhoto obrazu modernými metódami umožňuje získať informácie o štruktúre aj takýchto nekryštalických materiálov.
SPEKTROCHEMICKÁ RTG ANALÝZA
Niekoľko rokov po objavení röntgenového žiarenia Ch.Barkla (1877-1944) zistil, že pri pôsobení vysokoenergetického röntgenového toku na látku vzniká sekundárne fluorescenčné röntgenové žiarenie, ktoré je charakteristické pre prvok v štúdiu. Krátko nato G. Moseley v sérii svojich experimentov zmeral vlnové dĺžky primárneho charakteristického röntgenového žiarenia získaného bombardovaním rôznych prvkov elektrónmi a odvodil vzťah medzi vlnovou dĺžkou a atómovým číslom. Tieto experimenty a Braggov vynález röntgenového spektrometra položili základ pre spektrochemickú röntgenovú analýzu. Okamžite boli rozpoznané možnosti röntgenových lúčov pre chemickú analýzu. Spektrografy boli vytvorené s registráciou na fotografickej platni, v ktorej skúmaná vzorka slúžila ako anóda röntgenovej trubice. Žiaľ, táto technika sa ukázala ako veľmi pracná, a preto sa používala len vtedy, keď boli bežné metódy chemickej analýzy nepoužiteľné. Výnimočným príkladom inovatívneho výskumu v oblasti analytickej röntgenovej spektroskopie bol objav nového prvku hafnia v roku 1923 G. Hevesym a D. Costerom. Vývoj vysokovýkonných röntgenových trubíc pre rádiografiu a citlivých detektorov pre rádiochemické merania počas 2. svetovej vojny vo veľkej miere prispel k rýchlemu rastu röntgenovej spektrografie v nasledujúcich rokoch. Táto metóda sa rozšírila vďaka rýchlosti, pohodliu, nedeštruktívnej povahe analýzy a možnosti úplnej alebo čiastočnej automatizácie. Je použiteľný v problémoch kvantitatívnej a kvalitatívnej analýzy všetkých prvkov s atómovým číslom väčším ako 11 (sodík). A hoci sa röntgenová spektrochemická analýza zvyčajne používa na stanovenie kritických zložiek vo vzorke (od 0,1 do 100 %), v niektorých prípadoch je vhodná pre koncentrácie 0,005 % a dokonca aj nižšie.
Röntgenový spektrometer. Moderný röntgenový spektrometer pozostáva z troch hlavných systémov (obr. 11): excitačných systémov, t.j. röntgenová trubica s anódou vyrobenou z volfrámu alebo iného žiaruvzdorného materiálu a napájacím zdrojom; analytické systémy, t.j. kryštál analyzátora s dvoma viacštrbinovými kolimátormi, ako aj spektrogoniometer na jemné nastavenie; a registračné systémy s Geigerovým alebo proporcionálnym alebo scintilačným počítačom, ako aj s usmerňovačom, zosilňovačom, čítačmi a zapisovačom alebo iným záznamovým zariadením.

Röntgenová fluorescenčná analýza. Analyzovaná vzorka sa nachádza v dráhe vzrušujúcich röntgenových lúčov. Oblasť skúmanej vzorky je zvyčajne izolovaná maskou s otvorom požadovaného priemeru a žiarenie prechádza cez kolimátor, ktorý vytvára paralelný lúč. Za kryštálom analyzátora vyžaruje štrbinový kolimátor difraktované žiarenie pre detektor. Zvyčajne je maximálny uhol q obmedzený na 80–85°, takže iba röntgenové lúče, ktorých vlnová dĺžka l súvisí s medzirovinnou vzdialenosťou d pomocou nerovnosti l, sa môžu difraktovať na kryštáli analyzátora. Röntgenová mikroanalýza. Vyššie opísaný kryštálový spektrometer plochého analyzátora možno prispôsobiť na mikroanalýzu. To sa dosiahne zúžením buď primárneho rôntgenového lúča alebo sekundárneho lúča emitovaného vzorkou. Zníženie efektívnej veľkosti vzorky alebo apertúry žiarenia však vedie k zníženiu intenzity zaznamenaného difraktovaného žiarenia. Zlepšenie tejto metódy je možné dosiahnuť použitím zakriveného kryštálového spektrometra, ktorý umožňuje registrovať kužeľ divergentného žiarenia a nielen žiarenie rovnobežné s osou kolimátora. Pomocou takéhoto spektrometra je možné identifikovať častice menšie ako 25 µm. Ešte väčšie zmenšenie veľkosti analyzovanej vzorky je dosiahnuté v mikroanalyzátore röntgenovej elektrónovej sondy, ktorý vynašiel R. Kasten. Tu je charakteristická röntgenová emisia vzorky excitovaná vysoko zaostreným elektrónovým lúčom, ktorý je potom analyzovaný spektrometrom s ohnutými kryštálmi. Pomocou takéhoto prístroja je možné vo vzorke s priemerom 1 μm detegovať množstvá látky rádovo 10–14 g. Boli vyvinuté aj inštalácie so skenovaním vzorky elektrónovým lúčom, pomocou ktorých je možné získať dvojrozmerný obrazec rozloženia na vzorke prvku, ktorého charakteristické žiarenie je naladené na spektrometer.
LEKÁRSKA RTG DIAGNOSTIKA
Vývoj röntgenovej technológie výrazne skrátil expozičný čas a zlepšil kvalitu snímok, čo umožňuje študovať aj mäkké tkanivá.
Fluorografia. Táto diagnostická metóda spočíva vo fotografovaní tieňového obrazu z priesvitného plátna. Pacient sa umiestni medzi zdroj röntgenového žiarenia a plochú obrazovku z fosforu (zvyčajne jodidu cézneho), ktorý pri vystavení röntgenovému žiareniu svieti. Biologické tkanivá rôzneho stupňa hustoty vytvárajú tiene röntgenového žiarenia s rôznym stupňom intenzity. Rádiológ skúma tieňový obraz na fluorescenčnej obrazovke a stanoví diagnózu. V minulosti sa rádiológ pri analýze obrazu spoliehal na víziu. Teraz existujú rôzne systémy, ktoré obraz zosilňujú, zobrazujú na televíznej obrazovke alebo zaznamenávajú dáta do pamäte počítača.
Rádiografia. Záznam röntgenového obrazu priamo na fotografický film sa nazýva rádiografia. V tomto prípade sa skúmaný orgán nachádza medzi zdrojom röntgenového žiarenia a filmom, ktorý zachytáva informácie o stave orgánu v danom čase. Opakovaná rádiografia umožňuje posúdiť jej ďalší vývoj. Rádiografia vám umožňuje veľmi presne preskúmať integritu kostného tkaniva, ktoré pozostáva hlavne z vápnika a je nepriehľadné pre röntgenové lúče, ako aj pretrhnutia svalového tkaniva. S jeho pomocou sa lepšie ako fonendoskopom alebo počúvaním analyzuje stav pľúc v prípade zápalu, tuberkulózy alebo prítomnosti tekutiny. Pomocou rádiografie sa určuje veľkosť a tvar srdca, ako aj dynamika jeho zmien u pacientov trpiacich srdcovým ochorením.
kontrastné látky.Časti tela a dutiny jednotlivých orgánov, ktoré sú pre röntgenové lúče priehľadné, sa stanú viditeľnými, ak sa naplnia kontrastnou látkou, ktorá je pre telo neškodná, ale umožňuje vizualizáciu tvaru vnútorných orgánov a kontrolu ich funkcie. Pacient buď užíva kontrastné látky perorálne (ako napríklad soli bária pri štúdiu gastrointestinálneho traktu), alebo sa podávajú intravenózne (ako napríklad roztoky obsahujúce jód pri štúdiu obličiek a močových ciest). V posledných rokoch však tieto metódy vytlačili diagnostické metódy založené na použití rádioaktívnych atómov a ultrazvuku.
CT vyšetrenie. V 70. rokoch bola vyvinutá nová metóda röntgenovej diagnostiky, založená na kompletnej fotografii tela alebo jeho častí. Obrazy tenkých vrstiev ("plátky") spracuje počítač a konečný obraz sa zobrazí na obrazovke monitora. Táto metóda sa nazýva počítačová röntgenová tomografia. Je široko používaný v modernej medicíne na diagnostiku infiltrátov, nádorov a iných porúch mozgu, ako aj na diagnostiku ochorení mäkkých tkanív vo vnútri tela. Táto technika nevyžaduje zavádzanie cudzích kontrastných látok, a preto je rýchlejšia a účinnejšia ako tradičné techniky.
BIOLOGICKÉ PÔSOBENIE RTG ŽIARENIA
Škodlivý biologický účinok röntgenového žiarenia objavil krátko po jeho objavení Roentgen. Ukázalo sa, že nové žiarenie môže spôsobiť niečo ako ťažké spálenie od slnka (erytém), sprevádzané však hlbším a trvalejším poškodením kože. Objavujúce sa vredy sa často zmenili na rakovinu. V mnohých prípadoch museli byť prsty alebo ruky amputované. Boli aj úmrtia. Zistilo sa, že kožným léziám sa možno vyhnúť znížením času expozície a dávky, použitím tienenia (napr. olova) a diaľkových ovládačov. Postupne sa však odhalili ďalšie, dlhodobejšie účinky vystavenia röntgenovému žiareniu, ktoré sa potom potvrdili a študovali na pokusných zvieratách. Účinky v dôsledku pôsobenia röntgenového žiarenia, ako aj iného ionizujúceho žiarenia (ako je gama žiarenie emitované rádioaktívnymi materiálmi) zahŕňajú: 1) dočasné zmeny v zložení krvi po relatívne malom nadmernom ožiarení; 2) nezvratné zmeny v zložení krvi (hemolytická anémia) po dlhšej nadmernej expozícii; 3) zvýšenie výskytu rakoviny (vrátane leukémie); 4) rýchlejšie starnutie a skorá smrť; 5) výskyt šedého zákalu. Okrem toho biologické pokusy na myšiach, králikoch a muchách (Drosophila) ukázali, že aj malé dávky systematického ožarovania veľkých populácií v dôsledku zvýšenia rýchlosti mutácií vedú k škodlivým genetickým účinkom. Väčšina genetikov uznáva použiteľnosť týchto údajov na ľudský organizmus. Čo sa týka biologického účinku röntgenového žiarenia na ľudský organizmus, je daný úrovňou dávky žiarenia, ako aj tým, ktorý konkrétny orgán tela bol žiareniu vystavený. Ochorenia krvi sú napríklad spôsobené ožiarením krvotvorných orgánov, hlavne kostnej drene, a genetickými následkami - ožiarením pohlavných orgánov, ktoré môže viesť aj k sterilite. Nahromadenie poznatkov o účinkoch röntgenového žiarenia na ľudský organizmus viedlo k vypracovaniu národných a medzinárodných noriem pre prípustné dávky žiarenia, publikovaných v rôznych referenčných publikáciách. Okrem röntgenových lúčov, ktoré sú ľuďmi cielene využívané, existuje aj takzvané rozptýlené, bočné žiarenie, ktoré vzniká z rôznych príčin, napríklad v dôsledku rozptylu v dôsledku nedokonalosti olovenej ochrannej clony, ktorá nie je úplne absorbovať toto žiarenie. Okrem toho mnohé elektrické zariadenia, ktoré nie sú určené na produkciu röntgenového žiarenia, napriek tomu vytvárajú röntgenové lúče ako vedľajší produkt. Medzi takéto zariadenia patria elektrónové mikroskopy, vysokonapäťové usmerňovacie lampy (kenotróny), ako aj kineskopy zastaraných farebných televízorov. Výroba moderných farebných kineskopov v mnohých krajinách je teraz pod kontrolou vlády.
NEBEZPEČNÉ FAKTORY RTG ŽIARENIA
Druhy a stupeň nebezpečenstva ožiarenia ľudí röntgenovým žiarením závisia od kontingentu ľudí vystavených žiareniu.
Profesionáli pracujúci s röntgenovým zariadením. Do tejto kategórie patria rádiológovia, zubári, ako aj vedeckí a technickí pracovníci a personál, ktorý udržiava a používa röntgenové zariadenia. Prijímajú sa účinné opatrenia na zníženie úrovne radiácie, s ktorou sa musia vysporiadať.
pacientov. Neexistujú tu žiadne prísne kritériá a bezpečnú úroveň žiarenia, ktorú pacienti počas liečby dostávajú, určujú ošetrujúci lekári. Lekárom sa odporúča, aby zbytočne nevystavovali pacientov röntgenovému žiareniu. Osobitná opatrnosť je potrebná pri vyšetrovaní tehotných žien a detí. V tomto prípade sa prijímajú špeciálne opatrenia.
Kontrolné metódy. Má to tri aspekty:
1) dostupnosť primeraného vybavenia, 2) dodržiavanie bezpečnostných predpisov, 3) správne používanie vybavenia. Pri röntgenovom vyšetrení by mala byť žiareniu vystavená len požadovaná oblasť, či už ide o zubné vyšetrenie alebo vyšetrenie pľúc. Všimnite si, že ihneď po vypnutí röntgenového prístroja zmizne primárne aj sekundárne žiarenie; nedochádza ani k zvyškovému žiareniu, ktoré nie vždy vedia ani tí, ktorí sú s ním vo svojej práci priamo spojení.
pozri tiež
ŠTRUKTÚRA ATÓMU;

Nemeckého vedca Wilhelma Conrada Roentgena možno právom považovať za zakladateľa rádiografie a objaviteľa kľúčových vlastností röntgenového žiarenia.

Potom, v roku 1895, ani len netušil o šírke použitia a popularite ním objaveného röntgenového žiarenia, hoci už vtedy vyvolalo vo svete vedy široký ohlas.

Je nepravdepodobné, že by vynálezca mohol tušiť, aký úžitok alebo škodu prinesie ovocie jeho činnosti. Dnes sa však pokúsime zistiť, aký vplyv má tento druh žiarenia na ľudské telo.

• Röntgenové žiarenie je obdarené obrovskou prenikavou silou, ktorá však závisí od vlnovej dĺžky a hustoty ožarovaného materiálu;
• pod vplyvom žiarenia začnú niektoré predmety svietiť;
• röntgen ovplyvňuje živé bytosti;
• vďaka röntgenovému žiareniu začnú prebiehať niektoré biochemické reakcie;
• Röntgenový lúč môže odoberať elektróny z niektorých atómov a tým ich ionizovať.

Aj samotnému vynálezcovi išlo v prvom rade o otázku, čo presne sú lúče, ktoré objavil.

Po celej sérii experimentálnych štúdií vedec zistil, že röntgenové lúče sú stredné vlny medzi ultrafialovým a gama žiarením, ktorých dĺžka je 10 -8 cm.

Vlastnosti röntgenového lúča, ktoré sú uvedené vyššie, majú deštruktívne vlastnosti, ale to nebráni ich použitiu na užitočné účely.

Kde teda v modernom svete možno použiť röntgenové lúče?

1. Môžu byť použité na štúdium vlastností mnohých molekúl a kryštalických útvarov.
2. Na detekciu chýb, to znamená na kontrolu defektov priemyselných dielov a zariadení.
3. V medicínskom priemysle a terapeutickom výskume.

Vďaka krátkym dĺžkam celého rozsahu týchto vĺn a ich jedinečným vlastnostiam bola možná najdôležitejšia aplikácia žiarenia objaveného Wilhelmom Roentgenom.

Keďže téma nášho článku je obmedzená na vplyv röntgenových lúčov na ľudské telo, ktoré sa s nimi stretáva iba pri návšteve nemocnice, budeme brať do úvahy iba túto oblasť použitia.

Vedec, ktorý vynašiel röntgenové lúče, z nich urobil neoceniteľný dar pre celú populáciu Zeme, pretože svojho potomka si nedal patentovať na ďalšie využitie.

Od prvej svetovej vojny zachránili prenosné röntgenové prístroje stovky zranených životov. Dnes majú röntgenové lúče dve hlavné aplikácie:

1. Diagnóza s tým.

Röntgenová diagnostika sa používa v rôznych možnostiach:

• Röntgenové žiarenie alebo presvetlenie;
• röntgen alebo fotografia;
• fluorografická štúdia;
• tomografia pomocou röntgenových lúčov.

Teraz musíme pochopiť, ako sa tieto metódy navzájom líšia:

1. Prvá metóda predpokladá, že subjekt sa nachádza medzi špeciálnou obrazovkou s fluorescenčnou vlastnosťou a röntgenovou trubicou. Lekár na základe individuálnych charakteristík vyberie potrebnú silu lúčov a na obrazovke dostane obraz kostí a vnútorných orgánov.
2. Pri druhej metóde sa pacient umiestni na špeciálny röntgenový film v kazete. V tomto prípade je zariadenie umiestnené nad osobou. Táto technika umožňuje získať obrázok v negatíve, ale s jemnejšími detailmi ako pri skiaskopii.
3. Hromadné vyšetrenia populácie na pľúcne ochorenia umožňujú fluorografiu. V čase zákroku sa obraz prenesie z veľkého monitora na špeciálny film.
4. Tomografia vám umožňuje získať obrázky vnútorných orgánov v niekoľkých sekciách. Urobí sa celý rad snímok, ktoré sa ďalej označujú ako tomogram.
5. Ak k predchádzajúcej metóde pripojíte pomoc počítača, špecializované programy vytvoria úplný obraz vytvorený pomocou röntgenového skenera.

Všetky tieto metódy diagnostiky zdravotných problémov sú založené na jedinečnej vlastnosti röntgenového žiarenia rozsvietiť fotografický film. Zároveň je rozdielna penetračná schopnosť inertných a iných tkanív nášho tela, čo je zobrazené na obrázku.

Po objavení ďalšej vlastnosti röntgenového žiarenia ovplyvňovať tkanivá z biologického hľadiska sa táto vlastnosť začala aktívne využívať v terapii nádorov.

Bunky, najmä zhubné, sa veľmi rýchlo delia a ionizačná vlastnosť žiarenia priaznivo ovplyvňuje terapeutickú terapiu a spomaľuje rast nádoru.

No druhou stranou mince je negatívny vplyv röntgenových lúčov na bunky krvotvorného, ​​endokrinného a imunitného systému, ktoré sa tiež rýchlo delia. V dôsledku negatívneho vplyvu röntgenového žiarenia sa prejavuje choroba z ožiarenia.

Vplyv röntgenových lúčov na ľudské telo

Doslova okamžite po takom hlasnom objave vo vedeckom svete sa zistilo, že röntgenové lúče môžu ovplyvniť ľudské telo:

1. V priebehu výskumu vlastností röntgenových lúčov sa ukázalo, že sú schopné spôsobiť popáleniny na koži. Veľmi podobné termickým. Hĺbka lézie však bola oveľa väčšia ako domáce zranenia a horšie sa hojili. Mnohí vedci zaoberajúci sa týmito zákernými žiareniami prišli o prsty.
2. Pokusom a omylom sa zistilo, že ak skrátite čas a vinič obdarovania, môžete sa vyhnúť popáleninám. Neskôr sa začali používať olovené obrazovky a diaľková metóda ožarovania pacientov.
3. Dlhodobá perspektíva škodlivosti lúčov ukazuje, že zmeny v zložení krvi po ožiarení vedú k leukémii a predčasnému starnutiu.
4. Stupeň závažnosti vplyvu röntgenových lúčov na ľudské telo priamo závisí od ožiareného orgánu. Takže pri röntgenových snímkach malej panvy môže dôjsť k neplodnosti a pri diagnostike hematopoetických orgánov - krvných ochorení.
5. Dokonca aj tie najnevýznamnejšie expozície, ale počas dlhého časového obdobia, môžu viesť k zmenám na genetickej úrovni.

Samozrejme, všetky štúdie boli vykonané na zvieratách, ale vedci dokázali, že patologické zmeny sa budú týkať aj ľudí.

DÔLEŽITÉ! Na základe získaných údajov boli vypracované štandardy röntgenovej expozície, ktoré sú jednotné na celom svete.

Dávky röntgenových lúčov na diagnostiku

Pravdepodobne každý, kto odchádza z ordinácie po röntgene, sa pýta, ako tento zákrok ovplyvní jeho budúce zdravie?

Radiačná záťaž v prírode tiež existuje a stretávame sa s ňou denne. Aby sme ľahšie pochopili, ako röntgenové lúče ovplyvňujú naše telo, porovnávame tento postup s prirodzeným prijatým žiarením:

• na röntgenovom snímku hrudníka dostane osoba dávku žiarenia ekvivalentnú 10 dňom expozície pozadia a žalúdok alebo črevá - 3 roky;
• tomogram brušnej dutiny alebo celého tela na počítači - ekvivalent 3 rokov žiarenia;
• vyšetrenie na RTG hrudníka - 3 mesiace;
• končatiny sú ožarované prakticky bez poškodenia zdravia;
• zubný röntgen vďaka presnému smeru lúča lúča a minimálnej dobe expozície tiež nie je nebezpečný.

DÔLEŽITÉ! Napriek tomu, že uvedené údaje, akokoľvek odstrašujúco znie, spĺňajú medzinárodné požiadavky. Pacient má však plné právo požiadať o dodatočné prostriedky ochrany v prípade silného strachu o svoje blaho.

Každý z nás sa stretáva s röntgenovým vyšetrením a nie raz. Jednou kategóriou ľudí mimo predpísaných procedúr sú však tehotné ženy.

Faktom je, že röntgenové lúče mimoriadne ovplyvňujú zdravie nenarodeného dieťaťa. Tieto vlny môžu spôsobiť vnútromaternicové malformácie v dôsledku účinku na chromozómy.

DÔLEŽITÉ! Najnebezpečnejším obdobím pre röntgenové lúče je tehotenstvo pred 16. týždňom. Počas tohto obdobia sú najzraniteľnejšie panvové, brušné a vertebrálne oblasti dieťaťa.

Keďže lekári na celom svete vedia o tejto negatívnej vlastnosti röntgenových lúčov, snažia sa vyhnúť ich predpisovaniu tehotným ženám.

Existujú však aj iné zdroje žiarenia, s ktorými sa tehotná žena môže stretnúť:

• mikroskopy poháňané elektrinou;
• farebné TV monitory.

Tie, ktoré sa pripravujú stať sa matkou, si musia uvedomiť nebezpečenstvo, ktoré na ne čaká. Počas laktácie röntgenové lúče nepredstavujú hrozbu pre telo dojčiacej matky a dieťaťa.

A čo po röntgene?

Dokonca aj tie najmenšie účinky röntgenového žiarenia možno minimalizovať dodržaním niekoľkých jednoduchých odporúčaní:

• ihneď po procedúre vypite mlieko. Ako viete, je schopný odstrániť žiarenie;
• suché biele víno alebo hroznová šťava má rovnaké vlastnosti;
• najprv je žiaduce jesť viac potravín obsahujúcich jód.

DÔLEŽITÉ! Po návšteve röntgenovej miestnosti by ste sa nemali uchýliť k žiadnym lekárskym postupom ani používať lekárske metódy.

Bez ohľadu na to, aké negatívne sú vlastnosti raz objavených röntgenových lúčov, výhody ich použitia ďaleko prevažujú nad škodou. V lekárskych zariadeniach sa postup presvetlenia vykonáva rýchlo as minimálnymi dávkami.

V roku 1895 objavil nemecký fyzik W. Roentgen nový, dovtedy neznámy typ elektromagnetického žiarenia, ktorý dostal na počesť svojho objaviteľa názov röntgenové. W. Roentgen sa stal autorom svojho objavu ako 50-ročný, zastával post rektora univerzity vo Würzburgu a mal povesť jedného z najlepších experimentátorov svojej doby. Jedným z prvých, ktorí našli technickú aplikáciu pre Roentgenov objav, bol Američan Edison. Vytvoril šikovnú demonštračnú aparatúru a už v máji 1896 zorganizoval v New Yorku röntgenovú výstavu, kde si návštevníci mohli pozrieť vlastnú ruku na svietiacom plátne. Po tom, čo Edisonov asistent zomrel na ťažké popáleniny, ktoré utrpel pri neustálych demonštráciách, vynálezca zastavil ďalšie experimenty s röntgenovými lúčmi.

Röntgenové žiarenie sa začalo používať v medicíne pre jeho vysokú prenikavú silu. Spočiatku sa röntgenové lúče používali na vyšetrenie zlomenín kostí a lokalizáciu cudzích telies v ľudskom tele. V súčasnosti existuje niekoľko metód založených na röntgenových lúčoch. Ale tieto metódy majú svoje nevýhody: žiarenie môže spôsobiť hlboké poškodenie kože. Objavujúce sa vredy sa často zmenili na rakovinu. V mnohých prípadoch museli byť prsty alebo ruky amputované. Fluoroskopia(synonymum translucencia) je jednou z hlavných metód RTG vyšetrenia, ktoré spočíva v získaní plošného pozitívneho obrazu skúmaného objektu na priesvitnom (fluorescenčnom) plátne. Počas skiaskopie je subjekt medzi priesvitnou obrazovkou a röntgenovou trubicou. Na moderných röntgenových priesvitných obrazovkách sa obraz objaví v momente zapnutia röntgenovej trubice a zmizne ihneď po jej vypnutí. Fluoroskopia umožňuje študovať funkciu orgánu - pulzáciu srdca, dýchacie pohyby rebier, pľúc, bránice, peristaltiku tráviaceho traktu atď. Fluoroskopia sa využíva pri liečbe ochorení žalúdka, tráviaceho traktu, dvanástnika, ochorení pečene, žlčníka a žlčových ciest. Lekárska sonda a manipulátory sú zároveň zavedené bez poškodenia tkaniva a akcie počas operácie sú kontrolované skiaskopiou a sú viditeľné na monitore.
Rádiografia - metóda RTG diagnostiky s registráciou fixného obrazu na fotocitlivom materiáli - špeciálna. fotografický film (röntgenový film) alebo fotografický papier s následným spracovaním fotografie; Pri digitálnej rádiografii je obraz fixovaný v pamäti počítača. Vykonáva sa na RTG diagnostických prístrojoch – stacionárnych, inštalovaných v špeciálne vybavených RTG miestnostiach, alebo mobilných a prenosných – pri lôžku pacienta alebo na operačnej sále. Na röntgenových snímkach sú prvky štruktúr rôznych orgánov zobrazené oveľa jasnejšie ako na fluorescenčnej obrazovke. Rádiografia sa vykonáva s cieľom odhaliť a predchádzať rôznym chorobám, jej hlavným cieľom je pomôcť lekárom rôznych špecialít správne a rýchlo stanoviť diagnózu. Röntgenová snímka zachytáva stav orgánu alebo tkaniva iba v čase expozície. Jediný röntgenový snímok však zachytáva iba anatomické zmeny v určitom okamihu, dáva statiku procesu; prostredníctvom série röntgenových snímok zhotovených v určitých intervaloch je možné študovať dynamiku procesu, to znamená funkčné zmeny. Tomografia. Slovo tomografia možno preložiť z gréčtiny ako výrez obrazu. To znamená, že účelom tomografie je získať vrstvený obraz vnútornej štruktúry predmetu štúdia. Počítačová tomografia sa vyznačuje vysokým rozlíšením, ktoré umožňuje rozlíšiť jemné zmeny v mäkkých tkanivách. CT umožňuje odhaliť také patologické procesy, ktoré nie je možné zistiť inými metódami. Okrem toho použitie CT umožňuje znížiť dávku röntgenového žiarenia, ktoré pacienti dostanú počas diagnostického procesu.
Fluorografia- diagnostická metóda, ktorá umožňuje získať obraz orgánov a tkanív, bola vyvinutá na konci 20. storočia, rok po objavení röntgenových lúčov. Na obrázkoch vidieť sklerózu, fibrózu, cudzie predmety, novotvary, zápaly, ktoré majú vyvinutý stupeň, prítomnosť plynov a infiltrátov v dutinách, abscesy, cysty a pod. Najčastejšie sa vykonáva röntgenové vyšetrenie hrudníka, ktoré umožňuje odhaliť tuberkulózu, malígny nádor v pľúcach alebo hrudníku a iné patológie.
Röntgenová terapia- Ide o modernú metódu, s ktorou sa vykonáva liečba určitých patológií kĺbov. Hlavné smery liečby ortopedických ochorení touto metódou sú: Chronické. Zápalové procesy kĺbov (artritída, polyartritída); Degeneratívne (osteoartritída, osteochondróza, deformujúca sa spondylóza). Účel rádioterapie je inhibícia vitálnej aktivity buniek patologicky zmenených tkanív alebo ich úplná deštrukcia. Pri nenádorových ochoreniach je röntgenová terapia zameraná na potlačenie zápalovej reakcie, inhibíciu proliferatívnych procesov, zníženie citlivosti na bolesť a sekrečnú aktivitu žliaz. Treba mať na pamäti, že najcitlivejšie na röntgenové žiarenie sú pohlavné žľazy, krvotvorné orgány, leukocyty a bunky malígnych nádorov. Dávka žiarenia sa v každom prípade určuje individuálne.

Za objav röntgenového žiarenia dostal Roentgen v roku 1901 prvú Nobelovu cenu za fyziku a Nobelov výbor zdôraznil praktický význam jeho objavu.
Röntgenové žiarenie je teda neviditeľné elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou 105 - 102 nm. Röntgenové lúče môžu preniknúť do niektorých materiálov, ktoré sú nepriepustné pre viditeľné svetlo. Vyžarujú sa pri spomaľovaní rýchlych elektrónov v hmote (kontinuálne spektrum) a pri prechodoch elektrónov z vonkajších elektrónových obalov atómu do vnútorných (lineárne spektrum). Zdrojmi röntgenového žiarenia sú: RTG trubica, niektoré rádioaktívne izotopy, urýchľovače a akumulátory elektrónov (synchrotrónové žiarenie). Prijímače - film, luminiscenčné obrazovky, detektory jadrového žiarenia. Röntgenové lúče sa používajú v röntgenovej difrakčnej analýze, medicíne, detekcii chýb, röntgenovej spektrálnej analýze atď.

Moderná medicína využíva mnoho lekárov na diagnostiku a terapiu. Niektoré z nich sa používajú relatívne nedávno, zatiaľ čo iné sa praktizujú viac ako tucet alebo dokonca stovky rokov. Pred sto desiatimi rokmi objavil William Conrad Roentgen úžasné röntgenové lúče, ktoré spôsobili významnú rezonanciu vo vedeckom a medicínskom svete. A teraz ich vo svojej praxi využívajú lekári na celej planéte. Témou nášho dnešného rozhovoru budú röntgeny v medicíne, ich aplikácii si rozoberieme trochu podrobnejšie.

Röntgenové lúče sú jednou z odrôd elektromagnetického žiarenia. Vyznačujú sa výraznými penetračnými vlastnosťami, ktoré závisia od vlnovej dĺžky žiarenia, ako aj od hustoty a hrúbky ožarovaných materiálov. Okrem toho môže röntgenové žiarenie spôsobiť žiaru množstva látok, pôsobiť na živé organizmy, ionizovať atómy a tiež katalyzovať niektoré fotochemické reakcie.

Využitie röntgenových lúčov v medicíne

K dnešnému dňu vlastnosti röntgenových lúčov umožňujú ich široké využitie v röntgenovej diagnostike a röntgenovej terapii.

Röntgenová diagnostika

Röntgenová diagnostika sa používa pri vykonávaní:

Röntgen (prenos);
- rádiografia (obrázok);
- fluorografia;
- Röntgen a počítačová tomografia.

Fluoroskopia

Na vykonanie takejto štúdie sa pacient musí umiestniť medzi röntgenovú trubicu a špeciálnu fluorescenčnú obrazovku. Špecializovaný rádiológ vyberie požadovanú tvrdosť röntgenových lúčov, pričom na obrazovke dostane obraz vnútorných orgánov, ako aj rebier.

Rádiografia

Pre túto štúdiu je pacient umiestnený na kazete obsahujúcej špeciálny film. Röntgenový prístroj je umiestnený priamo nad objektom. V dôsledku toho sa na filme objaví negatívny obraz vnútorných orgánov, ktorý obsahuje množstvo jemných detailov, detailnejších ako pri fluoroskopickom vyšetrení.

Fluorografia

Táto štúdia sa vykonáva počas masových lekárskych vyšetrení obyvateľstva, vrátane detekcie tuberkulózy. Zároveň sa na špeciálny film premieta obraz z veľkého plátna.

Tomografia

Pri vykonávaní tomografie pomáhajú počítačové lúče získať obrazy orgánov na niekoľkých miestach naraz: v špeciálne vybraných priečnych rezoch tkaniva. Táto séria röntgenových lúčov sa nazýva tomogram.

Počítačový tomogram

Takáto štúdia vám umožňuje zaregistrovať časti ľudského tela pomocou röntgenového skenera. Po zadaní údajov do počítača sa získa jeden obrázok v priereze.

Každá z uvedených diagnostických metód je založená na vlastnostiach röntgenového lúča na osvetlenie filmu, ako aj na skutočnosti, že ľudské tkanivá a kostná kostra sa líšia rôznou priepustnosťou pre svoje účinky.

Röntgenová terapia

Schopnosť röntgenového žiarenia ovplyvňovať tkanivá špeciálnym spôsobom sa využíva na liečbu nádorových formácií. Zároveň sú ionizačné vlastnosti tohto žiarenia obzvlášť aktívne viditeľné, keď sú vystavené bunkám, ktoré sú schopné rýchleho delenia. Práve tieto vlastnosti rozlišujú bunky malígnych onkologických formácií.

Je však potrebné poznamenať, že röntgenová terapia môže spôsobiť veľa závažných vedľajších účinkov. Takýto zásah agresívne ovplyvňuje stav hematopoetického, endokrinného a imunitného systému, ktorého bunky sa tiež veľmi rýchlo delia. Agresívny vplyv na ne môže spôsobiť príznaky choroby z ožiarenia.

Vplyv röntgenového žiarenia na človeka

Počas štúdia röntgenových lúčov lekári zistili, že môžu viesť k zmenám na koži, ktoré pripomínajú spálenie slnkom, no sú sprevádzané hlbším poškodením kože. Takéto vredy sa hoja veľmi dlho. Vedci zistili, že takýmto léziám sa možno vyhnúť znížením času a dávky žiarenia, ako aj použitím špeciálnych metód tienenia a diaľkového ovládania.

Agresívny vplyv röntgenového žiarenia sa môže prejaviť aj dlhodobo: dočasné alebo trvalé zmeny v zložení krvi, náchylnosť na leukémiu a skoré starnutie.

Účinok röntgenového žiarenia na človeka závisí od mnohých faktorov: od toho, ktorý orgán je ožarovaný a ako dlho. Ožarovanie hematopoetických orgánov môže viesť k krvným ochoreniam a vystavenie pohlavným orgánom môže viesť k neplodnosti.

Vykonávanie systematického ožarovania je spojené s vývojom genetických zmien v tele.

Skutočná škoda röntgenových lúčov v röntgenovej diagnostike

Počas vyšetrenia lekári používajú minimálne možné množstvo röntgenových lúčov. Všetky dávky žiarenia spĺňajú určité prijateľné normy a nemôžu poškodiť osobu. Röntgenová diagnostika predstavuje značné nebezpečenstvo len pre lekárov, ktorí ju vykonávajú. A potom moderné metódy ochrany pomáhajú znižovať agresivitu lúčov na minimum.

Medzi najbezpečnejšie metódy rádiodiagnostiky patrí rádiografia končatín, ako aj röntgenové vyšetrenie zubov. Na ďalšom mieste tohto hodnotenia je mamografia, nasleduje počítačová tomografia a po nej je rádiografia.

Aby použitie röntgenových lúčov v medicíne prinieslo človeku iba úžitok, je potrebné vykonať výskum s ich pomocou len podľa indikácií.

V roku 1895 nemecký fyzik Roentgen pri pokusoch o prechode prúdu medzi dvoma elektródami vo vákuu zistil, že tienidlo pokryté luminiscenčnou látkou (bária soľ) žiari, hoci výbojka je uzavretá čiernym kartónovým tienidlom - takto bolo objavené žiarenie, ktoré preniká cez nepriehľadné bariéry, nazývané röntgenové lúče. Zistilo sa, že röntgenové lúče, pre človeka neviditeľné, sú absorbované v nepriehľadných predmetoch tým silnejšie, čím väčšie je atómové číslo (hustota) bariéry, takže röntgenové lúče ľahko prechádzajú mäkkými tkanivami ľudského tela, ale sú zadržané pri kostiach kostry. Boli navrhnuté zdroje výkonných röntgenových lúčov, ktoré umožnili presvitať kovové časti a nájsť v nich vnútorné defekty.

Nemecký fyzik Laue navrhol, že röntgenové lúče sú rovnaké elektromagnetické žiarenie ako viditeľné svetelné lúče, ale s kratšou vlnovou dĺžkou a platia pre ne všetky zákony optiky, vrátane difrakcie. V optike viditeľného svetla možno difrakciu na elementárnej úrovni znázorniť ako odraz svetla od sústavy drážok - difrakčnej mriežky, vyskytujúcej sa len pod určitými uhlami, pričom uhol odrazu lúčov súvisí s uhlom dopadu, vzdialenosť medzi drážkami difrakčnej mriežky a vlnovou dĺžkou dopadajúceho žiarenia. Pre difrakciu je potrebné, aby vzdialenosť medzi ťahmi bola približne rovná vlnovej dĺžke dopadajúceho svetla.

Laue navrhol, že röntgenové lúče majú vlnovú dĺžku blízku vzdialenosti medzi jednotlivými atómami v kryštáloch, t.j. atómy v kryštáli vytvárajú difrakčnú mriežku pre röntgenové lúče. Röntgenové lúče nasmerované na povrch kryštálu sa odrážali na fotografickej doske, ako to predpovedala teória.

Akékoľvek zmeny v polohe atómov ovplyvňujú difrakčný obrazec a štúdiom difrakcie röntgenových lúčov je možné zistiť usporiadanie atómov v kryštáli a zmenu tohto usporiadania pri akýchkoľvek fyzikálnych, chemických a mechanických vplyvoch na kryštál. .

Teraz sa röntgenová analýza používa v mnohých oblastiach vedy a techniky, s jej pomocou sa naučili usporiadanie atómov v existujúcich materiáloch a vytvorili nové materiály s danou štruktúrou a vlastnosťami. Nedávne pokroky v tejto oblasti (nanomateriály, amorfné kovy, kompozitné materiály) vytvárajú pole pôsobnosti pre ďalšie vedecké generácie.

Výskyt a vlastnosti röntgenového žiarenia

Zdrojom röntgenového žiarenia je röntgenová trubica, ktorá má dve elektródy – katódu a anódu. Keď sa katóda zahrieva, dochádza k emisii elektrónov, elektróny emitované z katódy sú urýchľované elektrickým poľom a dopadajú na povrch anódy. Röntgenová trubica sa od bežnej rádiovej lampy (diódy) odlišuje najmä vyšším urýchľovacím napätím (viac ako 1 kV).

Keď elektrón vyletí z katódy, elektrické pole ho prinúti letieť smerom k anóde, pričom jeho rýchlosť sa neustále zvyšuje, elektrón nesie magnetické pole, ktorého sila rastie s rýchlosťou elektrónu. Po dosiahnutí povrchu anódy sa elektrón prudko spomalí a vznikne elektromagnetický impulz s vlnovými dĺžkami v určitom rozsahu (bremsstrahlung). Rozloženie intenzity žiarenia na vlnových dĺžkach závisí od materiálu anódy rtg trubice a aplikovaného napätia, pričom na strane krátkych vĺn začína táto krivka s určitou prahovou minimálnou vlnovou dĺžkou, ktorá závisí od použitého napätia. Súbor lúčov so všetkými možnými vlnovými dĺžkami tvorí spojité spektrum a vlnová dĺžka zodpovedajúca maximálnej intenzite je 1,5-násobok minimálnej vlnovej dĺžky.

So zvyšujúcim sa napätím sa röntgenové spektrum dramaticky mení v dôsledku interakcie atómov s vysokoenergetickými elektrónmi a kvantami primárneho röntgenového žiarenia. Atóm obsahuje vnútorné elektrónové obaly (energetické hladiny), ktorých počet závisí od atómového čísla (označuje sa písmenami K, L, M atď.) Elektróny a primárne röntgenové lúče vyraďujú elektróny z jednej energetickej hladiny na druhú. . Vzniká metastabilný stav a na prechod do stabilného stavu je nutný skok elektrónov v opačnom smere. Tento skok je sprevádzaný uvoľnením kvanta energie a objavením sa röntgenových lúčov. Na rozdiel od röntgenového žiarenia so spojitým spektrom má toto žiarenie veľmi úzky rozsah vlnových dĺžok a vysokú intenzitu (charakteristické žiarenie) ( cm. ryža.). Počet atómov, ktoré určujú intenzitu charakteristického žiarenia, je veľmi veľký, napríklad pre röntgenovú trubicu s medenou anódou pri napätí 1 kV, prúd 15 mA, 10 14–10 15 atómov dáva charakteristiku žiarenia po dobu 1 s. Táto hodnota sa vypočíta ako pomer celkového výkonu röntgenového žiarenia k energii röntgenového kvanta z K-plášťa (K-séria röntgenového charakteristického žiarenia). Celkový výkon röntgenového žiarenia je v tomto prípade len 0,1 % spotrebovaného výkonu, zvyšok sa stráca najmä prechodom do tepla.

Charakteristické röntgenové žiarenie je vďaka svojej vysokej intenzite a úzkemu rozsahu vlnových dĺžok hlavným typom žiarenia používaného vo vedeckom výskume a riadení procesov. Súčasne s lúčmi série K sa generujú lúče série L a M, ktoré majú oveľa dlhšie vlnové dĺžky, ale ich použitie je obmedzené. Séria K má dve zložky s blízkymi vlnovými dĺžkami a a b, pričom intenzita zložky b je 5-krát menšia ako a. A-zložka sa zase vyznačuje dvoma veľmi blízkymi vlnovými dĺžkami, pričom intenzita jednej z nich je 2-krát väčšia ako druhá. Na získanie žiarenia s jednou vlnovou dĺžkou (monochromatické žiarenie) boli vyvinuté špeciálne metódy, ktoré využívajú závislosť absorpcie a difrakcie röntgenového žiarenia od vlnovej dĺžky. Zvýšenie atómového čísla prvku je spojené so zmenou charakteristík elektrónových obalov a čím väčšie je atómové číslo materiálu anódy röntgenovej trubice, tým kratšia je vlnová dĺžka série K. Najpoužívanejšie elektrónky s anódami z prvkov s atómovými číslami od 24 do 42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) a vlnovými dĺžkami od 2,29 do 0,712 A (0,229 - 0,712 nm).

Okrem röntgenovej trubice môžu byť zdrojom röntgenového žiarenia aj rádioaktívne izotopy, niektoré môžu priamo vyžarovať röntgenové lúče, iné vyžarujú elektróny a a-častice, ktoré generujú röntgenové žiarenie pri bombardovaní kovových cieľov. Intenzita röntgenového žiarenia rádioaktívnych zdrojov je zvyčajne oveľa menšia ako intenzita röntgenovej trubice (s výnimkou rádioaktívneho kobaltu, ktorý sa používa na detekciu defektov a poskytuje žiarenie veľmi malej vlnovej dĺžky - g-žiarenie), sú malé rozmery a nevyžadujú elektrickú energiu. Synchrotrónové röntgenové lúče vznikajú v elektrónových urýchľovačoch, vlnová dĺžka tohto žiarenia je oveľa väčšia ako tá získaná v röntgenových trubiciach (mäkké röntgenové lúče), jeho intenzita je o niekoľko rádov vyššia ako intenzita röntgenových trubíc. Existujú aj prirodzené zdroje röntgenového žiarenia. Rádioaktívne nečistoty boli nájdené v mnohých mineráloch a bolo zaznamenané röntgenové žiarenie z vesmírnych objektov vrátane hviezd.

Interakcia röntgenových lúčov s kryštálmi

Pri röntgenovom štúdiu materiálov s kryštalickou štruktúrou sa analyzujú interferenčné obrazce vyplývajúce z rozptylu röntgenového žiarenia elektrónmi patriacimi k atómom kryštálovej mriežky. Atómy sa považujú za nehybné, ich tepelné vibrácie sa neberú do úvahy a všetky elektróny toho istého atómu sa považujú za sústredené v jednom bode - uzle kryštálovej mriežky.

Na odvodenie základných rovníc röntgenovej difrakcie v kryštáli sa uvažuje s interferenciou lúčov rozptýlených atómami umiestnenými pozdĺž priamky v kryštálovej mriežke. Na tieto atómy dopadá rovinná vlna monochromatického röntgenového žiarenia pod uhlom, ktorého kosínus sa rovná 0 . Zákony interferencie lúčov rozptýlených atómami sú podobné tým, ktoré existujú pre difrakčnú mriežku, ktorá rozptyľuje svetelné žiarenie vo viditeľnom rozsahu vlnových dĺžok. Aby sa amplitúdy všetkých vibrácií sčítali vo veľkej vzdialenosti od atómového radu, je potrebné a postačujúce, aby rozdiel v dráhe lúčov vychádzajúcich z každej dvojice susedných atómov obsahoval celé číslo vlnových dĺžok. Keď je vzdialenosť medzi atómami a tento stav vyzera takto:

a(a – a0) = h l ,

kde a je kosínus uhla medzi atómovým radom a vychýleným lúčom, h- celé číslo. Vo všetkých smeroch, ktoré nespĺňajú túto rovnicu, sa lúče nešíria. Rozptýlené lúče teda tvoria sústavu koaxiálnych kužeľov, ktorých spoločnou osou je atómový rad. Stopy kužeľov v rovine rovnobežnej s radom atómov sú hyperboly a v rovine kolmej na rad kruhy.

Keď lúče dopadajú pod konštantným uhlom, polychromatické (biele) žiarenie sa rozkladá na spektrum lúčov vychýlených pod pevnými uhlami. Atómový rad je teda spektrograf pre röntgenové lúče.

Zovšeobecnenie na dvojrozmernú (plochú) atómovú mriežku a potom na trojrozmernú objemovú (priestorovú) kryštálovú mriežku dáva ďalšie dve podobné rovnice, ktoré zahŕňajú uhly dopadu a odrazu röntgenových lúčov a vzdialenosti medzi atómami v troch pokyny. Tieto rovnice sa nazývajú Laueove rovnice a sú základom röntgenovej difrakčnej analýzy.

Amplitúdy lúčov odrazených od rovnobežných atómových rovín sa sčítavajú a od r počet atómov je veľmi veľký, odrazené žiarenie sa dá experimentálne fixovať. Podmienka odrazu je opísaná Wulffovou-Braggovou rovnicou2d sinq = nl, kde d je vzdialenosť medzi susednými atómovými rovinami, q je uhol pohľadu medzi smerom dopadajúceho lúča a týmito rovinami v kryštáli, l je röntgenové žiarenie. vlnová dĺžka a n je celé číslo nazývané poradie odrazu. Uhol q je uhol dopadu vzhľadom na atómové roviny, ktoré sa nemusia nevyhnutne zhodovať v smere s povrchom skúmanej vzorky.

Bolo vyvinutých niekoľko metód röntgenovej difrakčnej analýzy s použitím žiarenia so spojitým spektrom a monochromatického žiarenia. V tomto prípade môže byť skúmaný objekt stacionárny alebo rotačný, môže pozostávať z jedného kryštálu (jednokryštál) alebo viacerých (polykryštál), difraktované žiarenie môže byť zaznamenané pomocou plochého alebo valcového röntgenového filmu alebo pohyblivého röntgenového detektora. po obvode sa však vo všetkých prípadoch pri experimente a interpretácii výsledkov používa Wulf-Braggova rovnica.

Röntgenová analýza vo vede a technike

S objavom röntgenovej difrakcie majú výskumníci k dispozícii metódu, ktorá im umožňuje študovať usporiadanie jednotlivých atómov a zmeny tohto usporiadania pod vonkajšími vplyvmi bez mikroskopu.

Hlavnou aplikáciou röntgenového žiarenia v základnej vede je štrukturálna analýza, t.j. stanovenie priestorového usporiadania jednotlivých atómov v kryštáli. Na tento účel sa pestujú jednotlivé kryštály a vykonáva sa röntgenová analýza, pričom sa študuje umiestnenie aj intenzita odrazov. Teraz boli určené štruktúry nielen kovov, ale aj zložitých organických látok, v ktorých elementárne bunky obsahujú tisíce atómov.

V mineralógii sa röntgenovou analýzou určili štruktúry tisícok minerálov a vytvorili sa expresné metódy analýzy nerastných surovín.

Kovy majú pomerne jednoduchú kryštálovú štruktúru a röntgenová metóda umožňuje študovať jej zmeny pri rôznych technologických úpravách a vytvárať fyzikálne základy nových technológií.

Fázové zloženie zliatin je určené usporiadaním čiar na röntgenových obrazcoch, počet, veľkosť a tvar kryštálov je určený ich šírkou, orientácia kryštálov (textúra) je určená rozložením intenzity v difrakčný kužeľ.

Tieto techniky sa používajú na štúdium procesov pri plastickej deformácii, vrátane drvenia kryštálov, výskytu vnútorných napätí a nedokonalostí v kryštálovej štruktúre (dislokácie). Pri zahrievaní deformovaných materiálov sa študuje uvoľnenie napätia a rast kryštálov (rekryštalizácia).

Pri röntgenovej analýze zliatin sa určuje zloženie a koncentrácia tuhých roztokov. Keď sa objaví tuhý roztok, medziatómové vzdialenosti a následne aj vzdialenosti medzi atómovými rovinami sa menia. Tieto zmeny sú malé, preto boli vyvinuté špeciálne presné metódy na meranie periód kryštálovej mriežky s presnosťou o dva rády vyššou, ako je presnosť merania konvenčnými röntgenovými metódami výskumu. Kombinácia presných meraní periód kryštálovej mriežky a fázovej analýzy umožňuje vykresliť hranice fázových oblastí do stavového diagramu. Röntgenovou metódou možno detegovať aj medzistavy medzi tuhými roztokmi a chemickými zlúčeninami - usporiadané tuhé roztoky, v ktorých atómy nečistôt nie sú usporiadané náhodne, ako v tuhých roztokoch, a zároveň nie v trojrozmernom usporiadaní, ako je to v prípade chemických látok. zlúčeniny. Na röntgenových obrazcoch usporiadaných tuhých roztokov sú ďalšie čiary; interpretácia röntgenových obrazcov ukazuje, že atómy nečistôt zaberajú určité miesta v kryštálovej mriežke, napríklad vo vrcholoch kocky.

Počas kalenia zliatiny, ktorá neprechádza fázovými premenami, môže dôjsť k presýtenému tuhému roztoku a pri ďalšom zahrievaní alebo dokonca udržiavaní pri teplote miestnosti sa tuhý roztok rozkladá za uvoľňovania častíc chemickej zlúčeniny. Toto je účinok starnutia a prejavuje sa na röntgenových snímkach ako zmena polohy a šírky čiar. Štúdium starnutia je dôležité najmä pre neželezné zliatiny, napríklad starnutie premieňa mäkkú, tvrdenú hliníkovú zliatinu na odolný konštrukčný materiál, dural.

Najväčší technologický význam majú röntgenové štúdie tepelného spracovania ocele. Pri kalení (rýchlom ochladzovaní) ocele dochádza k bezdifúznemu fázovému prechodu austenit-martenzit, ktorý vedie k zmene štruktúry z kubickej na tetragonálnu, t.j. základná bunka má tvar pravouhlého hranola. Na röntgenových snímkach sa to javí ako rozšírenie čiar a oddelenie niektorých čiar na dve časti. Príčinou tohto efektu je nielen zmena kryštálovej štruktúry, ale aj výskyt veľkých vnútorných napätí v dôsledku termodynamickej nerovnováhy martenzitickej štruktúry a rýchleho ochladzovania. Počas popúšťania (ohrievanie kalenej ocele) sa čiary na röntgenových obrazcoch zužujú, je to spôsobené návratom do rovnovážnej štruktúry.

V posledných rokoch nadobudli veľký význam röntgenové štúdie spracovania materiálov s koncentrovanými energetickými tokmi (laserové lúče, rázové vlny, neutróny a elektrónové impulzy), ktoré si vyžadovali nové techniky a priniesli nové röntgenové efekty. Napríklad pôsobením laserových lúčov na kovy dochádza k zahrievaniu a ochladzovaniu tak rýchlo, že v kove po ochladení kryštály stihnú narásť len do veľkosti niekoľkých jednotkových buniek (nanokryštálov) alebo sa nestihnú sformovať. vôbec. Takýto kov po ochladení vyzerá ako obyčajný, ale na röntgenovom obrazci nedáva jasné čiary a odrazené röntgenové lúče sú rozložené v celom rozsahu uhlov pohľadu.

Po ožiarení neutrónmi sa na röntgenových obrazcoch objavia ďalšie škvrny (difúzne maximá). Rádioaktívny rozpad tiež spôsobuje špecifické röntgenové účinky spojené so zmenou štruktúry, ako aj skutočnosť, že skúmaná vzorka sa sama stáva zdrojom röntgenového žiarenia.