X線は何に影響しますか？ X線の発見と応用の歴史

における大きな役割 現代医学 X 線を再生します。X 線の発見の歴史は 19 世紀にまでさかのぼります。

X線は、電子が関与して生成される電磁波です。 荷電粒子の強い加速により、人工X線が作成されます。 それは特別な装置を通過します：

• X線管;
• 粒子加速器。

発見の歴史

これらの光線は、ドイツの科学者レントゲンによって 1895 年に発明されました。彼は、陰極線管を扱っているときに、シアン化バリウム プラチナの蛍光効果を発見しました。 次に、そのような光線と、体の組織に浸透する驚くべき能力についての説明がありました。 光線はX線（X線）と呼ばれるようになりました。 ロシアでは後にX線と呼ばれるようになりました。

X線は壁を通り抜けることもできます。 そこでレントゲンは、自分が医学の分野で最大の発見をしたことに気づきました。 その時から、放射線学や放射線学など、科学の別のセクションが形成され始めました。

光線は軟部組織を貫通できますが、遅延します。その長さは、硬い表面の障害物によって決まります。 軟部組織人体では皮膚で、硬いのは骨です。 1901年、科学者は賞を受賞しました ノーベル賞.

しかし、ヴィルヘルム・コンラッド・レントゲンが発見される前から、他の科学者も同様の話題に興味を持っていました。 1853 年、フランスの物理学者アントワーヌ フィリバー メイソンは、ガラス管内の電極間の高電圧放電を研究しました。 低圧でそれに含まれるガスは赤みを帯びた輝きを放ち始めました。 チューブから余分なガスを排出すると、グローが崩壊し、個々の発光層の複雑なシーケンスになり、その色相はガスの量に依存しました。

1878 年、ウィリアム クルックス (イギリスの物理学者) は、管のガラス面に光線が衝突することで蛍光が発生することを示唆しました。 しかし、これらの研究はすべてどこにも公開されていなかったため、レントゲンはそのような発見について知りませんでした. 1895年に彼の発見が科学雑誌に掲載された後、科学者は、すべての物体はこれらの光線に対して透過的であると書いていますが、程度はまったく異なりますが、他の科学者は同様の実験に興味を持つようになりました. 彼らはレントゲンの発明を確認し、X線のさらなる開発と改良が始まりました。

ヴィルヘルム・レントゲン自身は、1896 年と 1897 年に X 線に関するさらに 2 つの科学論文を発表し、その後、他の活動を始めました。 したがって、何人かの科学者が X 線を発明しましたが、この主題に関する科学論文を発表したのはレントゲンでした。

イメージングの原則

この放射線の特徴は、その外観の性質によって決まります。 放射線は電磁波によって発生します。 主なプロパティは次のとおりです。

1. 反射。 波が表面に垂直に当たると、反射しません。 場合によっては、ダイヤモンドに反射の特性があります。
2. 組織に浸透する能力。 さらに、光線は、木材、紙などの不透明な表面を通過することができます。
3. 吸収性。 吸収は材料の密度に依存します。密度が高いほど、X 線が吸収します。
4. 一部の物質は蛍光を発します。つまり、光ります。 放射線が止まるとすぐに、グローも消えます。 光線の作用が停止した後も続く場合、この効果はリン光と呼ばれます。
5. X 線は、可視光と同じように写真フィルムを照らすことができます。
6. ビームが空気中を通過すると、大気中で電離が起こります。 この状態は導電性と呼ばれ、放射線量の割合を設定する線量計を使用して決定されます。

放射線 - 害と利益

この発見がなされたとき、物理学者のレントゲンは自分の発明がどれほど危険なものであるか想像さえできませんでした。 昔は、放射線を発生するすべての装置が完璧とは言えず、その結果、大量の放射線が放出されました。 人々はそのような放射線の危険性を理解していませんでした。 一部の科学者は、X線の危険性についてのバージョンを提出しましたが.

組織に浸透するX線は、組織に生物学的影響を与えます。 放射線量の測定単位は 1 時間あたりのレントゲンです。 主な影響は、組織内にあるイオン化原子にあります。 これらの光線は、生細胞の DNA 構造に直接作用します。 制御されていない放射線の影響には次のようなものがあります。

• 細胞突然変異;
• 腫瘍の出現;
• 放射線火傷;
• 放射線病。

X線検査の禁忌：

1. 患者は危篤状態にある。
2. 胎児への悪影響による妊娠期間。
3. 出血または開放性気胸のある患者。

X 線の仕組みと使用場所

1. 医学で。 X 線診断は、体内の特定の障害を識別するために、生体組織を半透明にするために使用されます。 X線治療は、腫瘍形成を排除するために行われます。
2. 科学で。 物質の構造やX線の性質が明らかになります。 これらの問題は、化学、生化学、結晶学などの科学によって扱われます。
3. 業界で。 金属製品の違反を検出します。
4. 人口の安全のために。 荷物をスキャンするために、空港やその他の公共の場所に X 線ビームが設置されています。

X線放射の医療利用。 X 線は、次の目的で医学および歯科で広く使用されています。

1. 病気の診断に。
2. 代謝プロセスのモニタリング用。
3. 多くの病気の治療に。

医療目的での X 線の使用

骨折の検出に加えて、X 線が広く使用されています。 薬用. X 線の特殊な用途は、次の目標を達成することです。

1. がん細胞を破壊する。
2. 腫瘍のサイズを小さくする。
3. 痛みを軽減する。

たとえば、内分泌疾患に使用される放射性ヨウ素は、がんにも積極的に使用されています。 甲状腺、したがって、多くの人々がこれを取り除くのを助けます 恐ろしい病気. 現在、X線はコンピューターに接続されて複雑な病気を診断しており、その結果、次のような最新の研究方法が出現しています。 CTスキャンおよび計算された軸方向断層撮影。

このようなスキャンは、人の内臓を示すカラー画像を医師に提供します。 仕事を特定するには 内臓少量の放射線で十分です。 また 幅広い用途 X線は理学療法でも発見されました。

X線の基本的な性質

1. 貫通能力。 すべての物体は X 線に対して透明であり、透明度は物体の厚さに依存します。 ビームが臓器の機能、骨折の存在を検出するために医学で使用され始めたのは、この特性のおかげです。 異物体内で。
2. 彼らはいくつかのオブジェクトの輝きを引き起こすことができます. 例えば、ダンボールにバリウムとプラチナを塗布すると、ビームスキャニングを通過すると黄緑色に光ります。 X 線管球と画面の間に手を入れると、光は組織よりも骨に多く浸透するため、骨組織が画面上で最も明るく輝き、筋肉組織の明るさは低くなります。
3. アクション・オン・フィルム。 X 線は、光と同じようにフィルムを暗くすることができるため、対象物を X 線で検査したときに得られる影側を撮影することができます。
4. X線はガスをイオン化できます。 これにより、光線を見つけるだけでなく、ガス中のイオン化電流を測定することでその強度を明らかにすることができます。
5. それらは生物の体に生化学的な影響を与えます。 この特性のおかげで、X 線は医学に広く応用されています。 皮膚疾患そして内臓の病気。 この場合、放射線の所望の線量および放射線の持続時間が選択される。 そのような治療の長期的かつ過度の使用は、体に非常に有害で有害です.

X線の使用の結果、多くの人命が救われました。 X線は、タイムリーに病気を診断するだけでなく、 放射線治療甲状腺機能亢進症から始まり、 悪性腫瘍骨組織。

X線放射は電磁波で表されます。 X 線放射の波長は、100 ～ 10-3 nm です。 電磁波の特別なスケールによると、X線はガンマ線とUVの間に位置しています。 X 線は、ノーベル賞受賞者の K. レントゲンのおかげで、19 世紀の終わりに登場しました。

簡単な情報

X線の性質は1895年に認められました。 歴史によると、X 線の特性の発見は、物理学者 V. K. レントゲンに属しています。 このような発見は、人類に X 線を医療に利用する機会を与えた歴史の突破口でした。 それは人体に一定の影響を与えます。 このような発見は、すべての医学の未来の発展に計り知れない貢献をしたことに注意する必要があります。

このような放射線は、対応する電磁波を持ち、その長さは 100 から 10-3 nm です。 短波放射は長波放射とオーバーラップし、その逆も同様です。

集光に関しては、最大40％の放射を反射できる多層ミラーが使用されています。 ほとんどの場合、人体への放射線は過酷な影響をもたらします。 ただし、凹面鏡があり、光学鏡に似ていますが、X線を反射する皿の外側部分があり、ソフトな効果があります。 フォーカシングは、体への過酷な影響を防ぐのに役立つ重要な役割を果たします。

X 線は、対応するチューブで受信されます。 チューブは、高真空を含む特殊なガラス製フラスコです。 チューブには電極、つまりK（カソード）とA（アノード）が装備されており、高電圧が接続されています。 陰極は電子の供給源であり、陽極は傾斜面を備えた金属棒です。 そのような構造は、その特性が熱伝導性である材料を有する。 それらは電子衝撃の瞬間に形成されます。 面取りされた端にはタングステン金属プレートが装備されています。

X 線放射には、天然 (放射性同位体) と人工 (チューブ) の独自の放射源があります。 チューブには真空と 2 つの電極が含まれています。 電子はカソードによって加熱され、電界によってかなりの速度が得られます。 これらの電子の使用のおかげで、X 線放射は真空中の物質と相互作用します。 その結果、そのような放射線には主に2つのタイプがあります。

X線の種類:

• 特性;
• ブレーキ。

すべての電子のエネルギーの約 1% が光線に変換されます。 残りのエネルギーは熱流束の形で出てきます。 アノードの作用面が耐火材料を使用して作られるのは、この目的のためである。

特性放射線

陽極原子が制動放射とともに陰極電子と接触すると、X線が形成され、その範囲は別々の線になります。 このような放射線、すなわち特性 X 線放射線には、特別な起源があります。

簡単な言葉で、カソード電子が原子に渡されます。 空のスペースは、上部シェルにあった電子で満たされるため、放射率を計算できます。 これには、特性 X 線放射と呼ばれる一連の周波数が含まれています。

モーズリーの法則は、特性の研究のスペクトル線の周波数を化学元素の数と組み合わせることができる特定の法則です。 法律の発見は、G.モーズリーのおかげで1913年に行われました。 このような発見は、周期表のすべての元素が正しく配置されていることの明確な証拠であり、物理的な意味の導出に貢献しました。

モーズリーの法則は、特性範囲が光スペクトルに固有の周期的パターンを検出できないことを示しています。 簡単に言えば、モーズリーは、表内の元素の配置に重要な役割を果たした特性放射線範囲を使用する際に、化学元素の数を決定するのに役立ちます。

制動放射

電子が特定の媒体内を移動すると、速度が低下します。 負の加速度があります。 陽極での電子の減速中に発生する放射線は、制動放射と呼ばれます。 その特性は、特殊な要因に基づいて決定されます。

• 放射は特定の量子で発生し、そのエネルギーは式の周波数に関連しています。
• アノードに到達する電子のエネルギーは次のようになります。
• エネルギーは物質に伝達され、加熱されます。

弱体化の法則

物質は、次の 2 つの方法で物質と接触できます。

• 光電効果 - 光子の吸収;
• 散乱。

分散は次のとおりです。

• 弾力性またはコヒーレント。 このような散乱は、光子が原子のイオン化プロセスを実行するのに十分なエネルギーを持っていない場合に発生します。 コヒーレント散乱には、さまざまな移動方法の使用が含まれますが、エネルギーは変わりません。 そのため、このタイプの散乱はコヒーレントと呼ばれます。
• コンプトンまたはインコヒーレント散乱。 このタイプの散乱は、光子が内部イオン化エネルギー準位よりもはるかに大きなエネルギーを持っている場合に可能です。 このような散乱により、運動の方向が変わり、エネルギーが小さくなります。

X 線減衰の法則について少し説明しておく必要があります。 それが発生すると、X線の光電効果と散乱が発生し、放射線のビームが弱まります。 したがって、弱体化がありました。 減衰の法則の発見には、指数関数的な特徴があります。 特殊な原子による放射線の減衰には、相加性の特性があります。 たとえば、個々のコンポーネントの質量減衰係数を使用すると、より複雑な要素の質量減衰を見つけることができます。 この場合、適切な式を使用する必要があります。

この式を適用すると、3 つの項の和に等しい線形減弱係数の特徴を知ることができ、光電効果と散乱を知ることができます。 減衰係数の値は、放射範囲によって異なります。 減衰係数が計算される速度は、質量減衰係数の影響に依存します。これは、要素の密度に対する線形係数に等しくなります。 複雑な物質の係数を決定するには、化学式が必要です。

単色放射線

単色放射は結晶格子に当たり、回折し、伝播と散乱が発生します。 そのような光線は干渉する可能性があります。 ある波長の単色 X 線放射はグラファイトによって伝搬します。 この電磁放射は単一の周波数を持っています。

以下の方法で入手できます。

• 回折格子;
• レーザ;
• プリズムシステム;
• さまざまな光源;
• ガス放電ランプ。

アルファ線の特徴

アルファ線は、正に帯電した粒子からなる特定の流れであり、その移動速度は 20,000 km / s です。 アルファ線は、連続番号の大きい原子核の崩壊後に発生します。 流れのエネルギーは 2 ～ 11 MeV です。 アルファ粒子の脱出に関しては、すべてが物質の性質とその速度に依存します。

アルファ粒子は巨大でエネルギーがあり、イオン化を引き起こすことに注意することが重要です。

結果として生じるアルファ粒子のフラックス (X 線のフラックスではない) は、 悪影響人体に。 一枚の紙は、アルファ粒子が人間の皮膚を貫通できないように抑えることができます.

アルファ線は、アルファ線の放射に含まれる放射性物質が傷口から体に浸透するまで人体に危険を及ぼすことはありません。 アルファ線が空気や食べ物とともに人体に入ると、 深刻な危険健康。

受信機の種類

医学で利用可能なX線受信機にはいくつかの種類があります。

• 線量カウンター;
• 映画;
• 感光板;
• 蛍光スクリーン;
• 電子光コンバーター。

これらのレシーバーはそれぞれ、動作する範囲が異なるため、人体に異なる影響を与えます。 これらの受信機に基づいて、次の X 線検査方法が開発されました。

• 透視;
• レントゲン撮影;
• エレクトロラジオグラフィ;
• レントゲンデジタル;
• X 線テレビ透視。

人体への影響

医学におけるX線の多大な利点にもかかわらず、身体への影響は非常に深刻であることがわかっています. したがって、医療では特別な保護具を使用することが重要です。

X線後の人体：

• 放射線は皮膚の変化、治癒に非常に長い時間がかかる火傷を引き起こす可能性があります。
• X線の特性を考えると、研究による害、および赤外線、紫外線による害は、長期的な性質のものになる可能性があります. 例：老化率の増加、血液の組成の変化、白血病の発症リスク。
• 特別なX線保護はそのような損傷を避けるのに役立ちますので、鉛シールドとプロセスのリモートコントロールが必要になります。
• 結果は、どの臓器が放射線にさらされるか、および線量によって異なります。 たとえば、不妊症が現れることがあります。
• 体系的な曝露は遺伝子変異を引き起こします。

数多くの実験、研究のおかげで、専門家は適切な保護を準備し、放射線量の国際基準を策定することができました。

存在 以下の方法保護：

• 人員を節約できる特別な装置。
• 集団的保護、すなわち：モバイル、固定。
• 患者のための資金;
• 直接X線からの問題。

必要なすべての対策に従うことで、自分の健康を守ることができます。

各種放射線の特徴

放射線にはいくつかの種類があり、それぞれに特定の範囲の作用があります。

• 紫外線;
• 赤外線;
• X線。

赤外線は 3 1011 ～ 3.75 1014 Hz の範囲で動作することに注意してください。 ソースは体が温まる。 たとえば、赤外線放射は、ラジエーター、ストーブ、ヒーター、およびランプに見られます。 そのため、赤外線は熱と呼ばれることがよくあります。

紫外線は、特定の範囲、つまり 8 1014 ～ 3 1016 Hz で動作します。 紫外線は非常に高い化学活性を持っています。 Lne は目に見えないため、視覚的なイメージを引き起こす可能性があります。

X 線放射に関しては、その範囲は 3 1016 から 3 1020 Hz です。 結果は悲しいものになる可能性があるため、これらの光線の悪影響から身を守ることは非常に重要です！

X線放射
さまざまな程度ではあるが、すべての物質を透過できる目に見えない放射線。 X線とは、波長が約10-8cmの電磁波で、可視光線と同様に写真フィルムが黒くなる原因となります。 この特性は、医学、産業、および科学研究にとって非常に重要です。 研究対象の物体を通過してフィルムに当たると、X 線放射がその内部構造を描写します。 X 線放射の透過力は物質によって異なるため、X 線の透過性が低い部分は、X 線がよく透過する部分よりも写真に明るい領域を与えます。 そう、 骨組織皮膚や内臓を構成する組織よりも X 線に対する透過性が低くなります。 したがって、X線写真では、骨はより明るい領域として示され、放射線に対してより透明な骨折部位は非常に簡単に検出できます。 X 線イメージングは​​、歯科で歯の根元の虫歯や膿瘍を検出するためにも使用され、業界では鋳物、プラスチック、ゴムの亀裂を検出するためにも使用されます。 X 線は、化学では化合物を分析するために使用され、物理学では結晶の構造を研究するために使用されます。 化合物を通過する X 線ビームは、特徴的な二次放射を引き起こします。この二次放射の分光分析により、化学者は化合物の組成を決定することができます。 X線ビームが結晶物質に当たると、結晶の原子によって散乱され、写真乾板に明確で規則的な斑点や縞模様が現れ、結晶の内部構造を確立することができます。 がんの治療における X 線の使用は、X 線が人を殺すという事実に基づいています。 がん細胞. ただし、正常な細胞に望ましくない影響を与える可能性もあります。 したがって、X線のこの使用には細心の注意を払う必要があります。 X 線放射は、ドイツの物理学者 W. レントゲン (1845-1923) によって発見されました。 彼の名前は、この放射線に関連する他のいくつかの物理用語で不滅です。電離放射線の線量の国際単位はレントゲンと呼ばれます。 X 線装置で撮影した写真は X 線写真と呼ばれます。 X線を使って病気の診断や治療を行う放射線医学の分野を放射線学といいます。 レントゲンは 1895 年、ヴュルツブルク大学で物理学の教授を務めていたときに、放射線を発見しました。 陰極線（放電管内の電子の流れ）の実験を行っているときに、真空管自体は黒いボール紙で覆われているにもかかわらず、真空管の近くにある結晶バリウム シアノ白金で覆われたスクリーンが明るく光ることに気付きました。 レントゲンはさらに、彼が発見した未知の光線 (彼は X 線と呼んだ) の透過力が、吸収材料の組成に依存することを立証しました。 彼はまた、陰極線放電管とシアノ白金バリウムでコーティングされたスクリーンの間に手を置いて、自分の手の骨を撮影しました。 レントゲンの発見に続いて、この放射線を使用するための多くの新しい特性と可能性を発見した他の研究者による実験が行われました。 M. Laue、W. Friedrich、P. Knipping は、1912 年に X 線が結晶を通過する際の回折を実証しました。 1913 年に加熱陰極を備えた高真空 X 線管を発明した W. Coolidge。 G. Moseley は、1913 年に放射線の波長と元素の原子番号の関係を確立しました。 G. と L. Braggi は、X 線回折分析の基礎を開発したことで 1915 年にノーベル賞を受賞しました。
X線の取得
X線放射は、高速で移動する電子が物質と相互作用するときに発生します。 電子が物質の原子と衝突すると、それらはすぐに運動エネルギーを失います。 この場合、そのほとんどが熱に変換され、通常は 1% 未満のごく一部が X 線エネルギーに変換されます。 このエネルギーは量子の形で放出されます - エネルギーを持ちますが、静止質量がゼロの光子と呼ばれる粒子です。 X 線光子はエネルギーが異なり、波長に反比例します。 X線を取得する従来の方法では、X線スペクトルと呼ばれる広範囲の波長が取得されます。 スペクトルには、図に示すように顕著な成分が含まれています。 1. 広い「連続体」は、連続スペクトルまたは白色放射と呼ばれます。 それに重なる鋭いピークを特性X線輝線と呼びます。 スペクトル全体は電子と物質との衝突の結果ですが、その広い部分と線が現れるメカニズムは異なります。 物質は 多数それぞれの原子は、電子殻に囲まれた原子核を持ち、特定の元素の原子の殻にある各電子は、特定の離散エネルギー準位を占有します。 通常、これらの殻、またはエネルギー準位は、核に最も近い殻から始まる記号 K、L、M などで示されます。 十分に高いエネルギーの入射電子が、原子に結合している電子の 1 つと衝突すると、その電子は殻から叩き出されます。 空のスペースは、より高いエネルギーに対応するシェルからの別の電子によって占められています。 この後者は、X 線光子を放出することによって余分なエネルギーを放出します。 殻電子は離散的なエネルギー値を持つため、結果として得られる X 線光子も離散的なスペクトルを持ちます。 これは、特定の波長の鋭いピークに対応し、その特定の値はターゲット要素に依存します。 特徴的な線は、電子が取り除かれた殻 (K、L、または M) に応じて、K、L、および M シリーズを形成します。 X線の波長と原子番号の関係は、モーズリーの法則と呼ばれています（図2）。

これらは、X 線回折の 3 つの基本的なラウエ方程式であり、数値 h、k、および c は回折面のミラー インデックスです。
こちらもご覧ください結晶と結晶学。 ラウエ方程式のいずれか、たとえば最初の方程式を考えると、a、a0、l は定数であり、h = 0、1、2、... であるため、その解は円錐の集合として次のように表すことができます。共通軸 a (図 . 5)。 方向 b と c についても同様です。 3 次元散乱 (回折) の一般的なケースでは、3 つのラウエ方程式は 共通の決定、つまり 各軸にある 3 つの回折円錐が交差する必要があります。 共通の交線を図 1 に示します。 6. 方程式の同時解は、ブラッグ・ウルフの法則につながります。