Rayos X en medicina, aplicación. Historia del descubrimiento y campos de aplicación de la radiación de rayos X

RADIACION DE RAYOS X
Radiación invisible capaz de penetrar, aunque en diversos grados, en todas las sustancias. Es una radiación electromagnética con una longitud de onda del orden de 10-8 cm. Como la luz visible, los rayos X provocan el ennegrecimiento de la película fotográfica. Esta propiedad es importante para la medicina, la industria y la investigación científica. Al pasar a través del objeto en estudio y luego caer sobre la película fotográfica, la radiación de rayos X representa su estructura interna en él. Dado que el poder de penetración de la radiación de rayos X es diferente para diferentes materiales, las partes del objeto que son menos transparentes dan áreas más claras en la fotografía que aquellas a través de las cuales la radiación penetra bien. Por lo tanto, el tejido óseo es menos transparente a los rayos X que el tejido que forma la piel y los órganos internos. Por lo tanto, en la radiografía, los huesos se indicarán como áreas más claras y el sitio de la fractura, que es más transparente para la radiación, se puede detectar con bastante facilidad. Los rayos X también se utilizan en odontología para detectar caries y abscesos en las raíces de los dientes, y en la industria para detectar grietas en molduras, plásticos y gomas. Los rayos X se utilizan en química para analizar compuestos y en física para estudiar la estructura de los cristales. Un haz de rayos X que atraviesa un compuesto químico provoca una radiación secundaria característica, cuyo análisis espectroscópico permite al químico determinar la composición del compuesto. Al caer sobre una sustancia cristalina, el haz de rayos X es dispersado por los átomos del cristal, dando un patrón claro y correcto de manchas y rayas en la placa fotográfica, lo que permite establecer la estructura interna del cristal. El uso de rayos X en el tratamiento del cáncer se basa en el hecho de que destruye las células cancerosas. Sin embargo, también puede tener efectos indeseables en las células normales. Por lo tanto, se debe tener mucho cuidado al usar rayos X de esta manera. Los rayos X fueron descubiertos por el físico alemán W. Roentgen (1845-1923). Su nombre también está inmortalizado en algunos otros términos físicos asociados con esta radiación: los rayos X son la unidad internacional para la dosis de radiación ionizante; una imagen tomada en una máquina de rayos X se llama radiografía; el campo de la medicina radiológica, que utiliza rayos X para diagnosticar y tratar enfermedades, se llama radiología. Roentgen descubrió la radiación en 1895 cuando era profesor de física en la Universidad de Würzburg. Mientras experimentaba con rayos catódicos (corrientes de electrones en los tubos de descarga), notó que una pantalla ubicada cerca del tubo de vacío, cubierta con cianoplatinita de bario cristalino, brilla intensamente, aunque el tubo en sí está cubierto con cartón negro. Además, Roentgen descubrió que la capacidad de penetración de los rayos desconocidos que descubrió, a los que llamó rayos X, depende de la composición del material absorbente. También obtuvo una imagen de los huesos de su propia mano, colocándola entre un tubo de descarga con rayos catódicos y una pantalla recubierta con cianoplatinita de bario. El descubrimiento de Roentgen fue seguido por experimentos de otros investigadores que descubrieron muchas propiedades y aplicaciones nuevas de esta radiación. M. Laue, W. Friedrich y P. Knipping hicieron una gran contribución, quienes demostraron en 1912 la difracción de la radiación de rayos X cuando atraviesa un cristal; W. Coolidge, quien en 1913 inventó el tubo de rayos X de alto vacío con un cátodo calentado; G. Moseley, quien estableció en 1913 la relación entre la longitud de onda de la radiación y el número atómico de un elemento; G. y L. Braggi, quienes recibieron el Premio Nobel en 1915 por el desarrollo de los fundamentos del análisis estructural de rayos X.
OBTENCIÓN DE RADIACIÓN DE RAYOS X
La radiación de rayos X ocurre cuando los electrones que se mueven a altas velocidades interactúan con la materia. Cuando los electrones chocan con átomos de cualquier sustancia, rápidamente pierden su energía cinética. En este caso, la mayor parte se convierte en calor y una pequeña fracción, generalmente menos del 1%, se convierte en energía de rayos X. Esta energía se libera en forma de cuantos: partículas llamadas fotones que tienen energía pero cuya masa en reposo es cero. Los fotones de rayos X difieren en su energía, que es inversamente proporcional a su longitud de onda. El método de producción de rayos X convencional produce una amplia gama de longitudes de onda, lo que se conoce como espectro de rayos X. El espectro contiene componentes pronunciados, como se muestra en la Fig. 1. Un amplio "continuo" se denomina espectro continuo o radiación blanca. Los picos agudos que se superponen se denominan líneas de emisión de rayos X características. Aunque todo el espectro es el resultado de colisiones de electrones con la materia, los mecanismos para la aparición de su parte ancha y líneas son diferentes. La sustancia consta de una gran cantidad de átomos, cada uno de los cuales tiene un núcleo rodeado por capas de electrones, y cada electrón en la capa de un átomo de un elemento dado ocupa un cierto nivel de energía discreto. Por lo general, estas capas, o niveles de energía, se indican con los símbolos K, L, M, etc., comenzando por la capa más cercana al núcleo. Cuando un electrón incidente con una energía suficientemente alta choca con uno de los electrones unidos al átomo, golpea ese electrón fuera de su capa. El lugar vacío lo ocupa otro electrón de la capa, que corresponde a una gran energía. Este último cede el exceso de energía emitiendo un fotón de rayos X. Dado que los electrones de las capas tienen valores de energía discretos, los fotones de rayos X emergentes también tienen un espectro discreto. Esto corresponde a picos agudos para ciertas longitudes de onda, cuyos valores específicos dependen del elemento objetivo. Las líneas características forman las series K, L y M, dependiendo de qué capa (K, L o M) se eliminó el electrón. La relación entre la longitud de onda de los rayos X y el número atómico se llama ley de Moseley (Fig. 2).

Si un electrón golpea un núcleo relativamente pesado, entonces se desacelera y su energía cinética se libera en forma de un fotón de rayos X de aproximadamente la misma energía. Si pasa volando el núcleo, perderá solo una parte de su energía y el resto se transferirá a otros átomos que se crucen en su camino. Cada acto de pérdida de energía conduce a la emisión de un fotón con algo de energía. Aparece un espectro de rayos X continuo, cuyo límite superior corresponde a la energía del electrón más rápido. Este es el mecanismo para la formación de un espectro continuo, y la energía máxima (o longitud de onda mínima) que fija el límite del espectro continuo es proporcional al voltaje de aceleración, que determina la velocidad de los electrones incidentes. Las líneas espectrales caracterizan el material del objetivo bombardeado, y el espectro continuo está determinado por la energía del haz de electrones y es prácticamente independiente del material objetivo. Los rayos X se pueden obtener no solo mediante bombardeo de electrones, sino también irradiando el objetivo con rayos X de otra fuente. En este caso, sin embargo, la mayor parte de la energía del haz incidente pasa al espectro de rayos X característico, y una fracción muy pequeña de ella cae al espectro continuo. Evidentemente, el haz de rayos X incidente debe contener fotones, cuya energía sea suficiente para excitar las líneas características del elemento bombardeado. El alto porcentaje de energía en el espectro característico hace que este método de excitación de rayos X sea conveniente para la investigación científica.
Tubos de rayos X Para obtener radiación de rayos X debido a la interacción de los electrones con la materia, es necesario tener una fuente de electrones, medios para acelerarlos a altas velocidades y un objetivo que pueda resistir el bombardeo de electrones y producir rayos X de la intensidad requerida. El dispositivo que contiene todo esto se llama tubo de rayos X. Los primeros investigadores utilizaron tubos de "evacuación profunda" del tipo de los modernos tubos de descarga de gas. El vacío en ellos no era muy alto. Los tubos de descarga de gas contienen una pequeña cantidad de gas, y cuando se aplica una gran diferencia de potencial a los electrodos del tubo, los átomos de gas se convierten en iones positivos y negativos. Los positivos se mueven hacia el electrodo negativo (cátodo) y, al caer sobre él, eliminan electrones y, a su vez, se mueven hacia el electrodo positivo (ánodo) y, bombardeándolo, crean una corriente de fotones de rayos X. En el tubo de rayos X moderno desarrollado por Coolidge (Fig. 3), la fuente de electrones es un cátodo de tungsteno calentado a alta temperatura. Los electrones se aceleran a altas velocidades por la gran diferencia de potencial entre el ánodo (o anticatodo) y el cátodo. Dado que los electrones deben llegar al ánodo sin chocar con los átomos, se requiere un vacío muy alto, para lo cual el tubo debe estar bien evacuado. Esto también reduce la probabilidad de ionización de los átomos de gas restantes y las corrientes laterales resultantes.

Los electrones se enfocan en el ánodo usando un electrodo de forma especial que rodea el cátodo. Este electrodo se llama enfoque y junto con el cátodo forma el "foco de electrones" del tubo. El ánodo bombardeado con electrones debe estar hecho de un material refractario, ya que la mayor parte de la energía cinética de los electrones bombardeados se convierte en calor. Además, es deseable que el ánodo esté hecho de un material con un número atómico alto, ya que el rendimiento de los rayos X aumenta con el aumento del número atómico. El tungsteno se elige con mayor frecuencia como material de ánodo, cuyo número atómico es 74. El diseño de los tubos de rayos X puede ser diferente según las condiciones de uso y los requisitos.
DETECCIÓN DE RADIACIÓN DE RAYOS X
Todos los métodos para detectar la radiación de rayos X se basan en su interacción con la materia. Los detectores pueden ser de dos tipos: los que dan imagen y los que no. Los primeros incluyen dispositivos para fluorografía de rayos X y fluoroscopia, en los que el haz de rayos X atraviesa el objeto en estudio y la radiación transmitida cae sobre una pantalla luminiscente o película fotográfica. La imagen aparece debido al hecho de que diferentes partes del objeto investigado absorben la radiación de diferentes maneras, dependiendo del grosor de la sustancia y su composición. En los detectores con pantalla luminiscente, la energía de la radiación de rayos X se convierte en una imagen directamente observada, mientras que en la difracción de rayos X se registra en una emulsión sensible y solo se puede observar después de que se haya revelado la película. El segundo tipo de detectores incluye una amplia variedad de dispositivos en los que la energía de la radiación de rayos X se convierte en señales eléctricas que caracterizan la intensidad relativa de la radiación. Esto incluye cámaras de ionización, un contador Geiger, un contador proporcional, un contador de centelleo y algunos detectores especiales de sulfuro de cadmio y seleniuro. Actualmente, los detectores más eficientes pueden considerarse contadores de centelleo, que funcionan bien en una amplia gama de energías.
ver también DETECTORES DE PARTÍCULAS. El detector se selecciona teniendo en cuenta las condiciones del problema. Por ejemplo, si es necesario medir con precisión la intensidad de la radiación de rayos X difractada, se utilizan contadores que permiten realizar mediciones con una precisión de fracciones de un porcentaje. Si es necesario registrar muchos haces difractados, entonces es recomendable utilizar una película de rayos X, aunque en este caso es imposible determinar la intensidad con la misma precisión.
DEFECTOSCOPIA DE RAYOS X Y GAMMA
Una de las aplicaciones más comunes de los rayos X en la industria es el control de calidad del material y las pruebas no destructivas. El método de rayos X no es destructivo, por lo que el material que se está probando, si se encuentra que cumple con los requisitos requeridos, se puede usar según lo previsto. Tanto la detección de defectos de rayos X como la de rayos gamma se basan en el poder de penetración de la radiación de rayos X y las características de su absorción en los materiales. La penetración está determinada por la energía de los fotones de rayos X, que depende del voltaje de aceleración en el tubo de rayos X. Por lo tanto, las muestras gruesas y las muestras de metales pesados, como el oro y el uranio, requieren una fuente de rayos X con un voltaje más alto para estudiarlas, y para las muestras delgadas, una fuente con un voltaje más bajo es suficiente. Para la detección de defectos por rayos gamma de piezas fundidas muy grandes y productos laminados grandes, se utilizan betatrones y aceleradores lineales, que aceleran las partículas a energías de 25 MeV y más. La absorción de radiación de rayos X en un material depende del espesor del absorbedor d y del coeficiente de absorción my está determinada por la fórmula I = I0e-md, donde I es la intensidad de la radiación transmitida a través del absorbedor, I0 es la intensidad de la radiación incidente, ye = 2.718 es la base de los logaritmos naturales. Para un material dado a una longitud de onda (o energía) dada de radiación de rayos X, el coeficiente de absorción es constante. Sin embargo, la radiación de una fuente de rayos X no es monocromática, sino que contiene un amplio espectro de longitudes de onda, por lo que la absorción en el mismo espesor del absorbente depende de la longitud de onda (frecuencia) de la radiación. Los rayos X se utilizan ampliamente en todas las industrias de conformado de metales. También se utiliza para inspeccionar barriles de artillería, alimentos, plásticos y para inspeccionar dispositivos y sistemas complejos en ingeniería electrónica. (La difracción de neutrones también se utiliza para fines similares, en los que se utilizan haces de neutrones en lugar de rayos X). Los rayos X también se utilizan para otras tareas, por ejemplo, para examinar pinturas con el fin de establecer su autenticidad o para detectar capas adicionales. de pintura encima de la capa principal.
DIFFRACCIÓN DE LA RADIACIÓN DE RAYOS X
La difracción de rayos X proporciona información importante sobre los sólidos: su estructura atómica y forma de cristal, así como sobre líquidos, cuerpos amorfos y moléculas grandes. El método de difracción también se utiliza para la determinación precisa (con un error inferior a 10-5) de distancias interatómicas, detección de tensiones y defectos, y para determinar la orientación de monocristales. El patrón de difracción puede identificar materiales desconocidos, así como detectar la presencia de impurezas en la muestra y determinarlas. Difícilmente se puede sobrestimar la importancia del método de difracción de rayos X para el progreso de la física moderna, ya que la comprensión moderna de las propiedades de la materia se basa en última instancia en datos sobre la disposición de los átomos en varios compuestos químicos, sobre la naturaleza de los enlaces. entre ellos y sobre defectos estructurales. La principal herramienta para obtener esta información es el método de difracción de rayos X. La cristalografía por difracción de rayos X es esencial para determinar las estructuras de moléculas grandes complejas como el ácido desoxirribonucleico (ADN), el material genético de los organismos vivos. Inmediatamente después del descubrimiento de los rayos X, el interés científico y médico se centró tanto en la capacidad de esta radiación para penetrar en los cuerpos como en su naturaleza. Los experimentos sobre la difracción de la radiación de rayos X por rendijas y rejillas de difracción mostraron que pertenece a la radiación electromagnética y tiene una longitud de onda del orden de 10-8-10-9 cm. Incluso antes, los científicos, en particular W. Barlow, adivinaron que la forma correcta y simétrica de los cristales naturales se debe a la disposición ordenada de los átomos que forman el cristal. En algunos casos, Barlow pudo predecir correctamente la estructura cristalina. La magnitud de las distancias interatómicas predichas fue de 10 a 8 cm y el hecho de que las distancias interatómicas fueran del orden de la longitud de onda de la radiación de rayos X, en principio, permitió observar su difracción. El resultado fue la idea de uno de los experimentos más importantes de la historia de la física. M. Laue organizó una prueba experimental de esta idea, que fue realizada por sus colegas W. Friedrich y P. Knipping. En 1912, los tres publicaron su trabajo sobre los resultados de la difracción de rayos X. Principios de difracción de rayos X. Para comprender el fenómeno de la difracción de rayos X, es necesario considerar en orden: primero, el espectro de rayos X, en segundo lugar, la naturaleza de la estructura cristalina y, en tercer lugar, el fenómeno de difracción en sí. Como se mencionó anteriormente, la radiación de rayos X característica consiste en una serie de líneas espectrales de un alto grado de monocromaticidad, determinadas por el material del ánodo. Usando filtros, puede seleccionar los más intensos. Por tanto, eligiendo adecuadamente el material del ánodo, es posible obtener una fuente de radiación casi monocromática con un valor de longitud de onda determinado con mucha precisión. Las longitudes de onda de radiación características suelen oscilar entre 2,285 para el cromo y 0,558 para la plata (los valores de los diversos elementos se conocen dentro de los seis dígitos significativos). El espectro característico se superpone al espectro "blanco" continuo de una intensidad mucho menor, debido a la desaceleración de los electrones incidentes en el ánodo. Así, se pueden obtener dos tipos de radiación de cada ánodo: característica y bremsstrahlung, cada una de las cuales juega un papel importante a su manera. Los átomos de la estructura cristalina están dispuestos con la periodicidad correcta, formando una secuencia de células idénticas: una red espacial. Algunas celosías (por ejemplo, para la mayoría de los metales comunes) son bastante simples, mientras que otras (por ejemplo, para moléculas de proteínas) son bastante complejas. Lo siguiente es característico de la estructura cristalina: si uno se mueve desde un punto dado de una celda al punto correspondiente de una celda adyacente, entonces se encontrará exactamente el mismo ambiente atómico. Y si algún átomo está ubicado en un punto u otro de una celda, entonces el mismo átomo estará ubicado en el punto equivalente de cualquier celda vecina. Este principio es estrictamente cierto para un cristal perfecto y perfectamente ordenado. Sin embargo, muchos cristales (por ejemplo, soluciones de metal sólido) están desordenados en un grado u otro, es decir, Los sitios cristalográficamente equivalentes pueden estar ocupados por diferentes átomos. En estos casos, no se determina la posición de cada átomo, sino sólo la posición del átomo, "promediada estadísticamente" sobre un gran número de partículas (o células). El fenómeno de la difracción se analiza en el artículo de ÓPTICA, y el lector puede consultar este artículo antes de continuar. Muestra que si las ondas (por ejemplo, sonido, luz, radiación de rayos X) pasan a través de una pequeña rendija o agujero, entonces este último puede considerarse como una fuente secundaria de ondas, y la imagen de la rendija o agujero consiste en alternar rayas claras y oscuras. Además, si hay una estructura periódica de orificios o rendijas, entonces, como resultado de la amplificación y atenuación de la interferencia de los rayos provenientes de diferentes orificios, surge un patrón de difracción claro. La difracción de rayos X es un fenómeno de dispersión colectiva en el que el papel de los agujeros y los centros de dispersión lo desempeñan átomos ubicados periódicamente de la estructura cristalina. La mejora mutua de sus imágenes en ciertos ángulos da un patrón de difracción similar al que se produciría en la difracción de la luz en una rejilla de difracción tridimensional. La dispersión se produce debido a la interacción de la radiación de rayos X incidente con los electrones del cristal. Debido al hecho de que la longitud de onda de la radiación de rayos X es del mismo orden de magnitud que las dimensiones del átomo, la longitud de onda de la radiación de rayos X dispersa es la misma que la de la incidente. Este proceso es el resultado de oscilaciones forzadas de electrones bajo la influencia de la radiación de rayos X incidente. Considere ahora un átomo con una nube de electrones ligados (que rodean el núcleo) sobre la que inciden los rayos X. Los electrones en todas las direcciones dispersan simultáneamente el incidente y emiten sus propios rayos X de la misma longitud de onda, aunque de diferentes intensidades. La intensidad de la radiación dispersa está relacionada con el número atómico del elemento, ya que el número atómico es igual al número de electrones orbitales que pueden participar en la dispersión. (Esta dependencia de la intensidad del número atómico del elemento de dispersión y de la dirección en la que se mide la intensidad se caracteriza por el factor de dispersión atómico, que juega un papel extremadamente importante en el análisis de la estructura de los cristales). elija en la estructura cristalina una cadena lineal de átomos ubicados a la misma distancia entre sí, y considere su patrón de difracción. Ya se ha señalado que el espectro de rayos X consta de una parte continua ("continuum") y un conjunto de líneas más intensas características del elemento que es el material del ánodo. Digamos que filtramos el espectro continuo y obtuvimos un haz de rayos X casi monocromático dirigido a nuestra cadena lineal de átomos. La condición de amplificación (amplificación de interferencia) se satisface si la diferencia en las trayectorias de las ondas dispersadas por los átomos vecinos es un múltiplo de la longitud de onda. Si el haz incide en un ángulo a0 con una línea de átomos separados por intervalos a (período), entonces para el ángulo de difracción a, la diferencia de trayectoria correspondiente a la amplificación se escribe como a (cos a - cosa0) = hl, donde l es la longitud de onda y h es un número entero (Fig. 4 y 5).

Para extender este enfoque a un cristal tridimensional, solo es necesario seleccionar las filas de átomos en otras dos direcciones en el cristal y resolver las tres ecuaciones obtenidas de esta manera para tres ejes de cristal con períodos a, by c. Las otras dos ecuaciones son

Estas son las tres ecuaciones de Laue fundamentales para la difracción de rayos X, siendo los números h, kyc los índices de Miller para el plano de difracción.
ver también CRISTALES Y CRISTALOGRAFÍA. Considerando cualquiera de las ecuaciones de Laue, por ejemplo la primera, se puede notar que, dado que a, a0, l son constantes y h = 0, 1, 2, ..., su solución se puede representar como un conjunto de conos con un eje común a (Fig. 5). Lo mismo es cierto para las direcciones by c. En el caso general de la dispersión tridimensional (difracción), las tres ecuaciones de Laue deben tener una solución general, es decir, deben cruzarse tres conos de difracción ubicados en cada uno de los ejes; la línea general de intersección se muestra en la fig. 6. La solución conjunta de las ecuaciones conduce a la ley de Bragg-Wolfe:

l = 2 (d / n) sinq, donde d es la distancia entre los planos con índices h, k y c (período), n = 1, 2, ... son números enteros (orden de difracción) y q es el ángulo formado por haz incidente (además de difractante) con el plano del cristal, en el que se produce la difracción. Analizando la ecuación de la ley de Bragg-Wolfe para un monocristal ubicado en la trayectoria de un haz de rayos X monocromático, podemos concluir que la difracción no es fácil de observar, porque las cantidades lyq son fijas, y senq MÉTODOS DE ANÁLISIS DE DIFFRACCIÓN
Método de Laue. El método de Laue utiliza un espectro de rayos X "blanco" continuo, que se dirige a un monocristal estacionario. Para un valor específico del período d, el valor de longitud de onda correspondiente a la condición de Bragg-Wolfe se selecciona automáticamente de todo el espectro. Los patrones de Laue así obtenidos permiten juzgar las direcciones de los haces difractados y, en consecuencia, las orientaciones de los planos cristalinos, lo que también permite sacar conclusiones importantes en cuanto a la simetría, orientación del cristal y la presencia. de defectos en el mismo. En este caso, sin embargo, se pierde información sobre el período espacial d. En la Fig. 7 es un ejemplo de Lauegram. La película de rayos X se ubicó en el lado del cristal opuesto al que incidió el haz de rayos X de la fuente.

Método Debye-Scherrer (para muestras policristalinas). A diferencia del método anterior, aquí se usa radiación monocromática (l = constante) y se varía el ángulo q. Esto se consigue utilizando una muestra policristalina formada por numerosos pequeños cristalitos de orientación aleatoria, entre los que se encuentran los que cumplen la condición de Bragg-Wolfe. Los haces difractados forman conos, cuyo eje se dirige a lo largo del haz de rayos X. Una tira estrecha de película de rayos X en un casete cilíndrico se usa generalmente para disparar, y los rayos X se propagan en diámetro a través de orificios en la película. El Debyegram obtenido de esta manera (Fig.8) contiene información exacta sobre el período d, es decir, sobre la estructura del cristal, pero no da la información que contiene el Lauegram. Por tanto, ambos métodos se complementan. Consideremos algunas aplicaciones del método Debye-Scherrer.

Identificación de elementos y compuestos químicos. A partir del ángulo q determinado a partir del Debyegram, es posible calcular la característica de distancia interplanar d de un elemento o conexión dado. Actualmente, se han recopilado muchas tablas de valores d, que permiten identificar no solo uno u otro elemento o compuesto químico, sino también varios estados de fase de una misma sustancia, lo que no siempre da un análisis químico. También es posible determinar el contenido del segundo componente en aleaciones de sustitución con alta precisión a partir de la dependencia del período d de la concentración.
Analisis de ESTRES. A partir de la diferencia medida en distancias interplanar para diferentes direcciones en cristales, es posible, conociendo el módulo de elasticidad del material, calcular con alta precisión las pequeñas tensiones en él.
Investigaciones de la orientación preferida en cristales. Si los pequeños cristalitos en una muestra policristalina no están completamente orientados al azar, entonces los anillos en el Debyegram tendrán diferentes intensidades. En presencia de una orientación predominante claramente expresada, los máximos de intensidad se concentran en puntos individuales de la imagen, que se vuelve similar a la imagen de un monocristal. Por ejemplo, durante el laminado en frío profundo, una hoja de metal adquiere una textura: una orientación pronunciada de cristalitos. El Debyegram se puede utilizar para juzgar la naturaleza del trabajo en frío del material.
Investigación de tamaños de grano. Si el tamaño de grano del policristal es superior a 10-3 cm, entonces las líneas del Debyegram estarán formadas por puntos separados, ya que en este caso el número de cristalitos es insuficiente para cubrir todo el rango de valores de los ángulos q . Si el tamaño de los cristalitos es inferior a 10-5 cm, las líneas de difracción se ensanchan. Su ancho es inversamente proporcional al tamaño de los cristalitos. El ensanchamiento se produce por la misma razón que, con una disminución en el número de rendijas, la resolución de la rejilla de difracción disminuye. La radiación de rayos X permite determinar tamaños de grano en el rango de 10-7-10-6 cm.
Métodos para monocristales. Para que la difracción por un cristal dé información no solo sobre el período espacial, sino también sobre la orientación de cada conjunto de planos de difracción, se utilizan métodos de un monocristal giratorio. Un haz de rayos X monocromático incide sobre el cristal. El cristal gira alrededor del eje principal para el que se satisfacen las ecuaciones de Laue. En este caso, el ángulo q incluido en la fórmula de Bragg-Wolfe cambia. Los máximos de difracción se encuentran en la intersección de los conos de difracción de Laue con la superficie cilíndrica de la película (Fig. 9). El resultado es un patrón de difracción del tipo que se muestra en la Fig. 10. Sin embargo, las complicaciones son posibles debido a la superposición de diferentes órdenes de difracción en un punto. El método puede mejorarse significativamente si, simultáneamente con la rotación del cristal, la película también se mueve de cierta manera.

Investigación sobre líquidos y gases. Se sabe que los líquidos, gases y cuerpos amorfos no tienen la estructura cristalina correcta. Pero incluso aquí, existe un enlace químico entre los átomos en las moléculas, por lo que la distancia entre ellos permanece casi constante, aunque las moléculas mismas en el espacio están orientadas al azar. Dichos materiales también dan un patrón de difracción con un número relativamente pequeño de máximos difusos. El procesamiento de una imagen de este tipo mediante métodos modernos permite obtener información sobre la estructura de incluso esos materiales no cristalinos.
ANÁLISIS DE RAYOS X ESPECTROQUÍMICO
Ya unos años después del descubrimiento de los rayos X, Charles Barclay (1877-1944) descubrió que cuando una sustancia se expone a una corriente de radiación de rayos X de alta energía, se genera una radiación secundaria de rayos X fluorescente, que es característica. del elemento en estudio. Poco después de esto, G. Moseley, en una serie de sus experimentos, midió las longitudes de onda de la radiación de rayos X característica principal recibida por el bombardeo de electrones de varios elementos y derivó la relación entre la longitud de onda y el número atómico. Estos experimentos, así como la invención de Bragg del espectrómetro de rayos X, sentaron las bases para el análisis espectroquímico de rayos X. Las posibilidades de los rayos X para el análisis químico se reconocieron de inmediato. Se crearon espectrógrafos con registro en placa fotográfica, en la que la muestra en estudio servía como ánodo de un tubo de rayos X. Desafortunadamente, esta técnica resultó ser muy laboriosa y, por lo tanto, se usó solo cuando los métodos habituales de análisis químico eran inaplicables. Un ejemplo destacado de investigación innovadora en el campo de la espectroscopia analítica de rayos X fue el descubrimiento en 1923 por G. Hevesy y D. Koster de un nuevo elemento: el hafnio. El desarrollo de tubos de rayos X de alta potencia para radiografía y detectores sensibles para mediciones radioquímicas durante la Segunda Guerra Mundial fue en gran parte responsable del rápido crecimiento de la espectrografía de rayos X en los años siguientes. Este método se ha generalizado debido a la rapidez, conveniencia, naturaleza no destructiva del análisis y la posibilidad de automatización total o parcial. Es aplicable en los problemas de análisis cuantitativo y cualitativo de todos los elementos con un número atómico superior a 11 (sodio). Aunque el análisis espectroquímico de rayos X se suele utilizar para determinar los componentes más importantes de una muestra (0,1-100%), en algunos casos es adecuado para concentraciones de 0,005% e incluso inferiores.
Espectrómetro de rayos X Un espectrómetro de rayos X moderno consta de tres sistemas principales (Fig.11): un sistema de excitación, es decir, un tubo de rayos X con un ánodo de tungsteno u otro material refractario y una fuente de alimentación; sistemas de análisis, es decir un analizador de cristal con dos colimadores de múltiples rendijas, así como un espectrogoniómetro para una alineación precisa; y sistemas de registro con contador Geiger o contador proporcional o de centelleo, así como rectificador, amplificador, contadores y registrador u otro dispositivo de registro.

Análisis de fluorescencia de rayos X. La muestra a analizar se encuentra en el camino de la excitante radiación de rayos X. El área de la muestra a examinar generalmente se distingue por una máscara con un orificio del diámetro requerido, y la radiación pasa a través de un colimador, que forma un haz paralelo. Detrás del cristal del analizador, un colimador de hendidura libera radiación difractada para el detector. Por lo general, el ángulo máximo q se limita a valores de 80-85 °, de modo que solo la radiación de rayos X cuya longitud de onda l está relacionada con la distancia interplanar d por la desigualdad l Microanálisis de rayos X. El espectrómetro analizador de cristal plano descrito anteriormente se puede adaptar para microanálisis. Esto se logra estrechando el haz de rayos X primario o el haz secundario emitido por la muestra. Sin embargo, una disminución en el tamaño efectivo de la muestra o la apertura de radiación conduce a una disminución en la intensidad de la radiación difractada registrada. La mejora de este método se puede lograr mediante el uso de un espectrómetro de cristal curvado, que permite registrar un cono de radiación divergente, y no solo radiación paralela al eje del colimador. Las partículas de menos de 25 µm se pueden identificar con un espectrómetro de este tipo. Se logra una reducción aún mayor en el tamaño de la muestra analizada en el microanalizador de rayos X con sonda de electrones inventado por R. Kasten. Aquí, la radiación de rayos X característica de la muestra es excitada por un haz de electrones enfocado de manera nítida, que luego es analizada por un espectrómetro de cristal curvado. Con un dispositivo de este tipo, es posible detectar cantidades de una sustancia del orden de 10 a 14 g en una muestra con un diámetro de 1 μm. También se desarrollaron instalaciones con barrido por haz de electrones de la muestra, con cuya ayuda es posible obtener una imagen bidimensional de la distribución sobre la muestra del elemento, para cuya radiación característica está sintonizado el espectrómetro.
DIAGNÓSTICO MÉDICO DE RAYOS X
El desarrollo de la tecnología de investigación en rayos X ha permitido reducir significativamente el tiempo de exposición y mejorar la calidad de las imágenes, permitiendo estudiar incluso los tejidos blandos.
Fluorografía. Este método de diagnóstico consiste en fotografiar una imagen de sombra de una pantalla translúcida. El paciente se coloca entre una fuente de rayos X y una pantalla plana hecha de fósforo (generalmente yoduro de cesio), que brilla cuando se expone a la radiación de rayos X. Los tejidos biológicos de diversos grados de densidad crean sombras de rayos X con diversos grados de intensidad. El radiólogo examina la imagen de sombra en la pantalla fluorescente y hace un diagnóstico. En el pasado, el radiólogo confiaba en la visión para analizar imágenes. Ahora existen varios sistemas que amplifican la imagen, la muestran en una pantalla de televisión o registran datos en la memoria de la computadora.
Radiografía. La grabación de una imagen de rayos X directamente en una película fotográfica se llama radiografía. En este caso, el órgano examinado se ubica entre la fuente de rayos X y la película fotográfica, que registra información sobre el estado del órgano en un momento dado. La radiografía repetida permite juzgar su evolución posterior. La radiografía le permite examinar con mucha precisión la integridad del tejido óseo, que consiste principalmente en calcio y es opaco a la radiación de rayos X, así como la rotura del tejido muscular. Con su ayuda, mejor que un estetoscopio o escuchar, se analiza el estado de los pulmones en caso de inflamación, tuberculosis o presencia de líquido. Con la ayuda de la radiografía, se determinan el tamaño y la forma del corazón, así como la dinámica de sus cambios en pacientes con enfermedades cardíacas.
Agentes de contraste. Las partes del cuerpo y las cavidades de los órganos individuales que son transparentes para la radiación de rayos X se vuelven visibles si se llenan con un agente de contraste que es inofensivo para el cuerpo, pero que permite visualizar la forma de los órganos internos y verificar su funcionamiento. El paciente toma agentes de contraste por vía oral (como las sales de bario al examinar el tracto gastrointestinal) o se inyectan por vía intravenosa (como las soluciones que contienen yodo al examinar los riñones y el tracto urinario). En los últimos años, sin embargo, estos métodos han sido reemplazados por métodos de diagnóstico basados ​​en el uso de átomos radiactivos y ultrasonido.
Tomografía computarizada. En la década de 1970, se desarrolló un nuevo método de diagnóstico por rayos X, basado en un estudio completo del cuerpo o sus partes. Las imágenes de capas delgadas ("rebanadas") son procesadas por una computadora y la imagen final se muestra en la pantalla del monitor. Este método se llama tomografía computarizada de rayos X. Se usa ampliamente en la medicina moderna para diagnosticar infiltrados, tumores y otros trastornos cerebrales, así como para diagnosticar enfermedades de los tejidos blandos dentro del cuerpo. Esta técnica no requiere la introducción de agentes de contraste extraños y, por tanto, es más rápida y eficaz que las técnicas tradicionales.
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN DE RAYOS X
El efecto biológico nocivo de los rayos X fue descubierto poco después de su descubrimiento por Roentgen. Resultó que la nueva radiación puede causar algo así como una quemadura solar grave (eritema), acompañada, sin embargo, de un daño cutáneo más profundo y persistente. Las úlceras que aparecían a menudo se convertían en cáncer. En muchos casos, hubo que amputar dedos o manos. También hubo víctimas mortales. Se ha descubierto que las lesiones cutáneas pueden evitarse reduciendo el tiempo y la dosis de radiación mediante el uso de blindaje (por ejemplo, plomo) y controles remotos. Pero gradualmente salieron a la luz otros efectos más a largo plazo de la exposición a los rayos X, que luego fueron confirmados y estudiados en animales de experimentación. Los efectos debidos a la acción de los rayos X, así como a otras radiaciones ionizantes (como la radiación gamma emitida por materiales radiactivos) incluyen: 1) cambios temporales en la composición de la sangre después de relativamente poca exposición excesiva; 2) cambios irreversibles en la composición de la sangre (anemia hemolítica) después de una exposición excesiva prolongada; 3) un aumento en la incidencia de cáncer (incluida la leucemia); 4) envejecimiento más rápido y muerte prematura; 5) la aparición de cataratas. Además, los experimentos biológicos en ratones, conejos y moscas (moscas de la fruta) han demostrado que incluso pequeñas dosis de irradiación sistemática de grandes poblaciones, debido a un aumento en la tasa de mutación, provocan efectos genéticos nocivos. La mayoría de los genetistas reconocen la aplicabilidad de estos datos al cuerpo humano. En cuanto al efecto biológico de la radiación de rayos X en el cuerpo humano, está determinado por el nivel de la dosis de radiación, así como por qué órgano del cuerpo estuvo expuesto a la radiación. Por ejemplo, las enfermedades de la sangre son causadas por la irradiación de los órganos que forman la sangre, principalmente la médula ósea, y las consecuencias genéticas son causadas por la irradiación de los genitales, que también puede conducir a la esterilidad. La acumulación de conocimientos sobre los efectos de la radiación de rayos X en el cuerpo humano ha llevado al desarrollo de estándares nacionales e internacionales para las dosis de radiación permisibles, publicados en varias publicaciones de referencia. Además de la radiación de rayos X, que es utilizada intencionalmente por los seres humanos, también existe la denominada radiación espuria dispersa que se produce por diversas razones, por ejemplo, debido a la dispersión debida a la imperfección del escudo protector de plomo, que no absorber completamente esta radiación. Además, muchos dispositivos eléctricos que no están diseñados para producir rayos X lo generan como subproducto. Dichos dispositivos incluyen microscopios electrónicos, lámparas rectificadoras de alto voltaje (kenotrones) y también tubos de imágenes de televisores en color obsoletos. La producción de tubos de imagen en color modernos en muchos países está ahora bajo control gubernamental.
FACTORES PELIGROSOS DE LA RADIACIÓN DE RAYOS X
Los tipos y el grado de peligro de la exposición a los rayos X para las personas dependen del contingente de personas expuestas a la radiación.
Profesionales que trabajan con equipos de rayos X. Esta categoría cubre radiólogos, dentistas, así como trabajadores científicos y técnicos y personal que mantiene y utiliza equipos de rayos X. Se están tomando medidas efectivas para reducir el nivel de radiación con el que tienen que lidiar.
Los pacientes. Aquí no existen criterios estrictos, y los médicos tratantes determinan el nivel seguro de radiación que reciben los pacientes durante el tratamiento. No se recomienda a los médicos que expongan innecesariamente a los pacientes a rayos X. Se debe tener especial cuidado al examinar a mujeres embarazadas y niños. En este caso, se toman medidas especiales.
Métodos de control. Hay tres aspectos en esto:
1) disponibilidad de equipo adecuado, 2) control del cumplimiento de las normas de seguridad, 3) uso correcto del equipo. Los exámenes de rayos X solo deben exponer el área deseada a la radiación, ya sea para exámenes dentales o exámenes pulmonares. Tenga en cuenta que inmediatamente después de apagar el aparato de rayos X, tanto la radiación primaria como la secundaria desaparecen; tampoco hay radiación residual, que no siempre es conocida incluso por aquellos que están directamente relacionados con ella en su trabajo.
ver también
CONSTRUCCIÓN DE ÁTOMOS;

Los rayos X fueron descubiertos por accidente en 1895 por el famoso físico alemán Wilhelm Roentgen. Estudió los rayos catódicos en un tubo de descarga de gas de baja presión con un alto voltaje entre sus electrodos. A pesar de que el tubo estaba en una caja negra, Roentgen notó que una pantalla fluorescente, que accidentalmente estaba cerca, brillaba cada vez que el tubo estaba funcionando. El tubo resultó ser una fuente de radiación que podía penetrar papel, madera, vidrio e incluso una placa de aluminio de un centímetro y medio de espesor.

Roentgen determinó que el tubo de descarga de gas es la fuente de un nuevo tipo de radiación invisible con gran poder de penetración. El científico no pudo determinar si esta radiación era una corriente de partículas u ondas, y decidió darle el nombre de rayos X. Posteriormente, se les denominó radiografías.

Ahora se sabe que los rayos X son una forma de radiación electromagnética que tiene una longitud de onda más corta que las ondas electromagnéticas ultravioleta. La longitud de onda de los rayos X oscila entre 70 Nuevo Méjico hasta 10-5 Nuevo Méjico... Cuanto más corta sea la longitud de onda de los rayos X, mayor será la energía de sus fotones y mayor será el poder de penetración. Rayos X con una longitud de onda relativamente larga (más de 10 Nuevo Méjico) son llamados suave... Longitud de onda 1 - 10 Nuevo Méjico caracteriza difícil Rayos X. Tienen un tremendo poder de penetración.

Recibir radiografías

Los rayos X se generan cuando los electrones rápidos, o los rayos catódicos, chocan con las paredes o el ánodo de un tubo de descarga de gas de baja presión. Un tubo de rayos X moderno es un cilindro de vidrio al vacío con un cátodo y un ánodo en él. La diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo (anti-cátodo) alcanza varios cientos de kilovoltios. El cátodo es un filamento de tungsteno calentado por una corriente eléctrica. Esto da como resultado la emisión de electrones del cátodo como resultado de la emisión termoiónica. Los electrones son acelerados por un campo eléctrico en un tubo de rayos X. Dado que hay muy pocas moléculas de gas en el tubo, los electrones prácticamente no pierden su energía en el camino hacia el ánodo. Llegan al ánodo a una velocidad muy alta.

Los rayos X se generan cuando los electrones que se mueven a alta velocidad son ralentizados por el material del ánodo. La mayor parte de la energía de los electrones se disipa en forma de calor. Por lo tanto, el ánodo debe enfriarse artificialmente. El ánodo del tubo de rayos X debe estar hecho de un metal con un alto punto de fusión, como el tungsteno.

Parte de la energía que no se disipa en forma de calor se convierte en energía de ondas electromagnéticas (rayos X). Por tanto, los rayos X son el resultado del bombardeo electrónico del material del ánodo. Hay dos tipos de rayos X: bremsstrahlung y característicos.

Rayos X de frenado

La radiación de rayos X de Bremsstrahlung ocurre cuando los electrones que se mueven a alta velocidad son desacelerados por los campos eléctricos de los átomos del ánodo. Las condiciones para la desaceleración de electrones individuales no son las mismas. Como resultado, varias partes de su energía cinética se transfieren a la energía de la radiación de rayos X.

El espectro de rayos X de bremsstrahlung no depende de la naturaleza de la sustancia del ánodo. Como saben, la energía de los fotones de rayos X determina su frecuencia y longitud de onda. Por lo tanto, la bremsstrahlung de rayos X no es monocromática. Se caracteriza por una variedad de longitudes de onda que se pueden representar espectro continuo (continuo).

Los rayos X no pueden tener una energía mayor que la energía cinética de los electrones que los forman. La longitud de onda de rayos X más corta corresponde a la energía cinética máxima de los electrones en desaceleración. Cuanto mayor sea la diferencia de potencial en el tubo de rayos X, más cortas se pueden obtener las longitudes de onda de los rayos X.

Rayos X característicos

La radiación característica de rayos X no es continua, pero espectro de línea... Este tipo de radiación ocurre cuando un electrón rápido, que llega al ánodo, entra en los orbitales internos de los átomos y golpea uno de sus electrones. El resultado es un espacio libre que puede llenarse con otro electrón que desciende de uno de los orbitales atómicos superiores. Esta transición de un electrón de un nivel de energía más alto a uno más bajo hace que se emitan rayos X en una determinada longitud de onda discreta. Por lo tanto, la radiación característica de rayos X tiene espectro de línea... La frecuencia de las líneas de radiación características depende completamente de la estructura de los orbitales electrónicos de los átomos del ánodo.

Las líneas espectrales de la radiación característica de diferentes elementos químicos tienen la misma forma, ya que la estructura de su orbital electrónico interno es idéntica. Pero su longitud de onda y frecuencia se deben a las diferencias energéticas entre los orbitales internos de los átomos pesados ​​y ligeros.

La frecuencia de las líneas en el espectro de la radiación característica de rayos X cambia de acuerdo con el número atómico del metal y está determinada por la ecuación de Moseley: v 1/2 = A(Z-B), donde Z- número atómico de un elemento químico, A y B- constantes.

Mecanismos físicos primarios de la interacción de la radiación de rayos X con la materia.

Tres mecanismos son característicos de la interacción primaria entre los rayos X y la materia:

1. Dispersión coherente... Esta forma de interacción ocurre cuando los fotones de rayos X tienen menos energía que la energía de unión de los electrones al núcleo del átomo. En este caso, la energía del fotón resulta insuficiente para la liberación de electrones de los átomos de la sustancia. El fotón no es absorbido por el átomo, pero cambia la dirección de propagación. En este caso, la longitud de onda de la radiación de rayos X permanece sin cambios.

2. Efecto fotoeléctrico (efecto fotoeléctrico)... Cuando un fotón de rayos X alcanza un átomo de una sustancia, puede eliminar uno de los electrones. Esto sucede si la energía del fotón excede la energía de enlace del electrón con el núcleo. En este caso, el fotón se absorbe y el electrón se libera del átomo. Si un fotón transporta más energía de la necesaria para liberar un electrón, transferirá la energía restante al electrón liberado en forma de energía cinética. Este fenómeno, llamado efecto fotoeléctrico, ocurre cuando se absorben rayos X de energía relativamente baja.

Un átomo que pierde uno de sus electrones se convierte en ión positivo. La vida útil de los electrones libres es muy corta. Son absorbidos por átomos neutros, que se convierten en iones negativos. El resultado del efecto fotoeléctrico es una intensa ionización de la sustancia.

Si la energía del fotón de rayos X es menor que la energía de ionización de los átomos, los átomos pasan a un estado excitado, pero no se ionizan.

3. Dispersión incoherente (efecto Compton)... Este efecto fue descubierto por el físico estadounidense Compton. Ocurre cuando una sustancia absorbe rayos X de onda corta. La energía de los fotones de tales rayos X es siempre mayor que la energía de ionización de los átomos de la sustancia. El efecto Compton es el resultado de la interacción de un fotón de rayos X de alta energía con uno de los electrones en la capa externa de un átomo, que tiene un enlace relativamente débil con el núcleo atómico.

Un fotón de alta energía transfiere parte de su energía a un electrón. Un electrón excitado se libera del átomo. El resto de la energía del fotón original se emite en forma de un fotón de rayos X de una longitud de onda más larga en un cierto ángulo con respecto a la dirección de movimiento del fotón primario. Un fotón secundario puede ionizar otro átomo, etc. Estos cambios en la dirección y longitud de onda de los rayos X se conocen como efecto Compton.

Algunos efectos de la interacción de la radiación de rayos X con la materia.

Como se mencionó anteriormente, los rayos X son capaces de excitar los átomos y moléculas de una sustancia. Esto puede hacer que ciertas sustancias (p. Ej., Sulfato de zinc) emitan fluorescencia. Si un haz paralelo de rayos X se dirige a objetos opacos, puedes observar cómo los rayos atraviesan el objeto colocando una pantalla cubierta con una sustancia fluorescente.

La pantalla fluorescente se puede reemplazar con película fotográfica. Los rayos X tienen el mismo efecto sobre la emulsión fotográfica que la luz. Ambos métodos se utilizan en la medicina práctica.

Otro efecto importante de los rayos X es su capacidad ionizante. Depende de su longitud de onda y energía. Este efecto proporciona un método para medir la intensidad de los rayos X. Cuando los rayos X pasan a través de la cámara de ionización, se genera una corriente eléctrica, cuya magnitud es proporcional a la intensidad de la radiación de rayos X.

Absorción de rayos X por materia

A medida que los rayos X atraviesan la materia, su energía disminuye debido a la absorción y la dispersión. La atenuación de la intensidad de un haz paralelo de rayos X que atraviesa una sustancia está determinada por la ley de Bouguer: I = I0 e -μd, donde Yo 0- la intensidad inicial de la radiación de rayos X; I- la intensidad de los rayos X que atraviesan la capa de materia, D - espesor de la capa absorbente , μ es el coeficiente de atenuación lineal. Es igual a la suma de dos cantidades: t- coeficiente de absorción lineal y σ - coeficiente de dispersión lineal: μ = τ+ σ

En experimentos se encontró que el coeficiente de absorción lineal depende del número atómico de la sustancia y la longitud de onda de los rayos X:

τ = kρZ 3 λ 3, donde k- coeficiente de proporcionalidad directa, ρ - la densidad de la sustancia, Z- el número atómico del elemento, λ es la longitud de onda de los rayos X.

La dependencia de Z es muy importante desde un punto de vista práctico. Por ejemplo, el coeficiente de absorción de los huesos, que están compuestos de fosfato cálcico, es casi 150 veces mayor que el coeficiente de absorción de los tejidos blandos ( Z= 20 para calcio y Z= 15 para fósforo). Cuando los rayos X atraviesan el cuerpo humano, los huesos se distinguen claramente en el contexto de los músculos, el tejido conectivo, etc.

Se sabe que los órganos digestivos tienen el mismo coeficiente de absorción que otros tejidos blandos. Pero la sombra del esófago, el estómago y los intestinos se puede distinguir si el paciente toma un agente de contraste en el interior: sulfato de bario ( Z = 56 para bario). El sulfato de bario es muy opaco a los rayos X y se usa a menudo para radiografías del tracto gastrointestinal. Se inyectan ciertas mezclas opacas en el torrente sanguíneo para examinar el estado de los vasos sanguíneos, los riñones y similares. En este caso, se usa yodo como agente de contraste, cuyo número atómico es 53.

Absorción de rayos X versus Z También se utiliza para proteger contra los posibles efectos nocivos de los rayos X. Para ello, se utiliza plomo, el valor Z para lo cual es 82.

Aplicación de la radiación de rayos X en medicina.

La razón del uso de rayos X en el diagnóstico fue su alta capacidad de penetración, una de las principales Propiedades de los rayos X... En los primeros días después de su descubrimiento, los rayos X se utilizaron principalmente para examinar fracturas óseas y localizar cuerpos extraños (como balas) en el cuerpo humano. Actualmente, se utilizan varios métodos de diagnóstico mediante rayos X (diagnóstico de rayos X).

Fluoroscopia ... Un dispositivo de rayos X consta de una fuente de rayos X (tubo de rayos X) y una pantalla fluorescente. Después de que los rayos X atraviesan el cuerpo del paciente, el médico observa una imagen en la sombra de él. Debe instalarse una ventana de plomo entre la pantalla y los ojos del médico para proteger al médico de los efectos nocivos de los rayos X. Este método permite estudiar el estado funcional de algunos órganos. Por ejemplo, el médico puede observar directamente los movimientos de los pulmones, el paso del medio de contraste a través del tracto gastrointestinal. Las desventajas de este método son imágenes de contraste insuficientes y dosis relativamente grandes de radiación recibidas por el paciente durante el procedimiento.

Fluorografía ... Este método consiste en obtener una fotografía de una parte del cuerpo del paciente. Se utilizan, por regla general, para el examen preliminar del estado de los órganos internos de los pacientes que utilizan pequeñas dosis de rayos X.

Radiografía. (Radiografía de rayos X). Ésta es una técnica de examen de rayos X en la que se graba una imagen en una película fotográfica. Las fotos se toman generalmente en dos planos perpendiculares. Este método tiene varias ventajas. Las fotografías de rayos X contienen más detalles que una imagen en una pantalla fluorescente y, por lo tanto, son más informativas. Se pueden guardar para un análisis posterior. La dosis total de radiación es menor que la utilizada en fluoroscopia.

Tomografía computarizada de rayos x ... Equipado con tecnología informática, el escáner tomográfico axial es el dispositivo de diagnóstico por rayos X más moderno que le permite obtener una imagen clara de cualquier parte del cuerpo humano, incluidos los tejidos blandos de los órganos.

La primera generación de escáneres de tomografía computarizada (TC) incluye un tubo de rayos X especial que se adjunta a un marco cilíndrico. Se dirige al paciente un haz delgado de rayos X. Dos detectores de rayos X están conectados al lado opuesto del marco. El paciente está en el centro de un marco que puede girar 180 ° alrededor de su cuerpo.

El haz de rayos X atraviesa un objeto estacionario. Los detectores reciben y registran los valores de absorción de varios tejidos. Las grabaciones se realizan 160 veces mientras el tubo de rayos X se mueve linealmente a lo largo del plano escaneado. A continuación, se gira el marco 1 0 y se repite el procedimiento. La grabación continúa hasta que el fotograma gira 180 0. Cada detector registra 28800 cuadros (180x160) durante el estudio. La información es procesada por una computadora y una imagen de la capa seleccionada se forma por medio de un programa de computadora especial.

La segunda generación de TC utiliza múltiples haces de rayos X y hasta 30 detectores de rayos X. Esto permite acelerar el proceso de investigación hasta 18 segundos.

La tercera generación de TC utiliza un nuevo principio. Un amplio haz de rayos X en forma de abanico cubre el objeto en estudio, y varios cientos de detectores registran la radiación de rayos X transmitida a través del cuerpo. El tiempo necesario para la investigación se reduce a 5-6 segundos.

La TC tiene muchas ventajas sobre los métodos de rayos X anteriores. Se caracteriza por una alta resolución, lo que permite distinguir entre cambios sutiles en los tejidos blandos. La TC puede detectar procesos patológicos que no pueden detectarse con otros métodos. Además, el uso de CT le permite reducir la dosis de radiación de rayos X recibida durante el diagnóstico de los pacientes.

Los rayos X desempeñan una de las funciones más importantes en el estudio y el uso práctico de los fenómenos atómicos. Gracias a su investigación, se han realizado muchos descubrimientos y se han desarrollado métodos para el análisis de sustancias que se utilizan en diversos campos. Aquí veremos uno de los tipos de rayos X: los rayos X característicos.

La naturaleza y propiedades de los rayos X

La radiación de rayos X es un cambio de alta frecuencia en el estado de un campo electromagnético que se propaga en el espacio a una velocidad de unos 300.000 km / s, es decir, ondas electromagnéticas. En la escala del rango de radiación electromagnética, los rayos X se ubican en el rango de longitud de onda de aproximadamente 10 -8 a 5 10 -12 metros, que es varios órdenes de magnitud más corto que las ondas ópticas. Esto corresponde a frecuencias de 3 ∙ 10 16 a 6 ∙ 10 19 Hz y energías de 10 eV a 250 keV, o 1,6 ∙ 10-18 a 4 ∙ 10-14 J. Cabe señalar que los límites de los rangos de frecuencia de Las radiaciones electromagnéticas son bastante arbitrarias debido a su superposición.

Es la interacción de partículas cargadas aceleradas (electrones de alta energía) con campos eléctricos y magnéticos y con átomos de materia.

Los fotones de rayos X tienen altas energías y una alta capacidad de penetración e ionización, especialmente para rayos X duros con longitudes de onda inferiores a 1 nanómetro (10 -9 m).

Los rayos X interactúan con la materia, ionizando sus átomos, en los procesos de efecto fotoeléctrico (fotoabsorción) y dispersión incoherente (Compton). Durante la fotoabsorción, un fotón de rayos X, al ser absorbido por un electrón de un átomo, le transfiere energía. Si su valor excede la energía de enlace de un electrón en un átomo, entonces abandona el átomo. La dispersión de Compton es característica de los fotones de rayos X más duros (energéticos). Parte de la energía del fotón absorbido se gasta en ionización; mientras que en un cierto ángulo con la dirección del fotón primario, se emite el secundario, con una frecuencia más baja.

Tipos de radiación de rayos X. Radiación de frenado

Para la obtención de los rayos se utilizan cilindros de vacío de vidrio con electrodos ubicados en su interior. La diferencia de potencial entre los electrodos es muy alta, hasta cientos de kilovoltios. La emisión termoiónica se produce en un cátodo de tungsteno calentado por la corriente, es decir, de él se emiten electrones que, acelerados por una diferencia de potencial, bombardean el ánodo. Como resultado de su interacción con los átomos del ánodo (a veces se le llama anticatodo), se generan fotones de rayos X.

Dependiendo de qué proceso conduce a la producción de un fotón, se distinguen tipos de radiación de rayos X como bremsstrahlung y radiación característica.

Los electrones pueden, al encontrarse con el ánodo, ralentizarse, es decir, perder energía en los campos eléctricos de sus átomos. Esta energía se emite en forma de fotones de rayos X. Esta radiación se llama bremsstrahlung.

Está claro que las condiciones de frenado serán diferentes para los electrones individuales. Esto significa que diferentes cantidades de su energía cinética se convierten en rayos X. Como resultado, bremsstrahlung incluye fotones de diferentes frecuencias y, en consecuencia, longitudes de onda. Por tanto, su espectro es continuo (continuo). A veces, por esta razón, también se denomina radiación de rayos X "blanca".

La energía del fotón bremsstrahlung no puede exceder la energía cinética del electrón que lo genera, por lo que la frecuencia máxima (y la longitud de onda más pequeña) de la radiación bremsstrahlung corresponde al valor máximo de la energía cinética de los electrones incidentes sobre el ánodo. Este último depende de la diferencia de potencial aplicada a los electrodos.

Existe otro tipo de radiación de rayos X, cuya fuente es un proceso diferente. Esta radiación se llama característica y nos detendremos en ella con más detalle.

Cómo surgen los rayos X característicos

Una vez alcanzado el anticatodo, un electrón rápido puede penetrar en el átomo y eliminar cualquier electrón de uno de los orbitales inferiores, es decir, transferirle energía suficiente para superar la barrera potencial. Sin embargo, si hay niveles de energía más altos en el átomo ocupado por electrones, el espacio vacante no permanecerá vacío.

Debe recordarse que la estructura electrónica del átomo, como cualquier sistema energético, tiende a minimizar la energía. La vacante formada como resultado de la desactivación se llena con un electrón de uno de los niveles superiores. Su energía es más alta y, ocupando un nivel más bajo, emite un exceso en forma de un cuanto de radiación característica de rayos X.

La estructura electrónica de un átomo es un conjunto discreto de posibles estados de energía para los electrones. Por lo tanto, los fotones de rayos X emitidos en el proceso de reemplazo de las vacantes electrónicas también pueden tener solo valores de energía estrictamente definidos, lo que refleja la diferencia de nivel. Como resultado, la radiación de rayos X característica no tiene un espectro continuo, sino un espectro en forma de línea. Tal espectro permite caracterizar la sustancia del ánodo, de ahí el nombre de estos rayos. Es precisamente debido a las diferencias espectrales que está claro qué se entiende por bremsstrahlung y rayos X característicos.

A veces, el átomo no emite el exceso de energía, sino que se gasta en eliminar el tercer electrón. Este proceso, el llamado efecto Auger, es más probable que ocurra cuando la energía de enlace de electrones no excede 1 keV. La energía del electrón de Auger liberado depende de la estructura de los niveles de energía del átomo; por lo tanto, los espectros de dichos electrones también son discretos.

Vista general del espectro característico

Las líneas características estrechas están presentes en el patrón espectral de rayos X junto con un espectro de bremsstrahlung continuo. Si representamos el espectro como un gráfico de intensidad versus longitud de onda (frecuencia), veremos picos agudos en las ubicaciones de las líneas. Su posición depende del material del ánodo. Estos picos están presentes en cualquier diferencia de potencial: si hay rayos X, siempre hay picos también. A medida que aumenta el voltaje a través de los electrodos del tubo, aumenta la intensidad de la radiación de rayos X tanto continua como característica, pero la ubicación de los picos y la relación de sus intensidades no cambia.

Los picos en los espectros de rayos X tienen la misma apariencia independientemente del material del anticatodo irradiado con electrones, pero en diferentes materiales se ubican a diferentes frecuencias, combinándose en serie según la cercanía de los valores de frecuencia. La diferencia de frecuencia entre las propias series es mucho más significativa. El tipo de máximos no depende en modo alguno de si el material del ánodo es un elemento químico puro o una sustancia compleja. En el último caso, los espectros de rayos X característicos de sus elementos constituyentes simplemente se superponen entre sí.

Con un aumento en el número de serie de un elemento químico, todas las líneas de su espectro de rayos X se desplazan hacia un aumento de frecuencia. En este caso, el espectro conserva su forma.

Ley de Moseley

El fenómeno del cambio espectral de las líneas características fue descubierto experimentalmente por el físico inglés Henry Moseley en 1913. Esto le permitió asociar las frecuencias de los máximos del espectro con los números de serie de los elementos químicos. Por lo tanto, la longitud de onda de la radiación de rayos X característica, como resultó, puede correlacionarse claramente con un cierto elemento. En términos generales, la ley de Moseley se puede escribir de la siguiente manera: √f = (Z - S n) / n√R, donde f es la frecuencia, Z es el número ordinal del elemento, S n es la constante de tramado, n es el número cuántico principal, y R es la constante de Rydberg. Esta dependencia es lineal y en el diagrama de Moseley parece una serie de líneas rectas para cada valor de n.

Los valores n corresponden a series individuales de picos característicos de rayos X. La ley de Moseley permite utilizar los valores medidos de las longitudes de onda (están relacionadas de forma única con las frecuencias) de los máximos del espectro de rayos X para establecer el número ordinal de un elemento químico irradiado por electrones duros.

La estructura de las capas de electrones de los elementos químicos es idéntica. Esto se indica por la monotonicidad del cambio de cizallamiento en el espectro característico de la radiación de rayos X. El cambio de frecuencia refleja diferencias no estructurales, sino energéticas entre las capas de electrones que son únicas para cada elemento.

Papel de la ley de Moseley en la física atómica

Hay pequeñas desviaciones de la estricta relación lineal expresada por la ley de Moseley. Están asociados, en primer lugar, a las peculiaridades del orden de llenado de las capas de electrones de algunos elementos y, en segundo lugar, a los efectos relativistas del movimiento de los electrones de los átomos pesados. Además, con un cambio en el número de neutrones en el núcleo (el llamado cambio isotópico), la posición de las líneas puede cambiar ligeramente. Este efecto permitió estudiar en detalle la estructura atómica.

La importancia de la ley de Moseley es extremadamente grande. Su aplicación consistente a los elementos del sistema periódico de Mendeleev estableció la regularidad del aumento en el número de serie, respectivamente, para cada pequeño cambio de los máximos característicos. Esto ayudó a aclarar la cuestión del significado físico del número ordinal de elementos. El valor de Z no es solo un número: es la carga eléctrica positiva del núcleo, que es la suma de las cargas unitarias positivas de las partículas que lo componen. La correcta colocación de los elementos en la tabla y la presencia de posiciones vacías en ella (entonces todavía existían) recibió una poderosa confirmación. Se ha probado la vigencia de la ley periódica.

La ley de Moseley, además, se convirtió en la base sobre la que surgió todo un área de investigación experimental: la espectrometría de rayos X.

La estructura de las capas de electrones del átomo.

Recordemos brevemente cómo está estructurada la estructura electrónica. Consiste en capas denotadas por las letras K, L, M, N, O, P, Q o números del 1 al 7. Los electrones dentro de la capa se caracterizan por el mismo principio número cuántico n, que determina los posibles valores de energía. En las capas externas, la energía de los electrones es mayor y el potencial de ionización de los electrones externos es correspondientemente menor.

El caparazón incluye uno o más subniveles: s, p, d, f, g, h, i. En cada capa, el número de subniveles se incrementa en uno con respecto al anterior. El número de electrones en cada subnivel y en cada capa no puede exceder un cierto valor. Se caracterizan, además del número cuántico principal, por el mismo valor del orbital, que determina la forma de la nube de electrones. Los subniveles se indican con una indicación del caparazón al que pertenecen, por ejemplo, 2s, 4d, etc.

El subnivel contiene que, además del principal y el orbital, están especificados por otro número cuántico, el magnético, que determina la proyección del momento orbital del electrón en la dirección del campo magnético. Un orbital no puede tener más de dos electrones que difieran en el valor del cuarto número cuántico, el de espín.

Consideremos con más detalle cómo surge la radiación de rayos X característica. Dado que el origen de este tipo de emisión electromagnética está asociado a fenómenos que ocurren en el interior del átomo, lo más conveniente es describirlo en la aproximación de configuraciones electrónicas.

Mecanismo de generación de radiación característica de rayos X

Entonces, la razón de la aparición de esta radiación es la formación de vacíos electrónicos en las capas internas, debido a la penetración profunda de electrones de alta energía en el átomo. La probabilidad de que un electrón duro interactúe aumenta con el aumento de la densidad de las nubes de electrones. Por lo tanto, lo más probable es que las colisiones se produzcan dentro de los caparazones internos densamente empaquetados, como el caparazón de K más bajo. Aquí el átomo se ioniza y se forma una vacante en la capa 1s.

Esta vacante se llena con un electrón de una capa con una energía superior, cuyo exceso es llevado por un fotón de rayos X. Este electrón puede "caer" de la segunda capa L, de la tercera M, y así sucesivamente. Así es como se forma una serie característica, en este ejemplo, una serie K. Una indicación de dónde proviene el electrón que llenó la vacante se da en forma de índice griego en la designación de la serie. Alfa significa que proviene del L-shell, beta significa M-shell. Actualmente, existe una tendencia a reemplazar los índices de letras griegas con los latinos que se utilizan para designar conchas.

La intensidad de la línea alfa en la serie es siempre la más alta, lo que significa que la probabilidad de cubrir una vacante de un caparazón adyacente es la más alta.

Ahora podemos responder a la pregunta de cuál es la energía cuántica máxima de la radiación característica de rayos X. Se determina por la diferencia en los valores de energía de los niveles entre los que se produce la transición de electrones, según la fórmula E = E n 2 - E n 1, donde E n 2 y E n 1 son las energías de la electrónica. estados entre los cuales tuvo lugar la transición. El valor más alto de este parámetro viene dado por las transiciones de la serie K desde los niveles más altos de átomos de elementos pesados. Pero la intensidad de estas líneas (alturas de pico) es la más pequeña, ya que son las menos probables.

Si, debido a un voltaje insuficiente en los electrodos, un electrón duro no puede alcanzar el nivel K, forma una vacante en el nivel L y se forma una serie L menos energética con longitudes de onda largas. Las series posteriores nacen de forma similar.

Además, cuando se llena una vacante como resultado de una transición electrónica, aparece una nueva vacante en el caparazón suprayacente. Esto crea las condiciones para generar la siguiente serie. Las vacantes electrónicas se mueven más alto de un nivel a otro, y el átomo emite una cascada de series espectrales características, mientras permanece ionizado.

Estructura fina de espectros característicos

Los espectros de rayos X atómicos de la radiación de rayos X característica se caracterizan por una estructura fina, que se manifiesta, como en los espectros ópticos, en la división de líneas.

La estructura fina se debe al hecho de que el nivel de energía, la capa de electrones, es un conjunto de componentes poco espaciados, subcapas. Para caracterizar las subcapas, se introduce otro número cuántico interno j, que refleja la interacción de los momentos magnéticos intrínseco y orbital del electrón.

Debido a la influencia de la interacción espín-órbita, la estructura energética del átomo se vuelve más complicada y, como resultado, la radiación de rayos X característica tiene un espectro, que se caracteriza por líneas divididas con elementos muy poco espaciados.

Es habitual designar elementos de una estructura fina con índices digitales adicionales.

La radiación de rayos X característica tiene una característica que se refleja solo en la estructura fina del espectro. La transición de un electrón a un nivel de energía más bajo no ocurre desde la subcapa inferior del nivel superior. Tal evento tiene una probabilidad insignificante.

Uso de rayos X en espectrometría

Esta radiación, debido a sus características descritas por la ley de Moseley, subyace a varios métodos espectrales de rayos X para el análisis de sustancias. Al analizar el espectro de rayos X, se utiliza la difracción de radiación por cristales (método de dispersión de ondas) o detectores que son sensibles a la energía de los fotones de rayos X absorbidos (método de dispersión de energía). La mayoría de los microscopios electrónicos están equipados con algún tipo de accesorios espectrométricos de rayos X.

La espectrometría de dispersión de ondas tiene una precisión especialmente alta. Con la ayuda de filtros especiales, se distinguen los picos más intensos del espectro, por lo que es posible obtener radiación prácticamente monocromática con una frecuencia conocida con precisión. El material del ánodo se selecciona cuidadosamente para asegurar que se obtenga un haz monocromático de la frecuencia deseada. Su difracción sobre la red cristalina de la sustancia en estudio permite estudiar la estructura de la red con gran precisión. Este método también se utiliza en el estudio del ADN y otras moléculas complejas.

Una de las características de la radiación de rayos X característica también se tiene en cuenta en la espectrometría gamma. Esta es la alta intensidad de los picos característicos. En los espectrómetros gamma, la protección de los cables se utiliza contra la radiación de fondo externa que interfiere con las mediciones. Pero el plomo, que absorbe los gamma quanta, experimenta una ionización interna, como resultado de lo cual emite activamente en el rango de rayos X. Para absorber los máximos intensos de la radiación de rayos X característica del plomo, se utiliza un blindaje de cadmio adicional. Este, a su vez, está ionizado y también emite rayos X. Para neutralizar los picos característicos del cadmio, se utiliza una tercera capa de protección: el cobre, cuyos máximos de rayos X se encuentran fuera del rango de frecuencia de funcionamiento del espectrómetro gamma.

La espectrometría utiliza tanto bremsstrahlung como rayos X característicos. Entonces, al analizar sustancias, los espectros de absorción de rayos X continuos son estudiados por varias sustancias.

Físicamente, los rayos X son radiación electromagnética con longitudes de onda que van desde 0,001 a 50 nanómetros. Fue descubierto en 1895 por el físico alemán V.K. Roentgen.

Por naturaleza, estos rayos están relacionados con los rayos ultravioleta del sol. En el espectro, las ondas de radio son las más largas. Les sigue la luz infrarroja, que nuestros ojos no perciben, pero nosotros la percibimos como calor. Luego vienen los rayos del rojo al morado. Luego - ultravioleta (A, B y C). Y justo detrás de él están los rayos X y los rayos gamma.

Los rayos X se pueden obtener de dos formas: cuando se desaceleran las partículas cargadas que la atraviesan en una sustancia y cuando los electrones pasan de las capas superiores a las internas cuando se libera energía.

A diferencia de la luz visible, estos rayos son muy largos, por lo que pueden penetrar a través de materiales opacos sin reflejarse, refractarse o acumularse en ellos.

Es más fácil obtener radiación de frenado. Las partículas cargadas emiten radiación electromagnética al frenar. Cuanto mayor es la aceleración de estas partículas y, en consecuencia, cuanto más aguda es la desaceleración, más radiación de rayos X se genera y su longitud de onda se acorta. En la mayoría de los casos, en la práctica, recurren a la generación de rayos en el proceso de desaceleración de electrones en sólidos. Esto le permite controlar la fuente de esta radiación, evitando el peligro de exposición a la radiación, porque cuando se apaga la fuente, la radiación de rayos X desaparece por completo.

La fuente más común de dicha radiación: la radiación que emite no es homogénea. Contiene radiación tanto suave (onda larga) como dura (onda corta). El blando se caracteriza por el hecho de que es completamente absorbido por el cuerpo humano, por lo tanto, dicha radiación de rayos X hace el doble de daño que el duro. Con una radiación electromagnética excesiva en los tejidos del cuerpo humano, la ionización puede dañar las células y el ADN.

El tubo tiene dos electrodos: un cátodo negativo y un ánodo positivo. Cuando el cátodo se calienta, los electrones se evaporan y luego se aceleran en un campo eléctrico. Chocando con la materia sólida de los ánodos, comienzan a frenar, lo que se acompaña de la emisión de radiación electromagnética.

La radiación de rayos X, cuyas propiedades son ampliamente utilizadas en medicina, se basa en obtener una imagen de sombra del objeto en estudio en una pantalla sensible. Si el órgano diagnosticado se ilumina con un haz de rayos paralelos entre sí, la proyección de sombras de este órgano se transmitirá sin distorsión (proporcionalmente). En la práctica, la fuente de radiación se parece más a una fuente puntual, por lo que se ubica a una distancia de la persona y de la pantalla.

Para conseguirlo, se coloca a una persona entre un tubo de rayos X y una pantalla o película, actuando como receptores de radiación. Como resultado de la irradiación, el hueso y otros tejidos densos aparecen en la imagen en forma de sombras obvias, lucen más contrastantes frente al fondo de áreas menos expresivas que transmiten tejidos con menor absorción. En las radiografías, la persona se vuelve "traslúcida".

A medida que los rayos X se propagan, pueden dispersarse y absorberse. Antes de ser absorbidos, los rayos pueden viajar cientos de metros en el aire. En una sustancia densa, se absorben mucho más rápido. Los tejidos biológicos humanos son heterogéneos, por lo tanto, la absorción de rayos por ellos depende de la densidad de los tejidos de los órganos. absorbe los rayos más rápido que los tejidos blandos, porque contiene sustancias con un gran número atómico. Los fotones (partículas individuales de rayos) son absorbidos por diferentes tejidos del cuerpo humano de diferentes formas, lo que permite obtener una imagen de contraste mediante rayos X.

En 1895, el físico alemán W. Roentgen descubrió un nuevo tipo de radiación electromagnética previamente desconocido, que recibió el nombre de rayos X en honor a su descubridor. V. Roentgen se convirtió en el autor de su descubrimiento a la edad de 50 años, ocupando el cargo de rector de la Universidad de Würzburg y teniendo la reputación de ser uno de los mejores experimentadores de su tiempo. El estadounidense Edison fue uno de los primeros en encontrar una aplicación técnica para el descubrimiento de Roentgen. Creó un conveniente aparato de demostración y ya en mayo de 1896 organizó una exposición de rayos X en Nueva York, donde los visitantes podían examinar su propia mano en una pantalla luminosa. Después de que el asistente de Edison murió por quemaduras graves, que recibió durante demostraciones constantes, el inventor detuvo más experimentos con rayos X.

La radiación de rayos X comenzó a usarse en medicina debido a su alto poder de penetración. Inicialmente, los rayos X se utilizaron para examinar fracturas óseas y localizar cuerpos extraños en el cuerpo humano. Actualmente, existen varios métodos basados ​​en la radiación de rayos X. Pero estos métodos tienen sus inconvenientes: la radiación puede causar daños profundos en la piel. Las úlceras que aparecían a menudo se convertían en cáncer. En muchos casos, hubo que amputar dedos o manos. Fluoroscopia(sinónimo transiluminación): uno de los principales métodos de examen de rayos X, que consiste en obtener una imagen positiva plana del objeto en estudio en una pantalla translúcida (fluorescente). En fluoroscopia, el sujeto se encuentra entre la pantalla translúcida y el tubo de rayos X. En las pantallas modernas de transmisión de rayos X, la imagen aparece en el momento en que se enciende el tubo de rayos X y desaparece inmediatamente después de apagarlo. La fluoroscopia permite estudiar la función de un órgano: latidos del corazón, movimientos respiratorios de las costillas, pulmones, diafragma, peristalsis del tracto digestivo, etc. La fluoroscopia se utiliza en el tratamiento de enfermedades del estómago, tracto gastrointestinal, duodeno 12, enfermedades del hígado, vesícula biliar y tracto biliar. En este caso, la sonda médica y los manipuladores se introducen sin dañar los tejidos, y las acciones durante la operación son controladas por fluoroscopia y son visibles en el monitor.
Radiografía - Método de diagnóstico por rayos X con el registro de una imagen fija en un material fotosensible - espec. película fotográfica (película de rayos X) o papel fotográfico con posterior procesamiento fotográfico; en radiografía digital, la imagen se registra en la memoria de la computadora. Se realiza en dispositivos de diagnóstico por rayos X, estacionarios, instalados en salas de rayos X especialmente equipadas, o móviles y portátiles, al lado de la cama del paciente o en el quirófano. En las radiografías, los elementos de las estructuras de varios órganos se muestran mucho más claramente que en una pantalla fluorescente. La radiografía se realiza con la finalidad de identificar y prevenir diversas enfermedades, su principal finalidad es ayudar a los médicos de diferentes especialidades a realizar un diagnóstico de manera correcta y rápida. Una fotografía de rayos X registra el estado de un órgano o tejido solo en el momento de la toma. Sin embargo, una sola radiografía registra solo cambios anatómicos en un momento determinado, da la estática del proceso; mediante una serie de radiografías tomadas a intervalos regulares, es posible estudiar la dinámica del proceso, es decir, cambios funcionales. Tomografía. La palabra tomografía se puede traducir del griego como "Cortar imagen". Esto significa que el propósito de la tomografía es obtener una imagen capa por capa de la estructura interna del objeto de investigación. La tomografía computarizada se caracteriza por una alta resolución, lo que permite distinguir entre cambios sutiles en los tejidos blandos. La TC puede detectar procesos patológicos que no pueden detectarse con otros métodos. Además, el uso de CT le permite reducir la dosis de radiación de rayos X recibida durante el diagnóstico de los pacientes.
Fluorografía- un método de diagnóstico que le permite obtener una imagen de órganos y tejidos se desarrolló a fines del siglo XX, un año después del descubrimiento de los rayos X. En las imágenes se aprecia esclerosis, fibrosis, cuerpos extraños, neoplasias, inflamaciones en grado desarrollado, presencia de gases e infiltración en las cavidades, abscesos, quistes, etc. Muy a menudo, la fluorografía de tórax se realiza para detectar tuberculosis, un tumor maligno en los pulmones o el tórax y otras patologías.
Terapia de rayos X- Este es un método moderno mediante el cual se tratan algunas patologías articulares. Las principales direcciones del tratamiento de enfermedades ortopédicas por este método son: Crónicas. Procesos inflamatorios de las articulaciones (artritis, poliartritis); Degenerativas (artrosis, osteocondrosis, espondilosis deformante). El propósito de la terapia de rayos X es la inhibición de la actividad vital de las células de tejidos alterados patológicamente o su completa destrucción. En enfermedades no neoplásicas, la terapia de rayos X tiene como objetivo suprimir la reacción inflamatoria, suprimir los procesos proliferativos, reducir la sensibilidad al dolor y la actividad secretora de las glándulas. Debe tenerse en cuenta que las glándulas sexuales, los órganos hematopoyéticos, los leucocitos y las células tumorales malignas son más sensibles a los rayos X. La dosis de radiación en cada caso se determina individualmente.

Por el descubrimiento de los rayos X, Roentgen fue galardonado con el primer premio Nobel de física en 1901, y el comité del Nobel enfatizó la importancia práctica de su descubrimiento.
Por tanto, los rayos X son radiación electromagnética invisible con una longitud de onda de 105-102 nm. Los rayos X pueden penetrar algunos materiales que son opacos a la luz visible. Se emiten durante la desaceleración de electrones rápidos en la materia (espectro continuo) y durante las transiciones de electrones desde las capas externas de electrones del átomo a la interna (espectro lineal). Las fuentes de radiación de rayos X son: un tubo de rayos X, algunos isótopos radiactivos, aceleradores y dispositivos de almacenamiento de electrones (radiación de sincrotrón). Receptores: película fotográfica, pantallas luminiscentes, detectores de radiación nuclear. Los rayos X se utilizan en análisis estructural de rayos X, medicina, detección de fallas, análisis espectral de rayos X, etc.