Kaip Veikia Rentgeno Spinduliai

{h1}

Panašu, kad rentgeno aparatai daro neįmanomą: dėka labai šaunių mokslo principų darbe jie mato tiesiai per drabužius, minkštimą ir net metalą. Sužinokite, kaip rentgeno aparatai mato tiesiai ant jūsų kaulų.

Kaip ir daugelio monumentalių žmonijos atradimų, Rentgeno technologija buvo išrastas visiškai atsitiktinai. 1895 m. Vokiečių fizikas, vardu Wilhelmas Roentgenas, atrado šį eksperimentą elektronų pluoštai a dujų išleidimo vamzdis. Roentgenas pastebėjo, kad fluorescencinis ekranas jo laboratorijoje pradėjo švytėti, kai buvo įjungtas elektronų pluoštas. Šis atsakas pats savaime nebuvo toks stebinantis - fluorescencinė medžiaga paprastai švyti reaguodama į elektromagnetinę spinduliuotę, tačiau Roentgeno vamzdelis buvo apsuptas sunkaus juodo kartono. Roentgenas manė, kad tai būtų užblokavęs didžiąją dalį radiacijos.

Tarp vamzdelio ir ekrano Rentgenas įdėjo įvairius daiktus, o ekranas vis tiek švytėjo. Galiausiai jis padėjo ranką prieš vamzdelį ir pamatė jo kaulų siluetą, išsikišusį į fluorescencinį ekraną. Iškart po to, kai patys atrado rentgeno spindulius, jis atrado naudingiausią jų pritaikymą.

Nepaprastas Roentgeno atradimas sužadino vieną svarbiausių medicinos pasiekimų žmonijos istorijoje. Rentgeno spindulių technologija leidžia gydytojams pamatyti tiesiai per žmogaus audinį, kad nepaprastai lengvai ištirtų sulaužytus kaulus, ertmes ir prarytus daiktus. Modifikuotos rentgeno procedūros gali būti naudojamos minkštesniems audiniams, tokiems kaip plaučiai, kraujagyslės ar žarnos, ištirti.

Šiame straipsnyje mes tiksliai sužinosime, kaip rentgeno aparatai išsitraukia šį neįtikėtiną triuką. Kaip paaiškėja, pagrindinis procesas yra tikrai labai paprastas.

Kas yra rentgeno spinduliai?

Rentgeno spinduliai iš esmės yra tas pats, kas matomos šviesos spinduliai. Abi yra bangos formos elektromagnetinė energija nešamas dalelėmis, vadinamomis fotonais (daugiau informacijos žr. Kaip veikia šviesa). Skirtumas tarp rentgeno ir matomos šviesos spindulių yra toks: energijos lygis atskirų fotonų. Tai taip pat išreiškiama kaip bangos ilgio spindulių.

Mūsų akys jautriai reaguoja į tam tikrą matomos šviesos bangos ilgį, bet ne į trumpesnį aukštesnės energijos rentgeno bangų ilgį ar į mažesnių energijos radijo bangų ilgesnį bangos ilgį.

Matomi šviesos fotonai ir rentgeno fotonai yra sukuriami judant elektronai atomuose. Elektronai užima skirtingus energijos lygius arba orbitales aplink atomo branduolį. Kai elektronas nukrenta į apatinę orbitalę, jis turi išlaisvinti šiek tiek energijos - jis išskiria papildomą energiją fotono pavidalu. Fotono energijos lygis priklauso nuo to, kaip toli elektronas nukrito tarp orbitų. (Išsamų šio proceso aprašymą rasite šiame puslapyje.)

Kai fotonas susiduria su kitu atomu, atomas gali sugerti fotono energija padidinant elektroną į aukštesnį lygį. Kad tai įvyktų, turi būti fotono energijos lygis rungtynės energijos skirtumas tarp dviejų elektronų padėčių. Jei ne, fotonas negali perkelti elektronų tarp orbitų.

Kaip veikia rentgeno spinduliai: energijos


Atomai, kurie sudaro jūsų kūno audinį, labai gerai sugeria matomos šviesos fotonus. Fotono energijos lygis atitinka įvairius energijos skirtumus tarp elektronų padėčių. Radijo bangos neturi pakankamai energijos, kad judėtų elektronus tarp didesnių atomų orbitų, todėl jie praeina pro daugumą daiktų. Rentgeno spindulių fotonai taip pat praeina daugumą dalykų, tačiau dėl priešingos priežasties: Jie turi per daug energijos.

Kiti rentgeno spindulių naudojimo būdai Svarbiausias rentgeno spindulių technologijos indėlis buvo medicinos pasaulyje, tačiau rentgeno spinduliai taip pat vaidino lemiamą vaidmenį daugelyje kitų sričių. Rentgeno spinduliai buvo svarbiausi tyrimuose, apimančiuose kvantinės mechanikos teoriją, kristalografiją ir kosmologiją. Pramonės pasaulyje rentgeno skaitytuvai dažnai naudojami aptikti mažus sunkiųjų metalų įrangos trūkumus. Žinoma, rentgeno skaitytuvai tapo standartine oro uostų saugumo įranga.

Tačiau jie gali išmušti elektroną nuo viso atomo. Dalis energijos, gaunamos iš rentgeno fotono, atskiria elektroną nuo atomo, o likusi dalis perduoda elektroną, skraidantį per kosmosą. Didesnis atomas yra labiau linkęs absorbuoti rentgeno fotoną tokiu būdu, nes didesni atomai turi didesnius energijos skirtumus tarp orbitų - energijos lygis labiau atitinka fotono energiją. Mažesni atomai, kur elektronų orbitalės yra atskirtos santykinai mažais energijos šuoliais, yra mažiau linkę absorbuoti rentgeno fotonus.

Minkštąjį jūsų kūno audinį sudaro mažesni atomai, todėl jis ypač gerai nesugeria rentgeno fotonų. Kalcio atomai, sudarantys jūsų kaulus, yra daug didesni, todėl jie yra geriau sugeriantys rentgeno fotonus.

Kitame skyriuje pamatysime, kaip rentgeno aparatai veikia šį efektą.

Rentgeno aparatas

Rentgeno aparato širdis yra elektrodų pora - katodas ir anodas, esantis a stiklinis vakuuminis vamzdelis. Katodas yra a kaitinamas siūlas, kaip galite rasti senesnėje fluorescencinėje lempoje. Mašina praleidžia srovę per kaitinimo siūlelį, kaitindama jį. Šilumos dėka elektronai išsisklaido iš kaitinimo siūlelio paviršiaus. Teigiamai įkrautas anodas, plokščias diskas, pagamintas iš volframo, traukia elektronus per vamzdelį.

Kaip veikia rentgeno spinduliai: energijos


Įtampos skirtumas tarp katodo ir anodo yra ypač didelis, todėl elektronai sklinda pro vamzdelį su didele jėga. Kai greitį keliantis elektronas susiduria su volframo atomu, jis išmuša prarastą elektroną vienoje iš atomo apatinių orbitų. Aukštesnėje orbitoje esantis elektronas iškart nukrenta į žemesnį energijos lygį, išleisdamas papildomą energiją fotono pavidalu. Tai didelis lašas, todėl fotono energijos lygis yra aukštas - tai rentgeno fotonas.

Kaip veikia rentgeno spinduliai: veikia


Laisvasis elektronas susiduria su volframo atomu, išmušdamas elektroną iš apatinės orbitos. Aukštesnės orbitos elektronas užpildo tuščią vietą, išlaisvindamas perteklinę energiją kaip fotonas.

Laisvieji elektronai taip pat gali generuoti fotonus nepataikydami į atomą. Atomo branduolys gali pritraukti greitį keliantį elektroną tik tiek, kad pakeistų jo kursą. Kaip kometa, plakanti aplink saulę, elektronas sulėtėja ir keičia kryptį, kai jis praeina pro atomą. Šis „stabdomasis“ veiksmas priverčia elektroną spinduliuoti perteklinę energiją rentgeno fotono pavidalu.

Kaip veikia rentgeno spinduliai: kaip


Laisvasis elektronas traukia volframo atomo branduolį. Kai elektronų greitis praeina, branduolys keičia savo kursą. Elektronas praranda energiją, kurią jis išskiria kaip rentgeno fotoną.

Kontrastinės medžiagos Įprastoje rentgeno nuotraukoje dauguma minkštųjų audinių nėra aiškiai matomi. Norėdami sutelkti dėmesį į organus arba ištirti kraujagysles, sudarančias kraujotakos sistemą, gydytojai turi pristatyti kontrastinė medžiaga į kūną.
Kontrastinės terpės yra skysčiai, kurie efektyviau absorbuoja rentgeno spindulius nei aplinkiniai audiniai. Norėdami sutelkti dėmesį į virškinimo ir endokrininės sistemos organus, pacientas praryja kontrastinės medžiagos mišinį, paprastai bario junginį. Jei gydytojai nori ištirti kraujagysles ar kitus kraujotakos sistemos elementus, jie į paciento kraują suleidžia kontrastinės medžiagos.
Kontrastinės terpės dažnai naudojamos kartu su a fluoroskopas. Fluoskopijos metu rentgeno spinduliai praeina per kūną į fluorescencinį ekraną, sukurdami judantį rentgeno vaizdą. Norėdami atsekti kontrastinės medžiagos patekimą per kūną, gydytojai gali naudoti fluoroskopiją. Gydytojai taip pat gali įrašyti judančius rentgeno vaizdus filmuose ar vaizdo įrašuose.

Didelio smūgio susidūrimai, susiję su rentgeno spinduliuote, generuoja daug šilumos. Variklis suka anodą, kad jis neištirptų (elektronų pluoštas ne visada sufokusuotas toje pačioje srityje). Šalta aliejaus vonia, supanti voką, taip pat sugeria šilumą.

Visas mechanizmas yra apsuptas storo švino skydo. Tai neleidžia rentgeno spinduliams pabėgti į visas puses. Nedidelis skydo langas leidžia kai kuriems rentgeno fotonams ištrūkti iš siauros šviesos. Kelyje pacientui pluoštas praeina per keletą filtrų.

Kamera, esanti kitoje paciento pusėje, fiksuoja rentgeno spindulių srautą, kuris praeina per visą paciento kūną. Rentgeno fotoaparatas naudoja tą pačią filmavimo technologiją kaip ir įprastas fotoaparatas, tačiau rentgeno šviesa vietoj matomos šviesos nustato cheminę reakciją. (Norėdami sužinoti apie šį procesą, žr. Kaip veikia fotofilmai.)

Paprastai gydytojai išlaiko filmo vaizdą kaip neigiamas. T. y., Tos vietos, kuriose yra daugiau šviesos, atrodo tamsesnės, o tos, kurios yra veikiamos mažiau šviesos, - šviesesnės. Kieta medžiaga, tokia kaip kaulas, atrodo balta, o minkštesnė - juoda arba pilka. Keisdami rentgeno spindulio intensyvumą, gydytojai gali sutelkti dėmesį į skirtingas medžiagas.

Ar rentgeno spinduliai jums blogi?

Rentgeno spinduliai yra puikus medicinos pasaulio papildymas; jie leidžia gydytojams bendrauti paciento viduje be jokios operacijos. Pažvelgti į sulaužytą kaulą rentgeno spinduliais yra daug lengviau ir saugiau, nei atverti pacientą.

Bet rentgeno spinduliai taip pat gali būti kenksmingi. Pirmosiomis rentgeno mokslo dienomis daugybė gydytojų ilgą laiką atidengtų pacientus ir save į spindulius. Galiausiai gydytojai ir pacientai pradėjo tobulėti radiacijos liga, o medicinos bendruomenė žinojo, kad kažkas ne taip.

Problema ta, kad rentgeno spinduliai yra tam tikros formos jonizuojanti radiacija. Kai normali šviesa pasiekia atomą, ji negali reikšmingai pakeisti atomo. Bet kai rentgeno spindulys pataiko į atomą, jis gali numušti elektronus nuo atomo, kad sukurtų jonų, elektriškai įkrautas atomas. Tada laisvieji elektronai susiduria su kitais atomais, kad susidarytų daugiau jonų.

Jonų elektrinis krūvis gali sukelti nenatūralias chemines reakcijas ląstelių viduje. Be kita ko, krūvis gali nutraukti DNR grandines. Ląstelė su suskaidyta DNR grandine arba mirs, arba DNR išsivystys mutacija. Jei žūsta daugybė ląstelių, organizmas gali susirgti įvairiomis ligomis. Jei DNR mutavo, ląstelė gali pasidaryti vėžinė ir šis vėžys gali plisti. Jei mutacija yra spermoje ar kiaušialąstelėje, ji gali sukelti apsigimimus. Dėl visų šių pavojų gydytojai rentgeno spindulius naudoja retai.

Net esant tokiai rizikai, rentgeno spindulių skenavimas vis tiek yra saugesnis pasirinkimas nei operacija. Rentgeno aparatai yra neįkainojama priemonė medicinoje, taip pat saugumo ir mokslinių tyrimų pranašumas. Jie iš tiesų yra vienas naudingiausių visų laikų išradimų.

Norėdami gauti daugiau informacijos apie rentgeno ir rentgeno aparatus, skaitykite nuorodas kitame puslapyje.

susiję straipsniai

  • Didžiausia žmogaus kūno viktorina
  • Kaip veikia šviesa
  • Kaip veikia atomai
  • Kaip veikia MRT
  • Kaip veikia branduolinė medicina
  • Kaip veikia ultragarsas
  • Ar tam tikri radijo bangų dažniai kelia pavojų sveikatai?
  • Kaip toli ultravioletinė šviesa prasiskverbia į kūną?

Daugiau puikių nuorodų

  • Rentgeno spinduliai: dar viena šviesos forma
  • Nebrangus rentgeno aparatas
  • Spinduliavimo sąveika su materija
  • Rentgeno spindulių generavimas ir savybės
  • Rentgeno kompiuterinės tomografijos apžvalga
  • Spinduliavimo ekspertas įspėja apie pavojų, atsirandantį dėl per didelio medicininių rentgeno spindulių naudojimo


Vaizdo Papildas: VistaPano S rentgenas - naudojimo gairės.




Tyrimas


„Disney“ Mokslininkai Pavertė Visą Metalinį Kambarį Belaidžiu Įkrovikliu
„Disney“ Mokslininkai Pavertė Visą Metalinį Kambarį Belaidžiu Įkrovikliu

Tikrai Mikro Mašinos: Molekuliniai Automobiliai, Paruošiami Visų Laikų Lenktynėms
Tikrai Mikro Mašinos: Molekuliniai Automobiliai, Paruošiami Visų Laikų Lenktynėms

Mokslas Naujienos


Protingas Aštuonkojis Kuria Mobilųjį Namą
Protingas Aštuonkojis Kuria Mobilųjį Namą

Vaizdo Galerija: Gražus Nubijos Menas
Vaizdo Galerija: Gražus Nubijos Menas

Internetas Padeda Ir Žaloja Paauglius, Kuriems Gresia Savižudybė
Internetas Padeda Ir Žaloja Paauglius, Kuriems Gresia Savižudybė

Genijus Botas: Pokalbis Su „Einstein“ Per „Facebook Messenger“
Genijus Botas: Pokalbis Su „Einstein“ Per „Facebook Messenger“

Kada Geriausias Laikas Pasiskiepyti Nuo Gripo?
Kada Geriausias Laikas Pasiskiepyti Nuo Gripo?


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com