Интереcно о науке

Также как и большинство великих открытий в истории человечества рентгеновские лучи были открыты случайно. В 1895 году немецкий ученый Вильгельм Рентген сделал открытие, пока проводил эксперимент с пучками электронов в газоразрядной трубке. Рентген заметил, что флуоресцирующий экран в его лаборатории начал светиться, в то время как был включен электронный поток. Это было бы вполне обычным явлением, так как флуоресцентный материал должен светиться под действием электромагнитного излучения, если бы не одно но: трубка была отгорожена от экрана плотной черной ширмой. Вильгельм предположил, что это вызвано действием радиации.

Рентген продолжил экспериментировать и помещал различные предметы между экраном и трубкой и экран продолжал светиться.  В конце концов, он сунул руку перед трубкой и увидел на экране силуэт костей. Интерес к его изобретению был проявлен незамедлительно. Это открытие – одно из самых значимых достижений в медицине, так как позволило врачам заглянуть внутрь пациента без проведения операции, и даже не прикасаясь к нему.

Рентгеновские лучи имеют много общего с обычным видимым светом. Оба представляют собой поток электромагнитной волнообразной энергии переносимыми частицами, которые называют фотоны. Разница заключается в длине волны.

Фотоны видимого света и фотоны рентгеновских лучей оба являются продуктом перемещения электронов в атомах. Электроны занимают различные энергетические уровни (орбитали) вокруг ядра атома. Когда электрон переходит с высокой орбитали на более низкую, то высвобождается некоторое количество энергии в виде фотонов. Объем энергии высвободившихся фотонов зависит от того на сколько перешел электрон, то есть как глубоко он упал. Если фотон столкнется с другим атомом, то атом может поглотить энергию фотона и перевести свой электрон (электроны) на более высокий уровень, если для этого хватит энергии.

Атомы, которые составляют ткани человеческого организма очень хорошо впитывают фотоны видимого света. Уровня их энергии хватает, чтобы перевести электроны на более высокий уровень. Радиоволнам не хватает энергии для перемещения электронов между орбитами. В то же время, рентгеновские волны проходят сквозь различные вещи по другой причине: у них слишком много энергии. Хотя они могут потерять часть энергии, чтобы не просто перевести, а вообще оторвать электроны от атомов, но все же большая часть лучей проходят материалы насквозь.

У тяжелых атомов, например у свинца, больше шансов поглотить рентгеновские лучи, так как им как раз требуется много энергии, чтобы перевести их электроны на внешние уровни. А у нетяжелых атомов, из которых преимущественно состоят ткани нашего организма, меньше шансов поглотить фотоны, так как у них гораздо меньше расстояние между уровнями и они просто не смогут принять («осилить») большую энергию рентгеновских лучей. Атомы кальция гораздо больше, чем у химических элементов, составляющих остальные ткани, поэтому они поглощают часть энергии и выглядят более светлыми на снимках.

Как уже было сказано выше, наиболее значимое применения рентгеновские лучи нашли в рентгеновском аппарате, устройство которого сильно напоминает опыт, проделанный их открывателем. В основе работы любого рентгеновского аппарата находится источник рентгеновских лучей. Он в свою очередь представляет собой заполненную газом трубку с положительным (катодом) и отрицательным (анодом) электродами. Катод представляет собой нить, а анод – вольфрамовый диск. Когда через нить пропускают электрический ток, то она разогревается, выпуская со своей поверхности электроны. Анод в свою очередь притягивает их сквозь газовую среду, в результате чего образуется очень большая разность потенциалов. Прорвавшиеся сквозь этот большой барьер электроны попадая на анод выбивают электроны вольфрама с верхних энергетических уровней сразу на нижние, в результате чего высвобождается большая доля энергии в виде фотона, который и является составляющей рентгеновского потока.

 Трубка, где помещено устройство, со всех сторон окружена свинцовой оболочкой, которая препятствует хаотичному излучению фотонов во все стороны. В оболочке есть единственная щель задающая направление движения рентгеновских лучей. Через некоторое расстояние от трубки помещается камера, улавливающая фотоны, а между камерой и трубкой помещается пациент (его рука, нога и т.п.), которого необходимо обследовать. Таким образом, часть фотонов поглотится костями и плотными тканями, а часть пролетит насквозь мягких тканей и попадут на камеру. Образовавшийся на экране силуэт даст картину внутреннего строения тела.

Не смотря на все положительные стороны рентгеновских лучей, у них есть значительный отрицательный фактор. В первые дни использования рентгеновских аппаратов врачи подвергали пациентов запредельным по длительности и мощности облучениям, что в результате приводило к развитию лучевой болезни у обоих. Это связано с тем, что рентгеновское излучение – это форма ионизирующего радиационного излучения. Под его воздействием часть электронов выбивается с внешних оболочек атомов, что приводит к ионизации материала, который они образуют. Это, в свою очередь, может привести к разрушению клеток мягких тканей, что в последствие может привести к раку, бесплодию, мутациям и другим крайне негативным последствиям.

Однако не стоит, боятся рентгеновского облучения. Современные рентгеновские аппараты используют очень небольшие порции лучей. Если не проводить такое обследование слишком часто, то негативный эффект будет крайне мал. Поэтому в наши дни практически в каждой больнице можно встретить рентген-кабинет, без которого трудно себе представить лечение многих заболеваний и травм.