Рентгеновские лучи. История открытия. Применение

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

АМУРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

(ГОУВПО  «АмГУ») 
 

Кафедра химии и естествознания  
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

 на  тему: Рентгеновские лучи. История открытия. Применение 

  по дисциплине «Концепция современного естествознания»  
 
 
 

Исполнитель 

студентка _______________       

Проверил

доцент _______________  В.И.Митрофанова                                       

                                                 
 
 

Благовещенск 2010

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение 3

1 Рентгеновские лучи 3

      1.1 Положение на шкале электромагнитных волн 3 

      1.2 Лабораторные источники 4

      1.3 Взаимодействие с веществом 5

      1.4 Естественное рентгеновское излучение 6

2 История открытия рентгеновских лучей 6

3 Применение рентгеновских лучей 7 

Заключение 10 

Библиографический список 11  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

      27 марта 1845 года родился Вильгельм  Конрад Рентген, немецкий физик, первооткрыватель рентгеновских лучей, самый первый лауреат Нобелевской премии по физике (1901 год). В 1895 Рентген открыл излучение с меньшей, чем у УФ-лучей, длиной волны (Х-лучи), названное впоследствии рентгеновским, и исследовал его свойства: способность отражаться, поглощаться, ионизировать воздух. Первым сделал фотоснимки в рентгеновских лучах. Сконструированные им рентгеновские трубки используются и поныне. Про его лучи знают все, а слово «рентген» уже почти 100 лет пишется с маленькой буквы и прочно ассоциируется с медицинским применением, хотя область использования рентгеновских лучей гораздо шире. 

      1 РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ 

      1.1 Положение на шкале  электромагнитных  волн

      Рентгеновское излучение — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит  на энергетической шкале между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением что соответствует длинам волн от 0,001 до 50 нанометров.

      Рентгеновские лучи по своей природе - близкие родственники солнечного ультрафиолета. Если солнечные  лучи расположить по «росту», то самыми длинными, а точнее длинноволновыми, окажутся радиоволны. Далее следует инфракрасный свет. Мы его не видим, в отличие от некоторых животных, но можем ощущать его как тепло. Далее по степени снижения «роста» следуют красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый свет. Следом идет ультрафиолет, который специалисты делят на A-, B- и C-ультрафиолет. Самый длинноволновой из них (ультрафиолет A) получил «прописку» в соляриях, где с успехом используется человеком для получения искусственного загара. Следом за ультрафиолетовым спектром электромагнитных излучений как раз и расположены рентгеновское и гамма-излучения. Они – близкие родственники с точки зрения физики и имеют достаточно широкую область перекрытия с одинаковыми длинами волн, но у них разные «родители». Гамма-излучение имеет внутриядерное происхождение, т.е. образуется при ядерных превращениях, например, при распаде радиоактивного элемента. Рентгеновские же лучи не образуются непосредственно в результате ядерных превращений.

      1.2 Лабораторные источники

      Рентгеновские лучи могут быть получены двумя способами: при переходах электрона с высших слоев на внутренние слои, когда высвобождается энергия; а также при торможении заряженных частиц в веществе. Если оно получено первым способом, то такое излучение называется характеристическим. В медицинской практике такое рентгеновское излучение не используется. Тормозное рентгеновское излучение получить проще. Заряженные частицы, испытывающие торможение, испускают электромагнитное излучение. Чем больше ускорение частицы (резче торможение), тем меньше длина волны на выходе. Т.е. чем большее торможение испытывают частицы, тем большим будет количество образующегося рентгеновского излучения и тем меньше будет длина его волны. На практике рентгеновское излучение получают при торможении ускоренных электронов в твердом веществе. При этом есть возможность управлять источником излучения. При отключении этого источника рентгеновские лучи исчезают, а значит, полностью снимается опасность радиационного облучения.

      Наиболее  распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка. Она представляет собой электровакуумный прибор, из сильно разогретого катода которого происходит испарение электронов, а затем их ускорение в электрическом поле между катодом и анодом. В результате они сталкиваются с твердым веществом анода и при торможении испускают рентгеновское излучение. В настоящее время аноды изготовляются главным образом из керамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, — из молибдена.

      Рентгеновское излучение из рентгеновской трубки неоднородно. В нем выделяют мягкое и жесткое излучение. От мягкого рентгеновского излучения в рентгенкабинете стараются избавиться с помощью специальных фильтров. Дело в том, что оно почти полностью поглощается нашим телом, а значит от него двойной вред: во-первых, до пленки эти лучи не дойдут и не нарисуют необходимую нам картинку; во-вторых, они еще сформируют лишнюю дозовую нагрузку на организм человека.

      Рентгеновское излучение можно получать также  и на ускорителях заряженных частиц. Так называемое синхротронное излучение возникает при отклонении пучка частиц в магнитном поле, в результате чего они испытывают ускорение в направлении, перпендикулярном их движению. При определенных параметрах (величина магнитного поля и энергия частиц) в спектре синхротронного излучения можно получить и рентгеновские лучи.

      1.3 Взаимодействие с  веществом

      Рентгеновские лучи могут проникать сквозь вещество, причём различные вещества по-разному  их поглощают. Поглощение рентгеновских  лучей является важнейшим их свойством в рентгеновской съёмке. В воздухе путь лучей до поглощения составляет сотни метров. В плотном веществе происходит быстрое ослабление потока рентгеновских лучей. Биологические ткани человека неоднородны, а поглощение, точнее, ослабление лучей зависит, прежде всего, от плотности ткани, из которой состоит орган. Например, слой водяного пара ослабляет поток рентгеновских фотонов гораздо меньше, чем слой воды такой же толщины. Это происходит из-за того, что на единицу пути в жидкости приходится больше атомов, чем в газе. Ослабление потока рентгеновских лучей зависит так же от химического состава вещества, т.к. элементы с большими атомными номерами ослабляют излучение сильнее, чем элементы, относящиеся к началу таблицы Менделеева. В костной ткани, к тому же более плотной, содержатся вещества с большими атомными номерами, чем в мягких тканях, поэтому она значительно сильнее поглощает излучение. Различное поглощение фотонов разными тканями человеческого организма создает возможность получения контрастного изображения при фотографировании или при получении телевизионного изображения в рентгеновских лучах.

      1.4 Естественное рентгеновское  излучение

      На  Земле электромагнитное излучение  в рентгеновском диапазоне образуется в результате ионизации атомов излучением, которое возникает при радиоактивном распаде, а также космическим излучением. Радиоактивный распад также приводит к непосредственному излучению рентгеновских квантов, если вызывает перестройку электронной оболочки распадающегося атома. Рентгеновское излучение, которое возникает на других небесных телах, не достигает поверхности Земли, т. к. полностью поглощается атмосферой. Оно исследуется спутниковыми рентгеновскими телескопами. 

      2 ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ  ЛУЧЕЙ 

      Немецкий  физик Вильгельм Конрад Рентген, профессор и ректор Вюрцбургского университета (Бавария), экспериментируя в одиночестве в университетской лаборатории, неожиданно открыл «всепроникающие» лучи, которые во всем мире вслед за ним теперь называют «Х-лучами» («Икс-лучами»), а в России – «рентгеновыми» или «рентгеновскими».

      А дело было так. 8 ноября 1895 года, когда  его ассистенты уже ушли домой, Рентген  продолжал работать. Он снова включил  ток в катодной трубке, закрытой со всех сторон плотной чёрной бумагой. Кристаллы платиноцианистого бария, лежавшие неподалёку, начали светиться зеленоватым цветом. Учёный выключил ток – свечение кристаллов прекратилось. При повторной подаче напряжения на катодную трубку, свечение в кристаллах, никак не связанных с прибором, возобновилось.

      В результате дальнейших исследований учёный пришёл к выводу, что из трубки исходит неизвестное излучение, названное им впоследствии икс-лучами. Эксперименты Рентгена показали, что икс-лучи возникают в месте столкновения катодных лучей с преградой внутри катодной трубки. Учёный сделал трубку специальной конструкции – антикатод был плоским, что обеспечивало интенсивный поток икс-лучей. Благодаря этой трубке (она впоследствии будет названа рентгеновской), он изучил и описал основные свойства ранее неизвестного излучения, которое получило название – рентгеновское.

      Как оказалось, икс-излучение способно проникать сквозь многие непрозрачные материалы; при этом оно не отражается и не преломляется. Рентгеновское  излучение ионизирует окружающий воздух и засвечивает фотопластины. Также Рентгеном были сделаны первые снимки с помощью рентгеновского излучения.

      Через короткий промежуток времени рентгеновские  трубки нашли применение в медицине и различных областях техники. За это эпохальное открытие, положившее начало атомно-ядерной науке, Рентгену в 1901 году была присуждена первая в истории Нобелевская премия по физике, причём нобелевский комитет подчёркивал практическую важность его открытия. В 1896 году, в России, впервые было употреблено название «рентгеновские лучи» по инициативе ученика В. К. Рентгена — Абрама Фёдоровича Иоффе. 

      3 ПРИМЕНЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ 

      1. Медицина. Наиболее широкое применение  рентгеновские лучи нашли в  медицине для рентгенодиагностики  и рентгенотерапии.

      Рентгенодиагностика - распознавание повреждений и заболеваний человека и животных на основе данных рентгенологического исследования. Некоторые органы (кости, лёгкие, сердце) хорошо видны на снимках при рентгенографии и на флюороскопическом экране при рентгеноскопии; другие органы можно исследовать только после введения в организм рентгеноконтрастных веществ. В медицинской практике рентгенологические данные необходимы для выяснения локализации, объёма и характера анатомических изменений, изучения функции органов, наблюдения за течением болезни, её осложнениями и исходом.

      Кроме обычных приборов, которые дают двумерную  проекцию исследуемого объекта, существуют компьютерные томографы, которые позволяют  получать объёмное изображение внутренних органов.

      Рентгенотерапия — раздел лучевой терапии, охватывающий теорию и практику лечебного применения рентгеновских лучей. Рентгенотерапию проводят преимущественно при поверхностно расположенных опухолях и при некоторых других заболеваниях, в том числе заболеваниях кожи.

      2. Досмотр багажа и грузов. Практически  не отличается от медицинской рентгеноскопии. Применяется в аэропортах, таможенных пунктах и других местах. Позволяет обнаружить в багаже и грузах запрещённые к перевозке предметы. В последнее время появились переносные рентгеновские аппараты для обследования обнаруженных в общественных местах подозрительных вещей.

      3. Рентгеновская дефектоскопия. Тоже  недалеко ушла от медицинских  применений. Используется в основном  для выявления раковин, грубых  трещин, посторонних включений в  литых изделиях. Применяется при  проверке качества сварных швов.