curs 1-radiatiile x

RaRazezele Xle XProducere, proprietati Producere, proprietati

interactiuni.interactiuni.

Sef de lucrariSef de lucrari

Dr.BUSUIOC VSILEDr.BUSUIOC VSILE

Istoricul dIstoricul descoperirescopeririiii ra razelorzelor X X

8 noiembrie 18958 noiembrie 1895Experimentele efectuate de Experimentele efectuate de Wilhelm Wilhelm

Conrad Röntgen Conrad Röntgen (1845 – 1923), (1845 – 1923), profesor de fizica la Universitatea profesor de fizica la Universitatea

din Würzburg (Germania), din Würzburg (Germania), folosind un tub Hittorf-Crookesfolosind un tub Hittorf-Crookes

prima radiografie- mana sotiei lui rontgen 8 noiembrie 1895

14 ian. 1896, Otto Walkhoff, prima radiografie dentara

CERCETATORI ROMANI Prof. Hurmuzescu- Iasi

Prof. Severeanu si Gerota la Sp. Coltea

WILHELM CONRAD RONTGEN

Razele XRazele X

Razele X sunt de tip Razele X sunt de tip electromagnetic (propagarea electromagnetic (propagarea energiei sub formă de unde energiei sub formă de unde electromagnetice)electromagnetice)

Ele sunt produse prin Ele sunt produse prin interactiunea dintre electronii interactiunea dintre electronii puternic accelerati in puternic accelerati in tubul rontgen si electronii ce tubul rontgen si electronii ce formează norul electronic formează norul electronic orbital al atomilor.orbital al atomilor. Nucleoni

Atomul

Electroni

Razele XRazele X

Spre deosebire de alte radiaţii electromagnetice(cum sunt Spre deosebire de alte radiaţii electromagnetice(cum sunt razele alfa si gamma), razele X au efec ionizant mult mai razele alfa si gamma), razele X au efec ionizant mult mai redus şi o distanţă de penetrare a materiei vii mult mai redus şi o distanţă de penetrare a materiei vii mult mai mare.mare.

Ca în cazul oricăror radiaţii electromagnetice, caracterul dual Ca în cazul oricăror radiaţii electromagnetice, caracterul dual (raze-particula) al acestora face ca unele fenomene să (raze-particula) al acestora face ca unele fenomene să poată fi explicate mai uşor considerând aspectul poată fi explicate mai uşor considerând aspectul corpuscular al radiaţiilor.corpuscular al radiaţiilor.

Razele XRazele X

Conform acestei interpretări, radiaţiile X pot fi considerate ca particule Conform acestei interpretări, radiaţiile X pot fi considerate ca particule microscopice care au proprietatea de a se deplasa cu viteza luminii microscopice care au proprietatea de a se deplasa cu viteza luminii (300000km/s), nu au masă de repaus şi nu sunt încărcate cu sarcină (300000km/s), nu au masă de repaus şi nu sunt încărcate cu sarcină electrică.electrică.

Energia unei astfel de particule este dată de relaţia:Energia unei astfel de particule este dată de relaţia:

E=hυ,E=hυ,

unde unde hh este constanta lui Plank si are valoarea este constanta lui Plank si are valoarea 6.626176x10-34 J.s6.626176x10-34 J.s

Razele XRazele X

Considerarea Considerarea razelor Xrazelor X ca ca unde electromagneticeunde electromagnetice permite explicarea fenomenelor de reflexie, permite explicarea fenomenelor de reflexie, refracţie, difracţie şi polarizare, refracţie, difracţie şi polarizare,

Pe de alta parte ,considerarea Pe de alta parte ,considerarea razelor Xrazelor X drept drept particule în mişcareparticule în mişcare permite explicarea permite explicarea fenomenelor de interacţiune cu materia.fenomenelor de interacţiune cu materia.

Razele XRazele X

Radiaţiile electromagnetice sunt caracterizate de frecvenţa de Radiaţiile electromagnetice sunt caracterizate de frecvenţa de oscilaţie (în herzi) sau de lungimea de undă. oscilaţie (în herzi) sau de lungimea de undă.

Lungimea de undă este exprimată în nanometri Lungimea de undă este exprimată în nanometri (1nm=1/1000000000m) sau în Ångrstromi (1Å=1/10000000000m).(1nm=1/1000000000m) sau în Ångrstromi (1Å=1/10000000000m).

Legătura dintre lungimea de undă şi frecvenţă este dată de relaţia:Legătura dintre lungimea de undă şi frecvenţă este dată de relaţia:

υ =c/λ,υ =c/λ,

unde unde λλ este lungimea de unda, este lungimea de unda, υυ este frecvenţa, iar este frecvenţa, iar cc este viteza este viteza luminii şi este o constantă universală.luminii şi este o constantă universală.

unde unde hh este constanta lui Plank si are valoarea este constanta lui Plank si are valoarea 6.626176x10-34 J.s6.626176x10-34 J.s

Razele XRazele X

Se consideră a fi radiaţii X, radiaţiile Se consideră a fi radiaţii X, radiaţiile electromagnetice având lungimea de undă electromagnetice având lungimea de undă cuprinsă între 0,1 şi 150 Å.cuprinsă între 0,1 şi 150 Å.

În cadrul spectrului electromagnetic, radiaţiile X se În cadrul spectrului electromagnetic, radiaţiile X se găsesc între radiaţiile gamma şi radiaţiile găsesc între radiaţiile gamma şi radiaţiile ultraviolete.ultraviolete.

Sunt considerate ca utile explorărilor medicale Sunt considerate ca utile explorărilor medicale radiaţiile X având lungimea de undă cuprinse radiaţiile X având lungimea de undă cuprinse între 0,1 şi 0,5 Å.între 0,1 şi 0,5 Å.

Producerea raProducerea razezelor Xlor X

Pentru producerea radiaţiilor X sunt necesare Pentru producerea radiaţiilor X sunt necesare îndeplinirea a 4 condiţii:îndeplinirea a 4 condiţii:Generarea de electroniGenerarea de electroni

Accelerarea electronilor la viteze mariAccelerarea electronilor la viteze mari

Concentrarea electronilorConcentrarea electronilor

Frânarea bruscă a electronilorFrânarea bruscă a electronilor

Producerea raProducerea razelorzelor X X

Electroni cu energie mare lovesc o tinta (metalica) sub un unghi Electroni cu energie mare lovesc o tinta (metalica) sub un unghi de 45 de grade unde doar o mica parte a energiei lor este de 45 de grade unde doar o mica parte a energiei lor este

convertita in radiatieconvertita in radiatie

tinta

Energie joasa sau medie,intre10 si 400KeV

Energie inalta,mai mare de 1MeV

Producerea razelorProducerea razelor X X

Distributia unghiulara:Distributia unghiulara: radiatia X de mare energie este radiatia X de mare energie este directionata preponderent “inainte”, in timp ce radiatia X directionata preponderent “inainte”, in timp ce radiatia X de energie joasa este emisa in principal perpendicularde energie joasa este emisa in principal perpendicular pe pe

fasciculul incidenfasciculul incidentt

de electronide electroni

Producerea razelorProducerea razelor X X

Eficienta de producere: Eficienta de producere: in general, cu cat energia este mai in general, cu cat energia este mai mare,cu atat este mai mare eficienta de producere a mare,cu atat este mai mare eficienta de producere a radiatiei X - aceasta inseamna ca la energii joase cea mai radiatiei X - aceasta inseamna ca la energii joase cea mai mare parte a energiei electronilor (>98%) este mare parte a energiei electronilor (>98%) este transformata in caldura (radiatii infrarosii) si, numai 1-2% transformata in caldura (radiatii infrarosii) si, numai 1-2% este este transformată în energia electromagnetică a razelor X. transformată în energia electromagnetică a razelor X.

Obtinerea de raze Obtinerea de raze XX

Radiaţiile X rezultate sunt emise în toate direcţiile şi numai cele care Radiaţiile X rezultate sunt emise în toate direcţiile şi numai cele care trec prin fereastra cupolei alcătuind radiaţia incidentă sunt utilizate trec prin fereastra cupolei alcătuind radiaţia incidentă sunt utilizate pentru realizarea radiografiilor.pentru realizarea radiografiilor.

1 – catodul; 2 – filamentul catodului; 3 – focar termic-optic; 1 – catodul; 2 – filamentul catodului; 3 – focar termic-optic; 4 – anodul; 5 – spaţiu sub vid; 6 – diafragm plumbat; 4 – anodul; 5 – spaţiu sub vid; 6 – diafragm plumbat;

7 – fascicul util de Rx7 – fascicul util de Rx

Proprietăţi ale razelor XProprietăţi ale razelor X

Razele X Razele X nu sunt detectabile de către simţurile nu sunt detectabile de către simţurile omuluiomului. Această proprietate este important de . Această proprietate este important de cunoscut ţinând cont de efectele nocive pe cunoscut ţinând cont de efectele nocive pe care le pot avea aceste raze( persoanele aflate care le pot avea aceste raze( persoanele aflate într-o zonă cu raze X nu pot sesiza prezenţa într-o zonă cu raze X nu pot sesiza prezenţa acestora astfel încât să-şi poată lua măsurile acestora astfel încât să-şi poată lua măsurile de protecţie necesare).de protecţie necesare).

Traiectoria razelor X este Traiectoria razelor X este rectilinierectilinie..Viteza razelor X este egală cu viteza luminii.Viteza razelor X este egală cu viteza luminii.

Proprietăţi ale razelor XProprietăţi ale razelor X Razele XRazele X sunt divergente. Chiar dacă razele sunt emise dintr-un sunt divergente. Chiar dacă razele sunt emise dintr-un

punct la nivelul focarului anodic, punct la nivelul focarului anodic, fascicolul rezultat are o fascicolul rezultat are o formă conică.formă conică.

Această proprietate implică mai multe aspecte:Această proprietate implică mai multe aspecte: O dată cu creşterea distanţei faţă de sursa de raze X, O dată cu creşterea distanţei faţă de sursa de raze X,

densitatea fascicoluluidensitatea fascicolului (cantitatea de radiaţii pe unitatea (cantitatea de radiaţii pe unitatea de suprafaţă) se va diminua. Acest lucru are repercusiuni de suprafaţă) se va diminua. Acest lucru are repercusiuni asupra calităţii imaginii care se va diminua în funcţie de asupra calităţii imaginii care se va diminua în funcţie de distanţa dintre originea fascicolului şi filmul radiografic.distanţa dintre originea fascicolului şi filmul radiografic.

Dispersia razelor XDispersia razelor X trebuie luată în considerare în cazul trebuie luată în considerare în cazul problemei protecţiei contra radiaţiilorproblemei protecţiei contra radiaţiilor

Conicitatea fascicoluluiConicitatea fascicolului are influenţă asupra formării imaginii are influenţă asupra formării imaginii radiografice prin unghiul de incidenţă faţă de filmul radiografice prin unghiul de incidenţă faţă de filmul radiologic.radiologic.


La trecerea prin diverse structuri materiale La trecerea prin diverse structuri materiale fascicolul de raze X este atenuat. fascicolul de raze X este atenuat. AtenuareaAtenuarea reprezintă diminuarea reprezintă diminuarea intensităţii fascicolului de raze X ca intensităţii fascicolului de raze X ca urmare a interacţiunii dintre fotonii care urmare a interacţiunii dintre fotonii care alcătuiesc fascicolul şi electronii periferici alcătuiesc fascicolul şi electronii periferici ai atomilor ce alcătuiesc structura ai atomilor ce alcătuiesc structura materială.materială.


Interacţiunea se poate manifesta prin intermediul Interacţiunea se poate manifesta prin intermediul următoarelor efecte:următoarelor efecte:

efectul Comptonefectul Compton – unul din fotonii care alcătuiesc – unul din fotonii care alcătuiesc raza X interacţionează cu un electron periferic raza X interacţionează cu un electron periferic cedându-i acestuia o parte din energia sa cedându-i acestuia o parte din energia sa cinetică. Fotonul este deviat faţă de direcţia cinetică. Fotonul este deviat faţă de direcţia principală în timp ce electronul este proiectat pe principală în timp ce electronul este proiectat pe o direcţie diferită a de cea a razei X incidente. o direcţie diferită a de cea a razei X incidente. Acest tip de atenuare apare în cazul substanţelor Acest tip de atenuare apare în cazul substanţelor cu număr atomic mic.cu număr atomic mic.


efectul Thomsonefectul Thomson – unul din fotonii corespunzător – unul din fotonii corespunzător fascicolului de raze X în interacţiunea cu un fascicolului de raze X în interacţiunea cu un electron periferic îşi modifică direcţia de electron periferic îşi modifică direcţia de deplasare dar îşi conservă energia cinetică.deplasare dar îşi conservă energia cinetică.

efectul fotoelectricefectul fotoelectric – unul din fotonii corespunzător – unul din fotonii corespunzător fascicolului de raze X în interacţiune cu un fascicolului de raze X în interacţiune cu un electron periferic cedează acestuia întreaga electron periferic cedează acestuia întreaga energie (şi deci dispare). Electronul este energie (şi deci dispare). Electronul este proiectat pe o direcţie diferită de cea a fotonului proiectat pe o direcţie diferită de cea a fotonului incident. Acest tip de atenuare apare în cazul incident. Acest tip de atenuare apare în cazul substanţelor cu număr atomic mare.substanţelor cu număr atomic mare.


Energia razelor X este absorbită de către Energia razelor X este absorbită de către structurile materiale pe care acestea le structurile materiale pe care acestea le străbat. străbat. AbsorbţiaAbsorbţia se realizează prin se realizează prin intermediul efectului Compton şi a intermediul efectului Compton şi a efectului fotoelectric. În cazul în care efectului fotoelectric. În cazul în care întreaga energie a fascicolului de raze X întreaga energie a fascicolului de raze X este absorbită, toţi fotonii sunt suprimaţi, este absorbită, toţi fotonii sunt suprimaţi, spunem că acesta a fost complet absorbit.spunem că acesta a fost complet absorbit.


Conform legii lui Bragg şi Pierce, absorbţia Conform legii lui Bragg şi Pierce, absorbţia razelor X este proporţională cu densitatea razelor X este proporţională cu densitatea materialului, cu grosimea corpului materialului, cu grosimea corpului străbătut, cu cubul lungimii de undă şi cu străbătut, cu cubul lungimii de undă şi cu puterea a 4-a a numărului atomic şi poate puterea a 4-a a numărului atomic şi poate fi exprimată prin relaţia:fi exprimată prin relaţia: Abs=Z4.λ3.g.ρAbs=Z4.λ3.g.ρ

unde unde ZZ este numărul atomic, este numărul atomic, λλ este lungimea este lungimea de undă, de undă, gg este grosimea materialului şi este grosimea materialului şi ρρ este densitatea acestuia.este densitatea acestuia.


În interacţiune cu anumite substanţe razele X În interacţiune cu anumite substanţe razele X produc un efect luminos denumit produc un efect luminos denumit luminescenţăluminescenţă. Fenomenul de luminescenţă . Fenomenul de luminescenţă are două componente:are două componente:

fluorescenţafluorescenţa – este fenomenul prin care razele – este fenomenul prin care razele X, prin interacţiune cu anumite substanţe X, prin interacţiune cu anumite substanţe determină ca acestea să emită radiaţii în determină ca acestea să emită radiaţii în spectrul vizibil.spectrul vizibil.


fosforescenţafosforescenţa – este fenomenul prin care – este fenomenul prin care radiaţia vizibilă emisă continuă şi după radiaţia vizibilă emisă continuă şi după încetarea interacţiunii dintre razele X şi încetarea interacţiunii dintre razele X şi substanţele fosforescente.substanţele fosforescente.

În cazul radiologiei dentare proprietatea de În cazul radiologiei dentare proprietatea de luminescenţă a razelor X este utilizată luminescenţă a razelor X este utilizată pentru pentru îmbunătăţirea imaginilor îmbunătăţirea imaginilor radiograficeradiografice prin folosirea foliilor prin folosirea foliilor (ecranelor) întăritoare.(ecranelor) întăritoare.


Radiaţiile X au proprietatea de a impresiona pelicula Radiaţiile X au proprietatea de a impresiona pelicula fotografică. Această proprietate se bazează pe fotografică. Această proprietate se bazează pe efectul fotochimicefectul fotochimic care constă în descompunerea care constă în descompunerea unei emulsii de bromură de argint datorită unei emulsii de bromură de argint datorită capacităţii de ionizare a razelor X. În procesul de capacităţii de ionizare a razelor X. În procesul de developare, zonele intens ionizate vor reţine developare, zonele intens ionizate vor reţine argintul care va conferi o tentă închisă zonei în argintul care va conferi o tentă închisă zonei în timp ce în zonele puţin iradiate argintul va fi timp ce în zonele puţin iradiate argintul va fi îndepărtat rezultând o tentă deschisă. Această îndepărtat rezultând o tentă deschisă. Această proprietate este folosită pentru proprietate este folosită pentru impresionarea impresionarea filmelor radiografice.filmelor radiografice.


În interacţiune cu materia vie, razele X pot În interacţiune cu materia vie, razele X pot produce modificări biologice datorită produce modificări biologice datorită capacităţii acestora de a produce ionizări capacităţii acestora de a produce ionizări ale atomilor tisulari. Aceste modificări pot ale atomilor tisulari. Aceste modificări pot avea efecte imediate sau pe termen lung. De avea efecte imediate sau pe termen lung. De asemenea, aceste efecte pot avea consecinţe asemenea, aceste efecte pot avea consecinţe nocive, sau folosite în anumite condiţii în nocive, sau folosite în anumite condiţii în cazul unor anumite afecţiuni pot avea cazul unor anumite afecţiuni pot avea efecte benefice.efecte benefice.


În ceea ce priveşte nocivitatea radiaţiilor X, În ceea ce priveşte nocivitatea radiaţiilor X, acestea produc pe termen scurt efecte acestea produc pe termen scurt efecte somatice manifeste şi pe termen mediu somatice manifeste şi pe termen mediu efecte somatice stocastice. efecte somatice stocastice.

Efectele genetice produse de radiaţiile X sunt Efectele genetice produse de radiaţiile X sunt pe termen lung şi se manifestă la generaţiile pe termen lung şi se manifestă la generaţiile următoare.următoare.

curs 1-radiatiile x

Documents