1
Tema :
„Utilizarea radiaţiilor electromagnetice în medicină”
Cuprins :
1. Descoperirea razelor Rontgen.
2. Proprietăţile razelor Rontgen.
3. Difracţia razelor Rontgen.
4. Aplicaţiile razelor Rontgen.
5. Construcţia tubului Rontgen.
6. Electronii şi pozitronii.
7. Alcătuirea radiaţiei Rontgen.
Razele Rontgen
ÎNTRODUCERE
Razele Rontgen – razele ce se obţin la frînarea
electronilor rapizi în tuburi cu vid.
Aceste raze minunate pătrund prin corpuri
netransparente pentru lumina neobişnuită. Gradul de absorbţie al
acestor raze este proporţional cu densitatea substanţei. Deacea cu
ajutorul razelor Rontgen se pot obţine fotografii ale organelor interne
ale omului. Pe aceste fotografii se disting bine oasele scheletului,
inima ş.a.m.d. Acum în ţara noastră o dată pe an toţi cetăţenii trebuie
să treacă aşa numitul examen flouorografic. Cu ajutorul razelor Rontgen
se fac fotografii ale cutiei toracice în scopul de a descoperi
începutul unei boli înainte ca omul sa aibă senzaţii de durere.
CUPRINS
1. Descoperirea razelor Rontgen. Aceste raze au fost
descoperite în anul 1895 de fizicianul german Wilhelm Rontgen. Rontgen
ştia să urmărească, să observe ceva nou acolo, unde mulţi savanţi pînă
la el nu observau nimic curios. Acest talent deosebit i-a ajutat sa
facă o descoperire remarcabilă.
La sfîrşitul secolului XIX atenţia generală a
fizicienilor a fost atrasă de descărcarea în gaze la o presiune mică.
În aceste condiţii în tubul de descărcare în gaz se creau fluxuri de
electroni foarte rapizi. Pe atunci ele erau numite raze catodice.
Natura acestor raze încă nu era stabilită exact; se ştia doar, că
aceste raze îşi iau începutul de la catodul tubului.
Cercetînd razele catodice, Rontgen a observat în
curînd, că o placă fotografică din apropierea tubului era stricată
chiar şi în cazul, cînd era învelită în hîrtie neagră. După aceasta el
a mai observat încă un fenomen uimitor. Dacă înfăşurăm tubul de
descărcare cu un ecran de hîrtie muiat într-o soluţie de platinocianură
de bariu, acesta devenea luminiscent. Cînd Rontgen ţinea mîina între
tub şi ecran, el observa pe ecran umbrele întunecate ale scheletului
mîinii pe fondul contururilor mai luminoase ale ei.
Savantul a înţeles, că în timpul funcţionării
tubului de descărcare apare o radiaţie care pătrunde puternic,
necunoscută pînă atunci. El a numit-o raze x. Ulterior acestei radiaţii
i s-a atribuit cu fermitate terminul „raze Rontgen”.
Rontgen a observat, că această radiaţie apare
în locul, unde razele catodice (fluxurile de electroni rapizi) se
ciocneau cu peretele de sticlă al tubului. În acest loc sticla lumina
cu o lumină verde. Experienţele ulterioare au arătat, că razele x apar
la frînarea electronilor rapizi de orice obstacol, în particular, de
electrozii metalici.
2. Proprietăţile razelor Rontgen. Razele,
descoperite de Rontgen, acţionau asupra plăcii fotografice, provocau
ionizarea aerului, însă nu se reflectau în mod vădit de la orice
substanţă şi nu se refractau. Cîmpul electromagnetic nu influenţa
asupra direcţiei de propagare a acestora.
Îndată a apărut ipoteza, că razele Rontgen sunt unde
electromagnetice, emise la frînarea bruscă a electronilor. Spre
deosebire de razele de lumină ale spectrului vizibil şi ultraviolet ele
au o lungime de undă cu mult mai mică. Capacitatea mare de pătrundere a
razelor şi alte particularităţi ale acestora se explicau anume prin
lungimea de undă mică. Însă această ipoteză necesita dovezi, şi aceste
dovezi au fost obţinute abia după 15 ani.
3. Difracţia razelor Rontgen. Dacă radiaţia Rontgen
reprezintă unde electromagnetice, ea trebuie să manifeste difracţie –
fenomen propriu tuturor tipurilor de unde. La început razele Rontgen
treceau prin fante foarte înguste făcute în plăci de plumb, însă nu s-a
observat nimic asemănător cu difracţia. Atunci fizicianul german Max
Laue i-a venit ideia, că lungimea razei Rontgen probabil e foarte mică,
pentru ca să se poată observa difracţia acestor unde la obstacole
create artificial. Doar nu se pot face fante cu dimensiunea de 10ˉ cm,
deoarece aceasta e tocmai dimensiunea atomilor. Dar cum putem proceda,
dacă razele Rontgen au anume acest ordin al lungimii de undă? Atunci
rămîne unica posibilitate – de a folosi cristalele. Ele reprezintă
structuri ordonate, în care distanţele dintre atomi după ordinul de
mărime sunt egale cu dimensiunea atomilor, adică cu 10ˉ cm. Anume
cristalul cu structura lui periodică este dispozitivul natural, care
trebuie să provoace neapărat difracţia undelor, lungimea cărora e de
acelaşi ordin, ca şi dimensiunile atomilor.
Şi iată că un fascicul de raze Rontgen a fost
orientat asupra unui cristal, în spatele căruia era situată o placă
fotografică. Rezultatul a coincis pe deplin cu cele mai optimiste
aşteptări. Afară de pata mare centrală, pe care o dădeau razele, care
se propagau după o dreaptă, au apărut pete mici aşezate regulat în
jurul petei centrale. Apariţia petelor mici a fost explicată numai ca
rezultat al faptului, că are loc difracţia razelor Rontgen la
structura ordonată a cristalului.
Cercetarea figurii de difracţie a permis de a
determina lungimea de undă a razelor Rontgen. Ea s-a dovedit a fi mai
scurtă decît undele ultraviolete şi după ordinul de mărime este egală
cu dimensiunele atomului - 10ˉ cm.
4. Aplicaţiile razelor Rontgen. Un adevărat triumf
al analizei radiologice a structurii cristaline a fost stabilirea
structurii moleculelor ADN-ului (acidului dezoxiribonucleic), care
intră în compoziţia cromozomilor nucleelor celulare ale tuturor
organismelor vii. Aceste molecule sunt purtătorii codului genetic,
adică a informaţiei despre structura organismului viu, transmis prin
ereditate.
Toate aceste realizări s-au dovedit a fi posibile
datorită faptului, că lungimea razelor Rontgen este atît de mică, încît
cu ajutorul lor se pot „vedea” în principiu structurile moleculare. Se
vede, desigur, nu în sensul adevărat al cuvîntului, e vorba despre
obţinerea figurilor de difracţie, cu ajutorul cărora, după o muncă mare
depusă pentru a le descifra, se poate restabili caracterul aşezării
spaţiale a atomilor.
5.Construcţia tubului Rontgen. În prezent pentru a
obţine raze Rontgen sunt elaborate dispozitive foarte perfecte, numite
tuburi Rontgen. Ele sunt mult superioare primelor aparate, pe care le-a
construit Rontgen.
Catodul reprezintă o spirală din wolfram, ce emite
electroni datorită emisiunii termoelectronice. Cilindrul focalizează
fluxul de elecroni, care apoi se ciocnesc de electrodul metalic. În
acest caz iau naştere razele Rontgen. Tensiunea dintre anod şi catod
atinge cîteva zeci de kilovolţi. În tub se crează un vid înaintat;
presiunea gazului din el depăşeşte 10ˉ mm ai coloanei de mercur.
În tuburile de Rontgen puternice anodul se răceşte
cu apă curgătoare, la frînarea electronilor se degajă o mare cantitate
de căldură. În radiaţie utilă se transformă numai circa 3% din energia
electronilor.
1
6. Electronii şi pozitronii. Radiatiile catodice care
izbesc in drumul lor anticatodul, inclinat cu 45ƒ pe directia
radiatiilor dau
nastere radiatiilor X sau Rontgen.
Electronii sunt respinsi de catod
si atrasi de anticatod, iar in urma interatiunii dintre electronii si
atomii
metalului din care este confectionat anticatodul, au loc fenomene care
genereaza radiatii X sau Rontgen.
In cazul interactiunii
electronilor (-e) cu protoni din nucleul atomic, acestia emit perechi
de
particule electroni (-e)-pozitroni (+e) si se transforma din protoni in
neutroni si trec de pe orbita fundamentala pe o orbita
superioara.
Electroni (-e) si pozitroni (+e)
emisi formeaza radiatiile β care sunt alcatuite din electroni,
particule
incarcate din punct de vedere electric negativ si radiatii α care sunt
formate
din pozitroni, particule incarcate din punct de vedere electric pozitiv.
7. Alcătuirea radiaţiei Rontgen. Aceste particule avand
sarcini electrice diferite se atrag si se neutralizeaza reciproc
printr-un
proces de anihilare A, in urma caruia rezulta doua particule (o) neutre
din
punct de vedere electric, care sunt emise sub forma unor cuante de
radiatii X
sau γ moi, care sunt identice
si au caracteristici asemanatoare cu radiatiile γ radioactive emise de
nucleele
atomice in procesul dezintegrari nucleare radioactive.
La revenirea neutronilor de pe
orbita superioara, pe orbita fundamentala, acestia emit fotonii
nucleari (of)
Xd duri si diferenta de energie dintre cele doua orbite nucleare.
In cazul interactiunii
electronilor (-e) cu neutroni din nucleul atomic, acestia emit perechi
de
particule electroni (-e)-neutrini (on)) si se transforma din neutroni
in
protoni si trec de pe orbita fundamentala pe o orbita superioara.
Electroni (-e) si neutrini (on))
emisi formeaza radiatiile β care sunt alcatuite din electroni,
particule
incarcate din punct de vedere electric negativ si radiatii X sau γ moi,
care
sunt formate din neutrini, particule neutre din punct de vedere
electric.
Protoni nu au o situatie stabila
pe aceasta orbita superioara si revin pe orbita fundamentala, emitand
fotonii
nucleari (of) Xd duri si diferenta de energie dintre cele doua orbite
nucleare.
Aceste radiatii X nu sunt
purtatoare de sarcini electrice.
Radiatiile X au o mare putere de
patrundere si proprietatea de a fi absorbite de tesuturile moi, oasele
capului,
metalele grele si plumbul. Rontgen a iradiat mana sotiei sale, obtinand
prima
fotografie in care apareau oasele mâinii si verigheta sotiei.
Sotii Curie descopera radiul,
totodata si existenta a trei feluri de radiatii nucleare radioactive α,
β şi γ
emise de acesta.
Acestia au observat ca,
radiatiile radioactive beta si alfa sunt deviate de un camp electric
format din
doi electrozi, unul avand polaritatea electrica pozitiva (+), iar
celalalt
polaritatea electrica negativa (-), iar radiatiile gama nu sunt deviate.
Radiatiile β sunt deviate si
curbate foarte puternic spre polaritatea electrica pozitiva (+), fiind
alcatuite din particule care au sarcina electrica negativa (-),
electronii, radiatiile
α sunt deviate de polaritatea electrica negativa (-), acestea sunt
compuse din
particule care au sarcina electrica pozitiva (+), pozitronii, iar
radiatiile γ
nu sunt deviate de polaritatile electrice pozitive (+) si negative (-)
a celor
doi electrozi, fiind particulele neutre din punct de vedere electric si
alcatuite din neutrini si fotoni nucleari (0).
In interiorul acestui metal
radioactiv, radiu are loc un proces de dezintegrare nucleara
radioactiva care
duce la transformarea spontana a nucleului atomic, in urma caruia din
interiorul acestuia sunt expulzate particulele nucleare subatomice
electroni,
pozitroni si neutrini.
Urmarind cu atentie alcatuirea
din punct de vedere al sarcinilor electrice si proprietatile
radiatiilor
anodice, canal, catodice, X si comparate cu radiatiile radioactive β, α
si γ se
poate constata cu usurinta ca sunt identice, singura deosebire
importanta
consta in faptul ca, prima categorie de radiatii se obtin pe cale
artificiala
si pot fi usor controlate, iar radiatiile nucleare radioactive sunt
emise
spontan si total necontrolat de metale sau substante radioactive.
CONCLUZIE
Razele
Rontgen şi-au găsit foarte multe aplicaţii practice importante.
În
primul rînd în medicină. Nimeni nu poate indica numărul exact de
oameni, viaţa
cărora a fost salvată datorită diagnosticului corect stabilit la timp
cu
ajutorul razelor Rontgen. E clar, că acest număr e foarte mare.
În
al doilea rînd, cu ajutorul figurilor de difracţie, pe care le dau
razele
Rontgen la trecerea lor prin cristale, se stabileşte ordinea de
repartizare a
atomilor în spaţiu – structura cristalelor. Pentru substanţele organice
cristaline aceasta nu e atît de complicat. Însă cu ajutorul analizei
radiologice a structurii cristaline se descifrează structura celor mai
complicaţi compuşi organici, inclusiv proteinele. În particular, a fost
determinată structura moleculei de hemoglobină, care conţine zeci de
mii de
atomi.
Cred,
că descoperirea razelor Rontgen este cea mai importantă descoperire
aplicată în
medicină, care a contribuit la dezvoltarea acestei ramuri.
BIBLIOGRAFIE
1.
Miakişev G., Buhovţev B. „Fizica” manual pentru clasa X, editura
„Lumina”,Chiţinău, a.1973.
2.
Radiţiile electromagnetice, radiaţiile electronice hertiene, termice: infraroşii, vizibile şi
ultraviolete, radiaţiile anodice, catodice şi canal, radiaţiile
nucleare de
franare sau X, radiaţiile nucleare radioactive α, β şi γ, radiaţiile
anodice,
catodice, canal, nucleare X au propriatăţi asemănătoare cu radiaţiile
nucleare
radioactive α, β şi γ, ecuaţia apariţiei neutronolui incompletă,
generatorul
nuclear termoelectric.
|