Розділ 1. Фізична природа та джерела радіоактивного випромінювання

Іонізуюче випромінювання - це потік елементарних частинок або високоенергетичних квантів електромагнітного випромінювання, що утворюється при радіоактивному розпаді хімічних елементів, ядерних перетвореннях, гальмуванні заряджених частинок в речовині. Проходження іонізуючого випромінювання через речовину призводить до іонізації і збудження атомів або молекул середовища.

Процес іонізації полягає в тому, що заряджена частинка або високоенергетичний фотон, енергія якої достатня для іонізації атомів, при своєму русі в середовищі взаємодіє з електричним полем атомів і втрачає частину своєї енергії на вибивання електронів з електронних оболонок атомів. Нейтральні частинки не здатні викликати іонізацію, але іонізують середу побічно, через різні процеси передачі своєї енергії в середовищі з породженням вторинного випромінювання у вигляді заряджених частинок (електронів, протонів), які спричиняють іонізацію середовища.

Іонізуючі випромінювання поділяють на фотонні і корпускулярні. Фотонне іонізуюче випромінювання - це всі види електромагнітного випромінювання, що виникає при зміні енергетичного стану атомних ядер, електронів атомів або анігіляції часток - ультрафіолетове і характеристичне рентгенівське випромінювання, випромінювання, що виникають при радіоактивному розпаді та інших ядерних реакціях і при гальмуванні заряджених частинок в електричному або магнітному полі.

Гамма-випромінювання – це гамма-промені, що мають енергію вище 124 000 електрон-вольт (еВ) і довжину хвилі менше 0,01 нм = 0,1 Å. Основні джерела гамма-випромінювання: космос, ядерні реакції, радіоактивний розпад, синхротронне випромінювання. Різкої нижньої межі для гамма-випромінювання не існує, проте зазвичай вважається, що гамма-кванти випромінюються ядром, а рентгенівські кванти - електронною оболонкою атома (це лише термінологічне розходження, що не зачіпає фізичних властивостей випромінювання). Тобто, на шкалі електромагнітних хвиль гамма-випромінювання межує з рентгенівським випромінюванням, займаючи діапазон більш високих частот і енергій. В області 1-100 кеВ гамма-випромінювання і рентгенівське випромінювання розрізняються тільки по джерелу: якщо квант випромінюється в ядерному переході, то його прийнято відносити до гамма-випромінювання; якщо при взаємодіях електронів або при переходах в атомній електронної оболонці - до рентгенівського випромінювання. З точки зору фізики, кванти електромагнітного випромінювання з однаковою енергією не відрізняються, тому такий поділ є умовним.

Гамма-промені, на відміну від α- і β-променів, не містять заряджених частинок і тому не відхиляються електричними і магнітними полями, вони характеризуються більшою проникаючою здатністю при рівних енергіях і інших рівних умовах. Гамма-кванти викликають іонізацію атомів речовини. Основними процесами, що відбуваються при проходженні гамма-випромінювання через речовину є:

1. фотоефект - енергія гамма-кванта поглинається електроном оболонки атома і електрон, здійснюючи роботу виходу, покидає атом (який стає іоном, тобто відбувається іонізація).

2. Комптон-ефект - гамма-квант розсіюється при взаємодії з електроном, при цьому утворюється новий гамма-квант, меншої енергії, що також супроводжується вивільненням електрона і іонізацією атома.

3. eфект утворення пар - гамма-квант в полі ядра перетворюється в електрон і позитрон.

4. ядерний фотоефект - при енергіях вище декількох десятків мегаелектрон-вольт (МеВ) гамма-квант здатний вибивати нуклони з ядра.

Рентгенівське випромінювання – електромагнітні хвилі, енергія фотонів яких лежить на шкалі електромагнітних хвиль між ультрафіолетовим випромінюванням і гамма-випромінюванням, що відповідає довжинам хвиль від 10^-2 до 10² Å (від 10^-12 до 10^{-8 м). Рентгенівські кванти випромінюються в основному при переходах електронів в електронній оболонці важких атомів на нижчі електронні орбіталі. Вакансії на нижчих орбіталях створюються електронним ударом, який призводить до збудження електронів і їх переходу на вищі рівні. Рентгенівське випромінювання, створене таким чином, має лінійчатий спектр з частотами, характерними для даного атома. Це дозволяє, зокрема, досліджувати склад речовин (наприклад, рентгено-флюоресцентний аналіз). Теплове, гальмівне і синхротронне рентгенівське випромінювання має безперервний спектр.}

Цей діапазон іонізуючого випромінювання умовно розділяють два піддіапазони. М'яке рентгенівське випромінювання має довжину хвилі від 10 нм з енергією 124 еВ до 0,1 нм = 1 Å з енергією 12400 еВ. Джерелами м’якого рентгенівського випромінювання є електронно-променеві трубки, теплове випромінювання плазми. Жорстке рентгенівське випромінювання має довжину хвилі від 0,1 нм = 1 Å з енергією 12400 еВ до 0,01 нм = 0,1 Å з енергією 124 000 еВ. Джерела жорсткого випромінювання є деякі ядерні реакції, електронно-променеві трубки.

Поглинання відбувається в результаті фотоефекту і комптонівського розсіювання. Під фотоефектом розуміється процес вибивання фотоном електрона з оболонки атома, для чого потрібно, щоб енергія фотона була більше деякого мінімального значення. Якщо розглядати ймовірність акта поглинання в залежності від енергії фотона, то при досягненні певної енергії ймовірність різко зростає до свого максимального значення. Для більш високих значень енергії ймовірність безперервно зменшується. Унаслідок такої залежності кажуть, що існує межа поглинання. Місце вибитого при акті поглинання електрона займає інший електрон, при цьому випускається випромінювання з меншою енергією фотона, відбувається так званий процес флуоресценції.

Рентгенівський фотон може взаємодіяти не тільки зі зв'язаними електронами, а й з вільними, а також слабозв’язаними електронами. При такому типі взаємодії відбувається розсіяння фотонів на електронах - комптонівське розсіювання. Залежно від величини кута розсіяння, довжина хвилі фотона збільшується на певну величину і, відповідно, енергія зменшується. Комптонівське розсіювання, в порівнянні з фотопоглинанням, стає переважаючим при більш високих енергіях фотону.

На додаток до названих процесам існує ще одна принципова можливість поглинання - за рахунок виникнення електрон -позитронного пар. Однак для цього необхідні енергії більш 1,022 МеВ, які лежать поза умовною межею рентгенівського випромінювання (< 250 кеВ). Однак при іншому підході, коли «рентгенівським» називається випромінювання, що виникло при взаємодії електрона і ядра або тільки електронів, такий процес має місце. Крім того, дуже жорстке рентгенівське випромінювання з енергією кванта більше 1 МеВ, здатне викликати ядерний фотоефект.

Корпускулярне іонізуюче випромінювання – це потоки альфa- і бета-частинок, протонів, прискорених іонів і електронів, нейтронів та інших. Корпускулярне випромінювання потоку заряджених частинок відноситься до класу безпосередньо іонізуючого випромінювання. Корпускулярне випромінювання потоку незаряджених частинок називають вторинним іонізуючим випромінюванням. Основними видами корпускулярного випромінювання є:

1. альфа-випромінювання - являє собою ядра гелію, які випромінюються при радіоактивному розпаді елементів важче свинцю або утворюються в ядерних реакціях.

2. бета-випромінювання - це електрони або позитрони, які утворюються при бета-розпаді різних елементів від найлегших (нейтрон) до найважчих.

3. нейтронне випромінювання – це потік нейтронів, що утворюються в ядерних реакціях (в ядерних реакторах і в інших промислових і дослідницьких установках, а також при ядерних вибухах).

4. протонне та іонне випромінювання – це потік протонів або більш масивних іонів, що утворюються в прискорювачах.

5. космічне випромінювання – це природне випромінювання, що приходить на Землю з космосу. До його складу входять переважно протони (~92%) і ядра гелію (~7%). Більш важкі елементи, такі як Li, Be, B, Fe та ін. складають менше 1 %. Проникаючи вглиб атмосфери, космічне випромінювання взаємодіє з ядрами атомів, що входять до складу атмосфери, і утворює потоки вторинних частинок (мезони, гамма-кванти, нейтрони та ін.)

Джерело іонізуючого випромінювання - це об'єкт, що містить радіоактивний матеріал (радіонуклід) або є технічним пристроєм, що генерує іонізуюче випромінювання. Призначений для отримання потоку іонізуючих часток з певними властивостями. Джерела випромінювань застосовуються в таких приладах, як медичні рентген- і -гамма-терапевтичні і діагностичні апарати, гамма-дефектоскопи, нейтралізатори статичної електрики, радіоізотопні релейні прилади, вимірюючі пристрої, дозиметрична апаратура з вбудованими джерелами, тощо.

По фізичній основі генерації випромінювання поділяють радіонуклідні джерела на основі природних і штучних радіоактивних ізотопів, та фізико-технічні джерела (нейтронні і рентгенівські трубки, прискорювачі заряджених частинок та ін.).

Для радіонуклідних джерел розрізняють відкриті і закриті джерела випромінювання. Відкрите джерело іонізуючого випромінювання передбачає можливість потрапляння радіоактивних речовин, що містяться в ньому, у навколишнє середовище. Закрите джерело іонізуючого випромінювання має радіоактивний матеріал, який укладений в спеціальну оболонку (ампула або захисне покриття), що запобігає контакту персоналу з радіоактивним матеріалом і його потрапляння у довкілля понад допустимих рівнів в умовах застосування та зносу, на які він розрахований.

За видами випромінювання виділяють джерела гамма-випромінювання, джерела заряджених частинок і джерела нейтронів. Для радіонуклідних джерел такий поділ не є абсолютним, тому що при ядерних реакціях основний вид випромінювання джерела може супроводжуватися істотним внеском супутніх видів випромінювання.

За призначенням виділяють калібрувальні (еталонні), контрольні (робочі) та промислові (технологічні) джерела. Промислові джерела випромінювання застосовують у різних виробничих процесах і установках виробничого призначення (ядерні методи каротажу, безконтактні методи контролю технологічних процесів, методи аналізу речовини, дефектоскопія, тощо). Контрольні джерела використовуються для перевірки і налаштування ядерно-фізичних приладів і установок (спектрометрів, радіометрів, дозиметрів та ін.) шляхом контролю за стабільністю і повторюваністю показань приладів у певної геометрії положення джерела щодо детектора випромінювання. Калібрувальні (еталонні) джерела використовуються при калібруванні та метрологічну повірку ядерно-фізичної апаратури.

Рентгенівська трубка

Рентгенівська трубка є класичним приладом, за допомогою якого отримують рентгенівські промені.

Назва трубки походить від імені німецького фізика Вільгельма Конрада Рентгена.

Рентге́нівська тру́бка являє собою певний тип електровакуумної лампи для добування рентгенівських променів.

Рис. 1. Рентгенівська трубка Крукса.

Принцип дії

Схематичне зображення рентгенівської трубки.

X — рентгенівські промені, K — катод, А — анод (деколи називають антикатодом), С — тепловідвід (охолодження), U_h — напруга розжарення катода, U_a — прискорююча напруга, W_in — вхід водяного охолодження, W_out — вихід водяного охолодження анода.

Основними конструктивними елементами трубки є металеві катод і анод. В даний час аноди виготовляються головним чином з кераміки, але та частина аноду, куди ударяють електрони, виготовляється з міді, молібдену, срібла та деяких інших металів.

Рентгенівські промені виникають при сильному прискоренні заряджених частинок (гальмівне випромінювання), або при високоенергетичних переходах у електронних оболонках атомів або молекул. Обидва ефекти використовуються в рентгенівських трубках.

Гальмі́вне випромі́нювання — електромагнітне випромінювання заряджених частинок при зіткненні з іншими частинками.

Заряджена частинка, що рухається рівномірно, не випромінює електромагнітних хвиль.

Випромінювання з'являється тоді, коли заряджена частинка рухається із прискоренням. Однією з причин прискореного руху може бути зіткнення з іншою частинкою, в результаті якого міняється траєкторія руху. Таке випромінювання називають гальмівним, бо воно забирає із собою частину енергії зарядженої частинки, додатково гальмуючи її. Зокрема гальмівне випромінювання виникає при зіткненні пучка електронів з речовиною електрода.

Спектр гальмівного випромінювання неперервний, а його максимальна частота визначається енергією зарядженої частинки. Якщо електрон прискорити в потенціалі в десятки кіловольтів, то при гальмуванні такого електрона виникнуть електромагнітні хвилі в рентгенівському діапазоні.

У рентгенівських трубках електрони, випущені катодом при нагріванні, прискорюються під дією різниці електричних потенціалів між анодом і катодом (при цьому рентгенівські промені не випускаються, так як прискорення занадто невелике) і вдаряються в анод, де відбувається їх різке гальмування. При цьому за рахунок гальмівного випромінювання відбувається генерація випромінювання рентгенівського діапазону при вибиванні електронів із внутрішніх електронних оболонок атомів анода. Порожні місця в оболонках займаються іншими електронами атома. При цьому випускається рентгенівське випромінювання з характерним для матеріалу анода спектром енергій.

Рентге́нівське випромі́нювання, пулюївське випромінювання X-ray emission — короткохвильове електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 10^-12 до 10^{-8 м} (від 1 пм

до 10 нм. В електромагнітному спектрі діапазон частот рентгенівського випромінювання лежить між ультрафіолетом та гамма-променями.

Рентгенівське випромінювання виникає від різкого гальмування руху швидких електронів у речовині, при енергетичних переходах внутрішніх електронів атома.

Назва рентгенівське випромінювання походить від прізвища німецького фізика Вільгельма Конрада Рентґена. Інша назва — пулюївське випромінювання походить від імені українського фізика Івана Пулюя.

Першовідкривачем випромінювання є Іван Пулюй. Його працями скористався пізніше і Вільгельм Рентген, котрому було особисто Пулюєм презентовані свої праці. Рентген назвав ці промені невідомої природи X-променями. Ця назва збереглася донині в англомовній та франкомовній науковій літературі, ввійшовши в мови багатьох народів світу.

Воно використовується у науці, техніці, медицині. Рентгенівське випромінювання використовуються для флюорографії, рентгенофлюоресцентного аналізу і в кристалографії для визначення атомної структури кристалів. Методи дослідження речовини за допомогою рентгенівських променів об'єднує термін рентгенівська спектроскопія.

частоти його визначаються законом Мозлі: , де Z — атомний номер елемента анода, A і B — константи для певного значення головного квантового числа n електронної оболонки.

Закон Мозлі — емпірично встановлена залежність частоти та довжини хвилі серій характеристичного рентгенівського випромінювання від атомного номера хімічного елемента.

Головне́ ква́нтове число́ — натуральне число, що позначає номер енергетичного рівня в атомі. Характеризує енергію електронів, що займають даний енергетичний рівень. Із зростаючим головним квантовим числом зростають радіус орбіти і енергія електрона. Головне квантове число позначається як n.

У процесі прискорення-гальмування лише близько 1% кінетичної енергії електрона йде на рентгенівське випромінювання, 99% енергії перетворюється в тепло.

Щоб запобігти перегріву анода, в потужних рентгенівських трубках застосовують водяне охолодження і обертовий анод.

Енергія фотонів, що генеруються, лежить в області рентгенівського діапазону (довжина хвилі 0,05 ÷ 0,2 нм).

Рентгенівські випромінювачі

Катод рентгенівського випромінювача являє собою вольфрамову спіраль лінійної форми, розжарюваного струмом низької напруги (6-14 В, 2,5-8 А).

У випромінювачах для променевої терапії вольфрамова нитка катода виготовляється у вигляді круглої спіралі. За кількістю ниток катода всі рентгенівські трубки діляться на однофокусні і двофокусні. У двофокусних трубках є дві вольфрамові спіралі, розташовувані послідовно один за одним або паралельно.

Вольфрамові нитки занурюються в металеві ковпачки, що представляють собою фокусуючи пристрої. Анод рентгенівської трубки виконується у вигляді масивного мідного стрижня. Поверхня анода, що повернена до катода і називаєтьсся дзеркалом анода, скошена під кутом в 15-20 ° (частіше 19 °).

При роботі випромінювача температура на аноді може досягати 2000°С. Тому на робочій поверхні дзеркала анода монтується прямокутна пластина з тугоплавкого металу, частіше з вольфраму, рідше - з платини.

Місце генерування рентгенівського випромінювання на дзеркалі анода називають фокусом рентгенівської трубки.

Розрізняють дійсний (справжній) і оптичний (ефективний) фокуси трубки. Дійсний фокус повністю відповідає розмірам прямокутної (в діагностичних трубках) або округлої (в терапевтичних трубках) площадці анода, яка бомбардирується електронами в процесі роботи випромінювача.
Оптичний, або ефективний фокус являє собою проекцію істинного фокуса в напрямку знімаємого об'єкта по ходу центрального променя.

Будова і принцип роботи рентгенівських трубок

1 - катод; 2 - анод; 3 – фокусуючий пристрій; 4 - лінійчатий (справжній) фокус;5 - дзеркало анода; 6 - оптичний фокус; 7 - нитка розжарення катода; 8 - кут зрізу анода.

Оптичні (геометричні) властивості рентгенівської трубки в значній мірі залежать від величини оптичного фокусу. Чим менше величина оптичного фокусу, тим більш чітке зображення деталей на рентгенівських знімках. Тому при конструюванні рентгенівських трубок розміри ефективного фокуса прагнуть отримати мінімальні (до 0,1 мм).

Посилене нагрівання фокусної плями рентгенівських трубок з нерухомим анодом значною мірою обмежує їх потужність. Бажання збільшити потужність рентгенівської трубки, зберігши або навіть зменшивши величину оптичного фокусу, призвело до створення трубок з обертовим анодом.

1 - скляний балон; 2 - катод; 3 - обертовий анод;4 - ротор.

Анод такої трубки виготовляють у вигляді диска діаметром до 80-100 мм і товщиною 4-5 мм. Стержень диска з'єднується з ротором, закріпленим у балоні трубки на підшипниках зі спеціальною графітовим мастилом. У захисному кожусі поза склянного балона розташовується статор асинхронного двигуна.

Швидкість обертання анода в сучасних трубках

Швидкість обертання анода в сучасних трубках досягає 2800, 6000 і навіть 9000 обертів на хвилину. При цьому дійсний фокус трубки описує за один поворот окружність довжиною близько 19 см, в той час як розміри оптичного фокусу залишаються незмінними (від 0,1 до 2,0 мм). Катод у трубці з обертовим анодом зміщений у бік від центру її осі для того, щоб електронний пучок потрапляв безпосередньо на фокусну доріжку.

У двофокусних рентгенівських трубках з обертовим анодом нитки розжарювання катода можуть розташовуватися послідовно або паралельно один одному. Рентгенівські трубки останніх випусків («Сіменс», «Тошиба») конструюються з двома фокусними доріжками, площини яких нахилені до центрального променю під кутом в 10 ° (для малого) і 17,5 ° (для великого фокуса).

Використання в трубках третього електрода у вигляді «сітки», на яку подається регульоване напруга («Тошиба»), дозволяє довести розміри фокусної плями до 0,025 мм. Однак тривалість включення високої напруги, що подається на такі трубки, невелика, навіть при малій величині анодного струму. Створення трубок з обертовим анодом дозволило різко збільшити їх потужність - до 100 кВт за 0,1 с, що зіграло велику роль у розвитку та вдосконаленні клінічної рентгенології, однак виявилися й деякі недоліки.

Виявилося, що в процесі короткочасової дії електронного пучка відбувається швидке розігрівання (до 2000 °С) лише поверхневого шару диска анода, в той час як більш глибокі шари майже не міняють своєї температури.

В результаті цього відбувається деформація анода, а фокусна доріжка його стає шорсткою, з численними тріщинами.

Для боротьби з передчасним старінням диск анода такої трубки виготовляють з молібдену, а зверху його покривають тонким шаром вольфраму з рениевой присадкою. Комбіновані аноди більш стійкі до перепадів температури і потужність випромінювачів може бути збільшена в 1,5-2 рази. Слід зазначити, що переваги рентгенівських трубок з обертовим анодом зберігаються при використанні коротких витримок (выдержек), не більше 0,1 с. Більш тривалі включення в режимі рентгенографії призводять до перегріву анода.

Про роботу рентгенівської трубки судять за її основними параметрами: величиною струму і напрузі розжарення, величиною анодного струму і високої напруги, тепловому режиму. Зв'язки між цими параметрами роботи рентгенівської трубки називають характеристиками.

Емісійна, або розжарювальна, характеристика

Емісійна, або розжарювальна, характеристика встановлює залежність між струмом напруження і анодним струмом. Електронна емісія на катоді проявляється при струмі розжарення в 2,8-3 А і відносно повільно наростає у міру нагрівання нитки розхжарювання. Починаючи з 4 А відзначається надзвичайно різке зростання анодного струму до максимальних його величин. Звідси робиться важливий у практичному відношенні висновок - регулювання розжарення трубки слід проводити плавно, щоб уникнути її перевантаження і спотворення робочого режиму.

Анодна (вольт-амперна) характеристика показує залежність анодного струму трубки від величини прикладеної до неї високої напруги при незмінному розжарувані. При певній (для даного струму розжарення) напрузі всі електрони переносяться від катода до анода і величина анодного струму стає постійною, що не залежить від зміни високої напруги. Такий стан отримало назву режиму насичення.

Для збільшення в цьому випадку анодного струму необхідно збільшити струм в ланцюзі розжарювання. Режим насичення забезпечує електронам швидку швидкість, необхідну для генерування рентгенівського випромінювання на аноді.

Електрична характеристика встановлює залежність між потужністю трубки і тривалістю навантаження.

Потужність рентгенівської трубки (Р) дорівнює добутку максимальної напруги (V) в кіловольт на величину анодного струму (I) в міліампер і виражається в кіловатах:

Р = V * I.

Потужність рентгенівської трубки залежить також від форми кривої напруги, що живить дану трубку.

Тому в формулу потужності вводиться коефіцієнт К, рівний для безвентильних, одновентильних і двухполуперіодних схем 0,7, а для шести-і двенадцатівентільних - 1:

Р = К * V * I.

За номінальну потужність рентгенівської трубки приймають потужність, яку трубка витримує за 1 с. Вона вказується в паспорті і називається ще паспортною. За кордоном номінальна потужність рентгенівських трубок оцінюється за 0,1 або 0,5 с.

Класифікація і номенклатура рентгенівських трубок

Рентгенівські трубки, що застосовуються в медицині, класифікуються:

· за призначенням: діагностичні та терапевтичні;

· за потужністю: від 0,2 до 100 кВт;

· по числу фокусів: одно-і двофокусні;

· по конструкції анода: з нерухомим і обертовим анодом, з відкритим і закритим анодом, з виносним анодом;

· за способом охолодження: з водяним охолодженням, калориферним, непроточним масляним, з комбінованими видами охолодження (випромінююче і масляне, проточне водяне і масляне).

У найменуванні трубок вітчизняного виробництва перша цифра означає номінальну потужність в кіловатах за 1 с. У двофокусних трубок дві цифри вказують на паспортну потужність обох фокусів. Буква, наступна за цифрами, вказує на рід захисту.

Зокрема, буква «Б» свідчить про те, що дана трубка призначена для використання в захисному безпечному кожусі.

Наступні букви («Д» або «Т») говорять про призначення трубки: Д - діагностична або Т - терапевтична. Третя буква означає рід охолодження (М - масляне, В - водяне, К - калориферне). Наступне за буквою число характеризує порядковий номер заводської моделі. Останнє число вказує на гранично допустиму напругу в кіловатах.

У трубках фірми «Сіменс» (ФРН) літера «Р» означає «Пантікс». Це означає, що анод має один кут зрізу і на одній фокусній доріжці поміщаються тільки один або обидва фокуси. Буквений літер «В» - «Біангулікс» - у трубках цієї фірми свідчить про те, що диск обертаючогося анода забезпечений двома похилими фокусними доріжками під кутом 10 і 17,5°. Остання буква «S» («супер») показує, що анод такої трубки обертається з подвоєною швидкістю.

Випробування та правила експлуатації рентгенівських трубок

Сучасні рентгенівські трубки являють собою складні електровакуумні прилади, що вимагають дбайливого поводження.

Всі нові рентгенівські трубки перед їх експлуатацією підлягають випробуванню, яке включає:

1. зовнішній огляд, під час якого звертається увага на цілість скляного балона, положення катода і анода, збереження ниток напруження, стан ротора трубки з обертовим анодом;

2. акліматизацію протягом 8-12 год до приміщення, де працюватиме трубка, що особливо важливо в зимовий час року;

3. видалення бруду та пилу за допомогою ганчірки з наступною обробкою спиртом;

4. сушку трубки на батареї водяного опалення або в сушильній шафі протягом 30-60 хв;

5. електричні випробування, які мають на меті уточнити стан вакууму рентгенівської трубки і ниток напруження катода. Найбільш простим способом перевірки накальних ниток є їх підключення до авометра.

За відсутності цього приладу нитку розжарення включається в просту електричний ланцюг, що складається з плоскої батареї від кишенькового ліхтаря та електричної лампочки. Якщо лампочка загоряється, то нитка розжарення збережена. Допускається також підключення трубки безпосередньо до проводів розжарювального ланцюга апарату.

Більш складним і відповідальним моментом є перевірка трубки на вакуум. Найкраще для цієї мети використовувати спеціальний випробувальний стенд, що дозволяє підводити до полюсів рентгенівської трубки високу напругу від 40 до 50 і більше кіловольт.

Такі умови можуть бути створені лише в спеціальних майстернях і на заводах, що виконують ремонт рентгенівської техніки і заміну рентгенівських трубок.

Джерела гамма-випромінювання. Кобальтові «гармати». Зазвичай в якості радіоактивних джерел гамма-квантів використовуються бета-активні ізотопи. На рис. 2 як приклад показані схеми розпаду ⁶⁰Co і ²²Na.

років

років

Рис. 2. Спрощені енергетичні схеми розпаду ⁶⁰Co і ²²Na. Наведені найбільш інтенсивні енергетичні переходи.

Кобальт-60, радіокобальт - радіоактивний нуклід хімічного елемента кобальту з атомним номером 27 і масовим числом 60. У природі практично не зустрічається через малий період напіврозпаду – приблизно 5,2714 роки. ⁶⁰Co отримують з ізотопу заліза в реакції Ядро ⁶⁰Co розпадається на збуджений стан 4⁺ дочірнього ядра ⁶⁰Ni шляхом дозволеного гамма-теллерівського переходу . Цей збуджений стан переходить в основний шляхом каскаду E2- переходів з енергіями гамма-квантів 1173 і 1333 кеВ. Ядра радіоактивного ізотопу ²²Na також піддається β+-розпаду. Як і у випадку ⁶⁰Co, розпад відбувається на збуджений стан дочірнього ядра. ²²Na є джерелом γ-квантів з енергією 1275 і
511 кеВ. Останні утворюються в результаті анігіляції позитронів.

Окрім бета-активних ізотопів як джерел гамма-квантів використовуються також ізомери, наприклад ^119mSn. Період напіврозпаду ізомерного стану ^119mSn T_1/2 = 293.1 дня,
енергія 23.9 кеВ. Крім гамма-ліній при розпади ізомерного стану ^119mSn випромінюються рентгенівські кванти з енергіями 25.2 і 28.6 кеВ, які супроводжують процес внутрішньої конверсії, що конкурує з гамма-переходом. Власні ширини γ-ліній на багато порядків менше енергій γ-квантів, тому радіоактивні джерела можна вважати монохроматичними. Інтенсивність радіоактивних джерел може бути доведена до 1014 фотонів в секунду.

В сучасній медицині іонізуюче випромінювання використовується для діагностики і терапії. Терапію ракових пухлин здійснюють за допомогою так званих кобальтових "гармат", які являють собою апарат для дистанційної гамма-терапії. Принцип дії «гармати» заснований на використанні спрямованого і регульованого по перетину пучку гамма-випромінювання (рис. 3).

Затвор

Джерело ⁶⁰Со

Діафрагма

Рис. 3. Зальний вид кобальтової «гармати» і схема радіаційної головки.

Кобальтова «гармата» забезпечена захисним контейнером (голівкою) зі свинцю, вольфраму або урану, що містить джерело випромінювання – радіоактивний ⁶⁰Co. Вікно у голівці забезпечене діафрагмою, що дозволяє отримувати поля опромінення необхідної форми і розмірів і перекривати пучок випромінювання в неробочому положенні «гармати». Розрізняють довго- і короткофокусні гарматні установки. У короткофокусних «гармат» (відстань від джерела випромінювання до шкіри хворого менше 25 см), призначених для опромінення пухлин, розташованих не глибше 3-4 см, використовують зазвичай джерела активністю до 100 кюрі. Довгофокусні установки (відстань між джерелом і шкірою 70-100 см) застосовують для опромінення пухлин, що глибоко залягають.Джерелом випромінювання в них служить зазвичай ⁶⁰Co активністю кілька тисяч кюрі. Окрім того розрізняють довгофокусні гарматні установки для статичного і рухомого опромінювання. В останніх джерело випромінювання може або обертатися навколо однієї осі, здійснюючи обертання (ротацію) або гойдання на заданий кут, або одночасно переміщатися навколо трьох взаємно перпендикулярних осей, описуючи при цьому кульову поверхню. Рухомим опроміненням досягається концентрація поглиненої дози в зоні лікувальній дії із збереженням від пошкодження здорових тканин. Кобальтові «гармати» розміщують у приміщенні, стіни якого зроблені зі спеціальних матеріалів, що захищають навколишній простір від гамма-випромінювання.

Дата добавления: 2015-11-14