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.