35. Рентгеновское излучение и его применение в диагностической практике

Рентгеновским излучением называют электромагнитные волны с длиной от 100 до 10–5 нм. Наиболее распространенным искусственным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, представляющая собой вакуумный баллон с двумя электродами. Рентгеновское излучение происходит следующим образом: Раскаленная электрическим током спираль катода испускает электроны. Электроны, ускоренные внешним электрическим полем между электродами, с большой скоростью попадают на анод (антикатод) и тормозятся в нем при взаимодействии с атомами вещества анода. При резком торможении электроны излучают электромагнитные волны с очень маленькой длиной. Такое излучение называют тормозным. Кроме того, быстрые электроны проникают вглубь атома и с внутренних уровней выбивают электроны. На свободные места приходят электроны с верхних уровней, в результате чего излучаются фотоны рентгеновского излучения. Это излучение называют характеристическим.

Как и любые другие электромагнитные волны, рентгеновские лучи, проходя через вещество, поглощаются атомами или молекулами этого вещества, и интенсивность излучения постепенно уменьшается. Разные вещества по-разному поглощают это излучение: одни сильнее, другие слабее. Существенное различие поглощения рентгеновского излучения разными тканями позволяет в теневой проекции видеть изображение внутренних органов человека и животных. Проходя через разные ткани, рентгеновские лучи поразному засвечивают фотопленку: там, где поглощение слабое –темный фон, а где сильное – светлый. Так, костная ткань гораздо сильнее поглощает рентгеновское излучение, чем мышечная, поэтому на фотопленке кости будут светлее остальных частей организма.

Рентгенография используется в диагностике костного аппарата человека и животных для выявления переломов, вывихов, костных наростов, а также выяснения состояния зубов. Можно диагностировать и мягкие ткани, например, легкие на предмет пневмонии или плеврита. Гнойная жидкость хорошо поглощает рентгеновское излучение и пораженные участки легкого на пленке гораздо светлее здоровых (при остром заболевании почти прозрачные).

НО: Фотоны рентгеновского излучения выбивают электроны из молекул ДНК и РНК, белковых и всех других биомолекул. Это приводит к ошибкам в репликации и транскрипции, а также росту концентрации свободных радикалов в организме. Возникают мутации и онкологические заболевания. Доза излучения во время одного сеанса рентгенографии достаточно мала и безопасна, но если эти сеансы проводятся слишком часто, организм может в целом получить запредельную дозу излучения.

36. Квантовая модель атома

Сначала физик Э. Резерфорд предложил модель атома, вокруг которого вращаются электроны. Но эта теория протеворечит некоторым законам, поэтому Н. Бор и М. Планк обосновали и уточнили модель Резерфорда. Планк выдвинул гипотезу, что испускание и поглощение электромагнитного излучения происходит только дискретно, конечными порциями – квантами. А Бор предложил следующие постулаты. 1) Электрон в атоме может вращаться только по строго определенным круговым орбитам, двигаясь по одной из которых, электрон не излучает и не поглощает энергии. При этом момент импульса электрона принимает дискретные (строго определенные) значения, кратные постоянной Планка

2) При переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую атом излучает или поглощает порцию энергии (квант). При излучении электрон переходит на более низкий энергетический уровень, рис. 131, а при поглощении – на более высокий.

В последующие годы некоторые положения теории Бора были пересмотрены и дополнены.

В основе современной теории строения атома лежат следующие основные положения.

1) Электрон в атоме не движется по определенным траекториям (орбитам), а может находиться в любой части пространства вблизи ядра (электрон как бы «размазан» вблизи ядра, в чем проявляется его волновая природа). Пространство вблизи ядра, в котором вероятность нахождения электрона достаточно велика, называют орбиталью или электронным облаком. Состояние электрона в атоме однозначно определяется квантовыми числами: n – главное, l – орбитальное и s – спиновое. Главное квантовое число определяет энергетические уровни электрона в атоме. Орбитальное характеризует орбитальный момент импульса электрона и соответствующий ему магнитный момент. Спиновое характеризует собственный момент импульса электрона и соответствующий ему магнитный момент.

2) Энергия электрона в атоме может принимать только строго определенные значения (энергетические уровни). При переходе электрона с более высокого на более низкий энергетический уровень излучается квант энергии, а поглощение кванта энергии происходит при обратном переходе. Электроны последователно заполняют энергентические уровни атомов, причем каждый следующий электрон невозбужденного атома занимает самый глубокий из еще незаполненных уровней, то есть уровень с наименьшей возможной энергией. При этом выполняется принцип Паули: в определенном квантовом состоянии может находиться только один электрон. Например, если у двух электронов одинаковые главное и орбитальное квантовые числа (то есть один энергетический уровень и одинаковый орбитальный магнитный момент), то направление спинов – противоположное (собственные магнитные моменты электронов направлены противоположно).