Podsjetnik: ŠTA SU TO RENDGENSKE ZRAKE ?

Rentgenske ili rendgenske zrake, poznate i kao X-zrake, područje su elektromagnetskog zračenja s valnim duljinama između 10 i 0,01 nm, što približno odgovara području između ultraljubičastog i gama zračenja. Najpoznatija njihova primjena je u dijagnostičkoj radiografiji i kristalografiji. Zbog svoje energije ubrajaju se u ionizirajuće zračenje.

Rendgenske zrake se dijele na tvrde i mekane rendgenske zrake s obzirom na mogućnost prodiranja kroz razne materijale. Mekane rendgenske zrake imaju valnu duljinu od 0,1 nm do 10 nm (0,12 do 12 keV). Tvrde rendgenske zrake imaju valnu duljinu od 0,01 nm do 0,1 nm (12 do 120 keV). Osnovna razlika između rendgenskih i gama zraka je u načinu njihovog nastajanja. Rendgenske zrake nastaju u vanjskom elektronskom omotaču atoma, dok gama zrake nastaju u jezgri atoma. ^[1] Tvrde rendgenske zrake prolaze kroz metale i na mjestima gdje su pukotine nailaze na manji otpor. Prema tome čine na fotografskoj ploči svjetlije ili tamnije slike. Na taj način se vrši ispitivanje ispravnosti lijeva, valjanih predmeta, zavarenih spojeva i tako dalje.

Rendgenske zrake proizvode jako fiziološko djelovanje jer razaraju stanice čovječjeg organizma. Na tome se osniva njihovo ljekovito djelovanje. Ako se na bolesno mjesto u tijelu uprave rendgenske zrake, one mogu izazvati raspadanje stanica, koje prouzrokuju bolest, i dovesti do ozdravljenja. Međutim, prekomjerna upotreba tih zraka vrši štetan uticaj na zdrave stanice. Stoga se za zaštitu od rendgenskih zraka upotrebljavaju olovne ploče koje ih ne propuštaju.

Wilhelm Conrad Röntgen objavljuje 1895. da je u modificiranoj Crookesovoj cijevi otkrio nevidljive zrake koje izazivaju fluorescenciju, prolaze kroz materiju, te se ne otklanjaju u magnetskom polju. Röntgen je te zrake nazvao X-zrake zbog njihove nepoznate prirode. Iako se poslije pokazalo da su takve zrake već bile uočene u nekim pokusima, na primjer Nikola Tesla proizveo ih je djelovanjem električnog polja visoke frekvencije, Röntgen ih je prvi istražio, primijenio i shvatio njihovu prirodu. Te se zrake proizvode u posebnim cijevima koje se zovu rendgenske cijevi.

Röntgen je odmah uočio mnoge sličnosti s vidljivom svjetlošću. Rendgenske zrake se šire u pravcima, bacaju oštre sjene, djeluju na fotografsku ploču i u nekim tvarima izazivaju fluorescenciju. Ali po nekim svojstvima činilo se da se razlikuju od vidljive svjetlosti. Zapazio je njihovu izvanrednu prodornost, i nije ih mogao sabiti s lećom u žarište, a pokusi s lomom svjetlosti (refleksija) i refrakcijom novih zraka nisu mu uspjeli. Tek kada je 1912. Max von Laue dokazao da rendgenske zrake mogu ogibati (difrakcija), postalo je jasno da su one transverzalni elektromagnetski valovi, kao i vidljiva svjetlost, od koje se razlikuju po mnogo kraćim valnim duljinama. 

Dobivanje x zraka

Rendgensko zračenje nastaje kada elektroni velikom brzinom udaraju u metal, pri čemu dolazi do njihovog naglog usporavanja i izbijanja elektrona iz unutarnjih ljuski atoma metala. Pri bombardiranju metala brzim elektronima nastaju dvije različite komponente rendgenskog zračenja. Naglim kočenjem brzih elektrona u metalu nastaje zakočno zračenje (njem. bremsstrahlung), s kontinuiranim spektrom intenziteta po različitim valnim duljinama. Izbacivanjem elektrona iz atomskih ljuski nižih energetskih razina brzim elektronima koji udaraju u metal, te popunjavanjem tih praznih mjesta elektronima iz viših energetskih razina, nastaje rendgensko zračenje sa samo nekoliko valnih duljina, karakterističnih za kemijski element (metal) od kojeg je anoda. To je karakteristično zračenje s linijskim spektrom.

Uobičajeni način dobivanja je u rendgenskoj cijevi. To je vakuumska cijev u kojoj se s jedne strane nalazi anoda, a s druge katoda uz koju se nalazi žarna nit. Katoda je na visokom naponu u odnosu na anodu. Kada žarnom niti teče električna struja ona se užari (volfram se užari na oko 2 600 K),pa katoda izbacuje elektrone koji se ubrzavaju u električnom polju između katode i anode. Elektroni udaraju u u anodu koja je načinjena od materijala koji su otporni na visoku temperaturu, poput molibdena i volframa, a ujedno se i vrti kako bi imala što bolje hlađenje. Pri tome se 99 % energije elektrona pretvara u toplinu, a samo 1 % odlazi u obliku ionizirajućeg zračenja koje pod pravim kutem izlazi kroz mali otvor na rendgenskoj cijevi.

U prirodi rendgensko značenje može nastati kod plinskog kovitlaca oko crne jame. Rendgenske zrake nastaju kad se sudare brzi elektroni i mikrovalni fotoni. Pri tome nastaju mlazevi rendgenskog zračenja dugi i po 10 svjetlosnih godina. Tako kvazari svemirskim teleskopima daju dodatne informacije, jer osim što se na snimkama vidi kvazar, rendgensko zračenje koje prođe kroz objekte na putu napravi jednu drukčiju, rendgensku sliku tih objekata, koji neke pute nisu dijelom ljudskom oku vidljiva spektra.

Zakočno rendgensko zračenje 

Prolaskom elektrona u neposrednoj blizini atomske jezgre, on se naglo usporava i brzina mu se smanjuje. Posljedica toga je i veliko smanjenje početne energije, a razlika energije se pretvara u foton elektromagnetskog zračenja.

Intenzitet zračenja ovisi još i o anodnom naponu i o anodnoj jačini električne struje (jer je ona pokazatelj broja elektrona koji bombardiraju anodu). Mjerenja su pokazala da je intenzitet zračenja proporcionalan kvadratu anodnog napona.

Tek uz visok anodni napon (oko 400 000 V) i velik atomski broj Z metala na anodi, može se postići visok stupanj iskorištenja, a on je oko 3 % rendgenskog zračenja, a 97 % odlazi na zagrijavanje anode.

Karakteristično rendgensko zračenje

Neki od elektrona koji bombardiraju anodu izbacuju elektrone iz atomskih ljuski najnižih energetskih razina. Popunjavanjem tih praznih mjesta elektronima s viših energetskih razina, zrači se razlika energije viših i nižih razina u obliku fotona ili karakterističnog rendgenskog zračenja. Na taj način nastaje zračenje točno određene frekvencije ili valne duljine (linijski spektar), karakteristično za kemijski element od kojeg je anoda. Uz karakteristično rendgensko zračenje uvijek nastaje i zakočno rendgensko zračenje.

Spoznaja o štetnosti rendgenskog zračenja kasni za ogromnim entuzijazmom zbog novih dijagnostičkih mogućnosti i prvi liječnici koji primjenjuju rendgensko zračenje obolijevaju od njega, odnosno od njegovih posljedica. Danas radiološka dijagnostika predstavlja najveći umjetni izvor zračenja prosječne populacije u medicini. Mjera zaštite od ionizirajućeg zračenja mora se pridržavati profesionalno osoblje koje to zračenje primjenjuje. Najbolja je zaštita za bolesnika smanjivanje rendgenskih pretraga na razumnu mjeru.

U radiološkoj dijagnostici zrače uređaji za rendgensko snimanje (primjerice, za snimanje kostiju ili pluća), uređaji za dijaskopiju (primjerice za pregled želuca, irigografija) i uređaji za računalna tomografiju (CT). Magnetska rezonancija i ultrazvuk ne rabe štetno ionizirajuće zračenje za oslikavanje ljudskoga tijela. Ipak, magnetska rezonancija može biti opasna kod metalnih stranih tijela ili ugrađenog pace-makera. Nažalost, niti jedna od metoda ne pokriva sve dijagnostičke potrebe. Odabir dijagnostičke pretrage treba prepustiti liječniku koji će odrediti najkraći put do točne dijagnoze, uz najmanju štetu za zdravlje bolesnika.

Logičan nastavak na konvencionalnu radiografiju i dijaskopiju su složeniji uređaji koji upotrebljavaju rendgensko zračenje: uređaj za angiografiju i računalnu tomografiju. Slijede magnetska rezonancija i ultrazvuk, kao slikovna dijagnostička metoda u suvremenoj medicinskoj praksi koja se najčešće primjenjuje.