Вильгельм Конрад Рентген был профессором Вюрцбургского университета в Германии. Рентгеновские лучи были открыты в 1895 году Вильгельмом Конрадом Рентгеном (1845-1923), который был профессором Вюрцбургского университета в Германии. От сюда началась история рентгенографии. Работая с электронно-лучевой трубкой в своей лаборатории, Рентген наблюдал флуоресцентное свечение кристаллов на столе возле своей трубки. Трубка, с которой работал Рентген, состояла из стеклянной оболочки (колбы) с заключёнными в неё положительным и отрицательным электродами. Воздух в трубке откачивался, и при подаче высокого напряжения трубка давала флуоресцентное свечение. Рентген обернул трубку плотной черной бумагой и обнаружил зеленый флуоресцентный свет, излучаемый материалом, расположенным в нескольких футах от трубки.
Луч из трубки
Он пришел к выводу, что из трубки испускается луч нового типа. Этот луч был способен проходить сквозь плотную бумажную обшивку и возбуждать фосфоресцирующие материалы в комнате. Он обнаружил, что новый луч может проходить через большинство веществ, отбрасывая тени твердых объектов. Рентген также обнаружил, что лучи могут проходить через ткани человека, но не через кости и металлические предметы. Одним из первых экспериментов Рентгена в конце 1895 года был снимок руки его жены Берты. Интересно, что первое использование рентгеновских лучей было для промышленного (не медицинского) применения, поскольку Рентген сделал рентгенограмму набора гирь в коробке, чтобы показать своим коллегам.
Рентгеновское изображение руки с кольцом выявило кольцо на скелете. Открытие Рентгена произвело фурор в науке и было воспринято с необычайным интересом как учеными, так и неспециалистами. Ученые повсюду могли воспроизвести его эксперимент, потому что в то время катодная трубка была очень хорошо известна. Многие ученые отказались от других направлений исследований, чтобы заняться таинственными лучами. Газеты и журналы того времени снабжали публику многочисленными историями, некоторые из которых были правдой, а другие — вымыслами, о свойствах недавно открытых лучей.
Общественное воображение привлек этот невидимый луч, способный проходить сквозь твердую материю и в сочетании с фотопластинкой давать изображение костей и внутренних частей тела. Научная фантазия была захвачена демонстрацией длины волны короче света. Это породило новые возможности в физике и для исследования строения материи. Большой энтузиазм вызвали потенциальные применения лучей в медицине и хирургии. В течение месяца после объявления об открытии в Европе и Соединенных Штатах было сделано несколько медицинских рентгенограмм, которыми хирурги руководствовались в своей работе. В июне 1896 года, всего через 6 месяцев после того, как Рентген объявил о своем открытии, врачи на полях сражений использовали рентгеновские лучи для обнаружения пуль в раненых солдатах.
До 1912 года рентгеновские лучи мало использовались за пределами сфер медицины и стоматологии, хотя некоторые рентгеновские снимки металлов были получены. Причина, по которой рентгеновские лучи не использовались в промышленности до этой даты, заключалась в том, что рентгеновские трубки (источник рентгеновских лучей) выходили из строя при напряжениях, необходимых для получения лучей с удовлетворительной проникающей способностью для промышленных целей. Однако все изменилось в 1913 году, когда стали доступны высоковакуумные рентгеновские трубки, разработанные Кулиджем. Высоковакуумные лампы были интенсивным и надежным источником рентгеновского излучения, работающим при энергиях до 100 000 вольт.
В 1922 году промышленная радиография сделала еще один шаг вперед с появлением рентгеновской трубки на 200 000 вольт, которая позволила делать рентгенограммы толстых стальных деталей за разумное время. В 1931 году компания General Electric разработала генераторы рентгеновского излучения на 1 000 000 вольт, которые стали эффективным инструментом для промышленной рентгенографии. В том же году Американское общество инженеров-механиков (ASME) разрешило рентгеновское одобрение сосудов под давлением, сваренных плавлением, что еще больше открыло двери для промышленного признания и использования.
Второй источник радиации
Вскоре после открытия рентгеновских лучей была открыта еще одна форма проникающих лучей. В 1896 году французский ученый Анри Беккерель открыл естественную радиоактивность. Многие ученые того периода работали с катодными лучами, а другие ученые собирали доказательства теории о том, что атом можно разделить. Некоторые из новых исследований показали, что некоторые типы атомов распадаются сами по себе. Анри Беккерель открыл это явление, исследуя свойства флуоресцентных минералов. Беккерель исследовал принципы флуоресценции, когда некоторые минералы светятся (флуоресцируют) под воздействием солнечного света. Он использовал фотопластинки для записи этой флуоресценции.
Одним из минералов, с которыми работал Беккерель, было соединение урана. В день, когда было слишком облачно, чтобы подвергать свои образцы прямому солнечному свету, Беккерель хранил часть соединения в ящике стола вместе со своими фотопластинками. Позже, когда он проявил эти пластины, он обнаружил, что они затуманены. Беккерель задался вопросом, что могло вызвать это запотевание. Он знал, что плотно завернул пластины перед тем, как использовать их, так что запотевание произошло не из-за рассеянного света. Кроме того, он заметил, что запотели только тарелки, находившиеся в ящике с соединением урана. Беккерель пришел к выводу, что соединение урана испускает тип излучения, которое может проникать сквозь плотную бумагу и обнажать фотопленку. Беккерель продолжил испытания образцов соединений урана и определил, что источником радиации был элемент уран. Открытие Беккереля было, в отличие от открытия рентгеновских лучей, практически незамеченным как мирянами, так и учеными. Относительно мало ученых интересовались открытиями Беккереля. Только после открытия радия Кюри два года спустя интерес к радиоактивности стал широко распространенным.
Работая во Франции во время открытия Беккереля, польский ученый Мария Кюри очень заинтересовалась его работой. Она подозревала, что урановая руда, известная как урановая смолка, содержит другие радиоактивные элементы. Мария и ее муж, французский ученый Пьер Кюри, начали искать эти другие элементы.
В 1898 году Кюри открыли еще один радиоактивный элемент в настуране и назвали его «полонием» в честь родины Марии Кюри. Позже в том же году Кюри открыли еще один радиоактивный элемент, который они назвали радием, или сияющим элементом. И полоний, и радий были более радиоактивны, чем уран. После этих открытий было обнаружено или получено много других радиоактивных элементов.
Радий стал первым промышленным источником гамма-излучения. Материал позволял рентгенографировать отливки толщиной от 10 до 12 дюймов. Во время Второй мировой войны промышленная радиография стала частью программы кораблестроения ВМФ. В 1946 году стали доступны искусственные источники гамма-излучения, такие как кобальт и иридий. Эти новые источники были намного сильнее, чем радий, и были намного дешевле. Искусственные источники быстро заменили радий, и использование гамма-лучей в промышленной радиографии быстро расширилось.
Проблемы со здоровьем
Наука о радиационной защите, или, как ее правильнее назвать, «физика здоровья», выросла из параллельных открытий рентгеновских лучей и радиоактивности в последние годы XIX века. Экспериментаторы, врачи, неспециалисты и физики устанавливали аппараты, генерирующие рентгеновские лучи, и приступали к своей работе, не заботясь о потенциальных опасностях. Такое отсутствие беспокойства вполне понятно, поскольку в предыдущем опыте не было ничего, что предполагало бы опасность рентгеновских лучей. На самом же деле все было наоборот, ибо кто бы мог подумать, что луч, подобный свету, но невидимый, неосязаемый или иным образом неуловимый органами чувств, будет вреден для человека? Более вероятно, как некоторым казалось, что рентгеновские лучи могут быть полезны для организма.
Неизбежно широкое и безудержное использование рентгеновских лучей приводило к серьезным травмам. Часто травмы не были связаны с рентгеновским облучением отчасти из-за медленного появления симптомов и потому, что просто не было причин подозревать рентгеновские лучи в качестве причины. Первое предупреждение о возможных побочных эффектах рентгеновских лучей исходило от Томаса Эдисона, Уильяма Дж. Мортона и Николы Теслы, каждый из которых сообщил о раздражении глаз в результате экспериментов с рентгеновскими лучами и флуоресцентными веществами.
Сегодня можно сказать, что радиация входит в число наиболее тщательно изученных причин болезней. Хотя многое еще предстоит узнать, о механизмах радиационного повреждения молекулярной, клеточной системы и системы органов известно больше, чем о большинстве других агентов, вызывающих стресс для здоровья. Действительно, именно это обширное накопление количественных данных о доза-реакция позволяет физикам здравоохранения определять уровни радиации, чтобы медицинское, научное и промышленное использование радиации могло продолжаться при уровнях риска, не превышающих, а часто и меньших, чем уровни риска. риска, связанного с любой другой технологией.
Рентгеновские лучи и гамма-лучи — это электромагнитное излучение.
Эти лучи точно такой же природы, как свет, но с гораздо более короткой длиной волны. Длина волны видимого света составляет порядка 6000 ангстрем, в то время как длина волны рентгеновского излучения находится в диапазоне одного ангстрема, а длина волны гамма-излучения составляет 0,0001 ангстрема. Именно благодаря этой очень короткой длине волны рентгеновские и гамма-лучи способны проникать в материалы, недоступные свету. Эти электромагнитные волны имеют высокий энергетический уровень и могут разрушать химические связи в материалах, через которые они проходят. Если облучаемым веществом является живая ткань, разрыв химических связей может привести к изменению структуры или изменению функции клеток. Раннее воздействие радиации привело к потере конечностей и даже жизни. Мужчины и женщины-исследователи собрали и задокументировали информацию о взаимодействии радиации и человеческого организма.
Современное состояние рентгенографии
Во многих отношениях рентгенография мало изменилась с первых дней ее использования. Мы по-прежнему фиксируем теневое изображение образца детектором, расположенным напротив источника рентгеновского излучения. Пленка иногда все еще используется с процедурами и процессами, которые технические специалисты использовали в конце 1800-х годов. Однако сегодня мы можем создавать изображения более высокого качества и с большей чувствительностью за счет использования пленок более высокого качества с большим разнообразием размеров зерна пленки. А в последнее время цифровые матричные детекторы в значительной степени заменили пленку во многих отраслях.
Обработка пленки перешла в автоматизированное состояние, обеспечивая более стабильное качество пленки за счет исключения переменных ручной обработки. Электроника и компьютеры позволяют техническим специалистам получать изображения в цифровом виде. Использование «безпленочной рентгенографии» предоставляет средства захвата изображения, его цифровой обработки, отправки изображения в любую точку мира и архивирования изображения, которое не испортится со временем. Технологический прогресс предоставил промышленности меньшее по размеру, более легкое и очень портативное оборудование, производящее рентгеновские лучи высокого качества. Использование линейных ускорителей позволяет генерировать сверхкоротковолновое излучение с высокой проникающей способностью, о чем еще несколько лет назад можно было только мечтать.
| Прочитать про хондрому. |
Хотя процесс мало изменился, технология развивалась, позволяя широко использовать рентгенографию во многих областях контроля. Рентгенография получила широкое распространение в промышленности для проверки не только сварных швов и литья, но и для рентгенографической проверки таких предметов, как подушки безопасности и консервы. Рентгенография нашла применение в системах идентификации и безопасности металлургических материалов в аэропортах и других объектах.
Инспекция гамма-лучами также значительно изменилась после открытия радия Кюри. Сегодняшние изотопы, созданные человеком, намного сильнее и предлагают техническим специалистам широкий диапазон уровней энергии и периодов полураспада. Техник может выбрать Co-60, который будет эффективно проникать в очень толстые материалы, или выбрать изотоп с меньшей энергией, такой как Tm-170, который можно использовать для проверки пластмасс и очень тонких материалов или материалов с низкой плотностью. Сегодня гамма-лучи находят широкое применение в таких отраслях, как нефтехимическая, литейная, сварочная и аэрокосмическая.
Решение проблем со здоровьем
Именно в Манхэттенском округе Инженерного корпуса армии США родилось название «физика здоровья», и были достигнуты большие успехи в области радиационной безопасности. С самого начала руководители Манхэттенского округа осознавали, что будет создан новый мощный источник радиации и радиоактивности. Летом 1942 года лидеры попросили Эрнеста О. Воллана, физика космических лучей из Чикагского университета, сформировать группу для изучения и контроля радиационных опасностей. Таким образом, Воллан первым получил звание физика здоровья. Вскоре к нему присоединились Карл Г. Гамертсфельдер, недавно получивший степень бакалавра физики, и Герберт М. Паркер, известный британско-американский медицинский физик. К середине 1943 года было добавлено еще шесть. В эту шестерку входят Карл З. Морган, Джеймс С. Харт, Роберт Р. Ковею, О.Г. Ландсверк, Л. А. Пардью и Джон Э. Роуз.
В Манхэттенском округе название «физик здоровья», по-видимому, частично произошло из-за необходимости соблюдения секретности (и, следовательно, кодового названия деятельности по радиационной защите) и того факта, что это была группа, состоявшая в основном из физиков, работающих над проблемами, связанными со здоровьем. . Мероприятия включали разработку соответствующих инструментов мониторинга, физический контроль, административные процедуры, мониторинг радиационных зон, мониторинг персонала и захоронение радиоактивных отходов. Именно в Манхэттенском округе зародились многие современные концепции защиты, в том числе бэр-единица, учитывавшая биологическую эффективность радиации. Именно в округе Манхэттен концепции радиационной защиты достигли зрелости и стали применимыми.
Будущее направление радиографического образования
Хотя многие из методов и приемов, разработанных более века назад, до сих пор используются, компьютерная визуализация без помощи пленки заменила большинство рентгенографических обследований. Будущее радиографии, вероятно, увидит еще много изменений.
В настоящее время рентгенологи делают снимки в цифровом виде и отправляют их заказчику после завершения осмотра. Аналоговый способ уступил место компьютерным системам обработки изображений. Системы могут сканировать деталь и представлять рентгенологу трехмерное изображение, помогая ему или ей обнаружить дефект внутри детали.