Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Развитие новых методик исследования, а именно методов искусственных контрастов, значительно расширило среду заболеваний, которые становятся доступными для рентгеновского исследования. Стоит отметить, что число заболеваний, при которых рентгенотерапия и рентгенодиагностика применимы, возрастает с каждым годом.

В некоторых случаях при помощи рентгеновского исследования можно получить патономоничные симптомы, т. е. характерные именно для данного заболевания и позволяющие уверенно поставить окончательный диагноз.

В настоящее время рентгенология не представляет собой только метод исследования, а уже начинает играть очень важную роль и в теоретических медицинских дисциплинах, таких как анатомия, физиология, патофизиология и патологическая анатомия. Это можно объяснить следующим: рентгеновский метод представляет единственную возможность наблюдения функции органов живого человека в физиологических условиях. Таким образом, рентгенология стала незаменимой составляющей современной медицины и играет очень важную роль в диагностике болезней и их исследованиях.

Рентгеновский гониометр

(см. «Рентгеновская камера», «Рентгеновский дифрактометр»)

Рентгеновский гониометр – прибор, регистрирующий на фотопленке дифракционную картину, при помощи положения наблюдаемого образца и детектора он вызывает дифракцию рентгеновских лучей. Рентгеновский гониометр также может быть частью рентгеновского дифрактометра. Гониометр способен одновременно зарегистрировать положение наблюдаемого образца в момент появления дифракции и направление рентгеновских лучей, которые дифрагировали на этом объекте. Рентгеновские гониометры различаются по конструкции в зависимости от объекта исследований. При изучении монокристаллов образец и фотопленка движутся, и координаты на пленке означают угол поворота образца и угол дифрагированного на нем луча. Эти гониометры имеют щелевой экран, который определяет дифракционный конус. Поликристаллы исследуют расходящимся пучком рентгеновских лучей, сходящимся после дифракции в одну точку. При этом исследуемый образец, щель детектора и фокус рентгеновской трубки находятся на одной окружности.

Гониометр, являющийся конструктивной частью рентгеновского дифрактометра, детектора, имеет специальные валы, на которых установлены датчики, лимбы, показывающие углы поворота образца и детектора и угол наклона детектора. Счетчик движется в одной плоскости, исследуемый образец при этом поворачивается вокруг трех осей, эти оси взаимно перпендикулярны.

Дифрагированный пучок попадает в плоскость перемещения счетчика. По лимбам можно найти углы поворота образца вокруг осей и положение счетчика во время дифракции. Пучок первичного излучения в гониометре, как и в рентгеновской камере, формируют монохроматоры или коллиматоры (см. «Рентгеновская камера»).

Рентгеновский дифрактометр

(см. «Рентгеновский гониометр»)

Рентгеновский дифрактометр – прибор, определяющий интенсивность и направление рентгеновского излучения, которое дифрагирует на исследуемом объекте, имеющем кристаллическую структуру. Он измеряет интенсивность, направление излучения и углы дифракции с большой точностью. На этом приборе исследуют монокристаллические, поликристаллические объекты, текстуры и множество других веществ в различных условиях. Этот метод исследования называется «рентгеновский структурный анализ», так как он наблюдает структуру веществ и объектов, на которых рассеивается рентгеновское излучение.

Электроны исследуемого вещества и рентгеновское излучение взаимодействуют, и это взаимодействие вызывает дифрацию рентгеновских лучей.

Этим методом исследуют атомную структуру кристаллов, так как их структура является естественной трехмерной дифракционной решеткой для лучей.

Дифракция – это рассеяние рентгеновских лучей при прохождении их через структуру кристалла, электроны которого влияют на пучок первичного рентгеновского излучения. Это вызывает появление вторично отклоненных пучков, имеющих ту же длину волны, что и первичный пучок.

Структура рассеивающего кристалла определяет интенсивность и направление вторичных пучков.

Эту дифракцию рентгеновских лучей обнаружили в 1912 г. немецкие ученые М. Лауэ, В. Фридрих, П. Книппинг и на фотопластинке получили следы дифракционных лучей, которые рассеял кристалл. В 1913 г. У. Л. Брэгг изучал атомную структуру кристаллов. В 1916 г. П. Дебай исследовал структуру поликристалла. Метод рентгеновского структурного анализа оказался очень эффективным для изучения многих веществ, что способствовало его развитию и применению в различных отраслях производства.

Развитие в разработку этих методов внесли в 1934 г. и в 1948 г. ученые А. Патерсон, Дж. Каспер, Д. Харкер (США), в 1952 г. – В. Кокрен (Великобритания), а также в России – Н. В. Белов, А. Н. Китайгородский, Г. С. Жданов, Б. К. Вайнштейн, в США – М. Бюргер, П. Эвальд, Л. Полинг, Г. Хауптман, в Великобритании – М. Вульфсон, Дж. Кердрю, Дж. Уотсон, М. Перун. Со второй половины ХХ в. методы рентгеновского структурного анализа широко распространились и развились. Метод рентгеновского структурного анализа, создающий дифракцию и регистрирующий излучение, осуществляется при помощи прибора рентгеновского дифрактометра, который фиксирует на фотопленке рассеянное рентгеновское излучение.

Методы рентгеновского структурного анализа различаются в зависимости от свойств, состояния изучаемого образца и объема получаемой информации. Методом Лауэ получают рентгенограмму монокристаллов, она называется лауэграммой. Дифракционные пятна на этой лауэграмме располагаются в зависимости от симметрии кристалла. Этим методом Лауэ, имеющим точность до нескольких угловых минут, находят внутренние дефекты кристалла и определяют его качество.

Методом качания и вращения образца определяют периоды повторяемости решетки и параметры элементарной ячейки. Образец совершает колебательное или вращательное движение вокруг оси, вдоль которой и надо определить период повторяемости. Монохроматическое рентгеновское излучение дает на рентгенограмме пятна и линии, по которым и узнают период повторяемости.

Рентгенгониометрическим методом измеряют интенсивность дифракционных отражений, полученных по длине волны излучений. Это регистрируют на фотопленке в гониометре, монохроматическим излучением пользуются для исследования поликристаллов, определяют фазовый состав образца и размеры зерен в нем. Этим методом исследуют сплавы, металлы, порошки, состоящие из мелких монокристаллов. Отражения от систем плоскостей монокристаллов образуют на рентгенограмме концентрические кольца. Разные вещества имеют различные рентгенограммы, что и позволяет определять состав образца. По диаметру диффузного кольца на рентгенограмме определяют средние расстояния между атомами исследуемого аморфного вещества. Методом малоуглового рассеяния исследуют неоднородность веществ: мелкодисперсных пористых материалов, сплавов, клеток, им пользуются в производстве высокодисперсных углей, катализаторов. Этот метод концентрирует рассеянное рентгеновское излучение в спектре малых углов рассеяния.

Принципиальная конструкция рентгеновского дифрактометра включает рентгеновский гониометр с изучаемым образцом, источник рентгеновского излучения, детектор излучения, электронное устройство для регистрации излучений и измерения. Детектор – это сцинтилляционный, полупроводниковый счетчик или счетчик Гейгера– Мюллера. Способ действия прибора основан на регистрации энергии излучения, зафиксированной перемещающимся во время исследования счетчиком. Процесс измерения автоматизирован, управление устройствами и обработку данных выполняют ЭВМ. Рентгеновский дифрактометр дает более точные результаты, чем рентгеновская камера. Он используется в различных отраслях науки и производства для изучения сплавов, минералов, металлов, полимеров, мелкодисперсных материалов, молекул белков, нуклеиновых кислот, органических и неорганических соединений, атомной структуры веществ, электронов в кристаллах.

Рентгеновский микроскоп

Рентгеновский микроскоп – прибор, исследующий микроскопическую структуру и строение объекта при использовании рентгеновского излучения. Рентгеновский микроскоп имеет больший предел разрешения, чем световой микроскоп, потому что рентгеновское излучение имеет меньшую длину волны, чем световая волна. Рентгеновский микроскоп отличается от оптического светового микроскопа прежде всего оптической системой. Для фокусировки рентгеновских лучей нельзя использовать оптические световые линзы и призмы. Для отражения рентгеновских лучей в рентгеновском микроскопе используют изогнутые зеркальные или кристаллографические плоскости.

Рентгеновские лучи имеют большую проникающую способность и линейную структуру спектра. Рентгеновские микроскопы различаются по способу действия и бывают отражательными и проекционными.