Как и многие величайшие открытия человечества рентген лучи были изобретены совершенно случайно.
Вильгельм Рентген
В 1895 году немецкий физик по имени Вильгельм Конрад Рентген (1845-1923) сделал открытие, экспериментируя с помощью электронного пучка в газоразрядной трубке. Вильгельм Конрад Рентген заметил, что флуоресцентный экран в его лаборатории начал светиться, когда электронный луч был включен. Этот ответ сам по себе не был таким удивительным и ученый знал, что флуоресцентный материал обычно светится в ответ на электромагнитное излучение, но газоразрядная трубка была окружена тяжелым черным картоном. По идее это бы заблокировало бы большую часть излучения, но не рентген лучи.
Ученый физик Вильгельм Конрад Рентген размещал различные объекты между газоразрядной трубкой и экраном, а экран все еще светился. Наконец, он положил руку перед прибором и увидел силуэт своих костей, проецируемых на флуоресцентный экран. Сразу же после обнаружения самих рентген лучей он обнаружил принцип как работает рентген.
Замечательное открытие ученого привело к одному из самых важных медицинских достижений в истории человечества.
В этой статье мы узнаем, как работает рентген и рентген излучение. Как оказалось, основной процесс действительно очень прост.
Наши глаза чувствительны к определенной длине волны видимого света, но не к более короткой длине волн где более высокая энергия. Световые волны более длинная длина волны радиоволн с более низкой энергией.
Фотоны видимого света и фотоны рентгеновского снимка оба произведены движением электронов в атомах. Электроны занимают различные энергетические уровни или орбиты вокруг ядра атома. Когда электрон перемещается на нижнюю орбиту, он должен высвобождать некоторую энергию. Он высвобождает дополнительную энергию в виде фотона. Энергия фотона зависит от того, насколько электрон перескочил между орбитами.
Когда фотон сталкивается с другим атомом, атом может поглощать энергию фотона, повышая электрон до более высокого уровня. Для этого уровень энергии фотона должен соответствовать разнице в энергии между двумя электронными позициями. Если нет, то фотон не может сдвинуть электроны между орбитами. Атомы, которые составляют ткань тела человека, очень хорошо поглощают фотоны видимого света. Энергетический уровень фотона соответствует различным энергетическим различиям между электронными позициями. Радиоволны не имеют достаточной энергии для перемещения электронов между орбитами в больших атомах, поэтому они проходят через большинство вещей. Рентген лучи также проходят через большинство вещей, но по противоположной причине: у них слишком много энергии.
Применения рентгеновского снимка
Наиболее важный вклад рентген лучей был в мире медицины, но они сыграли решающую роль и в ряде других областей. Рентген лучи играют ключевую роль в исследованиях, связанных с теорией квантовой механики, кристаллографией и космологией. В промышленном мире, блоки развертки рентгеновского снимка часто использованы для того чтобы обнаружить мельчайшие трещины в оборудовании тяжелого металла. Сканеры на этом эффекте стали стандартным оборудованием в службе безопасности аэропортов. Применение рентгеновского излучения практикуется в археологии, сельскохозяйственной отрасли, при изучении космоса, в быту.
Однако самое широкое применение в медицине.
Как работает рентген
Основа рентгеновского аппарата стеклянная вакуумная трубка типа газоразрядной с двумя электродами катод и анод которые находятся внутри. 
Катод представляет собой нагретый проводник. Нагревание происходит через специальную нить накала. Тепло способствует выбиванию электронов с катода, а положительно заряженный анод из вольфрама притягивает электроны в вакуумной трубке. Разница напряжения между катодом и анодом чрезвычайно велика, так что электроны летят через трубку с большой силой. Когда ускоряющийся электрон сталкивается с атомом вольфрама, он выбивает свободный электрон в одном из нижних орбит атома. Электрон на более высокой орбите сразу перемещается на более низкий энергетический уровень, высвобождая свою дополнительную энергию в виде фотона.
Управляя направлением движения и скоростью фотона вакуумная трубка излучает радиоволны на частоте между ультрафиолетовым и гамма-излучением с длиной волны от 10−7 до 10−12 метров.
Весь механизм окружен толстым свинцовым щитом. Это удерживает рентгеновские лучи от излучения во всех направлениях. Небольшое окно в щите позволяет некоторым из фотонов излучаться в узкий луч. Луч в рентген аппарате проходит через серию фильтров на своем пути к пациенту.
Камеры на другой стороне пациента записывают образец рентгеновского зрения, прошедшего через тело пациента. Камера использует такую же технологию как обычная камера, но рентгеновский снимок отличается от обычного. Как правило, врачи хранят фильм как негатив. То есть области, которые подвергаются большему освещению, выглядят темнее, а области, которые подвергаются меньшему освещению — светлее. Твердый материал, как кость, кажется белым, а более мягкий материал кажется черным или серым. Доктора могут использовать различные способы управления работой рентген аппарата путем изменения интенсивности луча снимка. Современное оборудование стоматологии также использует этот эффект.
Контрастное вещество
В обычной рентгеновской картине большинство мягких тканей не проявляются четко. Для того чтобы сфокусироваться внутри на органах или рассмотреть кровеносные сосуды которые составляют циркулирующую систему, доктора должны ввести средства контраста в тело.
Контрастное вещество часто используется в сочетании с флюороскопом. При рентгеноскопии рентген лучи проходят через организм на флуоресцентный экран, создавая движущееся изображение. Врачи могут использовать рентгеноскопию, чтобы проследить прохождение контрастных сред через человека. Доктора могут также записать изображение рентгеновского снимка на видео.
Вреден ли рентген?
Рентгеновские лучи являются прекрасным дополнением к миру медицины: они позволяют врачам заглянуть вовнутрь пациента без каких-либо операций вообще. Гораздо легче и безопаснее смотреть на сломанную кость с помощью рентген лучей, чем пользоваться инвазивным способом.
Но вреден ли рентген? В первые дни рентгеновской науки многие врачи подвергали пациентов и самих себя воздействию лучей в течение длительных периодов времени. В конце концов, у врачей и пациентов начала развиваться лучевая болезнь, и медицинское сообщество знало, что что-то не так.
Проблема в том, что рентгеновские лучи являются формой ионизирующего излучения.
Электрический заряд иона может привести к неестественным химическим реакциям внутри клеток. Помимо прочего, заряд может разорвать цепи ДНК. Клетка со сломанной нитью ДНК либо умрет, либо ДНК начнет мутацию. Если погибнет много клеток, то в организме могут развиться различные заболевания. Если ДНК мутирует, клетка может стать раковой и этот рак может распространяться. Если мутация происходит в сперме или яйцеклетке, это может привести к врожденным дефектам. Из-за всех этих рисков, врачи используют рентгеновские снимки с учетом определенных норм.
Даже при таких рисках рентгеновское сканирование по-прежнему является более безопасным вариантом, чем хирургическое вмешательство. Рентгеновские аппараты являются бесценным инструментом в медицине, а также активом в безопасности и научных исследованиях. Они действительно одни из самых полезных и важных изобретений.
