Chuyên đề Vật lí 12 CTST Bài 5. Tia X. Chụp X-quang và chụp ảnh cắt lớp (CT) có đáp án

Tia X có một số tính chất nổi bật sau đây:

- Có bản chất là sóng điện từ nên có thể truyền trong chân không.

- Không mang điện tích vì thế không bị lệch trong điện trường và từ trường.

- Mang năng lượng cao, do đó có khả năng đâm xuyên mạnh. Tia X có thể đâm xuyên qua tấm nhôm dày vài cm, nhưng lại bị cản lại bởi lớp chì dày vài mm. Do đó, người ta thường dùng chì để làm vật liệu che chắn tia X.

- Có tác dụng mạnh lên kính ảnh, làm ion hoá không khí.

- Có tác dụng làm phát quang một số chất.

- Có tác dụng sinh lí mạnh: huỷ diệt tế bào, diệt vi khuẩn,…

Nguyên tắc cơ bản của kĩ thuật chụp CT:

- Trong kĩ thuật chụp CT, máy tính được sử dụng để điều khiển chuyển động quét của nguồn phát tia X và tái tạo hình ảnh của vùng cơ thể cần chẩn đoán.

- Hai bộ phận quan trọng nhất của máy chụp CT, gồm:

+ Ống phát tia X để phát ra chùm tia X có dạng rẻ quạt 30º - 60º . Ống tia X được gắn vào mâm quay để có thể quay 360º quanh vùng cơ thể cần chụp của bệnh nhân.

+ Hàng trăm đầu dò được ghép liên tiếp nhau trên một vòng tròn quỹ đạo của ống tia X để ghi nhận chùm tia X sau khi xuyên qua cơ thể bệnh nhân.

- Để chuẩn bị chụp CT, bệnh nhân được nằm trên bàn trượt và đưa vào trong máy chụp. Trong quá trình chụp, ống phát tia X quay xung quanh bệnh nhân. Các chùm tia X sau khi xuyên qua cơ thể bệnh nhân được ghi nhận bởi hệ thống đầu dò tia X. Dữ liệu thu được từ hệ thống đầu dò tạo ra một loạt ảnh X-quang hai chiều ở nhiều góc độ khác nhau. Những dữ liệu này được chuyển đến hệ thống máy tính để xử lí và hiển thị chúng thành nhiều lớp khác nhau của vùng cần chụp.

Chùm electron phát ra từ cathode, được gia tốc bởi điện trường có cường độ lớn giữa anode và cathode, đến va đập vào đối cathode và phát ra tia X theo mọi hướng. Các kết quả thực nghiệm cho thấy chỉ khoảng 1% năng lượng của chùm electron năng lượng cao này được chuyển thành năng lượng của tia X, phần còn lại chuyển thành nhiệt năng của đối cathode làm nhiệt độ của nó tăng lên.

Cường độ chùm tia X sau khi truyền qua phần mô xương là:

\[I = {I_0}.{e^{ - \mu x}} = 30.{e^{ - {{600.5.10}^{ - 3}}}} = 1,49W/{m^2}\]

Vì m là hệ số hấp thụ tia X của vật chất, xương và các mô, cơ quan khác nhau sẽ có hệ số thấp thụ khác nhau, do đó trong chụp X-quang, các mô dày, đặc (ví dụ như xương) sẽ chặn hầu hết tia X, trong khi các mô mềm như mỡ hoặc cơ, chặn ít hơn. Các mô chặn nhiều tia X sẽ hiển thị dưới dạng vùng trắng trên nền đen. Các mô mềm chặn ít tia X hơn được hiển thị với màu xám. Với những khối u, mô thường dày và đặc hơn các mô xung quanh, vì vậy chúng có màu xám nhạt hơn. Các cơ quan chứa nhiều không khí (chẳng hạn như phổi) thường có màu đen.

Chụp ảnh X-quang liên tục trong một khoảng thời gian ngắn sẽ có hại đến sức khoẻ bệnh nhân vì:

- Khi ta tiếp xúc tia X quá mức mà tia X là một dạng bức xạ ion hoá, có khả năng phá huỷ tế bào của cơ thể.

- Tiếp xúc nhiều có thể gây ra các bệnh như: ung thư, bỏng da, bệnh về mắt,…

- Chụp X-quang nhiều gây các tác dụng phụ như buồn nôn, chóng mặt, ảnh hưởng đến sức khoẻ của bệnh nhân.

Ứng dụng của tia X trong đời sống và khoa học:

- Tia X được dùng nhiều nhất để tạo ảnh trong y học (còn gọi là chiếu điện, chụp điện hay chụp X quang), góp phần quan trọng vào việc chẩn đoán bệnh. Tia X cũng được dùng trong việc điều trị một số khối u ung thư nằm nông ở da, các tế bào ung thư có thể bị huỷ diệt bởi chùm tia X năng lượng cao.

- Tia X được dùng trong nghiên cứu cấu trúc vật rắn, các ngôi sao, lỗ đen, ... Ví dụ, kính thiên văn tia X là một trong những thiết bị quan sát các đối tượng thiên văn.

- Tia X có vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Ví dụ, tia X được dùng để kiểm tra chất lượng các vật đúc, tìm các vết nứt, các bọt khí bên trong các vật bằng kim loại, ...

- Tia X còn được dùng để xác định tính nguyên bản hoặc tính xác thực của một tác phẩm nghệ thuật. Ví dụ, một bức tranh được chiếu bằng tia X để kiểm tra xem nó có được vẽ chồng lên bức tranh khác hay không. Điều này giúp loại bỏ việc vi phạm bản quyền các bức tranh và tác phẩm nghệ thuật.

- Tia X được dùng trong kiểm tra an ninh như kiểm tra hành lí của hành khách đi máy bay, phát hiện các chất bất hợp pháp như thuốc nổ, ... xác định vị trí các kim loại như bạc, vàng, ... khi cần thiết (ví dụ mang vàng trái phép trong hành lí khi di chuyển, ... ).