Беседы о рентгеновских лучах

Да, проникающее излучение опасно в любых дозах, даже самых малых, но ведь это один из сотен, даже, может, тысяч факторов, которые сказываются на нас отрицательно. Между тем именно на него обращают особое внимание: как-никак грозные «таинственные невидимки». Потому, вероятно, среди прочих факторов нет ни одного, для которого были бы приняты столь жесткие нормы, как в отношении ионизирующей радиации. И ни в какой иной области правила техники безопасности не разработаны столь детально и не выполняются столь тщательно.

Сказанное — вовсе не повод для самоуспокоения. И по-прежнему предпринимаются энергичные усилия, с тем чтобы свести на нет радиационную опасность. Успехи налицо, достаточно сравнить то, что было, с тем, что стало.

Страшно подумать, какую дозу получал пациент при просвечивании на рубеже XIX–XX веков. Чтобы изготовить рентгенограмму грудной клетки взрослого человека, требовалась экспозиция в… полтора-два часа. Низкая чувствительность фотоэмульсии? Не только. Вся аппаратура в сопоставлении с нынешней была примитивной. Трубки, например, приходилось время от времени отключать для того лишь, чтобы дать им, слабосильным, отдых. С учетом этих вынужденных перерывов процедура отнимала весь рабочий день. Сегодня такой снимок делается за ¹/₁₀ секунды, то есть с выдержкой, которая в десятки тысяч раз короче, а его качество, понятно, несравненно выше.

Одно из важных усовершенствований появилось в первые же 10 лет XX века. Для съемки начали использоваться усиливающие экраны, между которыми располагали фотопленку. Благодаря этому при той же светочувствительности пленки экспозиция сокращалась в десятки раз. Соответственно во столько же раз снижалась лучевая нагрузка на организм.

Это привело к тому, что рентгенография по своей разрешающей способности превзошла рентгеноскопию. На снимках можно различать 40 линий в пределах каждого сантиметра, на просвечивающем экране — лишь 3 линии на сантиметр, то есть в 13 раз меньше.

Конструкторы, понятно, никогда не останавливались на достигнутом. Одна из важных задач, которую они поставили перед собой, — свести на нет так называемую динамическую нерезкость, обусловленную движением органов. Если задержать дыхание, легкие не будут изменять объем и форму, но сердце, например, никак не остановишь. Желудок тоже сокращается непроизвольно. Чтобы снимки его были четкими, необходимо уменьшить выдержку до 0,02 секунды. И стало быть, увеличить мощность рентгеновской аппаратуры до 50 киловатт как минимум. Значит, через трубку пойдет ток в 0,5 ампера при напряжении в 100 тысяч вольт. А это связано с целым рядом трудностей.

Конечно, добиться таких параметров — дело нехитрое. На практике они бывают и выше. Но чем жестче режим, тем больше энергии затрачивается впустую — на тепловые потери, которые и так уносят львиную ее долю (едва ли не 99 процентов!). Как видно, у рентгеновской трубки КПД ничтожно мал (около 1 процента). Он намного ниже, чем, например, у парового котла (20 процентов).

Впрочем, дело не только и даже, пожалуй, не столько в потерях энергии самих по себе. Главное в другом: чем интенсивнее выделяется тепло, тем сильнее нагревается анод. Он раскаляется зачастую до 2 тысяч градусов, из-за чего постепенно разрушается. И вот его стали делать вращающимся. Чтобы площадочка, куда бьют электроны, непрерывно перемещалась по его зеркалу, а остальная поверхность тем временем отдыхала, охлаждаясь. Такое решение позволило поднять мощность рентгеновских трубок с 5 до 50 киловатт. Но и этого оказалось недостаточно.

При некоторых обследованиях (скажем, при съемке сосудов сердца) экспозицию необходимо сократить до 0,001 секунды. И значит, соответственно увеличить мощность. Технически такое вполне реально: достаточно расширить площадочку на аноде, куда нацелен сфокусированный пучок электронов. Но тогда изображение проиграет в резкости. Поперечник этого фокусного пятна не должен превышать двух миллиметров. Идеальной была бы точечная мишень. Уже удалось получить такой источник с помощью лазера. Эксперименты обнадеживают.

Сейчас продолжаются попытки усовершенствовать анод так, чтобы он, с одной стороны, не перегревался, а с другой — стал более жаропрочным. Пока что его делают из таких тугоплавких материалов, как вольфрам, молибден. Возможно, пригодится графит, обладающий завидной термостойкостью. Если из него будет создан достаточно прочный и компактный анод, мощность трубки значительно увеличится.

Предстоит справиться и с другими задачами. При жестких режимах работы анод должен вращаться быстрее, иначе он расплавится. Однако при больших скоростях да еще высоких температурах не выдерживают подшипники. Нужна особая смазка: не только термостойкая, но и нелетучая, рассчитанная на работу в вакууме.