רדיוגרפיה

צילום רנטגן של עמוד השדרה

רדיוגרפיה היא שיטת צילום באמצעות קרינה מייננת - קרני רנטגן, קרני גמא או קרינת נייטרונים. זוהי אחת משיטות הבדיקה הלא הרסניות, והיא משמשת בתחומים רבים - החל מאיבחון שברים ברפואה, דרך איתור סדקים במכלולים מכניים שונים בתעשייה, ועד אימות מקוריות של יצירות אמנות.

עקרונות ודרך פעולה

על מנת לבצע צילום רדיוגרפי יש צורך במקור קרינה - שפופרת רנטגן (קרני X) או איזוטופ רדיואקטיבי הפולט קרינת גמא. הקרינה הנפלטת עוברת דרך האובייקט הבדיקה ומשקפת אותו על גבי סרט צילום ייעודי או נקלטת על ידי חיישנים המציגים את התמונה על צג.

חלק מהקרינה נבלע בזמן המעבר דרך האובייקט הנבדק, בתלות בצפיפות החומר ועוביו. הקרניים העוברות דרך החומר משחירות את גרעיני ברומיד הכסף שבסרט הצילום, כאשר צפיפות ההשחרה נמצאת ביחס הפוך לצפיפות החלק המצולם: ככל שהחלק צפוף יותר כך יושחרו פחות גרעינים, וסרט הצילום יציג דמות בהירה יותר, ואילו חלק בעל צפיפות נמוכה ייצור דמות כהה יותר.

לצורך קבלת הדמות על סרט הצילום יש להעביר אותו בתהליך פיתוח, שמקבע את מצב סרט הצילום לאחר החשיפה. השיקוף המתקבל בסוף התהליך נקרא רדיוגרמה. להבדיל מסרטי צילום שבהם משתמשים בצילום רגיל, הרדיוגרמות המתקבלות אינן מתקבלות כתשליל (נגטיב), אלא כפוזיטיב, ואין צורך להדפיסן לצורך קבלת תמונה "ישרה".

עם השנים חלו התפתחויות טכנולוגיות, וכיום קיימות בשוק מצלמות רנטגן וידאו זמן אמת, ולוחות צילום דיגיטליים מסוגים שונים המאפשרים צילום מהיר ללא תהליך פיתוח. CR-Computed Radiography היא שיטת צילום רנטגן דיגיטלית המשתמשת לשמירת הדמות הלטנטית במסך מצופה פוספור (IP: image plate). בדרך כלל מדובר עדיין בקסטות מיוחדות המכילות במקום סרטים את ה IP והדמות הלטנטית השמורה בו לאחר הצילום מעובדת אוטומטית במכשיר הנקרא קורא reader אליו מוכנסות הקסטות של ה CR. מערכת דיגיטלית חדישה יותר היא מערכת ה DR-Direct Radiography שבה החיישנים הקולטים את התמונה הדיגיטלית עשויים מסלניום אמורפי, סיליקון אמורפי או מחיישן CCD. במערכת זו אין צורך בהליך "פיתוח" דיגיטלי דרך קורא, והצילומים בה מופיעים מיד על המסך. זה כמובן מייעל את שטף העבודה ומגדיל את ההספק. מכשירי ה DR עדיין יקרים, והחלטה לרכוש חדר DR מחייבת להחליף את כל מרכיבי החדר, כולל השפופרת, המצלמה וכמובן אמצעי החישה והתקשורת. למרות זאת כמות מכשירי ה DR הנמכרים בעולם הולכת וגדלה והמחירים יורדים בהתאם. קיים גם הבדל באיכות הצילומים בין CR ל DR הן בחדות הצילום והן בכמויות הקרינה הנדרשות לביצועו. מרבית הלוחות הדיגיטליים (DR) הם חסרי גמישות, שהיא אחת מהדרישות הבסיסיות לצילום רנטגן תעשייתי). במקביל, משתמשים כיום באמצעי עיבוד תמונה ממוחשבים על מנת להגיע לנצילות מלאה של סרט הצילום.

בליעה ופיזור

בזמן המעבר של הקרינה דרך החומר, מתרחשות אינטראקציות שונות בין הקרינה לבין מרכיבי החומר, בתלות בצפיפות החומר ובעוצמת האנרגיה של הקרינה.

להלן האפקטים החזקים ביותר:

• בעוצמות שבין 10 ל-500 קילו אלקטרון וולט מתרחש האפקט הפוטואלקטרי, המתבטא בבליעת הקרינה בחומר ושחרור אלקטרונים.
• בעוצמות שבין 0.1 ל-0.3 מגה אלקטרון וולט מתרחש אפקט קומפטון, שהוא תופעה של פיזור קרינה.
• באנרגיות גבוהות ביותר - מעל 1.02 מגה אלקטרון וולט - מתרחש אפקט יצירת זוגות, שגורם לפיצול של חלקיקי הקרינה ולשינוי מסלולם.

בנוסף לאפקטים האלו, מתרחש גם אפקט המכונה "קרינת בלימה", שהוא למעשה הסטה של פוטון קרינה ממסלולו בזמן מעבר קרוב לגרעין האטום; ואינטראקציות נוספות נובעות מגאומטריית החלק.

ההשפעה של אינטראקציות אלו הן בליעת הקרינה (ומכאן עצם יצירת הדמות ברדיוגרמה) וטשטוש של הרדיוגרמה, מכיוון שכאשר פוטון מוסט ממסלולו הוא משחיר גרעין שלא במקום המדויק.

רגישות הצילום

רגישות הצילום היא למעשה יכולת ההפרדה שמתקבלת ברדיוגרמה הסופית. כלל אצבע אומר שיכולת ההפרדה ברדיוגרפיה עומדת על כ-2% מעובי החלק המצולם. כך למשל, בחלק שעוביו הוא 10 סנטימטר יתגלו - בעזרת חשיפה נאותה - סדקים שעוביים הוא מעל 2 מילימטר.

את מידת הרגישות ניתן למדוד בעזרת מדי טיב תמונה (פנטרמטרים) ייעודיים, הישימים בעיקר בצילום תעשייתי.

קרינת הגמא היא בעלת אורך גל קצר (מעשרה נאנומטר ומטה) ותדירות גבוהה יותר מקרינת רנטגן, ועקב כך היא חודרת עמוק יותר דרך מוצק, גז או נוזל. מכאן שניתן להגיע בעזרתה לתוצאות שבצילום רנטגן יהיה מן הנמנע להשיגן.

רדיוגרפיה ברפואה

ברפואה משתמשים בצילום רנטגן לצורך איתור וזיהוי שברים בעצמות, איתור גופים זרים בחללי הגוף. (כדוגמת מקרים בהם נשכחו במהלך טיפול פולשני, או במקרה דקירה, בליעת גוף זר וכדומה) כמו כן, לשם איבחון רפואי: צילום בית החזה, איתור חורים בשיניים ועוד. שימוש מתקדם יותר של צילום הרנטגן נעשה בשיטת הטומוגרפיה הממוחשבת (CT), המשתמשת בצילום רנטגן ממספר זוויות ליצירת מבט תלת־ממדי על האובייקט המצולם. הדמיה נוספת מתקדמת נעשית באמצעות תהודה מגנטית (MRI), שימוש בשדה מגנטי עוצמתי בשילוב גלי רדיו. בדרך כלל, בתלת מימד של האובייקט נשוא הבדיקה.

האנרגיה שבה משתמשים בצילום רפואי היא נמוכה, על מנת להימנע מגרימת נזקי קרינה גבוהים לגוף האדם הרגיש. התחום הרחב יותר של שימוש בקרינה מייננת לצורכי הדמיה רפואית נקרא רדיולוגיה.

הרופאים העוסקים בתחום מכונים רדיולוגים ואילו המבצעים את הצילומים במכשירים השונים נקראים טכנאי רנטגן.

רדיוגרפיה בתעשייה ובתעופה

עיקר השימוש בצילום בעזרת קרינת רדיואיזוטופ (גמא) הוא בתעשייה, וזאת בנוסף לשימוש בצילום רנטגן, הנפוץ בתעשייה כברפואה (גם ברפואה נעשה לעיתים שימוש במצלמות גמא, אך לעיתים נדירות בלבד).

השימוש העיקרי בתעשייה הוא איתור פגמים בחלקים. פגם או אי רציפות בחלקי מכונות, מטוסים, מכוניות, צינורות, מכלולים אלקטרוניים ועוד, עלולים לגרום לנזקים בעת השימוש, סיכון חיים והפסדים כספיים כבדים. בתעופה נפוץ גם שימוש לצורך איתור גופים זרים במכלולי המטוס השונים, ואיתור חדירת נוזלים לחומרים מרוכבים.

מבין כלל שיטות הבדיקות הלא הורסות, רדיוגרפיה היא כמעט היחידה המאפשרת בדיקה של מכלולים שלמים ללא פירוקם, דבר המקצר משמעותית את זמן ההשבתה של מכונות, מטוסים וכדומה.

רדיוגרפיה באמנות

בעזרת צילום רדיוגרפי בעוצמות מסוימות, תוך שימוש בסרטי צילום רגישים במיוחד, ניתן לזהות הבדלים בין שכבות שונות בציור, וכך לגלות זיופים בציור או ציורים שכוסו עם השנים בציורים אחרים (דבר נפוץ בתקופת הרנסאנס היה שימוש חוזר בקנבס שכבר צויר עליו בעבר).

אמצעי זהירות

הקרינה המשמשת בשיטות בדיקה רדיוגרפיות עלולה להיות מסוכנת למפעיל הציוד, לפיכך מפעילי הציוד נדרשים, פרט לנקיטת אמצעי זהירות מרביים, גם לשאת עליהם התקנים לבדיקת כמות הקרינה אותה הם סופגים במהלך עבודתם. מלבד כמות הקרינה בחשיפה חד פעמית, שבמנות גדולות עלולה לגרום למחלת קרינה, יש חשיבות גם לכמות הקרינה המצטברת - בהעלאת הסיכוי להתפתחות מחלת הסרטן ולנזקים גנטיים. בנוסף, לחלקים שונים בגוף האדם סף רגישות משתנה - האשכים, לדוגמה, רגישים לקרינה עשרות מונים מכף רגל.

במקרה שכמות הקרינה שספג המפעיל גבוהה מהתקן - עליו לפנות לטיפול מתאים, ועל פי רוב יושבת מהמשך עבודה ברדיוגרפיה לזמן מה.

על פי החוק הישראלי, עובדי קרינה זכאים לשבוע בשנה של חופשה בתשלום, על מנת להמעיט את חשיפתם לקרינה ככל הניתן.

ראו גם

• המרכז למחקר גרעיני
• הקריה למחקר גרעיני