физика. 1 Клеточная мембрана определение, функции мембран, физические свойства. Клеточная мембрана
 Скачать 1.38 Mb.
|
|
Поток – это мощность рентгеновского излучения. Это излучение в единицу времени. Ф=E/t Физл=K*I*U2*Z I – сила тока U - напряжение Z – порядковый номер вещества анода K – коэф. пропорциональности Силу тока можно увеличить а следовательно можно увеличить ток. КПД очень низкий. Только 3% падающих электронов преобразуют энергию в энергию рентгеновского излучения. А 97% тратится на тепловой эффект. Рентгеновская трубка очень сильно нагревается-применяют охлаждение трубки: 1.воздушное 2. масляное 3. анод делают вращающимся КПД= Физл/ Фподв= =( K*I*U2*Z/I*U)*100%= =K*U*Z*100% КПД зависит о напряжения и от порядкового номера вещества анода 42 Виды рентгеновского (тормозное, характеристическое) излучения и механизм их возникновения. Спектры тормозного и характеристического излучений. Тормозное излучение: Н  агретый катод испускает электроны, под действием электрического поля анод притягивает электроны, электрическое поле совершает работу: A=euEk=mυ2/2 Электроны приобретают кинетическую энергию. При ударе об анод электроны тормозятся, теряют энергию и она превращается в энергию рентгеновских лучей и через стекло выходят кванты излучения. Оно называется тормозным. Спектр тормозного излучения сплошной:   Ф3  2 1 U1 Z1 Спектр различен, зависит от силы тока, вещества анода, напряжения подаваемого на электроды. Характеристическое излучение:       Если увеличить напряжение то на фоне сплошного спектра появятся всплески-это и есть характеристическое излучение.     Ф     Отдельный атом анода: E1>E2>E3 На место выбитого электрона может перейти электрон с любой орбитали. Избыток энергии излучается в виде кванта рентгеновского излучения и появляется всплеск. Если выбить электрон с L-орбитали, то появится L-всплеск 43 Первичные механизмы взаимодействия рентгеновского излучения с веществом (когерентное рассеяние, фотоэффект и некогерентное рассеяние). Для первичного взаимодействия между рентгеновским излучением и веществом характерно три механизма: 1. Когерентное рассеяние. Эта форма взаимодействия происходит, когда фотоны рентгеновских лучей имеют меньшую энергию, чем энергия связи электронов с ядром атома. В таком случае, энергия фотона оказывается не достаточной для освобождения электронов из атомов вещества. Фотон не поглощается атомом, но изменяет направление распространения. 2.Фотоэлектрический эффект. Когда фотон рентгеновского излучения достигает атома вещества, он может выбить один из электронов. Это происходит в том случае, если энергия фотона превышает энергию связи электрона с ядром. Фотон поглощается, а электрон высвобождается из атома. Если фотон несет большую энергию, чем необходимо для высвобождения электрона, он передаст оставшуюся энергию освобожденному электрону в форме кинетической энергии. Результатом фотоэлектрического эффекта является интенсивная ионизация вещества. 3. Некогерентное рассеяние (эф. Комптона).Происходит, если вещество поглощает рентгеновские лучи малой длины волны. Энергия фотонов таких рентг. лучей всегда больше, чем энергия ионизации атомов вещества. Эффект Компт. -это результатом взаимодействия высокоэнергетического фотона рентгеновских лучей с одним из электронов внешней оболочки атома, который имеет слабую связь с атомным ядром. Высокоэнергетический фотон передает электрону некоторую часть своей энергии. Возбужденный электрон высвобождается из атома. Оставшаяся часть энергии первоначального фотона излучается в виде фотона рентгеновского излучения. 44. Закон ослабления потока рентгеновского излучения. Линейный и массовый коэффициент ослабления. Физические основы и виды рентгенодиагностики. Закон ослабления. Поток рентгеновского излучения ослабляется в веществе по закону: Ф = Ф0е– х где – линейный коэффициент ослабления, который существенно зависит от плотности вещества. Он равен сумме трех слагаемых, соответствующих когерентному рассеянию 1, некогерентному 2 и фотоэффекту 3: = 1 + 2 + 3. Коэффициент m называют линейным коэффициентом ослабления. Его величина зависит от атомного номера поглощающего вещества и длины волны рентгеновского излучения. Из формулы можно определить размерность линейного коэффициента ослабления [m ] = L-1. Из этой же формулы следует физический смысл m : линейный коэффициент ослабления характеризует относительное уменьшение интенсивности луча при прохождении слоя поглотителя единичной толщины. I = Iо exp (–m x). Относительное изменение интенсивности пучка при прохождении пути dх, т. е. через массу dm, будет пропорционально этой массе: dI / I = - m mdm = m mr dx где коэффициент пропорциональности m m называется массовым коэффициентом ослабления. Рентгенодиагностика. Рентгенодиагностика – распознавание заболеваний при помощи просвечивания тела рентгеновским излучением. П  ри рентгеноскопии рентгеновская трубка расположена позади пациента. Перед ним располагается флуоресцирующий экран. На экране наблюдается теневое изображение.При рентгенографии объект помещается на кассете, в которую вложена пленка со специальной фотоэмульсией. Рентгеновская трубка располагается над объектом. Получаемая рентгенограмма дает негативное изображение. 3. При флюорографии, на чувствительной малоформатной пленке фиксируется изображение с большого экрана. 45 Рентгеновская компьютерная томография: принцип метода, области применения в медицине. Устройство рентгеновского компьютерного томографа. Физические принципы формирования изображения, шкала Хаунсфилда. Комп. томография - современный метод лучевой диагностики, позволяющий получить послойное изображение любой области человека толщиной среза от 0,5мм до 10мм, оценить состояние исследуемых органов и тканей, локализацию и распространенность патологического процесса. Принцип работы рентгеновского компьютерного томографа основывается на круговом просвечивании исследуемой области тонким пучком рентгеновских лучей перпендикулярным оси тела, регистрации ослабленного излучения с противоположной стороны системой детекторов и преобразование его в электрические сигналы: проходя через тело человека, рентгеновские лучи поглощаются тканями. Затем X-лучи попадают на специальную чувствительную матрицу, данные с которой считываются компьютером. Томограф позволяет получить четкое изображение нескольких срезов тела, а компьютер обрабатывает снимки в очень качественное объемное, трехмерное изображение, которое позволяет увидеть в подробностях топографию органов пациента, локализацию, протяженность и характер очагов заболеваний, их взаимосвязь с окружающими тканями. Компьютерная томография на сегодняшний день применяется для диагностики многих заболеваний головного мозга, позвоночника и спинного мозга, легких, печени, почек, поджелудочной, надпочечников, аорты и легочной артерии и тд 46. Радиоактивность. Альфа-распад. Характеристика альфа-излучения. Взаимодействие альфа излучения с веществом. Гамма- излучение. Характеристика гамма излучения. Радиоактивность- самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других, сопровождающееся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения. альфа-распадом это самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (гелий) Альфа-распад происходит в тяжёлых ядрах. Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются α-частицы, которые состоят из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся α-частица подвержена действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно α-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам ядра, чем остальные нуклоны. Альфа излучение. - это поток положительно заряженных частиц, для которых отношение заряда к массе (e/m) в точности соответствует дважды ионизированному атому гелия (He++). В воздухе при атмосферном давлении альфа-излучение преодолевает лишь небольшое расстояние от 2,5 до 7,5 см. В условиях вакуума электрическое и магнитное поля отклоняют его от первоначальной траектории. Взаимодействие с веществом(Вызывают ионизацию) П  ри прохождении через в-во заряженная частица теряет кин. энергию на ионизацию и возбуждение атомов в-ва. Величина ионизационных потерь, определяется ее зарядом, скоростью и плотностью электронов в в-веПоэтому с уменьшением скорости удельные потери заряженной частицы в в-ве возрастают. Результаты взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависят: от массы, заряда потока частиц и их энергий; от вида фотонов и их энергий; от типа и плотности вещества; от значения энергий внутримолекулярных сил облучаемого вещества. В основном взаимодействие альфа-частиц с ядрами в-ва сводится к кулоновскому рассеянию на малые углы. Таким образом, при движении в среде заряженные частицы с указанной энергией будут постепенно тормозиться на длине пробега , траектория такой частицы в среде как правило прямолинейна, а пробег определяется интегралом. В одном акте ионизации в воздухе частица теряет около 35 эВ. Заметим, что вероятность ионизации атомов среды при энергиях в несколько МэВ примерно в 103 раз больше вероятности ядерного взаимодействия. 47.Радиоактивность, определение, источники. Бетта-распад. Характеристика бетта-излучения. Взаимодействие бетта-излучения с веществом. Характеристика гамма излучения. Бетта распад — это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и антинейтрино. Б-распад является внутринуклонным процессом. Он происходит вследствие превращения одного из d-кварков в одном из нейтронов ядра в u-кварк; при этом происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино: Сущ. Виды бета распада это позитроный когда ядро испускает позитрон и нейтрино. Электронный β-распад: из материнского ядра образуется электрон Бета излуч- потоком отрицательно заряженных частиц малой массы. Это излучение обладает большей проникающей способностью, чем альфа-излучение. Оно отклоняется в магнитном и электрическом полях, в противопол. сторону и на большее расстояние. Взаимодействие с веществом: Для движения β-частицы в веществе характерна криволинейная непредсказуемая траектория. Ионизационная способность β-частиц растет при уменьшении энергии. 48.Радиоактивность. Радиоактивный распад. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность радиоактивного элемента, закон изменения активности, единицы измерения активности. Закон радиоактивного распада— физический закон, он описывает зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце. Открыт Содди и Резерфордом. сформулировав следующим образом[3]: Во всех случаях, когда отделяли один из радиоактивных продуктов и исследовали его активность независимо от радиоактивности вещества, из которого он образовался, было обнаружено, что активность при всех исследованиях уменьшается со временем по закону геометрической прогрессии.из чего с помощью теоремы Бернулли учёные сделали вывод Скорость превращения всё время пропорциональна количеству систем, еще не подвергнувшихся превращению. Существует несколько формулировок закона, например, в виде дифференциального уравнения: Формула:дельта эн делить на дельта тэ = минус лямбда умножить на эн.которое означает, что число распадов минус дельта эн , произошедшее за короткий интервал времени дельта тэ, пропорциональнo числу атомов в образце эн . Скорость распада принято характеризовать периодом полураспада: это время, за которое число радиоактивных ядер определенного типа уменьшится в 2 раза. На практике период полураспада определяют,измеряя активность исследуемого препарата через определенные промежутки времени. Учитывая, что активность препарата пропорциональна количеству атомов распадающегося вещества, и воспользовавшись законом радиоактивного распада, можно вычислить период полураспада данного вещества. Активность - показатель дезинтеграции радиоактивных элементов, или показатель уменьшения количества радиоактивных ядер в процессе их распада. Единицей измерения является беккерель (Бк). Один 1Бк равен одному распаду в секунду. Иногда применяют другую единицу измерения - кюри (Ки). 1Кюри составляет 3,7*1010 распадов в секунду. Беккере́ль — единица измерения активности радиоактивного источника в системе СИ. Один беккерель определяется как активность источника, в котором за одну секунду происходит в среднем один радиоактивный распад. Для измерения активности используется также внесистемные единицы измерения кюри и резерфорд: Кюри́ — внесистемная единица измерения активности. Радиоактивность вещества равна 1 Ки, если в нём каждую секунду происходит 3,7×1010 радиоактивных распадов[1]. Таким образом: 1 Ки = 3,7×1010 Бк 1 Бк = 2,7027×10−11 Ки. 49 Взаимодействие ионизирующего излучения (кванты и частицы) с веществом на атомарном уровне. Понятие о радикалах. Механизмы прямого и косвенного действия ионизирующего излучения на биологические объекты. Биофизические механизмы повреждения клеток ионизирующим излучением. Ионизирующим излучением называется любое излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию ионов разных знаков. Различают непосредственно ионизирующее и косвенно ионизирующее излучение. Непосредственно ионизирующее излучение представляет собой поток заряженных частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации при столкновении с атомами вещества. Косвенно ионизирующее излучение представляет собой поток незаряженных частиц (нейтронов, фотонов), которые могут создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывать ядерные превращения при взаимодействии со средой. Взаимодействие излучения с атомными ядрами используют только для обнаружения незаряженных, нейтронов, не обладающих ионизирующим действием: при упругих столкновениях нейтронов с ядрами водорода образуются протоны отдачи, которые могут быть обнаружены как заряженные частицы. Взаимодействие с веществом a - излучения a-частицы сильно взаимодействуют с различными веществами, т. е. легко поглощаются ими. Тонкий лист бумаги или слой воздуха толщиной несколько сантиметров достаточны для того, чтобы полностью поглотить a-частицы. При прохождении через вещество a-частицы почти полностью отдают свою энергию в результате электростатического взаимодействия с электронами оболочек атомов. Энергия a-частиц идет на ионизацию и возбуждение атомов поглощающей среды (ионизационные потери). Этот процесс может рассматриваться как упругое столкновение a-частицы с электронами, при котором a-частица теряет часть своей энергии. Поток a-частиц - это сильно ионизирующее излучение. Подобно a-частицам. взаимодействуют с веществом протоны и тяжелые ионы. Взаимодействие с веществом b- излучения b-частицы - это электроны (или позитроны), испускаемые ядрами радионуклидов при b-распаде. b-частицы обладают сплошным энергетическим спектром. В зависимости от энергии б-частиц различают: мягкое b-излучение (нескольких десятков кэВ); жесткое b-излучение (до нескольких единиц МэВ). Вероятность взаимодействия b-частиц с веществом меньше, чем для a-частиц, так как b-частицы имеют в два раза меньший заряд и приблизительно в 7300 раз меньшую массу. При взаимодействии b-частиц с электронами атомов массы соударяемых частиц можно считать одинаковыми, поэтому b-частицы при столкновении отклоняются гораздо сильнее, в результате чего при торможении траектория движения b-частиц имеет вид ломаной линии. Скорость b-частиц сравнима со скоростью света. Взаимодействие с веществом g- излучение Взаимодействие g-квантов с веществом существенно отличается от взаимодействия a- и b-частиц. В то время как заряженные частицы передают свою энергию электронам атомов при многократных процессах соударения, g-кванты отдают всю или, по крайней мере, большую часть своей энергии при однократном взаимодействии. Однако вероятность этого взаимодействие очень низка, поэтому g-кванты обладают гораздо большей проникающей способностью, чем заряженные частицы. Проникающая способность излучения характеризуется чаще всего толщиной слоя поглотителя (в г/см2), при которой интенсивность излучения уменьшается наполовину. Эту величину называют толщиной слой полупоглощения. Взаимодействие с веществом нейтронного излучение Нейтроны, представляющие собой поток незаряженных частиц, которые при прохождении через вещество взаимодействуют только с ядрами атомов. Нейтроны обладают широким диапазоном энергий - от долей до десятков миллионов электрон-вольт. В зависимости от энергии нейтроны могут по-разному взаимодействовать с ядрами атомов. Характер взаимодействия может быть упругим и неупругим. Излучение будет ионизирующим, если оно способно разрывать химические связи молекул, из которых состоят ткани живого организма, и, как следствие, вызывать биологические изменения. Действие ионизирующего излучения происходит на атомном или молекулярном уровне, независимо от того, подвергаемся ли мы внешнему облучению, или получаем радиоактивные вещества с пищей и водой, что нарушает баланс биологических процессов в организме и приводит к неблагоприятным последствиям. Биологические эффекты влияния' радиации на организм человека обусловлены взаимодействием энергии излучения с биологической тканью. Энергию, непосредственно передаваемую атомам и молекулам биотканей называют прямым действием радиации. Одним из прямых эффектов является развитие онкологических заболеваний. Первопричиной этого являются нарушения в генетическом механизме, называемые мутациями. Заряженные частицы проникают в ткани организма, теряют свою энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами атомов. Электрическое взаимодействие сопровождает процесс ионизации (вырывание электрона из нейтрального атома) Физико-химические изменения сопровождают возникновение в организме чрезвычайно опасных "свободных радикалов". Кроме прямого ионизирующего облучения выделяют также косвенное или непрямое действие, связанное с радиолизом воды. При радиолизе возникают свободные радикалы - определенные атомы или группы атомов, обладающие высокой химической активностью. Основным признаком свободных радикалов являются избыточные или неспаренные электроны. Такие электроны легко смещаются со своих орбит и могут активно участвовать в химической реакции. Важно то, что весьма незначительные внешние изменения могут привести к значительным изменениям биохимических свойств клеток. К примеру, если обычная молекула кислорода захватит свободный электрон, то она превращается в высокоактивный свободный радикал — супероксид. Кроме того, имеются и такие активные соединения, как перекись водорода, гидроксил и атомарный кислород. Большая часть свободных радикалов нейтральна, но некоторые из них могут иметь положительный или отрицательный заряд. Если число свободных радикалов мало, то организм имеет возможность их контролировать. Если же их становится слишком много, то нарушается работа защитных систем, жизнедеятельность отдельных функций организма. Повреждения, вызванные свободными радикалами, быстро увеличиваются по принципу цепной реакции. Попадая в клетки, они нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Такие явления могут привести к сбоям в синтезе белков, что является жизненно важной функцией всего организма, т.к. неполноценные белки нарушают работу иммунной системы. |