1. Задачи,приводящие к понятию производной а о скорости движения материальной точки

• Название: 1. Задачи,приводящие к понятию производной а о скорости движения материальной точки
• Анкор: FIZIKA1.docx
• Дата: 29.04.2018
• Размер: 1.34 Mb.
• Имя файла: FIZIKA1.docx
• Тип: Документы; #18650
• страница: 9 из 10

Лазерная диагностика представляет собой невозмущающее воздействие на биообъект, использующее когерентность лазерного излучения. Перечислим основные методы диагностики:

Интерферометрия. При отражении лазерного излучения от шероховатой поверхности возникают вторичные волны, которые интерферируют между собой. В результате образуется картина темных и светлых пятен (спеклов), расположение которых дает информацию о поверхности биообъекта (метод спеклоинтерферометрии).     

  Голография. С помощью лазерного излучения получают 3-мерное изображение объекта. В медицине этот метод позволяет получать объемные изображения внутренних полостей желудка, глаза и т.д.      

Рассеяние света. При прохождении остронаправленного лазерного пучка через прозрачный объект происходит рассеяние света. Регистрация угловой зависимости интенсивности рассеянного света  (метод нефелометрии) позволяет определять размеры частиц среды  (от 0,02 до 300 мкм) и степень их деформации.        При рассеянии может изменяться поляризация света, что также используется в диагностике (метод поляризационной нефелометрии).       

Эффект Доплера. Этот метод основан на измерении доплеровского сдвига частоты лазерного излучения, который возникает при отражении света даже от медленно движущихся частиц (метод аненометрии). Таким способом измеряется скорость кровотока в сосудах, подвижность бактерий и т.д.      

Квазиупругое рассеяние. Данный метод позволяет получать информацию о меняющихся характеристиках рассеивателей: коэффициенте диффузии, скорости направленного транспорта, размерах. Так осуществляется диагностика макромолекул белков.  

   Лазерная масс-спектроскопия. Этот метод используют для исследования химического состава объекта.

  Метод фоторазрушения. Его используют для исследования поверхностного  состава объекта.

Использование лазерного излучения в терапии  
   В терапии используются низкоинтенсивные лазеры (интенсивность 0,1—10 Вт/см2).

Укажем  наиболее распространенные методы лазеротерапии.     

Терапия с помощью красного света. Излучение He-Ne лазера с длиной волны  632,8 нм используется с противовоспалительной целью для лечения ран, язв, ишемической болезни сердца.

 Терапия с помощью синего света. Лазерное излучение с длиной волны в синей области видимого света используется, например, для лечения желтухи новорожденных. Если облучать детей лазерным излучением такого диапазона, то билирубин распадается, образуя  водорастворимые продукты.

 Лазерофизиотерапия — использование лазерного излучения при сочетании с различными методами электрофизиотерапии. 

Фотодинамическая терапия опухолей. Фотодинамическая терапия (ФДТ) используется для удаления опухолей, доступных для облучения светом


Использование лазерного излучения в хирургии     

В хирургии высокоинтенсивные лазеры используются для рассечения тканей, удаления патологических участков, остановки кровотечения, сваривания биотканей.


Приведем  некоторые области хирургического применения лазеров.

 Лазерная сварка тканей.

Разрушение пигментированных участков

Лазерная эндоскопия

Лазерный пробой

.
48.Рентгеновское излучение.Устройство рентгеновской трубки. Тормозное рентгеновское излучение. Характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли.
Рентгеновским излучением называют электромагнитные волны с длинной волны от 80 до 10^-5.нм Рентгеновское излучение возникает в результате преобразования кинетической энергии ускоренных электронов в энергию электромагнитных волн.
Самым распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка. Она состоит из наполненного маслом кожуха с колбой. Колба представляет собой вакуумный сосуд из термостойкого стекла, внутри которого находится накапливаемый катод и анод.

При торможении электронов в аноде возникает тормозное рентгеновское излучение. С движущимся электрическим зарядом связано магнитное поле, индукция которого зависит от скорости электрона. При торможении уменьшается магнитная индукция и появляется электромагнитная волна. Тормозное излучение дает сплошной спектр, который называют белым рентгеновским излучением.

Его спектральная интенсивность при различных напряжениях на трубке представлена кривыми


В сторону длинных волн кривая интенсивности спадает полого, асимптотически приближаясь к нулю с увеличением длины волны. Со стороны коротких волн кривая резко обрывается при некотором значении длины волны ,называемой коротковолновой границей сплошного рентгеновского излучения

Формула определения которой:

eU = hv_max
Поток рентгеновского излучения вычисляется по формуле:

Ф = kIU²Z

–гдеU и Z – напряжение и сила тока в рентгеновской трубке; Z– порядковый номер атома вещества.
Если увеличивать напряжение на трубке выше определенного предела, то на сплошное излучение накладываются узкие спектральные линии, составляющее характеристическое рентгеновское излучение.

Характеристическое ренгеновское излучение имеет линейчатый спектр

Закон Мозли:

Где М и -постоянные

49.Первичные процессы взаимодействия рентгеновского излучения веществом: когерентное рассеяние, комптон-эффект, фотоэффект.
При падении на тело рентгеновского излучения оно в незначительной части отражается от его поверхности, но в основном проходит в глубь массы тела, при котором происходят следующие процессы:когерентное рассеяние, комптон-эффект, фотоэффект. У фотонов, в следствии взаимодействия с электронами внутренних оболочек, крепко связанными с ядром изменяется только направление движения, а длинна волны остается неизменной. Такое явление называется когерентным рассеянием.

Если энергия фотонаε=hvдостаточна для совершения работы А_{в по} отрыву электрона ,то при взаимодействии фотон поглощается ,а электрон отрывается от атома ,происходит ионизация вещества .Оторвавшийся электрон приобретает кинетическую энергию и если она значительна, ионизирует соседние атомы путем соударения .Явление называется фотоэффектом.Фотоэффект характерен для фотонов с относительно невысокой энергией .

Если энергия фотона значительно превышает работу по отрыву электрона ,то происходит комптон-эффект ,или некогерентное рассеяние .Электронотрывается от атома ,энергия фотона уменьшается ,а длина волны соответственно увеличивается, направление фотона изменяется .Образующееся при этом излучение с большей длиной волны называется вторичным ,оно рассеивается по всевозможным направлениям
Эти первичные процессы могут вызывать ряд вторичных процессов .Например ,если при фотоэффекте происходит отрыв от атома электронов на внутренних оболочках, то на их место могут переходить электроны с более высоких уровней, что сопровождается вторичным характеристическим рентгеновским излучением данного вещества. Фотоны рассеянного излучения при комптон-эффекте , взаимодействуя с электронами соседних атомов, могут вызывать вторичные явления.
В результате взаимодействия с веществом первичный пучок рентгеновского излучения ослабляется.Этот процесс подчиняется закону Бугера:интенсивность  I_d параллельного пучка монохроматического рентгеновского излучения ,достигающего слоя на глубине d от поверхности однородного вещества ,связана с интенсивностью I_{0 излучения падающего на поверхность,зависимостью :}

I_d = I₀e^-µd
µ- линейный коэф ослабления
50.Физические основы применения рентгеновского излучение в медицине. Рентгенодиагностика. Современные рентгеновские компьютерные томографы.
Рентгенодиагностика-просвечивание внутренних органов с диагностической и терапевтической целями. Физической основой применения рентгеновского излучения является закон ослабления рентгеновского излучения в веществе Ф=Ф₀e^-μx, где Ф-поток РИ в веществе, Ф₀-падающий поток РИ, х-глубина проникновения, μ-линейный коэффициент ослабления(зависит от плотности вещества). Однородный по сечению поток РИ после прохождения неоднородной ткани станет неоднородным. Эта неоднородность может быть зафиксирована на фотопленке, флуоресцирующем экране или с помощью матричного фотоприемника. Например, массовые коэффициенты ослабления костной ткани (Ca2(PO4)2) и мягких тканей (в основном H2O) различаются в 68 раз. Поэтому, на рентгеновском снимке получается светлое изображение кости на более темном фоне мягких тканей. Если исследуемый орган и окружающие его ткани имеют близкие коэффициенты ослабления, то применяют специальные контрастные вещества. Например, при рентгеноскопии желудка пациент выпивает сульфат бария, у которого массовый коэффициент ослабления в 354 раза больше, чем у мягких тканей. Для диагностики используют рентген. излучение с энергией фотонов 60-120 кэВ. В медицинской практике используют следующие методы рентгенодиагностики: 1) рентгеноскопия-проекция на люминесцирующем экране; 2) рентгенография-фиксация проекции на фотоплёнке; 3) рентгеновская(компьютерная) томография. СРКТ-это комплекс аппаратуры, предназначенный для неинвазивного получения послойных изображений внутреннего строения органов человека или организма в целом. СРКТ позволяют диагностировать следующие заболевания: онкологические; сердца и сосудов; выделительной и пищеварительной систем; легких и т.д. Траектория движения источника рентгеновского излучения относительно стола с пациентом принимает форму спирали.

.
51.Явление радиоактивности. Виды радиоактивного распада. Основной закон радиоактивного распада.
Явление радиоактивности состоит в самопроизвольном распаде ядер с испусканием одной или нескольких частиц. Ядра, подверженные такому распаду называются радиоактивными.

Ядра, не испытывающие радиоактивного распада, называются стабильными. В процессе распада у ядра может изменяться как атомный номер Z, так и массовое число А. 

Необходимым условием радиоактивного распада является его энергетическая выгодность-т.е масса радиоактивного ядра должна превышать сумму масс ядра-осколка и частиц распада

Радиоактивность встречающихся в природе изотопов называют естественной,синтезированных изотопов-искуственной .

Основными типами радиоактивного распада является альфа-распад (состоит в самопроизвольном превращении ядра с испусканием α-частицы). При α-распаде дочернее ядро может образоваться не только в нормальном, но и в возбужденных состояниях. Так как они принимают дискретные значения, то и значения энергии α-частиц, вылетающих из разных ядер одного и того же радиоактивного вещества, дискретны. Энергия возбуждения дочернего ядра чаще всего выделяется в виде γ-фотонов. Именно поэтому α-распад сопровождается γ-излучением. Если дочерние ядра радиоактивны, то возникает целая цепочка превращений, концом которой является стабильное ядро; бета-распад (заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона). Различают три вида β-распада:1. Электронный, или β--распад, который проявляется в вылете из ядра β-частицы (электрона); 2.Позитронный, или β⁺-распад. Например, превращение рубидия в криптон. При β⁺-распаде позитрон образуется вследствие внутриядерного превращения протона в нейтрон; 3.Электронный, или е-захват. Заключается в захвате ядром одного из внутренних электронов атома, в результате чего протон превращается в нейтрон; гамма-излучение. Радиоактивный распад – явление статическое. Невозможно предсказать, когда именно распадется данное нестабильное ядро. Основной закон радиоактивного распада имеет вид: N = N₀e^-λt, где N₀ – число радиоактивных ядер.
52. Альфа-распад ядер и его особенности. Бета-распад, его виды, особенности и спектр. Гамма излучение ядер.

Явление α распада состоит в том, что тяжелые ядра самопроизвольно испускают α частицы - ядра атомов гелия. При этом массовое число ядра уменьшается на четыре единицы. Особенности α-распада: 1. α-распад идет только для тяжелых ядер. Почти все эти ядра имеют Z>83, т.е. не менее двух протонов сверх замкнутой оболочки. 2. А)Периоды полураспада α-активных ядер изменяются в широких пределах. Б)С другой стороны, энергии вылетающих α-частиц заключены в довольно жестких пределах: 4-9 Мэв для тяжелых ядер и 2-4,5 Мэв для ядер в облсти редких земель. В) Сильная зависимость периода полураспада Т_1/2 от энергии вылетающих частиц. 3. Частицы, вылетающие из ядер определенного сорта, как правило, имеют одну и ту же определенную энергию. Однако, более точные измерения показывают, что спектр вылетающих α-частиц имеет тонкую структуру, т.е. состоит из нескольких близких друг другу энергий. β распад атомных ядер–процесс, вызываемый слабым взаимодействием – одним из 4 типов фундаментальных взаимодействий. Существует три вида β-распада: β-распад с испусканием электронов (β^- -распад), β-распад с испусканием позитронов (β⁺ -распад) и захват ядром орбитальных электронов. Главной особенностью β-распада является то, что он обусловлен не ядерными, не электромагнитными, а слабыми взаимодействиями. β-распад процесс не ядерный, а внутринуклонный. В ядре распадается одиночный нуклон. При электронном (β^-)-распаде один из нейтронов ядра превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино. При позитронном (β⁺)-распаде один из протонов ядра превращается в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино. При β-распаде, в отличие от α-распада, из ядра вылетают не одна, а две частицы. Энергия, выделяющаяся при β-распаде, распределяется между вылетающими частицами и конечным ядром; подавляющая часть приходится на долю легких частиц. Поэтому спектр испускаемых β-частиц непрерывен, их кинетическая энергия принимает значения от 0 до некоторой граничной энергии E_гр (полная энергия, выделяющаяся при распаде). Гамма-излучение атомных ядер состоит в том, что ядро испускает γ-квант без изменения A и Z. γ-излучение возникает за счет энергии возбужденного ядра. Спектр его всегда дискретен из-за дискретности ядерных уровней. γ-излучение ядер обусловлено взаимодействием отдельных нуклонов ядра с электромагнитным полем. Несмотря на это, в отличие от β-распада, γ-излучение явление не внутринуклонное, а внутриядерное. Время жизни γ-активных ядер значительно меньше времени жизни по отношению к α- и β-распадам, т.к. интенсивность электромагнитных взаимодействий всего на три порядка слабее ядерных.



53.Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

Заряженная частица при прохождении через вещество теряет свою энергию вследствие ионизационного торможения. Ионизационное торможение – это механизм потерь энергии заряженной частицы вследствие возбуждения и ионизации атомов среды, в которой она пролетает.

Для количественной характеристики взаимодействия заряженной частицы с веществом используют следующие величины: 1.Линейная плотность ионизации ( i ) – число пар ионов, образующихся на единицу пути пробега частицы. 2. Линейная тормозная способность ( S ) – энергия, теряемая заряженной частицей на единицу пути пробега. 3. Средний линейный пробег зараженной ионизирующей частицы ( R ) – это расстояние между началом и концом пробега частицы в данном веществе. Рассмотрим некоторые характерные особенности взаимодействия различных видов излучения с веществом. а) α – лучи – по мере движения α – частицы в среде вызываемая ею линейная плотность ионизации меняется. С уменьшением скорости ее движения она сначала быстро растет, а потом резко падает до нуля при завершении пробега (х=R ).Возрастание «i» обусловлено тем, что при меньшей скорости α - частица больше времени проводит вблизи молекулы (атома) среды, что увеличивает вероятность его ионизации. После того, как энергия α – частицы станет сравнима с энергией молекулярно-теплового движения, она захватывает 2 электрона в веществе и превращается в атом гелия ²⁴ Не. Кроме первичных процессов ионизации и возбуждения атомов могут проявляться вторичные процессы. 1.Увеличение скорости молекулярно-теплового движения молекул. 2.Характеристическое рентгеновское излучение. 3.Радиолюминисценция. 4.Специфические химические процессы. б) β – лучи – кроме ионизации и возбуждения вызывают и другие процессы. При торможении электронов возникает тормозное «R – излучение», β – частицы рассеиваются на электронах вещества и при этом их траектории сильно искривляются. Вторичный процесс, который может возникнуть – это характерное Черенковское излучение, когда скорость движения электрона в среде превышает скорость света в среде. в) γ – излучение– при попадании на вещество вызывает процессы: 1.Незначительная первичная ионизация ( из-за отсутствия заряда ). 2.Когерентное и некогерентное рассеяние, фотоэффект, приводящие к ионизации. 3.Образование пары электрон + позитрон (-10е ++10е). Суть: γ – квант с энергией не менее 1,02 МэВ может превратиться в пару (-10е ++10е ) и γ – квант при этом исчезает. 4.Фотоядерные реакции при взаимодействии с ядром. γ – лучи поглощаются веществом постепенно, следуя экспоненциальному закону. При их поглощении нельзя указать определенную длину пробега. Указанные процессы приводят к тому, что полный ионизационный эффект от γ – излучения получается значительным