зачеты физ. 17 Основные понятия и определения колебательных процессов. Механические колебания. Гармонические колебания. Незатухающие колебания
 Скачать 0.69 Mb.
|
38) Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков. Закон Брюстера. При отражении от границы двух диэлектриков естественный свет часто поляризуется. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном – параллельные ей. Если угол падения удовлетворяет условию, то отраженный луч полностью поляризован. Закон Брюстера: tgiБ =; где iБ– угол полной поляризации; n21– относительный показатель преломления второй среды относительно первой. Граница раздела двух диэлектриков или диэлектрика и вакуума является поляризатором. 39) Поляризацияя света при двойном лучепреломлении. Призма Николя. Вращение плоскости поляризации. Закон Био. Поляризация при двойном лучепреломлении При преломлении светового луча на границе раздела с некоторыми анизотропными средами наблюдается явление двойного лучепреломления- преломленный луч раздваивается. При этом оба луча оказываются полностью поляризованы. Оптической анизотропией обладают многие кристаллы из-за асимметрии их решеток (например, исландский шпат). Двойное лучепреломление- раздвоение светового луча при прохождении через некоторые анизотропные среды, обусловленное зависимостью показателя преломления света от его поляризации и направления распространения. Один луч подчиняется законам преломления и называетсяобыкновенным «о».Для другого луча эти законы не выполняются, и его называют необыкновенным«е». Явление двойного лучепреломления иллюстрирует рис. 22.6. Поскольку при двойном лучепреломлении задача получения полностью поляризованного света решается автоматически, остается лишь из двухлучей выделитьодин.Для этого используют два способа. 1. Призма Николя.Этот поляризатор (рис. 22.7) изготавливается из исландского шпата, для которого показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей различны: n0 = 1,65, nе = 1,48. Призма разрезана по диагонали и склеена канадским бальзамом с«промежуточным»показателем преломления nкб = 1,55.
При соответствующих углах падения на грань призмы обыкновенный луч «о» претерпевает полное внутреннее отражение на прослойке канадского бальзама и поглощается зачерненной верхней гранью. Необыкновенный луч «е» проходит через границу и выходит из призмы параллельно нижней грани. БИО ЗАКОН - определяет угол j вращения плоскости поляризации линейно поляризованного света, проходящего через слой некристаллич. вещества (жидкости или раствора в неактивном растворителе), обладающего естеств. оптической активностью:  , где l - толщина слоя вещества, с - его концентрация,  - постоянная вращения. Значение  определяется природой вещества, слабо зависит от темп-ры, существенно - от длины волны  (дисперсия оптического вращения). 40) тепловое излучение. Законы теплового излучения. Формула Планка. Тепловое излучение- электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет его внутренней энергии. Тепловое излучение обусловливается возбуждением частиц вещества при соударениях в процессе теплового движения или ускоренным движением зарядов (колебания ионов кристаллической решетки, тепловое движение свободных электронов и т.д.). Оно возникает при любых температурах и присуще всем телам. Характерной чертой теплового излучения является сплошной спектр. Интенсивность излучения и спектральный состав зависят от температуры тела, поэтому не всегда тепловое излучение воспринимается глазом как свечение. Например, тела, нагретые до высокой температуры, значительную часть энергии испускают в видимом диапазоне, а при комнатной температуре почти вся энергия испускается в инфракрасной части спектра. Закон Кирхгофа- отношениеиспускательной способноститела к егопоглощательной способностиодинаково для всех тел и равно спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела:
 Закон Стефана-Больцмана -энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры:   При повышении температуры максимум испускательной способности смещаетсявлево В 1900 г. М. Планк получил формулу для расчета испускательной способностиабсолютно черного тела теоретически. Для этого ему пришлось отказаться от классических представлений о непрерывности процесса излучения электромагнитных волн. По представлениям Планка, поток излучения состоит из отдельных порций - квантов,энергии которых пропорциональны частотам света:
 41)Излучение солнца. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения и их применение в медицине. Основным источником теплового излучения в природе является Солнце. Спектральный состав солнечного излучения соответствует излучению абсолютно черного тела при температуре порядка 6000 К. Полная плотность потока солнечного излучения на верхней границе земной атмосферы составляет 1,93 кал/см2∙мин и называется солнечной постоянной. При прохождении через атмосферу мощность солнечного излучения уменьшается. В зависимости от состояния атмосферы и высоты Солнца над горизонтом, уменьшается также и солнечная постоянная. Изменяется и спектральный состав излучения. Так, УФ-излучение поглощается озоном верхних слоев атмосферы, а часть длинноволнового ИК-излучения поглощается водяным паром Из искусственных источников света по спектру ближе всего к Солнцу подходит электрическая дуга, излучение которой ранее использовалось для лечебных целей. В настоящее время в медицине применяются более удобные в эксплуатации источники инфракрасного и ультрафиолетового излучения, по возможности воспроизводящие соответствующие участки солнечного спектра. Электромагнитное излучение, занимающее спектральную область (от красной границы видимого света до коротковолнового радиоизлучения) называется инфракрасным (ИК) излучением. В медицине применяется более коротковолновая часть ИК-излучения. ИК-излучение невидимо для глаза. Основное его действие – тепловое, но может вызывать и химические реакции, например, действует на специальную фотоэмульсию. При фотографировании в ИК-лучах становятся видимы детали предметов, не заметные при обычной фотографии. Первичное действие ИК-излучения на организм состоит в прогревании поверхностно лежащих тканей; при этом излучение проникает в ткани на глубину до 2 см. В лечебной практике в качестве источников инфракрасного излучения используются специальные облучатели Лампа Минина представляет собой лампу накаливания с рефлектором, локализующим излучение в необходимом направлении. Источником излучения служит лампа накаливания мощностью 20-60 Вт из бесцветного или синего стекла. Светотепловая ванна представляет собой полуцилиндрический каркас, состоящий из двух половин, соединенных подвижно между собой. На внутренней поверхности каркаса, обращенной к пациенту, укреплены лампы накаливания мощностью 40 Вт. В таких ваннах на биологический объект действуют инфракрасное и видимое излучения, а также нагретый воздух, температура которого может достигать 70°С. Лампа Соллюкс представляет собой мощную лампу накаливания, помещенную в специальный рефлектор на штативе. Источником излучения служит лампа накаливания мощностью 500 Вт (температура вольфрамовой нити 2 800°С, максимум излучения приходится на длину волны 2 мкм). Электромагнитное излучение, занимающие спектральную область от 380 нм до 10 нм (от фиолетовой границы видимого света до длинноволнового рентгеновского излучения) называется ультрафиолетовым (УФ) излучением. УФ-излучение поглощается простым стеклом, а при длине волны меньше 200 нм поглощается тонким слоем любого вещества, включая воздух. Поэтому дальнее УФ-излучение для медицины интереса не представляет. УФ-излучение оказывает сильное биологическое действие на живые организмы, которое может быть и полезным, и вредным. Его первичное действие связано с фотохимическими реакциями, происходящими в тканях при поглощении излучения. В ткани оно проникает на глубину до 1 мм и проявляется на месте воздействия эритемой. В соответствии с особенностями биологического действия выделяют следующие зоны УФ-излучения: Зона А (380-315 нм) – антирахитная – отличается укрепляющим и закаливающим организм действием. Используется в профилактических и гигиенических целях. Зона В (315-280 нм) – эритемная – характеризуется эритемным действием и используется в лечебных целях. Зона С (280-200 нм) – бактерицидная – отличается бактерицидным действием; используется в качестве средства дезинфекции. 42) Теплоотдача организма. Физические основы термографии. Тело человека имеет определенную температуру благодаря терморегуляции, важной частью которой является теплообмен организма с окружающей средой. Этот теплообмен происходит посредством теплопроводности, конвекции, испарения и излучения. Так как теплопроводность воздуха мала, то этот вид теплоотдачи незначителен. Испарение происходит с поверхности кожи и легких. На него приходится около 30% теплопотерь, а на конвекцию около 20%. Максимальная доля теплопотерь (около 50%) приходится на излучение во внешнюю среду от одежды и открытых частей тела. Патологические процессы, такие как опухоли, воспалительные очаги, повышают местную температуру, поэтому изменение интенсивности ИК-излучения может служить диагностическим признаком наличия патологических процессов. Этот диагностический метод называется термографией. Термография абсолютно безвредна и в перспективе может стать методом массового профилактического обследования населения. Определение различия температуры поверхности тела при термографии в основном осуществляется двумя методами. В одном случае используются жидкокристаллические индикаторы, оптические свойства которых очень чувствительны к небольшим изменениям температуры. Помещая эти индикаторы на тело больного, можно визуально по изменению их цвета определить местное различие температуры. Другой метод, более распространенный, — технический, он основан на использовании тепловизоров. Тепловизор — это техническая система, подобная телевизору, которая способна воспринимать инфракрасное излучение, идущее от тела, преобразовывать это излучение в оптический диапазон и воспроизводить изображение тела на экране. Части тела, имеющие разные температуры, изображаются на экране разным цветом. 43) Люминесценция, ее виды. Механизм и свойства люминесценции. Правило Стокса. Люминесценция – излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела, если его длительность после прекращения внешнего воздействия (послесвечение) значительно превышает период световых колебаний (10-15 с). Первая часть определения люминесценции была введена Е.Видеманом и отделяет люминесценцию от теплового равновесного излучения, указывая на то, что понятие люминесценции применимо только к совокупности атомов (молекул) находящихся в состоянии, близком к равновесному. При сильном отклонении от равновесного состояния говорить о тепловом излучении или люминесценции не имеет смысла. В видимой части спектра тепловое излучение становится заметным только при температурах 103-104 К, люминесцировать же в этой области тело может при любой температуре. Поэтому люминесценцию часто называют холодным свечением. Вторая часть определения – критерий длительности – была введена С.И. Вавиловым, и отделяет люминесценцию от более кратковременных явлений вторичного излучения:
излучения Вавилова – Черенкова По виду возбуждения различают:
По длительности свечения различают:
По механизму элементарных процессов различают:
Люминесцировать могут вещества во всех агрегатных состояниях – газы и пары, растворы органических веществ, кристаллические вещества, стекла. Основное условие для люминесцирования - наличие дискретногоспектра. Вещества с непрерывным энергетическим спектром не люминесцируют, поскольку в них энергия возбуждения непрерывным образом переходит в теплоту. длина волны испущенного света больше, чем поглощенного – это стоксова люминесценция, и имеет место правило Стокса: спектр излучения в целом и его максимум сдвинуты по отношению к спектру поглощенного излучения (вызывающему люминесценцию) и его максимуму в сторону более длинных волн Но возможны также процессы, когда излучающий атом получает дополнительную энергию от других атомов. В этом случае испущенный квант может иметь меньшую длину волны – и мы имеем антистоксову люминесценцию. 44) Применение люминофоров и люминесцентного анализа в медицине. Люминесцирующие вещества являются активной средой лазеров. Яркость люминесценции, ее высокий энергетический выход позволили создать нетепловые источники света (газоразрядные и люминесцентные лампы) с высоким КПД. Катодолюминесценция лежит в основе свечения экранов осциллографов, телевизоров, локаторов и т.д. Многие полупроводниковые светодиоды основаны на явлении электролюминесценции; в рентгеноскопии используется рентгенолюминесценция. Широкое распространение получил люминесцентный анализ – методы исследования объектов, при которых регистрируется либо собственное свечение объекта, либо свечение специальных люминофоров, которыми обрабатывается исследуемый объект. Люминесцентный анализ включает в себя качественныйиколичественный химический анализ, при котором обнаруживают присутствие или определяют содержание определенных веществ в смеси, и сортовой люминесцентный анализ, позволяющий разделять объекты по наличию или отсутствию люминесценции. В люминесцентном анализе используются все виды возбуждения люминесценции, но чаще всего фотовозбуждение, осуществляемое обычно с помощью газоразрядных ламп (ртутных, ксеноновых и т.д.), электрической искры, лазерного излучения. Регистрируют люминесценцию визуально или с помощью фотоэлектрических приемников. В химическом люминесцентном анализе наличие и концентрация тех или иных примесей в смеси определяются по интенсивности и спектру излучения. Чувствительность химического люминесцентного анализа очень высока и позволяет обнаруживать примеси в концентрации 10-10 – 10-11 г/см3. В газовой фазе удается регистрировать отдельные атомы. Сортовой люминесцентный анализ применяют в медицине и ветеринарии для обнаружения грибковых заболеваний, в сельском хозяйстве – для обнаружения заболеваний растений и семян, в геологии при поиске полезных ископаемых. Под действием ультрафиолетового излучения флуоресцируют многие ткани организма, ногти, зубы, непигментированные волосы, роговая оболочка, хрусталик глаза и др. В определенных случаях по характеру свечения можно отличить патологически измененные ткани от нормальных, злокачественные опухоли от доброкачественных. Так, например, во время операций обнаруженная опухоль облучается ртутно-кварцевой лампой и по цвету люминесцентного свечения определяется ее характер. Характерное свечение дают бактериальные и грибковые колонии, это явление часто используется при диагностике кожных болезней. При люминесцентном микроанализе исследуются гистологические препараты, имеющие собственную флуоресценцию или окрашенные флуоресцирующими красками. Люминофоры – специально синтезируемые вещества, способность к люминесценции которых при различных способах возбуждения используется для практических целей. Различают органические и неорганические люминофоры. Из неорганических люминофоров наиболее широко применяют кристаллофосфоры, которые используют в светотехнике, телевидении, измерительной технике, медицине, ядерной физике, квантовой электронике и т.д. Органические люминофоры – это сложные высокомолекулярные соединения: ароматические углеводороды и их производные, гетероциклические соединения, комплексные соединения атомов металлов с органическими лигандами и т.д. Их используют в молекулярной биологии и медицине для обнаружения и определения малых количеств вещества. При этом особое значение приобретает применение небольших количеств некоторых органических люминофоров (например, флуоресцины, акридин желтый) в качестве меток и микрозондов для изучения жизнедеятельности клеток, проницаемости мембран, межклеточных взаимодействий, установления границ поражения тканей, транспорта лекарственных препаратов или отравляющих веществ в живых организмах. 45) Вынужденное излучение. Инверсная заселенность уровней. Основные элементы лазера. Лазер- устройство, генерирующее когерентные электромагнитные волны за счет вынужденного излучения микрочастиц среды, в которой создана высокая степень возбуждения одного из энергетических уровней. переход электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний может происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля, частота которого равна собственной частоте перехода. Возникающее при этом излучение называют вынужденным или индуцированным. Вынужденное излучение обладает удивительным свойством. Оно резко отличается от спонтанного излучения. В результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном атом испускает еще один фотон той же самой частоты, распространяющийся в том же направлении. На языке волновой теории это означает, что атом излучает электромагнитную волну, у которой частота, фаза, поляризация и направление распространения точно такие же, как и у первоначальной волны. В результате вынужденного испускания фотонов амплитуда волны, распространяющейся в среде, возрастает. С точки зрения квантовой теории, в результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном, частота которого равна частоте перехода, появляются два совершенно одинаковых фотона-близнеца. Именно индуцированное излучение является физической основой работы лазеров. Инверсная населенность- такое состояние среды, при котором число частиц на одном из верхних уровней больше, чем на нижнем. В среде с инверсной населенностью вероятность попадания фотона в возбужденную частицу больше, чем в невозбужденную. Поэтому процесс удвоения доминирует над процессом поглощения и имеет место усилениесвета Чтобы проходящая через слой вещества волна усиливалась, нужно искусственно создать условия, при которых n2 > n1, т. е. создать инверсную населенность уровней. Такая среда является термодинамически неравновесной. Идея использования неравновесных сред для получения оптического усиления впервые была высказана В. А. Фабрикантом в 1940 году Среда, в которой создана инверсная населенность уровней, называется активной. Она может служить резонансным усилителем светового сигнала. Для того, чтобы возникала генерация света, необходимо использовать обратную связь. Для этого активную среду нужно расположить между двумя высококачественными зеркалами, отражающими свет строго назад так, чтобы он многократно прошел через активную среду, вызывая лавинообразный процесс индуцированной эмиссии когерентных фотонов. При этом в среде должна поддерживаться инверсная населенность уровней. Этот процесс в лазерной физике принято называть накачкой. Устройство лазера зависит от его назначения, режима работы, диапазона генерируемых длин волн, уровня генерируемой мощности или энергии. Оно во многом определяется также тем, какой вид энергии преобразуется лазером в когерентное излучение. Любой лазер должен состоять из трех элементов: 1) устройства, поставляющего энергию для переработки ее в когерентное излучение 2) активной среды, которая «вбирает» в себя эту энергию и переизлучает ее виде когерентного излучения 3) устройства, осуществляющего обратную связь 46) Устройство и принцип работы рубинового и гелий-неонового лазеров. Газовые лазеры имеют незначительную мощность и работают в непрерывном режиме. Наиболее распространен гелий-неоновый лазер. Он состоит из кварцевой трубки Т, наполненной смесью газов: гелия (под давлением 1 мм рт.ст.) и неона (0,1 мм рт.ст.) (рис.6,а). По концам трубки расположены плоскопараллельные зеркала 3 (переднее — полупрозрачное). С помощью электродовЭ, помещенных снаружи трубки, и генератора высокой частоты (ВЧ) или любым другим способом в газе вызывается тлеющий разряд. При этом атомы гелия возбуждаются и переходят с Е0 на уровеньЕ(рис.6,б). В процессе неупругого соударения атомы гелия передают энергию атомам неона и последние, возбуждаясь, накапливаются на двух близко расположенных метастабильных уровняхR1 иR2. При вынужденном переходе с этих уровней на промежуточный уровень Sпроисходит излучение фотонов с длиной волны 632,8 нм в области красного и 1153 нм в области инфракрасного диапазона. 47) Свойства лазерного излучения. Применение лазерного излучения в медицине. 1. Одним из важнейших свойств лазерного излучения является чрезвычайно высокая степень егомонохроматичности. Для сравнения, излучение теплового источника немонохроматично, оно заполняет широкий интервал длин волн. Например, спектр излучения Солнца захватывает ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный диапазоны длин волн. Для получения монохроматического излучения применяют монохроматоры, позволяющие выделить из сплошного спектра сравнительно узкую область, что достигается ценой громадных потерь энергии. 2. Когерентность лазерного излучения. Когерентность (от латинскогоcohaerens — находящийся в связи) — согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов. Колебания называются когерентными, если разность их фаз остается постоянной во времени. 3.Временная когерентность излучения — согласованность колебаний светового поля в некоторой точке пространства в промежутке времени τ. 4.Кроме временной когерентности важным свойством излучения является и его пространственная когерентность. При рассмотрении пространственной когерентности анализируют согласованность колебаний светового поля в разных точках пространства. 5.Высокая направленность излучения. Расходимость лазерного излучения составляет 0,5-10 мрад. Для сравнения расходимость излучения от обычного источника достигает 4π рад. Это и все другие уникальные свойства лазерного излучения возникают в результате согласованного, кооперативного испускания световых квантов многими атомами рабочего вещества. 6.Высокая степень поляризации лазерного излучения. Для получения поляризованного излучения от нелазерных источников необходимо использовать поляризационные приборы. 7.Высокая интенсивность лазерного излучения. Благодаря свойствам лазерного излучения (1—6) можно сфокусировать лазерное излучение до диаметра, сравнимого с длиной волны. Это позволяет получать высокие интенсивности излучения в очень локализованной области пространства. Лазерная диагностика Лазерная диагностика представляет собой невозмущающее воздействие на биообъект, использующее когерентностьлазерного 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. Лазерная масс-спектроскопия.Этот метод используют для исследования химического состава объекта. Мощные пучки лазерного излучения испаряют вещество с поверхности биообъекта. Пары подвергают масс-спектральному анализу, по результатам которого судят о составе вещества. Метод фоторазрушения.Его используют для исследования поверхностного составаобъекта. Мощные пучки ЛИ позволяют брать микропробы с поверхности биообъектов путем испарения вещества и последующего масс-спектрального анализа этого пара. 48) Рентгеновское излучение. Устройство рентгеновской трубки. Тормозное рентгеновское излучение. Характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли. Рентгеновское излучение -электромагнитные волны с длиной волны от 100 до 10-3 нм. На шкале электромагнитных волн рентгеновское излучение занимает область между УФ-излучением и γ-излучением. Рентгеновское излучение (Х-лучи) открыты в 1895 г. К. Рентгеном, который в 1901 г. стал первым Нобелевским лауреатом по физике. Естественными источниками рентгеновского излучения являются некоторые радиоактивные изотопы (например, 55Fe). Искусственными источниками мощного рентгеновского излучения являютсярентгеновские трубки(рис. 32.1). Рентгеновская трубка представляет собой вакуумированную стеклянную колбу с двумя электродами: анодом А и катодом К, между которыми создается высокое напряжение U (1-500 кВ). Катод представляет собой спираль, нагреваемую электрическим током. Электроны, испущенные нагретым катодом (термоэлектронная эмиссия), разгоняются электрическим полем до большихскоростей (для этого и нужно высокое напряжение) и попадают на анод трубки. При взаимодействии этих электронов с веществом анода возникают два вида рентгеновского излучения: тормозноеи характеристическое. Рабочая поверхность анода расположена под некоторым углом к направлению электронного пучка, для того чтобы создать требуемое направление рентгеновских лучей. В рентгеновское излучение превращается примерно 1 % кинетической энергии электронов. Остальная часть энергии выделяется в виде тепла. Поэтому рабочая поверхность анода выполняется из тугоплавкого материала. Тормозное рентгеновское излучение Электрон, движущийся в некоторой среде, теряет свою скорость. При этом возникает отрицательное ускорение. Согласно теории Максвелла, любое ускоренноедвижение заряженной частицы сопровождается электромагнитным излучением. Излучение, возникающее при торможении электрона в веществе анода, называют тормозным рентгеновским излучением При взаимодействии катодных электронов с атомами анода наряду с тормозным рентгеновским излучением возникает рентгеновское излучение, спектр которого состоит из отдельных линий.Это излучение имеет следующее происхождение. Некоторые катодные электроны проникают в глубь атома и выбивают электроны с его внутренних оболочек.Образовавшиеся при этом вакантные места заполняются электронами с верхнихоболочек, в результате чего высвечиваются кванты излучения. Это излучение содержит дискретный набор частот, определяемый материалом анода, и называется характеристическим излучением.Полный спектр рентгеновской трубки представляет собой наложение характеристического спектра на спектр тормозного излучения (рис. 32.4). Существование характеристических спектров рентгеновского излучения было обнаружено с помощью рентгеновских трубок. Позже было установлено, что такие спектры возникают при любой ионизации внутренних орбит химических элементов. Исследовав характеристические спектры различных химических элементов, Г. Мозли (1913 г.) установил следующий закон, носящий его имя.
Корень квадратный из частоты характеристического излучения есть линейная функция порядкового номера элемента:  где ν - частота спектральной линии, Z - атомный номер испускающего элемента, А, В - константы.Закон Мозли позволяет определить атомный номер химического элемента по наблюдаемому спектру характеристического излучения. Это сыграло большую роль при размещении элементов в периодической системе. 49) Первичные процессы взаимодействия рентгеновского излучения с веществом: когерентное рассеяние, комптон-эффект, фотоэффект. Существуют два основных типа взаимодействия рентгеновского излучения с веществом: рассеяние и фотоэффект. При рассеянии направление движения фотона изменяется. При фотоэффекте фотонпоглощается. 1. Когерентное (упругое) рассеяниепроисходит тогда, когда энергия рентгеновского фотона недостаточна для внутренней ионизации атома (выбивания электрона с одной из внутренних оболочек). При этом изменяется направление движения фотона, а его энергия и длина волны не изменяются (поэтому это рассеяние и называется упругим). 2. Некогерентное (комптоновское) рассеяниепроисходит тогда, когда энергия фотона намного больше энергии внутренней ионизации Аи: hv >> Аи. При этом электрон отрывается от атома и приобретает некоторую кинетическую энергию Ек. Направление движения фотона при комптоновском рассеянии изменяется, а его энергия уменьшается:  Комптоновское рассеяние связано с ионизацией атомов вещества.3. Фотоэффектимеет место тогда, когда энергия фотона hv достаточна для ионизации атома: hv > Аи. При этом рентгеновский квантпоглощается,а его энергия расходуется на ионизацию атома и сообщение кинетической энергии выбитому электрону Ек = hv - АИ. Комптоновское рассеяние и фотоэффект сопровождаются характеристическим рентгеновским излучением, так как после выбивания внутренних электронов происходит заполнение вакантных мест электронами внешних оболочек.
Рентгенолюминесценция.В некоторых веществах электроны и кванты комптоновского рассеяния, а также электроны фотоэффекта вызывают возбуждение молекул, которое сопровождается излучательными переходами в основное состояние. При этом возникает свечение, называемое рентгенолюминесценцией. Люминесценция платиносинеродистого бария позволила Рентгену открыть Х-лучи. 51) Явление радиоактивности. Виды радиоактивного распада. Основной закон радиоактивного распада. Радиоактивность -способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием частиц. Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, которые имеют обобщающее название - нуклоны.Количество протонов в ядре определяет химические свойства атома и обозначается Z (этопорядковый номерхимического элемента). Количество нуклонов в ядре называют массовым числоми обозначают А. Ядра с одинаковым порядковым номером и различными массовыми числами называютсяизотопами.Все изотопы одного химического элемента имеютодинаковыехимические свойства. Физические свойства изотопов могут различаться весьма сильно. Для обозначения изотопов используют символ химического элемента с двумя индексами: AZХ. Нижний индекс - порядковый номер, верхний - массовое число. Часто нижний индекс опускают, так как на него указывает сам символ элемента. Например, пишут 14С вместо 146С. Способность ядра к распаду зависит от его состава. У одного и того же элемента могут быть и стабильный, и радиоактивный изотопы. Например, изотоп углерода 12С стабилен, а изотоп 14С радиоактивен. Радиоактивный распад - явление статистическое. Способность изотопа к распаду характеризует постоянная распадаλ. Постоянная распада- вероятность того, что ядро данного изотопа распадется за единицу времени. N=No exp (-ƛt) Где No-исходное число радиоактивных ядер, N-их число, оставшееся к моменту времени t, ƛ-постоянная распада основной закон радиоактивного распада . В процессе изучения явления радиоактивности были обнаружены 3 вида лучей, испускаемых радиоактивными ядрами, которые получили названия α-, β- и γ-лучей. Позже было установлено, что α- и β-частицы - продукты двух различных видов радиоактивного распада, а γ-лучи являются побочным продуктом этих процессов. Кроме того, γ-лучи сопровождают и более сложные ядерные превращения, которые здесь не рассматриваются. Альфа-распадсостоит в самопроизвольном превращении ядер с испусканиемα-частиц (ядра гелия). Бета-распадсостоит в самопроизвольном превращении ядер с испусканием электронов (или позитронов). Гамма-излучениеимеет электромагнитную природу и представляет собой фотоны с длиной волныλ ≤ 10-10м. Гамма-излучение не является самостоятельным видом радиоактивного распада. Излучение этого типа почти всегда сопровождает не только α-распад и β-распад, но и более сложные ядерные реакции. Оно не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей и очень большой проникающей способностями. 52) Альфа-распад ядер и его способности. Бета-распад ядер, его виды, особенности и спектр. Гамма излучение ядер. Радиоактивность -способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием частиц. Альфа-распадсостоит в самопроизвольном превращении ядер с испусканиемα-частиц (ядра гелия). Схема α-распада записывается в виде  где Х, Y - символы материнского и дочернего ядер соответственно. При записи α-распада вместо «α« можно писать «Не».При этом распаде порядковый номер Z элемента уменьшается на 2, а массовое число А - на 4. При α-распаде дочернее ядро, как правило, образуется в возбужденном состоянии и при переходе в основное состояние испускает γ-квант. Общее свойство сложных микрообъектов заключается в том, что они обладают дискретнымнабором энергетических состояний. Это относится и к ядрам. Поэтому γ-излучение возбужденных ядер обладает дискретным спектром. Следовательно, и энергетический спектр α-частиц является дискретным.
Энергия испускаемых α-частиц практически для всех α-активных изотопов лежит в пределах 4-9 МэВ. Бета-распадсостоит в самопроизвольном превращении ядер с испусканием электронов (или позитронов). Установлено, что β-распад всегда сопровождается испусканием нейтральной частицы - нейтрино (или антинейтрино). Эта частица практически не взаимодействует с веществом, и в дальнейшем рассматриваться не будет. Энергия, выделяющаяся при β-распаде, распределяется между β-частицей и нейтрино случайным образом. Поэтому энергетический спектр β-излучения сплошной (рис. 33.2). Существует два вида β-распада. 1. Электронныйβ--распад заключается в превращении одного ядерного нейтрона в протон и электрон. При этом появляется еще одна частица ν' - антинейтрино:  Электрон и антинейтрино вылетают из ядра. Схема электронного β--распада записывается в виде При электронном β-распаде порядковый номер Z-элемента увеличивается на 1, массовое число А не изменяется.Энергия β-частиц лежит в диапазоне 0,002-2,3 МэВ. 2. Позитронныйβ+-распад заключается в превращении одного ядерного протона в нейтрон и позитрон. При этом появляется еще одна частица ν - нейтрино: Гамма-излучениеимеет электромагнитную природу и представляет собой фотоны с длиной волныλ ≤ 10-10м. Гамма-излучение не является самостоятельным видом радиоактивного распада. Излучение этого типа почти всегда сопровождает не только α-распад и β-распад, но и более сложные ядерные реакции. Оно не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей и очень большой проникающей способностями. 53) Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом. Воздействие радиоактивного излучения на живые организмы связано сионизацией,которую оно вызывает в тканях. Способность частицы к ионизации зависит как от ее вида, так и от ее энергии. По мере продвижения частицы в глубь вещества она теряет свою энергию. Этот процесс называют ионизационным торможением. Для количественной характеристики взаимодействия заряженной частицы с веществом используется несколько величин:  После того как энергия частицы станет ниже энергии ионизации, ее ионизирующее действие прекращается.Средний линейный пробег(R) заряженной ионизирующей частицы - путь, пройденный ею в веществе до потери ионизирующей способности. Рассмотрим некоторые характерные особенности взаимодействия различных видов излучения с веществом. Альфа-излучение Альфа-частица практически не отклоняется от первоначального направления своего движения, так как ее масса во много раз больше массы электрона, с которым она взаимодействует. По мере ее проникновения в глубь вещества плотность ионизации сначала возрастает, а при завершении пробега (х = R)резко спадает до нуля (рис. 33.3). Это объясняется тем, что при уменьшении скорости движения возрастает время, которое она проводит вблизи молекулы (атома) среды. Вероятность ионизации при этом увеличивается. После того как энергия α-частицы станет сравнимой с энергией молекулярно-теплового движения, она захватывает два электрона в веществе и превращается в атом гелия. Электроны, образовавшиеся в процессе ионизации, как правило, уходят в сторону от трека α-частицы и вызывают вторичную ионизацию. Бета-излучение Для движения β-частицы в веществе характерна криволинейная непредсказуемая траектория. Это связано с равенством масс взаимодействующих частиц. Гамма-излучение Поглощение γ-излучения веществом подчиняется экспоненциальному закону, аналогичному закону поглощения рентгеновского излучения:  Основными процессами, отвечающими за поглощение γ-излучения, являются фотоэффект и комптоновское рассеяние. При этом образуется относительно небольшое количество свободных электронов (первичная ионизация), которые обладают очень высокой энергией. Они-то и вызывают процессы вторичной ионизации, которая несравненно выше первичной.57) Дозиметрия ионизирующего излучения. Поглощенная и экспозиционная дозы. Мощность дозы. Необходимость количественной оценки действия ионизирующего излучения на различные вещества живой и неживой природы привела к появлению дозиметрии. Дозиметрия- |