Незатухающих) и вынужденных колебаний. Резонанс. Свободными (собственными) колебаниями
 Скачать 3.84 Mb.
|
|
45. Дозиметрия ионизирующих излучений (поглощенная, экспозиционная, эквивалентная дозы). Мощность дозы. Дозиметрические приборы. Естественный фон и допустимые значения доз ионизирующего излучения. Дозиметрия - раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для их измерения. Поглощенная доза (D) - величина, равная отношению энергии ΔΕ, переданной элементу облучаемого вещества, к массе Δm этого элемента: 𝐷 = 𝛥𝐸 𝛥𝑚 В СИ единицей поглощенной дозы является грей (Гр). Внесистемная – Рад (1 рад = 10 -2 Гр). Экспозиционная доза (X) – мера ионизации воздуха рентгеновскими и 𝛾 −лучами [Кл/кг]. Внесистемная – рентген. 𝐷 = 𝑋𝑓 Где f – коэффициент, зависящий от облучаемого вещества и энергии фотонов. Эквивалентная доза: 𝐻 = 𝐷𝐾 Величина поглощенной дозы учитывает только энергию, переданную облучаемому объекту, но не учитывает «качество излучения». Понятие качества излучения характеризует способность данного вида излучения производить различные радиационные эффекты. Для оценки качества излучения вводят параметр - коэффициент качества. Коэффициент качества (К) показывает, во сколько раз биологическое действие данного вида излучения больше, чем действие фотонного излучения, при одинаковой поглощенной дозе. В СИ единица эквивалентной дозы называется Зивертом (Зв) . Наряду с Зивертом используется и внесистемная единица эквивалентной дозы - Бэр (биологический эквивалент рентгена): 1 бэр = 10-2 Зв. Мощность дозы (N) – определяющая дозу, полученную объектом за единицу времени. 𝑁 = 𝐷 𝑡 – мощность поглощенной дозы; 𝑁 = 𝑋 𝑡 = 𝑘 𝛾 𝐴 𝑟 2 – мощность экспозиционной дозы, где A – активность радиоактивного препарата. Дозиметрическими приборами , или дозиметрами называют устройства для измерения доз ионизирующих излучений или величин, связанных с дозами. Конструктивно дозиметры состоят из детектора ядерных излучений и измерительного устройства. Обычно они проградуированы в единицах дозы или мощности дозы. В зависимости от используемого детектора различают дозиметры ионизационные, люминесцентные, полупроводниковые, фотодозиметры и др. Дозиметры для измерения экспозиционной дозы рентгеновского и -излучения или ее мощности называют рентгенометрами. В качестве детектора у них обычно применяется ионизационная камера. Заряд, протекающий в цепи камеры, пропорционален экспозиционной дозе, а сила тока — ее мощности. Состав газа в ионизационных камерах, а также вещество стенок, из которых они состоят, подбирают такими, чтобы осуществлялись тождественные условия с поглощением энергии в биологических тканях. В результате ионизации происходит разрядка камеры, что фиксируется вмонтированным в нее электрометром. Показания его зависят от экспозиционной дозы ионизирующего излучения. Для измерения активности или концентрации радиоактивных изотопов применяют приборы, называемые радиометрами. Естественный радиационный фон создается космическим излучением, природными радионуклидами находящимися в биосфере Земли. Естественные радиоактивные источники (космические лучи, радиоактивность недр, воды, радиоактивность ядер, входящих в состав человеческого тела, и др.) создают фон, соответствующий приблизительно эквивалентной дозе 125 мбэр в течение 46. Физические основы применения ионизирующих излучений в медицине: (диагностическое использование радиофармпрепаратов, γ- терапия). Требования, предъявляемые к радиофармпрепаратам. Области применения рентгеновского излучения в медицине 1. Рентгенодиагностика (60-120 кэВ) – рентгеноскопия; – рентгенография; – флюорография. 2. Рентгенотерапия (150-200 кэВ) Медицинские приложения радионуклидов можно представить двумя группами. Одна группа — это методы, использующие ра¬диоактивные индикаторы (меченые атомы) с диагностическими и исследовательскими целями. Другая группа методов основана на применении ионизирую щ его излучения радионуклидов для биологического действия с лечебной целью. К этой же группе можно отнести бактерицидное действие излучения. Метод меченых атомов заключается в том, что в организм вво¬дят радионуклиды и определяют их местонахождение и актив¬ность в органах и тканях. Для обнаружения распределения радионуклидов в разных органах тела использую т гамма-топограф (сцинтиграф), который автоматически регистрирует распределение интенсивности радио¬активного препарата. Гамма-топограф представляет собой скани¬рующий счетчик, который постепенно проходит большие участки над телом больного. Регистрация излучения фиксируется, например, штриховой отметкой на бумаге. Применяя радиоактивные индикаторы, можно проследить за обменом веществ в организме. Объемы жидкостей в организме трудно измерить непосредственно, метод меченых атомов позво¬ляет решить эту задачу. Т ак, например, вводя определенное количество радиоактивного индикатора в кровь и вы держав время для его равномерного распределения по кровеносной системе, можно по активности единицы объема крови найти ее общий объем. Гамма-топограф дает сравнительно грубое распределение ис¬точников ионизирующего излучения в органах. Более детальные сведения можно получить методом авторадиографии. В этом методе на исследуемый объект, например биологиче¬скую ткань, наносится слой чувствительной фотоэмульсии. Со¬держащиеся в объекте радионуклиды оставляют след в соответст-вующем месте эмульсии, как бы фотографируя себя (отсюда и название метода). Полученный снимок называю традиоавтографом или авторадиограммой. В живой организм радиоактивные атомы вводятся в таком не¬ большом количестве, что ни они, ни продукты их распада не ока¬зывают вреда организму. Лечебное применение радионуклидов в основном связано с использованием гамма-излучения (гамма-терапия). Применение гамма-излучения высокой энергии позволяет разру-шать глубоко расположенные опухоли, при этом поверхностно расположенные органы и ткани подвергаются меньшему губи¬тельному действию. Терапевтическое применение имеют и альфа-частицы . Так как они обладают значительной линейной плотностью ионизации, то по¬глощаются даже небольшим слоем воздуха. Поэтому использова¬ние альфа-частиц в терапии (альфа-терапия) возможно лишь при их непосредственном контакте с организмом, либо при введении внутрь организма. Еще одно лечебное применение альфа-частиц связано с использова¬нием потока нейтронов. В опухоль предварительно вводят элемен¬ты, ядра которых под действием нейтронов вступают в ядерную реакцию с образованием альфа-частиц. Облучая после этого больной орган потоком нейтронов, вызывают ядерную реакцию и, следо-вательно, образование альфа-частиц. Применение радиофармпрепаратов: 1) оценка миграции меченых атомов и активности органов по скорости включения изотопов; 2) обнаружение метастаз органа по включению характерных изотопов; 3) определение объема внутренних жидкостей; 4) исследование анатомической структуры органа. Критерии выбора фармпрепарата: 1) получение максимальной информации при минимальной нагрузке больного; 2) короткий период полураспада; 3) избирательное поглощение данного элемента исследуемым органом; 4) отсутствие токсических примесей, дающих долгоживущие дочерние изотопы. Лечебное применение излучения: 1) альфа-терапия – для разрушения опухолей; 2) гамма-терапия – для разрушения глубокорасположенных опухолей; 3) радоновая терапия – минеральные воды, содержащие радон используют для воздействия на кожу, органы пищеварения, органы дыхания. 47. Основные понятия биомеханики. Внешние и внутренние силы, нормальные и касательные напряжения. Биомеханикой называют раздел биофизики, в котором рассматриваются механические свойства живых тканей и органов, а также механические явления, происходящие как с целым организмом, так и с отдельными его органами. Внешние силы – силы, которые действуют на данное тело со стороны окружающих тел. Могут быть сосредоточены в одной точке или распределены по поверхности. Под этим действием тело деформируется. Деф ормация (безразмерная величина): 1.Упругие деформации - исчезают после снятия нагрузки. 2.Остаточные деформации – не исчезают. 3.Линейные деформации – изменение линейных размеров тела. 4.Угловые деформации – изменение угловых размеров тела (γ). 5.Продольные деформации. Возникают при наличии объемного тела. 6.Поперечные деформации – отношение площади поперечного сечения к изначальной площади. 7.Относительная деформация (мера продольной деформации) – отношение измененных размеров тела к изначальному размеру. Внутренние силы – это силы взаимодействия между частицами материала. Эти силы возникают в нем под воздействием внешних сил. Внутренние силы называют также силами упругости. Они стремятся вернуть частицы в первоначальное положение. Мерой внутренних сил является напряжение. Механическое напряжение - внутренняя сила, действующая на единицу площади. Нормальное механическое напряжение приложено на единичную площадку сечения, по нормали к сечению и обозначается σ. Касательное механическое напряжение приложено на единичную площадку сечения, в плоскости сечения по касательной и обозначается 48. Упругая деформация; понятие пластичности и хрупкости. Закон Гука, модуль Юнга, коэффициент Пуассона. Упругая деформация — деформация, исчезающая после прекращения действий на тело внешних сил. При этом тело принимает первоначальные размеры и форму. Зако́нГу́ка — утверждение, согласно которому деформация, возникающая в упругом теле (пружине, стержне, консоли, балке и т. п.), пропорциональна приложенной к этому телу силе. Пласти́чность — способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации. К числу весьма пластичных материалов относятся отожженная медь, алюминий, латунь, золото, малоуглеродистая сталь и др. Хрупкость — свойство материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций. К хрупким материалам относятся чугун, высокоуглеродистая инструментальная сталь, стекло, кирпич, камни и др. Модуль Юнга (модуль продольной упругости) — физическая величина, характеризующая свойства материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации Модуль Юнга рассчитывается следующим образом: F — нормальная составляющая силы , S — площадь поверхности, по которой распределено действие силы, l — длина деформируемого стержня, — модуль изменения длины стержня в результате упругой деформации (измеренного в тех же единицах, что и длина l). Через модуль Юнга вычисляется скорость распространения продольной волны в тонком стержне: где — плотность вещества. Коэффициент Пуассона (обозначается как или ) — величина отношения относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению. Этот коэффициент зависит не от размеров тела, а от природы материала, из которого изготовлен образец. Коэффициент Пуассона и модуль Юнга полностью характеризуют упругие свойства изотропного материала Вопрос №97 Диаграмма удлинений. Предел упругости, текучести, прочности. 49. Диаграмма удлинений. Предел упругости, текучести, прочности Участок ОА соответствует упругой деформации растяжения (выполняется закон Гука). АС – участок текучести материала. Участок СВ на диаграмме свидетельствует о том, что материал вновь начинает сопротивляться дальнейшему растяжению. К моменту развития максимального напряжения резко изменяется характер поведения испытуемого материала. На участках ОА, АС, СВ каждый участок образца удлинялся примерно одинаково, то на участке ВК деформация сосредоточена в одном месте. Возникает "шейка" – местное сужение поперечного сечения. За счет уменьшения площади "шейки" для дальнейшего удлинения образца требуется все меньшая сила. Точка К характеризует разрыв при силе меньшей максимальной. Площадь под кривой равна полной работе А по разрыву образца длиной l и площадью S. Некоторые материалы (медь, бронза) не имеют выраженного участка текучести АС. При растяжении хрупких образцов (фарфора, стекла) до момента разрыва наблюдаются незначительные деформации. Предел упругости σ у – наибольшее напряжение, после снятия которого в материале не возникают остаточные деформации. Предел текучести σ т – напряжение, при котором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки. Предел прочности σ в – максимальное напряжение, которое развивается в образце. 69. Понятие о деформациях сдвига, кручения, изгиба. Связь м одуля у пругости при сдв иге с м одулем Юнга и коэффициентом Пуассона. 50. Понятие о деформациях сдвига, кручения, изгиба. Связь модуля упругости при сдвиге с модулем Юнга и коэффициентом Пуассона. 51. Прочность материалов. Физические аспекты прочности и разрушения материалов. Деформация сдвига – вид продольной деформации бруса, возникающая, если сила прикладывается касательно его поверхности (при этом нижняя часть бруска закреплена неподвижно) – одна боковая грань смещается относительно другой (противоположной) грани. Относительная угловая деформация (tg ) пропорциональна касательному напряжению : 𝛾 = 𝜏 𝐺 , где коэффициент пропорциональности G носит названия модуля упругости при сдвиге Сдвиг или срез возникает, когда внешние силы смещают два параллельных плоских сечения стержня одно относительно другого при неизменном расстоянии между ними. Модуль упругости при сдвиге связан с модулем Юнга и коэффициентом Пуассона: 𝐺 = 𝐸 2(1+𝜇 ) , где Е – модуль Юнга, характеризует жесткость материала, т.е. способность противостоять деформации; 𝜇 − коэффициент Пуассона. Кручение возникает при действии на стержень внешних сил, образующих момент относительно оси стержня. Деформация кручения вызывается парами сил, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси стержня. Момент пар, скручивающих стержень, называется крутящим. Работа пары сил при повороте шкивов на угол: 𝐴 = 2𝐹𝑅𝜑 = 𝑀𝜑. Угол поворота одного сечения стержня относительно другого, находящегося на расстоянии называют углом закручивания на длине. Деформация изгиба заключается в искривлении оси прямого стержня или в изменении кривизны кривого стержня; в поперечных сечениях конструкции возникает изгибающий момент. Прочность – способность материала сопротивляться действию нагрузок, вызывающих деформации. Эти деформации при определенном значении могут привести к разрушению . Хрупкие материалы разрушаются при небольших упругих деформациях, пластические – при значительных нагрузках. При расчетах на прочность определяют максимальное рабочее напряжение в системе ( max ), которое не должно превышать величину допускаемого напряжения ( ). Допускаемое напряжение зависит от характеристик материала и условий эксплуатации и определяется с учетом коэффициента запаса прочности. Основное условие прочности – максимальные действующие напряжения в материалах должны быть меньше предела прочности. Прочность твердых тел рассматривается в двух аспектах. В физическом и физико- химическом аспекте – как взаимодействие атомов, ионов и молекул, формирующего теоретическую прочность, и в структурном аспекте, при котором дефектность материала в изделии определяет техническую прочность материала, существенно отличную от теоретической. Теоретическая прочность твердых тел с различной природой внутренних связей оценивается по величине модуля Юнга. Существенную разницу между теоретической и технической прочностью впервые объяснил Гриффитс, установивший ответственность микротрещины и других нарушений плотности материала. Гриффитс рассматривает процесс разрушения твердого тела, как критическое событие, которое наступает, когда величина перенапряжений в вершине трещины достигает значений теоретической прочности. Следует подчеркнуть, что техническая прочность зависит от поверхностной энергии твердого тела, поэтому контакт его с внешней средой, способной сорбироваться материалом неизбежно ведет к облегчению процесса разрушения. Впоследствии многочисленными экспериментальными результатами и данными анализа реальных случаев разрушения конструкций установлено, что понятие «пределов прочности», как стабильных констант материалов несостоятельно, т.к. реально разрушение наступает задолго до достижения критического состояния, вытекающего из феноменологического рассмотрения. Было установлено, что существенную роль в разрушении играют тепловые колебания атомов, которые на отдельных (дефектных) участках могут создавать на межатомных связях «рывки» нагрузки, сила которых сопоставима с прочностью связи на разрыв. По этой причине в материале идет постоянное разрушение связей, накопление поврежденностей во времени, конечным итогом которого является разрушение материала при действии напряжений, заведомо меньших критических. Учет разрушающей роли тепловых движений, тепловых флуктуаций составляет основу кинетического подхода к проблеме прочности твердых тел, сформулированного и развитой акад. С.Н. Журковым. Это нашло выражение в виде температурно-временной зависимости – уравнения Журкова. Агрессивная среда, воздействую одновременно с механическими напряжениями на материал, существенно меняет механизм и кинетику процесса разрушения, как в целом, так и на отдельных его стадиях. Для неметаллических материалов в общем случае характерны три вида разрушений: хрупкое, пластическое и высокоэластическое. Хрупкое разрушение наиболее характерно для силикатных материалов и полимерных материалов в стеклообразном состоянии. В реальных условиях чаще всего хрупкое разрушение сопровождается пластическим, хотя период его может быть различен для бетонов, например, и линейных полимеров. |