Физика. Основные элементарные функции и их графики. Примеры показательной и степенной функции
 Скачать 7.15 Mb.
|
|
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ Регистрация и использование рентгеновского излучения, а также воздействие его на биологические объекты определяются первичными процессами взаимодействия рентгеновского фотона с электронами атомов и молекул вещества. В зависимости от соотношения энергии hv фотона и энергии иони-зации1 Аи имеют место три главных процесса. Когерентное (классическое) рассеяние Рассеяние длинноволнового рентгеновского излучения происходит в основном без изменения длины волны, и его называют когерентным. Оно возникает, если энергия фотона меньше энергии ионизации: hv < Аи. Так как в этом случае энергия фотона рентгеновского излучения и атома не изменяется, то когерентное рассеяние само по себе не вызывает биологического действия. Однако при создании защиты от рентгеновского излучения следует учитывать возможность изменения направления первичного пучка. Этот вид взаимодействия имеет значение для рентгеноструктурного анализа Некогерентное рассеяние (эффект Комптона) В 1922 г. А.Х. Комптон, наблюдая рассеяние жестких рентгеновских лучей, обнаружил уменьшение проникающей способности рассеянного пучка по сравнению с падающим. Это означало, что длина волны рассеянного рентгеновского излучения больше, чем падающего. Рассеяние рентгеновского излучения с изменением длины волны называют некогерентным, а само явление - эффектом Комптона. Он возникает, если энергия фотона рентгеновского излучения больше энергии ионизации: hv > Аи. Это явление обусловлено тем, что при взаимодействии с атомом энергия hv фотона расходуется на образование нового рассеянного фотона рентгеновского излучения с энергией hv', на отрыв электрона от атома (энергия ионизации Аи) и сообщение электрону кинетической энергии Ек: hv= hv' + Аи+Ек. (31.6) 1 Здесь под энергией ионизации понимают энергию, необходимую для удаления внутренних электронов за пределы атома или молекулы. Так как во многих случаяхhv >> Аи и эффект Комптона происходит на свободных электронах, то можно записать приближенно: hv = hv'+ EK. (31.7) Существенно, что в этом явлении (рис. 31.9) наряду с вторичным рентгеновским излучением (энергия hv ' фотона) появляются электроны отдачи (кинетическая энергия Екэлектрона). Атомы или молекулы при этом становятся ионами. Фотоэффект При фотоэффекте рентгеновское излучение поглощается атомом, в результате чего вылетает электрон, а атом ионизируется (фотоионизация). Три основных процесса взаимодействия, рассмотренные выше, являются первичными, они приводят к последующим вторичным, третичным и т.д. явлениям. Так, например, ионизированные атомы могут излучать характеристический спектр, возбужденные атомы могут стать источниками видимого света (рентгенолюминесценция) и т.п. Билет 61Физические основы применения рентгеновского излучения в медицине. Рентгенодиагностика. Рентгенотерапия Одно из наиболее важных медицинских применений рентгеновского излучения - просвечивание внутренних органов с диагностической целью (рентгенодиагностика). Для диагностики используют фотоны с энергией порядка 60-120 кэВ. При этой энергии массовый коэффициент ослабления в основном определяется фотоэффектом. Его значение обратно пропорционально третьей степени энергии фотона (пропорционально λ3), в чем проявляется большая проникающая способность жесткого излучения, и пропорционально третьей степени атомного номера вещества-поглотителя.Существенное различие поглощения рентгеновского излучения разными тканями позволяет в теневой проекции видеть изображения внутренних органов тела человека. Рентгенодиагностику используют в двух вариантах: рентгеноскопия - изображение рассматривают на рентгенолюминесцирующем экране, рентгенография - изображение фиксируется на фотопленке.Рентгенотерапия — один из методов лучевой терапии, при котором с лечебной целью используется рентгеновское излучение с энергией от 10 до 250 кв. С увеличением напряжения на рентгеновской трубке увеличивается энергия излучения и вместе с этим его проникающая способность в тканях возрастает от нескольких миллиметров до 8—10 см. Билет 62 Радиоактивность. Виды и свойства радиоактивных излучений: альфа, бета, гамма. Основной закон радиоактивного распада. Период полураспада Радиоактивность – самопроизвольное превращение ядер одних элементов в ядра других с испусканием частиц или квантов э/м излучения. Альфа-распад — это положительно заряженные ионы гелия, образующиеся при распаде ядер, как правило, тяжелых естественных элементов (радия, тория и др.). Эти лучи не проникают глубоко в твердые или жидкие среды, поэтому для защиты от внешнего воздействия достаточно защититься любым тонким слоем, даже листком бумаги.Бета-распад представляет собой поток электронов, образующихся при распаде ядер как естественных, так и искусственных радиоактивных элементов. Бета-излучения обладают большей проникающей способностью по сравнению с альфа-лучами, поэтому и для защиты от них требуются более плотные и толстые экраны.Гамма-излучение, или кванты энергии (фотоны), представляют собой жесткие электромагнитные колебания, образующиеся при распаде ядер многих радиоактивных элементов .При испускании гамма-излучения ядро некоторого элемента переходит из возбужденного в невозбужденное состояние. Излучающийся при этом квант называется гамма-квантом. Эти лучи обладают гораздо большей проникающей способностью. Закон радиоактивного распада. -зависимость числа неравпавшихся ядер от времени :  Билет 63Биофизические основы действия радиоактивных излучений на организм. Прямое и опосредованное повреждение биомолекул. Основы действия радиоактивного излучения на организм. Общие закономерности действия: -развитие больших нарушений в системе при малой поглощенной энергии -воздействие на последующие поколения через наследственный аппарат -наличие скрытого, латентного периода -неодинаковая чувствительность разных типов клеток Этапы действия: -процессы возбуждения и ионизации атомов -образование радикалов -хим.реакции радикалов с молекулами -медленные фазы изменения клеточных структур и функций. 1. Опосредованное действие на биомолекулы (Радиолиз воды) взаимодействие вводы с радикалами органических молекул приводит к образованию их радикалов и гидропероксидов. 2. Прямое повреждение молекул. образование ионов, радикалов и перекисей органических молекул при их непосредственном взаимодействии с ионизующим излучением. В конечном итоге накопление этих продуктов приводит к повреждению генетического аппарата, биомембран и нарушению функционирования организма. Билет 64Дозиметрия ионизирующих излучений (поглощенная, экспозиционная, эквивалентные дозы) мощность дозы 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: В СИ единицей поглощенной дозы является грей (Гр) 1 Гр - это поглощенная доза ионизирующего излучения любого вида, при которой в 1 кг массы вещества поглощается энергия 1 Дж энергии излучения.Эквивалентная доза 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. Коэффициент качества - безразмерная величина. Эквивалентная доза (Н) равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества для данного вида излучения.Экспозиционная доза В качестве характеристики ионизирующего действия излучения используют другую величину, называемую экспозиционной дозой. Экспозиционная доза является мерой ионизации воздуха рентгеновскими и γ-лучами. Экспозиционная доза (Х) равна заряду всех положительных ионов, образующихся под действием излучения в единице массы воздуха при нормальных условиях. В СИ единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл/кг). Кулон - это очень большой заряд. Поэтому на практике пользуются внесистемной единицей экспозиционной дозы, которая называется рентгеном (Р), 1 Р = 2,58х10-4Кл/кг. При экспозиционной дозе 1 Р в результате ионизации в 1 см3 сухого воздуха при нормальных условиях образуется 2,08х109 пар ионов. Мощность дозы.-доза излучения за единицу времени Билет 65Физические основы применения ионизирующих излучений в медицине: (диагностическое использование радиофармпрепаратов , альфа-терапия) 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: альфа-терапия – для разрушения опухолей гамма-терапия – для разрушения глубокорасположенных опухолей радоновая терапия – минеральные воды, содержащие радон используют для воздействия на кожу, органы пищеварения, органы дыхания. 66. Основные понятия биомеханики. Внешние и внутренние силы, нормальные и касательные напряжения.Биомеханикой называют раздел биофизики, в котором рас сматриваются механические свойства живых тканей и орга нов, а также механические явления, происходящие как с целым организмом, так и с отдельными его органами. Говоря кратко, биомеханика — это механика живых систем .  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 . |