Биофизика. Рентгеновское излучение. Дозиметрия

• Название: Рентгеновское излучение. Дозиметрия
• Анкор: Биофизика
• Дата: 14.05.2022
• Размер: 451.26 Kb.
• Имя файла: Bf.docx
• Тип: Документы; #529136

«Рентгеновское излучение. Дозиметрия»

1.Рентгеновское излучение. Основные характеристики рентгеновского излучения. Устройство рентгеновской трубки. Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение. Зависимость спектра излучения от напряжения между электродами, температура накала катода и материала анода.

Рентгеновское излучение – электромагнитные волны с длиной волны от 80 до 10^–5 нм. Источником рентгеновского излучения служат рентгеновские трубки:



Наиболее распространенным источником рентгеновского излу­чения является рентгеновская трубка, которая представляет собой двухэлектродный вакуумный прибор.

В результате торможения электрона (или иной заряженной частицы) электростатическим полем атомного ядра и атомных электронов веществ антикатода возникает тормозное рентге­новское излучение.

Механизм его можно пояснить следующим образом. С движу­щимся электрическим зарядом связано магнитное поле, индук­ция которого зависит от скорости электрона. При торможении уменьшается магнитная индукция и в соответствии с теорией Максвелла появляется электромагнитная волна.

При торможении электронов лишь часть энергии идет на созда­ние фотона рентгеновского излучения, другая часть расходуется на нагревание анода. Так как соотношение между этими частями случайно, то при торможении большого количества электронов возникает рентгеновское излучение с непрерывным (сплошным) спектром.

В каждом из спектров наиболее коротковолновое тормозное из­лучение, соответствующее длине волны l_min, возникает тогда, когда энергия, приобретенная электроном в ускоряющем поле, полностью переходит в энергию фотона

Если увеличить температуру накала катода, то возрастут эмис­сия электронов и сила тока в трубке. Это приведет к увеличению числа фотонов рентгеновского излучения, испускаемых каждую секунду. Спектральный состав его не изменится.

2. Закон ослабления потока рентгеновского излучения веществом. Механизмы взаимодействия рентгеновского излучения с веществом: фотоэффект, когерентное, некогерентное рассеивание.

Закон ослабления

По мере проникновения вглубь рентгеновского излучения первичный пучок ослабляется по экспоненциальному характеру:

Ф = Фо

где μ – линейный коэффициент ослабления; х – глубина проникновения

Ф-прошедший поток Фо- падающий поток

Существует два основных типа взаимодействия рентгеновского излучения с веществом: рассеяние, фотоэффект. При рассеянии направление движения фотона изменяется. При фотоэффекте фотон поглощается.

1. Когерентное (упругое) рассеяние происходит тогда, когда энергия рентгеновского фотона недостаточна для внутренней ионизации атома При этом изменяется направления движения фотона, а его энергия и длина волны не изменяется (поэтому это рассеяние и называется упругим).

2. Некогерентное (комптоновское) рассеяние происходит тогда, когда энергия рентгеновского фотона намного больше энергии внутренней ионизации.

При этом электрон отрывается от атома и приобретает некоторую кинетическую энергию Ек. Направления движения фотона при комптоновском рассеянии изменяется, а его энергия уменьшается

Комптоновское рассеяние связано с ионизацией атомов вещества.

3. Фотоэлектрический эффект (фотоэффект) — это физический процесс, в котором электроны взаимодействуют со светом или любым другим электромагнитным излучением.

Фотоэффект имеет место тогда, когда энергия фотона достаточна для ионизации атома. При этом рентгеновский квант поглощается, а его энергия расходуется на ионизацию атома и сообщение кинетической энергии выбитому электрону.

3.Физичческие основы применения рентгеновского излучения в медицине. Физические основы применения рентгеновского излучения в медицине. Рентгенодиагностика. Рентгенотерапия. Компьютерная томография.

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, в чем проявляется большая проникающая способность жесткого излучения, и пропорционально третьей степени атомного номера вещества-поглотителя

Рентгенодиагностика распознает заболевания и повреждения в органах и системах жизнедеятельности человека опираясь на изучение рентгеновских снимков. Метод позволяет обнаружить развитие заболеваний, определяя степени поражения органов. Предоставляет информацию об общем состоянии пациентов.

Рентгенотерапия — это современный метод, с помощью которого производится лечение некоторых патологий суставов. Основными направлениями лечения ортопедических заболеваний данным методом, являются: Хронические. Воспалительные процессы суставов (артрит, полиартрит); Дегенеративные (остеоартроз, остеохондроз, деформирующий спондилез). Целью рентгенотерапии является угнетение жизнедеятельности клеток патологически изменённых тканей или полное их разрушение. При неопухолевых заболеваниях рентгенотерапия направлена на подавление воспалительной реакции, снижение болевой чувствительности. Следует учитывать, что наиболее чувствительны к рентгеновским лучам половые железы, кроветворные органы, лейкоциты, клетки злокачественных опухолей. Дозу облучения в каждом конкретном случае определяют индивидуально.

Компьютерная томография (КТ) - это неинвазивный способ обследования внутренних органов и тканей с использованием рентгеновских лучей , позволяющее получить рентгеновское изображение. Рентгеновские лучи проходят сквозь тело человека, а компьютерная система формирует изображение.

4. Радиоактивность. Виды и свойства радиоактивных излучений:…………..

Радиоактивность – это способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра с испусканием частиц.
Альфа (α) излучение возникает при распаде нестабильных изотопов элементов.Альфа излучение - это излучение тяжелых, положительно заряженных альфа частиц, которыми являются ядра атомов гелия (два нейтрона и два протона). Альфа частицы излучаются при распаде более сложных ядер, например, при распаде атомов урана, радия, тория.

Бета (β) излучение возникает при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением свойств протонов и нейтронов.При бета излучении, происходит превращение нейтрона в протон или протона в нейтрон, при этом превращении происходит излучение электрона или позитрона (античастица электрона), в зависимости от вида превращения. Скорость излучаемых элементов приближается к скорости света и примерно равна 300 000 км/с. Излучаемые при этом элементы называются бета частицы.

Гамма (γ) излучение - это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов.Гамма радиация сопровождает процесс распада атомов вещества и проявляется в виде излучаемой электромагнитной энергии в виде фотонов, высвобождающихся при изменении энергетического состояния ядра атома. Гамма лучи излучаются ядром со скоростью света.

Гамма-излучение, сопровождающее бета-распад, как и в случае альфа-распада, обладает дискретным энергетическим спектром. Энергетический спектр бета-частиц сплошной. Бета-частицы имеют всевозможные энергии, начиная от нуля и до некоторого максимального значения, называемого максимальной энергией бета-спектра.

Закон радиоактивного распада: количество атомов данного изотопа, претерпевающего ядерное превращение в 1 с, пропорционально общему их количеству



5. Биофизические основы действия радиоактивных излучений на организм. Прямое и опосредованное повреждение биомолекул. Защита от ионизирующих излучений.

Основу биологического действия ионизирующих излучений на живые ткани составляют сложные химические процессы, происходящие в клетках при поглощении излучений. Ионизация атомов и молекул вещества приводит к повреждению клеток и изменению структуры тканей. Часть атомов и молекул переходит в возбуждённое состояние и, возвращаясь в невозбуждённое состояние, отдаёт излишек энергии в виде ультрафиолетового излучения. Под его воздействием образуются новые молекулы, чуждые нормальной клетке, нарушается клеточное деление. В свою очередь это приводит к хромосомным перестройкам и возникновению мутаций, приводящих к изменениям в генах клетки. Таким образом, биологическое действие ионизирующих излучений сказывается не только на данном организме, но и на последующих поколениях.

Если повреждение биомолекул происходит в результате непосредственного поглощения ими энергии излучения, принято говорить о прямом действии радиации. Если же биомолекулы повреждаются в результате их химического взаимодействия с продуктами радиолиза воды, говорят о непрямом действии радиации.

Опосредованное (вторичное) повреждение. Возникает как следствие первичных нарушений постоянства внутренней среды организма. К повреждению клетки приводят гипоксия, гипо - и гипертермия, ацидоз и алкалоз, гипер - и гипоосмия, гипогликемия, гиповитаминозы, повышение содержания в организме конечных продуктов метаболизма, оказывающих токсическое действие (аммиак, билирубин и др.).



6. Дозиметрия ионизирующих излучений (поглощённая, экспозиционная, эквивалентная дозы). Мощность дозы. Дозиметрические приборы. Естественный фон и допустимые значения доз ионизирующего излучения.

Экспозиционная доза (X). В качестве количественной меры рентгеновского и  -излучения принято использовать во внесистемных единицах экспозиционную дозу, определяемую зарядом вторичных частиц (dQ), образующихся в массе вещества (dm) при полном торможении всех заряженных частиц :

   Единица экспозиционной дозы - Рентген (Р). Рентген - это экспозиционная доза рентгеновского и
-излучения, создающая в 1куб.см воздуха при температуре О°С и давлении 760 мм рт.ст. суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества электричества

Поглощение энергии ионизирующего излучения является первичным процессом, дающим начало последовательности физико-химических преобразований в облученной ткани, приводящей к наблюдаемому радиационному эффекту. Поэтому естественно сопоставить наблюдаемый эффект с количеством поглощенной энергии или поглощенной дозы.
    Поглощенная доза (D) - основная дозиметрическая величина. Она равна отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме

    Единица поглощенной дозы - Грей (Гр). Внесистемная единица Рад определялась как поглощенная доза любого ионизирующего излучения, равная 100 эрг на 1 грамм облученного вещества.
    Эквивалентная доза (Н). Для оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения в области радиационной безопасности введено понятие эквивалентной дозы Н, равной произведению поглощенной дозы D_r, созданной облучением - r и усредненной по анализируемому органу или по всему организму, на весовой множитель w_r. Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. Она имеет специальное наименование Зиверт (Зв).

Дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения (бэр/год).
Категории лиц	Группы критических органов
	1	2	3
Категория А, предельно допустимая доза (ПДД)	5	15	30
Категория Б, предел дозы(ПД)	0.5	1.5	3

 Доза, полученная в единицу времени, называется мощностью дозы. Чем больше мощность дозы, тем быстрее растет доза излучения.

-терапия)._Требования_предъявляемые_к_радиофармпрепаратам.'>7. Физические основы применения ионизирующих излучений в медицине: (диагностическое использование радиофармпрепаратов, -терапия). Требования предъявляемые к радиофармпрепаратам.

1. Диагностическое и исследовательское использование радиофармпрепаратов (РФП) в качестве индикаторов.

– оценка миграции меченых атомов и активности органов по скорости включения изотопов (125I, 131I – для оценки состояния щитовидной железы);

– обнаружение метастаз органа по включению характерных изотопов (накопление радиоактивного йода в метастазах щитовидной железы);

– определение объема внутренних жидкостей по величине радиоактивного излучения единицы объема;

– исследование анатомической структуры органа

РФП должны отвечать следующим критериям:

 служить источником максимальной диагностической информации при минимальной радиационной нагрузке больного;

 обладать коротким периодом полураспада;

 для удобства регистрации обычно используются нуклиды – источники - излучения;

 биологическая адекватность – избирательное поглощение данного элемента исследуемым органом;

 отсутствие токсичных примесей и веществ, дающих долгоживущие дочерние изотопы.

2. Лечебное применение ионизирующего излучения

– -излучение 60Со используют для разрушения глубокорасположенных опухолей (-лучи оказывают малое воздействие на поверхностные ткани).

– -терапия – реализуется при непосредственном контакте с организмом или при введении источника излучения внутрь организма;

АЛЬФА-ТЕРАПИЯ — вид лучевой терапии, основанный на использовании альфа-излучения. При альфа-терапии применяют некоторые относительно короткоживущие радиоактивные изотопы, испускающие в совокупности альфа-, бета- и гамма-излучение. Ввиду того, что на долю альфа-частиц приходится около 90% всей энергии излучения, поглощаемой организмом при лечении, этот вид лучевой терапии получил название Альфа-терапии.

– радоновая терапия – минеральные воды содержащие 222Rn используют для воздействия на кожу (ванны), органы пищеварения (питье), органы дыхания (ингаляции).