ЗАЧЕТ ФИЗИКА. Закон всемирного тяготения
 Скачать 6.84 Mb.
|
|
Характеристическим является рентгеновское излучение, возникающее вследствие того, что ускоренные электроны проникают вглубь атомов и выбивают из внутренних слоев электроны, при этом, на свободные места переходят электроны с верхних уровней, высвечивая фотоны характеристического излучения. Характеристическое рентгеновское излучение, в отличие от тормозного, имеет в своём спектре особенности в виде характерных всплесков на определённых длинах волн. Ка  к правило, это происходит при увеличении напряжения на рентгеновской трубке:электроны получают большую энергию и могут проникать во внутренние орбиты атома и выбивать из них электроны. Поскольку электронные орбиты имеют строгую «комплектацию», то вакантное место заполняют электроны с более высоких орбит. Такой переход обязательно сопровождается дополнительным излучением, который складывается с тормозным и имеет вид, представленный на рисунке. В  отличие от оптических спектров характеристические рентгеновские спектры разных атомов однотипны. Это связано с тем, что внутренние слои у разных атомов одинаковы и отличаются лишь энергетически. Это приводит к тому, что характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра. Эта закономерность известна как закон Мозли: = A (Z – B) где - частота спектральной линии Z – атомный номер A и B – постоянные. Кроме этого, характеристический рентгеновский спектр атома не зависит от химического соединения, в которое этот атом входит, поэтому его и назвали характеристическим. 31. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. Физические основы рентгенографии 1. В зависимости от соотношения энергии hv фотона и энергии ионизации Аиимеют место три главных процесса. 1.Когерентное (классическое) рассеивание. Рассеяние длинноволнового рентгеновского излучения происходит в основном без изменения длины волны, и его принято называть когерентным. Оно возникает, если частота набегающего кванта меньше частоты рассеивания.: hv < Аи . 2.Некогерентное рассеивание. Частота фотона больше частоты рассеивания: hv > Aи 3.Фотоэффект.Рентгеновское излучение поглощается атомом, вылетает электрон, а атом ионизируется. hv≥ Aи. 2. 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 3), в чем проявляется большая проникающая способность жесткого излучения, и пропорционально третьей степени атомного номера веществапоглотителя: где k — коэффициент пропорциональности, Z- заряд атома, через который проходят рентген лучи, λ- длина волны. Методы рентген диагностики: 1.Флюрография (малое изображение) 2.Рентгенограмма (изображение 1:1) 3.Рентгеноскопия (исследование в реальном времени) 4.Рентгеновская компьютерная топография (позволяет получить 3д изображение) 32. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома. Опыты Резерфода заключались в том, что он пропускал альфа частицы через тончайшую золотую фольгу. В то время господствовала теория строения атома Томсона и после опытов Резерфорда, Теория Томсона потерпела крах. По теории Томсона положительный заряд распределен по атому, а это значило что альфа частицы должны были пройти через фольгу, но опыты Резерфорда показали, что некоторые альфа частицы отклонялись, т.е рассеивались на некоторые углы, вплоть до 180 градусов. После этого родилась знаменитая планетарная модель атома Резерфорд  33. Радиоактивный распад как источник ионизирующего излучения 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 (это порядковый номер химического элемента). Количество нуклонов в ядре называют массовым числом и обозначают А. Ядра с одинаковым порядковым номером и различными массовыми числами называются изотопами. Все изотопы одного химического элемента имеют одинаковые химические свойства. Физические свойства изотопов могут различаться весьма сильно. Для обозначения изотопов используют символ химического элемента с двумя индексами: AZХ. Естественная радиоактивность встречается у неустойчивых ядер, существующих в природных условиях. Искусственная радиоактивность ядер, образованная в результате различных ядерных реакций. Типы радиоактивного распада: 1)Альфа - распад - самопроизвольное превращение ядра с испусканием альфа – частицы Правило смещения:  Z - порядковый номер распадающегося ядра. А - атомная масса А-4 - атомная масса вновь образованного ядра Z-2 – его заряд 2) Бета распад - внутриядерное взаимное превращение нейрона и протона:  нейтрино - частица =  (электрон)34. Структура ядра. Капельная модель. Энергия связи ядра. Ядро представляет собой центральную часть атома (см. также АТОМА СТРОЕНИЕ). В нем сосредоточены положительный электрический заряд и основная часть массы атома; по сравнению с радиусом электронных орбит размеры ядра чрезвычайно малы: 10–15–10–14 м. Ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов, имеющих почти одинаковую массу, но лишь протон несет электрический заряд   35. Радиоактивность. Виды распада Радиоактивностью называется явление самопроизвольного превращения ядер одного химического элемента в ядра другого химического элемента (распад). Эти превращения являются следствием фундаментальных физических взаимодействий: сильного (испускание ядерных частиц: нейронов, протонов, альфа-частиц), слабого (бета-распад), электромагнитного (гамма-излучение). Альфа-распад В результате испускания альфа-частицы образуется новый элемент, который в таблице Менделеева расположен на 2 клетки левее, так как количество протонов в ядре, а значит, и заряд ядра, и номер элемента стали на две единицы меньше. А масса образовавшегося изотопа оказывается на 4 единицы меньше. Бета-распад Бета-минус распад – это испускание из ядра бета-минус частицы – электрона, который образовался в результате самопроизвольного превращения одного из нейтронов в протон и электрон. Бета-плюс распад – испускание из ядра бета-плюс частицы – позитрона (положительно заряженного «электрона»), который образовался в результате самопроизвольного превращения одного из протонов в нейтрон и позитрон. Нейтронный распад Нейтронный распад – испускание из ядра атома нейтрона. Характерен для нуклидов искусственного происхождения. При испускании нейтрона один изотоп данного химического элемента превращается в другой, с меньшим весом. 36. Детекторы ионизирующего излучения Детекторы - устройства, регистрирующие различные виды ионизирующего излучения. Работа детекторов основана на использовании тех процессов, которые вызывают в них регистрируемые частицы. Различают 3 группы детекторов: 1) интегральные детекторы, 2) счетчики, 3) трековые детекторы. Интегральные детекторы Эти устройства дают информацию о полном потоке ионизирующего излучения. 1. Фотодозиметр. Простейшим интегральным детектором является светонепроницаемая кассета с рентгеновской пленкой. Фотодозиметр - это индивидуальный интегральный счетчик, которым снабжаются лица, соприкасающиеся с излучением. Пленка проявляется через определенный промежуток времени. По степени ее почернения можно определить дозу облучения. Детекторы этого типа позволяют измерять дозы от 0,1 до 15 Р. 2. Ионизационная камера. Это прибор для регистрации ионизирующих частиц методом измерения величины ионизации (числа пар ионов), производимой этими частицами в газе. Простейшая ионизационная камера представляет собой два электрода, помещенных в заполненный газом объем (рис. 34.1).
К электродам приложено постоянное напряжение. Частицы, попадающие в пространство между электродами, ионизуют газ, и в цепи возникает ток. Сила тока пропорциональна числу образованных ионов, т.е. мощности экспозиционной дозы. Электронное интегрирующее устройство определяет и саму дозу Х.  Счетчики Эти устройства предназначены для подсчета количества частиц ионизирующего излучения, проходящих через рабочий объем или попадающих на рабочую поверхность. 1. На рисунке 34.2 представлена схема газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера, принцип действия которого основан на образовании электрического импульсного разряда в газонаполненной камере при попадании отдельной ионизирующей частицы.  Счетчик представляет собой стеклянную трубку с напыленным на ее боковую поверхность слоем металла (катод). Внутри трубки пропущена тонкая проволока (анод). Давление газа внутри трубки составляет 100-200 мм рт.ст. Между катодом и анодом создается высокое напряжение порядка сотен вольт. При попадании в счетчик ионизирующей частицы в газе образуются свободные электроны, которые движутся к аноду. Вблизи тонкой нити анода напряженность поля велика. Электроны вблизи нити ускоряются настолько, что начинают ионизировать газ. В результате возникает разряд и по цепи протекает ток. Самостоятельный разряд надо погасить, иначе счетчик не среагирует на следующую частицу. На включенном в цепь высокоомном сопротивлении R происходит значительное падение напряжения. Напряжение на счетчике уменьшается, и разряд прекращается. Также в состав газа вводится вещество, соответствующее быстрейшему гашению разряда. 2. Усовершенствованным вариантом счетчика Гейгера-Мюллера является пропорциональный счетчик, в котором амплитуда импульса тока пропорциональна энергии, выделенной в его объеме регистрируемой частицей. Такой счетчик определяет поглощенную дозу излучения.
3. На другом физическом принципе основано действие сцинтилляционных счетчиков. Под действием ионизирующего излучения в некоторых веществах происходят сцинтилляции, т.е. вспышки, число которых подсчитывается с помощью фотоэлектронного умножителя. Трековые детекторы Детекторы этого типа используются в научных исследованиях. В трековых детекторах прохождение заряженной частицы фиксируется в виде пространственной картины следа (трека) этой частицы; картина может быть сфотографирована или зарегистрирована электронными устройствами. Распространенным типом трекового детектора является камера Вильсона. Наблюдаемая частица проходит через объем, заполненный перенасыщенным паром, и ионизирует его молекулы. На образовавшихся ионах начинается конденсация пара, в результате чего след частицы становится виден. Камеру помещают в магнитное поле, которое искривляет траектории заряженных частиц. По кривизне трека можно определить массу частицы. 37. Поглощенная и экспозиционная дозы, единицы их измерения. Мощность дозы. 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), в честь английского физика-радиобиолога Луи Гарольда Грея. 1 Гр - это поглощенная доза ионизирующего излучения любого вида, при которой в 1 кг массы вещества поглощается энергия 1 Дж энергии излучения. В практической дозиметрии обычно пользуются внесистемной единицей поглощенной дозы - рад (1 рад = 10-2 Гр) 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), Мощность экспозиционной дозы — отношение приращения экспозиционной дозы dX за интервал времени dt к этому интервалу:  = dX/ dt.Единицы измерения: в системе СИ — А/кг (ампер на кг); внесистемная единица Р/с, Р/ч, мР/ч, мкР/ч и т.д. Мощность дозы, измеренная на высоте 70-100 см от поверхности земли, часто называют уровнем радиации. Мощность дозы (N) - величина, определяющая дозу, полученную объектом за единицу времени. При равномерном действии излучения мощность дозы равна отношению дозы ко времени t, в течение которого действовало ионизирующее излучение:  38. Количественная оценка биологического действия ионизирующего излучения. Эквивалентная доза. Защита от ионизирующего излучения. Дозиметрические приборы. Различные излучения (альфа, бета, гамма) даже при одной и той же поглощенной дозе оказывают разное воздействие. Эквивалентная доза: H=kD, где k-коэффициент качества, зависит от вида ионизирующего излучения (kγ=1, kα=20), kα – очень опасная для биологических объектов, D-поглощенная доза. Измеряется в зивертах(Зв).1Зв=100БЭР. БЭР-биологический эквивалент рентгену. Коллективная доза- доза, полученная популяцией. Х=k(А/r^2)t ,где Х-экспозиционная доза, r- расстояние , t- время,k-коэффициент качества , А-активность изотопа. Защита: 1.Расстояние. 2.Время 3.Материал α-6 см воздуха, β-накрыть металлом-свинцовые стены. Дозиметры-приборы, позволяющие оценить дозу ионизирующего излучения. Измеряют в Зв(зиверт). Естественный фон-13мЗВ/ч. 1.Расстояние. 2.Время 3.Материал α-6 см воздуха, β-накрыть металлом-свинцовые стены. Дозиметры-приборы, позволяющие оценить дозу ионизирующего излучения. Измеряют в Зв(зиверт). Естественный фон-13мЗВ/ч + |