Вопрос №60 (радиоактивность). Медицинская электроника.

Медицинская электроника.

30. Электроника. Классификация медицинской электроники.

31. Общая схема съема, обработки и регистрации медико-биологической информации.

32. Электроды. Виды электродов для съема биопотенциалов.

33. Датчики. Метрологические параметры датчиков.

 

Вопрос №60 (радиоактивность).

Радиоактивность- самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер или элементарных частиц. Характерным признаком, отличающим её от других видов ядерных превращений, является самопроизвольность (спонтанность) этого процесса. Различают естественную и искусственную радиоактивность.

 

1. Естественная- у неустойчивых ядер, существующих в природных условиях.

2. Искусственная- радиоактивность ядер, образованных в результате различных ядерных реакций.

· Радиоактивный распад- спонтанное изменение состава нестабильных атомных ядер (заряда Z, массового числа A) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов^[1].

· Закон радиоактивного распада — закон, открытый Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом экспериментальным путём и сформулированный в 1903 году. Современная формулировка закона:

,

что означает, что число распадов за интервал времени в произвольном веществе пропорционально числу имеющихся в образце атомов .

Где: — постоянная распада, которая характеризует вероятность радиоактивного распада за единицу времени и имеющая размерность с⁻¹. Знак минус указывает на убыль числа радиоактивных ядер со временем.

Этот закон считается основным законом радиоактивности, из него было извлечено несколько важных следствий, среди которых формулировки характеристик распада — среднее время жизни атома и период полураспада.

· Период полураспада квантовомеханической системы (частицы, ядра, атома, энергетического уровня и т. д.) — время, в течение которого распадается половина всех атомов. Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускорен каким-либо способом.

Поскольку каждый период полураспада уменьшает число выживших частиц вдвое, за время 2T_½ останется четверть от начального числа частиц .

. Для разных изотопов период полураспада колеблется в широких пределах. Так, например, период полураспада йода-131 составляет 8,04 суток; стронция-90 — 29,12 года; плутония-239 — 24 065 лет; урана-235 — 703,8 млн лет, а тория-232 — более 14 млрд лет. Последние три входили в состав ядерного топлива IV блока Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС). Период полураспада характеризует скорость распада радиоактивного вещества, но не определяет его количества: активности.

· Количество радиоактивного вещества принято оценивать его активностью - количество радиоактивных распадов ядер атомов за единицу времени (распад в секунду).

. В системе СИ приняты две единицы активности:

а) Беккерель – 1 Бк = 1 = 1 1/c

б) Кюри – 1 Ки = 3,7×10¹⁰ Бк = 3,7×10¹⁰ 1/c

1Ки – очень большая величина. В медицинской практике используют препараты с активностью в милли- и микрокюри: 1 мКи = 10^-3 Ки; 1 мкКи = 10^-6 Ки.

Вопрос №61(Виды радиоактивного распада…)

основные виды радиоактивного распада:

1. Распад, сопровождающийся испусканием альфа-частиц- альфа-распад;

2. распад, сопровождающийся испусканием бета-частиц - бета-распад

3. «гамма-распад» применяется редко; испускание ядром гамма-квантов называют обычно изомерным переходом. Гамма-излучение часто сопровождает другие типы распада.

В настоящее время, кроме альфа-, бета- и гамма-распадов, обнаружены распады с эмиссией нейтрона, протона (а также двух протонов), кластерная радиоактивность, спонтанное деление. Электронный захват, позитронный распад (или β ⁺ -распад), а также двойной бета-распад (и его виды) обычно считаются различными типами бета-распада.

Некоторые изотопы могут испытывать одновременно два или более видов распада. Например, висмут-212 распадается с вероятностью 64 % в таллий-208 (посредством альфа-распада) и с вероятностью 36 % в полоний-212 (посредством бета-распада).

1. α-распад- самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома ⁴He).

Правило смещения Содди для α-распада:

.

Пример:

 

· α-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А ≥140. Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные α-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Энергетический спектр α-частиц- линейчатый. Энергия практически является постоянной величиной.

Длина свободного пробега α-частиц в воздухе составляет несколько сантиметров, а в мышечной ткани 10в степени -3.Это определяет относительно малую радиационную опасность при наружном облучении.

· Альфа-излучение (альфа-лучи) — один из видов ионизирующих излучений; представляет собой поток быстро движущихся, обладающих значительной энергией, положительно заряженных частиц (альфа-частиц). распад»,

2. β-распад встречается в двух вариантах:

· β ^- – распад. Один из нейтронов неустойчивого атомного ядра превращается в протон, а точнее в пару частиц «протон- электрон», с суммарным электрическим зарядом +1-1=0. Новый протон остается в атомном ядре, увеличив его атомный номер и изменив положение в таблице Д.И. Менделеева..

β ^- – излучение – это поток только что образовавшихся электронов высокой энергии.

 

· β ⁺ – распад. Один из протонов неустойчивого атомного ядра превращается в нейтрон, а точнее – в пару частиц «нейтрон- позитрон», с суммарным электрическим зарядом 0+1 = +1. Позитрон – элементарная частица, являющаяся античастицей по отношению к электрону: позитрон можно назвать «электроном с положительным зарядом». Атомный номер ядра стал на единицу меньше, чем был, и его место в таблице Д.И. Менделеева – на одну клеточку левее того места, которое занимало первоначальное ядро.

⁺ – излучение-это поток позитронов высокой энергии.

 

1. Радиоактивное превращение висмута в полоний; ^- – распад:

;

здесь - электрон.

 

1. Превращение радиоактивного изотопа натрия в неон; ⁺ – распад:

;

здесь - позитрон

· Бета – излучение – это поток быстрых частиц, оказывающих на вещество ионизирующее действие. Поскольку бета – частицы - это заряженные частицы, вероятность их взаимодействия с электронами, входящими в состав вещества, достаточно велика и чем больше плотность вещества, тем эта вероятность больше.

Средняя длина пробега Бета – электрона сильно зависит от плотности вещества: в воздушной среде она велика; в живых тканях она гораздо меньше, чем в воздухе, но значительно больше, чем в металлах.

Законом ослабления Бета – излучения в веществе принято называть утверждение, записанное в виде следующей математической формулы:

 

I = I₀e^-x (1)

 

здесь х – толщина преграды на пути тока бета – излучения; I- интенсивность потока Бета – излучения после того, как излучение прошло в преграде путь х.

3. Фотонное излучение. Фотонное излучение (оно же гамма оно же рентгеновское оно же тормозное оно же характеристическое).

· Рентгеновское излучение возникает в результате торможения электронов, испускаемых катодами и ускоряемых электрическим полем, на аноде рентгеновской трубки. При этом возникают тормозное и характеристическое излучения, имеющие соответственно непрерывный и линейчатый спектры.

· Гамма излучение имеет внутриядерное происхождение. Оно возникает при переходе ядра из возбужденного состояния в основное или в состояние с меньшей энергией. Гамма-излучение как правило сопровождает -распад и -распад, и соответствует тому факту, что некие излишки энергии распадающееся ядро «выбрасывает» в виде -кванта. Но исключения, когда основной распад обходится без -излучения, все же встречаются. Пример тому – -распад стронция-90.

· Тормозное излучение возникает при взаимодействии электронов с электрическим полем атомных электронов. Это излучение имеет непрерывный спектр от нуля до максимальной энергии бомбардирующих электронов, когда вся энергия тормозящегося электрона преобразуется в энергию одного фотона.

· Характеристическое излучение. Переход электрона с внешней оболочки У на свободное место на внутренней оболочке Х сопровождается испусканием характеристического излучения. Энергия излучаемого фотона равна разности между энергиями связи электрона на оболочках Х и У.

 

Вопрос №71(электроника..)

 

Электроника - область науки и техники, в которой рассматривается работа и применение электровакуумных, ионных и полупроводниковых устройств.

Выделяют следующие виды электроники:

1. Вакуумная электроника, основана на применении электровакуумных приборов (рентгеновские трубки, электронные лампы, газоразрядные приборы и т. д.).

Исторически, внимание исследователей на начальном этапе развития электроники было обращено на процессы переноса электронов в вакууме и в газах. На основе этих исследований были созданы электровакуумные приборы - электронные лампы, которые могли решать задачи усиления и генерирования электрических сигналов. Простейшая электронная лампа состоит из стеклянного корпуса (баллона), в котором в вакууме расположены катод, сетка и анод. Электроны эмитируются катодом и под действием электрического поля, приложенного между анодом и катодом (+ к аноду), движутся через сетку к аноду. Величиной тока анода можно было управлять, изменяя потенциал сетки. На этом эффекте и строятся различные электронные устройства. На основе электронных ламп создавались практически все электронные устройства до 50-х годов прошлого века: приемники и передатчики радиосигналов, усилители, магнитофоны, локационные станции и другие устройства. Первые телевизоры и вычислительные машины также создавались на основе электронных ламп.

2. Твердотельная электроника, изучающая полупроводниковые приборы, интегральные схемы.

Этот этап развития электроника получила с изобретением транзистора в 50-е годы прошлого века. Транзистор - электронный прибор, в котором используются полупроводниковые материалы как с электронной проводимостью (движение электронов), так и с "дырочной" (перемещение места в кристаллической решетке, где отсутствует электрон). Транзистор имеет соединенные между собой три области, к которым подключаются электроды: эмиттер, база и коллектор. Между эмиттером и базой, а также между базой и коллектором имеются р- n переходы, т.е., если область эмиттера имеет электронную проводимость (n- тип), то область базы имеет дырочную проводимость (р-тип) и область коллектора имеет опять электронную проводимость (n-тип) - это транзистор типа n-р- n. Также используются транзисторы с обратным чередованием областей: р-n-р тип. Напряжение питания подводится к электродам: эмиттер-коллектор. Ток в цепи эмиттер-коллектор определяется разностью потенциалов между эмиттером и коллектором и током базы. Транзистор усиливает ток (базы) в отличие от электронной лампы, которая усиливает напряжение (на управляющей сетке). На основе транзистора были созданы интегральные схемы, включающие по мере их совершенствования все большее количество элементов: транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов и других элементов. Применение интегральных микросхем позволило резко сократить размеры, вес, энергопотребление и стоимость электронной аппаратуры, позволило создать мощные вычислительные машины малых размеров с малым потреблением электроэнергии, в том числе широко используемый в настоящее время класс персональных компьютеров.

3. Квантовая электроника, связана прежде всего с лазерами.

Медицинская электроника - это разделы электроники, в которых рассматриваются устройство и работа соответствующей медицинской аппаратуры

В медицинских электронных приборах неэлектрические характеристики типа температуры, давления, перемещения органов и т. д. преобразуют в электрический сигнал. Это связано с тем, что информацию, представленную электрическим сигналом, удобно регистрировать и передавать на расстояние.

 

 

МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА