Задания для самоподготовки
1 – Определить ионизирующую способность излучения.
2 – Сравнить характеристическое и тормозное рентгеновское излучения, выделить характерные отличия.
3 – Выделить отличия рентгеновского излучения и гамма – излучения.
4 – Показать взаимосвязь рентгеновского излучения и гамма – излучения, а также отличия от них корпускулярного излучения.
5 – Сравните защиту от β – излучения с защитой от α – излучения и поясните отличие.
Литература, рекомендуемая для самоподготовки:
Основная
1 – «Медицинская и биологическая физика» 7-е изд., Ремизов А.Н. и др. Издательство Дрофа. 2007 (можно более ранние издания)
2 – «Биофизика» - Антонов В. Ф., и другие. Издательство: Владос. 2006
3 – «К раткий курс медицинской и биологической физики с элементами реабилитации: Лекции и семинары.» - Федорова В.Н., Степанова Л.А. Издательство: ФИЗМАТЛИТ. 2005
4 – «Медицинская биофизика» Самойлов В.О.СПб:Издательство: СпецЛит Учебник для вузов - 2004.
Дополнительная
Биофизика. Учебник для студентов фармацевтических и медицинских Вузов; Рыбари; 2004 г.
Интернет - Электронная библиотека (можно скачать бесплатно):
1 - Медицинская биофизика
В книге рассмотрены основные вопросы медицинской биофизики в соответствии с учебной программой с изучением системы физических и физико-химических процессов, лежащих в основе жизни. В учебнике пять разделов: транспорт веществ через биологические мембраны (биомембранология), биоэнергетика, биологическая электродинамика, биомеханика, информация и регулирование в биологических системах. В каждом из разделов приводятся примеры нарушения основных биофизических процессов при патологии. В Приложении приводятся справочные таблицы физических констант и единиц перевода в СИ.
Издание соответствует государственным образовательным стандартам учебных дисциплин «Медицинская биофизика» направления бакалаврской подготовки «Техническая физика», специальностям «Биоинженерная физика» и «Медицинская биофизика».
Учебник предназначен для студентов технических университетов и в качестве дополнительной литературы для студентов медицинских вузов. Автор книги: Самойлов В. О.
Название книги: Медицинская биофизика
Издательство: СПб.: СпецЛит, 2004
ISBN: 5-299-00277-7 http://www.sma.kz/about/structure/lib2/lib/
2 - Биофизика Рубин А.Б. 1999. http://www.library.biophys.msu.ru/rubin/
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ
- по базисным знаниям:
· понятие ионизирующего излучения,
· графическое изображение электромагнитных полей
· характеристики рентгеновского излучения
· характеристики гамма – излучения
- по данной теме:
· взаимодействие ионизирующего излучения с веществом
· механизмы поглощения ионизирующего излучения
· особенность корпускулярного излучения
· с чем связан электронный β – распад
· с чем связан позитронный β – распад
· особенность α – распада
· закон радиоактивного распада, графическая иллюстрация радиоактивного распада
· понятие активности распада атомов
· дозы ионизирующего излучения, их взаимосвязь.
Краткая теория
Электромагнитное ионизирующее излучение
Ионизирующее излучение – это излучение, при воздействии которого на вещество происходит возбуждение и ионизация атомов. Возбуждение атомов происходит уже при поглощении видимого и ультрафиолетового света веществом, когда возможен переход электрона (одного или нескольких) на более удаленные от ядра энергетические уровни. При обратном переходе электронов на невозбужденные уровни происходит излучение квантов видимого света (люминесценция).
В том случае, когда энергия кванта излучения (Е=hν) превышает работу выхода электрона из атома или молекулы (Аu), то при поглощении излучения веществом из атома или молекулы выходит электрон, что приводит к образованию положительного иона. Свободный электрон может быть подсоединен к нейтральному атому или молекуле, в результате чего образуется отрицательный ион.
Если энергия кванта излучения, поглощаемого веществом, значительно превышает работу выхода электрона из атома или молекулы (Е > > Аu), то выходящий из атома или молекулы электрон может обладать достаточной кинетической энергией, чтобы выйти за приделы вещества. В дальнейшем он может самостоятельно ионизировать встречающиеся на пути атомы или молекулы, образуя лавину электронов.
Таким образом, электромагнитное излучение может быть отнесено к ионизирующему, если энергия кванта излучения Е превышает работу выхода электрона из атома (или молекулы), то есть Е > Аu. На шкале электромагнитных волн этому требованию отвечает рентгеновское излучение и гамма-излучение.
В радиационной биологии и радиационной физике единицей энергии излучения служит обычно электронвольт (эВ) - внесистемная единица измерения энергии, широко используемая также в атомной и квантовой физике. 1эВ= 1,6∙10-19 Дж
К ионизирующим излучениям относятся рентгеновские лучи и γ – излучение. Они занимают крайнее место в спектре электромагнитных волн, вслед за ультрафиолетовыми лучами.
Гамма – излучение.
Гамма – излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение (λ < 0,1 нм), которое испускается возбужденными атомами ядрами в процессе радиоактивных превращений и ядерных реакций. Ядро, так же как и атом, является квантово - механической системой с дискретным набором энергетических уровней. Гамма-квант с энергией hν1 излучается при переходе ядра с возбужденного уровня Е2 на более устойчивый энергетический уровень Е1:
Е2 – Е1 = hν1
При радиоактивном распаде ядер обычно излучается γ – лучи с энергией от 10 кэВ до 5МэВ, а при ядерных реакциях – до 20 МэВ.
1.Когерентное рассеяние. Возникает при взаимодействии фотонов с электронами внутренних оболочек атомов, когда энергия фотона (hν1) недостаточна для отрыва электронов (hν1< Au). Характеризуется изменение направления распространения света, но энергия (а, следовательно, и его частота и длина волны) остаются неизмененными.
2.Фотоэлектрический эффект. Если энергия фотона (Е = hν1) превышает энергию ионизации атома (Аu), то при взаимодействии атома с фотоном. последний поглощается веществом и из атома вылетает электрон. Возникающий эффект носит название фотоэлектрического и сопровождается ионизацией атома. Если hν1 > >Аu, то электрон приобретает кинетическую энергию We, равную We = hν1 – Аu.
Если эта энергия значительна (т.е. We > >50эВ), то электрон е способен ионизировать другие атомы. Этот эффект носит название вторичной ионизации.
3.Эффект Комптона. Этот эффект состоит в том, что энергия падающего кванта излучении я (hν1) распределяется между выбиваемыми из атома электроном е (кинетическая энергия – We) и вторичным квантом рассеянного излучения (hν2). Рассеянное излучение происходит с увеличением длины волны и называется некогерентным. Справедливо следующее равенство энергий:
hν1= We + Аu+ hν2 При этом выбитый из электрон производит вторичную ионизацию вещества, а рассеянный квант излучения вступает во взаимодействие с веществом в ходе эффекта Комптона или фотоэффекта. Поглощение ионизирующего излучения путем эффекта Комптона характерно для веществ, облучаемых с энергией от сотен кэВ до нескольких МэВ.
4. Образование электронно - позитронных пар. При энергиях больше 1,022 МэВ рентгеновские или γ – лучи вызывают появление в облучаемой среде пары – электрон и позитрон (е-,е+), имеющий одинаковую массу, энергию и противоположные заряды. Образовавшиеся частицы вызывают ионизацию или возбуждение атомов поглощающих веществ. Позитрон, соединяясь с электроном, приводит к возникновению аннигиляционного γ – излучения, которое поглощается в результате комптоновского эффекта или фотоэлектрического поглощения.
Лабораторная работа:
Лабораторная работа заключается в определении квантов излучения
регистрируемых радиометром, при использовании пластин из Pb, Fe, Al между источником излучения и радиометром. Это дает возможность определить слой половинного ослабления и линейный коэффициент поглощения металлов свинца, железа и алюминия.
Цель работы:
Выявить зависимость поглощающей способности металлов от их порядкового номера в таблице Менделеева.
Для этого необходимо:
1. определить толщину слоя половинного ослабления для металлов Pb, Fe, Al.
2. рассчитать линейный коэффициент ослабления для каждого из металлов.
Приборы и оборудование:
1. *Источник радиоактивного излучения (кобальтовая пушка).
2. Радиометр.
3. Пластины металла толщиной 6 мм из Pb, Fe и Al.
4. Пересчетное устройство.
*Источники ионизирующего излучения являются потенциально опасными для здоровья человека, поэтому в работе используется компьютерное моделирование эксперимента.
Ход работы:
1. После запуска программы на компьютере необходимо перейти в режим выполнения работы.
2. Изучите элементы управления программой.
3. Запишите в таблицу №2 методических указаний вариант задания и энергию кванта излучения.
4. Выполните измерение натурального фона Nф. (задвижка кобальтовой пушки должна быть закрыта! (клавиша F9). Запустите с помощью клавиши << Enter >> пересчетное устройство.
5. Откройте задвижку кобальтовой пушки (клавишей F9) и выполните измерение излучения N0 в отсутствии поглощающих пластин, аналогично запустив с помощью клавиши << Enter >> пересчетное устройство.
6. Выполните измерения числа импульсов Nd, изменяя количество поглощающих пластин металлов Pb, Fe, Al, наложением пластин на счетчик Гейгера-Мюллера. Наложение пластин осуществляется клавишей “ Insert ”, а снятие – “ Delete ”. Последовательный переход от одного металла к другому металлу осуществляется клавишей << F3 >>
(только после полной программы измерений предыдущего металла).
7. По результатам измерений постройте графики зависимости числа импульсов от толщины слоя для разных металлов Nd = f (d).
8. Определите из графиков толщину слоя половинного ослабления и линейные коэффициенты поглощения для Pb, Fe, Al.
9. Сделайте выводы по результатам исследований.
Табл. N1
| Вариант N _______ | ||||||||
| Мощность источника МэВ | ||||||||
| Фоновое излучение Nф | ||||||||
| Толщина слоя d (мм) | МЕТАЛЛ | |||||||
| Pb | Fe | Al | ||||||
| Nd | Nd-Nф | Nd | Nd-Nф | Nd | Nd-Nф | |||
Графики
Выводы–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Контрольные вопросы преподавателя:
1. Определение энергии кванта излучения.
2. Определение длины волны λ по частоте излучения ν
3. Определение кинетической энергии электронов для фотоэффекта и эффекта Комптона.
4. Что представляет собой образование пары электрон-позитрон?
5. Вывести формулу для слоя половинного ослабления.
6. Дать определение массового коэффициента ослабления излучения.
Работа студента_______________________________________
N группы ______________________________________________
Факультет_____________________________________________
Дата___________________________________________________
Зачтено________________________________________________
