Межпредметные и внутрипредметные связи. Задания для самоподготовки

 

 

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 W_e, равную W_e = hν₁ – Аu.

Если эта энергия значительна (т.е. W_e > >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 – W_e) и вторичным квантом рассеянного излучения (hν₂). Рассеянное излучение происходит с увеличением длины волны и называется некогерентным. Справедливо следующее равенство энергий:

hν₁= W_e + 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 N_ф. (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 N_d, 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 N_d = 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________________________________________________