физика_ часть 2

регулировки частоты следования импульсов с помощью регулировочного трансформатора РТ, встроенного в корпус пульта;

БГИ – блокировка генератора, предотвращает включение высокого напряжения не санкционированного преподавателем;

ВТ – высоковольтный трансформатор, напряжение на выходе дости-

гает 10 000 В;

ВУ – выпрямительное устройство - выпрямление переменного тока;

ЗС – зарядное сопротивление, служит для зарядки накопительных емкостей и ограничения тока при разряде;

ГВИ – генератор высоковольтных импульсов напряжения с регули-

руемой амплитудой импульса напряжения до 20 000 В;

СИ – счетчик количества импульсов, поданных на экстракционную камеру;

ЭК – экстракционная камера;

Рис. 11.3 Принципиальная электрическая схема установки

11.4. Описание работы установки

При включении тумблера (К1) подключаются контрольно-

измерительные приборы – вольтметр (V1), амперметр (А), сигнальная лам-

па включения пульта (Сл), регулировочный трансформатор (РТ). При этом

61

вольтметр (V1) показывает напряжение в сети, вольтметр (V2) напряжение на выходе регулировочного трансформатора (РТ).

При включении тумблера (К2) напряжение подается на высоко-

вольтный трансформатор (ВТ) и через цепь защитное сопротивление (ЗС)

– выпрямительное устройство (ВУ) происходит зарядка накопительных емкостей (конденсаторов) – (Сн). При достижении напряжения пробоя ша-

рового разрядника (ШР), импульс высокого напряжения поступает на электроды экстракционной камеры (ЭК). Подсчет числа импульсов, по-

данных на электроды экстракционной камеры, осуществляется счетчиком импульсов (СИ). Регулировка частоты импульсов осуществляется транс-

форматором (РТ).

11.5.Порядок выполнения работы

1.Внимательно осмотрите установку для электроимпульсной экстрак-

ции, найдите на пульте все клавиши управления, включите для про-

гревания счетчик импульсов. Счетчик начнет отсчет автоматически после срабатывания генератора импульсов.

2.Приготовьте, с использованием технических весов, 3 навески сырья массой по 5 г.

3.В химической стакан с биркой «контроль» поместите одну навеску сырья и залейте 50 мл экстрагирующей жидкости. Зафиксируйте по часам время начала экстракции.

4.Поместите следующую навеску сырья в экстракционную камеру

(экстрактор) и залейте 50 мл экстрагента. Закройте экстракционную камеру крышкой. Проверьте готовность счетчика импульсов.

5.Включите последовательно тумблеры К1 и К2.

6.Вращая ручку регулятора напряжения по часовой стрелке, добейтесь разрядов в экстракционной камере. Увеличивая напряжение (следи-

62

те за показаниями вольтметра V2 – напряжение не должно превы-

шать 100 В), доведите частоту разрядов примерно до 2-х в секунду.

7.Через 300 импульсов отключите тумблеры К2 и затем К1. Ручку регулятора напряжения верните в исходное положение.

8.Извлеките из экстрактора обработанное сырье и слейте содержимое в стакан №1 для центрифугирования. Экстрактор промойте водопроводной, затем дистиллированной водой.

9.Повторите экстракцию с 3-ей навеской сырья, строго соблюдая последовательность предыдущего опыта. Число импульсов в этом

опыте – 500.

10.Содержимое стакана «контроль» и содержимое стаканов №1 и №2 (после экстракции) поместите в специальные гнезда центрифуги, зафиксируйте при этом время экстракции «контрольного» образца.

11.Проведите процесс центрифугирования, соблюдая правила работы с центрифугой. Через 5 мин центрифугу отключите.

12.До полной остановки центрифуги, крышку не открывать! 13.Полученный жидкий экстракт слейте в предварительно вымытые

стаканы «контроль», №1 и №2.

11.6.Обработка результатов

1.Образцы полученных экстрактов передайте в лабораторию оптики для фотоколориметрического анализа.

2.Проведите подсчет энергии затраченной на экстрагирование электроимпульсной способом по прилагаемой методике:

Исходные данные:

Емкость конденсатора С=0,02 мкФ;

Напряжение зарядки конденсатора U=10 кВ;

Количество импульсов в серии n1=300, n2=500.

Расчет:

63

Емкость						последовательно включенных при разряде конденсаторов:
	1		1		1		(мкФ);
	C C1 C2
Энергия одиночного импульса напряжения: W1=								CU 2	(Дж);
						2

Мгновенная мощность: Wмгн.= W1 ; tи

Время электроимпульсного воздействия: t1=tиn1; : t2=tиn2;

Энергия, затраченная на экстракцию: Wполн.= W1 n (Дж);

Длительность импульса напряжения tи =10-6 с;

Средняя мощность, выделяемая при разряде

Nср Wполн. (Вт),

t

где t – время экстракции (150 с, 250 с).

После выполнения расчетов заполните таблицу 11.1.

		Таблица 11.1
Время экстракции t0,	Время экстракции при t1, (с)	Время экстракции при t2, (с)
(с) «контроль»	n1=300;	n2=500;
	Wполн.1	Wполн.2
	Мгновенная мощность	Мгновенная мощность
Оптическая плотность	Оптическая плотность	Оптическая плотность
экстракта 1	экстракта 2	экстракта 3

По результатам фотоколометрического анализа сделайте выводы о

целесообразности экстракции лекарственного растительного сырья с при-

менением электрических разрядов.

64

РАБОТА № 13. РАДИОМЕТРИЯ

Актуальность работы:

Провизор в своей работе имеет дело с радиоактивными веществами в двух принципиально отличных случаях.

1. Лекарственное сырьё, поступающее в аптечную сеть, требует кон-

троля уровня загрязнения радиоактивными веществами.

2. Радиоактивные препараты, применяемые при лечении и диагно-

стике различных заболеваний, подлежат проверке на подлинность радио-

нуклидов, измерение активности, определение радионуклидной чистоты.

Цель работы:

1. Овладеть терминологией и изучить единицы измерения дозимет-

рических величин.

2. Понять суть явления радиоактивности и механизм действия иони-

зирующих излучений на живой организм.

3. Получить навыки работы с дозиметрическими приборами.

Целевые задачи:

знать: виды излучений, эффективный период полураспада, закон ра-

диоактивного распада и следствия из закона, основные дозиметриче-

ские величины.

уметь: пользоваться дозиметрическими приборами.

План подготовки конспекта:

1. Основные теоретические сведения (цель, приборы и принадлеж-

ности, ответы на вопросы к входному тестированию).

2. Изучить основные термины, дозиметрические величины и едини-

цы измерений.

3. Описать детекторы , , - излучений.

Вопросы для подготовки к входному тестированию:

1.Какова природа ионизирующих излучений?

2.Опишите механизм действия ионизирующих излучений на живой орга-

65

низм.

3. Перечислите основные дозиметрические величины и единицы их изме-

рения.

4.В чём различие внешнего и внутреннего облучения человека?

5.Закон радиоактивного распада и следствия из него.

6.Эффективный период полураспада.

7.Естественное фоновое облучение человека, причины его возникновения и уровни.

8.Как зависит интенсивность излучения от расстояния до источника?

Аппаратурное оформление:

1.бета-радиометр, состоящий из блока детектирования и измерительного устройства;

2.измеритель средней скорости счёта импульсов с блоками детектирова-

ния альфа-излучения, бета-излучения, гамма-излучения, градуировочные характеристики к блокам.

Задание к работе:

Предварительно освоив терминологию и единицы измерения дози-

метрических величин, измерить в соответствии с возможностями каждого прибора радиоактивное загрязнение поверхностей и проб, составленных по заданию с преподавателя. Для приготовления проб можно использовать части растений, грунт, продукты питания.

Теоретические сведения

12.1. Введение

Провизор в своей работе имеет дело с радиоактивными веществами

вдвух принципиально отличных случаях.

1.Лекарственное сырьё, поступающее в аптечную сеть, требует кон-

троля уровня загрязнения радиоактивными веществами.

2. Радиоактивные препараты, применяемые при лечении и диагно-

66

стике различных заболеваний, подлежат проверке на подлинность радио-

нуклидов, измерение активности, определение радионуклидной чистоты.

12.2. Информационный материал

Радиоактивность - способность некоторых химических элементов

(урана, тория, радия и др.) самопроизвольно распадаться и испускать не-

видимые излучения. Такие элементы называются радиоактивными. Радио-

активный распад вещества не может быть остановлен или ускорен каким-

либо способом.

Излучение при радиоактивном распаде состоит в разных комбинаци-

ях из лучей трёх типов:

-излучение это поток положительно заряженных частиц (ядер ато-

мов гелия), движущихся со скоростью около 20 000 км/с.

-излучение - поток отрицательно заряженных частиц (электронов).

Их скорость (200 000300 000 км/с) приближается к скорости света.

-излучение - коротковолновое электромагнитное излучение. По своим свойствам оно близко к рентгеновскому излучению, распространя-

ется со скоростью света.

Все типы излучений имеют ряд общих свойств - способность прони-

кать через материалы различной толщины и ионизировать воздух и живые клетки организма. Благодаря последнему свойству эти излучения назы-

ваются ионизирующими.

Биологическая эффективность каждого вида ионизирующего излу-

чения находится в зависимости от удельной ионизации. Так например, -

частицы с энергией 3 МэВ образуют 40000 пар ионов на 1 мм пути и про-

никают через верхний покров кожи на глубину до 40 мкм; - частицы с такой же энергией до четырех пар ионов и проникают через верхний по-

кров кожи на глубину до 0,13 см. Наружное облучение - частицами наи-

менее опасно, наиболее опасно -облучение.

67

В биосфере Земли содержится более 60 естественных радионукли-

дов, которые можно разделить на две категории: первичные и космоген-

ные. К первичным относятся радионуклиды урано-радиевого, ториевого рядов и 11 долгоживущих радионуклидов (40К, 87Rb и др.) с периодом по-

лураспада от107 до 1015 лет. Космогенные радионуклиды образуются в ос-

новном в атмосфере в результате взаимодействия протонов и нейтронов с ядрами газов N, O, Ar. К ним относятся 3Н, 14С, 7Ве,22N, и др. (всего 14 ра-

дионуклидов).

Внешнее облучение человека от указанных естественных радионук-

лидов обусловлено их присутствием в различных природных средах (поч-

ве, приземном воздухе, гидросфере). Если человек находится в помеще-

нии, доза внешнего облучения изменяется под влиянием двух противопо-

ложно действующих факторов: экранирования внешнего излучения здани-

ем и излучения естественных радионуклидов, находящихся в материалах,

из которых построено здание. В среднем в кирпичных, каменных, бетон-

ных зданиях мощность дозы в 2-3 раза больше, чем в деревянных домах и

вдомах из синтетических материалов.

Втаблице 12.1 приведены значения среднегодовой дозы внешнего фонового излучения населения ряда городов, измеренная в 1964-1965 гг., а

также уровни мощности дозы - излучения в зданиях и на открытой мест-

ности.

Таблица 12.1

Среднегодовая доза внешнего фонового облучения населения неко-

торых городов и мощность дозы (без космического излучения)

Город	Мощность дозы, 10 -2мкГр/ч		Доза,
	в здании	на грунте	мГр
Воронеж	8,2 1,3	5,6 2,4	-
Ленинград	12,8 1,5	8,1 2,2	1,2 0,08
Москва	11,0 0,9	9,5	0,9 0,05
Пятигорск	16,3 2,1	10,0 0,9	-

68

Внутреннее облучение человека создаётся радионуклидами, попа-

дающими с воздухом, пищей и водой внутрь организма. Из них наиболее высокий вклад в эффективную эквивалентную дозу дают 40К, 14С, 87Rb,

210Po, 226Ra.

При попадании радиоактивных веществ внутрь организма пора-

жающее действие оказывают в основном - источники, а затем - и -

источники.

Степень опасности зависит также от скорости выведения веществ из организма. Скорость выведения характеризуется эффективным периодом полураспада, учитывающим радиоактивный распад и биологическое вы-

ведение:

Т1 ТБ

Тэфф 2

Т1 ТБ

2

где Т1/2 - период полураспада радиоактивного изотопа, ТБ - период биологического полувыведения, Тэф - эффективный период полураспада.

Эффективный период полураспада Тэф - период времени, по истече-

нии которого в организме останется половина первоначального количест-

ва атомов радиоактивного изотопа.

Период полураспада Т1/2 не зависит от внешних факторов, а период биологического полувыведения ТБ - зависит от скорости обменных про-

цессов в организме, количества поступающего в организм нерадиоактив-

ного изотопа этого же элемента, т.е. поддается влиянию внешних факто-

ров.

При изучении действия излучения на живой организм были опреде-

лены следующие особенности:

1. Высокая эффективность поглощённой энергии. Малые количества поглощённой энергии могут вызывать глубокие биологические изменения

69

в организме.

2. Наличие инкубационного периода проявления действия ионизи-

рующего излучения. Этот период часто называют периодом мнимого бла-

гополучия. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.

3. Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.

Этот эффект называется кумуляцией.

4.Излучение воздействует не только на данный живой организм, но

ина его потомство. Это так называемый генетический эффект.

5.Различные органы живого организма имеют свою чувствитель-

ность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,02-0,05 Р (Рент-

ген) уже наступают изменения в крови.

6.Не каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение.

7.Результат облучения зависит от частоты. Одноразовое облучение

вбольшой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракциониро-

вание.

Каждый радионуклид (радиоизотоп) распадается со своей опреде-

ленной скоростью.

Закон радиоактивного распада

N N0e t

где N - число ядер, не распавшихся к моменту времени t; N0- число ядер в начальный момент (t=0); - постоянная радиоактивного распада

(является характеристикой изотопа).

Рассмотрим основные закономерности радиоактивного распада.

Следствия из закона радиоактивного распада.

1. Число ядер, распавшихся за время t:

N N0 N N0 (1 e t )

2. Зависимость периода полураспада от постоянной радиоактивного рас-

70