Литература

Основная: 1. Н.М.Ливенцев, Курс физики, 1974, §§167-172,175,181.

2. Н.М.Ливенцев, Курс физики, 1979, т.2, §§122-127,130, 136,137.

3. А.Н.Ремизов, Курс физики, электроники и кибернетики, 1982, гл.35, §§3-5,7-10.

Дополнительная:

1. Н.И.Губанов, А.А.Утепбергенов, Медицинская биофизика, 1978, гл.10, стр.231-245.

2. Я.Д.Линденбратен, Ф.М.Лясс, Медицинская радиология, 1986.

3. Д.Б.Мэрион, Общая физика с биологическими примерами, 1986.

ЗАДАНИЕ ПО УИРС

1. Используя дополнительную литературу, сделать доклад на одну из предлагаемых тем:

а/ Биологическое действие ионизирующего излучения.

б/ Влияние радиации на человека.

в/ Использование радионуклидов в диагностике.

г/ Использование радионуклидов в терапии.

2. Используя от 5 до 10 пластин поглотителя из одного материала, экспериментально получить зависимость числа частиц ионизирующего излучения от толщины поглотителя.

14

Задачи

1. В результате захвата альфа-частицы ядром азота , находящегося в организме в большом количестве, образуется неизвестный элемент и протон. Написать ядерную реакцию и определить неизвестный элемент. Ответ: изотоп кислородаО

2. В медицине широко применяется кобальт. Сколько ядер из одного моля радиоактивного кобальта распадется в первый месяц? Период полураспада его 5,3 года,

Ответ: 0,065 10²³ ядер.

3. За какой промежуток; времени из 10⁹ атомов фосфора распадается 10 атомов? Период полураспада фосфора 14,3 дня.

Ответ; 1,78*10^-2C.

4. Определить период полураспада, если из 10 атомов радиоактивного вещества зa 10с распадется 5 атомов.

Ответ; 1,6 дня

5. Ядерная реакция типа (n p) обладает вредным биологическим действи-ем, так как при бомбардировке ядер азота N, находящегося в организме в большом количестве, выбрасывается протон с большой энергией, вызывающий сильную ионизацию, а появляющееся новое ядро элемента с достаточной энергией вызывает изменения в молекулах организма. Написать данный тип реакции и определить новое ядро элемента.

Ответ: изотоп углерода С,

3

Альфа-распад состоит в самопроизвольном превращении ядра с испусканием -частицы, являющейся ядром гелия. Альфа-частица обозначается или. Схема альфа-распада записывается в виде:

,

где X и Y - символы соответственно материнского и дочернего ядер. Примером -распада является превращение урана в торий:

.

Бета-распад заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона. Различают три вида бета-распада.

1. Электронный, или ^- - распад, который проявляется в вылете из ядра ^--частицы (электрона). Схема ^-- распада записывается в виде:

.

Примером ^-- распада может быть превращение трития в гелий:

.

При ^--распаде электрон образуется вследствие внутриядерного превращения нейтрона в протон:

.

2.Позитронный, или ⁺- распад. Схема ⁺- распада:

.

Примером ⁺- распада является превращение рубидия в криптон:

.

4

При ⁺- распаде позитрон образуется вследствие внутриядерного превращения протона в нейтрон:

.

3. Электронный или е - захват. Этот вид радиоактивности заключается в захвате ядром одного из внутренних электронов атома, в результате чего протон ядра превращается в нейтрон:

.

Схема электронного захвата:

.

Примером е - захвата может быть превращение бериллия в литий:

.

В зависимости от того, с какой внутренней оболочки захватывается электрон, иногда различают К -захват, L - захват и т.д. При электронном захвате освобождаются места в электронной оболочке, поэтому этот вид радиоактивности сопровождается характеристическим рентгеновским излучением. Именно по рентгеновскому излучению и был обнаружен электронный захват.

Радиоактивностью является также спонтанное деление ядер, протонная радиоактивность и др. Понятие радиоактивности иногда распространяют и на превращения элементарных частиц.

Любой вид радиоактивного распада сопровождается радиоактивным излучением. Понятие радиоактивного излучения объединяет в себе различные виды излучения, имеющие разную природу.

Альфа-излучение - это поток ядер гелия с высокой кинетической энергией, состоящих из двух протонов и двух нейтронов.

Бета-излучение - это поток электронов или позитронов с высокой кинетической энергией.

13

- рассчитать для каждого материала толщину слоя половинного ослабления

и занести в таблицу 4.

Контрольные вопросы.

1. Что такое изотопы? Как обозначаются нуклиды?

2. Расскажите о проникающей способности ,, -излучений.

3. Расскажите о защите от ,,-излучений.

4. Что измеряют радиометром, дозиметром?

5. От чего зависит биологический эффект воздействия радиации?

6. Какие процессы наблюдаются в биологических объектах в результате воздействия радиоактивного излучения?

7. Что называется радиоактивным распадом?

8. Что представляют собой основные типы радиоактивного излучения, и каковы их основные характеристики ?

9. Сформулировать закон радиоактивного распада и записать дифференциальное уравнение радиоактивного распада.

10. Начертить и пояснить график зависимости N=f(t).

11. Что такое период полураспада, постоянная распада?

12.Что такое активность радиоактивного препарата, в каких единицах она измеряется, и каков закон ее изменения во времени?

13. Как математически выражается закон Бугера?

14. Дать понятия линейного коэффициента ослабления и слоя половин-ного ослаблении.

15.Применение радиоактивных изотопов для целей терапии и диагностики.

12

- расположить радиоактивный препарат над счётчиком Гейгера-Мюллера; трижды произвести подсчёт числа частиц N₀, регистрируемых в течение минуты счётчиком от препарата. Результаты занести в таблицу 3;

- расположить пластинку из свинца на полку между счётчиком и радиоактивным препаратом. Трижды произвести подсчёт частиц N_d, зарегистрированных счётчиком в течение минуты, прошедших через исследуемое вещество. Эту часть работы проделать также с пластинками из дерева и резины, занося результаты в таблицу 3;

Таблица 3.

Номер опыта	N0	металл		дерево		резина
		Nd	d	Nd	d	Nd	d
1.
2.
3.
среднее

- измерить штангенциркулем толщину d исследуемых пластинок не менее чем в трёх местах и занести данные в таблицу 3;

- рассчитать средние значения N₀, N_d , d;

- рассчитать для каждого материала линейный коэффициент ослабления

и занести в таблицу 4;

Таблица 4.

Вещество		d1/2
металл
дерево
резина

5

Гамма-излучение, имея электромагнитную природу, представляет собой поток фотонов с энергией 1-3 MэВ. Обозначается буквой  с индексом, указывающим энергию фотона в МэВ (например _2.0). Гамма-излучение сопровождает практически все виды распадов.

Радиоактивный распад является статистическим процессом, подчиняющимся законам вероятности. Невозможно указать заранее момент распада ядра каждого атома, но есть возможность установить величину вероятности распада одного из ядер в течение некоторого промежутка времени. Характеристикой этой вероятности является коэффициент , названный постоянной распада и зависящий только от природы элемента.

Основной закон радиоактивного распада утверждает - скорость распада ядер пропорциональна числу ядер в данный момент времени:

=-N (1)

Знак минус отражает постепенное уменьшение скорости распада. Разделив переменные в дифференциальном уравнении (1), представим его в виде:

=dt

Интегрирование этого уравнения дает следующий результат:

LnN=-t+lnC .

После преобразования получаем:

N=ce^-'t (2)

Если обозначить число ядер в начальный момент времени t=0 через N₀ (начальные условия), то можно получить, что С= N₀, тогда уравнение (2) перепишем в виде:

N=N₀e^-t (3)

6

Уравнение (3) называют основным уравнением радиоактивного распада. Зависимость числа ядер от времени имеет характер экспоненциальной зависимости (рис.1).

N₀ – начальное (исходное) число ядер

Рис.1

Важной характеристикой радионуклидов является период полураспада Т. Это время, в течение которого распадается половина исходного числа радиоактивных ядер (рис.1). Период полураспада связан с постоянной распада следующим соотношением:

(4)

Важнейшей характеристикой практически используемых радиоактивных препаратов является общее число распадов в единицу временя. Эта величина называется активностью А данного источника:

A= (5)

Таким образом, активность радиоактивного препарата пропорциональна числу ядер (массе изотопа) и обратно пропорциональна периоду полураспада. В системе СИ активность измеряется в беккерелях (Бк),

[А]=Бк=1/с

Со временем активность данного препарата уменьшается в соответст-вии с основным уравнением радиоактивного распада:

• А=А_ое^-t (6)

11

• КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ повторное включение без обнаружения и устранения причин неисправности.

5. После окончания работы выключить питающее напряжение, демонтировать схему, сдать выдаваемые принадлежности и рабочее место.

ЗАДАНИЕ ПО РАБ0ТЕ

1. Определить величину радиоактивного фона.

2. Определить линейный коэффициент ослабления и слой половинного ослабления для различных веществ.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Определение величины радиоактивного фона:

- включить радиометр, предварительно подключив его к сети переменного тока, и выждать 2-3 минуты для прогрева электронных ламп; нажать кнопку "СБРОС" для установки показаний на ноль;

- найти радиоактивный препарат и отвести его на максимальное расстояние от счетчика.

- нажав кнопку "ПУСК", в течение 1 минуты произвести подсчёт регистрируемых счетчиком Гейгера-Мюллера частиц (радиоактивный препарат должен при этом находиться на расстоянии не менее 0,5 м от радиометра); прекращение подсчёта производится нажатием кнопки "СТОП";

- произвести ещё четыре аналогичных измерения, записав данные в таблицу 2.

• Таблица 2.

Номер опыта	1	2	3	4	5
Nф

- рассчитать среднее значение радиоактивного фона.

2. Определение линейного коэффициента ослабления  и слоя половинного ослабления d_1/2:

10

Рис.2

Попадая в трубку,  и  -частицы производят в ней первичную ионизацию газа, а  -фотоны поглощаются преимущественно стенками трубки, где и производят ионизацию. Выбиваемые при этом электроны частично попадают внутрь трубки и также производят в ней ионизацию газа. Под действием электрического поля возникает кратковременное движение ионов, т.е. импульс электрического тока, который регистрируется прибором, производящим одновременно подсчёт этих импульсов.