- •1.3 Биофизика слуха. Звук. Ультразвук.
- •1.4. Элементы биофизики кровообращения
- •1.5. Электрические свойства тканей и органов
- •1.6. Электрокардиография. Реография
- •1.7. Основы электротерапии Физические основы электротерапии
- •1.9. Тепловое излучение и его характеристики
- •2.0. Рентгеновское излучение
- •2.1. Элементы радиационной физики. Основы дозиметрии
2.1. Элементы радиационной физики. Основы дозиметрии
Ядерная физика занимается изучением атомных ядер. Ядра состоят из протонов и нейтронов, называемыхнуклонами.
Размер (диаметр) атома da ~ , размер ядра dя ~ .
Символика обозначения ядра: , где
Z – число протонов в ядре (порядковый номер элемента в таблице Менделеева);
A – массовое число (количество нуклонов в ядре): A=Z+N ;
N – количество нейтронов в ядре: N=A – Z . .
Изотопы – ядра с одинаковым количеством протонов (Z) и различным количеством нейтронов (N).
Массы ядер принято измерять в атомных единицах массы (а.е.м.), выбранных таким образом, что масса изотопа углерода в точности равна 12.000 а.е.м.
протон q = 1,6.10-19 Кл mp = 1,007 а.е.м.
нейтрон q =0 Кл mn = 1,008 а.е.м.
Энергия связи ядра – энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на нуклоны:
Энергия связи ядра измеряется в МэВ (мегаэлектронвольтах):
1 МэВ = 106 эВ = 106 .1,6 . 10 – 19 Дж = 1,6 . 10 – 13 Дж.
Дефект массы ():
Радиоактивность – способность некоторых ядер самопроизвольно распадаться с испусканием других ядер и элементарных частиц.
Основные типы радиоактивности
1. -распад – распад ядер, который сопровождается испусканием -частиц (ядер атома гелия):
Пример: .
2. - распад – самопроизвольное превращение протонов и нейтронов внутри ядра.
a) электронный ():
(антинейтрино)
Пример: .
б) позитронный ():
(нейтрино)
Пример: .
в) е – захват – захват электрона с ближайшей орбиты:
.
Пример: .
3. -излучение – это фотон очень высокой энергии (коротковолновое электромагнитное излучение с длинной волны м).
-квант энергии возникает при переходе ядра из возбужденного состояния (энергия Е2) в невозбужденное (энергия Е1):
.
Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность
Закон радиоактивного распада выражает зависимость нераспавшихся ядер от времени:
N – количество нераспавшихся ядер в
момент времени t;
N0 – количество ядер в начальный момент времени;
–постоянная радиоактивного распада Рис. 47. График закона радиоактивного распада
Период полураспада (Т) – время, в течении которого распадается половина ядер радиоактивного образца.
Если t = Т, то .
Активность (А) – скорость радиоактивного распада (количество распадов за единицу времени).
А=.
Единицы измерения: СИ [А] = Бк (беккерель);
внесистемная [А] = Ки (кюри). 1 Ки = 3,7 . 1010 Бк.
Взаимодействие радиоактивных излучений с веществом
Взаимодействие радиоактивного излучения с веществом характеризуется ионизирующей и проникающей способностью.
Ионизирующая способность – способность радиоактивного излучения образовывать пары ионов при прохождении в веществе.
Характеристика ионизирующей способности: линейная плотность ионизации ():
, ;
–число пар ионов одного знака, образованных ионизирующей частицей на элементарном пути .
Проникающая способность:
для и- излучений – это расстояние, которое проходит частица в веществе до того момента, когда ее энергия станет равной средней энергии теплового движения частиц вещества;
для - излучения– это расстояние, после прохождения которого поток -излучения уменьшается в определенное число раз (е, 10 раз).
Характеристики проникающей способности:
а) средний линейный пробег () – среднее расстояние, которое проходит ионизирующая частица в веществе до полной остановки:
[L] = м;
б) линейная тормозная способность(S):
, [S] = ,
dE – энергия, теряемая заряженной ионизирующей частицей при прохождении элементарного пути в веществе.
Пример: длина пробега до остановки
в биологической ткане:
–до 0,1 мм; – до 6 см;– проходит через тело человека;
в воздухе:
–от 3 до 9 см; – до 40 м;– приблизительно 200 м.
Чем больше заряд и масса частицы, тем выше ее ионизирующая и меньше проникающая способность. Эти величины зависят от плотности облучаемого вещества.
Основные эффекты действия радиоактивного излучения на вещество:
Упругое рассеяние (изменение направления излучения).
Возбуждение атомов.
Фотоэффект, который приводит к ионизации атомов.
Ядерные реакции (ведут к изменению проводимости, образованию ядерных осколков, дочерних ядер).
Выделение тепла.
Самое опасное – ионизация атомов, так как нарушается структура молекул.
Защита от действия ионизирующего излучения
Различают три вида защиты: защита временем, расстоянием и материалом.
Чем больше время и чем меньше расстояние, тем больше экспозиционная доза.
Защита материалом основывается на различной способности веществ поглощать разные виды ионизирующего излучения. Например: от -излучения защитой может служить лист бумаги, одежда; от-излучения – алюминий 1-2 мм; свинец 13 мм уменьшает- излучение в 2 раза.
и -излучения внутрь организма человека попадают при дыхании и приеме пищи, при загрязнении кожи, через открытые раны.
Дозиметрия радиоактивных излучений
I. Поглощенная доза:
–энергия радиоактивного излучения, поглощенная массой вещества.
Единицы измерения
в СИ: =; 1 рад = 0,01 Гр
внесистемная: = рад.
II. Экспозиционная доза:
–заряд ионов одного знака в массе вещества в результате воздействия радиационного излучения.
Единицы измерения
в СИ: ; 1 Р = 2,6
внесистемная: =Р (рентген).
III. Биологическая доза (эквивалентная) доза:
–поглощенная доза;
k – коэффициент качества, который зависит от вида радиоактивности:
для - излучения, рентгеновского излученияk = 1;
для потока нейтронов ()k=3;
для-излученияk = 20.
Единицы измерения
в СИ: (Зиверт)
внесистемная: 1 бэр = 0,01 Зв.
Важна не только доза облучения, но и время, в течении которого объект подвергается облучению.
Для оценки скорости накопления дозы используют мощности доз:
, .
, .
, .