Вопросы для самоподготовки.
-
Рентгеновское излучение.
1)Природа рентгеновского излучения и способы его получения.
2)Принцип работы рентгеновского аппарата.
3)Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение.
4)Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом.
5)Физические основы использования рентгеновского излучения в медицине.
-
Радиоактивность.
1)Явление радиоактивности, виды радиоактивности.
2)Основной закон радиоактивного распада. Активность.
3)Основные типы радиоактивного распада и простейшие ядерные ракции.
4)Количественные характеристики взаимодействия ионизирующего излучения с веществом.
5)Биофизические основы действия ионизирующего излучения на организм.
6)Использование радионуклидов и нейтронов в медицине.
-
Дозиметрия.
1)Дозиметрия ионизирующего излучения.
2)Детекторы ионизирующего излучения.
3)Доза излучения (поглощенная доза излучения). Экспозиционная доза. Мощность дозы.
4)Соотношения между различными дозами.
5)Количественная оценка биологического действия ионизирующего излучения. Эквивалентная доза.
6)Дозиметрические приборы.
7)Способы защиты от ионизирующего излучения.
Мотивация цели.
Ионизирующие излучения широко используются в медицине для диагностики и лечения. В определенных случаях они представляют большую опасность для здоровья человека. Поэтому медицинские работники должны хорошо знать физические основы этого явления, физические характеристики и методы их измерения.
Цель занятия: ознакомление с различными видами ионизирующих излучений; изучение их воздействия на организм человека; выявление областей применения в медицине, а также методов получения и измерения параметров рентгеновского и других видов излучения.
Основные понятия.
Рентгеновское излучение – электромагнитные волны с длиной волны от 80 нм до 10-5 нм, занимающие спектральную область между коротковолновым ультрафиолетовым излучением и длинноволновым γ – излучением.
Жесткое рентгеновское излучение – условное название рентгеновского излучения с длиной волны меньше 0,2 нм.
Мягкое рентгеновское излучение – условное название рентгеновского излучения с длиной волны больше 0,2 нм.
Рентгеновская трубка – электровакуумный прибор, служащий источником рентгеновского излучения, которое возникает при взаимодействии испускаемых катодов электронов с веществом анода (антикатода).
Тормозное рентгеновское излучение – излучение, возникающее при торможении электронов электростатическим полем атомных ядер вещества анода. Спектр тормозного рентгеновского излучения является сплошным (непрерывным).
Характеристическое рентгеновское излучение – излучение, которое возникает при переходе электронов с верхних уровней на свободные места, образующиеся при выбивании из внутренних электронных слоев атомов вещества анода первичными электронами, прошедшими достаточно большое ускоряющее напряжение на рентгеновской трубке. Характеристическое рентгеновское излучение имеет линейчатый спектр.
Закон Мозли – закон, устанавливающий зависимость частоты характеристического рентгеновского излучения от атомного номера испускающего элемента.
Когерентное рассеяние – рассеяние длинноволнового рентгеновского излучения без изменения длины волны и энергии фотона.
Некогерентное рассеяние (эффект Комптона) – рассеяние жестких рентгеновских лучей с изменением длины волны (вторичное излучение), возникающее, если энергия фотона рентгеновского излучения энергии ионизации, при этом появляются электроны отдачи.
Фотоэффект – поглощение атомом рентгеновского излучения, сопровождающееся вылетом электрона и ионизацией атома. Происходит, когда энергия фотона достаточна для совершения работы по отрыву электрона или ее превышает.
Рентгенолюминисценция – свечение ряда веществ при их рентгеновском облучении.
Рентгенодиагностика – просвечивание тела рентгеновским излучением с диагностической целью.
Рентгенограмма – зарегистрированное на фотопленке (фотопластинке) изображение объекта, возникающее в результате взаимодействия с ним рентгеновского излучения.
Рентгеноскопия – при просвечивании рентгеновскими лучами теневое изображение рассматривают на флуоресцирующем экране.
Рентгенография – получаемое при просвечивании рентгеновскими лучами изображение фиксируется на фотопленке (фотопластинке).
Флюорография – фотографирование рентгеновского изображения с большого экрана на чувствительную малоформатную пленку.
Рентгеновская компьютерная томография – послойное рентгеновское теневое изображение тела, расшифровка которого производится с помощью компьютера.
Рентгенотерапия – применение рентгеновского излучения для уничтожения злокачественных образований.
Радиоактивность – способность ядер, определенных элементов самопроизвольно (спонтанно) превращаться в ядра других элементов с испусканием различных видов ионизирующих излучений и элементарных частиц. Радиоактивный распад ядер является статистическим процессом.
Естественная радиоактивность происходит у встречающихся в природе радиоактивных ядер.
Искусственная радиоактивность встречается у радиоактивных ядер, полученных искусственным путем в результате различных ядерных реакций.
Изотопы – разновидности данного химического элемента, обладающие одинаковыми зарядами ядер Z, но различными массовыми числами (различным числом нейтронов и одинаковым числом протонов в ядре).
Нуклоны – общее название протонов и нейтронов, из которых состоят атомные ядра. Общее число нуклонов в ядре определяется его массовым числом A.
Ядерные силы – особые силы взаимного притяжения, связывающие нуклоны в ядре. Радиус действия ядерных сил 10-15 м.
Нейтрино – электрически нейтральная элементарная частица с огромной проникающей способностью, возникающая при внутриядерных превращениях протона в нейтрон.
Период полураспада – время, в течение которого распадается половина исходных радиоактивных ядер.
Постоянная распада – величина, пропорциональная вероятности распада одного радиоактивного ядра и зависящая только от природы вещества.
Активность радиоактивного вещества – число ядер радиоактивного вещества, распадающихся в единицу времени (скорость распада).
Основной закон
радиоактивного распада
– число не
распавшихся радиоактивных ядер убывает
со временем по экспоненциальному закону
(
).
Альфа-распад
–
самопроизвольное превращение ядра с
испусканием
-частицы
(ядра гелия).
Бета-распад – самопроизвольное превращение ядра с испусканием электронов (или позитронов).
Электронный, или е-захват – захват ядром одного из внутренних электронов атома, в результате чего протон ядра превращается в нейтрон и испускается нейтрино.
Гамма-излучение – ионизирующее излучение, имеющее электромагнитную природу (электромагнитная волна), и представляет собой поток фотонов с высокой энергией и длиной волны от 0,1 нм и меньше.
Ионизация – процесс образования положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул.
Детекторы – приборы и устройства, регистрирующие различные виды ионизирующего излучения.
Дозиметрия – область прикладной ядерной физики и измерительной техники, в которой изучаются физические величины, характеризующие действие ионизирующих излучений на различные объекты.
Поглощенная доза излучения – количественная оценка энергии, полученной облученным веществом, равная отношению энергии, переданной элементу вещества, к массе этого элемента.
Экспозиционная доза – отношение суммарного заряда всех ионов одного знака, образующихся в сухом воздухе под действием рентгеновского или гамма-излучения, к массе воздуха в данном объеме.
Коэффициент качества излучения – безразмерная величина, показывающая во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения больше, чем рентгеновского или гамма-излучения при одинаковой поглощенной дозе. Коэффициент качества называют также относительной биологической эффективностью (ОБЭ).
Эквивалентная доза излучения – произведение коэффициента качества на величину поглощенной дозы.
Мощность дозы – отношение величины дозы к промежутку времени, в течение которого излучение действовало.
Предельно допустимая доза излучения (ПДД) – наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы ионизирующего излучения за год, которое при равномерном воздействии в течение всей жизни не вызывает каких-либо болезненных изменений организма, обнаруживаемых современными методами.
Дозиметры – устройства для измерения доз ионизирующих излучений и их мощностей.
Рентгенометр – прибор для измерения экспозиционных доз рентгеновского и гамма-излучений.
Радиометр – прибор для измерения активности или концентрации радиоактивных изотопов.
Космические лучи – исток ядер атомов, элементарных частиц и фотонов высоких энергий, приходящих на Землю со всех направлений космического пространства.