Задание для студентов на практическое занятие №9

«Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение»

Цель занятия: Закрепить знания полученные на лекции по теме «Рентгеновское излучение». Использовать эти знания для решения задач по данной теме.

Вопросы теории ( исходный уровень)

Природа тормозного и характеристического рентгеновского излучения, их характеристики и свойства. Виды взаимодействия рентгеновского излучения с веществом. Основы рентгеновской компьютерной томографии.

Устройство рентгеновской лампы, спектр тормозного излучения и его регулировка. Характеристическое излучение, Закон Мозли. Закон ослабления рентгеновского излучения веществом, слой половинного ослабления. Линейный и массовый показатели ослабления, их зависимость от жёсткости излучения и свойств вещества. Использование рентгеновского излучения в диагностике и лучевой терапии. Методы защиты от рентгеновского излучения. (лекция №17)

Содержание занятия:

1.Ответить на вопросы.

2.Решить задачи.

Задачи по теме для ответов у доски и самостоятельного решения.

1. Почему тормозное рентгеновское излучение имеет сплошной спектр?

2. Почему спектр тормозного рентгеновского излучения имеет резкую границу со стороны корот­ких длин волн?

3. Почему увеличение напряжения, приклады­ваемого к рентгеновской трубке, приводит к умень­шению граничной длины волны спектра тормозного рентгеновского излучения?

4. В сплошном спектре тормозною рентгенов­ского излучения характеристические линии К-серии для вольфрама появляются только при напряжении на аноде примерно равном 70 кВ Чем это обуслов­лено?

5. Определить скорость электронов, падающих на антикатод рентгеновской трубки, если минимальная длина волны в сплошном спектре рентгеновских лучей 0,01 нм.

6. Энергия фотонов, соответствующих гранич­ной длине волны спектра тормозного рентгеновского излучения, 0,25 МэВ. Определить напряжение, при­ложенное к аноду трубки, и длину волны, на кото­рую приходится максимум интенсивности в рентге­новском спектре.

7. Какое излучение будет более жестким: рент­геновское, возникающее при напряжении 150 кВ, или -излучение туллия (.Еу = 0,074 МэВ)?

8. Определить минимальную длину волны в спектре излучения, возникающего в результате торможения на мишени электронов, ускоренных в ка­мере бетатрона до энергии 60 МэВ..

9. Электроны в катодном луче телевизионной трубки, достигнув экрана, внезапно останавливают­ся. Возникает ли при этом опасность поражения рентгеновскими лучами при просмотре телевизион­ных передач? Напряжение, подаваемое на трубку, считать равным 16 кВ.

10. Мощность тормозного рентгеновского излу­чения можно приближенно рассчитать по формуле: Р≈ IU2Z,10^-6 где I— ток в миллиамперах; U — напряжение в киловольтах; Z — атомный номер веще­ства анода. Определить коэффициент полезного действия рентгеновской трубки при напряжении 100кВ, если ее анод изготовлен из вольфрама.

11. Найдите границу тормозного рентгеновского излучения (частоту и длину волны) для напряжений U₁ = 2 кВ и U₂= 20 кВ. Во сколько раз энергия фотонов этих излучений больше энергии фотона, соответствующего λ = 760нм (красный цвет)?

12. В каком случае произойдет большее увеличение потока рентгеновского излучения: при увеличении вдвое силы тока, но сохранении напряжения или, наоборот, при увеличении вдвое напряжения, но сохранении силы тока? Как можно увеличить силу тока, не изменяя напряжения в рентгеновской трубке? Проанализируйте процессы, которые происхо­дят при изменении силы тока, при изменении напряжения.

13. Найдите поток рентгеновского излучения при U=10кВ, I = 1 мА. Анод изготовлен из вольфрама. Скольким фотонам в секунду соответствует этот поток, если допустить, что излучается электромагнитная волна, длина которой равна 3/2 oт длины волны, соответствующей границе спектра тор­мозного рентгеновского излучения.

14. Считая, что поглощение рентгеновского излучения не зави­сит от того, в каком соединении атом представлен в вещест­ве, определите, во сколько раз массовый коэффициент ос­лабления кости (Ca(РO4 )2) больше массового коэффициента ослабления воды.

15. Для рентгенодиагностики мягких тканей применяют контрастные вещества. Например, желудок и кишечник заполня­ют кашеобразной массой сульфата бария BaSO4. Сравните массовые коэффициенты ослабления сульфата бария и мягких тканей (воды).

16. Почему при глубинных облучениях орга­низма на пути рентгеновских лучей ставят фильтры?

17. Одинаково ли будет ослаблено по всему диапазону длин волн неоднородное (немонохрома­тическое) рентгеновское излучение, прошедшее че­рез металлическую пластинку?

18. Вычислить толщину слоя половинного ослабления параллельного пучка γ-лучей для воды, если линейный коэффициент ослабления равен 0,047 см^-1.

19. Бетонная плита толщиной 20 см уменьшает интенсивность узкого пучка γ-лучей кобальта (27Со60) в 16,5 раза. Определить линейный коэффициент ослабления и толщину слоя половинного ослабления для бетона.

20. Передняя стенка сейфа типа ССП, предназначенного для хранения γ-активных веществ, име­ет толщину защитной свинцовой плиты 50 мм. Опре­делить, во сколько раз ослабляется γ –излучение с энергией фотонов 1,8 Мэв после прохождения этой свинцовой плиты.

21. На пути γ-лучей ставятся поочередно два свинцовых фильтра толщиной 3 и 5 см, интенсивности γ-лучей после фильтров соответственно относятся как 13:3,6. Определить коэффициент поглощения свинца и энергию γ-излучения.

22. Определить, сколько необходимо взять сло­ев половинного ослабления, чтобы интенсивность рентгеновского излучения уменьшилась в 100 раз.

23. Для защиты от γ-лучей с энергией фотонов 2,4 Мэв использовался свинцовый экран толщи­ной 5 см. Какова должна быть толщина алюминие­вого экрана, обеспечивающего ту же эффективность защиты?