1 Биофизика. Учебник для студентов фармацевтических и медицинских Вузов; Рыбари; 2004 г.

Интернет - Электронная библиотека (можно скачать бесплатно):

1 - Медицинская биофизика В книге рассмотрены основные вопросы медицинской биофизики в соответствии с учебной программой с изучением системы физических и физико-химических процессов, лежащих в основе жизни. В учебнике пять разделов: транспорт веществ через биологические мембраны (биомембранология), биоэнергетика, биологическая электродинамика, биомеханика, информация и регулирование в биологических системах. В каждом из разделов приводятся примеры нарушения основных биофизических процессов при патологии. В Приложении приводятся справочные таблицы физических констант и единиц перевода в СИ. Издание соответствует государственным образовательным стандартам учебных дисциплин «Медицинская биофизика» направления бакалаврской подготовки «Техническая физика», специальностям «Биоинженерная физика» и «Медицинская биофизика». Учебник предназначен для студентов технических университетов и в качестве дополнительной литературы для студентов медицинских вузов. Автор книги:  Самойлов В. О. Название книги:  Медицинская биофизика Издательство:  СПб.: СпецЛит, 2004 ISBN:  5-299-00277-7 http://www.sma.kz/about/structure/lib2/lib/

2 - Биофизика Рубин А.Б. 1999. http://www.library.biophys.msu.ru/rubin/

Вопросы для самоподготовки

- по базисным знаниям:

• понятие ионизирующего излучения,

• графическое изображение электромагнитных полей

• характеристики рентгеновского излучения

• характеристики гамма – излучения

- по данной теме:

• взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

• механизмы поглощения ионизирующего излучения

• особенность корпускулярного излучения

• с чем связан электронный β – распад

• с чем связан позитронный β – распад

• особенность α – распада

• закон радиоактивного распада, графическая иллюстрация радиоактивного распада

• понятие активности распада атомов

• дозы ионизирующего излучения, их взаимосвязь.

Краткая теория

Электромагнитное ионизирующее излучение

Ионизирующее излучение – это излучение, при воздействии которого на вещество происходит возбуждение и ионизация атомов. Возбуждение атомов происходит уже при поглощении видимого и ультрафиолетового света веществом, когда возможен переход электрона (одного или нескольких) на более удаленные от ядра энергетические уровни. При обратном переходе электронов на невозбужденные уровни происходит излучение квантов видимого света (люминесценция).

В том случае, когда энергия кванта излучения (Е=hν) превышает работу выхода электрона из атома или молекулы (Аu), то при поглощении излучения веществом из атома или молекулы выходит электрон, что приводит к образованию положительного иона. Свободный электрон может быть подсоединен к нейтральному атому или молекуле, в результате чего образуется отрицательный ион.

Если энергия кванта излучения, поглощаемого веществом, значительно превышает работу выхода электрона из атома или молекулы (Е > > Аu), то выходящий из атома или молекулы электрон может обладать достаточной кинетической энергией, чтобы выйти за приделы вещества. В дальнейшем он может самостоятельно ионизировать встречающиеся на пути атомы или молекулы, образуя лавину электронов.

Таким образом, электромагнитное излучение может быть отнесено к ионизирующему, если энергия кванта излучения Е превышает работу выхода электрона из атома (или молекулы), то есть Е > Аu. На шкале электромагнитных волн этому требованию отвечает рентгеновское излучение и гамма-излучение.

В радиационной биологии и радиационной физике единицей энергии излучения служит обычно электронвольт (эВ) - внесистемная единица измерения энергии, широко используемая также в атомной и квантовой физике. 1эВ= 1,6∙10^-19 Дж

К ионизирующим излучениям относятся рентгеновские лучи и γ – излучение. Они занимают крайнее место в спектре электромагнитных волн, вслед за ультрафиолетовыми лучами.

Гамма – излучение.

Гамма – излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение (λ < 0,1 нм), которое испускается возбужденными атомами ядрами в процессе радиоактивных превращений и ядерных реакций. Ядро, так же как и атом, является квантово - механической системой с дискретным набором энергетических уровней. Гамма-квант с энергией hν₁ излучается при переходе ядра с возбужденного уровня Е₂ на более устойчивый энергетический уровень Е₁:

Е₂ – Е₁ = hν₁

При радиоактивном распаде ядер обычно излучается γ – лучи с энергией от 10 кэВ до 5МэВ, а при ядерных реакциях – до 20 МэВ.

1.Когерентное рассеяние. Возникает при взаимодействии фотонов с электронами внутренних оболочек атомов, когда энергия фотона (hν₁) недостаточна для отрыва электронов (hν₁< Au). Характеризуется изменение направления распространения света, но энергия (а, следовательно, и его частота и длина волны) остаются неизмененными.

2.Фотоэлектрический эффект. Если энергия фотона (Е = hν₁) превышает энергию ионизации атома (Аu), то при взаимодействии атома с фотоном. последний поглощается веществом и из атома вылетает электрон. Возникающий эффект носит название фотоэлектрического и сопровождается ионизацией атома. Если hν₁ > >Аu , то электрон приобретает кинетическую энергию W_e, равную W_e = hν₁ – Аu.

Если эта энергия значительна (т.е. W_e > >50эВ), то электрон е способен ионизировать другие атомы. Этот эффект носит название вторичной ионизации.

3.Эффект Комптона. Этот эффект состоит в том, что энергия падающего кванта излучении я (hν₁) распределяется между выбиваемыми из атома электроном е (кинетическая энергия – W_e) и вторичным квантом рассеянного излучения (hν₂). Рассеянное излучение происходит с увеличением длины волны и называется некогерентным. Справедливо следующее равенство энергий:

hν₁= W_e + Аu+ hν₂ При этом выбитый из электрон производит вторичную ионизацию вещества, а рассеянный квант излучения вступает во взаимодействие с веществом в ходе эффекта Комптона или фотоэффекта. Поглощение ионизирующего излучения путем эффекта Комптона характерно для веществ, облучаемых с энергией от сотен кэВ до нескольких МэВ.

4. Образование электронно - позитронных пар. При энергиях больше 1,022 МэВ рентгеновские или γ – лучи вызывают появление в облучаемой среде пары – электрон и позитрон (е^- ,е⁺), имеющий одинаковую массу, энергию и противоположные заряды. Образовавшиеся частицы вызывают ионизацию или возбуждение атомов поглощающих веществ. Позитрон, соединяясь с электроном, приводит к возникновению аннигиляционного γ – излучения, которое поглощается в результате комптоновского эффекта или фотоэлектрического поглощения.

Лабораторная работа:

Лабораторная работа заключается в определении квантов излучения

регистрируемых радиометром, при использовании пластин из Pb, Fe, Al между источником излучения и радиометром. Это дает возможность определить слой половинного ослабления и линейный коэффициент поглощения металлов свинца, железа и алюминия. Цель работы: Выявить зависимость поглощающей способности металлов от их порядкового номера в таблице Менделеева.

Для этого необходимо: 1. определить толщину слоя половинного ослабления для металлов Pb, Fe, Al. 2. рассчитать линейный коэффициент ослабления для каждого из металлов. Приборы и оборудование: 1. *Источник радиоактивного излучения (кобальтовая пушка). 2. Радиометр.

3. Пластины металла толщиной 6 мм из Pb, Fe и Al. 4. Пересчетное устройство. *Источники ионизирующего излучения являются потенциально опасными для здоровья человека, поэтому в работе используется компьютерное моделирование эксперимента. Ход работы: 1. После запуска программы на компьютере необходимо перейти в режим выполнения работы. 2. Изучите элементы управления программой. 3. Запишите в таблицу №2 методических указаний вариант задания и энергию кванта излучения. 4. Выполните измерение натурального фона N_ф. (задвижка кобальтовой пушки должна быть закрыта! (клавиша F9). Запустите с помощью клавиши <<Enter>> пересчетное устройство. 5. Откройте задвижку кобальтовой пушки (клавишей F9) и выполните измерение излучения N₀ в отсутствии поглощающих пластин, аналогично запустив с помощью клавиши <<Enter>> пересчетное устройство. 6. Выполните измерения числа импульсов N_d, изменяя количество поглощающих пластин металлов Pb, Fe, Al, наложением пластин на счетчик Гейгера-Мюллера. Наложение пластин осуществляется клавишей “Insert”, а снятие – “Delete”. Последовательный переход от одного металла к другому металлу осуществляется клавишей <<F₃>> (только после полной программы измерений предыдущего металла). 7. По результатам измерений постройте графики зависимости числа импульсов от толщины слоя для разных металлов N_d = f (d).

8. Определите из графиков толщину слоя половинного ослабления и линейные коэффициенты поглощения для Pb, Fe, Al. 9. Сделайте выводы по результатам исследований.

Табл. N1

Вариант N _______
Мощность источника МэВ
Фоновое излучение Nф
Толщина слоя d (мм)	МЕТАЛЛ
	Pb			Fe				Al
	Nd	Nd-Nф		Nd		Nd-Nф		Nd	Nd-Nф
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60

Графики

Выводы––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Контрольные вопросы преподавателя:

1. Определение энергии кванта излучения.

2. Определение длины волны λ по частоте излучения ν

3. Определение кинетической энергии электронов для фотоэффекта и эффекта Комптона.

4. Что представляет собой образование пары электрон-позитрон?

5. Вывести формулу для слоя половинного ослабления.

6. Дать определение массового коэффициента ослабления излучения.

Работа студента_______________________________________

N группы ______________________________________________

Факультет_____________________________________________

Дата___________________________________________________

Зачтено________________________________________________