Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение (семинар)
Вопросы к занятию:
1.
Природа рентгеновского излучения. Диапазон длин волн рентгеновского излучения.
2.
Рентгеновская трубка. Получение тормозного рентгеновского излучения.
3.
Поток рентгеновского излучения, спектральная плотность потока. Коротковолновая граница тормозного рентгеновского излучения.
4.
Спектры тормозного рентгеновского излучения при различных напряжениях на рентгеновской трубке.
Сравните спектры теплового излучения и тормозного рентгеновского излучения. В чем их сходство и различия?
5.
Интенсивность и жесткость тормозного рентгеновского излучения, их регулировка в рентгеновских аппаратах. Понятия интенсивности и жёсткости рентгеновского излучения.
6.
Внутренняя ионизация (эффект Оже). Характеристическое рентгеновское излучение. Механизм его возникновения. Спектр характеристического рентгеновского излучения. Спектральные серии. Закон Мозли.
В чем различия между оптическими атомными спектрами и спектрами характеристического рентгеновского излучения?
7.
Первичные механизмы взаимодействия рентгеновского излучения с веществом (когерентное рассеяние, фотоэффект, некогерентное рассеяние (комптон-эффект). Почему жесткое рентгеновское излучение
(которое в меньшей степени поглощается веществом) более вредно по биологическому действию, чем мягкое?
8.
Закон ослабления потока рентгеновского излучения веществом. Показатель ослабления рентгеновских лучей. Линейный и массовый показатели ослабления.
9.
Зависимость показателя поглощения рентгеновских лучей от свойств материала и длины волны рентгеновского излучения.
10. Слой половинного ослабления. Его связь с линейным показателем ослабления. Методы защиты от рентгеновского излучения.
11. Физические основы рентгенодиагностики. Понятие о специальных методах рентгенодиагностики
(применение контрастных веществ, флюорография, использование телевизионных систем).
12. Принцип рентгеновской компьютерной томографии.
Решить задачи:
1.
Какое излучение жестче: наиболее коротковолновое из спектра рентгеновского излучения, возникающего при напряжении 150 кВ на трубке, или гамма-излучение с энергией кванта 0,074 МэВ?
Найдите минимальную длину волны, возникающего тормозного рентгеновского излучения, если напряжение на трубке цветного телевизора 20 кВ.
2.
Во сколько раз максимальная энергия кванта рентгеновского тормозного излучения, возникающего при напряжении на трубке 80 кВ, больше энергии фотона, соответствующего зеленому свету с длиной волны
500 нм?
3.
Определите минимальную длину волны в спектре излучения, возникающего в результате торможения на мишени электронов, ускоренных в бетатроне до энергии 60 МэВ.
4.
Линии К-серии спектра характеристического излучения для вольфрама начинают проявляться с возникновением напряжения на трубке, примерно равного 70 кВ, а при меньших напряжениях они не появляются. С чем это связано?
5.
Слой половинного ослабления монохроматического рентгеновского излучения в некотором веществе
10 мм. Определите показатель ослабления этого излучения в данном веществе.
6.
Определить скорость электронов, падающих на антикатод рентгеновской трубки, если минимальная длина волны в сплошном спектре рентгеновских лучей 0,01 нм.
7.
Какое излучение будет более жёстким: рентгеновское, возникающее при напряжении 150 кВ, или γ–
излучение тулия (Е
γ
=0,074 МэВ).
8.
Электроны в катодном луче телевизионной трубки, достигнув экрана, внезапно останавливаются.
Оцените возможную опасность поражения рентгеновскими лучами при просмотре телевизионных передач?
Напряжение, подаваемое на трубку, считать равным 16 кВ.
Литература:
1. В.Г. Лещенко, Г.К. Ильич «Медицинская и биологическая физика». Мн., 2012., с. 358-369 2. В.Г. Лещенко «Медицинская и биологическая физика». Практикум.Стр.310-315.
3. Конспект лекций.

Радиоактивность (семинар)
Вопросы к занятию:
1.
Строение ядер атомов. Ядерные силы и их свойства. От чего зависит устойчивость ядер?
2.
Естественная и искусственная радиоактивность. Ядерные реакции. Методы получения радионуклидов.
Бомбардировка ядер атомов другими ядрами и заряженными частицами. Нейтронная активация. Почему нейтронная активация идет эффективнее на медленных нейтронах?
3.
Радиоактивный распад. Виды радиоактивного распада. Правила смещения. Энергетические спектры гамма-излучения как источник информации о радионуклидном составе образца.
4.
Примеры распада радионуклидов, определяющих основной характер радиоактивного заражения после аварии на ЧАЭС.
5.
Основной закон радиоактивного распада, его вывод, смысл, входящих в него величин, его графическое отображение. Постоянная радиоактивного распада, период полураспада, средняя продолжительность жизни нуклидов и связь между ними.
6.
Активность. Единицы измерения активности. Связь между системными и внесистемными единицами активности. Удельная объёмная, массовая и поверхностная активности, единицы их измерения.
7.
Связь между активностью и массой радионуклидов.
8.
Основные параметры, характеризующие взаимодействие ионизирующего излучения с веществом
(линейная плотность ионизации, линейная передача энергии, средний линейный пробег).
9.
Особенности взаимодействия с веществом нейтронов, альфа- и бета-частиц и гамма-излучений.
Принципы защиты от ионизирующих излучений.
10. Радионуклидные методы диагностики. Гамма-хронография и гамма-топография.
11. Физические принципы лучевой терапии.
Решить задачи:
1.
Определить радионуклид, который образуется в результате захвата нейтронов ядрами
U
238 92
и двух последующих 
–
- распадов. Какова схема дальнейшего распада образовавшегося нуклида?
2.
Записать реакцию распада
I
131 53
. Почему загрязнение среды этим радионуклидом и его наличие в организме наиболее просто обнаружить? В чем сущность йодной профилактики?
3.
Записать реакции распада
Cs
137 55
и
Sr
90 38
. В чем состоят различия в накоплении этих радионуклидов в тканях организма? Наличие какого из них обнаруживается проще? Почему?
4.
Постоянная радиоактивного распада нуклида 1,6110
-6
с
-1
. Найти его период полураспада и среднюю продолжительность жизни.
5.
Определить постоянную радиоактивного распада радионуклида, если известно, что за 1 час его активность уменьшилась на 15%. Найти период полураспада.
6.
В 1 см
3
морской воды находится 10
-15
г
Ra
226 88
; период его полураспада 1622 года. Какое количество воды будет иметь активность в 1мКи?
7.
Радиоактивный углерод
C
14 6
(период полураспада 5569 лет), находящийся в теле человека обладает активностью 2500 Бк. Определить его количество в граммах.
8.
Допустимый уровень загрязнения рабочих помещений для бета-активных радионуклидов (кроме
Sr
90 38
) 2000 частиц/(см
2
мин); для
Sr
90 38
– в 5 раз меньше. Допустим ли уровень загрязнения поверхности с бета-активностью
50 Ки/км
2
, если это загрязнение обусловлено только
Cs
137 55
; если –
Cs
137 55
и
Sr
90 38
?
9.
При перевозках грузов в пределах санитарно-защитной зоны допустимое загрязнение поверхности контейнеров альфа-активными нуклидами не должно превышать 10 частиц/(см
2
мин). Найти допустимую активность поверхности контейнера в Ки/м
2 10. Найти число альфа-частиц, испускаемых за одну секунду
Ra
226 88
, количество которого 1 г.
11. Удельная активность раствора
131
I на 10 мая составляла 10 МБк/мл. Сколько миллилитров раствора надо было дать больному 18 мая, чтобы активность введенного объема раствора составила 500 кБк? Для йода –131 период полураспада Т
1/2
=8,05 суток.
12. Сформулируйте и обоснуйте основные требования к радиофармпрепаратам.
13. Определить активность содержащегося в организме радия, если известно, что активность выделений
(по радию) равна 600 расп/мин. Считать, что за сутки из организма выводится 0,01% содержащегося в нем радия.
14. Какой вид излучения следует выбрать для облучения небольшой опухоли, располагающейся на глубине 3 см – пучок электронов высокой энергии или гамма-излучение
60
Со? Почему?
Литература:
1. В.Г. Лещенко, Г.К. Ильич «Медицинская и биологическая физика». Мн., 2012., с. 358-369 2.В.Г. Лещенко «Медицинская и биологическая физика». Практикум.Стр.316-321.

Д
озиметрия (семинар)
Вопросы к занятию:
1.
Экспозиционная и поглощенная доза, мощность дозы. Единицы их измерения.
2.
Относительная биологическая эффективность излучения (ОБЭ). Коэффициент качества излучения.
Эквивалентная доза и ее мощность. Единицы измерения.
3.
Эффективная эквивалентная доза. Коэффициент радиационного риска (взвешивающий фактор).
4.
Коллективная доза.
5.
Естественный радиационный фон и фоновое облучение человека.
6.
Методы регистрации ионизирующих излучений. Детекторы ионизирующих излучений. Особенности детектирования альфа-, бета- и гамма-излучений.
7.
Принципы устройства дозиметрических приборов (дозиметров и радиометров). Измерение мощности экспозиционной дозы внешнего облучения дозиметрами. Определение удельной массовой активности продуктов питания радиометрами.
8.
Связь между активностью и эквивалентной дозой внутреннего облучения.
9.
Расчет эквивалентной дозы внутреннего облучения при кратковременном поступлении радионуклидов в организм.
Решить задачи:
1. Однородным объектом массой 60 кг в течение 6 часов был поглощен 1 Дж энергии. Определите поглощенную дозу и ее мощность.
2. В 10 г ткани поглощается 10 9
альфа-частиц с энергией около 5 МэВ. Определите поглощенную и эквивалентную дозы.
3. Средняя мощность экспозиционной дозы облучения в рентгеновском кабинете 6,4510
-12
А/кг. Врач находится в течение 5 часов в этом кабинете. Какова доза его облучения за 6 рабочих дней?
4. Оцените, насколько повышается температура тела человека при получении им дозы в 400 рад при облучении всего тела гамма-излучением
5. Найти поглощенную организмом дозу излучения при полном бета-распаде в нем радионуклида
32
Р
(период полураспада 14 суток) активностью 0,3 мКи. Средняя энергия бета-распада 0,69 МэВ. Масса человека равна 70 кг. Считать, что радионуклид из организма не выводится.
6. После поступления в организм радиоактивного йода эквивалентная доза его в щитовидной железе составила 8 мЗв. Определите эффективную эквивалентную дозу. Коэффициент радиационного риска для щитовидной железы w = 0,03.
7. Составьте и решите дифференциальное уравнение, описывающее изменение активности радионуклидов в организме при их однократном поступлении.
8. Получите формулу для расчета эквивалентной дозы в органе при однократном поступлении радионуклидов в организм.
Литература:
1. В.Г. Лещенко, Г.К. Ильич «Медицинская и биологическая физика». Мн., 2012., с. 358-369 2. В.Г. Лещенко «Медицинская и биологическая физика». Практикум.Стр.322-327.
3. Конспект лекций.