 |
|
АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология |
Распределение испускаемых частиц по энергиям называется спектром радиоактивного излученияАльфа частицы, испускаемые определенным элементом, составляют несколько групп1 с близкой энергией, поэтому спектр состоит из нескольких близко расположенных линий. Бета-распад заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона. Различают три вида β - распада. 1. Электронный распад проявляется в вылете из ядра электрона. Энергии β -частиц принимают всевозможные значения, поэтому спектр энергий - сплошной. 2. Схема β- - распада с учетом правила смещения: ZXA → Z+1Y A + -1 β 0 + v, где - антинейтрино. Примером β- - распада может быть превращение трития в гелий. 1H3 → 2He3 + -1e0 + v При β- - распаде электрон образуется вследствие внутриядерного превращения нейтрона в протон: 0n1 → 1p1 + -1e0 + v 3. Позитронный распад β+. Его схема zXA → Z-1YA ++1 β°+v, где v - нейтрино. При β+- распаде позитрон образуется вследствие внутриядерного превращения протона в нейтрон: 1р1 → 0 n1 + +1 е ° + v 4. Электронный, или е-захват. Этот вид радиоактивности заключается в захвате ядром одного из внутренних электронов атома, при этом протон ядра превращается в нейтрон: 1р1 + -1 β0 → on' + v Схема электронного захвата: zXA+ -1β° → z-1YA + v Ядро, образовавшееся в результате α и β -распада, находится обычно в возбужденном состоянии, поэтому, как правило, сопровождаются γ-излучением -это жесткое электромагнитное излучение. Возвращение возбужденного ядра в основное состояние может происходить как единым переходом, так и ступенчато через промежуточные энергетические уровни, тогда излучается несколько γ-фотонов с разной энергией. Поэтому γ-излучение имеет линейчатый спектр. Рассмотрим четвертый вид радиоактивности – спонтанное деление. Примером такого деления может служить деление изотопа 92U235 под действием тепловых нейтронов (их энергия до 0,5 эВ). Тяжелое ядро при захвате нейтрона может разделиться на две приблизительно равные части. Образовавшиеся части называют осколками деления. Этот процесс сопровождается выделением огромной энергии (92U235 – 8-10'° Дж). Осколки деления в момент своего образования обладают избытком нейтронов. Эти нейтроны, испускаемые осколками, называются нейтронами деления. Так для 92U23S на один акт деления образуется 1 - 3 нейтрона. Если каждый нейтрон, возникший в реакции деления, взаимодействует с соседними ядрами делящегося вещества, вызывает в них реакцию деления, то происходит лавинообразное нарастание числа актов деления - цепная реакция деления. Условием возникновения цепной реакции является наличие размножающихся нейтронов. Коэффициентом размножения нейтронов К называется от ношение числа нейтронов, возникающих в некотором звене реакции, к числу таких нейтронов в предыдущем звене. Если k ≥ 1, то происходит цепная реакция. Практическое применение этого вида радиоактивности - атомная энергетика, атомная и нейтронная бомба. В 1934 г. Французские ученые Ирен и Фредерик Жолио-Кюри открыли явление искусственной радиоактивности. Оно состоит в том, что при некоторых ядерных реакциях, осуществляемых с помощью элементарных частиц (а-частиц, нейтронов и др.), могут возникать искусственно радиоактивные ядра, дающие собственные радиоактивные излучения. Радиоактивный распад - статистический процесс. Нельзя указать заранее момент распада ядра, но можно установить вероятность этого распада. Эта вероятность характеризуется коэффициентом распада X, который называется постоянной распада и зависит только от природы элемента. Процесс распада подчиняется основному закону радиоактивного распада: За равные промежутки времени распадается одинаковая доля наличных (т.е. не распавшихся к началу данного промежутка времени) ядер данного элемента. Пусть за достаточно малый интервал времени dt распадается dN ядер. Оно будет пропорционально этому интервалу времени и общему числу N радиоактивных ядер: dN = -λNodt Пусть при t = 0, N = No (начальное число ядер). Решая дифференциальное уравнение, получим: (dN)/N0 = -λdt ∫(dN)/N0 = -λ ∫dt InN│ = -λt│ InN – InN0 = -λt InN/N0 = -λt, потенцируем, тогда N/N0 =e-λt N = N0e-λt На практике чаще используют другую характеристику - период полураспада Т. Период полураспада - это время, в течение которого распадается половина исходных радиоактивных ядер. Исходя из этого: N0/2 = N0e-λT 1/2 = e-λT In2 = λT T = In2/λ = 0.693/λ При использовании радиоактивных источников важно знать число ядер, распадающихся за секунду и вылетающих из вещества. Скорость распада называется активностью радиоактивного вещества. A = -(dN)/dt A = λN = 0.693N/T A = λN0e-λt Она является существенной характеристикой радиоактивного источника. Таким образом, активность тем больше, чем больше радиоактивных ядер и чем меньше их период полураспада. Активность препарата со временем убывает по экспоненциальному закону. Единица активности - беккерель (Бк) - за 1 с происходит один акт распада 1Бк= 1с' Наиболее употребительной единицей активности является кюри (Ки): 1Ки= 1,7-1010Бк = 3,71010с-1 Внесистемная единица активности - резерфорд (Рд) 1Рд=106Бк=106с1 Детекторы (регистраторы) ионизирующих излучений условно можно разделить на три группы: следовые (трековые) детекторы, счетчики и интегральные приборы. К следовым относят камеру Вильсона, диффузионную, пузырьковую камеры и толстослойные фотопластинки. Общим для них является то, что наблюдаемая частица ионизирует молекулы или атомы вещества на своем пути. Образованные ионы проявляются по вторичным эффектам: конденсация перенасыщенного пара (камера Вильсона и диффузионная); парообразование перегретой жидкости (пузырьковая камера); фотохимическое действие (толстослойные фотопластинки). К следующей группе методов и приборов наблюдения и регистрации относятся сцинтилляционный и ионизационный счетчики. Сцинтилляционный счетчик основан на радиолюминесценции, т. е. флуоресценции вещества под действием радиоактивного излучения. Он представляет собой экран, покрытый люминофором, на котором каждый удар радиоактивной частицы вызывает свечение его (спинтарископ). Это явление можно наблюдать визуально. Более сложным и очень чувствительным сцинтилляционным счетчиком является фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Он представляет собой стеклянный баллон, в который впаян один катод и несколько анодов А,, А2, А3 и т. д. Вырванные фотоэлектроны под воздействием α-частицы летят к анодам и выбивают из них несколько вторичных электронов, образуя поток электронов. В результате на выходе ФЭУ возникает значительный импульс тока, регистрируемый счетным устройством. Ионизационный счетчик (счетчик Гейгера-Мюллера) основан на возникновении газового разряда при ионизации газа, движущейся радиоактивной частицей, который является главной частью радиометра. Он представляет собой стеклянный или металлизированный медью, либо металлический цилиндр, наполненный газом аргоном. По его оси натянута металлическая нить, имеющая относительно стенок трубки положительный потенциал порядка 1000 В. Попадание во внутрь цилиндра ионизирующей частицы приводит к появлению в счетчике ионов — это первичная ионизация. Эти ионы, ускоряясь полем, существующим между нитью и цилиндром, вызывают вторичную «лавинную» ионизацию, в трубке начинается разряд. При рассмотрении вольтамперной характеристики счетчика зависимость тока, протекающего через счетчик, от приложенного напряжения - видно, что на участке графика 0-U, ток в цепи счетчика изменяется прямо пропорционально приложенному напряжению (первичная ионизация). Далее на участке (2) при повышении напряжения значения тока остаются постоянными (ток насыщения при первичной ионизации). Дальнейшее увеличение напряжения на участке графика 3 возникает вторичная ионизация газа (регулируемый разряд). На участке 4 дальнейшее увеличение напряжения вызывает самостоятельный (лавинообразный не регулируемый) разряд. Счетчик работает в режиме самостоятельного разряда (участок U3-U4). Так как в момент лавинообразной ионизации счетчик не может реагировать на новые частицы, то возникающий разряд должен быть погашен.
Простейший способ гашения лавинообразного разряда в счетчике состоит в том, что в цепь счетчика включается большое нагрузочное сопротивление RH около 108 Ом. Тогда импульс тока в трубке вызывает на этом сопротивлении большое падение напряжения, при этом напряжение на счетчике резко уменьшается – разряд гасится и счетчик готов к приему следующей ионизирующей частицы. Таким образом, за один акт попадания ионизирующей частицы в счетчик он отвечает одним импульсом тока. Самогасящиеся счетчики содержат помимо инертного газа еще многоатомные спирты (например, Аг + 10% С2Н5ОН при давлении 10 мм. рт. ст.). В таких трубках разряд прекращается вследствие поглощения энергии ионизированных молекул аргона парами спирта. В трубке возникает импульс, а разряд гасится. Такие счетчики способны считать за 1 секунду до 10000 ионизирующих частиц. Радиометр состоит из 6 основных блоков: 1 - счетчик Гейгера-Мюллера; 2 - усилитель; 3 - блок питания; 4 - блок формирования прямоугольных импульсов; 5 - пересчетное устройство; 6 - регистратор числа импульсов.
Радиоактивные нуклиды в медицине используют в двух направлениях - диагностике и с исследовательскими целями. Другая группа методов основана на применении ионизирующего излучения для биологического действия с лечебной целью. Сюда же можно отнести бактерицидное действие излучения. Метод меченых атомов состоит в том, что в организм вводят радионуклиды и определяют их место нахождения и активность в органах и тканях. По скорости изменения концентрации радионуклидов можно делать диагностический вывод о состоянии органа или ткани. Для обнаружения распределения радионуклидов используют гамма топограф, который автоматически регистрирует распределение радиоактивного препарата. Он представляет собой сканирующий счетчик, который постепенно проходит участки над телом больного. Регистрация излучения фиксируется штриховой отметкой на бумаге. Используя изотопные индикаторы, можно проследить за обменом веществ в организме, определять общий объем жидкости в нем. В эксперименте более детальные сведения можно поучить методом авторадиографии. На биологическую ткань наносится слой чувствительной фотоэмульсии. Радионуклиды оставляют след в соответствующем месте эмульсии, как бы фотографируя себя. Полученный «снимок» называют радиоавтографом или авторадиограммой. Радионуклиды вводят в количествах, не оказывающих вредного действия на организм. В лечебном применении используются в основном γ - излучение (гамма-терапия), гамма-камера состоит из источника, обычно защитного контейнера, внутри которого помещен источник. Больной размещается на столе. Гамма излучение высокой энергии (порядка 1,0-1,4 Мэв) позволяет разрушать глубоко расположенные опухоли, при этом поверхностные органы и ткани подвергаются меньшему губительному действию. В настоящее время в медицинской практике применяются ускорители заряженных частиц как средство лучевой терапии для глубоко расположенных злокачественных образований.
Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 878 | Нарушение авторских прав |
