37. Тепловое излучение тела человека. Физические основы термографии. Излучение Солнца: солнечная постоянная, спектр излучения, изменение спектрального состава радиации земной атмосферой.

Тело человека поддерживает постоянную температуру засчет теплообмена.

Виды теплообмена организма человека:

а) теплопроводность (2%): передача теплоты от более нагретых к менее нагретым поверхностям без переноса массы вещества;

б) испарение (30%): испарение жидкости. В сутки до 500 г;

в) конвекция (15-20%): обмен жидкостей и газов с формированием потоков вещества;

г) излучение (поглощение) (50%): излучение/поглощение электромагнитных волн в инфракрасной области спектра ( = 4-50 мкм).

Термография – диагностический метод, основанный на регистрации тепловых излучений разных точек поверхности тела. Т.к. опухоли, воспалительные процессы, состояние кровообращения, нагревание или охлаждение конечностей меняет местное тепловое излучение на теле человека, этот безвредный метод диагностики может стать лидирующим в превентивной медицине.

Поток солнечной радиации, приходящийся на 1 площади границы земной атмосферы, составляет 1350 Вт. Эту величину называют солнечной постоянной. Через атмосферу проходит далеко не вся солнечная радиация, что сопровождается изменением солнечного спектра на границе земной атмосферы.

Солнечный спектр - распределение энергии электромагнитного излучения Солнца в диапазоне длин волн от нескольких долей нм (гамма-излучение) до метровых радиоволн.

38. Рентгеновское излучение как разновидность ионизирующего излучения. Устройство рентгеновской трубки. Тормозное рентгеновское излучение и его спектр. Зависимость спектра тормозного излучения от напряжения между электродами, температуры накала катода и материала анода (антикатода). Жесткое и мягкое рентгеновское излучение. Характеристическое рентгеновское излучение.

Рентгеновским излучением называют электромагнитные волны с длиной приблизительно от 80 до нм.

Наиболее распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, которая представляет собой двухэлектродный вакуумный прибор. Подогревный катод испускает электроны. Анод, называемый часто антикатодом, имеет наклонную поверхность, для того чтобы направить возникающее рентгеновское излучение под углом к оси трубки. Поверхность анода выполнена из тугоплавких материалов, например, вольфрама.

Для диагностических трубок важна точность излучения, чего можно достигнуть, фокусируя электроны в одном месте анода. Поэтому приходится учитывать две проблемы: с одной стороны, фокусировку на аноде, с другой – равномерное распределение, которое не позволит перегреваться антикатоду. В отдельных случаях анод охлаждают водой или маслом.

В результате торможения электрона (или иной заряженной частицы) электростатическим полем атомного ядра и атомных электронов веществ антикатода возникает тормозное рентгеновское излучение. При торможении электронов лишь часть энергии идет на создание рентгеновского излучения, другая часть расходуется на нагревание анода. Соотношение этих процессов случайно.

Коротковолновое рентгеновское излучение обычно обладает большей проникающей способностью, и называется жестким, а длинноволновое – мягким.

Увеличивая напряжение на рентгеновской трубке, изменяют спектральный состав излучения, увеличивая долю жесткой компоненты.

Увеличивая напряжение на рентгеновской трубке, можно заметить на фоне сплошного спектра появление линейчатого, который соответствует характеристическому рентгеновскому излучению. Оно возникает вследствие того, что ускоренные электроны проникают вглубь атома, и из внутренних слоев выбивают электроны. На свободные места приходят электроны с верхних уровней, в результате высвечиваются фотоны характеристического излучения.

Фотон – элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле -света).

Характеристическое излучение возникает всегда при наличии свободного места по внутренних слоях атома независимо от причины, которая его вызвала.

39. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом (когерентное и некогерентное рассеяние, фотоэффект). Явления, наблюдаемые при действии рентгеновского излучения на вещество: ионизация, химическое действие, рентгенолюминесценция.

Регистрация и использование рентгеновского излучения, а также воздействие его на биологические объекты определяются первичными процессам взаимодействия рентгеновского фотона с электронами атомов и молекул вещества.

Взаимодействие бывает когерентное, некогерентное, фотоэффект.

Когерентное рассеяние – рассеяние длинноволнового рентгеновского излучения, в основном без изменения длины волны, само по себе не вызывает биологическое действие.

Некогерентное рассеяние – рассеяние жесткого рентгеновского излучения происходит с изменением длины волны. В этом явлении наряду с вторичным рентгеновским излучением, появляются электроны отдачи (кинетическая энергия ). Атомы или молекулы становятся ионами.

Фотоэффект. При фотоэффекте рентгеновское излучение поглощается атомами, в результате чего вылетают электроны из глубоких оболочек атома.

Рентгенолюминесценция – свечение ряда веществ при рентгеновском облучении.

Химическое действие рентгеновского излучения – например, образование перекиси в воде, воздействие на фотопластинку.

Ионизирующее действие – увеличение электропроводимости под действием рентгеновских лучей.

40. Закон ослабления потока рентгеновского излучения веществом. Физические основы применения рентгеновского излучения в медицине: рентгеноскопия, рентгенография, рентгеновская томография (рентгеновская компьютерная томография) и рентгенотерапия.

В результате многих процессов первичный пучок рентгеновского излучения ослабляется в соответствии:

=

Где – линейный коэффициент ослабления.

Поток рентгеновского излучения ослабляется пропорционально числу атомов вещества, через которое этот поток проходит.

Одно из наиболее важных медицинских применений рентгеновского излучения – просвечивание внутренних органов с диагностической целью (рентгенодиагностика). Для диагностики используют фотоны с энергией порядка 60-120 кэВ (килоэлектронвольты). Массовый коэффициент ослабления в основном определяется фотоэффектом. Существенное различие поглощения рентгеновского излучения разными тканями позволяет в теневой проекции видеть изображения внутренних органов тела человека.

Рентгенодиагностику используют в двух вариантах: рентгеноскопия – изображение рассматривают на рентгенолюминесцирующем экране, рентгенография – изображение фиксируется на фотопленке.

Интересным и перспективным вариантов рентгенографии является метод, называемый рентгеновской томографией, и его «машинный» вариант – компьютерная томография.

Обычная рентгенограмма охватывает большой участок тела, но при этом органы затеняют друг друга. Этого можно избежать, если постоянно вращать трубку рентгеновского излучения. В результате рентгеновские лучи будут проходить через одну какую-то точку, которая будет являться центром изображения. Изменяя положение этого центра получают послойную запись изображения тела – томографию.

С лечебной целью рентгеновское излучение применяют главным образом для уничтожения злокачественных образований (рентгенотерапия). Применяют короткодистанционную и дистанционную. Короткодистанционная облучает большими дозами маленький участок поверхностно расположенной опухоли, в результате чего другие ткани не страдают.

41. Радиоактивность (радиоактивный распад). Радиоактивность как источник ионизирующего излучения. Альфа-распад атомных ядер. Электронный и позитронный распад (бета-распад) атомных ядер. Электронный захват. Гамма-излучение атомных ядер.

Радиоактивностью называют самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер и элементарных частиц. Характерный признак – самопроизвольность. Радиоактивность – распространенный источник ионизирующего излучения.

Альфа-распад состоит в самопроизвольном превращении одного ядра в другое ядро с испусканием -частицы (ядра атома гелия ). Схема альфа-распада:

Где A – массовое число, Z – зарядовое число (количество протонов и электронов).

Бета-распад заключается в внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона. Различают три вида:

1. Электронный или - распад, который проявляется в вылете из ядра электрона и антинейтрино.

Где v – обозначение антинейтрино.

2. Позитронный, или - распад. Позитрон образуется в результате внутриядерного превращения протона в нейтрон.

Где v – обозначение нейтрино.

3. Электронный или e-захват. Этот вид радиоактивности заключается в захвате ядром одного из внутренних электронов атома, в результате чего протон ядра превращается в нейтрон.

Где v – нейтрино.

При бета-распаде возможно возникновение гамма-излучения. Гамма-излучение— вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — < 5×10⁻³ нм и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. Облучение гамма-квантами, в зависимости от дозы и продолжительности, может вызвать хроническую и острую лучевые болезни. Стохастические эффекты облучения включают различные виды онкологических заболеваний. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых и других быстро делящихся клеток.