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 (Е = 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?