Вопрос 41

Закон радиоактивного распада — физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце. Открыт Фредериком Содди и 22Эрнестом%20Резерфордом"Эрнестом Резерфордом, каждый из которых впоследствии был награжден Нобелевской премией. Они обнаружили его 22экспериментальным"экспериментальным путём и опубликовали в 20году"1903 HYPERLINK "%221903%20году"году 

Период полураспада.

Число радиоактивных ядер одного типа постоянно уменьшается во времени благодаря их распаду.

Скорость распада принято характеризовать периодом полураспада: это время, за которое число радиоактивных ядер определенного типа уменьшится в 2 раза.

Период полураспада - продолжительность существования радиоактивного элемента, т.е. пока он не превратится в стабильный химический элемент, характеризуется периодом полураспада – интервалом времени, в течение которого число ядер данного нуклида уменьшается в два раза.

42 Вопрос.

Активность радиоактивного источника — ожидаемое число элементарных радиоактивных распадов в единицу времени.

Единицы измерения активности

В системе 22СИ"СИ единицей активности является беккерель (Бк, Bq); 1 Бк = с⁻¹. В образце с активностью 1 Бк происходит в среднем 1 распад в секунду.

Внесистемными единицами активности являются:

кюри (Ки, Ci); 1 Ки = 3,7×10¹⁰ Бк.

резерфорд (Рд, Rd); 1 Рд = 10⁶ Бк (используется редко).

43Вопрос

Ионизирующим излучением называется любое излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию ионов разных знаков.

Непосредственно ионизирующее излучение представляет собой поток заряженных частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации при столкновении с атомами вещества.

Косвенно ионизирующее излучение представляет собой поток незаряженных частиц (нейтронов, фотонов), которые могут создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывать ядерные превращения при взаимодействии со средой.

Ионизирующее излучение, представляющее собой частицы с ненулевой массой покоя, называют корпускулярным.

Взаимодействие с веществом a - излучения

a-частицы сильно взаимодействуют с различными веществами, т. е. легко поглощаются ими. Тонкий лист бумаги или слой воздуха толщиной несколько сантиметров достаточны для того, чтобы полностью поглотить a-частицы.

При прохождении через вещество a-частицы почти полностью отдают свою энергию в результате электростатического взаимодействия с электронами оболочек атомов.

Взаимодействие с веществом b- излучения

b-частицы - это электроны (или позитроны), испускаемые ядрами радионуклидов при b-распаде. b-частицы обладают сплошным энергетическим спектром.

Вероятность взаимодействия b-частиц с веществом меньше, чем для a-частиц, так как b-частицы имеют в два раза меньший заряд и приблизительно в 7300 раз меньшую массу.

Повреждения, вызванные свободными радикалами, быстро увеличиваются по принципу цепной реакции. Попадая в клетки, они нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Такие явления могут привести к сбоям в синтезе белков, что является жизненно важной функцией всего организма, т.к. неполноценные белки нарушают работу иммунной системы.

44.РАДИОНУКЛИДЫ, нуклиды, ядра к-рых радиоактивны. По типам радиоактивного распада различают a-Р., b-Р., Р., ядра к-рых распадаются по типу электронного захвата, и Р., ядра к-рых подвержены спонтанному делению. Испускание радиоактивными ядрами a- и b-частиц, а также электронный захват обычно сопровождаются испусканием рентгеновского или g-излучения, поэтому большинство Р. представляет собой источники электромагн. излучения. Радионуклиды - общее название радиоактивных элементов, нестабильные атомные ядра, подверженные радиоактивному распаду. К естественным радионуклидам относятся калий-40, торий-232, уран-235, уран-238.

Преобладают радионуклиды искусственного происхождения, получаемые путем расщепления атомных ядер: стронций-90, йод-131, цезий-137.

Радионуклидная диагностика (ядерная медицина) представляет собой метод лучевой диагностики, основанный на регистрации излучения введенных в организм искусственных радиоактивных веществ (радиофармпрепаратов).

Физические основы радионуклидной диагностики

Излучение, открытое, Беккерелем, сначала называли беккерелевыми лучами (по аналогии с рентгеновскими). Однако оказалось, что новое излучение не является однородным, а складывается из трех составляющих, которые стали именоваться по первым буквам греческого алфавита - α-, β- и γ-излучения.

Единицей активности радионуклида в системе СИ является беккерель (Бк). 1 Бк равен 1 ядерному превращению за 1 секунду. В практической медицине чаще используют внесистемную единицу кюри (Ки): радиоактивность вещества равна 1 Ки, если в нём каждую секунду происходит 3,7×1010 радиоактивных распадов.

. Эквивалентная доза излучения - произведение поглощенной дозы излучения на коэффициент качества излучения, учитывающий неблагоприятные биологические последствия облучения в малых дозах. Единицей эквивалентной дозы излучения является зиверт.

Коэффициент качества — в радиобиологии усредненный коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ). Характеризует опасность данного вида излучения (по сравнению с γ-излучением). Чем коэффициент больше, тем опаснее данное излучение.

Вопрос№58

Лазер— устройство, преобразующее энергию накачки световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения.

Классификация лазеров

Твердотельные лазеры на люминесцирующих твёрдых средах диэлектрические кристаллы и стёкла). В качестве активаторов обычно используются ионыредкоземельных элементов или ионы группы железа Fe. Накачка оптическая и от полупроводниковых лазеров, осуществляется по трёх- или четырёхуровневой схеме. Современные твердотельные лазеры способны работать в импульсном, непрерывным режимах.

Полупроводниковые лазеры. Формально также являются твердотельными, но традиционно выделяются в отдельную группу, поскольку имеют иной механизм накачки.

Полупроводниковые лазеры — наиболее употребительный в быту вид лазеров.

Газовые лазеры — лазеры, активной средой которых является смесь газов и паров. Отличаются высокой мощностью, монохроматичностью, а также узкой направленностью излучения. Работают в непрерывном и импульсном режимах

Газодинамические лазеры — газовые лазеры с тепловой накачкой.

Эксимерные лазеры — разновидность газовых лазеров, работающих на энергетических переходах эксимерных молекул, способных существовать лишь некоторое время в возбуждённом состоянии.

Химические лазеры — разновидность лазеров, источником энергии для которых служат химические реакции между компонентами рабочей среды (смеси газов).

Лазеры на свободных электронах — лазеры, активной средой которых является поток свободных электронов, колеблющихся во внешнем электромагнитном поле и распространяющихся с релятивистской скоростью в направлении излучения.

Квантовые каскадные лазеры − полупроводниковые лазеры, которые излучают в среднем и дальнем 5D"инфракрасном диапазоне^{HYPERLINK "5D%22инфракрасном%20диапазонеHYPERLINK%20%22%BD%22инфракрасном%20диапазонеHYPERLINK%20%22http://ru.wikipedia.org/wiki/%CB%E0%E7%E5%F0%22%5B34%5D%22%5B34%5D"[HYPERLINK "5D%22инфракрасном%20диапазонеHYPERLINK%20%22%BD%22инфракрасном%20диапазонеHYPERLINK%20%22http://ru.wikipedia.org/wiki/%CB%E0%E7%E5%F0%22%5B34%5D%22%5B34%5D"34HYPERLINK "5D%22инфракрасном%20диапазонеHYPERLINK%20%22%BD%22инфракрасном%20диапазонеHYPERLINK%20%22http://ru.wikipedia.org/wiki/%CB%E0%E7%E5%F0%22%5B34%5D%22%5B34%5D"]}.

Свойства лазерного излучения

Лазерное излучение - электромагнитное излучение оптического диапазона, обладающее такими свойствами, как когерентность, монохроматичность, поляризованность, направленность.

Когерентность это распространение фотонов в одном направлении, имеющих одну частоту колебаний, т. е. энергию.

Пространственная когерентность относится к волновым полям, измеряемым в один и тот же момент времени в двух разных точках пространства

Временная когерентность описывает поведение волн в течение времени, относится к одной точке поля, но в различные моменты времени и тесно связана с понятием монохроматичности

Интерференция света - явление, возникающее при наложении двух или нескольких когерентных световых волн.

Монохроматичность - излучение одной определенной частоты или длины волны. Более корректно - излучение с достаточно малой шириной спектра

Поляризация - симметрия в распределении ориентации вектора напряженности электрического и магнитного полей в электромагнитной волне относительно направления ее распространения.

Направленность - следствие когерентности лазерного излучения, когда фотоны обладают одним направлением распространения.

Мощность излучения - энергетическая характеристика электромагнитного излучения. Единица измерения в СИ - ватт [Вт].

Энергия (доза) - мощность электромагнитной волны, излучаемая в единицу времени. Единица измерения в СИ - джоуль [Дж], или [Вт • с].

Вопрос №60

Биологическое действие лазеров обусловлено двумя основными критериями: 1) физической характеристикой лазера (длина волны излучения лазера, непрерывный или импульсный режим облучения, длительность импульса, скорость повторения импульсов, удельная мощность), 2) абсорбционной характеристикой тканей. Свойства самой биологической структуры (поглощающая, отражающая способность) влияют на эффекты биологического действия лазера.

В медицине лазеры применяются как бескровные скальпели, используются при лечении офтальмологических заболеваний (катаракта, отслоение сетчатки, лазерная коррекция зрения и др.). Широкое применение получили также в косметологии (лазерная эпиляция, лечение сосудистых и пигментных дефектов кожи, лазерный пилинг, удаление татуировок и пигментных пятен).

Лазерный аппарат Орион

Ученые и врачи разрабатывали, апробировали и усовершенствовали методики лазерной терапии более 40 лет. Эти методики стали основой для создания лазерного аппарата для домашнего лечения. ОРИОН — первый лазерный аппарат, официально разрешенный Минздравом России для лечения дома еще в 1993 году.

Вопрос №57

Эволюция представлений о строении атомов

 Открытие сложного строения атома – важнейший этап становления современной физики. В процессе создания количественной теории строения атома, позволившей объяснить атомные системы, были сформированы новые представления о свойствах микрочастиц, которые описываются квантовой механикой. Резерфорд предложил следующую схему строения атома. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по разным орбитам вращаются электроны. Возникающая при их вращении центробежная сила уравновешивается притяжением между ядром и электронами, вследствие чего они остаются на определенных расстояниях от ядра. Поскольку масса электрона ничтожна мала, то почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. На долю ядра и электронов, число которых сравнительно невелико, приходится лишь ничтожная часть всего пространства, занятого атомной системой. Предложенная Резерфордом схема строения атома или, как обыкновенно говорят, планетарная модель атома, легко объясняет явления отклонения альфа-частиц. Действительно, размеры ядра и электронов чрезвычайно малы по сравнению с размерами всего атома, которые определяются орбитами наиболее удаленных от ядра электронов, поэтому большинство альфа-частиц пролетает через атомы без заметного отклонения. Только в тех случаях, когда альфа-частица очень близко подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое отклонение ее от первоначального пути. Таким образом, изучение рассеяния альфа-частиц положило начало ядерной теории атома.

Модель Бора Энергия электрона зависит от радиуса его орбиты. Минимальная энергия у электрона, который находится на ближайшей к ядру орбите. При поглощении кванта энергии электрон переходит на орбиту с более высокой энергией (возбужденное состояние). И наоборот, при переходе с высокого энергетического уровня на более низкий - электрон отдает (излучает) квант энергии. Бор указал, что разные энергетические уровни содержат разное количество электронов: первый уровень - до 2 электронов; второй уровень - до 8 электронов… Постулаты БораПервый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн. Второй постулат Бора (правило частот): при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией

h  = En – Em равной разности энергий соответствующих стационарных состояний (Еn и Еm – соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения/поглощения).

61 вопрос      Магнитные моменты электронов и атомов Различные среды при рассмотрении их магнитных свойств называют магнетиками.

      Все вещества в той или иной мере взаимодействуют с магнитным полем. У некоторых материалов магнитные свойства сохраняются и в отсутствие внешнего магнитного поля. Намагничивание материалов происходит за счет токов, циркулирующих внутри атомов – вращения электронов и движения их в атоме. Поэтому намагничивание вещества следует описывать при помощи реальных атомных токов, называемых амперовскими токами.

      

      Магнитные свойства вещества определяются магнитными свойствами электронов и атомов.

Магнетики состоят из атомов, которые, в свою очередь, состоят из положительных ядер и, условно говоря, вращающихся вокруг них электронов.

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) — резонансное поглощение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер.

Явление ядерного магнитного резонанса было открыто в 1938 году %BA%22Раби%22Раби"Исааком HYPERLINK "%BA%22Раби%22Исааком%20HYPERLINK%20%22%BA%22Исааком%20HYPERLINK%20%22http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D0%B1%D0%B8,_%D0%98%D1%81%D0%B8%D0%B4%D0%BE%D1%80_%D0%90%D0%B9%D0%B7%D0%B5%D0%BA%22Раби%22Раби"Раби в молекулярных пучках, за что он был удостоен нобелевской премии 1944 года В 1946 году Феликс Блох и Эдвард Миллз Парселл получили ядерный магнитный резонанс в жидкостях и твердых телах (нобелевская премия 1952 года).

Одни и те же ядра атомов в различных окружениях в молекуле показывают различные сигналы ЯМР. Отличие такого сигнала ЯМР от сигнала стандартного вещества позволяет определить так называемый химический сдвиг, который обусловлен химическим строением изучаемого вещества. В методиках ЯМР есть много возможностей определять химическое строение веществ, конформации молекул, эффекты взаимного влияния, внутримолекулярные превращения.

Именно этот момент и вызывает прецессию.

ларморовская прецессия — это прецессия магнитного момента электронов, атомного ядра и атомов вокруг вектора внешнего магнитного поля.

Ларморова частота — угловая частота прецессии магнитного момента, помещенного в магнитное поле. Названа в честь ирландского физика 22Лармора%22Лармора"Джозефа HYPERLINK "22Лармора%22Джозефа%20HYPERLINK%20%22%80%22Джозефа%20HYPERLINK%20%22http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B6%D0%BE%D0%B7%D0%B5%D1%84_%D0%9B%D0%B0%D1%80%D0%BC%D0%BE%D1%80%22Лармора%22Лармора"Лармора. Ларморова частота зависит от силы магнитного поля B и гиромагнитного соотношения γ:

или

При этом в формуле учитывается то магнитное поле, которое действует на месте нахождения частицы. Это магнитное поле состоит из внешнего магнитного поля B_ext и других магнитных полей, которые возникают из-за электронной оболочки или химического окружения.

Ларморова частота протона в магнитном поле силой в Тесла составляет 42 МГц, то есть Ларморова частота находится в диапазоне радиоволн.