1 курс / Медицинская информатика / Материал по физмату. Часть 2
.pdf
Закон Бугера – Ламберта - Бера
прошедшего через раствор, показатель поглощения среды.
|
I |
I0 |
• |
Cl |
|
|
|||
|
|
10 |
||
|
|
|
|
|
Где С – молярная концентрация, I – интенсивность света I0 - интенсивность падающего света, χ- молярный
Интенсивность света, прошедшего через вещество, пропорциональна интенсивности падающего светового потока и не зависит от его первоначального значения.
Оптическая плотность — мера ослабления света прозрачными объектами (такими, как кристаллы, стекла, фотоплёнка) или отражения света непрозрачными объектами (такими, как фотография, металлы и т. д.). Вычисляется как десятичный логарифм отношения потока излучения падающего на объект, к потоку излучения прошедшего через него (отразившегося от него), то есть это есть логарифм от величины, обратной
к коэффициенту пропускания (отражения) |
- коэффициент пропускания |
|
D Cl |
Закон Бугера-Ламберта-Бера |
|
36.Тепловое излучение тел. Характеристики и законы теплового излучения. Спектр излучения черного тела.
|
Тепловое излучение - электромагнитное излучение, кот испускают все тела, температура которых |
|||
|
выше абсолютного нуля, за счет своей внутренней энергии |
|
||
Характеристики: |
|
|||
1. |
Поток излучения Ф – средняя мощность излучения. Энергия всех длин волн, излучаемых за 1 с |
|||
|
|
(Вт) |
|
|
2. |
Энергетичесская светимость R – поток излучения, испускаемый одним квадратным метром поверхности |
|||
тела |
Ф |
|
|
|
|
R |
(Вт/м2) |
|
|
|
S |
|
||
|
|
|
|
|
3. |
Спектральная плотность энергетической светимости |
|
||
rλ |
– отношение спектра энергетич светимости узкого участка спектра drλ |
, к ширине этого участка dλ. |
||
(Вт/м3)
rλ - это энергия излучения с 1м2 в 1 с в интервале от λ до λ+Δλ. показывает какую долю тепловое излучение данной длины волны сост от общего тепл излуч источника
Спектр излучения – зависимость спектральной плотности энергетической светимости от длины волн
rλ = f(λ) |
зависит от λ, Т, химического состава тел |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
||
|
|
|
4.Коэффициент поглощения (
) – равен отношению потока излучения поглощенного телом к падающему потоку. Он зависит от λ
5.Монохроматический коэффициент поглощения 
Хар-ки: 1. Поток излучения, Ф; 2. Энергетическая светимость 3. Спектральная плотность энергетической совместимости/ Спектральная плотность энергетической совместимости черного тела;
4. Монохроматическийкоэффициэнт поглощения
Спектр излучения черного тела – тело, полностью поглощающее поток. Коэфф поглощения не зависит от длины волны излучения. Спектр излучения черного тела сплошной.
Модель черного тела – непрозрачный сосуд с небольшим отверстием, стенки с одинаковой температурой. Спектр излучения – сплошной.
Св-ва черного тела:
-Для черного тела 
- спектральная плотность энергетической светимости обозначается 
1.коэффициэнт поглощения 
черного тела =1 
2.Поглощения не зависит от длины волны излучения λ
3.Спектр - сплошный
4.Черное тело – совершенный излучатель
1.Энергетическая светимость тела — физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.
2.Поглощающая, отражающая способность тела
3.Абсолютно черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение 4.Серое тело это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, а зависит только от температуры
Закон Кирхгова |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При одинаковой температуре отношение спектральной плотности энергетической светимости тел |
к |
||||||||||||||
монохроматическому коэффициенту поглощения |
для всех тел одинаково и равно спектральной |
|
|||||||||||||
плотности энергетической светимости черного тела |
при той же температуре |
|
|||||||||||||
Формула Планка - энергия испускается порциями = квантами, то есть дискретно.( Установила в |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
явном ! виде вид функции |
|
в зависимости от λ и Т ) |
|
|
|
2 hc |
2 |
1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
exp[ hc /(kT )] 1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-спектральная плотность энергетической светимости черного тела
k – постоянная Больцмана ,С - скорость света в вакууме, h – постоянная Планка , λ - длина волны, Т – термодинамическая температура Закон Стефана-Больцмана: Энергетическая светимость черного! тела прямо
пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры.
|
|
|
|
|
R |
T |
|
|
|
4 |
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
5,7 10 8 |
Вт |
|
|
||
м2 К 4 |
||
|
Закон Вина: Длина волны ,на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости черного тела , обратно пропорциональна его термодинамической температуре.
m ax |
|
b |
|
2 |
|
- постоянная Вина |
|
T |
b 0,29 10 |
м К |
|||||
|
|
|
|
37. Физические основы тепловидения.
Тепловидение-это получение видимого изображения объекта на основе собственного невидимого инфракрасного излучения. При этом регистрируются различия! теплового излучения здоровых и больных органов, обусловленных небольшим отличием их температур. В основе термографии закон Стефана –
БольцманаДаже небольшое изменение температуры тела на 1% вызывает значительное в 4 раза изменение энергетической светимости, то есть на 4%
Ик излучение-низкоэнергетическое ,невидимое для глаз человека,поэтому для его излучения созданы специальные приборы тепловизоры,термографы,позволяющие улавливать это излучение,измерять его и превращать его в видимую для глаз картину.
Тепловизор – это прибор для улавливания и регистрации излучения тела человека на экране. Этот
измерительный прибор позволяет увидеть ! невидимое: ИК излучение любых объектов Термограф – это прибор, в котором тепловое изображение объекта непосредственно ! без
преобразования в электрический сигнал, записывается на какой – либо носитель, чаще всего бумагу,
покрытую тонким слоем вещества, меняющего свои оптические свойства под воздействием теплового излучения
38.Электронные энергетические уровни атомов и молекул. Люминесценция. Закон Стокса для фотолюминесценции. Спектры люминесценции.
Атомы и молекулы могут находиться в стационарных состояниях, когда они не излучают и не поглощают энергию. Энергетические состояния изображаются в виде уровней. Состояние атома меняется, если есть
переход электронов . Е= |
h |
|
h – постоянная Планка , ν - частота излучения
Люминесценция - нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. это излучение света телами, избыточное ! над тепловым излучением при той же температуре, возбужденное ! внешними источниками энергии и продолжающееся в течение времени,
значительно превышающего период световых колебаний.
Фотолюминесценция - Возникает при возбуждении атомов светом (УФ и коротковолновая часть видимого света)
Закон Стокса для фотолюминисценции- Спектр люминесценции сдвинут в сторону больших длин волн
относительно спектра, вызвавшего эту люминесценцию.
Спектры люминесценции . Это график зависимости интенсивности люминесценции от длины волны.
39.Рентгеновское излучение. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. Физические основы применения в медицине.
Рентгеновское излучениеэто электромагнитные волны с длиной волны от 80 до 10-5 нм,
Рентгеновская трубка – это двухэлектродный электровакуумный прибор, служащий источником рентгеновского излучения, которое возникает при взаимодействии испускаемых катодом электронов с веществом анода (антикатода).
Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом
1) Когерентное рассеяние Происходит когда энергии фотона недостаточно для внутренней ионизации атома ( для выбивания электрона).
2) Фотоэффект Это процесс освобождения связанных электронов под действием фотонов.
3)Некогерентное рассеяние или Комптон - эффект Происходит, когда энергия фотона
Намного меньше, чем энергия ионизации атома.
Физические основы применения рентгеновского излучения в медицине:
1)Рентгенодиагностика(Рентгеноскопия, Флюроография, рентгенография, рентгеновская томография, рентгеновская компьютерная томография) - R-диагностика – это метод получения изображений внутренних органов с использованием рентгеновских лучей с энергией фотона 60-120 кэВ
2) Рентгенотерапия применяется для разрушения злокачественных опухолей Опухоль является «мишенью», а ИИ оказывает биологическое действие: вызывает изменения ! в клетках, тканях и органах. Нарушает жизнедеятельность клеток. Используется только для облучения поверхностно ! лежащих новообразований
40.Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Взаимодействие α-, β- и γ- излучений с веществом.
Радиоактивность - это процесс самопроизвольного распада неустойчивых ядер с испусканием других ядер
или элементарных частиц. |
|
|
|
|
N – число еще нераспавшихся ядер, N0 - исходное число ядер |
||
|
|
N N0e t |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
- постоянная распада |
Это величина, обратная времени, в течение которого число нераспавшихся ядер |
||||||
|
|||||||
уменьшается в «е» раз . Т – период полураспада- это время, в течение которого количество ядер уменьшается в два раза .
=0,069/ Т
Закон радиоактивного распада — физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце.
которое означает, что число распадов ?dN, произошедшее за короткий интервал времени dt, пропорционально числу атомов N в образце.
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.
41.Механизм действия ионизирующих излучений на организм человека.
Врезультате воздействия ионизирующих излучений нарушается нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ в организме. В зависимости от величины поглощенной дозы излучения и от индивидуальных особенностей организма вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми. При небольших дозах пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность. Большие дозы при длительном воздействии могут вызвать необратимое поражение отдельных органов или всего организма (лучевое заболевание).
Радиационное поражение имеет 4 стадии
1.Физическая стадия. Длится 10-13 с Происходит поглощение энергии молекулами структур
клетки. Образуются ионизированные и возбужденные молекулы = активные центры
2.Физико-химическая стадия действия излучения. Длится 10-9 с Это различного рода реакции.
Происходит разрушение биологических молекул, их конформационная перестройка, образование свободных радикалов, обладающих высокой химической активностью
3.Биохимическая стадия действия излучения Длится до 1 с. Происходят реакции химически активных веществ с различными биоструктурами. Отмечается деструктуризация и образование новых соединений, не свойственных облучаемому организму. Нарушение обмена веществ с изменением соответствующих функций
4.Биологическая стадия = клиническая стадия. Длится от нескольких секунд до нескольких
десятилетий
42. Дозиметрия ионизирующего излучения. Поглощенная и экспозиционная и эквивалентная дозы.
Дозиметрия-раздел ядерной физики в которой изучается величины характеризующие действие ионизирующего излучения на в-во, а также методы и приборы для их измерения.
1)Экспозиционная доза(Х) -это физическая величина, равная отношению суммарного заряда q всех ионов одного знака, созданных в воздухе при нормальных условиях к массе воздуха m в этом объеме.
D fX |
F=36,8 дж/Кл, F=1 рад/с, F- переходный коэффициент. |
X |
q |
|
|||
|
m |
||
|
|
|
2)Эквивалентная доза(Н) - Это доза, полученная живым объектом с учетом коэффициента качества данного конкретного вида излученияH D k
Эквивалентная доза H – это произведение поглощенной дозы D на коэффициент качества K |
||
Коэф. Качества К- относительная биологическая эффективность излучения |
||
Дж/кг=Зв(Зиверс) 1бэр = 10-2 |
Зв |
|
3) Поглощенная доза(Д) - отношение энергии, поглощенной облучаемым веществу к массе вещества |
||
в этом объеме. |
Дж |
|
D E |
|
|
1Гр 1 кг |
1рад = 10-2 Гр |
|
m |
|
|
43. Защита от ионизирующего излучения. |
||
Защита от Ионизирующего излучения - это совокупность мер обеспечивающих защиту от негативных последствий излучения и некоторых способах уменьшения дозы облучения .3 вида защиты: 1.веременем. 2. Расстоянием. 3 материалом.
Защита материалом основана на различной способности веществ поглощать ИИ.
Необходимо находиться как можно дальше от источника излучения и по возможности меньшее время.