laboratornye_raboty / №11 Ультрафиолетовое излучение. Ртутно-кварцевые лампы

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ им. Н.Н. БУРДЕНКО"

КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКИ

Методические указания студентам по теме лабораторного занятия

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ РТУТНО-КВАРЦЕВЫЕ ЛАМПЫ

Воронеж 2009

РАЗДЕЛ: ОПТИКА. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ТЕЛ.

ТЕМА: Ультрафиолетовое излучение. Ртутно-кварцевые лампы.

ЦЕЛЬ: Дать студенту основные сведения о природе, свойствах ультрафиолетового (УФ) излу-

чения, его источниках и их устройстве, обозначить область применения УФ-света в ме-

дицине. Рассмотреть основные источники излучения и принцип работы ртутно-

кварцевого облучателя. Разобрать вопросы первичного действия УФ-света на ткани при его поглощении и необходимости строгого дозирования УФ-радиации.

ПРАКТИЧЕСКИЕ НАВЫКИ: После выполнения работы студенты должны выделять основные зоны (А, В, С) УФ-излучения и объяснять их особенности, а также сформировать навыки практической работы с ртутно-кварцевыми лампами, научиться применять ртутно-

кварцевые облучатели в лечебных, профилактических и бактерицидных целях.

МОТИВАЦИЯ ТЕМЫ: УФ-излучение оказывает очень сильное действие на живые организмы,

которое может быть и полезным, и вредным в зависимости от дозировки и длины волны.

Первичное его действие связано с фотохимическими реакциями, возникающими в тканях при поглощении излучения. Многие виды излучений широко применяются в медицине с лечебной целью. Наиболее эффективной в этом отношении является доходящая до зем-

ной поверхности длинноволновая часть УФ-света Солнца. В соответствии с особенно-

стями биологического действия УФ-излучения, в медицине его используют с лечебной целью, в гигиенических и профилактических целях, а также в качестве средства дезин-

фекции (бактерицидных целях).

I. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ ВО ВНЕУРОЧНОЕ ВРЕМЯ.

Задание 0.

Повторить теоретический материал школьного курса физики – раздел "Оптика", тема "Шкала электромагнитных колебаний".

Задание 1.

Изучить теоретический материал занятия, используя рекомендованную литературу и настоя-

щую методическую разработку, по следующей логической структуре учебного материала: 1. Природа и свойства УФ-излучения:

а) дать определение и границы УФ-света;

б) деление УФ-излучения на ближнее и дальнее;

в) основные свойства УФ-радиации.

2. Биологическое действие УФ-излучения на ткани организма:

2

а) антирахитная зона А;

б) эритемная зона В;

в) бактерицидная зона С;

г) дозирование УФ-света при его применении, единицы измерения, понятие о биодозе;

д) измерение интенсивности УФ-излучения. 3. Источники УФ-света:

а) естественный источник УФ-излучения – Солнце;

б) ртутно-кварцевые лампы:

–устройство ртутно-кварцевой лампы;

–принцип работы ртутно-кварцевой лампы;

–применение различного вида ртутно-кварцевых ламп в медицине с лечебной, профи-

лактической и бактерицидной целью;

– особенности применения УФ-света при облучении детей.

Средства для самоподготовки студентов во внеурочное время

1.Учебная и методическая литература а) основная

–Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я.

Потапенко. – М.: Дрофа, 2007. – С. 415-416, 476-487.

–Ремизов А.Н. Курс физики / А.Н. Ремизов, А.Я. Потапенко. – М.: Дрофа, 2004. – С. 403406, 570-576.

–Физика и биофизика / Под ред. В.Ф. Антонова. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. – С. 63-72, 408-415.

–Лекционный материал по разделам "Ионизирующие излучения. Основы дозиметрии",

"Квантовая биофизика".

б) дополнительная

– Артюхов В.Г. Биофизика / В.Г. Артюхов, Т.А. Ковалева, В.П. Шмелев. – Воронеж: Изд-

во Воронеж. ун-та, 1994. – С. 282-303.

– Владимиров Ю.А. Физико-химические основы фотобиологических процессов / Ю.А.

Владимиров, А.Я. Потапенко. – М.: Высш. шк., 1989. – С. 82-87, 96-145.

– Артюхов В.Г. Оптические методы анализа интактных и модифицированных биологиче-

ских систем / В.Г. Артюхов, О.В. Путинцева. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1996. – С. 65-74.

– Гончаров Э.В. Ультрафиолетовое излучение. Ртутно-кварцевые лампы / Э.В. Гончаров,

В.И. Павловская. – Воронеж: Изд-во ВГМА, 2005. – 15 с.

2. Консультации преподавателей (еженедельно по индивидуальному графику).

3

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ

УФ-излучение – это электромагнитные волны, занимающие спектральную область меж-

ду фиолетовой границей видимого света (400 нм) и длинноволновой частью рентгеновского из-

лучения (10 нм). УФ-излучение подразделяется на ближнее (или флуоресцентное) от 400 до 200

нм и дальнее (или вакуумное) от 200 до 10 нм.

УФ-свет поглощается простым стеклом. При длине волны более 200 нм, проходит через кварц, каменную соль и специальные стекла. При длине волны короче 200 нм УФ-излучение сильно поглощается всеми телами, в том числе и тонкими слоями воздуха, поэтому дальнее (ва-

куумное) УФ-излучение особого интереса для медицины не представляет. УФ-излучение неви-

димо, однако, действуя на наружную оболочку глазного яблока, вызывает очень болезненное воспаление (коньюктивит). Поэтому, работая с источниками УФ-излучения, необходимо защи-

щать глаза специальными очками.

УФ-свет оказывает сильное воздействие на живые организмы, которое может быть и по-

лезным, и вредным. Первичное действие его связано с фотохимическими реакциями, возни-

кающими в тканях при поглощении излучения. В ткани организма УФ-излучение проникает очень неглубоко, на 0,1-1 мм, однако вызывает при этом сложную биологическую реакцию,

проявляющуюся эритемой на месте действия излучения. Эритемой называется интенсивное покраснение кожи, которое появляется через 6–12 часов после действия излучения, удержива-

ется в течение нескольких дней, затем проходит, но оставляет на длительное время светло-

коричневую пигментацию кожи, называемую загаром.

В соответствии с особенностями биологического действия выделяют следующие зоны УФ-излучения:

1. Зона А – антирахитная. Длина волны от 400 до 315 нм. При правильной дозировке отли-

чается укрепляющим и закаливающим действием на организм. Эта зона соответствует длинноволновой части УФ-излучения Солнца, которая достигает поверхности земли. Ис-

пользуется в гигиенических и профилактических целях.

2. Зона В – эритемная. Длина волны от 315 до 280 нм; характеризуется эритемным действи-

ем, наиболее выраженным при длине волны 296,7 нм. Используется в лечебных целях.

3. Зона С – бактерицидная. Длина волны от 280 до 200 нм, отличается бактерицидным (т.е.

убивающим бактерии) действием, наиболее выраженным при длине волны 253,7 нм. Ис-

пользуется в качестве средства дезинфекции помещений.

Излучение любого вида, применяется в медицине с лечебной целью в строгой дозировке.

Действие излучения на вещество, в том числе и на живые организмы, зависит как от общей энергии излучения, поглощенной в объекте за время воздействия, так и от энергии, поглощае-

мой в единицу времени, т.е. от поглощаемой мощности, или потока излучения, а также от энер-

4

гии квантов ( = h ). При этом не учитывают отражение от поверхности объекта и дозимет-

рию основывают на мощности излучения, падающего на объект.

Энергию УФ-излучения, падающего на единицу облучаемой поверхности (1 см2), за все время облучения называют дозой облучения. Доза облучения (Д) измеряется в мкДж/см2.

Мощность или поток энергии УФ-излучения, приходящийся на единицу площади облучаемой поверхности, перпендикулярной направлению излучения (плотность потока энергии), называют

облученностью (Е) и измеряют в мкВт/см2. Очевидно, что доза (Д) равняется облученности (Е),

умноженной на время облучения (t):

Д = Е t

Интенсивность УФ-излучения измеряется с помощью фотоэлектрических приборов. Для измерения в определенных частях ультрафиолетового спектра фотоэлементы снабжаются соот-

ветствующими светофильтрами. В лечебных учреждениях применяются приборы, основанные на том же принципе и называемые дозиметрами. С их помощью измеряют интенсивность УФ-

излучения во время лечебной процедуры.

Биологический эффект от УФ-облучения зависит от интенсивности потока излучения.

Интенсивность УФ-света обратно пропорциональна (в степени близкой квадратичной зависи-

мости) расстоянию до облучаемой поверхности. Поэтому принято располагать облучатель на расстояниях не менее 60 см до облучаемой поверхности. Кроме того, биологическая реакция объекта зависит также от светочувствительности его кожи. Поэтому на практике определяют минимальную дозу излучения данного облучателя, вызывающую на коже минимальную (поро-

говую) реакцию. Эту дозу, выраженную в продолжительности облучения при определенном расстоянии от лампы до поверхности кожи, называют биодозой. Биодоза определяется для по-

верхности живота, как наиболее светочувствительного участка кожи, при расстоянии от облу-

чателя равном 60 см. В среднем биодоза составляет 2-3 мин.

Наиболее мощным природным источником теплового УФ-излучения является Солнце, 9% излучения которого на границе земной атмосферы составляет ультрафиолетовое. Наиболее эффективной в лечебно-профилактическом отношении является доходящая до земной поверх-

ности длинноволновая часть УФ-излучения. Из искусственных источников света по спектраль-

ному составу излучения ближе всего к Солнцу находится электрическая дуга (температура сол-

нечной короны и дуги составляет 6000°С).

Наибольшее значение для медицины при получении УФ-света имеют не тепловые ис-

точники, а лампы, в которых электрический разряд происходит в атмосфере ртутных паров.

При этом возбужденные атомы ртути дают интенсивное излучение в ультрафиолетовой области спектра. Ртутные лампы разделяются на лампы низкого (0,01–1,0 мм рт. ст.), высокого (150– 400 мм рт. ст.) и сверхвысокого (выше атмосферного) давления. Из них в медицине использу-

ются лампы низкого и высокого давления.

5

В случае возникновения загара больше, чем ожидаемый, на 2-3 дня необходимо прекра-

тить облучение. В этом случае продолжительность облучения нужно сократить или увеличить расстояние до источника облучения. Кожу необходимо смазывать успокаивающими кремами, в

случае появления на коже пузырей, следует обратиться к врачу. Облучение детей можно прово-

дить только под присмотром взрослых. Перед лучевым лечением младенцев, лиц ослабленного состояния, больных и лиц с сухой кожей, следует посоветоваться с врачом. В случае высокой температуры (лихорадки), непосредственно после тяжелой болезни не следует применять ульт-

рафиолетовые лучи.

II. РАБОТА СТУДЕНТОВ ВО ВРЕМЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ.

Задание 1.

Получить допуск к занятию. Для этого необходимо:

– иметь конспект в рабочей тетради, содержащий название работы, основные теоретические понятия изучаемой темы, задачи эксперимента, таблицу по образцу для внесения экспери-

ментальных результатов;

–успешно пройти контроль по методике проведения эксперимента;

–получить у преподавателя разрешение выполнять экспериментальную часть работы.

Задание 2.

Выполнение лабораторной работы, обсуждение полученных результатов, оформление конспек-

та.

Приборы и принадлежности

1.Облучатель ртутно-кварцевый (ОКН-11).

2.Измерительный прибор (микроамперметр), закрепленный на стержне.

3.Фотоэлемент (или транзистор), закрепленный на стержне.

4.Защитные очки.

Меры безопасности

1.К работе с облучателем допускаются лица, изучившие описание и сдавшие допуск к занятию.

2.ЗАПРЕЩАЕТСЯ при включенном облучателе:

–работать без заземления;

–работать без защитных очков.

3.Не включать аппарат без разрешения преподавателя.

8

Выполнение работы

1. Снятие характеристики зажигания ртутно-кварцевой лампы.

Задача этого упражнения – исследовать зависимость интенсивности излучения УФ-облучателя

(по силе фототока – Iф) от момента зажигания до установившегося режима работы.

ПРИМЕЧАНИЕ: Iф = интенсивность УФ-излучения.

1.1.Установить фотоэлемент на расстоянии 40 см от облучателя.

1.2.Включить лампу (если она не загорится, нажать несколько раз пусковую кнопку).

1.3.В течение 10 минут, через каждую минуту записывать значение силы тока в таблицу1.

ВНИМАНИЕ! Лампу не выключать, пока не выполните все три упражнения.

2. Исследование зависимости интенсивности облучения от расстояния облучателя до фотоэле-

мента.

2.1.Установить фотоэлемент на расстоянии 70 см от облучателя, записать значение силы то-

ка в таблицу.

2.2.Приближая фотоэлемент к облучателю, через каждые 10 см, записать показания микро-

амперметра в таблицу.

3.Проверить, что интенсивность данного облучателя, находящегося на расстоянии 60 см от объекта (рекомендованное расстояние), не зависит от угла падения лучей.

3.1.Меняя положение стержня относительно облучателя в горизонтальном направлении,

убедиться, что сила фототока практически остается постоянной.

3.2. Выключить лампу, снять очки.

4.По данным таблицы 1 построить график временной зависимости зажигания горелки: Iф = f (t)

и график зависимости интенсивности излучения горелки от расстояния фотоэлемента до об-

лучателя Iф = f (R).

5.Обсудить полученные результаты измерений, графики с преподавателем. Сформулировать вывод и занести в тетрадь.

9

Задание 3.

Контроль конечного уровня знаний: устно-речевой отчет по выполненной лабораторной работе.

Задание 4.

Задание на следующее занятие: раздел и тема занятия.

ПРИЛОЖЕНИЕ

СЛОВАРЬ КЛЮЧЕВЫХ ТЕРМИНОВ

1. АНТИРАХИТНАЯ ЗОНА – зона УФ-излучения, которая служит для профилактики рахита,

образования в организме витамина Д.

2. БИОДОЗА – минимальная доза излучения облучателя, выраженная в продолжительности об-

лучения при определенном расстоянии от лампы до поверхности кожи, вызывающая на коже минимальную (пороговую) реакцию.

3. ДОЗА ОБЛУЧЕНИЯ (Д) – энергия УФ-излучения, падающая на единицу облучаемой поверх-

ности.

4.ОБЛУЧЕННОСТЬ (Е) – плотность потока энергии.

5.УФ-ИЗЛУЧЕНИЕ – ультрафиолетовое излучение.

6.ЭРИТЕМА – интенсивное покраснение кожи.

10