Гамма излучение реферат по физике

Обновлено: 08.07.2024

Изучение понятия и принципа действия гамма-излучения - коротковолнового электромагнитного излучения, которое на шкале электромагнитных волн граничит с жестким рентгеновским излучением, занимая область более высоких частот. Линейный коэффициент поглощения.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	27.12.2010
Размер файла	49,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

по теме Гамма-излучение

Гамма-излучение - это коротковолновое электромагнитное излучение. На шкале электромагнитных волн оно граничит с жестким рентгеновским излучением, занимая область более высоких частот. Гамма-излучение обладает чрезвычайно малой длинной волны (л10 -8 см) и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. ведет себя подобно потоку частиц - гамма квантов, или фотонов, с энергией hн (н - частота излучения, h - Планка постоянная).

Гамма- излучение возникает при распадах радиоактивных ядер, элементарных частиц, при аннигиляции пар частицы-античастица, а также при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество.

Гамма-излучение, сопровождающее распад радиоактивных ядер, испускается при переходах ядра из более возбужденного энергетического состояния в менее возбужденное или в основное. Энергия г - кванта равна разности энергий Де состояний, между которыми происходит переход.

гамма излучение электромагнитный рентгеновский

Испускание ядром г-кванта не влечет за собой изменения атомного номера или массового числа, в отличие от других видов радиоактивных превращений. Ширина линий гамма-излучений чрезвычайно мала (~10 -2 эв). Поскольку расстояние между уровнями во много раз больше ширины линий, спектр гамма-излучения является линейчатым, т.е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров гамма-излучения позволяет установить энергии возбужденных состояний ядер. Гамма-кванты с большими энергиями испускаются при распадах некоторых элементарных частиц. Так, при распаде покоящегося р 0 - мезона возникает гамма-излучение с энергией ~70Мэв. Гамма-излучение от распада элементарных частиц также образует линейчатый спектр. Однако испытывающие распад элементарные частицы часто движутся со скоростями, сравнимыми с скоростью света. Вследствие этого возникает доплеровское уширение линии и спектр гамма-излучения оказывается размытым в широком интервале энергий. Гамма-излучение, образующееся при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их торможением к кулоновском поле атомных ядер вещества. Тормозное гамма - излучение, также как и тормозное рентгеновское излучение, характеризуется сплошным спектром, верхняя граница которого совпадает с энергией заряженной частицы, например электрона. В ускорителях заряженных частиц получают тормозное гамма- излучение с максимальной энергией до нескольких десятков Гэв.

В межзвездном пространстве гамма-излучение может возникать в результате соударений квантов более мягкого длинноволнового, электромагнитного излучения, например света, с электронами, ускоренными магнитными полями космических объектов. При этом быстрый электрон передает свою энергию электромагнитному излучению и видимый свет превращается в более жесткое гамма-излучение.

Аналогичное явление может иметь место в земных условиях при столкновении электронов большой энергии, получаемых на ускорителях, с фотонами видимого света в интенсивных пучках света, создаваемых лазерами. Электрон передает энергию световому фотону, который превращается в г-квант. Таким образом, можно на практике превращать отдельные фотоны света в кванты гамма-излучения высокой энергии.

Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, т.е. может проникать сквозь большие толщи вещества без заметного ослабления. Основные процессы, происходящие при взаимодействии гамма-излучения с веществом, - фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние (комптон-эффект) и образование пар электрон-позитрон. При фотоэффекте происходит поглощение г-кванта одним из электронов атома, причём энергия г-кванта преобразуется ( за вычетом энергии связи электрона в атоме ) в кинетическую энергию электрона, вылетающего за пределы атома. Вероятность фотоэффекта прямо пропорциональна пятой степени атомного номера элемента и обратно пропорциональна 3-й степени энергии гамма-излучения. Таким образом, фотоэффект преобладает в области малых энергии г-квантов ( 100 кэв ) на тяжелых элементах ( Pb, U).

При комптон-эффекте происходит рассеяние г-кванта на одном из электронов, слабо связанных в атоме. В отличие от фотоэффекта, при комптон-эффекте г-квант не исчезает, а лишь изменяет энергию (длину волны) и направление распространения. Узкий пучок гамма-лучей в результате комптон-эффекта становится более широким, а само излучение - более мягким (длинноволновым ). Интенсивность комптоновского рассеяния пропорциональна числу электронов в 1см 3 вещества, и поэтому вероятность этого процесса пропорциональна атомному номеру вещества. Комптон-эффект становится заметным в веществах с малым атомным номером и при энергиях гамма-излучения, превышают энергию связи электронов в атомах. Так, в случае Pb вероятность комптоновского рассеяния сравнима с вероятностью фотоэлектрического поглощения при энергии ~ 0,5 Мэв. В случае Al комптон-эффект преобладает при гораздо меньших энергиях.

Если энергия г-кванта превышает 1,02 Мэв, становится возможным процесс образования электрон-позитроновых пар в электрическом поле ядер. Вероятность образования пар пропорциональна квадрату атомного номера и увеличивается с ростом hн. Поэтому при hн ~10 Мэв основным процессом в любом веществе оказывается образование пар.

Обратный процесс аннигиляция электрон-позитронной пары является источником гамма-излучения.

Для характеристики ослабления гамма-излучения в веществе обычно пользуются коэффициентом поглощения, который показывает, на какой толщине Х поглотителя интенсивность I₀ падающего пучка гамма-излучение ослабляется в е раз:

Здесь м₀ - линейный коэффициент поглощения гамма-излучения. Иногда вводят массовый коэффициент поглощения, равный отношению м₀ к плотности поглотителя.

Экспоненциальный закон ослабления гамма-излучения справедлив для узкого направления пучка гамма-лучей, когда любой процесс, как поглощения, так и рассеяния, выводит гамма-излучение из состава первичного пучка. Однако при высоких энергиях процесс прохождения гамма-излучения через вещество значительно усложняется. Вторичные электроны и позитроны обладают большой энергией и поэтому могут, в свою очередь, создавать гамма-излучение благодаря процессам торможения и аннигиляциии. Таким образом, в веществе возникает ряд чередующихся поколений вторичного гамма-излучения, электронов и позитронов, то есть происходит развитие каскадного ливня. Число вторичных частиц в таком ливне сначала возрастает с толщиной, достигая максимума. Однако затем процессы поглощения начинают преобладать над процессами размножения частиц и ливень затухает. Способность гамма-излучения развивать ливни зависит от соотношения между его энергией и так называемой критической энергией, после которой ливень в данном веществе практически теряет способность развиваться.

Для изменения энергии гамма-излучения в экспериментальной физике применяются гамма-спектрометры различных типов, основанные большей частью на измерении энергии вторичных электронов. Основные типы спектрометров гамма-излучения: магнитные, сцинтиляционные, полупроводниковые, кристал-дифракционные.

Изучение спектров ядерных гамма-излучений дает важную информацию о структуре ядер. Наблюдение эффектов, связанных с влиянием внешней среды на свойства ядерного гамма-излучения, используется для изучения свойств твёрдых тел.

Гамма-излучение находит применение в технике, например для обнаружения дефектов в металлических деталях - гамма-дефектоскопия. В радиационной химии гамма-излучение применяется для инициирования химических превращений, например процессов полимеризации. Гамма-излучение используется в пищевой промышленности для стерилизации продуктов питания. Основными источниками гамма-излучения служат естественные и искусственные радиоактивные изотопы, а также электронные ускорители.

Действие на организм гамма-излучения подобно действию других видов ионизирующих излучений. Гамма-излучение может вызывать лучевое поражение организма, вплоть до его гибели. Характер влияния гамма-излучения зависит от энергии г-квантов и пространственных особенностей облучения, например, внешнее или внутреннее. Относительная биологическая эффективность гамма-излучения составляет 0,7-0,9. В производственных условиях (хроническое воздействие в малых дозах) относительная биологическая эффективность гамма-излучения принята равной 1. Гамма-излучение используется в медицине для лечения опухолей, для стерилизации помещений, аппаратуры и лекарственных препаратов. Гамма-излучение применяют также для получения мутаций с последующим отбором хозяйственно-полезных форм. Так выводят высокопродуктивные сорта микроорганизмов (например, для получения антибиотиков) и растений.

Современные возможности лучевой терапии расширились в первую очередь за счёт средств и методов дистанционной гамма-терапии. Успехи дистанционной гамма-терапии достигнуты в результате большой работы в области использования мощных искусственных радиоактивных источников гамма-излучения (кобальт-60, цезий-137), а также новых гамма-препаратов.

Большое значение дистанционной гамма-терапии объясняется также сравнительной доступностью и удобствами использования гамма-аппаратов. Последние, так же как и рентгеновские, конструируют для статического и подвижного облучения. С помощью подвижного облучения стремятся создать большую дозу в опухоли при рассредоточенном облучении здоровых тканей. Осуществлены конструктивные усовершенствования гамма-аппаратов, направленные на уменьшение полутени, улучшение гомогенизации полей, использование фильтров жалюзи и поиски дополнительных возможностей защиты.

Использование ядерных излучений в растениеводстве открыло новые, широкие возможности для изменения обмена веществ у сельскохозяйственных растений, повышение их урожайности, ускорения развития и улучшения качества.

В результате первых исследований радиобиологов было установлено, что ионизирующая радиация - мощный фактор воздействия на рост, развитие и обмен веществ живых организмов. Под влиянием гамма-облучения у растений, животных или микроорганизмов меняется слаженный обмен веществ, ускоряется или замедляется (в зависимости от дозы) течение физиологических процессов, наблюдаются сдвиги в росте, развитии, формировании урожая.

Следует особо отметить, что при гамма-облучении в семена не попадают радиоактивные вещества. Облученные семена, как и выращенный из них урожай, нерадиоактивны. Оптимальные дозы облучения только ускоряют нормальные процессы, происходящие в растении, и поэтому совершенно необоснованны какие-либо опасения и предостережения против использования в пищу урожая, полученного из семян, подвергавшихся предпосевному облучению.

Ионизирующие излучения стали использовать для повышения сроков хранения сельскохозяйственных продуктов и для уничтожения различных насекомых-вредителей. Например, если зерно перед загрузкой в элеватор пропустить через бункер, где установлен мощный источник радиации, то возможность размножения насекомых-вредителей будет исключена и зерно сможет храниться длительное время без каких-либо потерь. Само зерно как питательный продукт не меняется при таких дозах облучения. Употребление его для корма четырех поколений экспериментальных животных не вызвало каких бы то ни было отклонений в росте, способности к размножению и других патологических отклонений от нормы.

Подобные документы

Гамма-излучение - коротковолновое электромагнитное излучение. На шкале электромагнитных волн оно граничит с жестким рентгеновским излучением, занимая область более высоких частот. Гамма-излучение обладает чрезвычайно малой длинной волны.

реферат [11,0 K], добавлен 07.11.2003

Физические основы метода гамма-гамма каротаж. Его виды, преимущество и применение. Взаимодействия квантов с веществом. Измерение характеристик рассеянного гамма-излучения, возникающего при облучении горных пород внешним источником гамма-излучения.

презентация [146,3 K], добавлен 23.03.2015

Свойства ядерных изомерных состояний. Характеристики гамма-излучения возбужденных ядер. Механизм обходных переходов. Оценка итоговых выходов ядер в метастабильном состоянии, образующихся в процессе обходного возбуждения с помощью синхротронного излучения.

дипломная работа [934,0 K], добавлен 16.05.2017

Изучение возникновения и применения гамма-излучения. Особенности использования в качестве детекторов в дозиметрических приборах газоразрядных счетчиков, работа которых основана на ионизирующем действии ядерного излучения; их достоинства и недостатки.

курсовая работа [696,4 K], добавлен 24.11.2013

Порядок и главные правила измерения величин I0 и Iфон с заданной статистической погрешностью. Определение излучения исследуемого радиоактивного изотопа. Направления и перспективы устранения различных систематических погрешностей в данном эксперименте.

лабораторная работа [149,1 K], добавлен 01.12.2014

Физические основы метода гамма-гамма каротажа, применение этого метода при решении геологических и геофизических задач. Методы рассеянного гамма-излучения. Изменение характеристик потока гамма-квантов. Глубинность исследования плотностного метода.

курсовая работа [786,8 K], добавлен 01.06.2015

Ядерно-физические свойства и радиоактивность тяжелых элементов. Альфа- и бета-превращения. Сущность гамма-излучения. Радиоактивное превращение. Спектры рассеянного гамма-излучения сред с разным порядковым номером. Физика ядерного магнитного резонанса.

Гамма-излучение — это коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 1 нм, что соответствует энергии фотона около 1 кэВ.

Простое объяснение

Одним из самых интересных явлений, наблюдаемых во Вселенной, являются гамма-вспышки. Это короткие импульсы гамма-излучения, которые появляются в среднем раз в день где-то в небе. Источники гамма-вспышек расположены в миллиардах световых лет от Земли и являются самыми мощными взрывами во Вселенной. Обычно всего за несколько секунд они выделяют больше энергии, чем наше Солнце за всю свою жизнь. Считается, что гамма-вспышки возникают в результате взрывов очень массивных звезд — сверхновых, которые коллапсируют в черную дыру.

Рис. 1. Так представляет собой взрыв сверхновой. Источник: [ ESA/Hubble / CC BY ]

Приведенный ниже материал поможет вам лучше понять, что такое гамма-излучение, каковы его свойства, как оно возникает и как взаимодействует с веществом.

Исключением является гамма-излучение ( γ ), которое чаще всего визуализируется с помощью клевера, являющегося символом радиоактивности. Гамма-излучение действительно широко используется, например, в медицинской диагностике, однако используемые устройства гораздо менее распространены и менее известны, чем, скажем, рентгеновский аппарат.

Определение:

Гамма-излучение — это коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 1 нм, что соответствует энергии фотона около 1 кэВ.

Свойства

Гамма-излучение — это электромагнитная волна очень высокой энергии, т.е. очень короткой длины волны (рис. 2.). Условно принято, что верхний предел длины гамма-волны составляет 0,1 нм, что соответствует минимальной энергии гамма-кванта около 0,1 МэВ. Следует отметить, что не существует строгой границы между гамма-излучением и рентгеновскими лучами, которые имеют большую длину волны и меньшую энергию, чем гамма-излучение. Диапазоны обоих типов электромагнитных волн частично перекрываются.

Рис. 2. Электромагнитный спектр

Гамма-излучение, как и другие виды электромагнитного излучения, распространяется в вакууме со скоростью света, т.е. 3 * 10 8 м / c

В случае гамма-излучения квантовая природа излучения становится наиболее очевидной. Во всех наблюдаемых явлениях гамма-фотоны ведут себя как частицы, обладающие импульсом. Хотя гамма-излучение является электромагнитной волной, наблюдение волновых явлений, таких как дифракция, очень сложно.

Энергия гамма-фотонов, E, выражается формулой: E = h * f = h * c / λ

где h = 6,6*10 -34 Дж*с — постоянная Планка, f — частота волны, λ — длина волны, c = 3*10 8 м/с — скорость света.

Источники

Источники гамма-излучения также находятся вокруг нас. К счастью, они обычно не излучают такую энергию, которая могла бы причинить нам вред. В природе его основными источниками являются распады естественных радиоактивных изотопов и космическое излучение.

Источником гамма-излучения обычно являются атомные ядра. Гамма-квант испускается атомным ядром в результате радиоактивного распада. Испуская гамма-квант, ядро избавляется от избыточной энергии и переходит из возбужденного состояния в основное.

Взаимодействие с веществом

Гамма-излучение называют ионизирующим излучением. Это означает, что, взаимодействуя с веществом, оно способно ионизировать атомы и молекулы. Мы выделяем три основных процесса взаимодействия гамма-излучения с веществом:

Собственный фотоэлектрический эффект, при котором падающий на вещество фотон передает всю свою энергию электрону на атомных оболочках, отрывая его от атомов или перемещая на более высокий энергетический уровень.
Комптоновское рассеяние (эффект Комптона), при котором фотон гамма-излучения передает часть своей энергии электрону (рис. 3). Движение электрона и фотона после рассеяния подчиняется принципу сохранения энергии и импульса. В одном акте взаимодействия обычно происходит небольшое изменение энергии кванта гамма-излучения. Изменение энергии фотона зависит от угла рассеяния ( θ ), т.е. угла между вектором скорости фотона после рассеяния и до рассеяния. Максимальная передача энергии происходит в результате обратного рассеяния, то есть когда фотон после рассеяния движется в направлении, противоположном первоначальному ( θ = 180° ).

Эффект Комптона — неупругое рассеяние фотона заряженной частицей, обычно электроном, названное в честь первооткрывателя Артура Холли Комптона. Если рассеяние приводит к уменьшению энергии, поскольку часть энергии фотона передаётся отражающемуся электрону, что соответствует увеличению длины волны фотона (который может быть рентгеновским или гамма-фотоном), то этот процесс называется эффектом Комптона
Википедия

Рис. 3. Диаграмма комптоновского рассеяния

3. Создание электрон-позитронных пар, заключающееся в изменении высокоэнергетического фотона в пару частица-античастица. Для того чтобы процесс произошел, энергия кванта гамма-излучения должна быть больше, чем сумма масс покоя частиц, умноженная на c 2 . Масса электрона, определенная в единицах МэВ / c 2 составляет 0,51. Таким образом, предельная энергия фотона составляет около 1.02 МэВ.

Вероятность возникновения того или иного процесса зависит от энергии фотонов гамма-излучения и от материала, в котором происходит взаимодействие. На рисунке 4 представлена диаграмма условий, в которых доминируют определенные, упомянутые процессы. По оси x — энергия фотона, по оси y — атомный номер (зарядовое число) материала. В случае материалов со средним и высоким атомным номером, фотоэффект доминирует при низких энергиях фотонов (ниже около 1 МэВ), эффект Комптона доминирует при средних энергиях фотонов (около 1-5 МэВ). Высокоэнергетические кванты гамма-излучения (выше 5 МэВ) подвергаются в основном созданию электрон-позитронных пар.

Рис. 4. Диаграмма условий, при которых доминируют три основных процесса взаимодействия электромагнитного излучения с веществом

Гамма-излучение характеризуется очень высокой проникающей способностью. Эффективное поглощение пучка фотонов требует использования толстых экранов, обычно изготовленных из свинца или другого материала с высокой плотностью и атомным номером.

Во всех этих явлениях появляются высокоэнергетические электроны, которые еще больше ионизируют материю. Возникновение одного из этих явлений является случайным. Гамма-фотон может пройти большой путь в веществе и не быть поглощенным. Если пучок гамма-лучей проходит через вещество, некоторые из фотонов будут случайным образом удалены из пучка в результате одного из вышеперечисленных процессов, в то время как другие будут двигаться беспрепятственно даже через толстый слой вещества.

Поглощение гамма-фотонов в веществе можно сравнить с ездой сумасшедших водителей, которые движутся с постоянной высокой скоростью и не останавливаются на светофорах. Некоторые из них быстро выбывают из движения из-за аварий, но некоторые счастливчики могут проехать сотни километров.

Защита и вред от гамма-излучения

Гамма-излучение является длинноволновым излучением — диапазон гамма-излучения в веществе теоретически бесконечен, но на практике достаточная защита обеспечивается свинцовыми пластинами или многометровым слоем бетона.

Гамма-излучение дальнего действия может стать для нас проблемой, поскольку это излучение вредно для живых организмов. Он очень проникающий, легко проходит по всему телу, а ионизация вызывает повреждение клеток различных органов. Если доза поглощенного излучения превышает определенное значение, называемое пороговой дозой, может возникнуть лучевая болезнь.

Ионизация вызывает повреждение клеток живых организмов. Поэтому гамма-излучение достаточно высокой интенсивности является смертельным для организмов. Кроме того, гамма-излучение очень проникающее и легко проходит через толстый слой воздуха и большинство окружающих нас предметов. При контакте с источниками гамма-излучения необходимо соблюдать осторожность и надевать защиту, обычно в виде свинцовых пластин. Гамма-излучение лучше всего поглощается материалами, содержащими элементы с высоким массовым числом, например, свинец.

Однако гамма-излучение не является экзотическим явлением, с которым мы не сталкиваемся в повседневной жизни. Гамма-излучение, исходящее от радиоактивных изотопов, которых в каждом предмете, а также в нашем теле содержится очень мало, постоянно присутствует в окружающей среде. Гамма-излучение также достигает поверхности Земли из космоса и является компонентом так называемого космического излучения. Окружающее нас излучение, известное как фоновое излучение, не вредно для нас. Только высокие дозы, которым могут подвергаться, например, работники атомных электростанций, представляют собой проблему и требуют специальной защиты.

Гамма-излучение образуется внутри звезд в реакциях слияния легких ядер в более тяжелые. При этом выделяется огромная энергия, которая испускается, в частности, в виде гамма-излучения. Самые большие выбросы гамма-излучения происходят при крупных космических катастрофах, таких как столкновения между нейтронными звездами или черными дырами или коллапс массивной звезды в черную дыру при взрыве сверхновой. Так называемые гамма-вспышки, которые достигают Земли, происходят в результате таких событий.

Применение

Ядерная медицина, отрасль медицины, использующая радиоактивные изотопы для терапии и диагностики, в последние годы стремительно развивается. Посмотрите на фотографию оборудования (рисунок 5) для радиотерапии в клинике в Гейдельберге (Германия). Оборудование стоимостью 119 миллионов евро занимает огромный зал, и все это для пациента, которого мы видим в правом нижнем углу, лежащего внутри огромного аппарата. Ядерная медицина — это обширная и интересная область. Здесь мы обсудим некоторые применения гамма-излучения в медицине и других областях жизни.

Рис. 5. Университетская клиника Гейдельберга

Мы также можем использовать опасные свойства гамма-излучения в своих целях. Это излучение можно использовать для стерилизации медицинского оборудования, а также пищевых продуктов.

Стерилизация.

Стерилизация заключается в уничтожении бактерий, плесени, грибков, паразитов и патогенных микроорганизмов с помощью ионизирующего излучения. Во время процедуры используется гамма-излучение, исходящее от радиоактивного изотопа кобальта, или высокоэнергетические электроны, получаемые в ускорителях. Типы источников излучения и правила эксплуатации радиационного оборудования регламентируются международными стандартами. Они гарантируют, что при облучении в пищевых продуктах не образуются вредные для здоровья вещества. Продукты питания дольше сохраняют свою свежесть, так как при облучении погибают микроорганизмы, вызывающие разложение продуктов.

Радиоизотопные счетчики.

Одно из наиболее распространенных применений гамма-излучения — радиоизотопные счетчики. Эти измерители используются для точного измерения толщины материала, когда это измерение невозможно выполнить стандартным методом. К ним относятся абсорбционные измерители, принцип действия которых основан на явлении поглощения гамма-излучения.

Чем толще материал, тем больше поглощается падающий луч. С одной стороны измеряемого объекта находится источник излучения, например, кобальт Top Index 60 Co, помещенный в экран, а с другой стороны — детектор гамма-лучей, который измеряет, сколько излучения прошло через материал. Знание зависимости поглощения гамма-излучения от толщины материала позволяет определить измеряемую толщину.

Диапазон измерения толщины очень широк и варьируется от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Радиоизотопные измерители не контактируют с измеряемым материалом во время измерения, что позволяет проводить измерения подвижных, высокотемпературных, вязких материалов, а также материалов и медицинских изделий, для которых важно не загрязнять образец во время измерения. Гамма-излучение кобальта 60 Co также используется в дефектоскопии, которая занимается обнаружением скрытых дефектов в изделиях.

Ядерная медицина.

Очень важной областью применения гамма-излучения является медицина. Это излучение используется как для лечения рака, так и для диагностики. Этим занимается отрасль медицины, называемая ядерной медициной. Устройства, используемые в ядерной медицине, включают:

Кобальтовая бомба — это устройство, используемое для лечения рака, а также для упомянутой выше стерилизации продуктов питания. Изотоп кобальта 60 Co, испускающий гамма-лучи с энергией 1,17 и 1,33 МэВ, помещен в толстый свинцовый экран, имеющий каналы, выводящие пучок излучения. Кобальтовая бомба также может быть оснащена механизмом, позволяющим дистанционно манипулировать образцами, не подвергая оператора воздействию радиации.
Гамма-нож — чрезвычайно точный медицинский прибор, используемый в радиохирургии, т.е. хирургии мозга без вскрытия черепа. Для точного выполнения процедуры пациент обездвиживается. С помощью визуализации, например, компьютерной томографии, определяется местоположение опухоли. Затем на место расположения опухоли направляется около 200 пучков гамма-излучения, источником которых являются капсулы, содержащие радиоактивный кобальт 60 Co. Суть метода заключается в том, что отдельные пучки излучения достаточно слабы, чтобы не повредить мозг при проникновении. С другой стороны, в точно определенном месте доза от отдельных лучей суммируется — ее мощность в 200 раз превышает мощность дозы от одного луча. В результате в области опухоли излучение достигает мощности, необходимой для уничтожения опухолевых клеток. Риск побочных эффектов очень низок по сравнению с традиционной нейрохирургией. Кроме того, лечение практически не требует выздоровления. Пациенты, прошедшие облучение на гамма-ноже, возвращаются к нормальной жизни на следующий день после процедуры.
Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) — это метод, использующий гамма-излучение для создания пространственного изображения любой области тела пациента.

Обследование начинается с введения радиофармпрепаратов в организм пациента. Это химические соединения, состоящие из двух элементов — радиоактивного изотопа и носителя, способного депонироваться в тканях и органах. Носители особенно интенсивно поглощаются раковыми клетками внутри опухоли. Атомные ядра радиоактивного изотопа подвергаются трансформации, в ходе которой они испускают гамма-кванты. Количество испускаемого излучения зависит от содержания радиофармацевтического препарата в соответствующей области. Таким образом, из области опухоли будет испускаться больше гамма-квантов, чем из других областей.

Излучение измеряется непосредственно с помощью внешнего детектора — гамма-камеры. Пространственное изображение получается при вращении камеры вокруг исследуемой области пациента. Изображения собираются из последовательных положений зонда, отличающихся на несколько градусов. Таким образом, измерения производятся при полном обороте вокруг пациента. Для ускорения процесса сбора данных чаще всего используются двухголовые камеры, расположенные друг напротив друга. Они проводят измерения одновременно, что ускоряет обследование в два раза (рис. 6.). Все полученные результаты измерений затем подвергаются компьютерной обработке, что позволяет создать трехмерное изображение исследуемой области.

Рис. 6. ОФЭКТ-аппарат с двухголовочной гамма-квантовой камерой визуализации. Источник: [ KieranMaher at English Wikibooks / Public domain]

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ. Презентация на заданную тему содержит 13 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

Содержание Что такое ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ Источники гамма-лучей распад радиоактивных ядер аннигиляция пар частица-античастица прохождение быстрых заряженных частиц через вещество Фотоэффект Комптон-эффект Применение

Что такое гамма-излучение Гамма-излучение – это коротковолновое электромагнитное излучение. На шкале электромагнитных волн оно граничит с жестким рентгеновским излучением, занимая область более высоких частот.

Гамма-излучение обладает чрезвычайно малой длинной волны (λ10 -8 см) и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. ведет себя подобно потоку частиц – гамма квантов, или фотонов, с энергией hν (ν – частота излучения, h – постоянная Планка). Гамма-излучение обладает чрезвычайно малой длинной волны (λ10 -8 см) и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. ведет себя подобно потоку частиц – гамма квантов, или фотонов, с энергией hν (ν – частота излучения, h – постоянная Планка).

Источники гамма-лучей Гамма- излучение возникает : при распадах радиоактивных ядер и элементарных частиц при аннигиляции пар частица-античастица при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество

Гамма-излучение испускается при переходах ядра из более возбужденного энергетического состояния в менее возбужденное или в основное. Энергия γ – кванта равна разности энергий Δε состояний, между которыми происходит переход. Гамма-излучение испускается при переходах ядра из более возбужденного энергетического состояния в менее возбужденное или в основное. Энергия γ – кванта равна разности энергий Δε состояний, между которыми происходит переход.

Фотоэффект Основные процессы, происходящие при взаимодействии гамма-излучения с веществом, - фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект). При фотоэффекте происходит поглощение γ-кванта одним из электронов атома, причём энергия γ-кванта преобразуется ( за вычетом энергии связи электрона в атоме ) в кинетическую энергию электрона, вылетающего за пределы атома. Таким образом, фотоэффект преобладает в области малых энергии γ-квантов ( 100 кэв ) на тяжелых элементах ( Pb, U).

Комптон-эффект При комптон-эффекте происходит рассеяние γ-кванта на одном из электронов, слабо связанных в атоме. В отличие от фотоэффекта, при комптон-эффекте γ-квант не исчезает, а лишь изменяет энергию ( длинну волны ) и направление распрастранения. Узкий пучок гамма-лучей в результате комптон-эффекта становится более широким, а само излучение - более мягким (длинноволновым ).

Применение В результате первых исследований радиобиологов было установлено, что ионизирующая радиация – мощный фактор воздействия на рост, развитие и обмен веществ живых организмов. Ионизирующие излучения стали использовать для повышения сроков хранения сельскохозяйственных продуктов и для уничтожения различных насекомых-вредителей.

Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — −3 нм и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.

Гамма-квантами являются фотоны с высокой энергией. Считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 10 5 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1-100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению; если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке — к рентгеновскому излучению. С точки зрения физики, кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.

Художественная иллюстрация: ядро атома испускает гамма-квант.

Гамма-излучение испускается при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер (см. Изомерный переход, энергии таких гамма-квантов лежат в диапазоне от ~1 кэВ до десятков МэВ), при ядерных реакциях (например, при аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и т.д.), а также при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях (см. Синхротронное излучение).

Гамма-излучение было открыто французским физиком Полем Виллардом в 1900 году при исследовании излучения радия.

Физические свойства

Гамма-лучи, в отличие от α-лучей и β-лучей, не отклоняются электрическими и магнитными полями, характеризуются большей проникающей способностью при равных энергиях и прочих равных условиях. Гамма-кванты вызывают ионизацию атомов вещества. Основные процессы, возникающие при прохождении гамма-излучения через вещество:

Фотоэффект — энергия гамма-кванта поглощается электроном оболочки атома, и электрон, совершая работу выхода, покидает атом (который становится ионизированным).

Комптон-эффект — гамма-квант рассеивается при взаимодействии с электроном, при этом образуется новый гамма-квант, меньшей энергии, что также сопровождается высвобождением электрона и ионизацией атома.

Эффект образования пар — гамма-квант в поле ядра превращается в электрон и позитрон.

Ядерный фотоэффект — при энергиях выше нескольких десятков МэВ гамма-квант способен выбивать нуклоны из ядра.

Использование

Области применения гамма-излучения:

Гамма-дефектоскопия, контроль изделий просвечиванием γ-лучами.

Консервирование пищевых продуктов.

Стерилизация медицинских материалов и оборудования.

Гамма-каротаж в геологии.

Гамма-высотомер, измерение расстояния до поверхности при приземлении спускаемых космических аппаратов.

Гамма-стерилизация специй, зерна, рыбы, мяса и других продуктов для увеличения срока хранения

Зарегистрировать гамма-кванты можно с помощью ряда ядерно-физических детекторов ионизирующего излучения (сцинтилляционных, газовых, полупроводниковых и т. д.).

Биологические эффекты

Облучение гамма-квантами, в зависимости от дозы и продолжительности, может вызвать хроническую и острую лучевые болезни. Стохастические эффекты облучения включают различные видыонкологических заболеваний. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых и других быстро делящихся клеток. Гамма-излучение является мутагенным и тератогенным фактором.

Защитой от гамма-излучения может служить слой вещества. Эффективность защиты (то есть вероятность поглощения гамма-кванта при прохождении через неё) увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещества и содержания в нём тяжёлых ядер (свинца, вольфрама, обеднённого урана и пр.).

Читайте также: