Радиация в медицине реферат по физике

Обновлено: 05.07.2024

1.1. Цель:
Выяснить в каких областях жизнедеятельности человека используют явление радиоактивность.
1.2. Задачи:
Изучить историю открытия радиоактивности.
Выяснить, что происходит с веществом при радиоактивном излучении.
Выяснить, как получить радиоактивные изотопы и где они применятся.
Развивать навык работы с дополнительной литературой.
В компьютерном исполнении выполнить презентацию материала.

Файлы: 1 файл

fizika_Gali.docx

Выяснить в каких областях жизнедеятельности человека используют явление радиоактивность.

  • Изучить историю открытия радиоактивности.
  • Выяснить, что происходит с веществом при радиоактивном излучении.
  • Выяснить, как получить радиоактивные изотопы и где они применятся.
  • Развивать навык работы с дополнительной литературой.
  • В компьютерном исполнении выполнить презентацию материала.

Получение и применение радиоактивных изотопов.

Радиоактивные изотопы, встречающие в природе, называются естественными. Но многие химические элементы встречаются в природе только в стабильном (т.е. радиоактивном) состоянии. В 1934 году французские ученые Ирен и Фредерик Жолио – Кюри обнаружили, что радиоактивные изотопы могут быть созданы искусственным путем в результате ядерных реакций. Такие изотопы назвали искусственными. Для получения искусственных радиоактивных изотопов обычно используют ядерные реакторы и ускорители элементарных частиц. Существует отрасль промышленности, специализирующаяся на производстве таких элементов. Впоследствии был получены искусственные изотопы всех химических элементов. Всего в настоящее время известно примерно 2000 радиоактивных изотопов, причем 300 из них – естественные. В настоящее время радиоактивные изотопы широко применяют в различных сферах научной и практической деятельности: техника, медицина, сельское хозяйство, средства связи, военной области и в некоторых других. При этом часто используют так называемый метод меченых атомов.

Сегодня радиоактивность не только приносит людям несчастье, а наоборот, помогает! Радиоактивность (, а точнее радиоизотопы) может использоваться в медицине, промышленности и науке… Давайте рассмотрим по подробней и узнаем, каким же образом это происходит.

3.1.Использование изотопов в медицине.

С помощью изотопов были раскрыты механизмы развития (патогенез) ряда заболеваний; их применяют также для изучения обмена веществ и диагностики многих заболеваний.

Изотопы вводят в организм человека в крайне малых количествах (безопасное для здоровья), не способных вызвать какие-либо патологические сдвиги. Кровью они неравномерно распределяются по всему организму. Излучение, возникающее при распаде изотопа, регистрируют приборами (специальными счетчиками частиц, фотографированием), расположенных вблизи тела человека. В результате можно получить изображение какого –либо внутреннего органа . По этому изображению можно судить о размерах и форме этого органа, о повышенной или пониженной концентрации изотопа в различных его частях.

Можно также оценить функциональное состояние (т.е. работу) внутренних органов по скорости накопления и выведения ими радиоизотопа.

Так, состояние сердечного кровообращения, скорости кроветока, изображение полостей сердца определяют с помощью соединений, включающих изотопы натрия, иода, технеция; для изучения лёгочной вентиляции и заболеваний спинного мозга применяют изотопы технеция, ксенона; макроагрегаты альбумина человеческой сыворотки с изотопом иода используют для диагностики различных воспалительных процессов в легких, их опухолей и при различных заболеваниях щитовидной железы.

Использование изотопов в медицине.

Концентрационную и выделительную функции печени изучают при помощи краски бенгал-роз с изотопом иода, золота. Изображение кишечника, желудка получают, используя изотоп технеция, селезёнки применяя эритроциты с изотопом технеция или хрома; с помощью изотопа селена диагностируют заболевания поджелудочной железы. Все эти данные позволяют поставить правильный диагноз заболевания.

Важное значение при выборе изотопа имеет вопрос о чувствительности метода изотопного анализа, а также о типе радиоактивного распада и энергии излучения.

В медицине радиоактивные изотопы используются не только для диагностики, но и для лечения некоторых заболеваний, например раковых опухолей, базедовой болезни и др.

В связи с применением очень малых доз радиоизотопов лучевое воздействие на организм при радиационной диагностике и лечении не представляет опасности для пациентов.

В медицине радиоактивные изотопы используются не только для диагностики, но и для лечения некоторых заболеваний, например раковых опухолей, базедовой болезни и др.

В связи с применением очень малых доз радиоизотопов лучевое воздействие на организм при радиационной диагностике и лечении не представляет опасности для пациентов.

3.2.Применение изотопов в промышленности.

Одним из примеров может служить следующий способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца. Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д. Мощное гамма-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.

Изотопы также используются в ядерно-физической аппаратуре для изготовления счетчиков нейтронов, что позволяет увеличить эффективность счета более чем в 5 раз, в ядерной энергетике как замедлители и поглотители нейтронов.

3.3.Использование изотопов в науке.

Использование изотопов в биологии привело к пересмотру прежних представлений о природе фотосинтеза, а также о механизмах, обеспечивающих усвоение растениями неорганических веществ карбонатов, нитратов, фосфатов и др. С помощью изотопов изучено перемещение популяций в биосфере и отдельных особей внутри данной популяции, миграции микробов, а также отдельных соединений внутри организма. Вводя в организмы с пищей или путём инъекций метку, удалось изучить скорость и пути миграции многих насекомых (москитов, мух, саранчи), птиц, грызунов и др. мелких животных и получить данные о численности их популяций.


В области физиологии и биохимии растений с помощью изотопов решен ряд теоретических и прикладных проблем: выяснены пути поступления минеральных веществ, жидкостей и газов в растения, а также роль различных химических элементов, в том числе микроэлементов, в жизни растений. Показано, в частности, что углерод поступает в растения не только через листья, но и через корневую систему, установлены пути и скорости передвижения ряда веществ из корневой системы в стебель и листья и из этих органов к корням.


В области физиологии и биохимии животных и человека изучены скорости поступления различных веществ в их ткани (в том числе скорость включения железа в гемоглобин, фосфора в нервную и мышечные ткани, кальция в кости). Использование "меченой" пищи привело к новому представлению о скоростях всасывания и распространения пищевых веществ, об их "судьбе" в организме и помогло проследить за влиянием внутренних и внешних факторов (голодание, асфиксия, переутомление и т. д.) на обмен веществ.

Выдающиеся французские физики Мария Склодовская – Кюри и Пьер Кюри, их дочь Ирен и зять Фредерик Жолио и многие другие ученые не только внесли большой вклад в развитие ядерной физики, но были страстными борцами за мир. Они вели значительную работу по мирному использованию атомной энергии. В Советском Союзе работы над атомной энергией начались в 1943 году под руководством выдающегося советского ученого И. В. Курчатова. В трудных условиях небывалой войны советские ученые решали сложнейшие научные и технические задачи, связанные с овладением атомной энергией. 25 декабря 1946 года под руководством И.В.Курчатова впервые на континенте Европы и Азии была осуществлена цепная реакция. В Советском Союзе началась эра мирного атома. В ходе работы я выяснила, радиоактивные изотопы, полученные искусственным путем, нашли широкое применение в науке, технике, сельском хозяйстве, промышленности, медицине, археологии и других областях. Это обусловлено следующими свойствами радиоактивных изотопов:

  • Радиоактивное вещество непрерывно излучает определенный вид частиц и интенсивность в течение времени не меняется;
  • Излучение обладает определенной проникающей способностью;
  • Радиоактивность сопровождается выделением энергии;
  • Под действием излучения могут прои сходить изменения в облучаемом веществе;
  • Излучение можно зафиксировать разными сп особами: специальными счетчиками частиц, фотографированием и т.д.

История радиоактивности началась с того, как в 1896 году французский физик Анри Беккерель занимался люминесценцией и исследованием рентгеновских лучей.

Открытие радиоактивности, наиболее яркое свидетельство сложного строения атома.

Комментируя открытие Рентгена ученые выдвигают гипотезу о том, что рентгеновские лучи испускаются при фосфоресценции независимо от наличии катодных лучей. А. Беккерель решил проверить эту гипотезу. Обернув фотопластинку черной бумагой, он положил на нее металлическую пластинку причудливой формы, покрытую слоем соли урана. Дав четырехчасовую выдержку на солнечном свете, Беккерель проявил фотопластинку и увидел на ней точный силуэт металлической фигурки. Он повторил опыты с большими вариациями, получая отпечатки монеты, ключа. Все опыты подтвердили проверяемую гипотезу, о чем Беккерель доложил 24 февраля на заседании академии наук. Однако Беккерель не прекращает опыты, готовя все новые варианты.

26 февраля 1896 года погода над Парижем испортилась и подготовленные фотопластинки с кусочками урановой соли пришлось положить в темный ящик стола до появления солнца. Оно появилось над Парижем 1 марта, и опыты можно было продолжить. Взяв пластинки, Беккерель решил их проявить. Проявив пластинки, ученый увидел на них силуэты урановых образцов. Ничего не понимая, Беккерель решил повторить случайный опыт.

Он уложил в светонепроницаемую коробку две пластинки, насыпал на них урановую соль, положив предварительно на одну из них стекло, а на другую – алюминиевую пластинку. Пять часов все это находилось в темной комнате, после чего Беккерель проявил фотопластинки. И что же – силуэты образцов вновь четко видны. Значит, какие – то лучи образуются в солях урана. Они похожи на Х – лучи, но откуда они берутся? Ясно одно, что связи между Х – лучами и фосфоресценцией нет. Об этом он доложил на заседании академии наук 2 марта 1896 года,

совершенно сбив с толку всех ее членов. Беккерель установил также, что времени с течением интенсивность излучения одного и того же образца не меняется и что новое излучение способно разряжать наэлектризованные тела. Большинство членов Парижской академии после очередного доклада Беккереля на заседании 26 марта поверили в его правоту. Открытое Беккерелем явление получило название радиоактивности, по предложению Марии Склодовской – Кюри.

Мария Склодовская – Кюри Пьер Кюри

Радиоактивность - способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению.

В 1897 году Мария занимаясь докторской диссертацией, выбрав тему для исследования – открытие Беккереля (Пьер Кюри посоветовал выбрать жене эту тему), решила найти ответ на вопрос: что является подлинным источником уранового излучения? С этой целью она решает исследовать большое количество образцов минералов и солей и выяснить, только ли уран обладает свойством излучать. Работая с образцами тория, она обнаруживает, что он, подобно урану, дает такие же лучи и примерно такой же интенсивности. Значит, данное явление оказывается свойством не только урана, и ему надо дать особое название. Уран и торий назвали радиоактивными элементами. Работа продолжалась с новыми минералами.

Пьер, как физик, чувствует важность работы и, оставив временно исследование кристаллов, начинает работать вместе с супругой. В результате данной совместной работы были открыты новые радиоактивные элементы: полоний, радий и др. 25 июня 1903 года в маленькой аудитории Сорбонны Мария Кюри защищает докторскую диссертацию. В ноябре 1903 года Королевское общество присудило Пьеру и Марии Кюри одну из высших научных наград Англии – медаль Дэви. 13 ноября супруги Кюри одновременно с Беккерелем получают телеграмму из Стокгольма о присуждении им троим Нобелевской премии по физике за выдающиеся открытия в области радиоактивности. Дело, начатое супругами Кюри, подхватили их ученики, среди которых была дочь Ирен и зять Фредерик Жолио, ставшие в 1935 году лауреатами Нобелевской премии за открытие искусственной радиоактивности.

Ирен и Фредерик Кюри – Жолио

Английскими физиками Э. Резерфордом и Ф. Содди было доказано, что во всех радиоактивных процессах происходят взаимные превращения атомных ядер химических элементов. Изучение свойств излучения, сопровождающего эти процессы в магнитном и электрическом полях, показало, что оно разделяется на a-частицы, b-частицы и g-лучи (электромагнитное излучение с очень малой длиной волны).


МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 33.02.01 Фармация
Индивидуальный проект

студентка группы 201-I Ф

г. Нижний Новгород
2019 год

Задачи работы 3

Глава 1. Открытие рентгеновского излучения 4

1.3. Получение рентгеновских лучей 6

Глава 2. Рентгеновское излучение 7

2.1.Виды рентгеновского излучения 8

2.2. Свойства рентгеновских лучей 8

2.3. Получение рентгеновского изображения 9

2.3.Влияние рентгеновского излучения на человека 10

Глава 3. Применение рентгеновских лучей и их преимущества и недостатки 12

3.2. Преимущества и недостатки 13

Список литературных источников 17

Введение


Я выбрала данную тему потому, что каждый в своей жизни и не раз сталкивался с рентгеновским излучением, по принудительной или же иной причине, и мне захотелось узнать побольше о данном виде излучения, особенно его влияние на человека.

Цель работы

Задачи работы


  1. Узнать историю открытия рентгеновского излучения;

  2. Рассмотреть, как получают рентгеновские лучи;

  3. Изучить свойства рентгена;

  4. Посмотреть влияние рентгеновских лучей на человека и методы защиты от лучей;

  5. Выявить как рентген и его лучи применяются в медицине.

Глава 1. Открытие рентгеновского излучения


    1. . Биография Рентгена Вильгельма Конрада

      1. . Открытие рентгеновского излучения

      . Получение рентгеновских лучей

      где Z - атомный номер элемента анода, A и B - константы для определённого значения главного квантового числа n электронной оболочки). В настоящее время аноды изготовляются главным образом из керамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, - из молибдена. В процессе ускорения-торможения лишь 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99% энергии превращается в тепло.

      2) Рентгеновское излучение можно получать также и на ускорителях заряженных частиц. Т.н. синхротронное излучение возникает при отклонении пучка частиц в магнитном поле, в результате чего они испытывают ускорение в направлении, перпендикулярном их движению. Синхротронное излучение имеет сплошной спектр с верхней границей. При соответствующим образом выбранных параметрах (величина магнитного поля и энергия частиц) в спектре синхротронного излучения можно получить и рентгеновские лучи.

      Схематическое изображение рентгеновской трубки. X - рентгеновские лучи, K - катод, А - анод (иногда называемый антикатодом), С - теплоотвод, Uh - напряжение накала катода, Ua - ускоряющее напряжение, Win - впуск водяного охлаждения, Wout - выпуск водяного охлаждения (см. рентгеновская трубка).

      3) В качестве источников рентгеновских лучей могут служить также некоторые радиоактивные изотопы : одни из них непосредственно испускают рентгеновские лучи, ядерные излучения других (электроны или λ-частицы) бомбардируют металлическую мишень, которая испускает рентгеновские лучи. Интенсивность рентгеновского излучения изотопных источников на несколько порядков меньше интенсивности излучения рентгеновской трубки, но габариты, вес и стоимость изотопных источников несравненно меньше, чем установки с рентгеновской трубкой.

      4) Источниками мягких рентгеновских лучей с λ порядка десятков и сотен могут служить синхротроны и накопители электронов с энергиями в несколько Гэв. По интенсивности рентгеновское излучение синхротронов превосходит в указанной области спектра излучение рентгеновской трубки на 2-3 порядка.

      5) Естественные источники рентгеновских лучей - Солнце и другие космические объекты.

      Глава 2. Рентгеновское излучение


      Рентгеновское излучение — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением (от

      2.1.Виды рентгеновского излучения

      Виды рентгеновского излучения:

      А)по длине волны и проникающей способности:

      -мягкое (длина волны больше, чем у жесткого, а проникающая способность меньше);

      Б)по механизмам излучения и спектрам:

      2.2. Свойства рентгеновских лучей


      1. Высокая проникающая способность – способны проникать через определенные среды. Все тела для рентгеновского луча прозрачны, и степень прозрачности зависит от толщины тела. Именно благодаря этому свойству луч стал применяться в медицине для выявления работы органов, наличия переломов и инородных тел в организме. Рентгеновские лучи лучше всего проникают через газообразные среды (легочная ткань), плохо проникают через вещества с высокой электронной плотностью и большой атомной массой (в человеке – кости);

      2. Флюоресценция – свечение. При этом энергия рентгеновского излучения переходит в энергию видимого света. В настоящее время принцип флюоресценции лежит в основе устройства усиливающих экранов, предназначенных для дополнительного засвечивания рентгеновской пленки. Это позволяет снизить лучевую нагрузку на организм исследуемого пациента;

      3. Действие на фотопленку. Х-лучи могут подобно свету делать пленку темной, это позволяет фотографировать ту теневую сторону, которая получается при исследовании рентгеновскими лучами тел;

      4. Ионизирующая способность – под действием рентгеновских лучей происходит ионизация атомов ( разложение нейтральных молекул на положительные и отрицательные ионы, составляющие ионную пару;

      5. Биологическое – повреждение клеток. Большей частью оно обусловлено ионизацией биологически значимых структур (ДНК, РНК, молекул белков, аминокислот, воды). Положительные биологические эффекты – противоопухолевое, противовоспалительное.

      2.3. Получение рентгеновского изображения

      Получение рентгеновского изображения основано на ослаблении рентгеновского излучения при его прохождении через различные ткани организма. В результате прохождения через образования разной плотности и состава пучок излучения рассеивается и тормозится, в связи с чем, на пленке формируется изображение разной степени интенсивности – так называемое суммационное изображение всех тканей (тень).


      1. Проявление пленки – происходит восстановление серебра (где лучи прошли насквозь - почернение участка пленки, где задержались – более светлые участки);

      2. Фиксаж – вымывание бромида серебра из участков, где лучи прошли насквозь и не задержались.

      .Влияние рентгеновского излучения на человека

      Со временем исследователи выявили, что такого пагубного действия реально избежать, если уменьшить дозировку или время. При этом применяется дистанционное управление процедурой.

      Вред от получаемых волн иногда проявляется не сразу, а только спустя промежуток времени, постепенно: случаются непрерывные или временные преобразования в структуре эритроцитов, повышается риск развития лейкемии. Возможно характерное образование последствия в виде преждевременного старения и утери эластичности кожи.

      Влияние рентгеновского излучения зависит от того, какой внутренний орган подвержен излучению. Воздействие электромагнитных волн зависит от дозы лучей. При облучении половых органов у человека развивается бесплодие, при кроветворных органах – болезни крови.

      Регулярное облучение даже в самых маленьких количествах и при коротких промежутках, приводит к изменениям на генетическом фоне. Они редко обратимы.

      Электромагнитные волны проникают через ткани человеческого тела, при этом осуществляется ионизация в клетках, изменяется структура. Результатами таких воздействий становятся соматические осложнения или болезни в будущем поколении. Так проявляются генетические заболевания.

      У людей, подвергшихся излучению, выявляются патологии крови. После маленьких доз возникают изменения её состава, которые ещё обратимы. Распадаются эритроциты и гемоглобин вследствие гемолитических изменений. Возможна тромбоцитопения.

      При облучении нередки травмы хрусталика глаза, он мутнеет, и наступает катаракта.

      Однократное облучение медицинской аппаратурой не влечёт за собой сильных перемен, т.к. содержит небольшую дозировку. При чувстве пациентом повышенной тревоги он вправе попросить у медика специальный защитный фартук. После выключения аппарата вредоносное действие тут же прекращается. Частое же влияние пагубно сказывается на человеческом организме.

      Исследование последствий вредного облучения позволило создать международные стандарты, в которых указаны разрешённые минимальные дозы.

      Противопоказания к проведению рентгенологических исследований:

      1) Больные в тяжелом состоянии;

      2) Период беременности из-за негативного влияния на плод;

      3) Больные с кровотечением или открытым пневмотораксом.

      Глава 3. Применение рентгеновских лучей и их преимущества и недостатки

      3.1.Применение

      При помощи рентгеновских лучей можно просветить человеческое тело, в результате чего можно получить изображение костей, а в современных приборах и внутренних органов. При этом используется тот факт, что у содержащегося преимущественно в костях элемента кальция (Z=20) атомный номер гораздо больше, чем атомные номера элементов, из которых состоят мягкие ткани, а именно водорода (Z=1), углерода (Z=6), азота (Z=7), кислорода (Z=8). Кроме обычных приборов, которые дают двумерную проекцию исследуемого объекта, существуют компьютерные томографы, которые позволяют получать объёмное изображение внутренних органов.

      Выявление дефектов в изделиях (рельсах, сварочных швах и т.д.)) с помощью рентгеновского излучения называется рентгеновской дефектоскопией.

      В материаловедении, кристаллографии, химии и биохимии рентгеновские лучи используются для выяснения структуры веществ на атомном уровне при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения (рентгеноструктурный анализ). Известным примером является определение структуры ДНК.

      Кроме того, при помощи рентгеновских лучей может быть определён химический состав вещества. В электронно-лучевом микрозонде (либо же в электронном микроскопе) анализируемое вещество облучается электронами, при этом атомы ионизируются и излучают характеристическое рентгеновское излучение. Вместо электронов может использоваться рентгеновское излучение. Этот аналитический метод называется рентгено-флюоресцентным анализом.


      • лёгких и средостения - инфекционные, опухолевые и другие заболевания;

      • позвоночника - дегенеративно-дистрофические (остеохондроз, спондиллез, искривления), инфекционные и воспалительные (различные виды спондилитов), опухолевые заболевания;

      • различных отделов периферического скелета - на предмет различных травматических (переломы, вывихи), инфекционных и опухолевых изменений;

      • брюшной полости - перфорации органов, функции почек (экскреторная урография) и другие изменения.

      3.2. Преимущества и недостатки

      Рентгенография- исследование внутренней структуры объектов, которые проецируются при помощи рентгеновских лучей на специальную плёнку или бумагу. Наиболее часто термин используется в медицинском контексте, описывающий не инвазивное исследование, основанное на изучении костных структур и мягких тканей, при помощи суммационного проекционного изображения.

      Рентгеноскопия (рентгеновское просвечивание) - классическое определение - метод рентгенологического исследования, при котором изображение объекта получают на светящемся (флюоресцентном) экране.

      + Широкая доступность метода и легкость в проведении исследований;

      +Для большинства исследований не требуется специальной подготовки пациента;

      +Относительно низкая стоимость исследования;

      +Снимки могут быть использованы для консультации у другого специалиста или в другом учреждении (в отличие от УЗИ-снимков, где необходимо проведения повторного исследования, так как полученные изображения являются оператор-зависимыми).

      -Относительно плохая визуализация мягких тканей (связки, мышцы, диски и др.). "Замороженность" изображения - сложность оценки функции органа. Наличие ионизирующего излучения.

      +Главным преимуществом перед рентгенографией является факт исследования в реальном масштабе времени. Это позволяет оценить не только структуру органа, но и его смещаемость, сократимость или растяжимость, прохождение контрастного вещества, наполняемость. Метод также позволяет достаточно быстро оценить локализацию некоторых изменений, за счет вращения объекта исследования во время просвечивания (многопроекционное исследование). При рентгенографии для этого требуется проведение нескольких снимков, что не всегда возможно (пациент ушел после первого снимка не дождавшись результатов; большой поток пациентов, при котором делаются снимки только в одной проекции);

      +Рентгеноскопия позволяет контролировать проведение некоторых инструментальных процедур - постановка катетеров, ангиопластика (см. ангиография), фистулография;

      -Относительно высокая доза облучения по сравнению с рентгенографией - практически нивелирован с появлением новых цифровых аппаратов, снижающих дозовую нагрузку в сотни раз;

      -Низкое пространственное разрешение - также значительно улучшено с появлением цифровых аппаратов.

      Вывод


      По изученному материалу можно сделать вывод, что использование рентгеновских лучей стало спасением множества человеческих жизней. Рентген помогает не только своевременно диагностировать заболевание, методики лечения с применением лучевой терапии избавляют больных от различных патологий, начиная с гиперфункции щитовидной железы и заканчивая злокачественными опухолями костных тканей.

      Рентгеновское излучение было открыто немецким физиком В.Рентгеном (1845–1923). Его имя увековечено и в некоторых других физических терминах, связанных с этим излучением: рентгеном называется международная единица дозы ионизирующего излучения; снимок, сделанный в рентгеновском аппарате, называется рентгенограммой; область радиологической медицины, в которой используются рентгеновские лучи для диагностики и лечения заболеваний, называется рентгенологией.

      Содержание
      Вложенные файлы: 1 файл

      реферат по химии.docx

      ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

      Реферат на тему:

      Рентгеновское излучение и его использование в технике и медицине.

      Специальность: ТОР 13-1

      Получение рентгеновского излучения……………………………………….….…4

      Естественное рентгеновское излучение…………………………………………..7

      Природа рентгеновских лучей…………………………… …………………….……8

      Получение рентгеновского излучения……………………………………………..9

      Характеристическое рентгеновское излучение………………… ………………10

      Рентгеновское излучение, невидимое излучение, способное проникать, хотя и в разной степени, во все вещества. Представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка 10 –8 см.

      Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Это его свойство имеет важное значение для медицины, промышленности и научных исследований. Проходя сквозь исследуемый объект и падая затем на фотопленку, рентгеновское излучение изображает на ней его внутреннюю структуру. Поскольку проникающая способность рентгеновского излучения различна для разных материалов, менее прозрачные для него части объекта дают более светлые участки на фотоснимке, чем те, через которые излучение проникает хорошо. Так, костные ткани менее прозрачны для рентгеновского излучения, чем ткани, из которых состоит кожа и внутренние органы. Поэтому на рентгенограмме кости обозначатся как более светлые участки и более прозрачное для излучения место перелома может быть достаточно легко обнаружено. Рентгеновская съемка используется также в стоматологии для обнаружения кариеса и абсцессов в корнях зубов, а также в промышленности для обнаружения трещин в литье, пластмассах и резинах.

      Рентгеновское излучение используется в химии для анализа соединений и в физике для исследования структуры кристаллов. Пучок рентгеновского излучения, проходя через химическое соединение, вызывает характерное вторичное излучение, спектроскопический анализ которого позволяет химику установить состав соединения. При падении на кристаллическое вещество пучок рентгеновских лучей рассеивается атомами кристалла, давая четкую правильную картину пятен и полос на фотопластинке, позволяющую установить внутреннюю структуру кристалла.

      Применение рентгеновского излучения при лечении рака основано на том, что оно убивает раковые клетки. Однако оно может оказать нежелательное влияние и на нормальные клетки. Поэтому при таком использовании рентгеновского излучения должна соблюдаться крайняя осторожность.

      Рентгеновское излучение было открыто немецким физиком В.Рентгеном (1845–1923). Его имя увековечено и в некоторых других физических терминах, связанных с этим излучением: рентгеном называется международная единица дозы ионизирующего излучения; снимок, сделанный в рентгеновском аппарате, называется рентгенограммой; область радиологической медицины, в которой используются рентгеновские лучи для диагностики и лечения заболеваний, называется рентгенологией.

      Рентген открыл излучение в 1895, будучи профессором физики Вюрцбургского университета. Проводя эксперименты с катодными лучами (потоками электронов в разрядных трубках), он заметил, что расположенный вблизи вакуумной трубки экран, покрытый кристаллическим цианоплатинитом бария, ярко светится, хотя сама трубка закрыта черным картоном. Далее Рентген установил, что проникающая способность обнаруженных им неизвестных лучей, которые он назвал Х-лучами, зависит от состава поглощающего материала. Он получил также изображение костей собственной руки, поместив ее между разрядной трубкой с катодными лучами и экраном с покрытием из цианоплатинита бария. За открытием Рентгена последовали эксперименты других исследователей, обнаруживших много новых свойств и возможностей применения этого излучения. Большой вклад внесли М.Лауэ, В.Фридрих и П.Книппинг, продемонстрировавшие в 1912 дифракцию рентгеновского излучения при прохождении его через кристалл; У.Кулидж, который в 1913 изобрел высоковакуумную рентгеновскую трубку с подогретым катодом; Г.Мозли, установивший в 1913 зависимость между длиной волны излучения и атомным номером элемента; Г. и Л.Брэгги, получившие в 1915 Нобелевскую премию за разработку основ рентгеноструктурного анализа.

      Получение рентгеновского излучения

      Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженн ых частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов илимолекул. Оба эффекта используются в рентгеновских трубках. Основными конструктивными элементами таких трубок являются металлические катод и анод ( ранее называвшийся также антикатодом). В рентгеновских трубках электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом (при этом рентгеновские лучи не испускаются, так как ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом за счёт тормозного излученияпроисходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутренних электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома.

      Длина волны рентгеновских лучей сравнима с размерами атомов, поэтому не существует материала, из которого можно было бы изготовить линзу для рентгеновских лучей. Кроме того, при перпендикулярном падении на поверхность рентгеновские лучи почти не отражаются. Несмотря на это, в рентгеновской оптике были найдены способы построения оптических элементов для рентгеновских лучей. В частности выяснилось, что их хорошо отражает алмаз [4] .

      Рентгеновские лучи могут проникать сквозь вещество, причём различные вещества по-разному их поглощают. Поглощение рентгеновских лучей является важнейшим их свойством в рентгеновской съёмке.

      Поглощение происходит в результате фотопоглощения (фотоэффекта) и комптоновского рассеяния:

      • Под фотопоглощением понимается процесс выбивания фотоном электрона из оболочки атома, для чего требуется, чтобы энергия фотона была больше некоторого минимального значения. Если рассматривать вероятность акта поглощения в зависимости от энергии фотона, то при достижении определённой энергии она (вероятность) резко возрастает до своего максимального значения. Для более высоких значений энергии вероятность непрерывно уменьшается. По причине такой зависимости говорят, что существует граница поглощения. Место выбитого при акте поглощения электрона занимает другой электрон, при этом испускается излучение с меньшей энергией фотона, происходит т. н. процесс флуоресценции.
      • Рентгеновский фотон может взаимодействовать не только со связанными электронами, но и со свободными, а также слабосвязанными электронами. Происходит рассеяние фотонов на электронах — т. н. комптоновское рассеяние. В зависимости от угла рассеяния, длина волны фотона увеличивается на определённую величину и, соответственно, энергия уменьшается. Комптоновское рассеяние, по сравнению с фотопоглощением, становится преобладающим при более высоких энергиях фотона.

      В дополнение к названным процессам существует ещё одна принципиальная возможность поглощения — за счёт возникновения электрон-позитро нных пар. Однако для этого необходимы энергии более 1,022 МэВ, которые лежат вне вышеобозначенной границы рентгеновского излучения ( ых опухолей. По причине этого при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты. Считается, что поражение прямо пропорционально поглощённой дозе излучения. Рентгеновское излучение является мутагенным фактором.

      Естественное рентгеновское излучение

      На Земле электромагнитное излучение в рентгеновском диапазоне образуется в результате ионизации атомов излучением, которое возникает при радиоакт ивном распаде, в результате Комптон-эффекта гам ма-излучения, возникающего при ядерных реакциях, а также космическим излучением. Радиоактивный распад также приводит к непосредственному излучению рентгеновских квантов, если вызывает перестройку электронной оболочки распадающегося атома (например, при электронном захвате). Рентгеновское излучение, которое возникает на других небесных телах, не достигает поверхности Земли, так как полностью поглощается атмосферой. Оно исследуется спутниковымирентге новскими телескопами, такими как Чандра и XMM-Ньютон.

      Но еще за 8 лет до этого — в 1887 году Никола Тесла в дневниковых записях зафиксировал результаты исследования рентгеновских лучей [источник не указан 394 дня] и испускаемое ими тормозное излучение, однако ни Тесла, ни его окружение не придали серьёзное значение этим наблюдениям. Кроме этого, уже тогда Тесла предположил опасность длительного воздействия рентгеновских лучей на человеческий организм.

      Катодолучевая трубка, которую Рентген использовал в своих экспериментах, была разработана Й. Хитторфом и В. Круксом. При работе этой трубки возникают рентгеновские лучи. Это было показано в экспериментах Крукса [источник не указан 1663 дня] и с 1892 года в экспериментах Генриха Герца и его ученика Филиппа Ленарда через почернение фотопластинок. Однако никто из них не осознал значения сделанного ими открытия и не опубликовал своих результатов.


      В 1835 году немецким знаменитым физиком Вильгельмом Рентгеном был обнаружен новый, ранее не известный вид электромагнитного излучения, которое было названо в честь своего открывателя-рентгеновским. Проводя опыты по проникновению тока между двумя электродами в вакууме, он обнаружил, что экран, который был покрыт люминесцентным веществом бария, светится, в то время как разрядная трубка была закрыта черным картонным экраном. Таким образом, было получено излучение, которое проникает через непрозрачные помехи, названое Рентгеном Х-лучами. Рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Проходя через исследуемый объект и падая на фотоплёнку, рентгеновское излучение показывает на ней его внутреннюю структуру. Так как пронизывающая способность рентгеновского излучения для разных материалов различна, менее прозрачные для него части объекта дают более светлые участки на фотоснимке, чем те, через которые излучение проникает лучше. Костные ткани менее прозрачны для рентгеновского излучения, чем ткани, из которых состоит кожа и внутренние органы. Поэтому на рентгенограмме кости обозначатся как более светлые участки и более прозрачное для излучения место перелома может быть достаточно легко обнаружено.

      Возникновение рентгеновского излучения.

      Рентгеновские лучи возникают, когда с газоразрядной трубкой низкого давления сталкиваются электроны, движущиеся с большими скоростями. Нынешняя рентгеновская трубка представляет собой вакуумированный стеклянный баллон, содержащий в себе катод и анод. Катод является вольфрамовой нитью, которая нагревается электрическим током. В результате термоэлектронной эмиссии это приводит к испусканию катодов электронов. В рентгеновской трубке электроны ускоряются электрическим полем. Из-за того, что в трубке малое число молекул газа, электроны по пути к аноду не теряют своей энергии, с очень большой скоростью они достигают анода.

      Рентгеновские лучи появляются тогда, когда электроны, движущиеся с большой скоростью, тормозятся материалом анода. В рентгеновской трубке он должен быть сделан из металла, который имеет высокую температуру плавления, например, из металла. Анод необходимо искусственно охлаждать, так как часть энергии электронов рассеивается в виде тепла, а та часть энергии, которая не рассеивается, превращается в энергию электромагнитных волн (рентгеновские лучи). Таким образом, результатом бомбардировки электронами вещества анода являются рентгеновские лучи.

      Рентгеновское излучение, исходящее из антикатода трубки, состоит из двух частей. Первая-это есть тормозное излучение, которое возникает при торможении электронов в антикатоде. Его свойства никак не зависят от материала анода. Тормозное излучение при разложении по длинам волн даёт сплошной спектр, как и спектр видимого белого света. В сторону длинных волн интенсивность тормозного излучения спадает и стремится к нулю, а со стороны коротких волн сплошной спектр резко обрывается. Такая особенность рентгеновского сплошного излучения объясняется его квантовой природой. Она никак не зависит от материала антикатода, определяется только напряжением на трубке.

      Вторая часть — это характеристическое излучение. Оно, напротив, имеет линейчатый спектр, т. е. состоит из определенно расположенных узких спектральных линий. При переходе атома с одного энергетического уровня на другой возникает линия характеристического излучения. Их длины волн зависят от материала анода. Данное излучение появляется лишь тогда, когда напряжение на трубке начинает превышать определённое значение, которое зависит лишь от материала анода.

      Помимо рентгеновской трубки, источником рентгеновского излучения может быть радиоактивный изотоп, одни испускают рентгеновское излучение, а другие испускают электроны, возбуждающие рентгеновское излучение при бомбардировки металлических мишеней. Для радиоактивных источников интенсивность излучения меньше, чем рентгеновской трубки. Радиоактивные примеси замечены в минералах, отмечено также рентгеновское излучение космических объектов и звёзд.

      Рентгеновское излучение вмедицине.

      Рентгеновское излучение обладает высокой проникающей способностью и своё применение они нашли в диагностике. В первое время после открытия рентгеновское излучение применялось для исследования переломов костей и определения инородных тел (например, пули) в теле человека. В настоящее время применяют несколько методов, основанных на рентгеновском излучении.

      Рентгеноскопия — этот метод даёт изучить функциональное состояние органов. Рентгеновский прибор состоит из рентгеновской трубки и флюоресцирующего экрана. Для того, чтобы защитить врача от воздействия рентгеновских лучей, между глазами врача и экраном устанавливают свинцовое окно. Недостатки данного метода-большие дозы излучения, которые получает пациент во время процедуры.

      Флюорография. Данный диагностический метод позволяет получить фотографию с изображением органов и тканей. Чаще всего используют флюорографию грудной клетки, для диагностики заболеваний лёгких, сердца, грудной клетки и иные патологии.

      Рентгенотерапия — это нынешний метод, позволяющий производить лечение заболеваний неонкологического профиля, причем как самостоятельно, так и в сочетании с другими методами. Она направлена на снижение воспалительной реакции, подавление болевой чувствительности и секреторной активности желез. Наиболее чувствительны к рентгеновским лучам лейкоциты, клетки злокачественных опухолей, половые железы и кроветворные органы. В каждом случае дозу облучения следует определять индивидуально.

      В 1901 году Рентгену за открытие рентгеновских лучей в области физики была присуждена Нобелевская премия. Таким образом, рентгеновские лучи, представляющие собой невидимые электромагнитные излучения с длиной волны 102–105 нм, имеют способность проникать через непрозрачные материалы для видимого света. Испускаются они при переходах электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние (линейчатый спектр) и при торможении быстрых электронов в веществе (непрерывный спектр). Приёмники рентгеновского излучения-люминесцентные экраны, фотоплёнка, а источниками являются- ускорители рентгеновская трубка, накопители электронов и радиоактивные изотопы. Применяются в медицине, рентгеновском анализе и т. д.

      Основные термины (генерируются автоматически): рентгеновское излучение, рентгеновская трубка, материал анода, луч, тормозное излучение, грудная клетка, длина волн, линейчатый спектр, сплошной спектр, характеристическое излучение.

      Читайте также: