Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Мы, люди, живём в мире, который можно назвать радиоактивным. Места, где существует абсолютное отсутствие радиоактивности, в природе, среде обитания животных, людей нет. Радиоактивность - это природное образование, космические лучи, рассеянные в окружающей среде радиоактивные нуклиды, то есть вещества, которые создают радиоактивный фон, в котором мы живём. За время эволюции, всё живое приспособилось к этому уровню фона. Также нужно ещё учитывать, что уровень радиоактивности на Земле всё время понижается, каждые 10-15 тыс. лет уровень радиоактивности уменьшается примерно в два раза. В целом только крупные аварии на какой-то территории связанные, как правило, с атомными станциями нарушают этот средний уровень. И самым опасным для человека стечением обстоятельств считается, когда внутрь организма человека попадают радионуклиды. Причём, при внутреннем облучении наиболее опасное воздействие производят α-частицы. Принято считать, что эта опасность α-облучения вызвана их большой массой по сравнению с электронами и повышенной ионизирующей способностью из-за двойного заряда.

Актуальность работы заключается в том, что в общественном сознании практически закреплено представление об абсолютной опасности любого радиоактивного облучения, и поэтому представляется необходимым рассмотрение физической природы патологического воздействия радиоактивности на живые организмы и оценка уровней риска и опасности.

Цель работы: сделать попытку оценить тормозное электромагнитное излучение альфа-частиц как фактора патологического воздействия на живой организм при внутреннем облучении.

Задачи:

1.Ознакомиться с природой радиоактивности и методами ее исследования;

2.Исследовать возможность использования школьного физического оборудования;

3.Разработать эксперимент и исследовать его результат.

Гипотеза : одним из компонентов патологического действия на организм при внутреннем облучении является электромагнитное излучение, вызванное торможением (движением с отрицательным ускорением) на треке, и приводящее к нарушениям молекул ДНК за счёт большой плотности мощности излучения в группе клеток рядом с треком с последующим развитием онкологического заболевания.

Объект исследования: α-частица при её торможении в биологических тканях при внутреннем облучении.

Предмет исследования: компонент потери энергии α-частицы на электромагнитное излучение.

Часть 1. О природе радиации.

1. 1. Рис. 1. А.Беккерели

      ткрытие радиоактивности и его биологического действия

1896 г. Французский физик А.Беккерель, изучая явление люминесценции солей урана, установил, что урановая соль испускает лучи неизвестного типа, которые проходят сквозь бумагу, дерево, тонкие металлические пластины, ионизируют воздух. В феврале 1896 г. Беккерели не удалось провести очередной опыт из-за облачной погоды. Беккерель убрал пластинку в ящик стола, положив на неё сверху медный крест, покрытый солью урана. Проявив на всякий случай пластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчётливой тени крестика. Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких-либо внешних явлений, создают какое-то излучение. Начались интенсивные исследования.

1898 г. Мария Склодовская-Кюри, исследуя урановые руды, обнаружила новые химические элементы: полоний, радий. Оказалось, что все химические элементы, начиная с порядкового номера 83, обладают радиоактивностью. Явление самопроизвольного превращения неустойчивых изотопов в устойчивые, сопровождающееся испусканием частиц и излучением энергии, называется естественной радиоактивностью.

1. 1. Формы радиоактивности

1898 г. Подвергая радиоактивное излучение действию магнитного поля, Э.Резерфорд выделил два вида лучей: α-лучи - тяжёлые положительно заряженные частицы (ядра атомов гелия) и β-лучи - лёгкие отрицательно заряженные частицы (тождественны электронам).Два года спустя П. Виллард открыл гамма-лучи. Гамма-лучи - это электромагнитные волны с длиной волны от Гамма-лучи не отклоняются электрическими и магнитными полями.

Рис. 3. Альфа-излучение

Рис. 2. Влияние магнитного поля на траекторию движения частиц

Рис. 4. Бета-излучение

После установления Резерфортом структуры атома стало ястно, что радиоактивность представляет собой ядерный процесс.1902 г. Э.Резерфорд и Ф.Содди доказали, что в результате радиоактивного распада происходит превращение атомов одного химического элемента в атомы другого химического элемента, сопровождаемое испусканием различных частиц.

Альфа-частицы, бета-частицы, выброшенные из ядра, обладают значительной кинетической энергией и, воздействуя на вещество, с одной стороны производят его ионизацию, а с другой проникают на определенную глубину. Взаимодействуя с веществом, они теряют эту энергию, в основном в результате упругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами, отдавая им всю или часть своей энергии, вызывая ионизацию или возбуждение атомов (т.е. перевод электрона с более близкой на более удаленную от ядра орбиту). Ионизация и проникновение на определенную глубину имеют принципиальное значение для оценки воздействия ионизирующего излучения на биологическую ткань различных видов излучений. Зная свойства различных видов излучений проникать через разные материалы, человек может использовать их для своей защиты.

Часть 2. Альфа - излучение и его характеристики

2.1. Патогенность и опасность α-излучения

Альфа-излучение — это поток ядер атомов гелия. Возникает в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. Вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание ядра гелия 4 He - альфа-частицы. При этом массовое число ядра уменьшается на 4, а атомный номер - на 2.

В общем виде формула альфа - распада выглядит следующем образом:

Пример альфа - распада для изотопа 238 U:

Рис.5. Альфа распад урана 238

Альфа-частицы, образованные при распаде ядра, имеют начальную кинетическую энергию в диапазоне 1,8—15 МэВ. При движении альфа-частицы в веществе она создаёт сильную ионизацию окружающих атомов, в результате очень быстро теряет энергию. Энергии альфа-частиц, возникающей в результате радиоактивного распада, не хватает даже для преодоления мёртвого слоя кожи, поэтому радиационный риск при внешнем облучении такими альфа-частицами отсутствует. Внешнее альфа-облучение опасно для здоровья только в случае высокоэнергичных альфа-частиц (с энергией выше десятков МэВ), источником которых является ускоритель. Однако проникновение альфа-активных радионуклидов внутри тела, когда облучению подвергаются непосредственно живые ткани организма, весьма опасно для здоровья, поскольку большая плотность ионизации вдоль трека частицы сильно повреждает биомолекулы. Считается, что при равном энерговыделении (поглощённой дозе) эквивалентная доза, набранная при внутреннем облучении альфа-частицами с энергиями, характерными для радиоактивного распада, в 20 раз выше, чем при облучении гамма- и рентгеновскими квантами. Таким образом, опасность для человека при внешнем облучении могут представлять α-частицы с энергиями 10 МэВ и выше, достаточными для преодоления омертвевшего рогового слоя кожного покрова. Гораздо большую опасность для человека представляют α-частицы, возникающие при альфа-распаде радионуклидов, попавших внутрь организма (в частности, через дыхательные пути или пищеварительный тракт). Достаточно микроскопического количества α-радиоактивного вещества, чтобы вызвать у пострадавшего острую лучевую болезнь, зачастую с летальным исходом.

Будучи довольно тяжелыми и положительно заряженными, альфа-частицы от радиоактивного распада имеют очень короткий пробег в веществе и при движении в среде быстро теряют энергию на небольшом расстоянии от источника. Это приводит к тому, что вся энергия излучения высвобождается в малом объеме вещества, что увеличивает шансы повреждения клеток при попадании источника излучения внутрь организма. Однако внешнее излучение от радиоактивных источников безвредно, поскольку альфа-частицы могут эффективно задерживаться несколькими сантиметрами воздуха или десятками микрометров плотного вещества — например, листом бумаги и даже роговым омертвевшим слоем эпидермиса, не достигая живых клеток. Даже прикосновение к источнику чистого альфа-излучения не опасно, хотя следует помнить, что многие источники альфа-излучения излучают также гораздо более проникающие типы излучения (бета-частицы, гамма-кванты, иногда нейтроны). Однако попадание альфа-источника внутрь организма приводит к значительному облучению.

Рис. 6. Проникающая способность альфа, бета частиц и гамма-квантов.

2.2. Расчет характеристик α-частицы

Существование электромагнитных волн было главным предсказанием. Дж.К.Максвелла (1876 г.), эта теория изложена в разделе школьного курса физики - электродинамика. «Электродинамика»- это наука об электромагнитных волнах, о природе их возникновения, распространении в разных средах, взаимодействии с различными веществами, структурами.

И в этой науке есть одно из фундаментальных утверждений, что любая имеющая электрический заряд частица, движущаяся с ускорением, является источником электромагнитного излучения.

Именно благодаря этому в рентгеновских установках рождаются рентгеновские волны при быстрой остановке потока электронов, которые после ускорения в приборе тормозятся при столкновении с анодом рентгеновской трубки.

Нечто аналогическое происходит за очень короткое время и с α-частицами, если их источник - ядра радиоактивных атомов, расположенных в среде. Имея при вылете из ядра большую скорость и пробежав всего от 5 до 40 микрон - α-частица останавливается. При этом, испытывая громаднейшее замедление и имея двойной заряд, не могут не создавать электромагнитный импульс.

Я, пользуясь обычными школьными законами механики и законом сохранения энергии, подсчитал начальную скорость α-частиц, величину отрицательного ускорения, время движения α-частицы до остановки, силу сопротивления её движения и развиваемую ей мощность.

Понятно, что энергия α-частицы идёт на разрушение клеток организма, ионизацию атомов, в одном случае больше, при вылете из других радиоактивных ядер меньше, но энергия излучения, созданная за короткое время пролета примерно от 5 до 40 микрон, не может превышать энергию α-частиц, которую они имеют при вылете.

При расчетах я использовал в качестве исходных известных характеристик, только энергию α-частиц (это её кинетическая энергия) и среднюю длину пробега в биологических тканях организма (L= 5 - 40 мкм). Массу α-частицы и её состав, я нашёл в справочнике.

Энергия их α-частиц равна 4-10 МэВ. Вот для таких α-частиц я и проводил расчёты.

Масса α-частицы равна 4 а.е.м.; 1 а.е.м.=1.660·10 -27 кг;

m = 4·1,660·10 -27 = 6,64·10 -27 кг - масса α-частицы.

Длина трека α-частицы.

q = 2 ·1,6·= 3,2 · - заряд

E к = 7МэВ = 7·10 6 ·1,6·10 -19 = 11,2·10 -13 Дж - кинетическая энергия α-частицы.

F = ma = 6.64·10 -27 ·8,4·10 18 =5,5 ·10 -8 Н- сила сопротивления α-частицы.

Таб.1 характеристика α-частицы.

Данные из справочника:

1.Глубина δ проникновения электромагнитных волн частотой 10 ГГц в биологических тканях с большим содержанием воды (вода - поглотитель электромагнитных волн) составляет 3,43 мм (343 мкм). При проникновении электромагнитной волны на глубину δ её плотность мощности уменьшается в e=2,71 раза.

2.Из норм безопасности при времени воздействия менее 0,2 часа плотность мощности (критическая) не должна превышать

В (1) указаны глубины проникновения, ослабления электромагнитной волны для частоты 10 ГГц. В нашем случае одиночный импульс электромагнитной волны можно интерпретировать как положительную часть одного периода, т.е. наиболее близким значением частоты будет 230 ГГц.

Для биологической ткани в максимальной чистоте указанной в справочнике равной 10 ГГц. По нашим расчётам единичный импульс электромагнитной волны может быть представленным как короткий импульс частоты 230 ГГц. Из справочника можно сделать вывод, что с повышением частоты электромагнитных волн толщина δ уменьшается. Оценим толщину δ для нашего случая. Частота 230 ГГц превышает приведённую в справочнике 10 ГГц в 23 раза. Предполагая, что соотношению частот в 23 раза будет постоянным и для предшествующего участка диапазона (10 ГГц будет в 23 раза больше частоты 433 МГц) - для которого (т.е. в 10 раз). Тогда и для частоты 230 ГГц можно принять δ = 34 мкм.

Принимая, что, проходя из центра сферы, излучение через поверхности мысленно построенных сфер с общим центром и с расстоянием между ними, равны δ, то пройдя через n таких поверхностей начальная интенсивность (мощность) электромагнитной волны будет уменьшена в раз. Чтобы Расчёты оказались близкими к истине возьмём n при количестве слоёв равных 8; тогда

Так как; Начальную энергию электромагнитных волн можно оценить как 0,01; т.к механическая энергия альфа-частицы в основном тратится на образовании трека ионизированных частиц. Поэтому можно принять.

Будут убиты импульсом волны. Это подтверждают количественные оценки.

Т.к. расчётная плотность мощности излучения, исходящего из центра сферы и проходящего через неё при радиусе сферы (8δ =272 мкм) с площадью 4,65 , будет сопоставимой с критической плотности мощностью излучения требуемой нормы СанПиНа, можно утверждать, что внутри этой сферы, в её объёме все клетки погибнут.

Т.о. наши оценки приводят к результату, что все биологические клетки в объёме сферы, к поверхности которой проходит излучение из центра сферы от трека α-частицы погибнут, т.е. они будут находится в пространстве, объёме, через который проходит электромагнитная волна с плотностью мощности излучения, превышающей критическую плотность излучения, определённую нормами СанПиНа. Эти погибшие клетки (точнее их останки) за счёт механизмов регенерации организма практически без каких теперь либо последствий будут удалены из организма.

Самым опасным из последствий, такого электромагнитного шока для клеток будет то, что в некотором шаровом слое клеток, окружающих опасную сферу, будут такие полуубитые клетки, правильное функционирование некоторых наверняка будет нарушено тем электромагнитным импульсом, который «сломал» (разорвал, нарушил) структура ДНК, которая ответственна за «правильную» регенерацию данной клетки.

Часть 3. Разработка и проведение экспериментов

3.1. Измерение радиоактивного фона на территории МБОУ СОШ №11

Цель: измерить радиоактивный фон на территории МБОУ СОШ №11.

Гипотеза: осадки и ветер переносят разные виды частиц (в нашем случае нас интересуют именно радиоактивные частицы).

Оборудование: дозиметр.

Цифровой монитор излучения

Для экспериментов я использовал датчик ионизирующего излучения (дозиметр).Датчик ионизирующего излучения (дозиметр) предназначен для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц. Прибор может использоваться для измерения уровня альфа-, бета- и гамма- излучения. Так как прибор оснащен собственным экраном, то его можно использовать независимо от компьютера и других устройств фиксации данных в полевых условиях для определения уровня радиации.

Рис. 7 Датчик ионизирующего излучения (дозиметр)

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 1. Диапазоны измерений: . Х1: 0 - 0,5 мР/ч; 0 - 500 циклов/мин (СРМ); . Х2: 0 - 5 мР/ч; 0 - 5000 циклов/мин (СРМ); . Х3: 0 - 50 мР/ч; 0 - 50000 циклов/мин (СРМ). 2. Чувствительность: 1000 циклов/мин/мР/Ч относительно цезия-137. 3. Точность: . при визуальной калибровке: ± 20 % от полной шкалы; . при инструментальной калибровке: ± 10 % от полной шкалы. 4. Калибровка: применяется Цезий-137. 5. Диапазон рабочих температур: 0 - 50 °С. 6. Электропитание: . элемент питания (9В); . средний срок cлужбы элемента питания: 2000 часов при нормальном уровне фоновой радиации.

Ход работы: Для этого мы, в разные месяцы измеряли радиационный фон нашей школы. В зимний период направление ветра направленно в южную сторону (сторона AB).

Рис. 8 План МБОУ СОШ №11

Таб 2.Радиоактивный фон территории МБОУ СОШ №11.

Результаты

В южной стороне измеренный радиоактивный фон больше, чем в северной стороне, а это значит, ветер и осадки и правда переносят разные виды частиц.

Также я провел измерения у канализации (это точки F и K) и показатели дозиметра, там немного выше, а это доказывает то, что именно вода является переносчиком радионуклидов.

3.2.Исследование зависимости поглощенной дозы от расстояния до геометрического центра препарата при плоской геометрии.

Цель работы: исследование зависимости поглощенной дозы от расстояния до геометрического центра препарата при плоской геометрии.

Оборудование: линейка, дозиметр, гидроксид калия.

Ход работы: измерить радиоактивный уровень, отдаляя препарат от дозиметра на каждый сантиметр.

Рис. 9 Результаты зависимости поглощенной дозы от расстояния до геометрического центра препарата при плоской геометрии.

Эксперимент показывает, что при плоской геометрии радиоактивного препарата зависимость поглощённой дозы от расстояния до центра препарата отличается от квадратичной в случае точечного препарата. При плоской геометрии эта зависимость от расстояния более слабая.

Заключение.

Оценки и расчёты показывают, что плотность мощности излучения в области тканей, ближайшего окружения трека превышают в десятки раз допустимые нормы электромагнитной безопасности, что приводит к полной гибели клеток этой области. Но существующий механизм регенерации восстановит убитые клетки и сохранит все функции этих клеток. Главная опасность для организма - наличие шарового слоя клеток, окружающих эту центральную область. Клетки шарового слоя остаются живыми, но мощный электромагнитный импульс, может повлиять на молекулы их ДНК, что может привести к их неправильному развитию и образования их реплик с патологией онкологического характера.

Литература

1. Ш.А.Горбушкин - Азбука физики

2. Г.Д.Луппов - Опорные конспекты и тестовые задания («Учебная литература», 1996);

3.П.В.Глинская - Для поступающих в вузы («Братья Гринины», 1995);

Химическая энциклопедия (Советская Энциклопедия, 1985);

4.Гусев Н. Г., Климанов В. А., Машкович В. П., Суворов А. П. - Защита от ионизирующих излучений;

5.Абрамов А. И., Казанский Ю. А., Матусевич Е. С. Основы экспериментальных методов ядерной физики (3-е изд., перераб. и доп. М., Энергоатомиздат, 1985);

6.Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) (Минздрав России, 2009);

7.Моисеев А. А., Иванов В. И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене (2-е изд., перераб. и доп. М., Атомиздат, 1974);

8.Физическая энциклопедия (Советская энциклопедия, 1994. Т. 4. Пойнтинга-Робертсона);

9.Мухин К. Н. - Экспериментальная ядерная физика (Кн. 1. Физика атомного ядра. Ч. I. Свойства нуклонов, ядер и радиоактивных излучений. — М.: Энергоатомиздат, 1993);

10.Биофизические характеристики тканей человека. Справочник/Березовский В.А. и др.; Киев: Наукова думка, 1990.-224 с.

Излучение может использоваться либо для оценки метаболизма меченого изотопом вещества в организме, либо для угнетения тканей, абсорбировавших изотоп. Предназначены для медико-биологических исследований, радиоизотопной диагностики и лечения различных заболеваний, главным образом для лучевой терапии злокачественных опухолей .

Для диагностических целей применяются радиоизотопы, которые при введении в организм участвуют в исследуемых видах обмена веществ или изучаемой деятельности органов и систем, и при этом могут быть зарегистрированы методами радиометрии . Такие радиоактивные препараты, по возможности, имеют короткий эффективный период полураспада и слабо поглощающееся в тканях излучение низкой энергии, что обусловливает незначительную лучевую нагрузку на организм обследуемого.

Критерием выбора радиоактивных препаратов, предназначенных для лучевой терапии злокачественных новообразований, является возможность создания необходимой лечебной дозы ионизирующего излучения в области новообразования при минимальном воздействии на здоровые ткани. Такой эффект достигается как выбором вида и длительности облучения так и выбором метода доставки радиофармпрепарата к цели. Возможна доставка как через метаболизм организма с селективным накоплением радиоактивного изотопа в тканях, подлежащих облучению, так и хирургическими средствами в виде гранул, зондов, аппликационных повязок и др.

Классификация

Радиоактивные препараты подразделяются на открытые и закрытые :

• В закрытых препаратах радиоактивный материал заключен в защитное покрытие или капсулу, предотвращающую радиоактивное загрязнение окружающей среды и контакт с радиоактивным соединением пациента и персонала.
• В открытых препаратах осуществляется прямой контакт радиоактивного вещества с тканями организма и окружающей средой.

Список используемых радиоизотопов

Радиоактивность препаратов можно определить абсолютным, расчетным и относительным (сравнительным) методом. Последний наиболее распространен.

Абсолютный метод. Тонкий слой исследуемого материала наносится на специальную тончайшую пленку (10-15 мкг/см²) и помеща­ется внутрь детектора, в результате чего используется полный те­лесный угол (4) регистрации вылетающих, например, бета-частиц и достигается почти 100% эффективность счета. При работе с 4-счетчиком не нужно вводить многочисленные поправки, как при расчетном методе.

Активность препарата выражается сразу в единицах активнос­ти Бк, Кu, мКu и т.д.

Расчётным методом определяют абсолютную активность альфа и бета излучающих изотопов с применением обычных газоразрядных или сцинтилляционных счетчиков.

В формулу для определения активности образца введен ряд поправочных коэффициентов, учитывающих потери излучения при из­мерении.

А = N /  q  r  m  2,22  10 ¹²

A - активность препарата в Кu;

N - скорость счета в имп/мин за вычетом фона;

 - поправка на геометрические условия измерения (телесный угол);

-поправка на разрешающее время счетной установки;

-поправка на поглощение излучения в слое воздуха и в окне (или стенке) счетчика;

-поправка на самопоглощение в слое препарата;

q -поправка на обратное рассеяние от подложки;

r - поправка на схему распада;

-поправка на гамма-излучение при смешанном бета-, гамма-излучении;

m - навеска измерительного препарата в мг;

2,22  10 ¹² - переводной коэффициент от числа распадов в минуту к Ки (1Ки = 2,22*10¹²расп/мин).

Для определения удельной активности необходимо активность приходящуюся на 1 мг перевести на 1 кг.

Ауд = А*10 6 , (К u /кг)

Препараты для радиометрии могут быть приготовлены тонким, толстым или промежуточным слоем исследуемого материала.

Если исследуемый материал имеет слой половинного ослабления - 1/2,

то тонкие - при d<0,11/2, промежуточные - 0,11/2толстые (толстослойные препараты) d>41/2.

Все поправочные коэффициенты сами в свою очередь зависят от многих факторов и в свою очередь рассчитываются по сложным формулам. Поэтому расчетный метод очень трудоемок.

Относительный (сравнительный) метод нашел широкое приме­нение при определении бета-активности препаратов. Он основан на сравнении скорости счета от эталона (препарат с известной актив­ностью)со скоростью счета измеряемого препарата.

При этом должны быть полностью идентичные условия при из­мерении активности эталона и исследуемого препарата.

Апр = Аэт* N пр/ N эт , где

Аэт -активность эталонного препарата, расп/мин;

Апр -радиоактивность препарата (пробы), расп/мин;

Nэт-скорость счета от эталона, имп/мин;

Nпр -скорость счета от препарата (пробы), имп/мин.

В паспортах на радиометрическую и дозиметрическую аппара­туру указано обычно с какой погрешностью производятся измерения. Предельная относительная погрешность измерений (иногда ее назы­вают основной относительной погрешностью) указывается в процен­тах, например,  25%.Для разных типов приборов она может быть от  10% до90% (иногда указывается отдельно погрешность вида измерения для разных участков шкалы).

По предельной относительной погрешности ± % можно оп­ределить предельную абсолютную погрешность измерения. Если сняты показания прибора А, то абсолютная погрешностьА=А/100. (Если А=20 мР, а=25%, то реально А= (205)мР. Т.е. в пределах от15до25мР.

Детекторы ионизирующих излучений. Классификация. Принцип и схема работы сцинтиляционного детектора.

Радиоактивные излучения могут быть обнаружены (выделены, детектированы) с помощью специальных устройств - детекто­ров, работа которых основана на физико-химических эффектах, возникающих при взаимодействии излучении с веществом.

Виды детекторов: ионизационные, сцинтиляционные, фотографические, химические, калориметрические, полупроводниковые и др.

Наибольшее распространение получили детекторы основанные на измерении прямого эффекта взаимодействия излучения с ве­ществом - ионизации газовой среды, Это: - ионизационные камеры;

- пропорциональные счетчики;

- счетчики Гейгера-Мюллера (газоразрядные счетчики) ;

- коронные и искровые счетчики,

а также сцинтилляционные детекторы.

Сцинтиляционный (люминисцентный) метод регистрации излучений основан на свойстве сцинтилляторов испускать видимое све­товое излучение (световые вспышки - сцинтилляции) под действием заряженных частиц, которые преобразуются фотоэлектронным умно­жителем в импульсы электрического тока.

Катод Диноды Анод Сцинтилляционный счетчик состоит из сцинтиллятора и

ФЭУ. Сцинцилляторы могут быть органические и

неорганические, в твердом, жидком или газовом

состоянии. Это йодистый литий, сер­нистый цинк,

йодистый натрий, монокристаллы анграцена, и др.

100 +200 +400 +500 вольт

Работа ФЭУ: - Под действием ядерных частиц и гамма квантов

в сцинтилляторе возбуждаются атомы и испускают кванты видимого цвета - фотоны.

Фотоны бомбардируют катод и выбивают из него фотоэлектроны:

Фотоэлектроны ускоряются электрическим полем первого динода, выбивают из него вторичные электроны, которые ускоряются полем второго динода и т. д., до образования лавинного потока элект­ронов попадающих на катод и регистрирующихся электронной схемой прибора. Эффективность счета сцинтилляционных счетчиков достигает 100%.Разрешающая способность значительно выше чем в ионизационных камерах(10 в-5-й - !0 в-8-й против 10¯³в ионизационных камерах). Сцинтиллиционные счетчики находят очень широкое применение в ра­диометрической аппаратуре

Радиометры, назначение, классификация.

По назначению.

Радиометры - приборы, предназначенные для:

Измерения активности радиоактивных препаратов и источников излучения;

Определения плотности потока или интенсивности ионизирующих частиц и квантов;

Поверхностной радиоактивности предметов;

Удельной активности газов, жидкостей, твердях и сыпучих веществ.

В радиометрах в основном используются газоразрядные счетчики и сцинтилляционные детекторы.

Они подразделяются на переносные и стационарные.

Как правило они состоят из: -детектора-датчика импульсов;-импульсного усилителя;-пересчетного прибора;-электромеханического или электронного нумератора;-источника высокого напряжения для детектора;-источника питания для всей аппаратуры.

В порядке совершенствования выпускались: радиометры Б-2, Б-3, Б-4;

декатронные радиометры ПП-8, РПС-2; автоматизированные лаборатории "Гамма-1", "Гамма-2”, "Бета-2"; снабжённые ЭВМ, позволяющие просчитывать до нескольких тысяч образцов проб с автоматической распечаткой результатов. Широко используются установки ДП-100, радиометры КРК-1, СРП-68-01.

Указать назначение и характеристики одного из приборов.

Дозиметры, назначение, классификация.

Промышленностью выпускается большое количество типов ра­диометрической и дозиметрической аппаратуры, которые могут быть классифицированы:

По способу регистрации излучения (ионизационные, сцинтилляционные и др.);

По виду регистрируемого излучения (,,,n,p)

Источнику питания (сетевые, батарейные);

По месту применения (стационарные, полевые, индивидуальные);

По назначению.

Дозиметры - приборы, измеряющие экспози­ционную и поглощенную дозу (или мощность дозы) излучения. В основном состоят из детектора, усилителя и измерительного уст­ройства, Детектором может служить ионизационная камера, газораз­рядный счетчик или сцинтилляционный счетчик.

Подразделяются на измерители мощности дозы - это ДП-5Б, ДП-5В, ИМД-5, и индивидуальные дозиметры - измеряют дозу излучения за промежуток времени. Это ДП-22В, ИД-1, КИД-1, КИД-2 и др. Они являются карманными дозиметрами, часть из них - прямопоказывающие.

Существуют спектрометрические анализаторы (АИ-З, АИ-5, АИ-100) - позволяющие автоматически определять радиоизотопный состав любых образцов (например, почв).

Имеется также большое количество сигнализаторов о превы­шении радиационного фона, степени загрязненности поверхностей. Например, СЗБ-03 и СЗБ-04 сигнализируют о превышении величины загрязненности рук бета-активными веществами.

Указать назначение и характеристики одного из приборов

Оснащение радиологического отдела ветлаборатории. Характеристика и работа радиометра СРП-68-01.

Табельное оснащение радиологических отделов областных ветбаклабораторий и специальных районных или межрайонных радиологических групп (при районных ветбаклабораториях)

Радиометр ДП-100

Радиометр КРК-1 (РКБ-4-1ем)

Радиометр СРП 68-01

Радиометр “Бересклет”

Радиометр - дозиметр -01Р

Радиометр ДП-5В (ИМД-5)

Комплект дозиметров ДП-22В (ДП-24В).

Лаборатории могут оснащаться и другими типами радиометрической аппаратуры.

Большинство из указанных выше радиометров и дозиметров имеется на кафедре в лаборатории.

Периодизация опасностей при аварии на АЭС.

В ядерных реакторах используется внутриядерная энергия, выделяющаяся при цепных реакциях деления U-235 и Pu-239. При цепной реакции деления, как в ядерном реакторе, так и в атомной бомбе образуется около 200 радиоактивных изотопов примерно 35 химических элементов. В атомном реакторе цепная реакция управляема, и ядерное топливо (U-235) “выгорает” в нём постепенно в течение 2-х лет. Продукты деления – радиоактивные изотопы –накапливаются в ТВЭЛ (тепловыделяющий элемент). В реакторе атомный взрыв произойти ни теоретически, ни практически не может. На ЧАЭС в результате ошибок персонала и грубого нарушения технологии произошёл тепловой взрыв, и р/а изотопы две недели выбрасывались в атмосферу, разносились ветрами по разным направлениям и, оседая на обширных территориях, создали пятнистое загрязнение местности. Из всех р/а изотопов наиболее биологически опасными оказались: Йод-131 (I-131) – с периодом полураспада (Т 1/2) 8 суток, Стронций - 90 (Sr-90) - Т 1/2 -28 лет и Цезий - 137 (Сs-137) - Т 1/2 -30 лет. На ЧАЭС в результате аварии было выброшено 5% топлива и накопившихся радиоактивных изотопов это - 50 МКи активности. По цезию-137 это эквивалентно 100 шт. 200 Кт. атомных бомб. Сейчас в мире более 500 реакторов, и ряд стран на 70-80 % обеспечивает себя электроэнергией за счёт АЭС, в России 15%. С учётом исчерпания в обозримом будущем органических запасов топлива основным источником энергии будет атомная.

Периодизация опасностей после аварии на ЧАЭС:

1. период острой йодной опасности (йод - 131) в течение 2-3 месяцев;

2. период поверхностного загрязнения (коротко и среднеживущие радионуклиды) - до конца 1986г.;

3. период корневого поступления (Сs-137, Sr-90) - с 1987 года на 90-100 лет.

Естественные источники ионизирующих излучений. Космическое излучение и природные РВ. Доза от ЕРФ.

Искусственные радиоактивные препараты

Женщину, которая только что сошла со стола для врачебного исследования, полгода назад оперировали по поводу опухоли. Теперь она явилась снова, так как опять почувствовала недомогание, и, хотя профессор вначале ничего не сказал своим помощникам об этом случае, они знали, в чем дело. У больной, очевидно, был рецидив, возобновление роста злокачественной опухоли, из-за чего она и явилась.

Мы дадим ей радиоактивный препарат, - сказал профессор молодым врачам; обратившись к больной, он прибавил: - Это снова приведет вас в порядок.

Препарат, о котором говорил профессор, металл, искусственно сделанный радиоактивным, помещенный в тело больного человека, испускает лучи, как известно, способные разрушать клетки и прежде всего более чувствительные клетки раковой опухоли. С тех пор как ученые узнали об этом, вещества, искусственно сделанные радиоактивными, стали играть важную роль в медицине. Но если мы хотим поговорить об их сущности и строении, мы сначала должны рассказать об изотопах, особенных веществах, лишний раз свидетельствующих о том, что современный человек способен сделать очень много.

Когда Вильгельм Конрад Рентген в 1895 году открыл лучи, впоследствии названные его именем, то не только физики, но и весь мир был глубоко взволнован этим переворотом, и от него тотчас же стали ждать большой практической пользы.

Французский физик Анри Беккерель в поисках сильно флюоресцирующих веществ обратил внимание на урановые соединения калия, о которых в то время много говорилось в ученых кругах. Радий тогда еще не был известен.

И вот оказалось, что урановые соединения калия, подвергнутые действию света, действительно испускали лучи. Вначале ученые думали, что это рентгеновы лучи, но затем выяснилось, что это неверно. Беккерель открыл особый вид лучей, которые способны проникать через бумагу и тонкую жесть и вызывать почернение фотографической пластинки, помещенной позади листа жести. Эти лучи вначале назвали беккерелевыми, а потом радиоактивными.

О работах Беккереля узнал также и физик Пьер Кюри, который предложил своей молодой жене Марии, урожденной Склодовской, заняться изучением лучей Беккереля, как темой докторской работы. К чему этот совет привел, известно: Мария Кюри открыла радий и предложила для лучей Беккереля принятое теперь название «радиоактивное излучение».

Рассказывать здесь роман о радии надобности нет. Он известен большинству читателей. Мария Кюри открыла и другие радиоактивные вещества, например полоний, названный ею в честь ее родины, Польши. Это было одно из величайших научных открытий. С того времени тысячи исследователей изучали радий, желая выяснить его свойства. Они установили, что его излучение ослабевает чрезвычайно медленно и вещество оказывается израсходованным наполовину лишь в течение 1580 лет. Далее открыли, что при этом образуется газ, так называемая эманация, который тоже испускает лучи, но с продолжительностью действия значительно более короткой, чем у самого радия. Наконец, было установлено, что излучение радия представляет собой смесь трех видов лучей, которые были обозначены тремя первыми буквами греческого алфавита. Альфа-лучи представляют собой положительно заряженные ядра гелия, с огромной силой выбрасываемые последними; бета-лучи обладают большой проникающей способностью, позволяющей им проходить через дерево и тонкую жесть; гамма-лучи наделены такой способностью в еще большей степени, являются жесткими лучами и напоминают собой рентгеновы лучи.

При дальнейшем изучении радиоактивности установили, что химический элемент не является чем-то абсолютно единым, а состоит порой из атомов нескольких видов. Такие элементы называют изотопами. Они отличаются один от другого не различными особыми свойствами, но различным атомным весом. Все это едва ли представляло бы интерес для медиков, если бы в 1934 году дочери великой Марии Кюри, Ирен Кюри и ее мужу Фредерику Жолио не удалось создать искусственное радиоактивное вещество. Они подвергли кусок алюминия действию альфа-лучей, разрушили такой бомбардировкой ядра атомов алюминия и получили изотоп фосфора - вещество, которого не существует в природе. Это был первый искусственный радиоактивный препарат. Впоследствии было создано много других, причем для получения их, естественно, были разработаны новые, лучшие способы. Вскоре выяснилось, что искусственные изотопы должны иметь большое значение для медицины, в частности радиоактивный фосфор, радиоактивный йод и другие. Вначале имелись в виду диагностические исследования и физиологические наблюдения с целью изучения, например, процесса обмена веществ в организме, скорости кровотока в организме и в отдельных органах, особенно в сердце, что даст возможность выявить имеющиеся в нем дефекты. Применением искусственных радиоактивных препаратов иногда можно дополнять рентгенологические исследования.

Искусственные радиоактивные препараты обладают некоторыми свойствами, отсутствующими у рентгеновых лучей. Для них нужны контрастные вещества, сквозь которые они не могут проникать. Если человек проглотил железный гвоздь, он непосредственно виден на экране и на снимке очень ясно. Но при язве желудка положение иное: контраст нужно создать искусственно. Поэтому больной, подвергаемый рентгенологическому исследованию, должен пить взвесь сернокислого бария, поглощающего рентгеновы лучи. Благодаря этому врач видит на экране соответствующие изменения в слизистой оболочке желудка и может поставить диагноз.

При применении искусственного радиоактивного препарата положение несколько иное. Возьмем для примера щитовидную железу, как известно, представляющую собой весьма сложный орган. Мы знаем, что она жадно поглощает йод. Желая узнать путь йода в щитовидной железе, мы можем дать больному человеку радиоактивный йод. Препарат этот распадается естественным путем и испускает лучи; мы, правда, не в состоянии видеть их, но можем установить их присутствие, измерить и тем самым проследить судьбу введенного йода с помощью специальных аппаратов. Радиоактивный йод применяется для уничтожения новообразования (опухоли) щитовидной железы, злокачественного зоба. Если дать такому больному радиоактивный йод, то последний, жадно поглощаясь щитовидной железой, в течение короткого времени распадается и испускает лучи в окружающие ткани, то есть в раковые клетки опухоли, а лучи эти, как уже было сказано, обладают разрушительной силой. Таким способом можно попытаться спасти жизнь больному или, по меньшей мере, продлить ее.

Эта область знаний необычайно разрослась, и в большинстве клиник уже существуют отделения для лечения изотопами. При многих заболеваниях это пока единственный путь, который может привести к успеху. Кроме йода, в настоящее время применяется ряд других элементов, превращенных в радиоактивные и оказывающих необходимое действие.

Разумеется, это должны быть элементы, обладающие каким-то отношением, «сродством», к соответствующим органам. Такие «склонности», «сродство», наблюдаются часто. Как щитовидная железа нуждается в йоде и поэтому поглощает его, так костный мозг нуждается в фосфоре. Следовательно, в этом случае можно применять радиоактивный фосфор и вводить его в организм, так как он жадно поглотится костями и костным мозгом.

Большое значение для лечения различных болезней и, в частности, некоторых злокачественных опухолей имеют препараты радиоактивного золота. К ним прибегают, когда хирургическое лечение невозможно или не показано. Но этот метод лечения требует известной осторожности и контроля со стороны врача. Кровь и костный мозг могут давать также и неблагоприятную реакцию, а при непорядках со стороны печени и почек или при более значительных нарушениях кровообращения лечение радиоактивным золотом плохо переносится больными.

Существует еще один металл, тоже весьма подходящий для лечения злокачественных новообразований, если он искусственно сделан радиоактивным. Это кобальт. Ему можно придать радиоактивность в атомном реакторе. Радиоактивность кобальта сохраняется долго, в течение нескольких лет. Кроме того, в некоторых случаях лечить кобальтом более удобно, чем применять рентгенолечение, так как кобальт можно вводить в различные полости тела. Наибольшую ценность представляет лечение кобальтом рака женских половых органов. Радиоактивный кобальт обладает тем свойством, что его лучи способны проникать сквозь кожу и действовать на расположенные под нею образования, которые необходимо разрушить или повредить.

Существуют и другие изотопы, применяемые в медицине. Несомненно, что и эта ее глава еще далеко не завершена. Понадобится найти металлы и другие элементы, обладающие особым сродством и склонностью к определенным органам, подобно сродству между йодом и щитовидной железой. Тогда будет легко искусственно сделать эти элементы радиоактивными и с их помощью лечить ряд заболеваний.