рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры
Реферат Курсовая Конспект
Взаимодействие электромагнитных излучений с веществом
Взаимодействие электромагнитных излучений с веществом - Лекция, раздел Физика, РАЗДЕЛ I. БИОФИЗИКА МЕМБРАН При Прохождении Эм Волны Через Слой Вещества Толщиной Х Интенсивность Волны I...
При прохождении ЭМ волны через слой вещества толщиной х интенсивность волны I уменьшается вследствие взаимодействия ЭМ поля с атомами и молекулами вещества. Эффекты взаимодействия могут быть различными в разных веществах и для разных длин волн. Но общий закон ослабления интенсивности волны будет одинаковым:
где I0 - интенсивность падающего излучения.
Это выражение носит название закон Бугера, μ называется коэффициентом ослабления. В общем виде ослабление определяется поглощением и рассеянием энергии ЭМ волны веществом. Величина зависит от природы вещества и длины; волны.
Радиоволны. К радио диапазону относятся самые длинные ЭМ волны : λ == 3 ∙ 103 до 1 м (частота 105 до 3 • 108 Гц) - длинные, средние, короткие и УКВ-диапазоны, и λ от 1 до 10'3 м (частота 3 ∙ 108 - 3 ∙ 1011 Гц) - микроволновый диапазон. Радиоволны, взаимодействуя с биологическими структурами, могут терять часть энергии переменного электрического поля, превращающейся в теплоту, за счет генерации токов проводимости в электролитах (крови, лимфе, цитоплазме клеток) и за счет поляризации диэлектриков тканей организма.
Особенности распространения электромагнитных волн в живых тканях:
1. Характерной особенностью живых тканей является сильная зависимость их электрических свойств: диэлектрической проницаемости ε и проводимости σ от частоты радиоволн ν.
2. С ростом частоты ν длина волны λ- электромагнитных волн становится соизмеримой с размерами тела. Как известно, длина волны λ, в веществе с диэлектрической проницаемостью ε определяется выражением:
,
где с = 3 • 108 м/с - скорость света. Например, на частоте 460 МГц, применяемой в физиотерапии, длина волны в свободном пространстве (ε ~ 1) составляет около 0,7 м, а в мягких тканях тела человека только около 0,1 м.
3. На высоких и сверхвысоких частотах вследствие высокой проводимости тканей энергия электромагнитной волны быстро диссипирует в тепло и волны очень быстро затухают по мере прохождения по тканям тела: затухание по мощности в е = 2,72 раза происходит на пути в 1,525 см. Это важно знать при анализе медицинских приложений.
Радиоволны от искусственных источников могут иметь большую интенсивность и оказывать отрицательное влияние на жизненно важные процессы.
Искусственными источниками радиоволн являются радиовещательные и телевизионные станции, радиолокаторы и спутниковые системы связи. Они могут давать до 30 ∙ 109 Вт в импульсе на частотах около 1010 Гц. Для человека, находящегося в постоянном поле, интенсивность радиоволн 0,1 Вт/м2 считается безопасной. На расстояниях более 0,5 км от радиовещательных станций радиоволны длинного, среднего, короткого и УКВ-диапазонов не вызывают в биологических объектах значительных биофизических эффектов. В зонах, где интенсивность радиоволн достигает 100 Вт/м2, пребывание человека запрещено нормами Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). Эффекты нагрева биологических тканей радиоволнами используются в медицине при проведении физиотерапевтических процедур с помощью аппаратов УВЧ, СВЧ-терапии, a также индуктотермии.
ИК, видимое и УФ-излучения могут вызывать фотобиолоческие процессы в биоструктурах.
Видимый свет вызывает в растениях реакции фотосинтеза. При действии дальнего УФ-излучения ε > 12 эВ может происходить образование свободных радикалов ароматических серосодержащих белков и пиримидиновых оснований нукленовых кислот.
ИК и видимые волны активируют термо- и зрительные рецепторы соответственно. Действие ИК-излучения на организм, связано, прежде всего, с тепловым эффектом в поверхностных тканях. Для прогрева используют коротковолновую часть диапазона.
УФ-излучение проникает в ткани организма на глубину 1 мм. Поглощение УФ-излучения связано с фотохимическими реакциями и может привести к появлению эритемы (покрасниение и загар). Выделяют три зоны действия УФ на органы:
А - антирахитная (400-315 нм) - идет синтез витамина Д;
В - эритемная (315-280 нм) возникает эритема, ожоги;
С - бактерицидная (280-200 нм) - может вызывать канцерогенез, мутации, бактерицидный эффект. Последний используется в опeрационных и перевязочных отделениях клиник для дезинфекции помещений.
Рентгеновское и гамма-излучения обладают высокими энергиями квантов, что определяет их специфическое взаимодствие с веществом, - эти излучения являются ионизирующими.
Рентгеновское излучение при взаимодействии с веществом может когерентно рассеиваться (при взаимодействии фотонов невысоких энергий с электронами внутренних оболочек). Рентгеновское и гамма-излучения могут вызывать фотоэффект, а при больших энергиях фотонов - комптон-эффект.
Образующееся вторичное излучение при комптон-эффекте лежит всегда в более длинноволновой области, чем первичное излучение. Это объясняется тем, что часть энергии исходного рентгеновского или гамма-фотонов расходуется на совершение работы выхода и сообщение электрону кинетической энергии.
Вторичное излучение также может быть ионизирующим, так пример, при взаимодействии гамма-фотона с веществом может возникать вторичное излучение в рентгеновском диапазоне. При взаимодействии гамма-фотонов высокой энергии с веществом могут образовываться пары: электрон-позитрон.
Рассмотренные эффекты взаимодействия рентгеновского и гаммa-излучений с веществом могут идти независимо и одновременно. Доля того или иного эффекта в общей картине взаимодействия зависит от энергии фотона (длины волны излучения) и порядкового номера вещества.
Особенно сложным является проявление этих свойств при взаимодействии рентгеновского и γ-излучения с биологическими объектами. Это связано с тем, что поглощение различных тканей организма может сильно отличаться.
Одной из важных характеристик ЭМ-излучения, определяющей характер его взаимодействия с биологическими объектами, является энергия фотона ε. Мы говорили ранее, что ЭМ-излучение обладает одновременно как свойствами волны, так и свойствами частицы (проявление корпускулярно-волнового дуализма). Выраженность каждого из этих свойств зависит от длины волны. Так, в радиодиапазоне и в ИК-излучении проявляются волновые свойства (дифракция волн, интерференция). В видимом диапазоне и те и другие свойства выражены примерно одинаково (дифракция - волновые, фотоэффект -корпускулярные). С уменьшением длины волны сильнее проявляются корпускулярные свойства ЭМ-излучения, Начиная с энергии кванта, примерно равной 12 эВ (1 эВ = 1,6 ∙ 10-19 Дж), что соответствует дальнему УФ, и далее в диапазоне рентгеновского и тем более гамма-излучения, ЭМ волна ведет себя как поток частиц. С этой условной границы ЭМ-излучения могут ионизировать вещество, и поэтому, начиная с дальнего УФ, рентгеновское и гамма-излучения относят к ионизирующим.
Виды и свойства радиоактивных излучений
По современным представлениям ядро атома состоит из нуклонов: протонов 
и нейтронов 
. Размер ядра приблизительно в 105 раз меньше размера атома, но почти вся масса атома содержится именно в ядре.
В природе наблюдается явление радиоактивного распада - самопроизвольное (без внешних воздействий) превращение ядер определенных элементов в ядра других элементов с испусканием радиоактивных излучений. Радиоактивные излучения исторически были названы альфа-, бета- и гамма-излучениями. Потоки альфа-частиц, электронов и позитронов, а также гамма- излучение возникают при радиоактивном распаде:
1) α-частицы образуются в результате α распада тяжелых ядер:
,
α-частица состоит из 4-х нуклонов: двух нейтронов и двух протонов;
2) потоки электронов и позитронов возникают в результате β-распада:
,
,
где 
- электрон, 
- позитрон, 
и 
- нейтрино и антинейтрино соответственно;
3) α- и β- распады могут сопровождаться γ-излучением (кванты электромагнитного поля с высокой энергией). Возможны и другие процессы, приводящие к гамма-излучению.
К основным свойствам радиоактивных излучений относятся их проникающая и ионизирующая способности.
Ионизирующая способность излучения оценивается линейной плотностью ионизации i:
где dn - число ионов одного знака, образованных ионизирующей частицей на элементарном пути dl. На практике эта величина оценивается количеством пар ионов, образованных частицей на 1 см пробега. Проникающая способность излучения оценивается длиной свободного пробега или средним линейным пробегом — среднее расстояние, которое проходит частица в данном веществе, пока она способна ионизировать. Ионизирующая и проникающая способности частиц зависят от их заряда и массы, а также от плотности вещества, в котором идет процесс ионизации. Чем больше заряд и масса частицы, тем больше ее способность ионизировать вещество и тем меньше ее средний линейный пробег. Выбитые при ионизации электроны могут выбивать вторичные электроны, обладающие энергией, достаточной для последующей ионизации веществ. Возникающее в результате комтон-эффекта рентгеновское излучение, в свою очередь, также может вызывать ионизацию.
Рентгеновское излучение и гамма-фотоны, вызывая незначительную первичную ионизацию, порождают вторичную, в результате которой полный ионизационный эффект может быть весьма значительным.
Вследствие различных ионизирующих и проникающих способностей радиоактивных излучений способы защиты от них различны. Для защиты от α-частиц достаточно слоя бумаги, одежды и т.п.; от β-излучения можно защититься сантиметровым слоем дерева, стекла или любого легкого металла; для защиты от γ-излучения применяются толстые (до метров) слои воды, бетона, кирпичные стены, а также пластины из свинца толщиной до 10 см.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
РАЗДЕЛ I. БИОФИЗИКА МЕМБРАН
Лекция... Тема БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ СТРУКТУРА СВОЙСТВА... Биофизика мембран важнейший раздел биофизики клетки имеющий большое значение для биологии Многие жизненные...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Взаимодействие электромагнитных излучений с веществом
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Реклама
Информация в виде рефератов, конспектов, лекций, курсовых и дипломных работ имеют своего автора, которому принадлежат права. Поэтому, прежде чем использовать какую либо информацию с этого сайта, убедитесь, что этим Вы не нарушаете чье либо право.
© copyright 1999 - 2024 allRefs.net. Все права защищены. Страница сгенерирована за: 0.024 сек.
Новости и инфо для студентов