Компьютерная томография (кт)
Метод рентгеновской компьютерной томографии основан на реконструкции изображения определенного сечения тела пациента путем регистрации большого количества рентгеновских проекций этого сечения, выполненных под разными углами. Информация от датчиков, регистрирующих эти проекции, поступает в компьютер, который по специальной программе вычисляет распределение плотности образца в исследуемом сечении и отображает его на экране дисплея. Полученное таким образом изображение сечения тела пациента характеризуется прекрасной четкостью и высокой информативностью. Программа позволяет при необходимости увеличитьконтраст изображения вдесятки и даже сотни раз. Это расширяет диагностические возможности метода.
Видеографы (аппараты с цифровой обработкой рентгеновского изображения) в современной стоматологии.
В стоматологии именно рентгенологическое исследование является основным диагностическим методом. Однако ряд традиционных организационно–технических особенностей рентгенодиагностики делают ее не вполне комфортной как для пациента, так и для стоматологических клиник. Это, прежде всего, необходимость контакта пациента с ионизирующим излучением, создающим часто значительнуюлучевую нагрузку на организм, это также необходимость фотопроцесса, а следовательно, необходимость фотореактивов, в том числе токсичных. Это, наконец, громоздкий архив, тяжелые папки и конверты с рентгеновскими пленками.
Кроме того, современный уровень развития стоматологии делает недостаточной субъективную оценку рентгенограмм человеческим глазом. Как оказалось, из многообразия оттенков серого тона, содержащегося в рентгеновском изображении, глаз воспринимает только 64.
Очевидно, что для получения четкого и подробного изображения твердых тканей зубо–челюстной системы при минимальной лучевой нагрузке нужны иные решения. Поиск привел к созданию, так называемых, радиографических систем, видеографов – систем цифровой рентгенографии.
Без технических подробностей принцип действия таких систем состоит в следующем. Рентгеновское излучение поступает через объект не на фоточувствительную пленку, а на специальный внутриоральный датчик (специальную электронную матрицу). Соответствующий сигнал от матрицы передается на преобразующее его в цифровую форму оцифровывающее устройство (аналого-цифровой преобразователь, АЦП), связанное с компьютером. Специальное программное обеспечение строит на экране компьютера рентгеновское изображение и позволяет обработать его, сохранять на жестком или гибком носителе информации (винчестере, дискетах), в виде файла распечатывать его как картинку.
В цифровой системе рентгеновское изображение представляет собой совокупность точек, имеющих различные цифровые значения градации серого тона. Предусмотренная программой оптимизация отображения информации дает возможность получить оптимальный по яркости и контрастности кадр при относительно малой дозе облучения.
В современных системах, созданными, например, фирмами Trophy (Франция) или Schick (США) при формировании кадра используется 4096 оттенков серого, время экспозиции зависит от объекта исследования и, в среднем, составляет сотые – десятые доли секунды, снижение лучевой нагрузки по отношению к пленке – до 90 % для внутриоральных систем, до 70 % для панорамных видеографов.
При обработке изображений видеографы позволяют:
• Получать позитивные и негативные изображения, изображения в псевдоцвете, рельефные изображения.
• Повышать контраст и увеличивать интересующий фрагмент изображения.
• Оценивать изменение плотности зубных тканей и костных структур, контролировать однородность заполнения каналов.
• В эндодонтии определять длину канала любой кривизны, а в хирургии подбирать размер имплантата с точностью 0,1 мм.
• Уникальная система Caries detector с элементами искусственного интеллекта при анализе снимка позволяет обнаружить кариес в стадии пятна, кариес корня и скрытый кариес.
Вопрос 63.
РАДИОАКТИВНОСТЬ
Радиоактивность- самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения.
Весной 1896 французский физик А.Беккерель сделал ряд сообщений об обнаружении им нового вида излучения (впоследствии названном радиоактивным), которое испускается солями урана. Подобно открытым за несколько месяцев до этого рентгеновским лучам, оно обладало проникающей способностью, засвечивало экранированную черной бумагой фотопластинку и ионизировало окружающий воздух. Гипотеза, которая привела к открытию радиоактивности, возникла у Беккереля под влиянием исследований Рентгена. Поскольку при генерации Х-лучей наблюдалась фосфоресценция стеклянных стенок рентгеновской трубки, Беккерель предположил, что любое фосфоресцентное свечение сопровождается испусканием рентгеновского излучения. Для проверки этого предположения он поместил различные фосфоресцирующие вещества на завернутые в черную бумагу фотопластинки и получил неожиданный результат: засвеченной оказалась единственная пластинка, с которой соприкасался кристалл соли урана. Многочисленные контрольные опыты показали, что причиной засветки явилась не фосфоресценция, а именно уран, в каком бы химическом соединении он ни находился. Свойство радиоактивного излучения вызывать ионизацию воздуха позволило наряду с фотографическим методом регистрации применять более удобный электрический метод, что значительно ускорило процесс исследований.
Альфа распад
α-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 005008094%22http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D0%B9-4%22He"4HYPERLINK "%224HYPERLINK%20%22http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D0%B9-4%22He"He).
α-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А≥140 (хотя есть несколько исключений). Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные 00181001001108100α-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся α-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно α-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам ядра, чем остальные нуклоны. Образовавшаяся альфа-частица на границе ядра отражается от потенциального барьера внутрь, однако с некоторой вероятностью она может преодолеть его и вылететь наружу. С уменьшением энергии альфа-частицы проницаемость потенциального барьера экспоненциально уменьшается, поэтому 0105018060807008время жизни ядер с меньшей доступной энергией альфа-распада при прочих равных условиях больше.
В результате α-распада элемент смещается на 2 клетки к началу 09051080040810510001810811050001800500501002таблицы Менделеева, массовое число дочернего ядра уменьшается на 4.
Альфа излучение.
В воздухе при атмосферном давлении альфа-излучение преодолевает лишь небольшое расстояние, как правило, от 2,5 до 7,5 см. В условиях вакуума электрическое и магнитное поля заметно отклоняют его от первоначальной траектории. Направление и величина отклонений указывают на то, что альфа-излучение - это поток положительно заряженных частиц, для которых отношение заряда к массе (e/m) в точности соответствует дважды ионизированному атому гелия (He++). Эти данные и результаты спектроскопического исследования собранных альфа-частиц позволили Резерфорду сделать вывод о том, что они являются ядрами атома гелия.
Вопрос 64.
Бета распад
Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком 000501100электронов. β-распад — это проявление 0100001005020700080004050911020805слабого взаимодействия.
β-распад (точнее, бета-минус-распад, β − -распад) — это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и 0010800509110800антинейтрино.
β-распад является внутринуклонным процессом. Он происходит вследствие превращения одного из 0020010%22http://ru.wikipedia.org/wiki/D-%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BA%22-кварков"dHYPERLINK "%BA%22dHYPERLINK%20%22http://ru.wikipedia.org/wiki/D-%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BA%22-кварков"-кварков в одном из 0905091100нейтронов ядра в 0020010%22http://ru.wikipedia.org/wiki/U-%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BA%22-кварк"uHYPERLINK "%BA%22uHYPERLINK%20%22http://ru.wikipedia.org/wiki/U-%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BA%22-кварк"-кварк; при этом происходит превращение нейтрона в 0910100протон с испусканием электрона и антинейтрино:
После β − -распада элемент смещается на 1 клетку к концу 09051080040810510001810811050001800500501002таблицы Менделеева (заряд ядра увеличивается на единицу), тогда как 090011002005108100массовое число ядра при этом не меняется.
Существуют также другие типы бета-распада. В 0900708110001809100100004позитронном распаде (бета-плюс-распаде) ядро испускает 09007081100позитрон и 090509110800нейтрино. При этом заряд ядра уменьшается на единицу (ядро смещается на одну клетку к началу таблицы Менделеева). Позитронный распад всегда сопровождается конкурирующим процессом — 000501100018090700102001%22электронным%20захватом"электронным захватом (когда ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино, при этом заряд ядра также уменьшается на единицу). Однако обратное неверно: многие нуклиды, для которых позитронный распад запрещён, испытывают электронный захват. Наиболее редким из известных типов радиоактивного распада является 00200900090105100100100004двойной бета-распад, он обнаружен на сегодня лишь для десяти нуклидов, и периоды полураспадов превышают 1019 лет. Все типы бета-распада сохраняют 090011002005108100массовое число ядра.
Бета излучение
Это излучение обладает большей проникающей способностью, чем альфа-излучение. Как и альфа-излучение, оно отклоняется в магнитном и электрическом полях, но в противоположную сторону и на большее расстояние. Это указывает на то, что бета-излучение является потоком отрицательно заряженных частиц малой массы. По отношению e/m Резерфорд идентифицировал бета-частицы как обычные электроны
Гамма-излучение. Гамма-излучение проникает в вещество гораздо глубже, чем альфа- и бета-излучения. Оно не отклоняется в магнитном поле и, следовательно, не имеет электрического заряда. Гамма-лучи были идентифицированы как жесткое (т.е. имеющее очень высокую энергию) электромагнитное излучение.
Вопрос 65.
Закон радиоактивного распада — физический закон, описывающий зависимость интенсивности 0000040800001080201809100100004радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце. Открыт 0100404080410504051080Фредериком Содди и 000507051101040100511%22Эрнестом%20Резерфордом"Эрнестом Резерфордом, каждый из которых впоследствии был награжден 090010500502100018010500818Нобелевской премией. Они обнаружили его 00100510800501%22экспериментальным"экспериментальным путём и опубликовали в 03004%20году"1903 HYPERLINK "%221903%20году"году в работах «Сравнительное изучение радиоактивности радия и тория»70004802823001040%5B1%5D"[HYPERLINK "%22%5B1%5D"1HYPERLINK "%22%5B1%5D"] и «Радиоактивное превращение»70004802823001040%5B2%5D"[HYPERLINK "%22%5B2%5D"2HYPERLINK "%22%5B2%5D"], сформулировав следующим образом70004802823001040%5B3%5D"[HYPERLINK "%22%5B3%5D"3HYPERLINK "%22%5B3%5D"]:
Во всех случаях, когда отделяли один из радиоактивных продуктов и исследовали его активность независимо от радиоактивности вещества, из которого он образовался, было обнаружено, что активность при всех исследованиях уменьшается со временем по закону геометрической прогрессии.
из чего с помощью 0401010000051010008теоремы Бернулли 031101809учёные сделали вывод:
Скорость превращения всё время пропорциональна количеству систем, еще не подвергнувшихся превращению.
Период полураспада.
Число радиоактивных ядер одного типа постоянно уменьшается во времени благодаря их распаду.
Скорость распада принято характеризовать периодом полураспада: это время, за которое число радиоактивных ядер определенного типа уменьшится в 2 раза.
Период полураспада - продолжительность существования радиоактивного элемента, т.е. пока он не превратится в стабильный химический элемент, характеризуется периодом полураспада – интервалом времени, в течение которого число ядер данного нуклида уменьшается в два раза.
На практике период полураспада определяют, измеряя 724950010802001118100040800001080200030081101008000активность исследуемого препарата через определенные промежутки времени. Учитывая, что активность препарата пропорциональна количеству атомов распадающегося вещества, и воспользовавшись 7249500000010004080000108020003010010000400законом радиоактивного распада, можно вычислить период полураспада данного вещества
66 вопрос.
Активность радиоактивного источника — ожидаемое число элементарных 0000040800001080201809100100004радиоактивных распадов в единицу 0105018времени.
Производные величины
Удельная активность — активность, приходящаяся на единицу 09001100массы вещества источника.
Объёмная активность — активность, приходящаяся на единицу 09011810объёмаисточника. Удельная и объёмная активности используются, как правило, в случае, когда радиоактивное вещество распределено по объёму источника.
Поверхностная активность — активность, приходящаяся на единицу 09001000418площади источника. Эта величина применяется для случаев, когда радиоактивное вещество распределено по поверхности источника.
Единицы измерения активности
В системе 010%22СИ"СИ единицей активности является 0050005105018050408008100080700510500818беккерель (Бк, Bq); 1 Бк = с−1. В образце с активностью 1 Бк происходит в среднем 1 распад в секунду.
Внесистемными единицами активности являются:
• кюри (Ки, Ci); 1 Ки = 3,7×1010 Бк.
• резерфорд (Рд, Rd); 1 Рд = 106 Бк (используется редко).
Удельная активность измеряется в беккерелях на килограмм (Бк/кг, Bq/kg), иногда Ки/кг и т. д.
Системная единица объёмной активности — Бк/м³, часто используются также Бк/090811%22л"л. Системная единица поверхностной активности — Бк/м², часто используются также Ки/км² (1 Ки/км² = 37 кБк/м²).
Существуют также устаревшие внесистемные единицы измерения объёмной активности (применяются только для альфа-активных нуклидов, обычно газообразных, в частности для 00000400радона):
• махе; 1 махе = 13,5 кБк/м3;
• эман; 1 эман = 0,1 нКи/л = 3,7 Бк/л = 3700 Бк/м3.
67 вопрос
Ионизирующим излучением называется любое излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию ионов разных знаков.
Различают непосредственно ионизирующее и косвенно ионизирующее излучение.
Непосредственно ионизирующее излучение представляет собой поток заряженных частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации при столкновении с атомами вещества.
Косвенно ионизирующее излучение представляет собой поток незаряженных частиц (нейтронов, фотонов), которые могут создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывать ядерные превращения при взаимодействии со средой.
Ионизирующее излучение, представляющее собой частицы с ненулевой массой покоя, называют корпускулярным.
К фотонному ионизирующему излучению относится гамма-излучение и рентгеновское излучение.
Энергией ионизирующего излучения называют суммарную энергию ионизирующих частиц (без учета энергии покоя), испущенную, переданную или поглощенную. Единицей энергии ионизирующего излучения в СИ является джоуль (Дж). Кроме того, рекомендуется применять уже упоминавшуюся внесистемную единицу электрон-вольт и десятичные кратные ей единицы для измерения энергии отдельных ионизирующих частиц.
Корпускулярное и фотонное излучения, испускаемые атомным ядром, могут быть обнаружены только по их взаимодействию с веществом. Если это взаимодействие незначительно, то обнаружение такого излучения, например излучения нейтрино, представляет собой чрезвычайно трудную задачу.
Излучение взаимодействует преимущественно с электронами атомов. При этом может происходить возбуждение атомов, но в основном идет процесс ионизации атомов, который состоит в отрыве от атома по крайней мере одного электрона:
М ®М++е-
(стрелкой здесь обозначено воздействие ионизирующего излучения).
Взаимодействие излучения с атомными ядрами используют только для обнаружения незаряженных, нейтронов, не обладающих ионизирующим действием: при упругих столкновениях нейтронов с ядрами водорода образуются протоны отдачи, которые могут быть обнаружены как заряженные частицы.
Проникающую способность различных видов излучения принято характеризовать толщиной слоя вещества, при котором интенсивность излучения уменьшается наполовину, причем толщину обычно выражают массой вещества на единицу поверхности, г/см2 или мг/см2 (масса на единицу поверхности равна плотности, умноженной на толщину слоя.)
Взаимодействие с веществом a - излучения
a-частицы сильно взаимодействуют с различными веществами, т. е. легко поглощаются ими. Тонкий лист бумаги или слой воздуха толщиной несколько сантиметров достаточны для того, чтобы полностью поглотить a-частицы.
При прохождении через вещество a-частицы почти полностью отдают свою энергию в результате электростатического взаимодействия с электронами оболочек атомов.
Энергия a-частиц идет на ионизацию и возбуждение атомов поглощающей среды (ионизационные потери). Этот процесс может рассматриваться как упругое столкновение a-частицы с электронами, при котором a-частица теряет часть своей энергии.
Поток a-частиц - это сильно ионизирующее излучение.
Энергия образования одной пары ионов в воздухе составляет около 35 эВ, так что при прохождении a-частицы с энергией Еa=4,2 МэВ (238U) до момента ее поглощения образуется около 105 пар ионов. В конце пробега, когда энергия а-частицы уменьшается и становится недостаточной, чтобы производить ионизацию, она, присоединив к себе два электрона, превращается в атом гелия.
Соударения с электронами практически не изменяют траекторию движения тяжелой a-частицы (масса равна 4 а.е.м.), поэтому можно считать, что она движется практически прямолинейно.
Подобно a-частицам. взаимодействуют с веществом протоны и тяжелые ионы.
Взаимодействие с веществом b- излучения
b-частицы - это электроны (или позитроны), испускаемые ядрами радионуклидов при b-распаде.
b-частицы обладают сплошным энергетическим спектром.
В зависимости от энергии б-частиц различают:
• мягкое b-излучение (нескольких десятков кэВ);
• жесткое b-излучение (до нескольких единиц МэВ).
Вероятность взаимодействия b-частиц с веществом меньше, чем для a-частиц, так как b-частицы имеют в два раза меньший заряд и приблизительно в 7300 раз меньшую массу.
Удельная ионизация для b-частицы составляет 4 - 8 пар ионов на 1 мм пути, т.е. пробег b-частиц намного больше пробега a-частиц с той же энергией. Максимальные пробеги b-частиц с энергией 1 МэВ составляет в воздухе около 4 м, в воде - 4,4 м, в алюминии - 2 мм.
При взаимодействии b-частиц с электронами атомов массы соударяемых частиц можно считать одинаковыми, поэтому b-частицы при столкновении отклоняются гораздо сильнее, в результате чего при торможении траектория движения b-частиц имеет вид ломаной линии.
Скорость b-частиц сравнима со скоростью света.
Взаимодействие электронов и позитронов с веществом качественно одинаково и складывается из трех основных процессов:
• упругого рассеяния на атомных ядрах;
• рассеяния на орбитальных электронах;
• неупругих столкновений с атомным ядром.
Упругое рассеяние b-частиц происходит в основном на ядрах, но могут также происходить и на атомных оболочках. Вследствие малой массы, b-частицы могут отклоняться на большие углы. Чем меньше энергия b-частиц, тем больше (в среднем) отклонение, которое она испытывает.
Поэтому при радиометрических измерениях необходимо учитывать эффект обратного рассеяния, который может привести к увеличению счета.
Рассеяние b-частиц на орбитальных электронах среды является наиболее важным процессом для регистрации b-частиц. Потерянная при столкновении энергия b-частицы передается орбитальному электрону, что ведет к возбуждению или ионизации атома.
При ионизации b-частицы выбивают орбитальные электроны, которые могут производить вторичную ионизацию. Полная ионизация равна сумме первичной и вторичной ионизации. На 1 мкм пути в веществе b-частица создает несколько сотен пар ионов.
При неупругом столкновении электронов с ядрами атомов происходит торможение электронов в поле ядра. Уменьшение энергии электронов в результате торможения приводит к испусканию тормозного рентгеновского излучения.
Потери энергии тем больше, чем больше энергия b-частицы и атомный номер элемента поглотителя. Поэтому для снижения тормозного излучения защиту для b-источников выполняют из материалов с малым атомным номером - алюминий, органическое стекло и др.
Взаимодействие с веществом g- излучение
Взаимодействие g-квантов с веществом существенно отличается от взаимодействия a- и b-частиц. В то время как заряженные частицы передают свою энергию электронам атомов при многократных процессах соударения, g-кванты отдают всю или, по крайней мере, большую часть своей энергии при однократном взаимодействии. Однако вероятность этого взаимодействие очень низка, поэтому g-кванты обладают гораздо большей проникающей способностью, чем заряженные частицы.
Проникающая способность излучения характеризуется чаще всего толщиной слоя поглотителя (в г/см2), при которой интенсивность излучения уменьшается наполовину. Эту величину называют толщиной слоя полупоглощения.
При семикратной (по отношению к указанной выше величине) толщине слоя интенсивность уменьшается до 1% от первоначального значения; при десятикратной - до 0,1%.
Поглощение g-квантов вызывается тремя независимыми друг от друга процессами с различной физической природой:
• фотоэффектом;
• эффектом Комптона;
• образованием электрон-позитронных пар,
• лист бумаги (толщина слоя 8,0 мг/см2) полностью поглощает a-частицы, незначительно ослабляет поток b-частиц , g-излучение преодолевает такую преграду без ослабления,
• лист стали толщиной чуть менее миллиметра (450 мг/см2) полностью поглощает поток b-частиц (и тем более a-частиц), однако, g-излучение ослабляет незначительно,
• лист свинца толщиной 5 см ( 56,5 г/см2) ослабит g-излучение с энергией 1МэВ примерно в 10 раз.
Взаимодействие с веществом нейтронного излучение
Нейтроны, представляющие собой поток незаряженных частиц, которые при прохождении через вещество взаимодействуют только с ядрами атомов. Нейтроны обладают широким диапазоном энергий - от долей до десятков миллионов электрон-вольт.
В зависимости от энергии нейтроны могут по-разному взаимодействовать с ядрами атомов. Характер взаимодействия может быть упругим и неупругим.
Упругое рассеяние. Упругое взаимодействие нейтрона с ядрами аналогично столкновению бильярдных шаров. Если бильярдный шар, движущийся с большой скоростью, столкнется с неподвижным шаром, он передаст ему большую или меньшую часть энергии в зависимости от параметров удара, а сам изменит направление движения. Суммарная энергия обоих шаров до и после взаимодействия не изменится.
Из закона механики известно, что чем больше масса неподвижного шара, по сравнению с массой движущегося, тем меньшая доля энергии будет ему передана при столкновении. Если массы сталкивающихся шаров равны, то при каждом столкновении движущийся шар будет терять в среднем половину своей энергии.
Аналогичным образом нейтроны, обладающие определенным запасом энергии, взаимодействуя с ядрами атомов, передают им часть энергии, а сами изменяют направление своего движения. Этот процесс называется упругим рассеянием.
Ядра атомов, получившие в результате столкновения определенный запас кинетической энергии, - ядра отдачи - "выскакивают" из электронной оболочки и, проходя через вещество, производят ионизацию (поскольку они обладают зарядом). Чем меньше масса ядер среды, через которые проходят нейтроны, тем большую долю энергии они теряют в процессе упругого рассеяния. При каждом акте рассеяния на ядрах водорода нейтрон теряет в среднем половину энергии, при рассеянии на ядрах углерода - примерно 14 - 17 %, а при рассеянии на ядрах аргона - не более 8 - 9 %. Поэтому в качестве замедлителей нейтронов лучше всего использовать водородосодержащие или легкие вещества - обычную или тяжелую воду, парафин, бериллий, углерод.
В процессе упругого рассеяния энергия нейтрона постепенно уменьшается и приближается к энергии теплового движения атомов и молекул среды, равной примерно 0,025 эВ. Такие нейтроны называются тепловыми. Чтобы нейтрон с первоначальной энергией 1 МэВ стал тепловым, число столкновений с ядрами водорода должно быть n = 25. В углероде энергия этого нейтрона достигает 0,025 эВ после 100 столкновений, а при взаимодействии с ядрами урана - после 2100 столкновений. Этот процесс завершается примерно через 10-6 секунды.
Радиационный захват. При достаточной тепловой скорости нейтрон может быть захвачен одним из ядер атомов среды. Ядро переходит при этом в возбужденное состояние. Возврат ядра в основное состояние сопровождается испусканием g-квантов.
При радиационном захвате происходит следующая ядерная реакция:
т.е. образуется изотоп исходного элемента, а избыточная энергия, полученная ядром вследствие такой перестройки, испускается в виде g-кванта. В ядерных реакторах, где создаются мощные потоки тепловых нейтронов, ядерная реакция указанного типа используется для получения искусственных радионуклидов.
Не только тепловые, но и быстрые нейтроны могут быть захвачены ядрами атомов. В результате произойдет ядерная реакция с вылетом a-частицы, протона и т.д. и образуется ядро другого элемента:
Радиационный захват нейтрона возможен при любой его энергии и на любых ядрах, но более вероятен на медленных нейтронах и тяжелых ядрах, что следует учитывать при выборе материала защиты.
Неупругое рассеяние. При захвате нейтрона ядром может произойти ядерная реакция, в процессе которой образуется ядро исходного нуклида, но при этом энергия испущенного нейтрона меньше энергии захваченного.
В этом случае говорят о процессе неупругого рассеяния, поскольку суммарная энергия системы (нейтрон + ядро) до взаимодействия не равна энергии системы после взаимодействия. Процесс неупругого рассеяния имеет большую вероятность для атомных ядер середины и конца периодической системы элементов.
Таким образом, при прохождении нейтронов через вещество происходят следующие взаимодействия с ядрами: упругое и неупругое рассеяния, радиационный захват и различного типа ядерные реакции. Вероятность различного типа взаимодействий зависит от энергии нейтронов.
Для быстрых нейтронов доминирующим процессом взаимодействия является упругое рассеяние, хотя, как для всех других групп, возможны (со значительно меньшей вероятностью) и другие процессы взаимодействия (неупругое рассеяние, ядерные реакции, радиационный захват). Для релятивистских нейтронов возрастает роль неупругого рассеяния по сравнению с упругим, существенный вклад дают ядерные реакции.
Для промежуточных нейтронов наиболее характерным процессом взаимодействия является неупругое рассеяние, а также радиационный захват.
Для тепловых нейтронов наиболее вероятный процесс взаимодействия - радиационный захват. Вероятность этого процесса пропорциональна 1/E1/2, т.е. возрастает с уменьшением энергии (скорости) нейтронов. Наиболее вероятная скорость движения тепловых нейтронов при температуре 295 К (22 °С) составляет 2200м/сек, а соответствующая энергия - 0,025 эВ.
Таким образом, при всех процессах взаимодействия нейтронов с веществом образуются либо заряженные частицы - ядра отдачи, непосредственно производящие ионизацию, либо g-излучение, которое также производит ионизацию в результате вторичных процессов.
В процессе ядерных реакций под воздействием нейтронов образуются также другие заряженные частицы (протоны, дейтроны и т.д.).
Излучение будет ионизирующим, если оно способно разрывать химические связи молекул, из которых состоят ткани живого организма, и, как следствие, вызывать биологические изменения. Действие ионизирующего излучения происходит на атомном или молекулярном уровне, независимо от того, подвергаемся ли мы внешнему облучению, или получаем радиоактивные вещества с пищей и водой, что нарушает баланс биологических процессов в организме и приводит к неблагоприятным последствиям. Биологические эффекты влияния' радиации на организм человека обусловлены взаимодействием энергии излучения с биологической тканью. Энергию, непосредственно передаваемую атомам и молекулам биотканей называют прямым действием радиации.
Одним из прямых эффектов является канцерогенезили развитие онкологических заболеваний. Первопричиной этого являются нарушения в генетическом механизме, называемые мутациями. Заряженные частицы проникают в ткани организма, теряют свою энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами атомов. Электрическое взаимодействие сопровождает процесс ионизации (вырывание электрона из нейтрального атома)
Физико-химические изменения сопровождают возникновение в организме чрезвычайно опасных "свободных радикалов".
Кроме прямого ионизирующего облучения выделяют также косвенное или непрямое действие, связанное с радиолизом воды. При радиолизе возникают свободные радикалы - определенные атомы или группы атомов, обладающие высокой химической активностью. Основным признаком свободных радикалов являются избыточные или неспаренные электроны. Такие электроны легко смещаются со своих орбит и могут активно участвовать в химической реакции. Важно то, что весьма незначительные внешние изменения могут привести к значительным изменениям биохимических свойств клеток. К примеру, если обычная молекула кислорода захватит свободный электрон, то она превращается в высокоактивный свободный радикал — супероксид. Кроме того, имеются и такие активные соединения, как перекись водорода, гидроксил и атомарный кислород. Большая часть свободных радикалов нейтральна, но некоторые из них могут иметь положительный или отрицательный заряд.
Если число свободных радикалов мало, то организм имеет возможность их контролировать. Если же их становится слишком много, то нарушается работа защитных систем, жизнедеятельность отдельных функций организма. Повреждения, вызванные свободными радикалами, быстро увеличиваются по принципу цепной реакции. Попадая в клетки, они нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Такие явления могут привести к сбоям в синтезе белков, что является жизненно важной функцией всего организма, т.к. неполноценные белки нарушают работу иммунной системы.
Свободные радикалы, вызывающие химические реакции, вовлекают в этот процесс многие молекулы, не затронутые излучением. Поэтому производимый излучением эффект обусловлен не только количеством поглощенной энергии, а и той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии, поглощенный биообъектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение. Химические изменения возникают в результате взаимодействия свободных радикалов друг с другом или со "здоровыми" молекулами Биохимические изменения происходят как в момент облучения, так и на протяжении многих лет, что приводит к гибели клеток.
69.РАДИОНУКЛИДЫ, нуклиды, ядра к-рых радиоактивны. По типам радиоактивного распада различают a-Р., b-Р., Р., ядра к-рых распадаются по типу электронного захвата, и Р., ядра к-рых подвержены спонтанному делению. Испускание радиоактивными ядрами a- и b-частиц, а также электронный захват обычно сопровождаются испусканием рентгеновского или g-излучения, поэтому большинство Р. представляет собой источники электромагн. излучения. Радионуклиды - общее название радиоактивных элементов, нестабильные атомные ядра, подверженные радиоактивному распаду. К естественным радионуклидам относятся калий-40, торий-232, уран-235, уран-238.
Преобладают радионуклиды искусственного происхождения, получаемые путем расщепления атомных ядер: стронций-90, йод-131, цезий-137.
Радионуклидная диагностика (ядерная медицина) представляет собой метод лучевой диагностики, основанный на регистрации излучения введенных в организм искусственных радиоактивных веществ (радиофармпрепаратов).