Искусственные источники ИИ

Классификация ускорителей

У. з. ч. можно классифицировать по разным признакам. По типу ускоряемых частиц различают электронные ускорители, протонные ускорители и ускорители ионов.

По характеру траекторий частиц различают линейные ускорители (точнее, прямолинейные ускорители), в которых траектории частиц близки к прямой линии, и циклические ускорители, в которых траектории частиц близки к окружности (или спирали).

По характеру ускоряющего поля У. з. ч. делят на резонансные ускорители, в которых ускорение производится переменным высокочастотным (ВЧ) электромагнитным полем и для успешного ускорения частицы должны двигаться в резонанс с изменением поля, и нерезонансные ускорители, в которых направление поля за время ускорения не изменяется. Последние в свою очередь делятся на индукционные ускорители, в которых электрическое ускоряющее поле создаётся за счёт изменения магнитного поля (эдс индукции), и высоковольтные ускорители, в которых ускоряющее поле обусловлено непосредственно приложенной разностью потенциалов.

По механизму, обеспечивающему устойчивость движения частиц в перпендикулярных к орбите направлениях (фокусировку), различают ускорители с однородной фокусировкой, в которых фокусирующая сила постоянна вдоль траектории (по крайней мере, по знаку), и ускорители со знакопеременной фокусировкой, в которых фокусирующая сила меняет знак вдоль траектории, т. е. чередуются участки фокусировки и дефокусировки. В применении к некоторым типам циклических ускорителей (синхротрон и синхрофазотрон) вместо терминов "однородная" и "знакопеременная" фокусировка пользуются терминами "слабая" и "сильная" ("жёсткая") фокусировка.

Резонансные циклические ускорители могут быть классифицированы далее по характеру управляющего — "ведущего" — магнитного поля и ускоряющего электрического поля: ускорители с постоянным и с переменным во времени магнитным полем и соответственно ускорители с постоянной и с переменной частотой ускоряющего поля. Приведённая классификация (табл. 1) не охватывает ускорителей со встречными пучками и ускорителей, использующих коллективные методы ускорения. Первый тип является своеобразной разновидностью перечисленных в табл. 1 ускорителей: пучки частиц от ускорителей того или иного типа направляют навстречу друг другу. Второй тип отличается от всей совокупности описанных ускорителей по источнику ускоряющего поля.

23.Закон электромагнитной индукции

Причиной возникновения электрического тока в цепи является

появление электрического поля и действие сторонних сил на носители

заряда. Работу этих сторонних сил при перемещении единичного

положительного заряда вдоль замкнутого контура называют

электродвижущей силой, или сокращённо - ЭДС. Следовательно, при

изменении магнитного потока через поверхность, ограниченнную контуром,

в контуре появляются сторонние силы, действие которых характеризуется

ЭДС, называемой ЭДС индукции.

Закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом

контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего

контур:

Если контур содержит N витков, то

Природа ЭДС индукции в движущемся проводнике. Пусть проводник

длиной L перемещается со скоростью V в однородном магнитном поле,

пересекая силовые линии.

Вместе с проводником движутся заряды, находящиеся в проводнике.

На движущийся в магнитном поле заряд действует сила Лоренца.

Свободные электроны смещаются к одному концу проводника, а на

другом остаются нескомпенсированные положительные заряды.

Возникает разность потенциалов, которая и представляет собой ЭДС

индукции ei.

24.Магнитные свойства вещества. Диа-, пара- и ферромагнетики.

Все вещества в той или иной мере взаимодействуют с магнитным полем.

У некоторых материалов магнитные свойства сохраняются и в отсутствие внешнего магнитного поля. Намагничивание материалов происходит за счет токов, циркулирующих внутри атомов – движения электронов по орбитам и вращения вокруг собственной оси.

Поэтому намагничивание вещества следует описывать при помощи реальных атомных токов, называемых амперовскими токами.

В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов вещества ориентированы обычно беспорядочно, так что создаваемые ими магнитные поля компенсируют друг друга.

При наложении внешнего магнитного поля атомы стремятся сориентироваться своими магнитными моментами по направлению внешнего магнитного поля, и тогда компенсация магнитных моментов нарушается, тело приобретает магнитные свойства – намагничивается.

В случае твёрдых тел результаты этого сложения зависят т взаимодействия частиц в твёрдом теле. Разные вещества обладают различными магнитными свойствами.

Деление веществ по магнитным свойствам:

Впервые деление веществ по магнитным свойствам предложил уже более ста лет назад М.Фарадей.

Он помещал образцы различных веществ в неоднородное магнитное поле и обнаружил, что часть из них втягивается из области с малой индукцией в область большей индукции и устанавливается вдоль линии индукции поля, а часть выталкивается из области магнитного поля с большим значением индукции, устанавливаясь поперёк линии индукции. первую группу он назвал парамагнетики (вдоль), вторую - диамагнетики (поперёк).

Среди парамагнетиков бала обнаружена группа веществ, обладающая особо сильными свойствами, как бы сверхпарамагнетики. К ним в первую очередь относятся железо, никель и кобальт. Впоследствии их выделили в особый класс ферромагников.

Диамагнетики:

Диамагне́тики - вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. Это Bi, Hg, P, S, Au, Ag, Cu, He, H₂O, большинство органических соединений.

В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны - полный магнитный момент атома (молекулы) равен нулю:

В магнитном поле у диамагнетиков происходит прецессия электронных орбит.

Это дополнительное движение приводит к возникновению индукционного магнитного момента атома, направленного против поля.

Поэтому диамагнетики намагничиваются против поля и выталкиваются из поля.

Магнитное поле в диамагнетиках ослабевает:

где μ - магнитной проницаемостью; B - индукции магнитного поля веществе; В₀ - индукция внешнего магнитного поля.

Магнитная восприимчивость у диамагнетиков:

• всегда отрицательна;

• мала;

• слабо зависит напряжённости магнитного поля;

• слабо зависит температуры.

Диамагнитный эффект наблюдается у все веществ.

Парамагнетики:

Парамагнетики - вещества, намагничивающиеся по направлению внешнего магнитного поля (щелочные и щелочноземельные металлы, кислород, NO, Al, Pt, Ti³⁺ ,V³⁺ ,Fe²⁺ , Mg²⁺).

В отсутствии внешнего магнитного поля у парамагнетиков магнитный момент атома (молекулы) отличен от нуля:

Однако, из-за теплового хаотичного движения магнитный момент всего объема парамагнетика равен нулю:

Поэтому парамагнетики намагничиваются по полю и втягиваются в область более сильного поля.

Магнитное поле в веществе слабо усиливается:

Свойства парамагнетиков

• во внешнем магнитном поле намагничиваются ;

• при отключении внешнего поля возвращаются в ненамагниченное состояние.

• индукция B пропорциональна напряженности H (как в вакууме).

В парамагнетиках наблюдается диамагнитный эффект, однако он целиком перекрывается парамагнитным эффектом.

Ферромагнетики:

Ферромагнетики - вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), которые при охлаждении ниже определённой температуры (точки Кюри) приобретает магнитные свойства. Типичные ферромагнетики: железо, никель, кобальт, гадолиний, их сплавы и соединения.

У ферромагнетиков очень высокая магнитная проницаемость μ>>1.

Магнитная проницаемость ферромагнетиков μ не является постоянной величиной, а зависит от индукции внешнего поля В₀.

Свойства ферромагнетиков:

• очень высокая магнитная проницаемость – от 5000 (для Fe) до 800 000 (для супермаллоя);

• при малых напряженностях поля H возникают большие индукции B;

• сильно притягиваются магнитами;

• теряют свои магнитные свойства при температурах выше точки Кюри (770° С для Fe, 358° С для Ni, 1120° С для Co) и ведут себя как парамагнетики;

• сохраняют намагниченность после выключения внешнего поля.

• Ферромагнетизм присущ не любым веществам и веществам не в любом состоянии, а возможен лишь в кристаллическом состоянии некоторых веществ и при температурах ниже некоторой температуры, определённой для данного вещества.

• Это - вещества, у которых в электронной оболочке есть незаполненные внутренние слои, в них и получаются нескомпенсированные спиновые моменты.

Магнитные свойтва газов:

По магнитным свойствам газы делятся на:

• диамагнитные (к ним относятся, например, инертные газы, H₂, N₂, CO₂, H₂O) не имеют постоянного магнитного момента и приобретают его под влиянием внешнего поля.

• парамагнитные (например, O₂) обладают постоянным магнитным моментом.

Магнитная восприимчивость кислорода в десятки и сотни раз выше, чем азота, водорода, двуокиси углерода и других газов.

Таким образом, измерив магнитную восприимчивость газовой смеси, можно найти содержание в ней кислорода .

25. Взаимодействие альфа- и бета-частиц с веществом.

Взаимодействие α-частиц с веществом:

В результате взаимодействия α-частиц с веществом происходят следующие процессы:

• возбуждение атомов и молекул вещества;

• ионизация атомов и молекул;

• диссоциация молекул.

Альфа-частицы расходуют энергию в основном на ионизацию и возбуждение атомов среды.

Одна α-частица средней энергии в воздухе образует 100-150 тыс. пар ионов при длине пробега 3-4 см (около 6000 ионов/мм).

Длина пробега α-частиц в алюминии – менее 0,01 мм, в воздухе – 2,5-10 см.

Пробег α-частиц в веществе: Расчет пробега альфа-частиц в воздухе:

Расчет пробега альфа-частиц в других веществах:

где E_a- энергия альфа-частиц, МэВ

R_возд – длина пробега в воздухе, см;

ρ– плотность вещества, г/см³;

А – атомный вес вещества.

Для сложных веществ:

где р_i – весовая доля i‑го элемента;

А_i – атомный вес i‑го элемента.

Защита от излучения:Воздействие на биологические объекты.

Внутреннее облучение. При попадании α-активных изотопов внутрь организма происходит непосредственный контакт α-частиц с клеткам организма, что приводит к их сильному поражению.

Наружное облучение. На поверхности кожи α-активные изотопы не представляют опасности.

Защита от α-излучения:

• тонкая металлическая фольга, лист бумаги, хирургических перчаток и т.п.;

• защита органов дыхания (респиратор, противогаз);

• исключение попадания α-излучателей в желудочно-кишечный тракт.

Взаимодействие β-частиц с веществом:

В результате взаимодействия β-частиц с веществом происходят следующие процессы:

• возбуждение атомов и молекул вещества;

• ионизация атомов и молекул;

• торможение в кулоновском поле ядра с испусканием тормозного излучения

При малых энергияхбета-частиц преобладают - ионизационные потери.

При средних энергиях- ионизация и возбуждение атомов.

При больших энергиях(в рентгеновских трубках, ускорителях) превалируют торможение в кулоновском поле ядра (радиационные потери).

Плотность ионизации – 6 ионов/мм(в 1000 раз меньше, чем у альфа-излучения).

Длина пробега β-частиц в алюминии - 3 мм, в биологической ткани- 10 см, в воздухе - 10 см – 10 м.

Возбуждение атома

Электрон выбивает электроны с внутренней оболочки атома. Его место занимает электрон с другой оболочки и происходит излучение рентгеновского кванта, имеющего строго определенную длину волны. Испускается характеристичекое рентгеновское излучение.

Спектр линейчатый - обусловлен строением электронных оболочек атомов.

Торможение электрона вблизи ядра

Электроны, проходя вблизи ядра тормозятся за счет действия кулоновских сил.

Происходит испускание тормозного рентгеновского излучения.

Спектр излучения непрерывный.

Интенсивность рентгеновского излучения при взаимодействии бета-частиц с веществом:

К – коэффициент пропорциональности

I – ток трубки;

Z – атомный номер материала мишени;

U – ускоряющее напряжение;

R – расстояние от источника излучения до объекта

С увеличением ускоряющего напряжения возрастает интенсивность спектра и энергия рентгеновских квантов.

Максимум спектра сдвигается в область высоких энергий.

При напряжениях на трубке превышающих порог возбуждения характеристических линий W (67, 65 кэВ) на спектре появляются пики характеристических линий.

Защита от β-излучения:

• защита хрусталика глаза (очки, защитные прозрачные экраны)

• защита кожи (расстояние, одежда, перчатки);

• исключение попадания β -излучателей в желудочно-кишечный тракт.

26. Взаимодействие рентгеновского и гамма-излучения с веществом

Электромагнитное излучение - распространяющиеся в пространстве переменные электрические и магнитные поля, изменяющиеся с одинаковой частотой.

Источник электромагнитных излучений – движущиеся заряженные частицы (электроны и др.).

Электромагнитное излучение – электромагнитное поле

Электромагнитное излучение – это электромагнитное поле способное распространяться наиболее далеко от своего источника (движущихся зарядов), медленно затухая с расстоянием.

1. Электромагнитная волна распространяется независимо от ее источника (что бы ни случилось с зарядом-источником, сигнал об этом не догонит уходящую электромагнитную волну).
2. Электромагнитные волны поперечны (сверху – поперечная, снизу продольная волна).
3. Векторы напряженности электрического Е (В/м) и магнитного полей Н (А/м) перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
4. На глаз, фотоприемники и многие другие объекты оказывает воздействие только электрический вектор Е.

Электромагнитное излучение характеризуется:

• длиной волны λ или частотой ν .

Связь между ними: λ = с / ν, где с = 299 792 458 м/с (300 тыс. км/с. );

• Энергией, эВ (МэВ).

• Скорость распространения электромагнитных волн определяется электрическими и магнитными свойствами среды:

• ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества,

• ε₀ и μ₀ – электрическая и магнитная постоянные: ε₀ = 8,85419·10^–12 Ф/м, μ₀ = 1,25664·10^–6 Гн/м.

• Скорость электромагнитных волн в вакууме (ε = μ = 1):

• «Замедление» света в веществе обусловлено тем, что при прохождении через вещество фотоны поглощаются атомами и затем вновь испускаются.

• Между актами поглощения и испускания проходит некоторое время, вследствие чего средняя скорость фотонов в веществе меньше скорости света.

27. Источники электромагнитного излучения. Характеристика различных видов электромагнитного излучения.

Различают два основных типа источников ЭМИ:

1. В «микроскопических» источниках(атомы, молекулы) заряженные частицы скачками переходят с одного энергетического уровня на другой внутри атомов или молекул.

Испускаются гамма-, рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное, а в некоторых случаях и еще более длинноволновое излучение.

2. В «макроскопических» источникахсвободные электроны проводников совершают синхронные периодические колебания.

Электрическая система может иметь самые разнообразные конфигурации и размеры.

Системы такого типа генерируют излучение в диапазоне от миллиметровых до самых длинных волн (в линиях электропередачи).

Гамма-лучи являются результатом изменения структуры ядра при радиоактивном распаде, и связанны с движением зарядов в ядре.

Рентгеновское излучениевозникает при изменении направления движения электронов при бомбардировке в вакууме поверхности металлического анода электронами с большой энергией.

Ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучениеявляется результатом колебательных и вращательных движений молекул.

Миллиметровые и сантиметровые волны генерируются клистронами и магнетронами, колебания в которых возбуждаются токами электронов.

Дециметровые и более длинные волнысоздаются колебательным контуром (катушка индуктивности + конденсатор).

Переменные поля очень низких частот(используются для передачи электрической энергии), создаются электромашинными генераторами тока, в которых роторы, несущие проволочные обмотки, вращаются между полюсами магнитов.

Циферблаты часов (радий, тритий, прометий-147) - дают в 4 раза большую годовую дозу, чем утечки на АЭС.

Детекторы дыма (америций-241)

Дроссели флуоресцентных светильников.

Электроннолучевые трубки телевизоров и компьютеров (рентгеновское излучение).

Маяки (цезий-137)

В таможенном деле используются в основном два типа искусственных источников излучения:

• линейные ускорители электронов и

• рентгеновские трубки.

28. Ионизирующие излучения. Свойства, проникающая способность.

Естественные источники ИИ

• космическое излучение

• земная радиация (торий-232, уран и продукты их распада (радон, радий и др.), калий-40, рубидий-87, и др.)

• внутреннее облучение от естественных источников

Искусственные источники ИИ

• ядерное оружие

• атомные реакторы

• рентгеновские установки и ускорители элементарных частиц

Космическое излучение – электромагнитное или корпускулярное излучение, имеющее внеземной источник

Интенсивность космического излучения быстро растет до высоты 20 км. Затем уменьшается. С высоты 50 км практически постоянно.

Различают первичное (галактическое и солнечное) и вторичное космическое излучение.

Первичное космическое излучениеприходит непосредственно из космоса. Это поток элементарных частиц высокой энергии:

• протоны (90%),

• альфа-частицы (7%),

• ядра тяжелых элементов c Z>20 (~ 1%).

Причина появления первичного космического излучения – ускорение частиц происходить при их столкновении с движущимися межзвездными магнитными полями.

Заряженные частицы от Солнца способны достигать Земли через 15-20 мин после того, как вспышка на его поверхности становится видимой. Длительность вспышки может достигать нескольких часов.

Вторичное космическое излучение– результат взаимодействия первичного излучения с ядрами атомов земной атмосферы.

Во вторичном излучении встречаются практически все элементарные частицы.

В составе вторичного излучения различают мягкий и жесткий компоненты.

Мягкий компонент(сильно поглощаются свинцом) – результат взаимодействия гамма излучения с энергией более 2 МэВ с веществом (эффект образования пары электрон-позитрон).

Жесткий компонент – мюоны (масса 207 m_e, но обладают больной проникающей способностью, время жизни – 2,2·10^-6с).

Мюоны – продукт распада ядерно-активных частиц π-мезонов (пионов)

Радиоактивность земной коры:

В настоящее время в Земной коре содержатся следующие естественные радионуклиды:

влияющих на биосферу:

⁴⁰К (1,31·10⁹лет), ²³²Th (1,4·10¹⁰лет), ²³⁵U (7,13·10⁸лет), ²³⁸U ( 4,5·10⁹лет);

не влияющие на биосферу:

• из-за большого период полураспада (> 10¹⁶ лет) - ⁴⁸Со, ⁸⁷Rb, ⁹⁶Zr,¹³⁰Te.

• из-за очень низкого содержания – ¹³⁸La, ¹⁷⁶Lu, ¹⁸⁷Re.

В магматических породах наивысшее содержание урана в гранитах.

В осадочных породах наибольшей радиоактивностью обладают глины, сланцы и фосфатные породы, калийные соли.

В 1972 г в Западной Африке в Габоне (Окло) обнаружена радиоактивная аномалия – на которой около 2 млрд. лет назад в течение 10⁵ -10⁶ лет протекали процессы, обусловленные цепной реакцией деления ²³⁵U. (содержание урана в песчанике достигало 1 %, а во включениях до 20%)

В природном уране 2·10⁹ лет назад содержалось ~ 3,7 % ²³⁵U.

29. Особенности воздействия ионизирующих излучений на биологические объекты.

ИЗ ИНТЕРНЕТА!

Изучение действия ионизирующих излучений на биологические объекты началось практически одновременно с их открытием. Актуальность и дальнейшее продолжение изучения действия радиации на организмы обусловлены расширением контактов человека и всего живого с радиационным воздействием. Действие всех видов ионизирующих излучений на живые организмы и их сообщества изучает радиобиология. Фундаментальной задачей радиобиологии является выявление общих закономерностей биологической реакции организма на радиационное воздействие. Решение этой задачи позволит разработать пути и методы управления лучевыми реакциями организма, а также найти средства защиты и восстановления организма от воздействия излучений. К настоящему времени в радиобиологии имеется ряд проблем и нерешенных вопросов. Основная проблема — проблема радиочувствительности. Нет однозначного ответа, почему радиочувствительность организмов варьирует в очень широких пределах.
В стадии изучения находятся также такие вопросы, как механизм дей­ствия ионизирующих излучений, действие на организм малых доз радиации, особенности действия на организм хронического облуче­ния инкорпорированных радионуклидов, отдаленные последствия облучения, радиационное нарушение иммунитета, радиопротекторная защита организма и др.
Ионизирующие (или ядерные) излучения возникают при распаде ядер радиоактивных элементов. Они невидимы и обнаруживаются по различным явлениям, происходящим при их действии на вещество. Опасность для биологических объектов связана с особенностями, которые присущи только ядерным излучениям. Они обладают высокой энергией, превышающей внутримолекулярную и межмолекулярную энергию связей атомов и молекул, проникают внутрь облучаемого объекта и передают ему свою энергию, вызывая при этом ионизацию и возбуждение атомов и молекул, разрывают химические связи в молекулах, т.е. вызывают радиолиз молекул. При облучении и после облучения формируются различные повреждения, которые проявляются на разных уровнях — от атомного и молекулярного до организменного.
Ионизирующие излучения обладают высокой биологической активностью. Они могут вызывать ионизацию любых химических соединений, биосубстратов, а также радиолиз молекул с образованием активных радикалов, что приводит к возникновению многочисленных и длительных реакций в живых клетках и тканях. Результатом биологического действия радиации является нарушение нормальных биохимических процессов с последующими функциональными и морфологическими изменениями в клетках и тканях.
Все радиобиологические реакции начинаются одинаково, т.е. с формирования молекулярных и клеточных повреждений в результате передачи им энергии излучения, и заканчиваются физиологическими и морфологическими изменениями в облученном организме.
В механизме биологического действия ионизирующих излучений на живые объекты выделяют ряд последовательных этапов, объединенных между собой причинно-следственными связями:
1.Физико-химический этап (ионизация и возбуждение атомов и молекул)
2.Химический этап (образование свободных радикалов)
3.Биомолекулярный этап (повреждения белков, нуклеиновых кислот и других биомолекул)
4.Ранние биологические эффекты (гибель клеток, гибель организма)
5.Отдаленные биологические эффекты (опухоли, ге­нетические эффекты, гибель организма и т. д.)

Таким образом, начальное действие ионизирующих излучений происходит на атомном и молекулярном уровнях, затем, с течением времени, проявляется на клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях.

30. Единицы измерения ионизирующих излучений. Пределы доз облучения.

ИЗ ИНТЕРНЕТА!

Эффективность взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависит от типа излучения, энергии частиц и сечения взаимодействия облучаемого вещества. Важные показатели взаимодействия ионизирующего излучения с веществом:

• линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества.
• поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества.

В Международной системе единиц СИ единицей поглощённой дозы является грэй (Гр, англ. gray, Gy), численно равный поглощённой энергии в 1 Дж на 1 кг массы вещества. Иногда встречается устаревшая внесистемная единица рад (англ. rad): доза, соответствующая поглощенной энергии 100 эрг на 1 грамм вещества. 1 рад = 0,01 Гр.

Также широко применяется устаревающее понятие экспозиционная доза излучения — величина, показывающая, какой заряд создаёт фотонное (гамма- или рентгеновское) излучение в единице объёма воздуха. Для этого обычно используют внесистемную единицу экспозиционной дозы рентген (Р, англ. roentgen, R): доза фотонного излучения, образующего ионы с зарядом в 1 ед. заряда СГСЭ ((1/3)·10⁻⁹ кулон) в 1 см³ воздуха. В системе СИ используется единица кулон на килограмм (Кл/кг, англ. C/kg): 1 Кл/кг = 3876 Р; 1 Р = 2,57976·10⁻⁴ Кл/кг.^[9]

Активность радиоактивного источника ионизирующего излучения определяется как среднее количество распадов ядер в единицу времени. Соответствующая единица в системе СИ беккерель (Бк, англ. Becquerel, Bq) обозначает количество распадов в секунду. Применяется также внесистемная единица кюри (Ки, англ. Ci). 1 Ки = 3,7·10¹⁰ Бк. Первоначальное определение этой единицы соответствовало активности 1 г радия-226.

Корпускулярное ионизирующее излучение также характеризуется кинетической энергией частиц. Для измерения этого параметра наиболее распространена внесистемная единица электронвольт (эВ). Как правило радиоактивный источник генерирует частицы с определенным спектром энергий. Датчики излучений также имеют неравномерную чувствительность по энергии частиц.

Ионизация, создаваемая излучением в клетках, приводит к образованию свободных радикалов. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.

После действия излучения на организм в зависимости от дозы могут возникнуть детерминированные и стохастические радиобиологические эффекты. Например, порог появления симптомов острой лучевой болезни у человека составляет 1—2 Зв на всё тело.

В отличие от детерминированных, стохастические эффекты не имеют чёткого дозового порога проявления. С увеличением дозы облучения возрастает лишь частота проявления этих эффектов. Проявиться они могут как спустя много лет после облучения (злокачественные новообразования), так и в последующих поколениях (мутации)

Нормирование осуществляется по санитарным правилам и нормативам СанПин 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)». Устанавливаются дозовые пределы эквивалентной дозы для следующих категорий лиц:

• персонал — лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
• все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.

Основные пределы доз и допустимые уровни облучения персонала группы Б равны четверти значений для персонала группы А.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) 1000 мЗв, а для обычного населения за всю жизнь — 70 мЗв. Планируемое повышенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет при их добровольном письменном согласии после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.

31. Основные способы регистрации ионизирующих излучений.

ИЗ ИНТЕРНЕТА!

К основным и наиболее часто применяемым методам ре­гистрации относятся следующие: ионизационные, оптические (сцинтилляционные), химические и фотографические.
Ионизационный метод основан на регистрации эффекта ионизации, т. е. на измерении величины заряда ионов, возни­кающих под действием ионизирующего излучения. Измерить ионизационный эффект можно при помощи электрического поля, которое препятствует рекомбинации ионов и придает им направленное движение к соответствующим электродам.
В качестве детекторов используют ионизационные камеры, пропорциональные счетчики, счетчики Гейгера—Мюллера, полупроводниковые детекторы и др. Эти детекторы, кроме полупроводниковых, представляют собой наполненные газом баллоны с двумя вмонтированными электродами. К электро­дам подведено напряжение постоянного тока. Детектор вклю­чается в электрическую цепь. При прохождении ионизирую­щей частицы через газовую среду образуются ионы, которые собираются на электродах. Положительные ионы движутся к катоду, отрицательные — к аноду. В электрической цепи образуется ионизационный ток, который регистрируется измерителем тока. По значению этого тока можно судить об интенсивности излу­чения или отсчитывать число зарегистрированных частиц. Протекание тока наблюдается до тех пор, пока на газ дей­ствует излучение. В противном случае ток в цепи не проте­кает, так как газ является изолятором.
Взаимодействуя с веществом, ядерное излучение наряду с ионизацией производит возбуждение атомов и молекул. Через некоторое время (в зависимости от вещества) возбуж­денные атомы и молекулы переходят в невозбужденное со­стояние с выделением энергии во внешнюю среду. У некото­рых веществ (сернистый цинк, йодистый натрий, антрацен, стильбен, нафталин и др.) такой переход сопровождается испусканием энергии возбуждения в виде квантов видимого инфракрасного и ультрафиолетового света. Внешне это про­является в виде вспышек света — сцинтилляций, которые можно зарегистрировать с помощью соответствующих прибо­ров. На регистрации сцинтилляций, возникающих в определенных веществах при облучении их ионизирующими излу­чениями, и основаны оптические методы.
Принцип работы сцинтилляционного детектора следующий: под действием излучений происходит ионизация и возбуждение атомов. При переходе атомов из ионизированных и возбужденных состояний в основное высвечивается энергия в виде вспышки света (сцинтилляции), которая может быть зарегистрирована различными способами. Лучший из них состоит в преобразовании энергии света в электрический сигнал с помощью оптически связанного со сцинтиллятором фотоэлектронного умножителя
энер­гий.
Химические методы основаны на том, что часть поглощен­ной энергии излучения переходит в химическую, что вызывает цепь химических превращений. Определение наличия излуче­ния, его интенсивности производится по выходу химических реакций. Например, при облучении водного раствора FeSO4 ионы двухвалентного железа Fe2+ превращаются в ионы трехвалентного железа Fe3+. Одновременно при этом изме­няется электрический потенциал и окраска раствора, что мож­но легко определить соответствующими способами.
Фотографические методы основаны на способности излу­чения разлагать галогениды серебра AgCl или AgBr, входя­щие в состав чувствительных фотоэмульсий, до металлическо­го серебра. В результате такого взаимодействия вдоль трека (следа прохождения) альфа- и бета-частиц выделяются зерна серебра и при проявлении фотопластинки виден след пробега ядерных частиц — почернение. По характеру трека можно определить вид, интенсивность и энергию излучения.

32. Принципы атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектроскопии.(из тетради по лекции так как в мудле еще не выложено)

АЭС: Исследуемое вещество вводится в пламя и регистрирует спектр излучения, испускаемого электронами внешних оболочек атома при их переходе с верхнего уровня на боле низкий.

ААС: Изменение величины поглощения луча света, проходящего через атомный пар исследуемой пробы.

Методы атомизации в ААС:

- нагревание

- воздействие ЭМИ или заряженных частиц.

Через атомный пар пропускается свет(источник света узкополосный и для каждого вещества индивидуален)

33. Принцип работы масс-спектрометра при анализе неорганических веществ.

(из тетради по лекции так как в мудле еще не выложено)

Масс-спектрометр – устройство для разделения в газовой фазе в соответствии с соотношением массы к заряду.

Схема: Образец=>Дозатор проб=>Ионизатор проб>Анализатор масс=>Детектор ионов

Принцип работы: проба исследуемого вещества попадает в вакуумную камеру, где ионизируется.

Ионизированный газ проходит через мощное постоянное магнитное поле, которое отклоняет траекторию движения ионизированных частиц газа в зависимости от отношения массы к заряду.

Потоки ионизированных частиц регистрируются на приемной поверхности вакуумной камеры.

По показаниям счетчиков определяют процентное соотношение того или иного компонента.

Квадрупольный масс-спектрометр: Квадрупольный масс-анализатор — один из основных видов масс-анализаторов масс-спектрометра. Масс-спектрометры с таким масс-анализатором называют квадрупольными, которые различают как одноквадрупольные (Q) и трехквадрупольные (QQQ).

Квадрупольный масс-анализатор служит для разделения ионов по их соотношению массы к заряду (m/z), которое в свою очередь определяется траекториями движения ионов, задаваемыми переменным электрическим полем.

Квадруполь представляет собой четыре параллельно и симметрично расположенных монополя (электроды круглого сечения). К электродам попарно в противоположной полярности подаётся определённая комбинация постоянного и высокочастотного напряжения ( , где - напряжение постоянного тока, — радиочастотная компонента).

Под действием небольшого ускоряющего напряжения (10-20 В) ионы влетают параллельно осям стержней электродов. Под действием осцилирующего поля, задаваемым электродами, они начинают колебаться вдоль осей x и y. При этом амплитуда колебаний возрастает без изменения направления движения. Ионы, чьи амплитуды достигают высоких значений, нейтрализуются при столкновении с электродами. Фиксированную амплитуду приобретают только те ионы, чьи значения m/z будут отвечать определенному соотношению . Последнее позволяет им свободно перемещаться в квадруполе и быть в конечном итоге детектируемыми. Таким образом, масс-спектр регистрируется путем взаимного изменения значений величин и .

Времяпролётный масс-анализатор — простейший вид масс-анализатора.

Во время-пролётном масс-анализаторе ионы вылетают из источника и попадают во время пролетную трубу, где отсутствует электрическое поле (бесполевой промежуток). Пролетев некоторое расстояние d , ионы регистрируются детектором ионов с плоской или почти плоской регистрирующей поверхностью. В 1950—1970 годах, в качестве детектора ионов использовался вторичный электронный умножитель «жалюзного типа» (Venetian blind), позже применялся комбинированный детектор, использующий две или иногда три последовательно расположенных микроканальных пластины (МКП).

Физический принцип работы время-пролётного масс-анализатора заключается в том, что разность потенциалов U ускоряет ионы в источнике ионов до скорости v согласно уравнению:

При фиксированной длине бесполевого промежутка от источника ионов до детектора ионов время полета ионов

тогда

Времяпролётный масс-анализатор является импульсным масс-анализатором, то есть ионы поступают из источника ионов во время-пролетную часть не непрерывно, а порциями через определенные интервалы времени. Такие масс-анализаторы совместимы с ионизацией лазерной десорбцией при содействии матрицы (МАЛДИ), так как в данном методе ионизации ионы также образуются не непрерывно, а при каждом импульсе лазера.

34.Принцип работы спектрометра при анализе органических веществ.

Я так поняла, что в органических = в неорганических! Этой лекции нет, а в интернете бред!=(