Излучение в физике: Излучение. Видеоурок. Физика 8 Класс

Содержание

Излучение

Как мы знаем, основным источником тепла для нашей планеты является Солнце.

Мы уже затрагивали тему о том, как передается тепло от Солнца. Оно передаётся посредством излучения. Основное отличие излучения от других способов теплопередачи, это то, что передача энергии излучением может происходить в полном вакууме. Все тела излучают энергию: Солнце, человек, электроприборы и так далее. Чем выше температура, тем больше энергии передается посредством излучения. Часть этой энергии поглощается другими телами, а часть — отражается. Процент поглощения энергии зависит от состояния поверхности тела, в частности от цвета. Наверное, все замечали, что предметы темного цвета больше нагреваются на солнце, чем светлые. Именно поэтому, в летний солнечный день в черной одежде значительно жарче, чем в белой.

Также, если черную и белую машины с закрытыми окнами на солнцепеке и сравнить температуру внутри через час, то температура в черной машине будет выше.

Однако, темные тела сами излучают энергию быстрее, чем светлые. Подобных примеров существует великое множество. Рассмотрим, как знания об излучении применяются на практике.

Например, люди часто сушат бельё на солнце.

Или загорают. Лёжа на пляже, человек получает тепло с помощью излучения.

Правда сам загар появляется в результате воздействия ультрафиолетовых лучей, что является не только теплопередачей, но и облучением радиацией.

Наконец, существуют солнечные батареи, которые поглощают энергию солнечного излучения, чтобы потом преобразовать её в другие типы энергии.

Также, все знают, что находясь рядом с огнем, становится теплее. Если мы говорим о тепле над огнем, то мы наблюдаем явление конвекции. Однако, тепло распространяется от огня во все стороны. Это происходит в результате излучения.

Существует известная легенда о том, как Архимед сжег корабли римлян, используя зеркало.

Теперь мы знаем, что он использовал знания об излучении: серебристая поверхность зеркала отражает большую часть солнечного излучения. Этим он и воспользовался, направив огромное зеркало на корабли римлян. В результате, корабли получили большое количество теплоты и загорелись. Заметим, однако, что это только легенда, но она, несомненно, имеет под собой научную почву.

Наконец, существует лазерное излучение. В наши дни, лазер используют в медицине в области хирургии. Также, излучение лазера используется в экспериментах по оптике.

При достаточной концентрации энергии излучения с помощью линзы, например, есть возможность воспламенить тело. А это значит, что в перспективе, возможно изобретение лучевого оружия. Его принцип действия будет основан на мгновенной передаче большого количества энергии на расстояние, в результате чего цель будет воспламеняться или взрываться.

Подведем небольшой итог в разделе о теплопередаче. Рассмотрим наглядный пример из повседневной жизни, который объединяет все способы теплопередачи. Для того чтобы сохранить пищу или напиток горячим, люди придумали термос.

Чтобы максимально снизить потери тепла, нужно препятствовать всем способам теплопередачи. Термос имеет двойные стенки. Из пространства между этими стенками выкачан воздух (а освобожденное пространство обладает нулевой теплопроводностью). Горлышко термоса закупоривается пробкой, чтобы предотвратить конвекцию. Наконец, внутренняя поверхность стенок покрыта блестящим металлическим слоем, чтобы отразить максимальную часть излучения (а, значит, поглотить минимальную).

Лаборатория новых методов регистрации ионизирующих излучений

Разработка новых методик регистрации частиц и создание современных детекторов на их основе является важной и неотъемлемой частью современно физики элементарных частиц. Прогресс в этой области определяет получение новых экспериментальных данных, что в свою очередь позволяет получить новые знания по строению и развитию Вселенной. Данная область физики элементарных частиц наиболее тесно связана с другими областями знаний и технологий. Такие уникальные материалы как аэрогель, кристаллические и пластиковые сцинтилляторы в настоящее время широко используются в детекторах частиц. Создание таких материалов и их совершенствование полностью определяется прогрессом в области химии. Фундаментальные исследования в области физики полупроводников позволили создать новые эффективные фотокатоды и полупроводниковые детекторы. Современные эксперименты и детекторы невозможно представить без широчайшего использования электронной, процессорной и компьютерных технологий.

Основной целью научных исследований, проводимых в лаборатории, является развитие детекторные технологий, в том числе разработка детекторов и детекторных систем для современных экспериментов в области физики элементарных частиц и астрофизики.

Список основных тематик работ:

  • Черенковские детекторы на основе аэрогеля.
  • Сцинтилляционные детекторы для систем измерения времени пролета частиц.
  • Вакуумные и твердотельные фотонные детекторы для регистрации сцинтилляционного и черенковского света.
  • Цифровые детекторы с предельно низкими дозами для медицины и безопасности.
  • Детекторы жесткого гамма-излучения для безопасности и промышленности.
  • Электроника детекторов элементарных частиц.
  • Электроника систем сбора данных для экспериментов по физике элементарных частиц.

Сотрудники

Публикации

Излучение и поглощение света, спектральные закономерности. Линейчатый спектр. Тестирование онлайн, подготовка к ЦТ, курсы по физике в Минске

Тестирование онлайн

  • Излучение и поглощение света. Основные понятия

  • Излучение и поглощение света

Спектр световых волн

Спектр — распределение энергии, излучаемой или поглощаемой веществом, по частотам или длинам волн.

Если на пути пучка солнечного света, проникающего через узкую длинную прямоугольную щель, поместить призму, то на экране мы увидим не изображение щели, а растянутую цветную полоску с постепенным переходом цветов от красного к фиолетовому — спектр. Это явление наблюдал еще Ньютон. Это означает, что в состав солнечного света входят электромагнитные волны различных частот. Такой спектр называется

сплошным.

Если пропустить через призму свет, который излучается нагретым газом, то спектр будет иметь вид отдельных цветных линий на черном фоне. Такой спектр называется линейчатым спектром испускания. Это означает, что нагретый газ излучает электромагнитные волны с определенным набором частот. При этом каждый химический элемент испускает характерный спектр, отличный от спектров других элементов.

Если свет проходит через газ, то появляются темные линии — линейчатый спектр поглощения.

Спектральный анализ — метод определения качественного и количественного состава вещества, основанный на получении и исследовании его спектров.

Закономерности излучения атомов

Излучение света происходит при переходе электрона в атоме с высшего энергетического уровня Ek на один из низших энергетических уровней En(k > n). Атом в этом случае излучает фотон с энергией

Поглощение света — процесс обратный. Атом поглощает фотон, переходит из низшего состояния k в более высокое n (n > k). Атом в этом случае поглощает фотон с энергией

Энергия электрона

Энергия электрона на n-й орбите

Невозбужденный атом водорода находится на первой орбите, обладает энергией -13,55 эВ. Для ионизации требуется энергия, равная 13,55 эВ.

Энергия излучаемого фотона при переходе электрона с n-oй более дальней от ядра орбиты, на k-ую более близкую орбиту

Виды излучений кратко. Что такое излучение в физике? Виды излучений, источники, влияние на человека. Излучение инфракрасного спектра

Каждый человек ежедневно сталкивается с различными видами излучения. Для тех, кто мало знаком с физическими явлениями, плохо представляет, что означает данный процесс и откуда он происходит.

Излучение в физике – это формирование нового электромагнитного поля, образующегося при реакции частиц, заряженных электрическим током, другими словами, это определенный поток электромагнитных волн, которые распространяются вокруг.

Свойства процесса излучения

Данную теорию заложил еще Фарадей М. в XIX веке, а продолжил и развил Максвелл Д. Именно он смог придать всем исследованиям строгую математическую формулу.

Максвелл смог вывести и структурировать законы Фарадея, из них он определил, что все электромагнитные волны перемещаются с одинаковой скоростью света. Благодаря его труду некоторые явления и действия в природе стали объяснимы. Вследствие его выводов стало возможным появление электро, радио техники.

Заряженные частицы определяют характерные особенности излучения. Также на процесс оказывает сильное влияние взаимодействие заряженных частиц с магнитными полями, к которым она стремится.

К примеру, при ее взаимодействии с атомными веществами меняется скорость движения частицы, она сначала замедляется, а далее перестает двигаться дальше, в науке данное явление называется тормозное излучение.

Можно встретить разные виды данного явления, одни созданы самой природой, а другие с помощью вмешательства человека.

Однако, сам закон изменения типа излечения один для всех. Электромагнитное поле отделено от заряженного элемента, но при этом движется с одинаковой быстротой.

Характеристика поля напрямую зависит от того, с какой скоростью происходит само движение, а также какой размер имеет заряженная частица. Если при движении она не сталкивается ни с чем, то ее скорость не изменяется и, следовательно, она не создает излучения.

А вот, если при движении она сталкивается с разными частицами, то скорость видоизменяется, часть собственного поля отсоединяется, и превращается в свободное. Получается, что формирование магнитных волн происходит только при изменении скорости частицы.

Различные факторы могут повлиять на скорость, отсюда и формируются разные типы излучения, к примеру, это может быть тормозное. Также существуют дипольное, мультипольное излучения, они образуются, когда частица внутри себя меняет, имеющуюся структуру.

Важно, что поле всегда имеет импульс, энергию.

Так как при взаимодействии позитрона и электрона возможно образование свободных полей, при этом заряженные частицы сохраняют импульс, энергию, что передается электромагнитному полю.

Источники и виды излучения


Электромагнитные волны изначально существовали в природе, в процессе развития и создания новых законов физики появились новые источники излучения, которые называются искусственными, созданные человеком. К такому виду можно отнести рентгеновские лучи.

Для того, чтобы ощутить на себе данный процесс не нужно выходить из квартиры. Электромагнитные волны окружают человека повсюду, достаточно включить свет или зажечь свечу. Поднеся руку к источнику света можно ощутить тепло, которое излучают предметы. Такое явление называется .

Однако, существуют и другие его виды, к примеру, в летние месяцы, отправляясь на пляж, человек получает ультрафиолетовое излучение, которое исходит от солнечных лучей.

Каждый год на диспансеризации проходят такую процедуру как флюорография, для того, что бы выполнить медицинское исследование используется специальное рентгеновское оборудование, которое тоже дает излучение.

В медицине также используется , чаще всего применяют при физиотерапии больных. Также такой вид используется в детских лазерах. Также при лечении некоторых заболеваний применяется лучевая терапия. Такой тип называется гаммой, так как длина волн весьма коротка.

Такое явление возможно благодаря полному совпадению заряженных частиц, которые взаимодействуют с источником света.

Многие слышали о радиации, это тоже один из видов излучения.

Она образуется при распаде химических элементов, которые являются радиоактивными, то есть процесс происходит из-за того, что расщепляется ядра частиц на атомы, и они излучают радиоактивные волны. Радио, телевидение для своего вещания используют радиоволны, излучаемые ими волны, обладают большой длиной.

Возникновение излучения


Диполь электрический является самым простым элементом, производящий явление. Однако при процессе создается определенная система, которая состоит из двух частиц, колеблющееся по-разному типу.

Если частицы по прямой, при движении на встречу друг другу, то происходит отсоединение части электромагнитного поля, и образуются заряженные волны.

В физике такое явление называется неизотопное, так как возникающая энергия не обладает одинаковой силой. В данном случае не важна скорость и расположение элементов, так как действительные излучатели должны иметь большое количество элементов, которые обладают зарядом.

Исходное состояние, возможно изменить, если одноименные зарядные частицы начать стягивать к ядру, где происходит распределение зарядов. Такое соединение можно рассматривать как электрический диполь, так как получившаяся система будет полностью электронейтрального типа.

Если отсутствует диполь, то возможно создать процесс с помощью квадруполя. Так же в физике выделяют более сложную систему для получения излучения – это мультиполь.

Для образования таких частиц необходимо использовать контур с током, тогда при движении возможно возникновение квадрупольного излучения. Важно учитывать, что интенсивность магнитного намного меньше, чем электрического типа.

Реакция излучения


В процессе взаимодействия частица теряет часть своей собственной энергии, так как при движении на нее влияет определенная сила. Она в свою очередь влияет на скорость потока волн, при ее действии действующая сила движения замедляется. Такой процесс называется радиационное трение.

При данной реакции сила процесса будет весьма незначительной, однако скорость будет весьма высока и приближена, к скорости света. Данное явление можно рассмотреть на примере нашей планеты.

В магнитном поле содержится довольно много энергии, поэтому электроны, которые излучаются из космоса, не могут долететь до поверхности планеты. Однако существуют частицы космических волн, которые могут дойти до земли. У таких элементов должна быть высокая потеря собственной энергии.

Также выделяются размеры области пространства, это значение является важным при излучении. Данный фактор влияет на формирование электромагнитного поля излучения.

В этом состоянии движения частицы не большие, но быстрота отсоединения поля от элемента, равна свету, и получается, что процесс создания будет весьма активен. И как следствие получаются короткие электромагнитные волны.

В том случае, когда скорость движения частицы высока, и приблизительно равна свету, то время отсоединения поля увеличивается, данный процесс длится довольно долго и, следовательно, электромагнитные волны обладают высокой длиной. Так как их путь занимал больше обычного, и образование поля происходило довольно продолжительное время.

В квантовой физике также используется излучение, но при рассмотрении используются совершено другие элементы, это могут быть молекулы, атомы. В данном случае, явление излучения рассматривается и подчиняется законам квантовой механики.

Благодаря развитию науки, получилось возможным вносить поправки и изменять характеристики излучения.

Многие исследования показали, что излучения могут негативно влиять на человеческий организм. Все зависит от того, какой вид излучения, и как долго человек ему подвергался.

Ни для кого не секрет, что при химической реакции и распаде ядерных молекул, может наступить лучевое излучение, которое является опасным для живых организмов.

При их распаде может происходить моментальное и довольно сильное облучение. Окружающие предметы также могут производить излучение, это могут быть сотовые телефоны, микроволновые печи, ноутбуки.

Данные предметы посылают, как правило, короткие электромагнитные волны. Однако в организме может происходить накопление, что влияет на здоровье.

Вам хорошо известно, что основным источником тепла на Земле является Солнце. Каким же образом передаётся тепло от Солнца? Ведь Земля находится от него на расстоянии 15 10 7 км. Всё это пространство за пределами нашей атмосферы содержит очень разреженное вещество.

Как известно, в вакууме перенос энергии путём теплопроводности невозможен. Не может происходить он и за счёт конвекции. Следовательно, существует ещё один вид теплопередачи.

Изучим этот вид теплопередачи с помощью опыта.

Соединим жидкостный манометр при помощи резиновой трубки с теплоприёмником (рис. 12).

Если к тёмной поверхности теплоприёмника поднести кусок металла, нагретый до высокой температуры, то уровень жидкости в колене манометра, соединённом с теплоприёмником, понизится (рис. 12, а). Очевидно, воздух в теп-лоприёмнике нагрелся и расширился. Быстрое нагревание воздуха в теплоприёмнике можно объяснить лишь передачей ему энергии от нагретого тела.

Рис. 12. Передача энергии путем излучения

Энергия в данном случае передавалась не теплопроводностью. Ведь между нагретым телом и теплоприёмником находился воздух — плохой проводник тепла. Конвекция здесь также не может наблюдаться, поскольку тепло-приёмник находится рядом с нагретым телом, а не над ним. Следовательно, в данном случае передача энергии происходит путём излучения .

Передача энергии излучением отличается от других видов теплопередачи. Она может осуществляться в полном вакууме.

Излучают энергию все тела: и сильно нагретые, и слабо, например, тело человека, печь, электрическая лампочка и др. Но чем выше температура тела, тем больше энергии передаёт оно путём излучения. При этом энергия частично поглощается окружающими телами, а частично отражается. При поглощении энергии тела нагреваются по-разному, в зависимости от состояния поверхности.

Если повернуть теплоприёмник к нагретому металлическому телу сначала тёмной, а затем светлой стороной, то столбик жидкости в колене манометра, соединённом с теплоприёмником, в первом случае (см. рис. 12, а) понизится, а во втором (рис. 12, б) повысится. Это показывает, что тела с тёмной поверхностью лучше поглощают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.

В то же время тела с тёмной поверхностью охлаждаются быстрее путём излучения, чем тела со светлой поверхностью. Например, в светлом чайнике горячая вода дольше сохраняет высокую температуру, чем в тёмном.

Способность тел по-разному поглощать энергию излучения используется на практике. Так, поверхность воздушных метеозондов, крылья самолётов красят серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем. Если же, наоборот, необходимо использовать солнечную энергию, например в приборах, установленных на искусственных спутниках Земли, то эти части приборов окрашивают в тёмный цвет.

Вопросы

  1. Как на опыте показать передачу энергии излучением?
  2. Какие тела лучше, а какие хуже поглощают энергию излучения?
  3. Как учитывает человек на практике различную способность тел поглощать энергию излучения?

Упражнение 5

  1. Летом воздух в здании нагревается, получая энергию различными способами: через стены, через открытое окно, в которое входит тёплый воздух, через стекло, которое пропускает солнечную энергию. С каким видом теплопередачи мы имеем дело в каждом случае?
  2. Приведите примеры, показывающие, что тела с тёмной поверхностью сильнее нагреваются излучением, чем со светлой.
  3. Почему можно утверждать, что от Солнца к Земле энергия не может передаваться конвекцией и теплопроводностью? Каким способом она передаётся?

Задание

С помощью уличного термометра измерьте температуру сначала на солнечной стороне дома, затем на теневой. Объясните, почему различаются показания термометра.

Это любопытно…

Термос . Часто бывает необходимо сохранить пищу горячей или холодной. Чтобы помешать телу охладиться или нагреться, нужно уменьшить теплопередачу. При этом стремятся сделать так, чтобы энергия не передавалась ни одним видом теплопередачи: теплопроводностью, конвекцией, излучением. В этих целях используют термос (рис. 13).

Рис. 13. Устройство термоса

Он состоит из стеклянного сосуда 4 с двойными стенками. Внутренняя поверхность стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками сосуда выкачан воздух. Лишённое воздуха пространство между стенками почти не проводит тепло. Металлический же слой, отражая, препятствует передаче энергии излучением. Чтобы защитить стекло от повреждений, термос помещают в специальный металлический или пластмассовый футляр 3. Сосуд закупоривается пробкой 2, а сверху навинчивается колпачок 1.

Теплопередача и растительный мир . В природе и жизни человека растительный мир играет исключительно важную роль. Жизнь всего живого на Земле невозможна без воды и воздуха.

В слоях воздуха, прилегающих к Земле, и почве постоянно происходит изменение температуры. Почва нагревается днём, так как поглощает энергию. Ночью, наоборот, она охлаждается — отдаёт энергию. На теплообмен между почвой и воздухом влияет наличие растительности, а также погода. Почва, покрытая растительностью, плохо прогревается излучением. Сильное охлаждение почвы наблюдается также в ясные, безоблачные ночи. Излучение от почвы свободно уходит в пространство. Ранней весной в такие ночи наблюдаются заморозки. Во время облачности уменьшается потеря энергии почвы путём излучения. Облака служат экраном.

Для повышения температуры почвы и предохранения посадок от заморозков используют теплицы. Стеклянные рамы или изготовленные из плёнки хорошо пропускают солнечное излучение {видимое). Днём почва нагревается. Ночью невидимое излучение почвы стекло или плёнка пропускают хуже. Почва не замерзает. Теплицы препятствуют также движению тёплого воздуха вверх — конвекции.

Вследствие этого температура в теплицах выше, чем в окружающем пространстве.

Излучение, в самом общем виде, можно представить себе как возникновение и распространения волн, приводящее к возмущению поля. Распространение энергии выражается в виде электромагнитного, ионизирующего, гравитационного излучений и излучения по Хокингу. Электромагнитные волны – это возмущение электромагнитного поля. Они бывают радиоволновыми, инфракрасными (тепловое излучение), терагерцовыми, ультрафиолетовыми, рентгеновскими и видимыми (оптическими). Электромагнитная волна имеет свойство распространяться в любых средах. Характеристиками электромагнитного излучения являются частота, поляризация и длина. Наиболее профессионально и глубоко природу электромагнитного излучения изучает наука квантовая электродинамика. Она позволила подтвердить ряд теорий, которые широко используются в различных областях знаний. Особенности электромагнитных волн: взаимная перпендикулярность трех векторов — волнового, и напряженности электрического поля и магнитного поля; волны являются поперечными, а вектора напряженности в них совершают колебания перпендикулярно направлению ее распространения.

Тепловое же излучение возникает за счет внутренней энергии самого тела. Тепловое излучение — это излучение сплошного спектра, максимум которого соответствует температуре тела. Если излучение и вещество термодинамичны, излучение — равновесное. Это описывает закон Планка. Но на практике термодинамическое равновесие не соблюдается. Так более горячему телу свойственно остывать, а более холодному, напротив, нагреваться. Данное взаимодействие определено в законе Кирхгофа. Таким образом, тела обладают поглощающей способностью и отражающей способностью. Ионизирующее излучение — это микрочастицы и поля, имеющие способность ионизировать вещество. К нему относят: рентген и радиоактивное излучение с альфа, бета и гамма лучами. При этом ренгеновское излучение и гамма-лучи являются коротковолновыми. А бета и альфа частицы являются потоками частиц. Существуют природные и искусственные источники ионизации. В природе это: распад радионуклидов, лучи космоса, термоядерная реакция на Солнце. Искусственные это: излучение рентгеновского аппарата, ядерные реакторы и искусственные радионуклиды. В быту используются специальные датчики и дозиметры радиоактивного излучения. Всем известный Счетчик Гейгера способен идентифицировать корректно только гамма-лучи. В науке же используются сцинтилляторы, которые отлично разделяют лучи по энергиям.

Гравитационным считается излучение, в котором возмущение пространственно временного поля происходит со скоростью света. В общей теории относительности гравитационное излучение обусловлено уравнениями Эйнштейна. Что характерно, гравитация присуща любой материи, которая движется ускоренно. Но вот большую амплитуду гравитационной волне может придать только излучать большой массы. Обычно же гравитационные волны очень слабые. Прибор, способный их зарегистрировать, — это детектор. Излучение Хокинга же представляет собой скорее гипотетическую возможность испускать частицы черной дырой. Эти процессы изучает квантовая физика. Согласно данной теории черная дыра только поглощает материю до определенного момента. При учете квантовых моментов получается, что она способна излучать элементарные частицы.

Ионизирующее излучение (далее — ИИ) — это излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации атомов и молекул, т.е. это взаимодействие приводит к возбуждению атома и отрыву отдельных электронов (отрицательно заряженных частиц) из атомных оболочек. В результате, лишенный одного или нескольких электронов, атом превращается в положительно заряженный ион — происходит первичная ионизация. К ИИ относят электромагнитное излучение (гамма-излучение) и потоки заряженных и нейтральных частиц — корпускулярное излучение (альфа-излучение, бета-излучение, а также нейтронное излучение).

Альфа-излучение относится к корпускулярным излучениям. Это поток тяжелых положительно заряженных а-частиц (ядер атомов гелия), возникающее в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. Поскольку частицы тяжелые, то пробег альфа-частиц в веществе (то есть путь, на котором они производят ионизацию) оказывается очень коротким: сотые доли миллиметра в биологических средах, 2,5—8 см в воздухе. Таким образом, задержать эти частицы способен обычный лист бумаги или внешний омертвевший слой кожи.

Однако вещества, испускающие альфа-частицы, являются долгоживущими. В результате попадания таких веществ внутрь организма с пищей, воздухом или через ранения, они разносятся по телу током крови, депонируются в органах, отвечающих за обмен веществ и защиту организма (например, селезенка или лимфатические узлы), вызывая, таким образом, внутреннее облучение организма. Опасность такого внутреннего облучения организма высока, т.к. эти альфа-частицы создают очень большое число ионов (до нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях). Ионизация, в свою очередь, обуславливает ряд особенностей тех химических реакций, которые протекают в веществе, в частности, в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.).

Бета-излучение (бета-лучи, или поток бета-частиц) также относится к корпускулярному типу излучения. Это поток электронов (β—излучение, или, чаще всего, просто β -излучение) или позитронов (β+-излучение), испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов. Электроны или позитроны образуются в ядре при превращении нейтрона в протон или протона в нейтрон соответственно.

Электроны значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь вещества (тела) на 10-15 сантиметров (ср. с сотыми долями миллиметра у а-частиц). При прохождении через вещество бета-излучение взаимодействует с электронами и ядрами его атомов, расходуя на это свою энергию и замедляя движение вплоть до полной остановки. Благодаря таким свойствам для защиты от бета-излучения достаточно иметь соответствующей толщины экран из органического стекла. На этих же свойствах основано применение бета-излучения в медицине для поверхностной, внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии.

Нейтронное излучение — еще один вид корпускулярного типа излучений. Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов (элементарных частиц, не имеющих электрического заряда). Нейтроны не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходит за счет упругого и неупругого рассеяния на ядрах вещества.

Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы.

Гамма излучение и рентгеновское излучение относятся к электромагнитным излучениям.

Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключается в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение — внеядерного происхождения, гамма излучение — продукт распада ядер.

Рентгеновское излучение, открыто в 1895 году физиком Рентгеном. Это невидимое излучение, способное проникать, хотя и в разной степени, во все вещества. Представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка от — от 10 -12 до 10 -7 . Источник рентгеновских лучей — рентгеновская трубка, некоторые радионуклиды (например, бета-излучатели), ускорители и накопители электронов (синхротронное излучение).

В рентгеновской трубке есть два электрода — катод и анод (отрицательный и положительный электроды соответственно). При нагреве катода происходит электронная эмиссия (явление испускания электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости). Электроны, вылетающие из катода, ускоряются электрическим полем и ударяются о поверхность анода, где происходит их резкое торможение, вследствие чего возникает рентгеновское излучение. Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Это одно его из свойств, основное для медицины — то, что оно является проникающим излучением и соответственно пациента можно просвечивать с его помощью, а т.к. разные по плотности ткани по-разному поглощают рентгеновское излучение — то мы можем диагностировать на самой ранней стадии многие виды заболеваний внутренних органов.

Гамма излучение имеет внутриядерное происхождение. Оно возникает при распаде радиоактивных ядер, переходе ядер из возбужденного состояния в основное, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, аннигиляции электронно-позитронных пар и т.д.

Высокая проникающая способность гамма-излучения объясняется малой длиной волны. Для ослабления потока гамма-излучения используются вещества, отличающиеся значительным массовым числом (свинец, вольфрам, уран и др.) и всевозможные составы высокой плотности (различные бетоны с наполнителями из металла).

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

Излучение

Излучени е — перенос энергии путем испускания электромагнитных волн. Это могут быть солнечные лучи, а также лучи, испускаемые нагретыми телами, находящимися вокруг нас. Эти лучи называют тепловым излучением. Когда излучение, распространяясь от тела-источника, достигает других тел, то часть его отражается, а часть ими поглощается. При поглощении энергия теплового излучения превращается во внутреннюю энергию тел, и они нагреваются. Все окружающие нас предметы излучают тепло в той или иной мере.

В каком платье летом жарко

При повышении температуры тела тепловое излучение увеличивается, т.е. чем выше температура тела, тем интенсивнее тепловое излучение. Как фантастично выглядел бы окружающий мир, если бы мы могли видеть недоступные нашему глазу тепловые излучения других тел!

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ? Змеи отлично воспринимают тепловое излучение, но не глазами, а кожей. Поэтому и в полной темноте они способны обнаружить теплокровную жертву.

Созданы материалы, с помощью которых можно превращать тепловое излучение в видимое. Их используют при изготовлении специальной фотопленки для съемки в абсолютной темноте и в приборах ночного видения — тепловизорах.

приборы ночного видения тепловизоры

1) Какой из видов теплопередачи сопровождается переносом вещества А) Теплопроводность Б) Конвекция В) Излучение Тест по теме: виды теплопередачи

2) При теплопередаче излучением А) Энергия переносится струями и потоками вещества Б) Энергия передается через слои неподвижного вещества В) Энергию можно передать в безвоздушном пространстве

3) Каким способом осуществляется передача энергии от Солнца к Земле А) Теплопроводность Б) Конвекция В) Излучение

4) После включения настольного светильник а с лампой книга лежащая на столе нагрелась. Выберите правильное утверждение А) Книга нагрелась вследствие конвекции в воздухе Б) Книга нагрелась вследствие излучения В) Книга нагревается тем сильнее, чем светлее обложка

5) Теплопередача излучением и конвекцией возможна через А) Атмосферный воздух Б) Пуховое одеяло В) Металлическую пластину

6) От чего зависит интенсивность конвекции А) От скорости движения молекул Б) От разницы температур В) От силы ветра

7) Благодаря какому способу теплопередачи можно греться около костра? А) Теплопроводности Б) Конвекции В) Излучению

8) Какой вид теплопередачи НЕ сопровождается переносом вещества? А) Конвекция и теплопроводность; Б) Излучение и конвекция; В) Теплопроводность и излучение

9) Как называется вид конвекции, при котором теплый воздух от батареи поднимается вверх А) Искусственная Б) Естественная В) Принудительная

10) Как называется вид конвекции, когда мы мешам ложкой горячий чай для охлаждения А) Искусственная Б) Естественная В) Принудительная

Атомная физика

Тепловое излучение — это электромагнитное излучение, испускаемое веществом за счет запасов его внутренней (тепловой) энергии.

Поэтому характеристики теплового излучения (интенсивность, спектральный состав) зависят от температуры излучающего вещества. Все прочие виды электромагнитного излучения существуют за счет других, не тепловых, форм энергии. Тепловое излучение — единственный вид излучения, которое может находиться в термодинамическом равновесии с веществом и само быть при этом в состоянии термодинамического равновесия. Ниже будет рассматриваться главным образом термодинамически равновесное тепловое излучение.

Предположим, что нагретое тело помещено в полость, стенки которой поддерживаются при некоторой постоянной температуре  Если в полости нет никакой среды (газа), то обмен энергией между оболочкой и телом происходит только за счет процессов поглощения, испускания и отражения теплового излучения веществом стенки полости. С течением времени температура тела станет равной температуре оболочки и наступит динамическое равновесие — в единицу времени тело будет поглощать столько же энергии, сколько и излучать. Очевидно, что при этом и излучение, заполняющее полость, будет находиться в равновесии, как с телом, так и со стенками полости. Допустим, что равновесие между телом и излучением нарушено и тело излучает энергии больше, чем поглощает. Тогда температура тела и его внутренняя энергия начнут убывать, что приведет к уменьшению излучаемой телом энергии. Температура тела будет понижаться до тех пор, пока количество излучаемой телом энергии не станет равным количеству поглощаемой энергии. Если равновесие нарушится в другую сторону, то есть тело будет излучать меньше энергии, чем поглощает, то температура тела будет возрастать до тех пор, пока снова не установится равновесие. Таким образом, нарушение равновесия между телом и тепловым излучением вызывает процессы, направленные в сторону восстановления равновесия.

 

Рис. 1.1. Нагретое тело в полости с идеально отражающими стенками

Представим теперь то же самое тело, помещенное внутри другой оболочки, отличающейся размерами, формой или материалом, из которого она сделана. Будем поддерживать ту же самую температуру оболочки. В системе пойдут аналогичные процессы установления равновесия, в результате которых тело внутри оболочки нагреется до той же самой температуры Т. Для тела внутри оболочки ничего не изменилось: оно находится при той же самой температуре, что и прежде, и, следовательно, будет излучать ту же самую энергию. Так как тело находится в равновесии с излучением внутри оболочки, мы приходим к выводу, что характеристики этого излучения не зависят от свойств оболочки, но лишь от ее температуры. Это «стандартное», термодинамически равновесное излучение называется излучением абсолютно черного тела.  О том, откуда такое название и что такое абсолютно черное тело будет сказано ниже.  Равновесное излучение можно охарактеризовать плотностью энергии , зависящей только от температуры. 

Плотность энергии — это количество энергии излучения, приходящееся на единицу объема.

Тепловое излучение состоит из электромагнитных волн разных частот. Полная плотность энергии складывается из плотностей энергий этих волн. Для более детальной характеристики излучения вводят дифференциальную величину — спектральную плотность энергии излучения  

Спектральная плотность энергии излучения — это энергия излучения в единице объема, приходящаяся на единичный интервал частот.

Иными словами, если обозначить через  энергию излучения в единице объема, приходящуюся на волны с частотами от  до , то

В системе СИ спектральная плотность энергии измеряется в следующих единицах:

 

Плотность энергии есть сумма спектральных плотностей энергии по всем возможным частотам, то есть выражается интегралом

Итак, в полости, существует стандартное излучение с плотностью энергии . Рассмотрим теперь тело, находящееся с ним в равновесии. 

Энергетическая светимость R (интегральная плотность потока энергии излучения) — равна энергии, испускаемой в единицу времени единицей поверхности излучающего тела по всем направлениям.

 

В системе СИ энергетическая светимость измеряется в :

 

Энергетическая светимость зависит от температуры тела. Тепловое излучение состоит из волн различных частот. Для характеристики теплового излучения важно знать, какая энергия, в каком диапазоне частот излучается телом. Поэтому вводят дифференциальную характеристику , называемую испускательной способностью тела, являющуюся  спектральной плотностью потока энергии излучения.  

Испускательная способность тела (спектральная плотность потока энергии излучения) — это количество энергии, испускаемой в единицу времени единицей поверхности тела в единичном интервале частот по всем направлениям.

 

Чтобы получить энергетическую светимость тела, надо проинтегрировать испускательную способность по всем частотам:

 

В системе СИ испускательная способность тела (спектральная плотность потока энергии излучения) измеряется в Дж/м2:

 

Нагретое тело не только испускает энергию, но и поглощает ее. Для описания способности тела поглощать энергию падающего на его поверхность излучения вводится величина, которая так и называется: поглощательная способность.

Поглощательная способность  (спектральный коэффициент поглощения) — равна отношению энергии поглощенной поверхностью тела к энергии, падающей на поверхность тела. Обе энергии (падающая и поглощенная) берутся в расчете на единицу площади, единицу времени и единичный интервал частот.

 

Поглощательная способность равна той доли, которую — в заданном спектральном интервале  — поглощенная энергия излучения  составляет от падающей  энергии излучения. Другими словами:

 

Очевидно, что поглощательная способность тела является безразмерной величиной, не превышающей единицу. 

Абсолютно черное тело — это тело, способное поглощать при любой температуре все падающее на него излучение всех частот.

 Для абсолютно черного тела

Тел с такими свойствами в природе не бывает, это очередная физическая идеализация.

 

Рис. 1.2. Спектр излучения абсолютно чёрного тела (чёрная линия) при температуре 5250 °С хорошо моделирует излучение Солнца. Красным цветом показаны результаты измерений на уровне моря, жёлтым — в верхней атмосфере.

Будем поочередно помещать в полость различные тела. Все они находятся в одинаковых условиях, в окружении одного и того же излучения. Обозначим энергию, падающую в единицу времени на единицу поверхности тела в единичном интервале частот. Согласно определению поглощательной способности тело поглощает энергию   В состоянии равновесия эта энергия должна быть равна испущенной телом энергии:

 

(1.1)

Различные тела в полости имеют разную поглощательную способность, следовательно, у них будет и разная испускательная способность, так что отношение rw wне зависит от конкретного тела, помещенного в полость:

 

(1.2)

С другой стороны, испускательная способность тела не зависит от полости, в которую оно помещено, но лишь от свойств тела. Таким образом, функция есть универсальная функция частоты и температуры, не зависящая ни от свойств полости, ни от характеристик тела в ней. Соотношение (1.2) выражает закон Кирхгофа. 

Видео 1.1 Походная фляга или закон Кирхгофа.

Отношение испускательной и поглощательной способности тела не зависит от природы тела. Для всех тел функция  есть универсальная функция частоты и температуры (функция Кирхгофа).

Строго говоря, сформулированное выше утверждение справедливо в условиях термодинамического равновесия, наличие которого здесь и ниже всегда предполагается.

Для абсолютно черного тела

откуда следует физическая интерпретация универсальной функции Кирхгофа : она представляет собой испускательную способность абсолютно черного тела, то есть

(Характеристики абсолютно черного тела будем помечать звездочкой, а само тело называть нередко просто «черным», а не абсолютно черным).

 

Рис. 1.3. Густав Роберт Кирхгоф (1824–1887)

Установим теперь связь между испускательной способностью черного тела и спектральной плотностью  стандартного излучения в полости (выше мы назвали его излучением черного тела). Сравнивая размерности этих величин, видим, что отношение  имеет размерность скорости. Единственная величина, имеющая размерность скорости, которая ассо­циируется с электромагнитными волнами в вакууме, — это скорость света . Поэтому искомое соотношение должно иметь вид

Найдем безразмерный коэффициент пропорциональности  в этой формуле. В качестве модели абсолютно черного тела возьмем замкнутую полость с небольшим отверстием s (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Полocть с небольшим отверстием — реализация черного тела

Видео 1.2. Как белое сделать черным. Natürlich!

Луч света, падающий внутрь этой полости через отверстие s, претерпевает многократное отражение. При каждом отражении стенки полости поглощают часть энергии. Поэтому интенсивность луча света, выходящего из отверстия, во много раз меньше интенсивности входящего луча. Чем больше отношение площади полости к площади отверстия, тем ближе такое тело к абсолютно черному. Поэтому отверстие в полости излучает как абстрактное черное тело.

С другой стороны, внутри полости существует равновесное тепловое излучение со спектральной плотностью U. Подсчитаем энергию dW0 , выходящую из отверстия площадью s в телесном угле  в направлении, заданном углом . Во-первых, в данном направлении за время  может выйти только энергия, содержащаяся в наклонном цилиндре с площадью основания s и длиной образующей с (рис. 1.5-1).

Рис. 1.5. Тепловое излучение из отверстия в полости 

Объем такого цилиндра равен

Содержащаяся в нем энергия теплового излучения равна

Но не вся она распространяется под углом . Тепловое излучение распространяется по всем направлениям с равной вероятностью (рис. 1.5-2). Поэтому в телесный угол  попадет только часть энергии (мы обозначим эту долю как ), пропорциональная величине телесного угла

Так как полный телесный угол равен , имеем

 

(1.3)

Теперь осталось проинтегрировать  по углам  и , чтобы получить полную энергию , выходящую из отверстия полости. Обращаем внимание: излучение падает на отверстие только из левого полупространства, так что полярный угол меняется в пределах от нуля до  (угол  меняется как обычно от 0 до ). Интегрирование по  дает множитель , интегрируя по , окончательно получаем:

 

(1.4)

Разделив  на время  и площадь отверстия s, получим энергетическую светимость черного тела R*, а также искомый коэффициент пропорциональности

Итак, энергетическая светимость черного тела связана с плотностью энергии в полости соотношением 

 

(1.5)

Аналогичное соотношение справедливо для спектральных характеристик излучения черного тела:

 

 

 

(1.6)

Таким образом, универсальная функция   в законе Кирхгофа, представляющая собой испускательную способность черного тела, с точностью до множителя с/4 совпадает также со спектральной плотностью равновесного теплового излучения.

До сих пор мы относили спектральные характеристики теплового излучения к единичному интервалу частоты. Можно определить аналогичные характеристики, отнесенные к единичному интервалу длин волн. Так, черное тело испускает в интервале частот   энергию . Эту же энергию можно записать как . Интервалу частот  соответствует интервал длин волн . Учитывая соотношения

находим

 

(1.7)

где знак минус указывает на то, что с возрастанием частоты  длина волны  убывает. Поэтому в дальнейшем, в соотношениях связывающих длины интервалов, знак минус будем опускать. Таким образом,

 

(1.8)

или

 

(1.9)

Аналогичным образом можно записать выражения для спектральной плотности энергии.

Монохроматическое излучение в физике с формулами и примерами

Монохроматическое излучение

Монохроматическое излучение — электромагнитное излучение одной определённой и строго постоянной частоты.
Происхождение термина «монохроматическое излучение» связано с тем, что различие в частоте световых волн воспринимается человеком как различие в цвете. Однако по своей природе электромагнитные волны видимого диапазона, лежащие в интервале длин волн 0,4-0,7 мкм, не отличаются от электромагнитных волн других диапазонов (инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского и т. д.), хотя никакого ощущения цвета эти волны не дают.

Согласно теории электромагнитного излучения Максвелла, любое монохроматическое излучение — это гармоническое колебание, происходящее с неизменной амплитудой и частотой в течение бесконечно долгого времени. Плоская монохроматическая волна такого электромагнитного излучения представляет собой полностью когерентное поле, параметры которого неизменны в любой точке пространства и известен закон их изменения во времени.

Однако процессы излучения всегда ограничены во времени, поэтому понятие «монохроматическое излучение» является идеализацией. Реальное естественное излучение обычно является суммой определённого числа монохроматических волн со случайными амплитудами, частотами, фазами, поляризацией и направлением распространения. Чем уже интервал частот наблюдаемого излучения, тем оно монохроматичнее.

Так, излучение, соответствующее отдельным линиям спектров испускания свободных атомов (например, атомов разреженного газа), очень близко к монохроматическому излучению. Каждая из таких линий соответствует переходу атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. Если бы энергии этих состояний имели строго фиксированное значение, атом излучал бы монохроматическое излучение вполне определённой частоты. Однако реально каждый атомный уровень имеет некоторую энергетическую ширину (интервал энергий, которые атом может занимать, находясь на данном энергетическом уровне; это следует из квантовой механики). Поэтому излучение каждой линии спектра соответствует некоторому интервалу частот .

Так как идеальным монохроматическое излучение не может быть по своей природе, то монохроматическим считается излучение с узким спектральным интервалом, который можно приближенно считать одной частотой (или длиной волны).

Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:

Предмет физика

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Излучение и спектры — О’Пять пО физике!

Виды излучений

Тепловое излучениеизлучение, при котором потери атомами энергии на излучение света компенсируются за счет энергии теплового движения атомов (или молекул) излучающего тела. Тепловым источником является солнце, лампа накаливания и т. д.

Электролюминесценция (от латинского люминесценция — «свечение») – разряд в газе сопровождающийся свечением. Северное сияние есть проявление электролюминесценции. Используется в трубках для рекламных надписей.

Катодолюминесценция свечение твердых тел, вызванное бомбардировкой их электронами. Благодаря ей светятся экраны электронно-лучевых трубок телевизоров.

Хемилюминесценция излучение света в некоторых химических реакциях, идущих с выделением энергии. Ее можно наблюдать на примере светлячка и других живых организмах, обладающих свойством светиться.

Фотолюминесценция свечение тел непосредственно под действием падающих на них излучений. Примером являются светящиеся краски, которыми покрывают елочные игрушки, они излучают свет после их облучения. Это явление широко используется в лампах дневного света.

Для того чтобы атом начал излучать, ему необходимо передать определенную энергию. Излучая, атом теряет полученную энергию, и для непрерывного свечения вещества необходим приток энергии к его атомам извне.

Спектры

Непрерывные и линейчатые спектры   



Полосатые спектры

Полосатый спектр состоит из отдельных полос, разделенных темными промежутками. С помощью очень хорошего спектрального аппарата можно обнаружить, что каждая полоса представляет собой совокупность большого числа очень тесно расположенных линий. В отличие от линейчатых спектров полосатые спектры создаются не атомами, а молекулами, не связанными или слабо связанными друг с другом.

Для наблюдения молекулярных спектров так же, как и для наблюдения линейчатых спектров, обычно используют свечение паров в пламени или свечение газового разряда.


Спектральный анализ

Спектральный анализ — совокупность методов качественного и количественного определения состава объекта, основанная на изучении спектров взаимодействия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц и др. В зависимости от целей анализа и типов спектров выделяют несколько методов спектрального анализа. Атомный и молекулярный спектральный анализы позволяют определять элементный и молекулярный состав вещества, соответственно. В эмиссионном и абсорбционном методах состав определяется по спектрам испускания и поглощения. Масс-спектрометрический анализ осуществляется по спектрам масс атомарных или молекулярных ионов и позволяет определять изотопный состав объекта. Простейший спектральный аппарат — спектрограф.

Схема устройства призменного спектрографа


История

Тёмные линии на спектральных полосках были замечены давно (например, их отметил Волластон), но первое серьёзное исследование этих линий было предпринято только в 1814 году Йозефом Фраунгофером. В его честь эффект получил название «Фраунгоферовы линии». Фраунгофер установил стабильность положения линий, составил их таблицу (всего он насчитал 574 линии), присвоил каждой буквенно-цифровой код. Не менее важным стало его заключение, что линии не связаны ни с оптическим материалом, ни с земной атмосферой, но являются природной характеристикой солнечного света. Аналогичные линии он обнаружил у искусственных источников света, а также в спектрах Венеры и Сириуса.

Фраунгоферовы линии

            Вскоре выяснялось, что одна из самых отчётливых линий всегда появляется в присутствии натрия. В 1859 году Г.Кирхгоф и Р.Бунзен после серии экспериментов заключили: каждый химический элемент имеет свой неповторимый линейчатый спектр, и по спектру небесных светил можно сделать выводы о составе их вещества. С этого момента в науке появился спектральный анализ, мощный метод дистанционного определения химического состава.

Для проверки метода в 1868 году Парижская академия наук организовала экспедицию в Индию, где предстояло полное солнечное затмение. Там учёные обнаружили: все тёмные линии в момент затмения, когда спектр излучения сменил спектр поглощения солнечной короны, стали, как и было предсказано, яркими на тёмном фоне.

Природа каждой из линий, их связь с химическими элементами выяснялись постепенно. В 1860 году Кирхгоф и Бунзен при помощи спектрального анализа открыли цезий, а 1861 году — рубидий. А гелий был открыт на Солнце на 27 лет ранее, чем на Земле (1868 и 1895 годы соответственно).

Принцип работы

Атомы каждого химического элемента имеют строго определённые резонансные частоты, в результате чего именно на этих частотах они излучают или поглощают свет. Это приводит к тому, что в спектроскопе на спектрах видны линии (тёмные или светлые) в определённых местах, характерных для каждого вещества. Интенсивность линий зависит от количества вещества и его состояния. В количественном спектральном анализе определяют содержание исследуемого вещества по относительной или абсолютной интенсивностям линий или полос в спектрах.

Оптический спектральный анализ характеризуется относительной простотой выполнения, отсутствием сложной подготовки проб к анализу, незначительным количеством вещества (10—30 мг), необходимого для анализа на большое число элементов. Атомарные спектры (поглощения или испускания) получают переведением вещества в парообразное состояние путём нагревания пробы до 1000—10000 °C. В качестве источников возбуждения атомов при эмиссионном анализе токопроводящих материалов применяют искру, дугу переменного тока; при этом пробу помещают в кратер одного из угольных электродов. Для анализа растворов широко используют пламя или плазму различных газов.

 Спектр электромагнитных излучений

Свойства электромагнитных излучений. Электромагнитные излучения с различными длинами волн имеют довольно много различий, но все они, от радиоволн и до гамма-излучения, одной физической природы. Все виды электромагнитного излучения в большей или меньшей степени проявляют свойства интерференции, дифракции и поляризации, характерные для волн. Вместе с тем все виды электромагнитного излучения в большей или меньшей мере обнаруживают квантовые свойства.

Общим для всех электромагнитных излучений являются механизмы их возникновения: электромагнитные волны с любой длиной волны могут возникать при ускоренном движении электрических зарядов или при переходах молекул, атомов или атомных ядер из одного квантового состояния в другое. Гармонические колебания электрических зарядов сопровождаются электромагнитным излучением, имеющим частоту, равную частоте колебаний зарядов.

Радиоволны. При колебаниях, происходящих с частотами от 105 до 1012 Гц, возникают электромагнитные излучения, длины волн которых лежат в интервале от нескольких километров до нескольких миллиметров. Этот участок шкалы электромагнитных излучений относится к диапазону радиоволн. Радиоволны применяются для радиосвязи, телевидения, радиолокации.

Инфракрасное излучение. Электромагнитные излучения с длиной волны, меньшей 1-2 мм, но большей 8*10-7 м, т.е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением.

Область спектра за красным его краем впервые экспериментально была исследована в 1800г. английским астрономом Вильямом Гершелем (1738 — 1822 гг.). Гершель поместил термометр с зачерненным шариком за красный край спектра и обнаружил повышение температуры. Шарик термометра нагревался излучением, невидимым глазом. Это излучение назвали инфракрасными лучами.

Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела. Источниками инфракрасного излучения служат печи, батареи водяного отопления, электрические лампы накаливания.

С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте. Инфракрасное излучение применяется для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины.

Видимый свет. К видимому свету (или просто свету) относятся излучения с длиной волны примерно от 8*10-7 до 4*10-7 м, от красного до фиолетового света.

Значение этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения. Свет является обязательным условием развития зеленых растений и, следовательно, необходимым условием для существования жизни на Земле.

Ультрафиолетовое излучение. В 1801 году немецкий физик Иоганн Риттер (1776 — 1810), исследуя спектр, открыл, что за

его фиолетовым краем имеется область, создаваемая невидимыми глазом лучами. Эти лучи воздействуют на некоторые химические соединения. Под действием этих невидимых лучей происходит разложения хлорида серебра, свечение кристаллов сульфида цинка и некоторых других кристаллов.

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем у фиолетового света, называют ультрафиолетовым излучением. К ультрафиолетовому излучению относят электромагнитные излучения в диапазоне длин волн от 4*10-7 до 1*10-8 м.

Ультрафиолетовое излучение способно убивать болезнетворных бактерий, поэтому его широко применяют в медицине. Ультрафиолетовое излучение в составе солнечного света вызывает биологические процессы, приводящие к потемнению кожи человека — загару.

В качестве источников ультрафиолетового излучения в медицине используются газоразрядные лампы. Трубки таких ламп изготавливают из кварца, прозрачного для ультрафиолетовых лучей; поэтому эти лампы называют кварцевыми лампами.

Рентгеновские лучи. Если в вакуумной трубке между нагретым катодом, испускающим электрон, и анодом приложить постоянное напряжение в несколько десятков тысяч вольт, то электроны будут сначала разгоняться электрическим полем, а затем резко тормозиться в веществе анода при взаимодействии с его атомами. При торможении быстрых электронов в веществе или при переходах электронов на внутренних оболочках атомов возникают электромагнитные волны с длиной волны меньше, чем у ультрафиолетового излучения. Это излучение было открыто в 1895 году немецким физиком Вильгельмом Рентгеном (1845-1923). Электромагнитные излучения в диапазоне длин волн от 10-14 до 10-7 м называются рентгеновскими лучами.

Рентгеновские лучи невидимы глазом. Они проходят без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света. Обнаруживают рентгеновские лучи по их способности вызывать определенное свечение некоторых кристаллов и действовать на фотопленку.

Способность рентгеновских лучей проникать через толстые слои вещества используется для диагностики заболеваний внутренних органов человека. В технике рентгеновские лучи применяются для контроля внутренней структуры различных изделий, сварных швов. Рентгеновское излучение обладает сильным биологическим действием и применяется для лечения некоторых заболеваний. Гамма-излучение. Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными атомными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Гамма-излучение — самое коротковолновое электромагнитное излучение (<10-10 м). Его особенностью являются ярко выраженные корпускулярные свойства. Поэтому гамма-излучение обычно рассматривают как поток частиц — гамма-квантов. В области длин волн от 10-10 до 10-14 и диапазоны рентгеновского и гамма-излучений перекрываются, в этой области рентгеновские лучи и гамма-кванты по своей природе тождественны и отличаются лишь происхождением.

 

ОБЗОР ОСНОВНОЙ РАДИАЦИОННОЙ ФИЗИКИ, ХИМИИ И БИОЛОГИИ — Токсикологический профиль для урана

Понимание основных концепций радиационной физики, химии и биологии важно для оценки и интерпретации радиационно-индуцированных неблагоприятных последствий для здоровья и получения радиации принципы защиты. Это приложение представляет собой краткий обзор областей радиационной физики, химии и биологии и в значительной степени основано на обзорах Mettler and Moseley (1985), Hobbs and McClellan (1986), Eichholz (1982), Hendee (1973). ), Cember (1996, 2009) и Early et al.(1979).

D.1. РАДИОНУКЛИДЫ И РАДИОАКТИВНОСТЬ

Вещества, которые мы называем элементами, состоят из атомов. Атомы, в свою очередь, состоят из нейтронов, протонов и электронов: нейтронов и протонов в ядре и электронов в облаке орбит вокруг ядра. Нуклид — это общий термин, относящийся к любому ядру вместе с его орбитальными электронами. Нуклид характеризуется составом своего ядра и, следовательно, количеством протонов и нейтронов в ядре. Все атомы элемента имеют одинаковое количество протонов (это определяется атомным номером), но могут иметь разное количество нейтронов (это отражается атомными массовыми числами или атомным весом элемента).Атомы с разной атомной массой, но с одинаковыми атомными номерами называются изотопами элемента.

Числовое сочетание протонов и нейтронов в большинстве нуклидов таково, что ядро ​​является квантово-механически устойчивым, а атом считается стабильным, то есть нерадиоактивным; однако, если нейтронов слишком мало или слишком много, ядро ​​нестабильно и атом называют радиоактивным. Нестабильные нуклиды подвергаются радиоактивному преобразованию, процессу, в котором нейтрон или протон превращаются в другой и испускается бета-частица, или же испускается альфа-частица.Каждый тип распада обычно сопровождается испусканием гамма-лучей. Эти нестабильные атомы называются радионуклидами; их выбросы называются ионизирующим излучением; и все это свойство называется радиоактивностью. Преобразование или распад приводит к образованию новых нуклидов, некоторые из которых сами могут быть радионуклидами, а другие — стабильными нуклидами. Эта серия превращений называется цепочкой распада радионуклида. Первый радионуклид в цепочке называется родительским; последующие продукты трансформации называются потомками, дочерними или продуктами распада.

В целом существует две классификации радиоактивности и радионуклидов: естественная и искусственная (антропогенная). Радиоактивные материалы естественного происхождения (NORM) существуют в природе, и для их перехода в нестабильное состояние не требуется дополнительная энергия. Естественная радиоактивность — это свойство некоторых встречающихся в природе, обычно тяжелых элементов, которые тяжелее свинца. Радионуклиды, такие как радий и уран, в основном испускают альфа-частицы. Некоторые более легкие элементы, такие как углерод-14 и тритий (водород-3), в основном испускают бета-частицы, когда они превращаются в более стабильный атом.Природные радиоактивные атомы тяжелее свинца не могут получить стабильное ядро ​​тяжелее свинца. Все люди подвергаются радиационному фону от естественных радионуклидов на протяжении всей жизни. Этот фоновый радиационный фон является основным источником радиационного облучения человека и возникает из нескольких источников. Облучения естественного фона часто используются в качестве эталона для сравнения воздействий различных искусственных источников ионизирующего излучения.

Искусственные радиоактивные атомы образуются либо как побочный продукт деления атомов урана или плутония в ядерном реакторе, либо путем бомбардировки атомов частицами (такими как нейтроны, протоны или тяжелые ядра) с высокой скоростью с помощью ускорителя частиц.Цели этих усилий могут включать производство медицинских изотопов или новых элементов. Эти искусственно созданные радиоактивные элементы обычно распадаются за счет испускания частиц, таких как альфа-частицы, положительные или отрицательные бета-частицы, а также одного или нескольких фотонов высокой энергии (гамма-лучи). Могут образоваться нестабильные (радиоактивные) атомы любого элемента.

Как естественные, так и искусственные радиоизотопы находят применение в медицине, промышленных и потребительских товарах. Некоторые специфические радиоизотопы, называемые выпадениями, все еще обнаруживаются в окружающей среде в результате использования или испытаний ядерного оружия или аварий на атомных электростанциях (например,г., блок 2 Три-Майл-Айленд, Чернобыль и Фукусима-дай-ичи).

D.2. РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД

D.2.1. Принципы радиоактивного распада

Стабильность атома — это результат баланса сил различных компонентов ядра. Нестабильный атом (радионуклид) будет выделять энергию (распад) различными способами и превращаться в стабильные атомы или в промежуточные радиоактивные частицы, называемые потомками или дочерними элементами, часто с испусканием ионизирующего излучения.Если нейтронов слишком много или слишком мало для данного числа протонов, образовавшееся ядро ​​может претерпеть трансформацию. Для некоторых элементов может образовываться цепочка продуктов распада потомства до тех пор, пока не образуются стабильные атомы. Радионуклиды можно охарактеризовать по типу и энергии испускаемого излучения, скорости распада и способу распада. Режим распада показывает, как исходное соединение претерпевает преобразование. Рассматриваемые здесь излучения имеют в первую очередь ядерное происхождение, т. Е. Возникают в результате возбуждения ядра, обычно вызванного захватом заряженных или незаряженных нуклонов ядром, либо радиоактивным распадом или преобразованием нестабильного нуклида.Тип излучения можно разделить на заряженные или незаряженные частицы, протоны и продукты деления) или электромагнитное излучение (гамма-лучи и рентгеновские лучи). резюмирует основные характеристики наиболее распространенных типов излучения.

Таблица D-1

Характеристики ядерных излучений.

D.2.2. Период полураспада и активность

Для любого данного радионуклида скорость распада является процессом первого порядка, который постоянен независимо от присутствующих радиоактивных атомов и характерен для каждого радионуклида.Процесс распада — это серия случайных событий; температура, давление или химические комбинации не влияют на скорость распада. Хотя невозможно точно предсказать, какой атом подвергнется преобразованию в любой момент времени, можно предсказать, в среднем, долю радиоактивных атомов, которые будут преобразовываться в течение любого промежутка времени.

Активность является мерой количества радиоактивного материала. Для этих радиоактивных материалов принято описывать активность как количество распадов (превращений) в единицу времени.Единицей активности является кюри (Ки), которая первоначально была связана с активностью одного грамма радия, но теперь определяется как скорость распада или превращения, происходящая в определенном количестве радиоактивного материала. Определение:

1 кюри (Ки) = 3,7 × 10 10 распадов (трансформаций) / секунду (dps) или
= 2,22 × 10 12 распадов (трансформаций) / минуту (dpm).

Единица измерения активности в системе СИ — беккерель (Бк); 1 Бк = то количество радиоактивного материала, в котором происходит 1 преобразование в секунду.Поскольку активность пропорциональна количеству атомов радиоактивного материала, количество любого радиоактивного материала обычно выражается в кюри, независимо от его чистоты или концентрации. Превращение радиоактивных ядер — случайный процесс, и количество превращений прямо пропорционально количеству присутствующих радиоактивных атомов. Для любого чистого радиоактивного вещества скорость распада обычно описывается его радиологическим периодом полураспада t ½ , то есть временем, которое требуется для определенного исходного материала, чтобы распасться до половины его начальной активности.Удельная активность является косвенным показателем скорости распада и определяется как активность на единицу массы или на единицу объема. Чем выше удельная активность радиоизотопа, тем быстрее он распадается.

Активность радионуклида в момент времени t можно рассчитать по:

Время, когда активность образца радиоактивности становится вдвое меньше его первоначального значения, является периодом полураспада радиоактивного вещества и выражается в любой подходящей единице времени.

Удельная активность — это мера активности, которая определяется как активность на единицу массы или на единицу объема.Эта активность обычно выражается в кюри на грамм и может быть рассчитана как

кюри / грамм = 1,3 × 10 8 / (t ½ ) (атомный вес) или
[3,577 × 10 5 × масса (г). ] / [t ½ × атомный вес], где t ½ = радиологический период полураспада в днях.

В случае радиоактивных материалов, содержащихся в живых организмах, дополнительно учитывается снижение наблюдаемой активности из-за регулярных процессов выведения соответствующего химического или биохимического вещества из организма.Это вводит константу скорости, называемую биологическим периодом полураспада (t b ), которая представляет собой время, необходимое биологическим процессам для устранения половины активности. Это время практически одинаково как для стабильных, так и для радиоактивных изотопов любого данного элемента.

В таких условиях время, необходимое для того, чтобы радиоактивный элемент уменьшился вдвое в результате комбинированного действия радиоактивного распада и биологического уничтожения, является эффективным полупериодом очистки:

t eff = (t b × t ½ ) / (t b + t ½ )

.

представляет собой репрезентативный эффективный период полураспада, представляющий особый интерес.

Таблица D-2

Периоды полураспада некоторых радионуклидов в органах взрослого человека.

D.2.3. Взаимодействие излучения с веществом

И ионизирующее, и неионизирующее излучение будут взаимодействовать с материалами; то есть излучение будет терять кинетическую энергию в любое твердое тело, жидкость или газ, через которые оно проходит, посредством множества механизмов. Передачи энергии среде либо электромагнитным излучением, либо излучением твердых частиц может быть достаточно, чтобы вызвать образование ионов.Этот процесс называется ионизацией. По сравнению с другими типами излучения, которое может поглощаться, например радиоволнами или микроволновым излучением, ионизирующее излучение выделяет относительно большое количество энергии в небольшой объем.

Метод, посредством которого падающее излучение взаимодействует со средой, вызывая ионизацию, может быть прямым или косвенным. Электромагнитное излучение (рентгеновские лучи и гамма-фотоны) и нейтральные частицы (нейтроны) косвенно ионизируют; то есть они отдают свою энергию при различных взаимодействиях с клеточными молекулами, а затем энергия используется для создания быстро движущейся заряженной частицы, такой как электрон.Это электрон, который затем может реагировать и передавать энергию целевой молекуле. Эта частица называется «первичной ионизирующей частицей». Заряженные частицы, напротив, ударяются о ткань или среду и напрямую вступают в реакцию с целевыми молекулами, такими как кислород или вода. Эти твердые частицы являются непосредственно ионизирующими излучениями. Примеры непосредственно ионизирующих частиц включают альфа- и бета-частицы. Непрямое ионизирующее излучение всегда более проникающее, чем прямое ионизирующее излучение твердых частиц.

Масса, заряд и скорость частицы, а также электронная плотность материала, с которым она взаимодействует, влияют на скорость, с которой происходит ионизация. Чем выше заряд частицы и чем ниже скорость, тем больше склонность вызывать ионизацию. Тяжелые, сильно заряженные частицы, такие как альфа-частицы, быстро теряют энергию с расстоянием и поэтому не проникают глубоко. Результатом этих процессов взаимодействия является постепенное замедление любой падающей частицы до тех пор, пока она не остановится или «остановится» в конце своего пробега.

D.2.4. Характеристики испускаемого излучения

D.2.4.1. Альфа-излучение

При альфа-излучении испускается альфа-частица, состоящая из двух протонов и двух нейтронов, что приводит к уменьшению атомного массового числа на четыре и уменьшению атомного номера на два, тем самым изменяя родительский элемент на другой элемент. Альфа-частица идентична ядру гелия, состоящему из двух нейтронов и двух протонов. Он возникает в результате радиоактивного распада некоторых тяжелых элементов, таких как уран, плутоний, радий, торий и радон.Все альфа-частицы, испускаемые данным радиоизотопом, имеют одинаковую энергию. Большинство альфа-частиц, которые могут быть обнаружены, имеют энергию в диапазоне от 4 до 8 МэВ, в зависимости от изотопа, из которого они произошли.

Альфа-частица имеет электрический заряд +2. Из-за этого двойного положительного заряда и своего размера альфа-частицы обладают большой ионизирующей способностью и, таким образом, быстро теряют свою кинетическую энергию. Это приводит к очень низкой проникающей способности. Фактически, альфа-частица не может проникнуть через лист бумаги.Дальность действия альфа-частицы (расстояние, которое проходит заряженная частица от точки происхождения до точки покоя) составляет около 4 см в воздухе, что значительно уменьшается до нескольких микрометров в ткани. Эти свойства делают альфа-излучатели опасными только при наличии внутреннего загрязнения (т.е. если радионуклид находится внутри тела).

D.2.4.2. Beta Emission

Бета-частица (β) — это высокоскоростной электрон, выброшенный из распадающегося ядра. Частица может быть либо отрицательно заряженным электроном, называемым негатроном (β Z ), либо положительно заряженным электроном, называемым позитроном (β E ).Хотя точное определение «бета-излучения» относится как к β Z , так и к β E , общее использование этого термина обычно применяется только к отрицательной частице, в отличие от излучения позитронов, которое относится к β E . частица.

D.2.4.2.1. Бета-отрицательное излучение

Эмиссия бета-частиц (β Z ) — это еще один процесс, с помощью которого радионуклид с избытком нейтронов достигает стабильности. Эмиссия бета-частиц уменьшает количество нейтронов на один и увеличивает количество протонов на один, в то время как атомное массовое число остается неизменным. 4 Это преобразование приводит к образованию другого элемента. Энергетический спектр излучения бета-частиц колеблется от определенного максимума до нуля, при этом средняя энергия спектра составляет примерно одну треть от максимума. Разброс в тканях намного меньше. Бета-отрицательные излучающие радионуклиды могут вызывать повреждение кожи и поверхностных тканей тела, но в большинстве случаев представляют опасность внутреннего заражения.

D.2.4.2.2. Позитронная эмиссия

В случаях, когда в ядре слишком много протонов, может происходить эмиссия позитронов.В этом случае можно представить, что протон превращается в нейтрон, а позитрон (β E ) испускается. 1 Это увеличивает количество нейтронов на один, уменьшает количество протонов на один и снова оставляет атомное массовое число неизменным. Гамма-излучение, возникающее в результате аннигиляции (см. Глоссарий) позитрона, делает все изотопы, излучающие позитроны, более опасными для внешнего излучения, чем чистые β-излучатели одинаковой энергии.

D.2.4.2.3. Гамма-излучение

Радиоактивный распад в результате испускания альфа-, бета- или позитронов или захвата электронов часто оставляет часть энергии, возникающей в результате этих изменений, в ядре.В результате ядро ​​поднимается до возбужденного уровня. Ни одно из этих возбужденных ядер не может оставаться в этом высокоэнергетическом состоянии. Ядра выделяют эту энергию, возвращаясь в основное состояние или на минимально возможный стабильный энергетический уровень. Выделяемая энергия имеет форму гамма-излучения (фотоны высокой энергии) и имеет энергию, равную изменению энергетического состояния ядра. Гамма и рентгеновские лучи ведут себя одинаково, но различаются по своему происхождению; гамма-излучение возникает в ядре, в то время как рентгеновское излучение возникает в орбитальной электронной структуре или в результате быстрого изменения скорости электрона (например,g., как это происходит при экранировании высокоэнергетических бета-частиц или остановке электронного луча в рентгеновской трубке).

D.3. ОЦЕНКА ОТЛОЖЕНИЯ ЭНЕРГИИ В ТКАНЯХ ЧЕЛОВЕКА

Возможны две формы потенциального радиационного облучения: внутреннее и внешнее. Термин «облучение» означает физическое взаимодействие излучения, испускаемого радиоактивным материалом, с клетками и тканями человеческого тела. Облучение может быть «острым» или «хроническим» в зависимости от того, как долго человек или орган подвергается воздействию радиации.Внутреннее облучение происходит, когда радионуклиды, попавшие в организм (например, при вдыхании, проглатывании или через кожные пути), подвергаются радиоактивному распаду, что приводит к передаче энергии внутренним органам. Внешнее облучение происходит, когда излучение попадает в организм непосредственно из источников, расположенных вне тела, например, излучателей радионуклидов на поверхности земли, растворенных в воде или рассеянных в воздухе. Как правило, внешнее облучение происходит от материала, излучающего гамма-излучение, которое легко проникает через кожу и внутренние органы.Бета- и альфа-излучение от внешних источников гораздо менее проникающее и отдает свою энергию в основном на внешнем слое кожи. Следовательно, их вклад в поглощенную дозу от общей дозы на организм по сравнению с дозой, выделяемой гамма-лучами, может быть незначительным.

Определение дозы облучения людей в результате радиационного облучения — сложный вопрос. Трудно: (1) измерить внутренне количество энергии, фактически переданной органическому материалу, и сопоставить любые наблюдаемые эффекты с этим выделением энергии; и (2) учитывать и прогнозировать вторичные процессы, такие как эффекты столкновения или биологически инициированные эффекты, которые являются косвенным следствием первичного события взаимодействия.Радиационное облучение (мера плотности ионизации в воздухе) иногда используется в качестве суррогата дозы радиации в ткани от внешнего излучения. И экспозиция, и доза описаны ниже.

D.3.1. Экспозиция (Рентген)

Рентген (R) — это единица измерения рентгеновского или гамма-излучения и измеряется степенью ионизации воздуха, вызванной гамма- или рентгеновским излучением. Один рентген дает 2,58 × 10 −4 кулонов на килограмм воздуха. В случае гамма-излучения в обычно встречающемся диапазоне энергии фотонов запас энергии в ткани для воздействия 1 R составляет около 0.0096 джоулей (Дж) / кг ткани. Воздействие определяется только для ионизации рентгеновским и гамма-излучением в воздухе и часто неправильно заменяется термином доза.

D.3.2. Поглощенная доза (Гр, рад) и мощность поглощенной дозы (Гр / час, рад / час)

Поглощенная доза определяется как энергия, поглощенная из падающего излучения единицей массы ткани или органа (дм). Дифференциальное уравнение для поглощенной дозы:

  • m = масса, в которой была вложена энергия.

Единицей измерения поглощенной дозы в любой среде в системе СИ является Дж / кг со специальным названием Грей (Гр), где 1 Дж / кг = 10 000 эрг / грамм = 1 Гр.В исторической системе 0,01 Дж / кг = 100 эрг / г = 1 рад, поэтому 1 Гр = 100 рад. Для нейтронов поглощенная доза может быть оценена с использованием аналогичной метрики — кинетической энергии, выделяемой в веществе (керма). Керма — это сумма начальных кинетических энергий всех заряженных ионизирующих частиц, высвобождаемых в единице массы.

Поглощенная доза — это измеримая величина, поэтому для ее определения существуют основные национальные и международные стандарты. На практике поглощенная доза усредняется по объемам органа или ткани.Это позволяет суммировать поглощенную дозу как от внешних, так и от внутренних источников излучения. Для низких доз принятие теории линейного отсутствия порога (LNT) позволяет коррелировать дозу со степенью неблагоприятных детерминированных последствий для здоровья. Излучение, которое плохо проникает в ткани (низкоэнергетические рентгеновские лучи, бета-частицы и альфа-частицы), может вызывать неравномерное распределение поглощенной дозы, что приводит к различным последствиям для здоровья в органе или ткани. Примером может служить использование экранирования в лучевой терапии, чтобы опухоль почки получала смертельную дозу, сохраняя при этом как можно больше здоровых тканей, тем самым максимизируя оставшуюся функцию почек.

Внутренние и внешние поглощенные дозы, создаваемые источниками излучения, обычно не являются мгновенными, а распределяются в течение длительных периодов времени. Результирующая скорость изменения поглощенной дозы до небольшого объема массы называется мощностью поглощенной дозы, которая измеряется в Гр / единицу времени или рад / единицу времени.

В качестве грубого пересчета, воздействие 1 Р на воздухе приводит к поглощенной дозе в мягких тканях приблизительно 0,01 Дж / кг.

См. Текст ниже о других единицах измерения.

D.4. УСТРОЙСТВА РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

D.4.1. Эквивалентная доза (или эквивалент дозы)

Эквивалентная доза (международный термин) и эквивалент дозы (термин в США) — это величина радиационной защиты, используемая для установления пределов, которые помогают гарантировать, что детерминированные эффекты (например, повреждение конкретной ткани) поддерживаются в допустимых пределах. . Единица эквивалентной дозы в системе СИ — Дж / кг, имеет специальное название Зиверт (Зв) или бэр и обозначается сокращенно H T .Это специальная величина радиационной защиты, которая используется только в административных целях и в целях радиационной безопасности, чтобы выразить поглощенную дозу таким образом, чтобы учесть разницу в биологической эффективности различных видов ионизирующего излучения. Концепция эквивалентной дозы применима только к дозам, которые недостаточно велики для получения биомедицинских эффектов.

Эквивалентная доза в органе или ткани (H T ) определяется путем умножения поглощенной дозы на весовой коэффициент излучения и любые модифицирующие факторы в интересующем месте.Поглощенная доза в органе или ткани от излучения типа R (D T, R ) является измеряемой или оцениваемой величиной, в то время как весовой коэффициент излучения (ω R ) для каждого типа первичного излучения (ω R ) были изучены и даны рекомендации по их ценностям. Формула для расчета эквивалентной дозы:

H T = Σ R ω R D T, R . или Σ R Q R D T, R .

Весовой коэффициент излучения (ω) или коэффициент качества (Q) — это безразмерная величина, которая частично зависит от тормозной способности заряженных частиц и объясняет различия в биологической эффективности, обнаруживаемые между типами излучения. Первоначально относительная биологическая эффективность (ОБЭ) использовалась вместо ω или Q для определения количества rem, которое используется при оценке риска. NRC и DOE в США, а также ICRU и ICRP в большинстве остальных стран международного сообщества опубликовали значения для коэффициентов качества и весовых коэффициентов излучения, указанные в и.

Таблица D-3

Рекомендуемые значения факторов качества и весовых коэффициентов излучения.

Таблица D-4

Средние показатели качества, Q и плотность энергии на единицу эквивалентной дозы для моноэнергетических нейтронов.

Эквивалентная мощность дозы (или мощность эквивалента дозы в США) — это скорость изменения эквивалентной дозы (или эквивалента дозы) на органы и ткани во времени, и она выражается в Зв / единицу времени (или бэр / единицу времени).

D.4.2. Относительная биологическая эффективность

ОБЭ используется для обозначения экспериментально определенного отношения поглощенной дозы от одного типа излучения к поглощенной дозе эталонного излучения, необходимой для получения идентичного биологического эффекта в тех же условиях.Гамма-лучи от кобальта-60, цезия-137 и рентгеновские лучи 200–250 кэВ использовались в качестве эталонов. Термин ОБЭ широко используется в экспериментальной радиобиологии, а термин «весовой коэффициент излучения» используется в расчетах эквивалентной дозы для целей радиационной безопасности (ICRP 2007; NCRP 1971; UNSCEAR 1982). ОБЭ применяется только к определенной биологической конечной точке, при конкретном воздействии, в определенных условиях на определенные виды. Общепринятых значений ОБЭ нет.

Д.4.3 Эффективная доза или эквивалент эффективной дозы

В попытке сравнить стохастический (например, рак) ущерб от поглощенной дозы излучения в ограниченной части тела с ущербом от общей дозы на тело, МКРЗ (1977) разработал концепцию эффективный эквивалент дозы. МКРЗ изменил этот термин на эффективную дозу в 1990 году (ICRP 1990) и вновь ввел термин «эффективный эквивалент дозы» в 2007 году (ICRP 2007). Термин «эквивалент эффективной дозы» позволяет добавлять или напрямую сравнивать рак и генетический риск от различных частичных доз или доз для всего тела.В США термин «эффективный эквивалент дозы» в настоящее время используется NRC (NRC 2011) и DOE.

Подход с использованием эффективной дозы (или эффективного эквивалента дозы) был разработан для преодоления ограничений в использовании поглощенной дозы в качестве показателя стохастического воздействия ионизирующего излучения. Поглощенная доза обычно определяется как средняя поглощенная доза в органе или ткани. Это представляет собой упрощение реальной проблемы. Обычно, когда человек проглатывает или вдыхает радионуклид или подвергается воздействию внешнего излучения, которое проникает в организм (гамма), доза не является однородной по всему телу.

Упрощающее предположение состоит в том, что ущерб будет одинаковым независимо от того, облучается ли тело равномерно или неравномерно. Это потребовало разработки весового коэффициента ткани, который представляет собой оценочную долю стохастического риска, связанного с тканью, T, к стохастическому риску, когда все тело равномерно облучается для профессионального облучения при определенных условиях (ICRP 1977).

Эффективная доза (или эффективный эквивалент дозы) (H E ) взвешивается как для типа излучения (R), так и для типа ткани (T) и имеет формулу:

H E = Σ T ω T H T = Σ T ω T Σ R ω R D T, R ,

Весовые коэффициенты для выбранных тканей перечислены в.

Таблица D-5

Коэффициенты взвешивания тканей для расчета эффективной дозы (или эквивалента эффективной дозы) для выбранных 1 тканей.

ICRU (1980), ICRP (1984) и NCRP (1985) рекомендовали заменить термины рад, рентген, кюри и бэр единицами СИ: грей (Гр), кулон на килограмм (Кл / кг), Беккерель (Бк) и зиверт (Зв) соответственно. Взаимосвязь между историческими единицами измерения и международной системой единиц (СИ) для радиологических величин показана на рис.

Таблица D-6

Сравнение обычных единиц измерения и единиц СИ для величин излучения.

D.4.4. Рабочие уровни и месяцы рабочего уровня (для рад в дозиметрии)

Рабочий уровень (WL) — это мера атмосферной концентрации радона и его короткоживущих дочерних продуктов. Один WL определяется как любая комбинация короткоживущих дочерних продуктов радона (через полоний-214 [ 214 Po]) на литр воздуха, что приводит к испусканию 1,3 × 10 5 МэВ альфа-энергии.Концентрация активности 100 пКи 222 Rn / л воздуха в равновесии с его потомством приблизительно соответствует потенциальной концентрации альфа-энергии 1 WL. Блок WL также можно использовать для торона или 220 Rn. В этом случае 1,3 × 10 5 МэВ альфа-энергии (1 WL) высвобождается 7,5 pCi 220 Rn / л в равновесии со своим потомством. Потенциальное воздействие альфа-энергии на майнеров обычно выражается в месяце рабочего уровня (WLM). Один WLM соответствует ингаляционной концентрации 1 WL за базовый период в 170 часов или, в более общем случае,

WLM = концентрация (WL) × время воздействия (месяцы) / (один «месяц» = 170 рабочих часов).

D.5. Дозиметрические модели

Дозиметрические модели используются для оценки дозы от радиоактивных веществ, депонированных внутри. Модели для внутренней дозиметрии учитывают количество радионуклидов, попадающих в организм, факторы, влияющие на их перемещение или перенос через тело, распределение и удержание радионуклидов в организме, а также энергию, депонированную в органах и тканях за счет излучения, испускаемого во время спонтанного процессы распада. На схему дозировки радиоактивных материалов в организме может сильно влиять путь поступления материала.Для промышленных рабочих наиболее частыми были вдыхание радиоактивных частиц с отложениями в легких и колотых ран с подкожными отложениями. Население в целом подвергалось воздействию низких уровней естественных радионуклидов, а также искусственных радионуклидов, используемых в процедурах ядерной медицины и выбрасываемых из установок по производству изотопов, испытаний ядерного оружия, операций и аварий ядерных реакторов, в результате проглатывания, вдыхания и внешнего облучения.

В моделях внешней дозиметрии учитываются только дозы фотонов (и дозы нейтронов, если применимо) для органов людей, которые находятся в воздухе или подвергаются воздействию загрязненного объекта.

D.5.1. Проглатывание

Проглатывание радиоактивных материалов наиболее вероятно при употреблении пищи или питьевой воды, содержащей радиоактивный материал природного происхождения и, возможно, также загрязненной искусственными радионуклидами. Кроме того, часть вдыхаемых радионуклидов, первоначально отложившихся в легких, переместится в горло и будет проглочена. Проглатывание достаточного количества радиоактивного материала может вызвать токсические эффекты в результате либо абсорбции радионуклида, либо облучения желудочно-кишечного тракта во время прохождения через тракт, либо комбинации того и другого.Доля радиоактивного материала, абсорбированного из желудочно-кишечного тракта, варьируется в зависимости от конкретного элемента, физической и химической формы проглоченного материала, диеты, а также некоторых других метаболических и физиологических факторов. Поглощение некоторых элементов зависит от возраста, обычно в очень молодом возрасте.

D.5.2. Вдыхание

Нос и рот долгое время считались основными воротами для проникновения как нерадиоактивных, так и радиоактивных материалов.Осаждение частиц в легких в значительной степени зависит от размера и формы вдыхаемых частиц (иногда называемых средним атмосферным аэродинамическим диаметром или AMAD). После осаждения частицы ее удерживание будет зависеть от физических и химических свойств пыли и физиологического состояния легких. Удержание частицы в легких зависит от места осаждения, а также от физических и химических свойств частиц. Обратной стороной легочной задержки является легочный клиренс.Есть три различных механизма очистки, которые действуют одновременно. Цилиарный клиренс действует только в верхних дыхательных путях. Второй и третий механизмы действуют в основном в глубоких дыхательных путях. Это фагоцитоз и абсорбция. Фагоцитоз — это поглощение инородных тел альвеолярными макрофагами и их последующее удаление либо вверх по цилиарному «эскалатору», либо путем попадания в лимфатическую систему. Некоторые вдыхаемые растворимые частицы всасываются в кровь и перемещаются в другие органы и ткани.

D.5.3. Внутренние излучатели

Внутренний излучатель — это радионуклид, находящийся внутри тела. Поглощенная доза от осажденных внутри радиоизотопов зависит от энергии, поглощаемой на единицу ткани облучаемой тканью. Для радиоизотопа, равномерно распределенного в бесконечно большой среде, концентрация поглощенной энергии должна быть равна концентрации энергии, испускаемой изотопом. Бесконечно большую среду можно аппроксимировать массой ткани, размеры которой превышают радиус действия частицы.Все альфа- и большая часть бета-излучения будет поглощаться опорным органом (или тканью). Гамма-излучающие изотопы представляют собой проникающее излучение, и значительная часть гамма-энергии может не поглощаться тканями. Доза для органа или ткани является функцией эффективного полупериода удерживания, энергии, высвобождаемой в ткани, количества первоначально введенной радиоактивности и массы органа или ткани.

D.6. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Когда биологический материал подвергается воздействию ионизирующего излучения, происходит цепочка клеточных событий, когда ионизирующая частица проходит через биологический материал.Был предложен ряд теорий для описания взаимодействия излучения с биологически важными молекулами в клетках и объяснения причиняемого этим взаимодействием ущерба биологическим системам. Многие факторы могут изменить реакцию живого организма на заданную дозу радиации. Факторы, связанные с воздействием, включают мощность дозы, энергию излучения и временную картину воздействия (например, длительное или дробное воздействие). Биологические соображения включают такие факторы, как вид, возраст, пол и часть тела, подверженную воздействию.Было опубликовано несколько превосходных обзоров биологических эффектов радиации, и читатель может обратиться к ним для более глубокого обсуждения (Brodsky 1996; Klaassen 2001; Hobbs and McClellan 1986; ICRP 1984; Mettler and Moseley 1985; Rubin and Casarett 1968 г.).

D.6.1. Радиационные эффекты на клеточном уровне

Согласно Меттлеру и Мозли (1985), при высоких дозах до 10 рад (100 мГр) могут возникать однонитевые разрывы в ДНК. Эти однонитевые разрывы можно быстро устранить.При дозах в диапазоне 0,5–5 Гр (50–500 рад) вероятны непоправимые двухцепочечные разрывы ДНК, что приведет к репродуктивной гибели клетки после одного или нескольких делений облученной родительской клетки. При больших дозах радиации, обычно превышающих 5 Гр (500 рад), прямая гибель клеток до деления (межфазная гибель) может происходить из-за прямого взаимодействия свободных радикалов с по существу клеточными макромолекулами. Также могут наблюдаться морфологические изменения на клеточном уровне, степень тяжести которых зависит от дозы.

Чувствительность различных типов клеток различается. Согласно закону Бергони-Трибондо, чувствительность клеточных линий прямо пропорциональна их митотической скорости и обратно пропорциональна степени дифференцировки (Mettler and Moseley 1985). Рубин и Касаретт (1968) разработали систему классификации, которая классифицирует клетки по типу, функциям и митотической активности. Категории варьируются от наиболее чувствительного типа, «вегетативные интермитотические клетки», обнаруженные в стволовых клетках костного мозга и желудочно-кишечного тракта, до наименее чувствительного типа клеток, «фиксированных постмитотических клеток», обнаруживаемых в поперечно-полосатых мышцах или долгоживущих. нервные ткани.

Клеточные изменения могут привести к гибели клеток, которая, если она обширна, может вызвать необратимое повреждение органа или ткани или может привести к смерти человека. Если клетка восстанавливается, метаболизм и функция могут изменяться, что может быть восстановлено или может привести к проявлению клинических симптомов. Эти изменения могут также позже проявиться в виде опухолей, клеточных мутаций или трансформированной ткани (рубцовой ткани), что может привести к аномальной ткани или нарушению функции.

D.6.2. Радиационные эффекты на уровне органов

В большинстве органов и тканей повреждение и лежащий в основе его механизм являются сложными и могут включать сочетание событий. Степень и серьезность этого тканевого повреждения зависят от радиочувствительности различных типов клеток в этой системе органов. Рубин и Касаретт (1968) описывают и схематически отображают события, происходящие после облучения в нескольких типах систем органов. К ним относятся: система быстрого обновления, например слизистая желудочно-кишечного тракта; система медленного обновления, такая как легочный эпителий; и необновляемая система, такая как нервная или мышечная ткань.В системе быстрого обновления повреждение органа происходит в результате прямого разрушения высокочувствительных клеток, таких как стволовые клетки костного мозга. Травма также может быть результатом сужения микроциркуляции, а также отека и воспаления базальной мембраны, обозначенной как гистогематический барьер (HHB), которая может прогрессировать до фиброза. В системах с медленным обновлением и без возобновления облучение может иметь незначительное влияние на паренхиматозные клетки, но окончательная атрофия паренхимы и смерть в течение нескольких месяцев являются результатом фиброза HHB и закупорки микроциркуляции.

D.6.3. Воздействие низкого уровня радиации

Рак — это основной скрытый вредный эффект, вызываемый ионизирующим излучением, и тот, который беспокоит большинство людей, подвергающихся радиационному воздействию. Способность альфа-, бета- и гамма-излучения вызывать рак практически во всех тканях и органах лабораторных животных была хорошо продемонстрирована, в то время как радиогенный рак не наблюдался в некоторых тканях и органах человека. Развитие рака — это не мгновенный эффект. У людей лучевая лейкемия имеет самый короткий латентный период — 2 года, рак щитовидной железы после Чернобыля обнаружился у детей примерно через четыре года после аварии, в то время как другие радиационно-индуцированные раковые заболевания имеют латентный период> 20 лет.Для нерадиогенного рака была выдвинута гипотеза, что либо механизмы восстановления эффективно защищают человека, либо латентный период превышает текущую продолжительность жизни человека (Raabe 2010). Механизм, с помощью которого в живых клетках индуцируется рак, сложен и является предметом интенсивных исследований. Воздействие ионизирующего излучения может вызвать рак; однако некоторые участки встречаются чаще, чем другие, например, грудь, легкие, желудок и щитовидная железа.

ДНК является основной молекулой-мишенью при воздействии ионизирующего излучения.Другие макромолекулы, такие как липиды и белки, также подвержены риску повреждения при воздействии ионизирующего излучения. Генотоксичность ионизирующего излучения является областью интенсивных исследований, поскольку повреждение ДНК в конечном итоге является причиной многих неблагоприятных токсикологических эффектов, приписываемых ионизирующему излучению, включая рак. Повреждение генетического материала также является основным фактором развития или тератогенных эффектов.

Имеются ограниченные данные о нераковых воздействиях на человека при низких дозах радиации.Сообщалось, что нераковые эффекты связаны с популяцией японцев, переживших атомную бомбу, и включают неврологические и сердечно-сосудистые эффекты. Неврологические эффекты наблюдались у плодов, подвергшихся немедленному облучению во время взрывов, когда они находились на 8-15 неделях беременности, в меньшей степени на 16-25 неделях и не наблюдались в другие периоды развития. Сообщалось о сердечно-сосудистых эффектах у выживших после атомной бомбардировки после 60 лет наблюдения. Они включают статистически значимое увеличение сердечных заболеваний (% повышенного относительного риска на Гр с 95% доверительным интервалом = 14 [6–23]% / Гр, p <0.001) и нестатистически значимое увеличение частоты инсульта (9 [1–17]% / Гр, p = 0,02) выше дозы 0,5 Гр. Эти вызванные радиацией эффекты кровообращения могут быть усилены другими факторами, такими как курение, повреждение микрососудов в почках и связанная с этим гипертензия, высокий уровень холертерола в сыворотке крови, диабет и инфекция.

ССЫЛКИ ДЛЯ ПРИЛОЖЕНИЯ D

  1. ATSDR. Токсикологический профиль тория. Атланта, Джорджия: Министерство здравоохранения и социальных служб США. Служба общественного здравоохранения.Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний; 1990a.

  2. ATSDR. Токсикологический профиль радия. Атланта, Джорджия: Министерство здравоохранения и социальных служб США. Служба общественного здравоохранения. Агентство токсичных веществ и регистрации заболеваний; 1990b.

  3. ATSDR. Токсикологический профиль радона. Атланта, Джорджия: Министерство здравоохранения и социальных служб США. Служба общественного здравоохранения. Агентство токсичных веществ и регистрации заболеваний; 1990c.

  4. ATSDR.Токсикологический профиль урана. Атланта, Джорджия: Министерство здравоохранения и социальных служб США. Служба общественного здравоохранения. Агентство токсичных веществ и регистрации заболеваний; 1999.

  5. BEIR III. Комитет по биологическому действию ионизирующих излучений, Национальный исследовательский совет. Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия прессы; 1980. Влияние на население воздействия низких уровней ионизирующего излучения.

  6. БЕЙР IV. Комитет по биологическому действию ионизирующих излучений, Национальный исследовательский совет.Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия прессы; 1988. Риски для здоровья, связанные с радоном и другими внутренне депонированными альфа-излучателями. [PubMed: 25032289]
  7. BEIR V. Комитет по биологическим эффектам ионизирующих излучений, Национальный исследовательский совет. Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия прессы; 1988. Влияние на здоровье воздействия низких уровней ионизирующего излучения.

  8. Бродский А.А. Обзор радиационных рисков и токсичности урана с применением к решениям, связанным с критериями ликвидации последствий вывода из эксплуатации.Хеврон, Коннектикут: публикации RSA; 1996.

  9. Цембер Х. Введение в физику здоровья. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу Хилл; 1996.

  10. Cember H, Johnson T. 2007.

  11. Early P, Razzak M, Sodee D. Технология ядерной медицины. 2-е изд. Сент-Луис: C.V. Компания Мосби; 1979.

  12. Эйхгольц Г. Экологические аспекты ядерной энергетики. Анн-Арбор, Мичиган: Ann Arbor Science; 1982.

  13. Хенди В. Радиоактивные изотопы в биологических исследованиях.Нью-Йорк, Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья; 1973.

  14. Хоббс К., Макклеллан Р. Радиация и радиоактивные материалы. В: Дулл Дж. И др., Редакторы. Токсикология Касаретта и Дулла. 3-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Macmillan Publishing Co., Inc .; 1986. С. 497–530.

  15. МКРЗ. Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите. Публикация МКРЗ 26. Оксфорд: Pergamon Press; 1977 г. Международная комиссия по радиологической защите.

  16. МКРЗ.Пределы поступления радионуклидов рабочими. Публикация МКРЗ 20. Оксфорд: Pergamon Press; 1979. Международная комиссия по радиологической защите.

  17. МКРЗ. Публикация 30. Международная комиссия по радиологической защите. Pergamon Press; 1979. Пределы поступления радионуклидов рабочими.

  18. МКРЗ. Сборник основных концепций и количеств, используемых МКРЗ. Публикация МКРЗ 42. Оксфорд: Pergamon Press; 1984. Международная комиссия по радиологической защите.[PubMed: 6537725]
  19. ICRP. Международная комиссия по радиологической защите, 1990 г. Рекомендации МКРЗ. 1990.

  20. МКРЗ. Публикация № 103, Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 г. МКРЗ. 2007. 37 (2–4): 1–332. [PubMed: 18082557]
  21. ICRU. Отчет ICRU № 33. Вашингтон, округ Колумбия: 1980. Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям.

  22. Джеймс А. Пересмотр клеток, подверженных риску, и других ключевых факторов в дозиметрии дочерних радонов.В: Хопке П., редактор. Радон и продукты его распада: возникновение, свойства и влияние на здоровье. Серия симпозиумов ACS 331. Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество; 1987. С. 400–418.

  23. Джеймс А., Рой М. Дозиметрические модели легких. В: Гербер Г. и др., Редакторы. Возрастные факторы в метаболизме и дозиметрии радионуклидов. Бостон: Издательство Martinus Nijhoff; 1987. С. 95–108.

  24. Кондо С. Воздействие на здоровье низкоуровневой радиации. Осака, Япония: Kinki University Press; 1993 г.(можно получить в издании Medical Physics Publishing, Мэдисон, Висконсин).

  25. Като Х., Шулль В. Исследования смертности выживших после взрыва атомной бомбы. Отчет 7 Часть 8, Смертность от рака среди выживших после атомной бомбардировки, 1950–78. Radiat Res. 1982; 90: 395–432. [PubMed: 7079470]
  26. Klaassen. Токсикология Касаретта и Дулла: фундаментальная наука о ядах. Макгроу-Хилл; 2001.

  27. LBL. Атомно-ядерные свойства материалов: нейтрон (n). Лаборатория Лоуренса Беркли; 2011 г.[7 декабря 2011 г.]. .

  28. Меттлер Ф., Мозли Р. Медицинские эффекты ионизирующего излучения. Нью-Йорк: Грюн и Страттон; 1985.

  29. Накамура. Группа данных о частицах. Обзор физики элементарных частиц и частичное обновление 2011 года. J Phys G. 2012; 37 [7 декабря 2011 г.]; 075021..

  30. НКРЗ. Национальный совет по радиационной защите и измерениям. Отчет № 39. Вашингтон, округ Колумбия: 1971. Основные критерии радиационной защиты.

  31. НКРЗ.Национальный совет по радиационной защите и измерениям. Отчет № 58. 2-е изд. Bethesda, MD: 1985. Справочник по методикам измерения радиоактивности.

  32. НКРЗ. Национальный совет по радиационной защите и измерениям. Отчет 115. Бетесда, Мэриленд: 1993. Оценка риска для радиационной защиты.

  33. NRC. Электронный свод федеральных правил. Название 10: Энергия. Часть 20-Нормы защиты от радона. Подчасть A-Общие положения. § 20.1003 Определения. 2012a. [27 января 2012 г.]. .

  34. NRC. Электронный свод федеральных правил. Название 10: Энергия. Часть 20-Нормы защиты от радона. Подчасть A-Общие положения. § 20.1004 Единицы дозы облучения. 2012b. [27 января 2012 г.]. .

  35. Оганесян Ю.Т., Абдуллин Ф.С., Бейли П.Д. и др. Синтез нового элемента с атомным номером Z = 117. Phys Rev Lett. 2010; 104 (14) 142502-1 по 142402-4. [PubMed: 20481935]
  36. Отаке М., Шулл В.Технический отчет RERF TR 1-83. Япония: Фонд исследования радиационных эффектов; 1984. Умственная отсталость у детей, подвергшихся внутриутробному воздействию атомных бомб: переоценка.

  37. Раабе О.Г. Относительно воздействия на здоровье радионуклидов, депонированных внутри страны. Здоровье Phys. 2010. 98 (3): 515–536. [PubMed: 20147792]
  38. Рубин П., Касаретт Г. Клиническая лучевая патология. Филадельфия: З, Б. Компания Сандерс; 1968. стр. 33.

  39. Schull WJ. Влияние пренатального воздействия ионизирующего излучения на оценку интеллекта в Хиросиме и Нагасаки: сравнение дозиметрических систем T65DR и DS86.Япония: Фонд исследования радиационных эффектов; 1988.

  40. Shimizu Y, Kodama K, Nishi N, et al. Радиационное облучение и риск сердечно-сосудистых заболеваний: данные о выживших после атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасайка, 1950–2003 гг. Брит Мед Дж. 2010; 340: b5349. [Бесплатная статья PMC: PMC2806940] [PubMed: 20075151]
  41. Thisgaard H, Jensen M, Elema DR. Производство радиоизотопов в средних и крупных масштабах для направленной лучевой терапии с использованием небольшого циклотрона для ПЭТ. Appl Radiat Isot. 2001; 69 (1): 1–7. [PubMed: 20724171]
  42. НКДАР ООН.Источники и эффекты ионизирующего излучения. Нью-Йорк: Организация Объединенных Наций; 1977 г. Научный комитет Организации Объединенных Наций по действию атомной радиации.

  43. НКДАР ООН. Ионизирующее излучение: источники и биологические эффекты. Нью-Йорк: Организация Объединенных Наций; 1982. Научный комитет Организации Объединенных Наций по действию атомной радиации.

  44. НКДАР ООН. Генетические и соматические эффекты ионизирующего излучения. Нью-Йорк: Организация Объединенных Наций; 1986. Научный комитет Организации Объединенных Наций по действию атомной радиации.

  45. НКДАР ООН. Источники, эффекты и риски ионизирующего излучения. Нью-Йорк: Организация Объединенных Наций; 1988. Научный комитет Организации Объединенных Наций по действию атомной радиации.

  46. НКДАР ООН. Источники и эффекты ионизирующего излучения. Нью-Йорк: Организация Объединенных Наций; 1993. Научный комитет Организации Объединенных Наций по действию атомной радиации.

  47. USNRC. Раздел 10 Свода федеральных нормативных актов, часть 20.1003. Вашингтон, округ Колумбия: Комиссия по ядерному регулированию США; 2011a.[9 декабря 2011 г.]. .

  48. USNRC. Заголовок 10 Свод федеральных правил, часть 20, таблица 1004 (b) .1. Вашингтон, округ Колумбия: Комиссия по ядерному регулированию США; 2011. [9 декабря 2011 г.]. .

Физика — ионизирующее излучение — Бирмингемский университет

Ионизирующее излучение — это любой тип излучения, обладающий такой большой энергией, что может освободить электроны от атомов. Это означает, что он имеет короткую длину волны в электромагнитном спектре: УФ, рентгеновское и гамма-излучение.

Что такое ионизирующее излучение?

Ионизирующее излучение окружает нас повсюду и не обязательно вредно. Космические лучи — это высокоэнергетические частицы, исходящие из внешней солнечной системы. Они интересны ученым, потому что обычно имеют энергию, в миллионы раз превышающую ту, которую мы могли бы когда-либо достичь с помощью ускорителя элементарных частиц. При столкновении с атмосферой Земли космические лучи сталкиваются с атомами и молекулами, вызывая вторичный ливень излучающих частиц.Однако к тому времени, когда эти частицы достигают поверхности Земли, они уже не очень вредны. Однако некоторая радиация, безусловно, может быть вредной. Любой материал, который подвергается самопроизвольному распаду, считается радиоактивным. Процесс является стохастическим и будет испускать либо альфа-частицы, которые наименее проникают (можно остановить листом бумаги), бета-частицы, которые достаточно проникают (могут быть остановлены листом алюминия), либо гамма-частицы, которые очень проникают ( остановился бетонной плитой).

Поскольку ионизирующее излучение не видно невооруженным глазом, чтобы выяснить, представляет ли ионизирующее излучение угрозу для здоровья, мы можем измерить скорость падающих частиц с помощью трубки Гейгера-Мюллера и счетчика.

Как мы измеряем ионизирующее излучение?

Как мы измеряем ионизирующее излучение?

Как применить закон обратных квадратов?

Счетчик Гейгера может сказать нам, сколько общих отсчетов обнаруженного излучения, и более сложные счетчики иногда также могут рассчитать частоту.Измеряя скорость счета на различных расстояниях, мы можем показать, что интенсивность ( I ) обратно пропорциональна квадрату расстояния ( d ). NB I0 — интенсивность излучения на источнике.

Это закон обратных квадратов. Это применимо к любому точечному источнику, который распространяет свое влияние одинаково во всех направлениях, поэтому применимо к гравитации, электрическим полям, звуку и электромагнитному излучению. Поскольку к свету применяется закон обратных квадратов, это можно продемонстрировать с помощью аналогичной экспериментальной установки с источником света вместо радиоактивного источника и детектором интенсивности вместо счетчика Гейгера.

Из этого соотношения мы можем сказать, что, построив обратную скорость счета в зависимости от квадрата расстояния, мы должны получить линейный график. Поскольку радиоактивный источник обычно заключен в защитный материал, пересечение графика позволяет определить интенсивность источника ( I0 ).

Обратите внимание, что радиоактивный источник может быть не единственным источником излучения, поэтому перед началом измерения следует провести измерение фонового излучения и вычесть его из общего количества.Также для получения более точного результата следует записать общее количество отсчетов за большой интервал времени и повторить измерения несколько раз.

Что такое приложения «реального мира»?

Тема излучения очень широка и имеет сотни приложений за пределами классной комнаты. Медицинские и стоматологические рентгеновские аппараты пропускают через тело высокоэнергетическое излучение, которое обнаруживается с другой стороны. Поскольку плотность костей и других посторонних предметов отличается от плотности тканей тела, они поглощают разное количество радиации и позволяют нам их идентифицировать.В археологии радиоактивные изотопы используются для углеродного датирования окаменелостей. Изотопы углерода распадаются с постоянной скоростью, определяемой их периодом полураспада — временем, за которое радиоактивность снижается вдвое. Углерод-14 постоянно образуется в верхних слоях атмосферы Земли и включается в живые существа по мере их роста и дыхания. Но этот процесс останавливается, когда организм умирает. Поскольку период полураспада углерода-14 составляет приблизительно 5700 лет, это измерение может дать очень точное указание на то, когда этот организм умер, поскольку это было от нескольких сотен до 50 000 лет назад.

В Университете Бирмингема космические лучи представляют особый интерес как для физиков элементарных частиц, так и для астрономов. В физике элементарных частиц эти космические лучи имеют гораздо более высокие энергии, чем все, что мы можем произвести в ускорителе элементарных частиц. Частицы высокой энергии полезны для разрушения существующих атомов, чтобы узнать об их внутренней структуре. Университет является частью международного сотрудничества HiSPARC, которое позволяет школам приобретать детекторы космических лучей и устанавливать их на школьных зданиях.Эти детекторы собирают важную информацию о космических лучах, которая может быть интерпретирована университетом и опубликована в исследовательских работах. В астрономии космические лучи представляют собой большую проблему для космических телескопов, поскольку они добавляют нежелательный шум к наблюдениям. Их моделирование и понимание очень важны, особенно в связи со следующим большим космическим телескопом (Космический телескоп Джеймса Уэбба), который должен быть запущен в 2018 году, и космическим детектором гравитационных волн, запланированным на 2034 год.

Следующие шаги

Эти ссылки предоставляются только для удобства и в информационных целях; они не означают одобрения или одобрения Бирмингемским университетом какой-либо информации, содержащейся на внешнем веб-сайте.Бирмингемский университет не несет ответственности за точность, законность или содержание внешнего сайта или последующих ссылок. Пожалуйста, свяжитесь с внешним сайтом для получения ответов на вопросы относительно его содержания.

Radiation Physics and Chemistry — Journal

Radiation Physics and Chemistry — это многопрофильный журнал, который обеспечивает среду для публикации существенных и оригинальных статей, обзоров и коротких сообщений, посвященных исследованиям и разработкам, связанным с ионизирующим излучением в излучении физика , радиационная химия и радиационная обработка .

Radiation Physics and Chemistry стремится публиковать статьи, имеющие значение для международной аудитории, содержащие существенную новизну и вклад в науку. Мы ожидаем, что в статьях будут представлены новые идеи или проверка гипотез, что они будут посвящены радиационным эффектам или применениям ионизирующего излучения, предоставят неопределенности и статистический анализ, где это уместно, и представят свои выводы в контексте обсуждения прошлой и недавней литературы. Редакция оставляет за собой право отклонять статьи, не соответствующие этим критериям, с внешним рецензированием или без такового.Это могут быть статьи, которые очень похожи на предыдущие публикации, за исключением того, что целевые субстраты, материалы, анализируемые участки или экспериментальные методы были изменены.

Более полный, но не исчерпывающий список тем, которые рассматриваются для публикации, включает:

Радиационная физика

Фундаментальные процессы в радиационной физике
• Механизмы взаимодействия, например, рассеяние и поглощение излучения фотонов и частиц
• Коэффициенты ослабления
• Рентгеновская флуоресценция
• Эффект Черенкова
• Поляризация
• Эффекты периодических структур (дифракция Брэгга, каналирование, параметрическое рентгеновское излучение и т. Д.)
• Математические методы в радиационной физике, справочные данные

Источники и детекторы излучения
• Спектры ускорителя и радионуклидов и другие свойства
• Радиационные поля от точечных и протяженных источников
• Функции отклика детектора
• Базовые физики дозиметрии
• Перенос излучения
• Факторы нарастания

Радиационная химия

• Ионизирующее излучение i вызванные ионные и радикальные реакции
• Кинетика и механизм реакций радиолиза
• Метод и измерения импульсного радиолиза
• Производство наночастиц ионизирующим излучением
• Цепные реакции, индуцированные излучением, полимеризация
• Воздействие облучения на полимеры
• Эффекты дозы и мощности дозы
• Воздействие ЛПЭ на химические реакции
• Удаление загрязнителей ионизирующим излучением
• Вычислительные модели радиационно-химических реакций

Считается, что статьи по фотохимии, микроволновой химии и термохимии относятся к сфере RPC только в том случае, если они имеют большое отношение к радиационной химии.Документы EPR будут рассматриваться для публикации только в том случае, если метод используется для выяснения радиационно-химических процессов, например путем определения природы переходных промежуточных продуктов. Статьи по радиохимии, такие как радиоактивные индикаторы, измерения радона или других радионуклидов, изотопные составы выходят за рамки журнала.

Радиационная обработка

Радиационная стерилизация
• Микробиология
• Токсикология
• Биосовместимость
• Валидация

Облучение пищевых продуктов
• Микробиологическое качество
• Обнаружение радиоактивных веществ

9000 • Химические эффекты
• Обнаружение радиоактивных веществ
• Синтез
• Полимеризация
• Отверждение
• Прививка
• Сшивание
• Деградация
• Композиты

Окружающая среда
• Отработанный газ
• Сточные воды
• Очистка воды • Повторное образование осадка
• Снижение токсичности
отходы

Радиационное воздействие
• Полупроводники
• Драгоценные камни
• Кристаллы
• Керамика

Дозиметрия и контроль процесса
• Дозиметрические системы
• Аналитические приборы
• Влияние на окружающую среду
• Неопределенность измерения

Источники излучения и оборудование для радиационной обработки
• Электронные ускорители
• Гамма- и рентгеновское оборудование
• Вопросы безопасности
• Транспортировка радиоизотопов

Ионизирующее излучение и человек — основы

Х.М. Досс


Большинство людей опасаются ионизирующего излучения. Несомненно, это может привести к смерти, если мы подвергаемся слишком сильному воздействию, и самый последний символ этого явления дает понять, что нужно держаться от него подальше. Однако ионизирующее излучение, как и многие другие вещи, неплохо, если живой организм не подвергается его слишком большому воздействию.

Альфа-распад: ядро ​​испускает альфа-частицу, идентичную ионизированному ядру гелия.


Бета-минус-распад происходит, когда нейтрон в ядре атома превращается в протон, а электрон и антинейтрино выбрасываются из ядра атома.При бета-положительном распаде протон превращается в нейтрон и позитрон (аналогично электрону, но с положительным зарядом), а нейтрино выбрасываются из ядра.

Ионизирующее излучение — это любой тип частиц или электромагнитной волны, которые несут достаточно энергии для ионизации или удаления электронов из атома. Есть два типа электромагнитных волн, которые могут ионизировать атомы: рентгеновские лучи и гамма-лучи, и иногда они имеют одинаковую энергию. Гамма-излучение возникает в результате взаимодействия внутри ядра, в то время как рентгеновские лучи производятся вне ядра электронами.Официально существует два типа ионизирующего излучения, которые представляют собой энергичные частицы, испускаемые во время взаимодействия внутри ядра. Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, или ядра гелия. Бета-частица — это либо позитрон, либо электрон. Нейтроны, испускаемые во время некоторых процессов ядерного распада, часто считаются ионизирующими частицами, но на самом деле они не ионизируют атом напрямую. Нейтроны взаимодействуют с другим ядром, что может привести к вторичному процессу с участием ионизирующего излучения.

Чем опасно ионизирующее излучение? Когда атомы в живых клетках становятся ионизированными, обычно происходит одно из трех: клетка умирает, клетка восстанавливается сама, или клетка неправильно мутирует и может стать злокачественной. Не все клетки одинаково подвержены воздействию ионизирующего излучения. Клетки, которые размножаются больше всего и наименее специализированы, с наибольшей вероятностью пострадают от ионизирующего излучения, например клетки формирующегося плода. 1

Радиация эффективна при лечении рака, потому что она может убивать раковые клетки, но она также может убивать или повреждать близлежащие клетки.Когда радиация используется для лечения рака, ее необходимо точно определять. Новые технологии, похожие на методы визуализации, используемые при компьютерной томографии, называемые томотерапией, помогают точно определить лучевую терапию. 2 Томотерапия позволяет радиологам применять ионизирующую энергию непосредственно по периметру и внутри опухоли, избегая при этом здоровых клеток, окружающих ее. Некоторые агрессивные виды рака, такие как рак печени, лечат с помощью нового внутреннего метода или лучевой терапии. Отправленные через артерию, питающую печень, микроскопические инкапсулированные сферы, содержащие радиоактивные изотопы, проникают непосредственно в печень и разрушают раковые клетки. 3 Несмотря на то, что этот вид лечения является новым, внутренняя лучевая терапия не нова. Внутреннее лучевое лечение называется брахитерапией. 4 Национальный институт рака содержит множество информации о лучевой терапии рака и других методах лечения рака.

Нас окружает радиационный фон. Многие радиоактивные вещества существуют в природе и находятся в породах и почве Земли. Большинство цемента, керамогранита и гранита содержат некоторые радиоактивные частицы, но их уровень не так высок.Атомные электростанции используют природные ресурсы Земли. Топливные стержни в ядерном реакторе сделаны из циркония и таблеток природного урана, который был обработан людьми, поэтому он содержит более высокий процент изотопа урана-235. Этот изотоп возникает естественным образом, и в процессе его ядерного распада выделяется больше энергии. Эти топливные стержни помещаются в воду, и вода нагревается из-за ионизирующей энергии, излучаемой процессами ядерного распада, которые происходят в топливных стержнях. Нагретая вода создает очень горячий (550˚F) пар.Пар толкает турбину, заставляя ее вращаться, и при этом вырабатывается электричество. 5 Чтобы узнать больше об атомной энергетике, щелкните эту ссылку. 6

Проект АЭС с водо-водяным реактором (PWR):

1. реакторный блок 2. градирня 3. реактор 4. регулирующий стержень 5. опора давления 6. парогенератор 7. топливный элемент 8. турбина 9. генератор 10. трансформатор 11. конденсатор 12. газообразный 13. жидкость 14. воздух 15.воздух (влажный) 16. река 17. циркуляция охлаждающей воды 18. первичный контур 19. вторичный контур 20. водяной пар 21. насос

Когда живые организмы подвергаются незначительному фоновому излучению, это в целом оказывает очень незначительное влияние на организм. Когда происходит радиационное облучение в больших количествах, даже если оно кратковременное, может произойти повреждение, радиационное отравление и даже смерть. Научное сообщество не достигло консенсуса 7 в отношении воздействия очень низких доз радиации (менее 10 бэр), как описано Radiation Answers Organization, веб-сайтом, созданным Обществом физики здоровья, состоящим из экспертов в этой области.Однако ученые полностью согласны с тем, что дозы более 50 бэр вызывают заметные последствия для здоровья. Единица «бэр» — это количество или доза радиации, которую получает человек. У организации Radiation Answers есть таблица с описанием воздействия радиации на людей на веб-сайте Radiation Answers Organization. Многие вопросы, вызывающие беспокойство, связанные с облучением нашей пищи и воздействием гранитных столешниц 8 (все безопасно, не волнуйтесь!), Рассматриваются на веб-сайте информационных бюллетеней Общества физиков здоровья и на веб-сайте часто задаваемых вопросов.

Эксперты определили, что воздействие доз 10-50 бэр может увеличить ваши шансы на рак и будет иметь заметные краткосрочные эффекты на клетки крови. Дозы между 50-100 бэр в течение короткого времени оказывают заметное воздействие, а в течение длительного времени увеличивают ваши шансы на рак. При дозе выше 100 бэр, если вы получите дозу за короткий промежуток времени, у вас может возникнуть тошнота, и вам потребуется медицинская помощь. Прием более 500 бэр за короткий промежуток времени может привести к смерти в течение нескольких дней.

Мы радиоактивны

Если вы едите банан в день в течение года, вы подвергаетесь воздействию примерно 3,6 мбэр из-за содержания калия в банане, но не волнуйтесь, этого недостаточно, чтобы навредить вам.

В повседневной жизни мы подвергаемся облучению в 5 мбэр каждый раз, когда летим туда и обратно через Соединенные Штаты. Приемлемое среднее количество радиации в наших домах от производства газообразного радона (естественного происхождения) составляет около 200 мбэр в год. Даже в наших телах есть радиоактивные изотопы! Калий-40 — это встречающийся в природе радиоактивный изотоп, и хотя он составляет невысокий процент от всего калия в мире, его доля составляет 0.012% калия всего мира. Нам нужен калий, чтобы выжить, а 0,012% калия в нашем организме радиоактивно. Мы подвергаемся воздействию 40 мбэр каждый год из-за распада естественных радиоактивных изотопов в нашем организме! Бананы богаты калием; наполнитель для кошачьего туалета, а также удобрения для растений. Если вы съедаете банан в день в течение года, вы подвергаетесь воздействию примерно 3,6 мбэр.9 Сигареты очень опасны, помимо всех других вредных веществ в сигаретах, они могут содержать полоний.Выкуривание полпачки сигарет в день добавляет 500 мбэр каждый день. В среднем человек в Соединенных Штатах получает от 100 до 400 мбэр ежегодно в зависимости от того, где он живет. Существует форма Американского ядерного общества, которую вы можете заполнять, чтобы ежегодно определять приблизительную дозу радиации. 10


Список литературы

1. Тренинг по радиационной безопасности открытого источника в Принстоне, Модуль 3: Биологические эффекты

2. Лучевая терапия: Центры лечения рака Америки (CTCA)

3.http://www.cancercenter.com/conventional-cancer-treatment/radiation-therapy/therasphere.cfm

4. Национальный институт рака

5. Касслман, Б., Смит, Р., Как работают ядерные реакторы… и опасности, когда они не работают, Wall Street Journal, 15 марта 2011 г., Интерактивное, Визуальное руководство по реакторам Японии NPR, 14 марта 2011 г.

6. Как работают вещи

7. Организация радиационных ответов

8. Общество физиков здоровья

9.Доза, эквивалентная банану

10. Американское ядерное общество

Физика космического излучения — Университет Хьюстона

Моделирование

Среда космического излучения сложна и отличается от всего, что обычно наблюдается на поверхности Земли. Это излучение представляет опасность для астронавтов, и НАСА имеет обширную исследовательскую программу для оценки деталей рисков такого облучения. Одним из важных вопросов физики является определение точного поля излучения, которое тела космонавтов будут испытывать в различных средах, от внутренних межпланетных космических кораблей до мест обитания на поверхности Луны и Марса.Первичное внешнее излучение будет фрагментировано и ослаблено за счет прохождения через промежуточный защитный материал космических кораблей и структур скафандра, а также от взаимодействий внутри собственных тел космонавтов. Механизм прогнозирования соответствующих сред заключается в использовании компьютерного моделирования. Профессор Пинский является членом коллаборации FLUKA, базирующейся в ЦЕРН и INFN в Милане, Италия. FLUKA — это транспортный код «Монте-Карло», который можно использовать для оценки дозиметрических значений облучения в космических радиационных ситуациях.

Дозиметрия

Университет Хьюстона является участником Medipix2 Collaboration, базирующегося в ЦЕРН. Medipix — это технология обнаружения на основе пикселей, которая полезна как для получения рентгеновских изображений, так и для обнаружения заряженных частиц. Проф. Пинский работает над версией этой технологии, которая может быть использована в качестве дозиметра в космической радиационной среде. Такое устройство можно сделать размером с обычные радиационные «пленочные значки» и даже сделать «беспроводным», чтобы обеспечить дистанционный мониторинг радиационного поля в реальном времени.Разрабатываются версии, которые могут быть встроены в скафандры, а также установлены в качестве зональных мониторов на космических кораблях и в местах обитания.

Лучевая терапия рака

Планировка

Появление использования ускоренных пучков заряженных частиц для лечения раковых опухолей стало более распространенным в последние годы, включая использование пучков тяжелых ионов, таких как углерод, вместо протонов. В каждом случае пациенту делают компьютерную томографию для определения местоположения опухоли и оценки нормальной окружающей ткани, через которую лучи должны пройти, чтобы достичь опухоли.Затем расчеты переноса частиц используются для моделирования пучков и определения энергии пучка, необходимой для достижения опухоли с нескольких разных направлений. Транспортный код FLUKA — одна из программ, используемых для моделирования лечения и составления планов лечения. Д-р Пинский является членом коллаборации FLUKA, базирующейся в ЦЕРНе и INFN в Милане, Италия. Код FLUKA способен предсказывать подробные взаимодействия луча, когда он проходит через тело пациента, и предоставлять карту ожидаемого образования радиоактивных изотопов на его пути, таких как углерод-11 и кислород-15, которые являются излучателями позитронов. , и которые можно наблюдать непосредственно с помощью ПЭТ-камеры.

Мониторинг

После того, как при планировании лечения было предсказано расположение излучателей позитронов, которые будут образовываться на пути луча через тело, можно отслеживать фактическое лечение, чтобы убедиться, что доза доставляется в желаемые области ткани. Лучи также можно активно контролировать с помощью технологии Medipix2, которая разрабатывается группой Medipix Университета Хьюстона. Университет Хьюстона является участником Medipix2 Collaboration, базирующегося в ЦЕРН.Medipix — это технология обнаружения на основе пикселей, которая полезна как для получения рентгеновских изображений, так и для обнаружения заряженных частиц. Профессор Пинский работает над разработкой версии этой технологии, которая может быть использована для наблюдения за лучами лучевой терапии рака.

Резиденция по радиационной физике | Кливлендская клиника

Обзор

Обзор

Введение в программу резидентуры по физике (2022)

Аккредитованная CAMPEP программа резидентуры по радиационной онкологии в клинике Кливленда рассчитана на два года.Он был основан в июле 2009 года под руководством доктора философии Пин Ся, заведующего отделением медицинской физики отделения радиационной онкологии.

  • Эти два года посвящены практической клинической физике для физиков, имеющих ученую степень. Дидактические лекции и семинары являются частью программы, чтобы обеспечить дополнительное обучение клинической радиационной онкологии.

Комплексная программа оснащена новейшими технологиями лучевой терапии и радиохирургии, связанными с: лучевой терапией с модуляцией интенсивности (IMRT), радиохирургией гамма-ножом, стереотаксической лучевой терапией тела (легкие, позвоночник), постоянной брахитерапией семян простаты, облучением всего тела, высокой мощностью дозы брахитерапия при гинекологических злокачественных новообразованиях, радиоиммунотерапия и интраоперационное облучение.

Резиденты под наблюдением медицинских физиков и других медицинских работников будут выполнять повседневные клинические обязанности физика-радиолога-онколога. По завершении программы резиденты смогут продемонстрировать свою компетентность во всех областях физики радиационной онкологии и будут считаться подготовленными / имеющими право на сдачу сертификационного экзамена Американского совета радиологии по терапевтической радиологической физике.

Организационная структура

Организационная структура

Отделение радиационной онкологии клиники Кливленда — это установленная программа в онкологическом центре, назначенном NCI.В настоящее время у Департамента семь пунктов обслуживания: в главном кампусе и в восьми региональных больницах. Клиническая подготовка в настоящее время проводится в главном кампусе и в одной региональной больнице (Hillcrest).

Все резиденты-физики будут подчиняться директору программы резидентуры по физике и руководителю отделения медицинской физики в радиационной онкологии. Комитет по физическому образованию наблюдает за работой и оценкой программы. Резиденты-физики назначаются высшим медицинским образованием клиники Кливленда и получают такой же пакет льгот, как и ординаторы в клинической радиационной онкологии.Помимо регулярных учебных конференций, семинаров, журнальных клубов и обзорных туров, резиденты-физики будут иметь возможность посещать все курсы, предлагаемые кафедрой, в том числе круглогодичный курс радиационной физики, предлагаемый резидентам-медикам. Резиденты-физики также могут пройти аспирантуру, предлагаемую физическим факультетом Кливлендского государственного университета, где клиника Кливленда является партнером программы магистратуры по медицинской физике.

Обучение

Обучение

Требования к завершению программы

Программа ординатуры

Cleveland Clinic соответствует «Основам и руководящим принципам для программ ординатуры по медицинской физике в больницах», изложенных в Отчете № 90 AAPM.По завершении программы ожидается, что резиденты продемонстрируют компетентность в практических процедурах фундаментальной клинической физики радиационной онкологии и будут иметь всестороннее понимание всех клинических тем в физике радиационной онкологии. Ожидается, что резиденты будут готовы к сдаче экзаменов Американской комиссии по радиологии. Для этого предусмотрено 24 месяца клинической подготовки и обучения.

Клинические вращения

Резиденты работают в тесном сотрудничестве с физическими факультетами и клиническим персоналом отделения радиационной онкологии.Каждый резидент участвует в клинических процедурах и измерениях качества. Резидент будет следовать графику клинической ротации, и каждая ротация состоит из нескольких клинических модулей с определенными целями и методами оценки. Компетентность в каждом клиническом модуле должна быть продемонстрирована, и работа каждого резидента будет оцениваться преподавательским составом в конце каждого года. Письменные отчеты, письменные экзамены и устные экзамены включены в оценку.


Название модуля / Код Код Описание Наставник / Продолжительность
Ориентация и введение в системы отделов ИНТ Наблюдение за лечебными аппаратами и симуляторами
Обучение по IMPAC и системам
Профессионализм и этика
Magnelli / Wilkinson
1 месяц
Визуализация IMG IGRT, КЛКТ, моделирование КТ, объединение изображений, передача данных, DICOM Yu
Одновременно с TPE / TPI и TBD
Калибровка пучка линейного ускорителя LBC ТГ-51 калибровка. Колар
TBD Год 2
TLD и In Vivo Дозиметрия IVD Калибровка и использование TLD и MOSFET. Magnelli
Одновременно с TPE / TPI
Расчет базовой дозы BDC Ручные (ручные) расчеты различных простых схем расположения балок Wilkinson
Одновременно с TPE / TPI
Моделирование дозы для TPS DMO Моделирование балок в Pinnacle Xia
TBD Год 2
Планирование лечения, внешний луч 3D TPE Использование Pinnacle TPS Колар
3 месяца
Планирование лечения IMRT TPI Использование Pinnacle TPS Колар
3 месяца
Планирование электронного пучка EBP Использование Pinnacle TPS вместе с измеренными факторами выхода Qi
Одновременно с TPE / TPI
Радиационная защита и экранирование RPS Расчет защиты хранилища лучевой терапии. Stongosky
TBD
Прикладная физика здравоохранения APH Задачи радиационной безопасности, включая исследования мощности дозы и прием радиоактивных материалов Miller
TBD
Брахитерапия BRT HDR
LDR
Wilkinson
4 месяца
Ежегодный контроль качества линейного ускорителя LAQ Ежегодный контроль качества линейного ускорителя для систем Elektra, Siemens и Varian Guo
TBD
Ежемесячный контроль качества линейного ускорителя LMQ Ежемесячный контроль качества линейного ускорителя для систем Elektra, Siemens и Varian Guo
Выполняется
Карты пациента PCC Стандартные планы; индивидуальные MU и плановые проверки для пациента Xia
Выполняется
Улучшение качества и процессов QPI Улучшение рабочего процесса
Анализ первопричин или инцидентов
Guo
Выполняется
Стереотаксическая радиохирургия SRS Радиохирургия с использованием 60 Co Gamma Knife Нейман
1 месяц
Стереотаксическая лучевая терапия тела SBRT Моделирование, планирование лечения и поставка SBRT Magnelli
2 месяца
IMRT Пациент QA IPQ Проверка дозы IMRT для конкретного пациента Qi
Выполняется
Измерительный прибор QA MIQ Сравнение дозиметрических систем Колар
TBD
Общее облучение тела и общая электронная терапия кожи ТБС Методы тотального облучения тела (фотоны) и тотальной электронной терапии кожи Qi
TBD
Интраоперационная лучевая терапия ИОРТ Контроль качества, предварительное планирование и проведение лечения с использованием устройства Intrabeam Колар / Магнелли
TBD
Областная физическая практика RPP Опыт работы в небольшом сообществе Strongosky
6 месяцев
* TBD = запланировано при выполнении процедуры / задачи
Год Вращение Модули
1 1-1 ИНТ, TPE, RPS, LMQ, IPQ
1 1-2 BDD, BDC, IVD, LMQ, IPQ
1 1-3 TPI, MIQ, IMG, LMQ, IPQ
1 1-4 RPP
2 2-1 DMO, BRT, LBC, LMQ, IPQ
2 2-2 PCC, SRS, RPS, LMQ, IPQ
2 2–3 RPP
2 2-4 EBP, TBS, SBT, LMQ, IPQ

Дидактическое образование

Помимо формальных курсовых работ, все резиденты будут приглашены к участию в отраслевых и региональных конференциях AAPM.Это сделано, чтобы помочь резидентам развить знания о повседневных клинических операциях по физике радиационной онкологии. Эти конференции включают еженедельные обходы диаграмм, большие раунды онкологических центров, лекции приглашенных профессоров, услуги по радиационной безопасности, еженедельные научные встречи по физике радиационной онкологии и журнальный клуб. По усмотрению Комитета по физическому образованию резиденты будут иметь возможность посещать курсы повышения квалификации, предлагаемые на ежегодных собраниях AAPM, летней школе AAPM, ежегодных собраниях ASTRO и т. Д.

Другое образование

Любой резидент, принятый в программу, должен удовлетворительно пройти или завершит соответствующие курсы, требуемые Американским советом по радиологии. Если курсы необходимы, продолжительность программы соответственно увеличивается.

Выпуск

По завершении программы будет выдан сертификат при соблюдении следующих требований:

  1. Удовлетворительное завершение клинической ротации, как указано в форме оценки ротации, со всеми контрольными списками, подписанными ведущим физиком и директором программы резидентуры по физике.
  2. Удовлетворительное завершение обязательных медицинских образовательных онлайн-курсов Кливлендской клиники (COMET).
  3. Подготовка и представление не менее двух докладов каждый год по клиническим медицинским физическим процедурам.
  4. Удовлетворительное посещение всех требуемых курсов, семинаров и конференций по клинической и медицинской физике, включая семинары по медицинской физике, услуги по радиационной безопасности, обходы карт и утренние клинические конференции.
  5. Успешная сдача выпускных экзаменов в соответствии с рекомендациями Комитета по физическому образованию.

Преимущества

Особенности:

  • Отпуск: 15 дней (3 недели) в год плюс переменное количество дней собраний и праздничных дней.
  • Офисное помещение: Каждый резидент имеет личное рабочее место с ноутбуком и компьютером с двумя мониторами, у которого есть доступ к информации о пациентах и ​​Интернету.
  • Пейджеры: Кливлендская клиника имеет систему текстового пейджинга.
  • Cleveland Clinic iPhone: Каждый резидент получает выданный Cleveland Clinic iPhone от начала до конца вашего проживания.
  • Преимущества: Все льготы, предлагаемые резидентам и стипендиатам, разработаны и внедрены Советом по последипломному медицинскому образованию Cleveland Clinic (GMEC). Учить больше.
Применение

Применение

Мы ищем кандидатов с докторской степенью в области медицинской физики, физики или смежных областей на две резидентские позиции по медицинской физике. Резиденты-физики будут работать с командой физиков и дозиметристов, которые будут обучаться всем аспектам физики клинической лучевой терапии.Эта должность рассчитана на два года клинической подготовки с дополнительным годичным исследованием.

Кандидаты должны иметь степень доктора философии по аккредитованным программам CAMPEP в области медицинской физики или иметь степень доктора философии в области физики, биофизики, радиологических наук, инженерии или смежных областях и иметь диплом об аккредитации CAMPEP. Заявки кандидатов будут рассмотрены Комитетом по физическому образованию. Отобранные кандидаты будут опрошены по телефону директором программы и / или назначенными членами комитета, а затем будут приглашены на собеседование на месте.Физический факультет будет ранжировать опрошенных кандидатов, которые будут своевременно уведомлены о решении о приеме.

В соответствии с политикой Cleveland Clinic все условия найма, включая, но не обязательно ограничиваясь, набор, назначение, продвижение по службе, компенсацию, льготы, переводы, обучение, образование, а также социальные и развлекательные программы будут осуществляться без в отношении расы, цвета кожи, религии, пола, сексуальной ориентации, возраста, национального происхождения или происхождения, инвалидности или статуса инвалида или ветерана времен Вьетнама.

Жители

Жильцов

Текущие жители Физики

  • Саид Ахмед, доктор философии — август 2019 г. — июль 2022 г. (1 год исследований — 2 года клинической подготовки)
  • Тара Грей, доктор философии — июль 2020 г. — июнь 2023 г. (1 год исследований — 2 года клинической подготовки)
  • Хорхе Завала, доктор философии — июль 2020 г. — июнь 2022 г. (2 года клинической подготовки)
  • Чи-Вен Лю, доктор философии — июль 2021 г. — июль 2024 г. (1 год исследований — 2 года клинической подготовки)
  • Mojtaba Moazzezi, PhD — июль 2021 — июль 2023 (2 года клинической подготовки)

Статистика резидентской программы по медицинской физике

Учебный год Заявители Принято Выпуск
2009 NA 1 0
2010 NA 2 1
2011 52 2 0
2012 58 1 1
2013 101 2 1
2014 85 2 3
2015 106 2 2
2016 75 2 1
2017 72 2 1
2018 69 2 4
2019 56 2 1
2020 67 2 3
2021 63

Предыдущие жители Физики

Год Имя резидента Текущий рабочий адрес
2010 Юэнань Ван, доктор философии Больница Института рака, CAMS
2012 Пэн Ци, доктор философии Главный кампус клиники Кливленда
2013 Лонг (Макс) Хуанг, доктор философии Кливлендская клиника Вестон
2014 Ахмад Амуш, доктор философии Гора Синай Бет Израиль
2014 Хан Лю, доктор философии Центр рака здоровья Cone, Гринсборо, Северная Каролина
2014 Вэнь Ли, доктор философии Консультант — Китай и США.С.
2015 Салим Балик, доктор философии Университет Южной Калифорнии
2015 Цинъян (Грейс) Шан, доктор философии Центр рака здоровья Cone, Гринсборо, Северная Каролина
2016 Чжилей Лю (Джули) Шэнь, доктор философии Университет Южной Калифорнии
2017 Моника Эндрюс (Martin Andrews), PhD C.R.O.P.S., Inc. (Clinical Radiation Oncology Physics Services, Inc.
2018 Таоран Цуй, доктор философии Университет Рутгерса в Нью-Джерси
2018 Сьюзан Кост, доктор философии Кливлендская клиника Мэнсфилд
2018 Мишель Сэндс, доктор философии Advocate Health в Чикаго, в первую очередь будет охватывать больницу Доброго Самаритянина в Даунерс-Гроув
2018 Кайл Вердеккья, доктор философии Больница Генри Форда
2019 Лэй «Ричард» Цю, доктор философии Институт рака Уиншипа Университета Эмори
2020 Глеб Кузьмин, к.м.н. Медицинский центр Бет Исраэль Дьяконисса
2020 Ма Тяньцзюнь, доктор философии Больница Джорджтаунского университета
2020 Цзы Оуян, доктор философии Онкологический центр UH Сейдмана
Больше информации

Подробнее

Вы можете получить дополнительную информацию о программе резидентуры по радиационной физике, позвонив по телефону:

Michelle Monak
Координатор программы
Radiation Oncology (CA-50)
Cleveland Clinic Foundation
9500 Euclid Avenue
Cleveland, Ohio 44195
Телефон: 216.444.8783
Электронная почта: [адрес электронной почты защищен]

Двухлетняя резидентура по клинической медицинской физике в онкологическом центре Banner MD Anderson предназначена для медицинских физиков, которые намерены работать с клинической специализацией в области радиационной онкологии. Программа резидентуры по медицинской физике Banner MD Anderson обеспечивает обучение и опыт в клинических аспектах физики радиационной онкологии для непосредственного ухода за пациентами при дистанционной лучевой терапии и брахитерапии.Программа аккредитована Комиссией по аккредитации образовательных программ по медицинской физике (CAMPEP).

Цели программы

У резидента будет возможность работать с новейшими медицинскими линейными ускорителями от Varian и Elekta, а также на более старых машинах. Обучение включает ротацию с клиническими физиками, поддерживающими все лечебные учреждения, а также участие в исследованиях, которые будут опубликованы и представлены на местных и национальных встречах. Резидент будет работать под непосредственным наблюдением опытных, сертифицированных клинических медицинских физиков.Прогресс обучения будет контролироваться посредством регулярных встреч с директором программы.

Обучение в ординатуре

В дополнение к широкому кругу повседневных клинических обязанностей, которые резидент будет нести под наблюдением сертифицированных медицинских физиков, резидент несет ответственность за выполнение ротации в течение двухлетней программы, которая включает:

  • Пусконаладочные работы, калибровка и сравнение дозиметрических приборов.
  • Приемочные испытания, ввод в эксплуатацию и контроль качества оборудования для обработки внешнего луча.
  • Моделирование, приемка и ввод в эксплуатацию балок системы планирования лечения.
  • Планирование внешнего лучевого лечения в режимах 3-D, IMRT, SBRT и SRS.
  • Планирование лечения брахитерапией (HDR и LDR), проведение лечения и обеспечение качества.
  • Радиационная защита и экранирование помещений CT, LINAC и HDR.
  • Процедуры, методы и устройства позиционирования пациента, используемые для имитации внешнего луча.
  • Процедуры, методы и устройства лучевой терапии под визуальным контролем.
  • Гарантия качества для конкретного пациента.
  • Специальные процедуры, включая полное облучение тела и общее количество электронов кожи, а также некоторое дополнительное обучение на оборудовании, используемом в области медицинской физики, которое доступно в партнерских центрах за пределами онкологического центра Banner MD Anderson (например, протонная терапия, томотерапия, CyberKnife, Gamma Нож, ИОРТ).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.