АТОМ — нейтральная частица Состоит из ядра

АТОМ - нейтральная частица. Состоит из ядра (+) и электронов (-). Количество протонов в ядре равно количеству электронов на орбите.

Строение атома u состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака u в целом электронейтрален u размер атома определяется размером электронного облака

СТРОЕНИЕ ЯДРА: ПРОТОНЫ (Z ) НЕЙТРОНЫ (N ) • Количество протонов и нейтронов в ядре может быть различно • Заряд ядра определяется количеством протонов и равен порядковому номеру в таблице Менделеева • Количество нейтронов N=A Z (А – масса атома) •

элементарная частица заряд (условные единицы) заряд (Кл) масса (а. е. м. ) масса (г) протон +1 1, 6· 10× 10 19 1 1, 7· 10× 10 24 нейтрон 0 0 1 1, 7· 10× 10 24 электрон 1 1, 6· 10× 10 19 0 9, 1· 10× 10 28

Определение изотопа u Любые два атома с одинаковом числом протонов в их ядрах относятся к одному химическому элементу u Изотопы элемента – атомы с одним и тем же числом протонов, но разным количеством нейтронов

Строение ядра + Протоны (атомный номер– «Z» ) N Нейтроны + + N N N ИЗОТОП – ядра с одинаковым числом протонов и различным количеством нейтронов массовое число – «А»

Радиоактивность u Радиоакти вный распа д (от лат. radius «луч» и āctīvus «действенный» ) — спонтанное изменение состава нестабильных атомных ядер (заряда Z, массового числа A) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов. u Процесс радиоактивного распада также называют радиоакти вностью, а соответствующие элементы радиоактивными.

Радиоактивность u Установлено, что рад иоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и многие более лёгкие элементы (прометеий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, таких как индий, калий или кальций, часть природных изотопов стабильны, другие же радиоактивны).

Ионизирующие излучения u Ионизирующие излучения получили свое название благодаря способности вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе.

Ионизация u Элементарный акт взаимодействия излучения с веществом — поглощение энергии кванта валентным электроном, приводящее к переходу атома или молекулы в возбужденное состояние вплоть до высвобождения электронов

Образование положительно заряженного иона

Ионизация u Для ионизации большинства элементов, входящих в состав биосубстрата, необходимо поглощение энергии 10— 12 э. В — так называемый потенциал ионизации. u В том случае, если передаваемая атому или молекуле энергия кванта излучения меньше потенциала ионизации облучаемого вещества, происходит лишь их возбуждение.

Ионизирующие излучения u электромагнитные: гамма-излучение рентгеновское излучение тормозное излучение заряженных частиц u корпускулярные α – излучение, β – излучение, нейтроны, л-мезоны

Ионизирующие излучения u проникающая способность зависит от: природы излучения (энергия фотона, заряд частиц) состава и плотности облучаемого вещества

Проникающая способность радиоактивных излучений Характеризуется величиной пути распространения излучения в окружающей среде.

Электромагнитные ионизирующие излучения u u u Макс Лауэ (1912 г) установил, что рентгеновское излучение и видимый свет тождественны по своей природе и отличаются лишь длиной волны. Рентгеновские лучи и гамма излучение имеют длину волны на порядок короче. Это объясняет разное поведение видимого света и рентгеновских лучей на зеркальных поверхностях, линзах, дифракционных решетках, а так же способность к ионизации

Энергия фотона прямо пропорциональна частоте электромагнитных колебания и обратно пропорциональна длине волны h – постоянная Планка с – скорость света l- длина волны v – частота электромагнитных колебаний

Взаимодействие с веществом u взаимодействие электромагнитных излучений с веществом может протекать в формах: фотоэффекта Комптон – эффекта образования электрон позитронных пар

Фотоэлектрический эффект u энергия падающего кванта полностью поглощается веществом в результате появляются свободные электроны, обладающие определенной кинетической энергией, величина которой равна энергии кванта излучения за вычетом работы выхода данного электрона из атома. Свободный электрон, ассоциируясь с одним из нейтральных атомов, порождает отрицательный ион.

Фотоэлектрический эффект u Фотоэффект характерен только для длинноволнового рентгеновского излучения. Его вероятность зависит от атомного номера и пропорциональна Z. С повышением энергии излучения вероятность фото эффекта уменьшается, и для излучений с энергией, значительно превышающей внутриатомные энергии связи (>1 Мэ. В), его вкладом во взаимодействие можно пренебречь.

Комптон-эффект u Главную роль при излучениях с большей энергией начинает играть другой способ размена энергии — эффект Комптона. u При Комптон эффекте происходит упругое рассеяние падающих фотонов излучения на свободных (или слабо связанных) электронах, которым предается лишь часть энергии фотонов.

Комптон-эффект u u Оставшуюся часть энергии уносят новые фотоны, образующиеся в результате этого взаимодействия. В дальнейшем вторичный фотон может вновь претерпевать Комптон эффект и т. д.

Комптон-эффект u u u Поэтому в отличие от фотоэлектронов энергия электронов отдачи, образующихся при эффекте Комптона, изменяется в широких пределах (от нуля до некоторого максимального значения). Средняя их энергия возрастает с увеличением энергии падающего излучения. Доля энергии, поглощенной комптоновскими электронами, в общем количестве поглощенной энергии увеличивается с ростом жесткости излучения.

Образование пар u третий вид взаимодействия излучения с веществом характеризуется возможностью превращения гамма кванта большой энергии (> 1 Мэ. В) в пару заряженных частиц— электрон и позитрон. Этот процесс вызывается взаимодействием гамма кванта с каким либо атомным ядром, в поле которого и образуется электроннопозитронная пара. Вероятность такого процесса пропорциональна Z 2 и поэтому для тяжелых элементов она больше, чем для легких/

Взаимодействие с веществом электромагнитных излучений u u 1. Фотоэффект 2. Комптон эффект 3. Процесс образования пар В зависимости от энергии падающего электромагнитного излучения преобладает тот или иной вид взаимодействия. В большинстве случаев при облучении биологических объектов энергия используемого электромагнитного излучения находится в диапазоне 0, 2 2 Мэ. В, поэтому наиболее вероятен Комптон эффект.

Взаимодействие с веществом электромагнитных излучений u Ионизирующие электромагнитные излучения обладают большой проникающей способностью.

Взаимодействие с веществом электромагнитных излучений u Поглощение пучка моноэнергетических фотонов в веществе описывает зависимость I(х) -= I 0·е-µх, u где I 0 и I (х) — интенсивности излучения, падающего и прошедшего толщину х, а показатель экспоненты µ линейный коэффициент поглощения характеризует поглощающую способность вещества.

Взаимодействие с веществом α – излучений, β – излучений u Механизм передачи энергии в объекте от заряженных частиц сходен: при прохождении через вещество заряженная частица теряет свою энергию, вызывая ионизацию и возбуждение атомов до тех пор, пока общий запас энергии уменьшится настолько, что частица утратит свою ионизирующую способность

Взаимодействие с веществом α – излучений, β – излучений u в зависимости от знака заряда при перемещении частицы, она испытывая электростатическое взаимодействие, притягивается или отталкивается от положительно заряженных ядер. u чем больше массы частицы, тем меньше она отклоняется от первоначального направления.

Взаимодействие с веществом α – излучений, β – излучений u Упругое рассеяние u Неупругое торможение u Ионизация и возбуждение атомов

Упругое рассеяние u u u Упругое рассеяние изменение траектории зараженной частицы в результате отталкивания ядер без потери энергии. Чем меньше масса частицы, тем больше ее отклонение от прямого направления Поэтому траектории β частиц в веществе изломаны, а α частиц – практически прямые.

Неупругое торможение u Электрон при прохождении вблизи атомного ядра теряет скорость и энергию. При этом может испускаться фотон тормозного излучения (в том же направлении, что и электрон).

Ионизация и возбуждение атомов u u В результате взаимодействия частицы с электронными оболочками атомов, происходит потеря энергии частицы в веществе. Под действием электрического поля частиц происходит возмущение электронных оболочек атомов с переходом последних в возбужденное или ионизированное состояние. Способность ускоренных заряженных частиц непосредственно взаимодействовать с электронными оболочками атомов позволила определить их как первично ионизирующие излучения.

Нейтронное излучение u нейтронное излучение возникает при бомбардировке атомного ядра ускоренной заряженной частицей или фотоном высокой энергии (лабораторные условия, атомные взрывы)

Нейтронное излучение

Нейтронное излучение u нейтроны не имеют заряда, поэтому не оказывают непосредственного влияния на оболочку атомов, взаимодействуя только с ядрами. u Сталкиваясь с ядрами, нейтроны либо отталкиваются от них (рассеяние), либо поглощаются ими (участие в ядерных перестройках)

Нейтронное излучение u нейтроны не имеют заряда, поэтому не оказывают непосредственного влияния на оболочку атомов, взаимодействуя только с ядрами. u Сталкиваясь с ядрами, нейтроны либо отталкиваются от них (рассеяние), либо поглощаются ими (участие в ядерных перестройках)

Нейтронное излучение u Упругое рассеяние u Неупругое торможение u Ионизация и возбуждение атомов

Нейтроны: упругое рассеяние u При столкновении с ядрами углерода, кислорода, фосфора нейтроны теряют 10 15%, и при столкновении с ядрами водорода до 2/3 своей энергии. u Потерянная нейтронами энергия передается «ядрам отдаич» положительно заряженным частицам, имеющим высокую ионизирующую способность

Нейтроны: неупругое рассеяние u в этом случае часть энергии расходуется нейтронами на возбуждение (разновидность колебательного движения) ядер мишеней. В исходное состояние ядра возвращаются испуская фотоны гамма излучения

Нейтроны: ядерные перестройки u при поглощении ядрами нейтронов происходит выброс фотонов, α частиц, гамма квантов, возникают искусственные изотопы (наведенная активность)

Нейтронное излучение u образующиеся при взаимодействии нейтронов с веществом ускоренные заряженные частицы – ядра отдачи – вносят основной вклад в ионизацию и возбуждение атомов вещества. u поэтому нейтронной излучение – косвенно ионизирующее излучение

ЛПЭ - линейная передача энергии u u Это количество энергии, передаваемой частицей веществу в среднем на единицу пройденного пути. ЛПЭ=∆Е/∆х, где Е энергия частицы (э. В), х – путь частицы (мкм) Все излучения делятся на редкоионизирующие (ЛПЭ меньше 10) и плотноионизирующие (ЛПЭ больше 10)

ЛПЭ u Зная величину ЛПЭ можно определить среднее число ионов, образующихся на единицу длины пути частицы. u Для этого надо разделить величину ЛПЭ на величину энергии, необходимой для образования одной пары ионов – 34 э. В.

ЛПИ u Количество пар ионов, образующихся в среднем на 1 мкм пути частицы в веществе называется линейной плотностью ионизации

u редкоионизирующие излучения отличаются высокой проникающей способностью, поэтому их энергия распределяется в объеме облучаемых тел равномерно

Редкоионизирующие излучения u u u Гамма излучение Рентгеновское излучение β – частицы

Плотноионизирующие излучения u u u протоны нейтроны α – частицы