- •Глава I. Механика 7
- •Глава II. Общая и медицинская электроника 14
- •Глава III. Оптика 67
- •Глава IV. Физика атомов и молекул 124
- •Глава V. Ионизирующие излучения 142
- •Предисловие
- •Методические указания
- •Глава I. Механика Лабораторная работа № 10 определение моментов инерции с помощью крутильного маятника
- •Теоретическая часть Момент инерции
- •Теория подобия
- •Экспериментальная часть Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Глава II. Общая и медицинская электроника
- •Теоретическая часть Полупроводники
- •Полупроводниковый диод (p-n переход)
- •Физические основы работы транзистора
- •Характеристики транзистора
- •Устройство и применение транзистора
- •Практическая часть Описание установки
- •При выполнении работы необходимо соблюдать следующие правила:
- •Включать и выключать напряжение на коллекторе uэк можно только при наличии напряжения на базе uэб.
- •Напряжение на базе uэб не должно превышать 2 в.
- •Напряжение на коллекторе uэк не должно превышать 12 в.
- •Определение цены деления измерительных приборов
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Теоретическая часть Термометрия
- •Зависимость сопротивления металлов и полупроводников от температуры
- •Термометры сопротивления. Терморезисторы (термисторы)
- •Контактная разность потенциалов. Термоэдс
- •Термопара
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая и использованная литература
- •Дополнительная литература
- •Лабораторная работа № 13 принцип работы генератора электромагнитных колебаний. Лечебное применение переменного электрического тока
- •Теоретическая часть Введение
- •Колебательный контур. Формула Томсона
- •Получение незатухающих колебаний в контуре
- •Принцип работы генератора электромагнитных колебаний на транзисторе
- •Амплитудно-модулированные синусоидальные сигналы
- •Лечебное применение переменного электрического тока Методы лечебного применения импульсного и переменного электрического тока
- •Физические процессы в тканях при воздействии переменным и импульсным электрическим током
- •Пороговые значения переменного тока
- •Низкочастотная электротерапия
- •Первичные механизмы действия переменных электрических токов в физиотерапевтических процедурах
- •Назначение и блок-схема аппарата «Амплипульс-5»
- •Практическая часть Описание установки. Вывод расчетных формул
- •Порядок выполнения работы
- •Часть I Определение индуктивности катушки и емкости конденсатора с помощью генератора электромагнитных колебаний
- •Часть II Изучение режимов работы аппарата для низкочастотной терапии «Амплипульс-5».
- •Контрольные вопросы
- •Использованная и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Глава III. Оптика Лабораторная работа № 14 полупроводниковый фотоэлемент и его применение для измерения освещенности
- •Теоретическая часть Фотоэффект и его применение.
- •Фотометрические величины и единицы. Принцип действия люксметра
- •Практическая часть Градуировка микроамперметра
- •Измерение освещенности с помощью полупроводникового фотоэлемента.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 15
- •На этих свойствах основано применение лазеров. Применение лазеров в медицине
- •Дифракция света на щели
- •Дифракционная решетка
- •Практическая часть Определение длины волны лазерного излучения
- •Определение постоянной дифракционной решетки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Лабораторная работа № 16 свойства поляризованного света. Использование поляризованного света в медицине
- •Теоретическая часть Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса
- •Применение поляризованного света в медицине. Аппарат светолечения «Биоптрон»
- •Практическая часть Изучение свойств поляризованного света
- •Изучение работы аппарата «Биоптрон»
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Лабораторная работа № 17 концентрационная колориметрия
- •Теоретическая часть Закон поглощения света
- •Спектры поглощения
- •Оптическая плотность
- •Применение закона поглощения света
- •Практическая часть Описание установки
- •Порядок выполнения работы Исследование зависимости оптической плотности раствора от длины волны
- •Исследование зависимости оптической плотности от концентрации раствора
- •Определение неизвестной концентрации раствора
- •Контрольные вопросы
- •Использованная и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Глава IV. Физика атомов и молекул Лабораторная работа № 18 изучение спектра атома водорода
- •Теоретическая часть Основы теории излучения
- •Применение инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения в медицине
- •Практическая часть Градуировка спектроскопа
- •Изучение спектра атома водорода
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Глава V. Ионизирующие излучения Лабораторная работа № 19 изучение закона радиоактивного распада и способов защиты от радиоактивного излучения
- •Теоретическая часть Введение Состав атомного ядра
- •Радиоактивность
- •Основной закон радиоактивного распада
- •Активность
- •Взаимодействие ядерных излучений с веществом
- •Дозиметрия ионизирующих излучений
- •Биологическое действие ионизирующих излучений
- •Защита от ионизирующего излучения
- •Применение радиоактивных излучений в медицине
- •Дозиметрические приборы
- •Практическая часть Описание измерителя мощности дозы (рентгенметра) дп- 5б.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Использованная и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Расчетные формулы:
- •Результаты измерений:
- •Образец отчета по лабораторной работе № 11 изучение работы транзистора
- •Образец отчета по лабораторной работе № 12 электрические методы измерения температуры
- •Образец отчета по лабораторной работе № 13
- •Принцип работы генератора электромагнитных колебаний.
- •Лечебное применение переменного электрического тока
- •Цель работы:
- •Обеспечивающие средства:
- •Результаты измерений и вычислений:
- •Часть 1. Определение индуктивности катушки и емкости конденсатора
- •Вывод по первой части работы:
- •Часть 2. Изучение режимов работы аппарата для низкочастотной электротерапии «Амплипульс-5»
- •Вывод по второй части работы:
- •Образец отчета по лабораторной работе № 14
- •Полупроводниковый фотоэлемент и его
- •Применение для измерения освещенности
- •Расчетные формулы:
- •Результаты измерений и вычислений:
- •Образец отчета по лабораторной работе № 15 лазеры и их применение в медицине
- •Образец отчета по лабораторной работе № 16
- •Свойства поляризованного света.
- •Использование поляризованного света в медицине
- •Результаты измерений и вычислений:
- •Образец отчета по лабораторной работе № 17 концентрационная колориметрия
- •Вывод: образец отчета по лабораторной работе № 18 изучение спектра атома водорода
- •Расчетные формулы и формулы погрешностей:
- •Результаты измерений и вычислений:
- •Образец отчета по лабораторной работе № 19
- •Изучение закона радиоактивного распада
- •И способов защиты от радиоактивного излучения
- •Расчетные формулы:
- •Результаты измерений и вычислений:
- •Вывод: заключение
Дозиметрия ионизирующих излучений
Действие ионизирующего излучения на вещество оценивают дозой энергии , поглощенной единицей массы вещества за все время облучения.
Эту характеристику называют поглощенной дозой излучения D
. (11)
Единицами измерения этой величины являются: в системе СИ – грей (Гр), , внесистемная единица – рад (Radiation absorbed dose); 1 рад = 10-2 Гр.
Непосредственное измерение поглощенной дозы практически выполнить трудно, т.к. тело неоднородно, энергия рассевается телом по всем направлениям и т.д. Поэтому вводят еще одну характеристику для рентгеновского и γ-излучения – экспозиционную дозу излучения Х, которая является мерой ионизации воздуха рентгеновскими и γ-лучами.
Экспозиционная доза излучения Х численно равна заряду ионов, образованных радиоактивным излучением в 1 кг сухого воздуха (вблизи поверхности поглощающего тела)
. (12)
Единицей измерения экспозиционной дозы в системе СИ является кулон на килограмм ( ), внесистемной единицей – рентген (Р); . Экспозиционную дозу измеряют дозиметром и по результатам измерений вычисляют поглощенную дозу по формуле
, (13)
где f – коэффициент, зависящий от типа поглощающей радиоактивное излучение ткани (для мягких тканей он равен примерно единице). Формулу (13) можно использовать лишь тогда, когда обе дозы измеряются во внесистемных единицах: радах и рентгенах.
Для определенного вида излучения биологическое действие обычно тем больше, чем больше доза излучения. Однако различные излучения даже при одной и той же поглощенной дозе оказывают разные воздействия. В дозиметрии принято сравнивать биологические эффекты различных излучений с соответствующими эффектами, вызванными рентгеновскими и γ-излучениями.
Коэффициент , показывающий, во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения больше, чем рентгеновского и -излучения, при одинаковой дозе излучения в тканях, называется коэффициентом качества. В радиобиологии его называют также относительной биологической эффективностью (ОБЭ). Коэффициент качества устанавливают на основе опытных данных, его величина зависит не только от вида, но и от энергии частицы. В таблице 1 приведены значения коэффициента для некоторых видов излучений (в скобках указана энергия частиц).
Таблица 1
Вид излучения |
Коэффициент качества |
Рентгеновское, - и - излучения |
1 |
Тепловые нейтроны (~ 0,01 эВ) |
3 |
Нейтроны (5 МэВ) |
7 |
Нейтроны (0,5 МэВ), протоны |
10 |
-излучение |
20 |
Поглощенная доза совместно с коэффициентом качества дает представление о биологическом действии ионизирующего излучения, поэтому произведение kD используют как единую меру этого действия и называют эквивалентной (биологической) дозой Н:
Н = k D. (14)
В системе СИ единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт (Зв), внесистемная единица измерения называется бэр (биологический эквивалент рентгена); 1 бэр = 10-2 Зв. Эквивалентная доза в бэрах равна дозе излучения в радах, умноженной на коэффициент качества.
Естественные радиоактивные источники (космические лучи, радиоактивность недр, воды, радиоактивность ядер, входящих в состав человеческого тела и др.) создают фон, соответствующей эквивалентной дозе 125 мбэр. Предельно допустимой эквивалентной дозой при профессиональном излучении считается 5 бэр в течение года. Минимальная летальная доза от γ- излучения около 600 бэр. Эти данные соответствуют облучению всего организма.
Важна не только доза облучения, но и время, в течение которого объект подвергается облучению. Дозу, отнесенную ко времени, называют мощностью дозы. Мощности поглощенной, экспозиционной и эквивалентной доз вычисляются соответственно по формулам:
. (15)
Мощность поглощенной дозы в системе СИ выражается в греях в секунду ( ). Единицей мощности экспозиционной дозы является , а внесистемной единицей - . Безопасная мощность дозы, так называемый радиоактивный фон, составляет 12 – 14 (микрорентген в час), при дозе 30 – 50 после достаточно длительного облучения организм начинает болезненно реагировать.
Установим связь между активностью А радиоактивного препарата – источника γ-фотонов – и мощностью экспозиционной дозы . Из источника И (рис.2) γ – фотоны вылетают по всем направлениям. Число этих фотонов пронизывающих 1 м2 поверхности некоторой сферы радиусом r в 1 с, пропорционально активности и обратно пропорционально площади поверхности сферы S = 4πr2. Мощность экспозиционной дозы в объеме V зависит от этого числа фотонов, так как именно они вызывают ионизацию. Отсюда получаем:
, (16)
где - постоянная, характерная для данного радионуклида.
Рис.2